KR102254529B1 - 전력 변환 장치 및 전력 변환 방법 - Google Patents

Abstract

전력 변환 장치 및 전력 변환 방법이 제공된다. 전력 변환 장치는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하도록 구성되는 정류기, 상기 정류기로부터 수용된 DC 전력을 일정하게 제어하도록 구성되는 평활 필터, DC 전력을 스위칭 디바이스를 사용하여 on 및 off 함으로써, 상기 평활 필터로부터 수용된 DC 전력을 고주파 전력으로 변환하도록 구성되는 인버터; 및 상기 정류기와 인버터를 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함한다. 인버터로부터의 출력 전력의 정격은 인버터로부터 출력된 고주파 전력의 주파수, 통전시간, 및 상기 통전시간을 통전시간과 비-통전시간의 총합으로 나눔으로써 얻어지는 가동률에 따라 결정된다.

Description

전력 변환 장치 및 전력 변환 방법{POWER CONVERSION APPARATUS AND POWER CONVERSION METHOD}

본 발명은 전력 변환 장치 및 전력 변환 방법에 관한 것이다.

열처리용 전기 가열 방법은 유도 가열단계 및 직류 가열단계를 포함한다. 특히 유도 가열단계를 이용하는 열처리의 일종인 경화 처리에 있어서, 작업 부재의 열처리 깊이에 따라 적절한 주파수가 선택된다.

관련 분야의 열처리용 전력 변환 장치에 따라, DC 전력은 전력 반도체 디바이스를 사용하여 스위칭(switching)을 수행함으로써 고주파 전력으로 변환된다(예를 들어, 네츠렌 컴퍼니, 리미티드의 MK16A 트랜지스터 인버터의 팸플릿 참조, www.k-neturen.co.jp/eng/business/induction/pdf/MK16Aenglish.pdf). 전력 반도체 스위칭 디바이스의 예는 10 kHz 미만을 위한 사이리스터(thyristor), 10 kHz 내지 100 kHz 를 위한 IGBT, 및 100 kHz 이상을 위한 MOSFET 를 포함한다.

10 kHz 의 발진 주파수와 100 kHz 의 발진 주파수를 비교하면, 전력 반도체 디바이스는 스위칭 주파수가 10 배의 차이가 나기 때문에 많은 상이한 온도 증가를 경험한다. 즉, 전력 변환 장치의 인버터의 용량(최대정격치)이 장치의 작동 가능한 범위의 최대 주파수에 기초하여 설정된다면, 상기 온도 증가는 출력 주파수가 낮을 때 적으며, 따라서 작동이 경제적이지 않다.

전술한 바와 같은 전력 반도체 디바이스를 갖는 전력 변환 장치에 있어서, 온도는 전력 반도체 디바이스의 접합 온도가 주어진 온도를 초과하지 않도록 제어된다. 보다 구체적으로, 서모스탯(thermostat)이 전력 반도체 디바이스의 주변에 부착되거나, 또는 서미스터(thermistor)가 전력 반도체 디바이스에 내장된다. 전력의 출력은, 실제 온도가 주어진 온도에 도달된 후에만, 제어되거나 또는 정지된다.

다른 관련 분야의 전력 변환 장치는 전력 변환을 수행하기 위한 반도체 디바이스, 상기 반도체 디바이스에 의해 발생된 열을 방열하기 위한 방열 핀(fin), 상기 방열 핀을 냉각하기 위한 냉각팬, 상기 냉각팬의 냉각 성능과 관련된 매개변수를 검출하기 위한 검출 유닛, 및 제어 유닛을 포함한다(예를 들어, JP 제2012-39745A호 참조). 이 전력 변환 장치에 있어서, 반도체 디바이스의 접합 온도는 검출 유닛의 검출 결과, 반도체 디바이스의 손실, 및 반도체 디바이스의 주변 온도에 기초하여 추정되며, 그리고 상기 반도체 디바이스는 추정된 접합 온도가 주어진 온도를 초과하지 않도록 제어된다.

그러나 전술한 온도 제어 방법에 따라, 전력의 출력은 실제 온도가 주어진 온도에 도달된 후에만 정지되기 때문에, 온도 센서의 응답 지연으로 인해 급격한 온도 증가가 어드레스될 수 없으며, 상기 급격한 온도 증가는 반도체 디바이스의 파손으로 이어질 수 있다. 전술한 관련 분야의 전력 변환 장치에 따라, 반도체 디바이스는 공기-냉각되며, 그리고 반도체 디바이스의 접합 온도는 공기 냉각 성능과 관련된 매개변수를 감안하여 추정된다. 또한, 상기 온도 센서는 반도체 디바이스의 주변에 부착되며, 반도체 디바이스의 접합 온도는 온도 센서에 의해 검출된 온도에 기초하여 추정된다. 그러나 측정된 온도값은 대체로 온도 센서가 부착되는 위치에 따라 변한다. 따라서 이 관련 분야는 반도체 디바이스를 충분한 정확도로 제어할 수 없다.

본 발명의 목적은 사용 상황에 따라 출력을 정격치 내로 변경할 수 있는 경제적인 열처리용 전력 변환 장치 및 전력 변환 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 양태에 따라, 열처리용 전력 변환 장치가 제공된다. 상기 전력 변환 장치는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하도록 구성되는 정류기(rectifier), 상기 정류기로부터 수용된 DC 전력을 일정하게 제어하도록 구성되는 평활 필터(smoothing filter), 상기 DC 전력을 스위칭 디바이스를 사용하여 on 및 off 함으로써 상기 평활 필터로부터 수용된 DC 전력을 고주파 전력으로 변환하도록 구성되는 인버터, 및 상기 정류기와 인버터를 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함한다. 인버터로부터의 출력 전력의 정격은 인버터로부터 출력된 고주파 전력의 주파수, 통전시간, 및 상기 통전시간을 통전시간과 비-통전시간의 총합으로 나눔으로써 얻어지는 가동률에 따라 결정된다.

