KR101299474B1 - Power conversion device - Google Patents

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KR101299474B1
KR101299474B1 KR1020120025737A KR20120025737A KR101299474B1 KR 101299474 B1 KR101299474 B1 KR 101299474B1 KR 1020120025737 A KR1020120025737 A KR 1020120025737A KR 20120025737 A KR20120025737 A KR 20120025737A KR 101299474 B1 KR101299474 B1 KR 101299474B1
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오용승
안강순
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주식회사 윌링스
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Abstract

PURPOSE: A power conversion device controls a duty ratio of a PWM control signal for reducing the ripple of an output voltage and a current. CONSTITUTION: A power conversion device includes a power conversion unit (110) increasing or decreasing an input voltage to a predetermined voltage according to a PWM control signal having a predetermined PWM period; and a control unit (120) varying and outputting a duty ratio of the PWM control signal by a control period which is N times of the PWM period, where N is a natural number from 2 or more, according to a voltage and a current fed back from the power conversion unit. [Reference numerals] (10) Battery; (120) Control unit; (20) Inverter

Description

전력변환장치{POWER CONVERSION DEVICE}Power converter {POWER CONVERSION DEVICE}

본 발명은 전력변환장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 출력 전압 및 전류의 리플을 저감할 수 있는 전력변환장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a power converter, and more particularly, to a power converter that can reduce the ripple of the output voltage and current.

일반적으로, DC-DC 컨버터는 입력되는 직류전압을 감압 또는 승압하여 원하는 직류전압으로 변환하여 출력하는데, 이러한 DC-DC 컨버터에는 벅 컨버터(buck converter)와 부스트 컨버터(boost converter)가 있다. In general, the DC-DC converter converts the input DC voltage to a desired DC voltage by reducing or boosting the output DC voltage, and the DC-DC converter includes a buck converter and a boost converter.

벅 컨버터(buck converter)는 감압(step down) 컨버터로서, 높은 직류전압을 상대적으로 낮은 직류전압을 변환하는 컨버터이고, 부스트 컨버터(boost converter)는 승압(step up) 컨버터로서, 낮은 직류전압을 상대적으로 높은 직류전압을 변환하는 컨버터이다. 한편, 부스트 컨버터는 저전압을 사용하는 핸드폰 등의 배터리(Battery)의 전압을 고전압으로 승압하는 DC-DC 컨버터로서 적용된다.A buck converter is a step-down converter that converts a relatively high DC voltage to a relatively low DC voltage. A boost converter is a step-up converter that converts a low DC voltage to a relatively low DC voltage. Which converts a high DC voltage into a DC voltage. On the other hand, the boost converter is applied as a DC-DC converter for boosting the voltage of a battery such as a mobile phone using a low voltage to a high voltage.

이와 같은 DC-DC 컨버터의 제어 방식에 있어서, 스위칭 주파수를 조절하여 소정 레벨의 출력전압을 얻는 PWM(pulse width modulation) 제어 방식이 이용될 수 있다. In such a control method of the DC-DC converter, a pulse width modulation (PWM) control method of adjusting a switching frequency to obtain an output voltage of a predetermined level may be used.

PWM 제어의 경우, 소정 주파수의 스위칭에 의하여 출력 전압 및 전류에 리플이 발생될 수 있는데, DC-DC 컨버터는 안정적인 직류전압을 출력하여야 하므로 출력 전압 및 전류의 리플을 저감하기 위한 노력이 요구되고 있다. In the case of PWM control, ripple may occur in the output voltage and current by switching at a predetermined frequency. Since DC-DC converters must output a stable DC voltage, efforts to reduce ripple in the output voltage and current are required. .

출력 전압 및 전류의 리플을 저감하기 위한 하나의 방법으로서, PWM 신호의 스위칭 주파수를 높히는 방법이 이용될 수 있다. 출력 전압 및 전류의 리플의 크기는 PWM 신호의 주파수가 낮을수록 커지므로, PWM 신호의 스위칭 주파수를 증가시킴으로써 리플을 감소시킬 수 있기 때문이다. 또한, 리플 저감을 위한 다른 방법으로, PWM 신호의 매 주기마다 듀티비를 변경(즉, 펄스폭을 변경)하는 방법도 이용되고 있다. As one method for reducing the ripple of the output voltage and current, a method of increasing the switching frequency of the PWM signal may be used. This is because the magnitude of the ripple of the output voltage and current increases as the frequency of the PWM signal decreases, so that the ripple can be reduced by increasing the switching frequency of the PWM signal. As another method for reducing ripple, a method of changing the duty ratio (that is, changing the pulse width) every cycle of the PWM signal is also used.

