KR101804773B1 - Ac-dc converter circuit with ripple eliminating function - Google Patents

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KR101804773B1 KR1020160073823A KR20160073823A KR101804773B1 KR 101804773 B1 KR101804773 B1 KR 101804773B1 KR 1020160073823 A KR1020160073823 A KR 1020160073823A KR 20160073823 A KR20160073823 A KR 20160073823A KR 101804773 B1 KR101804773 B1 KR 101804773B1
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이동춘
누옌황부
최익찬
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영남대학교 산학협력단
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    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
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    • H02M1/126Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters

Abstract

An AC-DC converter circuit having a ripple eliminating function is disclosed. The AC-DC converter circuit having a ripple eliminating function according to an embodiment of the present invention includes a converter for converting the voltage of an AC input power source into a DC voltage, a DC link capacitor connected in parallel with the output terminal of the converter, a ripple eliminating part connected in parallel with the DC link capacitor and eliminating harmonic ripple generated in the DC link capacitor, a first controller for controlling the converter using pulse width modulation (PWM), and a second control part for controlling the ripple eliminating part such that the harmonic ripple is bypassed by the ripple eliminating part.

Description

리플 제거 기능을 구비한 교류-직류 컨버터 회로{AC-DC CONVERTER CIRCUIT WITH RIPPLE ELIMINATING FUNCTION}[0001] AC-DC CONVERTER CIRCUIT WITH RIPPLE ELIMINATING FUNCTION WITH RIPPLE REMOVING FUNCTION [0002]

본 발명의 실시예들은 교류-직류 컨버터의 리플을 제거하기 위한 기술과 관련된다.Embodiments of the present invention relate to techniques for removing ripples in an AC-DC converter.

직류 전력을 공급하는 가장 간단한 AC-DC 컨버터 토폴로지는 풀브리지 다이오드 정류기이나, 전원전류의 큰 고조파 발생 및 낮은 역률 등의 단점을 가진다.The simplest AC-DC converter topology that supplies DC power is a full bridge diode rectifier, but it has drawbacks such as high harmonic generation of power supply current and low power factor.

이를 해결하기 위해 역률 보정 회로를 추가하는데, 리플과 컨버터의 부피를 줄이기 위해 높은 스위칭 주파수가 필요하게 되며, 이에 따라 스위칭 손실이 증가하게 된다.To solve this problem, a power factor correction circuit is added. In order to reduce the volume of the ripple and the converter, a high switching frequency is required, thereby increasing the switching loss.

이를 개선하고자 2개의 다이오드와 2개의 전력용 소자로 구성된 브리지리스 역률보정 승압형 컨버터가 사용된다. 다만, 교류 전압이 직류 전압으로 변환되는 과정에서 기본파 주파수의 2배의 리플 성분이 발생한다는 문제가 여전히 존재한다.To improve this, a bridgeless power factor correction step-up converter consisting of two diodes and two power devices is used. However, there still exists a problem that a ripple component twice the fundamental frequency occurs in the process of converting the AC voltage into the DC voltage.

이는, 컨버터에 전기적인 스트레스를 유발하여 시스템에 악영향을 미치게 되며, 이러한 리플 성분을 제거하기 위해 에너지 버퍼로서 큰 용량의 전해 커패시터를 사용할 수 있으나 부피와 무게가 크고 수명이 짧다는 문제점이 있다.This causes electrical stress to the converter, which adversely affects the system. Although a large capacity electrolytic capacitor can be used as an energy buffer to remove such ripple components, there is a problem of a large volume, a large weight and a short life span.

공개특허공보 제10-2015-0117330 (2015.10.20.)Patent Document 10-2015-0117330 (Oct. 20, 2015)

본 발명의 실시예들은 펄스 폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation) 기법을 사용하는 교류-직류 컨버터에서 발생하는 고조파 리플이 제거된 회로를 제공하기 위한 것이다.Embodiments of the present invention provide a circuit in which harmonic ripple generated in an AC-DC converter using a pulse width modulation (PWM) technique is eliminated.

본 발명의 일 실시예에 따른 교류-직류 컨버터 회로는, 교류 입력 전원의 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터, 상기 컨버터의 출력단과 병렬 연결된 직류 링크 커패시터, 상기 직류 링크 커패시터와 병렬 연결되어 상기 직류 링크 커패시터에서 발생하는 고조파 리플을 제거하는 리플 제거부, 펄스 폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation) 기법을 이용하여 상기 컨버터를 제어하는 제1 제어부, 및 상기 고조파 리플이 상기 리플 제거부로 바이패스되도록 상기 리플 제거부를 제어하는 제2 제어부를 포함한다.The AC-DC converter circuit according to an embodiment of the present invention includes a converter for converting a voltage of an AC input power source into a DC voltage, a DC link capacitor connected in parallel to an output terminal of the converter, a DC link capacitor connected in parallel with the DC link capacitor, A first controller for controlling the converter using ripple removal and pulse width modulation (PWM) techniques for eliminating harmonic ripple occurring in the capacitor, and a second controller for controlling the harmonics ripple to be bypassed by the ripple removal And a second control unit for controlling the ripple removing unit.

상기 직류 링크 커패시터는, 상기 변환된 직류 전압으로 충전되고, 부하와 병렬로 연결되어 방전될 수 있다.The DC link capacitor may be charged with the converted DC voltage and discharged in parallel with the load.

상기 컨버터는, 단상 PWM 컨버터일 수 있다.The converter may be a single-phase PWM converter.

상기 리플 제거부는, 상기 직류 링크 커패시터와 병렬 연결된 제1 스위칭 소자(S3), 상기 제1 스위칭 소자에 직렬 연결된 제2 스위칭 소자(S4), 상기 제2 스위칭 소자에 병렬 연결된 인덕터(Lr), 및 상기 인덕터에 직렬 연결된 커패시터(Cr)를 포함할 수 있다.The ripple removing unit includes a first switching device S3 connected in parallel to the DC link capacitor, a second switching device S4 connected in series to the first switching device, an inductor L r connected in parallel to the second switching device, And a capacitor (C r ) connected in series to the inductor.

상기 리플 제거부는, 상기 커패시터의 충전시 벅 컨버터(buck converter)로 동작하고, 상기 커패시터의 방전시 부스트 컨버터(boost converter)로 동작하는 벅-부스트 컨버터일 수 있다.The ripple rejection unit may be a buck-boost converter that operates as a buck converter when charging the capacitor and operates as a boost converter when discharging the capacitor.

