KR101786610B1 - Apparatus for controlling pfc converter - Google Patents

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KR101786610B1 KR1020160072159A KR20160072159A KR101786610B1 KR 101786610 B1 KR101786610 B1 KR 101786610B1 KR 1020160072159 A KR1020160072159 A KR 1020160072159A KR 20160072159 A KR20160072159 A KR 20160072159A KR 101786610 B1 KR101786610 B1 KR 101786610B1
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배상규
홍명보
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아이에프텍(주)
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Abstract

적어도 하나의 리액터, 적어도 하나의 스위치 및 적어도 하나의 캐패시터를 포함하되 교류 전원을 입력 전원으로 상기 적어도 하나의 스위치의 온-오프 상태를 제어하여 직류 전원을 출력하는 PFC 컨버터의 제어 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 PFC 컨버터의 제어 장치는, 기준 전류와 상기 적어도 하나의 리액터에 흐르는 실제 전류의 차이값을 입력으로 상기 적어도 하나의 스위치의 온-오프 상태를 제어하는 제어 신호를 출력하는 전류 제어기 및 기 전류 제어기의 출력 신호에 상기 적어도 하나의 리액터에 의한 전압 강하를 보상하는 신호를 합하는 전압 강하 보상부를 포함한다.Disclosed is a control apparatus of a PFC converter including at least one reactor, at least one switch, and at least one capacitor, wherein an on-off state of the at least one switch is controlled by an AC power source as an input power source to output a DC power source. The controller of the PFC converter according to an embodiment of the present invention receives a difference value between a reference current and an actual current flowing through the at least one reactor and outputs a control signal for controlling the on- And a voltage drop compensation unit for summing the output signal of the current controller and the signal for compensating for the voltage drop by the at least one reactor.

Description

PFC 컨버터의 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING PFC CONVERTER}[0001] APPARATUS FOR CONTROLLING PFC CONVERTER [0002]

본 발명은 PFC 컨버터의 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ZCP(Zero Crossing Point) 영역에서 전류의 왜곡을 최소화할 수 있는 PFC 컨버터의 제어 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a control apparatus for a PFC converter, and more particularly, to a control apparatus for a PFC converter capable of minimizing current distortion in a zero crossing point (ZCP) region.

대부분의 PFC(Power Factor Correction) 컨버터는 PI 제어기를 사용하여 전류를 제어한다. 그러나, PFC 컨버터의 전류 제어에 PI 전류 제어기를 사용할 경우, 계통 전류가 ZCP(Zero Crossing Point) 부근에서 왜곡되는 문제가 발생한다. 계통 전류 왜곡은 크게 두 가지 원인으로 구분할 수 있다.Most PFC (Power Factor Correction) converters use a PI controller to control the current. However, when the PI current controller is used to control the current of the PFC converter, there arises a problem that the grid current is distorted near the ZC (zero crossing point). The system current distortion can be divided into two major causes.

계통 전류 왜곡의 첫 번째 원인은 PI 제어기의 느린 동특성이다. PI 전류 제어기의 경우 시스템의 안정도를 위해 일반적으로 스위칭 주파수의 1/20~1/10의 크기로 대역폭이 선정된다. 이렇게 선정된 전류 제어기의 대역폭은 제어기가 빠른 동특성을 갖지 못하게 한다. PI 제어기는 DC 성분을 제어하기 위한 제어기로서 AC 성분을 적절히 제어하지 못하는 단점이 있으며, PI 제어기의 느린 동특성으로 인해 제어기의 에러가 ZCP 부근에서 크게 발생하게 된다.The first cause of system current distortion is the slow dynamic characteristics of the PI controller. For the PI current controller, the bandwidth is usually chosen to be 1 / 20th to 1 / 10th of the switching frequency for system stability. The bandwidth of the selected current controller prevents the controller from having fast dynamic characteristics. The PI controller is a controller for controlling the DC component and has a disadvantage in that the AC component can not be properly controlled. Because of the slow dynamic characteristic of the PI controller, the controller error occurs largely in the vicinity of the ZCP.

계통 전류 왜곡의 두번째 원인은 PFC 컨버터의 전도 모드 변환이다. PFC 컨버터는 다른 컨버터들과 마찬가지로 DCM(Discontinuous Conduction Mode)과 CCM(Continuous Conduction Mode)으로 동작한다. 디지털 제어에서는 일반적으로 매 스위칭 사이클마다 리액터 전류의 상승값의 중간값을 센싱함으로써 평균값을 얻을 수 있다.The second cause of grid current distortion is the conduction mode conversion of the PFC converter. Like other converters, the PFC converter operates in Discontinuous Conduction Mode (DCM) and Continuous Conduction Mode (CCM). In digital control, an average value can generally be obtained by sensing the median value of the rise value of the reactor current every switching cycle.

