[논문]새로운 액티브 보조 공진 DC 링크 스너버를 이용한 3상 전압형 소프트 스위칭 인버터의 특성

성치호; 허영환; 문상필; 박한석

doi:10.5370/kieep.2016.65.2.114

새로운 액티브 보조 공진 DC 링크 스너버를 이용한 3상 전압형 소프트 스위칭 인버터의 특성
Characteristic of Three-Phase Voltage Type Soft-Switching Inverter using the Novel Active Auxiliary Resonant DC Link Snubber 원문보기

전기학회논문지. The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. P, v.65 no.2, 2016년, pp.114 - 121

성치호 (Dept. of Electrical Engineering, Pukyong National University) , 허영환 (Gimhae-Si Urban Development Corporation) , 문상필 (Dept. of Electrical Engineering, Masan University) , 박한석 (Dept. of Electrical Engineering, Pukyong National University)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper is Instant space vector PWM(Pulse Width Modulation)power conversion devices in switching power semiconductors from my generation to losses and switching when the voltage surge and current surge of electronic noise(EMI: Electro Magnetic Interference / RFI: Radio Frequency Interference)to effectively minimize the power soft-switching power conversion circuit topologies of auxiliary resonant DC tank for the purpose of high performance realization of the electric power conversion system by the high-speed switching of a semiconductor device(AQRDCT simultaneously : an active auxiliary resonance using auxiliary Quasi-resonant DC tank)DC link snubber switch has adopted a three-phase voltage inverter. AQRDCL proposed in this paper can reduce the effective and current peak stress of the power semiconductors of the auxiliary resonant snubber circuit compared to the conventional active-resonant DC link snubber, it is not necessary to install the clamp switch of the auxiliary resonant DC link, DC the peak current and power loss of the bus line can be reduced.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이러한 문제를 효과적이고 근본적으로 해결하기 위해 스위칭 모드 전환시의 전압, 전류의 변화를 완화하고, 스위칭 전환 시점에서의 전압과 전류의 궤적을 비간섭화하거나 각종 소프트 스위칭 전력 변환 회로 기술의 연구 개발이 진행되고 있다. 그래서 본 논문에서는 새로운 액티브 보조 공진 DC 링크 스너버를 이용한 3상 전압형 영전압 소프트 스위칭 PWM 인버터 시스템을 제안하여 그 특징을 언급하고 회로 설계 방법을 보여주고 있다. 다음 순간 공간 전압 벡터사인파화 변조를 응용한 출력 전압의 디지털 제어계 공진스너버 방식 3상 전압형 소프트 스위칭 인버터에 대해 말하고 있다.
본 논문에서는 실제로 제안한 새로운 액티브 보조 공진 DC 링크 스너버 회로를 이용한 3상 전압형 소프트 스위칭 인버터 시스템에 내장하여 시스템의 동작을 확인하고, 제어 특성을 평가하여 나타내었다. 실험 분석은 4차의 룬게-쿠타법(Runge-Kutta Scheme)을 이용하여 DSP 디지털로 제어하는 것을 전제로 하고 있기 때문에 1 샘플링 시간 지연을 고려하여 실험을 실시하였다.
이 시스템의 디지털 제어 시스템으로는 3상 교류 시스템에서 동기화 회전 좌표계에서 목표 입력이 계단식임을 고려하여 최적 디지털 서보계를 구성하여 최적 제어 이론을 이용한 피드백 이득 결정을 하고 있다. 이러한 제어 방식을 도입한 액티브 보조 공진 DC 링크 스너버를 이용한 소프트 스위칭 3상 전압형 인버터의 모든 사항은 실험을 통해 입증하고 그 타당성을 증명하고자 한다.

