KR102200512B1 - Dab 컨버터 장치 및 전류 측정 방법 - Google Patents

Dab 컨버터 장치 및 전류 측정 방법 Download PDF

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    • H02M2001/0009—

Abstract

본 발명의 전류 측정 방법은, 1차 브리지 스위칭 소자를 구비하는 제 1 전원 회로, 2차 브리지 스위칭 소자를 구비하는 제2 전원 회로 및 상기 제 1 전원 회로와 상기 제 2 전원 회로 사이에 위치하는 변압기를 포함하여 형성되는 DAB 컨버터의 전류 측정 방법으로서,
컨버터의 강압 동작을 위한 PWM 신호의 폴링 에지 시점 또는 컨버터의 승압 동작을 위한 PWM 신호의 라이징 에지 시점(즉, 제1 시점)에서, 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 함께 센싱된 값을 획득하는 단계; 컨버터의 강압 동작을 위한 PWM 신호의 다음 폴링 에지 시점 또는 컨버터의 승압 동작을 위한 PWM 신호의 다음 라이징 에지 시점(즉, 제2 시점)에서, 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 함께 센싱된 값을 획득하는 단계; 상기 제1 시점에서 획득된 전류 센싱값과 상기 제2 시점에서 획득된 전류 센싱값의 절대값 차이로부터 컨버터 출력 전류를 산출하는 단계; 및 상기 제1 시점에서 획득된 전류 센싱값과 상기 제2 시점에서 획득된 전류 센싱값의 절대값 평균으로부터 인덕터 전류를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

DAB 컨버터 장치 및 전류 측정 방법{DAB Converter Device and Current Measuring Method Thereof}
본 발명은 DAB(Dual Active Bridge) 컨버터(converter) 장치 및 여기서 수행되는 전류 측정 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 DAB 컨버터의 동작 제어 및/또는 동작 모니터링에 이용될 수 있는 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 동시에 측정할 수 있는 전류 측정 방법에 관한 것이다.
화석 연료로 지구온난화, 미세먼지 등 환경오염이 심해지면서 친환경에너지가 각광받고 있다. 특히, 최근 들어 스마트 그리드(Smart Grid) 분야에서 활발한 연구가 이루어지고 있다. 현재 스마트 그리드 산업으로 인하여 신재생 에너지의 활용이 중시되고 있는데, 신재생 에너지원을 더욱 효율적이고 안정적으로 사용하기 위해서 에너지 저장 장치의 필요성이 부각되고 있다.
신재생 에너지원의 출력은 자연조건 및 외부요인에 의해 상당한 영향을 받기 때문에 신재생 에너지원을 포함하는 분산형 발전은 계통에 안정적인 출력을 공급하기 위해 배터리와 같은 에너지 저장장치를 달게 한다. 또한, 이들 에너지 저장장치를 사용하기 위해서 필수적으로 충/방전회로가 구성되어야 하며, 이를 위해 통상 양방향 DC-DC 컨버터가 사용된다.
스마트 그리드를 구현함에 있어서 반도체 변압기는 필수적인 기능을 담당하는 기기로, 과거 수동형 변압기를 절연형 DC-DC 컨버터를 사용함으로써 부피와 무게를 줄이고, 동시에 능동적으로 전력을 제어함으로써 전력의 품질을 향상시킬 수 있다는 장점을 가진다. 지능형 변압기를 구현하기 위해서는 절연형 양방향 컨버터 기술이 필요하다.
양방향 DC-DC 컨버터는 절연 형태에 따라 비절연형, 절연형으로 구분되며, 대부분의 시스템에서는 안정성을 위하여 절연형 DC-DC컨버터를 선호하고 있다. 비절연형으로는 주로 비절연형 Buck-Boost 방식이 많이 적용되고 있다. 절연형 양방향 DC-DC 컨버터는 현재 많은 연구가 진행되고 있으며, 주로 Phase-shifted ZVS(Zero voltage switching, 영 전압 스위칭)컨버터와 Isolated Boost 컨버터가 결합된 방식, DAB(Dual Active Bridge) 컨버터 방식, 그리고 LLC 공진형 컨버터 방식 등이 많이 사용되고 있다. 다양한 양방향 절연형 DC-DC 컨버터 중에서 DAB 컨버터는 효율이나 기능 구현에서의 장점에 의해 많은 분야에 적용되고 있다.
