(19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) H02M 1/42 (2007.01) G05F 1/70 (2006.01) H02M 3/145 (2006.01) H02M 3/155 (2006.01) (21) 출원번호 10-2013-0162516 (22) 출원일자 2013 년 12 월 24 일 심사청구일자 2015 년 11 월 26 일 (65) 공개번호 10-2015-0074593 (43) 공개일자 2015 년 07 월 02 일 (56) 선행기술조사문헌 김영신외 4 인, 계통전압강하 / 상승에서의탑재형충전기를위한 DCM PFC 부스트컨버터전압제어전략, 2013 년대한전기학회추계학술대회논문집,pp.242-244 (2013 년 10 월 25 일 ) 유석정외 4 인, 불연속전류모드를갖는역률제어회로의연속전류제어로인한입력과전류현상분석, 2013 년대한전기학회추계학술대회논문집 (2013 년 10 월 25 일 ) CN103187854 A JP11220875 A (45) 공고일자 2017년09월27일 (11) 등록번호 10-1782497 (24) 등록일자 2017년09월21일 (73) 특허권자 주식회사만도 경기도평택시포승읍하만호길 32 (72) 발명자 김영신 서울특별시송파구올림픽로 525 현대아파트 104 동 603 호 (74) 대리인 특허법인에이아이피 전체청구항수 : 총 30 항심사관 : 곽인구 (54) 발명의명칭부스트 PFC 의 DCM 영역입력전압확장제어장치및제어방법 (57) 요약 본원발명은종래의입력전압의순시치를가지고입력전류의역률을보정하는문제점을해결하기위해부스트 (Boost) PFC 를 DCM 영역에서제어시입력전압의상승에의하여입력전류가 CCM 영역으로변환되는것을억제하여입력전류가 CCM 모드로동작함으로인하여발생하는전기회로의손상및파손을사전에방지할수있는제어장치및제어방법을제공하고자한다. 본원발명에따른부스트 PFC 의 DCM 영역입력전압확장제어장치및제어방법에따르면 DCM 제어 Boost PFC 에서 DCM 과 CCM 경계영역이상으로입력전압이증가할지라도입력과전류가발생하는것을사전에방지하여 Boost PFC 의전기회로의손상으로인한수명감소및파손을보호할수있는효과가있다. 대표도 - 1 -
명세서청구범위청구항 1 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작하기위한부스트 PFC(Power Factor Correction) 의최대전류와상기부스트 PFC내인덕터에흐르는입력전류의차이를기초로전류듀티값 (duty ratio) 을출력하는전류듀티값출력부 ; 및상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치의차이를기초로전압듀티값을출력하는전압듀티값출력부 ; 및상기전류듀티값와상기전압듀티값을고려하여보정듀티값을출력하고, 상기보정듀티값을기초로상기부스트 PFC의스위치를제어하는보정듀티값출력부 ; 를포함하는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치. 청구항 2 청구항 1 에있어서, 상기전류듀티값출력부는상기부스트 PFC(Power Factor Correction) 가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작하는최대전류를산출하는최대 DCM 전류산출부 ; 상기최대전류와상기입력전류의편차를획득하는전류편차추출부 ; 및상기최대전류와상기입력전류의편차를기초로비례적분하여상기전류듀티값을출력하는제 1 PI 제어기 ; 를포함하는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치. 청구항 3 청구항 2 에있어서, 상기전류듀티값출력부는상기전류듀티값을일정범위내로제한하는제 1 리미터 ; 를더포함하는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치. 청구항 4 청구항 1 에있어서, 상기전압듀티값출력부는상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치의편차를산출하는전압편차추출부 ; 및상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치를기초로비례적분하여상기전압듀티값을출력하는제 2 PI 제어기 ; 를포함하는것을특징을하는, 부스트 PFC 의 DCM 영역입력전압확장제어장치. 청구항 5-2 -
청구항 4 에있어서, 상기전압듀티값출력부는상기전압듀티값을일정범위내로제한하는제 2 리미터 ; 를더포함하는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치. 청구항 6 청구항 1 에있어서, 상기보정듀티값출력부는상기전류듀티값과상기전압듀티값의편차를출력하는듀티값편차추출부 ; 및상기입력전류의듀티값에상기전류듀티값과상기전압듀티값의편차를곱하여선형변환하는멀티플라이어 (mutiplier); 를포함하는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치. 청구항 7 청구항 2 에있어서, 상기최대전류는상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC의입력전압의크기를기초로획득되는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치. 청구항 8 청구항 2 에있어서, 상기제 1 PI 제어기는배율기로서 0.1 내지 10 범위에이르는게인을가지며, 상기게인은상기부스트 PFC내인덕터에흐르는전류, 상기부스트 PFC에입력되는전압의크기및상기부스트 PFC내스위치의스위칭주파수를기초로실험적으로설정되는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치. 청구항 9 청구항 3 에있어서, 상기제 1 리미터의제한범위는 0.1 내지 0.5의범위에이르며, 실험적으로설정되는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치. 청구항 10 청구항 5 에있어서, 상기제 2 리미터의제한범위는최대입력전류의 RMS 값에의해결정되는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치. 청구항 11 적어도하나이상의인덕터, 적어도하나이상의스위치및적어도하나이상의다이오드를포함하여교류신호를직류신호로승압하여출력하는부스트 PFC(Boost Power Factor Correction) 에있어서, 상기부스트 PFC의출력전압과목표전압에의해결정되는전압듀티값 (Duty ratio) 을상기부스트 PFC가 - 3 -
DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작할수있게하는최대전류와상기인덕터에흐르는입력전류 와비교하여산출되는전류듀티값으로보정하여보정듀티값을획득하고, 상기보정듀티값으로상기스위치를 제어하는제어부 ; 를더포함하는것을특징으로하는, 부스트 PFC. 청구항 12 청구항 11 에있어서, 상기전류듀티값을출력하는전류듀티값출력부는상기부스트 PFC(Power Factor Correction) 가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작하는최대전류를산출하는최대 DCM 전류산출부 ; 상기최대전류와상기입력전류의편차를획득하는전류편차추출부 ; 상기최대전류와상기입력전류의편차를기초로비례적분하여상기전류듀티값을출력하는제 1 PI 제어기 ; 를포함하는것을특징으로하는, 부스트 PFC. 청구항 13 청구항 12 에있어서, 상기전류듀티값출력부는상기전류듀티값을일정범위내로제한하는제 1 리미터 ; 를더포함하는것을특징으로하는, 부스트 PFC. 청구항 14 청구항 13 에있어서, 상기제 1 리미터의제한범위는 0.1 내지 0.5의범위에이르며, 실험적으로설정되는것을특징으로하는, 부스트 PFC. 청구항 15 청구항 12 에있어서, 상기제 1 PI 제어기는배율기로서 0.1 내지 10 범위에이르는게인을가지며, 상기게인은상기부스트 PFC내인덕터에흐르는전류, 상기부스트 PFC에입력되는전압의크기및상기부스트 PFC내스위치의스위칭주파수를기초로실험적으로설정되는것을특징으로하는, 부스트 PFC. 청구항 16 청구항 11 에있어서, 상기전압듀티값을출력하는전압듀티값출력부는상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치의편차를산출하는전압편차추출부 ; 상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치를기초로비례적분하여상기전압듀티값을출력하는제 2 PI 제어기 ; 를포함하는것을특징을하는, 부스트 PFC. - 4 -
청구항 17 청구항 16 에있어서, 상기전압듀티값출력부는상기전압듀티값을일정범위내로제한하는제 2 리미터 ; 를더포함하는것을특징으로하는, 부스트 PFC. 청구항 18 청구항 17 에있어서, 상기제 2 리미터의제한범위는최대입력전류의 RMS 값에의해결정되는것을특징으로하는, 부스트 PFC. 청구항 19 청구항 11 에있어서, 상기보정듀티값을출력하는보정듀티값출력부는상기전류듀티값과상기전압듀티값의편차를출력하는듀티값편차추출부 ; 상기입력전류의듀티값에상기전류듀티값과상기전압듀티값의편차를곱하여선형변환하는멀티플라이어 (mutiplier); 를포함하는것을특징으로하는, 부스트 PFC. 청구항 20 청구항 11 에있어서, 상기최대전류는상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC의입력전압의크기를기초로획득되는것을특징으로하는, 부스트 PFC. 청구항 21 적어도하나이상의인덕터, 적어도하나이상의스위치및적어도하나이상의다이오드를포함하여교류신호를직류신호로승압하여출력하는부스트 PFC(Boost Power Factor Correction) 를 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작하도록제어하는방법있어서, 상기부스트 PFC의출력전압과목표전압의편차를기초로전압듀티값 (Duty ratio) 을산출하는전압듀티값산출단계 ; 상기부스트 PFC가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작할수있게하는최대전류와상기인덕터에흐르는입력전류의편차를기초로전류듀티값을산출하는전류듀티값산출단계 ; 상기전압듀티값및상기전류듀티값을기초로보정듀티값을산출하는보정듀티값산출단계 ; 상기보정듀티값을기초로상기스위치를제어하여상기부스트 PFC가 DCM 영역에서동작하도록제어하는제어단계 ; 를포함하는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 동작제어방법. 청구항 22 청구항 21 에있어서, 상기전압듀티값을산출하는단계는상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치의 - 5 -
편차를산출하는전압편차추출단계 ; 및상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치를기초로비례적분하여상기전압듀티값을출력하는전압듀티값출력단계 ; 를포함하는것을특징을하는, 부스트 PFC의 DCM 동작제어방법. 청구항 23 청구항 21 에있어서, 상기전류듀티값을산출하는단계는상기부스트 PFC(Power Factor Correction) 가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작하는최대전류를산출하는최대 DCM 전류산출단계 ; 상기최대전류와상기입력전류의편차를획득하는전류편차추출단계 ; 및상기최대전류와상기입력전류의편차를기초로비례적분하여상기전류듀티값을출력하는전류듀티값출력단계 ; 를포함하는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 동작제어방법. 청구항 24 청구항 21 에있어서, 상기보정듀티값을산출하는단계는상기전류듀티값과상기전압듀티값의편차를출력하는듀티값편차추출단계 ; 상기입력전류의듀티값에상기전류듀티값과상기전압듀티값의편차를곱하여선형변환하는멀티플라이어 (mutiplier) 실행단계 ; 를포함하는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 동작제어방법. 청구항 25 청구항 22 에있어서, 상기전압듀티값을산출하는단계는상기전압듀티값을일정범위내로제한하는전압듀티값범위제한단계 ; 를더포함하는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 동작제어방법. 청구항 26 청구항 25 에있어서, 상기전압듀티값의제한범위는최대입력전류의 RMS 값에의해결정되는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 동작제어방법. 청구항 27 청구항 23 에있어서, 상기전류듀티값을산출하는단계는상기전류듀티값을일정범위내로제한하는전류듀티값범위제한단계 ; 를더포함하는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 동작제어방법. - 6 -
