하프브리지 인버터 (Half-Bridge Inverter)
쉽게 풀면
하프브리지 인버터는 위아래로 배치된 두 개의 스위치를 번갈아 켜고 끄면서, 그 중간 지점에 걸리는 전압을 상하로 반전시켜 교류를 만들어냅니다. 풀브리지의 절반에 해당하는 스위치 수만 사용하기 때문에 구조가 더 단순하고 저렴합니다. 다만 같은 입력 전압에서 얻을 수 있는 출력 전압의 크기는 풀브리지의 절반 수준입니다.
왜 중요한가
부품 수를 줄이면서도 직류-교류 변환이 가능하다는 장점 때문에, 소형 전원 장치나 중간 전력대의 모터 구동, 공진형 컨버터의 스위칭 단으로 하프브리지 구조가 널리 연구되고 사용됩니다. 풀브릿지 대비 스위칭 소자 수가 절반이어서 회로가 단순하고 비용이 낮아 중소용량 인버터나 공진형 컨버터의 1차측 회로로 널리 쓰입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
유도가열이나 공진형 전원에서 하프브리지 인버터가 사용되는 예시입니다.
하프브리지 인버터의 손실 저감 기법을 다루는 논문에서 볼 수 있는 표현입니다.
조금 더 깊게 보면
하프브리지 인버터는 두 스위치 사이의 중점(midpoint) 전압을 직류단 커패시터로 분압된 기준 전압과 비교해 교류 전압을 만들며, 이 구조는 풀브리지의 절반 레그로 볼 수 있어 공진형 컨버터나 전력 인버터의 기본 빌딩 블록으로 자주 쓰입니다. 하프브릿지 인버터는 두 개의 스위치가 직렬로 연결되고 그 중간점에서 부하로 연결되는 구조로, 입력전압을 두 개의 균등한 커패시터로 분압해 부하에는 입력전압의 절반 크기 진폭이 정극성과 부극성으로 교대로 인가됩니다. 두 분압 커패시터의 정전용량 오차나 부하 불평형은 중간점 전위를 어긋나게 해 출력 파형에 직류 성분이 섞이는 원인이 될 수 있습니다.
주의할 점
하프브리지 인버터는 부품 수는 적지만 출력 전압 범위가 풀브리지보다 제한적이며, 직류단 커패시터 두 개의 전압 분배가 불균형해지지 않도록 관리가 필요합니다. 출력 가능한 전압 진폭이 풀브릿지의 절반에 그치기 때문에 동일한 출력전력을 얻으려면 더 큰 전류가 흘러야 해 도체와 스위치의 전류 정격을 더 여유 있게 설계해야 합니다. 또한 분압 커패시터에 부하 전류가 그대로 흐르므로 커패시터의 리플 전류 정격과 발열을 함께 검토해야 합니다.