KR20220072470A - Dc/dc 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법 및 장치 - Google Patents

Dc/dc 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법 및 장치에 관한 것으로, DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법은 동작 가능 DC/DC 컨버터 대수, 부하전류지령 및 전류에 따른 효율 테이블을 입력받는 단계, 상기 동작 가능 DC/DC 컨버터 대수에 기초한 상기 부하전류지령과 DC 컨버터 1대의 최대 전류를 비교하는 단계, 동작할 DC/DC 컨버터 수를 결정하는 단계, 상기 동작 할 DC/DC 컨버터들에 대해 배분 비율을 조절하면서 최대 효율을 계산하는 단계, 및 최대 효율과 평균 효율을 비교하여 최적의 배분 비율을 결정하는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명은 DC/DC 컨버터의 효율을 높일 수 있다.

Description

DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법 및 장치{POWER ALLOCATION METHOD AND APPARATUS FOR INCREASE EFFICIENCY OF DC/DC CONVERTER}
본 발명은 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부하 용량에 따라 동작하는 DC/DC 컨버터의 개수를 제어하고 전력을 할당하여 DC/DC 컨버터의 효율을 높일 수 있는 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법 및 장치에 관한 것이다.
연료전지는 태양광이나 풍력과 달리 사용자 요구특성에 따른 출력 제어가 가능한 대표적 신재생 분산 에너지원으로 최근 무인항공기, 자동차, 잠수함 등 이동형 시스템의 전력 공급원으로 널리 사용되고 있다. 이러한 이동형 시스템에 적용되는 연료전지 스택의 소형화와 고출력화는 시스템의 무게 감소와 효율 향상에 매우 중요한 요소이다.
한편, 고출력 연료전지 스택의 효율적 전력변환을 위해 DC/DC 컨버터가 사용되고 있는데, 이러한 DC/DC 컨버터는 동일 용량 모듈을 인터리빙 방식으로 병렬 구성하면 처리 전력의 증가와 전류 리플의 감소가 비교적 손쉽게 가능한 특성을 보인다.
그런데, 이러한 병렬 구성방식은 신뢰성 향상과 전력처리 용량 증가에 매우 유리한 구조이지만 병렬 모듈간 전력처리 불균형이 발생하기 쉽고 전체 부하 운전구간에서 고효율 동작이 어려운 단점이 있다. 특히, 컨버터의 수가 증가할수록 시스템의 손실이 커져 경부하에서 효율이 매우 낮아지게 된다.
한국등록특허 제10-1052847(2011.07.25)호는 컨버터제어장치에 관한 것으로, 제1전원으로서의 2차 전지와 제2전원으로서의 연료전지와의 사이에 3개의 컨버터회로를 병렬 접속하여 구성되는 컨버터장치가 설치되고, 3개의 컨버터회로에 대응하는 3개의 리액터에 2개의 차동 전류계를 설치하고, 2개의 차동 전류계의 검출값에 의거하여 컨버터장치를 통과하는 전력을 산출하는 통과전력 산출 모듈과 컨버터장치를 구성하는 각 컨버터회로의 사이에서 통과전력의 균등화를 행하는 전력 균등화 모듈과 통과전력에 따라 컨버터장치의 구동 상수를 변경하는 구동 상수 변경 모듈과 컨버터장치를 제어하여 원하는 전압 변환을 실행시키는 전압 변환제어 모듈을 포함한다.
한국공개특허 제10-2019-0052353(2019.05.16)호는 모듈들을 그룹별로 제어하는 컨버터시스템 및 방법에 관한 것으로, 입력노드 및 출력노드를 공유하며 서로 병렬로 연결되는 복수의 컨버터모듈, 상기 복수의 컨버터모듈을 복수의 컨버터그룹으로 그룹핑하는 제어기, 및 상기 복수의 컨버터그룹 각각에 대응하여 배치되고 상기 컨버터그룹의 처리전력량에 대응되는 제1변수와 상기 처리전력량을 최적 효율로 처리할 수 있는 상기 컨버터그룹 내의 상기 컨버터모듈의 개수에 대응되는 제2변수를 매핑시킨 효율맵을 저장하고 상기 컨버터그룹의 입력전력 혹은 출력전력에 대한 센싱값에 따라 제1변수값을 설정하고 상기 제1변수값을 상기 효율맵에 대입시켜 제2변수값을 산출하며 상기 컨버터그룹 내에서 상기 제2변수값에 해당하는 수의 상기 컨버터모듈을 액티브 컨버터모듈로 선택하고 상기 액티브 컨버터모듈로 인에이블(Enable) 신호를 송신하는 복수의 모듈선택기를 포함하는 컨버터시스템을 제공한다.
