KR102080465B1 - Method and apparatus for controlling output voltage of interleaved llc resonant converter using spread spectrum - Google Patents

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Abstract

일실시예에서, 1차 측 회로가 제1 LLC 탱크 및 제2 LLC 탱크를 포함하는 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법은, 2차 측 회로의 출력 전압을 센싱하는 단계, 상기 출력 전압에 기초하여 PFM 방식에 따른 PI 보상 신호를 생성하는 단계, 스프레드 스펙트럼 제어 신호를 생성하는 단계, 및 상기 PI 보상 신호 및 상기 스프레드 스펙트럼 제어 신호에 기초하여 상기 제1 LLC 탱크에 연결된 제1 스위칭부를 제어하기 위한 제1 스위칭 신호 및 상기 제2 LLC 탱크에 연결된 제2 스위칭부를 제어하기 위한 제2 스위칭 신호를 생성하는 단계를 포함한다.In one embodiment, a method of controlling an output voltage of an interleaved LLC resonant converter, in which the primary side circuit includes a first LLC tank and a second LLC tank, includes: sensing an output voltage of the secondary side circuit; Generating a PI compensation signal according to the PFM scheme based on the output voltage, generating a spread spectrum control signal, and a first switching connected to the first LLC tank based on the PI compensation signal and the spread spectrum control signal Generating a first switching signal for controlling the unit and a second switching signal for controlling the second switching unit connected to the second LLC tank.

Description

스프레드 스펙트럼을 사용하는 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING OUTPUT VOLTAGE OF INTERLEAVED LLC RESONANT CONVERTER USING SPREAD SPECTRUM}METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING OUTPUT VOLTAGE OF INTERLEAVED LLC RESONANT CONVERTER USING SPREAD SPECTRUM}

공진형 컨버터의 출력전압을 제어하는 장치 및 방법에 연관되며, 보다 구체적으로는 스프레드 스펙트럼 기술을 사용하는 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법 및 장치에 연관된다.A device and method for controlling the output voltage of a resonant converter, and more particularly, a method and device for controlling the output voltage of an interleaved LLC resonant converter using spread spectrum technology.

LLC 공진형 컨버터는 DC-DC 직렬 공진형 컨버터 중의 하나로서, 기존의 하드 스위칭 PWM(Pulse Width Modulation) 컨버터 및 비대칭 하프 브릿지 컨버터에 비해 작은 순환 에너지와 작은 턴 오프 스위칭 손실을 가지고 경부하 시에도 소프트 스위칭을 유지할 수 있어 효율이 높다. 뿐만 아니라, 스위칭 손실이 낮은 소프트 스위칭에 의해 주파수를 높여도 상대적으로 높은 효율과 높은 전력 밀도를 얻을 수 있다.The LLC resonant converter is one of the DC-DC series resonant converters. It is soft at light loads with small circulating energy and small turn-off switching losses compared to the conventional hard switching pulse width modulation (PWM) and asymmetric half bridge converters High efficiency due to maintaining switching. In addition, relatively high efficiency and high power density can be achieved by increasing the frequency by soft switching with low switching losses.

전자 제품이 시장에 출시되기 위하여는 EMI(Electromagnetic Interference) 규격을 만족해야 하며, EMI를 줄이기 위한 하나의 방법으로서 스위칭 주파수를 흔들어서 EMI를 다른 주파수로 분산시키는 스프레드 스펙트럼 기술이 사용되는 예가 있다.In order for electronic products to come to the market, electromagnetic interference (EMI) standards must be satisfied, and spread spectrum technology that spreads EMI to other frequencies by shaking a switching frequency is one example of reducing EMI.

그러나, LLC 공진형 컨버터에 스프레드 스펙트럼 기술을 적용하는 경우 컨버터의 출력 전압 리플이 과도하게 커지는 문제가 발생할 수 있으며 이는 전력 변환 품질의 저하로 이어질 수 있다.However, the application of spread spectrum technology to LLC resonant converters may cause excessive output ripple of the converter, which may lead to deterioration of power conversion quality.

