KR101188014B1 - 태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 스위치 제어 장치 및 방법 - Google Patents

태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 스위치 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 스위치 제어 장치 및 방법이 개시된다. 플라이백 컨버터의 스위치 제어 장치는 태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 스위치 제어장치에 있어서, 플라이백 컨버터의 입력전압, 입력전류 및 출력전압에 기초하여, 태양전지 모듈의 최대전력점 추종을 위한 전류지령치를 생성하는 MPPT 제어부와, 전류지령치를 추종하기 위한 전류제어신호를 생성하는 전류제어부와, 출력전압의 위상 및 상기 전류제어신호에 기초하여, 출력전류의 위상 및 크기 지령치를 생성하는 출력전류 지령치 생성부와, 출력전류의 위상 및 크기 지령치에 기초하여, 플라이백 컨버터의 메인 스위치를 제어하는 스위치 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 불연속 도통 모드와 임계 도통 모드의 단점을 해결함과 동시에 회로를 단순화하기 위한 것이다.

Description

태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 스위치 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF CONTROLLING SWITCH OF FLYBACK CONVERTER FOR SOLAER GENERATING SYSTEM}
본 발명은 태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 스위치 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 기 설정된 통류율 제한값에 기초하여, 플라이백 컨버터의 변압기에 흐르는 자화전류를 불연속 도통 모드 또는 임계 도통 모드로 제어함으로써, 불연속 도통 모드와 임계 도통 모드의 단점을 해결함과 동시에 회로를 단순화하기 위한 태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 스위치 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전시스템은 태양전지를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 시스템을 말한다. 플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전시스템의 일반적인 구성은 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 태양전지모듈(10)에는 플라이백 컨버터와 같은 전력변환장치(20)가 연결되고, 전력변환장치(20)의 출력단에는 전력계통(30)이 연결되는 구성을 가진다.
이러한 태양광 발전시스템에서 사용되는 태양전지모듈(10)은, 도 2 (a) 내지 (b)에서 도시된 바와 같이, 일사량 및 주변 온도에 따라서 발생되는 최대 전력의 양과 최대 전력을 발생시키는 조건(최대전력점, 11)이 변동한다. 즉, (a)에서 도시된 바와 같이, 일사량이 증가함에 따라서 태양전지모듈(10)의 최대전력점(11)은 증가하며, 주변 온도가 증가함에 따라서는 태양전지모듈(10)의 최대전력점(11)이 감소하는 특성을 가진다. 따라서 태양전지 교류 발전 시스템용 플라이백 컨버터와 같은 전력변환장치(20)는 다양한 입력 조건하에서 선정된 최대 전력을 출력할 수 있도록 설계될 필요가 있다.
한편, 상술한 플라이백 컨버터(200)는 별도의 컨트롤러에 의해 제어되며, 컨트롤러는 임계 도통 모드(Boundary Conduction Mode, BCM)와 불연속 도통 모드(Discreet Conduction Mode, DCM)의 스위치 제어기법으로 변압기의 자화전류를 제어한다.
불연속 도통 모드는 변압기의 자화전류를 불연속적으로 제어하는 스위치 제어기법이다. 이러한 불연속 도통 모드에 의하면, 내부적으로 사용되는 반송파(carrier)가 고정된 주파수를 가지기 때문에 컨트롤러의 구조는 간단하다. 하지만, 최대 전력이 변압기의 자화 인덕턴스에 의해 제한된다는 문제점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해서는 변압기의 자화 인덕턴스를 작게 설계하는 방법이 있으나, 이는 변환효율을 감소시키는 문제점이 있다.
반면, 임계 도통 모드(BCM)는 변압기에 흐르는 자화전류가 0으로 지속되는 구간없이 제어하는 스위치 제어기법이다. 이러한 임계 도통 모드(BCM)에 의하면, 자화전류가 0으로 지속되는 구간없이 제어하기 때문에 주 스위치를 제어하는 스위칭 주파수는 변화하게 되며, 특정 부분에서는 스위칭 주파수가 최대가 된다. 이러한 스위칭 주파수의 변화는 변압기의 자화 인덕턴스 값에 따른 최대출력전력의 제한이 없다는 장점을 가진다. 하지만, 별도의 전류 검출회로가 요구되며, 스위칭 신호를 발생시키기 위한 회로가 복잡해진다는 문제점을 가진다. 또한, 특정 부분에서는 스위칭 주파수가 최대가 되기 때문에 스위칭 손실이 발생하고, 주 스위치의 소손을 야기할 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 불연속 도통 모드와 임계 도통 모드의 단점을 해결함과 동시에 회로를 단순화하기 위한 태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 스위치 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 설계는 변경하지 않으면서, 플라이백 컨버터의 입력 전압 범위를 확장할 수 있는 태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 스위치 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 스위치 제어 장치는, 태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 스위치 제어장치에 있어서, 플라이백 컨버터의 입력전압, 입력전류 및 계통전압에 기초하여, 태양전지 모듈의 최대전력점 추종을 위한 전류지령치를 생성하는 MPPT 제어부와, 전류지령치를 추종하기 위한 전류제어신호를 생성하는 전류제어부와, 계통전압의 위상 및 상기 전류제어신호에 기초하여, 출력전류의 위상 및 크기 지령치를 생성하는 출력전류 지령치 생성부와, 출력전류의 위상 및 크기 지령치에 기초하여, 플라이백 컨버터의 메인 스위치를 제어하는 메인 스위치 제어부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 메인 스위치 제어부는, 기 설정된 통류율 제한값에 기초하여, 플라이백 컨버터의 변압기에 흐르는 자화전류를 불연속 도통 모드 또는 임계 도통 모드로 제어할 수 있다.
