KR102679487B1 - AC-DC converter employing load sharing with parrallel structure - Google Patents
AC-DC converter employing load sharing with parrallel structure Download PDFInfo
- Publication number
- KR102679487B1 KR102679487B1 KR1020230121058A KR20230121058A KR102679487B1 KR 102679487 B1 KR102679487 B1 KR 102679487B1 KR 1020230121058 A KR1020230121058 A KR 1020230121058A KR 20230121058 A KR20230121058 A KR 20230121058A KR 102679487 B1 KR102679487 B1 KR 102679487B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- power
- load
- power control
- converter
- control module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 17
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 13
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000009421 internal insulation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
- H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
- H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
- H02H7/122—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. DC/AC converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
- H02M1/0054—Transistor switching losses
- H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
- H02M1/327—Means for protecting converters other than automatic disconnection against abnormal temperatures
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
- H02M7/02—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/21—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/217—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M7/23—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only arranged for operation in parallel
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
실시예는 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터에 관한 것이다.
구체적으로, 이러한 AC-DC 컨버터는 전력제어모듈을 모듈 형식으로 다수개 구비하여 병렬로 설치해서, 다수개의 전력제어모듈 중에서 하나 이상이 고장난 경우 고장모듈만 사용을 제한하고. 정상모듈은 최소한의 출력으로 사용상의 운용장비의 운용성을 유지한다.
따라서, 특수차량에서 사용하는 컨버터에서 고장이 발생한 경우 AC 입력을 유지하여 운용장비를 계속 운용하여 사용상의 운용장비의 운용성을 유지한다.The embodiment relates to an AC-DC converter with a load sharing parallel structure.
Specifically, these AC-DC converters are equipped with multiple power control modules in a module format and installed in parallel, so that when one or more of the multiple power control modules fails, use is limited to only the failed module. The normal module maintains the operability of the operating equipment in use with minimal output.
Therefore, if a failure occurs in a converter used in a special vehicle, the AC input is maintained and the operating equipment continues to operate, thereby maintaining the operability of the operating equipment in use.
Description
본 명세서에 개시된 내용은 특수차량용 AC-DC 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기차와 냉동탑차 등의 특수차량을 운용하는 중에, 단상 교류 발전기를 통해 AC 전원을 입력받아 DC 전원으로 변환하여 운용장비에 공급하는 컨버터에 관한 것이다.The content disclosed in this specification relates to an AC-DC converter for special vehicles. More specifically, while operating special vehicles such as electric vehicles and refrigerated trucks, AC power is input through a single-phase alternator and converted to DC power to be used as operating equipment. It is about a converter that supplies .
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.Unless otherwise indicated herein, the material described in this section is not prior art to the claims of this application, and is not admitted to be prior art by inclusion in this section.
일반적으로, 전기차의 기술개발과 환경 온난화 억제 등에 대한 영향으로 특수차량용 AC-DC 컨버터의 전력 품질에 대한 관심이 커지는 편이다.In general, interest in the power quality of AC-DC converters for special vehicles is increasing due to the influence of electric vehicle technology development and environmental warming suppression.
특수차량용 AC-DC 컨버터는 전기차와 냉동탑차 등에 사용하고, 단상 교류 발전기를 통해 AC 전원을 입력받아 DC 전원으로 변환하여 운용장비에 공급한다. 참고로, 운용장비에는 배터리와 여러 개의 팬 등이 있다. 이는 크게 인터리브 PFC(Power Factor Correction), ZVS-PSFB(Zero Voltage Switching-Phase Shifted Full Bridge), 동기 정류기(SR : Synchronous Rectifier)로 구성된다.AC-DC converters for special vehicles are used in electric vehicles and refrigerated trucks, etc., and receive AC power through a single-phase alternator, convert it into DC power, and supply it to operating equipment. For reference, the operating equipment includes batteries and several fans. It largely consists of interleaved PFC (Power Factor Correction), ZVS-PSFB (Zero Voltage Switching-Phase Shifted Full Bridge), and synchronous rectifier (SR: Synchronous Rectifier).
인터리브 PFC는 단상 교류 발전기를 통해 AC 전원을 입력받아 역률을 보상하여 정류부와 전력 스위칭 소자를 통해 DC 전원으로 변환하고, 이를 병렬 연결된 보조 DC 전원으로 제공한다. 상기 ZVS-PSFB는 위상 변이 풀 브리지 DC-DC 컨버터기법으로 스위칭 손실을 줄이는 ZVS 구현이 가능하다.Interleaved PFC receives AC power through a single-phase alternator, corrects the power factor, converts it into DC power through a rectifier and power switching element, and provides it as auxiliary DC power connected in parallel. The ZVS-PSFB is capable of implementing ZVS with reduced switching losses using a phase-shifted full-bridge DC-DC converter technique.
이러한 컨버터는 인터리브 PFC와 ZVS-PSFB, 동기 정류기에 이상 현상은 IGBT, SiC와 같은 전력 스위칭 소자의 고장으로 인한 것이 대부분이다.In these converters, abnormalities in interleaved PFC, ZVS-PSFB, and synchronous rectifiers are mostly caused by failure of power switching devices such as IGBT and SiC.
스위칭 소자의 고장은 크게 단락 회로 고장과 개방 회로 고장으로 나눌 수 있다.Failure of switching elements can be broadly divided into short circuit failure and open circuit failure.
단락 회로 고장이 발생한 경우, 일반적으로 차단기나 퓨즈와 같은 보호회로에 의해서 전원이 끊기지만 그렇지 못한 경우 스위칭 소자가 손상하거나 주변 소자에 큰 피해를 입힐 수 있다.When a short circuit failure occurs, the power is usually cut off by a protection circuit such as a breaker or fuse, but if this is not the case, the switching element may be damaged or serious damage may be caused to surrounding elements.
