소프트 스위칭

스위칭

스위칭 동작을 활용하는 전력 변환 장치는 스위칭 손실로 인한 효율 저하가 불가피합니다. 다음 그림을 살펴봅시다.

위 그림은 스위치의 턴 온 및 턴 오프 시에 스위치 양단에 걸린 전압과 흐르는 전류를 나타냅니다. 스위칭 과정에서 전압이 걸린 상태로 전류가 흐르는 구간이 있다는 것을 확인할 수 있습니다. 이때는 다음과 같은 손실이 발생합니다.

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이런 식으로 스위칭 손실이 발생하는 스위칭 동작을 하드 스위칭(Hard Switching)이라고 합니다.

스위치에 걸린 전압이나 흐르는 전류 둘 중 하나가 \(0\)이라면, 스위칭 손실은 \(0\)입니다. 즉, 손실 없이 스위칭을 한다는 의미입니다. 다음 그림은 그러한 스위칭 동작을 나타냅니다.

이렇게 손실이 발생하지 않는 스위칭을 소프트 스위칭(Soft Switching)이라고 합니다. 스위칭 손실이 커지는 고속 스위칭 컨버터에서는 고효율을 달성하기 위해 소프트 스위칭을 고려하여 설계합니다.

전력 반도체 소자는 각각 스위칭할 때, 손실이 발생합니다. 어떤 과정에 의해 손실이 발생하고, 이를 완화하기 위한 방법을 설명하겠습니다.

이제 구체적인 예시를 들어 각 경우마다 어떻게 소프트 스위칭이 가능하도록 설계했는지 설명하겠습니다.