KR102264561B1 - Apparatus and method for controlling power of three phase dual active bridge converter - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 출력으로부터 제공되는 출력 전압(Vout)과 기 설정된 기준 전압(Vout_ref)을 비교하는 비교기와, 상기 출력 전압과 출력 전류에 의거하여 출력 전력(Po)을 계산하는 전력 계산부와, 계산된 상기 출력 전력(Po)에 의거하여 기 설정된 다수의 제어 모드 중 하나를 전압 제어 모드로 선택하는 모드 선택부와, 상기 비교기에서의 비교 결과에 따라 충전 모드 또는 방전 모드가 수행될 때, 선택된 상기 전압 제어 모드에 의거하여 상기 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부와, 생성된 상기 제어신호에 의거하여 상기 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터에서의 출력 전압 발생을 제어하는 컨버터 구동부를 포함하는 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 전력 제어 장치를 포함할 수 있다.And a comparator for comparing an output voltage (V out) and a predetermined reference voltage (V out_ref) provided from the output of the three-phase dual-active-bridge converter according to the invention, on the basis of the output voltage and output current, output power (P o ), a mode selection unit for selecting one of a plurality of preset control modes as a voltage control mode based on the calculated output power (P o ), and charging according to the comparison result in the comparator a control signal generator generating a control signal for controlling the output voltage based on the selected voltage control mode when the mode or the discharging mode is performed; and the three-phase dual active bridge converter based on the generated control signal and a power control device for a three-phase dual active bridge converter including a converter driver controlling output voltage generation in the .
Description
본 발명은 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터(Three Phase Dual Active Bridge converter)의 전력을 제어하는 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 전자(Power Electronics) 기술 기반의 직류 마이크로 그리드 응용 분야 중에서 컨버터의 효율을 개선할 수 있는 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 전력 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for controlling the power of a three-phase dual active bridge converter, and more particularly, the efficiency of the converter in the DC microgrid application field based on power electronics technology. It relates to a power control apparatus and method for a three-phase dual active bridge converter that can be improved.
알려진 바와 같이, 기존의 3상 DAB(Dual Active Bridge) 컨버터의 경우 3상으로 전류가 분할되어 흐르기 때문에 기존의 단상 DAB 컨버터와 대비해 볼 때 대전력 및 대전류의 양방향 토폴로지 응용에 많이 이용되고 있다.As is known, in the case of the conventional three-phase DAB (Dual Active Bridge) converter, the current is divided into three phases and flows, so compared to the conventional single-phase DAB converter, it is widely used in high-power and high-current bidirectional topology applications.
그리고, 기존의 3상 DAB 컨버터의 경우에는 위상 천이 방법을 이용하여 전력을 양방향으로 전달하는 방식이기 때문에 추가적인 회로 없이도 영전압 스위칭이 가능하여 스위칭 손실 측면에서 볼 때 유리한 장점을 가질 수 있다.And, in the case of the conventional three-phase DAB converter, since it is a method of transferring power in both directions using a phase shift method, zero voltage switching is possible without an additional circuit, which can have an advantage in terms of switching loss.
그러나, 기존의 3상 DAB 컨버터를 분석해 본 바에 따르면, 스위치의 기생 커패시터 영향을 고려하지 않고 있다.However, according to the analysis of the existing three-phase DAB converter, the parasitic capacitor effect of the switch is not considered.
상기한 점을 고려할 때, 기존의 3상 DAB 컨버터가 위상 천이(Phase Shift) 방법을 이용하면 이론상 턴비가 1:1의 경우에서는 모든 영역에서 영전압 스위칭이 가능하지만, 기생 커패시터의 영향을 고려하면 저부하에서 영전압 스위칭이 가능하지 않고, 일정 부하 이상에서만 영전압 스위칭이 가능하게 되는 문제가 있다.Considering the above points, if the conventional three-phase DAB converter uses the phase shift method, in theory, zero voltage switching is possible in all areas when the turn ratio is 1:1, but considering the effect of the parasitic capacitor, There is a problem in that zero voltage switching is not possible at a low load, and zero voltage switching is possible only at a certain load or higher.
또한, 기존의 3상 DAB 컨버터는 턴비가 1:1이 아닌 경우 영전압 스위칭이 더욱 어렵기 때문에 위상 천이 방법만 이용하면 효율이 낮아지게 되는 문제가 있다.In addition, the conventional three-phase DAB converter has a problem in that efficiency is lowered when only the phase shift method is used because zero voltage switching is more difficult when the turn ratio is not 1:1.
그리고, 기존의 단상 DAB 컨버터의 경우 확장된 위상 천이(Extended Phase Shift - EPS) 또는 삼각 제어 방법(Triangular Modulation - TRM) 등을 이용하여 저부하 손실을 줄일 수 있으나, 3상 DAB 컨버터의 경우 레그 사이가 이미 120도 위상이 천이되어 있으며, 영벡터 또한 존재하기 때문에 기존의 방법을 사용하기 어렵다는 문제가 있다.And, in the case of a conventional single-phase DAB converter, it is possible to reduce the low-load loss by using an extended phase shift (EPS) or a triangular control method (TRM), but in the case of a three-phase DAB converter, between the legs There is a problem in that it is difficult to use the existing method because the phase has already been shifted by 120 degrees and the zero vector also exists.
본 발명은 위상과 시비율(duty ratio)을 제어하는 기법을 적용하여 영전류 스위칭이 가능함과 더불어 영전압 스위칭 영역을 증가시킬 수 있는 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 전력 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a power control device and method for a three-phase dual active bridge converter capable of increasing a zero voltage switching area while enabling zero current switching by applying a technique for controlling a phase and a duty ratio. do.
본 발명은 추가적인 회로 없이 알고리즘만을 이용하여 기존 대비 저부하 효율을 개선할 수 있는 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 전력 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide an apparatus and method for controlling power of a three-phase dual active bridge converter capable of improving low-load efficiency compared to the prior art using only an algorithm without an additional circuit.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and another problem to be solved that is not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be.
