KR20200069341A - 공간벡터 변조에 의한 왜곡 스펙트럼 제어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 출력 변수를 변조하는 스위치 기반 인버터(306)에서 공간벡터 변조에 의해 발생하는 왜곡 스펙트럼을 제어하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은, 연대순으로 순차적인 각각의 스위칭 과정에 대해, 규정된 기준 신호(310)에 근사하는 적어도 하나의 출력 변수의 변조를 야기하는 상이한 스위치 위치들(312)을 확인하고, 상기 상이한 스위치 위치들(312) 각각의 구현으로부터 생성될, 기준 신호(310)와 적어도 하나의 출력 변수 간의 편차들에 대해 각각의 왜곡 스펙트럼을 계산하며, 사전 결정된 특성들에 따라 관련 왜곡 스펙트럼이 가장 적합한 스위치 위치(314)를 선택하여 인버터(306) 내에 구현하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상응하는 시스템 및 상응하는 변조기가 제공된다.

Description

공간벡터 변조에 의한 왜곡 스펙트럼 제어
본 발명은, 특히 인버터가 전기 차량에 사용될 때, 공간벡터 변조를 이용하여 인버터 내의 스위칭 왜곡을 제어하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
전기 차량에서는 전기 모터를 제어하기 위해 인버터, 즉, 일반적으로 복수의 반도체 스위치로 구성되는 전력전자 장치가 사용된다. 스위치들에 의해 대부분 정현파형으로 변조되는 출력 변수, 즉, 예를 들어 3상 구동 모터의 작동을 위해 인버터에 의해 복수의 위상으로도 제공되는 출력 전압 또는 출력 전류는 특히 펄스폭 변조에 의해 발생한다. 정현파 형상을 가급적 정확하게 모델링하기 위해, 다수의 스위칭 변경이 필요하다. 이는 주파수 스펙트럼 내에서 이른바 스위칭 고조파, 즉, 스위칭 주파수들에 기인하며, 높은 에너지 밀도를 수반하는 스펙트럼 피크들로 발현되는, 기본 발진(fundamental oscillation) 및 이의 고조파를 초래한다.
도입부의 개요 및 주파수 스펙트럼에 영향을 미치는 방법이 C.　Tao, A.A.　Fayed 공저의 문헌, "PWM control architecture with constant cycle frequency hopping and phase chopping for spur-free operation in buck regulators", in IEEE Transactions on very large scale integration (VLSI) systems, 21(9), 1596-1607 (2013)에 기술되어 있다.
본 출원인의 DE　10　2016　106 472　A1호로부터 그 밖의 높은 스위치 주파수의 이점과 이러한 접근법의 단점을 서로 연관시키는 방법이 공지되어 있다. 그에 따라, 스위칭 왜곡 및 스위칭 손실을 서로에 대해 평가하여 이들을 최소화하고자 한다. 그러나 개시된 방법은 단상 출력 변수를 제어하기 위해서만 사용될 수 있는 이진 제어 시스템이다. 이 경우에는 멀티레벨 시스템을 제어하기 위한 공간벡터 변조의 가능성을 이용할 수 없다.
후술하는 문헌들은 모두, 특히 전기 차량에 적용 시 공간벡터 변조에 의한 인버터 내 스위칭 왜곡 제어에 관련된다.
DE　10　2011　088　242　A1호에서는, 위상 전류 및/또는 위상 전압의 측정 없이 인버터 내의 데드 타임을 보상하기 위해, 전압 벡터들이 공간벡터 변조에 의해 적합하게 설정된다.
DE　10　2012　210　658　A1호는, 적어도, 전류의 제공 시 인버터 내에서 공간벡터 변조에 의해 작동되는 스위치들 중 하나에서의 과도한 온도를 방지하는 방법을 기술하고 있다.
US　2008/0252250은 인버터 내의 데드 타임의 처리를 다루며, 데드 타임 동안 출력 전압을 소정의 값으로 유지하는 방법을 개시한다.
US　2008/0297100　A1호는, 특히 전기 모터의 시동 과정 중에, 전기 모터에서 (회전) 주파수가 낮을 때 큰 토크가 발생하는 경우 인버터 전압 손실의 감소에 관한 것이다.
US　2011/0012544　A1호에는, 전기 모터 내의 회전자 각도 위치의 결정 시 인버터 스위칭 손실의 감소에 대해 언급되어 있으며, 여기서는 펄스폭 변조의 파형이 변형된다.
US　2012/0075892　A1호에는, 인버터 내의 스위칭 상태가 제어되는 방법에 의해서도 전압 손실이 감소한다고 기술되어 있다.
US　2012/0139461　A1호 및 US　2015/0077025　A1호에서는, 인버터의 스위치들이 제어 장치에 의해 데드 타임 및 스위칭 왜곡이 감소하도록 제어된다.
US　6,088,246호는 인버터의 각각의 출력 전압의 고주파 성분 내에서 사전 결정된 주파수 범위에 걸쳐 스펙트럼을 넓히는 것을 제안한다. 그럼으로써 상황에 따라 전기 모터의 제어도 방해할 수 있는, 인버터에 의해 발생한 전자기 잡음의 에너지 밀도가 약화된다고 한다.
선행 기술 중에는, 예컨대 W.　Yao, H.　Hu, Z.　Lu 공저의 문헌 "Comparisons of Space-Vector Modulation and Carrier-Based Modulation of Multilevel Inverter", in IEEE Transactions on Power Electronics, 23(1), 45-51 (2008); 서재형, 최창호, 현동석 공저의 문헌 "A new simplified space-vector PWM method for three-level inverters", in IEEE Transactions on Power Electronics, 16(4), 545-550 (2001); 또는 B.P.　McGrath, D.G.　Holmes, T.　Lipo 공저의 문헌 "Optimized space vector switching sequences for multilevel inverters", in IEEE Transactions on Power Electronics, 18(6), 1293-1301 (2003);에도 멀티레벨 컨버터를 위한 공간벡터 변조 방법이 기술되어 있다.
이런 맥락에서 중앙 멀티레벨 컨버터는 S.M.　Goetz, A.V. Peterchev, T.　Weyh 공저의 문헌 "Modular Multilevel Converter With Series and Parallel Module Connectivity: Topology and Control", in IEEE Transactions on Power Electronics, 30(1), 203-215 (2015)에 기술된 모듈식 멀티레벨 컨버터 MMSPC이다.
그러나 상기 방법들 중 어느 것도 왜곡 스펙트럼을 개회로 제어하거나 폐회로 제어할 수 없다. 오히려 상기 방법들은 모두 왜곡 스펙트럼 내에서 선명한 스위칭 고조파를 발생시킨다.