일측에 따르면, 1차 측 회로가 제1 LLC 탱크 및 제2 LLC 탱크를 포함하는 인터리브드(interleaved) LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법은, 2차 측 회로의 출력 전압을 센싱하는 단계, 상기 출력 전압에 기초하여 PFM(Pulse Frequency Modulation) 방식에 따른 PI(Proportional-Integral) 보상 신호를 생성하는 단계, 스프레드 스펙트럼 제어 신호를 생성하는 단계; 및 상기 PI 보상 신호 및 상기 스프레드 스펙트럼 제어 신호에 기초하여 상기 제1 LLC 탱크에 연결된 제1 스위칭부를 제어하기 위한 제1 스위칭 신호 및 상기 제2 LLC 탱크에 연결된 제2 스위칭부를 제어하기 위한 제2 스위칭 신호를 생성하는 단계를 포함한다.According to one side, the method for controlling the output voltage of the interleaved LLC resonant converter, the primary circuit comprises a first LLC tank and the second LLC tank, the method comprising the steps of sensing the output voltage of the secondary side circuit Generating a proportional-integral (PI) compensation signal according to a pulse frequency modulation (PFM) scheme based on the output voltage, and generating a spread spectrum control signal; And a first switching signal for controlling a first switching unit connected to the first LLC tank and a second switching unit for controlling a second switching unit connected to the second LLC tank based on the PI compensation signal and the spread spectrum control signal. Generating a signal.

일실시예에서, 상기 제2 스위칭 신호는 상기 스프레드 스펙트럼 제어 신호의 위상을 180도 지연시킨 신호를 이용하여 생성된다.In one embodiment, the second switching signal is generated using a signal delayed 180 degrees of the spread spectrum control signal.

일실시예에서, 상기 PI 보상 신호는 상기 출력 전압의 주파수의 평균 값을 조절하기 위한 파라미터이다.In one embodiment, the PI compensation signal is a parameter for adjusting the average value of the frequency of the output voltage.

일실시예에서, 상기 스프레드 스펙트럼 제어 신호는 트라이앵귤러 변조(triangular modulation), 사인곡선 변조(sinusoidal modulation) 및 허쉬 키스 변조(Hershey Kiss modulation) 중 적어도 하나에 의해 생성된다.In one embodiment, the spread spectrum control signal is generated by at least one of triangular modulation, sinusoidal modulation, and Hershey Kiss modulation.

일실시예에서, 상기 출력 전압은 상기 제1 LLC 탱크를 이용하는 제1 컨버터의 출력 전압 및 상기 제2 LLC 탱크를 이용하는 제2 컨버터의 출력 전압의 합(sum)에 대응된다.In one embodiment, the output voltage corresponds to the sum of the output voltage of the first converter using the first LLC tank and the output voltage of the second converter using the second LLC tank.

다른 일측에 따르면, 1차 측 회로가 제1 LLC 탱크 및 제2 LLC 탱크를 포함하는 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법은, 2차 측 회로의 출력 전압을 센싱하는 단계, 상기 출력 전압에 기초하여 PFM 방식에 따른 PI 보상 신호를 생성하는 단계, 제1 스프레드 스펙트럼 제어 신호를 생성하는 단계, 상기 PI 보상 신호 및 상기 제1 스프레드 스펙트럼 제어 신호에 기초하여 상기 제1 LLC 탱크에 연결된 제1 스위칭부를 제어하기 위한 제1 스위칭 신호를 생성하는 단계, 상기 제1 스프레드 스펙트럼 제어 신호의 위상을 180도 지연시켜 제2 스프레드 스펙트럼 제어 신호를 생성하는 단계, 및 상기 PI 보상 신호 및 상기 제2 스프레드 스펙트럼 제어 신호에 기초하여 상기 제2 LLC 탱크에 연결된 제2 스위칭부를 제어하기 위한 제2 스위칭 신호를 생성하는 단계를 포함한다.According to another aspect, a method of controlling an output voltage of an interleaved LLC resonant converter in which the primary side circuit includes a first LLC tank and a second LLC tank includes: sensing an output voltage of the secondary side circuit; Generating a PI compensation signal according to a PFM scheme based on an output voltage, generating a first spread spectrum control signal, and connected to the first LLC tank based on the PI compensation signal and the first spread spectrum control signal Generating a first switching signal for controlling a first switching unit, delaying a phase of the first spread spectrum control signal by 180 degrees to generate a second spread spectrum control signal, and the PI compensation signal and the second Generating a second switching signal for controlling a second switching unit connected to the second LLC tank based on a spread spectrum control signal; It includes.

