Marine controlled-source electromagnetic transmitters (MCSETs) are important in marine electromagnetic exploration systems. They play a crucial role in the exploration of solid mineral resources, marine oil, and gas and in marine engineering evaluation. A DC-DC controlled-source circuit is typically used in traditional MCSETs, but using this circuit in MCSETs causes several problems, such as large voltage ringing of the high-frequency diode, heating of the insulated-gate bipolar transistor (IGBT) module, high temperature of the high-frequency transformer, loss of the duty cycle, and low transmission efficiency of the controlled-source circuit. This paper presents a clamping-diode circuit for MCSET (CDC-MCSET). Clamping diodes are added to the controlled-source circuit to reduce the loss of the duty ratio and the voltage peak of the high-frequency diode. The temperature of the high-frequency diode, IGBT module, and transformer is decreased, and the service life of these devices is prolonged. The power transmission efficiency of the controlled-source circuit is also improved. Saber simulation and a 20 KW MCSET are used to verify the correctness and effectiveness of the proposed CDC-MCSET.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.14
no.7
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pp.546-550
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2001
A new Lateral Trench Insulated Gate Bipolar Transistor(LTIGBT) with p$^{+}$ diverter was proposed to improve the characteristics of the conventional LTIGBT. The forward blocking voltage of the proposed LTIGBT with p$^{+}$ diverter was about 140V. That of the conventional LTIGBT of the same size was 105V. Because the p$^{+}$ diverter region of the proposed device was enclosed trench oxide layer, he electric field moved toward trench-oxide layer, and punch through breakdown of LTIGBT with p$^{+}$ diverter was occurred, lately. Therefore, the p$^{+}$ diverter of the proposed LTIGBT didn't relate to breakdown voltage in a different way the conventional LTIGBT. The Latch-up current densities of the conventional LTIGBT and proposed LTIGBT were 540A/$\textrm{cm}^2$, and 1453A/$\textrm{cm}^2$, respectively. The enhanced latch-up capability of the proposed LTIGBT was obtained through holes in the current directly reaching the cathode via the p$^{+}$ divert region and p$^{+}$ cathode layer beneath n$^{+}$ cathode layer./ cathode layer.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.1
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pp.73-80
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2016
The preliminary test for the dual mode plasma torch system was carried out to explore the operation properties in advance. The dual mode plasma torch system that is able to operate in transferred, non-transferred, or dual mode is very adequate for melting the mixed wastes including nonconductive materials such as concrete, asbestos, etc. since it exploits both the high efficiency of heat transfer to the melt in transferred mode and stable operation in non-transferred mode. Also, system operation including restarting is reliable and very easy. A stationary melter with a refractory structure was designed and manufactured considering the melting behavior of slags to minimize the refractory erosion. The power supply for the dual mode plasma torch system built with high power insulated gate bipolar transistor (IGBT) modules has functions for both current control and voltage control and is sufficient to suppress the harmonics during the operation of the plasma torch. The power supply provides two different voltages for transferred operation and non-transferred. It is confirmed that the operation voltage in transferred is always higher than non-transferred. The dual mode plasma torch system was successfully developed and is under operation for a melting experiment to optimize operation data.
Kim, J.K.;Park, G.T.;Jung, K.C.;Kim, D.S.;Seo, K.D.
Proceedings of the KIEE Conference
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1997.11a
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pp.634-637
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1997
This paper is on the research and development of new SIV(Static Inverter) using IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) semiconductor for a wide range of electric railway applications. For the simplification and higher controllability, the direct PWM control method with 3level inverter topology was adopted. In the new SIV system, the cost as well as bulk and weight was appreciably reduced about 40% lower than those of conventional SIV, the electrical efficiency was increased above 95% and the audible noise level was less than 65dB. In addition, the THD(Total Harmonic Distortion) factor was below 5% and the voltage fluctuation on a transient state was below 10%.
Kim, Jin-Tae;Lee, Seung-Yong;Park, Sang-Jin;Cha, Han-Ju;Kim, Soo-Yeol
KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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v.6
no.2
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pp.119-122
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2020
With recent ESS (Energy Storage System) fire accident, the fault protection performance is becoming more important. However, there has never been any experiments with the protection performance on the faults in the ESS system level. In this study, the effect of AC ground fault and IGBT (Insulated Gate Bipolar mode Transistor) short-circuit failure on MW class ESS was performed experimentally for the first time in the world. First of all, the effect of the AC single line ground fault on battery was analyzed. Moreover, the transient voltage was investigated as a function of the battery capacity and the power level. Finally, the breaking capability and insulation performance of ESS were examined under PCS short-circuit fault condition. Through the tests, it was found that ESS protection system safely blocked the faulty current regardless of the faults, whereas the electronic parts such as IGBT and MC (Magnetic Contactor) were broken by the fault current. Also, the electrical breakdown in ESS resulted from the transient voltage during the protection process.
Ki, Jae-Hyung;Ryoo, Seong-Ryoul;Sung, Byung-Ho;Kim, Sung-Dae;Choi, Jee-Hoon;Kim, Chul-Ju
Proceedings of the KSR Conference
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2008.11b
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pp.1710-1716
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2008
The Loop Heat Pipe (LHP) operates to pump the working fluid by means of the capillary force in a wick structure. Particularly, it is difficult to design and manufacture the evaporator consisted of a grooved container and a compensation chamber as well as the wick structure. This study is related to design and manufacture the grooved container coupled with wick structure, the properties of the wick structure such as the permeability, the porosity, and the maximum capillary pressure were measured to apply the cooling technology for Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT). The container of the LHP was manufactured by the electrical discharge process and the wick structure was sintered with the nickel particle by an axial-press apparatus with the pulse electronic discharge. As results, the properties of the wick were experimentally obtained about 60% of the porosity, 35kPa of the maximum capillary force and $1.53{\times}10-13m2$ of the permeability.