반면에, 개방 회로 고장이 발생한 경우는 곧바로 시스템의 중단으로 이어지지 않고 떨어진 성능으로 계속 동작한다. 이때 전류에는 많은 고조파 성분을 포함하고, 각 상들은 불평형을 초래하며, 만들어진 DC단 전압에는 계통 주파수 성분의 흔들림을 야기한다. 이러한 동작을 계속 수행할 경우, 불안정한 운전으로 인해 다른 소자들의 오동작들이 컨버터 시스템이나 부하 또는 계통에 2차 적인 고장으로 이어질 수 있다.On the other hand, if an open circuit failure occurs, the system does not immediately stop but continues to operate with reduced performance. At this time, the current contains many harmonic components, each phase causes imbalance, and the generated DC terminal voltage causes fluctuation of the system frequency component. If this operation continues, malfunctions of other elements may lead to secondary failures in the converter system, load, or system due to unstable operation.
따라서, 컨버터 시스템에서 스위칭 소자의 고장이 발생하면, 고장의 원인을 빨리 판단하고 해결해야 한다. 그런데, 그 원인을 찾는 작업은 시간과 비용이 많이 들며, 시스템이 복잡해짐에 따라 그 일은 더욱 더 어렵다. 장비를 운전하는 중 컨버터의 고장시에는 더 이상 운용하기 어려운 환경으로 바뀔 수 있다.Therefore, when a failure of a switching element occurs in a converter system, the cause of the failure must be quickly determined and resolved. However, finding the cause takes a lot of time and money, and as the system becomes more complex, the task becomes more difficult. If the converter breaks down while operating the equipment, the environment may become difficult to operate.
이러한 배경의 선행기술은 아래의 문헌 정도이다.The prior art in this background is the following literature.
개시된 내용은, 특수차량에서 사용하는 컨버터에 고장이 발생한 경우 운용장비를 계속 운용하여 사용상의 운용장비의 운용성을 유지할 수 있는 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터를 제공하고자 한다.The disclosed content seeks to provide an AC-DC converter with a load sharing parallel structure that can maintain the operability of the operating equipment in use by continuing to operate the operating equipment when a failure occurs in the converter used in a special vehicle.
실시예에 따른 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터는,The AC-DC converter with a load sharing parallel structure according to the embodiment,
AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 전력제어모듈을 1kw 3개로 구성하여 병렬로 설치하고, 구성된 전력제어모듈 중에서 하나 이상이 고장난 경우 고장모듈만 사용을 제한하고. 정상모듈은 최소한의 출력으로 사용상의 운용장비의 운용성을 유지하므로 장비 가동율을 향상시키는 장점이 있다.The power control module that converts AC power to DC power is composed of three 1kW power and installed in parallel. If one or more of the configured power control modules is broken, use is restricted to only the failed module. The normal module has the advantage of improving the equipment operation rate by maintaining the operability of the operating equipment with minimal output.
실시예들에 의하면, 특수차량에서 사용하는 컨버터에서 고장이 발생한 경우 운용장비를 계속 운용하여 사용상의 운용장비의 운용성을 유지한다. AC-DC 컨버터의 고장 상황에 대한 대책이 없다면 고장 상황에서 장비 운용은 할 수 없는 조건이 되는데, 이러한 조건을 극복하여 AC 입력을 유지하는 특수차량의 컨버터를 제공할 수 있다.According to embodiments, when a failure occurs in a converter used in a special vehicle, the operational equipment is continuously operated to maintain the operability of the operational equipment in use. If there is no countermeasure for the failure of the AC-DC converter, it becomes impossible to operate the equipment in a failure situation. However, by overcoming this condition, it is possible to provide a converter for special vehicles that maintains AC input.
도 1은 일실시예에 따른 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터를 개념적으로 설명하기 위한 도면
도 2는 일실시예에 따른 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터의 구성을 개념적으로 설명하기 위한 도면
도 3은 일실시예에 따른 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터의 동작을 개념적으로 설명하기 위한 도면
도 4는 일실시예에 따른 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터의 동작을 구체적으로 설명하기 위한 도면
도 5는 이실시예에 따른 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터의 동작을 설명하기 위한 도면
도 6은 일실시예에 따른 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터의 구성을 도시한 블록도
도 7은 일실시예에 따른 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터의 동작을 순서대로 도시한 플로우 차트1 is a diagram conceptually illustrating an AC-DC converter with a load sharing parallel structure according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating the configuration of an AC-DC converter with a load sharing parallel structure according to an embodiment.
FIG. 3 is a diagram conceptually illustrating the operation of an AC-DC converter with a load sharing parallel structure according to an embodiment.
Figure 4 is a diagram for specifically explaining the operation of an AC-DC converter with a load sharing parallel structure according to an embodiment.
Figure 5 is a diagram for explaining the operation of the AC-DC converter of the load sharing parallel structure according to this embodiment.
Figure 6 is a block diagram showing the configuration of an AC-DC converter with a load sharing parallel structure according to an embodiment.
Figure 7 is a flow chart sequentially showing the operation of an AC-DC converter with a load sharing parallel structure according to an embodiment.
도 1은 일실시예에 따른 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터를 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a diagram to conceptually explain an AC-DC converter with a load sharing parallel structure according to an embodiment.
도 1에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터(100)는 특수목적 차량용 교류발전기의 220V AC 출력전압을 직류전압 28V로 변환하여 각종 전기적 부하에 안정적으로 공급하는 장치이다.As shown in FIG. 1, the AC-DC converter 100 of a load sharing parallel structure according to an embodiment converts the 220V AC output voltage of a special-purpose vehicle alternator into 28V DC voltage and stably supplies it to various electrical loads. It is a device that
특수차량에서 컨버터에 고장이 발생한 경우, 일실시예는 이러한 운용조건 하에서 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 공급하고, 또한 최소한의 출력으로 운용장비에 공급하여 운용성을 효과적으로 유지한다.When a converter failure occurs in a special vehicle, one embodiment converts AC power into DC power and supplies it under these operating conditions, and also supplies it to the operating equipment at a minimum output to effectively maintain operability.
즉, 컨버터의 고장 상황에 대한 대책이 없다면 고장 상황에서 장비 운용은 할 수 없는 조건이 되는데, 이러한 조건을 극복하여 AC 입력을 유지할 수 있다.In other words, if there is no countermeasure for the converter failure situation, the equipment cannot be operated in the failure situation. However, by overcoming this condition, AC input can be maintained.
