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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김재문
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 한국교통대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수38
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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본 논문은 SiC MOSFET를 이용한 차량용 INVERTER 효율 향상에 관한 연구이다.
차량용 DC-AC 인버터 장치는 차량용 배터리를 이용하여 입력전압 DC 12V~24(V)를 공급받아 단상 AC 220(V)로 변환 출력한다.
차량용 DC-AC 인버터는 선거용 유세차량과 같이 전기를 끌어올 수 없는 곳에서 발전기와 함께 일부 사용되어 왔으나, 발전기의 엔진소음과 매연문제로 인해 인버터로 점차 바뀌고 있는 추세이다. 특히, 최근 주5일 근무의 영향으로 늘어난 캠핑용 차량과 푸드 트럭에서의 AC전원 사용의 필요성과 트레일러와 같은 대형차량의 무 시동 에어컨장착이 늘어남에 따라서 사용이 증가하고 있다. 뿐만 아니라 노트북, 휴대전화기와 같은 개인용 전기제품이 사용이 많아짐에 따라 차량용 DC-AC 인버터는 추후 버스, 철도 차량등과 같은 다중이 이용하는 운송수단에서도 수요가 급증할 것으로 예상된다.
차량용 DC-AC 인버터에 필요한 핵심부품이 전력반도체 소자인 MOSFET이다. 현재까지 실리콘(Si : Silicon) 전력반도체 소자가 인버터 시스템의 핵심 전력변환 부품으로 사용되고 있었으나, 실리콘소자로 구성된 전원장치를 고속화/경량화, 고출력화를 달성하는 것은 한계상황에 이르고 있다. 이러한 Si 전력반도체가 가진 한계상황을 대체하기 위한 차세대 전력반도체가 실리콘 카바이드(SiC : Silicon Carbide) 전력반도체이다.
본 논문에서는 Si / SiC MOSFET에 대한 도통 손실, 스위칭 손실, 효율 특성, 주요 부품의 온도를 측정하였다. 도통 손실 실험에서는 1주기 동안의 손실이 Si MOSFET에 비하여 SiC MOSFET의 손실값은 약 61.3(%) 이다. 스위칭 손실 실험에서는 Si MOSFET에 대비하여 Turn on 시에 약 49.6(%), Turn off 시 약 49.2(%) 정도로 SiC MOSFET의 손실이 작다는 결과를 얻을 수 있었다. 이것은 곧바로 인버터 각 부분의 온도가 낮게 나타나는 것으로 확인되었다. 특히, 온도가 가장 높은 Transformer Core에서의 온도 차이는 부하 600(W)에서 15.1(℃)까지 차이가 나는 것을 확인할 수 있었다. 효율 특성 실험에서는 최대효율 93.5(%)를 얻었으며, Si MOSFET을 적용한 인버터에 비해 최대 2.8(%)의 효율개선이 이루어졌다. 또한 온도 측정 테스트에서도 SiC MOSFET를 채용한 인버터에서 대부분의 부품온도가 낮음을 확인할 수 있다. 도통 손실, 스위칭 손실, 효율 특성, 주요 부품의 온도측정 실험에서 SiC MOSFET를 적용한 인버터의 성능이 조금 더 향상됨을 확인하였으므로 인버터의 효율 향상에 SiC MOSFET의 적용이 타당함을 입증하였다.
차량용 DC-AC 인버터 장치는 차량용 배터리를 이용하여 입력전압 DC 12V~24(V)를 공급받아 단상 AC 220(V)로 변환 출력한다.
차량용 DC-AC 인버터는 선거용 유세차량과 같이 전기를 끌어올 수 없는 곳에서 발전기와 함께 일부 사용되어 왔으나, 발전기의 엔진소음과 매연문제로 인해 인버터로 점차 바뀌고 있는 추세이다. 특히, 최근 주5일 근무의 영향으로 늘어난 캠핑용 차량과 푸드 트럭에서의 AC전원 사용의 필요성과 트레일러와 같은 대형차량의 무 시동 에어컨장착이 늘어남에 따라서 사용이 증가하고 있다. 뿐만 아니라 노트북, 휴대전화기와 같은 개인용 전기제품이 사용이 많아짐에 따라 차량용 DC-AC 인버터는 추후 버스, 철도 차량등과 같은 다중이 이용하는 운송수단에서도 수요가 급증할 것으로 예상된다.
차량용 DC-AC 인버터에 필요한 핵심부품이 전력반도체 소자인 MOSFET이다. 현재까지 실리콘(Si : Silicon) 전력반도체 소자가 인버터 시스템의 핵심 전력변환 부품으로 사용되고 있었으나, 실리콘소자로 구성된 전원장치를 고속화/경량화, 고출력화를 달성하는 것은 한계상황에 이르고 있다. 이러한 Si 전력반도체가 가진 한계상황을 대체하기 위한 차세대 전력반도체가 실리콘 카바이드(SiC : Silicon Carbide) 전력반도체이다.
본 논문에서는 Si / SiC MOSFET에 대한 도통 손실, 스위칭 손실, 효율 특성, 주요 부품의 온도를 측정하였다. 도통 손실 실험에서는 1주기 동안의 손실이 Si MOSFET에 비하여 SiC MOSFET의 손실값은 약 61.3(%) 이다. 스위칭 손실 실험에서는 Si MOSFET에 대비하여 Turn on 시에 약 49.6(%), Turn off 시 약 49.2(%) 정도로 SiC MOSFET의 손실이 작다는 결과를 얻을 수 있었다. 이것은 곧바로 인버터 각 부분의 온도가 낮게 나타나는 것으로 확인되었다. 특히, 온도가 가장 높은 Transformer Core에서의 온도 차이는 부하 600(W)에서 15.1(℃)까지 차이가 나는 것을 확인할 수 있었다. 효율 특성 실험에서는 최대효율 93.5(%)를 얻었으며, Si MOSFET을 적용한 인버터에 비해 최대 2.8(%)의 효율개선이 이루어졌다. 또한 온도 측정 테스트에서도 SiC MOSFET를 채용한 인버터에서 대부분의 부품온도가 낮음을 확인할 수 있다. 도통 손실, 스위칭 손실, 효율 특성, 주요 부품의 온도측정 실험에서 SiC MOSFET를 적용한 인버터의 성능이 조금 더 향상됨을 확인하였으므로 인버터의 효율 향상에 SiC MOSFET의 적용이 타당함을 입증하였다.
목차
Ⅰ. 서 론 11.1 연구의 배경과 목적 11.2 차량용 DC-AC 인버터의 사용 예 21.3 논문의 구성 4Ⅱ. SiC MOSFET의 특징 52.1 Si MOSFET의 구조 및 특성 52.2 SiC MOSFET의 구조 및 특성 8Ⅲ. 차량용 DC-AC 인버터 133.1 전력변환장치의 분류 및 특성 133.2 차량용 DC-AC 인버터 153.3 인버터 시스템의 설계 30Ⅳ. 차량용 DC-AC 인버터의 제작과 실험 324.1 인버터 제작과 실험의 구성 324.2 SiC / Si MOSFET 제원 비교 334.3 도통 손실과 스위칭 손실 344.4 주요부품 온도측정 404.5 효율특성 42Ⅴ. 결론 44참고문헌 45Abstract 47
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