KR101926581B1 - Parallel converter system and the method thereof - Google Patents

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KR101926581B1
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채수용
백종복
송유진
성윤동
오세승
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한국에너지기술연구원
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Abstract

The present invention is to increase dynamic properties of a converter which starts an operation by properly setting duty of the converter which starts the operation when another converter is started while one of the converters is operating in a parallel converter system and accordingly, to increase the dynamic properties of the overall parallel converter system. The parallel converter system of the present invention comprises: a first converter which comprises a first switching device, receives power from an input terminal, and transmits power to an output terminal; a second converter which comprises a second switching device, receives power from the input terminal and transmits the power to the output terminal; a first controller which controls the first converter; and a second controller which controls the second converter. In a condition that the first converter operates and the second converter does not operate, when the second converter starts to operate, the second controller can set initial duty of the second switching device based on duty information of the first switching device.

Description

병렬 컨버터 시스템 및 그 동작 방법{Parallel converter system and the method thereof}Parallel converter system and method of operating same

본 발명은 복수의 컨버터를 병렬로 동작시키는 병렬 컨버터 시스템에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 병렬 컨버터 시스템에서 기동을 시작하는 컨버터의 기동 초기 듀티를 제어하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a parallel converter system for operating a plurality of converters in parallel. Specifically, the present invention relates to a method for controlling an initial start-up duty ratio of a converter that starts up in a parallel converter system.

전력변환장치에서 복수의 컨버터를 병렬로 구성하고 부하가 요구하는 전력을 복수의 컨버터가 분담하여 공급하는 병렬 컨버터 시스템이 많이 사용되고 있다. 병렬 컨버터 시스템은 처리 전력의 증대가 용이하고 인터리빙(interleaving) 방식으로 구현할 경우 전류 리플(ripple)을 줄일 수 있으며 하나의 컨버터가 고장나는 경우에도 다른 컨버터들을 사용하여 정상적인 동작이 가능하다는 등의 다양한 장점이 있다.A parallel converter system in which a plurality of converters are configured in parallel in a power conversion apparatus and a plurality of converters share the power required by the load is widely used. The parallel converter system is capable of reducing the current ripple when it is implemented in an interleaving manner because it is easy to increase the processing power and it can perform various operations such as normal operation by using other converters even when one converter fails .

이러한 병렬 컨버터 방식은 신뢰성 향상과 전력처리 용량의 증가에 유리한 구조이지만, 부하에 대한 전력 공급을 중단하지 않으면서 여러 컨버터 간의 전력 분배가 동적으로 원활하게 이루어지도록 하기 위한 방법이 필요하다.This parallel converter scheme is advantageous for improving the reliability and increasing the power processing capacity, but a method is required to dynamically smooth the power distribution among the various converters without interrupting the power supply to the load.

특히, 복수의 컨버터 중에서 어느 하나의 컨버터가 동작하는 동안 다른 하나의 컨버터를 기동시켜 부하 전류 분배를 변경하는 경우가 자주 발생하는데, 이와 같이 어느 하나의 컨버터가 동작하는 중에 다른 하나의 컨버터를 기동시킬 때 기동을 시작하는 컨버터를 어떻게 제어하느냐에 따라 출력의 상승 시간(rising time), 오버슛(overshoot), 정착 시간(settling time) 등의 동적(dynamic) 특성이 영향을 받을 수 있다. In particular, it is often the case that one of the plurality of converters operates while one of the converters operates to change the load current distribution. In this way, while one of the converters is operating, The dynamic characteristics of the output such as rising time, overshoot, and settling time can be affected depending on how the converter is started to operate.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 복수의 컨버터가 병렬로 동작하는 병렬 컨버터 시스템의 동적 특성을 향상시키는 것이다. In view of the foregoing, it is an object of the present invention to improve the dynamic characteristics of a parallel converter system in which a plurality of converters operate in parallel.

또한 본 발명의 목적은, 병렬 컨버터 시스템에서 어느 하나의 컨버터가 동작 중에 다른 하나의 컨버터를 기동시킬 때 기동을 시작하는 컨버터의 동적 특성을 향상시키고 이에 따라 병렬 컨버터 시스템 전체의 동적 특성을 향상시키는 것이다.It is also an object of the present invention to improve the dynamic characteristics of a converter that starts up when one of the converters in the parallel converter system starts up when the other converter is in operation and thereby improves the dynamic characteristics of the entire parallel converter system .

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 제1 스위칭 소자를 포함하고 입력 단자와 출력 단자 사이에서 전력을 변환하여 전달하도록 구성된 제1 컨버터; 제2 스위칭 소자를 포함하고 상기 입력 단자와 상기 출력 단자 사이에서 전력을 변환하여 전달하도록 구성된 제2 컨버터; 상기 제1 컨버터를 제어하는 제1 제어기; 및 상기 제2 컨버터를 제어하는 제2 제어기;를 포함하고, 상기 제1 컨버터가 동작하고 상기 제2 컨버터는 동작하지 않는 상태에서 상기 제2 컨버터가 동작을 시작할 때, 상기 제2 제어기는 상기 제1 스위칭 소자의 듀티 정보에 기초하여 상기 제2 스위칭 소자의 최초 듀티를 설정하는 것을 특징으로 하는 병렬 컨버터 시스템이다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power converter comprising: a first converter including a first switching element and configured to convert and transfer power between an input terminal and an output terminal; A second converter including a second switching element and configured to convert and transfer power between the input terminal and the output terminal; A first controller for controlling the first converter; And a second controller for controlling said second converter when said first converter is operating and said second converter is not operating and said second converter starts to operate, And sets the first duty of the second switching device based on the duty information of the first switching device.

상기 병렬 컨버터 시스템에 있어서, 상기 제2 스위칭 소자의 턴온 시점을 상기 제1 스위칭 소자의 턴온 시점에 비해 소정의 시간 지연시켜 상기 제2 스위칭 소자의 최초 듀티가 상기 제1 스위칭 소자의 듀티의 일정 비율이 되도록 설정할 수 있다.  In the parallel converter system, when the turn-on time of the second switching device is delayed by a predetermined time with respect to the turning-on time of the first switching device, the first duty of the second switching device is set to a certain rate .

상기 병렬 컨버터 시스템에 있어서, 상기 일정 비율은 0.5인 것을 특징으로 할 수 있다. In the parallel converter system, the predetermined ratio may be 0.5.

상기 병렬 컨버터 시스템에 있어서, 상기 제2 제어기가 상기 제2 스위칭 소자의 최초 듀티를 상기 제1 스위칭 소자의 듀티의 일정 비율로 설정하는 것은 게이트 인에이블 신호를 사용하여 구현될 수 있다. In the parallel converter system, the second controller may set the first duty of the second switching element to a predetermined ratio of the duty of the first switching element using a gate enable signal.

상기 병렬 컨버터 시스템에 있어서, 상기 제2 스위칭 소자의 최초 주기 이후의 주기에서의 듀티는 상기 제2 제어기가 상기 제2 컨버터의 전류 기준값과 제2 컨버터의 출력 전류를 사용하여 제어할 수 있다. In the parallel converter system, the duty in the period after the first period of the second switching element can be controlled by the second controller using the current reference value of the second converter and the output current of the second converter.

상기 병렬 컨버터 시스템에 있어서, 상기 제1 컨버터가 동작하고 상기 제2 컨버터는 동작하지 않는 상태에서 상기 제2 컨버터가 동작을 시작할 때, 상기 제2 컨버터의 전류 기준값은 영에서 시작하여 점진적으로 증가할 수 있다. In the parallel converter system, when the first converter is operating and the second converter is not operating, when the second converter starts operating, the current reference value of the second converter gradually increases starting from zero .

상기 병렬 컨버터 시스템에 있어서, 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터는 동기식 부스트 컨버터일 수 있다. In the parallel converter system, the first converter and the second converter may be synchronous boost converters.

본 발명의 다른 일 측면은, 제1 컨버터와 제2 컨버터를 포함하는 복수의 컨버터가 동일한 입력 단자와 동일한 출력 단자를 사용하여 병렬로 동작하는 전력변환장치에 있어서, 상기 제1 컨버터가 동작하고 상기 제2 컨버터는 동작하지 않는 상태에서 상기 제2 컨버터가 동작을 시작할 때, 상기 제1 컨버터의 제1 스위칭 소자의 듀티 정보에 기초하여 상기 제2 컨버터의 제2 스위칭 소자의 최초 듀티를 설정하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치이다. Another aspect of the present invention is a power conversion apparatus in which a plurality of converters including a first converter and a second converter are operated in parallel using the same input terminal and the same output terminal, Setting the first duty of the second switching element of the second converter based on the duty information of the first switching element of the first converter when the second converter starts operating in a state where the second converter is not operating Power conversion device.