이러한 AC-DC 컨버터(100)는 먼저 기존과 같이, 단상 교류 발전기를 통해 AC 전원을 입력받아 DC 전원으로 변환해서 부하에 공급한다. 상위 제어기의 제어에 의해 캔 통신으로 부하를 선택하고, 선택받은 부하에 한해 절체부를 통해 전원을 공급할 수 있다. 상기 부하는 운용장비로 배터리와 팬 1, 팬 2 등이 있고, 관리자는 이 중에서 하나 이상을 선택하여 구동할 수 있다.This AC-DC converter 100 first receives AC power through a single-phase alternator, converts it into DC power, and supplies it to the load, as before. The load can be selected through CAN communication under the control of the upper controller, and power can be supplied through the transfer unit only to the selected load. The load includes a battery, fan 1, and fan 2 as operating equipment, and the administrator can select and operate one or more of them.
이러한 상태에서, 일실시예는 먼저 다수개의 전력제어모듈을 구비하여 이들에서 나온 DC 전원을 공유하여 부하에 공급한다. 예를 들어, 3개의 전력제어모듈을 사용할 경우 하나의 전력제어모듈에서 1kw를 공급하여 총 3kw를 부하에 공급한다.In this state, one embodiment first provides a plurality of power control modules and shares DC power from them to supply the load. For example, when using three power control modules, one power control module supplies 1kw, for a total of 3kw to the load.
다수개의 전력제어모듈 중에서 하나 이상이 고장난 경우 고장모듈만 사용을 제한하고. 정상모듈은 계속적으로 부하에 DC 전원을 공급한다. 즉, 위의 경우에서 1개가 고장난 경우 2개의 전력제어모듈에서 총 2kw를 공급한다.If one or more of multiple power control modules is broken, use of the failed module is limited. The normal module continuously supplies DC power to the load. In other words, in the case above, if one module breaks down, a total of 2kw is supplied from the two power control modules.
그래서, 특수차량에서 사용하는 컨버터에서 고장이 발생한 경우 AC 입력을 유지하여 운용장비를 계속 운용하여 사용상의 운용장비의 운용성을 유지한다. 구체적인 구성은 도 2와 같다.Therefore, when a failure occurs in a converter used in a special vehicle, the AC input is maintained to continue operating the operating equipment to maintain the operability of the operating equipment in use. The specific configuration is as shown in Figure 2.
보다 상세하게, 일실시예는 아래와 같이 만들어진다.In more detail, one embodiment is made as follows.
먼저 MCU(Micro Controller Unit)를 이용한 제어회로 설계 및 전력소자를 이용한 PWM(Pulse Width Modulation)스위칭회로 설계, 고효율 구현을 위한 PFC(Power Factor Correction) 양방향 구조와 ZVS-PSFB(Zero Voltage Switching-Phase Shifted Full Bridge)로 고안하였다.First, control circuit design using MCU (Micro Controller Unit) and PWM (Pulse Width Modulation) switching circuit design using power devices, PFC (Power Factor Correction) bidirectional structure for high efficiency and ZVS-PSFB (Zero Voltage Switching-Phase Shifted) It was designed as a full bridge.
주요 구성품의 주제어보드는 MCU(Micro Controller Unit)가 전원공급기 세트 조립체 온도, 전압, 부하 특성을 관리하고 주변장치를 제어한다. 마이크로프로세서 주변장치의 상태를 점검하고 센서신호 정보를 송수신하며, 설계적용 모델은 32비트의 다기능 MCU인 ST사 STM32F를 적용한다.The MCU (Micro Controller Unit) on the main control board of the main components manages the power supply set assembly temperature, voltage, and load characteristics and controls peripheral devices. It checks the status of microprocessor peripheral devices and transmits and receives sensor signal information, and the design application model uses ST's STM32F, a 32-bit multi-function MCU.
그리고, 소프트웨어는 SDP(Software Development Plan)기준에 따라 설계하고, 내부 통신회로는 CAN(Controller Area Network) 통신 데이터 전송에 유리하고 회로가 간단한 SCI(Serial Communication Interface) 통신을 추가하여 오류점검 및 실시간 업데이트가 가능하도록 구현하였다. 센서 감지 회로 전압 및 전류, 온도센서를 적용하여 프로세서가 인식하도록 주변회로를 OP-AMP, PHOTO-COUPLER 사용하여 프로세서가 인식할 수 있는 변환된 값을 증폭 및 감쇄하도록 하고, 센서값을 감지하기 위해 센서 감지회로 및 변환 기능을 구현하며 센서 감지회로에 A/D(Analog to Digital), LPF(Low Pass Filter)등을 적용하여 주변 노이즈에 의한 영향을 최소화하였다. 디지털 I/O 회로는 프로세서와 주변장치 및 신호의 입출력 신호레벨을 변환하는 역할을 수행하고, 입출력 신호의 Floating 상태가 없도록 신호 특성에 따라 Full Up, Full Down 저항소자를 적용하여 신호 오동작을 방지할 수 있도록 고안하였다.In addition, the software is designed according to SDP (Software Development Plan) standards, and the internal communication circuit is advantageous for CAN (Controller Area Network) communication data transmission and SCI (Serial Communication Interface) communication, which has a simple circuit, is added for error checking and real-time update. It was implemented to make it possible. Sensor detection circuit Applying voltage, current, and temperature sensors to allow the processor to recognize, peripheral circuits such as OP-AMP and PHOTO-COUPLER are used to amplify and attenuate the converted value that the processor can recognize, and to detect the sensor value. The sensor detection circuit and conversion function are implemented, and the influence of surrounding noise is minimized by applying A/D (Analog to Digital) and LPF (Low Pass Filter) to the sensor detection circuit. The digital I/O circuit plays the role of converting the input and output signal levels of the processor, peripheral devices, and signals, and prevents signal malfunction by applying full up and full down resistance elements depending on the signal characteristics to prevent the input and output signals from floating. It was designed to do so.