본 발명은, 일 관점에 따라, 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 출력으로부터 제공되는 출력 전압(Vout)과 기 설정된 기준 전압(Vout_ref)을 비교하는 비교기와, 상기 출력 전압과 출력 전류에 의거하여 출력 전력(Po)을 계산하는 전력 계산부와, 계산된 상기 출력 전력(Po)에 의거하여 기 설정된 다수의 제어 모드 중 하나를 전압 제어 모드로 선택하는 모드 선택부와, 상기 비교기에서의 비교 결과에 따라 충전 모드 또는 방전 모드가 수행될 때, 선택된 상기 전압 제어 모드에 의거하여 상기 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부와, 생성된 상기 제어신호에 의거하여 상기 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터에서의 출력 전압 발생을 제어하는 컨버터 구동부를 포함하는 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 전력 제어 장치를 제공할 수 있다. According to one aspect, the present invention provides a comparator for comparing an output voltage (V out ) provided from an output of a three-phase dual active bridge converter with a preset reference voltage (V out_ref ), and based on the output voltage and the output current, the output power (P o) the calculated power calculation unit and calculating said output power (P o) and a plurality of control modes of the mode selector for selecting one of a voltage control mode part preset on the basis of, in said comparator a control signal generator generating a control signal for controlling the output voltage based on the selected voltage control mode when the charging mode or the discharging mode is performed according to the comparison result; It is possible to provide an apparatus for controlling power of a three-phase dual active bridge converter including a converter driver for controlling generation of an output voltage in the phase dual active bridge converter.
본 발명의 상기 제어신호 생성부는, 상기 비교기에서 출력되는 위상 값이 양의 값(+)일 때 상기 충전 모드를 수행하고, 상기 위상 값이 음의 값(-)일 때 상기 방전 모드를 수행할 수 있다.The control signal generator of the present invention performs the charging mode when the phase value output from the comparator is a positive value (+), and performs the discharging mode when the phase value is a negative value (-) can
본 발명의 상기 제어신호 생성부는, 듀티(duty) 제어 또는 위상 제어를 통해 상기 출력 전압의 제어를 위한 제어신호를 생성할 수 있다.The control signal generator of the present invention may generate a control signal for controlling the output voltage through duty control or phase control.
본 발명의 상기 제어신호 생성부는, 상기 출력 전압(Vout)의 위상(φ)이 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 작으면, 듀티(duty) 제어를 통해 상기 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제 1 PI(Proportional-Integral) 제어기와, 상기 출력 전압(Vout)의 위상(φ)이 상기 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 크고, 시비율(D)이 기 설정된 기준치 이하이면, 듀티(duty) 제어를 통해 상기 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제 2 PI 제어기와, 상기 출력 전압(Vout)의 위상(φ)이 상기 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 크고, 상기 시비율(D)이 기 설정된 기준치 이상이면, 위상(φ) 제어를 통해 상기 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제 3 PI 제어기와, 상기 시비율(D)이 기 설정된 최대치에 도달하면, 위상(φ) 제어를 통해 상기 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 SPS(Single Phase Shift) PI 제어기를 포함할 수 있다.The control signal generator of the present invention, when the phase (φ) of the output voltage (V out ) is less than a preset minimum phase (φ min ), a control signal for controlling the output voltage through duty control If the first PI (Proportional-Integral) controller for generating and the phase (φ) of the output voltage (V out ) is greater than the preset minimum phase (φ min ), and the fertilization ratio (D) is less than or equal to a preset reference , a second PI controller for generating a control signal for controlling the output voltage through duty control, and a phase (φ) of the output voltage (V out ) is greater than the preset minimum phase (φ min ) , when the fertilization ratio (D) is greater than or equal to a preset reference value, a third PI controller that generates a control signal for controlling the output voltage through phase (φ) control, and the fertilization ratio (D) is at a preset maximum value Upon arrival, a single phase shift (SPS) PI controller that generates a control signal for controlling the output voltage through phase (φ) control may be included.
본 발명은, 다른 관점에 따라, 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 출력 전압(Vout)을 측정하여 기 설정된 기준 전압(Vout_ref)과 비교하는 단계와, 상기 출력 전압과 출력 전류에 의거하여 출력 전력을 계산하는 단계와, 계산된 상기 출력 전력에 의거하여 기 설정된 다수의 모드 중 하나를 동작 모드로 선택하는 단계와, 상기 출력 전압과 상기 기준 전압 간의 비교 결과에 따라 충전 모드 또는 방전 모드가 수행될 때, 선택된 상기 동작 모드에 의거하여 상기 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터에서의 출력 전압 발생을 제어하는 단계를 포함하는 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 전력 제어 방법을 제공할 수 있다.According to another aspect, the present invention includes the steps of measuring an output voltage (V out ) of a three-phase dual active bridge converter and comparing it with a preset reference voltage (V out_ref ), and output power based on the output voltage and output current Calculating , selecting one of a plurality of preset modes as an operation mode based on the calculated output power, and performing a charging mode or a discharging mode according to a comparison result between the output voltage and the reference voltage. At this time, it is possible to provide a power control method of a three-phase dual active bridge converter comprising the step of controlling the output voltage generation in the three-phase dual active bridge converter based on the selected operation mode.
본 발명의 상기 제어하는 단계는, 상기 비교 결과의 위상 값이 양의 값(+)일 때 상기 충전 모드를 수행하고, 상기 위상 값이 음의 값(-)일 때 상기 방전 모드를 수행할 수 있다.In the controlling step of the present invention, the charging mode may be performed when the phase value of the comparison result is a positive value (+), and the discharging mode may be performed when the phase value is a negative value (-). have.
본 발명의 상기 제어하는 단계는, 듀티(duty) 제어 또는 위상 제어를 통해 상기 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터에서의 출력 전압 발생을 제어할 수 있다.In the controlling of the present invention, output voltage generation in the three-phase dual active bridge converter may be controlled through duty control or phase control.