청구항 28 청구항 27 에있어서, 상기전류듀티값의범위는 O.1 내지 0.5의범위에이르며, 실험적으로설정되는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 동작제어방법. 청구항 29 청구항 23 에있어서, 상기전류듀티값출력단계는 0.1 내지 10 범위에이르는게인을갖는배율기에의해실행되며, 상기게인은상기부스트 PFC내인덕터에흐르는전류, 상기부스트 PFC에입력되는전압의크기및상기부스트 PFC내스위치의스위칭주파수를기초로실험적으로설정되는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 동작제어방법. 청구항 30 청구항 21 에있어서, 상기최대전류는상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC의입력전압의크기를기초로획득되는것을특징으로하는, 부스트 PFC의 DCM 동작제어방법. 발명의설명 [0001] 기술분야본원발명은부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치및제어방법에관한것으로, 보다상세하게는 Boost PFC(Power Factor Correction) 를 DCM(Discontinuous Current Mode) 제어시입력전압의상승에의하여입력전류가 CCM(Continuous Current Mode) 로변환되는것을억제하여입력전류가 CCM모드로동작함으로인하여발생하는전기회로의손상및파손을사전에방지할수있는제어장치및제어방법에관한것이다. [0002] [0003] [0004] [0005] [0006] [0007] 배경기술부스트컨버터 (booster converter) 란입력보다큰출력전압을얻을수있는 A/D 컨버터를말한다. 역률정정회로 (Power Factor Correction, PFC) 회로는파워라인상에서의고조파를감소시키는데사용되고그리고특히부속된부하를포함하여회로가실질적으로순저항성부하로보이도록하는데사용된다. 역률정정회로의목적은 AC 전압및전류가실질적으로동상 (in phase) 이도록하는것이다. 이것은효율 (efficiency) 을개선하고동시에해로운고조파의발생을제거한다. 예컨대, 역률정정회로는수십내지수백 khz 주파수영역에서동작하고, 입력전원공급및부하에서상당한범위의변화를가능케하여, 고조파왜곡을대부분억제할수있고일정한 (unity) 역률을가질수있다. 도 1 은종래의 OBC(On-Board Battery Charger) 용부스트 PFC(Power Factor Correction) 의여러예를보여주는도면이다. 도 1a 는 Conventional Boost PFC의일실시예를보여주는것으로, PFC 파트는 220Vac, 60Hz 상용전원을입력으로하여역률규제를만족시키기위해입력전원의전류를정현파형태로제어하고, 직류출력을만들기위해정현파인전원을정류하여 380Vdc 의출력을가지도록하는역할을한다. 도 1a에도시된부스트 PFC의가장기본적인형태이며다이오드브릿지, 하나의 MOSFET, 인덕터, 다이오드, 커패시터로구성된다. 때문에하나의스위치를드라이브할게이트드라이버회로만을필요로하게된다. 또한 Conventional Boost PFC의경우입력전류를연속으로제어할수있고, 입력전원그라운드와출력전원의그라운 - 7 -
드가같은노드를공유하기때문에저주파수 (LPF) 가존재하여 CM 노이즈에영향을적게받는다. [0008] [0009] [0010] [0011] [0012] [0013] [0014] [0015] [0016] [0017] [0018] [0019] 도 1b 는도 1a의 Conventional Boost PFC의동작을보여주는도면이다. 도 1a의 I_L은인덕터에흐르는전류, I_SW는스위치에흐르는전류, I_D는다이오드에흐르는전류, I_C는커패시터에흐르는전류, I_O는출력전류를나타낸다. 이때 Conventional Boost PFC의동작은도 1b와같으며, 크게입력전압이양인구간인모드 1(a), 모드 2(b) 와입력전압이음인모드 3(c), 모드 4(d) 로나누어해석할수있다. 입력전압이양인 (a) 모드 1 인구간에서는계통으로부터 Conventional Boost PFC에입력된전원이정류기-인덕터-스위치-정류기를통한경로를통해인덕터에에너지를저장한다. 이구간동안에는이전모드에서커패시터로충전되었던에너지가방출되며부하에전압을유지한다. (b) 모드 2의경우에서는정류기-인덕터-부하-정류기를통한경로를통해인덕터에저장된에너지를방출하며부하에전압을유지한다. 이때스위치와다이오드에는 PFC 회로의출력전압의크기와같은전압이걸리며, 인덕터에는정류기의최대출력전압이걸리게된다. 도 1c 는 Interleaved Boost PFC 의일실시예를보여주는도면이다. Interleaved Boost PFC 는기존의 Conventional Boost PFC 에서인덕터, 스위치, 다이오드를추가해기존의인덕터, 스위치, 다이오드경로에병렬로연결한형태의토폴로지다. Interleaved Boost PFC는기본적으로기존의 Conventional Boost PFC를병렬로연결한구조이기때문에각각의스위치에입력전류의절반에해당하는전류가흐로게되고, Interleaving 제어를하기때문에인덕터의전류리플을 Conventional Boost Converter 대비절반이하로줄일수있는장점을가지고있으며, 출력커패시터의용량또한줄일수있다. 도 1c 는 Interleaved Boost PFC의회로도를나타내며 I_L1은인덕터 1 에흐르는전류, I_L2는인덕터 2 에흐르는전류, SW1는스위치 1 에흐르는전류, SW2 는스위치 2에흐르는전류, D1은다이오드 1 에흐르는전류, D2 는다이오드 2 에흐르는전류를나타내고, I_C는커패시터로흐르는전류, I_O 는부하로흐르는전류를나타낸다. 이러한 Interleaved Boost PFC의경우도 1d와같은동작모드를가지고동작한다. Interleaved Boost PFC의동작은기본적으로는 Conventional Boost PFC의동작과유사하지만각각의스위치를스위칭할때 180도의위상차를두어인덕터 1 과인덕터 2 로흐르는전류리플의위상이최대점과최소점이같은시점에존재하도록하여입력전류의리플및커패시터의전류리플을반이될수있도록제어한다. 동작중에 Interleaved Boost PFC의스위치및다이오드에는각각출력전압만큼의전압스트레스가가해진다. 도 1e 는 Semi-bridgeless Boost PFC 의예를보여주는도면이다. Semi-bridgeless Boost PFC 는기존의 Bridgeless PFC의단점인 LFP의부제를보완하기위해입력측의그라운드와출력측의그라운드사이에다이오드를추가시킨형태로도 1e와같은구조로구성된다. 이는 Interleaved Boost PFC와비교하면입력측에 2개의다이오드가기존의 Interleaved Boost PFC에서정류기를대체하는모습이기때문에반도체소자의손실이줄어들게된다. 이러한 Semi-bridgeless Boost PFC는도 1f와같은동작모드를가진다. 입력전원이양의구간인모드 1 과모드 2 중모드 1 에서는계통 - 인덕터 1 - 스위치 1 - 스위치 2 & 다이오드 1 을통해다시계통으로흐르게된다. 이때스위치의역병렬다이오드와다이오드 1 을통해흐르는구간에서전체의전류가병렬의경로를가지고흐르기때문에 Convetntional Boost PFC에비해손실이적어지는장점을가진다. 모드 2 의경우이전모드인모드 1 에서인덕터에저장되었던에너지를방출하여부하에공급함으로써출력전압을유지한다. 이후입력전원이음인구간에서는모드 1 과모드 2 의동작과유사하게모드 3 과모드 4 동작을수행한다. DC/DC 컨버터의기본회로구조는인덕터및능동스위치의상대위치들에따른 6 개의기본타입, 즉, 벅컨버터, 부스트컨버터, 벅-부스트컨버터, 척 (Cuk) 컨버터, SEPIC 컨버터, 및 Zeta 컨버터로분류될수있다. 부스트및벅-부스트회로구조물들은 PFC를실행하기에적절하다. 인덕터는연속전류모드 (CCM: continuous conduction mode) 또는불연속전류모드 (DCM: discontinuous current mode) 에서동작해도상관없어서높은역률정정이이루어질수있다. 동일한출력파워에있어서, DCM에서동작하는인덕터는 CCM에서동작하는인덕터보다더큰피크 (peak) 전류를가진다. 파워가더높고, 피크전류가더높아지고, 이에따라서회로의스위칭손실은증가한다. 그러므로, CCM은높은파워출력에적절하다. 그러나, 인덕터가 CCM에서동작할시, 제어회로는실시간으로입 - 8 -
