표제지
목차
ABSTRACT 10
제1장 서론 12
제1절 연구배경 및 동향 12
제2절 연구목적 및 내용 19
제3절 논문의 구성 21
제2장 GaN HEMT의 특성 분석 23
제1절 GaN HEMT 23
제2절 GaN HEMT 분석 및 모델링 28
1. 상단 GaN HEMT의 하드 턴 온 29
2. 상단 GaN HEMT의 하드 턴 오프 40
3. 상보 스위치의 밀러효과 46
제3절 GaN HEMT의 역도통 특성 50
제3장 제안하는 능동 게이트 구동 방법 56
제1절 제안하는 능동 게이트 구동 회로 56
제2절 능동 게이트 구동 동작 원리 59
제3절 능동 게이트 구동 회로 신호 동기화 70
제4절 TCM 동작과 영전압 스위칭 78
제5절 데드타임 선정 88
제4장 모의 실험 및 실험 결과 91
제1절 PCB 기생성분 분석 92
제2절 회로 검증 모의 실험 96
제3절 역도통 손실 저감 모의 실험 103
제4절 실험 결과 112
제5절 손실 분석 128
제6절 제안한 능동 구동 회로의 비용 책정 138
제7절 기존의 연구들과 비교 140
제5장 결론 142
참고문헌 144
국문초록 154
〈표 2-1〉 GaN HEMT 2종 과 SiC MOSFET 데이터시트 비교 24
〈표 2-2〉 GaN HEMT GS66508B 주요사양 27
〈표 2-3〉 IGBT, MOSFET, GaN HEMT의 도통 특성 50
〈표 3-1〉 능동 게이트 구동 회로 소자 지연 요소 71
〈표 3-2〉 능동 게이트 구동 회로 제정수 77
〈표 3-3〉 데드타임 선정 시 고려하여야 할 시간 90
〈표 4-1〉 능동 게이트 구동 회로 PCB 기생성분 94
〈표 4-2〉 능동 게이트 구동 회로 벅 컨버터 모의 실험 제정수 97
〈표 4-3〉 TCM 동작 벅 컨버터 4 종 제정수 104
〈표 4-4〉 LLC 컨버터 2 종 제정수 109
〈표 4-5〉 벅 컨버터 1 스위치 손실 감소율 133
〈표 4-6〉 벅 컨버터 2 스위치 손실 감소율 133
〈표 4-7〉 벅 컨버터 3 스위치 손실 감소율 133
〈표 4-8〉 벅 컨버터 4 스위치 손실 감소율 133
〈표 4-9〉 LLC 컨버터 1 스위치 손실 감소율 137
〈표 4-10〉 LLC 컨버터 2 스위치 손실 감소율 137
〈표 4-11〉 일반 구동 회로와 능동 구동 회로를 적용한 벅 컨버터 비용 138
〈표 4-12〉 능동 구동 회로를 이용한 게이트-소스 전압 가변 기법 141
〈그림 2-1〉 Si MOSFET, SiC MOSFET, GaN HEMT 특성 비교 23
〈그림 2-2〉 GaN HEMT 2DEG 채널 구조 25
〈그림 2-3〉 GaN HEMT 기생성분과 게이트 구동 등가회로 28
〈그림 2-4〉 상단 GaN HEMT 하드 턴 온 등가회로 (a)턴 온 전 (b)하드 턴 온 (c)Coss 충방전 (d)턴 온 이후[이미지참조] 31
〈그림 2-5〉 턴 온 손실 38
〈그림 2-6〉 상단 GaN HEMT 하드 턴 오프 등가회로 (a)턴 오프 전 (b)Coss 충방전 (c)턴 오프 이후[이미지참조] 45
〈그림 2-7〉 S₁의 하드 스위칭에 따른 S₂ 게이트-소스 전압 (a)S₁ 하드 턴 온 구간 (b)S₁ 하드 턴 오프 구간 48
〈그림 2-8〉 게이트 전압에 따른 GaN HEMT(GS66508B)의 도통 특성 51
〈그림 3-1〉 제안하는 능동 게이트 구동 회로 57
〈그림 3-2〉 제안하는 능동 게이트 구동 회로가 적용된 벅 컨버터 59
〈그림 3-3〉 제안하는 능동 게이트 구동 회로의 CCM 이론 파형 60
〈그림 3-4〉 제안하는 능동 게이트 구동 회로의 TCM 이론 파형 61
〈그림 3-5〉 구간 1에서의 능동 게이트 구동 62
〈그림 3-6〉 구간 2에서의 능동 게이트 구동 64
〈그림 3-7〉 구간 3에서의 능동 게이트 구동 66
〈그림 3-8〉 밀러효과에 의한 게이트 음전압 확보 시간 71
〈그림 3-9〉 능동 게이트 구동 회로 등가회로 (a)턴 온 구간 (b)턴 오프 게이트 음전압 구간 (c) 턴 오프 능동 구동 구간 73
〈그림 3-10〉 데드타임 구간에서 GaN HEMT의 기생 커패시터 전류 경로 (a)필터 인덕터 전류가 양인 경우 (b) 음인 경우 79
〈그림 3-11〉 동기 벅 컨버터 TCM 전류 (a)동기 벅 컨버터(b) 경부하 및 중부하 TCM 전류 81
〈그림 3-12〉 GaN HEMT Coss 충방전 등가 회로[이미지참조] 85