또한 전력제어보드는 입력단는 제어부에서 지시하는 신호에 의하여 제어되는 PFC회로가 적용되고 역률 보상회로는 인터리브 구조로 설계하였다. 전력제어보드는 ZVS-PSFB(Zero Voltage Switching-Phase Shifted Full Bridge) 회로와 절연을 위한 인덕터를 적용한 3개의 동일 전력제어 모듈로 구성하여 단위 모듈당 최소 1.0 kW 이상의 출력이 가능하다. 인덕터는 내부절연 구조의 트랜스포머와 필터로 구성되고 안전성을 고려한 절연구조 설계를 적용하였다. 회로에서 80~265 ACV 전압을 인가 받아 DC로 정류하는 회로와 FBO40-12N 브릿지 다이오드를 통하여 정류하며 NTC CL-40은 돌입 전류를 보호한다.In addition, the power control board uses a PFC circuit controlled by signals from the control unit at the input terminal, and the power factor correction circuit is designed with an interleaved structure. The power control board consists of three identical power control modules using a ZVS-PSFB (Zero Voltage Switching-Phase Shifted Full Bridge) circuit and an inductor for insulation, enabling an output of at least 1.0 kW per unit module. The inductor is composed of a transformer and filter with an internal insulation structure, and an insulation structure design considering safety was applied. The circuit receives 80~265 ACV voltage and rectifies it to DC through a circuit and FBO40-12N bridge diode, and NTC CL-40 protects the inrush current.
도 2는 일실시예에 따른 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터의 구성을 개념적으로 설명하기 위한 블록도이다.Figure 2 is a block diagram to conceptually explain the configuration of an AC-DC converter with a load sharing parallel structure according to an embodiment.
도 2에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 AC-DC 컨버터(100)는 크게 다수의 전력제어모듈(110), 구동부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the AC-DC converter 100 according to one embodiment largely includes a plurality of
상기 다수의 전력제어모듈(110)은 기존과 같이, 양방향 브릿지리스 PFC, ZVS-PSFB, 동기 정류기를 가진다.As before, the plurality of
상기 구동부(120)는 상기 다수의 전력제어모듈(110)의 양방향 브릿지리스 PFC의 전력 스위칭 소자를 공통으로 구동하는 하나의 제 1 게이트 드라이버를 가진다. 그리고, 상기 다수의 전력제어모듈(110)별로 구비해서, 각각의 ZVS-PSFB와 동기 정류기의 전력 스위칭 소자를 구동하는 다수의 제 2 게이트 드라이버를 가진다.The
상기 제어부(130)는 상기 구동부(120)의 제 1, 2 게이트 드라이버를 제어하여 다수의 전력제어모듈(110)의 DC 전원을 공유하여 부하에 공급한다. 상기 공급된 DC 전원 값을 센서를 통해 감지하여 설정된 기준값과 비교해서 차이가 나는 경우 이상 상태로 판별한다. 그래서, 이상모듈의 제 2 게이트 드라이버를 제어하여 ZVS-PSFB의 전력 스위칭 소자를 오프시켜 부하로의 전원 공급을 차단한다. 참고로, 정상모듈의 부하로의 전원 공급은 유지한다.The control unit 130 controls the first and second gate drivers of the
한편, 이러한 컨버터는 출력 전원이 흔들리거나 불안전한 경우, 부하 개수별로 정해진 기준듀티비를 가변하여 상기 양방향 브릿지리스 PFC의 전력 스위칭 소자를 제어해서, 출력 전류를 증가시켜 안정성을 높인다. 온도가 높을 경우 회전기기 및 모터, 펌프의 위험, 성능 저하를 초래할 수 있다.Meanwhile, when the output power is unstable or unstable, this converter controls the power switching element of the bidirectional bridgeless PFC by varying the standard duty ratio determined for each load, thereby increasing the output current and improving stability. High temperatures can cause danger and performance deterioration of rotating machines, motors, and pumps.
이를 위해, 상기 다수의 전력제어모듈의 DC 전원의 전압을 감지하는 전압 감지부(111) 및 상기 전압 감지부(111)의 주변 외기 온도를 감지하는 온도 감지부(112)를 포함한다.For this purpose, it includes a
그리고, 상기 제어부(130)는 상기 전력제어모듈들의 출력 전압과 주변 외기 온도에 따라 상기 기준듀티비를 가변하여 상기 양방향 브릿지리스 PFC의 전력 스위칭 소자를 구동한다.In addition, the control unit 130 drives the power switching element of the bidirectional bridgeless PFC by varying the reference duty ratio according to the output voltage of the power control modules and the surrounding external air temperature.
먼저 상기 제어부(130)는 상기 이상 전력제어모듈의 부하로의 전원 공급을 차단할 경우, 상기 전압 감지부(111)를 통해 상기 정상 전력제어모듈의 출력 전원의 전압을 감지한다.First, when the control unit 130 cuts off the power supply to the load of the abnormal power control module, it detects the voltage of the output power of the normal power control module through the
상기 감지된 전압값을 설정된 기준값과 비교하여, 상기 비교 결과 상기 비교된 전압값이 상기 기준값 이하인 경우 상기 온도 감지부(112)를 통해 주변 외기 온도를 감지한다.The sensed voltage value is compared with a set reference value, and if the compared voltage value is less than or equal to the reference value as a result of the comparison, the surrounding outdoor temperature is detected through the
상기 감지된 외기 온도가 -50℃부터 0℃까지는 부하의 개수별로 정해진 기준듀티비를 30% 증가시키고, 0℃ 초과 20℃ 이하까지는 상기 기준듀티비를 20% 증가시키고, 20℃ 초과 50℃ 이하까지는 상기 기준듀티비를 10% 증가시킨다.When the detected outside temperature is -50℃ to 0℃, the standard duty ratio determined by the number of loads is increased by 30%, and when the outside temperature is above 0℃ and below 20℃, the standard duty ratio is increased by 20%, and between 20℃ and below 50℃ Until then, the standard duty ratio is increased by 10%.
그래서, 상기 증가된 기준듀티비에 따라 상기 정상 전력제어모듈의 양방향 브릿지리스 PFC의 전력 스위칭 소자를 구동한다.Therefore, the power switching element of the bidirectional bridgeless PFC of the normal power control module is driven according to the increased reference duty ratio.