상기 제2 제어부는, 상기 커패시터(Cr)가 충전 또는 방전되도록 상기 제1 스위칭 소자(S3) 및 상기 제2 스위칭 소자(S4)의 동작을 제어할 수 있다.The second control unit may control operations of the first switching device S3 and the second switching device S4 so that the capacitor Cr is charged or discharged.

상기 제2 제어부는, 상기 고조파 리플에 의해 상기 커패시터(Cr)가 충전되도록 상기 제2 스위칭 소자(S4)를 오프(off)상태로 제어하고, PWM 기법을 이용하여 상기 제1 스위칭 소자(S1)의 동작을 제어할 수 있다.The second control unit, the second switching element (S4) and controls the in-off (off) state, using the PWM method of the first switching element (S1 by the harmonic ripple to charge the said capacitor (C r) Can be controlled.

상기 제2 제어부는, 상기 커패시터(Cr)가 방전되도록 제1 스위칭 소자(S3)를 오프상태로 제어하고, PWM 기법을 이용하여 제2 스위칭 소자(S4)의 동작을 제어할 수 있다.The second control unit may control the first switching device S3 to be in the off state so that the capacitor C r is discharged and the operation of the second switching device S4 using the PWM technique.

상기 제2 제어부는, 상기 고조파 리플을 제거하기 위해 상기 제1 스위칭 소자(S3) 및 상기 제2 스위칭 소자(S4) 동작의 온/오프 비율인 듀티비를 산출하고, 상기 듀티비에 따라 상기 제1 스위칭 소자(S3) 및 상기 제2 스위칭 소자(S4)의 동작을 제어할 수 있다.The second control unit may calculate a duty ratio that is an on / off ratio of the operation of the first switching device (S3) and the second switching device (S4) to remove the harmonic ripple, 1 switching element S3 and the second switching element S4 can be controlled.

상기 제2 제어부는, 상기 고조파 리플을 제거하기 위한 보상 전류(ir *), 직류 링크 커패시터의 전압 및 상기 커패시터(Cr)의 전압(Vr)에 기초하여, 상기 듀티비를 산출할 수 있다.The second controller may calculate the duty ratio based on the compensation current (i r * ) for removing the harmonic ripple, the voltage of the DC link capacitor, and the voltage (V r ) of the capacitor (C r ) have.

상기 제2 제어부는, 상기 컨버터에서 출력되는 전류(idc) 및 상기 커패시터(Cr)의 전압(Vr)에 기초하여, 상기 보상 전류(ir *)를 산출할 수 있다.The second control unit may calculate the compensation current (i r * ) based on the current (i dc ) output from the converter and the voltage (V r ) of the capacitor (C r ).

상기 제2 제어부는, 상기 교류 입력 전원의 전류, 상기 컨버터에 포함된 스위치의 게이팅 시간 및 샘플링 시간(Ts)에 기초하여, 상기 컨버터에서 출력되는 전류(idc)를 산출할 수 있다.The second control unit may calculate the current (i dc ) output from the converter based on the current of the AC input power source, the gating time of the switch included in the converter, and the sampling time (Ts).

상기 직류 링크 커패시터는 필름형 커패시터일 수 있다.The DC link capacitor may be a film-type capacitor.

본 발명의 실시예들에 따르면, 컨버터에서 발생하는 고조파 성분을 양방향 벅-부스트 컨버터의 추가회로 커패시터로 바이패스 되도록 함으로써, 컨버터에서 발생하는 고조파 리플 성분을 제거할 수 있다.According to embodiments of the present invention, the harmonic components generated in the converter can be bypassed to the additional circuit capacitor of the bidirectional buck-boost converter, thereby removing harmonic ripple components generated in the converter.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 컨버터에서 발생하는 고조파 리플 성분을 제거함으로써, 직류 링크 커패시터를 주파수 특성이 우수한 작은 용량의 필름 커패시터로 대체하여 신뢰성 향상 및 전체 시스템의 부피 및 무게를 줄일 수 있다.Further, according to embodiments of the present invention, by replacing the harmonic ripple component generated in the converter with a small capacity film capacitor having excellent frequency characteristics, it is possible to improve the reliability and reduce the volume and weight of the entire system have.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리플(Ripple) 제거 기능을 구비한 교류-직류 컨버터 회로의 회로도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 링크 커패시터의 충전 및 방전 과정을 나타내는 도면
도 3은 리플 제거부의 스위치 제어 블록 다이어그램
도 4는 리플 제거부에 포함된 인덕터의 전류파형을 나타낸 도면
도 5 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 회로의 실험 결과를 나타내는 도면
1 is a circuit diagram of an AC-DC converter circuit having a ripple rejection function according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a charging and discharging process of a DC link capacitor according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 shows a switch control block diagram of the ripple removal
4 is a view showing a current waveform of the inductor included in the ripple removal.
5 to 12 are graphs showing experimental results of a converter circuit according to an embodiment of the present invention

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following detailed description is provided to provide a comprehensive understanding of the methods, apparatus, and / or systems described herein. However, this is merely an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification. The terms used in the detailed description are intended only to describe embodiments of the invention and should in no way be limiting. Unless specifically stated otherwise, the singular form of a term includes plural forms of meaning. In this description, the expressions "comprising" or "comprising" are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, Should not be construed to preclude the presence or possibility of other features, numbers, steps, operations, elements, portions or combinations thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리플(Ripple) 제거 기능을 구비한 교류-직류 컨버터 회로의 회로도이다. 1 is a circuit diagram of an AC-DC converter circuit having a ripple rejection function according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 교류-직류 컨버터 회로(100)는 컨버터(110), 리플 제거부(130), 직류 링크 커패시터(150), 제1 제어부(170) 및 제2 제어부(190)를 포함한다.1, an AC-DC converter circuit 100 according to an embodiment of the present invention includes a converter 110, a ripple removing unit 130, a DC link capacitor 150, a first controller 170, 2 < / RTI >

컨버터(110)는 교류 입력 전원의 전압을 직류 전압으로 변환한다. 구체적으로, 컨버터(110)는 교류 전압(Vs)을 입력받고 제1 제어부(170)의 제어에 따라 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 출력한다.The converter 110 converts the voltage of the AC input power source into a DC voltage. Specifically, the converter 110 receives the AC voltage V s and converts the AC voltage into a DC voltage under the control of the first controller 170 and outputs the DC voltage.

이때, 컨버터(110)는 단상 펄스 폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation) 컨버터일 수 있다. At this time, the converter 110 may be a single-phase pulse width modulation (PWM) converter.