그러나, PWM 신호의 스위칭 주파수를 증가시키는 방법은 마이크로프로세서의 성능에 의하여 주파수를 증가시키는데 한계가 있고, PWM 신호의 매 주기마다 듀티비를 변경하기 위해서는 고성능의 마이크로프로세서가 필요하며, 듀티비 변경에 따른 연산량의 증가에 비하여 리플 저감의 효과가 크지 않은 문제점이 있다.
However, the method of increasing the switching frequency of the PWM signal is limited to increase the frequency by the performance of the microprocessor, and a high performance microprocessor is required to change the duty ratio every cycle of the PWM signal. Compared with the increase in the amount of calculation, the effect of the ripple reduction is not large.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 출력 전압 및 전류의 리플을 저감할 수 있도록 PWM 제어신호의 듀티비를 조절하는 전력변환장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object thereof is to provide a power converter for adjusting the duty ratio of the PWM control signal to reduce the ripple of the output voltage and current.

본 발명에 따른 일실시예인 양방향 PWM 컨번터는 입력 전압을 PWM 제어신호에 따라 소정 전압으로 승압 또는 감압하는 전압 변환부, 상기 전압 변환부로부터 피드백되는 전압 및 전류에 따라 소정의 제어주기에 대하여 PWM 제어신호의 듀티비를 가변하여 출력하는 제어부를 포함하고, 상기 제어주기는 상기 PWM 제어신호의 PWM 주기의 N(단, N은 2 이상의 자연수)배인 것을 특징으로 할 수 있다. Bidirectional PWM converter according to an embodiment of the present invention is a voltage converter for increasing or reducing the input voltage to a predetermined voltage according to the PWM control signal, PWM control for a predetermined control period in accordance with the voltage and current fed back from the voltage converter And a control unit configured to output a variable duty ratio of the signal, wherein the control period may be N times a PWM period of the PWM control signal, where N is a natural number of two or more.

본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 제어부는 상기 제어주기마다 상기 PWM 제어신호의 듀티비를 다르게 설정하는 것을 특징으로 할 수 있다. According to an aspect of an embodiment of the present invention, the controller may set the duty ratio of the PWM control signal differently for each control period.

본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 제어부는 상기 제어주기에, 듀티비가 동일한 연속하는 상기 PWM 주기가 포함되도록 상기 PWM 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다. According to an aspect of an embodiment of the present invention, the control unit may output the PWM control signal so that the control cycle includes the continuous PWM cycle having the same duty ratio.

본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면, 상기 제어부는 직전 제어주기의 마지막 PWM 주기와 현재 제어주기의 첫 번째 PWM 주기의 듀티비가 동일하게 설정되는 상기 PWM 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다.
According to an aspect of an embodiment of the present invention, the control unit may output the PWM control signal in which the duty ratio of the last PWM period of the previous control period and the first PWM period of the current control period is set equal to each other. have.

상기와 같은 본 발명은, 제어주기를 PWM 주기의 N배로 설정하고, 하나의 제어주기에 포함되는 각 PWM 주기의 듀티비를 동일한 변화량만큼 교대로 증가 또는 감소시키거나, 하나의 제어주기 또는 연속하는 제어주기에 듀티비가 동일하게 설정된 연속하는 PWM 주기를 포함하도록 제어함으로써 전력변환장치의 출력 전압 및 전류의 리플을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
According to the present invention, the control period is set to N times the PWM period, and the duty ratio of each PWM period included in one control period is alternately increased or decreased by the same amount of change, or one control period or continuous There is an advantage that the ripple of the output voltage and the current of the power converter can be reduced by controlling the control period to include a continuous PWM period in which the duty ratio is set equal.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환장치의 개략적인 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 PWM 제어신호의 파형을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환장치의 적용예를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a schematic circuit diagram of a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a waveform of a PWM control signal according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining an application example of the power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나, 또는 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나, '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is said to be 'connected' or 'connected' to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but other components may be present in between. It should be understood that. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, or a combination thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof. Also, the term "part" or the like, as described in the specification, means a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환장치의 개략적인 회로도이다. 1 is a schematic circuit diagram of a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환장치는 PWM 제어신호에 따라 입력 전압을 승압 또는 감압하여 출력하는 전압 변환부(110)와 상기 PWM 제어신호를 생성하는 제어부(120)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a power converter according to an embodiment of the present invention includes a voltage converter 110 for boosting or reducing an input voltage according to a PWM control signal, and a controller 120 for generating the PWM control signal. It includes.

