KR20190142552A - Pulse Width Modulation Dead Time Control Method for High Efficient Inverter of Energy Storage System - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a pulse width modulation (PWM) dead time control method for implementing an energy storage system (ESS) high efficient inverter. The method comprises the steps of: (A) calculating a switch on / off delay time for transmitting a PWM signal outputted from a digital signal processor to a gate driver and transferring the PWM signal to a MOSFET which is a switching element used in a power unit; (B) calculating on-off current in accordance with characteristics of the gate driver and a power side switch; (C) inducing a dead time equation in accordance with a temperature change of Cgs which is a power unit side switch parasitic capacitor component and controlling a dead time of the PWM signal by using the dead time equation; (D) selecting a final dead time of the PWM signal by adding on-off delay time, the on-off current, and the dead time induction equation in accordance with the characteristics of the gate driver and the power side switch; (E) performing temperature value compensation in accordance with the temperature change on Cgs which is the parasitic capacitor component of the switch of the power unit; and (F) inducing a total dead time equation applying the temperature value compensation in accordance with the temperature change of Cgs which is the parasitic capacitor component of the power unit and controlling the dead time of the PWM signal. According to the present invention, high efficiency operation of the inverter can be performed.

Description

ESS용 고효율 인버터 구현을 위한 PWM 데드타임 제어방법{Pulse Width Modulation Dead Time Control Method for High Efficient Inverter of Energy Storage System}Pulse Width Modulation Dead Time Control Method for High Efficient Inverter of Energy Storage System

본 발명은 전기차량(EV)이나 하이브리드 전기차량(HEV)에 사용되는 ESS(에너지저장시스템)용 배터리 충전시스템에 관한 기술로서, 더욱 상세하게는 ESS용 인버터에 사용된 스위칭소자(MOSFET 등)의 온도에 따른 기생커패시터 성분의 변화를 고려한 최적의 데드타임 기법을 적용하여 인버터를 고효율로 운전할 수 있도록 하며 ESS용 배터리 충전시스템의 전체적인 효율을 증가시킬 수 있도록 한 ESS용 고효율 인버터 제어를 위한 PWM 데드타임 제어방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery charging system for an ESS (energy storage system) used in an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV), and more particularly, to a switching element (MOSFET, etc.) used in an ESS inverter. PWM dead time for ESS high efficiency inverter control that enables the inverter to operate with high efficiency by applying the optimal dead time technique considering the change of parasitic capacitor component with temperature and to increase the overall efficiency of ESS battery charging system It relates to a control method.

전기차량(EV)이나 하이브리드 전기차량(HEV)에 사용되는 ESS(Energy Storage System; 에너지저장시스템)는 피크부하 저감과 정전관리의 역할을 하며 배터리와 계통간의 전력변환을 위해 인버터를 필요로 한다. ESS (Energy Storage System) used in electric vehicles (EVs) or hybrid electric vehicles (HEVs) plays a role of peak load reduction and power failure management, and requires an inverter for power conversion between battery and grid.

이러한 역할을 위한 ESS용 인버터는 높은 전력밀도와 전력변환 효율에서 ESS를 충전할 수 있도록 제어되어야 하며 계통과 연계되어 운전되어야한다.The ESS inverter for this role must be controlled to charge the ESS at high power density and power conversion efficiency and operate in conjunction with the grid.

이와 같은 ESS용 인버터는 종래 계통 연계운전에선 인버터 측 입력단 전압을 제어하며 ESS의 배터리나 신재생에너지 같은 대체 전원에서 생산하기 위한 전원을 공급하거나 계통 측에 공급하기 위해 동일한 듀티(Duty)의 스위칭제어를 하여 충전한다.Such an ESS inverter controls the input side voltage of the inverter side in a conventional grid-connected operation, and controls the switching of the same duty to supply power to the grid side or to supply power for alternative power such as ESS battery or renewable energy. To charge.

이때, 데드타임 설정은 게이트 드라이버에서도 지연되지만 이에 연결되는 파워부의 스위칭소자인 MOSFET의 기생성분에 따라서도 지연되는데, 종래에는 온도에 따른 MOSFET의 기생 커패시터성분의 변화를 고려하지 않고 고정값의 커패시터성분으로 데드타임을 고정하는 형태로 사용하고 있다.At this time, the dead time setting is delayed even in the gate driver, but is also delayed according to the parasitic component of the MOSFET, which is a switching element of the power unit connected thereto. The dead time is fixed.

하지만, 이러한 종래 방식에 의하면, 온도에 따라 기생 커패시터성분(Cgs) 값이 변화함에 의해 암쇼트 또는 긴 데드타임으로 손실 또는 인버터의 파손이 발생되는 문제점이 있었으며, 이로 인해 ESS용 인버터 측 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.However, according to this conventional method, the parasitic capacitor component (Cgs) value changes with temperature, causing a problem such as loss or breakage of the inverter due to a dark short or a long dead time. There was a problem.

