KR20220060573A - 온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치가 개시된다. 본 발명의 균등 전류제어 장치는 다상의 구조 또는 복수의 전력변환 모듈을 병렬로 연결된 직류전력회로에서 분배된 병렬구조의 연결단에 온도 센서를 각각 구비하는 센서부 및 센서부로부터 측정된 각 연결단마다의 온도 데이터를 이용하여 각 연결단의 전류량을 산출하고, 산출된 전류량을 이용하여 연결단의 출력이 균등하게 출력되도록 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치{Uniform current control device using temperature data}
본 발명은 전류제어 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다상의 구조 또는 복수의 모듈을 병렬 구동하는 경우, 온도 데이터를 이용하여 전류가 동일하게 분배되도록 제어하는 온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치에 관한 것이다.
최근 직류전력회로의 효율성 향상을 위하여 다상의 구조 또는 복수의 전력변환 모듈을 병렬 구동하여 운용하는 구조를 현재 산업계에서 많이 사용하고 있다.
한편 이러한 회로의 이상적 구조라면 상 또는 전력변환 모듈 간에 정확히 동일한 전류가 분배되어야 하지만 여러 물리적인 제어 요소로 인하여 동일한 전류가 아닌 불평형하게 전류가 분배된다(도 1). 이에 따라 상대적으로 높은 전류를 감당해야 하는 부분에서는 성능이 저하되거나, 제품의 내구성이 하락하는 주요 요인이 되고 있다.
이를 해결하기 위해 종래에는 평형 전류 제어를 위한 추가적인 전류센서를 추가하거나, 별도의 제어 솔루션을 추가하는 방식으로 해결을 하였으나, 이는 시스템이 복잡해지고, 단가상승으로 이어지는 문제점을 가지고 있다(도 2).
한국등록특허공보 제10-1916789호(2018.11.08.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다상의 구조 또는 복수의 전력변환 모듈을 병렬로 사용할 때, 온도 데이터를 이용하여 전류를 균등하게 분배하는 온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치는 다상의 구조 또는 복수의 전력변환 모듈을 병렬로 연결된 직류전력회로에서 분배된 병렬구조의 연결단에 온도 센서를 각각 구비하는 센서부 및 상기 센서부로부터 측정된 각 연결단마다의 온도 데이터를 이용하여 각 연결단의 전류량을 산출하고, 상기 산출된 전류량을 이용하여 상기 연결단의 출력이 균등하게 출력되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
또한 상기 제어부는, 주울 열(Joule’s Heat)이 전류의 자승에 비례한 성질을 기초로 상기 온도 데이터를 이용하여 상기 전류량을 역산하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 주울 열이 전류의 자승에 비례한 성질을 기초로 상기 온도 데이터를 이용하여 각 연결단마다 전류 편차를 산출하고, 상기 산출된 전류 편차를 이용하여 각 연결단의 전류량을 상대적으로 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치는 다상의 구조 또는 복수의 전력변환 모듈을 병렬로 연결된 교류전력회로에서 분배된 병렬구조의 연결단에 온도 센서를 각각 구비하는 센서부, 상기 교류전력회로의 입력단에 구비되고, 전원부로부터 출력되는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류기 및 상기 센서부로부터 측정된 각 연결단마다의 온도 데이터를 이용하여 각 연결단의 전류량을 산출하며, 상기 산출된 전류량을 이용하여 상기 연결단의 출력이 균등하게 출력되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치는 다상의 구조 또는 복수의 전력변환 모듈을 병렬로 연결된 교류전력회로에서 분배된 병렬구조의 연결단에 온도 센서를 각각 구비하는 센서부 및 상기 교류전력회로의 교류전류를 좌표 변환하여 직류전류로 변환하고, 상기 센서부로부터 측정된 각 연결단마다의 온도 데이터를 이용하여 각 연결단의 전류량을 산출하며, 상기 산출된 전류량을 이용하여 상기 연결단의 출력이 균등하게 출력되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
또한 상기 제어부는, DQ(Direct Quadrature) 변환을 이용하여 상기 좌표 변환을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 주울 열이 전류의 자승에 비례한 성질을 기초로 상기 온도 데이터를 이용하여 상기 전류량을 역산하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 주울 열이 전류의 자승에 비례한 성질을 기초로 상기 온도 데이터를 이용하여 각 연결단마다 전류 편차를 산출하고, 상기 산출된 전류 편차를 이용하여 각 연결단의 전류량을 상대적으로 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치는 다상의 구조 또는 복수의 전력변환 모듈을 병렬로 사용할 때, 가격이 비교적 저렴한 온도 센서만을 추가한 후, 온도 데이터를 이용하여 전류를 균등하게 분배할 수 있다.