제어 유닛은 스위칭 디바이스의 주파수, 통전시간, 가동률, 및 스위칭 디바이스가 작동 가능한 온도에서의 출력 전력 사이의 관계를 한정하는 데이터를 가질 수 있으며, 또한 상기 통전시간 및 가동률이 주어졌을 때, 제어 유닛은 상기 데이터에 기초하여 최대 허용 전류를 계산할 수 있으며 그리고 출력 전력을 정지시키거나 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따라, 열처리용 전력 변환 방법이 제공된다. 상기 전력 변환 방법은 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 단계, 및 상기 DC 전력을 스위칭 디바이스를 사용하여 on 및 off 함으로써 상기 DC 전력을 고주파 전력으로 변환하는 단계를 포함한다. 상기 전력 변환 방법은 인버터로부터 출력된 고주파 전력의 주파수, 통전시간, 및 상기 통전시간을 통전시간과 비-통전시간의 총합으로 나눔으로써 얻어지는 가동률에 따라 최대 출력 전력을 증가시키는 단계를 추가로 포함하므로, 스위칭 디바이스의 접합 온도는 주어진 온도를 초과하지 않는다.

상기 최대 출력 전력은 스위칭 디바이스의 접합 온도의 상한값이 스위칭 디바이스의 정격 온도에 도달할 때까지 증가될 수 있으며, 상기 접합 온도는 스위칭 디바이스의 손실로 인한 온도 증가와 스위칭 디바이스의 냉각으로 인한 온도 감소 사이의 차이로부터 얻어진다.

스위칭 디바이스의 손실은 스위칭 디바이스의 전도 손실(conduction loss)과 스위칭 디바이스의 스위칭 손실의 총합에 기초하여 결정될 수 있다.

전류가 스위칭 디바이스에 통전될 동안의 시간은, 열처리될 작업부재를 교체 및 설정하기 위한 시간 보다 짧다.

전술한 장치 및 방법에 따라, 정격이 주파수, 통전시간, 및 가동률에 따라 결정되기 때문에, 출력은 낮은 주파수 전력으로 변환되었을 때 스위칭 디바이스의 정격 내에서 증가될 수 있다. 따라서 경제적인 장치 및 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 목적은, 출력 상태에 변경이 있을 때라도, 전력 반도체 디바이스의 파손을 방지할 수 있는 전력 변환 장치 및 전력 변환 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 양태에 따라, 전력 변환 장치는 전력 변환 유닛, 상기 전력 변환 유닛에 부착되는 다수의 센서, 및 전력 변환 유닛을 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함한다. 상기 전력 변환 유닛은 전력 변환을 수행하기 위한 전력 반도체 디바이스 및 상기 전력 반도체 디바이스가 장착되는 금속 베이스를 갖는 모듈, 및 전력 반도체 디바이스를 냉각하기 위해 상기 금속 베이스와 접촉하도록 배치되는 히트싱크를 포함한다. 금속 베이스의 온도 및 히트 싱크의 내외로 흐르는 냉각수의 온도와 유량을 측정하기 위해, 센서가 배치된다. 제어 유닛은 센서에 의해 측정된 값에 기초하여 전력 반도체 디바이스로부터 히크싱크로 흐르는 열량을 얻음으로써, 전력 반도체 디바이스의 초기 접합 온도를 추정하도록 구성된다. 제어 유닛은, 전력 변환 유닛으로부터 출력될 전력을 증가시키라는 출력 변경 명령의 수신 시, 상기 출력 변경 명령에 따라 증가된 전력에 대응하는 전력 반도체 디바이스의 업데이트된 접합 온도를 추가로 얻도록 구성된다. 제어 유닛은, 제어 유닛이 상기 업데이트된 접합 온도가 주어진 온도에 도달한 것으로 결정하였을 때, 출력 변경 명령에 응답하지 않도록 구성된다.

제어 유닛은 각각의 접합 온도를 위해 전력 반도체 디바이스의 통전 전류와 전압 사이의 관계를 나타내는 데이터를 가질 수 있다. 전력 반도체 디바이스의 업데이트된 접합 온도를 얻을 때, 제어 유닛은 증가된 통전 전류와 대응의 전압에 기초하여 전력 손실 및 상기 전력 손실에 대응하는 업데이트된 접합 온도를 얻기 위해 상기 초기 접합 온도에 대한 디바이스 데이터로부터 증가된 통전 전류에 대응하는 전압을 얻을 수 있다. 그 후, 제어 유닛은 가장 최근의 업데이트된 접합 온도를 위해 상기 디바이스 데이터로부터 증가된 통전 전류에 대응하는 업데이트된 전압을 얻는 단계, 및 상기 증가된 통전 전류 및 업데이트된 전압에 기초하여 업데이트된 전력 손실 및 상기 업데이트된 전력 손실에 대응하는 업데이트된 다른 접합 온도를 얻는 단계를 반복할 수 있다.

상기 다수의 센서는 금속 베이스의 온도를 측정하도록 구성되는 온도 센서를 포함할 수 있다. 상기 온도 센서는 금속 베이스와 접촉하도록 제공되거나, 또는 금속 베이스에 삽입될 수 있다. 제어 유닛은, 전력 반도체 디바이스의 접합부와 금속 베이스 사이의 열저항 회로에 기초하여, 전력 반도체 디바이스의 초기 접합 온도를 추정할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라, 전력 변환 방법이 제공된다. 상기 전력 변환 방법은 전력 반도체 디바이스와 상기 전력 반도체 디바이스가 장착되는 금속 베이스를 갖는 모듈, 및 전력 반도체 디바이스를 냉각하기 위해 상기 금속 베이스와 접촉하도록 배치되는 히트싱크를 사용한다. 전력 변환은 전력 반도체 디바이스의 작동에 의해 수행된다. 상기 전력 변환 방법은, 전류가 전력 반도체 디바이스에 통전될 때 전력 반도체 디바이스로부터 히트싱크로 흐르는 열량을 측정함으로써, 전력 반도체 디바이스의 초기 접합 온도를 추정하는 단계를 포함한다. 상기 전력 변환 방법은, 전력 반도체 디바이스에 통전된 전류가 증가될 때, 증가된 통전 전류에 기초하여 전력 반도체 디바이스의 업데이트된 접합 온도를 얻는 단계를 추가로 포함한다. 상기 전력 변환 방법은, 업데이트된 접합 온도가 주어진 온도에 도달한 것으로 결정되었을 때, 전력 반도체 디바이스로 통전되는 전류의 증가를 억제하는 단계를 추가로 포함한다.

