KR102166955B1 - 병렬로 동작하는 복수의 컨버터 모듈을 포함하는 컨버터 장치의 스위칭 노이즈 저감 - Google Patents

병렬로 동작하는 복수의 컨버터 모듈을 포함하는 컨버터 장치의 스위칭 노이즈 저감 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은, 서로 병렬로 연결되어 동작하는 복수의 컨버터모듈; 상기 복수의 컨버터모듈의 동작을 제어하는 제어기;를 포함하고, 상기 복수의 컨버터모듈의 각각은 그 내부에 포함된 스위칭소자의 온/오프 동작을 통해 처리하는 전력의 양을 조절하고, 상기 제어기는 상기 복수의 컨버터모듈 각각에서 상기 스위칭소자의 온/오프 동작에 의해 발생하는 스위칭노이즈의 차이를 줄이도록 상기 컨버터모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 컨버터장치이다. 본 발명에 의하면, 각 컨버터모듈에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기를 균일화하여 스위칭노이즈의 최대치를 줄임으로써 스위칭노이즈에 의한 문제를 완화할 수 있다.

Description

병렬로 동작하는 복수의 컨버터 모듈을 포함하는 컨버터 장치의 스위칭 노이즈 저감{REDUCTION OF SWITCHING NOISE OF CONVERTER APPARATUS INCLUDING A PLURALITY OF CONVERTER MODULES OPERATING IN PARALLEL}
본 발명은 컨버터장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 병렬로 동작하는 복수의 컨버터모듈을 포함하는 컨버터장치의 스위칭노이즈 저감에 관한 것이다.
병렬로 동작하는 복수의 컨버터모듈을 포함하는 컨버터장치가 많이 사용되고 있다. 복수의 컨버터모듈이 병렬로 동작하는 컨버터장치는 효율 증가, 리던던시(redundancy)의 증가 및 모듈 구성에 의한 확장 용이성 등의 다양한 장점이 있다.
컨버터모듈은 그 내부에 포함된 스위칭소자의 온/오프 동작에 의해 스위칭노이즈가 발생하는데, 스위칭노이즈의 크기는 기생성분에 의해 영향을 받으므로 동일하게 설계되고 동일한 전력을 처리하는 컨버터모듈이라고 하더라도 스위칭노이즈의 크기는 서로 다를 수 있다.
스위칭노이즈 관점에서, 복수의 컨버터모듈이 병렬로 동작하는 컨버터장치의 설계 시에 주의할 점이 있다. 복수의 컨버터모듈을 포함하는 컨버터장치는 일반적으로 부하가 요구하는 전체 전력을 복수의 컨버터모듈이 균일하게 분담하도록 동작한다. 이 경우, 각 컨버터모듈은 동일 전력(예, 동일 전류)을 처리하지만 각 컨버터모듈의 기생성분의 차이로 인해 스위칭노이즈의 크기는 서로 다를 수 있다.
스위칭노이즈가 커지면 EMI(Electro-Magnetic Interference) 규격을 만족하기 어렵게 된다. 또한 스위칭노이즈에 의해 컨버터모듈 내부의 소자에 인가되는 전압 스트레스가 커질 경우, 소자가 파괴되는 문제가 생길 수 있다. 복수의 컨버터모듈에서 각기 서로 다른 크기의 스위칭노이즈가 발생할 때, 그 중 가장 큰 스위칭노이즈가 EMI 또는 전압 스트레스의 특성에 주로 영향을 미치므로 각 컨버터모듈에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기를 균일화하여 스위칭노이즈의 최대치를 줄이는 것이 바람직하다.
본 발명은 병렬로 동작하는 복수의 컨버터모듈을 포함하는 컨버터장치에서 스위칭노이즈 저감(각 컨버터모듈에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기를 균일화하여 스위칭노이즈의 최대치를 줄임)을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은, 서로 병렬로 연결되어 동작하는 복수의 컨버터모듈; 상기 복수의 컨버터모듈의 동작을 제어하는 제어기;를 포함하고, 상기 복수의 컨버터모듈의 각각은 그 내부에 포함된 스위칭소자의 온/오프 동작을 통해 처리하는 전력의 양을 조절하고, 상기 제어기는 상기 복수의 컨버터모듈 각각에서 상기 스위칭소자의 온/오프 동작에 의해 발생하는 스위칭노이즈의 차이를 줄이도록 상기 컨버터모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 컨버터장치이다.
상기 컨버터장치에 있어서, 상기 제어기는 상기 복수의 컨버터모듈 각각에서 발생하는 상기 스위칭노이즈의 크기에 따라 각 컨버터모듈이 처리하는 전력의 양을 조절할 수 있다.
상기 컨버터장치에 있어서, 상기 스위칭노이즈의 크기는 상기 스위칭노이즈의 피크전압을 일 요소로 할 수 있다.
상기 컨버터장치에 있어서, 상기 제어기는 상기 복수의 컨버터모듈 각각의 내부에서 상기 스위칭소자의 온/오프에 의해 전압이 급격하게 변하는 노드(스위칭노드)의 전압을 검출하고 상기 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 상기 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성할 수 있다.
상기 컨버터장치에 있어서, 상기 스위칭소자가 P 타입인 경우 상기 스위칭소자의 소스단자 또는 에미터단자에 연결된 노드가 상기 스위칭노드로 사용되고, 상기 스위칭소자가 N 타입인 경우 상기 스위칭소자의 드레인단자 또는 컬렉터단자에 연결된 노드가 상기 스위칭노드로 사용될 수 있다.
상기 컨버터장치에 있어서, 상기 제어기는 피크검출회로를 사용하여 상기 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 상기 스위칭노이즈에 포함된 스위칭주파수 초과의 고주파성분을 줄이고 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선을 검출하며, 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선을 이용하여 상기 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성할 수 있다.
상기 컨버터장치에 있어서, 상기 피크검출회로는 다이오드, 커패시터 및 저항을 포함하고, 상기 커패시터 및 상기 저항의 시정수를 이용하여 상기 스위칭노이즈의 고주파성분을 줄일 수 있다.
상기 컨버터장치에 있어서, 상기 제어기는 상기 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선에 대한 주파수분석을 수행하여 상기 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분을 추출하고, 상기 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분을 이용하여 상기 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성할 수 있다.
상기 컨버터장치에 있어서, 상기 제어기는 상기 스위칭노이즈의 주파수분석을 수행하기 전에 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선에서 상기 컨버터모듈의 출력전압을 감산하고 상기 주파수분석을 수행할 수 있다.
상기 컨버터장치에 있어서, 상기 제어기는, 상기 복수의 컨버터모듈 각각의 상기 스위칭노이즈의 크기 정보를 이용하여 분산을 계산하고, 상기 계산된 분산이 최소가 되도록 상기 복수의 컨버터모듈의 각각이 처리하는 전력의 양을 조절할 수 있다.
