$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

[국내논문] PCB패턴 Rogowski 코일을 이용한 SiC MOSFET의 과전류 검출 및 차단 기법에 관한 연구
Study on the overcurrent detection and blocking method of SiC MOSFET using the PCB pattern Rogowski coil 원문보기

전력전자학회 2018년도 추계학술대회, 2018 Nov. 30, 2018년, pp.92 - 94  

윤한종 (건국대학교 전력전자연구실) ,  조영훈 (건국대학교 전력전자연구실)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

본 논문은 SiC MOSFET 디바이스를 사용하는 전력변환장치에서 Rogowski 코일을 이용하여 SiC MOSFET 디바이스에 흐르는 전류를 측정하여, 과전류를 검출하고 게이팅 신호를 차단하는 기법에 관하여 연구한다. SiC MOSFET는 소자의 특성으로 보편적으로 사용되는 과전류 검출 방법인 DeSAT 적용이 어렵기 때문에 Rogowski 코일을 사용하여 스위치 전류를 측정, 과전류를 검출한다. 본 논문에서는 PCB패턴 Rogowski 코일의 설계 방법뿐만 아니라 Rogowski 코일과 적분기의 대역폭에 대해서도 논의한다. 실험은 직류링크 커패시터에 SiC MOSFET 스위치 레그를 병렬로 연결하고, 직류링크 커패시터에 직류전압을 충전 후 스위치 레그를 약 6us정도 단락시켜 SiC MOSFET에 과전류를 발생시킨다. 이 때, 제안한 Rogowski 코일을 이용한 과전류 검출 및 차단 기법의 적용 전후를 비교하여 동작 및 성능(검출 및 차단 소요시간)을 확인한다. 마지막으로 실험 결과를 통해 본 논문에서 제안한 PCB패턴 Rogowski 코일을 이용하여 과전류 검출 및 차단 기법이 검증되었다.

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

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

제안 방법

  • [1] 따라서 이러한 문제를 해소하기 위해 직접 전류를 측정하여 과전류를 검출하는 방식이 추천되며, 스위치 전류를 직접 측정하기 위해 PCB 패턴의 Rogowski 코일이 많이 제안되었다.[2-3] 본 논문은 PCB 패턴으로 구현한 Rogowski 코일 및 적분기 설계를 다루고 과전류 검출 및 차단 기법을 제안한다. 직류링크 커패시터에 병렬로 연결된 스위치 레그를 일시적으로 단락 시켜서 스위치에 과전류를 흐르게 하고 이를 PCB 패턴의 Rogowski 코일을 이용하여 전류를 측정, 과전류를 검출하고 차단한다.
  • 류센서의 설계에 대해 소개하고 이를 이용하여 스위치에 흐르는 전류를 측정, 과전류 상태를 검출하고 게이팅 신호를 차단하여 SiC MOSFET를 사용하는 전력변환시스템을 보호하고 신뢰도를 향상시킬 수 있는 기법에 대해 제안했다. 본 논문의 Rogowski 코일 전류센서와 제안한 과전류 검출 및 차단 기법은 모의실험 및 실험을 통해 검증하였으며, 실험 결과 SiC MOSFET이 잘 버티고 있음을 확인했다.
  • 본 논문에서는 Rogowski 코일을 다층 레이어의 PCB 패턴을 통해 구현하였으며 이는 그림 3과 같다. 4층 레이어의 PCB에서 탑 레이어(1층)와 미드 레이어-1(2층), 미드 레이어-2(3층)을 사용하여 구현되었으며, 구성은 그림 3과 같다.
  • 본 논문에서는 제안하는 과전류 검출 및 차단 기법은 Rogowski 코일 전류센서를 통해 측정한 스위치 전류로 과전류 상태를 판단하고 게이트 신호를 차단함으로써 수행된다. 신속하고 최대한 빠른 시간 내에 과전류 검출 및 차단을 수행할 수 있도록 아날로그 회로로 구성하였으며, 과전류 검출에는 비교기가, 과전류 차단에는 JK플립플롭과 AND게이트가 사용되었다.
  • 본 논문에서는 제안하는 과전류 검출 및 차단 기법은 Rogowski 코일 전류센서를 통해 측정한 스위치 전류로 과전류 상태를 판단하고 게이트 신호를 차단함으로써 수행된다. 신속하고 최대한 빠른 시간 내에 과전류 검출 및 차단을 수행할 수 있도록 아날로그 회로로 구성하였으며, 과전류 검출에는 비교기가, 과전류 차단에는 JK플립플롭과 AND게이트가 사용되었다.
  • 모의실험 및 실험 시스템은 그림 8과 같으며, 직류링크 커패시터(1000uF)에 10V를 충전하고 약 6us정도의 짧은 시간동안 스위치 레그를 단락시켜 스위치에 높은 전류가 흐르도록 한다. 이를 과전류 상태로 가정하고 제안한 과전류 검출 및 차단 기법, Rogowski 코일 전류센서가 정상적으로 동작하는지 확인한다. 그림 9는 과전류 검출 및 차단 실험 결과를 나타내고 있다.
  • 적분기의 저항과 커패시턴스는 적분기의 차단 주파수가 Rogowski 코일의 차단 주파수보다 크도록 선정하되, 적분기 저항과 커패시턴스의 곱의 역수는 적분기 출력 이득이므로 이를 고려하여 설계한다. Rogowski 코일 전류센서는 2차 저역통과필터에 상수가 곱해진 형태이므로 차단 주파수 이전까지는 이득의 변화가 없으며(0dB/decade), 위상은 0˚이다.
  • [2-3] 본 논문은 PCB 패턴으로 구현한 Rogowski 코일 및 적분기 설계를 다루고 과전류 검출 및 차단 기법을 제안한다. 직류링크 커패시터에 병렬로 연결된 스위치 레그를 일시적으로 단락 시켜서 스위치에 과전류를 흐르게 하고 이를 PCB 패턴의 Rogowski 코일을 이용하여 전류를 측정, 과전류를 검출하고 차단한다.