전력 반도체 디바이스의 업데이트된 접합 온도를 얻는 단계는, 증가된 통전 전류 및 대응의 전압에 기초하여 전력 손실 및 상기 전력 손실에 대응하는 업데이트된 접합 온도를 얻기 위해, 초기 접합 온도에 기초하여 전력 반도체 디바이스의 디바이스 특성으로부터 증가된 통전 전류에 대응하는 전압을 얻는 단계, 및 그 후 가장 최근의 업데이트된 접합 온도에 기초하여 전력 반도체 디바이스의 디바이스 특성으로부터 증가된 통전 전류에 대응하는 업데이트된 전압을 얻는 일련의 단계를 반복하는 단계, 및 증가된 통전 전류 및 업데이트된 전압에 기초하여 업데이트된 전력 손실 및 상기 업데이트된 전력 손실에 대응하는 업데이트된 다른 접합 온도를 얻는 단계를 포함할 수 있다. 상기 일련의 단계는 업데이트된 접합 온도가 수렴할 때까지 반복될 수 있다.

전술한 전력 변환 장치에 따라, 제어 유닛은 냉각수의 온도 차이 및 유량에 기초하여 전력 반도체 디바이스로부터 히트싱크로 흐르는 열량을 얻음으로써, 전력 반도체 디바이스의 초기 접합 온도를 추정한다. 출력을 증가시키라는 출력 변경 명령의 수신에 따라, 제어 유닛은 전력 변환 유닛이 출력 변경 명령에 응답하여 제어되는 것으로 가정하여 전력 반도체 디바이스의 온도 증가를 얻고, 또한 업데이트된 접합 온도가 주어진 온도를 초과하면 출력 변경 명령에 따르는 출력을 허용하지 않는다. 즉 제어 유닛은, 전력 반도체 디바이스의 접합 온도가 주어진 온도를 초과하지 않도록, 출력을 제어하거나 또는 정지시킨다. 따라서 전력 변환 유닛의 전력 반도체 디바이스는 자체 발생되는 열에 의해 파손되는 것이 방지될 수 있다.

전술한 전력 변환 방법에 따라, 전력 반도체 디바이스의 초기 접합 온도는 전류가 전력 반도체 디바이스에 통전될 때 전력 반도체 디바이스로부터 히트싱크로 흐르는 열량을 측정함으로써 추정된다. 전력 반도체 디바이스에 통전된 전류가 증가될 때, 증가된 통전 전류에 대응하는 전력 반도체 디바이스의 업데이트된 접합 온도가 얻어진다. 전력 반도체 디바이스에 통전된 전류는, 계산된 접합 온도가 주어진 온도를 초과하는 것으로 결정되었을 경우, 증가되지 않는다. 따라서 전력 반도체 디바이스는 자체 발생되는 열에 의해 파손되는 것이 방지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 가동률을 도시한 도면이다.
도 3은 제어 유닛에 저장된 데이터의 일부를 도시한 도면이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치의 설계 사상을 도시한 도면이며, 도 4a는 스위칭 디바이스의 콜렉터 전류 파형 및 콜렉터-에미터 전압 파형을 도시하고 있고, 도 4b는 손실 파형을 도시하고 있다.
도 5a 내지 5c는 규칙적으로 반복되는 직사각형 펄스 전류에 기초하여, 스위칭 디바이스의 접합 온도를 계산하기 위한 방법을 도시한 도면이다.
도 6a 및 6b는 제어 유닛에 저장된 데이터를 도시한 도면이며, 3 kHz 와 50 kHz 에서 가동률과 전력 사이의 관계를, 통전시간을 매개변수로 하여 각각 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 전력 변환 장치에서 전력 반도체 디바이스로부터 금속 베이스 및 히트싱크를 경유하여 냉각수까지의 열저항 회로를 도시한 도면이다.
도 9는 도 7에 도시된 제어 유닛에 저장되는 데이터를 도시한 도면이며, 전력 반도체 디바이스의 특성을 도시하고 있다.
도 10은 출력 변경 명령에 응답하여 출력 변경 시, 제어 유닛이 전력 반도체 디바이스의 접합 온도를 추정하는 방법을 도시한 도면이다.

이하에, 도 1 내지 6b를 참조하여 본 발명의 실시예가 상세히 기재될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 열처리용 전력 변환 장치(10)[이하, 전력 변환 장치(10)]는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하도록 구성되는 정류기(11), 상기 정류기(11)로부터 수용된 DC 전력을 일정하게 제어하도록 구성되는 평활 필터(12), 스위칭 디바이스를 주어진 주파수로 on 및 off 함으로써 상기 평활 필터(12)로부터 수용된 DC 전력을 고주파 전력으로 변환하도록 구성되는 인버터(13), 및 정류기(11)와 인버터(13)를 제어하도록 구성되는 제어 유닛(14)을 포함한다.

변환기로도 지칭되는 정류기(11)는, 상용 AC 전력을 정류함으로써, 상기 상용 AC 전력을 DC 전력으로 변환한다. 정류기(11)는 제어 유닛(14)에 의한 출력 제어 하에 전력 변환 장치(10)의 출력 전력의 크기를 조정한다.

전력 변환 장치(10)가 전류 타입을 갖는 경우, 평활 필터(12)는 반응기에 의해 정류기(11)로부터 출력되는 전류의 맥동(ripple)을 평활하게 하며, 그리고 결과적인 전류를 인버터(13)로 출력한다. 전력 변환 장치(10)가 전압 타입을 갖는 경우, 평활 필터(12)는 커패시터에 의해 정류기(11)로부터 출력된 전압의 맥동을 평활하게 하며, 그리고 결과적인 전압을 인버터(13)로 출력한다.

스위칭 디바이스로서의 전력 반도체 디바이스는 브릿지 회로를 형성하도록 구성되며, 또한 전력 반도체 디바이스의 스위칭에 의해, 상기 인버터(13)는 DC 전력을 고주파 전력으로 변환하며 그리고 상기 고주파 전력을 출력한다.