이를 배경으로 본 발명의 과제는, 공간벡터 변조의 장점을 이용하고 왜곡 스펙트럼을 제어하는, 인버터의 출력 변수의 변조 방법을 개시하는 방법을 제공하는 데 것이다. 또한, 본 발명의 과제는 이와 같은 방법을 수행하기 위한 대응하는 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제는, 적어도 하나의 출력 변수를 변조하는 스위치 기반 인버터에서 공간벡터 변조에 의해 발생하는 왜곡 스펙트럼을 제어하는 방법을 제공함으로써 해결된다. 이 방법에서는, 연대순으로 순차적인 각각의 스위칭 과정에 대해, 규정된 기준 신호에 근사하는 적어도 하나의 출력 변수의 변조를 야기하는 상이한 스위치 위치들이 확인된다. 나아가, 상기 상이한 스위치 위치들 각각의 구현으로부터 생성될, 기준 신호와 적어도 하나의 출력 변수 간의 편차들에 대해 각각의 왜곡 스펙트럼이 계산되며, 사전 결정되거나 규정된 특성들에 따라 관련 왜곡 스펙트럼이 가장 적합한(즉, 사전 결정되거나 규정된 특성들을 가장 잘 구현하는) 스위치 위치가 선택되어 인버터 내에서 구현된다.
본 발명에 따른 방법의 일 구현예에서, AC 전류 및/또는 AC 전압의 각각 하나의 위상이 인버터의 하나의 출력 변수에 대응한다.
인버터의 스위칭 손실을 한도 내로 유지하기 위해, 본 발명에 따른 방법의 일 구현예에서는 가장 적합한 스위치 위치를 선택하기 위해 사전 결정된 특성들 중 적어도 하나로서 평균 스위칭 속도가 선택될 수 있다.
또 다른 구현예에서, 사전 결정된 특성들 중 적어도 하나로서, 선택될 스위치 위치와 관련되고 하나의 규정된 범위 내에서 스펙트럼 갭을 갖는 왜곡 스펙트럼이 선택된다. 이는, 예컨대 스테이션 스윕(station sweep)을 수행하는 자동차 라디오와 같이 민감한 스펙트럼 범위를 동적으로 변화시키는 시스템들의 동시 인접 사용 시 특히 유의미하다. 이 경우, 목표한 왜곡 스펙트럼 내에서 자동차 라디오의 스테이션 스윕에 병행하여 동반되는 스펙트럼 갭이 고려될 수 있다. 동일한 방식으로, 전기 차량의 현재 위치에 적용되는 표준(예를 들어 ISO, 국가 표준, CISPR 한계값)이 왜곡 스펙트럼 내 스펙트럼 갭들의 규정으로 이어질 수 있고, 이는 때때로 전기 차량의 작동 중에 일어날 수 있는 국경 통과 시, 사전 결정된 특성들이 재선택되어야 하는 결과를 가져온다. 이 경우, 전기 차량의 개별 위치는 차내 전자기기로부터 GPS 정보를 통해 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 실행 시, 특성들에 따라 가장 적합한 왜곡 스펙트럼이 설정되는 기준이 되는 특성들의 규정이 본 발명의 핵심 이점인데, 그 이유는 이를 통해 지금까지 선행 기술로부터 공지된, 다른 차량 시스템들에 영향을 미치고 제어를 복잡하게 하는 시스템 클록 변동 방법이 방지되기 때문이다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게, 인버터의 출력 변수를 변조하는 변조기에 의해 구현된다. 변조기의 역할은, 인버터의 점진적 양자화 출력 변수를 적어도 부분적으로 정현파형인 연속 기준 신호에 거의 근사하게 매칭시키고, 이때 왜곡 스펙트럼의 사전 결정된 특성들에 유의하는 것이다. 상기 양자는 왜곡 스펙트럼의 수치적 처리를 통해 직접 달성된다. 본 발명에 따른 방법의 한 확장에서, 인버터의 적어도 하나의 스위칭 신호가 변조기에 의해 직접 발생한다.
본원 방법에 따라, 공간벡터 변조의 공간벡터 다이어그램 내에서, 상기 공간벡터 변조의 공간벡터 다이어그램 내에서의 위치를 파악할 기준 신호의 벡터의 최근접 이웃에 존재하는 사전 결정된 수(m)의 벡터가 확인된다. 예를 들어, 이른바 3상 2레벨 인버터의 경우, 기준 신호에 할당될 벡터의 최근접 이웃에는 항상 m = 3개의 벡터가 존재한다(도 2 참조).
본 발명에 따른 방법의 구성에서, 최근접 이웃에 존재하는 영벡터는, 상기 영벡터의 설정에 필요한 스위치 위치 변경 시 스위칭 손실이 최소화되도록 선택된다. 일반적으로 인버터, 특히 브리지 회로 내에서는 복수의 균등한 영벡터가 구현된다. 예를 들면, 2레벨 인버터의 경우(도 2 참조) 영벡터는 모든 이른바 "로우 사이드 스위치"를 폐쇄하거나, 대안적으로 모든 이른바 "하이 사이드 스위치"를 폐쇄함으로써 발생할 수 있다. 스위칭 손실을 최소화하기 위해, 이전 스위치 위치로부터의 스위치 변경의 수가 가장 적게 필요한 구현이 선택될 것이다. 바람직하게는 본 발명에 따라, 스위치 위치의 변경에 필요한 전류가 최소화되는 영벡터의 구현이 선택되기도 한다.
본 발명에 따르면, m개의 확인된 벡터 각각에 대해 기준 신호의 벡터와의 각각의 차가 결정되고, 상기 각각의 차와; 복수의 직전 시간 간격(time step)으로부터의 적어도 하나의 출력 변수의 벡터들과 기준 신호의 벡터들 사이의 각각의 차들;로부터, 상기 차들의 시간 프로파일이 생성되며, 상기 시간 프로파일은 사전 결정된 특성들에 따라 구성된 시간 프로파일과 수치적으로 비교된다(도 3 참조).
본 발명에 따른 방법의 일 변형예에서, 더 오래 전의 차가 더 약하게 가중되며, 더 정확하게는 더 오래된 차일수록 더 약하다.
