IGBT에 대한 모든 것

현대식 인덕션 쿡탑

인덕션 요리는 전기 가열 요소를 통해 팬/냄비 바닥에 열 에너지를 전달함으로써 전통적인 가열 방식을 대체했습니다. 이는 냄비 바닥 내에서 순환하는 유도 전류의 원리에 따라 작동합니다. 인덕션 쿡탑이 제대로 작동하려면 냄비 바닥이 코일에 물리적으로 가까워야 하며 투자율이 높은 특정 금속만 적합합니다.

원리는 코일이 1차이고 냄비 바닥이 2차인 일반적인 전력 변압기와 유사합니다. 이는 현대 유도 충전 기술과도 많은 유사점을 공유합니다.

냄비를 가열하는 데 필요한 열은 바닥층에서 순환하는 와전류, 더 구체적으로 이러한 전류 흐름에 의해 제공되는 저항에서 발생합니다. 유도 결합을 통해 에너지의 약 90%가 냄비에 열을 발생시키기 위해 전달됩니다. 일반적인 매끄러운 유리 상판 스토브는 에너지의 약 70%만 전달할 수 있으므로 손실이 XNUMX배 감소합니다.

사용되는 토폴로지는 용접 회로와 크게 다르지 않습니다. 주 AC 전원은 정류되어 인버터 및 컨트롤러를 위한 소형 보조 전원 공급 장치를 구동합니다. 인버터는 구리 코일에 전류를 유도하여 냄비에 와전류를 유도하는 전자기장을 생성합니다. 생성된 열은 냄비 바닥의 저항에 유도 전류의 제곱을 곱한 값과 같습니다. 이를 "줄 효과"라고 합니다.

그림 5: 일반적인 인덕션 쿡탑 회로 개요

용접기와 달리 인덕션 쿡탑의 제어 방식은 일반적으로 주파수 가변 방식입니다. 이는 간단한 방법이지만 넓은 범위에 걸쳐 출력 전력에 필요한 주파수 범위를 제어하는 것이 과제입니다.

인덕션 쿡탑에 필요한 고주파수에서도 공진형 변환기 회로는 높은 효율로 작동할 수 있습니다. 따라서 공진형 회로 변환기, 특히 공진형 하프 브리지(RHB) 변환기 및 준공진형(QR) 인버터가 이 애플리케이션에 일반적으로 사용됩니다. RHB 변환기는 광범위한 부하를 처리할 수 있는 능력 때문에 특히 선호됩니다. 일반적으로 전력 손실을 최소화하기 위해 제로 전류 스위칭(ZCS) 또는 제로 전압 스위칭(ZVS)과 같은 고급 제어 기술이 사용됩니다.

그림 6: RHB 및 QR 토폴로지의 일반적인 예

이 토폴로지의 비용 효율성으로 인해 QR 변환기는 저전력(2W 피크 전력 미만) 인덕션 쿡탑 애플리케이션에 자주 사용됩니다.

태양광 인버터 및 UPS

빠른 스위칭이 필요한 애플리케이션에서 하프 브리지 토폴로지를 사용할 때 다음을 포함한 많은 과제가 있습니다.

- 출력 전압은 2개만 달성 가능

- 스위칭 손실이 클 수 있음

- 큰 문을 운전하는 것은 어려울 수 있습니다

- 부품 스트레스가 신뢰성에 영향을 미침

- 리플 전류 증가 및 EMI로 인해 광범위한 필터링 필요

- 고전압 DC 버스와 호환되지 않음

- 열 설계는 사소한 것이 아닙니다.

현대 애플리케이션에서 HB 토폴로지는 무정전 전원 공급 장치(UPS) 및 태양광 발전(PV) 인버터와 같은 중요한 애플리케이션으로 대체되고 있습니다. I-Type 및 T-Type으로 알려진 3레벨 토폴로지가 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

능동 장치의 전압을 줄여 손실을 낮추고, 고조파 왜곡을 줄이고, 더 작은 구성 요소를 사용할 수 있도록 하는 등 개선이 필요한 측면이 많이 있습니다. 가장 중요한 점은 이러한 토폴로지가 스위칭 손실을 크게 줄여 98kHz ~ 16kHz 범위의 고주파수에서 스위칭할 때 최대 40%의 효율을 달성할 수 있다는 것입니다.

그림 7: I형 및 T형 컨버터 토폴로지는 HB에 비해 많은 장점을 가지고 있습니다.

미래를 내다 보며

일부에서는 IGBT 기술을 "전통적인" 기술로 간주하지만, 고전력(고전압/고전류) 애플리케이션에서 여전히 중요한 역할을 합니다. IGBT 기술은 Vcesat 값이 1V에 근접하는 등 지속적으로 발전하고 있으며, 구조 개선을 통해 밀도가 증가하고 손실이 감소하고 있습니다.

항상 그렇듯이 IGBT를 사용할 때 설계자는 애플리케이션 요구 사항을 완전히 이해하고 최적의 결과와 성능을 보장하기 위해 적절한 토폴로지를 선택해야 합니다.