일실시예에서, 상기 PI 보상 신호는 상기 출력 전압의 주파수의 평균 값을 조절하기 위한 파라미터이다.In one embodiment, the PI compensation signal is a parameter for adjusting the average value of the frequency of the output voltage.

일실시예에서, 상기 스프레드 스펙트럼 제어 신호는 트라이앵귤러 변조, 사인곡선 변조 및 허쉬 키스 변조 중 적어도 하나에 의해 생성된다.In one embodiment, the spread spectrum control signal is generated by at least one of triangular modulation, sinusoidal modulation, and Hershey kiss modulation.

일실시예에서, 상기 출력 전압은 상기 제1 LLC 탱크를 이용하는 제1 컨버터의 출력 전압 및 상기 제2 LLC 탱크를 이용하는 제2 컨버터의 출력 전압의 합에 대응된다.In one embodiment, the output voltage corresponds to the sum of the output voltage of the first converter using the first LLC tank and the output voltage of the second converter using the second LLC tank.

도 1은 일실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터의 일부를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법에 따르는 경우의 제어 성능을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 일실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법에 따르는 경우의 제어 성능을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 일실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법에 따르는 경우의 제어 성능을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 일실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법에 따르는 경우의 제어 성능을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 일실시예에 따른 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 일부를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 일부를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 일실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일실시예에 따른 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일실시예에 따른 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일실시예에 따른 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법에 따르는 경우의 제어 성능을 설명하기 위한 그래프이다.
도 13은 일실시예에 따른 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법에 따르는 경우의 제어 성능을 설명하기 위한 그래프이다.1 is a diagram illustrating a part of an LLC resonant converter according to an embodiment.
2 is a graph illustrating control performance when a method of controlling an output voltage of an LLC resonant converter according to an exemplary embodiment is used.
3 is a graph illustrating control performance when a method of controlling an output voltage of an LLC resonant converter according to an exemplary embodiment is used.
4 is a graph illustrating control performance when a method of controlling an output voltage of an LLC resonant converter according to an exemplary embodiment is used.
FIG. 5 is a graph illustrating control performance when a method of controlling an output voltage of an LLC resonant converter according to an exemplary embodiment is used.
6 is a diagram illustrating a portion of an interleaved LLC resonant converter according to an embodiment.
7 is a diagram illustrating a portion of an interleaved LLC resonant converter according to an embodiment.
8 is a diagram for describing a method of controlling an output voltage of an LLC resonant converter, according to an exemplary embodiment.
9 is a diagram for describing a method of controlling an output voltage of an LLC resonant converter, according to an exemplary embodiment.
10 is a diagram for describing a method of controlling an output voltage of an interleaved LLC resonant converter, according to an exemplary embodiment.
FIG. 11 is a diagram for describing a method of controlling an output voltage of an interleaved LLC resonant converter, according to an exemplary embodiment.
12 is a graph illustrating control performance when a method of controlling an output voltage of an interleaved LLC resonant converter according to an embodiment is illustrated.
FIG. 13 is a graph illustrating control performance when a method of controlling an output voltage of an interleaved LLC resonant converter according to an embodiment is performed.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments are disclosed for purposes of illustration only, and may be practiced in various forms. Accordingly, the embodiments are not limited to the specific disclosure, and the scope of the present specification includes changes, equivalents, or substitutes included in the technical idea.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various components, but such terms should be interpreted only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" to another component, it should be understood that there may be a direct connection or connection to that other component, but there may be other components in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise" or "have" are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof exists, but includes one or more other features or numbers, It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined herein. Do not.

이하에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 권리범위는 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the scope of rights is not limited or limited by these embodiments. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

도 1은 일실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터의 일부를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터는 1차 측 회로에 풀 브릿지를 구비하고 있다.1 is a diagram illustrating a part of an LLC resonant converter according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the LLC resonant converter according to an embodiment includes a full bridge in a primary side circuit.

일실시예에서, 1차 측 회로의 풀 브릿지는 4개의 스위치(S1, S2, S3, S4)를 포함할 수 있다. PFM(Pulse Frequency Modulation) 방식에 따라 제어되는 LLC 공진형 컨버터는 1차 측 스위치의 동작 주파수를 제어하여 원하는 전압 이득을 구현할 수 있다.In one embodiment, the full bridge of the primary side circuit may comprise four switches S1, S2, S3, S4. LLC resonant converter controlled according to Pulse Frequency Modulation (PFM) scheme can control the operating frequency of the primary side switch to achieve the desired voltage gain.