력전압, 인덕터전류및출력전압사이의관계를검출해야해서, 이로써회로는복잡하다. 추가적으로, 스위 칭주파수및스위치의듀티값 (Duty ratio) 는입력전압주기마다일정하게변화되어야만한다. [0020] [0021] [0022] [0023] [0024] PFC 회로및제 2-스테이지컨버터가단일-스테이지구조로집적화되어야할필요가있는경우, PFC 회로의스위치소자들및제 2-스테이지컨버터는동일한스위칭주파수및듀티비를가져야한다. 그러므로, PFC 회로가 CCM에서동작할시, PFC 회로는제2 스테이지컨버터로집적화되기에적절하지않다. 이와달리, 벅-부스트 PFC 컨버터에있어서, 스위칭주파수및스위치소자의듀티비가입력전원공급주기마다일정하게유지되는경우, 인덕터가 DCM에서동작할시 PFC 기능은손쉽게이루어질수있다. 일반적으로부스트 PFC 역률제어를위하여전압의위상정보를획득하여전류 Reference값으로전류를제어하는 CCM제어기법과는달리 DCM제어기법의경우입력전류의순시제어가어렵기때문에입력전압정보및전류의 RMS값만을이용하여듀티값 (duty ratio) 를제어하게된다. 이경우입력전압의크기가증가하여 DCM 제어영역범위를벗어난입력전압이인가될경우입력전류가 CCM영역으로동작하여순간적인입력과전류가발생하게되고이때발생한입력과전류는전기회로에지속적인손상을주어전기회로의수명을낮추거나전기회로를직접적으로파손시킨다. 이러한입력과전류현상은상용 AC 전원을입력으로사용하는모든 DCM boost PFC converter에서일어날수있다. 일반적인 DCM제어 Boost PFC의경우입력전압의순시치를이용하여입력전류의역률을보정한다. 그러나일정한 Sampling Point에서실제전류의순시치를획득하기가불가능하기때문에전류의순시제어는불가능하고전류의 RMS제어만가능하다. 전류를 RMS제어를하면서발생하는문제점은 RMS필터의특성상제어기의속도가느려져 DCM에서 CCM으로전환되는순간발생하는입력과전류를제어하지못하는단점이있다. 발명의내용 [0025] 해결하려는과제본원발명은종래의입력전압의순시치를가지고입력전류의역률을보정하는문제점을해결하기위해부스트 (Boost) PFC를 DCM 영역에서제어시입력전압의상승에의하여입력전류가 CCM 영역으로변환되는것을억제하여입력전류가 CCM모드로동작함으로인하여발생하는전기회로의손상및파손을사전에방지할수있는제어장치및제어방법을제공하고자한다. [0026] [0027] [0028] [0029] 과제의해결수단일측면에따라, 부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치는 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작하기위한부스트 PFC(Power Factor Correction) 의최대전류와상기부스트 PFC내인덕터에흐르는입력전류의차이를기초로전류듀티값 (duty ratio) 을출력하는전류듀티값출력부 ; 및상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치의차이를기초로전압듀티값을출력하는전압듀티값출력부 ; 및상기전류듀티값와상기전압듀티값을고려하여보정듀티값을출력하고, 상기보정듀티값을기초로상기부스트 PFC의스위치를제어하는보정듀티값출력부 ; 를포함한다. [0030] [0031] [0032] [0033] 상기전류듀티값출력부는상기부스트 PFC(Power Factor Correction) 가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작하는최대전류를산출하는최대 DCM 전류산출부 ; 상기최대전류와상기입력전류의편차를획득하는전류편차추출부 ; 및 - 9 -
[0034] 상기최대전류와상기입력전류의편차를기초로비례적분하여상기전류듀티값을출력하는제 1 PI 제어기 ; 를포함한다. [0035] [0036] [0037] 상기전류듀티값출력부는 상기전류듀티값을일정범위내로제한하는제 1 리미터 ; 를더포함한다. [0038] [0039] [0040] [0041] 상기전압듀티값출력부는상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치의편차를산출하는전압편차추출부 ; 및상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치를기초로비례적분하여상기전압듀티값을출력하는제 2 PI 제어기 ; 를포함한다. [0042] [0043] [0044] 상기전압듀티값출력부는 상기전압듀티값을일정범위내로제한하는제 2 리미터 ; 를더포함한다. [0045] [0046] [0047] [0048] 상기보정듀티값출력부는상기전류듀티값과상기전압듀티값의편차를출력하는듀티값편차추출부 ; 및상기입력전류에상기전류듀티값과상기전압듀티값의편차를곱하여선형변환하는멀티플라이어 (mutiplier); 를포함한다. [0049] [0050] 상기최대전류는상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 의입력전압의크기를기 초로획득되는것을특징으로한다. [0051] [0052] 상기제 1 PI 제어기는배율기로서 0.1 내지 10 범위에이르는게인을가지며, 상기게인은상기부스트 PFC내인덕터에흐르는전류, 상기부스트 PFC에입력되는전압의크기및상기부스트 PFC내스위치의스위칭주파수를기초로실험적으로설정되는것을특징으로한다. [0053] [0054] 상기제 1 리미터의제한범위는 0.1 내지 0.5 의범위에이르며, 실험적으로설정되는것을특징으로한다. [0055] - 10 -
