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Wide Band Gap 소자를 적용한 철도차량용 보조전원장치에 관한 연구
A Study on the Auxiliary Power Supply for the Railway Vehicle by Using Wide Band Gap Device 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.23 no.3, 2018년, pp.168 - 173  

최연우 (Dept. of Control and Instrumentation Eng., Hanbat National University) ,  이병희 (Dept. of Electronics & Control Eng., Hanbat National University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, an auxiliary power supply (APS) for railroad cars is proposed. The APS can reduce the number of devices required to supply power through structural modification and operates at a high switching frequency by application of a SiC device. The voltage stress on the device in the proposed ...

주제어

#APS(Auxiliary Power Supply)   #Sic device   #Single switch boost converter   #Wide-band-gap  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 기존 철도차량용 보조전원장치로부터 구조적 변경을 통한 소자 개수 저감과 SiC 소자 적용을 통해 효율 향상이 가능한 회로를 제안하였다. 제안 회로는 구조적 변경에 따라 반도체 소자의 전압 스트레스가 줄어들게 된다.
  • 본 논문에서는 회로의 구조적 변경을 통해 소자 개수 저감이 가능하며, IGBT 소자의 단점을 보완하기 위해 최근 다양한 전력변환회로에 적용되고 있는 Wide-Band -Gap(WBG) 소자인 SiC(Silicon Carbide) 소자를 적용한 철도차량용 보조전원장치를 제안한다. 제안 회로는 구조적 변경을 통해 부스트 컨버터의 전압 스트레스 저감이 가능하며, 이에 따른 소자 개수 저감에 따른 시스템의 소형화 및 효율 증대가 가능할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
보조전원장치란 무엇인가? 가선의 전압을 이용하여 철도차량의 구동 전원을 제외한 출입문 개폐, 객실 조명, 에어컨과 같은 편의시설에 전기 에너지를 공급하는 장치를 보조전원장치 라고 한다. 보조전원장치는 기차 외부에 장착하여 전력을 공급하는 방식이며, 편의 시설의 증가에 따른 전원장치의 용량 증가로 인해 보조전원장치의 크기도 증가하게 되었다[1]-[4] .
SiC(Silicon Carbide) 소자를 적용한 철도차량용 보조전원장치의 장점은 무엇인가? 본 논문에서는 회로의 구조적 변경을 통해 소자 개수 저감이 가능하며, IGBT 소자의 단점을 보완하기 위해 최근 다양한 전력변환회로에 적용되고 있는 Wide-Band -Gap(WBG) 소자인 SiC(Silicon Carbide) 소자를 적용한 철도차량용 보조전원장치를 제안한다. 제안 회로는 구조적 변경을 통해 부스트 컨버터의 전압 스트레스 저감이 가능하며, 이에 따른 소자 개수 저감에 따른 시스템의 소형화 및 효율 증대가 가능할 수 있다. 또한, SiC MOSFET은 Si MOSFET 보다 높은 항복 전압을 갖기때문에 높은 전압에 적용함에 있어 회로 구성에 자유도가 있으며, IGBT 소자와 비교하여 스위칭 주파수를 높일 수 있기 때문에 변압기, 인덕터 및 커패시터와 같은 수동 부품의 크기를 감소시킴으로써 전력 변환회로의 소형화가 가능하다.
전원장치의 경량화 및 효율 증대를 위한 방법으로 어떤 것이 있는가? 보조전원장치는 기차 외부에 장착하여 전력을 공급하는 방식이며, 편의 시설의 증가에 따른 전원장치의 용량 증가로 인해 보조전원장치의 크기도 증가하게 되었다[1]-[4] . 전원장치의 경량화 및 효율 증대를 위해서는 소자의 개수 저감이 가능한 구조의 채택이나 스위칭 손실 및 도통 손실이 적은 소자의 적용을 통하여 효율을 증가시키고, 스위칭 주파수를 높여 인덕터 및 변압기, 커패시터와 같은 수동 소자의 크기를 줄이는 방법이 있다. 하지만 기존 보조전원장치 회로는 높은 전압으로 인해 다수의 소자를 적용하였으며, IGBT를 스위칭 소자로 적용 하면서 Tail Current 현상으로 인해 스위칭 주파수를 수 kHZ로 제한하였다.
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참고문헌 (5)

  1. J. M. Jo, Y. J. Han, C. Y. Lee, and J. H. Lee, "Development of lightweight auxiliary power supply using the resonant DC/DC converter for maglev," in Annual Conference of the Korean Society for Railway, pp. 1115-1120, May 2013. 

  2. K. B. Lee, J. Y. Lim, J. M. Jo, J. S. Kim, H. J. Han, and S. H. Choi, "Study on the resonant HF DC/DC converter for the weight reduction of the auxiliary power supply of MAGLEV," in Annual Conference of the Korean Society for Railway, pp. 1825-1831, Oct. 2011. 

  3. S. C. Rho and Y. H. Kim "A main power supply for railway vehicles using 3-level converters," in Annual Conference of the Korean Society for Railway, pp. 646-652, Oct. 2003. 

  4. J. B. Lee and I. H. Jo, “Research on high-efficient power converters using WBG Devices for auxiliary power supplies(APS) system,” Journal of the Advanced Engineering and Technology, Vol. 10, No. 2, pp. 203-208, Jun. 2017. 

  5. Y. W. Choi and B. H. Lee, "The study on auxiliary power unit for railroad car," in Annual Conference of the Korean Society for Railway, pp. 69-70, Jul. 2016. 

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