본 논문은 플라잉 커패시터 3-레벨 인버터 및 컨버터를 위한 스너버 회로를 제안하였다. 제안한 스너버회로는 Undeland 스너버를 기본 스너버로 사용하여 구성한 것으로서, 2-레벨 인버터에서 사용되어온 Undeland 스너버의 장점을 그대로 지니고 있다. 3-레벨 인버터 및 컨버터를 위해 제안한 스너버 회로와 기존의 RCD/RLD 스너버를 비교하면 1)사용소자의 수가 감소하며, 2) 낮은 과전압에 의한 스위칭 소자의 전압 스트레스가 감소하며, 3) 스너버 회로에서의 전력손실이 감소하여 전체 시스템에서의 효율이 개선된다. 본 논문에서는 제안한 스너버를 3-레벨 플라잉 커패시터 인버터에 적용하여 스너버 특성을 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석하였으며 실험을 통해 제안한 스너버의 효용성을 입증하였다. 제안한 플라잉 커패시터 3-레벨 인버터 및 컨버터를 위한 스너버 회로를 구성하는 방법은 멀티레벨 인버터 및 컨버터에도 그대로 적용 할 수 있다.
지금까지 멀티레벨 컨버터 및 인버터에 적용되어온 기존의 스너버는 턴온 스너버로 RLD 스너버 턴오프 스너버로 RCD 스너버를 사용하였으나 이들 RCD/RLD는 많은 소자를 필요로하며 스위칭시의 overvoltage와 스너버 손실이 큰 단점을 지니고 있다. 이와같은 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 Diode-clamped 4-레벨 컨버터 및 인버터를 위한 새로운 스너버를 제안한다. 새로 제안하는 스너버는 Basic snubber unit로 특성이 좋은 Undeland 스너버와 수정된 RCD/RLD 스너버를 사용한다. 따라서 제안하는 스너버는 Undeland 스너버와 McMuray 스너버가 갖고 있는 특성 즉 사용소자의 수의 감소 과전압의 감소 스너버 손실의 감소 등과 좋은 특성을 지니고 있다 또한 본 논문에서 제안하는 4-레벨 컨버터 및 인버터를 위한 스너버 회로를 구성하는 방법은 다른 레벨의 멀티레벨 컨버터 및 인버터에도 적용가능하다,
McT는 MOS-게이트형 사이리스터로써 MOS-게이트형 턴-온 및 턴-오프 특성과 낮은 도통 전압을 나타내는 소자이다. 그러나 SOA(Safe Operation Area)가 상대적으로 작기 때문에 스너버 회로를 필요로 한다. 본 논문에서는 간단한 MCT PSPICE 모델을 사용하여 스위칭 특성과 RCD 스너버의 특성을 분석하였고 스너버 회로 설계방식을 제안하였다.
MOSFET 스위치로 구현된 고역률 부스트 정류기에 적합한 무손실 수동스너버가 턴오프 및 턴온 동안에 동작하는 등가회로로 기술된다. 이러한 등가회로는 주스위치에 가해지는 과도전압, 스너버 전류, 및 턴-오프 과도시간을 예측할 수 있도록 분석된다. 제안된 스너버와 결합된 부스트 컨버터의 주 스위치는 영전류에서 턴-온되기 때문에 턴-온 손실이 거의 없고, 제한된 전압 스트레스에서 턴-오프되므로 주 스위치의 전압 스트레스에 의한 파손을 방지할 수 있다. 또한 본 스너버를 사용한 부스트 컨버터의 제어 방법이 기존의 부스트 컨버터와 동일하기 때문에 기존의 부스트 컨버터용 제어회로를 그대로 쓸 수 있다. 제안된 에너지재생 수동스너버를 갖는 고역률 정류기가 구현되고 실험결과가 제시된다.
IGBT는 턴-오프 동안 높은 dv/dt를 재인가하면 기생적 NPN 트랜지스터를 강제로 도전시킬 수 있는 변위전류를 유기하는데 이것은 제어의 손실과 잠재적인 디바이스의 손상을 가져오므로 적절한 스너버회로의 설계가 필요하다. 본 논문에서는 IGBT의 SPICE 모델을 이용하여 스위칭 특성을 해석하고, 적절한 스너버 회로의 설계 방식을 제시하였다.
고 승압 플라이백 컨버터를 설계하여 제작, 사용할 때 고주파수의 스위칭시 스위칭 소자의 보호를 위해 스너버 회로를 사용하게 된다. 본 논문에서는 고 승압 플라이백 컨버터의 스위칭 소자에서 R-C 스너버 회로가 미치는 영향에 대해 직접 실험하여 스너버 회로가 스위칭 소자와 스위칭 신호에 미치는 영향을 확인하고 실험을 통해 얻은 스너버 회로 파라미터값과 계산결과를 비교한다.
This paper presents a new low loss snubber including the overvoltage snubber for three-level GTO inverters. The proposed snubber can not only minimizes the snubber loss and the number of components but also improve blocking voltage balancing problem between the inner and the outer GTOs.
SMPS(Switched Mode Power Supply, 전력공급장치) 회로설계 시 특별한 고찰 없이 지나치기 쉬운 부분이 스너버(snubber) 회로이다. 그러나 스너버(snubber) 회로에 따른 SMPS의 성능저하 및 SET 전체에 미치는 영향은 결코 무시할 수 없다. 또한 스위칭시 피크치 전압과 전류로부터 소자를 보호하고 on/off 스위칭시 손실을 줄여주기 위하여 스위치 양단에 스너버(snubber) 회로를 부가해준다. 따라서 본 논문에서는 스너버(snubber) 회로에 대한 충분한 이해를 위해 이론적 해석 및 실제 회로설계 때 설계자가 응용할 수 있는 실험식을 정리하여, 스너버(snubber) 회로의 최적화를 도모하고자 한다.
본 논문에서는 승압형 컨버터의 온/오프 스위칭 손실을 줄이기 위한 새로운 저손실 스너버 회로를 제안한다 제안하는 회로는 인덕터의 보조 권선을 통해 회로를 구성하며 부가되는 소자의 수가 작은 장점을 갖는다 제안하는 회로는 턴온 때에는 인덕터 보조 권선에 의해 스위치로 흐르는 전류의 상승을 제한하는 효과가 나타나므로 다이오드 역회복 전류에 의한 스위치 손실을 줄여준다. 동시에 턴오프시에는 스너버 회로를 통한 스위치 전압의 상승을 완만히 해주므로 역시 손실을 줄여준다. 본 논문에서는 1kW급의 단상 역률보상회로에 제안하는 회로를 구성하여 이의 동작을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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