또한, 플라이백 컨버터의 변압기에 흐르는 자화전류는, 기 설정된 통류율 제한값 미만에서는 불연속 도통 모드의 파형을, 기설정된 통류율 제한값 이상에서는 임계 도통 모드의 파형을 포함할 수 있다.
한편, 통류율 제한값은,
다음의 수학식:
Figure 112010049285643-pat00001
에 의해 결정되며, DLMT은 통류율 제한값, Vg는 상기 플라이백 컨버터의 출력단이 연결되는 전력계통의 공칭전압의 최대값, n은 상기 변압기의 턴수비, 상기 Vin,max는 상기 입력전압의 최대값일 수 있다.
바람직하게는, 출력전류 지령치 생성부는, 계통전압으로부터 플라이백 컨버터의 출력단에 연결된 전력계통의 위상정보를 검출하는 위상검출부와, 위상정보로부터 전력계통의 주파수보다 정수배를 가지는 정류된 정현파를 생성하는 정류 정형파 생성부와, 정류된 정현파와 상기 전류제어신호를 곱함으로써, 출력전류의 위상 및 크기 지령치를 생성하는 곱셈기를 포함할 수 있다.
또한, 메인 스위치 제어부는, 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 통류율 제한값 미만에서는 기 설정된 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파를, 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 통류율 제한값 이상에서는 가변 주파수 및 크기를 가지는, 주파수 변조된 반송파를 생성하는 반송파 주파수 변조부와, 반송파와 출력전류의 위상 및 크기 지령치를 비교하여 메인 스위치를 제어하기 위한 PWM 신호를 생성하는 비교기를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 반송파 주파수 변조부는, 출력전류의 위상 및 크기 지령치와 통류율 제한값에 기초하여, 메인 스위치를 추가로 오프시키기 위한 추가차단시간을 연산하는 추가차단시간 연산부와, 추가차단시간을 반영한 반송파를 생성하는 반송파 생성부를 포함할 수 있다.
또한, 추가차단시간 연산부는, 출력전류의 위상 및 크기 지령치와 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파로부터 메인 스위치가 온되는 시간인 도통시간을 연산하는 도통시간 연산부와, 도통시간, 입력전압, 계통전압 및 변압기의 턴수비에 기초하여, 임계 도통 모드로 동작하기 위한 스위칭 주기를 연산하는 스위칭 주기 연산부와, 스위칭 주기 및 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파의 주기로부터 추가차단시간을 연산하는 연산부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 스위칭 주기는,
다음 수학식:
Figure 112010049285643-pat00002
에 의해 계산되며, TBCM은 임계 도통 모드의 스위칭 주기, n은 변압기의 턴수비, Vin은 입력전압, Vgrid는 계통전압, ton은 도통시간일 수 있다.
또한, 추가차단시간은, 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 통류율 제한값 미만인 경우 0이며, 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 통류율 제한값 이상인 경우 스위칭 주기에서 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파의 주기 주기를 뺀 값일 수 있다.
한편, 반송파는, 톱니파를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 스위치 제어방법이 제공된다. 스위칭 제어방법은, 태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 스위치 제어방법에 있어서, (a) 플라이백 컨버터의 입력전압, 입력전류 및 계통전압에 기초하여, 태양전지 모듈의 최대전력점 추종을 위한 전류지령치를 생성하는 단계와, (b) 전류지령치를 추종하기 위한 전류제어신호를 생성하는 단계와, (c) 계통전압의 위상 및 전류제어신호에 기초하여, 출력전류의 위상 및 크기 지령치를 생성하는 단계와, (d) 출력전류의 위상 및 크기 지령치에 기초하여, 상기 플라이백 컨버터의 메인 스위치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, (d) 단계는, 기 설정된 통류율 제한값에 기초하여, 플라이백 컨버터의 변압기에 흐르는 자화전류를 불연속 도통 모드 또는 임계 도통 모드로 제어할 수 있다.
또한, 플라이백 컨버터의 변압기에 흐르는 자화전류는, 기 설정된 통류율 제한값 미만에서는 불연속 도통 모드의 파형을, 기설정된 통류율 제한값 이상에서는 임계 도통 모드의 파형을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 통류율 제한값은,
다음의 수학식:
Figure 112010049285643-pat00003
에 의해 결정되며, DLMT은 통류율 제한값, Vg는 플라이백 컨버터의 출력단이 연결되는 전력계통의 공칭전압의 최대값, n은 변압기의 턴수비, Vin,max는 입력전압의 최대값일 수 있다.
