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Electrical Engineering

Introduction to Power Electronics

by D. W. Hart

Chapter 1. Introduction

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4 Electronics Switch

Switch Selection

Contents

6 Spice, Pspice & Simulation

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IGBT

(Insulated-Gate Bipolar Transistor)

1. MOSFET, BJT, GTO 사이리스터의 장점을 결합한

일종의 하이브리드(hybrid) 소자.

2. 전압구동형.

3. On-drop이 전류에 관계없이 낮고 거의 일정하여

MOSFET 보다 훨씬 큰 전류를 흘릴 수 있음.

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2.4.5 IGBT(insulated gate bipolar transistor)

• IGBT의 구조 및 특징

금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)을 게이트부에 짜 넣은 접합형 트랜지스터

게이트-이미터 간의 전압이 구동되어 입력 신호에 의해 온/오프가 생기는 자기소호형

대전력의 고속 스위칭 가능

※ 미츠비시제 IGBT 모듈

N채널 종형 MOSFET의 드레인측에 P콜렉터를 추가한 구조

P 콜렉터로부터 정공의 주입에 의해 N 베이스층의 도전율변조가 일어나 저항이 저하

MOSFET에 비해 고전압용에 적합, 주입한 캐리어가 소멸하는 시간이 필요하여 턴오프 시간 증가

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Power Device Capability

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Power Device Selection

10-20kHz

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Application for Power Devices

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전력 모듈

다이오드와 SCR 모듈

전력용 BJT(달링턴) 모듈

: 특별한 회로 구조를 연결하여 하나의

케이스에 집어넣은 소자들의 집합

정류기에 사용

ac 전압 제어기 or 정적 ac 스위치 부분에 사용

4-상한 초퍼 or 단상 전압원 인버터로 동작

3상 전압원 인버터 구성

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전력 모듈의 예

전력용 MOSFET 모듈

IGBT 기반 모듈형 주파수 변환기 (c) 병렬 연결을 통해 전체 전류정격을 증가시키고, 하나의 게이트로 동시에 제어

3상 AC-DC-AC 컨버터의 전력회로를 구성하는 7개의 IGBT와 13개의 다이오드의 구성

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Spice & Pspice & PSIM

Spice (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis): Designs from the BSIM Group at the University of California at Berkeley

Pspice (Professional Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis): Developed by the MicroSim

손으로 해석하기 어려운 회로의 동작을 컴퓨터 모의 실험을 통해 결과를 볼수 있게 해주는 유용한 툴이다.

회로의 파라메터가 실제적이지 못한 경우 수치해석적으로 수렴이 잘 되지 않는 문제가 발생한다.

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Functions of the Pspice

회로 그리기.

시뮬레이션

PCB 제작

Matlab 과의 연동 시뮬레이션

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전력전자 및 모터제어 회로를 해석하는 시뮬레이션 패키지.

Behavior 또는 Ideal특성의 소자 모델을 주로 사용하여 다양한 시뮬레이션을

고속으로 수행 할 수 있도록 개발.

시스템 레벨 시뮬레이션, 제어 루프 설계와 모터 구동 시스템 연구등에

최적의 환경을 제공.

PSIM Simulator는 유사한 시뮬레이션 툴이 가지고 있는 convergence 문제와

오랜 시뮬레이션 시간 소요 등의 문제를 극복할 수 있는 효율적인 알고리즘을

제공.

Matlab/Simulink와 Co-simulation 수행

C코드 모델 사용 : PSIM내의 DLL Block을 사용하여C/C++(Microsoft,

Borland, Digital Visual Fortran)루틴으로 구성된 제어회로 사용가능. 따라서

제어개념이 복잡하여 기술하기 어려운 경우에 특히 유용.

마이크로프로세서와 DSP의 제어설계의 성능평가에 매우 적합

Mixed-Mode 시뮬레이션 : 아날로그와 디지털 회로가 혼재된 회로해석 기능

제공

Functions of the PSIM

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Pspice or PSIM Download & Installation

아래 링크된 웹사이트에서 Pspice Student Ver. 9.1을 다운로드 한다.

http://www.orcad.com/downloads/demo/default.asp

Web Search 기능을 이용하여 메뉴얼을 다운로드 한다.

간단한 회로를 구성한 후에 시뮬레이션 해본다.

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