KR102515599B1 - 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터 - Google Patents

모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다른 소자나 회로와 통신하지 않고도 종래의 전해 커패시터를 온전히 대체하여 DC링크의 리플을 저감할 수 있는 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터에 관한 것이다.

Description

모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터{Converter including Modular Plug-in Active Power Decoupling Circuit}
본 발명은 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세히는 단상 AC/DC 컨버터에서 발생하는 리플을 제거할 수 있고, 종래 전하 캐패시터를 온전히 대체할 수 있는 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터에 관한 것이다.
AC를 DC로 변환하기 위해서는 AC-DC 컨버터가 사용되고, AC-DC 컨버터의 출력단에는 변환된 DC의 리플성분을 평활화하기 위해 일반적으로 에너지 버퍼인 전해 커패시터를 사용하고 있다. 다만, DC의 전해 커패시터는 수명이 짧고, 열에 약한 문제점이 있어 능동 전력 디커플링(Active Power Decoupling, APD) 회로를 사용한다.
도 1은 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터의 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, AC전원(10)에는 풀-브릿지 회로로 구성되는 단상 인버터 모듈(20)이 연결되고, 단상 인버터(20)의 출력단 측에는 DC링크가 연결되어 있고, 단상 인버터 모듈(20)과 DC링크 사이에는 능동 전력 디커플링 모듈(30)가 연결된다.
능동 전력 디커플링 모듈(30)은 제 1 스위치(S1), 제 2 스위치(S2), 제 1 커패시터(C1), 제 2 커패시터(C2) 및 인덕터(Lr)로 구성될 수 있다. 이때 제 1 커패시터(33)와 제 2 커패시터(34)의 용량은 서로 같아, DC링크를 각각의 커패시터가 분할하고, 각 커패시터의 전압은 아래 수식과 같이 180도의 위상 차이를 가지고 동작하며 DC링크의 리플을 제거한다.
[수식 1]
Figure 112021077227079-pat00001
Figure 112021077227079-pat00002
제 1 커패시터(33)와 제 2 커패시터(34)의 전압으로 하프 브릿지의 전력인
Figure 112021077227079-pat00003
를 구할 수 있고, 하프 브릿지에서 리플 전력인
Figure 112021077227079-pat00004
을 모두 처리한다고 하면, 하프 브릿지 전력과 리플 전력이 같은 조건에서, 하프 브릿지의 커패시턴스 C를 아래 수식과 같이 정리할 수 있다.
[수식 1]
Figure 112021077227079-pat00005
도 1에 도시된 바와 같은 구조의 능동 전력 디커플링 모듈을 포함하는 컨버터는 3%의 전압 리플을 기준으로 전해 커패시터와 비교했을 때, 4배만큼 작은 커패시턴스를 사용해 리플을 제거할 수 있으므로, 보다 효율적으로 회로를 구성할 수 있다.