또한, 전기차량(EV)이나 하이브리드 전기차량(HEV)에 사용되는 ESS(에너지저장시스템)용 배터리 충전시스템에서는 제어방법과 시스템 구성에 따라 효율 차이가 크기 때문에 시스템의 운전제어 및 인버터의 효율 향상에 관한 연구가 요구되는 실정에 있다.In addition, the battery charging system for an ESS (energy storage system) used in an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) has a large difference in efficiency depending on the control method and system configuration. There is a need for research.

대한민국 등록특허공보 제10-1440197호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1440197 대한민국 등록특허공보 제10-1745078호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1745078

본 발명은 상술한 문제점 등을 개선 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 전기차량(EV)이나 하이브리드 전기차량(HEV)의 ESS(에너지저장시스템)용 인버터에 사용된 스위칭소자(MOSFET 등)의 온도에 따른 기생커패시터 성분의 변화를 고려한 최적의 데드타임 기법을 적용하여 배터리 충전시스템의 전체적인 효율을 증가시킬 수 있도록 한 ESS용 고효율 인버터 제어를 위한 PWM 데드타임 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems and the like. The present invention is directed to the temperature of switching elements (MOSFETs, etc.) used in inverters for ESS (energy storage systems) of electric vehicles EV or hybrid electric vehicles HEV. The purpose of the present invention is to provide a PWM dead time control method for controlling the high efficiency inverter for ESS that can increase the overall efficiency of the battery charging system by applying the optimal dead time method considering the parasitic capacitor component.

본 발명은 ESS용 인버터에 사용된 스위칭소자의 온도변화에 따른 데드타임을 가변 제어하되, 온도에 따른 기생커패시터의 온도값을 보상하여주는 방식으로 ESS용 인버터의 효율을 높일 수 있도록 한 ESS용 고효율 인버터 제어를 위한 PWM 데드타임 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention variably controls the dead time according to the temperature change of the switching element used in the ESS inverter, the ESS high efficiency to increase the efficiency of the ESS inverter by compensating the temperature value of the parasitic capacitor according to the temperature The purpose is to provide a PWM dead time control method for inverter control.

본 발명은 ESS용 인버터에 사용된 스위칭소자의 특성에 따른 데드타임 수식을 유도하여 기존에 비해 보다 정확한 제어를 수행할 수 있도록 하며, 인버터의 고효율 운전을 가능하게 하는 ESS용 고효율 인버터 제어를 위한 PWM 데드타임 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention allows to perform a more accurate control than the conventional by inducing the dead time equation according to the characteristics of the switching element used in the ESS inverter, PWM for controlling the high-efficiency inverter for the ESS that enables high efficiency operation of the inverter The purpose is to provide a dead time control method.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 ESS용 고효율 인버터 제어를 위한 PWM 데드타임 제어방법은, 디지털신호처리기에서 출력되는 PWM신호를 전달받는 게이트드라이버와 이에 연결되는 파워부를 포함하고 상기 게이트드라이버와 파워부에 스위칭소자인 MOSFET가 사용되는 인버터; 상기 인버터로부터 전송되는 직류(DC) 전력을 리튬배터리 등의 배터리에 충전하는 에너지저장시스템(ESS)을 포함하는 전기차량(EV)이나 하이브리드 전기차량(HEV)에 사용되는 ESS(에너지저장시스템)용 배터리 충전시스템에서 상기 인버터 운전을 위해 디지털신호처리기로부터 게이트드라이버 및 파워부로 전달되는 PWM신호의 데드타임을 제어하기 위한 PWM 데드타임 제어방법에 있어서, (A) 상기 디지털신호처리기로부터 출력되는 PWM신호가 게이트드라이버로 전달되어 파워부에 사용된 스위칭소자인 MOSFET로 전달하는 스위치 온오프 지연시간을 계산하는 단계; (B) 상기 게이트드라이버와 파워부 측 스위치의 특성에 따른 온오프 전류를 계산하는 단계; (C) 상기 파워부 측 스위치 기생 커패시터성분인 Cgs의 온도 변화에 따른 데드타임 수식을 유도 및 이를 이용하여 PWM신호의 데드타임을 가변 제어하는 단계; (D) 상기 게이트드라이버와 파워부 측 스위치 특성에 따른 온오프 지연시간과 온오프 전류 및 데드타임 유도식을 합하여 PWM신호의 최종 데드타임을 선정하는 단계; (E) 상기 파워부가 갖는 스위치의 기생 커패시터성분인 Cgs에 대해 온도 변화에 따른 온도값 보상을 수행하는 단계; (F) 상기 파워부가 갖는 스위치의 기생 커패시터성분인 Cgs의 온도 변화에 따른 온도값 보상을 적용한 전체 데드타임 수식을 유도하여 PWM신호의 데드타임을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.PWM dead time control method for controlling the high-efficiency inverter for ESS according to the present invention for achieving the above object, includes a gate driver receiving a PWM signal output from the digital signal processor and a power unit connected thereto and the gate driver and An inverter in which a MOSFET, which is a switching element, is used in the power unit; ESS (energy storage system) used in an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) including an energy storage system (ESS) for charging direct current (DC) power transmitted from the inverter to a battery such as a lithium battery. A PWM dead time control method for controlling dead time of a PWM signal transmitted from a digital signal processor to a gate driver and a power unit for operating the inverter in a battery charging system, the method comprising: (A) PWM signal output from the digital signal processor Calculating a switch on / off delay time which is transferred to the gate driver and transferred to the MOSFET which is a switching element used in the power unit; (B) calculating an on-off current according to the characteristics of the gate driver and the switch of the power unit side; (C) deriving and controlling a dead time of a PWM signal using the dead time equation according to the temperature change of the power parasitic capacitor component Cgs; (D) selecting a final dead time of the PWM signal by adding on-off delay time, on-off current, and dead time induction according to the gate driver and the switch of the power unit; (E) performing temperature value compensation according to temperature change on Cgs which is a parasitic capacitor component of the switch of the power unit; (F) controlling the dead time of the PWM signal by inducing a total dead time equation applying temperature value compensation according to the temperature change of the parasitic capacitor component Cgs of the power unit.