상기 컨버터장치에 있어서, 상기 제어기가 상기 스위칭노이즈의 크기에 따라 각 컨버터모듈이 처리하는 전력의 양을 조절하는 것은, 상기 각 컨버터모듈의 전류제어를 위한 전류기준값을 변경하여 상기 각 컨버터모듈이 처리하는 전류의 크기를 조절할 수 있다.
상기 컨버터장치에 있어서, 상기 전류기준값은 상기 각 컨버터모듈 내부에 포함된 인덕터의 전류에 대응될 수 있다.
본 발명의 일 측면은, 서로 병렬로 연결되어 동작하는 복수의 컨버터모듈을 포함하는 컨버터장치를 제어하는 제어기에 있어서, 상기 복수의 컨버터모듈 각각에서 발생하는 스위칭노이즈를 검출하는 스위칭노이즈검출부; 상기 복수의 컨버터모듈의 각각에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기를 분석하는 스위칭노이즈분석부; 및 상기 복수의 컨버터모듈 각각에서 발생하는 상기 스위칭노이즈의 크기에 따라 각 컨버터모듈이 처리하는 전력의 양을 조절하는 컨버터모듈제어부;를 포함하는 컨버터장치의 제어기이다.
상기 제어기에 있어서, 상기 스위칭노이즈검출부는 상기 복수의 컨버터모듈 각각의 내부에 포함된 스위칭소자의 온/오프에 의해 전압이 급격하게 변하는 노드(스위칭노드)의 전압을 검출할 수 있다.
상기 제어기에 있어서, 상기 스위칭노이즈분석부는 피크검출회로를 사용하여 상기 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 상기 스위칭노이즈에 포함된 스위칭주파수 초과의 고주파성분을 줄이고 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선을 검출하며, 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선을 이용하여 상기 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성할 수 있다.
상기 제어기에 있어서, 상기 피크검출회로는 다이오드, 커패시터 및 저항을 포함하고, 상기 커패시터 및 상기 저항의 시정수를 이용하여 상기 스위칭노이즈의 고주파성분을 줄일 수 있다.
상기 제어기에 있어서, 상기 스위칭노이즈분석부는 상기 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선에 대한 주파수분석을 수행하여 상기 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분을 추출하고, 상기 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분을 이용하여 상기 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성할 수 있다.
상기 제어기에 있어서, 상기 컨버터모듈제어부는, 상기 복수의 컨버터모듈 각각의 상기 스위칭노이즈의 크기 정보를 이용하여 분산을 계산하고, 상기 계산된 분산이 최소가 되도록 상기 복수의 컨버터모듈의 각각이 처리하는 전력의 양을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 측면은, 서로 병렬로 연결되어 동작하는 복수의 컨버터모듈 및 상기 복수의 컨버터모듈의 동작을 제어하는 제어기를 포함하는 컨버터장치의 동작방법에 있어서, 상기 복수의 컨버터모듈 각각에서 발생하는 스위칭노이즈를 검출하는 스위칭노이즈검출단계; 상기 복수의 컨버터모듈의 각각에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기를 분석하는 스위칭노이즈분석단계; 및 상기 복수의 컨버터모듈 각각에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기에 따라 각 컨버터모듈이 처리하는 전력의 양을 조절하는 컨버터모듈제어단계;를 포함하는 컨버터장치의 동작방법이다.
상기 동작방법에 있어서, 상기 상기 스위칭노이즈분석단계는, 피크검출회로를 사용하여 상기 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 상기 스위칭노이즈에 포함된 스위칭주파수 초과의 고주파성분을 줄이고 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선을 추출하며, 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선을 이용하여 상기 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성할 수 있다.
상기 동작방법에 있어서, 상기 스위칭노이즈의 크기 정보는, 상기 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선에 대한 주파수분석을 수행하여 상기 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분을 추출하고, 상기 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분을 이용하여 생성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 병렬로 동작하는 복수의 컨버터모듈을 포함하는 컨버터장치에서 스위칭노이즈를 저감할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 의하면, 각 컨버터모듈에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기를 균일화하여 스위칭노이즈의 최대치를 줄임으로써 스위칭노이즈에 의한 문제를 완화할 수 있다.
도 1은 병렬로 동작하는 복수의 컨버터모듈을 포함하는 일반적인 컨버터장치의 예시이다.
도 2는 컨버터모듈 내부에 사용되는 전력회로의 예시로서 기생 성분들을 함께 도시하고 있다.
도 3은 하나의 컨버터모듈에서 발생하는 스위칭노이즈를 예시한다.
도 4는 두 개의 컨버터모듈에서 발생하는 스위칭노이즈를 예시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 두 개의 컨버터모듈에서 발생하는 스위칭노이즈가 균일화된 상태를 예시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터장치를 예시한다.
도 7은 컨버터모듈 내부의 전력회로를 예시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기를 예시한다.
도 9와 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭노이즈분석부를 예시한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 피크검출회로를 예시한다.
도 12는 피크검출회로에서 스위칭노이즈의 피크윤곽선을 추출하는 동작을 예시한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터모듈 내부를 예시하는 블록도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터장치의 동작방법을 예시한다.
도 15는 도 14의 스위칭노이즈분석단계를 구체적으로 예시한다.
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.
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.
도 1은 병렬로 동작하는 복수의 컨버터모듈(20_1 ~ 20_n)을 포함하는 일반적인 컨버터장치(10)의 예시이다.
도 1을 참조하면, 컨버터장치(10)에 포함된 복수의 컨버터모듈(20_1 ~ 20_n)은 서로 병렬로 연결되어 동작할 수 있다. 복수의 컨버터모듈(20_1 ~ 20_n)이 서로 병렬로 연결된다는 것은, 예시적으로, 복수의 컨버터모듈(20_1 ~ 20_n)이 서로 입력전압(Vi)을 공유하거나 및/또는 출력전압(Vo)을 공유하는 것을 의미할 수 있다. 병렬로 연결된 복수의 컨버터모듈(20_1 ~ 20_n)은 컨버터장치(10)가 처리하는 전체 전력(또는 전류)을 분담하여 처리할 수 있다. 일반적으로, 병렬로 연결된 복수의 컨버터모듈(20_1 ~ 20_n)은 컨버터장치(10)가 처리하는 전체 전력을 균등하게 분담할 수 있다.