상기 전력변환장치에 있어서, 상기 제2 스위칭 소자의 턴온 시점을 상기 제1 스위칭 소자의 턴온 시점에 비해 소정의 시간 지연시켜 상기 제2 스위칭 소자의 최초 듀티가 상기 제1 스위칭 소자의 듀티의 일정 비율이 되도록 설정할 수 있다. In the power conversion apparatus, when the turn-on time of the second switching device is delayed by a predetermined time with respect to the turning-on time of the first switching device, the first duty of the second switching device is a certain rate .

상기 전력변환장치에 있어서, 상기 일정 비율은 0.5인 것을 특징으로 할 수 있다. In the power conversion apparatus, the predetermined ratio may be 0.5.

상기 전력변환장치에 있어서, 상기 제2 스위칭 소자의 최초 듀티를 상기 제1 스위칭 소자의 듀티의 일정 비율로 설정하는 것은 게이트 인에이블 신호를 사용하여 구현될 수 있다. In the power conversion device, setting the initial duty of the second switching device to a predetermined ratio of duty of the first switching device may be implemented using a gate enable signal.

상기 전력변환장치에 있어서, 상기 제2 스위칭 소자의 최초 주기 이후의 주기에서의 듀티는 상기 제2 제어기가 상기 제2 컨버터의 전류 기준값과 제2 컨버터의 출력 전류를 사용하여 제어할 수 있다. In the power converter, the duty of the second switching element after the first period may be controlled by the second controller using the current reference value of the second converter and the output current of the second converter.

상기 전력변환장치에 있어서, 상기 제1 컨버터가 동작하고 상기 제2 컨버터는 동작하지 않는 상태에서 상기 제2 컨버터가 동작을 시작할 때, 상기 제2 컨버터의 전류 기준값은 영에서 시작하여 점진적으로 증가할 수 있다. In the power converter, when the first converter is operating and the second converter is not operating, when the second converter starts operating, the current reference value of the second converter gradually increases starting from zero .

상기 전력변환장치에 있어서, 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터는 동기식 부스트 컨버터일 수 있다.In the power conversion apparatus, the first converter and the second converter may be synchronous boost converters.

본 발명의 또 다른 일 측면은, 제1 컨버터와 제2 컨버터, 상기 제1 컨버터를 제어하는 제1 제어기, 및 상기 제2 컨버터를 제어하는 제2 제어기를 포함하고, 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터가 병렬로 동작하도록 구성된 전력변환장치의 동작 방법에 있어서, 상기 제1 컨버터는 상기 입력 단자와 상기 출력 단자 사이에서 전력을 변환하여 전달하고, 상기 제2 컨버터는 전력 변환 기능을 수행하지 않는 제1 단계; 상기 제2 제어기가 상기 제1 컨버터의 제1 스위칭 소자의 듀티 정보에 기초하여 상기 제2 컨버터의 제2 스위칭 소자의 최초 튜티를 설정하고 상기 제2 컨버터를 기동시키는 제2 단계; 및 상기 제2 제어기가 상기 제2 컨버터의 전류 기준값과 제2 컨버터의 출력 전류를 사용하여 상기 제2 스위칭 소자의 듀티를 결정하고 제어하는 제3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 동작 방법이다. According to another aspect of the present invention, there is provided a power converter comprising a first converter and a second converter, a first controller for controlling the first converter, and a second controller for controlling the second converter, Wherein the first converter converts and transfers power between the input terminal and the output terminal, and the second converter does not perform a power conversion function A first step; A second step of the second controller setting the first duty of the second switching element of the second converter based on the duty information of the first switching element of the first converter and starting the second converter; And a third step of the second controller determining and controlling the duty of the second switching device using the current reference value of the second converter and the output current of the second converter. Operation method.

상기 전력변환장치의 동작 방법에 있어서, 상기 제2 스위칭 소자의 턴온 시점을 상기 제1 스위칭 소자의 턴온 시점에 비해 소정의 시간 지연시켜 상기 제2 스위칭 소자의 상기 최초 듀티가 상기 제1 스위칭 소자의 듀티의 일정 비율이 되도록 설정할 수 있다. The first duty of the second switching element is higher than the first duty of the first switching element when the turn-on time of the second switching element is delayed by a predetermined time as compared with the turning-on time of the first switching element, The duty ratio can be set to a certain ratio.

상기 전력변환장치의 동작 방법에 있어서, 상기 일정 비율은 0.5인 것을 특징으로 할 수 있다. In the operation method of the power conversion apparatus, the predetermined ratio may be 0.5.

상기 전력변환장치의 동작 방법에 있어서, 상기 제2 스위칭 소자의 상기 최초 듀티를 상기 제1 스위칭 소자의 듀티의 일정 비율로 설정하는 것은 게이트 인에이블 신호를 사용하여 구현될 수 있다. In the method of operating the power conversion device, setting the initial duty of the second switching device to a predetermined ratio of duty of the first switching device may be implemented using a gate enable signal.

상기 전력변환장치의 동작 방법에 있어서, 상기 제1 컨버터가 동작하고 상기 제2 컨버터는 동작하지 않는 상태에서 상기 제2 컨버터가 동작을 시작할 때, 상기 제2 컨버터의 전류 기준값은 영에서 시작하여 점진적으로 증가할 수 있다. The method of claim 1, wherein, when the first converter is operating and the second converter is not operating, when the second converter starts operating, the current reference value of the second converter starts from zero, . ≪ / RTI >

상기 전력변환장치의 동작 방법에 있어서, 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터는 동기식 부스트 컨버터일 수 있다. In the method of operating the power converter, the first converter and the second converter may be synchronous boost converters.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 복수의 컨버터가 병렬로 동작하는 병렬 컨버터 시스템의 동적 특성을 개선할 수 있다. As described above, according to the present invention, the dynamic characteristics of a parallel converter system in which a plurality of converters operate in parallel can be improved.

또한, 본 발명에 의하면 병렬 컨버터 시스템에서 어느 하나의 컨버터가 동작 중에 다른 하나의 컨버터를 기동시킬 때 기동을 시작하는 컨버터의 초기 듀티를 설정하는 방법을 제시함으로써 기동을 시작하는 컨버터의 동적 특성을 향상시키고 이에 따라 병렬 컨버터 시스템 전체의 동적 특성을 향상시킬 수 있다. In addition, according to the present invention, by providing a method of setting an initial duty of a converter that starts to start when one of the converters is started in operation in the parallel converter system, the dynamic characteristics of the converter Thereby improving the dynamic characteristics of the entire parallel converter system.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 병렬 컨버터 시스템의 구성도이다.
도 2는 동기식 부스트 컨버터를 예시하는 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 예시된 동기식 부스트 컨버터의 전류 흐름을 예시하는 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 2에 예시된 동기식 부스트 컨버터의 동작 파형을 예시하는 도면이다.
도 7은 동작 중인 제1 컨버터와 기동을 시작하는 제2 컨버터의 전류 기준값을 예시하는 도면이다.
도 8 및 도 9는 기동을 시작하는 컨버터를 일반적인 방식으로 제어할 경우의 동작 파형을 예시하는 도면이다.
도 10은 기동을 시작하는 컨버터에 본 발명의 제어 방식을 적용한 경우의 동작 파형을 예시하는 도면이다.
도 11은 전류에 따른 보정계수를 예시하는 도면이다.1 is a configuration diagram of a parallel converter system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a synchronous boost converter;
3 and 4 are diagrams illustrating the current flow of the synchronous boost converter illustrated in FIG.
FIGS. 5 and 6 are diagrams illustrating operation waveforms of the synchronous boost converter illustrated in FIG. 2. FIG.
7 is a diagram illustrating a current reference value of the first converter in operation and the second converter in starting operation.
Figs. 8 and 9 are diagrams illustrating operation waveforms when a converter that starts startup is controlled in a general manner. Fig.
10 is a diagram illustrating an operation waveform when the control method of the present invention is applied to a converter that starts startup.
11 is a diagram illustrating a correction coefficient according to a current.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals whenever possible, even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, It should be understood that an element may be "connected," "coupled," or "connected."

