KR102132979B1 - Device for estimating secondary output current - Google Patents
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Abstract
본 발명은 출력 전류 추정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플랜트의 1차측 입력 전류를 측정하기 위한 센싱부, 상기 센싱부에서 센싱한 입력 전류를 이용하여 플랜트의 2차측 출력 전류를 추정하는 프로세서 및 상기 프로세서에서 추정한 출력 전류에 따라 입력 전류를 제어하여 출력 전류를 출력하는 제어부를 포함하고, 상기 프로세서는 출력 전류 추정 시, 정상 상태 오차 또는 측정 오차 중 적어도 어느 하나를 보정하는 것을 특징으로 하는 출력 전류 추정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an output current estimation apparatus, and more specifically, a sensing unit for measuring the primary input current of a plant, a processor for estimating the secondary output current of the plant using the input current sensed by the sensing unit, and And a control unit that outputs an output current by controlling an input current according to the output current estimated by the processor, and wherein the processor corrects at least one of a steady state error or a measurement error when estimating the output current. It relates to a current estimation device.
Description
본 발명은 출력 전류 추정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2차측 전류를 직접 측정하는 대신 1차측 입력 전류를 이용하여 2차측 전류를 추정하여 전류 제어를 수행하는 데에 사용하기 위한 출력 전류 추정 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an output current estimation apparatus, and more specifically, an output current estimation apparatus for use in estimating the secondary side current using the primary input current instead of directly measuring the secondary side current and performing current control. It is about.
전류 제어란 트랜스포머가 포함된 플랜트의 1차측 입력단에 일정 전류를 입력시켜 플랜트의 2차측 출력단에 흐르는 전류를 조절하여, 그 이하의 부하단에 필요한 전류를 흘려주기 위한 제어 방식이다.The current control is a control method for inputting a constant current to the primary input terminal of the plant including the transformer to regulate the current flowing to the secondary output terminal of the plant, and to flow the current required for the load terminal below.
종래의 전류 제어는 2차측 출력단에 흐르는 전류를 측정하고, 측정된 2차측 전류에 근거하여 1차측 전류의 양을 조절하는 방식에 의해 이루어졌다.Conventional current control is achieved by measuring the current flowing through the secondary output terminal and adjusting the amount of primary current based on the measured secondary current.
그러나, 이러한 종래 방식은 2차측 출력 전류를 측정하기 위한 전류 측정 기기를 2차측에 연결해야 하는데 2차측의 저전압/고전류 특성(LC/HC, Low Current / High Voltage)으로 인해 전류 측정 장치의 부설이 어렵고, 정확하게 측정하기 곤란할 뿐만 아니라, 측정된 전류를 이용하여 입력 전류를 조절하므로, 전류 제어에 소요되는 시간이 오래 걸리고, 정밀도가 낮은 문제가 있었다.
However, in this conventional method, a current measuring device for measuring the output current of the secondary side must be connected to the secondary side, but the low voltage/high current characteristic (LC/HC, Low Current / High Voltage) of the secondary side prevents the installation of the current measuring device. Not only is it difficult and difficult to accurately measure, but the input current is adjusted using the measured current, it takes a long time to control the current and there is a problem of low precision.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 2차측의 전류를 정확히 추정하여 신속하고 정확한 전류 제어를 실시하는 것을 목적으로 한다.The present invention is intended to solve the above-described problem, and it is an object of the present invention to accurately estimate the current on the secondary side and to perform rapid and accurate current control.
특히, 전류 제어 장치에서 발생하는 정상상태의 오차를 반영하여 전류 제어의 정확도를 높이는 것을 목적으로 한다.In particular, it aims to increase the accuracy of current control by reflecting the error of the steady state occurring in the current control device.
한편, 전류 제어 장치 내에서 비선형적 특성을 가지는 구성으로 인해 발생하는 전류 측정 오차를 감안하여 전류 제어의 정밀도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
On the other hand, it is an object of the present invention to improve the precision of current control in view of current measurement errors caused by a configuration having non-linear characteristics in the current control device.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 출력 전류 추정 장치는 플랜트의 1차측 입력 전류를 측정하기 위한 센싱부, 상기 센싱부에서 센싱한 입력 전류를 이용하여 플랜트의 2차측 출력 전류를 추정하는 프로세서 및 상기 프로세서에서 추정한 출력 전류에 따라 입력 전류를 제어하여 출력 전류를 출력하는 제어부를 포함하고, 상기 프로세서는 출력 전류 추정 시, 정상 상태 오차 또는 측정 오차 중 적어도 어느 하나를 보정할 수 있다.The output current estimation apparatus of the present invention for solving the above-described problems includes a sensing unit for measuring the primary input current of the plant, a processor for estimating the secondary output current of the plant using the input current sensed by the sensing unit, and And a control unit that outputs an output current by controlling an input current according to the output current estimated by the processor, and the processor may correct at least one of a steady state error or a measurement error when estimating the output current.