부연하면, 상기 양방향 브릿지리스 PFC는 부하에서 사용하는 전원보다 높은 전원을 출력한다. 참고로, ZVS-PSFB는 부하에서 사용하는 전원으로 만든다. 그래서, 정상 전력제어모듈의 개수를 줄여 부하에 전원 공급을 할 경우, 상기 양방향 브릿지리스 PFC의 출력을 상대적으로 높여서 부하를 안정적으로 구동하고 보호한다.To elaborate, the bidirectional bridgeless PFC outputs higher power than the power used by the load. For reference, ZVS-PSFB is made from the power used by the load. Therefore, when supplying power to a load by reducing the number of normal power control modules, the output of the bidirectional bridgeless PFC is relatively increased to stably drive and protect the load.
상기 기준듀티비는 예컨대 전술한 1kw를 공급할 경우의 듀티비이다. 상기 기준듀티비를 증가시키는 정도는 전원을 공급하는 부하의 개수별로 듀티비를 서로 다르게 정해서 수행한다.The reference duty ratio is, for example, the duty ratio when supplying 1 kw as described above. The degree to which the reference duty ratio is increased is performed by setting different duty ratios for each number of loads supplying power.
예를 들어, 부하 개수가 2개인 경우 듀티비를 기준듀티비의 2배로 증가시킬 수 있다. 3개인 경우도 동일한 설정값을 사용하고, 5개인 경우는 상대적으로 높은 3배의 설정값을 사용할 수 있다. 상기 듀티비는 예컨대 배터리, 팬의 28V와 같이 DC 전원 출력값에 대응하여 가감할 수 있다.For example, if the number of loads is two, the duty ratio can be increased to twice the standard duty ratio. In the case of 3, the same setting value can be used, and in the case of 5, a relatively higher setting value of 3 times can be used. The duty ratio can be added or subtracted in response to the DC power output value, such as 28V of a battery or fan.
추가적으로, 상기 전압 감지부(111)의 주변 습도를 감지하는 습도 감지부를 더 포함하여 상기 제어부(130)는 습도가 제 1설정값 이상 높을 경우 상기 정상전력제어모듈의 출력 전류를 감소시키고, 제 2설정값 이상일 경우 상기 정상전력제어모듈을 셧다운시킨다. 상기 제 2설정값은 상기 제 1설정값보다 더 큰 값으로 전력제어모듈의 용량과 부하 용량 및개수 등에 따라 정해질 수 있다.Additionally, the control unit 130 further includes a humidity detection unit that detects the surrounding humidity of the
도 3은 일실시예에 따른 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터의 동작을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.Figure 3 is a diagram to conceptually explain the operation of an AC-DC converter with a load sharing parallel structure according to an embodiment.
도 3에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 AC-DC 컨버터(100)는 먼저 예컨대 3개의 전력제어모듈 1, 2, 3을 사용하는 것으로 전제한다. 각 전력제어모듈 1, 2, 3에는 다수의 부하를 연결하며, 배터리와 팬 1, 팬 2로 할 수 있다. 하나의 전력제어모듈에서 1kw를 공급하여 총 3kw 용량을 공유하여 부하에 공급한다.As shown in FIG. 3, the AC-DC converter 100 according to one embodiment is first assumed to use, for example, three power control modules 1, 2, and 3. Multiple loads are connected to each power control module 1, 2, and 3, which can be battery, fan 1, and fan 2. One power control module supplies 1kw, and a total capacity of 3kw is shared and supplied to the load.
구체적인 동작은 아래와 같다.The specific operations are as follows.
3개의 전력제어모듈 1, 2, 3은 각기 상기 제어부(130)의 제어에 의해 하나의 제 1 게이트 드라이버를 통해 각각의 양방향 브릿지리스 PFC에서 입력 AC 전원을 보조 DC 전원으로 변환한다.The three power control modules 1, 2, and 3 each convert input AC power to auxiliary DC power in each bidirectional bridgeless PFC through one first gate driver under the control of the control unit 130.
그리고, 상기 제어부(130)는 각 전력제어모듈 1, 2, 3의 제 2 게이트 드라이버를 통해 각각의 ZVS-PSFB에서 상기 보조 DC 전원을 부하의 구동에 적합한 주 DC 전원으로 변환시킨다.In addition, the control unit 130 converts the auxiliary DC power in each ZVS-PSFB into main DC power suitable for driving the load through the second gate driver of each power control module 1, 2, and 3.
상기 제어부(130)는 동기 정류기를 통해 이러한 주 DC 전원에서 고주파 성분을 격리하여 부하에 공급한다. 이러한 경우, 각 전력제어모듈에서 1kw씩 총 3kw를 공유해서 부하에 안정적으로 공급한다.The control unit 130 isolates high-frequency components from the main DC power source through a synchronous rectifier and supplies them to the load. In this case, each power control module shares a total of 3kw, 1kw each, to stably supply it to the load.
이러한 상태에서, 상기 제어부(130)는 각 전력제어모듈 1, 2, 3별로 상기 공급된 DC 전원 값을 센서를 통해 감지하여 설정된 기준값과 비교한다.In this state, the control unit 130 detects the supplied DC power value for each power control module 1, 2, and 3 through a sensor and compares it with a set reference value.
상기 비교 결과, 두 값이 차이가 나는 경우 이상 상태로 판별한다. 여기에서는 전력제어모듈 1, 3이 이상 상태인 것이다.As a result of the above comparison, if there is a difference between the two values, it is determined to be in an abnormal state. Here, power control modules 1 and 3 are in an abnormal state.
상기 제어부(130)는 상기 판별된 이상 상태의 모듈 1, 3의 제 2 게이트 드라이버를 제어하여 ZVS-PSFB의 전력 스위칭 소자를 오프시켜 부하로의 전원 공급을 차단한다.The control unit 130 controls the second gate drivers of modules 1 and 3 in the determined abnormal state to turn off the power switching device of the ZVS-PSFB to block power supply to the load.
