KR100897399B1 - Ｄｓｐ를 이용한 고속전철용 배터리 충전기의 ｄｃ／ｄｃ 컨버터 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 DSP를 이용한 고속전철용 배터리 충전기의 DC/DC 컨버터 제어방법에 관한 것으로서, 특히 DC/DC 컨버터를 구성하는 A~D 변환모듈을 구동시키기 위한 위상천이용 PWM신호를 출력하고, 2개의 DC/DC 컨버터를 병렬 사용하고자 할때 위상천이용 PWM신호들을 인터리빙(Interleaving)시켜 출력하는 DSP로서 구성하므로서, 배터리 충전기 제어에 사용되는 DSP를 이용하여 위상 천이용 PWM신호를 발생시키고, 2병렬 시에 입력전류 리플을 줄여주기 위하여 위상천이 PWM 신호를 인터리빙시킴에 따라 DC/DC 컨버터의 위상천이용 PWM 발생회로와 제어회로가 별도로 필요하지 않게되어 시스템의 단가를 낮춰줄 수 있고, 하나의 DSP로서 2개의 DC/DC 컨버터를 각각 제어할 수 있음은 물론 ZVC(Zero Voltage Switching)기법에 필요한 데드타임 시간을 쉽게 변경할 수 있도록 한 DSP를 이용한 고속전철용 배터리 충전기의 DC/DC 컨버터 제어방법에 관한 것이다.
디지털 로직, 고속전철, DC/DC 컨버터, 위상천이 PWM 신호, 인터리빙,

Description

ＤＳＰ를 이용한 고속전철용 배터리 충전기의 ＤＣ／ＤＣ 컨버터 제어방법{DC/DC converter control device and control method for high speed battery charger using DSP}
도 1은 종래의 고속전철용 배터리 충전기를 보인 블럭도.
도 2는 본 발명의 고속전철용 배터리 충전기를 보인 블럭도.
도 3은 본 발명에 적용된 일반적인 DC/DC 컨버터의 구성을 보인 도면.
도 4는 본 발명의 위상천이 PWM 구현방법을 보인 파형도.
도 5는 본 발명의 위상천이 PWM 들의 인터리빙 구현방법을 보인 파형도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 보조전원장치, 2: 배터리 충전기,
3: 배터리, 10: DSP,
11: DC/DC 컨버터, 12~15: 변환모듈,
본 발명은 DSP를 이용한 고속전철용 배터리 충전기의 DC/DC 컨버터 제어방법에 관한 것으로서, 특히 배터리 충전기 제어에 사용되는 DSP를 이용하여 위상 천이용 PWM신호를 발생시키고, 2병렬 시에 입력전류 리플을 줄여주기 위하여 위상천이 PWM 신호를 인터리빙시킴에 따라 DC/DC 컨버터의 위상천이용 PWM 발생회로와 제어회로가 별도로 필요하지 않게되어 시스템의 단가를 낮춰줄 수 있고, 하나의 DSP로서 2개의 DC/DC컨버터를 각각 제어할 수 있음은 물론 ZVC(Zero Voltage Switching)기법에 필요한 데드타임 시간을 쉽게 변경할 수 있도록 한 DSP를 이용한 고속전철용 배터리 충전기의 DC/DC 컨버터 제어방법에 관한 것이다.
종래의 고속전철용 배터리 충전기는 도 1 에 도시된 바와같이 차량의 보조전원장치(1)에서 고압의 직류전압을 받아 저압으로 변환시켜 차량의 각 장치에 제어전원으로 공급하면서 차량의 배터리(3)를 항상 충전함으로써 차량 배터리(3)가 최적의 상태를 유지하도록 하는 장치이다.
상기와같은 배터리 충전기(2)는 DC/DC 컨버터(22)로 구성되어 있으며, 상기 DC/DC컨버터(22)를 제어하기 위한 수단으로서 차량의 진단장치와 연계되어 있어 충전기(2)의 상태를 상위의 차량 진단장치로 전송하며, 배터리 충전기(2) 자체의 동작을 관리하는 DSP(21)를 사용한다.
상기 DC/DC컨버터(22)를 동작시키기 위해서는 위상천이 PWM 제어신호를 공급해야만 하며, 이를 위하여 위상천이 PWM신호를 발생시키는 PWM발생부(23)와, 상기 PWM발생부(23)를 제어하기 위한 별도의 아날로그 제어회로부(24)가 구비된다.
그러나, 종래기술은 DC/DC컨버터(22)를 동작시키기 위해서 위상천이 PWM신호를 발생시키는 PWM발생부(23)와 상기 PWM발생부(23)를 제어하기 위한 별도의 아날로그 제어회로부(24)가 구비되어야만 하므로 DC/DC 컨버터용 제어보드가 따로 제공 되어야만 하는 문제점이 발생하고 있었다.