도 2는 도 1의 컨버터모듈(20_1 ~ 20_n) 내부에 사용될 수 있는 전력회로(21)의 예시로서 기생 성분(parasitic component)들을 함께 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 전력회로(21)에는 인덕터(L), 스위칭소자(M, 병렬로 연결된 다이오드 DM 포함), 다이오드(D) 및 출력커패시터(Co)를 포함하는 부스트(Boost) 회로가 사용되는 것으로 예시되어 있다. 그 외 두 개의 기생인덕터(L1_p, L2_p), 두 개의 기생커패시터(C1_p, C2_p), 두 개의 기생저항(R1_p, R2_p)는 모두 기생성분을 예시하고 있다. 기생성분은 설계 시에 의도한 성분은 아니지만 소자 내부, 기판 또는 배선 등에 존재할 수 있고, 도 2에 예시된 기생성분 외에도 다양한 기생성분이 존재할 수 있다.
전력회로(21)는 스위칭소자(M)의 온/오프 스위칭 동작에 의해 인덕터(L)의 에너지를 충방전(즉, 인덕터 전류를 증감)하면서 출력전압(Vo) 또는 출력전류(도면 미도시)를 조절할 수 있다. 예시적으로, 스위칭소자(M)의 온 구간이 오프 구간에 비해 상대적으로 커질수록 출력전압(Vo)이 높아질 수 있다. 스위칭소자(M)의 온/오프 스위칭에 의해 전력을 변환하는 방식의 전력회로(21)를 스위칭 컨버터(switching converter)라 언급하기도 한다.
전력회로(21) 내부의 스위칭소자(M)가 온/오프 동작을 수행할 때, 스위칭노이즈가 발생할 수 있다. 예시적으로, 스위칭노이즈는 스위칭소자(M)가 온/오프 상태를 전환할 때 발생할 수 있고, 특히 스위칭소자(M)가 온상태에서 오프상태로 전환할 때 가장 크게 발생할 수 있다.
스위칭노이즈가 발생하는 상황을 예시적으로 설명한다. 도 2에서 스위칭소자(M)가 온상태일 때, 스위칭소자(M)를 통해 흐르는 전류는 스위칭소자(M)에 직렬로 연결된 기생인덕터(L1_p)에도 동일하게 흐른다. 스위칭소자(M)가 온상태에서 오프상태로 전환하면, 기생인덕터(L1_p)의 전류는 더이상 스위칭소자(M)를 통해 흐를 수 없으므로 기생커패시터(C1_p)를 통해 흐르게 된다. 이렇게 유발된 기생인덕터(L1_p)와 기생커패시터(C1_p)의 공진은 다른 기생성분들(L2_p, R1_p, C2_p, R2_p)의 영향을 받으며 소정 기간 지속된다. 스위칭소자(M)의 오프 전환시에 기생인덕터(L1_p)에 저장된 에너지가 기생저항들(R1_p, R2_p)에 의해 모두 소진될 때까지 기생성분들에 의한 공진(스위칭노이즈)은 지속될 수 있다. 지금까지 설명한 스위칭노이즈의 발생 현상은 일 예시이고 단순화된 설명에 불과하다는 것이 이해되어야 할 것이다. 본 명세서에서 언급하는 스위칭노이즈는 전술한 바와 같은 방식으로 발생하는 것으로만 한정되는 것은 아니다.
도 3은 도 2의 전력회로(21)에서 발생하는 스위칭노이즈를 예시한다.
이하 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3에서 파형(301)은 스위칭노드전압(Vsn)을 예시한다. 스위칭노드전압(Vsn)은, 예시적으로, 스위칭소자(M)의 스위칭동작에 의해 전압이 급격하게 변하는 노드의 전압일 수 있다. 예시적으로, 도 2에서 SN으로 표시된 노드의 전압일 수 있다.
스위칭소자(M)가 온(ON) 상태에서 오프(OFF) 상태로 전환되면, 스위칭노드전압(Vsn)은 스위칭노이즈(302)를 동반한 급격한 상승 후에 어느 정도 시간이 경과하면(정상상태가 되면) 소정의 전압(Vo)으로 수렴될 수 있다. 즉, 스위칭노이즈(302)에 의해 스위칭노드(SN)에는 설계 시에 예상한 전압(Vo)보다 훨씬 큰 전압(Vp)이 걸릴 수 있다. 스위칭노이즈(302)는 EMI의 원인이 되기도 하지만, 스위칭노이즈(302)에 의한 큰 전압스트레스(Vp)는 소자 파괴의 원인이 되기도 한다.
도 4는 두 개의 컨버터모듈에서 발생하는 스위칭노이즈를 예시한다.
도 4에서 첫 번째 파형은 제1컨버터모듈의 인덕터전류(I1), 두 번째 파형은 제2컨버터모듈의 인덕터전류(I2), 세 번째 파형은 제1컨버터모듈의 스위칭노드전압(Vsn1), 네 번째 파형은 제2컨버터모듈의 스위칭노드전압(Vsn2)을 예시한다.
도 4에서는 두 컨버터모듈이 동일한 전력을 처리하는 것을 가정하고 있다. 즉, 제1컨버터모듈의 인덕터전류(I1)의 평균값(Iavg)과 제2컨버터모듈의 인덕터전류(I2)의 평균값(Iavg)이 동일한 것으로 가정하고 있다. 두 컨버터모듈이 처리하는 전력이 동일함에도 불구하고, 전술한 바와 같이, 각 컨버터모듈의 기생성분의 차이에 의해 제1컨버터모듈의 스위칭노드전압(Vsn1)에 발생하는 스위칭노이즈의 크기와 제2컨버터모듈의 스위칭노드전압(Vsn2)에 발생하는 스위칭노이즈의 크기는 다를 수 있다. 따라서, 제1컨버터모듈의 스위칭노드전압(Vsn1)의 피크값(Vp1)과 제2컨버터모듈의 스위칭노드전압(Vsn2)의 피크값(Vp2)이 서로 다를 수 있다. 이 경우, 스위칭노드전압의 피크값(Vp2)이 작은 제2컨버터모듈은 별 문제가 없지만, 스위칭노드전압의 피크값(Vp1)이 큰 제1컨버터모듈은 EMI 및 소자 파괴의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 스위칭노이즈가 크게 발생하는 컨버터모듈의 스위칭노이즈를 줄일 필요가 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 두 개의 컨버터모듈에서 발생하는 스위칭노이즈가 균일화된 파형을 예시한다. 도 5는 두 개의 컨버터모듈에서 발생하는 스위칭노이즈를 균일화하여 스위칭노이즈를 저감하는 원리를 개념적으로 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 첫 번째 파형은 제1컨버터모듈의 인덕터전류(I1')와 제2컨버터모듈의 인덕터전류(I2')를 함께 도시하고 있고, 두 번째 파형은 제1컨버터모듈의 스위칭노드전압(Vsn1'), 세 번째 파형은 제2컨버터모듈의 스위칭노드전압(Vsn2')을 예시한다.