디지털 제어의 이 같은 특징 때문에 CCM으로 동작 시 센싱 전류는 평균 전류와 동일하게 된다. 그러나, DCM 동작에서는 센싱 전류가 평균 전류와 동일하지 않게 된다는 특징이 있다. 결과적으로 일반적인 디지털 PI 전류 제어기는 DCM 동작 시 평균 전류 제어룰 수행할 수 없게 된다.Because of this feature of digital control, the sensing current is equal to the average current when operating with CCM. However, the DCM operation is characterized in that the sensing current is not the same as the average current. As a result, a typical digital PI current controller can not perform an average current control rule during DCM operation.

이에, PI 제어기로 PFC 컨버터의 전류를 제어하는데 있어 ZCP에서의 오차를 최소화할 수 있는 새로운 제어 방법에 대한 필요성이 대두되었다.Therefore, there is a need for a new control method that minimizes the error in the ZCP in controlling the current of the PFC converter with the PI controller.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 PI 제어기로 PFC 컨버터의 전류를 제어하는데 있어 ZCP에서의 왜곡을 최소화할 수 있는 PFC 컨버터 제어 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a PFC converter control method capable of minimizing distortion in a ZCP in controlling a current of a PFC converter with a PI controller.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical objects of the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical subjects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 적어도 하나의 리액터, 적어도 하나의 스위치 및 적어도 하나의 캐패시터를 포함하되 교류 전원을 입력 전원으로 상기 적어도 하나의 스위치의 온-오프 상태를 제어하여 직류 전원을 출력하는 PFC 컨버터의 제어 장치는, 기준 전류와 상기 적어도 하나의 리액터에 흐르는 실제 전류의 차이값을 입력으로 상기 적어도 하나의 스위치의 온-오프 상태를 제어하는 제어 신호를 출력하는 전류 제어기 및 상기 전류 제어기의 출력 신호에 상기 적어도 하나의 리액터에 의한 전압 강하를 보상하는 신호를 합하는 전압 강하 보상부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for controlling an on-off state of an at least one switch, the apparatus including at least one reactor, at least one switch, and at least one capacitor, The control device of the PFC converter for outputting DC power supplies a difference value between a reference current and an actual current flowing through the at least one reactor and outputs a control signal for controlling the on- And a voltage drop compensation unit for summing the output signal of the current controller and the signal for compensating for the voltage drop by the at least one reactor.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전류 제어기는, 기준 전류와 리액터에 흐르는 실제 전류의 차이값에 기 설정된 적분 이득을 곱한값을 적분한 값과 기준 전류와 리액터에 흐르는 실제 전류의 차이값에 기 설정된 비례 이득을 곱한 값을 합한 값을 출력하는 비례적분 제어부, 상기 비례적분 제어부의 출력값으로 듀티값을 생성하는 듀티 생성부 및 상기 리액터의 의한 전압 강하를 보상하는 신호가 반영된 상기 듀티값과 삼각파를 비교하여 상기 적어도 하나의 스위치의 온-오프 제어 상태를 제어하는 제어 신호를 생성하는 비교기를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the current controller calculates a difference between a value obtained by multiplying a difference between a reference current and an actual current flowing through the reactor by a predetermined integration gain, a difference between a reference current and an actual current flowing through the reactor A duty generator for generating a duty value as an output value of the proportional-plus-integral control unit, and a multiplier for multiplying the duty value reflecting the signal for compensating for the voltage drop by the reactor and the duty- And a comparator for generating a control signal for controlling the ON / OFF control state of the at least one switch.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전압 강하 보상부는,

Figure 112017047161427-pat00001
에 의해 산출된 값을 상기 듀티 생성부의 출력 신호에 합할 수 있다. 여기에서, Vout, ref은 PFC 컨버터의 기준 출력 전압, 220V* sinθ는 입력 AC 전압, im 은 리액터의 최대전류이다.According to an embodiment of the present invention, the voltage drop compensation unit includes:
Figure 112017047161427-pat00001
Can be added to the output signal of the duty generator. Here, V out, ref is the reference output voltage of the PFC converter, 220V * sin θ is the input AC voltage, and i m is the maximum current of the reactor.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전압 강하 보상부는,