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 병렬 컨버터 시스템(100)의 구성도이다. 병렬 컨버터 시스템(100)은 제1 컨버터(110), 제2 컨버터(120), 제1 제어기(130), 제2 제어기(140), 입력 단자(150) 및 출력 단자(160)를 포함할 수 있다. 병렬 컨버터 시스템이라는 용어는 병렬 컨버터 방식의 전력변환장치 등으로 표현될 수도 있다. 1 is a configuration diagram of a parallel converter system 100 according to an embodiment of the present invention. The parallel converter system 100 may include a first converter 110, a second converter 120, a first controller 130, a second controller 140, an input terminal 150 and an output terminal 160 have. The term " parallel converter system " may be expressed by a power converter of a parallel converter type or the like.

제1 컨버터(110)는 그 내부에 제1 스위칭 소자(도면 미도시)를 포함하고, 입력 단자(150)로부터 전력을 공급받아 전력을 변환하여 출력 단자(160)로 전달하도록 구성될 수 있다. 제1 컨버터(110)는 입력 단자(150)로부터 전력을 공급받아 출력단에서 원하는 형태의 전압 및/또는 전류로 변환하여 출력 단자(160)로 전달할 수 있다. The first converter 110 may include a first switching element (not shown) in the first converter 110, and may be configured to receive power from the input terminal 150, convert the power, and transmit the converted power to the output terminal 160. The first converter 110 receives power from the input terminal 150, converts the voltage and / or current into a desired voltage and / or current at the output terminal, and transmits the converted voltage and / or current to the output terminal 160.

제2 컨버터(120)는 그 내부에 제2 스위칭 소자(도면 미도시)를 포함하고 입력 단자(150)로부터 전력을 공급받아 전력을 변환하여 출력 단자(160)로 전달하도록 구성될 수 있다. 제2 컨버터(120)는 입력 단자(150)로부터 전력을 공급받아 출력단에서 원하는 형태의 전압 및/또는 전류로 변환하여 출력 단자(160)로 전달할 수 있다.The second converter 120 may include a second switching element (not shown) inside the second converter 120, and may be configured to receive power from the input terminal 150, convert the power, and transmit the converted power to the output terminal 160. The second converter 120 receives power from the input terminal 150, converts the voltage and / or current into a desired voltage and / or current at the output terminal, and transmits the converted voltage and / or current to the output terminal 160.

제1 컨버터(110)와 제2 컨버터(120)는 입력 단자(150)와 출력 단자(160)를 공유하는 형태로 병렬로 연결되어 출력단에서 원하는 전력을 서로 분담하여 공급할 수 있다. 도 1에서는 2개의 컨버터를 사용하는 것으로 예시되어 있으나 병렬 컨버터 시스템(100)은 3개 이상의 컨버터를 병렬로 사용할 수도 있다.The first converter 110 and the second converter 120 are connected in parallel to each other in such a manner that the input terminal 150 and the output terminal 160 share the same, Although FIG. 1 illustrates the use of two converters, the parallel converter system 100 may use three or more converters in parallel.

제1 제어기(130)는 제1 컨버터(110)를 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 제1 제어기(130)는 제1 컨버터(110)의 출력 전류(i1)를 검출하고, 병렬 컨버터 시스템(100) 전체의 제어기(도면 미도시) 등으로부터 제1 전류 기준값(i1_ref)을 수신하며, 제1 컨버터(110)의 출력 전류(i1)와 제1 전류 기준값(i1_ref)을 비교하여 제1 컨버터(110) 내부에 포함된 스위칭 소자의 듀티(d1)를 조절함으로써 제1 컨버터(110)의 출력 전류(i1)를 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 여기서, '듀티'는 스위칭 소자의 온/오프 스위칭을 통해 출력 전압 및/또는 전류를 조절하는 스위칭 방식의 컨버터에서 스위칭 소자의 각 주기에서의 온 구간의 비율(즉, 해당 주기에 대한 온 시간의 비율)로서 시비율(Duty)이라고 표현되기도 한다. The first controller 130 may perform a function of controlling the first converter 110. The first controller 130 detects the output current i1 of the first converter 110 and receives the first current reference value i1_ref from a controller (not shown) of the entire parallel converter system 100, By comparing the output current i1 of the first converter 110 with the first current reference value i1_ref to adjust the duty d1 of the switching element included in the first converter 110, And to control the output current i1. Here, 'duty' is a ratio of the on period in each period of the switching element in the switching converter that controls the output voltage and / or the current through on / off switching of the switching element (that is, Ratio), which is expressed as a duty ratio.

제2 제어기(140)는 제2 컨버터(120)를 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 제2 제어기(140)는 제2 컨버터(120)의 출력 전류(i2)를 검출하고, 병렬 컨버터 시스템(100) 전체의 제어기(도면 미도시) 등으로부터 제2 전류 기준값(i2_ref)을 수신하며, 제2 컨버터(120)의 출력 전류(i2)와 제2 전류 기준값(i2_ref)을 비교하여 제2 컨버터(120) 내부에 포함된 스위칭 소자의 듀티(d2)를 조절함으로써 제2 컨버터(120)의 출력 전류(i2)를 조절하는 기능을 수행할 수 있다.And the second controller 140 may perform a function of controlling the second converter 120. The second controller 140 detects the output current i2 of the second converter 120 and receives the second current reference value i2_ref from a controller (not shown) of the entire parallel converter system 100, By comparing the output current i2 of the second converter 120 with the second current reference value i2_ref to adjust the duty d2 of the switching device included in the second converter 120, And to adjust the output current i2.

도 1에는 제1 제어기와 제2 제어기가 분리되어 구성된 것으로 예시되어 있으나, 이는 개념적인 구분으로서 제1 제어기와 제2 제어기는 함께 구성될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 디지털 프로세서 내에서 병렬 컨버터 시스템(100) 전체의 제어기 기능과 제1 제어기 및 제2 제어기의 기능이 동시에 구현될 수도 있다.In FIG. 1, the first controller and the second controller are illustrated as being separated from each other. However, the first controller and the second controller may be configured as a conceptual division. For example, the controller functions of the entire parallel converter system 100 and the functions of the first controller and the second controller may be simultaneously implemented in one digital processor.

도 2는 도 1에 예시된 제1 컨버터 및 제2 컨버터에 사용되는 동기식 부스트 컨버터(210)를 예시하는 도면이다. 제1 컨버터 및 제2 컨버터에는 통상의 전력변환 컨버터가 사용될 수 있는데, 도 2에서는 양방향 전력 전달이 가능하고, 영전압 스위칭(Zero Volatge Switching)이 가능하며, 전력 변환 효율이 높은 동기식 부스트 컨버터(Synchronous Boost Converter)를 사용하는 것으로 예시한다.2 is a diagram illustrating a synchronous boost converter 210 used in the first and second converters illustrated in FIG. A conventional power conversion converter can be used for the first converter and the second converter. In FIG. 2, a synchronous boost converter capable of bi-directional power transfer, zero voltage switching, Boost Converter).

동기식 부스트 컨버터(210)는 인덕터(L), 메인 스위칭 소자(Sa) 및 보조 스위칭 소자(Sb)를 포함할 수 있다. 인덕터(L)의 일단은 양의 입력 단자에 연결되고 인덕터(L)의 타단은 메인 스위칭 소자(Sa)의 드레인 단자에 연결될 수 있다. 메인 스위칭 소자(Sa)의 소스 단자는 음의 입력 단자 및 음의 출력 단자에 연결될 수 있다. 보조 스위칭 소자(Sb)의 소스 단자는 인덕터(L)의 타단 및 메인 스위칭 소자(Sa)의 드레인 단자에 연결되고, 보조 스위칭 소자(Sb)의 드레인 단자는 양의 출력 단자에 연결될 수 있다. The synchronous boost converter 210 may include an inductor L, a main switching device Sa and an auxiliary switching device Sb. One end of the inductor L may be connected to the positive input terminal and the other end of the inductor L may be connected to the drain terminal of the main switching device Sa. The source terminal of the main switching device Sa may be connected to the negative input terminal and the negative output terminal. The source terminal of the auxiliary switching element Sb may be connected to the other terminal of the inductor L and the drain terminal of the main switching element Sa and the drain terminal of the auxiliary switching element Sb may be connected to the positive output terminal.