한국등록특허 제10-1052847(2011.07.25)호 한국공개특허 제10-2019-0052353(2019.05.16)호
본 발명의 일 실시예는 부하 용량에 따라 동작하는 DC/DC 컨버터의 개수를 제어하고 전력을 할당하여 DC/DC 컨버터의 효율을 높일 수 있는 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전류 배분 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 DC/DC 컨버터의 전류에 따른 효율 테이블을 기반으로 하여 동작할 DC/DC 컨버터의 개수를 설정하고 동작할 DC/DC 컨버터의 개수에 따라서 최대 효율을 갖는 전력 할당 비율을 결정하여 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 결정된 비율에 따라 전력을 할당할 수 있는 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 최대 효율과 평균 효율을 비교하여 평균 효율이 높은 경우에는 동작할 DC/DC 컨버터들에 대해 전력을 균등 분배하고 최대 효율이 높은 경우에는 동작할 DC/DC 컨버터들에 대해 최대 효율일 때의 할당비에 따라 차등 분배하여 DC/DC 컨버터의 효율을 증대시켜 극대화할 수 있는 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법은 동작 가능 DC/DC 컨버터 대수, 부하전류지령 및 전류에 따른 효율 테이블을 입력받는 단계, 상기 동작 가능 DC/DC 컨버터 대수에 기초한 상기 부하전류지령과 DC 컨버터 1대의 최대 전류를 비교하는 단계, 동작할 DC/DC 컨버터 수를 결정하는 단계, 상기 동작 할 DC/DC 컨버터들에 대해 배분 비율을 조절하면서 최대 효율을 계산하는 단계, 및 최대 효율과 평균 효율을 비교하여 최적의 배분 비율을 결정하는 단계를 포함한다.
상기 최대 전류 비교단계는 DC/DC 컨버터 1대부터 최대 상기 동작 가능 DC/DC 컨버터 대수만큼 동작시 평균 효율을 구하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 동작할 DC/DC 컨버터 수 결정 단계는 상기 평균 효율이 가장 높은 동작 대수를 동작할 DC/DC 컨버터 수로 결정할 수 있다.
상기 최대 효율 계산 단계는 상기 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 전류값을 초기 배분 비율로 할당하는 단계, 최대 효율 계산 범위를 설정하고 최대 효율을 초기값으로 설정하는 단계, 상기 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 할당된 배분 비율을 상기 최대 효율 계산 범위 내에서 조절하면서 상기 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 효율을 구하고 평균을 산출하여 산출한 평균과 최대 효율을 비교하는 단계, 및 상기 비교결과, 산출한 평균이 최대 효율 보다 크면 산출한 평균을 최적의 최대 효율로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 초기 배분비율 할당 단계는 상기 동작할 DC/DC 컨버터들 중 1대에는 최대 전류를 할당하고 나머지 대수에는 부하전류지령에서 최대전류를 뺀 나머지 전류를 균등 배분하여 할당할 수 있다.
상기 최대 효율 비교 단계는 상기 동작할 DC/DC 컨버터들에 할당된 전류가 동일하게 될 때까지 할당 전류를 조절하여 최대 효율의 전류지령 값을 계산할 수 있다.
상기 배분 비율 결정 단계는 상기 최적의 최대 효율과 평균 효율을 비교하고, 최적의 최대 효율이 평균 효율 보다 크면 최적의 최대 효율의 전력 배분 비율로 상기 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 전류지령을 설정하고 평균 효율 보다 작으면 상기 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 상기 부하전류지령을 균등 배분하여 설정할 수 있다.
