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KR-20260061656-A - PHASE COMMAND COMPENSATION CONTROl METHOD AND CONTROL DEVICE FOR DAB CONVERTER

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Abstract

본 발명은 DAB 컨버터의 위상 지령 보상 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 듀얼 액티브 브릿지(DAB) 컨버터의 레그의 위상을 제어함에 있어서, 상기 레그의 위상 지령이 최소(0) 내지 최대(π)의 범위를 벗어날 수 없도록 보정하는 위상 지령 보상 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것이다.

Inventors

  • 김정우
  • 김호경

Assignees

  • 엘지이노텍 주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (12)

  1. 듀얼 액티브 브릿지(DAB) 컨버터의 레그의 위상을 제어하는 제어장치의 제어 방법으로서, 상기 레그의 위상 지령이 최소(0) 내지 최대(π)의 범위를 벗어날 수 없도록 보정하는, DAB 컨버터의 위상 지령 보상 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 DAB 컨버터의 기본 위상 지령이 Φf 일때 상기 DAB 컨버터의 1차 브릿지 회로의 기준 위상 지령은 Φp = 0.5π - 0.5Φf 이고, 상기 DAB 컨버터의 2차 브릿지 회로의 기준 위상 지령은 Φs = 0.5π + 0.5Φf 인, DAB 컨버터의 위상 지령 보상 제어 방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 DAB 컨버터의 1차 브릿지 회로의 리딩 레그(Leading Leg)의 위상 지령, Φ1 가 0보다 작으면, -Φ1의 오프셋값을 더해주는 것을 특징으로 하는, DAB 컨버터의 위상 지령 보상 제어 방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 DAB 컨버터의 2차 브릿지 회로의 리딩 레그(Leading Leg)의 위상 지령, Φ3 가 0보다 작으면, -Φ3의 오프셋값을 더해주는 것을 특징으로 하는, DAB 컨버터의 위상 지령 보상 제어 방법.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 DAB 컨버터의 1차 브릿지 회로의 레깅 레그(Lagging Leg)의 위상 지령, Φ2 가 π보다 크면, π-Φ2의 오프셋값을 더해주는 것을 특징으로 하는, DAB 컨버터의 위상 지령 보상 제어 방법.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 DAB 컨버터의 2차 브릿지 회로의 레깅 레그(Lagging Leg)의 위상 지령, Φ4 가 π보다 크면, π-Φ4의 오프셋값을 더해주는 것을 특징으로 하는, DAB 컨버터의 위상 지령 보상 제어 방법.
  7. 듀얼 액티브 브릿지(DAB) 컨버터의 레그의 위상을 제어하는 제어장치로서, 기본 위상 연산부, 위상차 연산부, 레그별 위상 산출부 및 레그별 PWM 발생부를 포함하고, 상기 레그의 위상 지령이 최소(0) 내지 최대(π)의 범위를 벗어날 수 없도록 보정하는, DAB 컨버터의 위상 지령 제어 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 기본 위상 연산부는, DAB 컨버터의 기본 위상 지령이 Φf 일때 상기 DAB 컨버터의 1차 브릿지 회로의 기준 위상 지령은 Φp = 0.5π - 0.5Φf 이고, 상기 DAB 컨버터의 2차 브릿지 회로의 기준 위상 지령은 Φs = 0.5π + 0.5Φf 로 산출하는, DAB 컨버터의 위상 지령 제어 장치.
  9. 제7 항에 있어서, 상기 레그별 위상 산출부는, 상기 DAB 컨버터의 1차 브릿지 회로의 리딩 레그(Leading Leg)의 위상 지령, Φ1 가 0보다 작으면, -Φ1의 오프셋값을 더해주는, DAB 컨버터의 위상 지령 제어 장치.
  10. 제7 항에 있어서, 상기 레그별 위상 산출부는, 상기 DAB 컨버터의 2차 브릿지 회로의 리딩 레그(Leading Leg)의 위상 지령, Φ3 가 0보다 작으면, -Φ3의 오프셋값을 더해주는, DAB 컨버터의 위상 지령 제어 장치.
  11. 제7 항에 있어서, 상기 레그별 위상 산출부는, 상기 DAB 컨버터의 1차 브릿지 회로의 레깅 레그(Lagging Leg)의 위상 지령, Φ2 가 π보다 크면, π-Φ2의 오프셋값을 더해주는, DAB 컨버터의 위상 지령 제어 장치.
  12. 제7 항에 있어서, 상기 레그별 위상 산출부는, 상기 DAB 컨버터의 2차 브릿지 회로의 레깅 레그(Lagging Leg)의 위상 지령, Φ4 가 π보다 크면, π-Φ4의 오프셋값을 더해주는, DAB 컨버터의 위상 지령 제어 장치.

