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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 차한주
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수18
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2021
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신재생에너지 정책에 발맞춰 오늘날 전력반도체 소자는 전기자동차, 분산전원용 PCS 등 보다 많은 어플리케이션에 적용되고 있다. 그러나 문제는 전력반도체 소자들이 스위칭 과정에서 예기치 않는 전자기 호환성EMC(Electromagnetic Compatibility)에 문제를 발생시킨다는 점이다[1]-[2]. 고 직접화 및 고속 스위칭 개발 환경에서 일수록 필요한 수동소자 값이 감소함으로 인해 작은 기생성분도 모듈에 전반적인 영향을 미치게 된다. 특히 PCB 배선에서 발생할 수 있는 loop 인덕턴스 성분은 전력소자의 스위칭 동작 시 의도치 않은 링잉성분을 발생시키는데 이로 인해 안정적인 제어환경의 어려움을 줄 수 있다. 고속 스위칭을 요구하는 어플리케이션이 급증함에 따라 이러한 기기의 성능과 안전성을 위한 노이즈 관리의 중요성이 커지고 있다[3]-[5].
현재 각 산업용도에 따른 국제전자파 규격을 바탕으로 노이즈 레벨의 기준을 제한하며 관리하고 있다[2]. 규격에 만족하도록 노이즈를 효과적으로 관리하기 위해 필터설계, PCB 설계, 제어방법 등 다양한 연구가 진행되어 오고 있다. 그러나 가장 중요한 점은 제품 설계 후에 진행되는 노이즈 대책이라는 점이다. EMC에 대한 대책은 예측 기술을 기반으로 진행되어야 한다. 제품 개발 단계에 있어서 EMC 문제가 추후에 발견 될수록 많이 시간과 비용이 소요되기 때문이다[6]-[8].
현재 대부분의 노이즈 예측은 엔지니어의 경험에 의존하거나 테스트 벤치 제작 후 여러 번의 실험으로 진행되고 있다. 실험을 진행하며 노이즈를 예측하고 대책방법을 강구하는 것은 시간과 비용이 많이 소요되므로 효율적인 노이즈 관리 방법은 아니다. 따라서 현재의 EMC 관리 대책에서 발전하여 설계 단계에서 노이즈를 간단하고 정확하게 예측할 수 있는 모델링이 필요하다.
본 논문에서는 DC-AC 인버터의 차동노이즈 전압을 예측할 수 있는 고주파 회로 모델 및 제안된 고주파 등가 모델의 수학적 해석을 소개한다. IGBT가 스위칭 하는 순간 기생임피던스 성분들은 스위칭 소자와 공진하기 때문에 실질적인 차동노이즈 레벨을 반영하기 위해서는 회로 구성에 기생임피던스 성분도 고려해야 한다[13]. 따라서 논문에서 제안한 회로 모델은 기본적인 단상 인버터의 회로구성에 기생임피던스 성분들이 추가된 형태를 가진다. 구성된 고주파 회로를 바탕으로 노이즈원인 IGBT에 흐르는 차동모드 전류원과 차동모드 경로내 영향을 주는 임피던스 경로를 수학적으로 해석한다. 그 후 수학적 이론으로 구해진 공진점과 실제 실험으로 구해진 공진점과 비교하여 차동모드 노이즈을 예측할 수 있는 수학적 모델의 타당성을 검증한다.
현재 각 산업용도에 따른 국제전자파 규격을 바탕으로 노이즈 레벨의 기준을 제한하며 관리하고 있다[2]. 규격에 만족하도록 노이즈를 효과적으로 관리하기 위해 필터설계, PCB 설계, 제어방법 등 다양한 연구가 진행되어 오고 있다. 그러나 가장 중요한 점은 제품 설계 후에 진행되는 노이즈 대책이라는 점이다. EMC에 대한 대책은 예측 기술을 기반으로 진행되어야 한다. 제품 개발 단계에 있어서 EMC 문제가 추후에 발견 될수록 많이 시간과 비용이 소요되기 때문이다[6]-[8].
현재 대부분의 노이즈 예측은 엔지니어의 경험에 의존하거나 테스트 벤치 제작 후 여러 번의 실험으로 진행되고 있다. 실험을 진행하며 노이즈를 예측하고 대책방법을 강구하는 것은 시간과 비용이 많이 소요되므로 효율적인 노이즈 관리 방법은 아니다. 따라서 현재의 EMC 관리 대책에서 발전하여 설계 단계에서 노이즈를 간단하고 정확하게 예측할 수 있는 모델링이 필요하다.
본 논문에서는 DC-AC 인버터의 차동노이즈 전압을 예측할 수 있는 고주파 회로 모델 및 제안된 고주파 등가 모델의 수학적 해석을 소개한다. IGBT가 스위칭 하는 순간 기생임피던스 성분들은 스위칭 소자와 공진하기 때문에 실질적인 차동노이즈 레벨을 반영하기 위해서는 회로 구성에 기생임피던스 성분도 고려해야 한다[13]. 따라서 논문에서 제안한 회로 모델은 기본적인 단상 인버터의 회로구성에 기생임피던스 성분들이 추가된 형태를 가진다. 구성된 고주파 회로를 바탕으로 노이즈원인 IGBT에 흐르는 차동모드 전류원과 차동모드 경로내 영향을 주는 임피던스 경로를 수학적으로 해석한다. 그 후 수학적 이론으로 구해진 공진점과 실제 실험으로 구해진 공진점과 비교하여 차동모드 노이즈을 예측할 수 있는 수학적 모델의 타당성을 검증한다.
목차
목차그림 목차표 목차기호 및 약호제 1 장 서론1.1 연구배경1.2 연구목적1.3 논문개요제 2 장 단상 인버터 고주파 회로 모델2.1 차동 노이즈 개념2.2 EMI 노이즈 예측 및 모델링 기술2.2.1 가존의 노이즈 해석 방법2.2.2 제안한 노이즈 해석 방법2.3 단상 컨버터의 고주파 회로 모델2.3.1 고주파 회로의 필요성2.3.2 고주파 회로의 구성제 3 장 차동 노이즈 전류원과 임피던스 경로 해석3.1 고주파 회로를 이용한 수학적 해석 원리3.2 차동모드 노이즈의 임피던스 경로 모델링3.2.1 주파수 영역에서 임피던스 경로 수학적 해석3.3 차동모드 노이즈 전류의 수학적 해석3.3.1 이중 적분 푸리에 급수3.3.2 이중 적분 푸리에 급수를 이용한 수학적 해석3.4 차동모드 노이즈 전압 해석제 4 장 단상 인버터의 임피던스 측정4.1 단상 인버터의 임피던스 구성4.2 네트워크 분석기를 이용한 측정4.2.1 DC 링크 임피던스 측정4.2.2 IGBT 커패시터 측정4.3 Q3D Extractor를 이용한 측정4.3.1 PCB 임피던스 측정4.3.2 DC 버스 플레이트 임피던스 측정4.4 임피던스 파라미터 측정 결과제 5 장 시뮬레이션 및 실험결과5.1 단상 인버터 고주파 모델 시뮬레이션5.2 단상 인버터 차동 노이즈 실험5.3 실험결과 비교 및 분석제 6 장 결론참고문헌Abstract
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