여기에서, 상기 (A)단계에서는, 상기 게이트드라이버와 파워부 측 스위치의 온오프 지연시간은 아래 수식 1을 이용하여 계산하며, 게이트드라이버와 파워부가 형성하는 회로 상의 RC 시정수를 통하여 게이트드라이버와 파워부 측 스위치의 온오프 지연시간을 구하고 파워부가 갖는 스위치의 기생 커패시터성분인 Cgs 값의 충방전되는 시간을 보상하는 것을 특징으로 한다.Here, in step (A), the on-off delay time of the gate driver and the switch of the power unit is calculated using Equation 1 below, and the gate driver and the gate driver and the gate driver through the RC time constant on the circuit formed by the gate driver and the power unit. It is characterized in that the on-off delay time of the switch on the power side is calculated and the time for charging and discharging the Cgs value, which is a parasitic capacitor component of the switch, is compensated.

(수식 1)(Formula 1)

Figure pat00001
Figure pat00001

여기에서, 상기 (B)단계에서는, 상기 게이트드라이버와 파워부 측 스위치의 특성에 따른 온오프 전류를 아래 수식 2를 이용하여 계산하고; 상기 (C)단계에서는, 상기 파워부 측 스위치 기생 커패시터성분인 Cgs의 온도 변화에 따른 데드타임 수식을 아래 수식 3의 형태로 유도하며; 상기 (D)단계에서는, 아래 수식 4의 형태로 PWM신호의 최종 데드타임 식을 유도하는 것을 특징으로 한다.Here, in the step (B), the on-off current according to the characteristics of the gate driver and the switch of the power unit side is calculated using Equation 2 below; In the step (C), the dead time equation according to the temperature change of the power parasitic capacitor component Cgs is derived in the form of Equation 3 below; In the step (D), the final dead time equation of the PWM signal is derived in the form of Equation 4 below.

(수식 2)(Formula 2)

Figure pat00002
Figure pat00002

(수식 3)(Formula 3)

Figure pat00003
Figure pat00003

(수식 4)(Formula 4)

Figure pat00004
Figure pat00004

여기에서, 상기 (E)단계에서는, 아래 수식 5를 이용하여 기생 커패시터성분인 Cgs의 온도 변화에 따른 온도값을 보상하여주는 것을 특징으로 한다.Here, in the step (E), by using the following Equation 5 is characterized in that the temperature value according to the temperature change of the parasitic capacitor component Cgs.

(수식 5)(Formula 5)

Figure pat00005
Figure pat00005

여기에서, 상기 (F)단계에서는, 상기 파워부 측 기생성분인 커패시터(Cgs)의 온도에 따른 변화를 대입하여 유도하되, 아래 수식 6의 형태로 전체 데드타임 수식을 유도 및 PWM신호의 데드타임을 제어하는 것을 특징으로 한다.Here, in the step (F), by introducing a change according to the temperature of the capacitor (Cgs) of the parasitic component of the power unit, induces the entire dead time equation in the form of Equation 6 below and dead time of the PWM signal It characterized in that to control.

(수식 6)(Formula 6)

Figure pat00006
Figure pat00006

본 발명에 따르면, 전기차량(EV)이나 하이브리드 전기차량(HEV)의 ESS용 인버터에 사용된 스위칭소자(MOSFET 등)의 온도에 따른 기생커패시터 성분의 변화를 고려한 최적의 데드타임 기법을 적용함으로써 ESS용 배터리 충전시스템의 전체적인 효율을 증가시킬 수 있으며, ESS용 인버터에 사용된 스위칭소자의 온도변화에 따른 데드타임을 가변 제어하되 온도에 따른 기생커패시터의 온도값을 보상하여주는 방식으로 ESS용 인버터의 효율을 높일 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.According to the present invention, the ESS is applied by applying an optimal dead time technique considering the change of parasitic capacitor components according to the temperature of a switching element (MOSFET, etc.) used in an ESS inverter of an electric vehicle EV or a hybrid electric vehicle HEV. The overall efficiency of the battery charging system can be increased, and the dead time according to the temperature change of the switching element used in the ESS inverter can be controlled variably but the temperature value of the parasitic capacitor according to the temperature is compensated. Useful effects that can increase efficiency can be achieved.