본 발명의 상기 제어하는 단계는, 상기 출력 전압의 위상(φ)이 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 작으면, 듀티(duty) 제어를 통해 상기 출력 전압 발생을 제어하고, 상기 출력 전압의 위상(φ)이 상기 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 크고, 시비율(D)이 기 설정된 기준치 이하일 때 상기 듀티 제어를 통해 상기 출력 전압 발생을 제어하며, 상기 출력 전압의 위상(φ)이 상기 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 크고, 상기 시비율(D)이 기 설정된 기준치 이상일 때 위상(φ) 제어를 통해 상기 전압 발생을 제어하고, 상기 시비율(D)이 기 설정된 최대치에 도달할 때 상기 위상(φ) 제어를 통해 상기 출력 전압 발생을 제어할 수 있다.In the controlling step of the present invention, when the phase (φ) of the output voltage is smaller than a preset minimum phase (φ min ), the output voltage generation is controlled through duty control, and the phase of the output voltage is When (φ) is greater than the preset minimum phase (φ min ) and the fertilization ratio (D) is less than or equal to a preset reference value, the output voltage generation is controlled through the duty control, and the phase (φ) of the output voltage is the It is greater than the preset minimum phase (φ min ), and when the fertilization ratio (D) is greater than or equal to a preset reference value, the voltage generation is controlled through the phase (φ) control, and the fertilization ratio (D) reaches a preset maximum value. When the phase (φ) control, it is possible to control the output voltage generation.
본 발명의 실시예에 따르면, 위상과 시비율을 제어하는 기법을 동시 적용함으로써, 영전류 스위칭이 가능함과 더불어 영전압 스위칭 영역(영전압 스위칭이 시작되는 범위)을 증가(확장)시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by simultaneously applying the technique of controlling the phase and the time ratio, it is possible to achieve zero current switching and increase (extend) a zero voltage switching area (a range where zero voltage switching starts).
본 발명의 실시예에 따르면, 추가적인 회로 없이 알고리즘만을 이용함으로써 기존 대비 저부하 효율을 증가(개선)시킬 수 있으며, 스위칭 손실을 줄여 고주파 스위칭의 어플리케이션에 적용함으로써 에너지 밀도를 증가(개선)시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to increase (improve) the low load efficiency compared to the existing one by using only an algorithm without an additional circuit, and to increase (improve) the energy density by reducing the switching loss and applying it to the application of high frequency switching. .
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 전력 제어 장치에 대한 블록 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 위상차에 의해 모드 Ⅱ가 모드 III으로 변경되는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터에서의 출력 전압 발생을 제어하는 주요 과정을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 출력 전압의 제어를 위한 모드가 나누어지는 것을 설명하기 위한 것으로, 각 모드에서 정상상태 파형도이다.
도 5는 각 모드의 변화 궤적을 보여주는 예시도이다.
도 6은 일례로서 100W 정도(좌)에서는 ZVS가 안되고 대략 300W(중)에서는 ZVS가 되는 것을 예시적으로 보여주는 정상상태 파형도이다.1 is a block diagram of a power control apparatus of a three-phase dual active bridge converter according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are exemplary views for explaining that mode II is changed to mode III due to a phase difference according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a main process of controlling output voltage generation in a three-phase dual active bridge converter according to an embodiment of the present invention.
4 is for explaining that modes for controlling an output voltage are divided according to an embodiment of the present invention, and is a steady-state waveform diagram in each mode.
5 is an exemplary view showing a change trajectory of each mode.
6 is a steady-state waveform diagram exemplarily showing that ZVS does not occur at about 100 W (left) and becomes ZVS at approximately 300 W (middle) as an example.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범주는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the scope of the invention is only defined by the claims.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted except when actually necessary in describing the embodiments of the present invention. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 전력 제어 장치에 대한 블록 구성도이다.1 is a block diagram of a power control apparatus of a three-phase dual active bridge converter according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 전력 제어 장치는 비교기(102), 전력 계산부(104), 모드 선택부(106), 제어신호 생성부(108), 컨버터 구동부(110), 3상 DAB 컨버터(112) 및 저역 통과 필터(LPF: Low Pass Filter)(114) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the power control device of this embodiment includes a
그리고, 제어신호 생성부(108)는 제 1 PI(Proportional-Integral) 제어기(1082), 제 2 PI 제어기(1084), 제 3 PI 제어기(1086) 및 SPS(Single Phase Shift) PI 제어기(1088) 등을 포함할 수 있다.In addition, the control
먼저, 비교기(102)는 실제 출력 전압, 즉 후술하는 저역 통과 필터(120)를 통해 고주파가 제거되어 제공되는 출력 전압(Vout)과 기준 전압(Vout_ref)의 차이를 이용하여 출력 전압을 제어하는 등의 기능을 제공할 수 있다.First, the
여기에서, 비교기(102)를 통해 출력된 위상 값이 양의 값(+)이면 충전 모드를 의미하고, 위상 값이 음의 값(-)이면 방전 모드를 의미할 수 있는데, 전력 전달이 입력에서 출력으로 일어나는 경우를 충전 모드로 정의하고, 전력 전달이 출력에서 입력으로 일어나는 경우를 방전 모드로 정의할 수 있다.Here, if the phase value output through the
즉, 출력 전압을 제어하기 위해서는 위상(Phase shift angle = φ) 또는 시비율(D: duty cycle)이 변해야 하는데, 그 위상 값을 제어하기 위해서 저역 통과 필터(LPF)를 통과한 출력 전압을 지난 값(Vout)과 기준 전압(Vout_ref)을 비교한다.That is, in order to control the output voltage, the phase (Phase shift angle = φ) or the duty cycle (D: duty cycle) must be changed. In order to control the phase value, the output voltage passing through the low pass filter (LPF) is passed. (V out ) and the reference voltage (V out_ref ) are compared.