첫 번째 파형을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서는 제1컨버터모듈의 인덕터전류(I1')와 제2컨버터모듈의 인덕터전류(I2')의 크기를 다르게 할 수 있다. 즉, 제1컨버터모듈과 제2컨버터모듈이 처리하는 전력의 양을 다르게 할 수 있다.
도 4에서 예시한 바와 같이 제1컨버터모듈과 제2컨버터모듈이 동일한 전력을 처리할 때 제1컨버터모듈의 스위칭노드전압(Vsn1)에는 제2컨버터모듈의 스위칭노드전압(Vsn2)에 비해 더 큰 스위칭노이즈가 발생하는 상황을 가정한다. 본 실시예에서는, 제1컨버터모듈의 인덕터전류(I1')를 제2컨버터모듈의 인덕터전류(I2')에 비해 작게 설정함으로써, 제1컨버터모듈의 스위칭노드전압(Vsn1')과 제2컨버터모듈의 스위칭노드전압(Vsn2')에는 동일 또는 유사한 크기의 스위칭노이즈가 발생하도록 할 수 있다. 이 방법에 의하면, 제1컨버터모듈의 스위칭노드전압(Vsn1')의 피크값(Vp1')과 제2컨버터모듈의 스위칭노드전압(Vsn2')의 피크값(Vp2')도 동일 또는 유사해 질 수 있다. 즉, 두 컨버터모듈이 처리하는 전력의 양을 다르게 함으로써 두 컨버터모듈에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기를 균일화할 수 있다.
도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 스위칭노이즈의 크기는 스위칭소자(M)의 온/오프 상태가 변화하는 시점에서 기생성분들에 저장되어 있는 에너지의 크기에 의해 영향을 받으므로, 컨버터모듈이 처리하는 전력(예, 인덕터 전류)을 줄이면 해당 컨버터모듈에서 발생하는 스위칭노이즈를 줄일 수 있다.
이와 같이, 본 실시예는 복수의 컨버터모듈에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기를 검출하고, 스위칭노이즈의 크기에 따라 처리하는 전력의 양(예, 전류의 크기)을 조절함으로써 복수의 컨버터모듈에서 발생하는 스위칭노이즈의 차이를 줄여 스위칭노이즈에 의한 문제를 완화하고자 한다. 아래에서는 본 실시예의 이러한 기술적 사상을 구현할 수 있는 구체적인 방법을 예시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터장치(100)를 예시한다.
도 6을 참조하면, 컨버터장치(100)는 복수의 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n) 및 제어기(120)를 포함할 수 있다.
컨버터장치(100)는 입력전압(Vi)과 출력전압(Vo) 사이에서 전력의 형태나 크기를 변환할 수 있다. 컨버터장치(100)는 입력전압(Vi)으로부터 전력을 제공받고 출력전압(Vo)으로 전달하는 단방향 기능뿐만 아니라, 출력전압(Vo)으로부터 전력을 제공받고 입력전압(Vi)으로 전달하거나 또는 양방향으로 전력을 전달할 수 있다. 즉, 입력전압(Vi)과 출력전압(Vo)은 통상적인 전력전달 방향에 따른 명명일 뿐, 그로인해 컨버터장치(100)의 종류가 제한되지는 않는다.
복수의 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n)은 서로 병렬로 연결되어 동작할 수 있다. 복수의 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n)의 각각은 그 내부에 포함된 스위칭소자의 온/오프 동작을 통해 처리하는 전력의 양을 조절할 수 있다. 복수의 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n)이 서로 병렬로 연결된다는 것은, 예시적으로, 복수의 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n)이 서로 입력전압(Vi)을 공유하거나 및/또는 출력전압(Vo)을 공유하는 것을 의미할 수 있다. 병렬로 연결된 복수의 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n)은 컨버터장치(100)가 처리하는 전체 전력(또는 전류)을 분담하여 처리할 수 있다.
제어기(120)는 복수의 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n)의 동작을 제어할 수 있다. 예시적으로, 제어기(120)는 복수의 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n) 각각에서 스위칭소자의 온/오프 동작에 의해 발생하는 스위칭노이즈의 차이를 줄이도록 복수의 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n)을 제어할 수 있다. 예시적으로, 제어기(120)는 복수의 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n) 각각에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기에 따라 각 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n)이 처리하는 전력의 양을 조절할 수 있다.
제어기(120)가 스위칭노이즈의 크기에 따라 각 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n)이 처리하는 전력의 양을 조절하는 방법의 일 예로서, 제어기(120)는 각 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n)의 전류제어를 위한 전류기준값을 변경하여 각 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n)이 처리하는 전류의 크기를 조절할 수 있다. 예시적으로, 전류기준값은 각 컨버터모듈 내부에 포함된 인덕터의 전류 또는 스위칭소자의 전류에 대응될 수 있다.
이를 위해, 제어기(120)는 센서(sensor)로부터 스위칭노드전압을 검출한 센싱신호(SS)를 수신하고, 내부적인 처리를 거친 후, 컨버터모듈제어신호(CM)를 생성하고 복수의 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n)에 제공할 수 있다. 제어기(120)는 컨버터모듈제어신호(CM)를 통해 각 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n)에 서로 다른 전력기준값(또는 전류기준값) 정보를 제공할 수 있다. 복수의 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n)의 각각은 제어기(120)로부터 수신한 컨버터모듈 제어신호(CM)에 대응하여 그 내부에서 처리하는 전력의 양을 서로 다르게 조절함으로써, 전술한 바와 같이, 복수의 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n)의 각각에서 발생하는 스위칭노이즈의 차이가 줄어들 수 있다.
예시적으로, 스위칭노이즈의 크기는 스위칭노이즈의 피크전압(도 5의 Vp1', Vp2')을 일 요소로 하거나 및/또는 스위칭노이즈에 포함된 스위칭주파수 성분을 일 요소로 할 수 있다.
도 7은 컨버터모듈 내부의 전력회로(111)를 예시한다. 컨버터모듈은 전력회로(111) 외에도 전력회로(111)의 제어를 위한 구성을 더 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 전력회로(111)에는 인덕터(L), 스위칭소자(M, 병렬로 연결된 다이오드 DM 포함), 다이오드(D) 및 출력커패시터(Co)를 포함하는 부스트(Boost) 회로가 사용되는 것으로 예시되어 있다. 전력회로(111)에는 부스트 회로뿐만 아니라 벅(Buck), 벅-부스트(Buck-Boost), 플라이백(Flyback), 포워드(Forward), 브릿지(Bridge) 회로 등 다양한 회로가 사용될 수 있다. 본 실시예는 전력회로(21)에 사용되는 회로의 종류를 한정하지 않는다.