또한, 2개의 DC/DC 컨버터(22)를 동시에 작동시키는 2병렬 운전을 위해서는 각각의 DC/DC 컨버터(22)를 구동시키기 위한 PWM발생부와 제어회로부가 각각 2세트씩 별도로 필요하게 되며, 각각의 DC/DC컨버터의 위상천이 PWM 신호들을 인터리빙시키기 위해서는 각각의 PWM신호를 발생시키는 PWM 발생부에 기준 클럭(Clock)을 인터리빙시켜 공급해야만 하므로 제어보드의 크기가 커지고 제품의 생산단가가 상승하게되는 문제점이 발생하고 있었다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 DC/DC 컨버터를 구성하는 A~D 변환모듈을 구동시키기 위한 위상천이용 PWM신호를 출력하고, 2개의 DC/DC 컨버터를 병렬 사용하고자 할때 위상천이용 PWM신호들을 인터리빙(Interleaving)시켜 출력하는 DSP로서 구성하므로서, 배터리 충전기 제어에 사용되는 DSP를 이용하여 위상 천이용 PWM신호를 발생시키고, 2병렬 시에 입력전류 리플을 줄여주기 위하여 위상천이 PWM 신호를 인터리빙시킴에 따라 DC/DC 컨버터의 위상천이용 PWM 발생회로와 제어회로가 별도로 필요하지 않게되어 시스템의 단가를 낮춰줄 수 있고, 하나의 DSP로서 2개의 DC/DC 컨버터를 각각 제어할 수 있음은 물론 ZVC(Zero Voltage Switching)기법에 필요한 데드타임 시간을 쉽게 변경할 수 있도록 한 DSP를 이용한 고속전철용 배터리 충전기의 DC/DC 컨버터 제어방법을 제공함을 목적으로 한다.
이하, 첨부된 도면 도 2 내지 도 5 를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명이 적용된 고속전철의 배터리 충전기(2)를 도시한 것으로, 배터리 충전기(2)의 내부에 DC/DC 컨버터(11)가 설치되어 있고, 상기 DC/DC컨버터(11)를 제어하기 위한 수단으로서,
DC/DC 컨버터(11)를 구성하는 A~D 변환모듈(12~15)을 구동시키기 위한 위상천이용 PWM신호를 출력하고, 2개의 DC/DC 컨버터(11)를 병렬 사용하고자 할 때 위상천이용 PWM신호들을 인터리빙(Interleaving)시켜 출력하는 DSP(10)가 구성되어 있다.
도 3은 풀 브릿지(Full-Bridge) DC/DC 컨버터(11)의 일반적인 구성을 도시한 것으로, DC/DC 컨버터(11)가 A~D DC/DC 변환모듈(12~15)로 구성되어 있다.
여기서 도 4와 도 5를 참조하여 상기 DSP(10)에 의해 구현되는 위상천이 PWM신호 발생 제어 과정 및 2병렬 운전을 위한 인터리빙 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2에서와 같이 기준 타이머(Timer)가 마이크로 콘트롤러 DSP(10)의 내부에서 업-다운 카운터(Up-Down Count)로 동작을 하고 있고, 각각의 A~D-DC/DC 변환모듈(12~15)로 공급하기 위한 A-PWM신호, B-PWM신호, C-PWM신호, D-PWM신호는 비교레지스터(Compare Register)의 값에 따라 타이머(Timer)와 카운트(Count)값과 일치하였을 때 하이(High)에서 로우(Low) 또는 로우에서 하이로 상태가 변화되도록 DSP(10)가 동작한다.
이때, 상기 A-DC/DC 변환모듈(12)과 B-DC/DC 변환모듈(13)로 각각 공급되는 A-PWM신호와 B-PWM신호는 서로 상보적이며, 상기 C-DC/DC 변환모듈(14)과 D-DC/DC 변환모듈(15)로 각각 공급되는 C-PWM신호와 D-PWM신호는 서로 상보적이다.
여기서, A-PWM신호는 타이머 주기값에 절반값을 비교레지스터 값으로 가지고 있고, 그 값이 고정된다.
위상천이 PWM신호의 특성상 A-PWM신호와 B-PWM신호는 고정되고, C-PWM신호와 D-PWM신호를 이동시켜 최종 유효듀티를 결정하게 되므로, A-PWM신호와 상보관계인 B-PWM신호는 고정값으로 타이머의 인터럽트 주기(Period Interrupt)와 언더플로우 인터럽트(Underflow Interrupt)마다 PWM 단자를 하이에서 로우 또는 로우에서 하이로 변경시켜 주어 위상천이 PWM신호를 발생시키는 것이다.
상기 C-PWM신호와 D-PWM신호는 유효 듀티가 50% 이하일 때 앞에 언급된 것과 같이 A-PWM신호와 B-PWM신호에서 비교매치(Compare Match)가 발생되었을 때 C-PWM 신호는 하이에서 로우로, D-PWM신호는 로우에서 하이로 변경시키는 것이다.
이를위해, 인터럽트 주기와 언더플로우 인터럽트마다 PWM 단자 설정을 변경시켜 준다.
