• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제8권4호
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• pp.808-812
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• 2013

Multilayer capacitors with high ripple current and high capacitance were manufactured. The electrical properties of these capacitors were characterized for potential application for DC-link capacitors in hybrid electric vehicle inverters. Internal electrode structures were designed to achieve high capacitance and reliability. A single multilayer capacitor showed $0.46{\mu}F/cm^3$ of capacitance, 0.65% of dielectric loss, and 1450 V to 1650 V of dielectric breakdown voltage depending on the design of the internal electrode. The capacitor module designed with several multilayer capacitors gave a total capacitance of $450{\mu}F$, which is enough for hybrid electric vehicles. In particular, an equivalent series resistance of $4.5m{\Omega}$ or less will result in 60 $A_{rms}$, thereby reaching the allowed ripple current for hybrid electric vehicles.

• Journal of Power Electronics
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• 제17권3호
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• pp.653-663
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• 2017

Multilevel active neutral-point-clamped (ANPC) converter combines the advantages of three-level ANPC converter and multilevel flying capacitor (FC) converter. However, multilevel ANPC converter often suffers from capacitor voltage balancing problems. In order to solve the capacitor voltage balancing problems for five-level ANPC converter, phase-shifted pulse width modulation (PS-PWM) is used, which generally provides natural voltage balancing ability. However, the natural voltage balancing ability depends on the load conditions and converter parameters. In order to eliminate voltage deviations under steady-state and dynamic conditions, the active voltage-balancing control (AVBC) methods of floating capacitors and dc-link capacitors based on PS-PWM are proposed. First, the neutral-point current is regulated to balance the neutral-point voltage by injecting zero-sequence voltage. After that, the duty cycles of the redundant switch combinations are adjusted to balance the floating-capacitor voltages by introducing moderating variables for each of the phases. Finally, the effectiveness of the proposed AVBC methods is verified by experimental results.

• Journal of Power Electronics
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• 제18권1호
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• pp.116-128
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• 2018

Conventionally, in order to reduce the ac components of the dc-link capacitors of the two-level Half-Bridge Voltage Source Inverter (HB-VSI), high dc-link capacitances are required. This necessitates the employment of short-lifetime and bulky electrolytic capacitors. In this paper, an analysis for the performance of low dc-link capacitances-based HB-VSI is presented to elucidate its ability to generate an enhanced fundamental output voltage magnitude without increasing the voltage rating of the involved switches. This feature is constrained by the load displacement factor. The introduced enhancement is due to the ac components of the capacitors' voltages. The presented approach can be employed for multi-phase systems through using multi single-phase HB-VSI(s). Mathematical analysis of the proposed approach is presented in this paper. To ensure a successful operation of the proposed approach, a closed loop current controller is examined. An expression for the critical dc-link capacitance, which is the lowest dc-link capacitance that can be employed for unipolar capacitors' voltages, is derived. Finally, simulation and experimental results are presented to validate the proposed claims.

• 전기학회논문지
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• 제68권1호
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• pp.90-97
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• 2019

The charge redistribution digital-to-analog converter(CR-DAC) is often used for successive approximation register analog-to-digital converter(SAR ADC) that requiring low power consumption and small circuit area. However, CR-DAC is required 2 to the power of N unit capacitors to generate reference voltage for successive approximation of the N-bit SAR ADC, and many unit capacitors occupy large circuit area and consume more power. In order to improve this problem, this paper proposes SAR ADC using series capacitor DAC. The series capacitor DAC is required 2(1+N) unit capacitors to generate reference voltage for successive approximation and charges only two capacitors of the reference generation block. Because of these structural characteristics, the SAR ADC using series capacitor DAC can reduce the power consumption and circuit area. Proposed SAR ADC was designed in CMOS 180nm process, and at 1.8V supply voltage and 500kS/s sampling rate, proposed 6-bit SAR ADC have signal-to-noise and distortion ratio(SNDR) of 36.49dB, effective number of bits(ENOB) of 5.77-bit, power consumption of 294uW.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제26권6_2호
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• pp.1117-1125
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• 2023

The DC part of the DC microgrid power conversion system uses capacitors for buffers of charge and discharge energy for smoothing voltage and plays important roles such as high frequency component absorption, power balancing, and voltage ripple reduction. The capacitor uses an aluminum electrolytic capacitor, which has advantages of capacity, low price, and relatively fast charging/discharging characteristics. Aluminum electrolytic capacitors(AEC) have previous advantages, but over time, the capacity of the capacitors decreases due to deterioration and an increase in internal temperature, resulting in a decrease in use efficiency or an accident such as steam extraction due to electrolyte evaporation. It is necessary to take measures to prevent accidents because the failure diagnosis and detection of such capacitors are a very important part of the long-term operation, safety of use, and reliability of the power conversion system because the failure of the capacitor leads to not only a single problem but also a short circuit accident of the power conversion system.

• 전기전자학회논문지
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• 제13권2호
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• pp.194-199
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• 2009

본 논문에서는 부분방전 시스템 응용을 위한 특 고압 80 pF (17kV AC) 마이카 커패시터를 연구하였다. 그리고 커패시터를 설계하기 위한 프로그램이 직병렬 파라미터를 추출하도록 개발되었다. 마이카는 커패시터의 유전체로 사용되었다. 30mm$\times$35mm 크키의 50$\mu$m 두께 마이카 시트가 병렬 커패시터 요소를 형성하도록 연박과 사용되었다. 20개의 마이카 시트는 커패시터의 요구에 맞추어 병렬 커패시터 요소의 직렬 스택을 형성하도록 연박으로 분리되었다. 17kV AC에 대한 제작된 80pF 커패시터의 크기는 90mm$\times$90mm이다. 제작된 커패시터에 대한 커패시턴스(C)와 손실률(D)의 고주파수 특성은 커패시턴스 메타를 사용하여 측정되었다. 제작된 커패시터는 150kHz$\sim$50MHz 주파수 범위에서 79.5pF의 커패시턴스와 0.001%의 손실률을 갖고, 65MHz에서 자기공진주파수를 가진다.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제13권3호
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• pp.48-55
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• 1999