전력회로(111)는 스위칭소자(M)의 온/오프 스위칭 동작에 의해 인덕터(L)의 에너지를 충방전하면서 출력전압(Vo) 또는 출력전류(도면 미도시)를 조절하는 스위칭 컨버터일 수 있다. 예시적으로, 스위칭소자(M)의 온 구간과 오프 구간의 비율을 조절하는 듀티제어 방식으로 출력전압(Vo) 또는 출력전류를 조절할 수 있다.
전력회로(111)에는 스위칭소자(M)의 온/오프 동작에 의해 전압이 급격하게 변화하는 노드인 스위칭노드(SN)가 존재할 수 있다. 도 7의 회로에서는 스위칭소자(M)의 드레인(drain) 단자에 연결된 노드가 스위칭노드(SN)로 예시되어 있지만, 전력회로(111)의 회로가 달라지면 스위칭노드(SN)의 위치도 달라질 수 있다. 예시적으로, 스위칭소자가 P 타입인 경우 스위칭소자의 소스(source) 단자 또는 에미터(emitter) 단자에 연결된 노드가 스위칭노드로 사용될 수 있고, 스위칭소자가 N 타입인 경우 스위칭소자의 드레인(drain) 단자 또는 컬렉터(collector) 단자에 연결된 노드가 스위칭노드로 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제어기(도 6의 120)는 복수의 컨버터모듈 각각의 내부에서 스위칭노드(SN)의 전압을 검출하고 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기(120)를 예시한다.
도 8을 참조하면, 제어기(120)는 스위칭노이즈검출부(121), 스위칭노이즈분석부(122) 및 컨버터모듈제어부(123)를 포함할 수 있다.
제어기(120)는 서로 병렬로 연결되어 동작하는 복수의 컨버터모듈을 포함하는 컨버터장치를 제어할 수 있다. 예시적으로, 제어기(120)는 복수의 컨버터모듈 각각에서 스위칭소자의 온/오프 동작에 의해 발생하는 스위칭노이즈의 차이를 줄이도록 복수의 컨버터모듈을 제어할 수 있다.
스위칭노이즈검출부(121)는 복수의 컨버터모듈 각각에서 발생하는 스위칭노이즈를 검출할 수 있다. 예시적으로, 스위칭노이즈검출부(121)는 복수의 컨버터모듈 각각의 내부에 포함된 스위칭소자의 온/오프에 의해 전압이 급격하게 변하는 노드인 스위칭노드의 전압을 검출할 수 있다. 이를 위해, 예시적으로, 스위칭노이즈검출부(121)는 센서(sensor)로부터 스위칭노도의 전압을 센싱한 센싱신호(SS)를 수신하고 스위칭노이즈신호(NS)를 출력할 수 있다. 예시적으로, 스위칭노이즈검출부(121)는 센서(sensor)로부터 센싱신호(SS)를 수신하고 이에 대한 증폭(amplication), 버퍼링(buffering) 등의 기능을 수행할 수도 있지만, 경우에 따라 별다른 신호처리 없이 센서(sensor)와의 인터페이스 기능만을 수행할 수도 있다.
센서(sensor)는 복수의 컨버터모듈 각각에서 발생하는 스위칭노이즈를 센싱할 수 있는 소자이다. 센서(sensor)에는 전압 센싱을 위해 사용되는 일반적인 센서가 사용될 수 있다.
스위칭노이즈분석부(122)는 복수의 컨버터모듈의 각각에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기를 분석할 수 있다.
예시적으로, 스위칭노이즈분석부(122)는 피크검출회로를 사용하여 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 스위칭노이즈에 포함된 스위칭주파수 초과의 고주파성분을 줄이고 스위칭노이즈의 피크윤곽선을 추출하고 추출된 피크윤곽선을 이용하여 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성할 수 있다.
예시적으로, 스위칭노이즈분석부(122)는 추출된 피크윤곽선에 대한 주파수분석을 수행하여 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분을 추출하고, 추출된 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분을 이용하여 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성할 수 있다.
예시적으로, 스위칭노이즈분석부(122)는 스위칭노드전압의 피크전압(예를 들어, 도 3의 Vp)을 추출하고 추출된 스위칭노드전압의 피크전압을 이용하여 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성할 수 있다.
예시적으로, 스위칭노이즈분석부(122)는 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분과 피크전압을 함께 이용하여 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성할 수 있다.
스위칭노이즈분석부(122)는 그 외에도 전술한 파라미터들을 다르게 조합하거나 또는 언급되지 않은 다른 파라미터를 이용하여 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성할 수 있다.
스위칭노이즈분석부(122)는 스위칭노이즈검출부(121)로부터 스위칭노이즈신호(NS)를 수신하고 전술한 처리를 수행한 후 스위칭노이즈의 크기에 대한 정보를 포함하는 스위칭노이즈크기신호(NA)를 컨버터모듈제어부(123)로 제공할 수 있다.
스위칭노이즈분석부(122)에 대해서는 아래에서 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
컨버터모듈제어부(123)는 복수의 컨버터모듈 각각에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기에 따라 각 컨버터모듈이 처리하는 전력의 양을 조절할 수 있다. 예시적으로, 컨버터모듈제어부(123)는 복수의 컨버터모듈 각각에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기를 비교하고 복수의 컨버터모듈의 스위칭노이즈의 크기가 균일화(동일 또는 유사)되도록 각 컨버터모듈이 처리하는 전력의 양을 조절할 수 있다. 예시적으로, 컨버터모듈제어부(123)는 복수의 컨버터모듈 각각의 스위칭노이즈의 크기 정보를 이용하여 분산을 계산하고, 계산된 분산이 최소가 되도록 복수의 컨버터모듈의 각각이 처리하는 전력의 양을 조절할 수 있다. 이를 위해, 컨버터모듈제어부(123)는 스위칭노이즈분석부(122)로부터 스위칭노이즈크기신호(NA)를 수신하고 각 컨버터모듈로 컨버터모듈제어신호(CM)를 제공할 수 있다.
도 9와 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭노이즈분석부(122, 1022)를 예시한다.
먼저, 도 9를 참조하여 설명한다. 스위칭노이즈분석부(122)는 복수의 컨버터모듈 각각의 스위칭노이즈를 분석할 수 있도록 형성될 수 있다. 스위칭노이즈분석부(122) 중에서 각각의 컨버터모듈에 대응하는 부분은 각각 피크검출회로(122a), 리미터(122b) 및 주파수성분분석부(122c)를 포함할 수 있다.
피크검출회로(122a)는 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 스위칭노이즈신호(NSi)를 수신하고, 스위칭노이즈신호(NSi)에 포함된 스위칭주파수 초과의 고주파성분을 줄이고 스위칭노이즈신호(NSi)의 피크윤곽선을 추출하여 제1스위칭노이즈윤곽선신호(NEi)를 생성할 수 있다. 여기서, 스위칭노이즈신호(NSi)와 스위칭노이즈윤곽선신호(NEi)에 표기된 'i'는 i 번째 컨버터모듈에 대응되는 신호를 의미한다.
