• 전력전자학회논문지
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• 제7권1호
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• pp.81-90
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• 2002

본 논문은 직접토크제어에 의한 리럭턴스 동기 전동기의 위치센서 없는 고성능 제어시스템을 제안한다. 이 시스템은 고정자 자속관측기, 속도/토크 관측기, 두 개의 디지털 히스테리시스 제어기, 최적 스위칭 룩업 테이블, IGBT 전압형 인버터, 그리고 TMS320C31 DSP보드로 구성된다. 넓은 속도 범위에서의 안정된 응답특성을 얻기 위해서 전동기 단자에서 얻어진 전압과 전류를 사용하는 폐루프 자속관측기를 사용하였다. 개발된 고성능 속도제어 시스템의 동특성을 검증하기 위해서 1.0[kW] 리럭턴스 동기 전동기를 사용하여 시뮬레이션과 실험을 수행한 결과 저속영역과 고속영역 모두 우수한 동특성을 얻을 수 있었다.

• 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.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제9권5호
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• pp.1471-1481
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• 2014

This paper presents the new power dissipation model of individual switching device in a high-level modular multilevel converter (MMC), which can be mostly used in voltage sourced converter (VSC) based high-voltage direct current (HVDC) system and flexible AC transmission system (FACTS). Also, the voltage balancing method based on sorting algorithm is newly proposed to advance the MMC functionalities by effectively adjusting switching variations of the sub-module (SM). The proposed power dissipation model does not fully calculate the average power dissipation for numerous switching devices in an arm module. Instead, it estimates the power dissipation of every switching element based on the inherent operational principle of SM in MMC. In other words, the power dissipation is computed in every single switching event by using the polynomial curve fitting model with minimum computational efforts and high accuracy, which are required to manage the large number of SMs. After estimating the value of power dissipation, the thermal condition of every switching element is considered in the case of external disturbance. Then, the arm modeling for high-level MMC and its control scheme is implemented with the electromagnetic transient simulation program. Finally, the case study for applying to the MMC based HVDC system is carried out to select the appropriate insulated-gate bipolar transistor (IGBT) module in a steady-state, as well as to estimate the proper thermal condition of every switching element in a transient state.

• Journal of Power Electronics
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• 제18권6호
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• pp.1729-1750
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• 2018

Voltage source inverters (VSIs) are widely used to drive induction motors in industry applications. The quality of output waveforms depends on the switching sequences used in pulse width modulation (PWM). In this work, all existing optimal space vector pulse width modulation (SVPWM) switching strategies are studied. The performance of existing SVPWM switching strategies is optimized to realize a tradeoff between quality of output waveforms and switching losses. This study generalizes the existing optimal switching sequences for total harmonic distortions (THDs) and switching losses for different modulation indexes and reference angles with a parameter called quality factor. This factor provides a common platform in which the THDs and switching losses of different SVPWM techniques can be compared. The optimal spatial distribution of each sequence is derived on the basis of the quality factor to minimize harmonic current distortions and switching losses in a sector; the result is the minimum ripple loss SVPWM (MRSLPWM). By employing the sequences from optimized switching maps, the proposed method can simultaneously reduce THDs and switching losses. Two hybrid SVPWM techniques are proposed to reduce line current distortions and switching losses in motor drives. The proposed hybrid SVPWM strategies are MRSLPWM 30 and MRSLPWM 90. With a low-cost PIC microcontroller (PIC18F452), the proposed hybrid SVPWM techniques and the quality of output waveforms are experimentally validated on a 2 kVA VSI based on a three-phase two-level insulated gate bipolar transistor.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2009년도 춘계학술대회
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• pp.845-848
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• 2009

전력용반도체(Power Management IC)는 전력의 변환이나 제어용으로 최적화되어 있는 전력장치용 반도체 소자로서 전자기기에 들어오는 전력을 그 전자기기에 맞게 변경하는 역할을 하며, 일반 반도체에 비해서 고내압화, 큰 전류화, 고주파수화 되어 있다. 전력용반도체는 전기가 쓰이는 제품에는 다 들어가며, 자동차, 공업제품, 컴퓨터와 주변기기, 통신, 가전제품, 모바일 기술, 대체 에너지 등에 대한 수요 증가가 시장의 성장을 촉진한다. 전력용반도체 개발을 통해 대일무역적자 해소 기여, 취약한 비메모리 산업의 육성을 통한 반도체산업의 균형발전, 신성장동력 창출을 통한 미래 경제발전을 도모할 수 있다. 본 고에서는 반도체 부문의 미래 유망품목인 전력용반도체의 필요성 및 중요성, 시장현황 및 전망을 중심으로 살펴보고 결론에서 정책적 시사점을 도출하고자 한다.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제33권3호
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• pp.27-35
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• 2013

One of the most important factors that have a large influence on performance of the solar water heater system is performance of the solar collector, more detailedly, coating technology on the surface of the solar collector, which can provide high solar absorptance and low emittance. The core of the coating technology is to coat solar selective surfaces. In this study, various performance experiments are carried out using $Cr_2(SO_4)_3{\cdot}15H_2O$ coating technology. Here, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) of 5000A-15V was used as the surface processing rectifier which can stably output power and also can control voltage and current. The plating solution mainly contains black chrome$^{+3}$ concentration, H-y Conductivity, N-u Complex, NF Additive and NC-2 Wetter. Before applying the black chrome coating on the copper plate, optimal conditions are provided by using various preprocessing methods such as removal of fat, activation, electrolytic polishing, nickel strike, copper sulfate plating and bright neckel plating, and then the automatic continuous coating experiment are performed according to plating time and cathode current density. In the experiment, after the removal of fat, chemical polishing, nickel strike and activation processes as the preprocessing methods, the black chrome coating was performed in a plate solution temperature of $28^{\circ}C$ and a cathode current density of $18A/cm^2$ for 90 seconds. The thickness of chrome and nickel on the coated plate is $0.389{\mu}m$, $159{\mu}m$ respectively. As a result of the coating experiment, it showed the most excellent performance having a high solar absorptance of 98% and a low emittance of $5{\pm}1%$ when the black chrome surface had a thickness of $0.398{\mu}m$.