하지만, 유효듀티가 50% 이상이되면 비교매치가가 발생되었을 때 C-PWM신호는 로우에서 하이로, D-PWM신호는 하이에서 로우로 변경하며, 이를위해 인터럽트 주기와 언더플로우 인터럽트마다 PWM 단자 설정을 변경시켜 준다.
한편, 도 5는 DSP(10)에서 발생되어 출력되는 위상천이 PWM신호들의 인터리빙 구현을 위한 타이머들의 타이밍도를 나타낸 것으로,
위상천이 PWM 신호 구현과정은 앞서 언급된 도 4와 동일하며, 단지 타이머를 인터리빙시켜 2개의 위상천이 PWM 신호를 인터리빙시킨다.
그 방법은 도 5와 같이 타이머-1이 시작되어질때 타이머-3의 카운트값을 타이머 주기의 절반값부터 카운트되게 하여 위상천이 PWM신호들을 인터리빙시킬 수 있게 되는 것이다.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 배터리 충전기 제어에 사용되는 DSP를 이용하여 위상 천이용 PWM신호를 발생시키고, 2병렬 시에 입력전류 리플을 줄여주기 위하여 위상천이 PWM 신호를 인터리빙시킴에 따라 DC/DC 컨버터의 위상천이용 PWM 발생회로와 제어회로가 별도로 필요하지 않게되어 시스템의 단가를 낮출수 있고, 하나의 DSP로서 2개의 DC/DC 컨버터를 각각 제어할 수 있음은 물론 ZVC(Zero Voltage Switching)기법에 필요한 데드타임 시간을 쉽게 변경할 수 있도록 한 DSP를 이용한 고속전철용 배터리 충전기의 DC/DC 컨버터 제어장치와 방법을 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (6)

  1. 내부에 DC/DC 컨버터가 설치되고, 상기 DC/DC 컨버터를 구성하는 A-D DC/DC 변환모듈을 구동시키기 위한 위상천이 PWM신호를 발생시켜 출력하는 DSP를 포함하여 구성하는 고속전철용 배터리 충전기의 DC/DC 컨버터 제어방법에 있어서,
    상기 DSP내의 기준 타이머를 업-다운 카운터로 동작시키는 제 1 단계;
    상기 A~D DC/DC 변환모듈로 공급하기 위한 A PWM신호, B PWM신호, C PWM신호, D PWM신호를 비교레지스터의 값에 따라 상기 기준 타이머와 카운트값을 일치시키는 제 2 단계;
    상기 제 2 단계로부터 기준 타이머와 카운트값이 일치될 때, 상기 DSP가 A PWM신호, B PWM신호, C PWM신호, D PWM신호를 하이에서 로우 또는 로우에서 하이의 상태로 변환시켜 위상천이 PWM신호를 발생시킨 후 이를 상기 DC/DC 컨버터에 공급하는 제 3 단계; 를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 DSP를 이용한 고속전철용 배터리 충전기의 DC/DC 컨버터 제어방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 A-DC/DC 변환모듈과 B-DC/DC 변환모듈로 각각 공급되는 A-PWM신호와 B-PWM신호는 서로 상보적이며,
    상기 C-DC/DC 변환모듈과 D-DC/DC 변환모듈로 각각 공급되는 C-PWM신호와 D-PWM신호는 서로 상보적이며,
    위상천이 PWM 신호의 특성상 A-PWM신호와 B-PWM신호는 고정되고, C-PWM신호와 D-PWM신호를 이동시켜 최종 유효듀티를 결정하는 것을 특징으로 하는 DSP를 이용한 고속전철용 배터리 충전기의 DC/DC 컨버터 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 C-PWM신호와 D-PWM신호는 유효 듀티가 50% 이하일때 A-PWM신호와 B-PWM신호에서 비교매치가 발생되었을때 C-PWM신호는 하이에서 로우로,
    D-PWM신호는 로우에서 하이로 변경되도록 인터럽트 주기와 언더플로우 인터럽트마다 PWM 단자 설정을 변경시키는 것을 특징으로 하는 DSP를 이용한 고속전철용 배터리 충전기의 DC/DC 컨버터 제어방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 C-PWM신호와 D-PWM신호는 유효듀티가 50% 이상이되면 비교매치가 발생하였을 때 C-PWM신호는 로우에서 하이로,
    D-PWM신호는 하이에서 로우로 변경되도록 인터럽트 주기와 언더플로우 인터럽트마다 PWM 단자 설정을 변경시키는 것을 특징으로 하는 DSP를 이용한 고속전철용 배터리 충전기의 DC/DC 컨버터 제어방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    DSP에서 발생된 위상천이 PWM 신호를 인터리빙시키기 위하여,
    DSP 내부의 타이머-1이 시작되어질 때 타이머-3의 카운트값을 타이머 주기의 절반 값부터 카운트되게 하여 위상천이 PWM신호들을 인터리빙시키는 것을 특징으로 하는 DSP를 이용한 고속전철용 배터리 충전기의 DC/DC 컨버터 제어방법.
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