이 때, 상기 프로세서는 센싱한 입력 전류를 이용하여 출력 전류를 추정하고, 출력 전류 추정시 정상 상태 오차 또는 측정 오차 중 적어도 어느 하나에 따른 오차를 연산하는 전류 보정부 및 상기 전류 보정부에서 추정된 출력 전류를 목표 출력 전류로 조절하기 위한 제어 신호를 생성하여 제어부로 전송하는 디지털 제어부를 포함할 수 있다.At this time, the processor estimates the output current using the sensed input current, and when estimating the output current, the current correction unit calculates an error according to at least one of a steady state error or a measurement error, and is estimated by the current correction unit. It may include a digital control unit for generating a control signal for adjusting the output current to the target output current and transmits it to the control unit.
본 발명의 일 실시예에서 전류 보정부는 입력 전류의 평균값, 플랜트 내에 포함된 트랜스포머의 권선비 및 플랜트 전압의 듀티비를 이용하여 출력 전류를 추정하며, 보다 상세하게는 I out _ bar = (n * I in _ bar ) / D(단, n : 트랜스포머의 권선비, Iin _ bar : 입력 전류 평균값, D : 플랜트 전압의 듀티비)에 의해 출력 전류를 추정할 수 있다. 이 때, 상기 듀티비는 D = VO / VL(단, D : 플랜트 전압의 듀티비, VO : 플랜트의 출력 전압, VL : 플랜트 출력의 인덕턴스 전압)에 의해 연산될 수 있다. 그리고, 입력 전류의 평균 값은 입력 전류를 저역 통과 필터를 통과시켜 도출시킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, the current compensator estimates the output current using the average value of the input current, the turns ratio of the transformer included in the plant, and the duty ratio of the plant voltage, and more specifically, I out _ bar = (n * I The output current can be estimated by in _ bar ) / D (where n is the transformer turns ratio, I in _ bar : the average input current value, and D: the duty ratio of the plant voltage). At this time, the duty ratio may be calculated by D = V O / V L (however, D: duty ratio of the plant voltage, V O : output voltage of the plant, V L : inductance voltage of the plant output). And, the average value of the input current can be derived by passing the input current through a low-pass filter.
한편, 본 발명의 전류 보정부는 플랜트 내 스위치의 인덕턴스 또는 트랜스포머의 인덕턴스 중 적어도 어느 하나에 의한 정상 상태 오차 또는 측정 오차를 연산하할 수 있으며, 보다 상세하게는 A = 1/2 * ( L lk + L C )/( V in ) * ( I in _ bar / D) 2 (단, A : 오차 성분, Llk : 플랜트 내에 포함된 트랜스포머의 누출 인덕턴스, LC : 플랜트 내에 포함된 스위칭 소자에 의해 발생하는 인덕턴스 성분, Vin : 1차측의 입력 전압, Iin_bar : 1차측 입력 전류의 평균, D : 듀티비)에 의해 정상상태 오차 또는 측정 오차를 연산할 수 있다.Meanwhile, the current compensator of the present invention can calculate a steady state error or a measurement error due to at least one of the inductance of a switch in a plant or the inductance of a transformer, and more specifically, A = 1/2 * ( L lk + L C )/( V in ) * ( I in _ bar / D) 2 (however, A: error component, L lk : leakage inductance of the transformer included in the plant, L C : caused by the switching element included in the plant The steady state error or the measurement error can be calculated by the inductance component, V in : input voltage of the primary side, I in_bar : average of the primary input current, D: duty ratio).
본 발명의 일 실시예에 따른 출력 전류 추정 장치의 디지털 제어부는 전류 보정부에서 추정된 출력 전류 및 목표 출력 전류를 비교하고, 차이를 감쇄하기 위한 제어 신호를 생성하여 제어부로 전송할 수 있다.The digital control unit of the output current estimation apparatus according to an embodiment of the present invention may compare the output current and the target output current estimated by the current correction unit, and generate a control signal to attenuate the difference and transmit it to the control unit.
한편, 본 발명의 제어부는 + 입력 단자에 기준 전압 신호가 입력되고, - 입력 단자에 1차측 출력 전압이 입력되는 증폭기 및 상기 증폭기의 + 단자에 연결되며 상기 프로세서에 의해 제어되는 FET 소자를 포함할 수 있다. 이 때, FET 소자는 상기 디지털 제어부로부터 입력되는 제어 신호를 수신하여 게이트 단자의 온/오프를 조절하며, 증폭기는 상기 게이트 단자가 온/오프되는 정도에 따라 출력 전류를 조절한다.On the other hand, the control unit of the present invention includes a reference voltage signal is input to the + input terminal, an amplifier to which the primary output voltage is input to the-input terminal, and a FET element connected to the + terminal of the amplifier and controlled by the processor. Can. At this time, the FET device receives the control signal input from the digital control unit to adjust the on/off of the gate terminal, and the amplifier adjusts the output current according to the degree to which the gate terminal is turned on/off.
이 뿐 아니라 본 발명의 제어부는 상기 증폭기의 - 입력 단자와 출력 단자 사이에 직렬 RC 회로 및 - 입력 단자와 1차측 출력 단자 사이에 저항을 더 포함할 수 있다.
In addition to this, the control unit of the present invention may further include a resistor between the input terminal and the primary output terminal and a series RC circuit between the input terminal and the output terminal of the amplifier.