실시예들 중에서, DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 장치는 전력 공급원, 동작 가능한 복수의 DC/DC 컨버터들, DC/DC 컨버터의 전류에 따른 효율 그래프를 포함하는 효율 테이블부, 및 부하전류지령과 동작 가능한 DC/DC 컨버터 대수를 입력받고 상기 효율 테이블부의 효율 그래프를 활용하여 최대 효율을 계산하고 최대 효율에 따른 동작할 DC/DC 컨버터 수를 구하고 동작할 DC/DC 컨버터들 각각의 최대 효율의 전력 배분 비율을 결정하여 상기 복수의 DC/DC 컨버터들 중 동작할 DC/DC 컨버터 수만큼의 DC/DC 컨버터에 동작 신호와 함께 결정된 전력 배분 비율에 따라 상기 전력 공급원에서 공급되는 전력을 배분하여 할당되도록 제어하는 전력 할당 제어부를 포함한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법 및 장치는 부하 용량에 따라 동작하는 DC/DC 컨버터의 개수를 제어하고 전력을 할당하여 DC/DC 컨버터의 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법 및 장치는 DC/DC 컨버터의 전류에 따른 효율 테이블을 기반으로 하여 동작할 DC/DC 컨버터의 개수를 설정하고 전력 할당 효율에 따라 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 전력을 할당할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법 및 장치는 최대 효율과 평균 효율을 비교하여 평균 효율이 높은 경우에는 동작할 DC/DC 컨버터들에 대해 전력을 균등 분배하고 최대 효율이 높은 경우에는 동작할 DC/DC 컨버터들에 대해 최대 효율일 때의 할당비에 따라 차등 분배하여 DC/DC 컨버터의 효율을 증대시켜 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 효율 테이블부에 저장되는 효율 그래프를 나타내는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 도 3에 있는 최대 효율 계산 및 배분 비율 결정 과정을 설명하기 위한 상세 순서도이다.
도 5a-5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 할당 방법에 의해 전력 할당 시 DC/DC 컨버터의 효율 곡선을 나타내는 그래프이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 장치를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전력 할당 장치(100)는 전력 공급원(110), 복수의 DC/DC 컨버터들(120), 효율 테이블부(130) 및 전력 할당 제어부(140)를 포함할 수 있다.
전력 공급원(110)은 부하(미도시)의 구동에 필요한 전력을 공급하며, 배터리 또는/및 슈퍼캐패시터로 구현될 수 있다.
복수의 DC/DC 컨버터들(120)은 병렬로 연결되며, 전력 할당 제어부(140)의 제어에 따라 동작 가능 또는 불능 상태가 될 수 있다. 복수의 DC/DC 컨버터들(120) 중 동작 가능 상태의 DC/DC 컨버터들은 전력 할당 제어부(140)를 통해 전력을 균등 분배받거나 또는 최대효율의 비율로 분배받아 DC/DC 변환하여 부하로 전달한다.
효율 테이블부(130)는 DC/DC 컨버터의 전류에 따른 효율 그래프를 저장할 수 있다.
도 2는 도 1에 있는 효율 테이블부에 저장되는 효율 그래프를 나타내는 예시도이다.
도 2를 참조하면, 효율 그래프의 DC/DC 컨버터 1대의 부하에 따른 효율로, 가로축은 전류값을 나타내고, 세로축은 효율을 나타낸다. 여기에서, 세로축의 숫자 “1”은 효율 100%를 의미한다. 이러한 효율 그래프는 실험을 통해 획득될 수 있고, 또는 계산이나 모델링을 통해 획득될 수 있다.
DC/DC 컨버터의 전류에 따른 효율 그래프가 저장된 효율 테이블부(130)를 활용하여 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 전류에 따른 효율성을 판단하고 최대 효율의 전력 배분 비율을 결정하는 지표로 사용할 수 있다.
전력 할당 제어부(140)는 효율 테이블부(130)에 저장된 효율 그래프를 이용하여 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당을 제어할 수 있다.