다만, 이러한 종래의 능동 전력 디커플링 회로는 PFC(Power Factor Correction)로부터 AC전원(10)의 위상정보를 수신해 그에 따라 전류를 제어하거나, APD모듈이 AC전원을 직접 센싱해, AC전원 측정 케이블 연결 및 전압 센서가 필요하므로, 수동 소자인 전해 커패시터를 온전히 대체하지 못하는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2021-0056696호("디커플링 동작을 수행하는 부스트 컨버터", 공개일 2021.05.20.)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터의 목적은 다른 소자나 회로와 통신하지 않고도 종래의 전해 커패시터를 온전히 대체하여 DC링크의 리플을 저감할 수 있는 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터는, 능동 전력 디커플링 회로를 포함한 컨버터에 있어서, 일측이 전원과 연결되고, 타측인 DC링크와 연결된 단상 인버터 모듈, 일측이 상기 DC링크와 연결되고, 타측이 부하에 연결되는 능동 전력 디커플링 모듈 및 상기 단상 인버터 모듈과 상기 능동 전력 디커플링 모듈을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 능동 전력 디커플링 모듈은, 상기 DC링크의 양극와 음극 사이에 직렬 연결된 DC 커패시터인 제 1 및 2 커패시터, 상기 제 1 및 2 커패시터에 각각 병렬로 연결된 제 1 및 2 스위치, 상기 제 1 및 2 커패시터 연결 노드와 상기 제 1 및 2 스위치 연결 노드 사이에 연결된 인덕터를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 DC링크의 전압을 입력 받아 가상 d-q변환을 사용해 상기 인덕터에 흐르는 인덕터 전류의 d축 지령치인
Figure 112022120859159-pat00115
와 q축 지령치인
Figure 112022120859159-pat00116
을 출력하는 전압 제어부, 상기 인덕터 전류(
Figure 112022120859159-pat00117
)를 입력받아 가상 d-q변환을 사용해 변환한 상기 인덕터 전류의 d축 전류
Figure 112022120859159-pat00118
와 상기 인덕터 전류의 q축 전류
Figure 112022120859159-pat00119
을 출력하는 전류 제어부, 상기 전압 제어부로부터 수신한 상기
Figure 112022120859159-pat00120
및
Figure 112022120859159-pat00121
와, 상기
Figure 112022120859159-pat00122
및
Figure 112022120859159-pat00123
각각의 차를 구하고, 비례-적분 제어기를 이용해 상기 능동 전력 디커플링 모듈의 출력 전압 지령을 산출하는 전압 지령 산출부 및 상기 q축 지령치인
Figure 112022120859159-pat00124
를 입력받아 0으로 만들도록 위상을 추종하는 PLL(Phase LockedLoop)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 DC링크 전압의 2차 성분의 위상을 추종하는 PLL(Phase LockedLoop)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 부하의 크기가 기준치보다 작을 때, 상기 능동 전력 디커플링 모듈을 동작시키지 않고, 상기 부하의 크기가 기준치 이상일 때, 상기 능동 전력 디커플링 모듈을 동작시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전압 제어부는, 상기 DC링크의 전압을 통과시켜 특정 주파수의 성분인
Figure 112021077227079-pat00015
을 추출하는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter), 상기
Figure 112021077227079-pat00016
을 통과시켜 가상의 전압인
Figure 112021077227079-pat00017
을 출력하는 제 1 전역 통과 필터(All Pass Filter), 상기
Figure 112021077227079-pat00018
및 상기
Figure 112021077227079-pat00019
을 가상 d-q변환을 사용해
Figure 112021077227079-pat00020
및
Figure 112021077227079-pat00021
을 생성하는 제 1 변환부 및 상기
Figure 112021077227079-pat00022
및 상기
Figure 112021077227079-pat00023
을 입력받고, 비례-적분 제어기를 이용해 상기 d축 지령치인
Figure 112021077227079-pat00024
와 q축 지령치인
Figure 112021077227079-pat00025
을 출력하는 전류 지령 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전류 제어부는, 상기 인덕터 전류
Figure 112021077227079-pat00026
을 통과시켜 상기
Figure 112021077227079-pat00027
과 직교하는 가상의 전류인
Figure 112021077227079-pat00028
를 생성하는 제 2 전역 통과 필터 및 상기
Figure 112021077227079-pat00029
및
Figure 112021077227079-pat00030
을 가상 d-q변환을 사용해
Figure 112021077227079-pat00031
및
Figure 112021077227079-pat00032
를 생성하는 제 2 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 능동 전력 디커플링 모듈은, 상기 DC링크의 양극와 음극 사이에 직렬 연결된 DC 커패시터인 제 1 및 2 커패시터, 상기 제 1 및 2 커패시터에 각각 병렬로 연결된 제 1 및 2 스위치, 상기 제 1 및 2 커패시터 연결 노드와 상기 제 1 및 2 스위치 연결 노드 사이에 연결된 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터에 의하면, 계통 전압의 직접적인 측정 없이, PLL에서 DC링크 전압의 2차 성분과 위상을 추종하여, 종래 전해 커패시터의 역할을 하기 때문에, 종래 전해 커패시터를 온전히 대체할 수 있는 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터를 제공할 수 있다.