피크검출회로(122a)에 대해 도 11 및 도 12를 참조하여 좀 더 상세히 설명한다. 피크검출회로(122a)는 다이오드(Dp), 커패시터(Cp) 및 저항(Rp)을 포함할 수 있다. 피크검출회로(122a)는 스위칭노이즈신호(NSi)를 수신하고 제1스위칭노이즈윤곽선신호(NEi)를 출력할 수 있다. 피크검출회로(122a)는 복수의 컨버터모듈 각각에 대응하여 구비될 수 있는데, 도 11은 그 중 i 번째 컨버터모듈에 대응하여 형성된 회로를 예시하고 있다.
다이오드(Dp)는 스위칭노이즈신호(NSi)의 전압이 커패시터(Cp) 전압보다 높을 때 도통되어 커패시터(Cp)가 충전되도록 함으로써, 커패시터(Cp) 전압이 스위칭노이즈신호(NSi)에 따라 빠른 속도로 상승하도록 동작할 수 있다. 다이오드(Dp)가 도통되지 않을 때(즉, 스위칭노이즈신호(NSi)의 전압이 커패시터(Cp) 전압보다 낮을 때), 커패시터(Cp)에 충전된 에너지는 커패시터(Cp)와 저항(Rp)의 시정수에 따라 결정되는 속도로 저항(Rp)을 통해 방전된다. 즉, 커패시터(Cp) 전압은 스위칭노이즈신호(NSi)의 전압이 높을 때에는 다이오드(Dp)를 통해 빠른 속도로 상승하고, 스위칭노이즈신호(NSi)의 전압이 낮을 때에는 커패시터(Cp)와 저항(Rp)의 시정수에 따른 속도로 하강한다.
이러한 동작 원리에 따라, 도 12에 예시된 바와 같이, 피크검출회로(122a)는 스위칭노이즈신호(NSi)의 피크를 연결하는 제1스위칭노이즈윤곽선신호(NEi)를 생성할 수 있다. 예시적으로, 피크검출회로(122a)는 파형(1201)의 형태를 가지는 스위칭노이즈신호(NSi)를 제공받고, 파형(1202)의 형태를 가지는 제1스위칭노이즈윤곽선신호(NEi)를 생성할 수 있다. 파형(1202)에서 타원(1204)으로 표시된 부분은 스위칭주파수(fs)에 비해 높은 주파수로 공진하는 스위칭노이즈(1203)에서 높은 주파수로 반복되는 피크전압을 연결하는 형태의 피크윤곽선으로 이해될 수 있다. 이 때, 피크검출회로(122a)의 커패시터(Cp)와 저항(Rp)의 시정수를 적절히 결정함으로써 제1스위칭노이즈윤곽선신호(NEi)가 스위칭노이즈의 피크전압의 윤곽을 잘 추종하도록 할 수 있다. 즉, 피크검출회로(122a)는 커패시터(Cp) 및 저항(Rp)의 시정수를 이용하여 스위칭노이즈의 고주파성분(스위칭주파수(fs)에 비해 높은 주파수성분으로서 기생성분들에 의한 공진주파수로 이해될 수 있음)을 줄이고 스위칭노이즈의 피크전압에 대한 정보를 추출할 수 있다.
다시 도 9를 참조하면, 리미터(122b)는 피크검출회로(122a)로부터 수신한 제1스위칭노이즈윤곽선신호(NEi)의 상한 및/또는 하한의 범위를 지정하고, 범위를 벗어난 신호는 제거한 후 제2스위칭노이즈윤곽선신호(NEi')를 제공할 수 있다. 예시적으로, 리미터(122b)는 제1스위칭노이즈윤곽선신호(NEi) 중에서 스위칭노이즈의 분석에 영향을 별로 미치지 않는 전압범위의 신호를 제거하고 스위칭노이즈의 분석에 영향을 주는 전압범위의 신호만을 후단에 전달함으로써 스위칭노이즈 분석의 정확성을 높일 수 있다. 리미터(122b)는 상황에 따라 생략될 수 있다.
주파수성분분석부(122c)는 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 스위칭노이즈의 피크윤곽선에 대한 주파수별 성분 분석을 수행하여 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분을 추출할 수 있다. 추출된 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분은 스위칭노이즈의 크기 정보로 이용될 수 있다. 이를 위해, 주파수성분분석부(122c)는 리미터(122b)로부터 제2스위칭노이즈윤곽선신호(NEi')를 제공받고 주파수성분분석을 수행한 후 스위칭노이즈크기신호(NAi)를 생성하여 컨버터모듈제어부로 제공할 수 있다. 주파수성분 분석의 일 예시로서 FFT(Fast Fourier Transform)가 사용될 수 있으나, 다른 주파수분석 방법이 사용될 수도 있다.
도 10은 도 9와는 다른 실시예에 따른 스위칭노이즈분석부(1022)를 예시하고 있다.
도 10은 도 9에 비해 출력전압(Voi)을 이용하여 피크검출회로(122a)가 출력하는 제1스위칭노이즈윤곽선신호(NEi)를 수정할 수 있다는 점에서 차이가 있다. 앞서 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 스위칭노드전압(Vsn)에는 스위칭노이즈뿐만 아니라 출력전압(Vo)에 대한 정보가 포함될 수 있다. 따라서, 피크검출회로(122a)가 출력하는 제1스위칭노이즈윤곽선신호(NEi)에서 출력전압(Voi)에 대한 정보를 줄이면 좀 더 정확한 스위칭노이즈에 대한 분석이 가능하다. 이러한 이유로 도 10에서는 출력전압(Voi)에 대해 저주파통과필터(LPF)를 거쳐 불필요한 노이즈 성분을 제거한 후, 피크검출회로(122a)가 출력하는 제1스위칭노이즈윤곽선신호(NEi)에서 출력전압(Voi)을 감산하는 방법을 사용할 수 있다. 즉, 스위칭노이즈의 주파수분석을 수행하기 전에 스위칭노이즈의 피크윤곽선에서 컨버터모듈의 출력전압(Vo)을 감산하고 주파수분석을 수행함으로써, 스위칭노이즈 분석의 정확성을 높일 수 있다. 도 10에서는 출력전압(Vo)을 이용하여 감산하는 것으로 예시되어 있으나, 다른 전압이 사용될 수도 있다. 어떤 전압을 사용할지는 스위칭노드 전압이 스위칭노이즈 외에 어떤 전압에 영향을 받는지를 고려하여 결정될 수 있다. 또한, 도 10에서는 각 컨버터모듈에 대응되는 출력전압(Vo1 ~ Von)이 서로 다른 상황을 가정하고 있으나, 복수의 컨버터모듈이 출력전압(Vo)을 공유하는 경우 각 컨버터모듈에 대응되는 출력전압(Vo)은 모두 동일하다고 볼 수 있으므로, 이 경우 하나의 출력전압(Vo) 정보를 복수의 컨버터모듈에 공통으로 사용할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터모듈(1310) 내부를 예시하는 블록도이다.