Figure 112016055750272-pat00002
에 의해 산출된 값을 상기 듀티 생성부의 출력 신호에 합할 수 있다. 여기에서, Vout , ref은 PFC 컨버터의 기준 출력 전압, 220V* sinθ는 입력 AC 전압, Tsample은 리액터에 흐르는 실제 전류를 샘플링하는 시간 간격, iL, ref는 리액터의 기준 전류, iL, real은 리액터에 흐르는 실제 전류를 의미한다.According to an embodiment of the present invention, the voltage drop compensation unit includes:
Figure 112016055750272-pat00002
Can be added to the output signal of the duty generator. Where V out , ref is the reference output voltage of the PFC converter, 220V * sin θ is the input AC voltage, T sample is the time interval for sampling the actual current flowing through the reactor, i L, ref is the reference current of the reactor , real means the actual current flowing through the reactor.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전압 강하 보상부는,

Figure 112017047161427-pat00003
에 의해 산출된 값을 상기 듀티 생성부의 출력 신호에 합할 수 있다. 여기에서, Vout, ref는 PFC 컨버터의 기준 출력 전압, 220V*sinθ는 입력 AC 전압, N1 및 N2는 소정의 가중치,
Figure 112017047161427-pat00004
,
Figure 112017047161427-pat00005
이다. 여기서 im 은 리액터의 최대전류이다.According to an embodiment of the present invention, the voltage drop compensation unit includes:
Figure 112017047161427-pat00003
Can be added to the output signal of the duty generator. Here, V out, ref is the reference output voltage of the PFC converter, 220V * sinθ is input AC voltage, N 1 and N 2 are predetermined weight,
Figure 112017047161427-pat00004
,
Figure 112017047161427-pat00005
to be. Where i m is the maximum current of the reactor.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 PFC 컨버터의 제어 장치에 따르면, 리액터에 의한 전압 강하를 보상함으로써, PFC 컨버터가 DCM 모드로 동작하여 발생하는 ZCP 영역에서의 전류 왜곡을 최소화할 수 있다는 효과를 달성할 수 있다.According to the controller of the PFC converter according to the above-described embodiment of the present invention, the voltage drop due to the reactor is compensated, thereby minimizing the current distortion in the ZCP region generated by the PFC converter operating in the DCM mode Can be achieved.

도 1은 PFC 컨버터 및 PFC 컨버터 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PFC 컨버터의 제어 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 제어기의 구조 및 전류 제어기의 출력값에 리액터에 의한 전압 강하분을 반영하는 구체적인 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 리액터의 전압 강하를 보상하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 방법을 동시에 이용하여 리액터에 의한 전압 강하 보상분을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a PFC converter and a PFC converter control apparatus.
2 is a block diagram illustrating a control apparatus for a PFC converter according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates a structure of a current controller according to an embodiment of the present invention and a specific method for reflecting a voltage drop due to a reactor in an output value of the current controller.
4 is a view for explaining a method of compensating a voltage drop of a reactor according to another embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a method of calculating a voltage drop compensation amount by a reactor using a plurality of methods simultaneously according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

또한, 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함될 수 있다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Also, the singular forms herein may include plural forms unless specifically stated in the text. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.

도 1은 PFC 컨버터 및 PFC 컨버터 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a PFC converter and a PFC converter control apparatus.

도 1의 하단에 도시된 회로도는 PFC 컨버터의 등가회로를 나타낸다. PFC 컨버터 등가회로에서 스위치(130)가 턴-온 되면 전류는 AC 전압(110)-리액터(120)-스위치(130) 경로로 흐르게 된다. 이 과정에서 리액터(120)에 에너지가 저장된다.The circuit diagram shown in the lower part of Fig. 1 shows an equivalent circuit of the PFC converter. When the switch 130 is turned on in the PFC converter equivalent circuit, the current flows to the AC voltage 110 - reactor 120 - switch 130 path. In this process, energy is stored in the reactor 120.

반면, 스위치(130)가 턴-오프 되면 전류는 AC 전압(110)-인버터(120)-캐패시터(140) 경로로 흐르게 된다. 이 과정에서 리액터(120)에 저장된 에너지가 캐패시터(140)에 전달되고, 캐패시터(140)에 전달된 에너지는 DC 형태로 부하(150)에 전달된다.On the other hand, when the switch 130 is turned off, the current flows to the path of the AC voltage 110 - the inverter 120 - the capacitor 140. In this process, the energy stored in the reactor 120 is transferred to the capacitor 140, and the energy transferred to the capacitor 140 is transferred to the load 150 in a DC form.

PFC 컨버터의 제어 장치(200)는 DC 전압을 피드백 받아 기준 전류의 크기를 결정함으로써 출력 전압을 제어하는 전압 제어기(210) 및 AC 전압(110)을 이용하여 전류를 필요한 크기의 정현파 형태로 제어해주는 전류 제어기(220)를 포함한다.The controller 200 of the PFC converter includes a voltage controller 210 that controls the output voltage by determining the magnitude of the reference current by receiving the DC voltage, and a controller 220 that controls the current in the form of a sinusoidal wave of a required magnitude using the AC voltage 110 And a current controller 220.