[0056] 상기제 2 리미터의제한범위는상기최대입력전류의 RMS 값에의해결정되는것을특징으로한다. [0057] [0058] [0059] 일측면에따라, 부스트 PFC는적어도하나이상의인덕터, 적어도하나이상의스위치및적어도하나이상의다이오드를포함하여교류신호를직류신호로승압하여출력하는부스트 PFC(Boost Power Factor Correction) 에있어서, 상기부스트 PFC의출력전압과목표전압에의해결정되는전압듀티값 (Duty ratio) 을상기부스트 PFC가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작할수있게하는최대전류와상기인덕터에흐르는입력전류와비교하여산출되는전류듀티값으로보정하여보정듀티값을획득하고, 상기보정듀티값으로상기스위치를제어하는제어부 ; 를더포함한다. [0060] [0061] [0062] [0063] [0064] 상기전류듀티값을출력하는전류듀티값출력부는상기부스트 PFC(Power Factor Correction) 가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작하는최대전류를산출하는최대 DCM 전류산출부 ; 상기최대전류와상기입력전류의편차를획득하는전류편차추출부 ; 상기최대전류와상기입력전류의편차를기초로비례적분하여상기전류듀티값을출력하는제 1 PI 제어기 ; 를포함한다. [0065] [0066] [0067] 상기전류듀티값출력부는 상기전류듀티값을일정범위내로제한하는제 1 리미터 ; 를더포함한다. [0068] [0069] 상기제 1 리미터의제한범위는 0.1 내지 0.5 의범위에이르며, 실험적으로설정되는것을특징으로한다. [0070] [0071] 상기제 1 PI 제어기는배율기로서 0.1 내지 10 범위에이르는게인을가지며, 상기게인은상기부스트 PFC내인덕터에흐르는전류, 상기부스트 PFC에입력되는전압의크기및상기부스트 PFC내스위치의스위칭주파수를기초로실험적으로설정되는것을특징으로한다. [0072] [0073] [0074] [0075] 상기전압듀티값을출력하는전압듀티값출력부는상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치의편차를산출하는전압편차추출부 ; 상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치를기초로비례적분하여상기전압듀티값을출력하는제 2 PI 제어기 ; 를포함하는것을특징을한다. [0076] [0077] 상기전압듀티값출력부는 - 11 -
[0078] 상기전압듀티값을일정범위내로제한하는제 2 리미터 ; 를더포함하는것을특징으로한다. [0079] [0080] 상기제 2 리미터의제한범위는상기최대입력전류의 RMS 값에의해결정되는것을특징으로한다. [0081] [0082] [0083] [0084] 상기보정듀티값을출력하는보정듀티값출력부는상기전류듀티값과상기전압듀티값의편차를출력하는듀티값편차추출부 ; 상기입력전류에상기전류듀티값과상기전압듀티값의편차를곱하여선형변환하는멀티플라이어 (mutiplier); 를포함한다. [0085] [0086] 상기최대전류는상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 의입력전압의크기를기 초로획득되는것을특징으로한다. [0087] [0088] [0089] [0090] [0091] [0092] 일측면에따라, 부스트 PFC의 DCM 동작제어방법은적어도하나이상의인덕터, 적어도하나이상의스위치및적어도하나이상의다이오드를포함하여교류신호를직류신호로승압하여출력하는부스트 PFC(Boost Power Factor Correction) 를 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작하도록제어하는방법있어서, 상기부스트 PFC의출력전압과목표전압의편차를기초로전압듀티값 (Duty ratio) 을산출하는전압듀티값산출단계 ; 상기부스트 PFC가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작할수있게하는최대전류와상기인덕터에흐르는입력전류의편차를기초로전류듀티값을산출하는전류듀티값산출단계 ; 상기전압듀티값및상기전류듀티값을기초로보정듀티값을산출하는보정듀티값산출단계 ; 상기보정듀티값을기초로상기스위치를제어하여상기부스트 PFC가 DCM 영역에서동작하도록제어하는제어단계 ; 를포함한다. [0093] [0094] [0095] [0096] 상기전압듀티값을산출하는단계는상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치의편차를산출하는전압편차추출단계 ; 및상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치를기초로비례적분하여상기전압듀티값을출력하는전압듀티값출력단계 ; 를포함한다. [0097] [0098] [0099] [0100] 상기전류듀티값을산출하는단계는상기부스트 PFC(Power Factor Correction) 가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작하는최대전류를산출하는최대 DCM 전류산출단계 ; 상기최대전류와상기입력전류의편차를획득하는전류편차추출단계 ; 및 - 12 -
[0101] 상기최대전류와상기입력전류의편차를기초로비례적분하여상기전류듀티값을출력하는전류듀티값출 력단계 ; 를포함한다. [0102] [0103] [0104] [0105] 상기보정듀티값을산출하는단계는상기전류듀티값과상기전압듀티값의편차를출력하는듀티값편차추출단계 ; 상기입력전류에상기전류듀티값과상기전압듀티값의편차를곱하여선형변환하는멀티플라이어 (mutiplier) 실행단계 ; 를포함한다. [0106] [0107] [0108] 상기전압듀티값을산출하는단계는 상기전압듀티값을일정범위내로제한하는전압듀티값범위제한단계 ; 를더포함한다. [0109] [0110] 상기전압듀티값의제한범위는상기최대입력전류의 RMS 값에의해결정되는것을특징으로한다. [0111] [0112] [0113] 상기전류듀티값을산출하는단계는 상기전류듀티값을일정범위내로제한하는전류듀티값범위제한단계 ; 를더포함하는것을특징으로한다. [0114] [0115] 상기전류듀티값의범위는 O.1 내지 0.5 의범위에이르며, 실험적으로설정되는것을특징으로한다. [0116] [0117] 상기전류듀티값출력단계는 0.1 내지 10 범위에이르는게인을갖는배율기에의해실행되며, 상기게인은상기부스트 PFC내인덕터에흐르는전류, 상기부스트 PFC에입력되는전압의크기및상기부스트 PFC내스위치의스위칭주파수를기초로실험적으로설정되는것을특징으로한다. [0118] [0119] 상기최대전류는상기부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 의입력전압의크기를기 초로획득되는것을특징으로한다. [0120] 발명의효과본원발명에따른부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치및제어방법에따르면 DCM제어 Boost PFC 에서 DCM과 CCM경계영역이상으로입력전압이증가할지라도입력과전류가발생하는것을사전에방지하여 Boost PFC의전기회로의손상으로인한수명감소및파손을보호할수있는효과가있다. - 13 -