반면에, 정상 상태인 모듈 3의 제 2 게이트 드라이버를 제어하여 계속적으로 ZVS-PSFB와 동기 정류기의 전력 스위칭 소자를 온 유지시켜 부하에 DC 전원을 공급한다.On the other hand, the second gate driver of module 3, which is in a normal state, is controlled to continuously keep the power switching elements of the ZVS-PSFB and the synchronous rectifier turned on to supply DC power to the load.
그래서, 특수차량에서 사용하는 컨버터에서 고장이 발생한 경우 AC 입력을 유지하여 운용장비를 계속 운용하여 사용상의 운용장비의 운용성을 유지한다.Therefore, when a failure occurs in a converter used in a special vehicle, the AC input is maintained to continue operating the operating equipment to maintain the operability of the operating equipment in use.
도 4는 일실시예에 따른 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터의 동작을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.Figure 4 is a diagram for specifically explaining the operation of an AC-DC converter with a load sharing parallel structure according to an embodiment.
도 4에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 AC-DC 컨버터는 전술한 바와 같이, 다수의 전력제어모듈(110) 중에서 하나 이상이 고장난 경우 고장모듈만 사용을 제한하고. 정상모듈은 계속적으로 부하에 DC 전원을 공급한다.As shown in FIG. 4, the AC-DC converter according to one embodiment limits the use of only the failed module when one or more of the multiple
상기 제어부(130)는 각 전력제어모듈(110)의 제 2 게이트 드라이버(50)를 제어하여 ZVS-PSFB(30)의 전력 스위칭 소자의 동작을 정상모듈은 온, 고장모듈은 오프시켜 수행한다.The control unit 130 controls the second gate driver 50 of each
구체적으로, 상기 제어부(130)는 상기 다수의 전력제어모듈(110)별로 부하에 공급된 DC 전원 값을 센서를 통해 감지하여 설정된 기준값과 비교한다.Specifically, the control unit 130 detects the DC power value supplied to the load for each of the plurality of
상기 비교 결과, 두 값이 차이가 나는 경우 이상 상태로 판별하고, 판별된 이상 상태의 모듈별로 각 제 2 게이트 드라이버를 제어하여 ZVS-PSFB의 전력 스위칭 소자를 오프시켜 고장모듈에서는 부하로의 전원 공급을 차단한다.As a result of the above comparison, if there is a difference between the two values, it is determined to be in an abnormal state, and each second gate driver is controlled for each module in the determined abnormal state to turn off the power switching element of the ZVS-PSFB, so that the faulty module supplies power to the load. Block.
반면에, 정상 상태인 모듈의 제 2 게이트 드라이버를 제어해서 계속적으로 ZVS-PSFB의 전력 스위칭 소자와 동기 정류기의 전력 스위칭 소자를 온 유지시켜 부하에 DC 전원을 공급한다.On the other hand, the second gate driver of the module in the normal state is controlled to continuously keep the power switching device of the ZVS-PSFB and the power switching device of the synchronous rectifier on to supply DC power to the load.
도 5는 이실시예에 따른 AC-DC 컨버터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.Figure 5 is a diagram for explaining the operation of the AC-DC converter according to this embodiment.
도 5에 도시된 바와 같이, 이실시예에 따른 컨버터는 전술한 이상 모듈의 부하로의 전원 공급을 차단하고 정상 모듈만으로 부하에 전원을 공급할 경우, 정상 모듈의 출력 전원에서 리플이 발생하여 전원이 흔들리거나 감소해서 부하에 이상 상태를 일으킬 수 있다.As shown in FIG. 5, when the converter according to this embodiment blocks the power supply to the load of the above-mentioned faulty module and supplies power to the load only with the normal module, ripple occurs in the output power of the normal module and the power is turned off. It may fluctuate or decrease, causing abnormal conditions in the load.
그래서, 상기 제어부(130)는 상기 정상 모듈만으로 부하에 전원 공급을 할 경우, 정상 전력제어모듈의 출력 전원의 리플값을 감지하여 설정된 기준값과 비교한다. 상기 비교 결과, 상기 출력 전원의 리플값이 상기 기준값 이상인 경우 정상 전력제어모듈의 양방향 브릿지리스 PFC의 전력 스위칭 소자의 기준듀티비를 증가시켜 부하에 전원 공급을 한다. 즉, 상기 양방향 브릿지리스 PFC는 부하에서 사용하는 전원보다 높은 전원을 출력한다. 참고로, ZVS-PSFB는 부하에서 사용하는 전원으로 만든다. 그래서, 정상 전력제어모듈의 개수를 줄여 부하에 전원 공급을 할 경우, 상기 양방향 브릿지리스 PFC의 출력을 상대적으로 높여서 부하를 안정적으로 구동하고 보호한다.Therefore, when the control unit 130 supplies power to a load using only the normal module, it detects the ripple value of the output power of the normal power control module and compares it with a set reference value. As a result of the comparison, if the ripple value of the output power is greater than the reference value, the reference duty ratio of the power switching element of the bidirectional bridgeless PFC of the normal power control module is increased to supply power to the load. That is, the bidirectional bridgeless PFC outputs higher power than the power used by the load. For reference, ZVS-PSFB is made from the power used by the load. Therefore, when supplying power to a load by reducing the number of normal power control modules, the output of the bidirectional bridgeless PFC is relatively increased to stably drive and protect the load.
상기 기준듀티비는 예컨대 전술한 1kw를 공급할 경우의 듀티비이다. 상기 기준듀티비를 증가시키는 정도는 전원을 공급하는 부하의 개수별로 듀티비를 서로 다르게 정해서 수행한다.The reference duty ratio is, for example, the duty ratio when supplying 1 kw as described above. The degree to which the reference duty ratio is increased is performed by setting different duty ratios for each number of loads supplying power.
예를 들어, 부하 개수가 2개인 경우 듀티비를 기준듀티비의 2배로 증가시킬 수 있다. 3개인 경우도 동일한 설정값을 사용하고, 5개인 경우는 상대적으로 높은 3배의 설정값을 사용할 수 있다. 상기 듀티비는 예컨대 배터리, 팬의 28V와 같이 DC 전원 출력값에 대응하여 가감할 수 있다.For example, if the number of loads is two, the duty ratio can be increased to twice the standard duty ratio. In the case of 3, the same setting value can be used, and in the case of 5, a relatively higher setting value of 3 times can be used. The duty ratio can be added or subtracted in response to the DC power output value, such as 28V of a battery or fan.