제안 방법

그러므로 이러한 이유로 본 논문에서는 보조 회로의 동작 시간을 샘플링 주기 62.5[μs]의 1/10 이하인 6.25[μs]이하로 설정하였다.
먼저, 제안한 액티브 보조 공진 DC 링크 스너버 회로는 기존의 액티브 보조 공진 DC 링크의 직류 버스 라인에 클램프 인덕터 Ld와 스너버 커패시터 Cr에 병렬 공진 인덕터 Lr를 추가하였다. 그리고 제안한 액티브 보조 공진 DC 링크 스너버 회로의 동작시간에서 보조 회로 동작 시간을 샘플링 주파수로 정해 주기의 1/10 이하로 하였다. 그 이유는 순간 공간 벡터 변조법의 변조 성능을 개선하기 위한 것으로 이 조건은 시스템으로의 필수 조건이다.
그 이유는 순간 공간 벡터 변조법의 변조 성능을 개선하기 위한 것으로 이 조건은 시스템으로의 필수 조건이다. 또한 전력 반도체 장치에 걸리는 피크 스트레스의 억제를 위해 공진 전압과 전류를 가능한 한 적게 하였으며, DC 버스 라인 전압의 상승이 급격하게 되면 하드 스위칭과 같이 전자파장해(EMI : Electro Magnetic Interference)와 전파간섭(RFI : Radio Frequency Interference)이 증가하기 때문에 dv/dt를 500[V/s]가 되도록 매개 변수를 설계하였다.
셋째로, 3상 전압형 인버터 시스템의 제어에 좌표 변환 이론을 근거로 순간 공간 벡터 이론을 응용하여 시스템의 모델을 도출하였으며, 개회로와 폐회로일 때 저항 부하과 유도성 부하에서 소프트 스위칭 인버터의 동작을 확인하였다. 또한 전압 제어가 없는 개회로에서의 동작 파형을 비교하여 디지털 제어의 효과를 보여 주었다.
그림 4는 제안한 새로운 액티브 보조 공진 DC 링크 스너버 회로를 이용한 3상 전압형 소프트 스위칭 인버터 시스템을 나타낸 것이다. 먼저, 제안한 액티브 보조 공진 DC 링크 스너버 회로는 기존의 액티브 보조 공진 DC 링크의 직류 버스 라인에 클램프 인덕터 Ld와 스너버 커패시터 Cr에 병렬 공진 인덕터 Lr를 추가하였다. 그리고 제안한 액티브 보조 공진 DC 링크 스너버 회로의 동작시간에서 보조 회로 동작 시간을 샘플링 주파수로 정해 주기의 1/10 이하로 하였다.
본 논문에서 제안한 새로운 액티브 보조 공진 DC 링크 스너버 회로를 이용한 3상 전압형 소프트 스위칭 인버터 시스템을 실험한 결과를 정리하면 다음과 같다.
본 논문에서는 샘플링 주파수를 16[kHz]를 설정하였기 때문에 샘플링 주기 Ts를 62.5[s]로 하였으며, 그 외의 회로의 매개 변수는 표 1과 같이 설정하였다.
셋째로, 3상 전압형 인버터 시스템의 제어에 좌표 변환 이론을 근거로 순간 공간 벡터 이론을 응용하여 시스템의 모델을 도출하였으며, 개회로와 폐회로일 때 저항 부하과 유도성 부하에서 소프트 스위칭 인버터의 동작을 확인하였다. 또한 전압 제어가 없는 개회로에서의 동작 파형을 비교하여 디지털 제어의 효과를 보여 주었다.
본 논문에서는 실제로 제안한 새로운 액티브 보조 공진 DC 링크 스너버 회로를 이용한 3상 전압형 소프트 스위칭 인버터 시스템에 내장하여 시스템의 동작을 확인하고, 제어 특성을 평가하여 나타내었다. 실험 분석은 4차의 룬게-쿠타법(Runge-Kutta Scheme)을 이용하여 DSP 디지털로 제어하는 것을 전제로 하고 있기 때문에 1 샘플링 시간 지연을 고려하여 실험을 실시하였다. 그림 11은 제안한 회로의 제어의 흐름을 나타낸 것이다.
이상의 결과에 의해서 시스템의 각 회로 상수를 표 2과 같이 설정하였으며, 디지털 제어가 없는 개회로(Open Loop)때와 디지털 제어가 있는 폐회로(Close Loop)시에 실험을 실시하였다. 부하는 각각 저항 부하과 유도성 부하를 이용하여 설정하였다.
그림 1은 제안한 액티브 보조 부분 공진 DC 링크 스너버회로를 나타낸 것이다. 제안한 회로는 종래의 액티브 보조 공진 DC 링크 스너버에 비해 주 스위치가 직류 전원을 차단하기 위한 직류 전원 전압용 클램프 스위치 대신 DC 모선에 직류 인덕터(DCL), 즉 클램프 인덕터를 사용하였다. 또한 직렬로 연결된 2개의 공진 커패시터(C_r1, C_r2)와 보조스위치(S_n(D_n)), 전압 클램프 스위치(S_p(D_p)), 및 공진 인덕터(L_r), DC 커패시터(C_d1, C_d2)로 구성되어져 있다.