제어 유닛(14)은 출력 제어 신호 및 이상(abnormal) 정지 명령 신호를 정류기(11)로 전송함으로써 정류기(11)를 제어하며, 또한 주파수 제어 신호 및 이상 정지 정령 신호를 인버터(13)로 전송함으로써 인버터(13)를 제어한다. 제어 유닛(14)은 정류기(11) 및 인버터(13)로부터 피드백 신호를 각각 수신하며, 그리고 정류기(11) 및 인버터(13)의 상태를 검출한다.

본 발명의 실시예에 따라, 제어 유닛(14)은 인버터(13)로부터 출력된 고주파 전력의 주파수, 통전시간, 및 가동률에 따라 인버터(13)로부터의 출력을 정지시키거나 또는 제어한다. 이를 위해, 제어 유닛(14)은 스위칭 디바이스의 주파수, 통전시간, 가동률, 및 상기 스위칭 디바이스가 작동 가능한 온도에서의 출력 전력 사이의 관계를 한정하는 데이터를 갖는다. 통전시간 및 가동률이 주어졌을 때, 제어 유닛(14)은 상기 데이터에 기초하여 최대 허용 전류를 계산한다. 정류기(11)로부터 수신된 전류 피드백 신호에 의해 검출된 정류기(11)의 출력 전류가 상기 통전시간, 가동률 및 주파수에 기초하여 계산된 최대 허용 전류를 초과할 때, 제어 유닛(14)은 인버터(13)로부터의 출력을 정지시키거나 또는 낮춘다. 상기 최대 허용 전류는 스위칭 디바이스의 주파수, 통전시간, 가동률, 및 상기 스위칭 디바이스가 작동 가능한 온도에서의 전력 사이의 관계를 한정하는 데이터에 기초하여 계산되며, 또한 주어진 상태 하에 흐르도록 허용되는 최대 전류이다. 이 방식으로, 전력 변환 장치(10)가 작동 중이더라도, 제어 유닛(14)은 스위칭 디바이스의 작동에 의해 유발된 온도 증가에 기초하여 인버터(13)의 최대 출력 전력, 즉 용량이 정격화되어 있는 전력 변환 장치(10)의 출력을 정지시키거나 또는 제어한다.

도 2를 참조하여 가동률(α)이 이하에 기재될 것이다. 도 2에 있어서, 수평축은 시간을 나타내며, 그리고 수직축은 출력을 나타낸다. 상기 가동률(α)은 아래의 식에 의해 주어진다.

가동률(α) = 통전시간(tp)/주기(τ)

= 통전시간(tp)/(통전시간 + 비-통전시간)

상기 통전시간(tp)은 고주파 전력이 인버터(13)로부터 출력될 동안의 시간이다. 주기(τ)는 통전시간과 비-통전시간의 총합이며, 그리고 하나의 펄스의 출력으로부터 다음 펄스의 출력까지의 시간이다.

제어 유닛(14)에 저장된 데이터는 가동률(α), 통전시간(tp), 및 주파수에 대해 스위칭 디바이스의 접합 온도 증가(△Tj)를 유발시키는 전력과의 관계를 나타내고 있다. 도 3은 제어 유닛(14)에 저장된 데이터의 일부를 도시한 도면이다. 도 3에 있어서, 수평축은 가동률(α)(%)을 나타내고, 그리고 수직축은 전력(kW)을 나타낸다. 가동률이 100 % 일 때, 전력은 P₁ 으로 고정되어 있으며, 이에 따라 연속 정격을 제공한다. 가동률이 감소될 때, 전력은 증가된다. 통전시간이 짧아졌을 때, 전력의 증가량은 더 커진다.

본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치(10)의 설계 사상이 도 4a 및 4b를 참조하여 기재될 것이다. 도 4a는 스위칭 디바이스의 콜렉터 전류(I_C) 파형 및 콜렉터-에미터 전압(V_CE) 파형을 도시하고 있으며, 그리고 도 4b는 손실 파형을 도시하고 있다. 도 4a 및 4b에 있어서, 두 수평축은 시간(t)을 나타낸다. 전력 변환 장치(10)의 출력의 정격은 스위칭 디바이스의 온도 특성, 및 정격 전압과 온도 평형과 같은 다른 특성에 의해 결정된다. 스위칭 디바이스의 온도는 스위칭 디바이스의 손실 및 냉각에 의해 결정된다. 스위칭 디바이스의 손실은 아래의 식에 의해 주어진다.

디바이스의 손실 = 정상 손실 + 스위칭 손실

도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 콜렉터 전류(I_C) 및 콜렉터-에미터 전압(V_CE)이 시간인 수평축으로 도시되어 있을 때, 콜렉터 전류(I_C)는 위상에서 콜렉터-에미터 전압(V_CE)을 앞서고 있다. 이들 파형 사이의 위상 시프트(shift)는 콜렉터 전류(I_C)와 콜렉터-에미터 전압(V_CE)의 곱(product)에 대응하는 양만큼 스위칭 손실을 유발시킨다.

상기 정상 손실은 스위칭 디바이스로의 전류 통전에 의해 유발되는 손실, 즉 스위칭 디바이스의 전도 손실이며, 그리고 통전된 전류의 값에 의존한다. 반면에, 스위칭 손실은 스위칭의 횟수(즉, 주파수)에 비례한다. 따라서 동일한 전류이더라도, 스위칭 손실이 증가하며, 따라서 주파수가 높아짐에 따라 디바이스 손실이 증가한다.

이런 사실에도 불구하고, 종래의 전력 변환 장치, 고발진 주파수용 전력 변환 장치와 저발진 주파수용 전력 변환 장치 모두는 연속 작동이라는 전제 하에 손실이 가장 큰 최대 주파수로 정격화되어 있다. 이는, 고주파용 전력 변환 장치에서 주파수가 낮을 때, 더 높은 전류가 설정될 수 있더라도 낮은 전류가 흐르도록 유발된다는 것을 의미한다. 또한, 연속적인 통전 대신에, 예를 들어 고주파 경화의 경우처럼 매우 짧은 통전(예를 들어, 수 초 내지 십 수 초)이 이루어진 경우에, 스위칭 디바이스의 냉각을 위해 충분한 시간이 존재한다는 사실이 고려되지 않았다.