이러한 기존의 DAB 컨버터 제품에는 내부 인덕터에 흐르는 과전류를 막기 위해 수식 기반의 고장 신호 검출 알고리즘이 적용되어 있다. 이 고장 신호 검출 알고리즘은 등가 인덕턴스의 값 및 입출력 전압, 제어기의 출력을 입력으로 받아 고장을 검출하게 되어 있다.
그런데, 이 고장 신호 검출 알고리즘은 입력 변수에 의존적이기 때문에, 인덕터 전류를 예측 하는 알고리즘의 오차가 항상 존재하고 이를 찾기 위한 반복적인 작업이 필수적이며, 제어기의 출력이 과도상태일 때는 고장 신호 검출 알고리즘의 오동작이 발생할 수 있다.
다시 말해 고장 신호 검출 및 오동작 방지를 위해서는 컨버터 출력 전류 뿐만 아니라 내부의 인덕터 전류를 지속적으로 센싱한 센싱값들의 획득이 요망된다. 이를 위해서는 컨버터 출력 전류 센서와 별도로 내부의 인덕터 전류를 검출하는 센서를 구비하여야 하는데, 이는 비용 증대의 원인이 된다.
대한민국 공개특허 제10-2018-0066682호
본 발명은 고장 신호 검출 알고리즘의 신뢰성을 높일 수 있는 DAB(Dual Active Bridge) 컨버터의 전류 측정 방법을 제공하고자 한다.
특히, 수식 기반의 고장 신호 검출 알고리즘의 문제점인 입력 변수에 영향을 받는 점을 개선하기 위하여, 내부 인덕터 전류를 관련성 있게 측정할 수 있는 방안을 제공하고자 한다.
본 발명은 DAB(Dual Active Bridge) 컨버터의 동작 제어 및/또는 모니터링에 있어 소요되는 전류 센서를 절감할 수 있는 방안을 제공하고자 한다.
구체적으로, 본 발명은 인덕터와 입력 또는 출력의 전선을 한 개의 전류센서에 동시에 들어가도록 구성하여, 인덕터에 흐르는 전류패턴을 분석하고, 한 주기내에 인덕터 전류 및 입력 또는 출력에 흐르는 전류를 동시에 측정하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전류 측정 방법은, 1차 브리지 스위칭 소자를 구비하는 제 1 전원 회로, 2차 브리지 스위칭 소자를 구비하는 제2 전원 회로 및 상기 제 1 전원 회로와 상기 제 2 전원 회로 사이에 위치하는 변압기를 포함하여 형성되는 DAB 컨버터의 전류 측정 방법으로서,
컨버터의 강압 동작을 위한 PWM 신호의 폴링 에지 시점 또는 컨버터의 승압 동작을 위한 PWM 신호의 라이징 에지 시점(즉, 제1 시점)에서, 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 함께 센싱된 값을 획득하는 단계; 컨버터의 강압 동작을 위한 PWM 신호의 다음 폴링 에지 시점 또는 컨버터의 승압 동작을 위한 PWM 신호의 다음 라이징 에지 시점(즉, 제2 시점)에서, 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 함께 센싱된 값을 획득하는 단계; 상기 제1 시점에서 획득된 전류 센싱값과 상기 제2 시점에서 획득된 전류 센싱값의 평균으로부터 컨버터 출력 전류를 산출하는 단계; 및 상기 제1 시점에서 획득된 전류 센싱값과 상기 제2 시점에서 획득된 전류 센싱값의 차이의 절반값으로부터 인덕터 전류를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 산출된 컨버터 출력 전류는 리플의 하한값이며, 상기 산출된 인덕터 전류는 인덕터 전류의 첨두값일 수 있다.
여기서, 상기 컨버터 출력 전류 및 인덕터 전류는 하기 수학식에 따라 산출될 수 있다.