전압 변환부(110)는 입력되는 전압을 PWM 제어신호에 따라 소정의 전압으로 감압하거나 승압하여 출력한다. 전압 변환부(110)가 전압을 승압하는 경우 입력되는 전압은 Vi이고, 전압을 감압하는 경우 입력되는 전압은 Vo이다. The voltage converter 110 reduces or boosts the input voltage to a predetermined voltage according to the PWM control signal. When the voltage converter 110 boosts the voltage, the input voltage is Vi. When the voltage converter 110 reduces the voltage, the input voltage is Vo.

전압 변환부(110)는 제1 커패시터(C1), 인덕터(L), 제1 스위치(Q1), 제2 스위치(Q2) 및 제2 커패시터(C2)를 포함한다. The voltage converter 110 includes a first capacitor C1, an inductor L, a first switch Q1, a second switch Q2, and a second capacitor C2.

제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)는 상기 PWM 제어신호에 따라 온/오프된다. 상기 PWM 제어신호는 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)에 역상으로 입력되어, 제1 스위치(Q1)가 온되면 제2 스위치(Q2)는 오프되고, 제2 스위치(Q2)가 온되면 제1 스위치(Q1)가 오프되도록 구성된다. The first switch Q1 and the second switch Q2 are turned on / off according to the PWM control signal. The PWM control signal is input in reverse phase to the first switch Q1 and the second switch Q2. When the first switch Q1 is turned on, the second switch Q2 is turned off, and the second switch Q2 is turned off. When on, the first switch Q1 is configured to be off.

인덕터(L)와 제2 커패시터(C2)는 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)가 상기 PWM 제어신호에 따라 온/오프됨에 따라 에너지를 저장하거나, 또는 저장한 에너지를 공급한다. The inductor L and the second capacitor C2 store energy or supply stored energy as the first switch Q1 and the second switch Q2 are turned on / off according to the PWM control signal.

제어부(120)는 전력 변환부(110)로부터 피드백되는 입력 전압 및 전류(Vi, Ii), 출력 전압 및 전류(Vo, Io)에 따라 상기 PWM 제어신호의 듀티비를 가변하여, 전력 변환부(110)로부터 미리 설정된 소정 레벨의 전압이 출력되도록 한다. 상기 PWM 제어신호의 듀티비가 증가하면 전력 변환부(110)의 출력 전압 레벨이 증가하고, 상기 PWM 제어신호의 듀티비가 감소하면 전력 변환부(110)의 출력 전압 레벨이 감소한다. The controller 120 varies the duty ratio of the PWM control signal according to the input voltage and current Vi, Ii, the output voltage and current Vo, Io fed back from the power converter 110, and then converts the duty ratio of the power converter. The predetermined level of voltage is output from the 110. When the duty ratio of the PWM control signal increases, the output voltage level of the power converter 110 increases. When the duty ratio of the PWM control signal decreases, the output voltage level of the power converter 110 decreases.

제어부(120)는 상기 PWM 제어신호의 듀티비를 다양하게 가변할 수 있는데, 본 발명에서는, 전력 변환부(110)의 출력 신호(전류 또는 전압)의 리플을 저감하기 위한 듀티비 조절을 제안한다. 즉, 상기 PWM 제어신호의 주기를 PWM 주기라고 한다면, 제어부(120)는 상기 PWM 주기의 N배(N은 2 이상의 자연수)인 제어주기를 기준으로 상기 PWM 제어신호의 듀티비를 가변한다. The controller 120 may vary the duty ratio of the PWM control signal in various ways. In the present invention, the duty ratio adjustment for reducing the ripple of the output signal (current or voltage) of the power converter 110 is proposed. . That is, if the period of the PWM control signal is called a PWM period, the controller 120 varies the duty ratio of the PWM control signal based on a control period that is N times (N is a natural number of 2 or more) of the PWM period.

