GaN FET를 이용한 3상 인터리브 부스트 컨버터에 관한 연구

Abstract

현재 전력 변환 시스템의 스위칭 소자는 주로 실리콘(Si : Silicon)을 주재료로 하여 제작되었으며, 저손실, 고전압, 대전류, 높은 스위칭 속도, 높은 FOM(Figure of Merit: Rdson×Qg), 높은 열전도, 내열성 등을 실현하는 방향으로 개발되어 왔다. 그러나, 고효율과 함께 소형․고 전력밀도를 실현하기 위해 기존보다 높은 스위칭 주파수를 시스템에 적용하고자 할 때, 기존 실리콘 기반의 전력용 스위칭 소자는 현재 기술적 한계점에 봉착했다고 볼 수 있다. 따라서 본 논문에서는 기존의 Si 기반의 전력반도체의 특성 한계를 극복한 새로운 와이드 밴드 갭(WBG) 반도체인 GaN FET를 이용한 3상 인터리브 부스트 컨버터의 효율 개선에 대해 논하였다. GaN FET를 적용한 1kW 3상 인터리브 부스트 컨버터를 설계·제작하였으며 이를 실험하였다. 그 결과 기존의 동급 Si MOSFET를 적용한 결과와 비교했을 때 전 부하 구간에 걸쳐 평균적으로 약 1% 높은 효율을 얻을 수 있었다. 그리고 최대 부하의 경우 최고 96.12%의 효율을 얻었으며, Si MOSFET를 적용한 경우와 비교했을 때 0.99%의 효율 개선 효과를 달성하였다.