또한, (c) 단계는, (c1) 계통전압으로부터 플라이백 컨버터의 출력단에 연결된 전력계통의 위상정보를 검출하는 단계와, (c2) 위상정보로부터 전력계통의 주파수보다 정수배를 가지는 정류된 정현파를 생성하는 단계와, (c3) 정류된 정현파와 전류제어신호를 곱함으로써, 출력전류의 위상 및 크기 지령치를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, (d) 단계는, (d1) 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 통류율 제한값 미만에서는 기 설정된 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파를, 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 통류율 제한값 이상에서는 가변 주파수 및 크기를 가지는, 주파수 변조된 반송파를 생성하는 단계와, (d2) 반송파와 출력전류의 위상 및 크기 지령치를 비교하여 메인 스위치를 제어하기 위한 PWM 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, (d1) 단계는, (d11) 출력전류의 위상 및 크기 지령치와 통류율 제한값에 기초하여, 메인 스위치를 추가로 오프시키기 위한 추가차단시간을 연산하는 단계와, (d12) 추가차단시간을 반영한 반송파를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, (d11) 단계는, 출력전류의 위상 및 크기 지령치와 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파로부터 메인 스위치가 온되는 시간인 도통시간을 연산하는 단계와, 도통시간, 입력전압, 계통전압 및 변압기의 턴수비에 기초하여, 임계 도통 모드로 동작하기 위한 스위칭 주기를 연산하는 단계와, 스위칭 주기 및 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파의 주기로부터 추가차단시간을 연산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 스위칭 주기는,
다음 수학식:
Figure 112010049285643-pat00004
에 의해 계산되며, TBCM은 임계 도통 모드의 스위칭 주기, n은 변압기의 턴수비, Vin은 입력전압, Vgrid는 계통전압, ton은 도통시간일 수 있다.
한편, 추가차단시간은, 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 통류율 제한값 미만인 경우 0이며, 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 통류율 제한값 이상인 경우 스위칭 주기에서 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파의 주기를 뺀 일 수 있다.
그리고, 반송파는, 톱니파일 수 있다.
본 발명에 따르면, 일정한 값을 가진 통류율 제한값을 미리 설정하고, 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 기 설정된 통류율 제한값 미만에서는 변압기의 자화전류를 불연속 도통 모드로 제어하고, 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 기 설정된 통류율 제한값 이상에서는 변압기의 자화전류를 임계 도통 모드로 제어함으로써, 불연속 도통 모드와 임계 도통 모드의 단점을 해결함과 동시에 회로를 단순화하기 위한 것이다.
태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 설계는 변경하지 않으면서, 입력 전압에 따라 메인 스위치의 스위칭 주파수를 조절함으로써, 플라이백 컨버터의 입력 전압 범위를 확장할 수 있다.
도 1은 플라이백 컨버터를 포함하는 태양광 발전시스템의 일반적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 태양광 발전 시스템에서 사용되는 태양전지 모듈의 최대 전력점 변동특성을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이백 컨버터를 제어하기 위한 스위치 제어부의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 스위치 제어부의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 추가차단시간 연산부의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반송파 생성부의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 (a) 내지 (j)는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이백 컨버터와 스위치 제어부의 각부의 파형을 도시한 도면이다.
도 9의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 입출력 전압 및 전류의 파형을 도시한 도면이다.
도 10의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 임계 도통 모드와 불연속 도통 모드의 자화전류와 반송파를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이백 컨버터를 제어하기 위한 스위치 제어부의 구성도이다.
우선, 도 3을 참조하여 플라이백 컨버터(A)의 구성을 살펴보면, 플라이백 컨버터(A)는 입력 콘덴서 뱅크(310), 메인 스위치 세트(330), 고주파 변압기(320), 라인 스위치 세트(340), 그리고 출력 필터부(350)로 구성된다.
입력 콘덴서 뱅크(310)는, 전압 리플을 제거하여 입력 전압을 직류에 가깝게 평활화하기 위해 몇 개의 콘덴서를 병렬로 연결하여 구성된다.
메인 스위치 세트(330)는, 메인 스위치(Qm)와 메인 스위치(Qm)의 전압을 안정화 시키기 위한 스너버(331)로 구성된다. 메인 스위치(Qm)는 고주파(수십kHz ~ 수백kHz)로 스위칭함으로써, 태양전지모듈로부터 입력되는 직류 출력을 교류의 형태로 변환한 후, 이를 변압기(320)의 2차측으로 전달한다. 스너버(331)는 여러 형태로 구성될 수 있으나 도 3에는 가장 일반적인 RC 스너버를 도식화 하였다. RC 스너버(331)는 스너버 저항(R)과 스너버 콘덴서(C)로 구성되며, 스너버 콘덴서(C)의 용량에 따라 메인 스위치(Qm)의 전압 정격이 결정되고, 스너버 저항(R)은 스너버 콘덴서(R) 방전시의 전류를 제한하는 역할을 한다.
고주파 변압기(320)는, 3권선으로 구성되며 1차측은 입력 콘덴서 뱅크(310)의 +단과 메인 스위치 세트(330) 사이에 연결된다. 2차측은 중간탭 형식으로 구성되고, 중간탭은 교류 전력 계통(도 1의 30 참조)의 중성점에 연결되며, 중간탭 이외의 권선은 라인 스위치 세트(340)에 연결된다.
라인 스위치 세트(340)는, 교류 전력 계통(도 1의 30 참조)의 주파수와 동기되어 스위칭되며, 플라이백 컨버터(A)의 출력 전류가 교류 전력 계통 전압(도 1의 30 참조)과 동상이 되도록 전류 방향을 제어하는 역할을 한다. 라인 스위치 세트(340)는 2개의 스위치(Qp, Qn)와 2개의 다이오드(D1, D2)로 구성된다. 교류 전력 계통 전압의 양의 반주기 동안에는 정방향 교류 스위치(Qp)를 도통시키고, 역방향 교류스위치(Qn)를 차단시킴으로써, 메인 스위치(Qm)의 스위칭에 의해 변압기(230)를 통해 전달된 전류는 정방향 교류 스위치(Qp)과 정방향 다이오드(Dp)를 통해 출력측으로 흐르게 된다. 교류 전력 계통 전압의 음의 반주기 동안에는 역방향 교류스위치(Qn)를 도통시키고, 정방향 교류 스위치(Qp)를 차단함으로써 전류의 방향을 바꾼다.