예를 들어, 상기 제어주기는 상기 PWM 주기의 4배로 설정될 수 있으며, 제어부(120)는 상기 제어주기마다 상기 PWM 제어신호의 듀티비를 가변할 수 있다. 또는, 제어부(120)는 한 제어주기씩 걸러서 상기 PWM 제어신호의 듀티비를 가변하거나, 특정의 제어주기 이후부터 상기 PWM 제어신호의 듀티비를 가변할 수 있다. 이때 하나의 제어주기에 속하는 4개의 PWM 주기에서는, 듀티비를 일정하게 유지할 수 있다. 또는 하나의 제어주기의 모든 PWM 주기마다 듀티비를 상이하게 설정하거나, 일부의 PWM 주기에서만 듀티비를 상이하게 설정할 수도 있다. 상기 PWM 제어신호의 듀티비 조절에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
For example, the control period may be set to four times the PWM period, and the controller 120 may vary the duty ratio of the PWM control signal for each control period. Alternatively, the controller 120 may vary the duty ratio of the PWM control signal by every control period, or may vary the duty ratio of the PWM control signal after a specific control period. At this time, in four PWM periods belonging to one control period, the duty ratio can be kept constant. Alternatively, the duty ratio may be set differently in every PWM period of one control period, or the duty ratio may be set differently in only some PWM periods. A detailed description of the duty ratio adjustment of the PWM control signal will be described later.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 전기자동차의 배터리(10)와 인버터(20) 사이에 구비될 수 있다. 상기 전력변환장치는 전기자동차의 배터리(10)의 출력 전압(예를 들어, 72V)을 승압하여, 모터를 구동하는 인버터(예를 들어, 300V)에 제공하거나, 전기자동차의 감속시 모터로부터 발생되는 발전 전력을 이용하여 배터리(10)를 충전할 수 있다. The power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention configured as described above may be provided between, for example, a battery 10 and an inverter 20 of an electric vehicle. The power converter boosts the output voltage (for example, 72V) of the battery 10 of the electric vehicle and provides it to an inverter (for example, 300V) for driving the motor, or is generated from the motor when the electric vehicle is decelerated. The battery 10 may be charged using the generated power.

이하, 전력변환장치의 승압 및 감압 과정에 대하여 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, the process of boosting and depressurizing the power converter will be described in detail.

먼저 승압의 경우, 배터리(10)로부터 입력된 전압이 승압되어 인버터(20)에 제공되는 경우이다. 상기 PWM 제어신호에 의해 제1 스위치(Q1)가 온되고 제2 스위치(Q2)가 오프되면, 입력 전압(Vi)에 인덕터(L)에 저장된 전압이 합해진 출력 전압(Vo)이 인버터(20)에 제공된다. 상기 PWM 제어신호에 의해 제1 스위치(Q1)가 오프되고 제2 스위치(Q2)가 온되면, 입력 전압(Vi)에 의해 인덕터(L)에 에너지가 저장되고, 제2 커패시터(C2)에 저장된 전압이 출력 전압(Vo)으로써 인버터(20)에 제공된다. First, in the case of boosting, the voltage input from the battery 10 is boosted and provided to the inverter 20. When the first switch Q1 is turned on by the PWM control signal and the second switch Q2 is turned off, the output voltage Vo obtained by adding the voltage stored in the inductor L to the input voltage Vi is the inverter 20. Is provided. When the first switch Q1 is turned off by the PWM control signal and the second switch Q2 is turned on, energy is stored in the inductor L by the input voltage Vi and stored in the second capacitor C2. The voltage is provided to the inverter 20 as an output voltage Vo.

감압의 경우, 인버터(20)로부터 입력된 전압이 감압되어 배터리(10)에 제공되는 경우이다. 상기 PWM 제어신호에 의해 제1 스위치(Q1)가 온되고 제2 스위치(Q2)가 오프되면, 입력 전압(Vo)이 상기 PWM 제어신호의 듀티비에 따라 감압되어 출력 전압(Vi)으로써 배터리(10)에 제공되고, 입력 전압(Vo)에 의해 인덕터(L)에 에너지가 저장된다. 상기 PWM 제어신호에 의해 제1 스위치(Q1)가 오프되고 제2 스위치(Q2)가 온되면, 인덕터(L)에 저장된 전압이 출력 전압(Vi)으로써 배터리(10)에 제공된다. In the case of decompression, the voltage input from the inverter 20 is decompressed and provided to the battery 10. When the first switch Q1 is turned on by the PWM control signal and the second switch Q2 is turned off, the input voltage Vo is decompressed according to the duty ratio of the PWM control signal, so that the battery ( 10, and energy is stored in the inductor L by the input voltage Vo. When the first switch Q1 is turned off and the second switch Q2 is turned on by the PWM control signal, the voltage stored in the inductor L is provided to the battery 10 as an output voltage Vi.