제1 제어부(170)는 PWM 기법을 이용하여 컨버터(110)를 제어한다. 구체적으로, 제1 제어부(170)는 PWM 기법을 이용하여 컨버터(110)내 스위칭 소자(S1, S2)의 동작을 제어하여 컨버터(110)로 입력되는 교류 입력 전원의 전압(Vs)이 직류 전압(Vdc)으로 변환되도록 할 수 있다.The first controller 170 controls the converter 110 using the PWM technique. More specifically, the first controller 170 controls the operation of the switching elements S1 and S2 in the converter 110 using the PWM technique so that the voltage V s of the AC input power input to the converter 110 is higher than the DC To a voltage (V dc ).

한편, 직류 링크 커패시터(150)는 컨버터(110)의 출력단과 병렬 연결되어 컨버터(110)에서 변환된 직류 전압(Vdc)으로 충전된다. 또한, 충전된 직류 링크 커패시터(150)는 직류 링크 커패시터(150)과 병렬 연결된 부하를 통해 방전될 수 있다. 이때, 직류 링크 커패시터(150)는 예를 들어, 필름형 커패시터일 수 있다.Meanwhile, the DC link capacitor 150 is connected in parallel to the output terminal of the converter 110 and charged with the DC voltage V dc converted from the converter 110. In addition, the charged DC link capacitor 150 may be discharged through a load connected in parallel with the DC link capacitor 150. At this time, the DC link capacitor 150 may be, for example, a film-type capacitor.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 링크 커패시터(150)의 충전 및 방전 과정을 나타내는 도면이다. 2 is a diagram illustrating a charging and discharging process of the DC link capacitor 150 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터(110)는 충전모드((a) 및 (c)) 또는 방전모드((b) 및 (d))로 동작할 수 있다. 구체적으로, 제1 제어부(170)는 PWM 기법을 이용하여 컨버터(110)를 충전모드 또는 방전모드로 제어할 수 있다.2, converter 110 according to an embodiment of the present invention may operate in a charging mode (a) and (c) or a discharge mode (b) and (d). Specifically, the first controller 170 may control the converter 110 to the charge mode or the discharge mode using the PWM technique.

예를 들어, (a)를 참조하면, 교류 입력 전원의 전압(Vs)이 양의 반주기일 때, 제1 제어부(170)는 스위치 S1이 온(on)되고 스위치 S2가 오프(off)되도록 컨버터(110)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 전류(is)는 다이오드 Ds1 및 다이오드 D2를 통해 흐르며, 직류 링크 커패시터(150)는 충전될 수 있다.For example, referring to (a), when the voltage V s of the AC input power source is a positive half period, the first control unit 170 controls the switch S1 to be on and the switch S2 to be off So that the converter 110 can be controlled. Accordingly, the current i s flows through the diode D s1 and the diode D2, and the DC link capacitor 150 can be charged.

(b)를 참조하면, 교류 입력 전원의 전압(Vs)이 양의 반주기일 때, 제1 제어부(170)는 스위치 S1이 오프(off)되고 스위치 S2가 온(on)되도록 컨버터(110)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 전류(is)는 스위치 S2 및 다이오드 D2를 통해 흐르며, 직류 링크 커패시터(150)는 방전될 수 있다.Referring to (b), the voltage of the AC input power supply (V s) is when the positive half cycle, the first controller 170 includes a converter 110, so that the switch S1 off (off), and the switch S2 turned on (on) Can be controlled. Accordingly, the current i s flows through the switch S2 and the diode D2, and the DC link capacitor 150 can be discharged.

(c)를 참조하면, 교류 입력 전원의 전압(Vs)이 음의 반주기일 때, 제1 제어부(170)는 스위치 S1이 오프(off)되고 스위치 S2가 온(on)되도록 컨버터(110)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 전류(is)는 다이오드 D1 및 다이오드 Ds2를 통해 흐르며, 직류 링크 커패시터(150)는 충전될 수 있다.when the voltage V s of the AC input power source is a negative half period, the first controller 170 controls the converter 110 such that the switch S1 is turned off and the switch S2 is turned on, Can be controlled. Accordingly, the current i s flows through the diode D1 and the diode D s2 , and the DC link capacitor 150 can be charged.

(d)를 참조하면, 교류 입력 전원의 전압(Vs)이 음의 반주기일 때, 제1 제어부(170)는 스위치 S1가 온(on)되고 스위치 S2가 오프(off)되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 전류(is)는 스위치 S1 및 다이오드 D1을 통해 흐르며, 직류 링크 커패시터(150)는 방전될 수 있다.(d), when the voltage V s of the AC input power source is a negative half period, the first control unit 170 can control the switch S1 to be on and the switch S2 to be off . Accordingly, the current i s flows through the switch S1 and the diode D1, and the DC link capacitor 150 can be discharged.

다시 도 1을 참조하면, 리플 제거부(130)는 직류 링크 커패시터(150)와 병렬 연결되어 직류 링크 커패시터(150)에서 발생하는 고조파 리플을 제거한다. Referring again to FIG. 1, the ripple removing unit 130 is connected in parallel with the DC link capacitor 150 to remove the harmonic ripple occurring in the DC link capacitor 150.

이때, 리플 제거부(130)는 직류 링크 커패시터(150)와 병렬 연결된 제1 스위칭 소자(S3), 제1 스위칭 소자(S3)에 직렬 연결된 제2 스위칭 소자(S4), 제2 스위칭 소자(S4)에 병렬 연결된 인덕터(Lr) 및 인덕터(Lr)에 직렬 연결된 커패시터(Cr)를 포함할 수 있다.The ripple removing unit 130 includes a first switching device S3 connected in parallel to the DC link capacitor 150, a second switching device S4 connected in series to the first switching device S3, a second switching device S4 An inductor L r in parallel with the inductor L r and a capacitor C r in series with the inductor L r .

이때, 리플 제거부(130)는 커패시터(Cr)의 충전시 벅 컨버터(buck converter)로 동작하고, 커패시터(Cr)의 방전시 부스트 컨버터(boost converter)로 동작하는 벅-부스트 컨버터일 수 있다.At this time, the ripple removing unit 130 has a capacitor (C r) of the buck operating in the boost converter (boost converter) upon discharge of operating as a buck converter (buck converter) when fully charged, and the capacitor (C r) - be a boost converter, have.

제2 제어부(190)는 직류 링크 커패시터(150)에서 발생하는 고조파 리플이 리플 제거부(130)로 바이패스되도록 리플 제거부(130)를 제어한다. The second controller 190 controls the ripple removal unit 130 such that the harmonic ripple generated in the DC link capacitor 150 is bypassed to the ripple removal unit 130.