제어기(230)는 메인 스위칭 소자(Sa)의 게이트 단자를 통해 메인 스위칭 소자(Sa)가 듀티 d로 동작하도록 제어하고, 보조 스위칭 소자(Sb)의 게이트 단자를 통해 보조 스위칭 소자(Sb)가 듀티 d'으로 동작하도록 제어할 수 있다. 메인 스위칭 소자(Sa)의 듀티 d와 보조 스위칭 소자(Sb)의 듀티 d'은 서로 상보적인 관계로 동작할 수 있다. 즉, 메인 스위칭 소자(Sa)가 온 된 구간에서 보조 스위칭 소자(Sb)는 오프 되거나 메인 스위칭 소자(Sa)가 오프 된 구간에서 보조 스위칭 소자(Sb)는 온 되는 방식으로 동작할 수 있다.The controller 230 controls the main switching device Sa to operate at a duty d through the gate terminal of the main switching device Sa and the auxiliary switching device Sb is controlled to have a duty through the gate terminal of the auxiliary switching device Sb. quot; d ". The duty d of the main switching device Sa and the duty d 'of the auxiliary switching device Sb can operate in a mutually complementary relationship. That is, the auxiliary switching element Sb may be turned on in a period in which the main switching element Sa is turned on or in a period in which the main switching element Sa is off.

동기식 부스트 컨버터(210)의 메인 스위칭 소자(Sa)와 보조 스위칭 소자(Sb)는 각각 MOSFET으로 구성될 수 있다. MOSFET은 도 2에 예시된 바와 같이 그 내부에 소스 단자에서 드레인 단자로 전류가 흐를 수 있는 다이오드가 포함되어 있는데, 이렇게 MOSFET 내부에 포함된 다이오드를 통상 바디 다이오드(Body Diode)라 표현한다. 동기식 부스트 컨버터(210)의 메인 스위칭 소자(Sa)와 보조 스위칭 소자(Sb)에 MOSFET과 같이 바디 다이오드가 내재된 스위칭 소자를 사용하지 않는 경우, 즉 IGBT 등과 같은 스위칭 소자를 사용하는 경우 스위칭 소자에 병렬로 다이오드를 부가하여 사용할 수도 있다.The main switching device Sa and the auxiliary switching device Sb of the synchronous boost converter 210 may be configured as MOSFETs. The MOSFET includes a diode in which a current can flow from a source terminal to a drain terminal, as illustrated in FIG. 2. The diode included in the MOSFET is generally referred to as a body diode. When a switching element including a body diode such as a MOSFET is not used in the main switching element Sa and the auxiliary switching element Sb of the synchronous boost converter 210, that is, when a switching element such as an IGBT is used, A diode may be added in parallel.

도 3 및 도 4는 도 2에 예시된 동기식 부스트 컨버터(210)의 전류 흐름을 예시한다. 3 and 4 illustrate the current flow of the synchronous boost converter 210 illustrated in FIG.

먼저, 메인 스위칭 소자(Sa)가 온 되면 인덕터 전류(i)는 메인 스위칭 소자(Sa)의 바디를 통해 흐르면서 입력 단자 전압에 의해 인덕터 전류가 증가한다(도 3 참조). 이후 메인 스위칭 소자(Sa)를 오프시키고 보조 스위칭 소자(Sb)를 온 시키면, 인덕터 전류(i)는 보조 스위칭 소자(Sb)를 통해 양의 출력 단자로 흐르면서 출력 단자의 전압에 의해 전류가 점진적으로 감소한다(도 4 참조). 이 때, 보조 스위칭 소자(Sb)의 게이트 단자에 온 신호를 인가하면 전압 강하가 낮아져 도통 손실이 감소할 수 있다. First, when the main switching device Sa is turned on, the inductor current i increases due to the input terminal voltage while flowing through the body of the main switching device Sa (see FIG. 3). Then, when the main switching element Sa is turned off and the auxiliary switching element Sb is turned on, the inductor current i flows through the auxiliary switching element Sb to the positive output terminal, (See FIG. 4). At this time, when the ON signal is applied to the gate terminal of the auxiliary switching element Sb, the voltage drop is lowered and the conduction loss can be reduced.

통상의 부스트 컨버터의 경우 보조 스위칭 소자(Sb)에 MOSFET이 아니라 다이오드를 사용하는 경우가 많은데 이 경우 다이오드를 통해 전류가 흐를 때 전압 강하가 상대적으로 높아 손실이 많이 발생한다는 문제가 있다. 동기식 부스트 컨버터의 경우, 다이오드 대신에 MOSFET을 사용하고 게이트 단자에 온 신호를 인가하면 소스 단자에서 드레인 단자 방향으로 전류가 흐를 때 일반적인 다이오드를 사용하는 것에 비해 전압 강하를 줄일 수 있어 고효율 동작이 가능한 장점이 있다.In the case of a normal boost converter, a diode is used instead of a MOSFET in the auxiliary switching element Sb. In this case, when the current flows through the diode, the voltage drop is relatively high, which causes a problem of a large loss. In the case of synchronous boost converter, when MOSFET is used instead of diode and ON signal is applied to the gate terminal, the voltage drop can be reduced compared to using a common diode when the current flows from the source terminal to the drain terminal. .

도 5는 동기식 부스트 컨버터의 동작 파형을 예시한다. 앞서 도 3 및 도 4를 통해 설명한 바와 같이, 메인 스위칭 소자(Sa)가 온 된 경우 인덕터 전류(i)가 점진적으로 증가하고, 보조 스위칭 소자(Sb)가 온 된 경우 인덕터 전류(i)는 점진적으로 감소한다. 도 5에서는 메인 스위칭 소자(Sa)와 보조 스위칭 소자(Sb)의 게이트 신호가 서로 상보적으로 동작하는 것으로 예시하고 있다. 인덕터 전류(i)는 최대값 I_max와 최소값 I_min 사이에서 증가와 감소를 반복하는 형태를 나타내고, 평균 전류 I_avg는 대략 (I_max + I_min)/2의 값을 가질 수 있다. 인덕터 전류(i)의 최대값 I_max와 최소값 I_min의 차이를 통상 전류 리플이라고 표현하기도 한다.5 illustrates the operating waveform of the synchronous boost converter. As described above with reference to FIGS. 3 and 4, when the main switching device Sa is turned on, the inductor current i gradually increases. When the auxiliary switching device Sb is turned on, the inductor current i gradually increases . In FIG. 5, gate signals of the main switching device Sa and the auxiliary switching device Sb complement each other. The inductor current (i) repeats the increase and decrease between the maximum value I_max and the minimum value I_min, and the average current I_avg can have a value of approximately (I_max + I_min) / 2. The difference between the maximum value I_max and the minimum value I_min of the inductor current (i) may be expressed as a normal current ripple.

도 6은 동기식 부스트 컨버터의 동작에서 인덕터 전류(i)가 음의 구간을 가지는 경우를 예시하는 파형이다. 인덕터 전류(i)의 전류 리플의 절반이 평균 전류 I_avg 보다 큰 경우 인덕터 전류(i)는 음의 구간을 가질 수 있다. 메인 스위칭 소자(Sa)가 오프 되고 보조 스위칭 소자(Sb)가 온 되면, 인덕터 전류(i)는 최대값 I_max에서 점진적으로 감소하다가 '0'이하로 감소하여 인덕터 전류(i)가 역방향으로 흐르는 구간이 발생할 수 있다. 즉, 도 4에서 보조 스위칭 소자(Sb)가 온 되면 양의 입력 단자에서 양의 출력 단자 방향으로 전류(i)가 흐르는데 이 때 출력 전압이 입력 전압보다 크기 때문에 인덕터 전류(i)가 점점 감소하다가 반대로 양의 출력 단자에서 양의 입력 단자로 전류가 흐르는 구간이 발생할 수 있다. 이와 같이 인덕터 전류(i)가 음의 구간을 가지도록 동작하는 경우 메인 스위칭 소자(Sa)의 턴 온 시에 영전압 스위칭(Zero Volatge Switching)이 가능하여 스위칭 손실을 줄일 수 있다는 장점이 있다.6 is a waveform illustrating the case where the inductor current (i) in the operation of the synchronous boost converter has a negative section. If half of the current ripple of the inductor current (i) is greater than the average current I_avg, the inductor current (i) may have a negative period. When the main switching element Sa is turned off and the auxiliary switching element Sb is turned on, the inductor current i gradually decreases from the maximum value I_max to less than 0, and the inductor current i flows in the reverse direction Can occur. That is, when the auxiliary switching device Sb is turned on in FIG. 4, the current i flows from the positive input terminal to the positive output terminal. Since the output voltage is larger than the input voltage, the inductor current i gradually decreases Conversely, a period where a current flows from a positive output terminal to a positive input terminal may occur. When the inductor current (i) operates in the negative range, zero voltage switching can be performed when the main switching device Sa is turned on, thereby reducing the switching loss.