Description

DAB 컨버터의 위상 지령 보상 제어 방법 및 제어 장치{PHASE COMMAND COMPENSATION CONTROl METHOD AND CONTROL DEVICE FOR DAB CONVERTER} 본 발명은 DAB 컨버터의 위상 지령 보상 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 듀얼 액티브 브릿지(DAB) 컨버터의 레그의 위상을 제어함에 있어서, 상기 레그의 위상 지령이 최소(0) 내지 최대(π)의 범위를 벗어날 수 없도록 보정하는 위상 지령 보상 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것이다. 듀얼 액티브 브릿지(Dual Active Bridge) 컨버터는 전기 절연, 높은 전력 밀도, 넓은 전압 조정 범위 및 소프트 스위칭 등의 장점을 가지고 있어 전기 자동차 및 에너지 저장 장치에 널리 사용되고 있다. 도 1은 일반적인 DAB 컨버터를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, DAB 컨버터는 변압기 T1(30)과 인덕터(L1)로 분리되는 두 개의 풀 브리지 회로(20, 50)로 구성된다. 풀 브리지 회로(20, 50)의 각각의 레그(21, 22, 51, 52)의 모든 스위치(Q1 내지 Q8)는 듀티 사이클이 50%이고 서로 위상이 변위된 PWM 신호로 동작되는 위상 변조 방식으로 제어가 달성된다. 1차측과 2차측 풀 브리지 회로(20, 50)의 위상 차이가 클수록 DAB 컨버터를 통과하는 전력량이 커진다. 하지만 제어 과정에서 각각의 레그의 위상 지령이 최소(0) 내지 최대(π)의 범위를 벗어날 수 있고, 이와 같이 위상 지령이 최소(0) 내지 최대(π)의 범위를 벗어날 경우 목표 전력에 도달하기 위해 더 큰 위상 지령이 필요하며, 이로 인해 DAB 컨버터의 제어가 포화 상태가 되어 출력에 이상이 발생될 수 있다. 따라서 위상 지령이 최소(0) 내지 최대(π)의 범위를 벗어나지 않도록 제어될 수 있도록 하는 위상 지령 알고리즘의 개발이 필요하다. 본 발명은 DAB 컨버터의 제어가 포화 상태가 되지 않고 목표 전력에 도달할 수 있는 제어 방법을 제안한다. 도 1은 일반적인 DAB 컨버터를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 레그에 위상 지령을 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 지령의 보상을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명에 따른 위상 지령의 보상의 효과의 예시를 나타낸 도면이다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재나 소자를 사이에 두고 "간접적으로" 또는 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 명세서 전체에서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, '제1, 제2' 등과 같은 표현은, 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 발명에 따른 DAB 컨버터의 위상 지령 보상 제어 방법을 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 일반적인 DAB 컨버터를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치를 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, DAB 컨버터는 변압기 T1(30)과 인덕터(L1)로 분리되는 두 개의 풀 브리지 회로(20, 50)로 구성된다. 풀 브리지 회로(20, 50)의 각각의 레그(21, 22, 51, 52)의 모든 스위치(Q1 내지 Q8)는 듀티 사이클이 50%이고 서로 위상이 변위된 PWM 신호로 동작되는, 위상 변조 방식으로 제어가 달성된다. 1차측과 2차측 풀 브리지 회로(20, 50)의 위상 차이가 클수록 DAB 턴버터를 통과하는 전력량이 커진다. 