• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2020.08a
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• pp.407-408
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• 2020

본 논문은 SiC-MOSFET 기반 전기차용 인버터의 DC-Link 캐패시터 전기용량을 선정하는 방법에 대해 연구하였다. 인버터 시스템에 주로 사용되는 DC-Link 캐패시터는 안정적인 전원 및 고주파 전류 공급 등의 중요한 역할을 한다. 그러나 인버터가 고용량일수록 캐패시터 사이즈가 커지고 무게가 늘어나는 문제가 발생한다. 따라서, 차세대 전력 반도체 소자로 각광 받는 SiC-MOSFET의 높은 동작 주파수의 특성을 활용하여 캐패시터 소형화를 실현시켰다. 또한, PSIM 시뮬레이션을 통해 제안하는 연구의 타당성을 검증하고 Si-IGBT 인버터와 비교하여 그 효과를 입증하였다.

• JOURNAL OF ELECTRICAL WORLD
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• s.297
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• pp.66-72
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• 2001

1957년에 사이리스터가 발표된 이래 파워반도체디바이스(이하 ''파워디바이스''라 한다)의 발전과 더불어 이것을 사용하여 전력변환$\cdot$제어와 이를 응용한 파워일렉트로닉스 산업도 현저한 발전을 이루어 왔다. 21세기를 맞이하여 지구의 유한성을 강하게 인식하고 자원과 에너지를 고도이용하는 순환형 사회에로의 전환을 도모하는 기술혁신과 IT(정보기술)를 구사한 기술보급의 움직임이 활발해지고, 파워일렉트로닉스와 그 키파트인 파워디바이스가 수행하여야 할 역할은 점점 더 중요해지고 있다. 이와 같은 배경 하에서 파워디바이스는 인버터제어를 주목적으로 사이리스터, GTO(Gate Turn-off Thyristor), 바이폴라트랜지스터, MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)에서 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)에로 진전되고, 그 응용분야도 가전제품에서 OA, 산업, 의료, 전기자동차, 전철, 전력에 이르는 폭넓은 분야로 확대되었다. 현재 파워디바이스를 취급하는 전력의 범위는 수W의 스위칭 전원에서 GW급의 직류송전까지 9단위까지에 이르러 광범위한 전력 제어가 가능하게 되었다. 한편 응용의 중심이 되는 IGBT는, 고속화와 저손실화 및 파괴 내량의 향상을 지향한 개량을 거듭하여 제5세대제품이 나타나기 시작하였다. 또한 IGBT에 구동$\cdot$보호$\cdot$진단 회로 등을 넣어 모듈화한 IPM(Intelligent Power Module)이 그 편리성과 소형화를 특징으로 파워디바이스의 주역의 자리에 정착하였다. 가전$\cdot$산업$\cdot$자동차$\cdot$전철의 각 분야에서는 시장 니즈에 최적 설계된 IPM이 개발되게 되어 보다 더한 시장확대가 기대되고 있다. 또한 종래의 Si(실리콘)에 대신하는 반도체 재료로서 SiC(실리콘 카바이드 : 탄화규소)에 대한 기대가 크고 MOSFET나 SBD 등의 파워디바이스의 조기실용화에의 대처노력도 주목할 만하다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2019.07a
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• pp.275-276
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• 2019

본 논문에서는 SiC MOSFET을 적용한 10kW급 배터리 충전장치용 3상 PWM 정류기를 개발한다. 개발한 정류기는 3상 Bridge에 IGBT를 대체할 수 있는 WBG 전력반도체 SiC MOSFET을 적용하여 스위칭 주파수 향상 및 고전력밀도를 달성하였다. 개발한 10kW급 3상 PWM 정류기의 효율 및 THD 성능을 실험을 통해 검증한다.

• Journal of Power Electronics
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• v.19 no.2
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• pp.591-601
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• 2019

With the development of renewable energy, grid-connected inverter technology has become an important research area. When compared with traditional silicon IGBT power devices, the silicon carbide (SiC) MOSFET shows obvious advantages in terms of its high-power density, low power loss and high-efficiency power supply system. It is suggested that this technology is highly suitable for three-phase AC motors, renewable energy vehicles, aerospace and military power supplies, etc. This paper focuses on the SiC MOSFET behaviors that concern the parasitic component influence throughout the whole working process, which is based on a three-phase grid-connected inverter. A high-speed model of power switch devices is built and theoretically analyzed. Then the power loss is determined through experimental validation.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.21 no.2
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• pp.71-78
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• 2014

Silicon has been most widely used semiconductor material for power electronic systems. However, Si-based power devices have attained their working limits and there are a lot of efforts for alternative Si-based power devices for better performance. Advances in power electronics have improved the efficiency, size, weight and materials cost. New wide band gap materials such as SiC have now been introduced for high power applications. SiC power devices have been evolved from lab scale to a viable alternative to Si electronics in high-efficiency and high-power density applications. In this article, the potential impact of SiC devices for power applications will be discussed along with their Si counterpart in terms of higher switching performance, higher voltages and higher power density. The recent progress in the development of high voltage power semiconductor devices is reviewed. Future trends in device development and industrialization are also addressed.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.25 no.1
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• pp.12-17
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• 2012