구체적으로, 전류 제어기(220)에 기준 전류와 실제 리액터(120)에 흐르는 전류와의 오차값을 입력하면 전류 제어기(220)가 PI 제어를 통해 출력을 만들어 내고 그 출력값은 비교기를 거쳐 소정의 듀티비 만큼 스위치(130)를 온-오프 시키는데 이용된다. 상술한 제어를 통해 리액터에 흐르는 전류가 기준 전류에 수렴하도록 할 수 있다.Specifically, when an error value between the reference current and the current flowing in the actual reactor 120 is input to the current controller 220, the current controller 220 generates an output through the PI control, And is used to turn the switch 130 on and off. The current flowing in the reactor can be converged to the reference current through the above-described control.

한편, 상술한 PI 제어는 리액터(120)의 센싱 전류 값이 평균 전류 값과 동일하다는 가정하에서 이루어진다. 그러나, PFC 컨버터의 경우 CCM 모드에서만 센싱 전류 값이 평균 전류 값과 동일하고 DCM 모드에서는 센싱 전류 값이 평균 전류 값과 동일하지 않다는 특징이 있다.On the other hand, the PI control described above is performed under the assumption that the sensing current value of the reactor 120 is equal to the average current value. However, in the case of the PFC converter, the sensing current value is the same as the average current value only in the CCM mode, and the sensing current value in the DCM mode is not the same as the average current value.

이에, ZCP(Zero Crossing Point)에서 오차가 발생하는바, 본 발명의 일 실시예에 따른 PFC 컨버터 제어 방법은 리액터(120)에 의한 전압 강하를 보상하여 ZCP에서 오차를 최소화할 수 있다.As a result, an error occurs in the zero crossing point (ZCP), so that the PFC converter control method according to an embodiment of the present invention can minimize the error in the ZCP by compensating the voltage drop by the reactor 120. [

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PFC 컨버터의 제어 장치를 도시한 도면이다.2 is a block diagram illustrating a control apparatus for a PFC converter according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 다른 PFC 컨버터 제어 블럭도는 전압 제어기(210) 및 전류 제어기(220)를 포함한다. 전압 제어기(210)의 동작은 상술한 도 1에서 설명한 바와 같으므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.Another PFC converter control block diagram according to an embodiment of the present invention includes a voltage controller 210 and a current controller 220. The operation of the voltage controller 210 is the same as that described above with reference to FIG. 1, so that redundant description will be omitted.

전류 제어기(220)는 기준 전류와 리액터에 실제 흐르는 전류의 차이값을 입력으로 스위치의 온-오프 상태를 제어하는 제어 신호를 출력한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 제어기(220)는 PI(Proportional-Integrator) 제어를 수행할 수 있다. The current controller 220 outputs a control signal for controlling the ON / OFF state of the switch by inputting the difference between the reference current and the current flowing in the reactor. The current controller 220 according to an embodiment of the present invention may perform PI (Proportional-Integrator) control.

전압 강하 보상부(230)는 전류 제어기(220)의 출력 신호에 리액터에 의한 전압 강하는 보상하는 신호를 생성다. 이는, 리액터에 의한 전압 강하를 보상하여 ZCP 영역에서 발생되는 오차를 최소화하기 위함이다.The voltage drop compensation unit 230 generates a signal for compensating the voltage drop due to the reactor to the output signal of the current controller 220. [ This is to compensate the voltage drop caused by the reactor to minimize the error generated in the ZCP region.

이하에서는, 전류 제어기(220)의 구체적인 구조 및 전압 강하 보상부(230)의 동작을 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the specific structure of the current controller 220 and the operation of the voltage drop compensation unit 230 will be described in detail.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 제어기의 구조 및 전류 제어기의 출력값에 리액터에 의한 전압 강하분을 반영하는 구체적인 방법에 대해 설명하도록 한다.3 illustrates a structure of a current controller according to an embodiment of the present invention and a specific method for reflecting a voltage drop due to a reactor in an output value of the current controller.

본 발명의 일 실시예에 따른 전류 제어기(220)는 비례적분 제어부(221), 듀티 생성부(222) 및 비교기(223)를 포함한다.The current controller 220 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a proportional integral controller 221, a duty generator 222, and a comparator 223.