이를 통해 종래의 상대적으로 높은 전류를 감당해야 하는 부분에서의 성능 저하 또는 제품의 내구성 하락을 미연에 차단할 수 있다.
도 1은 종래의 2상 인터리브드 컨버터에서 전류가 불평형하게 출력되는 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 2상 인터리브드 컨버터에서 전류 불평형이 발생되는 지점에 전류 센서를 적용하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 직류전력변환 회로에서 구현된 균등 전류제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 교류전력변환 회로에서 구현된 균등전류제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3상 교류 전류의 좌표 변환을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 출력 전류의 불평형 및 평형을 설명하기 위한 도면이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 직류전력변환 회로에서 구현된 균등 전류제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3를 참조하면, 균등 전류제어 장치(100)는 다상의 구조 또는 복수의 전력변환 모듈을 병렬로 사용할 때, 온도 데이터를 이용하여 전류를 균등하게 분배한다. 이때 균등 전류제어 장치(100)는 직류전력변환 회로에서 구현될 수 있다. 균등 전류제어 장치(100)는 센서부(10) 및 제어부(30)를 포함하고, 저장부(50)를 더 포함할 수 있다.
센서부(10)는 다상의 구조 또는 복수의 전력변환 모듈을 병렬로 연결된 직류전력회로에서 분배된 병렬구조의 연결단에 각각 구비된다. 즉 센서부(10)는 각 연결단에 온도를 측정하는 온도 센서(10a, 10b)를 구비한다. 온도 센서(10a, 10b)는 각 연결단의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 제어부(30)로 전달한다. 여기서 연결단은 병렬 구조로 이루어진 회로구간을 의미한다.
제어부(30)는 센서부(10)로부터 측정된 각 연결단마다의 온도 데이터를 이용하여 각 연결단의 전류량을 산출한다. 상세하게는 제어부(30)는 주울 열(Joule’s Heat)이 전류의 자승에 비례한 성질을 기초로 온도 데이터를 이용하여 간접적으로 전류량을 역산하여 전류량을 산출한다. 또한 제어부(30)는 주울 열이 전류의 자승에 비례한 성질을 기초로 온도 데이터를 이용하여 각 연결단마다 전류 편차를 산출하고, 산출된 전류 편차를 이용하여 전류량을 상대적으로 산출할 수 있다. 이를 통해 제어부(30)는 각 연결단에서 출력되는 전류량 상태를 확인할 수 있다. 제어부(30)는 확인된 전류량 상태로부터 출력되는 전류량이 균등하지 않다고 판단하면 전류량이 균등해지도록 전류 평형을 위한 알고리즘 또는 제어 기법을 통해 전류를 제어할 수 있다.