구체적으로, 제2 제어부(190)는, 커패시터(Cr)가 충전 또는 방전되도록 제1 스위칭 소자(S3) 및 제2 스위칭 소자(S4)의 동작을 제어할 수 있다.Specifically, the second controller 190 may control operations of the first switching device S3 and the second switching device S4 so that the capacitor C r is charged or discharged.

만약, 직류 링크 커패시터(150)에서 발생하는 고조파 리플이 직류 링크 커패시터(150)에서 커패시터(Cr)로 이동하는 경우, 리플 제거부(130)는 커패시터(Cr)를 충전하는 충전모드로 동작할 수 있다. If, when the harmonic ripple occurring in the DC link capacitor (150) to move from the DC link capacitor 150, a capacitor (C r), ripple remover 130 is operating in the charging mode to charge the capacitor (C r) can do.

반면, 고조파 리플 성분이 커패시터 (Cr)에서 직류 링크 커패시터(150)로 이동하는 경우, 리플 제거부(130)는 커패시터(Cr)를 방전하는 방전모드로 동작할 수 있다.On the other hand, when the harmonic ripple component moves from the capacitor C r to the DC link capacitor 150, the ripple removal 130 can operate in a discharge mode for discharging the capacitor C r .

예를 들어, 제2 제어부(190)가 제2 스위칭 소자(S4)를 오프(on)상태로 제어하고, 제1 스위칭 소자(S3)의 동작을 PWM 기법을 이용하여 제어하면 리플 제거부(130)는 충전모드로 동작할 수 있다. 이때, 리플 제거부(130)에 포함된 커패시터(Cr)는 고조파 리플에 의해 충전되며, 양방향 벅-부스트 컨버터는 감압 변환 회로인 벅 컨버터(buck converter)로 동작할 수 있다.For example, when the second control unit 190 controls the second switching device S4 to be in the on state and the operation of the first switching device S3 is controlled using the PWM technique, the ripple removal unit 130 May operate in the charging mode. At this time, the capacitor C r included in the ripple removing unit 130 is charged by the harmonic ripple, and the bidirectional buck-boost converter can operate as a buck converter which is a voltage reduction converting circuit.

구체적으로, 제2 제어부(190)가 제1 스위칭 소자(S3)를 온(on) 시키면, 고조파 리플 성분은 직류 링크 커패시터(150)에서 리플 제거부(130)로 이동하고, 제2 제어부(190)가 제1 스위칭 소자(S3)를 오프(off) 시키면, 리플 제거부(130)의 인덕터에 흐르는 전류(ir)가 리플 제거부(130)에 포함된 커패시터(Cr)를 거쳐 제2 스위칭 소자(S4)와 병렬 연결된 다이오드를 통해 흐를 수 있다.Specifically, when the second control unit 190 turns on the first switching device S3, the harmonic ripple component moves from the DC link capacitor 150 to the ripple removing unit 130, and the second control unit 190 The current i r flowing in the inductor of the ripple removal unit 130 flows through the capacitor C r included in the ripple removal unit 130 to the second And through a diode connected in parallel with the switching element S4.

만약, 제2 제어부(190)가 제1 스위칭 소자(S3)를 오프(off)상태로 제어하고, 제2 스위칭 소자(S4)의 동작을 PWM 기법을 이용하여 제어하면 리플 제거부(130)는 방전모드로 동작할 수 있다. 이때, 리플 제거부(130)에 포함된 커패시터(Cr)가 방전되며, 양방향 벅-부스트 컨버터는 승압 변환 회로인 부스트 컨버터(boost converter)로 동작할 수 있다.If the second control unit 190 controls the first switching device S3 in an off state and controls the operation of the second switching device S4 using a PWM technique, the ripple removing unit 130 It can operate in the discharge mode. At this time, the capacitor C r included in the ripple removal unit 130 is discharged, and the bidirectional buck-boost converter can operate as a boost converter, which is a boost converter.

구체적으로, 제2 제어부(190)가 제2 스위칭 소자(S4)를 온(on) 시키면, 고조파 리플 성분은 리플 제거부(130)에 포함된 커패시터(Cr)에서 리플 제거부(130)에 포함된 인덕터(Lr)로 이동하여 인덕터(Lr)은 승압하게 되고, 제2 제어부(190)가 제2 스위칭 소자(S4)를 오프(off) 시키면, 고조파 리플 성분은 커패시터(Cr) 및 인덕터(Lr)에서 직류 링크 커패시터(150)로 이동할 수 있다. Specifically, when the second control unit 190 turns on the second switching device S4, the harmonic ripple component flows from the capacitor C r included in the ripple removal unit 130 to the ripple removal unit 130 The inductor L r is stepped up while the second control unit 190 turns off the second switching device S 4 and the harmonic ripple component is supplied to the inductor L r through the capacitor C r , And the inductor (L r ) to the DC link capacitor (150).

한편, 제2 제어부(190)는 컨버터(110)에 입력되는 교류 입력 전원의 전류(is), 컨버터(110)에 포함된 스위치의 게이팅 시간 및 샘플링 시간(Ts)에 기초하여 컨버터(110)에서 출력되는 전류(idc)를 산출할 수 있다.On the other hand, the second controller 190 is a converter (110, based on the gating time and sampling time (T s) of the switch included in the converter 110, the AC input current of the power source (i s) to be input to the converter 110, (I dc ) output from the inverter circuit 20 can be calculated.

구체적으로, 컨버터(110)에서 출력되는 전류(idc)는 아래 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.Specifically, the current (i dc ) output from the converter 110 can be expressed by Equation (1) below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112016057002892-pat00001
Figure 112016057002892-pat00001

여기서, Tgs1, Tgs2는 각각 컨버터(110)에 포함된 스위치 S1, 스위치 S2의 게이팅 시간을 나타낸다.Here, T gs1 and T gs2 represent the gating times of the switches S1 and S2 included in the converter 110, respectively.

또한, 제2 제어부(190)는 산출된 출력 전류(idc)와 리플 제거부(130)에 포함된 커패시터(Cr)의 전압(Vr)에 기초하여 직류 링크 커패시터(150)에서 발생된 고조파 리플을 제거하기 위한 보상전류(ir *)를 산출할 수 있다.The second control unit 190 also controls the output voltage of the DC link capacitor 150 based on the calculated output current i dc and the voltage V r of the capacitor C r included in the ripple removal unit 130 It is possible to calculate the compensation current (i r * ) for removing the harmonic ripple.