본 발명에 따르면, 2차측 출력 전류를 직접 측정하지 않더라도, 추정할 수 있으므로, 별도의 전류 측정용 센서를 2차측에 연결하지 않아도 된다. 그 결과 전류 제어를 실시하는 비용을 절감할 수 있다.According to the present invention, even if the output current of the secondary side is not directly measured, it can be estimated, so that a separate current measurement sensor does not need to be connected to the secondary side. As a result, the cost of performing current control can be reduced.
또한, 전류 추정치를 이용하여 전류 제어를 실시하므로, 종래에 비하여 신속한 전류 제어가 가능하다.In addition, since current control is performed using the current estimate, it is possible to control the current faster than in the prior art.
한편, 전류 측정 및 추정 시 발생 가능한 다양한 오차를 고려하여 전류를 추정하므로, 정확한 전류 제어를 할 수 있다.
Meanwhile, since current is estimated in consideration of various errors that may occur during current measurement and estimation, accurate current control can be performed.
도 1은 본 발명의 출력 전류 추정 장치의 일 실시예를 개념적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 출력 전류 추정 장치의 일 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 발명의 프로세서 내 세부 구성과 제어부의 연결 관계를 도식적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 출력 전류 추정 장치가 플랜트와 연결된 일 예를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 프로세서에서 출력 전류를 추정하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 출력 전류 추정 장치에서 정상상태 오차 유무에 따라 제어부 내 증폭기에 입력되는 전압의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 센싱부의 일 예를 나타낸 회로도이다.
도 8은 본 발명의 출력 전류 추정 장치에서 발생되는 측정 오차 및 이를 보정하기 위한 예를 나타낸 그래프이다.1 is a block diagram conceptually showing an embodiment of an output current estimation apparatus of the present invention.
2 is a circuit diagram showing an embodiment of an output current estimation apparatus of the present invention.
3 is a block diagram schematically showing a detailed configuration in a processor of the present invention and a connection relationship between a control unit.
4 is a block diagram showing an example in which the output current estimation apparatus of the present invention is connected to a plant.
5 is a graph for explaining the process of estimating the output current in the processor of the present invention.
6 is a graph showing a change in voltage input to the amplifier in the controller according to the presence or absence of a steady state error in the output current estimation apparatus of the present invention.
7 is a circuit diagram showing an example of a sensing unit of the present invention.
8 is a graph showing a measurement error generated in the output current estimation apparatus of the present invention and an example for correcting it.
본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.The details of the above-described object and technical configuration of the present invention and the effect of the effect thereof will be more clearly understood by the following detailed description based on the accompanying drawings in the specification of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 출력 전류 추정 장치의 일 실시예를 개념적으로 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram conceptually showing an embodiment of an output current estimation apparatus of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 의한 출력 전류 추정 장치는 플랜트의 1차측 입력 전류를 측정하기 위한 센싱부(100), 상기 센싱부(100)에서 센싱한 입력 전류를 이용하여 플랜트의 2차측 출력 전류를 추정하는 프로세서(200) 및 상기 프로세서(200)에서 추정한 출력 전류에 따라 입력 전류를 제어하여 출력 전류를 출력하는 제어부(300)를 포함한다. 이 때, 프로세서(200)는 출력 전류 추정 시, 정상 상태 오차 또는 측정 오차 중 적어도 어느 하나를 보정한다.The output current estimation apparatus according to an embodiment of the present invention uses the
본 발명은 종래 기술과 달리 플랜트의 2차측 출력 전류를 추정하기 위한 구성을 포함한다. 종래에는 플랜트의 2차측 출력 전류를 측정하여 제어에 이용하였지만, 2차측 출력 전류를 측정하는 것은 정밀도, 시간, 비용 등에 있어서 큰 어려움을 초래한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 2차측 출력 전류를 추정하기 위한 구성인 프로세서(200)를 포함한다.Unlike the prior art, the present invention includes a configuration for estimating the secondary-side output current of the plant. Conventionally, the secondary output current of the plant was measured and used for control, but measuring the secondary output current causes great difficulties in precision, time, and cost. To solve this problem, the present invention includes a
본 발명의 프로세서(200)는 1차측의 입력 전류를 바탕으로 2차측 출력 전류를 추정할 수 있다. 이 때 플랜트의 1차측 입력 전류를 측정하기 위하여 본 발명의 출력 전류 추정 장치는 센싱부(100)를 포함한다. 한편, 프로세서(200)에서 추정한 2차측의 출력 전류에 따라, 실제 2차측에 필요한 전류를 보내기 위해 본 발명은 입력 전류를 제어하여 출력 전류를 출력하는 제어부(300)를 포함한다. 상기 센싱부(100), 프로세서(200), 제어부(300)에 관한 상세한 설명은 후술한다.The
본 발명의 일 실시예에서 상기 프로세서(200)는 출력 전류 추정 시 정상 상태 오차 또는 측정 오차 중 적어도 어느 하나를 보정할 수 있다. 정상 상태 오차란 비선형적인 특성을 가지는 소자에 의해 발생되는 오차 또는 파라미터의 불확실성(parameter uncertainty)로 인하여 발생되는 오차를 의미한다. 수동 소자 만을 이용하여 전류를 제어하는 경우, 이상적으로는 정확한 수치의 전류, 전압이 발생해야 하나, 여러가지 오차 유발 요인으로 인해 오차가 생긴다. 또한, 능동 소자가 포함되는 경우에는 더욱 다양한 변수가 작용하여 오차를 발생시키며, 정상 상태 동작에 있어서도 오차가 발생한다. 따라서 출력 전류 추정 시 실제 출력 전류와 추정된 출력 전류가 달라진다. 한편, 플랜트에 입력되는 전류를 측정하는 데에 있어서도, 여러가지 요인에 의하여 오차가 발생한다.In one embodiment of the present invention, the
본 발명은 이러한 정상 상태 오차 또는 측정 오차를 반영하여 출력 전류를 보다 정확하게 추정할 수 있도록 한다. 이하에서는 오차를 반영하여 출력 전류를 추정하는 보다 상세한 실시예에 대해 살펴본다.