본 발명에 따른 방법의 구성에서, 적어도 하나의 출력 변수의 차들의 시간 프로파일이 주파수 도메인으로 변환되어, 그곳에서 이른바 왜곡 스펙트럼을 형성하며, 상기 왜곡 스펙트럼은 사전 결정된 특성들에 따라 구성된 주파수 스펙트럼과의 수치적 비교를 수행하는 데 이용된다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 구성에서, 주파수 도메인으로의 변환에 의해 획득되는 왜곡 스펙트럼에, 예를 들어 사전 결정된 왜곡 스펙트럼의 역에 상응하는 필터가 적용된다. 예를 들어 사전 결정된 왜곡 스펙트럼 내에 스펙트럼 갭이 존재하는 경우, 이 범위는, 상기 변환으로부터 획득된 왜곡 스펙트럼 내에 사전 결정된 왜곡 스펙트럼의 역을 갖는 필터가 적용됨으로써, 변하지 않는 한편, 다른 스펙트럼 범위는 예를 들어 축소된다.
본 발명에 따라, 상기 변환으로부터 획득되는 왜곡 스펙트럼에 의해 형성된 노름(norm)은 품질 지수에 기인하며, 이 품질 지수를 이용하여 예를 들어 품질 지수의 최소 수치값에 상응하는, 관련 스위치 위치를 갖는 가장 적합한 왜곡 스펙트럼이 선택되어 인버터에 전달된다.
본 발명에 따른 방법의 구성에서, 노름으로서 (예를 들어, p = 2이고, 제곱차들의 합의 제곱근인) p-노름이 산출된다. (거듭제곱에 상응하는) 2-노름의 사용 시, 값은 시간 및 주파수 도메인의 에너지 균등으로 인해 플랑쉐렐(Plancherel) 정리에 따른 대부분의 주파수 변환에서 동일하다.
본 발명에 따르면, 예를 들어 다시 p-노름의 산출에 의해 출력 변수의 각각의 품질 지수들의 합계로부터 총 품질 지수가 획득된다. 이는 다시 가장 적합한 스위치 위치를 선택하는 데 사용된다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 구성에서, 확인된 벡터들과 기준 신호의 벡터 간의 감산은 오직 위상 공간 내에서만 실시된다. 시간 도메인으로의 환산은 항상 추가의 계산 복잡성을 수반하며, 모든 수치 연산은 유한한 계산 정확도로 인해 반올림 오류 증식을 초래하기 때문에, 3상 시스템의 모든 출력, 예를 들어 3상 구동 모터의 경우에는 3개의 위상 출력에 대해 진폭 및 위상에 의한 단상 공간 표현(single phase space representation)으로 제한하는 것이 유리하다. 이로써, 앞서 본 발명에 따른 방법의 실행을 통해 획득된 벡터들의 시간 프로파일의 저장에 필요한 메모리 공간도 최소화된다.
상기와 같이, 이 구현예에서도 역시 테스트될 각각의 후보(i　= 1, ..., m)는 이전의 시간 스위칭 프로파일과 하나 이상의 향후의 간격들로 구성되긴 하나, 이제는 각각의 후보는 오직, 시점(t)에서 공간벡터 다이어그램의 점들에 양자화되어 연결된 단일 공간벡터의 진폭 A(t) 및 위상
Figure pct00001
을 포함하는 2차원 벡터 표현 "
Figure pct00002
"으로만 기술된다. 적어도 하나의 후보에서, 규정된 기준 신호로부터의 편차를 하나 이상의 위상 출력에서의 전압 또는 전류 프로파일로 변환한 후 왜곡 스펙트럼을 확인하는 대신, 위상 공간 내에서 직접 왜곡 스펙트럼의 추정을 수행한다. 먼저, 시점(
Figure pct00003
)에서 후보 벡터(
Figure pct00004
)와 기준 신호를 나타내는 기준 벡터(
Figure pct00005
) 간의 2차원 벡터 편차가 산출된다. 이는, 모든 후보들이 동일하거나 이전의 스위칭 프로파일에 상응하는 최근의 n개의 시점을 포함하는 특정 시간대(time window)에 걸쳐, 또는 예측 방법의 경우 후보들이 상이한 미래의 특정 시간에 걸쳐 일어난다. 기준 신호는 일반적으로 각도 좌표의 연속 벡터[
Figure pct00006
] 또는 데카르트 좌표의
Figure pct00007
에 상응하고, 예를 들어 특정 주파수(
Figure pct00008
)에서의 위상 전압 또는 위상 전류의 정현파 프로파일을 형성하며, 이로부터 위상
Figure pct00009
가 도출된다. 하기의 편차 계산,
Figure pct00010
(1)
은 위상 공간의 두 차원 모두에 걸쳐 모든 시간(τ) 동안 수행되고, 바람직하게는 벡터 노름에 의해, 각각 시간 프로파일에 대한 하나의 스칼라 함수에 맵핑된다:
Figure pct00011
(2)
노름이 2-노름이고, 그에 따라 유클리드 노름인 경우, 결과는 이미 앞서 언급된 바와 같이, 플랑쉐렐 정리에 기초해서 푸리에 변환에 따라서도 유지되는 거듭제곱 가산에 상응한다.
특정 시간 프로파일에 대한 기준으로부터의 각각의 후보의 편차에 대한 스칼라 함수(2)를 토대로, 본 발명에 따른 방법은 전술한 바와 같이, 수치적으로 고속 푸리에 변환으로서 구현될 수 있는 푸리에 변환(FT)에 의해 주파수 도메인 내의 각각의 관련 왜곡 스펙트럼을 계산한다. 그러나, 본 발명에 따른 방법의 이러한 구성에서, 인버터의 출력 위상 개수와 무관하게 항시 단 하나의 푸리에 변환만이 실행되고, 이로 인해 계산 복잡도가 최소화되며, 이는 바로 상기 방법이 일반적으로 FPGA IC에서 구현될 때 유리하다.
게다가, 각각의 스펙트럼은, 궁극적으로는 발생한 왜곡의 스펙트럼 프로파일을 원하는 규정에 따라 상이한 레벨로 강화하거나 품질 지수를 이용한 후속 평가를 위해 강조하는, 규정된 필터로 다시 가중될 수 있다. 예를 들어 필터
Figure pct00012
의 규정 하에 최소 편차를 갖는 후보(
Figure pct00013
)를 찾으려 하는 경우,
Figure pct00014
(3)
을 계산해야 하고, 이 경우, 앞서 언급한 바와 같이, 전체 가중된 왜곡 스펙트럼에 걸쳐 p-노름이 산출되었다. 이때, 큰 p-값이 선택되면, 특히 각각의 시점에, 가중된 왜곡 스펙트럼들 중에서 가장 강하게 두드러지는 피크가 추가 평가에 산입되며, 즉, 식 (3)에 따라 억제된다. 작은 p-값은 가중된 왜곡 스펙트럼의 모든 성분을 더 균일하게 최소화한다. p=2의 선택은 모든 주파수에 걸쳐 가중된 왜곡 스펙트럼의 거듭제곱을 근사 최적화(approximate optimization)한다.