[0121] 도면의간단한설명 도 1 은종래의 OBC(On-Board Battery Charger) 용부스트 PFC(Power Factor Correction) 의여러예를보여주는 도면이다. 도 2 는 Interleaved Boost PFC의다른예를보여주는도면이다. 도 3 은종래의부스트 PFC의 DCM에서 CCM으로천이시입력과전류현상을보여주는결과이다. 도 4 는종래의 DCM 제어부스트 PFC의제어블록도를보여주는도면이다. 도 5 는본발명에따른부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치의개괄적인구성도를보여주는도면이다. 도 6 은본발명에따른부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치의전류듀티값출력부의블록도를보여주는도면이다. 도 7 은본발명에따른 DCM 제어부스트 PFC 블록도를보여주는도면이다. 도 8 은본발명에따른전류듀티값출력프로세스를보여주는흐름도이다. 도 9 는본발명에따른부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어방법의전체흐름도를보여주는도면이다. 도 10 은본발명에따른부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치및제어방법을이용하여얻은정상범위내의입력전류파형을보여주는도면이다. [0122] [0123] [0124] [0125] [0126] 발명을실시하기위한구체적인내용이하, 첨부한도면을참조하여본발명의실시예에따른부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치및제어방법에대해더욱구체적으로설명한다. 이하에서본발명을설명함에있어서, 당업계에공지및주지된기능이나구성에대한구체적인설명이본발명의요지를불필요하게흐릴수있다고판단될경우에는그상세한설명을생략할것이다. 그리고, 후술되는기술용어들은본발명에서의기능등을고려하여정의된용어들로서, 이는당업자의의도또는관례등에따라달라질수있다. 그러므로, 그용어들에대한정의는본명세서전반에걸쳐기재된내용을기초로판단되어야할것이다. 본발명에서는입력전압 PI제어이후발생한듀티목표값에입력전류의값을 Feed-forward하여입력전류가 DCM 에서 CCM으로천이되는순간에발생하는듀티값에보상듀티값을직접빼주어입력전류가순간적으로상승하는것을방지한다. 따라서본알고리즘을이용할경우 DCM제어 Boost PFC에서 DCM과 CCM경계영역이상으로입력전압이증가할지라도입력과전류가발생하는것을사전에방지하여 Boost PFC의전기회로의손상으로인한수명감소및파손을보호할수있다. 도 2 는본발명의부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치및제어방법이채용될수있는 Interleaved Boost PFC의다른예를보여주는도면이다. 도 2 의 Interleaved Boost PFC 는 AC 전원 (V ac ) 과정류기 (201) 의중간에필터부 ( 미도시 ) 를더포함할수있다. 필터부 ( 미도시 ) 는필터인덕터및필터커패시터에의해형성되고, 그리고컨버터의입력전류의고 - 주파수구 성요소를제거하기위해사용될수있어서, 입력전류가저 - 주파수의형태로되는데, 그이유는입력전압과동 일한위상을가진파 (wave) 때문이다. [0127] [0128] 정류기 (201) 는적어도하나의정류기에의해형성되고, 예컨대 4개의다이오드들에의해형성된풀-브릿지 (full-bridge) 정류회로일수있다. 물론, 다른형태의정류회로들도사용될수있다. 다이오드들뿐만아니라, 정류부 (30) 는 BJT들, MOSFET들및 SCR들등의소자들에의해형성될수도있다. 도 2 의 Interleaved Boost PFC의동작은도 1c 및도 1d를통하여상세하게설명되었는바, 여기서는생략하며, 이하는 Interleaved Boost PFC에서사용되는전압, 전류및여러수치값을정리요약한다. [0129] : 정류된계통입력전압으로서정류기의출력전압또는 PFC 의입력전압을나타낸다. - 14 -
[0130] : 정류된계통입력전류로서정류기의출력전류또는 PFC 의입력전류를나타낸다. [0131] : 직류링크단전압지령치로서 PFC 출력단의직류전압목표치를나타낸다. [0132] : 측정된직류링크단전압으로서실제측정되는 PFC 출력단의직류전압치를나타낸다. [0133] 낸다. : DCM 으로동작하는최대계통입력전류로서 DCM 으로동작하는범위내의최대 PFC 입력전류를나타 [0134] : 한스위칭구간동안의인덕터에흐르는평균전류를나타낸다. [0135] : 스위칭주파수를나타낸다. [0136] : 부스트인덕턴스를나타낸다. [0137] : PI 제어기출력 duty 로서와, 두전압의차이를출력하는편차회로의출력값 을비례적분하는 PI 제어기에의해얻은듀티값을나타낸다. [0138] : 제한된 PI 제어기출력 duty 로서리미터 (limit) 에의해일정범위내로제한되는듀티값이다. [0139] : wave-shaping duty 는입력전류의듀티값이다. [0140] [0141] : 전류제한알고리즘출력듀티값이다. [ 표 1] DCM 범위결정요인 [0142] [0143] 표 1 에서의 Switching Frequency, 1 st DC Link Voltage 및 Inductance 는 Boost PFC 설계시 DCM 영역을결정하 는내부적요인이다. DCM 영역을결정하는외부적요인으로는모든수식에공통적으로기입되어있는 ( 입력 - 15 -
전압 ) 하나뿐이다. 따라서입력전압이증가할경우 DCM 영역에서 CCM 영역으로의천이가발생하게되고이때일반 적인 ( 본발명에따른부스트 PFC 의 DCM 영역입력전압확장제어장치및제어방법을채용하지않은 ) DCM 제어 의경우그림 3(a), 그림 3(b) 와같이입력과전류현상이발생하게된다. [0144] [0145] [0146] [0147] [0148] 도 3 은종래의부스트 PFC의 DCM에서 CCM으로천이시입력과전류현상을보여주는결과이다. 도 3(a) 는입력전압이 270V가 6.6KW 부스트 PFC에적용된경우의 DCM에서 CCM으로천이시입력과전류현상을보여주는실험결과도면이다. 도 3(b) 는입력전압이 260V가 6.6KW 부스트 PFC에적용된경우의 DCM에서 CCM으로천이시입력과전류현상을보여주는시뮬레이션결과도면이다. 도 3(a), 도 3(b) 에서확인할수있듯이 DCM 영역에서 CCM 영역으로천이시발생하는입력과전류의크기는통상적으로설계의범위를초과하기때문에부스트 PFC 전기회로의손상으로인한수명감소및파손을일으키게된다. 도 4 는종래의 DCM 제어부스트 PFC의제어블록도를보여주는도면이다. [0149] [0150] [0151] [0152] [0153] [0154] [0155] [0156] [0157] [0158] [0159] [0160] 도 4 에서 PI제어기 (420) 는와, 두전압의차이를출력하는편차회로 (410) 의출력값을비례적분하여출력된듀티값으로부스트 PFC의스위치즉도 2의제 1 스위치 (205) 및제 2 스위치 (206) 을제어하게된다. 도 4 에서의곱셈기 (430) 는 PI제어기 (420) 의출력듀티값을기초로입력전류를선형변환하는역할을한다. 이는입력전압과동일한전류파형을만들어주기위함이다. 플랜트 (Plant) 는도 2에도시된부스트 PFC를지칭하는것으로특별히곱셈기 (430) 의출력은도 2의제 1 스위치 (205) 및제 2 스위치 (206) 로제공된다. 도 4 에서확인할수있듯이일반적인 DCM제어 Boost PFC의경우 Plant(440) 로향하는최종단의듀티값을제어하기위한수단이없기때문에입력전압의증가로인하여 DCM에서 CCM으로천이시입력과전류를발생시키는원인인듀티값을제어하지못한다. 