저장부(50)는 균등 전류제어 장치(100)가 구동되도록 하는 프로그램 또는 알고리즘이 저장된다. 저장부(50)는 센서부(10)로부터 측정된 온도 데이터가 저장되고, 제어부(30)로부터 산출된 각 연결단의 전류량이 저장된다. 저장부(50)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 교류전력변환 회로에서 구현된 균등전류제어 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3상 교류 전류의 좌표 변환을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 균등 전류제어 장치(200)는 다상의 구조 또는 복수의 전력변환 모듈을 병렬로 사용할 때, 온도 데이터를 이용하여 전류를 균등하게 분배한다. 이때 균등 전류제어 장치(200)는 교류전력변환 회로에서 구현될 수 있다. 균등 전류제어 장치(200)는 센서부(210) 및 제어부(230)를 포함하고, 정류기(220) 및 저장부(250)를 더 포함할 수 있다.
센서부(210)는 다상의 구조 또는 복수의 전력변환 모듈을 병렬로 연결된 교류전력회로에서 분배된 병렬구조의 연결단에 각각 구비된다. 즉 센서부(210)는 각 연결단에 온도를 측정하는 온도 센서(210a, 210b)를 구비한다. 온도 센서(210a, 210b)는 각 연결단의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 제어부(230)로 전달한다. 여기서 연결단은 병렬 구조로 이루어진 회로구간을 의미한다.
정류기(220)는 교류전력회로의 입력단에 구비되고, 전원부로부터 출력되는 교류전력을 직류전력으로 변환한다. 정류기(220)는 정류작용을 통해 교류전력을 직류전원으로 변환하며, 대부분의 전원장치에 실리콘 다이오드를 사용하고, 제어정류기 응용 부분에서는 사이리스터가 광범위하게 사용된다.
제어부(230)는 센서부(210)로부터 측정된 각 연결단마다의 온도 데이터를 이용하여 각 연결단의 전류량을 산출한다. 이때 제어부(230)는 도 3에 도시된 제어부(30)와 같이 주울 열이 전류의 자승에 비례한 성질을 기초로 온도 데이터를 이용하여 간접적으로 전류량을 역산하여 전류량을 산출하거나, 각 연결단마다 전류 편차를 산출하고, 산출된 전류 편차를 이용하여 전류량을 상대적으로 산출할 수 있다. 이를 통해 제어부(230)는 각 연결단에서 출력되는 전류량 상태를 확인할 수 있다. 제어부(230)는 확인된 전류량 상태로부터 출력되는 전류량이 균등하지 않다고 판단하면 전류량이 균등해지도록 전류 평형을 위한 알고리즘 또는 제어 기법을 통해 전류를 제어할 수 있다.
한편 정류기(220)가 포함되지 않은 교류전력회로에서 균등 전류제어 장치(200)가 구동되는 경우, 제어부(230)는 교류전력회로의 교류전류를 좌표 변환하여 직류전류로 변환한 다음 전류량을 산출할 수 있다. 이때 제어부(230)는 DQ(Direct Quadrature) 변환을 이용하여 좌표 변환을 수행할 수 있다.
저장부(250)는 균등 전류제어 장치(200)가 구동되도록 하는 프로그램 또는 알고리즘이 저장된다. 저장부(250)는 센서부(210)로부터 측정된 온도 데이터가 저장되고, 제어부(230)로부터 산출된 각 연결단의 전류량이 저장된다. 저장부(250)는 플래시 메모리 타입, 하드디스크 타입, 미디어 카드 마이크로 타입, 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램, SRAM, 롬, EEPROM, PROM, 자기메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 출력 전류의 불평형 및 평형을 설명하기 위한 도면이다. 도 6(a)은 출력 전류의 불평형을 도시한 도면이고, 도 6(b)은 출력 전류의 평형을 도시한 도면이다.
도 3, 도 4 및 도 6을 참조하면, 균등 전류제어 장치(100, 200)는 출력 전류를 평형으로 출력하도록 제어한다.
예를 들어 총 16A를 출력하는 4개의 동일한 파워 스택이 병렬로 연결된 경우, 각 파워 스택은 4A씩 동일하게 출력해야 하지만 여러 물리적인 제어 요소로 인해 전류가 불평형하게 출력되는 문제가 발생하며, 균등 전류제어 장치(100)는 이러한 문제를 해결한다. 즉 균등 전류제어 장치(100, 200)는 온도 데이터를 이용하여 전류량을 산출한 후, 산출된 전류량을 이용하여 각 파워 스택에서 4A씩 동일하게 출력되도록 제어할 수 있다.