또한, 복소 푸리에 변환의 사용 시 정규화 전에 절대값을 적용하여, 복소수들 또는 음수들을 이들의 크기로 감소시킬 수 있다.
식 (3)으로부터 최저 스칼라값을 갖는 후보는, 본원 방법에 따라 필터의 규정된 왜곡 스펙트럼에 가장 가까운 왜곡 스펙트럼을 생성한다. 따라서, 이 후보는 반도체의 스위치 신호로 변환되어, 인버터 내 다음 스위치 사이클(들)을 위한 상태로서 채택된다.
본 발명에 따른 방법의 상기 구성의 대안으로, 푸리에 변환 전에 식 (1)로부터 도출된, 기준 벡터 또는 기준 신호에 대한 후보 벡터의 편차들이 시간(
Figure pct00015
)까지의 과거 지속기간(w)의 일부로 구성되는 시간대에 걸쳐 적분된다:
Figure pct00016
(4)
상기에 언급한 푸리에 변환(FT), 주파수 의존적 필터[
Figure pct00017
]를 이용한 가중, 및 가중된 모든 주파수 성분에 대한 p-노름을 이용하여, 후보 벡터(
Figure pct00018
)에 대해 품질 지수를 결정하기 위한 아래 계산 규칙이 획득된다:
Figure pct00019
(5)
그러나 적분은 왜곡의 저역 통과 필터링을 야기하며, 상기 왜곡은 필터 내에서, 상기 필터가 주파수의 역에 근사적으로 비례하도록 거동함으로써 보상되어야 한다.
그러므로 본 발명에 따른 방법의 상기 대안예의 또 다른 구성에서는, 필터[
Figure pct00020
]가 계속 왜곡 스펙트럼의 원하는 주파수 프로파일에 상응할 수 있도록, 푸리에 변환의 시간 적분이 주파수(ω)에 역으로 가중된다:
Figure pct00021
(6)
상수(a)는 DC 성분의 발산(divergence)을 저지하며, 기준 신호(전압 또는 전류 규정)를 표현하는 정확도의 조정을 허용한다.
본 발명에 따른 방법은 본 출원서에서 계속해서 2레벨 3상 인버터를 예로 들어 기술되었지만, 일반적으로 이에 제한되지 않고 임의의 멀티레벨 인버터에 사용될 수 있다. 특히, 임의 수의 레벨에 대해 각각의 멀티레벨 인버터의 공간벡터 다이어그램 내의 벡터들의 확인이 가능하다.
또한, 인버터, 전류원 및/또는 전압원, 그리고 상기 인버터를 제어하는 변조기를 포함하며, 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 설계된 시스템이 청구된다.
상기 시스템의 일 구현예에서, 변조기는 적어도 하기 모듈: 공간벡터 변조의 공간벡터 다이어그램 내에서, 상기 공간벡터 변조의 공간벡터 다이어그램 내에서의 위치가 파악될 기준 신호의 기준 벡터의 최근접 이웃인 사전 결정된 수의 벡터를 확인하도록 설계된 최근접 이웃 모듈; 다수의 선행 시간 간격의 각각의 시간 간격으로부터, 적어도 하나의 출력 변수의 벡터 및 기준 벡터들의 이력을 형성하도록 설계된 이력 모듈; 그리고 상기 최근접 이웃 모듈 및 이력 모듈을 이용하여, 사전 결정된 특성들에 따라 적어도 하나의 출력 변수의 가장 적합한 벡터를 선택하도록 설계된 선택 모듈;을 구비한다.
시스템의 또 다른 구현예에서, 선택 모듈은 확인된 벡터들 각각에 대해 고유한 파이프라인을 구비하고, 이 경우 선택 모듈은 복수의 파이프라인을 동시에 실행하도록 설계된다.
아울러, 기준 신호를 입력 변수로 사용하여 인버터의 스위치들을 제어하고, 이때 본 발명에 따른 방법을 실행하도록 설계된 변조기가 청구되며, 이 변조기는 적어도 다음과 같은 모듈: 공간벡터 변조의 공간벡터 다이어그램 내에서, 상기 공간벡터 변조의 공간벡터 다이어그램 내에서의 위치가 파악될 기준 신호의 기준 벡터의 최근접 이웃인 사전 결정된 수의 벡터를 확인하도록 설계된 최근접 이웃 모듈; 다수의 선행 시간 간격의 각각의 시간 간격으로부터 적어도 하나의 출력 변수의 벡터 및 기준 벡터들의 이력을 형성하도록 설계된 이력 모듈; 및 상기 최근접 이웃 모듈 및 이력 모듈을 이용하여 상기 적어도 하나의 출력 변수의, 사전 결정된 특성들에 따라 가장 적합한 벡터를 선택하도록 설계된 선택 모듈;을 구비한다.
마지막으로, 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체를 사용하는 전력전자 장치를 구비한 인버터를 제어하는 변조기가 청구된다. 예를 들어 본 발명에 따른 방법은, 100V의 범위 내 전압, 30A의 범위 내 전류, 및 500kHz의 범위 내 스위칭 속도를 가지며, 질화갈륨 반도체를 사용하여 작동되는 인버터를 제어하기 위한 변조기에 의해 실행될 수 있다.
본 발명의 추가적인 이점들 및 개선들은 상세한 설명 및 첨부 도면에 명시되어 있다.
상기에 인용된 특징들 및 이하에 설명되는 특징들이 본 발명의 범주를 벗어남 없이 각각의 명시된 조합뿐만 아니라 다른 조합으로 또는 단독으로 사용될 수 있음은 물론이다.
도 1은 인버터를 제어하는 변조기의 2가지 가능한 작업의 개략도이다.
도 2는 벡터의 최근접 이웃들의 선택을 위한 공간벡터 다이어그램이다.
도 3은 본 발명에 따른 변조기의 가능한 한 구현예의 개략도이다.
도 4는 출력 신호의 적합한 벡터를 선택하기 위한, 본 발명에 따라 제공되는 변조기의 모듈의 한 가능한 구현예의 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 방법의 한 구현예에 따른 스위칭 상태 및 각각의 관련 왜곡 스펙트럼의 예시도이다.
도 6은 왜곡 스펙트럼의 특성들의 사전 결정에 기여하는, 전기 차량이 운행되는 환경의 개략도이다.
도 7은 오직 위상 공간 내에서 기준 신호에 대한 감산을 이용하여 적합한 벡터를 선택하기 위한, 본 발명에 따라 제공되는 변조기의 모듈의 또 다른 구현예의 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따른 방법이 가변 스펙트럼 갭을 유도하는 왜곡 스펙트럼의 예시도이다.