비례적분 제어부(221)는 기준 전류와 리액터에 흐르는 실제 전류의 차이값에 기 설정된 적분 이득을 곱한값을 적분한 값과 기준 전류와 리액터에 흐르는 실제 전류의 차이값에 기 설정된 비례 이득을 곱한 값을 합한 값을 출력한다.The proportional-plus-integral control unit 221 multiplies the difference between the reference current and the actual current flowing through the reactor by a predetermined integration gain, multiplies the difference between the reference current and the actual current flowing through the reactor by a predetermined proportional gain Is output.

듀티 생성부(222)는 비례적분 제어부(221)의 출력값으로 스위치를 제어하기 위한 듀티값을 생성한다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀티 생성부(222)는 비례적분 제어부(221)의 듀티값에 1/Vin을 곱하여(Vin은 입력 AC 전압) 듀티값이 생성할 수 있다.The duty generation unit 222 generates a duty value for controlling the switch as an output value of the proportional integral control unit 221. [ Specifically, the duty generator 222 according to an embodiment of the present invention can generate the duty value of the proportional-plus-integral control unit 221 by multiplying 1 / V in (V in is the input AC voltage) duty value.

전압 강하 보상부(230)는 리액터에 의한 전압 강하를 보상하는 신호를 듀티 생성부(222)의 출력값에 합한다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 강하 보상부(230)는 다음과 같은 수식을 통해 리액터에 의한 전압 강하를 보상하는 신호를 생성할 수 있다.The voltage drop compensating unit 230 adds a signal for compensating for the voltage drop by the reactor to the output value of the duty generating unit 222. Specifically, the voltage drop compensation unit 230 according to the embodiment of the present invention can generate a signal for compensating for the voltage drop by the reactor through the following equation.

Figure 112016055750272-pat00006
Figure 112016055750272-pat00006

여기에서, Vout , ref은 PFC 컨버터의 기준 출력 전압, 220V* sin*θ는 입력 AC 전압, VL은 리액터에 인가되는 전압을 의미한다.Where V out , ref is the reference output voltage of the PFC converter, 220V * sin * θ is the input AC voltage, and V L is the voltage applied to the reactor.

인버터에 인가되는 전압 VL은 다음과 같은 수식에 의해 계산될 수 있다.The voltage V L applied to the inverter can be calculated by the following equation.

Figure 112016055750272-pat00007
Figure 112016055750272-pat00007

비교기(223)는 전압 강하 보상부(230)의 출력값과 삼각파(Carrier)를 비교하여 스위치를 제어할 수 있는 신호를 출력한다.The comparator 223 compares the output of the voltage drop compensator 230 with a triangular wave and outputs a signal capable of controlling the switch.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 PFC 컨버터의 제어 장치(200)에 따르면, 리액터에 의한 전압 강하를 보상함으로써, PFC 컨버터가 DCM 모드로 동작하여 발생하는 ZCP 영역에서의 전류 왜곡을 최소화할 수 있다는 효과를 달성할 수 있다.According to the control device 200 of the PFC converter according to the embodiment of the present invention, the voltage drop due to the reactor is compensated to minimize the current distortion in the ZCP region generated by the PFC converter operating in the DCM mode Can be achieved.

본 발명의 일 실시예에 따른 전압 강하 보상부(230)는 상술한 수학식 1에서 산출된 값을 이용하여 리액터의 전압강하를 보상하는 방법 외에 다른 방법을 이용할 수도 있다.The voltage drop compensation unit 230 according to the embodiment of the present invention may use a method other than the method of compensating the voltage drop of the reactor using the value calculated in Equation (1).

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 리액터의 전압 강하를 보상하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a method of compensating a voltage drop of a reactor according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 전압 강하 보상부(230)는 도 3에서 설명한 방법 외에 다른 수식을 이용하여 리액터에 의한 전압 강하를 보상하는 신호를 생성할 수 있다.The voltage drop compensation unit 230 according to the embodiment of the present invention can generate a signal for compensating for the voltage drop due to the reactor by using an equation other than the method described with reference to FIG.

즉, 인버터에 의한 전압 강하를 다음과 같은 수식에 의해 산출할 수 있다.That is, the voltage drop by the inverter can be calculated by the following equation.

Figure 112016055750272-pat00008
Figure 112016055750272-pat00008

여기에서, Tsample은 리액터에 흐르는 실제 전류를 샘플링하는 시간 간격, iL, ref는 리액터의 기준 전류, IL, real은 리액터에 흐르는 실제 전류를 의미한다.Where T sample is the time interval for sampling the actual current flowing through the reactor, i L, ref is the reference current of the reactor, and I L, real is the actual current flowing through the reactor.