제어부(120)는 승압 또는 감압의 경우, 미리 설정된 레벨의 출력 전압(Vi 또는 Vo)을 제공하기 위하여, 상기 PWM 제어신호의 듀티비를 가변 설정할 수 있다. 한편, 상기 PWM 제어신호의 듀티비를 설정할 때, 출력 전압(또는 출력 전류)의 리플을 감소시켜야 전력변환장치를 통한 안정적인 전원 공급이 가능하며, 따라서 이하에서는 출력 전압(또는 출력 전류)의 리플을 감소시킬 수 있는 상기 PWM 제어신호의 듀티비 설정에 대하여 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.
The controller 120 may variably set the duty ratio of the PWM control signal in order to provide an output voltage Vi or Vo having a predetermined level in the case of boosting or depressurizing. On the other hand, when setting the duty ratio of the PWM control signal, it is necessary to reduce the ripple of the output voltage (or output current) to enable a stable power supply through the power converter, and therefore, the ripple of the output voltage (or output current) in the following The duty ratio setting of the PWM control signal, which can be reduced, will be described with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 PWM 제어신호의 파형을 나타낸 도면이다. 2 is a view showing a waveform of a PWM control signal according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 PWM 제어신호의 주기인 PWM 주기의 4배가 제어주기로 설정되는데, 이는 하나의 예에 불과하며, 상기 제어주기는 상기 PWM 주기의 N배(N은 자연수)로 설정되면 족하다. 이와 같이, 본 발명에서는, 상기 제어주기를 PWM 주기의 N배로 설정하고, 하나의 제어주기마다 듀티비를 제어함으로써, PWM 주기마다 듀티비를 변경하는 종래의 방식에 비하여 제어부(120)에 구비되는 마이크로프로세서의 성능이 동일한 경우에도 상기 PWM 제어신호의 고속 제어를 가능하게 하며, 연산 시간을 확보할 수 있다. Referring to FIG. 2, four times the PWM period, which is the period of the PWM control signal, is set as the control period, which is just one example, and the control period is sufficient if it is set to N times (N is a natural number) of the PWM period. . As described above, in the present invention, the control unit 120 is provided to the control unit 120 as compared to the conventional method of changing the duty ratio for each PWM period by setting the control period to N times the PWM period and controlling the duty ratio for each control period. Even when the performance of the microprocessor is the same, it is possible to control the PWM control signal at high speed and to secure a calculation time.

도 2에 도시된 상기 PWM 제어신호의 파형을 참조하면, 제1 제어주기는 각 PWM 주기마다 듀티비가 반복적으로 증감되고, 제2 제어주기에서는 첫 번째, 세 번째, 네 번째 PWM 주기의 듀티비는 동일하고 두 번째 PWM 주기의 듀티비는 상이하며, 제3 제어주기에서는 첫 번째, 두 번째 PWM 주기의 듀티비가 동일하고, 세 번째, 네 번째 PWM 주기의 듀티비가 동일하게 나타난다. Referring to the waveform of the PWM control signal illustrated in FIG. 2, in the first control period, the duty ratio is repeatedly increased or decreased for each PWM period, and in the second control period, the duty ratio of the first, third, and fourth PWM periods is The duty ratios of the same and second PWM periods are different. In the third control period, the duty ratios of the first and second PWM periods are the same, and the duty ratios of the third and fourth PWM periods are the same.

이와 같은 파형의 상기 PWM 제어신호는, 예를 들어, 전력변환장치가 구비되는 전기자동차의 모터의 출력이 유지되는 경우, 즉, 전력변환장치의 출력 전압(또는 출력 전류)가 안정화되어 정상 상태인 경우에 적용되는 것이 바람직하다. 상기 PWM 제어신호를 이용한 제어 방식에서, 연속하는 두 개의 제어주기의 듀티비의 변화량이 상기 출력 전압(또는 출력 전류)의 리플과 비례하는 것이 일반적이므로, 도 2에 도시된 상기 PWM 제어신호는 직전 제어주기와의 듀티비의 변화량을 최소화하여 상기 출력 전류의 리플을 감소시킬 수 있도록, 그 듀티비가 설정된다. The PWM control signal of such a waveform is, for example, when the output of the motor of the electric vehicle equipped with the power converter is maintained, that is, the output voltage (or output current) of the power converter is stabilized, It is preferable to apply in the case. In the control method using the PWM control signal, since the amount of change in the duty ratio of two consecutive control cycles is generally proportional to the ripple of the output voltage (or output current), the PWM control signal shown in FIG. The duty ratio is set so that the amount of change in the duty ratio with the control period can be minimized to reduce the ripple of the output current.