전술한 바를 고려하여, 본 발명의 실시예에 따라, 각각의 주파수에 대해, 정격으로서의 출력 전력은 통전시간 및 가동률에 기초하여 스위칭 디바이스의 냉각 시간을 고려하여 결정된다. 즉, 제어 유닛(14)은, 전력 변환 장치의 각각의 발진 주파수에 대해, 인버터(13)에 사용된 스위칭 디바이스의 디바이스 특성을 기반으로 하여 통전시간(tp) 및 가동률(α)에 따라, 접합 온도가 주어진 온도를 초과하지 않는 전류를 계산함으로써 출력 전력을 결정한다. 인버터(13)의 출력 전류가 기준 전류 보다 커지면, 제어 유닛(14)은 정류기(11) 및 인버터(13)의 작동을 정지시키고, 또한 인버터(13)로부터의 출력을 정지시킨다. 이 방식으로, 전력 변환 장치의 출력은 가동률 및 통전시간을 고려하여 미세하게 설정되는 각각의 주파수에 대해 정격화된다. 이는 저주파 범위에 활용할 수 있는 여력을 잘 활용할 수 있게 한다.

전술한 실시예의 전력 변환 방법에 따라, AC 전력을 DC 전력으로 변환하고 그 후 상기 DC 전력을 스위칭 디바이스를 사용하여 on 및 off 함으로써 상기 DC 전력을 고주파 전력으로 변환하였을 때, 최대 출력 전력은 변환 후의 주파수, 통전시간, 및 상기 통전시간을 통전시간과 비-통전시간의 총합으로 나눔으로써 얻어지는 가동률에 따라, 스위칭 디바이스의 접합 온도가 주어진 값을 초과하지 않는 범위 내로 증가된다.

스위칭 디바이스의 접합 온도는 스위칭 디바이스의 손실로 인한 온도 증가와 스위칭 디바이스의 냉각으로 인한 온도 감소 사이의 차이로부터 얻어지며, 상기 최대 출력 전력은 스위칭 디바이스의 접합 온도의 상한값이 스위칭 디바이스의 정격 온도에 도달할 때까지 증가된다. 이는 경제적인 열처리를 실현할 수 있게 한다. 특히, 전류가 스위칭 디바이스에 통전될 동안의 시간이 열처리될 작업 부재를 변경 및/또는 설정하기 위한 시간 보다 훨씬 짧기 때문에, 경제성이 현저히 개선된다.

이어서, 제어 유닛(14)이 출력을 정지시키는 것에 기초하여 기준 전류값의 예시적인 계산 방법을 설명한다. 도 5a 내지 5c는, 직사각형 펄스가 반복적으로 그리고 규칙적으로 발생하는 전류에 기초하여, 스위칭 디바이스의 접합 온도(Tj)를 계산하기 위한 방법을 도시하고 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 전력 손실(Ptm)의 통전시간이 tp 로 도시되어 있고, 그리고 그 주기가 τ 로 각각 도시되어 있다. 온도 증가는, 가장 최근의 2개를 제외한 펄스의 전력 손실을 평균화함으로써 전력 손실을 근사화하고(도 5b 참조), 그리고 중첩 이론을 전력 손실 계산에 적용함으로써(도 5c 참조) 계산된다.

스위칭 디바이스의 접합 온도(Tj)는, 아래의 식에 따라 직사각형 펄스가 반복적으로 그리고 규칙적으로 발생하는 전류를 기반으로 하여 계산된다.

Tj = Tw + Ptm{(tp/τ)ㆍR(j-w) + (1 - tp/τ)ㆍR(j-w)(τ + tp) - R(j-w)(τ) + R(j-w)(tp)}

이 식은 다음과 같이 변형된다.

Tj - Tw = (T∞+ T3 - T2 + T1)ㆍPtm

T∞ = (tp/τ)ㆍR(j-w)

T3 = (1 - tp/τ)ㆍR(j-w)(τ + tp)

T2 = R(j-w)(τ)

T1 = R(j-w)(tp)

상기 T∞ 는 손실(Ptm)이 무한 시간동안 통전률(tp/τ)로 발생하는 것을 의미하며, 그리고 연속 정격 시의 열저항과 통전률(tp/τ)을 곱하여 제공된다.

상기 T3 는 통전률(tp/τ)에 대응하는 부분이 시간(τ + tp)의 손실로부터 공제된 것을 의미한다.

- T2 는 시간(τ)의 손실이 공제된 것을 의미한다.

- T1 은 시간(tp)의 손실이 더해진 것을 의미한다.

τ은 주기 시간을 나타내며, 상기 R(j-w)(t) 는 시간(t)의 과도 열저항(℃/W)을 나타낸다. Tw 는 냉각수의 온도(℃)를 나타낸다.

접합 온도(Tj)는 전술한 방식으로 계산된다. 인버터(13)의 스위칭 디바이스의 접합 온도가 기준값에 도달하였을 때, 제어 유닛(14)은 정류기(11) 및 인버터(13)의 작동을 정지시키며, 따라서 출력을 제어한다. 이는 스위칭 디바이스가 작동될 때 전류를 통전함으로써 손실이 생산되기 때문이며, 또한 접합 온도가 기준 온도 보다 높아질 때 스위칭 디바이스가 파괴될 수 있기 때문이다. 상기 손실은 예를 들어 이하의 방식으로 계산되는 정상 손실과 스위칭 손실의 총합으로부터 얻어진다.

상기 정상 손실은 손실값을 어떤 값으로 미리 결정하고, 그리고 상기 손실값을 전류 증가로 인한 손실 증가계수 및 전류 증가로 인한 디바이스의 손실 증가계수로 곱함으로써 계산된다. 반면에, 스위칭 손실은 킬로헤르츠 당 손실값을 미리 결정하고, 그리고 이를 전류 증가와 관련한 요소를 추가로 고려한 주파수와 곱함으로써 계산된다.

이렇게 계산된 정상 손실과 스위칭 손실의 총합을 (T∞ + T3 - T2 + T1) 과 곱함으로써 얻어진 온도가 주어진 온도 보다 낮거나 또는 동일한 관계가 유지된다.

주어진 온도가 스위칭 디바이스에 대해 결정되기 때문에, 전술한 관계를 만족시키는 전류(기준 전류로 지칭된다)를 결정하면, 스위칭 디바이스를 통해 흐르는 전류가 상기 기준 전류를 초과하지 않는 범위 내에서, 출력을 증가시키는 것을 가능하게 한다.