수학식 3에 따라 리액터에 인가되는 전압을 계산하면, 리액터에 의한 전압 강하를 보상하는 수학식 1은 다음과 같이 표현된다.Calculating the voltage applied to the reactor according to equation (3), equation (1) for compensating the voltage drop by the reactor is expressed as:

Figure 112016055750272-pat00009
Figure 112016055750272-pat00009

이에, 샘플링 시간을 제어해가며 보다 정확한 전압 강하 보상분을 계산할 수 있게 된다.Therefore, it is possible to calculate a more accurate voltage drop compensation by controlling the sampling time.

한편, 본 발명의 일 실시예에 다른 전압 강하 보상부는 상술한 도 3 및 도 4에서 설명한 방법을 함께 이용하여 리액터에 의한 전압 강하 보상분을 산출할 수도 있다.Meanwhile, the voltage drop compensation unit according to an embodiment of the present invention may also calculate the voltage drop compensation amount by the reactor using the methods described above with reference to FIG. 3 and FIG.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 방법을 동시에 이용하여 리액터에 의한 전압 강하 보상분을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a method of calculating a voltage drop compensation amount by a reactor using a plurality of methods simultaneously according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 전압 강하 보상부(230)는 서로 다른 복수의 방법으로 리액터에 인가되는 전압을 계산하되, 각 방법에 의해 산출된 값에 가중치를 반영하여 전압 강하 보상분을 산출할 수 있다.The voltage drop compensation unit 230 according to an embodiment of the present invention calculates the voltage applied to the reactor by a plurality of different methods, and calculates the voltage drop compensation amount by reflecting the weight to the value calculated by each method .

구체적으로, 전압 강하 보상부(230)는 다음과 같은 수식으로 리액터에 의한 전압 강하 보상분을 계산할 수 있다.Specifically, the voltage drop compensation unit 230 can calculate the voltage drop compensation amount by the reactor by the following equation.

Figure 112016055750272-pat00010
Figure 112016055750272-pat00010

여기에서, N1 및 N2는 소정의 가중치,

Figure 112016055750272-pat00011
,
Figure 112016055750272-pat00012
이다. 또한, N1과 N2 각각은 0이상 1이하의 값을 가지며 N1+N2는 1이 되도록 설정될 수 있다.Here, N 1 and N 2 are predetermined weight values,
Figure 112016055750272-pat00011
,
Figure 112016055750272-pat00012
to be. In addition, each of N 1 and N 2 may have a value of 0 or more and 1 or less, and N 1 + N 2 may be set to be 1.

리액터에 인가되는 전압의 크기를 산출하는데 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 다양한 방법이 적용될 수 있는바, 보다 정확한 값을 산출하기 위해 서로 다른 방법을 적용하여 리액터에 인가되는 전압의 크기를 산출하되 각 결과값에 서로 다른 가중치를 적용하는 것이다.As shown in FIGS. 3 and 4, various methods can be applied to calculate the magnitude of the voltage applied to the reactor. To calculate more accurate values, different methods are applied to calculate the magnitude of the voltage applied to the reactor We apply different weights to each result.

예를 들어, 도 3에 도시한 방법으로 산출한 값이 더 정확한 경우 N1을 N2 보다 높게 설정하고, 반대로 도 4에 도시한 방법으로 산출한 값이 더 정확한 경우 N2를 N1보다 높게 설정하는 것이다.For example, if the value calculated by the method shown in FIG. 3 is more accurate, N1 is set to be higher than N2, and conversely, if the value calculated by the method shown in FIG. 4 is more accurate, N2 is set to be higher than N1.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 PFC 컨버터의 제어 방법에 따르면, 리액터에 의한 전압 강하를 보상함으로써 ZCP 영역에서 발생되는 전류 오차를 최소화할 수 있다는 효과를 달성할 수 있다.According to the control method of the PFC converter according to the embodiment of the present invention, the voltage drop caused by the reactor can be compensated to minimize the current error generated in the ZCP region.

본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed methods should be considered from an illustrative point of view, not from a restrictive point of view. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

Claims (5)

