전력 전자의 기술 동향 -전력 전자 시장의 컨버터-

 

전력전자 시장에서 가장 많이 쓰이는 부품 중 하나인 컨버터에 대한 소개와 최신 기술 동향에 대해서  포스팅해 보겠습니다.

 

민웰사의 소형 컨버터

 

 

 - 전력 전자 컨버터 소개-

 

전력 전자에서 컨버터는 일반적으로 출력 전압 또는 전류를 조절하기 위해 전기 에너지를 한 형태에서 다른 형태로 변환하는 데 사용되는 전자 장치입니다. 전력 전자 컨버터는 전자 장치, 전기 자동차, 재생 에너지 시스템, 모터 드라이브용 전원 공급 장치와 같은 광범위한 애플리케이션에 사용됩니다.
전력 전자 컨버터의 기본 작동에는 일련의 반도체 장치(예: 트랜지스터 또는 사이리스터)를 제어된 방식으로 켜고 끄는 것이 포함됩니다. 이를 통해 컨버터는 들어오는 전기 에너지를 한 형태에서 다른 형태로 변환할 수 있습니다. 예를 들어, DC-DC 컨버터는 DC 입력 전압을 다른 DC 출력 전압으로 변환할 수 있고, AC-DC 컨버터(정류기라고도 함)는 AC 입력 전압을 DC 출력 전압으로 변환할 수 있습니다. 전력 전자 컨버터는 역률 보정과 같은 더 복잡한 작업을 수행하는 데에도 사용할 수 있으며, 컨버터를 사용하여 부하에 의해 소비되는 전류가 입력 전압과 위상이 같도록 하여 시스템의 전체 전력 소비를 줄일 수 있습니다.

 

 - 전력 전자 시장에서 컨버터의 사용 예시-

 

전력 전자 컨버터는 재생 에너지 시스템, 전기 자동차, 가전제품 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 전력 전자 시장에서 컨버터의 최근 쓰임새는 다음과 같습니다:

1. 전기 자동차(EV) 충전기

전기 자동차의 채택이 증가함에 따라 고전력 충전소에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 전력 전자 컨버터는 전력망의 교류 전력을 차량 배터리 충전에 필요한 직류 전력으로 변환하여 EV 충전 인프라에서 중요한 역할을 합니다.

2. 재생 에너지 시스템

태양광 및 풍력과 같은 재생 에너지원은 가정과 기업에서 사용하려면 교류 전력으로 변환해야 하는 직류 전력을 생성합니다. 전력 전자 컨버터는 이러한 변환을 수행하는 데 사용되며, 최근의 발전으로 인해 더욱 효율적이고 비용 효율적인 설루션이 등장했습니다.

3. 에너지 저장

배터리 및 슈퍼 커패시터와 같은 에너지 저장 시스템은 재생 가능 에너지의 에너지를 저장하고 정전 시 백업 전력을 공급하는 데 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 전력 전자 컨버터는 저장 시스템의 DC 전력을 가정과 기업에서 사용할 수 있는 AC 전원으로 변환하는 데 사용됩니다.

4. 소비자 가전

전력 전자 컨버터는 노트북, 스마트폰, 텔레비전 등 다양한 소비자 가전제품에 사용되어 전력망의 AC 전력을 장치에 필요한 DC 전력으로 변환합니다. 최근 전력 전자 장치의 발전으로 더욱 작고 효율적인 컨버터가 개발되어 배터리 수명이 길어지고 충전 시간도 빨라졌습니다.

전반적으로 전력 전자 컨버터는 현대 에너지 시스템에서 필수적인 구성 요소이며 보다 지속 가능한 미래로의 전환을 가능하게 하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

 - 최신 전력 전자용 컨버터 기술 동향 -

 

전력 전자 시장의 최근 컨버터 기술 동향은 다음과 같습니다.

1. 와이드 밴드갭 반도체

실리콘 카바이드(SiC) 및 질화 갈륨(GaN)과 같은 와이드 밴드갭(WBG) 반도체는 높은 효율, 높은 작동 온도, 빠른 스위칭 속도 등 우수한 특성으로 인해 전력 전자 컨버터에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이를 통해 더욱 콤팩트하고 효율적인 컨버터 설계가 가능합니다.

2. 소프트 스위칭 기술

공진형 컨버터 및 소프트 스위칭 인버터와 같은 소프트 스위칭 기술은 스위칭 손실을 줄이고 컨버터 효율을 개선하는 데 사용되고 있습니다. 이러한 기술은 공진 회로를 사용하여 컨버터의 스위칭 동작을 제어함으로써 스위칭 손실을 줄이고 전력 변환 효율을 개선합니다.