구체적으로, 도 3은 리플 제거부(130)의 스위치 제어 블록 다이어그램이다. 3 is a switch control block diagram of the ripple removal unit 130. As shown in FIG.

도 3을 참조하면, 고조파 리플을 제거하기 위한 보상전류(ir *)는 출력 전류(idc)의 고조파 성분인 ir1 * 및 리플 제거부(130)에 포함된 커패시터(Cr)의 전압 Vr이 PI제어기를 거쳐 나온 성분인 ir2 *의 합으로 구성될 수 있다.3, the compensation current i r * for eliminating the harmonic ripple is calculated by the following equation: i r1 * which is the harmonic component of the output current i dc and the voltage of the capacitor C r included in the ripple removing unit 130 V r can be composed of the sum of i r2 * , which is the component coming out of the PI controller.

이때, ir1 *은 고조파 리플을 제거하기 위한 성분으로, 전류 idc에 대역통과필터(Bandpass filter)를 적용하여 계산할 수 있다.At this time, i r1 * is a component for removing the harmonic ripple, and can be calculated by applying a bandpass filter to the current i dc .

구체적으로, 컨버터(110)에서 생성된 고조파 리플은 2차 고조파 리플일 수 있으며, 대역통과필터의 전달함수는 아래 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.Specifically, the harmonic ripple generated in the converter 110 may be a second harmonic ripple, and the transfer function of the band-pass filter may be expressed by Equation 2 below.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112016057002892-pat00002
Figure 112016057002892-pat00002

여기서,

Figure 112016057002892-pat00003
, fc=120Hz, B=20일 수 있다.here,
Figure 112016057002892-pat00003
, f c = 120 Hz, B = 20.

한편, ir2 *는 커패시터 Cr의 과충전을 방지하기 위한 성분으로, 커패시터 Cr의 전압 Vr로부터 구할 수 있다.On the other hand, i * r2 is a component for preventing the overcharging of the capacitor C r, can be calculated from the voltage V r of the capacitor C r.

구체적으로, ir2 *는 미리 설정된 커패시터 Cr의 전압 지령치(Vr *)와 전압 Vr의 평균 값의 차를 PI 제어기에 입력하여 PI제어기의 결과값으로 얻을 수 있다. 여기서, 전압 Vr의 평균 값은 전압 Vr을 차단주파수 10Hz를 가지는 저역통과필터 (LPF; Lowpass filter)를 이용하여 측정할 수 있다.Specifically, i r2 * can be obtained as a result of the PI controller by inputting the difference between the voltage command value (V r * ) of the preset capacitor C r and the average value of the voltage V r to the PI controller. Here, the average value of the voltage V r is the low-pass filter with a voltage V r to the cut-off frequency 10Hz; can be measured by using the (LPF Lowpass filter).

또한, 제2 제어부(190)는 고조파 리플을 제거하기 위한 보상전류(ir *), 리플 제거부(130)에 포함된 커패시터(Cr)의 전압(Vr) 및 직류 링크 커패시터의 전압(Vdc)에 기초하여, 제1 스위칭 소자(S3) 및 제2 스위칭 소자(S4) 동작의 온/오프 비율인 듀티비를 산출할 수 있다.The second control unit 190 may control the compensation current i r * to remove the harmonic ripple, the voltage V r of the capacitor C r included in the ripple removal unit 130 and the voltage V r of the DC link capacitor The duty ratio which is the on / off ratio of the operation of the first switching device S3 and the second switching device S4 can be calculated based on the duty ratio V dc .

구체적으로, 도 4는 리플 제거부(130)에 포함된 인덕터의 전류파형을 나타낸 도면이다.4 is a graph showing a current waveform of the inductor included in the ripple removal unit 130. As shown in FIG.

(a)를 참조하면, 리플 제거부(130)가 충전모드로 동작하는 경우, 제1 스위칭 소자(S3)에 대한 듀티비 D1를 산출할 수 있다.(a), when the ripple removing unit 130 operates in the charge mode, the duty ratio D1 for the first switching device S3 can be calculated.

구체적으로, 제1 스위칭 소자(S3)가 온(on) 될 때 인덕터 Lr에 흐르는 전류 ir의 상승률(KI1) 및 스위치 S3가 오프(off) 될 때 인덕터 Lr에 흐르는 전류 ir의 하강률(KD1)은 아래 수학식 3 및 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.Specifically, when the first switching device S3 is turned on, the rising rate K I1 of the current i r flowing in the inductor L r and the rising rate K I1 of the current i r flowing in the inductor L r when the switch S 3 is off The falling rate K D1 can be expressed by the following equations (3) and (4).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112016057002892-pat00004
Figure 112016057002892-pat00004

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112016057002892-pat00005
Figure 112016057002892-pat00005

여기서, Vdc는 직류 링크 커패시터(150)의 전압이며, Vr은 리플 제거부(130)에 포함된 커패시터의 전압이고, Lr은 리플 제거부(130)에 포함된 인덕터의 인덕턴스이다. Here, V dc is the voltage of the DC link capacitor 150, V r is the voltage of the capacitor included in the ripple removal 130, and L r is the inductance of the inductor included in the ripple removal 130.

또한, 고조파 리플을 제거하기 위한 보상전류(ir *)는 평균전류의 크기와 같아야 하므로, 아래 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.Further, the compensation current (i r * ) for removing the harmonic ripple must be equal to the magnitude of the average current, so that it can be expressed by the following equation (5).

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure 112016057002892-pat00006
Figure 112016057002892-pat00006

여기서 Ton1은 제1 스위칭 소자(S3)가 온(on) 상태로 유지되는 시간이며, Toff1은 제1 스위칭 소자(S3)가 오프(off) 상태로 유지되는 시간이고, Tsw는 스위칭 주기이다.Here, T on1 is a time during which the first switching device S3 is maintained in an on state, T off1 is a time during which the first switching device S3 is maintained in an off state, T sw is a switching period to be.

또한, 충전모드에서 Ton1과 Toff1의 관계는 아래 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.In addition, the relationship between T on1 and T off1 in the charge mode can be expressed by Equation (6) below.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112016057002892-pat00007
Figure 112016057002892-pat00007

따라서, 듀티비 D1은 아래 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.Therefore, the duty ratio D1 can be expressed by Equation (7) below.

[수학식 7]&Quot; (7) "

Figure 112016057002892-pat00008
Figure 112016057002892-pat00008

여기서 fsw는 스위칭 주파수로서 Tsw의 역수이다.Where f sw is the inverse of T sw as the switching frequency.