The present invention makes it possible to more accurately estimate the output current by reflecting such a steady state error or measurement error. Hereinafter, a more detailed embodiment of estimating an output current by reflecting an error will be described.
본 발명의 일 실시예에서 프로세서(200)는 센싱한 입력 전류를 이용하여 출력 전류를 추정하고, 출력 전류 추정시 정상 상태 오차 또는 측정 오차 중 적어도 어느 하나에 따른 오차를 연산하는 전류 보정부(210) 및 상기 전류 보정부(210)에서 추정된 출력 전류를 목표 출력 전류로 조절하기 위한 제어 신호를 생성하여 제어부(300)로 전송하는 디지털 제어부(220)를 포함한다. In one embodiment of the present invention, the
전류 보정부(210)는 오차를 연산하기 위한 구성이고, 디지털 제어부(220)는 연산된 오차를 반영하여 2차측 출력 전류가 목표 출력 전류로 제어될 수 있도록 제어하기 위한 구성이다. The
먼저 전류 보정부(210)에 대해 도 4를 통해 상세하게 살펴본다. 도 4는 본 발명의 출력 전류 추정 장치가 플랜트와 연결된 일 예를 나타낸 블록도이다. 도 4를 보면, 프로세서(200) 내 전류 보정부(210)는 입력 전류(Iin), 플랜트 전압의 듀티비(D) 및 플랜트 내에 포함된 트랜스포머의 권선비(n)에 관한 정보를 이용하여 출력 전류를 추정한다. 도 4에는 위 변수를 이용하여 출력 전류를 추정하는 상세한 과정은 도시되어 있지 않고, 함수의 형태(f(Iin, D, Vin))로만 표시되어 있으나, 이하에서는 수학식 및 도 5의 그래프와 함께 출력 전류를 추정하는 과정을 상세히 살펴본다.First, the
도 5는 본 발명의 프로세서(200)에서 출력 전류를 추정하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다. 도 5의 위 쪽에 그려진 그래프는 1차측의 입력 전류이다., 도 5의 아래 쪽에 그려진 그래프는 2차측의 출력 전류이다. 1차측의 입력 전류는 1주기(Ts) 중 스위치가 켜진 시간(ton)동안 전류를 2차측에 보낸다. 1주기 평균 전류는 Iin _ bar가 된다. 2차측의 출력 전류는 1주기 동안 전류가 출력되며 Iout _ bar의 평균 전류가 흐른다. 한편, 1차측 입력 전류와 2차측 출력 전류가 흐르는 시간 동안(입력 전류의 경우 ton)의 평균 전류는 각각 A, B가 된다. 이를 바탕으로 각 변수의 관계를 연산하면, 5 is a graph for explaining the process of estimating the output current in the
[수학식 1][Equation 1]
II inin __ barbar * * TT SS = A * = A * tt onon
이 된다. 이는 Iin _ bar 가 1주기(TS)의 평균 값이기 때문이다.It becomes. This is because I in _ bar is an average value of 1 cycle (T S ).
이를 바탕으로 A를 연산하면Based on this, calculating A
[수학식 2][Equation 2]
A = (A = ( II inin __ barbar * * TT SS ) / ) / tt onon = = II inin __ barbar / D /D
가 된다. D는 입력 전류의 1주기와 실제로 입력 전류가 입력된 시간의 비이다. Becomes. D is the ratio of one cycle of the input current and the time at which the input current was actually input.
한편, 1차측 입력 전류와 2차측 출력 전류 사이에는 트랜스포머가 존재하고 이에 따라 1차측 입력 전류는 도 5에 표시된 것과 같이 A, B가 트랜스포머의 권선비에 비례한다. 즉, 아래 [수학식 3]의 관계를 갖는다.Meanwhile, a transformer is present between the primary input current and the secondary output current, and accordingly, A and B are proportional to the turns ratio of the transformer as shown in FIG. 5. That is, it has the relationship of [Equation 3] below.
[수학식 3][Equation 3]
II outout __ barbar = B = A * n = (n * = B = A * n = (n * II inin __ barbar )/ D)/D
정리하면, 2차측 출력 전류 추정치는 (n * Iin _ bar)/ D가 된다.In summary, the secondary output current estimate is (n * I in _ bar )/D.
한편, 여기서 듀티비(D)는 (ton / TS)에 의해 연산되었지만, 2차측의 출력 전압을 이용하여 연산할 수도 있다.Meanwhile, the duty ratio D is calculated by (t on / T S ), but it can also be calculated using the output voltage of the secondary side.