본 발명은 전기차량(EV)이나 하이브리드 전기차량(HEV)의 ESS용 인버터에 사용된 스위칭소자의 특성에 따른 데드타임 수식을 유도하여 가변 제어하므로 기존에 비해 보다 정확한 제어를 수행할 수 있으며, 인버터의 고효율 운전을 수행할 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.According to the present invention, since the dead time equation is varied according to the characteristics of the switching element used in the ESS inverter of the electric vehicle (EV) or the hybrid electric vehicle (HEV), the variable control can be performed to more precisely control the inverter. Useful effect can be achieved to achieve high efficiency operation.

본 발명은 전기차량(EV)이나 하이브리드 전기차량(HEV)의 급속충전기, ESS용 충전기 등에 적용 가능할 뿐만 아니라 비상전력시스템(UPS) 등 2차 전지를 사용하는 분야에 적용할 수 있다.The present invention can be applied not only to the rapid charging of an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a charger for an ESS, etc., but also to a field using a secondary battery such as an emergency power system (UPS).

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 ESS용 고효율 인버터 구현을 위한 PWM 데드타임 제어방법을 설명하기 위해 나타낸 ESS 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 ESS용 고효율 인버터 구현을 위한 PWM 데드타임 제어방법을 설명하기 위해 나타낸 것으로서, 인버터에 사용된 스위칭소자(MOSFET)의 기생성분을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 ESS용 고효율 인버터 구현을 위한 PWM 데드타임 제어방법을 설명하기 위해 나타낸 것으로서, PWM 데드타임 제어를 위한 시퀀스 순서도이다.1 is a configuration diagram showing an ESS system shown to explain a PWM dead time control method for implementing a high efficiency inverter for an ESS according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating a PWM dead time control method for implementing a high-efficiency inverter for an ESS according to an exemplary embodiment of the present invention, and illustrates a parasitic component of a switching device (MOSFET) used in an inverter.
3 is a flowchart illustrating a PWM dead time control method for implementing a high efficiency inverter for an ESS according to the present invention, and is a sequence flowchart for PWM dead time control.

본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, and the detailed description thereof will provide a better understanding of the purpose, configuration, and features thereof.

본 발명의 실시예에 따른 ESS용 고효율 인버터 구현을 위한 PWM 데드타임 제어방법은 도 1에 나타낸 바와 같이, 전력계통이나 AC 그리드 등으로부터 교류(AC) 전력을 공급받아 직류(DC) 전력으로 변환하는 전력변환장치인 인버터(100)와, 상기 인버터(100)로부터 전송되는 직류(DC) 전력을 리튬배터리 등의 배터리에 충전하는 에너지저장시스템(ESS)(200)을 포함하는 에너지저장시스템(ESS)용 배터리 충전시스템이 요구된다.PWM dead time control method for implementing a high-efficiency inverter for ESS according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 1, is supplied with alternating current (AC) power from a power system or AC grid, etc. to convert into direct current (DC) power An energy storage system (ESS) including an inverter 100 which is a power conversion device and an energy storage system (ESS) 200 that charges a direct current (DC) power transmitted from the inverter 100 to a battery such as a lithium battery. Battery charging system is required.

이때, 상기 인버터(100)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 스위칭소자인 MOSFET가 사용된 게이트드라이버(120)와 파워부(130)가 연결된 회로를 포함하며, 전압기 및 전류기 등 외부 센서디바이스로부터 입력받은 전류 및 전압에 대해 아날로그신호를 디지털신호 처리하여 ADC 레벨에 맞는 전압으로 분배한 후에 Fault 처리 및 PI제어기(비례적분제어기)를 경유하여 PWM(펄스폭변조)으로 출력하는 디지털신호처리기(110)를 포함한다.In this case, as shown in FIG. 2, the inverter 100 includes a circuit in which a gate driver 120 using a MOSFET as a switching element and a power unit 130 are connected to each other. Digital signal processor (110) processes analog signal to input current and voltage and divides it into voltage suitable for ADC level and then outputs to PWM (pulse width modulation) through Fault processing and PI controller (proportional integral controller) (110). ).