성능/효과

둘째로, 제안한 새로운 액티브 보조 공진 스너버 회로는 보조 스위치뿐만 아니라 주 스위치에서도 각각 ZVS, ZCS의 소프트 스위칭을 하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
첫째로, 기존의 보조 공진 DC 링크 방식은 직류 전원 전압을 클램프하기 위해 DC 버스 라인에 스위치를 설치하지만, 본 논문에서는 스위치 대신에 인덕터를 사용하여 주 스위치 절환에 DC 버스 라인 전압을 클램핑함으로써 클램프 스위치에 전류 피크 스트레스를 해소하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	새로운 액티브 보조 공진 DC 링크 스너버 회로의 단점은 무엇인가?	또한 공진 DC 링크 회로의 소자 수가 적기 때문에 회로 구성이 간단하다. 그러나 공진 피크 전류가 다른 방식에 비해 크다는 단점이 있지만 기존 방식에 비해 도통 손실이 경감에 효과적이며, 낮은 전자노이즈의 실현이 가능해진다.
	고주파 스위칭 동작은 어떠한 항목을 개선하는데 이용되어지고 있는가?	또한, IGBT, IEGT, MAGT, HIGT, SIT, IGCT, STTH 등의 스위칭 파워 반도체 디바이스의 대용량화, 스위칭 속도의 고속화, 높은 파괴 내량화, 낮은 구동 전력화, 저손실화, 고기능화 등 기본 성능을 향상시키는 고주파 스위칭 PWM 전력 변환 장치의 연구 개발이 더욱 적극적으로 진행되고 있다. 이러한 고주파 스위칭 동작은 반도체 전력 변환 장치의 전력 변환 효율의 향상에 의한 에너지절약화, 고속 응답성의 개선에 의한 고성능화, 소형, 경량화등 많은 항목을 개선하는데 이용되어지고 있다. 그러나 고주파 스위칭화를 위해 전력 반도체 스위칭 장치를 고속 스위칭함으로써, 전압 및 전류의 급격한 변화(dv/dt, di/dt)로 인한 회로 구성 요소 및 배선에 의한 부유 커패시턴스와 인덕턴스 등의 전력 변환 회로의 기생 회로 파라미터 대지 부유 용량은 전자파 노이즈(EMI/RFI)의 문제 및 표면화 펄스 변조 스위칭 주파수의 고주파화에 한계가 발생된다[5-8].
	전력 반도체 스위칭 장치를 고속 스위칭함으로써 어떠한 한계가 발생하는가?	이러한 고주파 스위칭 동작은 반도체 전력 변환 장치의 전력 변환 효율의 향상에 의한 에너지절약화, 고속 응답성의 개선에 의한 고성능화, 소형, 경량화등 많은 항목을 개선하는데 이용되어지고 있다. 그러나 고주파 스위칭화를 위해 전력 반도체 스위칭 장치를 고속 스위칭함으로써, 전압 및 전류의 급격한 변화(dv/dt, di/dt)로 인한 회로 구성 요소 및 배선에 의한 부유 커패시턴스와 인덕턴스 등의 전력 변환 회로의 기생 회로 파라미터 대지 부유 용량은 전자파 노이즈(EMI/RFI)의 문제 및 표면화 펄스 변조 스위칭 주파수의 고주파화에 한계가 발생된다[5-8].

참고문헌 (8)

O. Kiyoshi, O. Hideki, Y. Hidekazu, I. Kiyoshi"Quasi-Resonant Zero voltage Soft Switching PWM High Frequency Inverter and its Computer Aided Analysis of Characteristics", Technical report of IEICE. Energy engineering in electronics and communications 97(366), pp.49-56, 1997.
T. Aoki, Y. Nozaki, Y. Kuwata, and T. Koyashiki, "A Quasi-Resonant DC Link PWM Inverter", Proceedings of IPEC Yokohama, pp.1203-1208, 1995.
Busse, J. Erdman, R. J. Kerkman, D. Schlegel, and G. Skibinski, "Bearing Currents and Their Relationship to PWM Drives", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol.12, No.2, pp.243-252, 1997.

상세보기
Hyun-Lark Do,"Zero-Voltage-Switching Boost Converter Using a Coupled Inductor", JOURNAL OF POWER ELECTRONICS 11(1), pp.16-20, 2011.

원문보기 상세보기
F. L. Luo, "Re-lift circuits: a new dc-dc step-up boost converter," IET Electronics Letters, Vol.33, No.1, pp.5-7, 1997.

상세보기
M. R. Amini and H. Farzanehfard, "Novel family of PWM softsingle-switched DC-DC converters with coupled inductors," IEEE Trans. Industrial Electronics, Vol.56, No.6, pp.2108-2114, 2009.

상세보기
Jun-Ho Kim, Doo-Yong Jung, Sang-Hoon Park, Chung-Yeun Won, Yong-Chae Jung, and Su-Won Lee, "High Efficiency Soft-switching Boost Converter Using a Single Switch," Journal of Power Electronics, Vol.9, No.6, pp.929-939, 2009.

원문보기 상세보기
Piergiorgio Alotto, Massimo Guarnieri, Federico Moro,"A coupled electro-chemical model of a direct methanol fuel cell for portable electronic devices", The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering Volume 28, Issue 4 pp.1005-1019, 2009.

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증