여기에서의 비교 결과, 기준 전압(Vout_ref)보다 출력 전압(Vout)이 크면, 모드에 따라서 후술하는 제어신호 생성부(108) 내의 해당 제어기에서 현재 출력되는 위상 값(φ) 또는 시비율(D)을 상대적으로 작게 줄이고, 기준 전압(Vout_ref)보다 출력 전압(Vout)이 작으면, 제어신호 생성부(108) 내의 해당 제어기에서 현재 출력되는 위상 값 또는 시비율을 상대적으로 크게 한다. 여기에서, 출력 전압은 위상(φ)과 시비율(D)에 따라 변하게 된다.As a result of the comparison here, if the output voltage (V out ) is greater than the reference voltage (V out_ref ), the phase value (φ) or the time ratio ( D) is reduced relatively small, and when the output voltage V out is smaller than the reference voltage V out_ref , the phase value or the time ratio currently output from the corresponding controller in the
그리고, 전력 계산부(104)는 후술하는 저역 통과 필터(114)를 통해 고주파가 제거되어 제공되는 출력 전압의 측정값(Vout)을 받아, 저역통과 필터(114)로부터의 출력 전류의 측정값(iout)을 함께 이용하여 출력 전력(Po)을 계산하는 등의 기능을 제공할 수 있으며, 여기에서 계산된 출력 전력(Po)은 다음 단의 모드 선택부(106)로 전달된다. Then, the power calculation unit 104 receives the measurement value V out of the output voltage provided by removing the high frequency through the low-
또한, 모드 선택부(106)는 전력 계산부(104)로부터 제공되는 계산된 출력 전력(Po)에 의거하여 기 설정된 다수의 제어 모드 중 하나를 전압 제어 모드(또는 동작 모드)로 선택하는 등의 기능을 제공할 수 있다.In addition, the
여기에서, 다수의 모드는, 예컨대 출력 전압(Vout)의 위상(φ)이 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 작을 때 듀티(duty) 제어를 통해 출력 전압을 제어하는 모드 Ⅰ과, 출력 전압(Vout)의 위상(φ)이 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 크고, 시비율(D)이 기 설정된 기준치 이하일 때 듀티(duty) 제어를 통해 출력 전압을 제어하는 모드 Ⅱ 및 모드 Ⅲ과, 출력 전압(Vout)의 위상(φ)이 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 크고, 시비율(D)이 기 설정된 기준치 이상일 때 위상(φ) 제어를 통해 출력 전압을 제어하는 모드 Ⅳ와, 시비율(D)이 최대(예컨대, 0.5)에 도달할 때 위상(φ) 제어를 통해 출력 전압을 제어하는 SPS 모드를 포함할 수 있다.Here, a plurality of modes, for example, when the phase (φ) of the output voltage (V out ) is smaller than the preset minimum phase (φ min ), a mode I for controlling the output voltage through duty control, and the output voltage When the phase (φ) of (V out ) is greater than the preset minimum phase (φ min ), and the fertilization ratio (D) is less than or equal to a preset reference value, mode II and mode Ⅲ for controlling the output voltage through duty control , When the phase (φ) of the output voltage (V out ) is greater than the preset minimum phase (φ min ), and the fertilization ratio (D) is greater than or equal to a preset reference value, the mode IV of controlling the output voltage through phase (φ) control and , it may include an SPS mode for controlling the output voltage through the phase (φ) control when the fertilization ratio (D) reaches a maximum (eg, 0.5).
다음에, 제어신호 생성부(108)는 모드 선택부(106)에 의해 선택된 전압 제어 모드로 충전 모드 또는 방전 모드에서의 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 등의 기능을 제공할 있는 것으로, 이를 위해 제어신호 생성부(108)는 제 1 PI 제어기(1082), 제 2 PI 제어기(1084), 제 3 PI 제어기(1086) 및 SPS PI 제어기(1088) 등을 포함할 수 있다.Next, the control
즉, 제어신호 생성부(108)는 비교기(102)에서의 비교 결과에 따라 충전 모드(비교기 출력의 위상 값이 양의 값(+)일 때) 또는 방전 모드(비교기 출력의 위상 값이 음의 값(-)일 때)를 수행할 때, 선택된 전압 제어 모드에 의거하여 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성한다.That is, the control
먼저, 제어신호 생성부(108) 내의 제 1 PI 제어기(1082)는, 기 설정된 기준 전압(Vout_ref)과 출력 전압(Vout) 간의 비교 결과에 의거하여 충전 모드 또는 방전 모드가 수행될 때, 출력 전압(Vout)의 위상(φ)이 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 작으면, 듀티(duty) 제어를 통해 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성(모드 Ⅰ의 실행)하여 컨버터 구동부(110)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.First, the
그리고, 제 2 PI 제어기(1084)는, 기 설정된 기준 전압(Vout_ref)과 출력 전압(Vout) 간의 비교 결과에 의거하여 충전 모드 또는 방전 모드가 수행될 때, 출력 전압(Vout)의 위상(φ)이 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 크고, 시비율(D)이 기 설정된 기준치 이하이면, 듀티(duty) 제어를 통해 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성(모드 Ⅱ 및 모드 Ⅲ의 실행)하여 컨버터 구동부(110)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.And, the
여기에서, 모드 II와 모드 III의 경우 동일한 제어기, 즉 하나의 제 2 PI 제어기(1084)를 사용하는데, 이것은 모드 II와 모드 III의 경우 위상은 최소 위상으로 고정되어 있는 상황에서 듀티(duty)만 바뀌기 때문에 동일한 제어기를 사용할 수 있다. 즉, 모드 II와 모드 III은 수학적으로 계산된 전력에 의해서 변경되지만, 제어하는 변수는 D로 동일하다.Here, in the case of mode II and mode III, the same controller, that is, one
반면에, 모드 I의 경우에는 D와 위상이 함께 변하기 때문에 모드 Ⅱ 및 모드 Ⅲ과는 다른 제어기를 사용해야 한다.On the other hand, in the case of mode I, since the phase and D change together, a controller different from that of mode II and mode III must be used.