도 1에는 인버터를 제어하는 변조기(114, 124)의 2가지 가능한 작업의 개략도가 도시되어 있다. 먼저, 도면부호 "110"은, 입력 신호(112)로서 적어도 부분적으로 정현파형인 기준 신호를 수신하고, 공간벡터 변조에 의해 상기 기준 신호를 인버터의 복수의 양자화된 출력 옵션들에 매칭시키는 변조기(114)를 나타내며, 이 인버터의 출력 신호들(116)은 인버터를 제어하기 위한 복수의 위상에 대해 각각 양자화된 스위칭 신호들로 구성된다. 다음으로, 도면 부호 "120"은, 입력 신호(122)로서 적어도 부분적으로 정현파형인 기준 신호를 수신하고, 공간벡터 변조에 의해 상기 기준 신호를 인버터의 복수의 양자화된 출력 옵션들에 매칭시키는 확장된 변조기(124)를 나타내며, 이 인버터의 출력 신호들(126)은 인버터를 제어하기 위한 직접 스위칭 신호들로 구성된다.
2레벨 인버터를 예로 들면, 도 2는 예컨대 기준 신호의 가능한 벡터(208)의 최근접 이웃인 공간벡터 변조의 3개의 벡터(210, 212, 214)의 본 발명에 따른 선택을 위한 공간벡터 다이어그램을 보여준다. 축(202)은 우측으로 각도(0 또는 2Pi)를 형성하고, 좌측으로 각도(Pi)를 형성한다. 축(204)은 상향으로 각도(Pi/2)를 형성하고, 하향으로 각도(3Pi/2)를 형성한다. 기준 신호의 벡터(208)는 진폭(A)와, 참조 부호(206)를 갖는 위상각(
Figure pct00022
)을 갖는다. 공간벡터 변조의 각각의 벡터(210, 212, 214, 216, 218, 220, 222)는 인버터에 의해 직접 구현될 스위치 위치들을 도출한다. 특정 위치가 이른바 영벡터(210)에 의해 점유되고, 이를 위해 인버터 내의 모든 스위치들이 개방되거나 폐쇄된다. 벡터들(212, 214, 216, 218, 220, 222)의 추가 스위치 위치들은 선행 기술로부터 도출된 것이다. 기준 신호의 벡터(208)의 경우, 본 발명에 따라 각각의 시간 간격에서 공간벡터 다이어그램 내의 최근접 벡터의 수(m)가 확인되며, 상기 최근접 벡터 수는 도시된 육각형 내에서 2레벨 인버터를 예로 들면 m = 3개의 벡터로 구성되고, 영벡터(210) 및 육각형의 각각 2개의 모서리를 포함한다. 기준 신호의 위상각(206)이 0 초과 Pi/3 이하인 경우, 최근접 벡터는 210, 212, 214이고; Pi/3 초과 2 Pi/3 이하인 경우, 최근접 벡터는 210, 214, 216이고; 2 Pi/3 초과 Pi 이하인 경우, 최근접 벡터는 210, 216, 218이며; Pi 초과 4 Pi/3 이하인 경우, 최근접 벡터는 210, 218, 220이고; 4 Pi/3 초과 5 Pi/3 이하인 경우, 최근접 벡터는 210, 220, 222이며; (0의 각도에도 상응하는) 5 Pi/3 초과 2 Pi 이하인 경우, 최근접 벡터는 210, 222, 212이다.
도 3은 본 발명에 따른 변조기의 한 가능한 구현예의 개략도이다. 시간 간격(t)에서, 진폭[A(t)] 및 위상각[
Figure pct00023
]으로 구성되는 기준 신호(310)의 현재 벡터[
Figure pct00024
]는, 공간벡터 변조의 공간벡터 다이어그램 내에서, 상기 공간벡터 변조의 공간벡터 다이어그램 내에서의 위치가 파악될 기준 신호의 기준 벡터의 최근접 이웃인 사전 결정된 수(m≥1)의 벡터를 확인할 수 있는 최근접 이웃 모듈(302)의 입력 신호를 형성한다. 확인된 m개의 벡터(312)는 선택 모듈(304)에 전달된다. 또한, 기준 신호(310)의 현재 벡터(
Figure pct00025
)는 이력 모듈(308)에 제공되어 저장된다. 또한, 이력 모듈(308)은 n개의 시간 간격(n≥1) 동안, 각각 현재 시간 간격 이전에 저장되어 제공되는 기준 신호의 벡터"
Figure pct00026
"의 값들을 갖는다. 게다가, 이력 모듈(310)은 각각 현재 시간 간격 이전의 n개의 시간 간격 동안 선택된 출력 변수의 벡터 "
Figure pct00027
"의 값들도 유지한다. 상기 두 값 범위들(value ranges)은 모두 선택된 출력 변수 "
Figure pct00028
"의 연대순 이력(316) 및 기준 신호의 벡터의 연대순 이력(318)으로서 현재 값 "
Figure pct00029
"과 함께 선택 모듈(304)에 제공된다. 선택 모듈(304)은 이제 본 발명에 따른 방법의 실행 하에 현재 출력 변수(314)에 가장 적합한 벡터[
Figure pct00030
]의 선택을 수행하고, 상기 벡터 또는 이에 연결된 스위치 위치를 하드웨어(306), 특히 인버터에 전달한다. 또한, 현재 출력 변수(314)에 대해 선택된 벡터[
Figure pct00031
]는 이력 모듈(308) 내에 저장된다.