구체적으로, ADC(Analog-Digital Converter)를 통해 센싱된 출력 전압을 레퍼런스 전압과 비교하여 오차에 기초하여 PI 보상 신호를 생성하고 이를 통해 1차 측 스위치의 동작 주파수를 제어할 수 있다.In detail, a PI compensation signal may be generated based on an error by comparing the output voltage sensed by an analog-digital converter (ADC) with a reference voltage, thereby controlling the operating frequency of the primary side switch.

도 1의 LLC 공진형 컨버터와 같은 구조에 스프레드 스펙트럼 제어 기법을 적용하여 EMI를 억제시키고자 하는 경우, 주파수 대역 확산으로 인하여 출력 전압 리플이 과도하게 커지는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 효과적인 제어 방법이 요구된다. 스프레드 스펙트럼 제어 기법을 적용하는 경우의 출력 전압 제어 방법에 대하여는 아래에서 더 자세하게 설명된다.When the spread spectrum control technique is applied to a structure such as the LLC resonant converter of FIG. 1 to suppress EMI, an output voltage ripple may be excessively large due to frequency band spreading. Therefore, an effective control method for solving such a problem is required. The output voltage control method in the case of applying the spread spectrum control technique is described in more detail below.

도 2 및 도 3은 일실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법에 따르는 경우의 제어 성능을 설명하기 위한 그래프이다.2 and 3 are graphs illustrating control performance when the method of controlling the output voltage of the LLC resonant converter according to one embodiment is used.

구체적으로, 도 2에는 일실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터에 스프레드 스펙트럼 제어 기법을 적용하지 않은 경우의 EMI(210)를 모의 측정한 결과가 예시적으로 도시된다. 그래프에 나타난 것처럼, 주파수 대역에 따라서는 EMI 규격의 일례인 CISPR 25(220)를 초과하는 EMI가 측정될 수 있다.Specifically, FIG. 2 exemplarily shows the results of simulating the EMI 210 when the spread spectrum control technique is not applied to the LLC resonant converter according to one embodiment. As shown in the graph, EMI exceeding CISPR 25 (220), which is an example of an EMI specification, may be measured depending on the frequency band.

한편, 도 3에는 도 2와 동일한 LLC 공진형 컨버터에 스프레드 스펙트럼 제어 기법을 적용한 경우의 EMI(310)를 모의 측정한 결과가 예시적으로 도시된다. 스프레드 스펙트럼 제어 기법은 스위칭 주파수를 흔들어서 EMI가 다른 주파수로 분산되도록 하는 방식을 의미한다. 그래프를 살펴보면, 동작 주파수의 흔들림으로 인하여 EMI 역시 흔들리는 주파수로 분산되는 것을 알 수 있다. 또한, 모든 주파수 대역에서 CISPR 25(320)를 초과하지 않고 기준을 만족한다는 것을 알 수 있다.Meanwhile, FIG. 3 exemplarily shows a result of simulating EMI 310 when the spread spectrum control technique is applied to the same LLC resonant converter as in FIG. 2. Spread-spectrum control techniques are a way of shaking the switching frequency so that the EMI is distributed to other frequencies. Looking at the graph, it can be seen that due to the shaking of the operating frequency, EMI is also distributed to the shaking frequency. It can also be seen that the criterion is satisfied without exceeding CISPR 25 (320) in all frequency bands.

도 2 및 도 3의 차이를 통해 쉽게 확인할 수 있는 바와 같이, LLC 공진형 컨버터에 스프레드 스펙트럼 제어 기법을 적용하는 경우 EMI를 개선시킬 수 있다. 다만, 스프레드 스펙트럼을 적용하는 경우 주파수의 변동에 따라 LLC 공진형 컨버터의 전압 이득도 변동되기 때문에, 결과적으로 출력 전압 리플이 과도하게 커지는 현상이 발생할 수 있다.As can be easily seen through the difference between FIG. 2 and FIG. 3, when spread spectrum control is applied to an LLC resonant converter, EMI can be improved. However, when the spread spectrum is applied, the voltage gain of the LLC resonant converter also varies according to the frequency variation, resulting in an excessively large output voltage ripple.

도 4 및 도 5는 일실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법에 따르는 경우의 제어 성능을 설명하기 위한 그래프이다.4 and 5 are graphs for describing control performance when the method of controlling the output voltage of the LLC resonant converter according to one embodiment is performed.