또한, 제 3 PI 제어기(1086)는, 기 설정된 기준 전압(Vout_ref)과 출력 전압(Vout) 간의 비교 결과에 의거하여 충전 모드 또는 방전 모드가 수행될 때, 출력 전압(Vout)의 위상(φ)이 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 크고, 시비율(D)이 기 설정된 기준치 이상이면, 위상(φ) 제어를 통해 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성(모드 Ⅳ의 실행)하여 컨버터 구동부(110)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.In addition, the third PI controller 1086, when the charging mode or the discharging mode is performed based on the comparison result between the preset reference voltage (V out_ref ) and the output voltage (V out ), the phase of the output voltage (V out ) If (φ) is greater than the preset minimum phase (φ min ) and the fertilization ratio (D) is greater than or equal to the preset reference value, a control signal for controlling the output voltage through phase (φ) control is generated (execution of mode IV) Thus, a function such as transmission to the
마지막으로, SPS PI 제어기(1088)는, 기 설정된 기준 전압(Vout_ref)과 출력 전압(Vout) 간의 비교 결과에 의거하여 충전 모드 또는 방전 모드가 수행될 때, 시비율(D)이 최대(예컨대, 0.5)에 도달하면, 위상(φ) 제어를 통해 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성(모드 SPS의 실행)하여 컨버터 구동부(110)로 전달하는 등의 기능을 제공할 수 있다.Finally, the
보다 구체적으로, 제어신호 생성부(108)에서 수행되는 각 모드가 D와 위상 값에 의해 변경되는 과정은 아래와 같다.More specifically, a process in which each mode performed by the
즉, 모드 I의 경우에는 아래의 수학식 1과 같이 전력이 정의될 수 있다.That is, in the case of mode I, power may be defined as in
[수학식 1][Equation 1]
상기한 수학식 1에 있어서, n은 턴비를, Vin은 입력전압을, Vout은 출력전압을, f = fs는 스위칭 주파수를, L은 결합 인덕턴스를, w는 각주파수(2*pi*f),를, D는 시비율(duty)을, Φ는 위상각을 각각 나타낸다.In
즉, 모드 1에서는 D에 의해서 전력이 전달되며, 모드 I에서의 위상은 D의 값에 비례하여 증가한다.That is, in
이때, 모드 II로 전환되는 시점은 모드 I에서 증가하던 위상(φ)이 기 설정된 최소 위상(φmin)에 도달했을 때이며, 기 설정된 위상(φ)은 ZVS(zero voltage switching: 영전압 스위칭)를 달성하기 위한 최소 위상(φmin)으로 아래의 수학식 2를 통해 산출될 수 있다.At this time, the time of switching to mode II is when the phase (φ) increased in mode I reaches a preset minimum phase (φ min ), and the preset phase (φ) is ZVS (zero voltage switching). The minimum phase to achieve (φ min ) may be calculated through Equation 2 below.
[수학식 2][Equation 2]
상기한 수학식 2에 있어서, Vin은 입력전압을, Vout은 출력전압을, d는 전압 이득(n*Vin/Vout)을, f = fs는 스위칭 주파수를, L은 결합 인덕턴스를, w는 각주파수(2*pi*f),를, Φ는 위상각을, π는 통상의 파이(3.141592)를, Zo는 공진 임피던스를 각각 나타낸다.In Equation 2, V in is an input voltage, V out is an output voltage, d is a voltage gain (n*V in /V out ), f = f s is a switching frequency, and L is a coupling inductance. , w denotes angular frequency (2*pi*f), Φ denotes phase angle, π denotes normal pi (3.141592), and Z o denotes resonance impedance, respectively.
이때, 모드 Ⅰ에서의 위상(φ)이 최소 위상(φmin)에 도달한 이후 모드 II로 바뀌게 되는데, 이때 전력은 아래의 수학식 3을 통해 산출될 수 있다.At this time, after the phase (φ) in mode I reaches the minimum phase (φ min ), it is changed to mode II. At this time, power can be calculated through
[수학식 3][Equation 3]
상기한 수학식 3에 있어서, n은 턴비를, Vin은 입력전압을, Vout은 출력전압을, L은 결합 인덕턴스를, w는 각주파수(2*pi*f),를, Φmin은 최소 위상을 각각 나타낸다.In
그리고, 모드 II에서 D가 점점 증가하면서 각 "상간의 위상차", 즉 3상 DAB 컨버터의 상들 사이드 위상차가 "위상(φmin)"이 되면, 일예로서 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 모드 Ⅱ(도 2a)가 모드 III(모드 2b)으로 변경된다.And, as D gradually increases in mode II, when each “phase difference”, that is, the phase-side phase difference of the three-phase DAB converter becomes “phase (φ min )”, as shown in FIGS. 2A and 2B as an example, the mode II (FIG. 2A) is changed to Mode III (Mode 2B).
도 2a 및 2b는 본 발명의 실시예에 따라 위상차에 의해 모드 Ⅱ가 모드 III으로 변경되는 것을 설명하기 위한 예시도이다.2A and 2B are exemplary views for explaining that mode II is changed to mode III due to a phase difference according to an embodiment of the present invention.
즉, 도 2a 및 2b를 참조하면, 모드 Ⅱ2에서 초록색과 초록색의 간격[= 상간의 위상차]이 최소 위상 φ(φmin)가 되면 모드 Ⅲ으로 변경되는데, 이것은 아래의 수학식 4를 통해 계산될 수 있다.That is, referring to FIGS. 2A and 2B , when the interval between green and green [= phase difference between phases] in mode II2 becomes the minimum phase φ(φ min ), it is changed to mode III, which can be calculated through Equation 4 below. can
[수학식 4][Equation 4]
상기한 수학식 4에 있어서, n은 턴비를, Vin은 입력전압을, Vout은 출력전압을, f = fs는 스위칭 주파수를, L은 결합 인덕턴스를, w는 각주파수(2*pi*f),를, D는 시비율(duty)을, Φ는 위상각을, Φmin은 최소 위상을 각각 나타낸다.In Equation 4, n is a turn ratio, V in is an input voltage, V out is an output voltage, f = f s is a switching frequency, L is a coupling inductance, and w is an angular frequency (2*pi) *f), D is duty, Φ is phase angle, and Φ min is minimum phase, respectively.
마지막으로, 모드 IV와 모드 SPS의 경우에 출력 전력(Po)은 아래의 수학식 5와 같이 계산될 수 있다.Finally, in the case of mode IV and mode SPS, the output power Po may be calculated as in Equation 5 below.
[수학식 5][Equation 5]
상기한 수학식 5에 있어서, n은 턴비를, Vin은 입력전압을, Vout은 출력전압을, f = fs는 스위칭 주파수를, L은 결합 인덕턴스를, Φ는 위상각을 각각 나타낸다.In Equation 5, n represents a turn ratio, V in represents an input voltage, V out represents an output voltage, f = f s represents a switching frequency, L represents a coupling inductance, and Φ represents a phase angle, respectively.