Figure 112019081602618-pat00001
본 발명의 다른 측면에 따른 DAB 컨버터 장치는, 1차 브리지 스위칭 소자를 구비하는 제1 전원 회로; 2차 브리지 스위칭 소자를 구비하는 제2 전원 회로; 상기 제 1 전원 회로와 상기 제 2 전원 회로 사이에 위치하는 변압기; 상기 1차 브리지 스위칭 소자 및 상기 2차 브리지 스위칭 소자를 스위칭시키는 DAB 모듈레이터; 상기 DAB 모듈레이터의 동작을 제어하는 제어기; 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 한꺼번에 센싱하는 통합 전류 센싱 소자; 및 상기 통합 전류 센싱 소자에서 센싱한 전류로부터 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 산출하여 상기 제어기로 제공하는 전류 산출부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 통합 전류 센싱 소자는, 상기 제2 전원 회로의 출력 라인 및 상기 변압기의 2차측 출력 라인을 동시에 감싸도록 설치된 통합 홀 센서일 수 있다.
여기서, 상기 전류 산출부는, 컨버터의 강압 동작을 위한 PWM 신호의 폴링 에지 시점 또는 컨버터의 승압 동작을 위한 PWM 신호의 라이징 에지 시점(즉, 제1 시점)에서, 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 함께 센싱된 값을 획득하는 단계; 컨버터의 강압 동작을 위한 PWM 신호의 다음 폴링 에지 시점 또는 컨버터의 승압 동작을 위한 PWM 신호의 다음 라이징 에지 시점(즉, 제2 시점)에서, 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 함께 센싱된 값을 획득하는 단계; 상기 제1 시점에서 획득된 전류 센싱값과 상기 제2 시점에서 획득된 전류 센싱값의 평균으로부터 컨버터 출력 전류를 산출하는 단계; 및 상기 제1 시점에서 획득된 전류 센싱값과 상기 제2 시점에서 획득된 전류 센싱값의 차이의 절반값으로부터 인덕터 전류를 산출하는 단계를 포함하는 전류 측정 방법을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 제어기는, 상기 산출된 출력 전류가 원하는 값을 가지도록 상기 제1 전원 회로 및 상기 제2 전원 회로의 스위칭을 제어할 수 있다.
여기서, 상기 산출된 인덕터 전류는 인덕터 전류의 첨두값이며, 상기 제어기는, 상기 인덕터 전류의 첨두값들의 포락선을 이용하여 부하 변동에 따른 상기 변압기의 추종 여부 또는 고장에 따른 과전류 발생을 판단할 수 있다.
상술한 구조의 본 발명의 사상에 따른 DAB 컨버터의 전류 측정 방법을 실시하면, 수식 기반의 과전류 검출시 발생하는 노이즈로 인한 오동작을 방지할 수 있고, 추가 전류센서 없이 인덕터 전류를 측정할 수 있는 이점이 있다.
즉, 전류 센서의 개수의 증가 없이 2가지 전류의 측정이 가능하므로 전류센서 한 개의 가격을 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 DAB 컨버터의 전류 측정 방법을 수행할 수 있는 통합(동시) 센싱 구조를 구비한 DAB 컨버터 장치를 도시한 회로도.
도 2a는 도 1의 컨버터 출력단 전류 패턴 및 센싱 포인트를 설명하기 위한 파형도.
도 2b는 도 1의 인덕터 전류 패턴 및 센싱 포인트를 설명하기 위한 파형도.
도 3은 도 1의 DAB 컨버터에서 수행될 수 있는 본 발명의 사상에 따른 DAB 컨버터의 전류 측정 방법을 도시한 흐름도.
도 4a는 컨버터 출력단 전류 패턴 및 본 발명이 제안하는 센싱 포인트를 설명하기 위한 파형도.
도 4b는 인덕터 전류 패턴 및 본 발명이 제안하는 센싱 포인트를 설명하기 위한 파형도.
도 5는 본 발명의 사상에서 제안하는 통합(동시) 전류 측정에서 인덕터 전류와 컨버터 출력 전류가 통합되어 검출될 때 나타나는 패턴을 도시한 파형도.
도 6a 내지 도 6c는 DAB 컨버터가 강압 동작시에 PWM 파형, 변압기 1차측 전압 파형, 변압기 2차측 전압 파형 및 인덕터 전류 파형을 도시한 파형도.
도 7a 내지 도 7c는 DAB 컨버터가 승압 동작시에 PWM 파형, 변압기 1차측 전압 파형, 변압기 2차측 전압 파형 및 인덕터 전류 파형을 도시한 파형도.