도 6에 예시된 바와 같이 동기식 부스트 컨버터는 인덕터 전류(i)가 음의 방향으로 흐를 수 있는데, 메인 스위칭 소자(Sa)의 듀티를 충분히 작게 하면 인덕터 전류(i)의 평균값(I_avg)이 음의 값을 가지게 되어 출력 단자에서 입력 단자 방향으로 전력이 전달되는 역방향 전력 전달도 가능하다. 앞서 도 2에 예시된 동기식 부스트 컨버터에 대해 입력 단자와 출력 단자라는 용어를 사용하여 구분하였으나, 인덕터 전류의 평균값(I_avg)이 음의 값을 가지도록 동작시키는 경우 출력 단자로부터 전력을 공급받아 입력 단자로 전력을 공급하는 것으로 이해될 수 있다.6, the inductor current i can flow in the negative direction. When the duty of the main switching device Sa is made sufficiently small, the average value I_avg of the inductor current i becomes negative And the power is transmitted from the output terminal to the input terminal. In the synchronous boost converter illustrated in FIG. 2, the input terminal and the output terminal are used. However, in the case where the average value I_avg of the inductor current has a negative value, power is supplied from the output terminal, As shown in FIG.

도 7은 제1 컨버터가 동작 중인 상황에서 제2 컨버터가 기동을 시작하는 경우에 대한 제1 컨버터의 제1 전류 기준값(i1_ref)과 제2 컨버터의 제2 전류 기준값(i2_ref)을 예시하는 도면이다. 제1 전류 기준값(i1_ref)은 제1 컨버터의 출력 전류의 목표 값으로서, 제1 컨버터의 제어기에 의해 제1 컨버터의 출력 전류(i1)가 제1 전류 기준값(i1_ref)을 추종하도록 제어될 수 있다. 마찬가지로 제2 전류 기준값(i2_ref)은 제2 컨버터의 출력 전류(i2)의 목표 값으로서, 제2 컨버터의 제어기에 의해 제2 컨버터의 출력 전류(i2)가 제2 전류 기준값(i2_ref)을 추종하도록 제어될 수 있다. 7 is a diagram illustrating the first current reference value i1_ref of the first converter and the second current reference value i2_ref of the second converter when the second converter starts to start in a state where the first converter is in operation . The first current reference value i1_ref is a target value of the output current of the first converter and can be controlled by the controller of the first converter such that the output current i1 of the first converter follows the first current reference value i1_ref . Similarly, the second current reference value i2_ref is set such that the output current i2 of the second converter follows the second current reference value i2_ref by the controller of the second converter as the target value of the output current i2 of the second converter Lt; / RTI >

도 7을 참조하면, 시각 t1 이전에는 제1 컨버터가 제1 전류 기준값인 Ia로 동작하고 있고 제 2 컨버터는 동작하지 않는 상황에서, 시각 t1에 제2 컨버터가 기동을 시작하는 상황을 예시한다. 시각 t1 이후 제2 컨버터는 제2 전류 기준값(i2_ref)을 추종하도록 제어될 수 있는데, 제2 전류 기준값(i2_ref)은 급격히 상승하는 것이 아니라 영에서 시작하여 점진적으로 증가하여 최종 목표 값인 Ic가 되도록 할 수 있다. 이렇게 제2 전류 기준값(i2_ref)을 점진적으로 증가시키면 시스템이 안정적으로 동작하고 오버슛이 감소하는 등 동적 특성이 좋아지는 장점이 있다. Referring to FIG. 7, a situation in which the first converter starts operating at a first current reference value Ia and the second converter does not operate before time t1, illustrates a situation where the second converter starts to start at time t1. After the time t1, the second converter can be controlled to follow the second current reference value i2_ref. The second current reference value i2_ref does not increase abruptly but gradually increases from zero to the final target value Ic . If the second current reference value i2_ref is gradually increased, there is an advantage that dynamic characteristics such as stable operation of the system and reduction of overshoot are improved.

제2 컨버터를 기동시키는 경우 제1 전류 기준값(i1_ref)은 변경될 수도 있고 변경되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 부하가 증가하여 전체 출력 전류를 증가시는 상황이라면 제1 전류 기준값(i1_ref)을 Ia와 동일하게 유지하면서 제2 전류 기준값(i2_ref)을 점진적으로 증가시켜 Ic가 되도록 하는 방법을 사용할 수 있고, 제1 컨버터로만 동작시키다가 전체 출력 전류가 증가하지 않는 상황에서 제1 컨버터와 제2 컨버터를 동시에 구동시켜 전류를 분배하려는 경우에는 제2 컨버터의 제2 전류 기준값(i2_ref)이 증가한만큼 제1 전류 기준값(i1_ref)을 Ib로 감소시켜 그 합이 일정하도록 유지시키는 방식으로 동작할 수도 있다. When the second converter is started, the first current reference value i1_ref may or may not be changed. For example, if the load increases and the total output current is increased, the second current reference value i2_ref may be gradually increased to Ic by keeping the first current reference value i1_ref equal to Ia In the case where the first converter and the second converter are operated simultaneously while the total output current does not increase while operating only with the first converter, when the second current reference value i2_ref of the second converter is increased It may operate in such a manner that the first current reference value i1_ref is reduced to Ib so that the sum is kept constant.

도 8 및 도 9는 기동을 시작하는 컨버터의 초기 듀티를 적절하게 제어하지 못하는 경우의 동작 파형을 예시하는 도면이다. 제1 전류 기준값(i1_ref)은 제1 컨버터의 기준 전류값이고, 제1 듀티(d1)는 제1 컨버터의 스위칭 소자의 듀티이며, 제1 전류(i1)는 제1 컨버터의 출력 전류이다. 제2 전류 기준값(i2_ref)은 제2 컨버터의 기준 전류값이고, 제2 듀티(d2)는 제2 컨버터의 스위칭 소자의 듀티이며, 제2 전류(i2)는 제2 컨버터의 출력 전류이다. 도 8은 제1 전류 기준값(i1_ref)은 변경하지 않고 시각 t1에서 제2 전류 기준값(i2_ref)를 영에서 점진적으로 증가시키는 경우를 예시하고 있다. 이때, 제2 전류 기준값(i2_ref)의 증가 속도는 스위칭 소자의 스위칭 주기에 비해 매우 느리므로 도 8에서 제2 전류 기준값(i2_ref)은 영에서 서서히 증가하는 중인 것으로 도시되어 있다.Figs. 8 and 9 are diagrams illustrating operation waveforms in the case where the initial duty of the converter starting to start can not be appropriately controlled. The first current reference value i1_ref is a reference current value of the first converter, the first duty d1 is a duty of the switching device of the first converter, and the first current i1 is an output current of the first converter. The second current reference value i2_ref is the reference current value of the second converter, the second duty d2 is the duty of the switching element of the second converter, and the second current i2 is the output current of the second converter. Fig. 8 illustrates a case where the second current reference value i2_ref is gradually increased from zero at time t1 without changing the first current reference value i1_ref. At this time, since the increase rate of the second current reference value i2_ref is much slower than the switching period of the switching device, the second current reference value i2_ref is gradually increasing from zero in FIG.

시각 t1 이전에 제1 컨버터는 제1 전류 기준값(i1_ref)을 추종하며 소정의 듀티(d1)로 동작하여 제1 전류 평균값(I1_avg)을 출력하고 있다. Before time t1, the first converter follows the first current reference value i1_ref and operates with a predetermined duty d1 to output the first current average value I1_avg.

시각 t1에서, 제2 컨버터를 기동시키면서 제2 컨버터가 제2 전류 기준값(i2_ref)을 추종하도록 제어한다. 이때 제2 컨버터의 스위칭 소자에 대한 듀티(d2)를 어떻게 설정할지가 문제가 될 수 있다. At time t1, the second converter is controlled to follow the second current reference value (i2_ref) while the second converter is started. At this time, how to set the duty (d2) for the switching element of the second converter may be a problem.