즉, 모드 SPS와 모드 IV의 전력은 수학적 계산이 동일하기 때문에, 설계 사양에 맞게 SPS의 전력을 설정해 두고, SPS가 될 때 D가 0.5로 될 수 있도록 모드 IV를 설정해 두면 각각의 모드를 변경할 수 있다.In other words, since the power of mode SPS and mode IV have the same mathematical calculation, each mode can be changed by setting the power of the SPS according to the design specification and setting the mode IV so that D becomes 0.5 when it becomes SPS. have.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 상술한 각 수학식을 통해 각각의 모드를 대표하는 전력을 수학적으로 산출할 수 있으며, 그 전력에 도달하였을 때 모드가 바뀌는 것을 분명하게 알 수 있다.Accordingly, according to the embodiment of the present invention, power representing each mode can be mathematically calculated through each of the above-described equations, and it can be clearly seen that the mode is changed when the power is reached.
다시, 도 1을 참조하면, 컨버터 구동부(110)는 제어신호 생성부(108) 내의 각 제어부로부터 선택적으로 생성된 제어신호에 의거하여 3상 DAB 컨버터(112)의 구동을 제어(출력 전압 발생의 제어)하는 등의 기능을 제공할 수 있다.Again, referring to FIG. 1 , the
그리고, 3상 DAB 컨버터(112)는 컨버터 구동부(110)로부터 제공되는 구동 제어에 따라 출력 전압(Vout)을 발생시키는 등의 기능을 제공할 수 있는데, 여기에서 발생된 출력 전압은 저역 통과 필터(114)를 통해 비교기(102)와 전력 계산부(104)로 전달(부궤환)된다. In addition, the three-phase DAB converter 112 may provide a function of generating an output voltage (V out ) according to the driving control provided from the
여기에서, 저역 통과 필터(114)는 출력 전압(Vout)에 포함되어 있는 노이즈, 예컨대 스위칭 주파수 등의 고주파 성분을 제거하는 등의 기능을 제공할 수 있다.Here, the low-
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터에서의 출력 전압 발생을 제어하는 주요 과정을 도시한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a main process of controlling output voltage generation in a three-phase dual active bridge converter according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 비교기(102)에서는 저역 통과 필터(120)를 통해 고주파가 제거되어 제공되는 출력 전압(Vout)과 기준 전압(Vout_ref)을 비교하고, 그 비교 결과로서 양의 값(+)을 갖는 위상 값 또는 음의 값(-)을 갖는 위상 값을 출력한다(단계 302). 여기에서, 비교기(102)의 출력은 제 1 PI 제어기(1082), 제 2 PI 제어기(1084), 제 3 PI 제어기(1086) 및 SPS PI 제어기(1088)의 일측 입력으로 제공된다.Referring to FIG. 3 , the
그리고, 비교기(102)를 통해 출력되는 위상 값이 양의 값(+)이면 충전 모드가 수행되고, 위상 값이 음의 값(-)이면 방전 모드가 수행될 수 있다.In addition, if the phase value output through the
또한, 전력 계산부(104)에서는 저역 통과 필터(114)를 통해 고주파가 제거되어 제공되는 출력 전압의 측정값(Vout)을 받아, 출력 전류의 측정값(iout)을 함께 이용하여 출력 전력(Po)을 계산한 후(단계 304), 그 계산 결과를 제어신호 생성부(108)에 제공한다. In addition, the power calculator 104 receives the measured value (V out ) of the output voltage provided by removing the high frequency through the low-
다음에, 제어신호 생성부(108)에서는 출력 전압(Vout)의 위상(φ) 및 시비율(D)에 의거하여 3상 DAB 컨버터(112)의 출력 전압 발생 제어를 위한 동작 모드(또는 전압 제어 모드)를 결정한다.Next, in the control
먼저, 단계(306)에서는 출력 전압(Vout)의 위상(φ)이 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 작은 지의 여부를 체크하는데, 여기에서의 체크 결과 φ<φmin 조건이 충족되면, 처리는 단계(308)로 진행되며, 제 1 PI 제어기(1082)에서는 모드 Ⅰ를 수행함으로써 듀티(duty) 제어를 통해 3상 DAB 컨버터(112)에서의 출력 전압 발생을 제어한다.First, when
그리고, 단계(306)에서의 체크 결과 φ<φmin 조건이 충족되지 않으면, 단계(310)에서는 출력 전압(Vout)의 위상(φ)이 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 크고, 시비율(D)이 기 설정된 기준치 이하인지의 여부를 체크한다.And, as a result of the check in
상기 단계(310)에서의 체크 결과 φ>φmin 조건과 시비율<기준치 조건이 충족되면, 처리는 단계(312)로 진행되며, 제 2 PI 제어기(1084)에서는 모드 Ⅱ 및 모드 Ⅲ를 수행함으로써 듀티(duty) 제어를 통해 3상 DAB 컨버터(112)에서의 출력 전압 발생을 제어한다.As a result of the check in
또한, 단계(310)에서의 체크 결과 φ>φmin 조건과 시비율<기준치 조건이 충족되지 않으면, 단계(314)에서는 출력 전압(Vout)의 위상(φ)이 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 크고, 시비율(D)이 기 설정된 기준치 이상인지의 여부를 체크한다.In addition, as a result of the check in
상기 단계(314)에서의 체크 결과 φ>φmin 조건과 시비율>기준치 조건이 충족되면, 처리는 단계(316)로 진행되며, 제 3 PI 제어기(1086)에서는 모드 Ⅳ를 수행함으로써 위상(φ) 제어를 통해 3상 DAB 컨버터(112)에서의 출력 전압 발생을 제어한다.As a result of the check in
다시, 단계(314)에서의 체크 결과 φ>φmin 조건과 시비율>기준치 조건이 충족되지 않으면, 단계(318)에서는 시비율(D)이 기 설정된 최대치에 도달하였는지의 여부를 체크한다.Again, as a result of the check in
상기 단계(318)에서의 체크 결과 시비율 = 기 설정된 최대치 조건이 충족되면, 처리는 단계(320)로 진행되며, 제 SPS PI 제어기(1088)에서는 SPS 모드를 수행함으로써 위상(φ) 제어를 통해 3상 DAB 컨버터(112)에서의 출력 전압 발생을 제어한다.As a result of the check in
즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 출력 전압(Vout)의 위상(φ)과 시비율(D)에 의거하여 3상 DAB 컨버터(112)의 출력 전압 발생을 능동적으로 제어할 수 있다.That is, according to the embodiment of the present invention, it is possible to actively control the output voltage generation of the three-
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 출력 전압의 제어를 위한 모드가 나누어지는 것을 설명하기 위한 것으로, 각 모드에서의 정상상태 파형도이다.4 is for explaining that modes for controlling an output voltage are divided according to an embodiment of the present invention, and is a steady-state waveform diagram in each mode.