도 8a 내지 도 8d는 DAB 컨버터가 승압 동작시에 2개의 전력 전달 규모에서 본 발명이 제안하는 컨버터 출력 전류의 하한값과 인덕터 전류의 첨두값이 나타나는 시점을 도시한 파형도.
도 9a 내지 도 9d는 DAB 컨버터가 강압 동작시에 2개의 전력 전달 규모(10kW, 30kW)에서 본 발명이 제안하는 컨버터 출력 전류의 하한값과 인덕터 전류의 첨두값이 나타나는 시점을 도시한 파형도.
도 10a 내지 도 10d는 부하 변동시 DAB 컨버터에서 나타나는 컨버터 출력 전류 및 인덕터 전류의 패턴을 승압시와 강압시로 구분하여 도시한 파형도.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 DAB 컨버터의 전류 측정 방법을 수행할 수 있는 통합(동시) 센싱 구조를 구비한 DAB 컨버터 장치를 도시한 회로도이다.
도시한 DAB 컨버터 장치는, 1차 브리지 스위칭 소자(110)를 구비하는 제1 전원 회로; 2차 브리지 스위칭 소자(120)를 구비하는 제2 전원 회로; 상기 제 1 전원 회로와 상기 제 2 전원 회로 사이에 위치하는 변압기(132); 상기 1차 브리지 스위칭 소자(110) 및 상기 2차 브리지 스위칭 소자(120)를 스위칭시키는 DAB 모듈레이터(140); 상기 DAB 모듈레이터(140)의 동작을 제어하는 제어기(160); 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 한꺼번에 센싱하는 통합 전류 센싱 소자; 및 상기 통합 전류 센싱 소자에서 센싱한 전류로부터 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 산출하여 상기 제어기로 제공하는 전류 산출부(170)를 포함할 수 있다.
도시한 변압기(132)는 보조 인덕터(134)와 함께 인덕터 블록(130)을 형성하며, 상기 인덕터 전류는 상기 인덕터 블록(130)에 흐르는 전류를 의미한다.
상기 통합 전류 센싱 소자는, 상기 제2 전원 회로의 출력 라인에 흐르는 전류 및 상기 변압기의 2차측 출력 라인에 흐르는 전류를 동시에 센싱할 수 있는 단일 전류 센서의 구조를 가질 수 있다.
예컨대, 상기 통합 전류 센싱 소자는, 상기 제2 전원 회로의 출력 라인 및 상기 변압기의 2차측 출력 라인을 동시에 감싸도록 설치된 통합 홀 센서(180)일 수 있다.
상기 전류 산출부(170)는, 본 발명의 사상에 따른 통합(동시) 전류 측정 방법을 수행한다. 상기 통합(동시) 전류 측정 방법 및 이와 관련된 상기 제어기(160)의 동작은 후술하겠다.
도 2a는 도 1의 컨버터 출력단 전류 패턴 및 센싱 포인트를 설명하기 위한 그래프이고, 도 2b는 도 1의 인덕터(변압기) 전류 패턴 및 센싱 포인트를 설명하기 위한 그래프이다.
일반적으로 DSP(Digital Signal Processors)를 이용한 컨버터 동작 제어에 있어서, 제어 및 보호를 위해 제어 변수들을 1 주기에 1 샘플링한다. 즉, 필요한 전압/전류를 컨버팅을 위한 중간 교류 주파수의 1주기에 1번씩 센싱하는데, DSP 내에 인터럽트 위치에 따라서 필요한 값의 센싱을 수행하는 샘플링 시점이 달라진다.
일반적인 DSP 기술에서는 비교하는 PWM 캐리어의 Bottom이나 Top 구간 중에서 인터럽트를 발생시키고 이 시점에 센싱을 수행하고 있으며, 이러한 방식을 도 1의 DAB 컨버터에 적용하는 경우 도 2b에 도시한 바와 같은 2개의 시점에서의 센싱값이 획득된다. 그러나, 도 2b에 도시한 시점은 컨버터 출력 전류는 상한값을 가지는 반면, 인덕터 전류는 정의내리기 어려운 트랜지션 도중의 값을 가지게 된다.
이에 따라 도 2b에 도시한 시점에서 도 1의 통합 홀 센서에 의해 획득된 통합 전류값은 컨버터 출력 전류 및 인덕터 전류로서의 의미를 가지지 못하며, 이를 추출하기도 극히 곤란하다.
