본 논문에서는 집적 가능한 전력변환기 제작을 위하여 자화 소자가 없는 전력용 직류-직류 변환기를 제안하였다. 자화 소자가 없는 대신, 압전 트랜스듀서의 유도성 임피던스 구간을 사용함으로써 에너지 저장 및 소프트 스위칭을 위한 공진파형을 구현하였다. 압전소자는 권선이 없고 전극을 사용하여 전력을 전달하므로, 반도체 공정을 통한 대량생산이 가능한 장점이 있다. 본 논문에서는 압전 트랜스듀서를 적용가능한 승압형 공진형 직류-직류 변환 회로를 제안하고, 동작모드 및 주파수 제어 특성을 분석하였다. 또한, 단일 컨버터를 확장한 다중 직렬형 토폴로지를 살펴보고, 동일하게 주파수 제어 특성을 분석하였다. 분석 결과를 검증하기 위하여 10W 출력 직류-직류 전력변환기 하드웨어를 제작하였다. 또한 확장형 다중 직렬 컨버터 하드웨어를 제작하여 검증하였다. 단일 컨버터와 동일하게 주파수 제어 특성을 보였으며, 전력변환기로 매우 우수한 효율 성능을 보임을 알 수 있었다.
In this paper, a magnetic-less dc-dc switching converter realizing an integrable power conversion system is described. Instead of magnetic devices, the inductive impedance range of piezoelectric transducers is utilized to store and resonate the energy for soft-switching. Piezoelectric devices have no windings and deliver the power by the electrodes, which lead to mass product through semiconductor-manufacturing process. This paper presents a resonant-type step-up dc-dc power converter employing a disk-type piezoelectric transducer, analyzing the operation principles and the frequency control characteristics. Also, a topology extension of the single stage converter into cascaded multi-stage is presented and analyzed with the operation principles and control characteristics. For verification of the analysis, a 10W output dc-dc power converter hardware was implemented. The hardware experiments shows a good frequency control and power efficiency greater than 96% in the single stage. A hardware prototype of the extended multi-stage one was also realized and tested. The results shows that the converter has the same frequency control performance and high efficiency such as 93%.
