다중 고조파 동시 억제
IEEE 상위 1.85% 학술지 게재
전기차 무선충전 상용화의 걸림돌로 꼽혀온 방사 전자파 간섭(EMI)을 별도의 차폐장치 없이 크게 줄일 수 있는 기술을 계명대학교 연구진이 개발했다. 3차·5차·7차 고조파를 동시에 억제하면서도 전력전송 효율 저하는 최소화해 고출력 무선충전 시스템의 상용화와 전자파 적합성 확보에 기여할 것으로 기대된다.
계명대학교 자동차공학과 신유준 교수(왼쪽)와 전자공학과 우성호 교수가 전기차 무선충전 시스템의 방사 전자파를 효과적으로 줄이는 회로 설계 기술을 공동 개발했다. 사진=계명대 제공
30일 계명대에 따르면 자동차공학과 신유준 교수와 전자공학과 우성호 교수 공동연구팀은 전기차 무선전력전송(WPT) 시스템에서 발생하는 다중 고조파 방사 전자파를 효과적으로 줄일 수 있는 회로 설계 기술을 개발했다.
이번 연구 결과는 국제전기전자공학회(IEEE)가 발행하는 국제학술지 ‘IEEE 산업전자학회 논문지(IEEE Transactions on Industrial Electronics)’에 게재됐다. 이 학술지는 저널 인용 보고서(JCR) 기준 상위 1.85%의 Q1 등급으로, 산업전자 분야의 국제 권위 학술지다.
전기차 무선충전 시스템은 전력 변환 과정에서 발생하는 3차·5차·7차 고조파 전류가 송·수신 코일을 통해 방사되면서 주변 전자기기에 전자파 간섭을 일으키는 문제가 있다. 기존에는 차폐재를 추가하거나 특정 고조파만 선택적으로 억제하는 방식이 활용됐지만, 시스템의 크기와 무게가 증가하고 여러 고조파를 동시에 줄이기 어렵다는 한계가 있었다.
연구팀은 송신부와 수신부 보상회로에 목표 고조파별 수동 LC 공진회로를 적용했다. 이를 통해 고조파 전류가 주 전력전송 코일로 흐르지 않도록 차단하면서도 기본 동작 주파수에서의 전력전송 성능은 유지하도록 설계했다. 또 억제가 필요한 고조파에 따라 필터를 유연하게 추가할 수 있는 모듈형 구조를 적용해 다양한 충전 환경에 대응할 수 있도록 했다.
실험 결과 3차·5차·7차 고조파를 동시에 억제했을 때 방사 전자파 간섭은 각각 22.2데시벨(dB), 14.9dB, 16.1dB 감소했다. 필터 적용에 따른 전력전송 효율 감소는 최대 1.6%포인트에 그쳤으며, 송·수신 코일 간 거리가 변하는 조건에서도 안정적인 저감 성능을 유지했다.
신유준 교수는 “자동차공학과와 전자공학과의 융합 연구를 통해 전기차 무선충전 시스템의 방사 전자파 문제를 회로 설계 관점에서 해결할 수 있는 방법을 제시했다”며 “고출력 무선충전 시스템의 전자파 적합성 확보에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
우성호 교수는 “기본파 전력전송 특성을 유지하면서 여러 고조파를 선택적으로 억제하는 설계 기법을 제시했다”며 “앞으로 실제 차량과 고출력 환경에서 기술 적용성을 검증해 나갈 계획”이라고 밝혔다.
이번 연구는 자동차공학과 신유준 교수가 제1저자, 전자공학과 우성호 교수가 교신저자로 참여했으며, 계명대학교 비사연구 지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
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