도 13을 참조하면, 컨버터모듈(1310)은 전력회로(1311)와 전류제어기(1312)를 포함할 수 있다. 컨버터모듈(1310)은 도 6에 예시된 컨버터모듈(110_1 ~ 110_n)에 해당될 수 있다.
전력회로(1311)는 입력전압(Vi)과 출력전압(Vo) 사이에서 전력의 형태나 크기를 변환할 수 있다. 이를 위해, 전력회로(1311)는 스위칭소자, 다이오드, 인덕터, 커패시터 등의 전력용 소자들 중의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 전력회로(1311)의 일 예는 도 7에 예시된 부스트 회로일 수 있다. 전력회로(1311)에 대해서는 도 7을 통해 설명한 내용이 적용될 수 있다.
전류제어기(1312)는 전력회로(1311)의 전류(예, 인덕터 전류 또는 출력단 전류 등)를 조절할 수 있다. 전류제어기(1312)는 전력회로(1311)의 전류를 조절함으로써 전력회로(1311)가 처리하는 전력을 조절할 수 있다.
이를 위해, 전류제어기(1312)는 전력회로(1311)로부터 전류(I) 정보를 수신할 수 있다. 또한, 전류제어기(1312)는 제어기(도 6의 120)로부터 컨버터모듈제어신호(CM)를 수신할 수 있다. 전류제어기(1312)는 제어기(도 6의 120)로부터 수신한 컨버터모듈제어신호(CM)에 포함된 전류기준값(Iref)과 전력회로(1311)로부터 수신한 전류(I)를 비교하면서 전력회로(1311)로부터 수신한 전류(I)가 전류기준값(Iref)을 추종하도록 제어할 수 있다. 이를 위해, 전류제어기(1312)는 컨버터모듈제어신호(CM)에 포함된 전류기준값(Iref)과 전력회로(1311)로부터 수신한 전류(I)를 비교한 결과에 기초하여 전력회로(1311)를 제어하기 위한 제어신호(SC)를 출력할 수 있다. 예시적으로, 제어신호(SC)는 전력회로(1311)에 포함된 스위칭소자의 온/오프를 조절하기 위한 신호일 수 있다.
예시적으로, 제어기(120)는 전체 컨버터모듈에 공통으로 사용되는 전압제어기를 포함할 수 있다. 전압제어기는 전체 컨버터모듈의 공통 출력전압(Vo) 정보를 전압기준값과 비교하고, 비교 결과에 기초하여 전체 컨버터모듈에 대응되는 전체전류기준값을 생성할 수 있다. 즉, 전압제어기는 출력전압(Vo)이 전압기준값에 비해 낮을 경우에는 전체전류기준값을 증가시키고, 출력전압(Vo)이 전압기준값에 비해 클 경우에는 전체전류기준값을 감소시키는 방식으로, 출력전압(Vo)이 전압기준값을 정확하게 추종하기에 적합한 전체전류기준값을 생성할 수 있다. 제어기(120)는 전압제어기에서 생성한 전체전류기준값을 각 컨버터모듈에 분배하는 과정에서 각 컨버터모듈의 스위칭노이즈의 차이를 줄일 수 있도록 각 컨버터모듈의 전류기준값(Iref)을 다르게 설정하고 각 컨버터모듈로 제공할 수 있다.
이와 같이, 컨버터모듈(1310) 내부의 전류제어기(1312)가 제어기(120)로부터 수신한 컨버터모듈제어신호(CM)에 기초하여 전력회로(1311)의 전류를 조절함으로써, 제어기(120)가 컨버터모듈(1310)의 전류를 조절하여 스위칭노이즈를 균일화하는 것이 가능하다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터장치의 동작방법을 예시한다. 도 14의 동작방법은 전술한 바와 같은 컨버터장치에 의해 수행될 수 있다.
먼저, 복수의 컨버터모듈 각각에서 발생하는 스위칭노이즈를 검출하는 스위칭노이즈검출단계가 수행될 수 있다(S1410). 예시적으로, 스위칭노이즈검출단계(S1410)는 도 8을 참조하여 설명한 스위칭노이즈검출부(121)에 의해 수행될 수 있다. 스위칭노이즈검출부(121)가 스위칭노이즈검출단계(S1410)를 수행하는 구체적인 방법은 도 8 내지 도 12를 참조하여 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
다음으로, 복수의 컨버터모듈의 각각에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기를 분석하는 스위칭노이즈분석단계가 수행될 수 있다(S1430).
스위칭노이즈분석단계(S1430)은 도 15에 예시된 바와 같이 여러 단계를 포함할 수 있다.
도 15를 참조하면, 스위칭노이즈분석단계(S1430)는 스위칭노이즈의 피크윤곽선을 추출하는 단계(S1431), 스위칭노이즈의 피크윤곽선에서 출력전압(Vo)을 감산하는 단계(S1433), 출력전압(Vo)이 감산된 스위칭노이즈의 피크윤곽선에 대한 주파수성분을 분석하는 단계(S1435) 및 스위칭노이즈의 스위칭주파수 성분을 추출하는 단계(S1437)을 포함할 수 있다.
다시 도 14를 참조한다. 예시적으로, 스위칭노이즈분석단계(S1430)는 도 8을 참조하여 설명한 스위칭노이즈분석부(122)에 의해 수행될 수 있다. 스위칭노이즈분석부(122)가 스위칭노이즈분석단계(S1430)를 수행하는 구체적인 방법은 도 8 내지 도 12를 참조하여 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
다음으로, 복수의 컨버터모듈 각각에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기에 따라 각 컨버터모듈이 처리하는 전력의 양을 조절하는 컨버터모듈제어단계가 수행될 수 있다(S1450). 예시적으로, 컨버터모듈제어단계(S1450)는 도 8을 참조하여 설명한 컨버터모듈제어부(123)에 의해 수행될 수 있다. 컨버터모듈제어부(123)가 컨버터모듈제어단계(S1450)를 수행하는 구체적인 방법은 도 8 내지 도 12를 참조하여 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 병렬로 동작하는 복수의 컨버터모듈을 포함하는 컨버터장치에서, 각 컨버터모듈에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기를 검출하고 스위칭노이즈의 차이를 줄이도록 각 컨버터모둘의 전력(예, 전류)를 조절함으로써, 스위칭노이즈의 최대치를 줄여 스위칭노이즈에 의한 EMI 또는 전압스트레스에 의한 소자 파괴 문제를 줄일 수 있다.