구체적으로, 도 4에는 일실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터에 스프레드 스펙트럼 제어 기법을 적용하지 않은 경우의 출력 전압을 모의 측정한 결과가 예시적으로 도시된다. 또한, 도 5에는 도 4와 동일한 LLC 공진형 컨버터에 스프레드 스펙트럼 제어 기법을 적용한 경우의 출력 전압을 모의 측정한 결과가 예시적으로 도시된다.In detail, FIG. 4 exemplarily shows an output voltage simulation result when the spread spectrum control technique is not applied to the LLC resonant converter according to an embodiment. In addition, FIG. 5 exemplarily shows an output voltage simulation result when the spread spectrum control technique is applied to the same LLC resonant converter as in FIG. 4.

도 5의 출력 전압 리플은 도 4의 출력 전압 리플에 비하여 수치 상으로 6배 이상의 규모를 가진다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 스프레드 스펙트럼 제어 기법의 적용으로 인하여 출력 전압 리플이 매우 커지게 되므로, 일반적인 PFM 방식에 따른 제어만으로는 전력 변환 품질의 저하를 피하기 어려울 수 있다.It can be seen that the output voltage ripple of FIG. 5 has a magnitude greater than six times that of the output voltage ripple of FIG. 4. That is, since the output voltage ripple becomes very large due to the spread spectrum control technique, it may be difficult to avoid deterioration of the power conversion quality only by the control according to the general PFM method.

도 6은 일실시예에 따른 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 일부를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 인터리브드 LLC 공진형 컨버터는 1차 측 회로에 인터리브드 된 제1 LLC 탱크(Lr1, Lm1, Cr1) 및 제2 LLC 탱크(Lr2, Lm2, Cr2)를 구비하고 있으며, 제1 LLC 탱크와 연결된 제1 스위칭부(S1, S2) 및 제2 LLC 탱크와 연결된 제2 스위칭부(S3, S4)를 포함한다.6 is a diagram illustrating a portion of an interleaved LLC resonant converter according to an embodiment. As shown in FIG. 6, an interleaved LLC resonant converter according to an embodiment includes a first LLC tank L r1 , L m1 , C r1 and a second LLC tank L r2 interleaved in a primary side circuit. , L m2 , C r2 ), and includes a first switching unit S 1 and S 2 connected to the first LLC tank and a second switching unit S 3 and S 4 connected to the second LLC tank. .

도시된 실시예에서, 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압(Vo)은 제1 LLC 탱크를 이용하는 제1 컨버터의 출력 전압(Vo1) 및 제2 LLC 탱크를 이용하는 제2 컨버터의 출력 전압(Vo2)의 합(sum)에 대응될 수 있다.In the illustrated embodiment, the output voltage V o of the interleaved LLC resonant converter is the output voltage V o1 of the first converter using the first LLC tank and the output voltage V o1 of the second converter using the second LLC tank ( V o2 ) may correspond to a sum.

한편, 도 7은 일실시예에 따른 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 제어부를 예시적으로 보여준다. 제안되는 실시예에서, 일반적인 PFM 제어 방식에 따라 출력 전압으로부터 PI 보상 신호가 생성되지만 제1 스위칭부(S1, S2) 및 제2 스위칭부(S3, S4)에 서로 상이한 제어 신호가 제공될 수 있다.On the other hand, Figure 7 shows an example of the control unit of the interleaved LLC resonant converter according to an embodiment. In the proposed embodiment, a PI compensation signal is generated from an output voltage according to a general PFM control scheme, but different control signals are provided to the first switching unit S 1 and S 2 and the second switching unit S 3 and S 4 . Can be provided.

예를 들어, 제1 스프레드 스펙트럼 제어 신호가 생성되면, PI 보상 신호 및 제1 스프레드 스펙트럼 제어 신호에 기초하여 제1 스위칭부(S1, S2) 를 제어하기 위한 제1 스위칭 신호를 생성할 수 있다. 또한, 제1 스프레드 스펙트럼 제어 신호의 위상을 180도 지연시킨 제2 스프레드 스펙트럼 제어 신호가 생성되면, PI 보상 신호 및 제2 스프레드 스펙트럼 제어 신호에 기초하여 제2 스위칭부(S3, S4)를 제어하기 위한 제2 스위칭 신호를 생성할 수 있다.For example, when the first spread spectrum control signal is generated, a first switching signal for controlling the first switching units S 1 and S 2 may be generated based on the PI compensation signal and the first spread spectrum control signal. have. In addition, when the second spread spectrum control signal is generated by delaying the phase of the first spread spectrum control signal by 180 degrees, the second switching units S 3 and S 4 are based on the PI compensation signal and the second spread spectrum control signal. A second switching signal can be generated for control.