(b)를 참조하면, 리플 제거부(130)가 방전모드로 동작하는 경우, 제2 스위칭 소자(S4)에 대한 듀티비 D2를 산출할 수 있다.(b), when the ripple removing unit 130 operates in the discharge mode, the duty ratio D2 for the second switching device S4 can be calculated.

구체적으로, 제2 스위칭 소자(S4)가 온(on) 될 때 인덕터 Lr에 흐르는 전류 ir의 상승률(KI2) 및 제2 스위칭 소자(S4)가 오프(off) 될 때 인덕터 Lr에 흐르는 전류 ir의 하강률(KD2)은 아래 수학식 8 및 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.Specifically, the second switching device to the inductor L r time (S4) is turned on (on) rate of increase in current i r (K I2) and a second switching element (S4) flowing through the inductor L r When a is (off) off The falling rate K D2 of the flowing current i r can be expressed by the following equations (8) and (9).

[수학식 8]&Quot; (8) "

Figure 112016057002892-pat00009
Figure 112016057002892-pat00009

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure 112016057002892-pat00010
Figure 112016057002892-pat00010

또한, 고조파 리플을 제거하기 위한 보상전류(ir *)는 평균전류의 크기와 같아야 하므로, 아래 수학식 10와 같이 나타낼 수 있다.In addition, since the compensation current (i r * ) for removing the harmonic ripple has to be equal to the magnitude of the average current, it can be expressed by the following Equation (10).

[수학식 10]&Quot; (10) "

Figure 112016057002892-pat00011
Figure 112016057002892-pat00011

여기서 여기서 Ton2는 제2 스위칭 소자(S4)가 온(on) 상태로 유지되는 시간이며, Toff2는 제2 스위칭 소자(S4)가 오프(off) 상태로 유지되는 시간이다.Here, T on2 is the time during which the second switching device S4 is held on and T off2 is the time during which the second switching device S4 is maintained off.

또한, 방전모드에서 Ton2과 Toff2의 관계는 아래 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.In addition, the relationship between T on2 and T off2 in the discharge mode can be expressed by Equation (11) below.

[수학식 11]&Quot; (11) "

Figure 112016057002892-pat00012
Figure 112016057002892-pat00012

따라서, 듀티비 D2는 아래 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.Therefore, the duty ratio D2 can be expressed by the following equation (12).

[수학식 12]&Quot; (12) "

Figure 112016057002892-pat00013
Figure 112016057002892-pat00013

또한, 제2 제어부(190)는 산출된 듀티비에 따라 제1 스위칭 소자(S3) 및 제2 스위칭 소자(S4)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제2 제어부는(190) 듀티비 D1에 따라 리플 제거부(130)에 포함된 스위치 제1 스위칭 소자(S3)의 동작을 제어할 수 있으며, 듀티비 D2에 따라 리플 제거부(130)에 포함된 제2 스위칭 소자(S4)의 동작을 제어할 수 있다.Also, the second controller 190 may control the operation of the first switching device S3 and the second switching device S4 according to the calculated duty ratio. Specifically, the second controller can control the operation of the switch first switching device S3 included in the ripple removal unit 130 according to the duty ratio D1 of the step (190), and the ripple removal unit 130 The operation of the second switching element S4 included in the second switching element S4 can be controlled.

도 5 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 회로의 실험 결과를 나타내는 도면이다.5 to 12 are diagrams showing experimental results of a converter circuit according to an embodiment of the present invention.

한편, 도 5 내지 도 12에 도시된 실험 결과를 얻기 위해 사용된 실험 파라미터는 아래 표 1과 같다.Meanwhile, the experimental parameters used to obtain the experimental results shown in Figs. 5 to 12 are shown in Table 1 below.

파라미터parameter value 전원전압 (실효값)Power supply voltage (rms value) 220[V]220 [V] 전원 주파수Power frequency 60 [Hz]60 [Hz] 입력 인덕턴스 Ls Input inductance Ls 3 [mH]3 [mH] 직류 링크 커패시턴스 Cdc DC link capacitance Cdc 200 [uF]200 [uF] 직류 링크 커패시터 전압 Vdc DC link capacitor voltage Vdc 350 [V]350 [V] 출력전력Output power 1.6 [kW]1.6 [kW] 리플 제거부 인덕턴스 Lr Ripple removal inductance Lr 100 [uH]100 [uH] 리플 제거부 커패시턴스 Cr Ripple removal capacitance Cr 150 [uF]150 [uF] 스위칭 주파수Switching frequency 10 [kHz]10 [kHz]