도 1을 참조하면, DAB 컨버터는 전압원(10), 1차 브릿지 회로(20), 인덕터(L1), 변압기 T1(30)와 2차 브릿지 회로(50)를 포함한다. 1차 브릿지 회로(20)는, 스위치 Q1, Q2를 포함하는 1차 리딩레그(21)와, 스위치 Q3, Q4를 포함하는 1차 래깅레그(22)로 구성되고, 2차 브릿지 회로(50)는, 스위치 Q5, Q6을 포함하는 2차 리딩레그(51)와, 스위치 Q7, Q8을 포함하는 2차 래깅레그(52)로 구성된다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 DAB 컨버터의 제어장치(90)는, 기본 위상 연산부(91), 위상차 연산부(92), 레그별 위상 산출부(93)와 레그별 PWM 발생부(94)를 포함하여 작동되며, 상기 제어장치(90)는 마이크로 컨트롤러와 메모리와 주변 회로를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 메모리는 1개 이상의 프로그램을 포함하고, 메모리의 프로그램에 본 발명에 따른 위상 지령 보상 방법의 알고리즘이 포함될 수 있으며, 상기 프로그램을 실행하는 상기 마이크로 컨트롤러에 의해서 본 발명에 따른 위상 지령 보상 방법이 수행될 수 있다. 기본 위상 연산부(91)는 제어 목표로 주어진 전력(P), 전압(V)과 전류(I)의 조건으로 기본 위상(Φf) 지령을 산출하고, 위상차 연산부(92)는, 산출된 기본 위상(Φf) 지령과 입력 전압(Vin)과 출력 전압(Vo)을 이용하여 αp(1차측 리딩레그와 래깅레그간의 위상 지령 차이)와 αs(2차측 리딩레그와 래깅레그간의 위상 지령 차이)를 연산할 수 있다. 여기서 αp=|Φ1 - Φ2| 이고, αs=|Φ3 - Φ4|이다. 다음 레그별 위상 산출부(93)는, αp(1차측 리딩레그와 래깅레그간의 위상 지령 차이)와 αs(2차측 리딩레그와 래깅레그간의 위상 지령 차이)와 기본 위상(Φf)을 이용하여 각 레그의 위상 지령(Φ1, Φ2, Φ3, Φ4)을 산출한다. 레그별 PWM 발생부(94)는, 각 레그의 위상 지령(Φ1, Φ2, Φ3, Φ4)을 이용하여 스위치(Q1 내지 Q8)를 동작시키는 PWM 구동 파형을 생성할 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 레그에 위상 지령을 나타낸 도면으로, (a)는 기본 위상(Φf)이 0 보다 큰 경우, (b)는 기본 위상(Φf)이 0 보다 작은 경우를 나타낸다. 도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 DAB 컨버터의 제어장치(90)는 DAB 컨버터의 각 레그의 위상 지령(Φ1, Φ2, Φ3, Φ4)을, αp(1차측 리딩레그와 래깅레그간의 위상 지령 차이)와 αs(2차측 리딩레그와 래깅레그간의 위상 지령 차이)와 기본 위상(Φf)을 이용하여 입력 전압(Vin)과 출력 전압(Vo)의 제어가 실 시간으로 달성될 수 있도록 아래와 같이 산출할 수 있다. 기본 위상 연산부(91)는 제어 목표로 주어진 전력(P), 전압(V)과 전류(I)의 조건으로 기본 위상(Φf) 지령을 산출하고, 1차 브릿지 회로(20)의 기준 위상 지령, Φp 과 2차 브릿지 회로(50)의 기준 위상 지령, Φs 을 산정할 수 있다. 기본 위상(Φf)은 Φf = Φs - Φp이므로, 1차 브릿지 회로(20)의 기준 위상 지령은 Φp = 0.5π - 0.5Φf 이고, 2차 브릿지 회로(50)의 기준 위상 지령은 Φs = 0.5π + 0.5Φf 일 수 있다. Φp, Φs 가 0.5π를 기준으로 Φf 에 따라 가변하는 것이 바람직하기 때문이다. 왜냐하면, Φf = Φs-Φp 이므로 Φf > 0 일때 Φp 가 기준점 0.5π 보다 작아져야 Φ4 ≤ π 를 만족하기에 유리하다. 예를 들어 Φp = 0.5π 로 고정하고, αs > 0 (입력 전압 Vin < 출력 전압 Vo)이면 Φ4 > π 이다. 또한, Φf = Φs - Φp이므로 Φf > 0 일때 Φs 가 기준점 0.5π 보다 커져야 Φ1 < 0 을 만족하기에 유리하다. 예를 들어 Φs = 0.5π로 고정하고, αp > 0 (입력 전압 Vin > 출력 전압 Vo)이면 Φ1 > 0 이다. 위상차 연산부(92)는, 산출된 기본 위상(Φf) 지령과 입력 전압(Vin)과 출력 전압(Vo)을 이용하여 αp(1차측 리딩레그와 래깅레그간의 위상 지령 차이)와 αs(2차측 리딩레그와 래깅레그간의 위상 지령 차이)를 연산할 수 있다. 여기서 αp=|Φ1 - Φ2| 이고, αs=|Φ3 - Φ4|이다. 레그별 위상 산출부(93)는, αp(1차측 리딩레그와 래깅레그간의 위상 지령 차이)와 αs(2차측 리딩레그와 래깅레그간의 위상 지령 차이)와 기본 위상(Φf)을 이용하여 각 레그의 위상 지령(Φ1, Φ2, Φ3, Φ4)을 산출한다. αp=|Φ1 - Φ2| 이고,