즉, 제1 스위칭 신호와 제2 스위칭 신호 사이에 180도의 위상 차이가 존재하도록 제어될 수 있다. 이러한 제어 기법의 적용으로 인하여 출력 전압 리플이 과도하게 커지는 현상을 방지할 수 있게 된다.That is, it may be controlled such that a 180 degree phase difference exists between the first switching signal and the second switching signal. This control technique prevents excessive output ripple.

구체적인 제어 방법과 제어 성능에 대하여 아래에서 도 10 내지 도 13을 참조하여 추가적으로 설명된다.A detailed control method and control performance will be further described below with reference to FIGS. 10 to 13.

도 8 및 도 9는 일실시예에 따른 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.8 and 9 are diagrams for describing a method of controlling an output voltage of an LLC resonant converter, according to an exemplary embodiment.

위의 도 6 및 도 7에서 적용하기 위한 스프레드 스펙트럼 제어 신호는 트라이앵귤러 변조(Triangular Modulation), 사인곡선 변조(Sinusoidal Modulation), 카오틱 변조(Chaotic Modulation), 및 랜덤 변조(Random Modulation) 방식 등을 사용하여 생성될 수 있다. 스프레드 스펙트럼 제어 신호의 생성은 예를 들어 C 코드와 같은 임의의 적합한 형식을 통해 구현될 수 있다.6 and 7, the spread spectrum control signal includes triangular modulation, sinusoidal modulation, chaotic modulation, and random modulation. Can be generated using The generation of the spread spectrum control signal can be implemented via any suitable format, for example C code.

도 8은 트라이앵귤러 변조 방식을 이용하여 생성된 스프레드 스펙트럼 제어 신호를 사용한 LLC 공진형 컨버터의 동작 주파수 및 출력 전압을 보여준다. 평균적인 동작 주파수는 PFM에 의해 결정되지만, 실시간으로 변동되는 순간 동작 주파수는 트라이앵귤러 변조 방식을 이용하여 생성된 스프레드 스펙트럼 제어 신호에 의존하여 결정되는 것을 확인할 수 있다.8 shows the operating frequency and output voltage of an LLC resonant converter using spread spectrum control signals generated using a triangular modulation scheme. The average operating frequency is determined by the PFM, but it can be seen that the instantaneous operating frequency that is changed in real time is determined depending on the spread spectrum control signal generated using the triangular modulation scheme.

한편, 도 9는 스위칭 주파수에 따른 LLC 공진형 컨버터의 전압 이득을 보여주는데, 동작 주파수의 변동에 따라 출력 전압이 변동된다는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 스프레드 스펙트럼 제어 기법을 적용한 LLC 공진형 컨버터는 일반적인 PFM 방식만으로는 정상적으로 출력 전압 제어를 할 수 없다. PFM 방식을 통해 동작 주파수의 평균 값을 제어할 수 있지만 순간 동작 주파수가 흔들리는 것을 보상하지 못하기 때문이다.On the other hand, Figure 9 shows the voltage gain of the LLC resonant converter according to the switching frequency, it can be seen that the output voltage is changed according to the change in the operating frequency. Therefore, the LLC resonant converter using the spread spectrum control technique cannot normally control the output voltage by the general PFM method. The PFM method can control the average value of the operating frequency, but it does not compensate for the shaking of the operating frequency.

도 10 및 도 11은 일실시예에 따른 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.10 and 11 illustrate a method of controlling an output voltage of an interleaved LLC resonant converter, according to an exemplary embodiment.

제안되는 실시예에서, 도 6 및 7과 같은 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 구조에 도 10에 도시된 것과 같은 트라이앵귤러 변조 방식에 의한 스프레드 스펙트럼 신호가 사용될 수 있다.In the proposed embodiment, a spread spectrum signal using a triangular modulation scheme as shown in FIG. 10 may be used in the structure of an interleaved LLC resonant converter such as FIGS. 6 and 7.