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 회로의 정상상태일 때 제어 성능을 나타낸다. (a)를 참조하면, 직류 링크 커패시터(150)의 전압이 지령치 350v를 잘 추종하고 있음을 확인할 수 있다. 또한, (b)를 참조하면, 측정한 입력전류가 지령 입력전류를 잘 추종하고 있음을 확인할 수 있다. 또한, (c)는 입력 전압으로, (b) 및 (c)를 참조하면, 입력전류가 단위 역률을 가지는 정현파로 제어됨을 확인할 수 있다.5 illustrates control performance when the converter circuit is in a steady state according to an embodiment of the present invention. (a), it can be seen that the voltage of the DC link capacitor 150 follows the set value 350v well. Also, referring to (b), it can be confirmed that the measured input current follows the command input current well. Also, (c) is the input voltage, and (b) and (c), it can be seen that the input current is controlled by the sinusoidal wave having the unit power factor.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 회로에서, 리플 제거부(130)의 유무에 따른 고조파 리플 전압을 비교하여 나타낸다. (a)를 참조하면, 리플 제거부(130)가 존재하지 않는 경우, 고조파 리플 전압의 peak-to-peak 값은 70v까지 나타남을 확인할 수 있다. 반면, (b)를 참조하면, 리플 제거부(130)가 존재하는 경우, 고조파 리플 전압의 peak-to-peak 값은 8v로 현저히 감소하는 것을 확인할 수 있다.6 is a graph illustrating a harmonic ripple voltage according to the presence or absence of the ripple removing unit 130 in a converter circuit according to an embodiment of the present invention. (a), it can be confirmed that the peak-to-peak value of the harmonic ripple voltage is up to 70 v when the ripple removing unit 130 is not present. On the other hand, referring to (b), when the ripple removing unit 130 is present, the peak-to-peak value of the harmonic ripple voltage is significantly reduced to 8V.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 회로에서, 리플 제거부(130)의 유무에 따른 고조파 리플 전압을 비교하여 나타낸다. (a)는 리플 제거부(130)가 존재하는 회로에서, 200uF 용량의 직류 링크 커패시터를 사용한 경우의 고조파 리플 전압을 나타낸다. (b)는 리플 제거부(130)가 존재하지 않는 회로에서, 2000uF 용량의 직류 링크 커패시터를 사용한 경우의 고조파 리플 전압을 나타낸다. (a) 및 (b)를 참조하면, 두 경우의 고조파 리플 전압의 크기가 비슷한 것을 확인할 수 있다. 따라서, 리플 제거부(130)를 적용하여, 직류 링크 커패시터의 용량을 저감할 수 있다.FIG. 7 shows a comparison of the harmonic ripple voltage according to the presence or absence of the ripple removing unit 130 in the converter circuit according to an embodiment of the present invention. (a) shows a harmonic ripple voltage when a DC link capacitor having a capacitance of 200 uF is used in a circuit in which the ripple removing unit 130 is present. (b) shows the harmonic ripple voltage when a DC link capacitor of 2000 uF capacitance is used in a circuit in which the ripple removing unit 130 is not present. (a) and (b), it can be seen that the harmonic ripple voltage of the two cases is similar. Therefore, by applying the ripple removing unit 130, the capacity of the DC link capacitor can be reduced.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 회로에서, 리플 제거부(130)에 포함된 커패시터의 전류 및 전압을 나타낸다. (a)를 참조하면, 리플 제거부(130)에 포함된 커패시터의 전류는 불연속적으로 제어되고, 최대값은 38A이나 실효값은 11A인 것을 확인할 수 있다. (b)를 참조하면, 리플 제거부(130)에 포함된 커패시터의 전압은 평균이 200v로 제어되는 파형을 보이는 것을 확인할 수 있다.8 shows the current and voltage of the capacitors included in the ripple removal 130 in the converter circuit according to an embodiment of the present invention. (a), the current of the capacitor included in the ripple removal unit 130 is discontinuously controlled, and it can be confirmed that the maximum value is 38 A and the effective value is 11 A. (b), it can be seen that the voltage of the capacitor included in the ripple removal unit 130 is controlled to have an average of 200 volts.

도 9 및 도 10은 각각 부하가 감소할 경우와 증가할 경우의 응답을 나타낸다. (a)를 참조하면, 부하변동이 일어나는 순간 고조파 리플 전압이 공칭 값의 10%보다 작게 유지됨을 알 수 있다. (b)를 참조하면, 과도상태일 때 입력전류의 제어성능을 확인할 수 있으며, 전류제어를 통해 실제 전류가 지령 전류를 추종하는 것을 확인할 수 있다. (c)를 참조하면, 리플 제거부(130)에 포함된 커패시터의 전압이 정현파로 제어됨을 확인할 수 있다. (d)를 참조하면, 리플 제거부(130)에 포함된 커패시터의 전류가 불연속적인 동작을 유지하는 것을 확인할 수 있다.9 and 10 show the responses when the load decreases and when the load increases. (a), it can be seen that the harmonic ripple voltage is kept below 10% of the nominal value at the instant of load variation. (b), the control performance of the input current can be confirmed in the transient state, and it can be confirmed that the actual current follows the command current through the current control. (c), it can be confirmed that the voltage of the capacitor included in the ripple removal unit 130 is controlled by a sinusoidal wave. (d), it can be seen that the current of the capacitor included in the ripple removal unit 130 maintains a discontinuous operation.

도 11은 입력 전압에서 15% 전압강하가 발생했을 때의 제어 성능을 나타낸다. (a), (b) 및 (c)는 각각 입력전압, 직류 링크 커패시터의 전압, 입력전류를 나타낸다. 도 11을 참조하면, 입력전압의 변동에도 직류 링크 커패시터 전압의 변동은 10% 내로 제어됨을 확인할 수 있다.Figure 11 shows the control performance when a 15% voltage drop occurs at the input voltage. (a), (b) and (c) show the input voltage, the voltage of the DC link capacitor, and the input current, respectively. Referring to FIG. 11, it can be seen that the fluctuation of the DC link capacitor voltage is controlled within 10% even with the variation of the input voltage.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 회로의 순시전력을 나타낸다.12 shows the instantaneous power of the converter circuit according to an embodiment of the present invention.

(a)는 입력전력으로, 이를 참조하면 입력전력이 직류성분과 계통 주파수의 2배인 교류성분으로 구성되어 있음을 확인할 수 있다. (b)는 리플 제거부(130)에 포함된 커패시터의 전력 파형으로, 이를 참조하면 고조파 리플 성분이 바이패스됨을 확인할 수 있다. (c)는 출력전력으로, 이를 참조하면 출력전력이 일정한 값으로 유지됨을 확인할 수 있다.(a) is the input power, and it can be seen that the input power consists of the DC component and the AC component which is twice the grid frequency. (b) is a power waveform of the capacitor included in the ripple removal unit 130, and it can be confirmed that the harmonic ripple component is bypassed by referring to the power waveform. (c) is the output power, and it can be confirmed that the output power is maintained at a constant value with reference thereto.

이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 컨버터에서 발생하는 고조파 성분을 양방향 벅-부스트 컨버터로 바이패스 되도록 함으로써, 컨버터와 컨버터와 병렬 연결된 직류링크 커패시터에 악영향을 끼치는 고조파 리플 성분을 제거할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 컨버터에서 발생하는 고조파 리플 성분을 제거함으로써, 직류 링크 커패시터를 주파수 특성이 우수한 작은 용량의 필름 커패시터로 대체하여 신뢰성 향상 및 전체 시스템의 부피 및 무게를 줄일 수 있다.Thus, according to embodiments of the present invention, harmonic components generated in the converter can be bypassed with a bidirectional buck-boost converter to eliminate harmonic ripple components that adversely affect the converter and the DC link capacitors connected in parallel with the converter have. Further, according to embodiments of the present invention, by replacing the harmonic ripple component generated in the converter with a small capacity film capacitor having excellent frequency characteristics, it is possible to improve the reliability and reduce the volume and weight of the entire system have.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 전술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, I will understand. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the appended claims.

