작은 위상 인덕터를 가지는 PMSM 구동용 GaN 기반 고주파수 모듈라 스케일러블 인버터 시스템

Abstract

본 논문은 MSIS(Modular Scalable Inverter System)에서 큰 부피를 차지하는 인덕터를 저감하기 위한 방법을 제안한다. 최근 전력 분야에서는 파워부와 제어부로 이루어진 모듈을 전력변환 시스템으로 사용함으로써 다양한 시스템에 필요한 전력을 공급하여 효율을 증가시키고 신뢰성을 높이는 방법들이 대두되고 있다. 하지만 모듈을 병렬로 사용하는 경우에는 모듈 간에 흐르는 순환 전류가 발생하게 된다. 이런 순환 전류는 부하로 전력을 공급하지 않기 때문에 시스템 효율을 떨어트리고 전류 제어 및 부하 분담을 방해한다. 이로 인해 병렬형 인버터에는 출력에 순환 전류 저감을 위한 위상 인덕터를 사용해야 한다는 단점이 있다.

모듈형 전력변환 장치에서 큰 크기의 위상 인덕터는 시스템 사이즈를 늘리고 비용을 증가시키고 전력 밀도가 낮아지게 된다. 따라서 본 논문에서는 GaN HEMT(Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor) 기반 인버터와 순환전류 저감 알고리즘을 사용하여 고속 스위칭을 함으로써 동일한 순환전류 저감 성능을 확보하지만, 출력 인덕터의 크기를 줄이는 방안을 제시한다. 또한 600W급 IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)를 부하로 하는 MSIS에서 시뮬레이션 결과를 통해 제안한 방법의 유용성을 입증하였다.