전력전자연구실
전기정보공학과
최세완
서울과학기술대학교 전력전자연구실은 전력전자 분야의 선도적 연구실로, 친환경 자동차, 신재생 에너지, 에너지 저장장치, 차세대 전력반도체 등 다양한 응용 분야에서 첨단 전력변환기술을 개발하고 있습니다. 본 연구실은 하이브리드차, 전기차, 수소차, 태양광차 등 친환경 차량의 전동화 시스템에 필수적인 고효율·고밀도 전력변환기와 충전기, 그리고 이와 연계된 제어 알고리즘을 중점적으로 연구합니다.
특히, 전기차 및 연료전지차의 급속충전기, 온보드 충전기, 양방향 DC-DC 컨버터 등 다양한 차량용 전력변환기의 회로 토폴로지, 고장 허용형 설계, 고신뢰성 제어기법을 개발하여 국내외 자동차 산업의 전동화 및 친환경화에 기여하고 있습니다. 또한, WBG(광대역 밴드갭) 반도체 소자를 활용한 초고전력밀도 전력변환기, 무전해커패시터 기반 고효율 충전기 등 차세대 기술을 선도적으로 적용하고 있습니다.
연구실은 신재생 에너지의 효율적 활용과 전력 계통의 안정적 운영을 위한 에너지 저장장치(ESS) 및 스마트그리드용 전력변환기술도 활발히 연구하고 있습니다. 대용량 태양광 발전 시스템, 발전용 연료전지 시스템, HVDC 등 대규모 전력 응용 분야에서 높은 효율과 신뢰성을 확보할 수 있는 첨단 회로 및 제어기법을 개발하며, 에너지 저장장치의 수명 및 안전성 향상을 위한 충·방전 알고리즘, 고장 진단 및 보호 기술도 함께 연구합니다.
차세대 전력반도체(WBG) 소자 기반의 전력변환기 응용 연구 역시 연구실의 중요한 축입니다. SiC, GaN 등 WBG 소자를 적용한 고효율, 고전력밀도 회로 설계, 열관리, EMI 저감, 신뢰성 평가 등 다양한 기술을 개발하여 전기차, 신재생에너지, 산업용 대용량 전력변환기 등 다양한 분야에서 혁신적인 성과를 창출하고 있습니다.
이러한 연구 성과는 현대·기아차, 현대모비스 등 국내외 주요 기업과의 산학협력, 정부 및 공공기관의 연구과제 수행, 특허 및 논문 발표 등으로 이어지고 있습니다. 앞으로도 전력전자연구실은 미래 에너지 및 모빌리티 혁신을 선도하는 전력전자 기술의 중심이 되고자 지속적으로 연구 역량을 강화할 것입니다.
Soft-Switching Converters
Bidirectional Converters
Electrolytic Capacitor-less Chargers
친환경 자동차용 전력전자 기술
전력전자연구실은 친환경 자동차의 핵심 기술인 전력변환 시스템 개발에 중점을 두고 있습니다. 하이브리드차, 전기차, 수소차, 태양광차 등 다양한 친환경 차량에서 요구되는 고효율, 고밀도, 고신뢰성의 전력변환기술을 연구합니다. 특히, 전기차 및 수소연료전지차의 구동 및 충전 시스템에 적용되는 DC-DC 컨버터, 온보드 충전기(OBC), 급속충전기 등 다양한 응용 분야에 적합한 전력변환기의 회로 토폴로지, 제어 알고리즘, 시스템 통합 기술을 개발하고 있습니다.
이 연구는 차량의 에너지 효율 향상과 배터리 수명 연장, 그리고 친환경 에너지 활용 극대화를 목표로 합니다. 예를 들어, 고승압 소프트스위칭 양방향 컨버터, 무전해커패시터 기반 고효율 충전기, WBG(광대역 밴드갭) 반도체를 활용한 초고전력밀도 전력변환기 등 첨단 기술이 적용되고 있습니다. 또한, 다양한 운전 조건과 환경 변화에 강인한 제어기법 및 고장 허용형 회로 설계 등 신뢰성 향상 기술도 함께 연구되고 있습니다.
