1. 개요
전력전자(power electronics)는 전력용 반도체를 이용해 전력을 변환하고 제어하는 방법을 연구하는 전기공학의 한 분야다. 쉽게 말해 전기에너지의 형태를 필요한 형태로 바꾸는 시스템을 설계하고 제어하는 학문이다. 전력전자공학이라고도 한다.기본적으로 전력용 반도체 소자의 스위칭 동작을 이용해서 구현한다.
대표적인 기술적 예로는 교류를 직류로 변환하는 순변환기( 컨버터), 직류를 교류로 변환하는 역변환기( 인버터) 등의 반도체 전력변환 장치를 들 수 있다.
또한 대표적인 활용 예로는 컴퓨터의 파워서플라이와 같은 SMPS 및 모터 구동 시스템 등이 있다. 그리고 휴대폰 충전기를 비롯한 모든 전기 제품과 밀접한 관련을 가지고 있다.
2. 전력변환
전력변환은 입력과 출력의 관계에 따라 다음과 같이 방식이 나뉜다.- 직류 입력 - 직류 출력: 직류 초퍼
- 직류 입력 - 교류 출력: 인버터(역변환)
- 교류 입력 - 직류 출력: 컨버터(순변환)
- 교류 입력 - 교류 출력: 주파수 변환(사이클로 컨버터)
3. 전력제어 방식
전력제어 방식에는 다음과 같은 방식이 있다.- 펄스열의 온 시간과 오프 시간의 비율을 변화시켜 평균 전력을 제어하는 방식
- 펄스폭 변조: 일정 주기의 펄스열에서 펄스폭을 변화시키는 방식
- 펄스주파수 변조: 펄스폭을 일정하게 하고 펄스의 반복 주파수를 변화시키는 방식
- 점호 위상 제어
- 교류 전원의 경우, 스위칭 소자의 점호 위상을 전원 위상에 대해 변화시키는 방식
4. 응용 분야
주요 응용 분야는 다음과 같다.- 전력계통 : 직류 송전, 무효전력 조정, 태양전지, 풍력 발전, 연료전지
- 전원 : 무정전전원장치, 고주파 전원, 펄스 전원
- 전동기 구동 : 철도, 팬, 펌프, 전기자동차
- 가정용 기기 : 에어컨, 브러시리스 모터 , 각 종 충전기, 컴퓨터 등
5. 전력용 반도체 소자
전럭전자에 이용하는 반도체 소자는 다음과 같다.6. 여담
- 이론과 더불어 경험도 매우 중요한 학문이다. 이론대로 구현해내기가 상당히 까다롭기 때문이다.
- 실무자 입장에서는 하드코어하기로도 유명하다. 적어도 안전 장구를 잘 갖출 수 있는 전기공사 분야와는 달리, 전력전자 분야는 보호 조치가 취약한 기판을 주로 다루는 데다 취급하는 전압 자체도 수백~수만 볼트에 달하는 경우가 많아 다치기 쉽기 때문이다.