• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제9권2호
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• pp.686-694
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• 2014

A power semiconductor device, usually used as a switch or rectifier, is very significant in the modern power industry. The power semiconductor, in terms of its physical properties, requires a high breakdown voltage to turn off, a low on-state resistance to reduce static loss, and a fast switching speed to reduce dynamic loss. Among those parameters, the breakdown voltage and on-state resistance rely on the doping concentration of the drift region in the power semiconductor, this effect can be more important for a higher voltage device. Although the low doping concentration in the drift region increases the breakdown voltage, the on-state resistance that is increased along with it makes the static loss characteristic deteriorate. On the other hand, although the high doping concentration in the drift region reduces on-state resistance, the breakdown voltage is decreased, which limits the scope of its applications. This addresses the fact that breakdown voltage and on-state resistance are in a trade-off relationship with a parameter of the doping concentration in the drift region. Such a trade-off relationship is a hindrance to the development of power semiconductor devices that have idealistic characteristics. In this study, a novel structure is proposed for the Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) device that uses conductivity modulation, which makes it possible to increase the breakdown voltage without changing the on-state resistance through use of a P-floating layer. More specifically in the proposed IGBT structure, a P-floating layer was inserted into the drift region, which results in an alleviation of the trade-off relationship between the on-state resistance and the breakdown voltage. The increase of breakdown voltage in the proposed IGBT structure has been analyzed both theoretically and through simulations, and it is verified through measurement of actual samples.

• 전기전자학회논문지
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• 제11권4호
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• pp.158-164
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• 2007

본 논문에서는 전력용 스위칭 소자로 널리 활용되고 있는 IGBT 소자 중 수평 게이트 구조보다 우수한 특성을 지닌 트렌치 게이트 IGBT(TIGBT) 구조를 채택하여, 기존의 TIGBT가 갖는 구조적 한계를 극복하고 좀 더 우수한 전기적 특성을 갖는 새로운 구조의 수직형 TIGBT를 제안하였다. 첫 번째로 제안한 IGBT 소자는 P+컬렉터를 산화막으로 고립시킴으로서 N-드리프트 층으로의 정공 주입효율을 극대화하여 기존 구조보다 더 낮은 순방향 전압강하를 얻도록 설계된 구조이다. 두 번째 제안한 구조는 양 게이트 사이의 P-베이스 구조를 볼록하게 형성함으로서 게이트 쪽으로 집중되는 전계의 일부를 접합부 쪽으로 유도하여 기존 구조보다 더 높은 항복전압을 얻을 수 있다. 또한 P-베이스의 볼록한 구조가 턴-오프 시 정공의 흐름을 개선시켜 기존 구조보다 더 빠른 턴-오프 시간을 갖게 된다. 시뮬레이션 결과 첫 번째 구조의 특징은 2.4V의 순방향 전압강하 특성을 갖는 기존의 IGBT 구조보다 상당히 낮은 2.1V의 순방향 전압강하 특성을 나타냈으며, 두 번째 구조는 기존의 IGBT 보다 10V정도 높아진 항복전압 특성을 보였다. 또한 두 번째 구조에서 기존 구조와 비교해볼 때 9ns 정도 빠른 턴-오프 시간을 보였다. 최종적으로 제안된 새로운 구조의 TIGBT는 위 두 구조가 갖는 우수한 전기적 특성을 모두 갖도록 결합한 것이며, 시뮬레이션 결과 기본의 TIGBT 소자보다 순방향 전압강하, 항복특성, 그리고 턴 오프 특성이 모두 우수한 결과를 나타냈다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권12호
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• pp.1829-1836
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• 2010