다시, 도 1로 돌아가서, 전력 할당 제어부(140)는 부하전류지령(lot)과 동작 가능 DC/DC 컨버터 대수(N_MAX)를 입력받고 효율 테이블부(130)에 저장된 효율 그래프를 활용하여 최대 효율을 계산할 수 있다. 전력 할당 제어부(140)는 최대 효율에 따른 동작할 DC/DC 컨버터 수(N)를 구하고 동작할 DC/DC 컨버터들 각각의 최대 효율의 전력 배분 비율을 결정할 수 있다. 전력 할당 제어부(140)는 복수의 DC/DC 컨버터들(120) 중 동작할 DC/DC 컨버터 수만큼의 DC/DC 컨버터에 동작 신호(Enable Signal)를 인가한다. 복수의 DC/DC 컨버터들(120) 중 전력 할당 제어부(140)로부터 동작 신호(Enable Signal)를 인가받은 DC/DC 컨버터는 동작 가능 상태가 된다. 일 실시예에서, 전력 할당 제어부(140)는 병렬 연결되어 있는 복수의 DC/DC 컨버터들(120) 중 연결 순서대로 또는 미리 설정한 순번대로 동작할 DC/DC 컨버터 수만큼 DC/DC 컨버터들을 선택하여 동작 신호를 인가할 수 있다.
전력 할당 제어부(140)는 동작 가능 상태에 있는 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 최대 효율의 전력 배분 비율에 따라 전력 공급원(110)에서 공급되는 전력을 배분하여 할당할 수 있다. 일 실시예에서, 전력 할당 제어부(140)는 부하전류지령(lot)에 따라 DC/DC 컨버터가 최대 효율로 동작하기 위한 DC/DC 컨버터의 수를 구하고, 동작할 DC/DC 컨버터들에 대해 전력 배분 비율을 특정 범위 내에서 조절하면서 가장 평균 효율이 높은 전력 배분 비율을 도출하여 최대 효율의 전력 배분 비율을 결정할 수 있다. 여기에서, 전력 할당 제어부(140)는 동작할 DC/DC 컨버터들의 평균 효율이 전력 균등 배분한 경우의 효율 보다 낮으면 동작할 DC/DC 컨버터들에 대해 전력을 균등 배분할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 동작 가능 DC/DC 컨버터 대수(N_MAX), 부하전류지령(lot) 및 전류에 따른 효율 테이블(E)을 입력받는다(단계 S310). 여기에서, 동작 가능 DC/DC 컨버터 대수(N_MAX)는 부하에 대해 병렬 연결되어 있는 동작 가능한 복수의 DC/DC 컨버터들(120)의 총 개수를 의미한다. 부하전류지령(lot)은 부하 측에 공급된 전류값 또는 전력값을 의미한다. 전류에 따른 효율 테이블(E)은 사전에 실험을 통해 획득한 DC/DC 컨버터 1대에 대한 전류에 따른 효율 그래프로, DC/DC 컨버터의 효율성 판단을 위한 지표가 될 수 있다.
그런 다음, 동작 가능 DC/DC 컨버터 대수(N_MAX)에 기초한 부하전류지령(lot)과 DC/DC 컨버터 1대의 최대 전류(Max_i)를 비교한다(단계 S330). 일 실시예에서, 동작 가능 DC/DC 컨버터 대수(N_MAX)가 n대(여기에서, n은 적어도 2 이상의 자연수)인 경우에 부하전류지령(lot)을 1부터 최대 n-1까지 1씩 증가해가면서 순차적으로 나눈 전류값이 최대 전류(Max_i) 보다 작으면 동작 가능 DC/DC 컨버터들 각각의 전류에 대한 효율을 구한 후 평균 효율(En)을 구한다.
그런 다음, 동작할 DC/DC 컨버터 수(N)를 결정한다(단계 S350). 일 실시예에서, 동작할 DC/DC 컨버터 수(N)는 부하전류지령(lot)을 n-1로 나눈 전류값이 최대 전류(Max_i) 보다 크거나 같으면 n-1를 동작할 DC/DC 컨버터 수(N)로 결정한다.
