Li-ion 배터리 충/방전 시스템의 안정적 운영에 관한 연구

여성대,조태일,이경량,김성권,한철규 한국전자통신학회 2016 한국전자통신학회 논문지 Vol.11 No.4

When the operation of battery is converted at charging and discharging system based on a DC micro grid, the voltage is fluctuated. And excessive voltage fluctuation could cause damage or failure of charging and discharging equipment. Therefore, in this paper, we studied the operating schedule of the charging and discharging system based on the DC micro grid and a design point of the capacitor which was able to reduce the voltage fluctuation. A result of computer simulation showed that when a fluctuation-reducing capacitor which had an initial value of 600V/35mF was applied at the charging and discharging system based on a DC micro grid which was operated with three charging battery sets and five discharging battery sets, voltage fluctuation by charging and discharging operation was reduced by about 63.3%. Furthermore, voltage fluctuation which occurred when initial network voltage was stabilized was reduced by about 73%. DC μ-Grid 기반의 충/방전 시스템에서 배터리의 동작 변환 시, 망 전압의 fluctuation이 발생하게 되며, 과다한 fluctuation은 충/방전 시스템의 손상 및 고장을 일으킬 수 있다. 따라서 본 논문에서는 DC μ-Grid 기반의 충/방전 시스템에서 fluctuation 완화용 커패시터의 적용 및 설계 포인트에 대하여 연구하였다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과, 3개의 충전 배터리 set와 5개의 방전 배터리 set의 조건으로 운영되는 DC μ-Grid 기반 충/방전 시스템에서 600V/35mF의 초기 값을 갖는 fluctuation 완화용 커패시터를 적용하였을 때 충/방전에 의한 fluctuation을 약 66.3% 감소시킬 수 있었으며, 추가적으로 초기 망 전압 안정화 시 발생하는 fluctuation 또한 약 73% 감소시킬 수 있었다.

Voltage Scaling 기반의 저전력 전류메모리 회로 설계

여성대,김성권,김종운,조태일,조승일 한국전자통신학회 2016 한국전자통신학회 논문지 Vol.11 No.2

무선통신시스템은 한정된 에너지를 갖는 배터리를 사용하기 때문에 저전력 회로로 구현되어야 하며, 이를 위하여 주파수와 상관없이 일정한 전력을 나타내는 전류모드 회로가 연구되어왔다. 본 논문에서는 초저전력 동작이 가능하도록 Dynamic Voltage Scaling 전원을 유도하며, 전류모드 신호처리 중 메모리 동작에서 저장된 에너지가 누설되는 Clock-Feedthrough 문제를 최소화하는 전류메모리 회로를 제안한다. 0.35µm 공정의 BSIM3 모델로 near-threshold 영역의 전원 전압을 사용한 시뮬레이션을 진행한 결과, 1MHz의 스위칭 동작에서 2µm의 메모리 MOS width, 0.3µm의 스위치 MOS width, 13µm의 dummy MOS width로 설계할 때, Clock-Feedthrough의 영향을 최소화시킬 수 있었으며 1.2V의 near-threshold 전원전압에서 소비전력은 3.7µW으로 계산되었다.

Daisy Chain Interface를 위한 DC Level Shifter 설계

여성대(Sung Dae Yeo),조태일(Tae Il Cho),조승일(Seung Il Cho),김성권(Seong Kweon Kim) 한국전자통신학회 2016 한국전자통신학회 논문지 Vol.11 No.5