도 4는 출력 신호의 적합한 벡터를 선택하기 위한, 본 발명에 따라 제공된 변조기의 한 모듈의 가능한 구현예의 개략도를 도시한다. m개의 입력 벡터(418)는 도 3의 최근접 이웃 모듈(302)로부터 유래하며, 공간벡터 변조의 공간벡터 다이어그램 내에서의 위치가 파악될 기준 신호의 기준 벡터의 최근접 이웃인 m개의 확인된 벡터로 구성된다. 상기 m개의 입력 벡터들(418) 각각에 대해, 유리하게는, 동시에 처리되는 파이프라인(404, 406, 408, 410, 412, 414)이 존재한다. 각각의 모듈(404) 내에는, 3상 2레벨 인버터의 예에서 3개의 위상 중 하나를 나타내는 위상 전압의, 각각의 입력 벡터에 할당 가능한 값이 존재한다. 유리하게는, 다른 2개의 위상도 역시 동일한 파이프라인 내에서 처리된다. 모듈(402)은 도 3의 이력 모듈(308)로부터, 현재 값과 함께 기준 신호의 벡터의 n개의 과거 값 및 출력 변수의 벡터의 n개의 과거 값을 수신하여, 상기 두 값 범위 모두 전압값들로 변환하고, 이 값들을 감산을 위해 감산 모듈(406)에 전달한다. 각각의 모듈(404)로부터의 출력 변수의 각각의 현재 전압값과 함께, 기준 신호와 제안된 출력 변수 사이의 차가 "n+1"개의 시간 간격 동안 계산되고, 각각 가중 모듈(408)에 전달된다. 선택적으로 생략될 수도 있는 가중 모듈(408)에서, 차들이 서로 상이하게 가중된다. 예를 들어, 더 오래 전 과거의 차를 새로운, 다시 말해 더 최근의 차보다 더 약하게 가중하는 것을 고려할 수 있다. 필터에 의해 곱해진 차들에 대한 적분을 구하고, 상기 적분을, 예를 들어 출력 변수의 각각의 벡터의 구현 시 인버터에서 발생하는 스위칭 손실의 합에 비해 가중하는 것도 고려할 수 있다. 각각 주파수 변환 모듈(410)에서 주파수 변환, 바람직하게는 푸리에 변환이 실시된다. 각각 그 결과로 도출되는 주파수 스펙트럼에 선택적으로 각각의 필터 모듈(412) 내에서, 예를 들어 원하는 왜곡 스펙트럼의 역에 상응하는 스펙트럼 필터가 적용된다. 마지막으로, 각각의 노름 모듈(414) 내에서 수학적 노름, 예를 들어 p-노름이 상기 필터링된 결과에 적용되며, 상기 노름은 단일 품질 지수를 결과로서 전달한다. 2개 이상의 위상이 계산되었다면, 노름 계산에서 예를 들어 3개의 위상이 제2 p-노름에 의해 결합되어 총 품질 지수를 형성한다. 후속 평가 모듈(416)에는 모든 (총) 품질 지수가 존재하며, 원래 입력 벡터들(418) 중에서 (총) 품질 지수의 값이 가장 작은 입력 벡터가 하드웨어 또는 인버터로 출력된다(420). 한 대안적인 구현예에서는, 각각의 필터 모듈(412) 내에 구현된 스펙트럼 필터가 시간 도메인 내에서 컨볼루션(convolution)으로서, 다시 말해 주파수 변환 모듈(410)에서의 주파수 변환 없이, 적용된다.
도 5는 본 발명에 따른 방법의 한 구현예에 따른 스위칭 상태들 및 관련 주파수 스펙트럼의 예시를 도시한다. 예를 들어 선택된 3상 인버터의 출력(510)은 시간 도메인(512)에서 종래의 펄스폭 변조 인버터와 전반적으로 동일해 보인다. 그래프의 상향으로는 전압(514)이 볼트로 표시되어 있다. 그러나, 스펙트럼 범위(520)에서는 그래프의 상향으로 전력 밀도(524)와, 우측으로 kHz 단위의 주파수(522)가 표시될 수 있으며, 목표한 프로파일, 예를 들어 왜곡 스펙트럼의 거의 편평하게 잘린 상부 에지가 강제될 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 범위(520)에 대해 도시된 왜곡 스펙트럼의 역은 주파수(522)에서 약 10kHz 내지 500kHz의 범위 및 전력 밀도(524)에서 스펙트럼의 최고 피크를 포함하는 직사각형에 근사하게 상응한다.
도 6은 주파수(612)에 걸쳐 표시된 왜곡 스펙트럼(610)의 특성들의 사전 결정에 기여하는, 전기 차량(602)이 운행되는 환경의 개략도를 도시한다. 이로써, 예를 들어 전기 차량(602) 내에 탑재된 데이터 베이스(606)가, GPS 시스템(608)으로부터 획득된 위치 정보를 이용하여, 각각의 국가 표준에서 기인하는 왜곡 스펙트럼 특성들에 대한 특정 요건들을 제공한다. 전기 차량(602) 내에 존재하는 전자기기(604), 예컨대 라디오 튜너, GPS 수신기, 또는 임의의 펄스 변조 방법이 실행되는 모든 기기가 인버터에 의해 발생하는 왜곡 스펙트럼(610)을 요구한다.
도 7은, 오직 위상 공간 내에서 기준 신호에 대한 감산을 이용하여 적합한 벡터를 선택하기 위한, 본 발명에 따라 제공된 변조기의 한 모듈의 또 다른 구현예의 개략도를 도시한다. m개의 입력 벡터(702)는 도 3의 최근접 이웃 모듈(302)로부터 유래하며, 공간벡터 변조의 공간벡터 다이어그램 내에서의 위치가 파악될 기준 신호의 기준 벡터의 최근접 이웃인 m개의 확인된 후보 벡터(
Figure pct00032
)로 구성된다. 상기 m개의 입력 벡터들(702) 각각에 대해, 유리하게는, 동시에 처리되는 파이프라인(706, 708, 710, 712, 714, 718, 720)이 존재한다. 각각의 모듈(706)에서는, 오직 위상 공간 내에서 식 (1)에 따라 기준 신호의 벡터(704)에 대한 감산이 실시되어 각각의 모듈(708)에 제공되며, 이 모듈은 하나의 시간 프로파일 범위로부터의 각각의 시간(τ) 동안 식 (2)에 따라 스칼라 함수, 바람직하게는 벡터 노름을 실행한다. 각각의 결과(710)가 주파수 변환부(712)에 제공되고, 이 주파수 변환부(712)는 주파수 도메인 내에서 각각의 관련 스펙트럼(714)을 계산하고, 이를 모듈(718)을 사용하여 규정된 필터(716)로 가중한 후, 마지막으로 모듈(720)에서 p-노름의 실행 후에 이를 모듈(722)에서 식 (3)에 따른 품질 지수의 결정에 제공한다. 식 (3)으로부터의 스칼라 값이 가장 작은 후보는 본원 방법에 따라 필터의 규정된 왜곡 스펙트럼에 가장 근접한 왜곡 스펙트럼을 생성한다. 그에 따라 상기 후보는 최근접 스위치 상태(724)로서 인버터에 전달된다.