출력 필터(350)는, 필터 콘덴서(Co)와 필터 인덕터(Lo)로 구성되며, 메인 스위치(Qm)의 스위칭에 의해 변압기(320) 2차측으로 전달된 고주파 전류를 교류 전력 계통의 주파수에 해당하는 저주파(50Hz ~ 60Hz)전류로 평활화하는 역할을 한다. 한편, 본 발명에서 플라이백 컨버터(B)의 출력은 도 1에 도시된 바와 같은 교류 전력 계통(30)에 연결므로, 플라이백 컨버터(B)의 출력전압은 계통전압과 같은 의미로 사용된다.
여기서, 미도시된 도면부호 Vsec는 필터 콘덴서 전압을, isec는 필터 입력 전류를, iout은 필터 출력 전류를, Vout은 계통 전압을, iQn은 변압기의 2차측 역방향 전류를, iQp는 변압기 2차측 정방향 전류를, Ll은 변압기의 누설인덕턴스, Lm은 변압기의 자화 인덕턴스를, iLm은 변압기의 자화전류를, VQm은 메인 스위치의 전압을, Vin은 입력전압을, ip는 변압기의 1차측 전류를, Vp는 변압기 1차측 전압을 도시하고 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어부(B)의 구성을 살펴보면, 스위치 제어부(B)는, 플라이백 컨버터(B)가 태양전지 모듈의 최대 전력점 추종과 동시에 전력 계통(300)의 전압과 동위상의 교류 전류를 출력하도록 플라이백 컨버터(B)의 스위치들(Qm, Qn, Qp)을 온오프 제어한다.
보다 구체적으로 살펴보면, 최대 전력점 추종(Maximum Power Point Tracker, MPPT) 제어부(360)는, 검출된 입력 전압(Vin)과 검출된 입력 전류(Iin) 정보를 이용하여 최대 전력점을 추종하기 위한 전류 지령치(I*in)를 생성한다. 생성된 전류 지령치(I*in)는 전류 제어부(361)로 전달된다.
전류 제어부(361)는, MPPT 제어부(360)로부터 전류 지령치(I*in)를 전달받고, 전류지령치(I*in)를 추종하기 위한 전류제어신호(I*o)를 생성한다. 생성된 전류제어신호(I*o)는 출력전류 지령치 생성부(362)로 전달된다.
출력전류 지령치 생성부(362)는, 위상 검출부(362a), 정류 정형파 생성부(362b) 및 곱셈기(362c)를 포함하여 구성된다. 이들 중 위상 검출부(362a)는 검출된 계통 전압(Vgrid)의 위상을 검출하며, 검출된 계통 전압(Vgrid)의 위상을 정류 정형파 생성부(362b)로 전달한다. 정류 정형파 생성부(362b)는 위상 검출부(362a)로부터 전달받은 계통 전압(Vgrid)의 위상에 기초하여 전력계통(도 1의 30 참조) 주파수의 2배 주파수를 갖는 정류 정현파(rectified sinusoidal wave)를 생성한다. 생성된 정류 정현파는 곱셈기(362c)로 전달된다. 마지막으로, 곱셈기(362c)는 정류 정형파 생성부(362b)로부터 전달받은 정류 정현파에 전류 제어부(361)로부터 전달받은 전류제어신호(I*o)를 곱하여 출력전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)를 생성한다. 생성된 출력전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)는 메인 스위치 제어부(400)로 전달된다.
메인 스위치 제어부(400)는, 출력전류 지령치 생성부(362)로부터 전달받은 출력전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)에 따라 게이트 신호를 생성함으로서, 메인 스위치 세트(330)를 제어한다. 게이트 신호는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호일 수 있다.
한편, 라인 스위치 제어부(363)은, 위상 검출부(362a)로부터 검출된 계통 전압(Vgrid)의 위상을 이용하여 게이트 신호를 생성함으로서, 라인 스위치 세트(340)를 제어한다. 라인 스위치 제어부(363)의 구체적인 동작은 본 발명의 범위를 벗어나므로, 이에 대해서는 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 스위치 제어부(400)의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 메인 스위치 제어부(400)는 반송파 주파수 변조부(410)와 비교기(440)를 포함하며, 반송파 주파수 변조부(410)는 추가차단시간 연산부(420) 및 반송파 생성부(430)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 추가차단시간 연산부(420)는, 출력전류의 위상 및 크기 지령치(i*out), 입력 전압(Vin) 및 계통 전압(Vgrid) 정보에 기초하여, 추가차단시간(tadd)을 연산한다. 연산된 추가차단시간(tadd)은 반송파 생성부(430)로 전달된다.
반송파 생성부(430)는, 추가차단시간 연산부(420)로부터 추가차단시간(tadd)을 전달받고, 전달받은 추가차단시간(tadd)을 반영하여 반송파를 생성한다. 생성된 반송파는 비교기(440)로 전달된다.
