기존의 Gap switch를 이용한 Marx generator는 트리거-펄스 발생회로가 따로 필요하여 복잡한 구조를 가질 뿐만 아니라, 스위치의 짧은 수명과 스위치 내부의 스파크전류의 Jitter 현상, 그리고 순차전인 스위치 turn-on과 스위치 내외부의 인덕턴스로 인한 전압 상승시간의 지연 등의 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 단점들을 해결하기 위해 기존의 Gap switch대신 전력용 반도체 소자인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors) 스위치를 이용한 Marx generator를 제안하고, 제안된 회로의 동작을 구현하기 위해 전력계통용 전자기과도현상 해석프로그램인 EMTP(Electromagnetic Transient Program)를 사용하여 시뮬레이션 하여 IGBT스위치가 이상적인 동작을 할 때 얻어지는 이점을 알아보기고 한다.
본 논문에서는 주 스위치가 항상 영전압에서 스위칭하는 새로운 영전압 스위칭 방식의 컨버터를 제안하였다. 기존의 영전압 PWM 컨버터의 공진 인덕터와 포화인덕터은 보조 스위치의 전도손실을 줄이기 위하여 두 개의 포화 인덕터로 대체되었다. 따라서, 제안된 컨버터는 주 스위치가 영전압 스위칭되어 스위칭 손실이 적으며, 주 스위치와 보조 스위치의 전도손실을 줄인 특징이 있다. 주 스위치의 영전압 스위칭 특징을 포함한 특징은 200 kHz에서 실행하여 그 결과를 입증하였다.
펄스파워 응용기술에 있어서 핵심이 되는 것은 대전력 고반복율의 스위칭 특성을 갖는 스위치 및 구동기술이다. 지금까지 대전력 에너지를 전달하기 위해 사용되고 있는 스위치는 크게 사이라트론 등과 같은 진공 스위치와 자기 스위치, 그리고 반도체 스위치로 구분할 수 있는데 이중에서 기존 반도체 스위치들의 한계를 극복하고 낮은 제작비용으로 대전력 고반복용 펄스 전원 장치 등의 다양한 산업분야에 활용하고자 개발된 반도체 스위치가 바로 RSD (Reverse Switch-on Dynistor)이다. RSD는 애벌런치 전류에 의해 소자 전체를 동시에 턴온시키는 특성이 있으므로 고전압 적용을 위해서 직렬 스택을 구성하는 경우에도 턴온 지연이 거의 없어서 전압 분배기와 같은 추가적인 장치가 필요 없으며 높은 di/dt 특성과 우수한 펄스 통전능력을 가진다. 본 논문에서는 30${\mu}s$의 펄스폭으로 스위칭 할 수 있는 10kV 20kA급 펄스파워용 RSD 스택 시스템의 설계와 실험결과를 보여 주고 있다.
프로그래머블 스위치는 프로그래머블 로직 디바이스 내에서 사용자의 프로그래밍에 따라 로직 블록과 배선을 연결하거나 차단하는 기능을 수행하는 전자소자이다. 기존의 프로그래머블 스위치는 상변화 특성을 보이는 칼코겐화물을 이용하는데, 상변화 재료만을 이용하는 스위치는 전기신호 누설의 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 프로그래머블 스위치의 활성물질로서 상변화 재료 및 문턱(threshold) 스위칭 특성을 보이는 칼코겐화물을 포함하는 다층구조를 제안하고, 다층구조에 적용 가능한 칼코겐화물 합금 특성을 보고한다. RF magnetron sputtering 방식을 이용하여 doped GeSbTe 박막을 증착하고 온도에 따른 면저항 및 표면 형상 변화를 관찰하였다. Doped GeSbTe는 기존의 GeSbTe 상변화 재료와는 뚜렷하게 구분되는 면 저항 및 표면 형상 변화를 나타내었다. 이러한 결과로부터 doped GeSbTe 합금 박막은 다층구조 프로그래머블 스위치의 활성물질로 사용이 가능하다는 사실을 확인할 수 있었다.
기존의 Gap switch를 이용한 Marx generator는 트리거-펄스 발생회로가 따로 필요하여 복잡한 구조를 가질 뿐만 아니라, 스위치의 짧은 수명과 스위치 내부의 스파크전류의 Jitter 현상, 그리고 순차적인 스위치 turn-on과 스위치 내외부의 인덕턴스로 인한 전압 상승시간의 지연 등의 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 단점들을 해결하기 위해 기존의 Gap switch대신 전력용 반도체 소자인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors) 스위치를 이용한 Marx generator를 제안하고, 제안된 회로의 동작을 구현하기 위해 전력계통용 전자기과도현상 해석프로그램인 EMTP(Electromagnetic Transient Program)를 사용하여 시뮬레이션 하여 IGBT스위치가 이상적인 동작을 할 때 얻어지는 이 점을 알아보기로 한다.