도 8은, 본 발명에 따른 방법이 가변 스펙트럼 갭(808)을 유도하는 왜곡 스펙트럼의 예시를 보여준다. 그래프(800)에서 우측으로는 헤르츠 단위의 주파수(802)가 표시되어 있고, 상향으로는 전력 밀도(804)가 표시되어 있으며, 삽입도(810)에도 똑같이 표시되어 있다. 그래프(800)와 삽입도(810)의 실선(806)은, 본 발명에 따른 방법의 사용 시 예를 들어 피해야 할 50Hz의 스펙트럼 선을 나타낸다. 일반적으로 본 발명에 따른 방법을 이용하면, 왜곡 스펙트럼 내에 스펙트럼 갭들이 생성될 수 있다. 나아가 스펙트럼의 동적 제어를 토대로 스펙트럼 갭(808)이 적응적으로 변할 수 있는데, 예를 들어 폭이 변동하거나 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 조정될 수 있다. 최근의 차량들은 예를 들어 라디오 수신기의 수신 주파수를 다양한 제어기에 송신한다. 따라서, 전력전자 장치는 이와 같은 정보를 기반으로 하나 이상의 스펙트럼 갭(808)을 동적으로 생성할 수 있고, 예를 들어 스테이션 탐색 시 동적으로 병행할 수 있다.

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 출력 변수를 변조하는 스위치 기반 인버터(306)에서 공간벡터 변조에 의해 발생하는 왜곡 스펙트럼(520, 610)을 제어하는 방법에 있어서,
    연대순으로 순차적인 각각의 스위칭 과정에 대해, 규정된 기준 신호(112, 122, 208, 310)에 근사해가는 적어도 하나의 출력 변수(510)의 변조를 야기하는 상이한 스위치 위치들이 확인되고, 상기 상이한 스위치 위치들 각각의 구현으로부터 생성될, 기준 신호(112, 122, 208, 310)와 적어도 하나의 출력 변수(510) 간의 편차들에 대해 각각의 왜곡 스펙트럼(520, 610)이 계산되고, 사전 결정된 특성들에 따라 관련 왜곡 스펙트럼(520, 610)이 가장 적합한 스위치 위치가 선택되어 인버터(306) 내에서 구현되는 것을 특징으로 하는, 왜곡 스펙트럼 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 출력 변수가 AC 전류 및/또는 AC 전압의 복수의 위상으로서 선택되는, 왜곡 스펙트럼 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각각의 스위치 위치를 선택하기 위해 사전 결정된 특성들 중 적어도 하나는 평균 스위칭 속도인, 왜곡 스펙트럼 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전 결정된 특성들 중 적어도 하나로서, 선택될 스위치 위치와 관련된 왜곡 스펙트럼(520, 610)이 하나의 규정된 범위 내에서 스펙트럼 갭을 갖는 점이 결정되는, 왜곡 스펙트럼 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 인버터(306)의 적어도 하나의 출력 변수를 변조하기 위해 변조기(114, 124)가 사용되는, 왜곡 스펙트럼 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 변조기로서, 인버터(306)를 위한 적어도 하나의 스위칭 신호(126)를 발생시키는 변조기(114, 124)가 사용되는, 왜곡 스펙트럼 제어 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 변조기(114, 124)를 이용하여, 공간벡터 변조의 공간벡터 다이어그램 내에서 상기 공간벡터 변조의 공간벡터 다이어그램 내에서의 위치를 파악할 기준 신호의 벡터(208)에 대해 최근접 이웃(210, 212, 214)에 있는 사전 결정된 수의 벡터(418)를 확인하는, 왜곡 스펙트럼 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 최근접 이웃에 있는 영벡터(210)는, 상기 영벡터의 설정에 필요한 스위치 위치 변경 시 스위칭 손실이 최소화되도록, 그리고/또는 상기 스위치 위치의 변경에 필요한 전류가 최소화되도록, 선택되는, 왜곡 스펙트럼 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 확인된 벡터들(418)에 대해, 기준 신호(112, 122, 208, 310)의 벡터와의 각각의 차가 결정되고, 상기 각각의 차와; 복수의 직전 시간 간격으로부터의 적어도 하나의 출력 변수(510)의 벡터들과 기준 신호(112, 122, 208, 310)의 벡터들 사이의 각각의 차들;로부터, 상기 차들의 시간 프로파일(304, 406)이 생성되는, 왜곡 스펙트럼 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서, 확인된 벡터들(702)과 기준 신호의 벡터(704) 간의 감산(706)은 오직 위상 공간 내에서만 실시되는, 왜곡 스펙트럼 제어 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 적어도 하나의 출력 변수(510)에 대한 차들의 시간 프로파일은 주파수 도메인으로 변환되어 왜곡 스펙트럼(520, 610)을 형성하는, 왜곡 스펙트럼 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 주파수 도메인으로의 변환에 의해 획득되는 스펙트럼에 필터가 적용되는, 왜곡 스펙트럼 제어 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 출력 변수(510)의 왜곡 스펙트럼(520, 610)에 의해 형성된 노름은, 가장 적합한 왜곡 스펙트럼(520, 610) 및 그에 따른 관련 스위치 위치를 선택하는 데 이용되는 품질 지수에 기인하는, 왜곡 스펙트럼 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서, 복수의 출력 변수에 대해, 각각의 대응하는 복수의 출력 변수의 각각의 품질 지수의 합계로부터 총 품질 지수가 획득되고, 이를 이용하여 가장 적합한 스위치 위치가 선택되는, 왜곡 스펙트럼 제어 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 인버터(306)로서 멀티레벨 인버터가 사용되는, 왜곡 스펙트럼 제어 방법.
  16. 인버터(306), 전류원 및/또는 전압원, 그리고 상기 인버터(306)를 제어하는 변조기를 포함하고, 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 설계된 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 시스템의 변조기(114, 124)는 적어도 하기 모듈: 공간벡터 변조의 공간벡터 다이어그램 내에서, 상기 공간벡터 변조의 공간벡터 다이어그램 내에서의 위치가 파악될 기준 신호의 기준 벡터(208)에 대해 최근접 이웃에 있는 사전 결정된 수의 벡터(312)를 확인하도록 설계된 최근접 이웃 모듈(302); 다수의 선행 시간 간격의 각각의 시간 간격으로부터 적어도 하나의 출력 변수의 벡터 및 기준 벡터들의 이력을 형성하도록 설계된 이력 모듈(308); 및 상기 최근접 이웃 모듈(302) 및 이력 모듈(308)을 이용하여 적어도 하나의 출력 변수의 가장 적합한 벡터를 선택하도록 설계된 선택 모듈(304);을 구비하는, 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 선택 모듈(304)은, 확인된 벡터들 각각에 대해 고유한 파이프라인(404, 406, 408, 410, 412, 414)을 구비하며, 복수의 파이프라인(404, 406, 408, 410, 412, 414)을 동시에 처리하도록 설계되는, 시스템.