먼저, 도 8과 같이 t1에서 제2 컨버터의 최초 듀티 d2를 아주 작은 값을 가지면서 기동하도록 하는 경우를 생각할 수 있다. 이 경우 제2 컨버터 전류(i2)는 최초 주기(t1 ~ t3)의 온 구간인 t1 ~ t2 구간(메인 스위칭 소자의 온 구간)에서 약간 증가한 후 최초 주기의 오프 구간인 t2 ~ t3 구간(메인 스위칭 소자 오프 구간)에서 크게 감소하여 해당 주기의 평균값이 큰 음의 값을 가지게 된다. 이때, 제2 전류 기준값(i2_ref)은 영에서 느린 속도로 증가를 시작하여 실질적으로 영의 값을 가지고 있으므로 제2 전류(i2)와 제2 전류 기준값(i2_ref) 사이의 오차가 커지게 된다. t3 이후 스위칭 주기가 반복되는 동안 제2 제어기에 의해 제2 전류(i2)는 제2 전류 기준값(i2_ref)을 추종하도록 제어가 되겠지만, 기동 후 최초 주기에서 제2 전류(i2)의 평균은 큰 음의 값에서 출발하여 양의 값을 가진 후 다시 감소하는 현상을 나타낸다. 즉, 최초 주기에서 제2 전류(i2)가 제2 전류 기준값(i2_ref)을 정확하게 추종하지 못함으로 인해 출력 전류의 오실레이션 현상이 발생할 뿐만 아니라 제2 전류(i2)가 제2 전류 기준값(i2_ref)를 정확하게 추종하는데 시간이 오래 걸리는 등 과도 특성이 나빠지는 문제가 생긴다. First, as shown in Fig. 8, a case may be considered in which the initial duty d2 of the second converter is started with a very small value at t1. In this case, the second converter current i2 is slightly increased in the period t1 to t2 (the on period of the main switching device) which is the on period of the first period t1 to t3, and then the period t2 to t3 The off-period of the device), so that the mean value of the cycle has a large negative value. At this time, since the second current reference value i2_ref begins to increase at a slow rate in zero and has a substantially zero value, an error between the second current i2 and the second current reference value i2_ref becomes large. the second current i2 will be controlled by the second controller to follow the second current reference value i2_ref while the switching cycle is repeated after t3. However, the average of the second current i2 in the first period after the start- And then decreases again after having a positive value. That is, oscillation of the output current occurs due to the fact that the second current i2 does not accurately follow the second current reference value i2_ref in the first period, and the second current i2 is the second current reference value i2_ref, So that it takes a long time to accurately follow the signal.

도 9는 도 8과는 달리 제2 컨버터의 기동 시에 최초 주기에서 제2 컨버터의 듀티를 제1 컨버터의 듀티와 동일하게 제어하는 방법에 대해 설명한다. 이 경우에는 t1 ~ t2 구간에서 제2 전류(i2)는 양의 값으로 제1 컨버터의 전류 리플과 유사한 양으로 증가한 후 t2 ~ t3 구간에서 다시 대략 영의 값이 되도록 감소할 것이다. 따라서 최초 주기(t1 ~ t3)에서의 제2 전류의 평균값은 대략 리플 전류의 절반에 해당하는 양의 값을 가지게 된다. 그러나 이 때의 제2 전류 기준값(i2_ref)은 거의 영에 가까우므로 상당한 오차가 발생한다. 즉, 도 9의 경우에는 최초 주기에서 제2 전류(i2)의 평균값이 상당한 수준의 양의 값을 가지면서 기동하게 되고, 이후 제2 전류(i2)의 평균값이 음의 값을 가졌다가 다시 양의 값을 가지면서 제2 전류 기준값(i2_ref)을 추종하게 될 것이다. 즉, 도 9의 경우에도 도 8의 경우와 마찬가지로 제2 전류(i2)가 제2 전류 기준값(i2_ref)를 처음부터 정확하게 추종하지 못함으로 인해 출력 전류의 오실레이션 현상이 발생할 뿐만 아니라 제2 전류(i2)가 제2 전류 기준값(i2_ref)를 정확하게 추종하는데 시간이 오래 걸리는 등 과도 특성이 나빠지는 문제가 생긴다.9 illustrates a method of controlling the duty ratio of the second converter to be the same as the duty ratio of the first converter in the first cycle when the second converter is started, unlike FIG. In this case, the second current i2 in the interval t1 to t2 will increase to a positive value similar to the current ripple of the first converter and then decrease to approximately zero in the interval t2 to t3. Therefore, the average value of the second currents in the first period (t1 to t3) has a positive value corresponding to approximately half of the ripple current. However, since the second current reference value i2_ref at this time is close to zero, a considerable error occurs. That is, in the case of FIG. 9, the average value of the second current i2 in the initial period is started with a positive value of a considerable level, and then the average value of the second current i2 has a negative value, And will follow the second current reference value i2_ref. 9, the second current i2 does not exactly follow the second current reference value i2_ref from the beginning as in the case of FIG. 8, so that the oscillation of the output current occurs as well as the second current i2 takes a long time to accurately follow the second current reference value i2_ref.

도 8 및 도 9에서는 설명의 편의상 제2 컨버터의 듀티 d2가 스위칭 주기마다 상당히 크게 변화하는 것으로 예시되어 있는데, 실제 제2 컨버터의 듀티 d2의 변화 속도는 도 8 및 도 9에 예시된 것보다는 느릴 수 있고, 이에 따라 제2 컨버터 전류(i2)의 오실레이션 현상은 도 8 및 도 9에 예시된 것에 비해 더 많은 스위칭 주기를 반복하면서 나타날 수 있다. 8 and 9 illustrate that the duty ratio d2 of the second converter varies considerably from one switching period to the next, for convenience of explanation, the rate of change of the duty ratio d2 of the second converter is slower than that illustrated in Figs. 8 and 9 And thus the oscillation phenomenon of the second converter current i2 can be exhibited by repeating more switching cycles than those illustrated in Figures 8 and 9. [

이와 같이 병렬 컨버터 시스템에서 기동을 시작하는 컨버터의 경우, 최초 주기에서의 듀티를 적절히 설정하지 못하는 경우 동적 특성이 나빠지는 문제가 발생할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 방법을 제시하는데 이에 대해 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.In the case of a converter that starts up in the parallel converter system, dynamic characteristics may deteriorate if the duty in the initial period can not be set appropriately. The present invention proposes a method for solving such a problem, which will be described in detail with reference to FIG.

도 10을 참조하면, t1 이전의 동작 상황은 도 8 및 도 9와 동일하다. t1에서 제1 컨버터의 온 구간이 시작되는데, 본 발명의 방법에 의하면 t1에서 즉각 제2 컨버터의 온 구간을 시작하는 것이 아니라, 어느 정도 시간이 경과한 후 ta에서 제2 컨버터의 온 구간을 시작할 수 있다. 즉, 제2 컨버터의 최초 주기의 온 구간을 t1 ~ t2로 제어하는 것이 아니라, t1에서 소정 시간(ta - t1) 지연 후 ta에서 제2 컨버터를 온 시키는 방법을 사용한다. 그러면 제2 컨버터의 온 구간(t2 - ta)은 제1 컨버터의 온 구간(t2 - t1) 보다 작아지게 된다. 제2 컨버터의 최초 주기의 오프 구간은 제1 컨버터와 마찬가지로 t2 ~ t3 구간이 되도록 제어한다.Referring to FIG. 10, the operation state before t1 is the same as in FIGS. 8 and 9. FIG. The on-period of the first converter starts at t1. According to the method of the present invention, the on-period of the second converter is not immediately started at t1 but the on-period of the second converter is started at ta after a certain period of time . That is, the ON period of the first period of the second converter is not controlled from t1 to t2, but the second converter is turned on at ta after a predetermined time (ta - t1) delay at t1. Then, the ON period (t2 - ta) of the second converter becomes smaller than the ON period (t2 - t1) of the first converter. The off period of the first period of the second converter is controlled to be in the range of t2 to t3 as in the first converter.