기존의 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 스위치는 하나의 셀 안에 하나의 음성 데이터를 전송하는 방식이었다. 이러한 방식으로는 적은 양을 갖는 실시간 가변 비트율의 음성 데이터의 서비스를 제공하기에는 비효율적이었다. 이에 ATM 네트워크에서 사용자에게 실시간 가변 비트율로, 적은 양의 음성 데이터를 멀티플랙싱하여 하나의 ATM 셀의 유료부하에 실어 보내는 방식인 AAL2(ATM Adaptation Layer Type 2) 프로토콜의 표준화가 이루어졌다. AAL2 스위치 서버는 AAL2 프로토콜로 인코딩된 ATM 셀을 스위칭하기 위해서 개발되었다. AAL2 스위치 서버는 CPS(Common Part Sublayer) 패킷을 추출해내는 부분과 CPS 패킷의 식별자를 갖고 식별자 스위칭하는 부분, 그리고 스위칭이 끝난 식별자를 갖는 CPS 패킷을 ATM 셀로 만들어 ATM 네트워크를 통해서 전송하는 부분으로 나뉜다. AAL2 스위치 서버를 3개의 부분으로 나누는 이유는 셀을 전송받는 부분과, 식별자 스위칭하는 부분, 다시 셀을 전송하는 부분으로 나누어 병렬 처리를 함으로써 스위치의 성능을 향상시킨다. 이 논문에서는 AAL2 스위치 서버를 구현하고, 그 활용방안에 대해서 알아보도록 한다.
멀티미디어 서비스의 증가에 따라 멀티캐스팅(Multicasting)은 ATM 스위치 디자인에 있어 중요성을 더해가고 있다. 기존의 다단 연결 구조에서 멀티캐스트에 의한 트래픽 팽창의 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 고속의 버스와 공유 메모리 스위치를 이용한 멀티캐스트 스위치를 제안한다. 고속의 시분할 버스를 연결 매체로 사용하며 공유 메모리 스위치를 단위 모듈로 하는 구조를 채택하여 용이한 포트 확장성을 제공한다. 트래픽 중재 기법을 사용하여 내부 블러킹을 없애며, 시뮬레이션을 통해 데이터 처리율이나 셀지연 측면에서의 스위치 성능을 확인한다.
기존의 Gap switch를 이용한 Marx generator는 트리거-펄스 발생회로가 따로 필요하여 복잡한 구조를 가질 뿐만 아니라, 스위치의 짧은 수명과 스위치 내부의 스파크전류의 Jitter 현상, 그리고 순차적인 스위치 turn-on과 스위치 내외부의 인덕턴스로 인한 전압 상승시간의 지연 등의 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 단점들을 해결하기 위해 기존의 Gap switch대신 전력용 반도체 소자인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors) 스위치를 이용한 Marx generator를 제안하고, 제안된 회로의 동작을 구현하기 위해 전력계통용 전자기과도현상 해석프로그램인 EMTP(Electromagnetic Transient Program)를 사용하여 시뮬레이션 하여 IGBT스위치가 이상적인 동작을 할 때 얻어지는 이점을 알아보기로 한다.
기존 Plasma Burner용 인버터 구동회로의 경우, Full Bridge Inverter를 사용하기 때문에 소자수가 많고 스위칭 손실이 큰 문제점이 있다. 본 논문은 Plasma Burner 구동을 위한 무손실 단일 스위치 인버터를 제안한다. 기존 Full Bridge Inverter를 사용하는 Plasma Burner 구동회로의 경우에는 4개의 스위치를 사용하기 때문에 스위치 손실이 매우 크고, Heat-sink 크기가 커지는 단점이 있다. 반면 제안된 Plasma Burner 구동을 위한 무손실 단일 스위치 인버터는 1개의 스위치를 사용하고, 스너버의 전력 손실이 최소화되기 때문에 전력 손실이 매우 작고 Heat-sink 최소화 및 고효율화가 가능한 장점을 갖는다. 본 논문에서는 제안된 Plasma Burner 구동을 위한 무손실 단일 스위치 인버터의 이론적인 특성을 분석하고 모의실험을 통해 확인하였으며, 15W급 Plasma Bunrer에 적용하여 실험을 통해 우수성을 검증하였다.
본 논문은 단일 스위치 공진형 컨버터에서 스위치의 전압 스트레스를 줄이는 설계 방법을 소개한다. 일반적으로 단일 스위치 공진형 컨버터는 입력 전압 대비 높은 전압이 스위치에 걸리므로 높은 입력 전압 응용에 제약이 있다. 따라서 본 논문에서는 스위치의 피크 전압을 줄이고자 3차 고조파를 주입한 전압 모양을 만들도록 스위치 주변의 LC 공진 회로를 설계한다. 이 설계 방식을 이용하면 영전압 스위칭이 가능할 뿐만 아니라 전압 스트레스를 입력 전압의 2.2배 정도로 줄일 수 있다. 또한, 설계 원칙에 따라 여러 토폴로지가 유도되며, 설계 예시를 통해 제안된 설계 방식의 효용성을 실험적으로 입증한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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