도 3은 도 1의 DAB 컨버터(구체적으로 전류 산출부)에서 수행될 수 있는 본 발명의 사상에 따른 DAB 컨버터의 전류 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
도시한 흐름도의 전류 측정 방법은, 1차 브리지 스위칭(bridge switching) 소자(110)를 구비하는 제 1 전원 회로, 2차 브리지 스위칭 소자(120)를 구비하는 제2 전원 회로 및 상기 제 1 전원 회로와 상기 제 2 전원 회로 사이에 위치하는 변압기(132)를 포함하여 형성되는 DAB(Dual Active Bridge) 컨버터에서, 도 1의 통합 홀 센서(단일 센서임)(180)를 이용하여 컨버터 출력단 전류와 변압기의 인덕터 전류를 획득하기 위한 것이다.
도시한 DAB 컨버터의 전류 측정 방법은, 컨버터의 강압 동작을 위한 PWM 신호의 폴링 에지 시점 또는 컨버터의 승압 동작을 위한 PWM 신호의 라이징 에지 시점(즉, 제1 시점)에서, 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 함께 센싱된 값을 획득하는 단계(S10); 컨버터의 강압 동작을 위한 PWM 신호의 다음 폴링 에지 시점 또는 컨버터의 승압 동작을 위한 PWM 신호의 다음 라이징 에지 시점(즉, 제2 시점)에서, 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 함께 센싱된 값을 획득하는 단계(S20); 상기 제1 시점에서 획득된 전류 센싱값과 상기 제2 시점에서 획득된 전류 센싱값의 평균으로부터 컨버터 출력 전류를 산출하는 단계(S30); 및 상기 제1 시점에서 획득된 전류 센싱값과 상기 제2 시점에서 획득된 전류 센싱값의 차이의 절반값으로부터 인덕터 전류를 산출하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 PWM 신호는, 전력 전달비 조정을 위한 변압기 전압의 양(+)의 방향 및 음(-)의 방향으로 실 전압을 가지는 구간을 부여하기 위한 PWM 신호를 의미하며, 상기 1차 브리지 스위칭 소자와 상기 2차 브리지 스위칭 소자는 상기 PWM 신호를 기준으로 각각 스위칭된다.
여기서, 상기 폴링 에지는 상기 PWM 신호의 on에서 off로의 폴링 에지를 의미하며, 양(+)의 방향 및 음(-)의 방향 각각에 대하여 폴링 에지를 식별한다.
도 4a는 컨버터 출력단 전류 패턴 및 본 발명이 제안하는 센싱 포인트를 설명하기 위한 그래프이고, 도 4b는 인덕터(변압기) 전류 패턴 및 본 발명이 제안하는 센싱 포인트를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4a에 도시한 컨버터 출력 전류는 소정 주파수의 교류 리플을 가지는 직류의 특징을 가지며, 도 4b에 도시한 인덕터 전류는 다수의 삼각파들이 중첩되되 한 주기 평균이 0인 대칭의 특성을 가지고 있음을 알 수 있다.
일반적으로 DSP내에서는 인터럽트 시점은 한 주기에 최대 3번까지 받을 수 있는 기능을 지원한다. 본 발명에서는 이러한 DSP의 특성을 이용하여, DAB 컨버터가 센싱받는 시점을 도시한 바와 같이 인덕터 전류가 피크가 되는 시점으로 옮기고 한 주기에 두 번을 도 1의 통합 홀 센서(180)를 이용하여 센싱받는 것을 제안한다. 그 결과, 단일 홀 센서(180)의 센싱값으로부터 하기 수학식 1에 따라 동시에 두 전류 값을 얻을 수 있다. 즉, 컨버터 출력 전류(Io) 및 인덕터 전류(IL1, IL2)는 하기 수학식 1에 따라 상기 제1 시점의 측정 전류(Is1) 및 상기 제2 시점의 출력 전류(Is2)로부터 산출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019081602618-pat00002
도 5는 본 발명의 사상에서 제안하는 통합(동시) 전류 측정에서 인덕터 전류와 컨버터 출력 전류가 통합되어 검출될 때 나타나는 패턴을 도시한 그래프이다.