그러면 ta ~ t2 구간에서 제2 전류(i2)가 제1 전류(i1)의 증가량에 비해 적게 증가하고 t2 ~ t3 구간에서는 제2 전류(i2)가 제1 전류(i1)와 동일한 양으로 감소하므로(즉, ta ~ t2 구간에서 증가한 전류에 비해 t2 ~ t3 구간에서 감소하는 전류가 더 큼), 최초 주기에서의 제2 전류(i2)의 평균이 영에 가까워질 수 있다. 즉, 제1 컨버터가 동작하고 제2 컨버터는 동작하지 않는 상태에서 제2 컨버터가 동작을 시작할 때, 제1 컨버터의 듀티 정보에 기초하여 제2 컨버터의 최초 주기의 듀티를 설정하되 제1 컨버터의 듀티와 동일하게 하는 것이 아니라 제1 컨버터의 듀티에 비해 작은 값을 가지도록 설정함으로써 제2 전류(i2)의 평균값과 제2 전류 기준값(i2_ref)의 차이를 줄일 수 있다. 이 때, 제2 컨버터의 온 구간(ta ~ t2 구간)을 제1 컨버터의 온 구간(t1 ~ t2 구간)에 비해 지연되어 발생하게 하여 일정 비율이 되도록 할 수 있고, 특히 제1 컨버터의 온 구간(t1 ~ t2 구간)에 대한 제2 컨버터의 온 구간(ta ~ t2 구간)의 비율이 0.5가 되도록 하면, 기동 초기 제2 전류(i2)의 평균값이 대략 영이 되어 제2 전류 기준값(i2_ref)을 정확히 추종하도록 할 수 있다. 여기서, 제1 컨버터의 듀티(d1)에 대한 제2 컨버터의 듀티(d1)의 비율(a)을 수식으로 표현하면 a = (t2 - ta)/(t2 - t1)로 표현할 수 있고, 제2 컨버터의 온 신호는 제1 컨버터의 듀티의 (1-a)배 지연된 후 생성되는 것으로 이해될 수도 있다.Then, the second current i2 in the range of ta to t2 is increased less than the increase of the first current i1 and the second current i2 is decreased in the same amount as the first current i1 in the interval of t2 to t3 (I.e., the current decreasing in the interval t2 to t3 is larger than the current increased in the interval ta ~ t2), and the average of the second current i2 in the first period can be close to zero. That is, when the first converter is operated and the second converter is not operated, when the second converter starts to operate, the duty of the first period of the second converter is set based on the duty information of the first converter, The difference between the average value of the second current i2 and the second current reference value i2_ref can be reduced by setting the duty ratio to be smaller than the duty ratio of the first converter. At this time, the ON interval (ta to t2 interval) of the second converter can be made to be a predetermined ratio by delaying the ON interval (t1 to t2 interval) of the first converter, (ta to t2 section) of the second converter with respect to the period (t1 to t2 section) is 0.5, the average value of the start current second current i2 becomes substantially zero, and the second current reference value i2_ref is set to It is possible to follow exactly. Here, the ratio a of the duty ratio d1 of the second converter to the duty ratio d1 of the first converter can be expressed as: a = (t2-ta) / (t2 - t1) The on-signal of the converter may be understood to be generated after (1-a) times the duty of the first converter.

여기서 제2 컨버터의 듀티는 제2 컨버터 내에 포함되어 있는 스위칭 소자의 듀티를 의미하고, 제2 컨버터에 도 2를 참조하여 설명한 동기식 부스트 컨버터를 사용하는 경우 제2 컨버터의 듀티는 메인 스위칭 소자(Sa)의 듀티를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 제1 컨버터의 듀티에 대해서도 동일한 방식으로 이해될 수 있다.Here, the duty of the second converter means the duty of the switching element included in the second converter, and when the synchronous boost converter described with reference to FIG. 2 is used for the second converter, the duty of the second converter is the main switching element Sa ≪ / RTI > The duty of the first converter can also be understood in the same manner.

제2 컨버터의 듀티를 제1 컨버터의 듀티의 일정 비율로 설정하는 방법으로는 도 10에 예시된 바와 같은 게이트 인에이블 신호(GE)를 사용하여 구현될 수 있다. 게이트 인에이블 신호(GE)를 생성하기 위한 하나의 방법으로는, 제1 컨버터의 제어기로부터 제1 컨버터의 듀티 정보를 획득한 후 그 일정 비율에 해당하는 듀티가 되도록 게이트 인에이블 신호(GE)를 생성하고 게이트 인에이블 신호(GE)와 제1 컨버터의 듀티 신호를 'AND' 조건으로 연산하여 제2 컨버터의 듀티 신호를 생성할 수 있다. 물론 이와는 다른 방법으로 게이트 인에이블 신호(GE)를 생성하여 사용할 수도 있다. The method of setting the duty ratio of the second converter to a predetermined ratio of the duty ratio of the first converter may be implemented using a gate enable signal GE as illustrated in FIG. One method for generating the gate enable signal GE is to acquire the duty information of the first converter from the controller of the first converter and then set the gate enable signal GE to be a duty corresponding to the duty ratio And a duty signal of the second converter can be generated by operating the gate enable signal GE and the duty signal of the first converter under the " AND " condition. Alternatively, the gate enable signal GE may be generated and used in a different manner.

제2 컨버터의 최초 주기 이후의 주기에서의 듀티는 제2 전류 기준값(i2_ref)과 제2 컨버터의 출력 전류(i2)를 사용하여 제2 제어기에 의해 결정될 수 있다. 즉, 제2 제어기는 최초 주기에서는 제1 컨버터의 듀티 정보에 근거하여 제2 컨버터의 듀티를 설정할 수 있고, 최초 주기 이후의 주기에서는 제2 전류 기준값(i2_ref)과 제2 컨버터의 출력 전류(i2)를 비교하고 그 차이에 근거하여 제2 컨버터의 듀티를 조절하면서 제2 컨버터의 출력 전류(i2)가 제2 전류 기준값(i2_ref)를 추종하도록 제어할 수 있다.The duty in the period after the first period of the second converter can be determined by the second controller using the second current reference value i2_ref and the output current i2 of the second converter. That is, the second controller can set the duty ratio of the second converter based on the duty information of the first converter in the first period, and the second current reference value i2_ref and the output current i2 ) And control the output current i2 of the second converter to follow the second current reference value i2_ref while adjusting the duty ratio of the second converter based on the difference.

도 10에 예시된 제어 방법을 절차적인 관점에서 구분해 보면, 제1 컨버터는 입력 단자와 출력 단자 사이에서 전력을 전달하는 기능을 수행하고 제2 컨버터는 전력 전달 기능을 수행하지 않는 제1 단계, 제2 제어기가 제1 컨버터의 제1 스위칭 소자의 듀티 정보에 기초하여 제2 컨버터의 제2 스위칭 소자의 최초 주기에서의 튜티를 설정하고 제2 컨버터를 동작시키는 제2 단계, 및 상기 최초 주기 이후 제2 제어기가 제2 컨버터의 전류 기준값(i2_ref)과 제2 컨버터의 출력 전류(i2)를 사용하여 제2 스위칭 소자의 듀티를 결정하고 제어하는 제3 단계로 구분할 수 있다. 10, the first converter performs a function of transferring power between an input terminal and an output terminal, and the second converter does not perform a power transfer function. In the first step, A second step of the second controller setting the duty at the first period of the second switching element of the second converter based on the duty information of the first switching element of the first converter and operating the second converter, And a third step in which the second controller determines and controls the duty of the second switching device using the current reference value i2_ref of the second converter and the output current i2 of the second converter.

이 때, 제2 스위칭 소자의 최초 주기에서의 듀티는 제1 스위칭 소자의 듀티의 일정 비율이 되도록 설정할 수 있고, 특히 일정 비율을 0.5로 하면 최초 주기에서의 제2 컨버터의 출력 전류(i2)의 평균값이 실질적으로 영이 되어 영에서 점진적으로 증가하는 제2 전류 기준값(i2_ref)을 최초 주기부터 정확히 추종하도록 할 수 있다. At this time, the duty in the first period of the second switching element can be set to be a certain ratio of the duty of the first switching element. Especially, when a certain ratio is set to 0.5, the output current i2 of the second converter The second current reference value i2_ref gradually increasing from zero so that the average value becomes substantially zero can be accurately followed from the initial period.

도 11은 제2 컨버터의 기동 시 최초 주기에서 제1 컨버터의 듀티에 근거하여 제2 컨버터의 듀티를 결정할 때 사용되기 위한 것으로서, 전류에 따른 보정계수를 예시하는 도면이다. 본 발명의 실시예에 따라 제1 컨버터의 듀티 정보에 기초하여 제2 컨버터의 최초 주기에서의 듀티를 결정할 때, 제1 컨버터의 전류 크기에 따른 보정을 행하는 것이 바람직하다. 스위칭 컨버터는 주로 입력 전압과 출력 전압의 관계에 의해 결정되지만, 동일한 입력 전압 및 출력 전압에서도 출력 전류의 크기에 따라 손실 등의 영향으로 실제 듀티는 조금씩 변화할 수 있다. 즉, 동일한 입력 전압과 출력 전압의 경우에도 출력 전류가 클 때의 듀티는 출력 전류가 작을 때의 듀티에 비해 실제로는 조금씩 다를 수 있다.11 is a diagram for illustrating the correction coefficient according to the current for use in determining the duty ratio of the second converter based on the duty ratio of the first converter at the initial period when the second converter is started. According to the embodiment of the present invention, when the duty in the first period of the second converter is determined based on the duty information of the first converter, it is preferable to perform the correction according to the current size of the first converter. Although the switching converter is mainly determined by the relationship between the input voltage and the output voltage, the actual duty may vary little by little, depending on the magnitude of the output current, even at the same input voltage and output voltage. That is, even in the case of the same input voltage and output voltage, the duty when the output current is large may actually be slightly different from the duty when the output current is small.