삭제delete 삭제delete 적어도 하나의 리액터, 적어도 하나의 스위치 및 적어도 하나의 캐패시터를 포함하되 교류 전원을 입력 전원으로 상기 적어도 하나의 스위치의 온-오프 상태를 제어하여 직류 전원을 출력하는 PFC 컨버터의 제어 장치에 있어서,
기준 전류와 상기 적어도 하나의 리액터에 흐르는 실제 전류의 차이값을 입력으로 상기 적어도 하나의 스위치의 온-오프 상태를 제어하는 제어 신호를 출력하는 전류 제어기; 및
상기 전류 제어기의 출력 신호에 상기 적어도 하나의 리액터에 의한 전압 강하를 보상하는 신호를 합하는 전압 강하 보상부를 포함하고,
상기 전류 제어기는,
기준 전류와 리액터에 흐르는 실제 전류의 차이값에 기 설정된 적분 이득을 곱한값을 적분한 값과 기준 전류와 리액터에 흐르는 실제 전류의 차이값에 기 설정된 비례 이득을 곱한 값을 합한 값을 출력하는 비례적분 제어부;
상기 비례적분 제어부의 출력값으로 듀티값을 생성하는 듀티 생성부; 및
상기 리액터의 의한 전압 강하를 보상하는 신호가 반영된 상기 듀티값과 삼각파를 비교하여 상기 적어도 하나의 스위치의 온-오프 제어 상태를 제어하는 제어 신호를 생성하는 비교기를 포함하며,
상기 전압 강하 보상부는,
Figure 112017047161427-pat00013

에 의해 산출된 값을 상기 듀티 생성부의 출력 신호에 합하는 PFC 컨버터의 제어 장치.
여기에서, Vout, ref은 PFC 컨버터의 기준 출력 전압, 220V* sinθ는 입력 AC 전압, im 은 리액터의 최대전류임.1. A controller of a PFC converter including at least one reactor, at least one switch, and at least one capacitor, wherein an on-off state of the at least one switch is controlled by an AC power source as an input power source to output a DC power source,
A current controller for outputting a control signal for controlling on-off state of the at least one switch by inputting a difference value between a reference current and an actual current flowing through the at least one reactor; And
And a voltage drop compensation unit for summing the output signal of the current controller with a signal for compensating for a voltage drop due to the at least one reactor,
Wherein the current controller comprises:
A proportional value that is a sum of a value obtained by integrating the difference between the reference current and the actual current flowing through the reactor multiplied by a predetermined integral gain and a difference between the reference current and the actual current flowing through the reactor multiplied by a predetermined proportional gain An integral control unit;
A duty generator for generating a duty value as an output value of the proportional plus integral controller; And
And a comparator for generating a control signal for controlling the ON / OFF control state of the at least one switch by comparing the duty value reflecting the signal for compensating the voltage drop by the reactor with the triangular wave,
Wherein the voltage drop compensator comprises:
Figure 112017047161427-pat00013

To the output signal of the duty ratio generation unit.
Here, V out, ref is the reference output voltage of the PFC converter, 220V * sin θ is the input AC voltage, and i m is the maximum current of the reactor. 적어도 하나의 리액터, 적어도 하나의 스위치 및 적어도 하나의 캐패시터를 포함하되 교류 전원을 입력 전원으로 상기 적어도 하나의 스위치의 온-오프 상태를 제어하여 직류 전원을 출력하는 PFC 컨버터의 제어 장치에 있어서,
기준 전류와 상기 적어도 하나의 리액터에 흐르는 실제 전류의 차이값을 입력으로 상기 적어도 하나의 스위치의 온-오프 상태를 제어하는 제어 신호를 출력하는 전류 제어기; 및
상기 전류 제어기의 출력 신호에 상기 적어도 하나의 리액터에 의한 전압 강하를 보상하는 신호를 합하는 전압 강하 보상부를 포함하고,
상기 전류 제어기는,
기준 전류와 리액터에 흐르는 실제 전류의 차이값에 기 설정된 적분 이득을 곱한값을 적분한 값과 기준 전류와 리액터에 흐르는 실제 전류의 차이값에 기 설정된 비례 이득을 곱한 값을 합한 값을 출력하는 비례적분 제어부;
상기 비례적분 제어부의 출력값으로 듀티값을 생성하는 듀티 생성부; 및
상기 리액터의 의한 전압 강하를 보상하는 신호가 반영된 상기 듀티값과 삼각파를 비교하여 상기 적어도 하나의 스위치의 온-오프 제어 상태를 제어하는 제어 신호를 생성하는 비교기를 포함하며,
상기 전압 강하 보상부는,
Figure 112017047161427-pat00014