즉, 도 1의 통합 홀 센서(180)에 의해 센싱된 신호는 컨버터 출력 전류의 DC 전류 만큼 옵셋이 있는 인덕터 전류와 유사한 형태를 가지게 된다. 한편 인덕터 전류의 피크(첨두)값에 비하여 컨버터 출력 전류의 리플은 매우 작음을 알 수 있다.
즉, 컨버터 출력 전류의 리플 정도(즉, 상한값 - 하한값)는 굳이 판단할 필요성은 낮지만, 구현에 따라서는, 상기 산출된 컨버터 출력 전류(즉, 상기 컨버터 출력 전류의 하한값)와, 상기 DAB 컨버터의 예상 출력 DC 전류의 차이로 출력 리플 정도를 판단할 수도 있다.
도 1에 도시한 제어기(160)는, DAB 컨버터 장치의 출력 전류가 소정의 원하는 값을 가지도록 DAB 모듈레이터(140)의 동작을 제어하는데, 구체적으로 상기 제1 전원 회로 및 상기 제2 전원 회로의 스위칭을 제어한다. 이때, 이를 위한 별도의 전류 센서를 구비하지 않고, 본 발명의 사상에 따라 상술한 통합(동시) 전류 측정 방법에 의해 얻어진 상기 산출된 출력 전류가 원하는 값을 가지도록 상기 제1 전원 회로 및 상기 제2 전원 회로의 스위칭을 제어한다.
도 6a 내지 도 6c는 DAB 컨버터가 강압 동작시에 PWM 파형, 변압기 1차측 전압 파형, 변압기 2차측 전압 파형 및 인덕터 전류 파형을 도시한다.
도시한 바와 같이 DAB 컨버터가 강압 동작시에는 본 발명의 사상에 따른 통합 전류 센싱을 위한 2개의 센싱 인터럽트 시점들(즉, 상기 제1 시점 및 제2 시점)로서, 변압기 1차측 전압 파형의 (+)(-) 실 전압값 구간을 만드는 PWM의 2개의 연속된 폴링 에지(Falling Egde)를 이용한다.
도 7a 내지 도 7c는 DAB 컨버터가 승압 동작시에 PWM 파형, 변압기 1차측 전압 파형, 변압기 2차측 전압 파형 및 인덕터 전류 파형을 도시한다.
도시한 바와 같이 DAB 컨버터가 승압 동작시에는 본 발명의 사상에 따른 통합 전류 센싱을 위한 2개의 센싱 인터럽트 시점들(즉, 상기 제1 시점 및 제2 시점)로서, 변압기 2차측 전압 파형의 (+)(-) 실 전압값 구간을 만드는 PWM의 2개의 연속된 라이징 에지(Rising Egde)를 이용한다.
도 8a 내지 도 8d는 DAB 컨버터가 승압 동작시에 2개의 전력 전달 규모에서 본 발명이 제안하는 컨버터 출력 전류의 하한값과 인덕터 전류의 첨두값이 나타나는 시점이 일치하는 것을 보여준다. 즉, 본 발명의 사상에 따른 전류 측정 방법에 의해 산출된 인덕터 전류는 인덕터 전류의 첨두값인데, 이 인덕터 전류의 첨두값들의 포락선을 이용하여 부하 변동에 따라 인덕터의 추종 동작 여부를 판단할 수도 있다.
도 9a 내지 도 9d는 DAB 컨버터가 강압 동작시에 2개의 전력 전달 규모(10kW, 30kW)에서 본 발명이 제안하는 컨버터 출력 전류의 하한값과 인덕터 전류의 첨두값이 나타나는 시점이 일치하는 것을 보여준다.
도 10a 내지 도 10d는 부하 변동시 DAB 컨버터에서 나타나는 컨버터 출력 전류 및 인덕터 전류의 패턴을 승압시와 강압시로 구분하여 도시한다.
도시한 바와 같이 부하가 변동하여도 컨버터 출력 전류의 하한값과 인덕터 전류의 첨두값이 나타나는 시점은 계속 일치하며, 더욱이, 인덕터 전류의 첨두값들을 연결한 포락선과 부하 변동의 패턴이 일치함을 알 수 있다.