그런 다음, 동작할 DC/DC 컨버터들에 대해 배분 비율을 조절하면서 최대 효율을 계산한다(단계 370). 일 실시예에서, 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 1대에는 최대 전류(Max_i)를 배분한 후 비율을 다운시키고 남은 대수에는 남은 전류를 균등 배분한 후 비율을 업시키면서 효율을 반복적으로 구하여 최대 효율(Max_eff)을 계산할 수 있다.
그런 다음, 최대 효율(Max_eff)과 평균 효율(En)을 비교하여 최적의 배분 비율을 결정한다(단계 S390). 일 실시예에서, 최대 효율(Max_eff)이 평균 효율(En) 보다 크면 최대 효율(Max_eff)의 전류 배분 비율로 동작할 DC/DC 컨버터들에 동작 신호와 함께 전류 지령을 내보내고, 최대 효율(Max_eff)이 평균 효율(En) 보다 작으면 동작할 DC/DC 컨버터들에 동작 신호와 함께 전력 균등 분배를 위한 전류 지령을 내보낸다.
도 4는 도 3에 있는 최대 효율 계산 및 배분 비율 결정 과정을 설명하기 위한 상세 순서도이다.
도 4를 참조하면, 동작할 DC/DC 컨버터 수(N)가 4인 경우에 최대 효율 단계는 4대의 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 전류값을 초기 배분 비율로 할당한다(단계 S410). 일 실시예에서, 제1 DC/DC 컨버터(IM1)에는 최대 전류(Max_i)를 할당하고, 나머지 제2 내지 제4 DC/DC 컨버터(IM2~IM4)에는 부하전류지령(lot)에서 제1 DC/DC 컨버터(IM1)에 할당된 최대 전류(Max_i)를 뺀 나머지 전류에 대해 N-1의 비율로 균등 배분한 균등 배분 전류를 할당한다.
그런 다음, 최대 효율 계산 범위(Cnt_max)를 설정하고 계산 횟수(i) 및 최대 효율(Max_eff)을 “0”으로 초기값 설정한다(단계 S420). 일 실시예에서, 최대 효율 계산 범위(Cnt_max)는 최대 전류(Max_i)에 대해 부하전류지령(lot)을 동작할 DC/DC 컨버터 수(N)로 나눈 평균전류의 차분으로 구할 수 있는 이는 하기 수학식으로 정의될 수 있다.
[수학식]
Figure pat00001
예를 들어, 부하전류지령(lot)이 1100[mA], DC/DC 컨버터 1대의 최대 전류(Max_i)가 300[mA], 동작할 DC/DC 컨버터 수(N)가 4대인 경우, 최대 효율 계산 범위는 25로 설정되게 된다.
동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 효율 테이블에 설정된 효율 그래프를 통해 효율을 구한 후 평균(Fn)을 산출하고 산출한 평균(Fn)과 최대 효율(Max_eff)을 비교한다(단계 S430, S440).
단계 S440의 비교결과, 산출한 평균(Fn)이 최대 효율(Max_eff) 보다 크면 최대 효율(Max_eff)을 산출한 평균(Fn)으로 설정한다(단계 S450).
그런 다음, 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 할당된 전력 배분 비율을 조절하고(단계 S460), 최대 효율 계산 범위 내에서 단계 S430부터 단계를 반복 수행하여 최적의 최대 효율(Max_eff)을 계산한다(단계 S470).
배분 비율 결정 단계에서는 최적의 최대 효율(Max_eff)과 평균 효율(En)을 비교한다(단계 S480).
비교결과, 최적의 최대 효율(Max_eff)이 평균 효율(En) 보다 크면 최적의 최대 효율(Max_eff)의 전력 배분 비율로 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 전류지령을 설정하고(단계 S490), 평균 효율(En) 보다 작으면 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 부하전류지령을 균등 배분한다(단계 S495).
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 할당 방법에 의해 전력 할당 시 DC/DC 컨버터의 효율 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 5a는 동작할 DC/DC 컨버터의 수(N), 동작한 DC/DC 컨버터들 각각의 최대 효율 추적을 위한 전류 배분 비율, 최대 효율의 전류 배분 비율 및 부하전류지령(lot) 각각의 파형을 나타낸다.