도 5에 나타난 플랜트의 2차측 출력 전압의 비(VL과 VO의 비)를 이용하여 듀티비를 연산할 수 있으며, 이는 아래 [수학식 4]와 같다.The duty ratio can be calculated using the ratio of the secondary output voltage of the plant shown in FIG. 5 (ratio of V L and V O ), as shown in
[수학식 4][Equation 4]
D = D = VV OO / / VV LL
(단, D : 플랜트 전압의 듀티비, VO : 플랜트의 출력 전압, VL : 플랜트 출력의 인덕턴스 전압)(However, D: Duty ratio of plant voltage, V O : Output voltage of plant, V L : Inductance voltage of plant output)
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 출력 전류를 추정하기 위하여 입력 전류의 평균 값(Iin _ bar)을 이용하는데, 평균 값을 획득하기 위하여 입력 전류를 저역 통과 필터에 통과시킬 수 있다. 저역 통과 필터는 도 2, 도 3 에는 LPF, 도 4에는 AVG로 표시되어 있으며, 도 5를 참고하면, 저역 통과 필터를 이용하여 주기적으로 변하는 전류 요소를 막고, 변하지 않는 전류 요소만을 통과시켜 1주기 동안의 평균 입력 전류를 도출할 수 있다.
On the other hand, in an embodiment of the present invention, the average value of the input current (I in _ bar ) is used to estimate the output current, and the input current can be passed through a low-pass filter to obtain the average value. The low-pass filter is labeled as LPF in FIG. 2 and FIG. 3 and AVG in FIG. 4, and referring to FIG. 5, a low-pass filter is used to block a current element that changes periodically, and only a current element that does not change passes through one cycle The average input current during can be derived.
한편, 본 발명의 전류 보정부(210)는 플랜트 내 스위치의 인덕턴스 또는 트랜스포머의 인덕턴스 중 적어도 어느 하나에 의한 정상 상태 오차 또는 측정 오차를 연산할 수 있다. 정상 상태 오차 및 측정 오차를 연산하여 2차측 출력 전류를 추정하는 과정은 도 2, 도 6 및 도 8을 통해 살펴본다.Meanwhile, the
도 2는 본 발명의 출력 전류 추정 장치의 일 실시예를 나타낸 회로도이고, 도 6은 본 발명의 출력 전류 추정 장치에서 정상상태 오차 유무에 따라 제어부(300) 내 증폭기(310)에 입력되는 전압의 변화를 나타낸 그래프이며, 도 8은 본 발명의 출력 전류 추정 장치에서 발생되는 측정 오차 및 이를 보정하기 위한 예를 나타낸 그래프이다.2 is a circuit diagram showing an embodiment of an output current estimation apparatus of the present invention, and FIG. 6 is a diagram of the voltage input to the
추정된 출력 전류를 이용하여 입력 전류를 제어하여 출력 전류를 출력하는 제어부(300)는 + 입력 단자에 기준 전압 신호가 입력되고, - 입력 단자에 1차측 출력 전압이 입력되는 증폭기(310) 및 상기 증폭기(310)의 + 단자에 연결되며 상기 프로세서(200)에 의해 제어되는 FET 소자(320)를 포함한다. + 입력 단자로 조절되는 기준 전압(Vref) 자체를 조절하여 개회로(open-loop) 제어에 따라 2차측에 목표 출력 전류가 흐르게 하거나 또는 FET 소자(320)의 동작을 제어하여 증폭기(310)의 입력단의 전압 레벨(V+)를 조절함으로써 2차측에 목표 출력 전류가 흐르게 할 수도 있다(둘을 동시에 적용할 수도 있다.) 이 때, 도 2의 제어부(300) 내에 포함된 모든 소자들이 정확히 선형적으로 동작한다면, 특정 입력에 따른 특정 출력의 관계를 테이블(look-up table)화 하여 프로세서(200)에 저장한 후 목표 출력 전류를 발생시키거나 또는, 프로세서(200) 내에 출력 전류를 연산하는 식을 입력하고, 입력된 식에 따라 목표 출력 전류가 발생되도록 제어할 수 있다.The
그러나, 비선형적 특성을 가지는 소자 또는 파라미터의 불확실성(parameter uncertainty)으로 인해 테이블 또는 수식으로 정리된 입-출력 전류 관계와 일치하지 않는 출력 전류가 발생한다. 이러한 오차의 일 예가 도 6에 도시되어 있다. 도 6의 (A)는 오차가 발생된 경우의 시간에 따른 V+(증폭기(310)의 입력 전압)을 나타내고, (B)는 오차가 보상된 경우 또는 오차가 발생되지 않은 경우의 V+를 나타낸다. V+에 따라 출력 전류가 발생하므로, 출력 전류도 동일한 형태의 오차가 발생된다. 오차는 FET와 연결된 용량성 소자 등으로 인해 발생한다. 위와 같은 오차를 보상하기 위하여 본 발명은 먼저, 피드백 회로를 적용한다(이러한 과정은 도 1, 3에서 플랜트 후단에 흐르는 2차측 전류가 프로세서(200)로 입력되는 것으로 표시되어 있다.)However, due to the parameter uncertainty of a device or parameter having a nonlinear characteristic, an output current that does not match the input-output current relationship arranged in a table or a formula is generated. An example of such an error is shown in FIG. 6. 6A shows V+ (input voltage of the amplifier 310) over time when an error occurs, and (B) shows V+ when an error is compensated or when no error occurs. Since the output current is generated according to V+, the output current also has the same type of error. The error is caused by a capacitive element connected to the FET. In order to compensate for the above error, the present invention first applies a feedback circuit (this process is indicated in FIG. 1 and 3 as the secondary current flowing to the rear of the plant is input to the processor 200).