도 1은 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터의 회로도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터의 제어부의 제어블록도이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터의 실험시 전압 및 전류 각각의 d축, q축 성분의 그래프이고,
도 4는 실제 계통 전압의 위상으로 APD 인덕터 전류의 위상을 구한 것과, 본 발명의 일실시예에 의한 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터의 제어부에서 필요한 인덕터 전류의 위상을 추종한 결과 그래프이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터의 정상상태 동작의 그래프이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1 및 /또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다. 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있다거나 또는 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 ∼사이에 와 바로 ∼사이에 또는 ∼에 인접하는과 ∼에 직접 인접하는 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 일실시예에 의한 모듈형 플로그인 농등 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터는, 앞서 설명한 도 1에 도시된 컨버터 회로와 동일한 구조를 가지며, 능동 전력
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터는 단상 인버터 모듈(20), 능동 전력 디커플링 모듈(30) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
단상 인버터 모듈(20)은 일측이 전원(10)과 연결되고, 타측이 DC링크와 연결된다. 도 1에 도시된 단상 인버터 모듈(20)은 풀-브릿지 회로로 구성되나, 본 발명은 단상 인버터 모듈(20)의 구성을 도 1에 한정하지 않고, 다양한 종류의 단상 인버터 모듈(20)이 사용될 수 있다. 능동 전력 디커플링 모듈(30)은 일측이 DC링크와 연결되고, 타측이 부하에 연결되며, DC링크의 양극와 음극 사이에 직렬 연결된 DC 커패시터인 제 1 커패시터(C1)와 제 2 커패시터(C2), 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2)에 각각 병렬로 연결된 제 1 스위치(S1) 및 제 2 스위치(S2), 제 1 스위치(S1) 및 제 2 스위치(S2)의 연결노드와 제 1 커패시터(C1) 및 제 2 커패시터(C2)의 연결노드 사이에 연결된 인덕터(Lr)를 포함한다. 단, 능동 전력 디커플링 모듈(30)이 제 1 및 2 커패시터, 제 1 및 2 스위치, 인덕터를 포함하는 것은 일예일 뿐으로, 본 발명의 능동 전력 디커플링 모듈(30)은 다양한 종류의 능동전력 디커플링 회로를 포함할 수 있다.
제어부는 상기한 단상 인버터 모듈(20)과 능동 전력 디커플링 모듈(30)을 제어한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터의 제어부의 제어블록도이다.
도 2를 참조하면, 제어부는 전압 제어부(100), 전류 제어부(200), 전압 지령 산출부(300) 및 PLL(Phase LockedLoop)(400)을 포함할 수 있다.
전압 제어부(100)는 DC링크의 전압을 입력 받아 가상 d-q변환을 사용해 상기 인덕터 전류의 d축 지령치인
Figure 112021077227079-pat00033
와 q축 지령치인
Figure 112021077227079-pat00034
을 출력한다.
전압 제어부(100)는, 밴드 패스 필터(Band Pass Filter), 제 1 전역 통과 필터(All Pass Filter)(110), 제 1 변환부(120) 및 전류 지령 산출부(130)를 포함할 수 있다.
밴드 패스 필터는 DC링크의 전압을 통과시켜 특정 주파수의 성분인
Figure 112021077227079-pat00035
을 추출한다. 본 실시예에서 밴드 패스 필터에서 통과시키는 특정 주파수는 120Hz일 수 있다. 밴드 패스 필터를 사용하는 이유는 DC링크 전압의 120Hz성분을 추출하기 위한 것이며, 120Hz 성분은 리플 전압일 수 있다.
제 1 전역 통과 필터(110)는
Figure 112021077227079-pat00036
을 통과시켜 가상의 전압인
Figure 112021077227079-pat00037
을 출력한다. 여기서 가상의 전압인
Figure 112021077227079-pat00038
은 상술한 120Hz 리플 전압과 직교하는(90도 위상차를 갖는) 가상의 전압이다.