에 의해 산출된 값을 상기 듀티 생성부의 출력 신호에 합하는 PFC 컨버터의 제어 장치.
여기에서, Vout, ref은 PFC 컨버터의 기준 출력 전압, 220V* sinθ는 입력 AC 전압, Tsample은 리액터에 흐르는 실제 전류를 샘플링하는 시간 간격, iL, ref는 리액터의 기준 전류, iL, real은 리액터에 흐르는 실제 전류를 의미함.1. A controller of a PFC converter including at least one reactor, at least one switch, and at least one capacitor, wherein an on-off state of the at least one switch is controlled by an AC power source as an input power source to output a DC power source,
A current controller for outputting a control signal for controlling on-off state of the at least one switch by inputting a difference value between a reference current and an actual current flowing through the at least one reactor; And
And a voltage drop compensation unit for summing the output signal of the current controller with a signal for compensating for a voltage drop due to the at least one reactor,
Wherein the current controller comprises:
A proportional value that is a sum of a value obtained by integrating the difference between the reference current and the actual current flowing through the reactor multiplied by a predetermined integral gain and a difference between the reference current and the actual current flowing through the reactor multiplied by a predetermined proportional gain An integral control unit;
A duty generator for generating a duty value as an output value of the proportional plus integral controller; And
And a comparator for generating a control signal for controlling the ON / OFF control state of the at least one switch by comparing the duty value reflecting the signal for compensating the voltage drop by the reactor with the triangular wave,
Wherein the voltage drop compensator comprises:
Figure 112017047161427-pat00014

To the output signal of the duty ratio generation unit.
Where V out, ref is the reference output voltage of the PFC converter, 220V * sin θ is the input AC voltage, T sample is the time interval for sampling the actual current flowing through the reactor, i L, ref is the reference current of the reactor , real is the actual current flowing through the reactor. 적어도 하나의 리액터, 적어도 하나의 스위치 및 적어도 하나의 캐패시터를 포함하되 교류 전원을 입력 전원으로 상기 적어도 하나의 스위치의 온-오프 상태를 제어하여 직류 전원을 출력하는 PFC 컨버터의 제어 장치에 있어서,
기준 전류와 상기 적어도 하나의 리액터에 흐르는 실제 전류의 차이값을 입력으로 상기 적어도 하나의 스위치의 온-오프 상태를 제어하는 제어 신호를 출력하는 전류 제어기; 및
상기 전류 제어기의 출력 신호에 상기 적어도 하나의 리액터에 의한 전압 강하를 보상하는 신호를 합하는 전압 강하 보상부를 포함하고,
상기 전류 제어기는,
기준 전류와 리액터에 흐르는 실제 전류의 차이값에 기 설정된 적분 이득을 곱한값을 적분한 값과 기준 전류와 리액터에 흐르는 실제 전류의 차이값에 기 설정된 비례 이득을 곱한 값을 합한 값을 출력하는 비례적분 제어부;
상기 비례적분 제어부의 출력값으로 듀티값을 생성하는 듀티 생성부; 및
상기 리액터의 의한 전압 강하를 보상하는 신호가 반영된 상기 듀티값과 삼각파를 비교하여 상기 적어도 하나의 스위치의 온-오프 제어 상태를 제어하는 제어 신호를 생성하는 비교기를 포함하며,
상기 전압 강하 보상부는,
Figure 112017047161427-pat00015

에 의해 산출된 값을 상기 듀티 생성부의 출력 신호에 합하는 PFC 컨버터의 제어 장치.
여기에서, Vout, ref는 PFC 컨버터의 기준 출력 전압, 220V*sinθ는 입력 AC 전압, N1 및 N2는 소정의 가중치,
Figure 112017047161427-pat00016
,
Figure 112017047161427-pat00017
, im 은 리액터의 최대전류임.1. A controller of a PFC converter including at least one reactor, at least one switch, and at least one capacitor, wherein an on-off state of the at least one switch is controlled by an AC power source as an input power source to output a DC power source,
A current controller for outputting a control signal for controlling on-off state of the at least one switch by inputting a difference value between a reference current and an actual current flowing through the at least one reactor; And
And a voltage drop compensation unit for summing the output signal of the current controller with a signal for compensating for a voltage drop due to the at least one reactor,
Wherein the current controller comprises:
A proportional value which is a sum of a value obtained by multiplying the difference between the reference current and the actual current flowing through the reactor multiplied by a preset integral gain and a value obtained by multiplying the difference between the reference current and the actual current flowing through the reactor multiplied by a predetermined proportional gain An integral control unit;
A duty generator for generating a duty value as an output value of the proportional plus integral controller; And
And a comparator for generating a control signal for controlling the ON / OFF control state of the at least one switch by comparing the duty value reflecting the signal for compensating the voltage drop by the reactor with the triangular wave,
Wherein the voltage drop compensator comprises:
Figure 112017047161427-pat00015

To the output signal of the duty ratio generation unit.
Here, V out, ref is the reference output voltage of the PFC converter, 220V * sinθ is input AC voltage, N 1 and N 2 are predetermined weight,
Figure 112017047161427-pat00016
,
Figure 112017047161427-pat00017
, i m is the maximum current of the reactor.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060119337A1 (en) 2004-06-28 2006-06-08 Toshio Takahashi High frequency partial boost power factor correction control circuit and method
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