피드백 회로에 의해 도 6에 나타난 형태의 오차는 바로잡을 수 있으나, 피드백 회로를 정확하게 제어하기 위해서는 2차측의 출력 전류가 정확하게 센싱되어야 한다. 그러나 본 발명은 2차측의 출력 전류를 직접 센싱하지 않고 추정하여 연산한다(2차측의 출력 전류를 직접 센싱하지 않는 이유에 대해서는 앞서 배경 기술에서 언급하였다.). 전류를 추정하는 과정에서 정상 상태의 오차 및 측정에 따른 오차가 발생한다. 따라서 이러한 오차를 보상할 필요가 있다. The error in the form shown in FIG. 6 can be corrected by the feedback circuit, but in order to accurately control the feedback circuit, the output current of the secondary side must be accurately sensed. However, the present invention is estimated and calculated without directly sensing the output current of the secondary side (the reason for not directly sensing the output current of the secondary side was mentioned in the background art above). In the process of estimating the current, errors in the steady state and errors due to measurement occur. Therefore, it is necessary to compensate for this error.
전류 추정 과정에서 발생하는 오차는 도 8과 같은 형태로 발생한다. 본 발명의 일 실시예에서 1차측의 입력 전류를 센싱하기 위해 도 7과 같은 형태의 전류 측정 회로를 사용한다. 도 7의 회로는 전류가 양으로 흐를 때 RCT에 전압(VCT)이 유기된다. 도 8은 도 7의 전류 측정 회로에 의해 전류를 측정할 때 발생하는 입력 전류의 파형으로 면적 A는 플랜트 내에 포함된 스위치가 freewheeling 영역에서 Active 영역으로 절환함에 따라 발생되는 완충 영역으로, 출력 전류와 물리적으로 관련이 없다. 이 값(A)이 1차측 입력 전류를 센싱하고 2차측 출력 전류를 추정하는 데에 있어서 오차로 작용한다.The error occurring in the current estimation process occurs in the form of FIG. 8. In one embodiment of the present invention, a current measuring circuit of the form shown in FIG. 7 is used to sense the input current of the primary side. In the circuit of FIG. 7, when the current flows positively, the voltage V CT is induced in R CT . 8 is a waveform of an input current generated when measuring current by the current measurement circuit of FIG. 7, and area A is a buffer area generated when a switch included in a plant switches from a freewheeling area to an active area, and output current and It is not physically related. This value (A) serves as an error in sensing the primary input current and estimating the secondary output current.
따라서, 상기 오차를 감산하여 출력 전류의 오차를 보정할 수 있다. 보다 상세한 과정은 아래 [수학식 5]를 따른다.Therefore, the error of the output current can be corrected by subtracting the error. For more detailed process, follow Equation 5 below.
[수학식 5][Equation 5]
A = 1/2 * (A = 1/2 * ( LL lklk + + LL CC )/()/( VV inin ) * () * ( II inin __ barbar / D) /D) 22
A는 정상 상태 오차 및 측정 오차에 의해 발생하는 오차 성분으로 도 8에 음영 처리된 면적의 넓이이고, Llk는 플랜트 내에 포함된 트랜스포머의 누출 인덕턴스(leakage inductance)이며 LC는 플랜트 내에 포함된 스위칭 소자(ZVS choke)에 의해 발생하는 인덕턴스 성분이다. Vin은 1차측의 입력 전압, Iin _ bar는 입력 전류의 평균, D는 듀티비이다.A is the error component caused by the steady-state error and measurement error, the area of the shaded area in FIG. 8, L lk is the leakage inductance of the transformer included in the plant, and L C is the switching included in the plant It is an inductance component generated by a device (ZVS choke). V in is the input voltage on the primary side, I in _ bar is the average of the input current, and D is the duty ratio.
위 [수학식 5]에 의해 구해진 오차의 평균 값을 취하여 이를 [수학식 3]에 의해 추정한 출력 전류에 반영하면, 정상 상태 오차 및 측정 오차를 반영한 2차측 출력 전류를 추정할 수 있다.