제1 제어주기의 경우, 각 PWM 주기의 듀티비가 교대로 증가 또는 감소되며, 듀티비의 증가량과 감소량이 동일하게 설정된다. 하나의 제어주기에 포함되는 각 PWM 주기의 듀티비가 모두 동일하게 설정되되, 직전 제어주기의 각 PWM 주기의 듀티비보다 증가 또는 감소되도록 설정되는 경우의 듀티비의 변화량과 비교하면, 상기 제1 제어주기에서의 듀티비의 변화량이 적게 나타나므로 상기 전력변환장치의 출력 전류의 리플이 저감될 수 있다. In the case of the first control period, the duty ratio of each PWM period is alternately increased or decreased, and the increase amount and the decrease amount of the duty ratio are set equally. When the duty ratio of each PWM period included in one control period is set to be the same, but is set to increase or decrease than the duty ratio of each PWM period of the previous control period, compared with the amount of change in the duty ratio, the first control Since the amount of change in the duty ratio in the period is small, the ripple of the output current of the power converter can be reduced.

제2 제어주기와 제3 제어주기의 경우, 하나의 제어주기에 듀티비가 동일하게 유지되는 연속하는 PWM 주기가 포함된다. 즉, 제2 제어주기에 포함되는 연속하는 세 번째와 네 번째의 PWM 주기의 듀티비가 동일하게 설정되고, 제3 제어주기에서는 연속하는 첫 번째와 두 번째의 PWM 주기와 세 번째와 네 번째의 PWM 주기가 각각 동일한 듀티비를 가지도록 설정됨을 알 수 있다. In the case of the second control period and the third control period, one control period includes a continuous PWM period in which the duty ratio is kept the same. That is, the duty ratios of consecutive third and fourth PWM periods included in the second control period are set to be the same, and in the third control period, the first and second PWM periods and the third and fourth PWM periods are continuous. It can be seen that the periods are set to have the same duty ratio, respectively.

이러한 경우에, 예를 들어, 상기 직전 제어주기의 PWM 주기의 듀티비가 상기 제1 제어주기의 첫번째 PWM 주기의 듀티비와 동일했다면, 각 PWM 주기의 듀티비가 모두 상기 제1 제어주기의 두번째 PWM 주기의 듀티비와 동일하게 설정된 경우(즉, 직전 제어주기보다 듀티비가 증가한 경우)에 비하여, 상기 제1 제어주기의 듀티비의 변화량은 2/4에 불과하므로 상기 전력변환장치의 출력 전류의 리플을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 제2 제어주기의 듀티비의 변화량은 1/4에 불과하며, 상기 제3 제어주기의 듀티비의 변화량은 2/4에 불과하게 되어 상기 전력변환장치의 출력 전류의 리플이 저감될 수 있다. In this case, for example, if the duty ratio of the PWM period of the previous control period was equal to the duty ratio of the first PWM period of the first control period, the duty ratio of each PWM period is all the second PWM period of the first control period. Compared to the case where the duty ratio is set to be equal to (i.e., the duty ratio is increased from the previous control period), the amount of change in the duty ratio of the first control period is only 2/4, thereby reducing the ripple of the output current of the power converter. Can be reduced. In addition, the amount of change in the duty ratio of the second control period is only 1/4, and the amount of change in the duty ratio of the third control period is only 2/4, thereby reducing the ripple of the output current of the power converter. Can be.