본 논문은 Daisy Chain 구조의 CVM(:Cell Voltage Monitoring) 시스템에서, 다양한 DC Level을 갖는 Master IC와 Slave IC 사이에 명령 Data 신호의 전달을 가능하게 해주는 DC Level Shifter 설계를 소개한다. 설계한 회로는 래치 구조가 적용되어 고속 동작이 가능하고, 출력단의 Transmission Gate를 통하여 다양한 DC Level이 출력되도록 설계하였다. 시뮬레이션 및 측정 결과, 0V에서 30V까지의 DC Level 변화에 따른 제어 및 Data 신호의 전달을 확인하였다. Delay Time 오차는 약 170ns가 측정되었지만, 측정 Probe의 Capacitance 성분 및 측정 Board의 영향을 고려하면, 무시할 수 있을 정도의 오차로 간주된다. In this paper, a design of DC level shifter transmitting and receiving control and data signal which have various DC level through daisy chain interface between master IC and slave is introduced in the cell voltage monitoring (CVM). Circuit designed with a latch structure have a function to operate in high speed and for output of variable DC level through transmission gate. As a result of the simulation and the measurement, it was confirmed that control and data signal could be transferred according to the change of DC level from 0V to 30V. Delay time was measured about 170ns. but, it was considered as a negligible tolerance due to a parasitic capacitance of measuring probe and test board.

Current-mode FIR Filter 동작을 위한 OTA 회로 설계

여성대(Sung Dae Yeo),조태일(Tae Il Cho),신영철(Young Chul Shin),김성권(Seong Kweon Kim) 한국전자통신학회 2016 한국전자통신학회 논문지 Vol.11 No.7

본 논문에서는 고속 동작과 저전력 동작을 요구하는 디지털 회로 시스템에 사용될 수 있는 Current-mode FIR Filter를 위한 OTA(:Operational Trans-conductance Amplifier) 회로를 제안한다. Current-mode 신호처리는 동작 주파수와 상관없이 일정한 전력을 유지하는 특징이 있기 때문에 고속 동작을 요구하는 디지털 회로 시스템의 저전력 동작에 매우 유용한 회로설계 기술이라고 할 수 있다. 0.35um CMOS 공정을 이용한 시뮬레이션 결과, Vdd=2V에서 전원 전압의 50%에 해당하는 약 1V의 Dynamic Range를 확보하였으며, 약 0~200uA 의 출력전류를 확인하였다. 설계한 OTA 회로의 전력은 약 21uW가 계산되었으며, Active Layout 면적은 71um×166um 사이즈로 집적화에 유리할 것으로 기대된다. In this paper, we suggest operational trans-conductance amplifier(OTA) for current-mode FIR filter that can be used in a digital circuit system requiring high operating frequency and low power consumption. The current-mode signal processing is one of the very innovative design method for a low power consumption system with high operating frequency because it shows a constant power regardless of frequency. From the simulation result using 0.35um CMOS process, when Vdd is 2V, it is confirmed that the proposed circuit showed the dynamic range of the about 1V, about 50% of supply voltage and output current swing of about 0~200uA. Also, the power consumption was evaluated with about 21uW and the active size for an integration was measured with 71um×166um.

DC μ-Grid 기반 배터리 충/방전 시스템의 에너지 효율에 관한 연구

여성대(Sung-Dae Yeo),김종운(Jong-Un Kim),이경량(Kyung-Ryang Lee),한철규(Cheol-Kyu Han),류태형(Tae-Hyoung Ryu),김경화(Kyeong-Hwa Kim),김성권(Seong-Kweon Kim) 한국전자통신학회 2015 한국전자통신학회 논문지 Vol.10 No.12

Li-ion 배터리를 생산하는데 있어서 충/방전을 통한 formation 과정이 필요하다. 이 과정에서 방전기의 부하저항을 통해 방전하게 되는데 이때 에너지 손실이 발생한다. 따라서 본 논문에서는 DC μ-Grid 기반의 충/방전시스템에서 배터리를 효율적으로 운영하는 방안에 대해 연구하였다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과, DC μ-Grid 기반의 충/방전 시스템에서 충전 배터리 set 3개 기준 대비 방전 배터리 set의 수가 133%를 초과하게 되면 망 전압이 안정화되는 과정에서 발생하는 전압 fluctuation 폭을 초과하기 때문에 시스템에 치명적인 손상을 야기한다. 따라서 충전 배터리 set 3개 기준 대비 방전 배터리 set의 수를 133%까지 운영할 수 있으며 획기적인 에너지 절감 효과를 확인할 수 있었다. Formation process through charge/discharge operation is needed in manufacturing Li-ion battery. In the process battery is discharged by a load resistor of discharger. Here, energy losses happen. Therefore, in this paper, the efficient energy operation of battery is studied in the charge/discharge system based on DC μ-Grid. A result of computer simulation shows that if in the charge/discharge system based on DC μ-Grid, the number of discharge batteries in comparison with three charge battery sets exceeds 133%, voltage fluctuation that occurs while the grid voltage stabilizes, which makes the system fatal. Therefore, it was demonstrated that a remarkable energy saving effect could be achieved when the number of discharge battery set is maintained to be 133% in comparison with three charge battery sets.