대상 데이터

  • 본 논문에서는 Rogowski 코일을 다층 레이어의 PCB 패턴을 통해 구현하였으며 이는 그림 3과 같다. 4층 레이어의 PCB에서 탑 레이어(1층)와 미드 레이어-1(2층), 미드 레이어-2(3층)을 사용하여 구현되었으며, 구성은 그림 3과 같다. 미드 레이어-1(2층)의 직선 패턴을 중심으로 탑 레이어와 미드 레이어-2가 휘감아 전진하는 형태로 코일을 구성했으며, 탑 레이어와 미드 레이어-2는 비아 홀을 통해 연결된다.
  • 본 장에서는 Rogowski 코일 전류센서와 과전류 검출 및 차단 기법에 대해 모의실험 결과와 실제 실험 결과를 도시한다. 모의실험은 PSIM 시뮬레이션으로 진행되었으며, 실제 실험에는 CREE사의 1200V, 36A TO-247 패키지의 SiC MOSFET C3M650090D가 사용되었다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전력변환 기기의 효율을 증가시키고 소형화, 경량화하기 위해 전력반도체 소자로 사용하는 재료는? 최근 전력변환기기의 효율을 증가시키고 소형화, 경량화를 하기 위해 실리콘 카바이드(SiC), 갈륨 나이트라이드 (GaN)등의 Wide-band gap 소재를 사용하는 전력반도체 소자의 도입이 꾸준히 증가하고 있다. 이러한 WBG의 전력 반도체를 이용하여 전력변화기기를 구성할 경우 앞서 언급한 전력변환기기의 효율 증가, 소형화, 경량화 등을 쉽게 달성할 수 있다.
SiC MOSFET의 장점은? 이러한 WBG의 전력 반도체를 이용하여 전력변화기기를 구성할 경우 앞서 언급한 전력변환기기의 효율 증가, 소형화, 경량화 등을 쉽게 달성할 수 있다. 특히 그중에서 SiC MOSFET이 WBG소자 중에 가장 활발히 사용되고 있으며, SiC MOSFET은 기존 Si소자 대비 낮은 Rds, 고속스위칭이 가능하며 고온에서도 고내압의 동작이 가능하다. 하지만 시스템 보호 측면에서 Si 소자 대비 불리한 점이 있다.
SiC MOSFET의 경우 시스템 보호 측면에서 Si 소자 대비 불리한 점이 있는 이유는? 하지만 시스템 보호 측면에서 Si 소자 대비 불리한 점이 있다. 이는 가장 보편적으로 사용하는 과전류 단락 검출 방식인 deSAT을 SiC MOSFET에 적용하기 어렵기 때문이다. deSAT방식은 스위치가 ON상태에서 스위치 양단 전압을 측정하여 과전류 상태를 검출하는 것인데, SiC MOSFET은 Si 소자대비 같은 전류에 비해 스위치 양단 전압이 낮고 스위치 전류가 빠르게 상승하는 특성으로 인해 deSAT 적용이 어렵다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

관련 콘텐츠

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로