그러므로, 상기 PWM 제어신호 파형의 특징은, 제어부(120)가 직전의 제어주기와 비교하여, 현재의 제어주기에서 듀티비의 변화량이 감소될 수 있도록, 상기 제1 내지 제3 제어주기의 듀티비를 가변 설정하는 것이다. 즉, 제어부(120)는, 하나의 제어주기에 포함되는 각 PWM 주기의 듀티비를 동일한 변화량만큼 교대로 증가 및 감소시키거나, 하나의 제어주기에 포함되는 연속하는 PWM 주기의 듀티비가 동일하게 설정되도록 상기 PWM 제어신호의 듀티비를 가변 설정할 수 있다. 또한, 제어부(120)는, 상기 제2 제어주기와 제3 제어주기와 같이 연속하는 제어주기에서, 직전 제어주기의 마지막 PWM 주기와 현재 제어주기의 첫 번째 PWM 주기의 듀티비를 동일하게 설정할 수 있다. 이에 따라, 상기 PWM 신호의 각 제어주기의 듀티비 변화량이 감소하게 되므로, 상기 전력변환장치의 출력 전압(또는 출력 전류)의 리플을 최소화할 수 있다.
Therefore, the characteristic of the PWM control signal waveform, the duty ratio of the first to the third control period, so that the control unit 120 can reduce the amount of change in the duty ratio in the current control period compared to the previous control period. Is to set the variable. That is, the controller 120 alternately increases and decreases the duty ratio of each PWM period included in one control cycle by the same amount of change, or sets the duty ratio of consecutive PWM cycles included in one control cycle to be the same. The duty ratio of the PWM control signal may be set to vary. In addition, the control unit 120 may set the duty ratio of the last PWM period of the last control period and the first PWM period of the current control period to be the same in a continuous control period such as the second control period and the third control period. have. Accordingly, since the duty ratio change amount of each control period of the PWM signal is reduced, the ripple of the output voltage (or output current) of the power converter can be minimized.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환장치의 적용예를 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining an application example of the power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3의 (a)는 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환장치(100)가 전기자동차의 구동부에 적용되는 경우를 도시한다. 본 발명의 일실시예에 따른 전력변환장치는, 상술한 바와 같이, 전기자동차의 배터리(10)와 인버터(20)의 사이에 구비되며, 입력 전압을 승압 또는 감압하여 출력하는 일종의 전력 변환기이다. 즉, 배터리(10)로부터 출력되는 전원을 승압하여 모터(30)의 구동 전원으로써 제공하며, 전기자동차의 감속시에 모터로부터 발생되는 발전 전력을 회생하여 배터리(10)를 충전할 수 있다. 3A illustrates a case in which the power converter 100 according to an embodiment of the present invention is applied to a driving unit of an electric vehicle. The power converter according to an embodiment of the present invention, as described above, is provided between the battery 10 and the inverter 20 of the electric vehicle, is a kind of power converter for outputting the voltage boosted or reduced. That is, the power output from the battery 10 is boosted and provided as the driving power of the motor 30, and the battery 10 may be charged by regenerating generated power generated from the motor when the electric vehicle is decelerated.

도 3의 (b)는 전기자동차가 구동될 때, 전력변환장치(100)로 전달되는 출력 전류 명령을 나타낸 것이고, (c)는 (b)의 출력 전류 명령에 따른 전력변환장치(100)의 제어 게인 변화량을 나타낸 것이다. 3 (b) shows the output current command transmitted to the power converter 100 when the electric vehicle is driven, and (c) shows the power converter 100 according to the output current command of (b). The control gain variation amount is shown.

도 3을 참조하면, T1부터 T2 구간은 전기자동차의 가속으로 인하여 모터(30)의 출력이 급증하는 구간이고, T2 이후의 구간은 모터(30)의 출력이 유지되는 구간이다. 모터(30)의 출력이 급증하는 T1부터 T2 구간에서는 인버터(20)로부터 모터(30)에 공급되는 전류도 증가하여야 한다. Referring to FIG. 3, a section T1 to T2 is a section in which the output of the motor 30 rapidly increases due to the acceleration of the electric vehicle, and a section after T2 is a section in which the output of the motor 30 is maintained. The current supplied from the inverter 20 to the motor 30 must also increase in the period T1 to T2 where the output of the motor 30 rapidly increases.

이에 따라, (b)를 참조하면, T1부터 T2 구간에서는 전력변환장치(100)로 전달되는 출력 명령은 소정의 기울기를 갖고 급격하게 증가하고, T2 이후의 구간에서는 상기 출력 명령도 일정하게 유지된다. Accordingly, referring to (b), in the period T1 to T2, the output command transmitted to the power converter 100 rapidly increases with a predetermined slope, and the output command is kept constant in the period after T2. .