If the average value of the error obtained by [Equation 5] is taken and reflected in the output current estimated by [Equation 3], the secondary-side output current reflecting the steady state error and the measurement error can be estimated.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 디지털 제어부(220)는 [수학식 3], [수학식 5]에 따라 전류 보정부(210)에서 추정된 출력 전류(Iout _ bar) 및 목표 출력 전류(I*)를 비교하고, 차이를 감쇄하기 위한 제어 신호(DV)를 생성하여 제어부(300)로 전송할 수 있다. 2차측에 발생시키려는 목표 출력 전류와 실제 2차측에 출력되리라 추정되는 전류를 비교하고, 이 둘의 차이에 관계된 제어 신호를 생성하여 제어부(300)로 송신하면, 제어부(300) 내의 FET 소자(320)는 디지털 제어부(220)로부터 수신한 제어 신호에 따라 게이트 단자의 온/오프를 조절한다.Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the
FET 소자(320)의 온/오프 동작 및 Vref에 따라 V+가 결정되고, 이에 따라 2차측 출력 전류가 결정되므로, 전류 보정부(210)에서 추정된 2차측 출력 전류를 바탕으로 한 디지털 제어부(220)의 동작에 의해 2차측 출력 전류를 조절할 수 있다.
Since V+ is determined according to the on/off operation of the
한편, 본 발명의 일 실시예에서 상기 제어부(300)는 상기 증폭기(310)의 입력 단자와 출력 단자 사이에 직렬 RC 회로(330) 및 - 입력 단자와 1차측 출력 단자 사이에 저항(340)을 더 포함할 수 있다. 상기 직렬 RC 회로(330) 및 저항(340)에 의해 2차측에 연결되는 부하의 급변으로 인한 동적 변화를 제어할 수 있게 되고, 이에 따라 2차측 출력 전류를 추정하고 제어하는 것이 보다 정확해진다.
Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the
본 발명의 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것으로 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 수정, 변경, 부가가 가능한 부분까지 본 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The embodiments of the present invention have been disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art to which the present invention pertains fall within the scope of the claims within the scope of the technical spirit of the present invention. You should see.
100 센싱부 200 프로세서
210 전류 보정부 220 디지털 제어부
300 제어부 310 증폭기
320 FET 소자 330 직렬 RC 회로
340 저항100
210
300
320
340 resistance
Claims (12)
상기 센싱부에서 센싱한 입력 전류를 이용하여 플랜트의 2차측 출력 전류를 추정하는 프로세서; 및
상기 프로세서에서 추정한 출력 전류에 따라 입력 전류를 제어하여 출력 전류를 출력하는 제어부를 포함하고,
상기 프로세서는,
센싱한 입력 전류를 이용하여 출력 전류를 추정하고, 출력 전류 추정시 정상 상태 오차 또는 측정 오차 중 적어도 어느 하나에 따른 오차를 연산하는 전류 보정부 및 상기 전류 보정부에서 추정된 출력 전류를 목표 출력 전류로 조절하기 위한 제어 신호를 생성하여 제어부로 전송하는 디지털 제어부를 포함하며,
상기 전류 보정부는,
입력 전류의 평균값, 플랜트 내에 포함된 트랜스포머의 권선비 및 플랜트 전압의 듀티비를 이용하여 출력 전류를 추정하되,
Iout_bar = (n * Iin_bar)/ D 의 수식에 의해 출력 전류를 추정하는 출력 전류 추정 장치.
(단, n : 트랜스포머의 권선비, Iin_bar : 입력 전류 평균값, D : 플랜트 전압의 듀티비)
A sensing unit for measuring a primary input current of the plant;
A processor for estimating the secondary-side output current of the plant using the input current sensed by the sensing unit; And
It includes a control unit for outputting the output current by controlling the input current according to the output current estimated by the processor,
The processor,
The current output unit estimates the output current using the sensed input current and calculates an error according to at least one of a steady state error or a measurement error when estimating the output current, and a target output current calculated by the current correction unit and the output current estimated by the current correction unit It includes a digital control unit to generate a control signal for adjusting to transmit to the control unit,
The current correction unit,
Estimate the output current using the average value of the input current, the turns ratio of the transformer included in the plant, and the duty ratio of the plant voltage,
Output current estimation device that estimates the output current by the formula Iout_bar = (n * Iin_bar)/ D.
(However, n: transformer turns ratio, Iin_bar: average input current value, D: duty ratio of plant voltage)
상기 듀티비는 D = VO / VL 인 것을 특징으로 하는 출력 전류 추정 장치.
(단, D : 플랜트 전압의 듀티비, VO : 플랜트의 출력 전압, VL : 플랜트 출력의 인덕턴스 전압)
The method according to claim 1,
The duty ratio is D = V O / V L output current estimation device, characterized in that.
(However, D: Duty ratio of plant voltage, V O : Output voltage of plant, V L : Inductance voltage of plant output)
상기 입력 전류의 평균 값은 입력 전류를 저역 통과 필터를 통과시켜 도출시키는 것을 특징으로 하는 출력 전류 추정 장치.
The method according to claim 1,
The output current estimation apparatus, characterized in that the average value of the input current is derived by passing the input current through a low-pass filter.