이러한 연구를 통해 전력전자연구실은 국내외 자동차 산업의 전동화 및 친환경화 트렌드에 적극적으로 대응하고 있으며, 현대·기아차, 현대모비스 등 주요 기업과의 산학협력을 통해 실질적인 기술 이전과 상용화 성과를 창출하고 있습니다. 앞으로도 전력전자연구실은 미래 모빌리티 혁신을 선도하는 전력전자 기술의 중심이 되고자 지속적으로 연구 역량을 강화할 계획입니다.
신재생 에너지 및 에너지 저장장치(ESS) 응용 전력변환기
전력전자연구실은 신재생 에너지의 효율적 활용과 전력 계통의 안정적 운영을 위한 에너지 저장장치(ESS) 및 관련 전력변환기술을 집중적으로 연구하고 있습니다. 태양광, 풍력, 연료전지 등 다양한 재생 에너지원에서 발생하는 전력을 효과적으로 변환·저장·공급할 수 있는 고효율, 고신뢰성 전력변환기 및 인버터, 컨버터 회로를 개발하고 있습니다.
특히, 스마트그리드와 마이크로그리드 환경에서 에너지 저장장치의 역할이 점점 중요해짐에 따라, 전력전자연구실은 양방향 DC-DC 컨버터, 고효율 AC-DC 변환기, 무순단 절체 기능을 갖는 계통연계형 인버터 등 다양한 응용에 적합한 첨단 전력변환기술을 선보이고 있습니다. 또한, 대용량 태양광 발전 시스템, 발전용 연료전지 시스템, HVDC(고전압 직류 송전) 등 대규모 전력 응용 분야에서도 높은 효율과 신뢰성을 확보할 수 있는 회로 및 제어기법을 연구합니다.
이와 더불어, 에너지 저장장치의 수명 및 안전성 향상을 위한 충·방전 알고리즘, 고장 진단 및 보호 기술, 그리고 시스템 통합 최적화 기술도 함께 개발하고 있습니다. 이러한 연구 성과는 실제 산업 현장에 적용되어 신재생 에너지의 보급 확대와 에너지 자립형 사회 실현에 기여하고 있습니다.
차세대 전력반도체(WBG) 및 고전력밀도 전력변환기 응용
전력전자연구실은 차세대 전력반도체인 WBG(Wide Band Gap, 광대역 밴드갭) 소자 기반의 전력변환기 응용 연구를 활발히 수행하고 있습니다. WBG 소자는 기존 실리콘(Si) 기반 소자에 비해 높은 전압, 고온, 고주파 동작이 가능하여, 전력변환기의 효율과 전력밀도를 획기적으로 향상시킬 수 있습니다.
연구실에서는 SiC(Silicon Carbide), GaN(Gallium Nitride) 등 WBG 소자를 적용한 고효율, 초고전력밀도 DC-DC 컨버터, 인버터, 충전기 등의 회로 설계 및 최적화, 열관리, EMI 저감, 신뢰성 평가 등 다양한 기술을 개발하고 있습니다. 이를 통해 전기차, 신재생에너지, 산업용 대용량 전력변환기 등 다양한 분야에서 WBG 소자의 장점을 극대화할 수 있는 응용 기술을 선도하고 있습니다.
또한, WBG 소자 특성에 최적화된 회로 토폴로지와 제어기법, 고속 스위칭에 따른 전자파(EMI) 저감, 열관리 솔루션 등 실용적이고 혁신적인 기술을 지속적으로 연구하고 있습니다. 이러한 연구는 미래 에너지 시스템의 고효율화, 소형화, 경량화에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.
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Dual Floating Based Three Port DC-DC Converter for EV-APM
최세완, Huu-Phuc Kieu, Ngoc-Quy Do, 0, 0, Choi Sewan
IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, 2025
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A Compact 17.6 kW Single-/22 kW Three-Phase Compatible EV Charger: Analysis of Active Power Decoupling, Wide Voltage Range Operation
최세완, Jaeyeon Lee, Tat-Thang LE, Heonhee Kim
IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2025
3
Single/Three-Phase Compatible Sigma-Type OBC with Reduced Electrolytic Capacitor Volume
최세완, 김재훈, 이동한, 석채영, 유기범
IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2024
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25kW, 300kHz 수소연료전지 자동차용 고밀도 HDC 개발
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無전해커패시터 11KW 고효율∙고밀도 전기차충전기 개발