또한, 상기 컨버터는 이렇게 정상 모듈을 통해 최소한의 출력으로 부하에 DC 전원을 공급할 경우, 이 최소한의 출력을 부하에 지속적으로 공급하기 때문에 부하는 약하거나 흔들리는 전원을 사용하여 부하에 이상 상태를 일으킬 수 있다.In addition, when the converter supplies DC power to the load with the minimum output through a normal module, this minimum output is continuously supplied to the load, so the load may use a weak or unstable power source, causing an abnormal condition in the load. there is.
이를 위해 아래의 동작을 수행한다.For this purpose, perform the following actions.
먼저, 상기 제어부(120)는 상기한 정상 전력제어모듈별로 각기 출력 리플값에 따라 출력을 제한하여 부하에 DC 전원을 공급할 경우, 상기 공급된 DC 전원의 인가 시간을 계수한다.First, when supplying DC power to a load by limiting the output of each normal power control module according to the output ripple value, the
그리고, 상기 계수된 DC 전원의 인가 시간을 설정된 임계 시간과 비교한다. 상기 임계 시간은 전술한 바대로 부하인 배터리, 히터, 팬의 28V와 같이 DC 전원 출력값에 대응하여 가감할 수 있다.Then, the calculated application time of the DC power is compared with a set threshold time. As described above, the critical time can be added or subtracted in response to the DC power output value, such as 28V of the load battery, heater, or fan.
상기 비교 결과, 상기 계수된 DC 전원의 인가 시간이 설정된 임계 시간 이상인 경우, 상기 증가된 기준듀티비를 제 1설정값만큼 감소시켜 부하를 보호한다. 상기 제 1설정값은 상기한 DC 전원 출력값과 부하 용량, 부하 유형 등에 따라 정할 수 있다.As a result of the comparison, if the calculated application time of the DC power is more than a set threshold time, the increased reference duty ratio is reduced by a first set value to protect the load. The first set value can be determined according to the DC power output value, load capacity, load type, etc.
예를 들어, 부하 개수가 2개인 경우 제 1설정값을 0.15로 하여 상기 증가된 기준듀티비 × 0.15로 감소시킬 수 있다. 3개와 5개인 경우도 동일한 설정값을 사용할 수 있다.For example, when the number of loads is two, the first set value can be set to 0.15 and reduced to the increased reference duty ratio × 0.15. The same setting values can be used in cases of 3 and 5.
이를 통해, 컨버터 고장 상황에서 정상 모듈의 리플을 제한한 최소한의 출력으로 부하에 전원을 계속 공급하여 나타날 수 있는 부하의 이상 상태를 방지할 수 있다.Through this, in a converter failure situation, it is possible to prevent abnormal conditions in the load that may appear by continuing to supply power to the load with the minimum output that limits the ripple of the normal module.
추가적으로, 이러한 AC-DC 컨버터는 이렇게 정상 상태의 전력제어모듈만으로 부하에 DC 전원을 공급할 경우, 이 모듈을 많이 사용한 경우 DC 전원 출력이 변하거나 흔들릴 수 있어 부하에 이상 상태를 추가로 나타낼 수 있다.Additionally, if this AC-DC converter supplies DC power to the load with only the power control module in a normal state, the DC power output may change or fluctuate if this module is used extensively, which may additionally indicate an abnormal state to the load.
상기 AC-DC 컨버터는 먼저 제어부(130)에서 상기 정상 전력제어모듈별로 각기 사용 시간을 계수한다.The AC-DC converter first counts the usage time for each normal power control module in the control unit 130.
그리고, 상기 계수된 정상 전력제어모듈의 사용 시간을 설정된 전력제어모듈의 정격 사용 기간과 비교한다.Then, the calculated normal use time of the power control module is compared with the rated use period of the set power control module.
상기 비교 결과, 상기 계수된 정상 전력제어모듈의 사용 시간이 설정된 전력제어모듈의 정격 사용 시간을 초과한 경우, 상기 증가된 기준듀티비를 제 2설정값만큼 감소시켜 부하를 보호한다.As a result of the comparison, if the calculated normal use time of the power control module exceeds the rated use time of the set power control module, the increased reference duty ratio is reduced by a second set value to protect the load.
상기 제 2설정값은 전력제어모듈의 이상 상태에 따른 것으로 전술한 제 1설정값보다는 상대적으로 더 높은 값으로 정해진다. 구체적인 값은 전력제어모듈의 유형과 정격 사용 기간, 최대 구동량 등을 감안하여 정할 수 있다.The second set value is determined by an abnormal state of the power control module and is set to a relatively higher value than the first set value described above. The specific value can be determined by considering the type of power control module, rated usage period, and maximum driving amount.
예를 들어, 부하 개수가 2개인 경우 제 2설정값을 0.3으로 하여 상기 증가된 기준듀티비 × 0.3으로 감소시킬 수 있다. 3개와 5개인 경우도 동일한 설정값을 사용할 수 있다.For example, when the number of loads is two, the second set value can be set to 0.3 and reduced to the increased reference duty ratio × 0.3. The same setting values can be used in cases of 3 and 5.
한편, 상기 AC-DC 컨버터는 이러한 정상 전력제어모듈만으로 부하에 전원을 공급할 경우, 교체 여부를 추가로 더 확인할 수 있다.On the other hand, when the AC-DC converter supplies power to the load with only such a normal power control module, it is possible to further check whether or not it is replaced.
상기 제어부(130)는 상기한 정상 전력제어모듈의 사용 시간의 추이값에 대해 정상상태일 때의 값을 기준값과 기준범위로 정하고, 상기 기준값과 상기 기준범위를 등록한다.The control unit 130 sets values in a normal state as a reference value and a reference range for the transition value of the usage time of the normal power control module, and registers the reference value and the reference range.
이러한 상태에서, 상기 정상 전력제어모듈의 사용 시간의 변화량을 설정 기간 동안 산출하여 추이값을 산출한다.In this state, the change in usage time of the normal power control module is calculated over a set period to calculate a trend value.