비교기(440)는, 반송파 생성부(430)로부터 전달받은 반송파와 출력전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)를 비교함으로써, 메인 스위치(Qm)를 제어하기 위한 PWM 신호를 생성한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 출력 전류의 위상 및 크기 지령(i*out)이 기 설정된 통류율 제한값(502)보다 작은 구간에서, 반송파 주파수 변조부(410)는 불연속 도통 모드로 제어하기 위한 반송파를 생성한다. 이 구간에서의 동작은 불연속 도통 모드(DCM)에서의 동작과 같으며, 반송파 생성부(430)는 기 설정된 고정 스위칭 주파수를 가진 반송파를 발생시킨다. 통류율 제한값은 다음의 수학식 (1)에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112010049285643-pat00005
여기서, DLMT은 통류율 제한값, Vg는 플라이백 컨버터의 출력단이 연결되는 전력계통의 공칭전압의 최대값, n은 변압기의 턴수비, Vin,max는 입력전압의 최대값이다.
출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)가 기 설정된 통류율 제한값(502)보다 커지게 되면, 반송파 주파수 변조부(410)는 임계 도통 모드(BCM)로 제어하기 위한 반송파를 생성한다. 임계 도통 모드(BCM) 동작을 위해서는 스위칭 주파수를 변동시켜야 하며, 이 구간에서의 스위칭 주파수 변동량은 추가차단시간 연산부(420)에서 결정하게 된다.
이상과 같이, 출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)가 기 설정된 통류율 제한값(502)보다 작은 경우에는 자화전류(iLm, 503)가 불연속으로 동작하는 것을 확인할 수 있으며, 출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)가 기 설정된 통류율 제한값(502)보다 큰 경우에는 추가차단시간(tadd)이 반영되어 스위칭 주기가 늘어나고 결과적으로 자화전류(iLm)가 임계 도통 모드(BCM)에서 동작하는 것을 확인할 수 있다. 미설명된 도면부호 SWQM은 메인 스위치(Qm)의 게이트 신호이며, TDCM은 불연속도통모드에서 사용되는 반송파의 주기이며, TBCM은 임계도통모드에서 사용되는 반송파의 주기이며, ton은 메인 스위치(Qm)의 도통시간(턴온시간)이며, toff는 메인 스위치(Qm)의 턴오프 시간이며, Vp는 변압기 1차측 전압이다.
한편, 추가차단시간(tadd)은 스위칭 한 주기동안 자화 인덕턴스(Lm)에 누적된 에너지가 0이 되어야 한다는 점으로부터 구할 수 있다. 즉, 스위칭 한 주기동안 자화 인덕터스(Lm)에 인가되는 전압은 적분한 값이 0이 되어야 한다는 Volt-Sec 평형 조건으로부터 유도할 수 있다. 즉, 도 5의 파형에서 한 주기동안 Aon = Aoff를 만족해야 하며, 이로부터 추가차단시간(tadd)을 구할 수 있다.
이하에서는 추가차단시간(tadd)을 구하기 위한 추가차단시간 연산부(420)의 구체적인 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 추가차단시간 연산부(420)의 구성도이며, 추가차단시간 연산부(420)는 도통시간 연산부(421), 스위칭 주기 연산부(422) 및 연산부(423)을 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 도통시간 연산부(421)는 출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)와 반송파(500)에 기초하여 도통 시간(ton)을 계산한다. 계산된 도통 시간(ton)은 스위칭 주기 연산부(422)로 전달된다.
스위칭 주기 연산부(422)는 도통시간 연산부(421)로부터 전달된 도통시간(ton)과, 입력 전압(Vin) 및 계통 전압(Vgrid)을 이용하여 다음의 수학식 2로부터 임계 도통 모드(BCM)로 동작시 요구되는 스위칭 주기(TBCM)를 계산한다.
Figure 112010049285643-pat00006
여기서, TBCM은 임계 도통 모드(BCM)의 스위칭 주기, n은 변압기의 턴수비, Vin은 입력전압, Vgrid는 출력전압, ton은 도통시간이다.
다음, 연산부(423)는 출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)와 기 설정된 통류율 제한값(502)을 비교하여 추가차단시간(tadd)을 계산하는 연산부(423)로 구성된다.
구체적으로, 연산부(423)는 출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)가 통류율 제한값(502) 미만인 경우 추가차단시간(tadd)을 0으로 출력하며(423a), 출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)가 통류율 제한값(502) 이상인 경우에는 스위칭 주기 연산부(422)에서 계산된 임계 도통 모드(BCM)의 스위칭 주기(TBCM)에서 기 설정된 기본 불연속 도통 모드(DCM)의 스위칭 주기(TDCM)를 감하여 추가차단시간(tadd)을 계산한다(423b).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반송파 생성부(430)의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 반송파(662)의 기울기가 k라고 할 때, 불연속 도통 모드(DCM) 동작 구간 동안 반송파(500)의 크기는 기 설정된 불연속 도통 모드(DCM) 스위칭 주기(TDCM)에 기울기 k를 곱한 값(k×TDCM)이 된다. 일반적으로, 반송파 생성부(430)는 카운터로 구성되기 때문에 k =1 이다. 임계 도통 모드(BCM) 구간동안에는 추가차단시간 연산부(420)로부터 출력된 추가차단시간(tadd)은 반송파 생성부(430)에 반영되어 반송파(500)의 크기 및 주파수가 변조될 수 있다. 임계 도통 모드(BCM) 구간동안 반송파(500)의 크기는 기 설정된 불연속 도통 모드(DCM) 스위칭 주기(TDCM)에 추가 차단 시간(tadd)을 더한 값에 기울기 k 를 곱한 값(k×(TDCM+tadd))이 된다.
한편, 도 8의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이백 컨버터와 주 제어부의 각부의 파형을 도시한 도면이다.