이러한 상황을 고려하면, 제2 컨버터의 최초 주기의 듀티를 결정할 때 제1 컨버터의 듀티 값을 그대로 사용하면서 앞서 언급한 일정 비율(a)이 되도록 하는 것이 아니라, 제1 컨버터의 전류 크기에 따른 보정을 한 후 일정 비율(a)이 되도록 설정하면 제2 컨버터의 최초 주기에서의 전류 평균을 영에 더욱 가깝게 만들 수 있다. 즉, 제2 컨버터가 기동을 시작하는 시점에서 제1 컨버터의 출력 전류의 평균값은 소정의 값을 가지고 있을 것임에 반해 제2 컨버터의 출력 전류의 평균값은 거의 영이라는 것을 고려하여, 제1 컨버터의 출력 전류의 평균값과 제2 컨버터의 출력 전류의 평균값의 차이에 따른 듀티의 차이를 보정하려는 의도이다. In consideration of this situation, the duty ratio of the first converter is used as it is when the duty of the first period of the second converter is determined, And then set to a certain ratio (a), the current average in the first period of the second converter can be made closer to zero. That is, considering that the average value of the output current of the first converter will have a predetermined value at the time when the second converter starts to start, while the average value of the output current of the second converter is almost zero, Is intended to correct the duty difference depending on the difference between the average value of the output current and the average value of the output current of the second converter.

예를 들어, 앞서 도 10을 참조하며 설명한 제1 컨버터의 듀티에 대한 제2 컨버터의 듀티의 비율을 a라고 하고 도 11에 예시된 전류 크기에 따른 보정계수를 b(i1)라고 할 때, 최초 주기에서 제2 컨버터의 듀티 d2 = a?b(i1)?d1(t1)이 되도록 할 수 있다. 여기서, b(i1)은 제1 컨버터의 전류 i1에 따른 보정계수를 의미하고, d1(t1)은 제2 컨버터가 동작을 시작하는 시점인 t1에서의 제1 컨버터의 듀티를 의미한다. 즉, 기동 시에 제2 컨버터의 전류는 영이 되는 것이 바람직한데, 제1 컨버터의 전류 i1은 소정의 크기를 가지고 있으므로 제1 컨버터의 듀티 d1을 그대로 사용하는 것보다는 제1 전류의 크기에 따른 보정계수 b를 반영한 후 일정 비율 a를 곱하여 제2 컨버터의 듀티를 결정하면 제2 컨버터의 최초 주기에서의 전류 평균을 영에 더욱 가깝게 만들 수 있다.For example, when the ratio of the duty ratio of the second converter to the duty ratio of the first converter described above with reference to FIG. 10 is a and the correction coefficient according to the current magnitude illustrated in FIG. 11 is b (i1) D2 = a? B (i1)? D1 (t1) of the second converter in the period. Here, b (i1) means a correction coefficient according to the current i1 of the first converter, and d1 (t1) means a duty of the first converter at t1, at which the second converter starts to operate. That is, it is preferable that the current of the second converter is zero at startup. Since the current i1 of the first converter has a predetermined magnitude, the duty ratio d1 of the first converter is used as it is, By multiplying the coefficient b by a certain ratio a to determine the duty of the second converter, the current average in the first period of the second converter can be made closer to zero.

도 11을 참조하면 제1 컨버터의 출력 전류가 커질수록 보정계수가 작아지도록 설정할 수 있다. 제1 컨버터의 전류가 영일 때 보정계수를 1로 하고 제1 컨버터의 출력 전류가 최대(I_FL)일 때 보정계수를 0.7로 설정하는 경우, 제2 컨버터의 최초 주기에서의 전류 평균을 실질적으로 영이 되도록 만들 수 있으므로 바람직하다.Referring to FIG. 11, it is possible to set the correction coefficient to be smaller as the output current of the first converter increases. When the correction coefficient is set to 1 when the current of the first converter is zero and the correction coefficient is set to 0.7 when the output current of the first converter is the maximum value I_FL, the current average in the first period of the second converter is substantially zero So that it is preferable.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.It is to be understood that the terms "comprises", "comprising", or "having" as used in the foregoing description mean that the constituent element can be implanted unless specifically stated to the contrary, But should be construed as further including other elements. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (13)

제1 스위칭 소자를 포함하고 입력 단자와 출력 단자 사이에서 전력을 변환하여 전달하도록 구성된 제1 컨버터;
제2 스위칭 소자를 포함하고 상기 입력 단자와 상기 출력 단자 사이에서 전력을 변환하여 전달하도록 구성된 제2 컨버터;
상기 제1 컨버터를 제어하는 제1 제어기; 및
상기 제2 컨버터를 제어하는 제2 제어기;를 포함하고,
상기 제1 컨버터가 동작하고 상기 제2 컨버터는 동작하지 않는 상태에서 상기 제2 컨버터가 동작을 시작할 때, 상기 제2 제어기는 상기 제1 스위칭 소자의 듀티 정보에 기초하여 상기 제2 스위칭 소자의 최초 듀티를 설정하며,
상기 제2 스위칭 소자의 최초 주기 이후의 주기에서의 듀티는 상기 제2 제어기가 상기 제2 컨버터의 전류 기준값과 제2 컨버터의 출력 전류를 사용하여 제어하는 것을 특징으로 하는 병렬 컨버터 시스템.A first converter including a first switching element and configured to convert and transfer power between an input terminal and an output terminal;
A second converter including a second switching element and configured to convert and transfer power between the input terminal and the output terminal;
A first controller for controlling the first converter; And
And a second controller for controlling the second converter,
When the first converter is in operation and the second converter is in an inoperative state, when the second converter starts to operate, the second controller sets the first switch of the second switching element Set the duty,
Wherein the duty of the second switching element after the first cycle is controlled by the second controller using the current reference value of the second converter and the output current of the second converter. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 스위칭 소자의 턴온 시점을 상기 제1 스위칭 소자의 턴온 시점에 비해 소정의 시간 지연시켜 상기 제2 스위칭 소자의 최초 듀티가 상기 제1 스위칭 소자의 듀티의 일정 비율이 되도록 설정하는 것을 특징으로 하는 병렬 컨버터 시스템.The method of claim 1, further comprising: delaying a turn-on time of the second switching device by a predetermined time delayed from a turning-on time of the first switching device so that a first duty of the second switching device becomes a predetermined ratio of duty of the first switching device To-parallel converter system. 청구항 2에 있어서, 상기 일정 비율은 0.5인 것을 특징으로 하는 병렬 컨버터 시스템.The parallel converter system of claim 2, wherein the constant ratio is 0.5. 청구항 2에 있어서, 상기 제2 제어기가 상기 제2 스위칭 소자의 최초 듀티를 상기 제1 스위칭 소자의 듀티의 일정 비율로 설정하는 것은 게이트 인에이블 신호를 사용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 병렬 컨버터 시스템.3. The parallel converter system of claim 2, wherein the second controller is configured to use a gate enable signal to set the initial duty of the second switching element to a predetermined ratio of duty of the first switching element. 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 제1 컨버터가 동작하고 상기 제2 컨버터는 동작하지 않는 상태에서 상기 제2 컨버터가 동작을 시작할 때, 상기 제2 컨버터의 전류 기준값은 영에서 시작하여 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 병렬 컨버터 시스템.2. The power converter according to claim 1, characterized in that, when the first converter is in operation and the second converter is in an inoperative state, the current reference value of the second converter gradually increases starting from zero To-parallel converter system. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터는 동기식 부스트 컨버터인 것을 특징으로 하는 병렬 컨버터 시스템.2. The parallel converter system of claim 1, wherein the first converter and the second converter are synchronous boost converters. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003158871A (en) 2001-11-20 2003-05-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Switching power unit
JP2009011102A (en) * 2007-06-28 2009-01-15 Toyota Motor Corp Dc-dc converter, and control method thereof
KR101538017B1 (en) 2014-05-23 2015-07-22 대성전기공업 주식회사 Bidirectional non-isolation multi-phases dc-dc converter with improved speed and response characteristic and driving method thereof

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