상기 인버터(100)는 상기 디지털신호처리기(110)를 통해 인버터 측 입력단 전압을 제어하는데, 상기 디지털신호처리기(110)로부터 PWM신호를 전달받고 상기 게이트드라이버(120)와 파워부(130)를 통해 스위칭 제어를 수행하여 에너지저장시스템(200)의 배터리에 충전한다.The inverter 100 controls the input voltage of the inverter side through the digital signal processor 110. The inverter 100 receives a PWM signal from the digital signal processor 110 and receives the PWM signal through the gate driver 120 and the power unit 130. The switching control is performed to charge the battery of the energy storage system 200.

상기 게이트드라이버(120)와 파워부(130)를 통해서는 ESS의 배터리나 신재생에너지 같은 대체 전원에서 생산하기 위한 전원을 공급하거나 계통 측에 공급하기 위한 동일한 듀티(Duty)의 스위칭 제어를 수행한다.The gate driver 120 and the power unit 130 perform switching control of the same duty (duty) for supplying power for producing from an alternative power source such as a battery or renewable energy of the ESS or for supplying to the grid side. .

이러한 인버터(100)의 기본적 구성에 대해 본 발명에서는 상기 디지털신호처리기(110)로부터 전달되는 PWM신호의 데드타임을 제어함으로써 인버터(100)를 고효율로 운전할 수 있도록 한다.In the present invention for the basic configuration of the inverter 100 by controlling the dead time of the PWM signal transmitted from the digital signal processor 110 to operate the inverter 100 with high efficiency.

즉, 본 발명에서는 인버터(100) 측 파워부(130)를 구성하는 스위칭소자인 MOSFET의 온도에 따라 달라지는 기생 커패시터성분(Cgs)의 변화를 고려하여 MOSFET의 온도 변화에 따른 데드타임을 가변 제어하도록 설정함으로써 인버터(100)의 고효율 운전을 가능하게 한다.That is, in the present invention, in consideration of the change in the parasitic capacitor component (Cgs) that varies depending on the temperature of the MOSFET, which is the switching element constituting the power unit 130 of the inverter 100, the dead time according to the temperature change of the MOSFET is variably controlled. The setting enables high efficiency operation of the inverter 100.

이에, 본 발명은 파워부(130) 측 스위칭소자로 사용된 MOSFET의 온도에 따른 기생 커패시터성분(Cgs)의 온도값을 보상하는 방식을 적용하며, 이를 위해 MOSFET의 온도에 따라 달라지는 기생 커패시터성분(Cgs)을 고려한 데드타임 수식을 유도하여 데드타임을 가변 제어함으로써 인버터(100) 측 안정성과 효율을 증대시킬 수 있도록 하고 고효율의 시스템 운전을 수행할 수 있도록 한다.Therefore, the present invention applies a method for compensating the temperature value of the parasitic capacitor component (Cgs) according to the temperature of the MOSFET used as the switching element of the power unit 130, for this purpose, the parasitic capacitor component (depending on the temperature of the MOSFET) By controlling the dead time by deriving the dead time equation considering Cgs), it is possible to increase the stability and efficiency of the inverter 100 and to perform a high efficiency system operation.

상세하게, 본 발명에서는 상기 인버터(100)를 구성하는 게이트드라이버(120)와 파워부(130) 측 지연시간을 분석하고 온도에 따른 기생 커패시터성분(Cgs)의 변화를 고려하여 스위치의 특성에 따른 데드타임 수식을 유도하여 데드타임을 선정하고 온도에 따라 변화하는 기생 커패시터성분(Cgs)의 이득값을 보상하여 데드타임을 제어할 수 있도록 한다.In detail, the present invention analyzes the delay time of the gate driver 120 and the power unit 130 constituting the inverter 100 and considers the change in the parasitic capacitor component Cgs according to the temperature according to the characteristics of the switch. By selecting the dead time by inducing the dead time equation, the dead time can be controlled by compensating the gain value of the parasitic capacitor component (Cgs) that varies with temperature.

이에 기반하여, 본 발명의 실시예에 따른 ESS용 고효율 인버터 구현을 위한 PWM 데드타임 제어방법에 대해 도 2 및 도 3을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Based on this, a PWM dead time control method for implementing a high efficiency inverter for an ESS according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3 as follows.

디지털신호처리기(110)로부터 게이트드라이버(120) 및 파워부(130)로 전달되는 PWM신호의 데드타임을 제어하기 위한 것으로서, PWM신호가 게이트드라이버(120)로 전달되어 파워부(130)에 사용된 스위칭소자인 MOSFET로 전달하는 스위치 온오프 지연시간을 계산한다(S10).As to control the dead time of the PWM signal transmitted from the digital signal processor 110 to the gate driver 120 and the power unit 130, the PWM signal is transferred to the gate driver 120 to be used in the power unit 130 The switch on-off delay time for transferring to the MOSFET, the switching device is calculated (S10).

이때, 게이트드라이버(120)와 파워부(130)가 형성하는 회로 상의 RC 시정수를 통하여 게이트드라이버(120)와 파워부(130) 측 스위치의 온오프 지연시간을 구한다.At this time, the on-off delay time of the switch of the gate driver 120 and the power unit 130 is obtained through the RC time constant on the circuit formed by the gate driver 120 and the power unit 130.