상기 방법에 의해 얻어진 결과가 이하에 기재될 것이다. 도 6a 및 6b는 제어 유닛(14)에 저장된 데이터를 도시한 도면이며, 그리고 3 kHz 및 50 kHz 에서 가동률(α)과 전력 사이의 관계를 통전시간(tp)을 매개변수로 하여 각각 도시하고 있다. 도 6a 및 6b에 있어서, tp 의 값인 t1 내지 t4 는 t1 < t2 < t3 < t4 의 관계를 만족시킨다.

열처리용 전력 변환 장치에 있어서, 3 kHz 의 주파수로 고주파 전력을 출력하는 경우에, 정격은 도 6a에 도시된 바와 같이 결정된다. 전력은 가동률(α)을 감소시킴으로써 증가될 수 있다. 각각의 통전시간(t2 내지 t4)에 대해, 출력 전력은 가동률에 따라 변할 수 있다. 그러나 통전시간(t1)의 경우에, 가동률이 어떤 값 아래로 감소되었더라도 출력 전력이 증가될 수는 없다.

50 kHz 의 주파수로 고주파 전력을 출력하는 경우에, 정격은 도 6b에 도시된 바와 같이 결정된다. 전력은 가동률(α)을 감소시킴으로써 증가될 수 있다. 각각의 통전시간(t1 내지 t4)에 대해, 출력 전력은 가동률에 따라 변할 수 있다.

전술한 바와 동일한 설계 사상에 따라 생산된 전력 변환 장치에 있어서, 출력 전력은 주파수에 따라 변할 수 있으며, 또한 주파수가 감소됨에 따라 더 많은 전력이 출력될 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치에 있어서, 각각의 출력 주파수에 대해 개별적인 정격이 설정된다. 통상적으로, 고주파 전력 변환 장치의 정격은 저주파 전력 변환 장치의 정격과 동일하였다. 이와는 달리, 본 발명의 실시예에 따르면, 전력 변환 장치의 정격에 따라 저주파에 대해 큰 정격을 설정함으로써 그 경제성이 개선될 수 있다. 출력 주파수에 따라, 정류기(11), 인버터(13), 또는 제어 유닛(14)을 교체하거나 또는 이들 부품의 정수(constants)를 변경할 필요가 있을 수 있다. 그러나 스위치를 사용하여 스위칭을 수행함으로써 이런 미세 조정에 의해 발진 주파수가 변경될 수 있다.

이어서, 본 발명의 다른 실시예가 도 7 내지 10을 참조하여 기재될 것이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치(10A)의 구성을 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 전원(31)이 전력 변환 장치(10A)의 입력측에 접속되고, 부하(32)가 전력 변환 장치(10A)의 출력측에 접속된다. 전력 변환 장치(10A)는 전력 변환 유닛(11), 및 전력 변환 유닛(20)을 제어하도록 구성되는 제어 유닛(14A)을 포함한다.

상기 전력 변환 유닛(20)은 전력 변환을 위한 전력 반도체 디바이스(21)와 상기 전력 반도체 디바이스(21)가 장착되는 금속 베이스(22)를 갖는 모듈(23), 및 전력 반도체 디바이스(21)를 냉각하기 위해 히트싱크(24)의 금속 베이스(22)와 접촉하도록 배치되는 히트싱크(24)를 포함한다. 모듈(23)에 있어서, 절연층(25)이 전력 반도체 디바이스(21)와 금속 베이스(22) 사이에 협지된다. 하나 또는 그 이상의 모듈(23)의 내측의 전력 반도체 디바이스(21)는, 전력 변환 유닛(20)이 변환을 통해 부하(32)로 출력될 전력을 생산하도록, 변환기 또는 인버터를 형성한다. 상기 히트싱크(24)는 여기에서는 수냉식 히트싱크로 지칭되며, 또한 냉각수가 흐르는 파이프(24b)가 방열 부분(24a)에 인접하여 배치되도록 구성된다. 히트싱크(24)가 금속 베이스(22)와 접촉하기 때문에, 전력 반도체 디바이스(21)에 의해 발생된 열이 냉각수(w)로 효율적으로 전달될 수 있다.

다수의 센서가 전력 변환 유닛(20)에 부착된다. 온도 센서(26a)는 금속 베이스(22)의 온도를 측정한다. 상기 온도 센서(26a)는 금속 베이스(22)에 형성된 오목부에 삽입되거나 또는 금속 베이스(22)와 접촉하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이 방식으로, 접합 온도가 온도 센서(26a)의 부착 위치와 관계없이 모니터링될 수 있다.

온도 센서(26b, 26c)는 파이프(24b)의 유입측 및 유출측에 각각 제공되며, 그리고 히트싱크(24)로부터 흐르는 냉각수의 온도뿐만 아니라 히트싱크(24) 내로 흐르는 냉각수의 온도를 측정한다. 유량 센서(26d)는 냉각수의 유량을 측정하기 위해 파이프(24d)에 부착된다.

제어 유닛(14A)은 이하에 기재될 식(1)에 따라 냉각수(w)의 온도 증가로서 전력 반도체 디바이스(21)로부터 히트싱크(24)로 흐르는 열량을 얻으며, 또한 상기 온도 센서(26a)에 의해 측정된 실제값으로부터 전력 반도체 디바이스(21)의 초기 접합 온도를 추정한다. 또한, 제어 유닛(14A)은 입력 포트(도시되지 않음)로부터의 출력 관련 명령의 수신에 따라 전력 변환 유닛(20)을 제어한다. 전력 변환 유닛(20)이 전력을 출력할 동안 상기 출력 관련 명령이 입력 포트로부터 수신될 때, 제어 유닛(14A)은 아래의 공정을 수행함으로써 명령에 응답할지의 여부를 결정한다. 보다 구체적으로, 전력 변환 유닛(20)으로부터 출력되는 전력을 증가시키라는 출력 변경 명령의 수신에 따라, 제어 유닛(14A)은 출력 변경 명령의 증가된 전력에 대응하는, 전력 반도체 디바이스(21)의 업데이트된 접합 온도를 얻는다. 제어 유닛(14A)이 상기 업데이트된 접합 온도가 주어진 온도에 도달한 것으로 결정하였을 때, 제어 유닛(14A)은 명령에 응답하지 않게 되고, 그리고 출력을 정지시키는 바와 같은 제어를 수행한다. 이 방식으로, 전력 반도체 디바이스(21)의 열파괴가 방지된다.