도 8의 (c) 및 (f)에 도시된 바와 같이, 출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)가 통류율 제한값(502) 이상인 경우 메인 스위치(Qm)의 게이트 신호에 따라 변압기의 자화전류(iLm)는 임계 도통 모드(BCM)로, 출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)가 통류율 제한값(502)보다 작은 경우 메인 스위치(Qm)의 게이트 신호에 따라 변압기의 자화전류(iLm)는 불연속 도통 모드(DCM)로 동작됨을 알 수 있다.
미설명된, (a)는 플라이백 컨버터의 출력전압인 계통 전압의 파형을, (b)는 출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out), 반송파(500) 및 통류율 제한값(502)을, (d)와 (e)는 라인 스위치 세트(340)(Qn, Qp)를 제어하기 위한 게이트 신호를, (g)는 메인 스위치(Qm)로 흐르는 전류를, (h) 및 (i)는 라인 스위치 세트(340)의 각 스위치(Qn, Qp)로 흐르는 전류를, (j)는 출력전류를 도시하고 있다.
한편, 도 9의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 입출력 전압 및 전류의 파형을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, (a)는 태양전지모듈의 최대전력을, (b)는 플라이백 컨버터의 출력전압과 출력전류를, (c)는 플라이백 컨버터의 출력전압과 출력전류의 위상관계를 도시한 도면이다.
(b)와 (c)에서 도시된 바와 같이, 플라이백 컨버터의 출력전압과 출력전류의 곱이 태양전지모듈의 최대전력을 추종함을 알 수 있으며, 태양전지모듈의 최대전력의 추종함에 따라 출력전류를 증가함을 알 수 있다. 또한, (c)에 도시된 바와 같이 플라이백 컨버터의 출력전류의 위상이 출력전압의 위상과 동일함으로써 역률이 개선되었음을 알 수 있다.
도 10의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 임계 도통 모드와 불연속 도통 모드의 자화전류와 반송파를 도시한 도면이다.
도 10의 (a)는 불연속 도통 모드(DCM)에서의 자화전류의 파형을, (c)는 불연속 도통 모드(DCM)에서의 반송파를 도시하고 있으며, (b)는 임계 도통 모드(DCM)에서의 자화전류의 파형을, (d)는 임계 도통 모드(DCM)에서의 반송파를 도시하고 있다.
(a)로부터 불연속도통모드(DCM)에서 자화전류(iLm)가 불연속임을 알 수 있으며, (b)로부터 임계도통모드(BCM)에서는 자화전류(iLm)가 불연속 구간이 없이 형성됨을 알 수 있다. 또한, (b) (c)로부터 임계 도통 모드(DCM)에서의 반송파의 크기는 불연속 도통 모드(DCM)에서의 반송파의 크기보다 큼을 알 수 있다.
마지막으로, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 제어방법을 도시한 흐름도이다. 발명의 간명화를 위해 도 1 내지 도 10에서 설명된 부분과 중복된 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 11을 참조하면, 단계 10에서, 플라이백 컨버터(A)의 입력전류(lin), 입력전압(Vin) 및 계통전압(Vgrid)이 검출된다. 검출된 입력전류(lin), 입력전압(Vin) 및 계통전압(Vgrid)은 MPPT 제어부(360)로 입력된다.
한편, 단계 11 내지 단계 12는 MPPT 제어부(360) 내에서 수행되는 과정을 도시하고 있다. 즉, MPPT 제어부(360)는 검출된 입력전압(Vin)과 입력전류(Iin)로부터 입력전력(PPV)를 계산하고(단계 11), 입력전력의 변동분(△P)과 입력전류의 변동분(△I)을 이용하여 최대 전력점 추종을 위한 전류 지령치(I*in)를 생성한다. 최대 전력점 추종을 위한 전류 지령치(I*in)를 생성하기 위하여, MPPT 제어부(360) 내에서 수행되는 과정들은 섭동후 관측법(P&O)이 사용되며, 기 공지된 알고리즘이 사용되므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
다음으로, 단계 13은 전류 제어부(361) 내에서 수행되는 과정을 도시하고 있다. MPPT 제어부(360)로부터 전달받은 최대 전력점 추종을 위한 전류 지령치(I*in)를 추종하기 위한 전류제어신호(I*o)를 생성하기 위하여 PI제어기를 사용하였다. PI 제어기의 계수 Kp 및 Ki는 필요에 따라 적절하게 선정될 수 있다. 단계 13에서 생성된 전류제어신호(I*o)는 곱셈기(362c)로 전달되며, 출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)를 생성하는데 사용된다.
한편, 단계 14는 위상 검출부(362a) 및 정류 정현파 생성부(362c)에서 수행되는 과정을 도시하고 있다. 정류 정현파(rectified sine wave)를 생성하기 위해 계통 전압(Vgrid)의 위상이 마이너스인 경우는 부호 (-)를 곱하였으며, 이를 통해 계통전압 주파수의 2배의 주파수를 가진 정류 정현파를 생성할 수 있다. 한편, Vg는 플라이백 컨버터의 출력단에 연결된 계통 전력의 공칭전압의 최대값이다. 상기와 같이 단계 14에서 생성된 정류 정현파는 곱셈기(362c)로 전달된다.
단계 15는 곱셈기(362c)에서 수행되는 과정을 도시하고 있다. 즉, 단계 15에서, 곱셈기(362c)는 정류 정현파 생성부(362b)로부터 전달받은 정류 정현파와 전류 제어부(361)로부터 전달받은 전류제어신호(I*o)를 곱함으로써, 출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)를 생성한다. 생성된 출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)는 메인 스위치 제어부(400)로 전달된다.