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.
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.

Claims (21)

  1. 서로 병렬로 연결되어 동작하는 복수의 컨버터모듈;
    상기 복수의 컨버터모듈의 동작을 제어하는 제어기;를 포함하고,
    상기 복수의 컨버터모듈의 각각은 그 내부에 포함된 스위칭소자의 온/오프 동작을 통해 처리하는 전력의 양을 조절하고,
    상기 제어기는 상기 복수의 컨버터모듈 각각에서 상기 스위칭소자의 온/오프 동작에 의해 발생하는 스위칭노이즈의 차이를 줄이도록 상기 컨버터모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 컨버터장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는 상기 복수의 컨버터모듈 각각에서 발생하는 상기 스위칭노이즈의 크기에 따라 각 컨버터모듈이 처리하는 전력의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 컨버터장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스위칭노이즈의 크기는 상기 스위칭노이즈의 피크전압을 일 요소로 하는 것을 특징으로 하는 컨버터장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기는 상기 복수의 컨버터모듈 각각의 내부에서 상기 스위칭소자의 온/오프에 의해 전압이 급격하게 변하는 노드(스위칭노드)의 전압을 검출하고 상기 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 상기 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 컨버터장치.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 4에 있어서,
    상기 스위칭소자가 P 타입인 경우 상기 스위칭소자의 소스단자 또는 에미터단자에 연결된 노드가 상기 스위칭노드로 사용되고, 상기 스위칭소자가 N 타입인 경우 상기 스위칭소자의 드레인단자 또는 컬렉터단자에 연결된 노드가 상기 스위칭노드로 사용되는 것을 특징으로 하는 컨버터장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기는 피크검출회로를 사용하여 상기 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 상기 스위칭노이즈에 포함된 스위칭주파수 초과의 고주파성분을 줄이고 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선을 검출하며, 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선을 이용하여 상기 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 컨버터장치.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 6에 있어서,
    상기 피크검출회로는 다이오드, 커패시터 및 저항을 포함하고, 상기 커패시터 및 상기 저항의 시정수를 이용하여 상기 스위칭노이즈의 고주파성분을 줄이는 것을 특징으로 하는 컨버터장치.
  8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 6에 있어서,
    상기 제어기는 상기 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선에 대한 주파수분석을 수행하여 상기 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분을 추출하고, 상기 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분을 이용하여 상기 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 컨버터장치.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 8에 있어서,
    상기 제어기는 상기 스위칭노이즈의 주파수분석을 수행하기 전에 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선에서 상기 컨버터모듈의 출력전압을 감산하고 상기 주파수분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 컨버터장치.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 복수의 컨버터모듈 각각의 상기 스위칭노이즈의 크기 정보를 이용하여 분산을 계산하고, 상기 계산된 분산이 최소가 되도록 상기 복수의 컨버터모듈의 각각이 처리하는 전력의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 컨버터장치.
  11. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기가 상기 스위칭노이즈의 크기에 따라 각 컨버터모듈이 처리하는 전력의 양을 조절하는 것은, 상기 각 컨버터모듈의 전류제어를 위한 전류기준값을 변경하여 상기 각 컨버터모듈이 처리하는 전류의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 컨버터장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 전류기준값은 상기 각 컨버터모듈 내부에 포함된 인덕터의 전류에 대응되는 것을 특징으로 하는 컨버터장치.
  13. 서로 병렬로 연결되어 동작하는 복수의 컨버터모듈을 포함하는 컨버터장치를 제어하는 제어기에 있어서,
    상기 복수의 컨버터모듈 각각에서 발생하는 스위칭노이즈를 검출하는 스위칭노이즈검출부;
    상기 복수의 컨버터모듈의 각각에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기를 분석하는 스위칭노이즈분석부; 및
    상기 복수의 컨버터모듈 각각에서 발생하는 상기 스위칭노이즈의 크기에 따라 각 컨버터모듈이 처리하는 전력의 양을 조절하는 컨버터모듈제어부;를 포함하는 컨버터장치의 제어기.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 스위칭노이즈검출부는 상기 복수의 컨버터모듈 각각의 내부에 포함된 스위칭소자의 온/오프에 의해 전압이 급격하게 변하는 노드(스위칭노드)의 전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 컨버터장치의 제어기.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 스위칭노이즈분석부는 피크검출회로를 사용하여 상기 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 상기 스위칭노이즈에 포함된 스위칭주파수 초과의 고주파성분을 줄이고 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선을 검출하며, 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선을 이용하여 상기 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 컨버터장치의 제어기.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 15에 있어서,
    상기 피크검출회로는 다이오드, 커패시터 및 저항을 포함하고, 상기 커패시터 및 상기 저항의 시정수를 이용하여 상기 스위칭노이즈의 고주파성분을 줄이는 것을 특징으로 하는 컨버터장치의 제어기.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 15에 있어서,
    상기 스위칭노이즈분석부는 상기 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선에 대한 주파수분석을 수행하여 상기 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분을 추출하고, 상기 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분을 이용하여 상기 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 컨버터장치의 제어기.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 컨버터모듈제어부는, 상기 복수의 컨버터모듈 각각의 상기 스위칭노이즈의 크기 정보를 이용하여 분산을 계산하고, 상기 계산된 분산이 최소가 되도록 상기 복수의 컨버터모듈의 각각이 처리하는 전력의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 컨버터장치의 제어기.
  19. 서로 병렬로 연결되어 동작하는 복수의 컨버터모듈 및 상기 복수의 컨버터모듈의 동작을 제어하는 제어기를 포함하는 컨버터장치의 동작방법에 있어서,
    상기 복수의 컨버터모듈 각각에서 발생하는 스위칭노이즈를 검출하는 스위칭노이즈검출단계;
    상기 복수의 컨버터모듈의 각각에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기를 분석하는 스위칭노이즈분석단계; 및
    상기 복수의 컨버터모듈 각각에서 발생하는 스위칭노이즈의 크기에 따라 각 컨버터모듈이 처리하는 전력의 양을 조절하는 컨버터모듈제어단계;를 포함하는 컨버터장치의 동작방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 스위칭노이즈분석단계는, 피크검출회로를 사용하여 상기 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 상기 스위칭노이즈에 포함된 스위칭주파수 초과의 고주파성분을 줄이고 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선을 추출하며, 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선을 이용하여 상기 스위칭노이즈의 크기 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 컨버터장치의 동작방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 스위칭노이즈의 크기 정보는, 상기 복수의 컨버터모듈의 각각에 대해 상기 스위칭노이즈의 피크윤곽선에 대한 주파수분석을 수행하여 상기 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분을 추출하고, 상기 스위칭노이즈의 스위칭주파수성분을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 컨버터장치의 동작방법.
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