제어 유닛(14A)이 출력 변경 명령에 응답하여 출력의 변경에 대응하는 전력 반도체 디바이스(21)의 접합 온도를 추정하는 방법이 기재될 것이다. 도 8은 전력 반도체 디바이스로부터 금속 베이스 및 히트싱크를 경유하여 냉각수까지의 열저항 회로를 도시하고 있다. 냉각수(w)와 히트싱크(f) 사이에는 열저항[Rth(f-w)]이 있으며, 히트싱크(f)와 금속 베이스(c) 사이에는 열저항[Rth(c-f)]이 있고, 금속 베이스(c)와 전력 반도체 디바이스의 접합부(j) 사이에는 열저항[Rth(j-c)]이 있다.

먼저, 제1 단계에서, 출력 변경 명령에 응답하여 출력을 변경하기 전에 전력 반도체 디바이스(21)의 현재 접합 온도(초기 접합 온도)가 추정된다. 여기에서, 전력 반도체 디바이스(21)를 포함하는 모듈(23)이 히트싱크(24)에 부착되고, 전력 반도체 디바이스(21)에 의해 발생된 열이 히트싱크(24)로 전달되어 냉각수에 의해 소산되는 것으로 가정한다. 냉각수의 온도 증가를 얻음으로써, 통전된 전류로 인한 전력 반도체 디바이스(21)로부터의 전력, 즉 손실이 측정된다.

즉, 손실(P)은 식(1)에 따라 유출측에서의 냉각수(w)의 온도[TW(out)]와 유입측에서의 냉각수(w)의 온도[TW(in)] 사이의 차이에 유량을 곱함으로써 얻어진다. 식(1)의 말미에 있는 계수 "70" 은, 비열 및 밀도와 같은, 냉각수로서 20 ℃ 물의 특성을 반영하고 있다. 괄호 [] 에 의해 둘러싸이는 기호는 단위이다. 히트싱크(24) 상에는 오직 하나의 모듈(23)만 장착되는 것으로 가정한다. 다수의 모듈(23)이 히트싱크(24) 상에 장착되는 경우에, 냉각수의 유입측 온도 및 유출측 온도는 각각의 모듈(23)에 대해 측정될 수 있으며, 또는 식(1)의 좌변은 각각의 모듈(23)의 손실의 총합이 되도록 수정될 수 있다.

손실 P[W] = {TW(out)[℃] - TW(in)[℃]} × 유량[L/분] × 70 ..... (1)

도 8에 도시된 열저항 회로에서 전력 반도체 디바이스(21)의 접합 온도(Tj)는 상기 식(1)에 따라 결정된 전력(P)을 기반으로 하여 식(2)에 따라 결정된다.

접합 온도(Tj)[℃] = 손실(P) × Rth(j-c) + 금속 베이스 온도[℃] ...(2)

식(2)에 있어 서, Rth(j-c)는 전력 반도체 디바이스(21)의 카탈로그 열저항값(℃/W)을 사용하여 설정된다.

출력 변경 명령에 응답하여 출력을 변경하기 전의 전력 반도체 디바이스(21)의 현재 접합 온도(Tj)는, 식(2)에 따라 얻어진다.

이어서, 제2 단계에서, 출력 변경 명령에 응답하여 출력을 변경할 때 전력 반도체 디바이스(21)의 접합 온도(업데이트된 접합 온도)가 이하에 따라 추정된다. 이하에서는 출력 변경 명령에 응답하여 출력 전류를 I₁ 으로부터 I₂ 까지 증가시킬 때 전력 반도체 디바이스(21)의 접합 온도를 추정하기 위한 예시적인 방법이 기재될 것이다.

도 9는 제어 유닛(14)에 저장된 데이터를 도시한 개략적인 그래프이며, 전력 반도체 디바이스(21)의 특성을 도시하고 있다. 이 예에 있어서, 전력 반도체 디바이스(21)는 IGBT 이다. 수평축은 콜렉터-에미터 전압(V_CE)을 나타내며, 그리고 수직축은 콜렉터 전류(I_C)를 나타낸다. 또한 접합 온도(Tj) 및 게이트 전압(V_G)이 매개변수이다. 즉, V_CE = f(I_C, Tj, V_G) 이다. 게이트 전압(V_G)이 일정하기 때문에, 콜렉터-에미터 전압(V_CE)은 콜렉터 전류(I_C)와 접합 온도(Tj)의 함수이다.

접합 온도값(Tj0)을 갖는 전력 반도체 디바이스(21)에서 통전시간이 I₁ 으로부터 I₂ 로 증가되었을 때, I_C - V_CE 곡선은 접합 온도(Tj)에 따라 변한다. 따라서 먼저, 의도된 전류 증가(초기값) 전에 접합 온도값(Tj0)에 대응하는 I_C - V_CE 곡선이 사용된다. 도 9에 도시된 접합 온도값(Tj0)에 대응하는 I_C - V_CE 곡선으로부터, I₁ 으로부터 I₂ 로의 전류 증가는 콜렉터-에미터 전압(V_CE)을 V₂ 로 증가시키는 것을 알 수 있다. 따라서 I₂ × V₂ 의 손실이 발생한다. 접합 온도(Tj1)는, 전력 손실(I₂ × V₂ )을 모듈 열저항[Rth(j-c)]과 곱합으로써 온도 증가를 계산하고, 그리고 상기 계산된 온도 증가를 Tj0 에 추가함으로써 계산된다.

접합 온도값(Tj1)에 대응하는 I_C - V_CE 곡선으로부터, 콜렉터-에미터 전압(V_CE)이 I₂ 에서 V₃ 로 되는 것을 알 수 있다. 따라서 손실은 I₂ × V₃ 이다. 접합 온도(Tj2)는, 전력 손실(I₂ × V₃ )을 모듈 열저항[Rth(j-c)]과 곱함으로써 온도 증가를 계산하고, 그리고 상기 계산된 온도 증가를 Tj0 에 추가함으로써 계산된다.