  19. 기준 신호(112, 122, 208, 310)를 입력 변수로 사용하여 인버터(306)의 스위치들을 제어하고, 이때 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 설계된 변조기(114, 124)로서,
    적어도 하기 모듈: 공간벡터 변조의 공간벡터 다이어그램 내에서, 상기 공간벡터 변조의 공간벡터 다이어그램 내에서의 위치가 파악될 기준 신호(310)의 기준 벡터(208)에 대해 최근접 이웃에 있는 사전 결정된 수의 벡터(312)를 확인하도록 설계된 최근접 이웃 모듈(302); 다수의 선행 시간 간격의 각각의 시간 간격으로부터 적어도 하나의 출력 변수의 벡터 및 기준 벡터들의 이력을 형성하도록 설계된 이력 모듈(308); 및 상기 최근접 이웃 모듈(302) 및 이력 모듈(308)을 이용하여 상기 적어도 하나의 출력 변수의 가장 적합한 벡터를 선택하도록 설계된 선택 모듈(304);을 구비한 변조기(114, 124).
  20. 제19항에 있어서, 상기 변조기는 인버터(306)를 제어하며, 상기 인버터의 전력전자 장치는 넓은 밴드 갭을 갖는 반도체를 사용하는, 변조기(114, 124).
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110999062B (zh) 2017-06-12 2024-02-13 阿尔法能源技术公司 多电平多象限迟滞电流控制器及用于控制其的方法
KR102612334B1 (ko) 2017-06-16 2023-12-08 티에이이 테크놀로지스, 인크. 전압 변조기를 위한 멀티레벨 히스테리시스 전압 제어기 및 그 제어 방법
SG11202009200TA (en) 2018-03-22 2020-10-29 Tae Technologies Inc Systems and methods for power management and control
EP3949067A4 (en) 2019-03-29 2023-01-11 TAE Technologies, Inc. ENERGY SYSTEMS USING MODULES SUITABLE FOR CASCADING AND INTERCONNECTED CONFIGURATIONS, AND RELATED METHODS
IL301923A (en) 2020-04-14 2023-06-01 Tae Tech Inc Systems, devices and methods for charging and discharging modular rated energy systems
EP4135999A4 (en) 2020-04-14 2024-04-10 TAE Technologies, Inc. MODULAR CASCADED ENERGY SYSTEMS WITH A COOLING DEVICE AND WITH INTERCHANGEABLE ENERGY SOURCE CAPABILITY
EP4149791A4 (en) 2020-05-14 2024-05-29 TAE Technologies, Inc. SYSTEMS, DEVICES AND METHODS FOR RAIL-BASED AND OTHER ELECTRIC VEHICLES WITH MODULAR CASCADED POWER SYSTEMS
WO2022067198A1 (en) 2020-09-28 2022-03-31 Tae Technologies, Inc. Multi-phase module-based energy system frameworks and methods related thereto
KR20230076831A (ko) 2020-09-30 2023-05-31 티에이이 테크놀로지스, 인크. 모듈 기반 캐스케이디드 에너지 시스템에서 위상 내 밸런싱 및 위상 간 밸런싱을 위한 시스템, 디바이스, 및 방법
JP2024528571A (ja) 2021-07-07 2024-07-30 ティーエーイー テクノロジーズ， インコーポレイテッド 再生可能エネルギー源とインターフェースで接続するように構成されたモジュールベースのカスケード式エネルギーシステムのためのシステム、デバイス、および方法
CN116232100B (zh) * 2023-03-17 2023-10-24 江苏吉泰科电气有限责任公司 减小开关器件发热不均衡的脉宽调制方法及系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080297100A1 (en) * 2007-05-31 2008-12-04 Silva Hiti Apparatus, systems, and methods for reducing voltage source inverter losses

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3708292B2 (ja) 1997-06-17 2005-10-19 三菱電機株式会社 Ｐｗｍインバータ装置の制御方法および制御装置
ATE476779T1 (de) * 2006-01-23 2010-08-15 Abb Oy Verfahren zum starten von pulsbreitmodulation
JP4776419B2 (ja) * 2006-03-30 2011-09-21 東芝三菱電機産業システム株式会社 同期制御方法及び同期制御装置
JP4957303B2 (ja) * 2007-03-14 2012-06-20 株式会社明電舎 交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法
EP1981164A3 (en) 2007-04-13 2016-12-07 Sanyo Electric Co., Ltd. Motor control device
CN101291118B (zh) * 2008-06-10 2010-08-04 株洲南车时代电气股份有限公司 一种多电平电压空间矢量的定位方法及装置
US8253360B2 (en) 2009-07-15 2012-08-28 GM Global Technology Operations LLC Vector controlled motor drive system implementing pulse width modulated (PWM) waveforms
US8503207B2 (en) 2010-09-29 2013-08-06 Rockwell Automation Technologies, Inc. Discontinuous pulse width drive modulation method and apparatus for reduction of common-mode voltage in power conversion systems
JP5333422B2 (ja) 2010-12-07 2013-11-06 株式会社デンソー 電力変換装置
DE102011088242A1 (de) 2011-12-12 2013-06-13 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zum Betrieb einer Drehfeldmaschine
DE102012210658A1 (de) 2012-06-22 2013-12-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechselrichters
JP5920300B2 (ja) 2013-09-18 2016-05-18 株式会社デンソー 電力変換装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
US9537427B2 (en) * 2014-05-30 2017-01-03 Hamilton Sundstrand Corporation Pulse-width modulation control of paralleled inverters
CN204258691U (zh) * 2014-12-18 2015-04-08 王贵峰 两相变频器拓扑结构
DE102016106472A1 (de) 2016-04-08 2017-10-12 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Regeln einer Leistungselektronik
CN106059361B (zh) * 2016-06-16 2019-02-05 苏州大学 一种逆变器定频模型预测控制方法及装置
CN106253723B (zh) * 2016-08-11 2019-05-10 中车株洲电力机车研究所有限公司 一种基于空间电压矢量的波形调制方法及装置
EP3605835B1 (en) * 2017-03-28 2021-11-10 Daikin Industries, Ltd. Pulse width modulation method
CN107302318B (zh) * 2017-08-02 2019-06-07 南昌工程学院 一种基于h桥级联多电平逆变器的移相空间矢量调制方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080297100A1 (en) * 2007-05-31 2008-12-04 Silva Hiti Apparatus, systems, and methods for reducing voltage source inverter losses

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Patricio Cortes et al., "Predictive Current Control Strategy With Imposed Load Current Spectrum", IEEE Transactions on Power Electronics ( Volume: 23, Issue: 2, March 2008) *
Samir Kouro et al., "Model Predictive Control-A Simple and Powerful Method to Control Power Converters", IEEE Transactions on Industrial Electronics (Volume: 56, Issue: 6, June 2009) *

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Publication number Publication date
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DE102017126840A1 (de) 2019-05-16

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