도 4를 참조하면, 해당 결과물로 얻어지는 장점 및 효과의 경우 시비율을 제어하는 기술을 이용하여 영전류 스위칭이 가능하면서 종래의 기술에 비하여 영전압-스위칭 영역을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 4 , it can be seen that, in the case of advantages and effects obtained as a result, zero current switching is possible using a technology for controlling the fertilization ratio, and the zero voltage-switching area can be increased compared to the conventional technology.
즉, 추가적인 회로 없이 알고리즘만을 이용하여 기존 대비 저부하에서 효율을 증가시킬 수 있는 영역을 확장할 수 있음을 알 수 있다.That is, it can be seen that an area capable of increasing the efficiency at a low load compared to the existing one can be expanded by using only an algorithm without an additional circuit.
도 5는 각 모드의 변화 궤적을 보여주는 예시도로서, 시비율을 제어하는 알고리즘을 적용했을 시에 무순단 절체 제어가 가능함을 보여주는 예시도이다.(모드 I부터 모드 SPS까지 끊임없이 모드 변화가 가능함)5 is an exemplary diagram showing the change trajectory of each mode, and is an exemplary diagram showing that seamless switching control is possible when an algorithm for controlling the fertilization rate is applied. (Mode change from mode I to mode SPS is possible)
여기에서, 무순단은 전력전자 분야에서 양방향 컨버터를 제어할 때 쓰는 용어로서, 무순단 제어의 경우 끊임없는 제어라는 말로써, 정방향에서 역방향으로 전력을 전달해야 하는 경우(전력 전달이 +에서 -로 바뀌는 경우)에 사용된다. 많은 토폴로지가 정방향에서 역방향으로 전력이 전달될 때 순간적으로 전력 전달 방향을 바꾸기 힘들며, 잠시 멈췄다가 제어하는 등 전력이동에 끊김이 발생하게 된다. 그러나, 3상 DAB 컨버터의 경우에는, 위상으로 전력을 제어하기 때문에, 위상의 변화가 양에서 음으로 부드럽게 변할 수 있으며, 이로 인해 양방향 전력변환 시 끊김 없는 제어가 가능한데, 이를 무순단 절체 제어라고 정의할 수 있다. Here, non-stop is a term used when controlling a bidirectional converter in the field of power electronics, and in the case of non-stepless control, it is a word that means continuous control. change) is used. In many topologies, when power is transferred from the forward direction to the reverse direction, it is difficult to instantaneously change the direction of power transfer, and interruption in power transfer occurs such as stopping and controlling. However, in the case of a three-phase DAB converter, since the power is controlled by phase, the phase change can be smoothly changed from positive to negative, which enables seamless control during bidirectional power conversion, which is defined as seamless transfer control. can do.
도 5를 참조하면, 최소 위상 변이 값을 설정함으로써 모드 변화 비중에 대해 파악할 수 있는데, 최소 위상 설정 값이 높아지게 되면 모드 I와 모드 III의 영역이 커지고, 반면에 모드II, 모드 IV 및 모드 SPS의 영역이 줄어들게 됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 5 , the proportion of mode change can be determined by setting the minimum phase shift value. When the minimum phase setting value is increased, the regions of mode I and mode III are enlarged, whereas the regions of mode II, mode IV and mode SPS are increased. It can be seen that the area is reduced.
도 6은 일례로서 100W 정도(좌)에서는 ZVS가 안되고 대략 300W(중)에서는 ZVS가 되는 것을 예시적으로 보여주는 정상상태 파형도이다.6 is a steady-state waveform diagram exemplarily showing that ZVS does not occur at about 100 W (left) and becomes ZVS at approximately 300 W (middle) as an example.
도 6을 참조하면, 기존의 경우 모두 ZVS가 되지 않는 부분이 ZVS가 되는 것을 보여주는데, 이것은 저부하 시 효율에 있어서 스위칭 손실이 감소함을 나타내고 있으며, 이 때문에 고주파 스위칭 어플리케이션에 유리하고, 저부하 시 효율이 향상됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 6 , it is shown that the part that does not become ZVS becomes ZVS in all conventional cases, which indicates that the switching loss is reduced in efficiency at low load, which is advantageous for high-frequency switching applications and at low load. It can be seen that the efficiency is improved.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 등이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may make various substitutions, modifications, and changes within the scope not departing from the essential characteristics of the present invention. It will be easy to see that this is possible. That is, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments.