제 1 변환부(120)는 상기한 밴드 패스 필터와 제 1 전역 통과 필터(110) 각각으로부터
Figure 112021077227079-pat00039
및 상기
Figure 112021077227079-pat00040
을 입력받고, 가상 d-q좌표계를 사용해
Figure 112021077227079-pat00041
및
Figure 112021077227079-pat00042
을 생성한다.
전류 지령 산출부(130)는
Figure 112021077227079-pat00043
및
Figure 112021077227079-pat00044
을 입력받고, 비례-적분 제어기(PI)를 이용해 d축 지령치인
Figure 112021077227079-pat00045
와 q축 지령치인
Figure 112021077227079-pat00046
을 출력한다.
전압 제어부(100)는 상술한 밴드 패스 필터, 제 1 전역 통과 필터(110), 제 1 변환부(120) 및 전류 지령 산출부(130)를 포함해 AC성분을 DC성분으로 변환하기에 간단한 비례-적분 제어기로 DC링크의 120Hz 리플 전압을 제어할 수 있다.
전류 제어부(200)는 상기 인덕터 전류(
Figure 112021077227079-pat00047
)를 입력받아 가상 d-q변환을 사용해 변환한 상기 인덕터 전류의 d축 전류
Figure 112021077227079-pat00048
와 상기 인덕터 전류의 q축 전류
Figure 112021077227079-pat00049
을 출력한다. 제 2 전역 통과 필터(210) 및 제 2 변환부(220)를 포함할 수 있다.
제 2 전역 통과 필터(210)는 인덕터 전류
Figure 112021077227079-pat00050
을 통과시켜 60Hz의 인덕터 전류인
Figure 112021077227079-pat00051
과 직교하는(90도 위상차를 갖는) 가상의 전류인
Figure 112021077227079-pat00052
을 생성한다.
제 2 변환부(220)는
Figure 112021077227079-pat00053
및
Figure 112021077227079-pat00054
을 가상 d-q변환을 사용해
Figure 112021077227079-pat00055
및
Figure 112021077227079-pat00056
을 생성한다.
전압 지령 산출부(300)는 전압 제어부(100)로부터 수신한 상기
Figure 112021077227079-pat00057
및
Figure 112021077227079-pat00058
와, 상기
Figure 112021077227079-pat00059
및
Figure 112021077227079-pat00060
각각의 차를 구하고, 비례-적분 제어기를 이용해 능동 전력 디커플링 모듈(30)의 출력 전압 지령을 산출한다.
PLL(400)은 DC링크 전압의 2차 성분의 위상을 추종한다. PLL(400)에서 DC링크 전압의 2차 성분의 위상을 추종하는 과정은 아래와 같다. 역률보상 회로가 이상적으로 동작한다면, DC링크의 입력 전류
Figure 112021077227079-pat00061
는 다음 수식과 같이 표현될 수 있다.
[수식 3]
Figure 112021077227079-pat00062
여기서,
Figure 112021077227079-pat00063
는 계통, 즉 전원(10) 전류의 피크값이다. 능동 전력 디커플링 모듈(30)의 제 1 커패시터(C1)와 제 2 커패시터(C2)의 커패시턴스가 C로 동일하다고 하면, 아래 수식을 통해 DC링크단의 임피던스를 구할 수 있다.
[수식 4]
Figure 112021077227079-pat00064
[수식 5]
Figure 112021077227079-pat00065
상기한 수식 3~5를 이용하면 DC링크 전압인
Figure 112021077227079-pat00066
의 2차 성분의 크기와 위상을 아래 수식과 같이 계산할 수 있다.
[수식 6]
Figure 112021077227079-pat00067
PLL(400)의 출력값은 계통전압의 2배 주파수를 가지며,
Figure 112021077227079-pat00068
만큼 위상이 지연되어 있다. 따라서 전원(10) 전압의 위상을 추종하기 위해서는, PLL(400)의 출력값에서
Figure 112021077227079-pat00069
만큼 보상해주어야 한다.