여기에서, 상기 게이트드라이버(120)와 파워부(130) 측 스위치의 온오프 지연시간(Ton, Toff)은 아래 수식 1을 유도하여 계산할 수 있다.Here, the on-off delay time (Ton, Toff) of the switch of the gate driver 120 and the power unit 130 may be calculated by inducing Equation 1 below.

(수식 1)(Formula 1)

Figure pat00007
Figure pat00007

여기에서, 게이트드라이버(120)와 파워부(130) 측 스위치의 온오프 지연시간을 구하며, 이를 통해 파워부(130)가 갖는 스위치의 기생 커패시터성분인 Cgs 값의 충방전되는 시간을 보상한다.Here, the on-off delay time of the switch of the gate driver 120 and the power unit 130 is obtained, thereby compensating the charging time of the Cgs value, which is a parasitic capacitor component of the switch of the power unit 130.

여기에서, PWM신호의 데드타임을 제어할 수 있는 값은 디지털신호처리기(110)에서 보내는 값만 제어할 수 있으므로 파워부(130) 측 스위치 기생 커패시터성분인 Cgs의 충방전되는 시간을 고려하여 보상을 수행함이 바람직하다.Here, the value that can control the dead time of the PWM signal can only control the value sent from the digital signal processor 110, so that the compensation is made in consideration of the charging and discharging time of the parasitic capacitor component Cgs of the power unit 130 side. Preference is given to performing.

상기와 같이, 수식 1을 유도하여 RC 시정수를 이용한 게이트드라이버(120)와 파워부(130) 측 스위치의 온오프 지연시간을 구한 후에는 아래 수식 2를 통해 스위치의 특성에 따른 온오프 전류를 계산한다(S20).As described above, after deriving the on-off delay time of the switch of the gate driver 120 and the power unit 130 using the RC time constant by inducing Equation 1, the on-off current according to the characteristics of the switch is determined by Equation 2 below. Calculate (S20).

(수식 2)(Formula 2)

Figure pat00008
Figure pat00008

상기와 같이, 수식 2를 통해 게이트드라이버(120)와 파워부(130) 측 스위치의 특성에 따른 온오프 전류를 계산한 후에는 파워부(130) 측 스위치 기생 커패시터성분인 Cgs의 온도 변화에 따른 데드타임 수식을 아래 수식 3과 같이 유도 및 이를 이용하여 PWM신호의 데드타임을 가변 제어한다(S30).As described above, after calculating the on-off current according to the characteristics of the switch of the gate driver 120 and the power unit 130 through Equation 2, according to the temperature change of the Cgs which is the parasitic capacitor component of the power unit 130 side The dead time equation is derived as shown in Equation 3 below, and the dead time of the PWM signal is variably controlled using the same (S30).

(수식 3)(Formula 3)

Figure pat00009
Figure pat00009

이어, 상기와 같이 게이트드라이버(120)와 파워부(130) 측 스위치 특성에 따른 온오프 지연시간의 수식 1과 온오프 전류의 수식 2 및 데드타임 유도 수식 3을 합하여 PWM신호의 최종 데드타임을 선정한다(S40).Subsequently, the final dead time of the PWM signal is obtained by adding Equation 1 of On-Off Delay Time, Equation 2 of On-Off Current, and Dead Time Induction Equation 3 according to the switch characteristics of the gate driver 120 and the power unit 130 as described above. Select (S40).

즉, 아래 수식 4와 같이 PWM신호의 최종 데드타임 수식을 유도할 수 있다.That is, the final dead time equation of the PWM signal can be derived as shown in Equation 4 below.

(수식 4)(Formula 4)

Figure pat00010
Figure pat00010

그리고, 파워부(130)가 갖는 스위치의 기생 커패시터성분인 Cgs에 대해 온도 변화에 따른 보상을 수행한다(S50).The parasitic capacitor component Cgs of the power unit 130 is compensated according to the temperature change (S50).

이때, 기생 커패시터성분인 Cgs의 온도 변화에 따른 온도값을 보상하여주며, 아래 수식 5를 이용할 수 있다.At this time, it compensates the temperature value according to the temperature change of the parasitic capacitor component Cgs, it can be used Equation 5 below.

(수식 5)(Formula 5)

Figure pat00011
Figure pat00011

마지막으로, 파워부(130)가 갖는 스위치의 기생 커패시터성분인 Cgs가 갖는 온도 변화에 따른 온도값 보상을 적용한 전체 데드타임 수식을 유도하여 PWM신호의 데드타임을 제어한다(S60).Finally, the dead time of the PWM signal is controlled by deriving an entire dead time equation applying temperature value compensation according to the temperature change of the parasitic capacitor component Cgs of the power unit 130 (S60).