본 연구에서는 방사상 배전계통에 있어서 손실감소 및 전압보상을 위한 커패시터 최적배치 및 운용 방안을 제시하였다. 커패시터 배치와 관련된 비용함수를 실제 뱅크단위로 이산성을 고려하여 계단함수로 정식화하였다. 불연속이면서 미분 불가능한 함수인 커패시터 배치와 관련된 비용함수의 해를 효율적으로 구하기 위하여 전역적탐색기법인 GA를 이요하였다. 특히, GA의 스트링을 커패시터가 배치될 모선의 인덱스와 투입량인 뱅크단위로 동시에 구성하여 기존의 방법보다 효율적으로 해를 탐색하였다. 또한 스트링의 길이를 변화시킬 수 있는 길이 돌연변이(length mutation) 연산자를 사용하므로써 효과적으로 커패시터 설치위치의 수를 결정할 수 있었다. 제안한 커패시터 설치위치와 투입량을 동싱에 탐색할 수 있는 방안으로부터 커패시터의 최소 투입량으로 다양한 부하레벨에서 전력손실을 감소시키고, 전압강하를 적절히 보강시킬수 있다. 이에 대한 효용성을 입증하기 위하여 22kV-9-section feeler로 구성된 방사상 배전계통에 적용하였다.

• 한국진공학회지
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• 제11권4호
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• pp.230-234
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• 2002

고온 급속 열처리를 행한 $LiNbO_3Si$/(100) 구조를 가지고 여러 가지 전극을 사용하여 금속/강유전체/반도체 커패시터를 제작하였으며, 제작한 커패시터의 비휘발성 메모리 응용 가능성을 확인하였다. MFS 커패시터의 C-V 특성 곡선에서는 LiNbO$_3$박막의 강유전성으로 인한 히스테리시스 특성이 관측되었으며, 1 MHz C-V 특성 곡선의 축적 영역에서 산출한 비유전율은 약 25 이었다. Pt 전극을 사용하여 제작한 커패시터에서는 인가 전계 500 kV/cm 범위에서 $1\times10^{-8}$ A/cm 이하의 우수한 누설전류 특성이 나타났다. midgap 부근에서의 계면 준위 밀도는 약 $10^{11}\textrm{cm}^2$.eV 이었으며, 잔류분극 값은 약 1.2 $\muC/\textrm{cm}^2$ 였다. Pt 전극과 A1 전극 모두 500 kHz 주파수의 바이폴러 펄스를 인가하면서 측정한 피로 특성에서 $10^{10}$ cycle 까지 측정된 잔류 분극 값이 초기 값과 같았다.

• 한국진공학회지
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• 제9권2호
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• pp.162-166
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• 2000

플라즈마 화학증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)을 이용하여 양질의 $Si_3N_4$ 금속-유전막-금속(Metal-Insulator-Metal, MIM) 커패시터를 구현하였다. 유전체인 $Si_3N_4$와 전극인 Al의 계면반응을 억제시키기 위해 티타늄 나이트라이드(TiN)를 확산 장벽으로 사용한 결과 MIM 커패시터의 전극과 유전체 사이의 계면에서는 어떠한 hillock이나 석출물도 관찰되지 않았다. 커패시턴스와 전류전압 특성분석으로부터 양질의 MIM 커패시터 특성을 보이는 $Si_3N_4$의 최소 두께는 500 $\AA$이며, 그 두께 미만에서는 대부분의 커패시터가 전기적으로 단락되어 웨이퍼 수율이 낮아진다는 사실을 알 수 있었다. 투과전자현미경(transmission Electron Microscope, TEM)을 이용한 단면 미세구조 관찰을 통해 $Si_3N_4$층의 두께가 500 $\AA$ 미만인 커패시터의 경우에 TiN과 $Si_3N_4$의 계면에서 형성되는 슬릿형 공동(slit-like void)01 의해 커패시터의 유전특성이 파괴된다는 사실을 알게 되었으며, 열 유기 잔류 응력(thermally-induced residual stress) 계산에 기초하여 공동의 형성 기구를 규명하였다.

• 전기화학회지
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• 제10권1호
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• pp.36-42
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• 2007

전기 에너지를 가장 직접적으로 저장하는 기기로써 우리는 흔히 전지(battery)와 콘덴서(condenser)를 생각한다. 산업혁명 이후 과학과 기술의 엄청난 발전에 따라 여러 분야에서 다양한 문명이기의 개발과 활용이 있어왔지만 우리 생활에 밀접히 활용되고 있으며 각종 전기전자 시스템의 핵심 구성품인 이러한 전지나 콘덴서의 기술 발전 속도는 다른 분야에 비하여 상대적으로 뒤쳐진 상황이라고 볼 수 있다. 그러나 최근 10여년 동안 괄목할 만한 소재기술의 발전에 힘입어서 재래식의 콘덴서는 물론 니켈수소전지, 리튬이온전지, 리튬폴리머전지 등과 같은 최신형 2차전지들 조차도 갖지 못하는 장수명, 고출력 특성을 갖는 새로운 형식의 전기에너지 저장장치인 '전기화학커패시터(electrochemical capacitor)'의 개발이 실현되고 있다. 이에, 본 고에서는 전기화학커패시터에 대한 기본적인 이해와 이의 최신기술 동향에 대하여 간략히 소개하기로 한다.