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2018.07a
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• pp.300-301
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• 2018

본 논문에서는 인덕션 쿠커의 스위칭 전력반도체에서 발생되는 스위치 손실을 비교 분석한다. Si-기반 전력반도체의 효율 상승이 한계점에 도달함에 따라 고속 스위칭 및 저손실 특성을 지닌 SiC, GaN와 같은 와이드밴드갭 소자를 활용한 고전력밀도 컨버터의 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 소비자 가전분야의 인덕션쿠커 공진형 하프-브릿지 전력회로의 기존 Si-IGBT를 GaN-FET과 SiC-FET으로 구성하여 스위치 손실모델을 유도하고 이를 통해 세 가지의 전력반도체가 적용된 인덕션 쿠커의 스위치 손실을 비교분석한다. 분석된 손실모델은 PSIM Thermal Module을 통하여 검증한다.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• v.10 no.3
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• pp.1066-1074
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• 2015

This paper presents the reverse recovery characteristic according to the change of switching states when Si diode and SiC diode are used as clamp diode and proposes a method to minimize the switching loss containing the reverse recovery loss in the neutral-point-clamped inverter at low modulation index. The previous papers introduce many multiple circuits replacing Si diode with SiC diode to reduce the switching loss. In the neutral-point-clamped inverter, the switching loss can be also reduced by replacing device in the clamp diode. However, the switching loss in IGBT is large and the reduced switching loss cannot be still neglected. It is expected that the reverse recovery effect can be infrequent and the switching loss can be considerably reduced by the proposed method. Therefore, it is also possible to operate the inverter at the higher frequency with the better system efficiency and reduce the volume, weight and cost of filters and heatsink. The effectiveness of the proposed method is verified by numerical analysis and experiment results.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2011.07a
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• pp.354-355
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• 2011

그 동안 스위칭 손실 저감을 위해 Si 다이오드를 SiC 다이오드로 대체한 인버터들이 많이 소개되었다. NPC 인버터에서도 마찬가지로 클램프 다이오드 소자를 SiC 다이오드로 대체함으로써 스위칭 손실을 저감시킬 수 있다. 하지만 IGBT의 스위칭 손실이 매우 크기 때문에 단지 클램프 다이오드 소자를 바꿈으로써 줄일 수 있는 스위칭 손실은 한계가 있다. 따라서 본 논문은 낮은 변조지수를 갖는 NPC 인버터에서 역회복 손실을 포함한 스위칭 손실을 최소화 시킬 수 있는 새로운 PWM 방법을 제시한다. 제안한 방법에 의해 역회복 현상은 거의 발생하지 않으며 스위칭 손실은 상당히 저감된다. 그러므로 전체 시스템 효율을 증가시킬 수 있고 인버터를 더 높은 스위칭 주파수에서 동작시킬 수 있다. 제안한 방법의 타당성은 각 소자의 성능평가와 수치해석적 방법을 적용해 검증하였다.

• The Magazine of the IEIE
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• v.37 no.8
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• pp.31-40
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• 2010

1947년 트랜지스터의 발명을 시작으로 사이리스터, MOSFET 및 IGBT 등의 전력반도체 소자가 개발되면서 산업, 가전 및 통신 등의 다양한 분야에서 실리콘 기반의 전력반도체 소자가 활용되고 있다. 개발 당시에는 10A/수백V 정도의 전류통전능력 및 전압저지능력을 가지고 있었지만, 현재에는 8000A/12kV급의 대용량 소자까지 생산되고 있다. 이러한 전력반도제 소자는 다양한 응용분야에 서 높은 전압 저지능력, 큰 전류 통전 능력 및 빠른 스위칭 특성을 요구하고 있다. 특히 최근의 전력변환장치들은 고온동작특성 및 고효율화에 대한 요구가 더욱 강조되고 있다. 일반적인 실리콘 전력반도체소자는 물질적인 특성한계로 고온에 서의 동작 시 소자 특성이 떨어지는 특징을 보이고 있어 고온 환경에 적합한 전력반도체 소자의 필요성이 증가되어 실리콘에 비해 밴드�b이 넓은 SiC 및 GaN 등의 wide bandgap 반도체 물질의 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 SiC는 단결정 성장을 통한 웨이퍼화가 용이하고 소자 제작공정이 기존 실리콘공정과 유사하여 많은 연구가 진행되었으며 일부 소자에서 상용화가 진행되었다. 본고에서는 현재 활발히 진행되고 있는 탄화규소 전력반도체소자의 기술동향에 대해 소개하고자 한다.