이때, 상기 전체 데드타임 수식은 파워부(130) 측 기생성분인 커패시터(Cgs)의 온도에 따른 변화를 대입하여 유도한 것으로서, 아래 수식 6으로 나타낼 수 있다.In this case, the total dead time equation is derived by substituting a change according to the temperature of the capacitor Cgs, which is a parasitic component of the power unit 130, and may be represented by Equation 6 below.

(수식 6)(Formula 6)

Figure pat00012
Figure pat00012

또한, 상기 수식 1 내지 수식 6에 사용된 부호에 대해 정의하면 아래와 같다.In addition, the sign used in the above formula 1 to formula 6 is defined as follows.

Figure pat00013
Figure pat00013

이에 따라, 본 발명에 따른 ESS용 고효율 인버터 구현을 위한 PWM 데드타임 제어방법을 통해서는 인버터에 사용되는 스위칭소자인 MOSFET의 기생 커패시터성분의 온도특성을 고려하여 상술한 시퀀스로 동작토록 제어함으로써 종래 데드타임 고정방식에 비해 더욱 정확하게 데드타임을 적용할 수 있으며, 상술한 시퀀스 동작에 의한 최적의 데드타임 제어를 통해 ESS용 인버터를 고효율로 운전할 수 있게 되므로 전기차량(EV)이나 하이브리드 전기차량(HEV)에 사용되는 ESS(에너지저장시스템)용 배터리 충전시스템에 대한 전체적인 효율을 증대시킬 수 있는 장점을 제공할 수 있다.Accordingly, the PWM dead time control method for implementing a high-efficiency inverter for ESS according to the present invention is controlled by operating in the above-described sequence in consideration of the temperature characteristics of the parasitic capacitor component of the MOSFET which is a switching element used in the inverter. Compared to the time fixed method, dead time can be applied more accurately and the ESS inverter can be operated with high efficiency through the optimum dead time control by the above-described sequence operation. Therefore, the electric vehicle (EV) or the hybrid electric vehicle (HEV) can be operated. It can provide an advantage to increase the overall efficiency for the battery charging system for the ESS (energy storage system) used in the.

이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 이러한 실시예에 극히 한정되지 않는다 할 것이며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당업자에 의하여 이루어지는 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등은 본 발명의 기술적 범주 내에 해당한다 할 것이다.The embodiments described above are merely to describe preferred embodiments of the present invention, and are not limited to these embodiments, and various modifications made by those skilled in the art within the technical spirit and claims of the present invention and Modifications or substitution of steps will fall within the technical scope of the present invention.

100: 인버터 110: 디지지털신호처리기
120: 게이트드라이버 130: 파워부
200: ESS100: inverter 110: digital signal processor
120: gate driver 130: power unit
200: ESS

Claims (5)