마지막으로 단계 16 내지 단계 19는 메인 스위치 제어부(400), 특히 추가차단시간연산부(420)에서 수행되는 과정을 도시하고 있다.
단계 16에서, 추가차단시간연산부(420)는 출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)와 기 설정된 통류율 제한값(502)을 비교하고, 출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)가 기 설정된 통류율 제한값(502) 이상인 경우에는 단계 17로 진행한다.
단계 17에서, 추가차단시간연산부(420)는 수학식 (2)에 의해 임계 도통 모드(BCM)로 동작시 요구되는 스위칭 주기(TBCM)를 계산한다.
이후 단계 18에서, 추가차단시간연산부(420)는 임계 도통 모드(BCM)로 동작시 요구되는 스위칭 주기(TBCM)에서 기 설정된 기본 불연속 도통 모드(DCM)의 스위칭 주기(TDCM)를 감하여 추가차단시간(tadd)을 계산한다.
한편, 단계 19에서는, 출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)가 통류율 제한값(502) 미만인 경우 추가차단시간연산부(420)는 추가차단시간(tadd)를 0으로 설정한다.
단계 16 내지 단계 19를 통해 얻어진 추가차단시간(tadd)은, 임계 도통 모드(BCM) 또는 불연속 도통 모드(DCM)로 제어하기 위한 반송파를 생성하는데 사용될 수 있다. 그리고, 도 1 내지 도 10에서 설명된 바와 같이, 생성된 반송파와 출력 전류의 위상 및 크기 지령치(i*out)를 비교함으로써 생성된 게이트 신호에 따라 변압기의 자화전류(iLm)을 불연속도통모드(DCM) 또는 임계도통모드(BCM)로 제어할 수 있다.
이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
A: 플라이백 컨버터 B: 스위치 제어부
300: 태양광 발전시스템 310: 입력 콘덴서 뱅크
320: 고주파 변압기 330: 메인 스위치 세트
340: 라인 스위치 세트 350: 출력 필터부
360: MPPT 제어부 361: 전류 제어부
362: 출력전류 지령치 생성부 362a: 위상 검출부
362b: 정류 정형파 생성부 362c: 곱셈기
363: 라인 스위치 제어부 400: 메인 스위치 제어부
420: 추가차단시간 연산부 421: 도통시간 연산부
422: 스위칭 주기 연산부 423: 연산부
430: 반송파 생성부 440: 비교기
500: 반송파 501: 출력전류의 위상 및 크기 지령치
502: 통류율 제한값 503: 자화전류

Claims (24)

  1. 태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 스위치 제어장치에 있어서,
    상기 플라이백 컨버터의 입력전압, 입력전류 및 출력전압에 기초하여, 태양전지 모듈의 최대전력점 추종을 위한 전류지령치를 생성하는 MPPT 제어부;
    상기 전류지령치를 추종하기 위한 전류제어신호를 생성하는 전류제어부;
    상기 출력전압의 위상 및 상기 전류제어신호에 기초하여, 출력전류의 위상 및 크기 지령치를 생성하는 출력전류 지령치 생성부; 및
    상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치에 기초하여, 상기 플라이백 컨버터의 메인 스위치를 제어하는 메인 스위치 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 스위치 제어부는,
    기 설정된 통류율 제한값에 기초하여, 상기 플라이백 컨버터의 변압기에 흐르는 자화전류를 불연속 도통 모드 또는 임계 도통 모드로 제어하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라이백 컨버터의 변압기에 흐르는 자화전류는,
    기 설정된 통류율 제한값 미만에서는 불연속 도통 모드의 파형을, 기설정된 통류율 제한값 이상에서는 임계 도통 모드의 파형을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 통류율 제한값은,
    다음의 수학식:
    Figure 112010049285643-pat00007

    에 의해 결정되며, DLMT은 통류율 제한값, Vg는 상기 플라이백 컨버터의 출력단이 연결되는 전력계통의 공칭전압의 최대값, n은 상기 변압기의 턴수비, 상기 Vin,max는 상기 입력전압의 최대값인 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어장치.
  5. 제2항에 있어서,
    출력전류 지령치 생성부는,
    상기 출력전압으로부터 상기 플라이백 컨버터의 출력단에 연결된 전력계통의 위상정보를 검출하는 위상검출부;
    상기 위상정보로부터 상기 전력계통의 주파수보다 정수배를 가지는 정류된 정현파를 생성하는 정류 정형파 생성부; 및
    상기 정류된 정현파와 상기 전류제어신호를 곱함으로써, 상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치를 생성하는 곱셈기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 메인 스위치 제어부는,
    상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 상기 통류율 제한값 미만에서는 기 설정된 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파를, 상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 상기 통류율 제한값 이상에서는 가변 주파수 및 크기를 가지는, 주파수 변조된 반송파를 생성하는 반송파 주파수 변조부; 및
    상기 반송파와 상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치를 비교하여 상기 메인 스위치를 제어하기 위한 PWM 신호를 생성하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반송파 주파수 변조부는,
    상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치와 상기 통류율 제한값에 기초하여, 상기 메인 스위치를 추가로 오프시키기 위한 추가차단시간을 연산하는 추가차단시간 연산부; 및
    상기 추가차단시간을 반영한 반송파를 생성하는 반송파 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 추가차단시간 연산부는,
    상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치와 상기 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파로부터 상기 메인 스위치가 온되는 시간인 도통시간을 연산하는 도통시간 연산부; 및
    상기 도통시간, 상기 입력전압, 상기 출력전압 및 상기 변압기의 턴수비에 기초하여, 임계 도통 모드로 동작하기 위한 스위칭 주기를 연산하는 스위칭 주기 연산부; 및
    상기 스위칭 주기 및 상기 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파의 주기로부터 추가차단시간을 연산하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스위칭 주기는,
    다음 수학식:
    Figure 112010049285643-pat00008

    에 의해 계산되며, TBCM은 상기 임계 도통 모드의 스위칭 주기, n은 상기 변압기의 턴수비, Vin은 상기 입력전압, Vgrid는 상기 출력전압, ton은 상기 도통시간인 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 추가차단시간은,
    상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 상기 통류율 제한값 미만인 경우 0이며,
    상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 상기 통류율 제한값 이상인 경우 상기 스위칭 주기에서 상기 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파의 주기를 뺀 값인 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 반송파는,
    톱니파를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 메인 스위치 제어부는,
    상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 기 설정된 통류율 제한값 미만에서는 기 설정된 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파를, 상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 상기 통류율 제한값 이상에서는 가변 주파수 및 크기를 가지는, 주파수 변조된 반송파를 생성하는 반송파 주파수 변조부; 및
    상기 반송파와 상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치를 비교하여 상기 메인 스위치를 제어하기 위한 PWM 신호를 생성하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어장치.