Proceedings of the Korean Institute of IIIuminating and Electrical Installation Engineers Conference
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2007.05a
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pp.473-477
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2007
The development of advanced Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT)has enabled high-frequency switching operation and has improved the performance of PWM inverters for motor drive. However, the high rate of dv/dt of IGBT has adverse effects on motor insulation stress. In many motor drive applications, the inverter and motor are separated and it requires long motor feds. The long cable contributes high frequency ringing at the motor terminal and it results in hight surge voltage which stresses the motor insulation. The inverter output filter and RDC snubber are conventional method which can reduce the surge voltage. In this paper, we propose the new low loss snubber to reduce the motor terminal surge voltage. The snubber consists of the series connection of charging/discharging capacitor and the voltage-clamped capacitor. At IGBT turn-off, the snubber starts to operate when the IGBT voltage reaches the voltage-clamped level. Since dv/dt is decreased by snubber operating, the peak level of the surge voltage can be reduced. Also the snubber operates at the IGBT voltage above the voltage-clamped level, the snubber loss is largely reduced comparing with RDC snubber. The proposed snubber enables to reduce the motor terminal surge voltage with low loss.
This paper is analyzed for the thermal characteristics(1 year) of the 6 components(DC breaker, DC filter(including capacitor and discharge resistance), IGBT(Insulated gate bipolar mode transistor), AC filter, AC breaker, etc.) of a photovoltaic power generation-based PCS(Power conditioning system) below 20 kW. Among the modules, the discharge resistance included in the DC filter indicated the highest heat at $125^{\circ}C$, and such heat resulting from the discharge resistance had an influence on the IGBT installed on the rear side the board. Therefore, risk priority through risk priority number(RPN) of FMEA(Failure modes and effects analysis) sheet is conducted for classification into top 10 %. According to thermal characteristics and FMEA, it is necessary to pay attention to not only the in-house defects found in the IGBT, but also the conductive heat caused by the discharge resistance. Since it is possible that animal, dust and others can be accumulated within the PCS, it is possible that the heat resulting from the discharge resistance may cause fire. Accordingly, there are two options that can be used: installing a heat sink while designing the discharge resistance, and designing the discharge resistance in a structure capable of avoiding heat conduction through setting a separation distance between discharge resistance and IGBT. This data can be used as the data for conducting a comparative analysis of abnormal signals in the process of developing a safety device for solar electricity-based photovoltaic power generation systems, as the data for examining the fire accidents caused by each module, and as the field data for setting component management priorities.
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.
불투명한 경제정세의 와중에서도 전기에너지를 지탱하는 근간이 되는 파워 일렉트로닉스 분야는 확실히 그 기술개발을 향상시켜 오고 있다. 특히 파워디바이스는, 지구환경과 생활환경을 보다 쾌적하게 하기 위하여 인버터 장치 등의 각종 전력절약기기와 풍력$\cdot$태양광$\cdot$연료전지 등 클린에너지의 전력제어장치에 없어서는 안되는 반도체디바이스로 성장했다. 파워디바이스 중에서도 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)의 기술혁신은 요 20년 사이에 비약적인 성과를 거두었다. 1980년대에 제품화된 IGBT는, 반도체메모리의 초미세가공기술을 도입하면서 $5{\mu}m$에서 서브미크론의 디자인툴로 발전하여, 2000년대에 들어 칩의 전류밀도는 약 2배, 포화전압은 약 $65\%$까지 개량되었다. 이와 같은 IGBT의 변천은, 전력손실을 대폭적으로 저감시켜 에너지절약기기의 전력변환효율 향상에 공헌하고 있다. 파워디바이스의 기술진보에서 또 한 가지 잊지 말아야 할 것은 주변회로의 집적화(集積化)에 의한 고성능$\cdot$고기능화이다. 최근의 인버터용 파워디바이스로 가장 많이 사용되고 있는 파워모듈은, IGBT등의 파워칩과 그 주변회로와의 컬래버레이션에 의한 제품이다. 다시 말하면 구동회로, 전류$\cdot$전압$\cdot$온도센서 및 그것들의 보호회로가 IC(집적회로)에 편입되어 고기능$\cdot$소형화를 촉진시키고 있다. 구동회로는 LVIC (저전압집적회로)에서 HVIC(고전압집적회로)로 발전하여 전류$\cdot$온도 등의 각종 센서도 동일 칩에 설계할 수 있게 되었다. 또 센싱이나 보호기능뿐만이 아니라 출력전류의 제어를 위한 연산기능과 di/dt의 제어기능이 내장되도록 되어 있어 보다. 고성능의 인텔리전트 파워모듈(IPM)이라고 불리우는 새로운 개념의 파워디바이스가 실현되었다. 또한 패키지 기술도 내부배선 인덕턴스의 저감과 트랜스퍼 몰드패키지의 개발로, 소형화뿐만이 아니라 파워칩의 성능$\cdot$기능을 충분히 발휘할 수 있도록 개발이 적극적으로 추진되고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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