상기 센싱부에서 센싱한 입력 전류를 이용하여 플랜트의 2차측 출력 전류를 추정하는 프로세서; 및
상기 프로세서에서 추정한 출력 전류에 따라 입력 전류를 제어하여 출력 전류를 출력하는 제어부를 포함하고,
상기 프로세서는,
센싱한 입력 전류를 이용하여 출력 전류를 추정하고, 출력 전류 추정시 정상 상태 오차 또는 측정 오차 중 적어도 어느 하나에 따른 오차를 연산하는 전류 보정부 및 상기 전류 보정부에서 추정된 출력 전류를 목표 출력 전류로 조절하기 위한 제어 신호를 생성하여 제어부로 전송하는 디지털 제어부를 포함하며,
상기 전류 보정부는,
플랜트 내 스위치의 인덕턴스 또는 트랜스포머의 인덕턴스 중 적어도 어느 하나에 의한 정상 상태 오차 또는 측정 오차를 연산하되,
A = 1/2 * (Llk + LC)/(Vin) * (Iin_bar / D)2 에 의해 정상상태 오차 또는 측정 오차를 연산하는 것을 특징으로 하는 출력 전류 추정 장치.
(단, A : 오차 성분,
Llk : 플랜트 내에 포함된 트랜스포머의 누출 인덕턴스,
LC : 플랜트 내에 포함된 스위칭 소자에 의해 발생하는 인덕턴스 성분,
Vin : 1차측의 입력 전압,
Iin_bar : 1차측 입력 전류의 평균,
D : 듀티비)
A sensing unit for measuring a primary input current of the plant;
A processor for estimating the secondary-side output current of the plant using the input current sensed by the sensing unit; And
It includes a control unit for outputting the output current by controlling the input current according to the output current estimated by the processor,
The processor,
The current output unit estimates the output current using the sensed input current and calculates an error according to at least one of a steady state error or a measurement error when estimating the output current, and a target output current calculated by the current correction unit and the output current estimated by the current correction unit It includes a digital control unit to generate a control signal for adjusting to transmit to the control unit,
The current correction unit,
Calculate the steady state error or measurement error by at least one of the inductance of the switch in the plant or the inductance of the transformer,
Output current estimation device characterized by calculating the steady-state error or measurement error by A = 1/2 * (L lk + L C )/(V in ) * (I in_bar / D) 2 .
(However, A: Error component,
L lk : The leakage inductance of the transformer contained in the plant,
L C : Inductance component generated by the switching element included in the plant,
V in : Input voltage on the primary side,
I in_bar : average of primary input current,
D: Duty ratio)
상기 디지털 제어부는 상기 전류 보정부에서 추정된 출력 전류 및 목표 출력 전류를 비교하고, 차이를 감쇄하기 위한 제어 신호를 생성하여 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 출력 전류 추정 장치.
The method according to claim 1,
The digital control unit compares the output current and the target output current estimated by the current correction unit, and generates a control signal to attenuate the difference, and transmits the output current estimation device to the control unit.
상기 센싱부에서 센싱한 입력 전류를 이용하여 플랜트의 2차측 출력 전류를 추정하는 프로세서; 및
상기 프로세서에서 추정한 출력 전류에 따라 입력 전류를 제어하여 출력 전류를 출력하는 제어부를 포함하고,
상기 프로세서는,
센싱한 입력 전류를 이용하여 출력 전류를 추정하고, 출력 전류 추정시 정상 상태 오차 또는 측정 오차 중 적어도 어느 하나에 따른 오차를 연산하는 전류 보정부 및 상기 전류 보정부에서 추정된 출력 전류를 목표 출력 전류로 조절하기 위한 제어 신호를 생성하여 제어부로 전송하는 디지털 제어부를 포함하며,
상기 제어부는,
+ 입력 단자에 기준 전압 신호가 입력되고, - 입력 단자에 1차측 출력 전압이 입력되는 증폭기 및 상기 증폭기의 + 입력 단자에 연결되며 상기 프로세서에 의해 제어되는 FET 소자를 포함하는 출력 전류 추정 장치.A sensing unit for measuring a primary input current of the plant;
A processor for estimating the secondary-side output current of the plant using the input current sensed by the sensing unit; And
It includes a control unit for outputting the output current by controlling the input current according to the output current estimated by the processor,
The processor,
The current output unit estimates the output current using the sensed input current and calculates an error according to at least one of a steady state error or a measurement error when estimating the output current, and a target output current calculated by the current correction unit and the output current estimated by the current correction unit It includes a digital control unit to generate a control signal for adjusting to transmit to the control unit,
The control unit,
An output current estimation apparatus including an amplifier in which a reference voltage signal is input to a + input terminal, a primary output voltage is input to a-input terminal, and a FET element connected to the + input terminal of the amplifier and controlled by the processor.
상기 FET 소자는 상기 디지털 제어부로부터 입력되는 제어 신호를 수신하여 게이트 단자의 온/오프를 조절하고,
상기 증폭기는 상기 게이트 단자가 온/오프되는 정도에 따라 출력 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 출력 전류 추정 장치.
The method according to claim 10,
The FET device receives a control signal input from the digital control unit to adjust the on/off of the gate terminal,
The amplifier is an output current estimation device, characterized in that for adjusting the output current according to the degree of the gate terminal on / off.
상기 제어부는, 상기 증폭기의 - 입력 단자와 출력 단자 사이에 직렬 RC 회로 및 상기 증폭기의 - 입력 단자와 1차측 출력 단자 사이에 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 출력 전류 추정 장치.The method according to claim 10,
The control unit further comprises a series RC circuit between the input terminal and the output terminal of the amplifier and a resistance between the input terminal and the primary output terminal of the amplifier.
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