• 전기전자학회논문지
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• 제26권4호
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• pp.671-680
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• 2022

본 논문에서는 현재 출시되어 있는 전기차의 구동모터 사양을 대부분 포괄하는 200kW급 구동용 모터드라이버를 개발하였다. 고효율ㆍ고전력밀도를 달성하기 위해 기존 전력반도체(Insulated-gate bipolar transistor, IGBT)대신에 차세대 전력반도체(Silicon carbide, SiC)를 적용하였으며 SiC를 최적사용하기 위해 하드웨어에 대한 분석을 통해, 예상되는 효율 및 방열특성을 구하여 최적 설계를 하였다. 전기차 구동모터에 대부분 활용되는 매입형 영구자석 동기모터(Interior permanent-magnet synchronous machine, IPMSM)를 위한 벡터 제어 알고리즘을 DSP를 활용하여 구현하였다. 본 논문에서는 SiC기반 전기차 구동용 모터드라이버 시작품을 설계ㆍ제작하였으며 실험을 통해 성능을 검증하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제21권4호
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• pp.1-13
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• 2014

The paper gives an overview of the concepts, basic requirements, and trends regarding packaging technologies of power modules in hybrid (HEV) and electric vehicles (EV). Power electronics is gaining more and more importance in the automotive sector due to the slow but steady progress of introducing partially or even fully electric powered vehicles. The demands for power electronic devices and systems are manifold, and concerns besides aspects such as energy efficiency, cooling and costs especially robustness and lifetime issues. Higher operation temperatures and the current density increase of new IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) generations make it more and more complicated to meet the quality requirements for power electronic modules. Especially the increasing heat dissipation inside the silicon (Si) leads to maximum operation temperatures of nearly $200^{\circ}C$. As a result new packaging technologies are needed to face the demands of power modules in the future. Wide-band gap (WBG) semiconductors such as silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN) have the potential to considerably enhance the energy efficiency and to reduce the weight of power electronic systems in EVs due to their improved electrical and thermal properties in comparison to Si based solutions. In this paper, we will introduce various package materials, advanced packaging technologies, heat dissipation and thermal management of advanced power modules with extended reliability for EV applications. In addition, SiC and GaN based WBG power modules will be introduced.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제47권5호
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• pp.71-79
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• 2010

본 논문은 LLC 공진 제어 IC(Integrated Circuit) 설계에 관한 것이다. LLC 공진 제어 IC는 DC/DC 변환하기 위해서 외부의 공진 회로에 입력되는 주파수를 조정하여 트랜스포머를 통해서 2차 측의 출력 전압을 조정한다. 공진회로에 펄스를 공급하기 위한 클럭 생성기가 내장되어 있고, 클럭 주파수는 외부 저항을 사용하여 튜닝이 가능하다. 또한 외부 피드백 입력되는 전압을 이용해 주파수 조정이 가능하도록 VCO(Voltage Controlled Oscillator) 기능을 내장하였다. 동작의 신뢰성을 높이고 회로를 보호하기 위해서 UVLO(Under Voltage Lock Out), brown out, fault detector의 보호회로를 내장하였고, 입력 커패시턴스가 큰 용량의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 구동하기 위해서 높은 전압, 전류의 제공이 가능한 HVG(High Side Driver), LVG(Low Side Driver) 드라이버 회로를 내장하였다. LLC 공진 제어 회로를 하나의 칩으로 구현하여 LLC 공진 회로를 제어하는데 있어 필요한 회로들을 설계하였다. 설계한 LLC 공진 제어 IC는 0.35 um 2P3M BCD 공정으로 제작하였다. 칩의 면적은 $1400um{\times}1450um$ 이고, 5V, 15V 두 가지의 전원 전압을 사용한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권3호
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• pp.415-421
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• 2021

본 연구는 절연 게이트 양극성 트랜지스터 모듈의 히트 싱크의 유로의 형상으로써 직선 유로, 한 번 꺾인 형태의 유로, 두 번 꺾인 형태의 유로를 적용하여, 유로의 형상에 따른 방열 성능을 분석하였다. 각 유로 형상에서 운전 조건에 대한 영향 또한 분석하기 위하여 냉각수의 유량과 공급 온도를 추가적으로 제어하며 분석을 진행하였다. 본 연구는 유동 해석을 통하여 이루어 졌으며, 상용 소프트웨어인 ANSYS Fluent를 사용하였다. 직선 유로보다 꺾인 형태를 갖는 유로의 방열량이 같은 운전 조건에서 최대 8.0 % 수준 개선되었으며, 개선 정도는 냉각수의 공급 온도와는 무관하였고, 냉각수의 유량이 많아질수록 개선 정도가 2.0 %에서 8.0 %까지 증가하였다. 그러나 두 번 꺾인 유로는 한 번 꺾인 유로와 비슷한 수준의 방열 성능을 보였고, 기생 손실에 영향을 주는 압력 강하량은 2.48~2.55배 수준으로 증가하는 결과를 보여, 방열 효율이 낮아지는 것을 확인 하였다. 이를 단위 압력 강하량 당 방열량으로 계산하여 비교하였으며, 직선 유로를 갖는 히트 싱크에서 그 값이 가장 높은 것을 확인하였다.