도 11에는 인터리브드 LLC 공진형 컨버터에 도 10의 스프레드 스펙트럼 신호가 사용되는 경우의 예시적인 출력 전압 파형이 도시된다. 도 11에서, Vo1과 Vo2는 인터리브드된 각각의 컨버터 출력 전압이고 최종 출력 전압(Vo)은 이 둘의 합으로 표현된다. 따라서, 최종 출력 전압(Vo)에서는 스프레드 스펙트럼 사용에 의한 출력 전압 변동이 상쇄될 수 있다.FIG. 11 shows an exemplary output voltage waveform when the spread spectrum signal of FIG. 10 is used in an interleaved LLC resonant converter. In FIG. 11, V o1 and V o2 are each interleaved converter output voltage and the final output voltage V o is expressed as the sum of the two. Therefore, the output voltage variation due to the use of spread spectrum may be canceled at the final output voltage Vo .

도 12 및 도 13은 일실시예에 따른 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법에 따르는 경우의 제어 성능을 설명하기 위한 그래프이다.12 and 13 are graphs for describing control performance when the method of controlling the output voltage of the interleaved LLC resonant converter according to one embodiment is performed.

도 12에는 1차 측 회로가 제1 LLC 탱크 및 제2 LLC 탱크를 포함하는 인터리브드 LLC 공진형 컨버터에서 제1 LLC 탱크 측의 스위칭 신호 및 제2 LLC 탱크 측의 스위칭 신호 사이에 180도의 위상 차이를 가지는 스프레드 스펙트럼 제어 신호가 사용된 경우의 EMI(1210)를 모의 측정한 결과가 예시적으로 도시된다. 그래프를 살펴보면, 동작 주파수의 흔들림으로 인하여 EMI 역시 흔들리는 주파수로 분산되는 것을 알 수 있으며, 모든 주파수 대역에서 CISPR 25(1220)를 초과하지 않고 기준을 만족한다는 것을 알 수 있다.12 shows a phase difference of 180 degrees between the switching signal of the first LLC tank side and the switching signal of the second LLC tank side in an interleaved LLC resonant converter in which the primary side circuit includes a first LLC tank and a second LLC tank. The results of simulating the EMI 1210 when the spread spectrum control signal having is shown are illustratively shown. Looking at the graph, it can be seen that due to the shaking of the operating frequency EMI is also distributed to the shaking frequency, and satisfies the criteria without exceeding CISPR 25 (1220) in all frequency bands.

또한, 도 13에는 차 측 회로가 제1 LLC 탱크 및 제2 LLC 탱크를 포함하는 인터리브드 LLC 공진형 컨버터에서 제1 LLC 탱크 측의 스위칭 신호 및 제2 LLC 탱크 측의 스위칭 신호 사이에 180도의 위상 차이를 가지는 스프레드 스펙트럼 제어 신호가 사용된 경우의 출력 전압을 모의 측정한 결과가 예시적으로 도시된다. 도 13의 출력 전압 리플은 도 6의 출력 전압 리플에 비하여 매우 작은 규모를 가진다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 양측 컨버터의 스위칭 신호 생성에 180도의 위상 차이를 가지는 스프레드 스펙트럼 제어 신호를 사용하는 기법의 적용으로 인하여 출력 전압 리플이 매우 커지는 현상을 방지할 수 있게 된다.In addition, FIG. 13 shows a phase of 180 degrees between the switching signal of the first LLC tank side and the switching signal of the second LLC tank side in an interleaved LLC resonant converter in which the secondary side circuit includes a first LLC tank and a second LLC tank. The results of simulating the output voltage when spread spectrum control signals with difference are used are shown by way of example. It can be seen that the output voltage ripple of FIG. 13 has a much smaller scale than the output voltage ripple of FIG. 6. In other words, due to the application of a spread spectrum control signal having a phase difference of 180 degrees to generate switching signals of both converters, an output voltage ripple can be prevented from becoming very large.