〈그림 3-13〉 턴 오프 시간의 계산값과 측정값 비교 (a)Vin = 200 V (b)Vin = 300 V[이미지참조] 87
〈그림 4-1〉 Q3D 모의 실험 및 분석 결과 92
〈그림 4-2〉 Q3D 기생 성분 PCB 등가 회로 93
〈그림 4-3〉 능동 게이트 구동 회로가 적용된 벅 컨버터 모의 실험 구성 (a)벅 컨버터 회로도 (b)LTspice 구성도 96
〈그림 4-4〉 능동 게이트 구동 회로 LTspice 모의 실험 CCM 파형 (a)CCM 결과 (b)구간 1 확대 (c)구간 2 확대 99
〈그림 4-5〉 능동 게이트 구동 회로 LTspice 모의 실험 TCM 파형 (a)TCM 결과 (b)구간 1 확대 (c)구간 2 확대 101
〈그림 4-6〉 능동 게이트 구동 회로 PLECS 벅 컨버터 모의 실험 구성 105
〈그림 4-7〉 능동 게이트 구동 회로 적용에 따른 벅 컨버터 모의 실험 효율 곡선... 107
〈그림 4-8〉 능동 게이트 구동 회로가 적용된 LLC 컨버터 109
〈그림 4-9〉 능동 게이트 구동 회로 적용에 따른 LLC 컨버터 모의 효율 곡선 (a)LLC 컨버터 1 (b)LLC 컨버터 2 110
〈그림 4-10〉 능동 게이트 구동 회로가 적용된 벅 컨버터 및 실험 환경 (a)벅 컨버터 (b)실험 환경 구성 (c)효율 측정 환경 113
〈그림 4-11〉 능동 게이트 구동 회로가 적용된 벅 컨버터 1 실험 파형 (a)벅 컨버터 1 Vin = 200 V, Vo = 100 V, fs = 156 kHz, Po = 1200 W...[이미지참조] 114
〈그림 4-12〉 능동 게이트 구동 회로가 적용된 벅 컨버터 2 실험 파형 (a)벅 컨버터 2 Vin = 200 V, Vo = 165 V, fs = 184 kHz, Po = 1200 W...[이미지참조] 115
〈그림 4-13〉 능동 게이트 구동 회로가 적용된 벅 컨버터 3 실험 파형 (a)벅 컨버터 3 Vin = 300 V, Vo = 150 V, fs = 150 kHz, Po = 1200 W...[이미지참조] 116
〈그림 4-14〉 능동 게이트 구동 회로가 적용된 벅 컨버터 4 실험 파형 (a)벅 컨버터 4 Vin = 300 V, Vo = 250 V, fs = 133 kHz, Po = 1200 W...[이미지참조] 117
〈그림 4-15〉 일반 게이트 구동회로가 적용된 벅 컨버터 4 S₂ 턴 온 파형 118
〈그림 4-16〉 게이트 구동 회로에 따른 벅 컨버터 4종 효율 측정 결과 (a)벅 컨버터 1 (b)벅 컨버터 2 (c)벅 컨버터 3 (d)벅 컨버터 4 120
〈그림 4-17〉 능동 게이트 구동 회로가 적용된 벅 컨버터 4의 CCM 실험 파형 (a)벅 컨버터 4 CCM Vin = 300 V, Vo = 250 V, fs = 133 kHz, Po = 1200 W...[이미지참조] 122
〈그림 4-18〉 능동 게이트 구동 회로가 적용된 LLC 컨버터 및 실험 환경 (a)실험 환경 (b) 효율측정 환경 123
〈그림 4-19〉 능동 게이트 구동 회로가 적용된 LLC 컨버터 1 실험 파형 (a)LLC 컨버터 1 Vin = 300 V, Vo = 300 V, fs = 160 kHz, Po = 1000 W...[이미지참조] 124
〈그림 4-20〉 능동 게이트 구동 회로가 적용된 LLC 컨버터 2 실험 파형 (a)LLC 컨버터 2 Vin = 300 V, Vo = 300 V, fs = 320 kHz, Po = 600 W...[이미지참조] 125
〈그림 4-21〉 게이트 구동 회로에 따른 LLC 컨버터 2종 효율 측정 결과 (a)LLC 컨버터 1 (b)LLC 컨버터 2 126
〈그림 4-22〉 벅 컨버터 1 손실 분석 결과 (a)GaN HEMT 손실 (b)수동소자 손실 129
〈그림 4-23〉 벅 컨버터 2 손실 분석 결과 (a)GaN HEMT 손실 (b)수동소자 손실 130
〈그림 4-24〉 벅 컨버터 3 손실 분석 결과 (a)GaN HEMT 손실 (b)수동소자 손실 131
〈그림 4-25〉 벅 컨버터 4 손실 분석 결과 (a) GaN HEMT 손실 (b)수동소자 손실 132
〈그림 4-26〉 LLC 컨버터 1 손실 분석 결과 (a)GaN HEMT 손실 (b)능동 구동 수동소자 손실 135
〈그림 4-27〉 LLC 컨버터 2 손실 분석 결과 (a)GaN HEMT 손실 (b)능동 구동 수동소자 손실 136