상술된 바와 같이 균등 전류제어 장치(100)는 다상의 구조 또는 복수의 전력변환 모듈을 병렬로 사용할 때, 가격이 비교적 저렴한 온도 센서만을 추가한 후, 온도 데이터를 이용하여 전류를 균등하게 분배할 수 있다. 이를 통해 균등 전류제어 장치(100)는 종래의 상대적으로 높은 전류를 감당해야 하는 부분에서의 성능 저하 또는 제품의 내구성 하락을 미연에 차단할 수 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 이탈함없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
10, 210: 센서부
10a, 10b, 210a, 210b: 온도 센서
30, 230: 제어부
50, 250: 저장부
100, 200: 균등 전류제어 장치
220: 정류기

Claims (8)

  1. 다상의 구조 또는 복수의 전력변환 모듈을 병렬로 연결된 직류전력회로에서 분배된 병렬구조의 연결단에 온도 센서를 각각 구비하는 센서부; 및
    상기 센서부로부터 측정된 각 연결단마다의 온도 데이터를 이용하여 각 연결단의 전류량을 산출하고, 상기 산출된 전류량을 이용하여 상기 연결단의 출력이 균등하게 출력되도록 제어하는 제어부;
    를 포함하는 온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    주울 열(Joule’s Heat)이 전류의 자승에 비례한 성질을 기초로 상기 온도 데이터를 이용하여 상기 전류량을 역산하는 것을 특징으로 하는 온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    주울 열이 전류의 자승에 비례한 성질을 기초로 상기 온도 데이터를 이용하여 각 연결단마다 전류 편차를 산출하고, 상기 산출된 전류 편차를 이용하여 각 연결단의 전류량을 상대적으로 산출하는 것을 특징으로 하는 온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치.
  4. 다상의 구조 또는 복수의 전력변환 모듈을 병렬로 연결된 교류전력회로에서 분배된 병렬구조의 연결단에 온도 센서를 각각 구비하는 센서부;
    상기 교류전력회로의 입력단에 구비되고, 전원부로부터 출력되는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류기; 및
    상기 센서부로부터 측정된 각 연결단마다의 온도 데이터를 이용하여 각 연결단의 전류량을 산출하며, 상기 산출된 전류량을 이용하여 상기 연결단의 출력이 균등하게 출력되도록 제어하는 제어부;
    를 포함하는 온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치.
  5. 다상의 구조 또는 복수의 전력변환 모듈을 병렬로 연결된 교류전력회로에서 분배된 병렬구조의 연결단에 온도 센서를 각각 구비하는 센서부; 및
    상기 교류전력회로의 교류전류를 좌표 변환하여 직류전류로 변환하고, 상기 센서부로부터 측정된 각 연결단마다의 온도 데이터를 이용하여 각 연결단의 전류량을 산출하며, 상기 산출된 전류량을 이용하여 상기 연결단의 출력이 균등하게 출력되도록 제어하는 제어부;
    를 포함하는 온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    DQ(Direct Quadrature) 변환을 이용하여 상기 좌표 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치.
  7. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    주울 열이 전류의 자승에 비례한 성질을 기초로 상기 온도 데이터를 이용하여 상기 전류량을 역산하는 것을 특징으로 하는 온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치.
  8. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    주울 열이 전류의 자승에 비례한 성질을 기초로 상기 온도 데이터를 이용하여 각 연결단마다 전류 편차를 산출하고, 상기 산출된 전류 편차를 이용하여 각 연결단의 전류량을 상대적으로 산출하는 것을 특징으로 하는 온도 데이터를 이용한 균등 전류제어 장치.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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