본 논문은 모듈 평가를 위한 태양광 PCS 개발과 이에 적용되는 모듈 성능 비교에 대해 다룬다. 개발되는 인버터는 3상 380V, 26.5kW 급으로 MNPC 타입의 전력반도체 모듈을 적용한다. 전력반도체 모듈 국내 개발품과 해외 선진사 제품(Vincotech사)의 성능비교를 위해 데이터시트를 기반으로 손실 분석을 수행하였다. 그리고 이를 검증하기 위해 개발된 전력모듈을 평가용 인버터에 적용하여 부하별 효율 비교 평가를 진행하였다.
본 논문은 DC 배전용 반도체 차단기를 모델링하고, 바리스터 동작 특성을 MATLAB/SIMULINK를 이용해 실험 결과와 비교 분석하였다. 단락 전류 차단을 위한 반도체 소자는 전력용 반도체 스위치인 IGBT를 이용하였으며, 회로 차단 시 인덕턴스 성분에 의해 발생하는 과전압으로부터 차단기를 보호하기 위해 바리스터를 IGBT에 병렬 연결하였다. 바리스터는 수학적 모델링을 통해 로그 스케일에서 파라미터를 산출하였으며, 비선형 저항 특성을 시뮬레이션 환경에서 표현하였다. DC 반도체 차단기는 MATLAB 기반으로 모델링하였으며, 산출된 파라미터는 바리스터 모델에 적용하여 시뮬레이션하였다. 또한, 1kV/1.5kA 차단 실험 결과를 비교 분석하여 제안된 DC 배전용 반도체 차단기의 모델의 특성을 검증하였다.
논문에서는 전력용반도체 소자의 수명예측으로 기초적인 동작환경과 구동시간들을 기록하였다. 전력변환기의 제어기에 의하여 전력소자의 구동시간과 방렬기의 온도 등 동작환경을 누적하여 기록하고 이를 확인할 수 있도록 하므로써 전력용 반도체소자는 그 구조에서 수명은 반도체 칩의 온도변화의 크기와 반복회수로 사용기간을 보증하고 있으므로 이에 의한 수명의 예측으로 유지보수 또는 교체가 적절한 시점에서 이루어질 수 있다고 판단된다.
본 논문에서는 저가의 3상 전압형 인버터를 개발하기 위하여, 시스템에 최적화된 전력 변환 장치로 설계하고 이 때 산업 사회에서 요구하는 수명을 만족하기위해 실시간으로 전력 손실을 감시하여 전력 반도체의 수명을 보장하고, 소손 시 분석을 용이하게 하기위하여 소손 모드를 패턴 화 하였다. 전력반도체 열 손실의 이상 유무를 평균 전류 혹은 평균 손실을 이용하여 계산된 온도 상승 기울기와 방열판에서 실측된 온도 상승 기울기와 비교하여 일정 범위 내에 존재함을 확인함으로서 그 가능성을 실험을 통하여 확인하였다.
히트파이프를 이용하는 전력반도체 냉각용 히트파이프가 장기간 사용에도 안정된 작동을 이루도록 하기 위해서는 제조 과정에서 발생할 수 있는 산화막 존재 등 문제 요인의 제거와 함께 시험을 통한 확인이 필요하다. 본 연구에서는 전력반도체 냉각용 히트파이프가 요구하는 여러 기하학적, 열적조건에 의해 결정되는 열수송 한계 및 특성과 안정된 작동을 확인하기 위한 시험방법을 제시하고 시험을 통하여 확인된 결과를 정리하였다.
본 논문은 3상 AC 모터와 영구동기자석 모터제어를 위한 새로운 1200V, 5A/10A 지능형 전력반도체 모듈(Intelligent Power Module, IPM) 제품을 소개한다. 이 전력 모듈은 DIP(Dual in line)패키지의 DBC(Direct Bond Copper)로 구성되어 있으며 Silicon on Insulator, SOI type의 6 채널 게이트 드라이브와 6개의 IGBT, Diode로 구성되어 있다. 본 논문에서는 1200V, 5A/10A 의 새로운 전력반도체의 전기적 특성 및 드라이빙 퍼포먼스를 소개한다.
2001년 1세대 SiC 쇼트키 다이오드의 상용화는 고압 다이오드의 Zero 스위칭손실를 가능하게 하여 기존의 CCM(continuous-current mode) PFC의 효율한계를 극복 시킬수 있었다. 2005년 서지전류와 애벌런치 내량을 향상시킨 2세대 SiC 쇼트키 다이오드는 적용의 범용성을 확대 시켰다. 2009년 전력내량이 증대된 3세대 다이오드는 이상적인 다이오드의 현실화를 위해 한발 더 나아가게 하고 있다. 본고에서는 이러한 노력을 경주해온 인피니언의 SiC 전력반도체 소자의 기술 및 개발 현황을 소개한다.
반도체 소자 제조 공정에 사용되는 공정 펌프는 전체 소요되는 에너지(소비전력)에 52%를 소비하고 있다. 이러한 이유 때문에 반도체 fab 내에서 에너지 절감을 논의할 때 항상 공정용 진공 펌프가 1 순위에 오를 수밖에 없는 것이다. 반도체 공정용 진공 펌프는 사용되어지는 공정에 따라 유지되는 진공도가 달라지고 이에 따라 소비전력과 투입되는 utility의 양이 바뀌게 되어 진공도와 공정에 따른 에너지 소비의 pattern이 다르다. 한국표준과학연구원 진공센터에서는 각 공정 대응용 펌프의 종류에 따라 배기속도, 도달진공도, 소비전력, 진동, 소음 등 기본 펌프 성능 평가, light gas인 helium에 대응하는 기본 성능평가를 실시하고 있다. 또한 부가적으로 soft/medium 공정용의 경우 저전력 mode의 소비전력의 진공도에 따르는 측정변수의 pattern을 측정/분석하고 있으며, harsh 공정용의 경우 50~300 slm의 유량 주입에 따른 내구성 특성을 monitoring하고 있다. 드라이펌프의 기본적인 평가 성능과 각 회사의 SPM (single pump monitoring system) 측정 변수인 온도, 배기구 압력 변화 등의 자체 진단 인자를 포함하여 반도체 공정에서 드라이 펌프의 운용에 필요한 냉각수, $N_2$, 등과 같은 utility의 사용량 및 온도변화 등을 측정하여 드라이 펌프의 에너지 소비 pattern을 분석하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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