도 5 는본발명에따른부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치의개괄적인구성도를보여주는도면이다. 본원발명의특징은부스트 PFC로향하는최종단에입력전류정보를이용한듀티값보상치를피드포워드 (feed forward) 하여입력전류가증가하는순간에직접제어하여입력과전류를방지할수있는것이다. 입력전류정보를이용한듀티값을피드포워드하는방법이입력전류를가장빠르게제한할수있는방법이다. 피드포워드되는듀티값은실제입력전류가 DCM으로동작하는최대전류를초과하게되면그차이에게인을곱하여최종듀티값에더해줌으로써획득할수있다. 본원발명의일실시예인부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치 (500) 은전류듀티값출력부 (520), 전압듀티값출력부 (510) 및보정듀티값출력부 (530) 을포함한다. 전류듀티값출력부 (520) 는 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작하기위한부스트 PFC(Power Factor Correction) 의최대전류와부스트 PFC내인덕터에흐르는입력전류의차이를기초로전류듀티값 (duty ratio) 을획득한다. 전압듀티값출력부 (530) 는부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치의차이를기초로전압듀티값을출력한다. 보정듀티값출력부 (530) 는전류듀티값와전압듀티값을고려하여보정듀티값을출력하고, 보정듀티값을기초로부스트 PFC의스위치를제어한다. DCM영역에서동작하기위한부스트 PFC의최대전류는부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치 ( ) 와부스트 PFC 의입력전압의크기 ( ) 를기초로획득될수있다. - 16 -
[0161] [0162] 전류제한알고리즘에서 DCM 으로동작하는최대전류는다음과같은과정으로계산된다. 한스위칭주기동안인덕터에흐르는최대전류는식 1 과같다 [0163] ( 식 1) [0164] 여기서, : 정류된계통입력전압이고, : 부스트인덕턴스를나타내며, : 제한된 PI 제 어기출력 duty 이며, 는입력전류의주기를나타낸다. [0165] DCM 에서 FET 가오프 (off) 된후인덕터에흐르는전류가 0 이되는듀티값은식 2 와같이계산될수있다. [0166] ( 식 2) [0167] 여기서, : DCM 으로동작하는최대계통입력전류이며, : 정류된계통입력전압이 고, : 측정된직류링크단전압, : 부스트인덕턴스를나타내며, : FET 가오프된 후전류가 0 이되는 duty 이며, 는입력전류의주기를나타낸다. [0168] [0169] ( 식 3) 한스위칭주기동안인덕터에흐르는평균전류는식 4 와같다. [0170] [0171] 스위칭주기동안흐르는입력전류는인덕터에흐르는전류의합과같기때문에 DCM 으로동작하는최대입력전 류는식 5 와같다 ( 식 4) [0172] [0173] ( 식 -5) 도 6 은본발명에따른부스트 PFC 의 DCM 영역입력전압확장제어장치의전류듀티값출력부의블록도를보 - 17 -
여주는도면이다. [0174] [0175] [0176] [0177] [0178] [0179] [0180] [0181] 식 5 에서계산된 DCM 최대입력전류를지령치로하는제한알고리즘의제어블록도는도 6에도시된다. 전류듀티값출력부 (600) 는최대 DCM 전류산출부 (610), 전류편차추출부 (620) 및제 1 PI 제어기 (630) 를포함할수있다. 최대 DCM 전류산출부 (610) 는부스트 PFC가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작하는최대전류를산출한다. 전류편차추출부 (620) 는최대전류와입력전류의편차를획득한다. 제 1 PI 제어기 (630) 는최대전류와입력전류의편차를기초로비례적분하여전류듀티값을출력한다. 전류듀티값출력부는 (600) 는전류듀티값을일정범위내로제한하는제 1 리미터 (640) 를더포함할수있다. 제 1 PI 제어기 (630) 는배율기로서 0.1 내지 10 범위에이르는게인을가지며, 게인은부스트 PFC내인덕터에흐르는전류, 부스트 PFC에입력되는전압의크기및상기부스트 PFC내스위치의스위칭주파수를기초로실험적으로설정된다. 배율기인제 1 PI 제어기 (630) 의게인은식 6에의해구할수있다. [0182] [0183] [0184] [0185] [0186] [0187] [0188] ( 식 6) 제 1 리미터 (640) 의제한범위는 0.1 내지 0.5의범위에이르며, 실험적으로설정되는값이다. 도 7 은본발명에따른 DCM 제어부스트 PFC 블록도 (700) 를보여주는도면이다. 본원발명의적용대상이되는부스트 PFC(770) 는도2에서와같이적어도하나이상의인덕터, 적어도하나이상의스위치및적어도하나이상의다이오드를포함하여교류신호를직류신호로승압하여출력하는 AD 컨버터의일종이다. 본원발명에서의제어부 ( 도 500 또는도 7에서의 770을제외한모든구성요소 ) 는부스트 PFC(770) 의출력전압과목표전압에의해결정되는전압듀티값 (Duty ratio) 을부스트 PFC가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작할수있게하는최대전류와인덕터에흐르는입력전류와비교하여산출되는전류듀티값으로보정하여보정듀티값을획득하고, 보정듀티값으로스위치를제어하는것을특징으로한다. 전류듀티값을출력하는전류듀티값출력부 ( 도 5의 520) 는최대 DCM 전류산출부 (790), 전류편차추출부 (791) 및제 1 PI 제어기 (792) 를포함할수있다. 최대 DCM 전류산출부 (790) 는부스트 PFC가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작하는최대전류를 산출한다. 부스트 PFC 의최대전류는부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치 ( ) 와부스트 PFC 의 입력전압의크기 ( ) 를기초로획득될수있다. [0189] [0190] [0191] [0192] [0193] 전류편차추출부 (791) 는최대전류와입력전류의편차를획득한다. 제 1 PI 제어기 (792) 는최대전류와입력전류의편차를기초로비례적분하여전류듀티값을출력한다. 전류듀티값출력부는 ( 도 5의 520) 는전류듀티값을일정범위내로제한하는제 1 리미터 (793) 를더포함할수있다. 제 1 PI 제어기 (792) 는배율기로서 0.1 내지 10 범위에이르는게인을가지며, 게인은부스트 PFC내인덕터에흐르는전류, 부스트 PFC에입력되는전압의크기및부스트 PFC내스위치의스위칭주파수를기초로실험적으로설정된다. 제 1 리미터 (793) 의제한범위는 0.1 내지 0.5의범위에이르며, 실험적으로설정된다. - 18 -