Global Navigation Satellite Service 를 위한 EBG 구조체 제작

장영진,정기현,조승일,여성대,김종운,김성권 통신위성ㆍ우주산업연구회 2014 한국위성정보통신학회논문지 Vol.9 No.4

본 논문에서는 1.55GHz에서 1.81GHz 대역을 사용하는 GNSS(Global-Navigation Satellite Service)시스템에, 단말기의 전원안정화를위해서 PCB(Printed Circuit Board) 내층에 삽입될 코일 구조의 EBG(Electromagnetic Band Gap) 구조체를 제안 및 제작한다. 제작한 EBG 구조체의 테스트 결과, 사용 주파수 대역에서 삽입손실(S21)이 약 -50dB 이하로 측정되었다. 본 연구결과는 향후, PCB회로 설계의 PDN(Power Delivery Network)구조의 안정화 향상 및 EMI(Electro Magnetic Interference) 대책에 효과적일 것으로기대된다. In this paper, a coil typed electromagnetic band gap (EBG) structure to be inserted in the printed circuit board (PCB) innerlayer in order to stabilize the PCB power line is proposed and implemented for global-navigation satellite service (GNSS)with the bandwidth from 1.55GHz to 1.81GHz. From the measurement result of the PCB board including EBG structure,the insertion loss(S21) was measured below about –50dB. From these results, it is expected that the stabilization of powerdelivery network (PDN) structure in the PCB circuit design should be improved and the preparation to EMI will be effective.

싸인 보드용 초음파 스피커 상태표시를 위한 LED 구동 회로의설계

이경량,여성대,장영진,차재상,김진태,신재권,김성권 사단법인 한국위성정보통신학회 2013 한국위성정보통신학회논문지 Vol.8 No.4

In this study, we introduce an LED Driving circuit in order that the information state can indicate audio signal gain andradiate pattern of ultrasonic speaker system for a sign board. Ultrasonic speaker system decreases energy loss and transmitsthe sound farther. Ultrasonic speaker having such characteristics is useful in that it can be widely used in daily life. Additionally, Proposed LED circuit indicates the information state as linear LED brightness taken from interface of ultrasonicspeaker system. Designed circuit is confirmed through 0.35 µm CMOS process by Dong-bu. 본 연구에서는 싸인 보드의 집중도를 올리기 위한 초음파 스피커 시스템의 음성신호이득, 방사패턴과 같은 상태정보 표시를 위한LED 구동 회로를 소개한다. 초음파 스피커 시스템은 에너지 손실이 적고 음이 멀리 전달된다. 이러한 특징을 지닌 초음파 스피커는일상생활에서 다양하게 쓰일 수 있다는 점에서 매우 유용하다. 상기 장점을 살려서 제안된 LED 회로는 초음파 스피커 시스템으로부터 인터페이스를 제공받아 선형적인 LED 밝기로써 상태정보를 표현한다. 설계된 회로는 동부 0.35um CMOS 공정을 사용하였다.