  13. 태양광 발전시스템을 위한 플라이백 컨버터의 스위치 제어방법에 있어서,
    (a) 상기 플라이백 컨버터의 입력전압, 입력전류 및 출력전압에 기초하여, 태양전지 모듈의 최대전력점 추종을 위한 전류지령치를 생성하는 단계;
    (b) 상기 전류지령치를 추종하기 위한 전류제어신호를 생성하는 단계;
    (c) 상기 출력전압의 위상 및 상기 전류제어신호에 기초하여, 출력전류의 위상 및 크기 지령치를 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치에 기초하여, 상기 플라이백 컨버터의 메인 스위치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    기 설정된 통류율 제한값에 기초하여, 상기 플라이백 컨버터의 변압기에 흐르는 자화전류를 불연속 도통 모드 또는 임계 도통 모드로 제어하는 단계인 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 플라이백 컨버터의 변압기에 흐르는 자화전류는,
    기 설정된 통류율 제한값 미만에서는 불연속 도통 모드의 파형을, 기설정된 통류율 제한값 이상에서는 임계 도통 모드의 파형을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 통류율 제한값은,
    다음의 수학식:
    Figure 112010049285643-pat00009

    에 의해 결정되며, DLMT은 통류율 제한값, Vg는 상기 플라이백 컨버터의 출력단이 연결되는 전력계통의 공칭전압의 최대값, n은 상기 변압기의 턴수비, 상기 Vin,max는 상기 입력전압의 최대값인 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c1) 상기 출력전압으로부터 상기 플라이백 컨버터의 출력단에 연결된 전력계통의 위상정보를 검출하는 단계;
    (c2) 상기 위상정보로부터 상기 전력계통의 주파수보다 정수배를 가지는 정류된 정현파를 생성하는 단계; 및
    (c3) 상기 정류된 정현파와 상기 전류제어신호를 곱함으로써, 상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d1) 상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 상기 통류율 제한값 미만에서는 기 설정된 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파를, 상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 상기 통류율 제한값 이상에서는 가변 주파수 및 크기를 가지는, 주파수 변조된 반송파를 생성하는 단계; 및
    (d2) 상기 반송파와 상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치를 비교하여 상기 메인 스위치를 제어하기 위한 PWM 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 (d1) 단계는,
    (d11) 상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치와 상기 통류율 제한값에 기초하여, 상기 메인 스위치를 추가로 오프시키기 위한 추가차단시간을 연산하는 단계; 및
    (d12) 상기 추가차단시간을 반영한 반송파를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 (d11) 단계는,
    상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치와 상기 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파로부터 상기 메인 스위치가 온되는 시간인 도통시간을 연산하는 단계; 및
    상기 도통시간, 상기 입력전압, 상기 출력전압 및 상기 변압기의 턴수비에 기초하여, 임계 도통 모드로 동작하기 위한 스위칭 주기를 연산하는 단계; 및
    상기 스위칭 주기 및 상기 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파의 주기로부터 추가차단시간을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 스위칭 주기는,
    다음 수학식:
    Figure 112010049285643-pat00010

    에 의해 계산되며, TBCM은 상기 임계 도통 모드의 스위칭 주기, n은 상기 변압기의 턴수비, Vin은 상기 입력전압, Vgrid는 상기 출력전압, ton은 상기 도통시간인 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 추가차단시간은,
    상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 상기 통류율 제한값 미만인 경우 0이며,
    상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치가 상기 통류율 제한값 이상인 경우 상기 스위칭 주기에서 상기 고정 주파수 및 크기를 가진 반송파의 주기를 뺀 값인 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어방법.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 반송파는,
    톱니파를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어방법.
  24. 제13항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c1) 상기 출력전압으로부터 상기 플라이백 컨버터의 출력단에 연결된 전력계통의 위상정보를 검출하는 단계;
    (c2) 상기 위상정보로부터 상기 전력계통의 주파수보다 정수배를 가지는 정류된 정현파를 생성하는 단계; 및
    (c3) 상기 정류된 정현파와 상기 전류제어신호를 곱함으로써, 상기 출력전류의 위상 및 크기 지령치를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이백 컨버터의 스위치 제어방법.
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