접합 온도값(Tj2)에 대응하는 I_C - V_CE 곡선으로부터, 콜렉터-에미터 전압(V_CE)은 I₂ 에서 V₄ 로 되는 것을 알 수 있다. 따라서 손실은 I₂ × V₄ 이다. 접합 온도(Tj3)는, 전력 손실(I₂ × V₄ )을 모듈 열저항[Rth(j-c)]과 곱함으로써 온도 증가를 계산하고, 그리고 상기 계산된 온도 증가를 Tj0 에 추가함으로써 계산된다.

위의 계산이 반복됨에 따라, 계산된 접합 온도는 발생할 실제값에 접근하도록 증가된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 각각의 계산의 접합 온도 증가는 점진적으로 감소된다. 또한, 수렴값은 전력 반도체 디바이스(21)의 실제 접합 온도(Tj)로 간주된다.

전류 변경의 결과로서 발생하는 접합 온도는, 위의 계산을 반복함으로써 계산될 수 있다. 전류가 증가될 수 있는지의 여부는 계산된 접합 온도(Tj)와 디바이스의 정격치를 비교함으로써 결정될 수 있다.

전력 반도체 디바이스(21)의 접합 온도의 증가가 수 초 걸리는 반면에, 제1 단계 및 제2 단계의 계산은 마이크로컨트롤러 등에 의해 0.01 내지 0.1 초 크기의 매우 짧은 시간에 수행될 수 있다. 따라서 출력 변경 명령에 따라 온도를 증가시키기 전에 이들 계산이 수행되면 문제가 없다. 출력이 출력 변경 명령에 따라 변경되더라도, 계산이 0.1 초 이하의 크기로 수행되기 때문에 문제가 없다.

접합 온도는 접촉 열저항[Rth(c-f)] 또는 히트싱크 열저항[Rth(f-w)]을 추가로 고려하여 계산되지 않는다. 이는 더욱 정확한 계산을 가능하게 한다.

전력 반도체 디바이스의 스위칭 손실은 전압과 전류가 선형적으로 변하는 것으로 가정하여 이하의 식에 따라 계산될 수 있다.

on-손실(P) = 1/6 × V × I × Ton/T

off-손실(P) = 1/6 × V × I × Toff/T

여기서, 상기 Ton 은 스위치-on 시간이고, Toff 는 스위치-off 시간이며, T 는 주기이다.

따라서 전체 손실(P)은 스위칭 손실과 정상 손실의 총합으로서 계산될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라, 냉각수의 온도 증가로부터 얻어지는 열량에 기초하여 전력 반도체 디바이스의 경년변화(aging)로 인한 콜렉터-에미터 전압(V_CE)의 증가를 결정함으로써, 전력 반도체 디바이스의 파손이 방지될 수 있다. 또한, 그 경년변화로 인해 히트싱크의 냉각 성능의 열화가 고려될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전력 변환 장치에 있어서, 전력 반도체 디바이스(21)의 손실이 냉각수의 온도 증가에 기초하여 얻어지기 때문에, 계산된 손실의 정확도는 온도 센서(26b, 26c)에 의해 검출된 온도와 냉각수의 유량 사이의 차이에 의존한다. 따라서 본 실시예는 약 100 kW 또는 그 이상의 출력 전력을 갖는 전력 변환 장치에 적용된다.

본 출원은 2013년 12월 19일자로 모두 출원된 일본 특허출원 제2013-263116호 및 제2013-263117호에 기초하고 있으며, 그 전체 내용이 여기에 참조 인용되었다.

Claims (5)

1. 열처리용 전력 변환 장치로서:
   AC 전력을 DC 전력으로 변환하도록 구성되는 정류기;
   정류기로부터 수용된 DC 전력을 일정하게 제어하도록 구성되는 평활 필터;
   DC 전력을 스위칭 디바이스를 사용하여 온(on) 및 오프(off) 함으로써, 평활 필터로부터 수용된 DC 전력을 고주파 전력으로 변환하도록 구성되는 인버터; 및
   정류기 및 인버터를 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하며,
   상기 인버터로부터의 출력 전력의 정격은 인버터로부터 출력된 고주파 전력의 주파수, 상기 인버터로부터 상기 고주파 전력의 주파수를 출력하는 시간인 통전시간, 및 상기 통전시간을 통전시간과 비-통전시간의 총합으로 나눔으로써 얻어지는 가동률에 따라 결정되는, 전력 변환 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   제어 유닛은 스위칭 디바이스의 주파수, 통전시간, 가동률, 및 상기 스위칭 디바이스가 작동 가능한 온도에서의 출력 전력 사이의 관계를 한정하는 데이터를 가지며, 상기 통전시간 및 가동률이 주어질 때, 제어 유닛은 상기 데이터에 기초하여 최대 허용 전류를 계산하고, 그리고 출력 전력을 정지시키거나 또는 제어하는, 전력 변환 장치.
3. 열처리용 전력 변환 방법으로서:
   AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 단계;
   DC 전력을 스위칭 디바이스를 사용하여 온(on) 및 오프(off) 함으로써, 상기 DC 전력을 고주파 전력으로 변환하는 단계; 및
   스위칭 디바이스의 접합 온도가 주어진 온도를 초과하지 않도록, 인버터로부터 출력된 고주파 전력의 주파수, 상기 인버터로부터 상기 고주파 전력의 주파수를 출력하는 시간인 통전시간, 및 상기 통전시간을 통전시간과 비-통전시간의 총합으로 나눔으로써 얻어지는 가동률에 따라 최대 출력 전력을 증가시키는 단계를 포함하는, 전력 변환 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   최대 출력 전력은 스위칭 디바이스의 접합 온도의 상한값이 스위칭 디바이스의 정격 온도에 도달할 때까지 증가되며, 상기 접합 온도는 스위칭 디바이스의 손실로 인한 온도 증가와 스위칭 디바이스의 냉각으로 인한 온도 감소 사이의 차이로부터 얻어지는, 전력 변환 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   스위칭 디바이스의 손실은 스위칭 디바이스의 전도 손실과 스위칭 디바이스의 스위칭 손실의 총합에 기초하여 결정되는, 전력 변환 방법.
   

Images