100: 교류-직류 컨버터 회로
110: 컨버터
130: 리플 제거부
150: 직류 링크 커패시터
170: 제1 제어부
190: 제2 제어부
100: AC-DC converter circuit
110: Converter
130: ripple removal
150: DC link capacitor
170:
190:

Claims (12)

교류 입력 전원의 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터;
상기 컨버터의 출력단과 병렬 연결된 직류 링크 커패시터;
상기 직류 링크 커패시터와 병렬 연결되어 상기 직류 링크 커패시터에서 발생하는 고조파 리플을 제거하며, 적어도 하나의 스위칭 소자 및 커패시터(Cr)를 포함하는 리플 제거부;
펄스 폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation) 기법을 이용하여 상기 컨버터를 제어하는 제1 제어부; 및
상기 고조파 리플이 상기 리플 제거부로 바이패스되도록 상기 리플 제거부를 제어하는 제2 제어부를 포함하고,
상기 제2 제어부는, 상기 고조파 리플을 제거하기 위한 보상 전류(ir *)에 기초하여 상기 스위칭 소자 동작의 온/오프 비율인 듀티비를 산출하며, 상기 듀티비에 따라 상기 스위칭 소자의 동작을 제어하고,
상기 보상 전류(ir *)는 상기 컨버터의 출력 전류(idc)에 대역통과필터(Bandpass filter)를 적용하여 계산된 상기 출력 전류(idc)의 고조파 성분(ir1 *), 및 미리 설정된 상기 커패시터(Cr)의 전압 지령(Vr *)과 상기 커패시터(Cr)의 평균 전압의 차를 PI 제어기에 입력한 결과값(ir2 *)의 합인 교류-직류 컨버터 회로.
A converter for converting a voltage of the AC input power source into a DC voltage;
A DC link capacitor connected in parallel with the output of the converter;
A ripple removing unit connected in parallel with the DC link capacitor to remove harmonic ripple generated in the DC link capacitor, and including at least one switching element and a capacitor (C r );
A first controller for controlling the converter using a pulse width modulation (PWM) technique; And
And a second control unit for controlling the ripple removing unit such that the harmonic ripple is bypassed by the ripple removing unit,
Wherein the second control unit calculates a duty ratio that is an on / off ratio of the switching element operation based on a compensation current (i r * ) for removing the harmonic ripple, and performs an operation of the switching element according to the duty ratio Control,
The compensation current i r * is calculated by multiplying the harmonic component i r1 * of the output current i dc calculated by applying a bandpass filter to the output current i dc of the converter, It said capacitor (C r) the voltage command (V * r) and the capacitor (C r) the result input the difference between the average voltage in the PI controller a sum of the alternating current (i r2 *) in the - DC converter circuit.
청구항 1에 있어서,
상기 컨버터는, 단상 PWM 컨버터인 교류-직류 컨버터 회로.
The method according to claim 1,
The converter is an AC-DC converter circuit that is a single-phase PWM converter.
청구항 2에 있어서,
상기 리플 제거부는,
상기 직류 링크 커패시터와 병렬 연결된 제1 스위칭 소자(S3);
상기 제1 스위칭 소자에 직렬 연결된 제2 스위칭 소자(S4); 및
상기 제2 스위칭 소자에 병렬 연결된 인덕터(Lr)를 포함하고,
상기 커패시터(Cr)는 상기 인덕터(Lr)에 직렬 연결되는 교류-직류 컨버터 회로.
The method of claim 2,
Wherein the ripple-
A first switching device (S3) connected in parallel with the DC link capacitor;
A second switching element S4 connected in series to the first switching element; And
And an inductor L r connected in parallel to the second switching device,
And the capacitor (C r ) is connected in series to the inductor (L r ).
청구항 3에 있어서,
상기 리플 제거부는,
상기 커패시터(Cr)의 충전시 벅 컨버터(buck converter)로 동작하고,
상기 커패시터(Cr)의 방전시 부스트 컨버터(boost converter)로 동작하는 벅-부스트 컨버터인 교류-직류 컨버터 회로.
The method of claim 3,
Wherein the ripple-
Operates as a buck converter upon charging of the capacitor (C r )
And an AC-DC converter circuit that is a buck-boost converter that operates as a boost converter when the capacitor (C r ) discharges.
청구항 3에 있어서,
상기 제2 제어부는, 상기 커패시터(Cr)가 충전 또는 방전되도록 상기 제1 스위칭 소자(S3) 및 상기 제2 스위칭 소자(S4)의 동작을 제어는 교류-직류 컨버터 회로.
The method of claim 3,
The second control unit controls the operation of the first switching device (S3) and the second switching device (S4) so that the capacitor (C r ) is charged or discharged.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 제어부는, 상기 고조파 리플에 의해 상기 커패시터(Cr)가 충전되도록 상기 제2 스위칭 소자(S4)를 오프(off)상태로 제어하고, PWM 기법을 이용하여 상기 제1 스위칭 소자(S1)의 동작을 제어하는 교류-직류 컨버터 회로.
The method of claim 5,
The second control unit, the second switching element (S4) and controls the in-off (off) state, using the PWM method of the first switching element (S1 by the harmonic ripple to charge the said capacitor (C r) DC converter circuit for controlling the operation of the AC-DC converter circuit.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 제어부는, 상기 커패시터(Cr)가 방전되도록 상기 제1 스위칭 소자(S3)를 오프상태로 제어하고, PWM 기법을 이용하여 상기 제2 스위칭 소자(S4)의 동작을 제어하는 교류-직류 컨버터 회로.
The method of claim 5,
The second control unit controls the first switching device S3 to be in an off state so that the capacitor C r is discharged and controls the operation of the second switching device S4 using a PWM technique. DC converter circuit.
삭제delete 청구항 3에 있어서,
상기 제2 제어부는, 상기 보상 전류(ir *), 상기 직류 링크 커패시터의 전압 및 상기 커패시터(Cr)의 전압(Vr)에 기초하여, 상기 듀티비를 산출하는 교류-직류 컨버터 회로.
The method of claim 3,
Wherein the second control unit calculates the duty ratio based on the compensation current (i r * ), the voltage of the DC link capacitor, and the voltage (V r ) of the capacitor (C r ).
삭제delete 청구항 9에 있어서,
상기 제2 제어부는, 상기 교류 입력 전원의 전류, 상기 컨버터에 포함된 스위치의 게이팅 시간 및 샘플링 시간(Ts)에 기초하여, 상기 출력 전류(idc)를 산출하는 교류-직류 컨버터 회로.
The method of claim 9,
The second control unit calculates the output current (i dc ) based on the current of the AC input power source, the gating time of the switch included in the converter, and the sampling time (Ts).
청구항 1에 있어서,
상기 직류 링크 커패시터는 필름형 커패시터인 교류-직류 컨버터 회로.
The method according to claim 1,
Wherein the DC link capacitor is a film-type capacitor.
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