(c)에 도시된 전력변환장치(100)의 제어 게인을 살펴보면, T1부터 T2 구간에서는 제어 게인이 높게 설정되고, T2부터 T3 구간에서는 제어 게인이 점차적으로 감소하며, T3 이후 구간에서는 낮게 유지됨을 알 수 있다. Looking at the control gain of the power converter 100 shown in (c), the control gain is set high in the T1 to T2 section, the control gain gradually decreases in the T2 to T3 section, and is kept low in the section after T3. Able to know.

한편, 각 구간에서의 PWM 제어신호의 듀티비 조절을 살펴보면, T1부터 T2 구간과 T2부터 T3 구간에서는 전력변환장치(100)의 고출력을 위하여, 각 제어주기마다 듀티비를 조절하되, 하나의 제어주기에 포함되는 각 PWM 주기의 듀티비는 동일하게 설정하는 것이 바람직하다. T3 이후의 구간에서는, 보다 안정적인 출력을 위하여 출력 전압 및 전류의 리플을 줄일 수 있도록 도 2에 도시된 제1 내지 제3 제어주기의 파형을 적용하여 PWM 제어신호의 듀티비를 조절하는 것이 바람직하다. Meanwhile, referring to the duty ratio adjustment of the PWM control signal in each section, for the high output of the power converter 100 in the T1 to T2 section and the T2 to T3 section, the duty ratio is adjusted for each control period, but one control is performed. It is preferable to set the duty ratio of each PWM period included in the period to be the same. In the section after T3, it is preferable to adjust the duty ratio of the PWM control signal by applying waveforms of the first to third control cycles shown in FIG. 2 so as to reduce the ripple of the output voltage and current for more stable output. .

이와 같이, 본 발명에서는 전력변환장치가 적용되는 전기자동차의 구동 상태에 따라, 고출력이 요구되는 경우 또는 안정적인 출력이 요구되는 경우 등에 적합하도록 듀티비를 가변 설정할 수 있다.
As described above, according to the present invention, the duty ratio may be variably set to be suitable for a case where a high output is required or a stable output is required according to the driving state of the electric vehicle to which the power converter is applied.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 다음의 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the scope of protection of the present invention should be determined by the following claims, as well as equivalents thereof.

10 : 배터리
20 : 인버터
110 : 전압 변환부
120 : 제어부10: Battery
20: inverter
110: voltage converter
120:

Claims (4)

소정 PWM 주기를 가지는 PWM 제어신호에 따라, 입력 전압을 소정 전압으로 승압 또는 감압하는 전압 변환부;
상기 전압 변환부로부터 피드백되는 전압 및 전류에 따라, 상기 PWM 주기의 N(단, N은 2 이상의 자연수)배의 제어주기로 상기 PWM 제어신호의 듀티비를 가변하여 출력하는 제어부를 포함하는 전력변환장치.
A voltage converter configured to boost or reduce an input voltage to a predetermined voltage according to a PWM control signal having a predetermined PWM period;
And a controller for varying and outputting the duty ratio of the PWM control signal at a control period of N (where N is a natural number of 2 or more) times the PWM period according to the voltage and current fed back from the voltage converter. .
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제어주기에, 듀티비가 동일하게 설정된 연속하는 상기 PWM 주기가 포함되도록 상기 PWM 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
The apparatus of claim 1,
And outputting the PWM control signal so that the control period includes the continuous PWM period in which the duty ratio is set to be the same.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제어주기(상기 PWM 주기의 N(단, N은 2를 초과하는 자연수)배)에서, 각 PWM 주기의 듀티비가 교대로 증가 또는 감소되고, 상기 듀티비의 증가량과 감소량이 동일하게 설정되도록 상기 PWM 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.
The apparatus of claim 1,
In the control period (N (where N is a natural number greater than 2) times the PWM period), the duty ratio of each PWM period is alternately increased or decreased, and the increase amount and decrease amount of the duty ratio are set to be the same. Power conversion device for outputting a PWM control signal.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
직전 제어주기의 마지막 PWM 주기와 현재 제어주기의 첫 번째 PWM 주기의 듀티비가 동일하게 설정되는 상기 PWM 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치.

The apparatus of claim 1,
And outputting the PWM control signal in which the duty ratios of the last PWM cycle of the immediately preceding control cycle and the first PWM cycle of the current control cycle are set equal to each other.

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