도 5b는 최대 효율 추적 제어 적용시 효율과 DC/DC 컨버터 동작 시 효율 및 전류에 따른 DC/DC 컨버터 동작 시 효율을 각각 나타내는 파형이다. 특히, 도 5b에 나타낸 바와 같이 전류에 따른 DC/DC 컨버터 동작 시 효율이 떨어질 때 최대 효율 추적 제어를 적용하여 효율을 높일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 장치
110: 전력 공급원 120: 복수의 DC/DC 컨버터들
130: 효율 테이블부 140: 전력 할당 제어부

Claims (8)

  1. 동작 가능 DC/DC 컨버터 대수, 부하전류지령 및 전류에 따른 효율 테이블을 입력받는 단계;
    상기 동작 가능 DC/DC 컨버터 대수에 기초한 상기 부하전류지령과 DC 컨버터 1대의 최대 전류를 비교하는 단계;
    동작할 DC/DC 컨버터 수를 결정하는 단계;
    상기 동작 할 DC/DC 컨버터들에 대해 배분 비율을 조절하면서 최대 효율을 계산하는 단계; 및
    최대 효율과 평균 효율을 비교하여 최적의 배분 비율을 결정하는 단계를 포함하는 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 최대 전류 비교단계는
    DC/DC 컨버터 1대부터 최대 상기 동작 가능 DC/DC 컨버터 대수만큼 동작시 평균 효율을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 동작할 DC/DC 컨버터 수 결정 단계는
    상기 평균 효율이 가장 높은 동작 대수를 동작할 DC/DC 컨버터 수로 결정하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 최대 효율 계산 단계는
    상기 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 전류값을 초기 배분 비율로 할당하는 단계;
    최대 효율 계산 범위를 설정하고 최대 효율을 초기값으로 설정하는 단계;
    상기 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 할당된 배분 비율을 상기 최대 효율 계산 범위 내에서 조절하면서 상기 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 효율을 구하고 평균을 산출하여 산출한 평균과 최대 효율을 비교하는 단계; 및
    상기 비교결과, 산출한 평균이 최대 효율 보다 크면 산출한 평균을 최적의 최대 효율로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 초기 배분비율 할당 단계는
    상기 동작할 DC/DC 컨버터들 중 1대에는 최대 전류를 할당하고 나머지 대수에는 부하전류지령에서 최대전류를 뺀 나머지 전류를 균등 배분하여 할당하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 최대 효율 비교 단계는
    상기 동작할 DC/DC 컨버터들에 할당된 전류가 동일하게 될 때까지 할당 전류를 조절하여 최대 효율의 전류지령 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 배분 비율 결정 단계는
    상기 최적의 최대 효율과 평균 효율을 비교하고, 최적의 최대 효율이 평균 효율 보다 크면 최적의 최대 효율의 전력 배분 비율로 상기 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 전류지령을 설정하고 평균 효율 보다 작으면 상기 동작할 DC/DC 컨버터들 각각에 대해 상기 부하전류지령을 균등 배분하여 설정하는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 방법.
  8. 전력 공급원
    동작 가능한 복수의 DC/DC 컨버터들;
    DC/DC 컨버터의 전류에 따른 효율 그래프를 포함하는 효율 테이블부; 및
    부하전류지령과 동작 가능한 DC/DC 컨버터 대수를 입력받고 상기 효율 테이블부의 효율 그래프를 활용하여 최대 효율을 계산하고 최대 효율에 따른 동작할 DC/DC 컨버터 수를 구하고 동작할 DC/DC 컨버터들 각각의 최대 효율의 전력 배분 비율을 결정하여 상기 복수의 DC/DC 컨버터들 중 동작할 DC/DC 컨버터 수만큼의 DC/DC 컨버터에 동작 신호와 함께 결정된 전력 배분 비율에 따라 상기 전력 공급원에서 공급되는 전력을 배분하여 할당되도록 제어하는 전력 할당 제어부를 포함하는 DC/DC 컨버터의 효율 향상을 위한 전력 할당 장치.
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