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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 원충연
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수10
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반도체는 점점 작은 크기, 더 빠른 속도, 낮은 전력 소모량, 낮은 가격을 목표로 발전되어왔다. 최근에는 물리적인 한계를 극복하고자 입체화된 웨이퍼 구조로 개발이 되고 있다. 이런 반도체는 플라즈마를 이용하여 식각 및 증착 공정을 통해 제조된다. RF Power는 반도체 제조 장비에서 플라즈마가 발생되도록 고주파 전원을 공급해주는 장치이다. RF Power 성능에 따라 플라즈마 특성 차이가 발생하며, 이는 곧 웨이퍼의 수율 및 불량률과 직결된다. 따라서 플라즈마 공정을 진행하기 위해서는 안정적이고 정밀한 RF Power가 요구되며, RF Power에 DC 전원을 공급하는 전원장치도 높은 효율과 양질의 전력 품질을 가져야 한다.
본 논문에서 제안하는 고주파 플라즈마 생성용 전원 장치는 440Vac 3상 전원이 입력되어, DC 0-340Vdc 6.5kW가 출력되도록 구성된다. AC가 DC로 변환되는 PFC 단에는 간단한 제어 및 구조, 가격 경쟁력, 높은 신뢰성을 갖는 Two-Level inverter기법을 제안한다. DC-DC 단에는 구조를 간단하게 하고 사용되는 소자 수를 줄여 부피 축소를 위해 Buck converter기법을 제안한다. 또한 높은 효율과 양질의 전력 품질을 위해 SiC 소자를 다이오드와 스위치에 적용하여 다이오드 역회복 손실 및 스위치 손실을 저감하였다. 전원 장치의 제어시스템은 디지털 제어시스템을 적용하였으며, 단일 MCU로 구성하여 PFC단과 DC-DC단을 하나의 MCU가 제어하도록 구성된다. 또한 전체 시스템과의 연동을 위해서 입력 전압과 입력 전류, 그리고 출력 전압과 전류를 모니터링 하여, 입력과 출력의 상태에 따라서 전체 시스템을 제어할 수 있다.
타당성을 검증하기 위해서 고주파 플라즈마 생성용 고효율 AC-DC 컨버터 구성을 위해 설계하고 부품을 선정하고 보드를 제작하여 검증하였다. PFC단과 DC-DC단으로 구성된 전원 장치는 부하 조건에 따른 입력 전압과 전류를 측정하여, 효율과 Power Factor 그리고 THD를 확인하였다. 세부 검증 사항으로 DC 출력에 대한 Ripple과 Noise, DC On과 DC Off Time 그리고 최소 변동 전압을 확인하였다. 전체 시스템과의 연동을 위해 실측된 입력 전압과 전류 및 출력 전압과 전류를 모니터로 변환하여 오차를 검증하였다. 그리고 최종 결과물을 전체 시스템에 적용하여 RF Power 3.3kW에서 성능을 검증하였다.
본 논문에서 제안하는 고주파 플라즈마 생성용 전원 장치는 440Vac 3상 전원이 입력되어, DC 0-340Vdc 6.5kW가 출력되도록 구성된다. AC가 DC로 변환되는 PFC 단에는 간단한 제어 및 구조, 가격 경쟁력, 높은 신뢰성을 갖는 Two-Level inverter기법을 제안한다. DC-DC 단에는 구조를 간단하게 하고 사용되는 소자 수를 줄여 부피 축소를 위해 Buck converter기법을 제안한다. 또한 높은 효율과 양질의 전력 품질을 위해 SiC 소자를 다이오드와 스위치에 적용하여 다이오드 역회복 손실 및 스위치 손실을 저감하였다. 전원 장치의 제어시스템은 디지털 제어시스템을 적용하였으며, 단일 MCU로 구성하여 PFC단과 DC-DC단을 하나의 MCU가 제어하도록 구성된다. 또한 전체 시스템과의 연동을 위해서 입력 전압과 입력 전류, 그리고 출력 전압과 전류를 모니터링 하여, 입력과 출력의 상태에 따라서 전체 시스템을 제어할 수 있다.
타당성을 검증하기 위해서 고주파 플라즈마 생성용 고효율 AC-DC 컨버터 구성을 위해 설계하고 부품을 선정하고 보드를 제작하여 검증하였다. PFC단과 DC-DC단으로 구성된 전원 장치는 부하 조건에 따른 입력 전압과 전류를 측정하여, 효율과 Power Factor 그리고 THD를 확인하였다. 세부 검증 사항으로 DC 출력에 대한 Ripple과 Noise, DC On과 DC Off Time 그리고 최소 변동 전압을 확인하였다. 전체 시스템과의 연동을 위해 실측된 입력 전압과 전류 및 출력 전압과 전류를 모니터로 변환하여 오차를 검증하였다. 그리고 최종 결과물을 전체 시스템에 적용하여 RF Power 3.3kW에서 성능을 검증하였다.
목차
논문 요약 Ⅷ제1장 서 론 11.1 연구 배경 및 필요성 11.2 연구동향 91.3 논문구성 17제2장 고효율 3상 PFC단 설계 및 제어 192.1 3상 PFC단 토폴로지 선정 212.2 Two-Level Inverter 제어 242.3 Two-Level Inverter 각 소자 설계 362.4 Two-Level Inverter 결과 정리 40제3장 고효율 DC-DC단 설계 및 제어 443.1 DC-DC단 토폴로지 선정 443.2 Buck Converter 제어 453.3 Buck Converter 각 소자 설계 483.4 Buck Converter 결과 정리 52제4장 PFC단, DC-DC단 통합 및 세부 사항 검증 574.1 PFC단, DC-DC단 통합 (단일 PCB 보드, 단일 MCU 구동) 574.2 PFC단과 DC-DC단 결과 정리 59제5장 실험 결과 685.1 연구의 주요 항목 및 결과 685.2 연구 진행 요약 69제6장 결론 73참고문헌 75ABSTRACT 79
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