디지털신호처리기에서 출력되는 PWM신호를 전달받는 게이트드라이버와 이에 연결되는 파워부를 포함하고 상기 게이트드라이버와 파워부에 스위칭소자인 MOSFET가 사용되는 인버터; 상기 인버터로부터 전송되는 직류(DC) 전력을 리튬배터리 등의 배터리에 충전하는 에너지저장시스템(ESS)을 포함하는 전기차량(EV)이나 하이브리드 전기차량(HEV)에 사용되는 ESS(에너지저장시스템)용 배터리 충전시스템에서 상기 인버터 운전을 위해 디지털신호처리기로부터 게이트드라이버 및 파워부로 전달되는 PWM신호의 데드타임을 제어하기 위한 PWM 데드타임 제어방법에 있어서,
(A) 상기 디지털신호처리기로부터 출력되는 PWM신호가 게이트드라이버로 전달되어 파워부에 사용된 스위칭소자인 MOSFET로 전달하는 스위치 온오프 지연시간을 계산하는 단계;
(B) 상기 게이트드라이버와 파워부 측 스위치의 특성에 따른 온오프 전류를 계산하는 단계;
(C) 상기 파워부 측 스위치 기생 커패시터성분인 Cgs의 온도 변화에 따른 데드타임 수식을 유도 및 이를 이용하여 PWM신호의 데드타임을 가변 제어하는 단계;
(D) 상기 게이트드라이버와 파워부 측 스위치 특성에 따른 온오프 지연시간과 온오프 전류 및 데드타임 유도식을 합하여 PWM신호의 최종 데드타임을 선정하는 단계;
(E) 상기 파워부가 갖는 스위치의 기생 커패시터성분인 Cgs에 대해 온도 변화에 따른 온도값 보상을 수행하는 단계;
(F) 상기 파워부가 갖는 스위치의 기생 커패시터성분인 Cgs의 온도 변화에 따른 온도값 보상을 적용한 전체 데드타임 수식을 유도하여 PWM신호의 데드타임을 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS용 고효율 인버터 구현을 위한 PWM 데드타임 제어방법.An inverter including a gate driver receiving the PWM signal output from the digital signal processor and a power unit connected thereto, and a MOSFET used as a switching element in the gate driver and the power unit; For an ESS (energy storage system) used in an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) including an energy storage system (ESS) for charging direct current (DC) power transmitted from the inverter to a battery such as a lithium battery. In the PWM charging time control method for controlling the dead time of the PWM signal transmitted from the digital signal processor to the gate driver and the power unit for operating the inverter in a battery charging system,
(A) calculating a switch on / off delay time for transmitting the PWM signal output from the digital signal processor to a gate driver to the MOSFET which is a switching element used in the power unit;
(B) calculating an on-off current according to the characteristics of the gate driver and the switch of the power unit side;
(C) deriving and controlling a dead time of a PWM signal using the dead time equation according to the temperature change of the power parasitic capacitor component Cgs;
(D) selecting a final dead time of the PWM signal by combining on-off delay time, on-off current, and dead time induction according to the gate driver and the switch of the power unit;
(E) performing temperature value compensation according to temperature change on Cgs which is a parasitic capacitor component of the switch of the power unit;
(F) controlling the dead time of the PWM signal by inducing a total dead time equation applying temperature value compensation according to the temperature change of the parasitic capacitor component Cgs of the power unit; PWM dead time control method for implementing a high-efficiency inverter for ESS characterized in that it comprises a. 제 1항에 있어서,
상기 (A)단계에서는,
상기 게이트드라이버와 파워부 측 스위치의 온오프 지연시간은 아래 수식 1을 이용하여 계산하며, 게이트드라이버와 파워부가 형성하는 회로 상의 RC 시정수를 통하여 게이트드라이버와 파워부 측 스위치의 온오프 지연시간을 구하고 파워부가 갖는 스위치의 기생 커패시터성분인 Cgs 값의 충방전되는 시간을 보상하는 것을 특징으로 하는 ESS용 고효율 인버터 구현을 위한 PWM 데드타임 제어방법.
(수식 1)
Figure pat00014
The method of claim 1,
In the step (A),
The on-off delay time of the gate driver and the switch of the power unit is calculated using Equation 1 below, and the on-off delay time of the gate driver and the switch of the power unit is determined through the RC time constant on the circuit formed by the gate driver and the power unit. And a PWM dead time control method for implementing a high-efficiency inverter for an ESS, comprising: compensating for the charging and discharging time of a Cgs value, which is a parasitic capacitor component of a switch.
(Formula 1)
Figure pat00014
 제 1항에 있어서,
상기 (B)단계에서는,
상기 게이트드라이버와 파워부 측 스위치의 특성에 따른 온오프 전류를 아래 수식 2를 이용하여 계산하고;
상기 (C)단계에서는,
상기 파워부 측 스위치 기생 커패시터성분인 Cgs의 온도 변화에 따른 데드타임 수식을 아래 수식 3의 형태로 유도하며;
상기 (D)단계에서는,
아래 수식 4의 형태로 PWM신호의 최종 데드타임 식을 유도하는 것을 특징으로 하는 ESS용 고효율 인버터 구현을 위한 PWM 데드타임 제어방법.
(수식 2)
Figure pat00015

(수식 3)
Figure pat00016

(수식 4)
Figure pat00017
The method of claim 1,
In the step (B),
Calculating an on / off current according to the characteristics of the gate driver and the switch of the power unit using Equation 2 below;
In the step (C),
Deriving a dead time equation according to a temperature change of the power parasitic capacitor component Cgs in the form of Equation 3 below;
In the step (D),
PWM dead time control method for implementing a high efficiency inverter for the ESS, characterized in that to induce the final dead time equation of the PWM signal in the form of Equation 4.
(Formula 2)
Figure pat00015

(Formula 3)
Figure pat00016

(Formula 4)
Figure pat00017
 제 1항에 있어서,
상기 (E)단계에서는,
아래 수식 5를 이용하여 기생 커패시터성분인 Cgs의 온도 변화에 따른 온도값을 보상하여주는 것을 특징으로 하는 ESS용 고효율 인버터 구현을 위한 PWM 데드타임 제어방법.
(수식 5)
Figure pat00018
The method of claim 1,
In the step (E),
PWM dead time control method for implementing a high-efficiency inverter for ESS, characterized in that by using the following equation 5 to compensate the temperature value of the temperature change of the parasitic capacitor component Cgs.
(Formula 5)
Figure pat00018
 제 1항에 있어서,
상기 (F)단계에서는,
상기 파워부 측 기생성분인 커패시터(Cgs)의 온도에 따른 변화를 대입하여 유도하되, 아래 수식 6의 형태로 전체 데드타임 수식을 유도 및 PWM신호의 데드타임을 제어하는 것을 특징으로 하는 ESS용 고효율 인버터 구현을 위한 PWM 데드타임 제어방법.
(수식 6)
Figure pat00019
The method of claim 1,
In the step (F),
Induced by substituting the change according to the temperature of the capacitor (Cgs), which is the parasitic component of the power unit, induction of the entire dead time equation in the form of Equation 6 below and controlling the dead time of the PWM signal PWM dead time control method for inverter implementation.
(Formula 6)
Figure pat00019
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