공통 모드 노이즈 저감된 단상인버터의 손실 저감을 위한 파워소자 배치 = Power Loss Minimization of Common-mode Noise Reduced Single-phase Inverter by Power Device Combination

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서 공통 모드 노이즈가 저감된 단상인버터의 스위치 손실 저감이 가능한 파워 소자선정을 제안한다. 일반적으로 UPS 시스템에서 교류전압의 출력을 위해 풀-브릿지 단상인버터를 사용한다. 단상인버터에서 풀-브릿지 스위치의 온/오프 상태에 따라 교류전원을 출력하게 되는데, 보편적으로 스위치의 상태를 결정하는 PWM은 주로 2-레벨 인 바이폴라 방식과 3-레벨인 유니폴라 스위칭 방식이 있다. 3-레벨은 2-레벨에 비해 출력전압의 전압/전류의 THD가 낮아, 고효율의 인버터를 제작하는데 많이 사용한다.
하지만 유니폴라 PWM 스위칭 방법을 사용하게 되면 공통모드 전압이 발생하게 되는데, 이는 EMI의 발생 원인이 된다. EMI는 기기의 통신장애 및 신체에 악영향을 줄 수가 있기 때문에 많은 기관에서 규제를 통해 엄격히 관리하기 때문에 최근 EMI 저감 방법에 대해 많은 연구가 진행되고 있다. EMI를 저감하는 방법 중 하드웨어 필터를 장착하는 방법이 있다. 하드웨어 필터는 발생된 EMI저감 측면에서 보면 탁월한 효과를 보이나 수동소자의 추가로 인해 제작비용의 증가를 초래하게 된다. 최근 UPS 시장이 증가로 인한 저비용 고효율의 제작이 요구됨에 따라 본 논문에서 공통 노이즈 저감이 가능한 스위칭 방법을 통하여 EMI를 개선하고 소자 배치를 통해 저비용 고효율이 가능하다. 단상 인버터의 공통 모드 노이즈 저감을 위해서는 단상 전원 중 Live에 연결된 하프 브리지 스위치가 PWM을 행하고, 중성점과 연결된 하프 브리지는 상용전원 주파수로 Commutation하는 방식을 제안한다. 제안된 방식의 손실 저감 위하여 중성점에 연결된 하프브리지는 Conduction 손실이 적은 IGBT를 사용하고, Live에 연결되어 빠른 스위칭 주파수로 동작하는 하프브리지는 스위칭 손실이 적은 MOSFET를 사용하여 스위치 손실 저감이 가능한 회로를 제안하고 이 회로의 유용성을 모의실험과 실험을 통해 입증한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론
• Ⅱ. 풀-브릿지 인버터의 이해
• 2.1 풀-브릿지 단상인버터
• 2.2 공통 모드 노이즈가 미치는 영향
• 2.3 기존 단상인버터에서 공통모드 노이즈 저감 연구
• 2.4 기존 펄스 폭 변조 기법의 공통모드 전압
• Ⅲ. 풀-브릿지 인버터의 새로운 펄스폭 변조 기법
• 3.1 제안하는 펄스폭 변조기법의 공통모드 전압
• 3.2 PSIM을 이용한 시뮬레이션
• 3.3 실험 결과
• Ⅳ. 파워소자 전력손실저감 조합 방법 제안
• 4.1 파워소자 배치방법에 따른 손실 분석 및 비교
• 4.1.1 Commutation 동작에서 스위치 손실
• 4.1.2 PWM 동작에서 스위치 손실
• 4.2 동기정류방식을 사용한 손실저감 방법
• 4.3 PSIM을 이용한 모의해석 및 실험 비교
• 4.3.1 해결 과제
• Ⅴ. 결론
• 참고문헌
• Abstract