Sub-threshold MOSFET을 이용한 전류모드 회로 설계

조승일,여성대,이경량,김성권 통신위성ㆍ우주산업연구회 2013 한국위성정보통신학회논문지 Vol.8 No.3

본 논문에서는 저전력 기술인 DVFS (Dynamic Voltage Frequency Scaling) 응용을 위하여, 동작주파수의 변화에도 소비전력이 일 정한 특성을 갖는 전류모드 회로를 적용함에 있어서, 저속 동작에서 소비전력이 과다한 전류모드 회로의 문제점을 전류모드 회로에 서 sub-threshold 영역 동작의 MOSFET을 적용함으로써 소비전력을 최소화하는 설계기술을 소개한다. 회로설계는 MOSFET BSIM 3모델을 사용하였으며, 시뮬레이션한 결과, strong-inversion 동작일 때 소비전력은 900uW 이었으나, sub-threshold 영역으 로 동작하였을 때, 소비전력이 18.98uW 가 되어, 98 %의 소비전력의 절감효과가 있음을 확인하였다.

LED 디스플레이의 저전력화 동작 연구

이경량,김종운,여성대,조승일,김성권,Lee, Kyung-Ryang,Kim, Jong-Un,Yeo, Sung-Dae,Cho, Seung-Il,Kim, Seong-Kweon 한국전자통신학회 2015 한국전자통신학회 논문지 Vol.10 No.5

LED의 사용이 증가됨에 따라, LED 디스플레이의 저전력 설계에 대한 요구가 증가하고 있다. 본 논문에서는 디지털 신호로 제어하는 정전류원 회로에 단열회로 동작을 유도하는 전원소스 공급을 통하여, 저전력화가 가능한 LED 컨트롤러부를 설계하였다. 설계한 회로는 0.35um CMOS Process로 구현하였으며 회로의 선형 동작을 확인하였다. 시뮬레이션 결과 기존의 LED 컨트롤러부에 대비하여 약 82% 소비전력 절감효과를 확인하였다. 본 연구는 LED 디스플레이 동작의 발열 대책 및 저전력화에 유용할 것으로 기대된다. According to increase in the use of the LED, the demand for low power consumption LED display design of the controller block has increased. In this paper, the low power LED controller block was designed through the power source supply that leads adiabatic operation from constant current source circuit operated by digital signal control. The proposed circuit was implemented using a 0.35um CMOS process. and it demonstrated linear operation of the circuit. From the simulation result, the proposed circuit was evaluated with about 82% power consumption reduction effect in comparison with conventional LED controller block. This research is expected to be helpful for the low power operation and the solution for heat problem of LED display.

Global-Navigation Satellite Service를 위한 Electromagnetic Band Gap 구조체 설계

정기현,장영진,여성대,정창원,김성권,Chung, Ki-Hyun,Jang, Young-Jin,Yeo, Sung-Dae,Jung, Chang-Won,Kim, Seong-Kweon 한국전자통신학회 2015 한국전자통신학회 논문지 Vol.10 No.1

본 논문에서는 GNSS(Global-Navigation Satellite Service)에서 사용되는 단말기의 PCB(Printed Circuit Board) 전원안정화를 위해서 PCB 내층에 삽입될 EBG(Electromagnetic Band Gap) 구조체를 제안한다. 버섯모양의 제안된 EBG 구조체를 통한 PCB에서의 관심 금지대역폭/저지대역폭 주파수는 GNSS와 이동통신 관련 주파수를 포함하는 1.55GHz에서 1.81GHz이었으며, 시뮬레이션 결과, 이 구간에서 삽입손실(S21)이 약 -40dB 이하로 형성됨을 볼 수 있었다. 본 연구결과는 향후, PCB 회로 설계의 PDN(Power Delivery Network)구조의 안정화 향상 및 EMI(Electro Magnetic Interference) 대책에 효과적 대응이 유용할 것으로 기대된다. In this paper, a mushroom typed electromagnetic band gap (EBG) structure to be inserted in the printed circuit board (PCB) inner layer in order to stabilize the PCB power line is proposed for global-navigation satellite service (GNSS). In designing the proposed EBG structure, the target stop-bandwidth was designed from 1.55GHz to 1.81GHz including GNSS and mobile communication-related frequency bandwidth. In this bandwidth, the insertion loss(S21) was observed below about -40dB. From the simulation results, it is expected that the stabilization of power delivery network (PDN) structure in the PCB circuit design should be improved and the effective correspondence to EMI will be helpful.