이상에서 설명된 바와 같이, 제안되는 실시예에 따라 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 경우 스프레드 스펙트럼 제어 기법을 통해 EMI 성능을 개선하면서도 출력 전압 리플이 크게 증가하지 않도록 하여 전력 변환 품질의 저하를 방지할 수 있다.As described above, in the case of controlling the output voltage of the interleaved LLC resonant converter according to the proposed embodiment, the spread spectrum control technique improves the EMI performance but does not increase the output voltage ripple, thereby improving the power conversion quality. The fall can be prevented.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The embodiments described above may be implemented as hardware components, software components, and / or combinations of hardware components and software components. For example, the devices, methods, and components described in the embodiments may include, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors, microcomputers, field programmable gates (FPGAs). It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as an array, a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of explanation, one processing device may be described as being used, but one of ordinary skill in the art will appreciate that the processing device includes a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as parallel processors.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and may configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively. You can command the device. Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. It may be embodied permanently or temporarily. The software may be distributed over networked computer systems so that they may be stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or, even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.

Claims (11)

1차 측 회로가 제1 LLC 탱크 및 제2 LLC 탱크를 포함하는 인터리브드(interleaved) LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법에 있어서,
2차 측 회로의 출력 전압(Vo)에 기초하여 PFM(Pulse Frequency Modulation) 방식에 따른 PI(Proportional-Integral) 보상 신호를 생성하는 단계;
상기 제1 LLC 탱크에 스프레드 스펙트럼 제어 기법을 적용하기 위한 제1 스프레드 스펙트럼 제어 신호와, 상기 제2 LLC 탱크에 스프레드 스펙트럼 제어 기법을 적용하기 위한 제2 스프레드 스펙트럼 제어 신호를 생성하는 단계;
상기 PI 보상 신호, 및 상기 제1 스프레드 스펙트럼 제어 신호에 기초하여 상기 제1 LLC 탱크에 연결된 제1 스위칭부(S1, S2)를 제어하기 위한 제1 스위칭 신호를 생성하는 단계; 및
상기 PI 보상 신호, 및 상기 제1 스프레드 스펙트럼 제어 신호의 위상을 180도 지연시키는 상기 제2 스프레드 스펙트럼 제어 신호에 기초하여 상기 제2 LLC 탱크에 연결된 제2 스위칭부(S3, S4)를 제어하기 위한 제2 스위칭 신호를 생성하는 단계
를 포함하는 인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법.A method of controlling the output voltage of an interleaved LLC resonant converter, wherein the primary side circuit comprises a first LLC tank and a second LLC tank,
Generating a proportional-integral (PI) compensation signal according to a pulse frequency modulation (PFM) scheme based on the output voltage V o of the secondary circuit;
Generating a first spread spectrum control signal for applying a spread spectrum control technique to the first LLC tank and a second spread spectrum control signal for applying a spread spectrum control technique to the second LLC tank;
Generating a first switching signal for controlling a first switching unit (S1, S2) connected to the first LLC tank based on the PI compensation signal and the first spread spectrum control signal; And
To control second switching units S3 and S4 connected to the second LLC tank based on the PI compensation signal and the second spread spectrum control signal delaying the phase of the first spread spectrum control signal by 180 degrees. Generating a second switching signal
The method of controlling the output voltage of the interleaved LLC resonant converter comprising a. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 PI 보상 신호는,
상기 출력 전압의 주파수의 평균 값을 조절하기 위한 파라미터인
인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법.The method of claim 1,
The PI compensation signal is
A parameter for adjusting the average value of the frequency of the output voltage
A method of controlling the output voltage of an interleaved LLC resonant converter. 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 스프레드 스펙트럼 제어 신호는,
트라이앵귤러 변조(triangular modulation), 사인곡선 변조(sinusoidal modulation) 및 허쉬 키스 변조(Hershey Kiss modulation) 중 적어도 하나에 의해 생성되는
인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법.The method of claim 1,
The first and second spread spectrum control signal,
Generated by at least one of triangular modulation, sinusoidal modulation, and Hershey Kiss modulation
A method of controlling the output voltage of an interleaved LLC resonant converter. 제1항에 있어서,
상기 2차 측 회로의 출력 전압(Vo)은,
상기 제1 LLC 탱크를 이용하는 제1 컨버터의 출력 전압(Vo1) 및 상기 제2 LLC 탱크를 이용하는 제2 컨버터의 출력 전압(Vo2)의 합(sum)에 대응되는
인터리브드 LLC 공진형 컨버터의 출력 전압을 제어하는 방법.The method of claim 1,
The output voltage V o of the secondary circuit is
Corresponds to the sum of the output voltage V o1 of the first converter using the first LLC tank and the output voltage V o2 of the second converter using the second LLC tank.
A method of controlling the output voltage of an interleaved LLC resonant converter. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method of claim 1.
삭제delete
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