지역난방은 열병합 발전소에서 생산된 열을 온수의 형태로 열배관 네트워크를 통해 넓은 지역에 일괄적으로 공급하는 난방시스템이다. 일반적으로 지역난방 열배관은 지중에 매설되며 내부를 흐르는 온수의 압력과 온도변화, 매설 토사와의 마찰 및 반력에 의한 하중을 받게 되므로 열공급 효율과 함께 기계적인 안전성에 대한 검토가 반드시 필요하다. 본 논문에서는 강관의 한계상태 설계법을 이용하여 한계판폭두께비와 한계변형률, 두 가지 관점에서 열배관의 국부좌굴 발생여부를 평가하였으며 그 결과 현재 국내에서 사용되고 있는 모든 열배관은 국부좌굴이 발생하지 않음을 확인하였다. 마지막으로 국부좌굴을 피하기 위한 최소 예열온도를 산출함으로써 예열온도에 대한 시공 기준을 제시하였다.

• 전기전자학회논문지
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• 제12권2호
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• pp.110-117
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• 2008

본 연구는 전력용 스위칭 소자로 널리 활용되고 있는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)소자로서 NPT(Non Punch Through) IGBT 구조에 기반 한 새로운 구조의 IGBT를 제안하였다. 제안된 구조는 기존 IGBT 구조의 P-베이스 영역 우측 부분에 N+를 도입함으로 N-드리프트 영역의 정공분포를 N+영역으로 밀집시켜 턴-오프 시 정공의 흐름을 개선, 기존 구조보다 더 빠른 턴-오프 시간과 더 낮은 순방향 전압강하를 갖는 구조이다. 또한 P+를 게이트 우측 하단에 형성함으로써 순방향 전압 강하 특성을 개선시키기 위해 도입한 캐리어 축적 층인 N+에 의해 발생하는 낮은 래치-업 특성과 낮은 항복 전압 특성을 개선시킨 구조이다. 시뮬레이션 결과 제한된 구조의 턴-오프와 순방향 전압강하는 기존 구조대비 각각 0.3us, 0.5V 향상된 특성을 보였다.

• 전자공학회논문지
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• 제51권6호
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• pp.244-251
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• 2014

본 논문에서, 가스절연개폐장치(GIS)의 정상상태와 비정상상태에 대해 예방진단기술을 이용하여 자세하게 서술하였다. 이 기술은 지능형 GIS 감시시스템에 의해 저장된 GIS의 데이터의 분석과 진단에 근거한다. GIS음의 파형은 방전과 자체내의 코로나 방전음에 의해 발생되는 것으로 잡음과 비슷하다. 그러므로, 본 논문에서, GIS음의 정상 상태와 비정상 상태로 분류하는데, 정상과 비정상 상태를 레벨교차율(LCR)과 스펙트로그램 에너지비율로 이용하여 구분하였다.

• 한국의류학회지
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• 제22권7호
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• pp.826-832
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• 1998

In order to understand the influences of wearing clothings with different thermal insula-tions when men were exposed from $25^{\circ}C$ environment to 18$^{\circ}C$ environment, thermoregulatory responses were measured on 4 healthy female college students. Subjects rested wearing T-shirts, trousers, and socks called LC(total weight 541g) at 25$\pm$1$^{\circ}C$, 50$\pm$5% R.H. and then exposed to the room conditioned in 18$\pm$1$^{\circ}C$, 50$\pm$5$^{\circ}C$ R.H. with LC as it was(LC Type) or with T-shirts, trousers, socks, training wear upper garment, the training wear lower garment called HC (total weight 1368g)(HC Type) for 120 min. The results can be summarized as follows: 1) When subjects were exposed from $25^{\circ}C$ environment to 18$^{\circ}C$ environment, decrease of rectal temperature was significantly smaller in LC Type than in HC Type. 2)Increase of heat production and weight loss had no significant difference between two types of clothing. 3)Internal thermal conductance was higher in HC Type and external thermal conductance was higher in LC Type. Therefore total thermal conductance was higher in LC Type than in HC Type. 4)Decrease of skin temperature was greater in LC Type than in HC Type. 5)Subjects felt colder with LC Type than with HC Type, but did not feel differently in comfort sensation between two types of clothing. It was suggested that less decrease of rectal temperature in LC type inspite of more dry heat loss from body might be ascribed to a shift of blood from the shell area to the core area originating in the vasoconstriction and the lowered internal thermal conductance. In conclu-sion, the importance of the state of internal heat distribution in the homeostasis seemed to be reaffirmed.