일반적으로 본 발명과 같은 컨버터는 무부하 상태에서 부하가 커지면서 시스템에 필요한 커패시턴스가 높아지는 형태가 된다. 따라서 제어부는 부하의 크기가 기준치보다 작을 때, 능동 전력 디커플링 모듈(30)을 동작시키지 않으며, 부하의 크기가 기준치 이상일 때 능동 전력 디커플링 모듈(30)을 동작시킨다.
부하의 크기가 기준치보다 작은 경우에도 PLL(400)은 DC링크 전압의 2차 성분을 검출하여 간접적으로 계통 전압의 위상을 추종할 수 있으며, 부하의 크기가 커지면 능동 전력 디커플링 제어에 필요한 위상은 전압 제어부(100)의 출력값인 q축 전류 지령치를 0으로 만드는 PLL(400)회로를 통해 실시간으로 추종한다. 따라서 본 발명은 파라미터 값에 의해 계산된
Figure 112021077227079-pat00070
또는
Figure 112021077227079-pat00071
을 사용하지 않기 때문에, 본 발명의 능동 전력 디커플링 모듈(30)은 다른 구성들(전원(10), 단상 인버터 모듈(20))과 독립된 제어가 가능해, 종래 전해 커패시터를 온전히 대체할 수 있으며, 폐루프 제어 방식으로 외란에 대한 영향이 적다.
상술한 본 발명의 일실시예에 의한 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터의 성능을 검증하기 위해, MATLAB/Simulink 시뮬레이션을 진행하였다. 시뮬레이션은 아래 표 1의 조건에서 진행되었다.
[표 1]
Figure 112021077227079-pat00072
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터의 실험시 전압 및 전류 각각의 d축, q축 성분의 그래프인데, 도 3에는 정상상태에서 제안하는 전압/전류 제어기의 d축, q축 성분을 나타낸다. DC-link 전압의 d축, q축 성분이 0으로 제어되고 있으며, 전압 제어부(100)의 q축 전류 지령치를 0으로 만드는 PLL(400)을 통해 능동 전력 디커플링 모듈(30)의 제어에 필요한 위상을 추종하고 있는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 실제 계통 전압의 위상으로 APD 인덕터 전류의 위상을 구한 것과, 본 발명의 일실시예에 의한 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터의 제어부에서 필요한 인덕터 전류의 위상을 추종한 결과 그래프이다. 본 발명은 계통 전압의 직접적인 측정 없이 APD 제어기에 필요한 위상을 오차 없이 추종하였다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터의 정상상태 동작의 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 커패시터 전압은 180도 위상 차이를 갖고 흔들리며, DC-link 전압의 리플은 약 9V로 평균 전압의 약 2.3% 수준이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에서 부하는 저항부하로 표현되어 있다. 단, 본 발명은 부하의 종류를 저항부하로 한정하는 것은 아니며, 부하가 배터리일 수 있다. 이 경우 도 2에서
Figure 112021077227079-pat00073
는
Figure 112021077227079-pat00074
로 대체될 수 있으며, 이에 따라 도 2에 표시된
Figure 112021077227079-pat00075
,
Figure 112021077227079-pat00076
,
Figure 112021077227079-pat00077
및
Figure 112021077227079-pat00078
는 순서대로
Figure 112021077227079-pat00079
,
Figure 112021077227079-pat00080
,
Figure 112021077227079-pat00081
및
Figure 112021077227079-pat00082
로 대체되고, 나머지는 동일하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 전원
20 : 단상 인버터 모듈
30 : 능동 전력 디커플링 모듈
100 : 전압 제어부
110 : 제 1 전역 통과 필터
120 : 제 1 변환부
130 : 전류 지령 산출부
200 : 전류 제어부
210 : 제 2 전역 통과 필터
220 : 제 2 변환부
300 : 전압 지령 산출부
400 : PLL

Claims (6)

  1. 능동 전력 디커플링 회로를 포함한 컨버터에 있어서,
    일측이 전원과 연결되고, 타측인 DC링크와 연결된 단상 인버터 모듈;
    일측이 상기 DC링크와 연결되고, 타측이 부하에 연결되는 능동 전력 디커플링 모듈; 및
    상기 단상 인버터 모듈과 상기 능동 전력 디커플링 모듈을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 능동 전력 디커플링 모듈은,
