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LCC 공진형 컨버터 기반의 고효율 커패시터 충전기 설계기법
정송찬,송승호,최민규,류홍제,Jeong, Song-Chan,Song, Seung-Ho,Choi, Min-Kyu,Ryoo, Hong-Je 전력전자학회 2022 전력전자학회지 Vol.27 No.4
This study proposes a design method that minimizes a conduction loss of LCC resonant converter under rated condition. Through a simplified analysis of the waveform of the resonant current, the power transfer section and RMS value of the resonant current was analyzed mathematically and graphically. Based on this analysis, the design method that minimizes the RMS value of the resonant current is proposed. To demonstrate this method, this study designed a 7.5 kW (100 V, 75 A) capacitor charger based on LCC resonant converter and the design parameters were chosen according to the process of the design method. Then, the capacitor charger was implemented. An experiment was conducted to measure efficiency while satisfying design specifications under rated conditions. This design method was verified to be effective by achieving 97.7% maximum efficiency and design specifications under rated conditions.
LCC 공진형 컨버터 기반 고효율 커패시터 충전기 설계
정송찬(Song-Chan Jeong),최민규(Min-Kyu Choi),송승호,류홍제 전력전자학회 2021 전력전자학술대회 논문집 Vol.2021 No.11
본 논문은 LCC 공진형 컨버터 기반 고효율 커패시터 충전기의 공진 파라미터 설계 기법을 다룬다. 도전손실을 최소화하기 위해 사다리꼴 형태의 공진전류를 생성하는 공진탱크가 설계되었으며 스위칭 손실의 최소화를 위해 ZVS 소프트 스위칭 및 무손실 스너버를 적용하였다. 이를 바탕으로 7.5kW(75V, 100A) 고효율 커패시터 충전기를 제작하였으며 정격출력 조건에서 최대 효율 98%를 달성하였다.
직렬 스태킹한 IGBT 모듈 기반의 고전압 방전 스위치 및 단일 전원 기반의 게이트 구동 회로 구현
정우철(Woo-Cheol Jeong),박수미(Su-Mi Park),조현빈(Hyun-bin Jo),정승재(Seung-Jae Jeong),정송찬(Song-Chan Jeong),최민규(Min-Gyu Choi),류홍제(Hong-Je Ryoo) 전력전자학회 2021 전력전자학술대회 논문집 Vol.2021 No.7
고전압 펄스 응용 분야에서 요구되는 고전압 방전 스위치를 반도체 스위치 기반으로 구현하기 위한 방법 중 하나는 수-kV 정격의 스위치를 직렬로 스태킹하여 구성하는 방식이며, 반도체 스위치를 직렬 스태킹 하기 위해서는 전압 밸런싱, 절연된 게이트 구동 전원, 그리고 모든 스위치의 On/Off 타이밍의 동기화가 필수적으로 요구된다. 본 논문에서는 고전압, 대전류 방전을 위해 IGBT 모듈을 직렬 스태킹 한 구조의 고전압 방전 스위치와 이를 구동하기 위한 게이트 구동 회로의 설계에 대해 기술한다. 특히 게이트 구동 회로는 서로 절연된 다수의 게이트 구동 전원 장치 대신 짧은 펄스의 형태로 모든 스위치들의 구동 전원 뿐만 아니라 ON/OFF 신호도 동시에 공급하는 단일 전원 장치를 사용하여 전체 구조를 상당히 간단하고 컴팩트하게 구성하였으며, 스위치 양단 전압의 빠른 dv/dt 로 인해 Miller capacitor를 통해 게이트 전하가 충전되어 오동작하는 것을 방지하기 위한 회로가 적용되었다. 설계한 고전압 스위치와 게이트 구동 회로는 PSPICE 시뮬레이션을 통해 10kV, 1kA 펄스 출력이 검증되었고, 1.2kV IGBT 2개로 구성된 모듈 6개를 직렬 스태킹한 구조로 제작되었다.
LCC 공진형 컨버터 기반 고전압 커패시터 충전기의 고효율 출력제어
송승호(Seung-Ho Song),안재범(Jae-Beom Ahn),정송찬(Song-chan Jeong),최민규(Min-kyu Choi),류홍제(Hong-Je Ryoo) 전력전자학회 2021 전력전자학술대회 논문집 Vol.2021 No.7
본 논문은 고전압 커패시터 충전기의 고효율 제어방법에 대한 내용으로 LCC 공진형 컨버터 토폴로지의 출력 제어기법들을 효율의 측면에서 비교분석한다. LCC 공진형 컨버터의 일반적인 제어기법인 주파수 가변제어를 포함하여 고정주파수 위상차 제어, 충전기 동작을 ON/OFF 시키는 릴레이 제어를 100V, 7.5kW 사양의 충전기에 각기 적용하여 시뮬레이션을 통해 각 기법에 따른 손실들을 비교하였다. 이를 통해 고전압 커패시터 충전기에 적합한 출력제어 기법을 선정하였다.
낮은 입력 커패시턴스를 가지는 SiC-MOSFET을 위한 게이트 드라이버 설계
송승호(Seung-Ho Song),정송찬(Song-Chan Jeong),최민규(Min-Kyu Choi),류홍제(Hong-Je Ryoo) 한국조명·전기설비학회 2021 한국조명·전기설비학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.11
This paper presents a design of a gate driver for a SiC-MOSFET with low input capacitance. The gate driver delivers insulated gate voltage to each switch using a small toroidal transformer in consideration of simplification and cost. Additionally, the proposed gate circuit is designed to operate with a variable dead time of detecting zero voltage to enable the use of a lossless snubber. The proposed gate circuit was applied to a 100W (20V/5A) half-bridge LCC resonant converter using C3M0280090D (900V/11.5A) SiC MOSFET Switches. The gate circuit is tested for operation with a switching frequency of up to 500kHz and added-time operation through experiments.
모듈라 셀 구조 기반 펄스 모듈레이터의 서브모듈 시험회로 구축
최민규(Min-Kyu Choi),정송찬(Song-Chan Jeong),송승호(Seung-Ho Song),류홍제(Hong-Je Ryoo) 전력전자학회 2021 전력전자학술대회 논문집 Vol.2021 No.11
본 논문은 모듈라 셀 구조 기반 펄스 모듈레이터의 서브모듈 시험회로 구축에 대해 다룬다. 시험회로는 서브모듈의 펄스 출력 상승시간과 같은 출력특성 확인 및 신뢰성의 검증을 위해 충전전압, 펄스 폭, 반복률의 자유로운 가변이 가능하도록 설계되었다. 시험회로는 LCC 공진형 컨터버 기반의 충전기와 서브모듈로 구성된다. 최종적으로 시험회로는 400W(1kV, 0.4A) 사양으로 구현되었으며 다양한 출력조건에서 시험 가능함을 검증하였다.