3. 멀티레벨 컨버터 토폴로지

캐스케이드 H 브리지 컨버터와 같은 멀티 레벨 컨버터 토폴로지는 스위칭 손실을 줄이고 컨버터 효율을 개선하는 데 사용되고 있습니다. 이러한 컨버터는 여러 전압 레벨을 사용하여 고품질 출력 파형을 생성하므로 고조파 왜곡이 감소하고 전력 품질이 향상됩니다.

4. 디지털 제어 기술

컨버터 성능과 유연성을 개선하기 위해 FPGA(필드 프로그래머블 게이트 어레이) 및 DSP(디지털 신호 프로세서)와 같은 디지털 제어 기술이 사용되고 있습니다. 이러한 기술을 통해 컨버터 작동을 보다 정밀하게 제어할 수 있으므로 효율성이 향상되고 부품 스트레스가 감소합니다.

5. 통합 컨버터 설계

전력 전자 컨버터의 크기, 무게, 비용을 줄이기 위해 전력 모듈 및 시스템 온 칩(SoC) 설계와 같은 통합 컨버터 설계가 사용되고 있습니다. 이러한 설계는 여러 컨버터 구성 요소를 단일 패키지로 통합하여 외부 구성 요소의 필요성을 줄이고 설계 프로세스를 간소화합니다.

전반적으로 이러한 트렌드는 전력 전자 분야의 혁신을 주도하고 있으며, 보다 효율적이고 지속 가능한 에너지 시스템을 개발할 수 있도록 지원합니다.

 

 - 최신 전력 전자용 컨버터 기술 유형들 -

오늘날 전력 전자 제품 시장에서 사용되는 컨버터 기술에는 여러 가지 유형이 있습니다.

1. AC-DC 컨버터

정류기라고도 하는 AC-DC 컨버터는 전력망의 AC 전력을 DC 전력으로 변환합니다. 전자 장치용 전원 공급 장치, LED 조명, 재생 에너지 시스템 등 다양한 애플리케이션에 사용됩니다.

2. DC-DC 컨버터

DC-DC 컨버터는 DC 전력을 한 전압 레벨에서 다른 전압 레벨로 변환합니다. 일반적으로 전기 자동차, 재생 에너지 시스템, 통신과 같은 애플리케이션에 사용됩니다.

3. DC-AC 인버터

DC-AC 인버터는 DC 전원을 많은 전자 장치에 필요한 AC 전원으로 변환합니다. 일반적으로 태양광 발전 시스템, 백업 전원 시스템, 모터 드라이브와 같은 애플리케이션에 사용됩니다.

4. AC-AC 컨버터

사이클로컨버터라고도 하는 AC-AC 컨버터는 AC 전원을 한 주파수에서 다른 주파수로 변환합니다. 가변 속도 모터 드라이브 및 재생 에너지 시스템과 같은 애플리케이션에 사용됩니다.

5. 매트릭스 컨버터

매트릭스 컨버터는 반도체 스위치 매트릭스를 사용하여 AC 전력을 한 전압 및 주파수에서 다른 전압 및 주파수로 직접 변환하는 AC-AC 컨버터의 한 유형입니다. 풍력 터빈, 전기 자동차, 산업용 모터 드라이브와 같은 애플리케이션에 사용됩니다.

6. 공진 컨버터

공진 컨버터는 공진 회로를 사용하여 컨버터의 스위칭 동작을 제어하여 스위칭 손실을 줄이고 효율을 개선합니다. 공진 컨버터는 전자제품용 전원 공급 장치, 재생 에너지 시스템, 전기 자동차 등의 애플리케이션에 사용됩니다.

7. 양방향 컨버터

양방향 컨버터는 전력을 양방향으로 변환할 수 있어 배터리 및 슈퍼 커패시터와 같은 에너지 저장 시스템에서 에너지를 저장하고 회수할 수 있습니다. 전기 자동차, 재생 에너지 시스템, 백업 전력 시스템과 같은 애플리케이션에 사용됩니다.

전반적으로 사용되는 컨버터 기술 유형은 특정 애플리케이션과 원하는 성능 특성에 따라 달라집니다.

이상, 전력전자 시장에서 사용하는 컨버터에 대한 소개와 최신 기술 동향에 대해서  포스팅을 마치겠습니다.

긴 글 읽어봐 주셔서 감사드립니다.