    상기 DC링크의 양극와 음극 사이에 직렬 연결된 DC 커패시터인 제 1 및 2 커패시터, 상기 제 1 및 2 커패시터에 각각 병렬로 연결된 제 1 및 2 스위치, 상기 제 1 및 2 커패시터 연결 노드와 상기 제 1 및 2 스위치 연결 노드 사이에 연결된 인덕터를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 DC링크의 전압을 입력 받아 가상 d-q변환을 사용해 상기 인덕터에 흐르는 인덕터 전류의 d축 지령치인
    Figure 112022120859159-pat00125
    와 q축 지령치인
    Figure 112022120859159-pat00126
    을 출력하는 전압 제어부;
    상기 인덕터 전류(
    Figure 112022120859159-pat00127
    )를 입력받아 가상 d-q변환을 사용해 변환한 상기 인덕터 전류의 d축 전류
    Figure 112022120859159-pat00128
    와 상기 인덕터 전류의 q축 전류
    Figure 112022120859159-pat00129
    을 출력하는 전류 제어부;
    상기 전압 제어부로부터 수신한 상기
    Figure 112022120859159-pat00130
    및
    Figure 112022120859159-pat00131
    와, 상기
    Figure 112022120859159-pat00132
    및
    Figure 112022120859159-pat00133
    각각의 차를 구하고, 비례-적분 제어기를 이용해 상기 능동 전력 디커플링 모듈의 출력 전압 지령을 산출하는 전압 지령 산출부; 및
    상기 q축 지령치인
    Figure 112022120859159-pat00134
    를 입력받아 0으로 만들도록 위상을 추종하는 PLL(Phase LockedLoop)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 부하의 크기가 기준치보다 작을 때, 상기 능동 전력 디커플링 모듈을 동작시키지 않고, 상기 부하의 크기가 기준치 이상일 때, 상기 능동 전력 디커플링 모듈을 동작시키는 것을 특징으로 하는 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 제어부는,
    상기 DC링크의 전압을 통과시켜 특정 주파수의 성분인
    Figure 112021077227079-pat00092
    을 추출하는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter);
    상기
    Figure 112021077227079-pat00093
    을 통과시켜 가상의 전압인
    Figure 112021077227079-pat00094
    을 출력하는 제 1 전역 통과 필터(All Pass Filter);
    상기
    Figure 112021077227079-pat00095
    및 상기
    Figure 112021077227079-pat00096
    을 가상 d-q변환을 사용해
    Figure 112021077227079-pat00097
    및
    Figure 112021077227079-pat00098
    을 생성하는 제 1 변환부; 및
    상기
    Figure 112021077227079-pat00099
    및 상기
    Figure 112021077227079-pat00100
    을 입력받고, 비례-적분 제어기를 이용해 상기 d축 지령치인
    Figure 112021077227079-pat00101
    와 q축 지령치인
    Figure 112021077227079-pat00102
    을 출력하는 전류 지령 산출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 제어부는,
    상기 인덕터 전류
    Figure 112021077227079-pat00103
    을 통과시켜 상기
    Figure 112021077227079-pat00104
    과 직교하는 가상의 전류인
    Figure 112021077227079-pat00105
    를 생성하는 제 2 전역 통과 필터; 및
    상기
    Figure 112021077227079-pat00106
    및
    Figure 112021077227079-pat00107
    을 가상 d-q변환을 사용해
    Figure 112021077227079-pat00108
    및
    Figure 112021077227079-pat00109
    를 생성하는 제 2 변환부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 플러그인 능동 전력 디커플링 회로를 포함하는 컨버터.
  6. 삭제
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