• 비파괴검사학회지
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• 제22권5호
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• pp.500-507
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• 2002

본 연구에서는 감마선과 섬광체 및 광 다이오드로 구성된 64 채널의 선형 디텍터 어레이를 이용하여 보온재로 싸인 배관의 두께를 실시간으로 측정하는 시스템을 개발하였다. 본 측정시스템은 감마선원으로 Ir-192를 사용하였으며, 디텍터는 BGO 섬광체와 광다이오드로 구성하였다. Ir-192 방사선원은 배관의 한쪽 편에, 그리고 디텍터 어레이는 배관을 중심으로 그 반대편에 위치하며 컴퓨터로 제어되는 주행 시스템에 실려 배관을 따라 이송되는 동안 배관과 단열재를 투과한 방사선의 강도는 각 디텍터에서 측정된다. 측정된 디텍터 어레이의 출력은 증폭기에서 증폭된 후 케이블에 의해 컴퓨터로 전송되며 주행시스템이 진행하는 동안 컴퓨터는 수집된 신호를 분석 및 계산하여 실제의 두께를 나타내며 주사간격을 1mm로 할 경우의 최대 측정속도는 분당 120cm이다.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제12권1호
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• pp.295-301
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• 2017

$SF_6$ decomposition products can be used to detect partial discharge (PD), but the metal materials in a PD area can significantly affect $SF_6$ decomposition characteristics. Disregarding the effect of metal materials on such characteristics inevitably result in certain errors when using them to diagnose the internal insulation faults of gas-insulated switchgears. This paper investigates the influence regularity on the main stable decomposition components of $SF_6$ (namely $SO_2F_2$ and $SOF_2$) of the commonly metal materials uesd in GIS, such as aluminum (Al), copper (Cu) and stainless steel (SS). Firstly, an experimental platform is constructed to simulate $SF_6$ decomposition under a PD area, and the influence regularities of Al, Cu and SS on the concentration, formation rate and saturation time of $SO_2F_2$ and $SOF_2$ are obtained. Secondly, the influence mechanism of Al, Cu and SS are preliminary explored combined with the chemical activity of the metal materials.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제25권4호
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• pp.247-252
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• 2012

IGBT (insulated gate bipolar transistor) has been widely used around the power industry as it has good switching performance and its excellent conductance. In order to reduce power loss during switch turn-on state, it is essential to reduce its resistance. However, trade off relationship between breakdown voltage and device conductance is the greatest obstacle on the way of improvement. Floating island structure is one of the solutions. Still, under optimized device condition for the best performance, improvement rate is negligible. Therefore, this paper suggests adding trench gate on floating island structure to eliminate JFET (junction field effect transistor) area to reduce resistance and activate floating island effect. Experimental result by 2D simulation using TCAD, shows 20% improvement of turn-on state voltage drop.

• Journal of Power Electronics
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• 제16권2호
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• pp.786-797
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• 2016

This paper describes the design and development of a novel semiconductor-based solid-state switch for damped oscillating voltage test system. The proposed switch is configured as two identical series-connected switch stacks, each of which comprising 10 series-connected IGBT function units. Each unit consists of one IGBT, a gate driver, and an auxiliary voltage sharing circuit. A single switch stack can block 20 kV-rated high voltage, and two stacks in series are proven applicable to 30 kV-rated high voltage. The turn-on speed of the switch is approximately 250 ns. A flyback topology-based power supply system with a front-end power factor correction is built for the drive circuit by loosely inductively coupling each unit with a ferrite core to the primary side of a power generator to obtain the advantages of galvanic isolation and compact size. After the simulation, measurement, and estimation of the parasitic effect on the gate driver, a prototype is assembled and tested under different operating regimes. Experimental results are presented to demonstrate the performance of the developed prototype.