따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술되는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Accordingly, the protection scope of the present invention should be construed by the claims described below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
102 : 비교기
104 : 전력 계산부
106 : 모드 선택부
108 : 제어신호 생성부
110 : 컨버터 구동부
112 : 3상 DAB 컨버터
114 : 저역 통과 필터
1082 : 제 1 PI 제어기
1084 : 제 2 PI 제어기
1086 : 제 3 PI 제어기
1088 : SPS PI 제어기102: comparator
104: power calculation unit
106: mode selection unit
108: control signal generator
110: converter driving unit
112: 3-phase DAB converter
114: low-pass filter
1082: first PI controller
1084: second PI controller
1086: third PI controller
1088: SPS PI controller
Claims (8)
상기 출력 전압과 출력 전류에 의거하여 출력 전력(Po)을 계산하는 전력 계산부와,
계산된 상기 출력 전력(Po)에 의거하여 기 설정된 다수의 제어 모드 중 하나를 전압 제어 모드로 선택하는 모드 선택부와,
상기 비교기에서의 비교 결과에 따라 충전 모드 또는 방전 모드가 수행될 때, 선택된 상기 전압 제어 모드에 의거하여 상기 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부와,
생성된 상기 제어신호에 의거하여 상기 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터에서의 출력 전압 발생을 제어하는 컨버터 구동부를 포함하고,
상기 제어신호 생성부는,
상기 출력 전압(Vout)의 위상(φ)이 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 작으면, 듀티(duty) 제어를 통해 상기 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제 1 PI(Proportional-Integral) 제어기와,
상기 출력 전압(Vout)의 위상(φ)이 상기 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 크고, 시비율(D)이 기 설정된 기준치 이하이면, 듀티(duty) 제어를 통해 상기 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제 2 PI 제어기와,
상기 출력 전압(Vout)의 위상(φ)이 상기 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 크고, 상기 시비율(D)이 기 설정된 기준치 이상이면, 위상(φ) 제어를 통해 상기 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 제 3 PI 제어기와,
상기 시비율(D)이 기 설정된 최대치에 도달하면, 위상(φ) 제어를 통해 상기 출력 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 SPS(Single Phase Shift) PI 제어기를 포함하는
3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 전력 제어 장치.A comparator for comparing the output voltage (V out ) provided from the output of the three-phase dual active bridge converter with a preset reference voltage (V out_ref );
a power calculation unit for calculating the output power (P o ) based on the output voltage and the output current;
a mode selection unit for selecting one of a plurality of preset control modes as a voltage control mode based on the calculated output power (P o );
a control signal generator for generating a control signal for controlling the output voltage based on the selected voltage control mode when a charging mode or a discharging mode is performed according to the comparison result in the comparator;
and a converter driver for controlling output voltage generation in the three-phase dual active bridge converter based on the generated control signal,
The control signal generator,
When the phase φ of the output voltage Vout is smaller than a preset minimum phase φmin, a first PI (Proportional-Integral) that generates a control signal for controlling the output voltage through duty control controller and
When the phase (φ) of the output voltage (V out ) is greater than the preset minimum phase (φ min ), and the fertilization ratio (D) is less than or equal to a preset reference value, to control the output voltage through duty control a second PI controller for generating a control signal for
If the phase (φ) of the output voltage (V out ) is greater than the preset minimum phase (φ min ), and the fertilization ratio (D) is greater than or equal to a preset reference value, the output voltage is controlled through the phase (φ) control A third PI controller that generates a control signal for
When the fertilization ratio (D) reaches a preset maximum value, comprising a SPS (Single Phase Shift) PI controller for generating a control signal for controlling the output voltage through phase (φ) control
Power control unit of 3-phase dual active bridge converter.
상기 제어신호 생성부는,
상기 비교기에서 출력되는 위상 값이 양의 값(+)일 때 상기 충전 모드를 수행하고, 상기 위상 값이 음의 값(-)일 때 상기 방전 모드를 수행하는
3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 전력 제어 장치.The method of claim 1,
The control signal generator,
performing the charging mode when the phase value output from the comparator is a positive value (+), and performing the discharging mode when the phase value is a negative value (-)
Power control unit of 3-phase dual active bridge converter.
상기 제어신호 생성부는,
듀티(duty) 제어 또는 위상 제어를 통해 상기 출력 전압의 제어를 위한 제어신호를 생성하는
3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 전력 제어 장치.The method of claim 1,
The control signal generator,
generating a control signal for controlling the output voltage through duty control or phase control
Power control unit of 3-phase dual active bridge converter.
상기 출력 전압과 출력 전류에 의거하여 출력 전력을 계산하는 단계와,
계산된 상기 출력 전력에 의거하여 기 설정된 다수의 모드 중 하나를 동작 모드로 선택하는 단계와,
상기 출력 전압과 상기 기준 전압 간의 비교 결과에 따라 충전 모드 또는 방전 모드가 수행될 때, 선택된 상기 동작 모드에 의거하여 상기 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터에서의 출력 전압 발생을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 제어하는 단계는,
상기 출력 전압의 위상(φ)이 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 작으면, 듀티(duty) 제어를 통해 상기 출력 전압 발생을 제어하고,
상기 출력 전압의 위상(φ)이 상기 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 크고, 시비율(D)이 기 설정된 기준치 이하일 때 상기 듀티 제어를 통해 상기 출력 전압 발생을 제어하며,
상기 출력 전압의 위상(φ)이 상기 기 설정된 최소 위상(φmin)보다 크고, 상기 시비율(D)이 기 설정된 기준치 이상일 때 위상(φ) 제어를 통해 상기 출력 전압 발생을 제어하고,
상기 시비율(D)이 기 설정된 최대치에 도달할 때 상기 위상(φ) 제어를 통해 상기 출력 전압 발생을 제어하는
3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 전력 제어 방법. Measuring the output voltage (V out ) of the three-phase dual active bridge converter and comparing it with a preset reference voltage (V out_ref );
calculating output power based on the output voltage and output current;
selecting one of a plurality of preset modes as an operation mode based on the calculated output power;
When a charging mode or a discharging mode is performed according to a result of comparison between the output voltage and the reference voltage, controlling generation of an output voltage in the three-phase dual active bridge converter based on the selected operation mode,
The controlling step is
When the phase (φ) of the output voltage is smaller than a preset minimum phase (φ min ), the output voltage generation is controlled through duty control,
When the phase (φ) of the output voltage is greater than the preset minimum phase (φ min ) and the fertilization ratio (D) is less than or equal to a preset reference value, the output voltage generation is controlled through the duty control,
When the phase (φ) of the output voltage is greater than the preset minimum phase (φ min ), and the fertilization ratio (D) is greater than or equal to a preset reference value, the output voltage generation is controlled through the phase (φ) control,
Controlling the output voltage generation through the phase (φ) control when the fertilization ratio (D) reaches a preset maximum value
Power control method of 3-phase dual active bridge converter.
상기 제어하는 단계는,
상기 비교 결과의 위상 값이 양의 값(+)일 때 상기 충전 모드를 수행하고, 상기 위상 값이 음의 값(-)일 때 상기 방전 모드를 수행하는
3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 전력 제어 방법.6. The method of claim 5,
The controlling step is
performing the charging mode when the phase value of the comparison result is a positive value (+), and performing the discharging mode when the phase value is a negative value (-)
Power control method of 3-phase dual active bridge converter.
상기 제어하는 단계는,
듀티(duty) 제어 또는 위상 제어를 통해 상기 3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터에서의 출력 전압 발생을 제어하는
3상 듀얼 액티브 브리지 컨버터의 전력 제어 방법.6. The method of claim 5,
The controlling step is
Controlling the output voltage generation in the three-phase dual active bridge converter through duty control or phase control
Power control method of 3-phase dual active bridge converter.
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