상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 1차 브리지 스위칭 소자
120 : 2차 브리지 스위칭 소자
130 : 변압기
140 : DAB 모듈레이터
160 : 제어기
170 : 전류 산출부
180 : 통합 홀 센서

Claims (8)

1차 브리지 스위칭 소자를 구비하는 제 1 전원 회로, 2차 브리지 스위칭 소자를 구비하는 제2 전원 회로 및 상기 제 1 전원 회로와 상기 제 2 전원 회로 사이에 위치하는 변압기를 포함하여 형성되는 DAB 컨버터의 전류 측정 방법으로서,
컨버터의 강압 동작을 위한 PWM 신호의 폴링 에지 시점 또는 컨버터의 승압 동작을 위한 PWM 신호의 라이징 에지 시점(즉, 제1 시점)에서, 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 함께 센싱된 값을 획득하는 단계;
컨버터의 강압 동작을 위한 PWM 신호의 다음 폴링 에지 시점 또는 컨버터의 승압 동작을 위한 PWM 신호의 다음 라이징 에지 시점(즉, 제2 시점)에서, 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 함께 센싱된 값을 획득하는 단계;
상기 제1 시점에서 획득된 전류 센싱값과 상기 제2 시점에서 획득된 전류 센싱값의 평균으로부터 컨버터 출력 전류를 산출하는 단계; 및
상기 제1 시점에서 획득된 전류 센싱값과 상기 제2 시점에서 획득된 전류 센싱값의 차이의 절반값으로부터 인덕터 전류를 산출하는 단계
를 포함하는 DAB 컨버터의 전류 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 산출된 컨버터 출력 전류는 리플의 하한값이며
상기 산출된 인덕터 전류는 인덕터 전류의 첨두값인 것을 특징으로 하는 DAB 컨버터의 전류 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 컨버터 출력 전류 및 인덕터 전류는 하기 수학식에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 DAB 컨버터의 전류 측정 방법.
Figure 112019081602618-pat00003

(Io : 컨버터 출력 전류, IL1, IL2 : 인덕터 전류
Is1 : 제1 시점의 측정 전류, Is2 : 제2 시점의 출력 전류)
1차 브리지 스위칭 소자를 구비하는 제1 전원 회로;
2차 브리지 스위칭 소자를 구비하는 제2 전원 회로;
상기 제 1 전원 회로와 상기 제 2 전원 회로 사이에 위치하는 변압기;
상기 1차 브리지 스위칭 소자 및 상기 2차 브리지 스위칭 소자를 스위칭시키는 DAB 모듈레이터;
상기 DAB 모듈레이터의 동작을 제어하는 제어기;
컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 한꺼번에 센싱하는 통합 전류 센싱 소자; 및
상기 통합 전류 센싱 소자에서 센싱한 전류로부터 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 산출하여 상기 제어기로 제공하는 전류 산출부
를 포함하고,
상기 전류 산출부는,
컨버터의 강압 동작을 위한 PWM 신호의 폴링 에지 시점 또는 컨버터의 승압 동작을 위한 PWM 신호의 라이징 에지 시점(즉, 제1 시점)에서, 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 함께 센싱된 값을 획득하는 단계;
컨버터의 강압 동작을 위한 PWM 신호의 다음 폴링 에지 시점 또는 컨버터의 승압 동작을 위한 PWM 신호의 다음 라이징 에지 시점(즉, 제2 시점)에서, 컨버터 출력 전류와 인덕터 전류를 함께 센싱된 값을 획득하는 단계;
상기 제1 시점에서 획득된 전류 센싱값과 상기 제2 시점에서 획득된 전류 센싱값의 평균으로부터 컨버터 출력 전류를 산출하는 단계; 및
상기 제1 시점에서 획득된 전류 센싱값과 상기 제2 시점에서 획득된 전류 센싱값의 차이의 절반값으로부터 인덕터 전류를 산출하는 단계
를 포함하는 전류 측정 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 DAB 컨버터 장치.
제4항에 있어서,
상기 통합 전류 센싱 소자는, 상기 제2 전원 회로의 출력 라인 및 상기 변압기의 2차측 출력 라인을 동시에 감싸도록 설치된 통합 홀 센서인 것을 특징으로 하는 DAB 컨버터 장치.
삭제
제4항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 산출된 출력 전류가 원하는 값을 가지도록 상기 제1 전원 회로 및 상기 제2 전원 회로의 스위칭을 제어하는 DAB 컨버터 장치.
삭제
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