[0194] 전압듀티값을출력하는전압듀티값출력부 ( 도 5 의 510) 는전압편차추출부 (720), 제 2 PI 제어기 (730) 를포 함한다. [0195] 전압편차추출부 (720) 는부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치 ( ) 와부스트 PFC 출력단에서실 제측정되는직류전압치 ( ) 의편차를산출한다. [0196] [0197] 제 2 PI 제어기 (730) 는부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와상기부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치를기초로비례적분하여상기전압듀티값을출력한다. 전압듀티값출력부 ( 도 5의 510) 는전압듀티값을일정범위내로제한하는제 2 리미터 (740) 를더포함할수있다. 제 2 리미터 (740) 의제한범위는상기최대입력전류의 RMS 값에의해결정되며, 식 7 과같다. [0198] [0199] [0200] ( 식 7) 보정듀티값을출력하는보정듀티값출력부 ( 도 5의 530) 는듀티값편차추출부 (750) 및멀티플라이어 (mutiplier)(760) 를포함한다. 듀티값편차추출부 (750) 는전류듀티값과전압듀티값의편차를출력한다. [0201] 멀티플라이어 (mutiplier)(760) 는입력전류의듀티값 ( ) 에전류듀티값과전압듀티값의편차를곱하여선형변환한다. 멀티플라이어 (760) 의출력결과를가지고플랜트 (plant)(770) 즉, 부스트컨터버의듀티값으로제어한다. [0202] 멀티플라이어 (760) 에입력되는 ws 는입력전류의파형을뜻하는것으로 압에의해식 8 과같다. 는입력전압과직류링크단전 [0203] [0204] ( 식 8) 도 8 은본발명에따른전류듀티값출력프로세스를보여주는흐름도이다. [0205] [0206] 도 2와부스트 PFC 제어를위한듀티값의보정을위해전류듀티값을산출하는단계는최대 DCM 전류산출단계 (S810), 전류편차추출단계 (S820) 및전류듀티값출력단계 (S830) 을포함한다. 최대 DCM 전류산출단계 (S810) 는부스트 PFC(Power Factor Correction) 가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작하는최대전류를산출한다. [0207] 부스트 PFC 의최대전류는부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치 ( ) 와부스트 PFC 의입력전압 [0208] 의크기 ( ) 를기초로획득될수있다. 전류편차추출단계 (S820) 는최대전류와입력전류의편차를획득한다. [0209] 전류듀티값출력단계 (S830) 는최대전류와입력전류의편차를기초로비례적분하여전류듀티값을 - 19 -
출력한다. [0210] [0211] [0212] [0213] [0214] [0215] [0216] [0217] [0218] [0219] 본원발명의전류듀티값산출단계는전류듀티값을일정범위로제한하는단계 (S840) 를더포함할수있다. 도 9 는본발명에따른부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어방법의전체흐름도를보여주는도면이다. 부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어방법은전압듀티값산출단계 (S910), 전류듀티값산출단계 (S920), 보정듀티값산출단계 (S930) 및제어단계 (S940) 을포함한다. 전압듀티값산출단계 (S910) 는부스트 PFC의출력전압과목표전압의편차를기초로전압듀티값 (Duty rati o) 을산출한다. 전류듀티값산출단계 (S920) 는부스트 PFC가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작할수있게하는최대전류와인덕터에흐르는입력전류의편차를기초로전류듀티값을산출한다. 보정듀티값산출단계 (S930) 는전압듀티값및전류듀티값을기초로보정듀티값을산출한다. 제어단계 (S940) 는보정듀티값을기초로스위치를제어하여상기부스트 PFC가 DCM 영역에서동작하도록제어한다. 전압듀티값산출단계 (S910) 는부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치의편차를산출하는전압편차추출단계와부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치와부스트 PFC 출력단에서실제측정되는직류전압치를기초로비례적분하여전압듀티값을출력하는전압듀티값출력단계를포함한다. 전압듀티값을산출하는단계 (S910) 는전압듀티값을일정범위내로제한하는전압듀티값범위제한단계를더포함할수있다. 전압듀티값의제한범위는최대입력전류의 RMS 값에의해결정된다. 전류듀티값을산출하는단계 (S920) 는부스트 PFC(Power Factor Correction) 가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서동작하는최대전류를산출하는최대 DCM 전류산출단계와최대전류와입력전류의편차를획득하는전류편차추출단계그리고최대전류와입력전류의편차를기초로비례적분하여상기전류듀티값을출력하는전류듀티값출력단계를포함한다. [0220] 부스트 PFC 의최대전류는부스트 PFC 출력단에서의직류전압목표치 ( ) 와부스트 PFC 의입력전압 의크기 ( ) 를기초로획득된다. [0221] [0222] [0223] [0224] [0225] [0226] 전류듀티값을산출하는단계 (S920) 는전류듀티값을일정범위내로제한하는전류듀티값범위제한단계를더포함할수있다. 전류듀티값의범위는 O.1 내지 0.5의범위에이르며, 실험적으로설정된다. 그리고전류듀티값출력단계는 0.1 내지 10 범위에이르는게인을갖는배율기에의해실행되며, 게인은부스트 PFC내인덕터에흐르는전류, 부스트 PFC에입력되는전압의크기및부스트 PFC내스위치의스위칭주파수를기초로실험적으로설정된다. 보정듀티값을산출하는단계 (S930) 는전류듀티값과전압듀티값의편차를출력하는듀티값편차추출단계와입력전류에전류듀티값과전압듀티값의편차를곱하여선형변환하는멀티플라이어 (mutiplier) 실행단계를포함한다. 도 10 은본발명에따른부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치및제어방법을이용하여얻은정상범위내의입력전류파형을보여주는도면이다. 도 10 은 6.6 kw부스트 PFC에 270V 입력전압을적용한경우에, 본발명에따른부스트 PFC의 DCM 영역입력전압확장제어장치를활용하여얻은정상범위내의입력전류파형을보여준다. 본발명은도면에도시된실시예를참고로설명되었으나이는예시적인것에불과하며, 본기술분야의통상의지식을가진자, 즉당업자라면이로부터다양한변형및균등한타실시예가가능하다는점을이해할것이다. 따라서, 본발명의진정한기술적보호범위는첨부된특허청구범위의기술적사상에의해정해져야할것이다. - 20 -
도면 도면 1a 도면 1b - 21 -
도면 1c 도면 1d - 22 -
도면 1e 도면 1f - 23 -
도면 2 도면 3a 도면 3b - 24 -
도면 4 도면 5 도면 6 도면 7-25 -
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