The power conversion circuits and control schemes are explored including soft switching techniques, a snubber topology for high power GTO thyristor and a high power GTO gate driver. These are very actual circuits and systems which are implementable to AC/DC/AC, DC/AC or AC/DC conversions. Reducing the switching losses, the soft switching techniques are the main deliberation in the power conversion. The PWM control schemes and system structures are the next important thing. Most of proposed soft switching topologies using the resonant dc-link have deficiency of real PWM capability. In this study, indispensable circuits and control schemes for power conversion are described in the following paragraphs.
A soft switched space vector PWM inverter is developed using new parallel resonant dc-link (PRDCL). This PRDCL can operate on variable dc-link pulse position and width resulting in enhanced PWM capability, which is superior to other resonant dc-links. A new space vector algorithm is presented suitable for this PRDCL inverter. The suggested algorithm is able to eliminate narrow PWM pulse which impede dc-link operation. This PWM control system, however, requires complex and precise timing sequences in relation to PRDCL operation, which is nicely solved by adopting new programmed controller with a buffer and a programmable timer.
Novel 3-level GTO inverter topology is presented. This new power circuit includes many advantages comparing with the conventional 3-level GTO inverter. The main advantages are snubberless and good device utilization by employing dual quasi-resonant dc-link which guarantees the complete zero voltage switching of the inverter GTO's. This 3-level GTO inverter can be operated with lower switching loss at higher switching frequency with robust inverter swiching.
The regenerative GTO snubber play an important role in high power applications. The proposed snubber operates on forward converter mode for snubber capacitor energy recovery by combining low voltage IGBT with isolation transformer. This topology makes the snubber diode free from the forward recovery by freewheeling current which reduces the initial voltage spike when the GTO during the turn off transient of the GTO. The proposed snubber is direct for individual GTO with very low stray inductance.
Finally, a compact and improved GTO gate driver having single dc power source is presented. By combining switchable boost type dc/dc converter to the gate driver, on-state gate current can be supplied with high efficiency simple structure, resulting in small size and low power GTO gate driver.
프로그램 PWM 제어, 소프트 스위칭 회로, 대전력 GTO 용 회생 스너버 회로 및 GTO 게이트 구동 회로를 포함한 전력변환 회로와 제어 방법에 대해서 연구하였다. 이 논문에서 제안된 회로와 제어방법들은 실용적인 것으로 AC/DC/AC 변환, DC/AC 변환 또는 AC/DC 변환에 적용할 수 있다. 전력변환에서는 스위칭 손실을 줄이기 위한 소프트 스위칭 기법이 가장 중요한 고려 대상이며 PWM 제어방법과 시스템 구성은 다음으로 중요한 요소이다. 공진 dc-link 를 사용하는 제안된 대부분의 소프트 스위칭 회로들은 완전한 PWM 제어능력이 결여되어 있다. 이 논문에서는 전력변환에서 가장 중요한 소프트 스위칭 회로와 제어 방법에 대해서 연구하였다.
먼저 새로운 병렬공진 dc-link (PRDCL) 를 이용하여 소프트 스위칭 공간 벡타 PWM 인버터를 연구하였다. 이 PRDCL 은 다른 공진 dc-link 들과는 달리 dc-link 펄스의 위치와 폭을 마음대로 조절할 수가 있다. 이 PRDCL 인버터 회로의 제어에 알맞은 새로운 공간 벡타 알고리즘을 고안하여 dc-link 동작을 막는 폭이 좁은 PWM 펄스를 제거하였다. 그러나 이러한 PRDCL 과 같이 공진 dclink 를 사용한 PWM 제어 시스템들은 아주 복잡하고 정확한 제어 펄스열이 필요하다. 이렇게 복잡한 제어 펄스열을 발생시킬수 있도록 processor 외부에 타이머와 버퍼를 가진 프로그램 제어기를 사용하여 좋은 결과를 얻었다.
다음은 새로운 3-레벨 GTO 인버터 회로에 대해서 연구하였다. 이 새로운 전력변환 회로는 지금까지 사용되어온 3-레벨 인버터와는 달리 공진 dc-link 를 사용함으로써 뚜렸한 장점이 있다. 가장 뛰어난 점은 스너버가 필요 없으며 소자의 사용영역이 대단히 넓어진다는 점이다. 또한 인버터측의 GTO 를 완전히 영전압으로 스위칭할 수있어 낮은 스위칭 손실로써 높은 주파수로 스위칭되는 3-레벨 인버터가 가능하게 되었다.
회생 GTO 스너버는 대전력 변환 회로에서 가장 많이 사용되고 있다. 제안된 회생 스너버는 스너버 캐패시터 에너지를 회생하기위해 IGBT 와 트랜스를 이용한 forward 컨버터를 이용한다. 이 회생스너버는 GTO 마다 개별적으로 부착되므로 기생 인덕턴스가 아주 낮아진다. 마지막으로 단일 전원으로 동작하는 GTO 게이트 구동 회로를 연구하였다. 스위칭 할 수 있는 boost 형 컨버터를 사용하여 도통상태 게이트 전류를 효율이 높고 간단한 회로로써 공급하므로, 크기가 작고 전력손실도 적은 GTO 게이트 구동 회로가 가능하다.