상기 산출된 추이값을 상기 등록된 기준값과 비교하여, 상기 비교 결과, 상기 산출된 추이값이 상기 등록된 기준값과 기준범위 이상 차이가 나는 경우 교체 상태로 판별한다.The calculated trend value is compared with the registered reference value, and if, as a result of the comparison, the calculated trend value differs from the registered reference value by more than a reference range, it is determined to be in a replacement state.
또한, 상기 제어부(130)는 이렇게 상기 정상 전력제어모듈이 교체 상태인 경우, 상기 증가된 기준듀티비를 제 3설정값만큼 감소시켜 부하를 보호한다.Additionally, when the normal power control module is in a replacement state, the control unit 130 protects the load by reducing the increased reference duty ratio by a third set value.
상기 제 3설정값은 전력제어모듈의 교체 상태에 따른 것으로 전술한 이상 상태에 따른 제 2설정값보다는 상대적으로 더 높은 값이다. 구체적인 값은 위와 마찬가지로 전력제어모듈의 유형과 정격 사용 기간, 최대 구동량, 내구성 등을 감안하여 정한다.The third set value is according to the replacement state of the power control module and is relatively higher than the second set value according to the above-mentioned abnormal state. As above, the specific value is determined by considering the type of power control module, rated period of use, maximum drive amount, durability, etc.
예를 들어, 부하 개수가 2개인 경우 제 3설정값을 0.5로 하여 상기 증가된 기준듀티비 × 0.5로 감소시킬 수 있다. 3개와 5개인 경우도 동일한 설정값을 사용할 수 있다.For example, if the number of loads is two, the third set value can be set to 0.5 and reduced to the increased reference duty ratio × 0.5. The same setting values can be used in cases of 3 and 5.
도 6은 일실시예에 따른 부하공유 병렬구조의AC-DC 컨버터의 구성을 도시한 블록도이다.Figure 6 is a block diagram showing the configuration of an AC-DC converter with a load sharing parallel structure according to an embodiment.
도 6에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 AC-DC 컨버터(100)는 크게 다수의 전력제어모듈(110), 구동부(120), 제어부(130)를 포함한다. 추가적으로 EMI 필터(140), DC 출력 스위치(150) 및 표시부(160)를 포함한다.As shown in FIG. 6, the AC-DC converter 100 according to one embodiment largely includes a plurality of
상기 다수의 전력제어모듈(110)은 기존대로 양방향 브릿지리스 PFC, ZVS-PSFB, 동기 정류기를 가진다.The plurality of
상기 구동부(120)는 다수의 전력제어모듈(110)의 양방향 브릿지리스 PFC의 전력 스위칭 소자를 공통 구동하는 제 1 게이트 드라이버, 다수의 전력제어모듈(110)별로 ZVS-PSFB와 동기 정류기의 전력 스위칭 소자를 구동하는 제 2 게이트 드라이버를 가진다.The
상기 제어부(130)는 먼저 상기 제 1, 2 게이트 드라이버를 제어하여 다수의 전력제어모듈(110)의 주 DC 전원을 공유하여 부하에 공급한다. 상기 공급된 주 DC 전원 값을 센서를 통해 감지하여 설정된 기준값과 비교하여 차이가 나는 이상모듈의 제 2 게이트 드라이버를 제어하여 ZVS-PSFB의 전력 스위칭 소자를 오프시킨다. 그리고, 정상모듈의 제 2 게이트 드라이버를 제어해서 ZVS-PSFB의 전력 스위칭 소자를 온 유지시켜, 정상모듈만으로 부하에 전원을 공급한다. 참고로, 상기 제어부(130)는 MCU를 사용한다.The control unit 130 first controls the first and second gate drivers to share the main DC power of the multiple
상기 EMI 필터(140)는 상기 AC 전원을 입력받을 경우 전기적인 노이즈를 제거하고 안정적인 전원을 공급한다.The EMI filter 140 removes electrical noise and supplies stable power when receiving the AC power.
상기 DC 출력 스위치(150)는 DC 전원의 출력을 사용자 키 조작에 따라 단속하여 부하에 공급하기 위한 것이다.The DC output switch 150 is used to control the output of DC power according to the user's key operation and supply it to the load.
상기 표시부(160)는 상기 다수개의 전력제어모듈(110)을 운용하는 중에 램프에서 전원 모니터링 기능을 수행해서 DC 출력 상태를 표시하고, AC 입력 상태와 부하량을 표시한다. 이때, 램프는 이러한 각종 기능별로 구비한다. 또한, 상기 표시부(160)는 상기 제어부(130)에 의해 부하의 이상이 있는 경우 온해서 이상 상태를 알람한다.The display unit 160 performs a power monitoring function on the lamp while operating the plurality of
도 7은 일실시예에 따른 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터의 동작을 순서대로 도시한 플로우 차트이다.Figure 7 is a flow chart sequentially showing the operation of an AC-DC converter with a load sharing parallel structure according to an embodiment.
도 7에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 AC-DC 컨버터는 먼저 전술한 전력제어모듈을 다수개 구비하여 병렬로 설치한다(S701).As shown in Figure 7, the AC-DC converter according to one embodiment is first equipped with a plurality of the above-described power control modules and installed in parallel (S701).
그리고, 상기 AC-DC 컨버터는 상기 제어부에서 상기 제 1 게이트 드라이버를 제어하여 다수개의 전력제어모듈의 각 양방향 브릿지리스 PFC를 통해 AC 전원을 보조 DC 전원으로 변환한다.In addition, the AC-DC converter controls the first gate driver in the control unit to convert AC power to auxiliary DC power through each bidirectional bridgeless PFC of a plurality of power control modules.
상기 제어부는 상기 다수개의 전력제어모듈별로 각기 제 2 게이트 드라이버를 제어하여 ZVS-PSFB를 통해 상기 보조 DC 전원을 부하에 적합한 주 DC 전원으로 변환하고, 상기 동기 정류기를 통해 주 DC 전원에서 고주파 성분을 격리하여 부하에 공급한다.The control unit controls a second gate driver for each of the plurality of power control modules, converts the auxiliary DC power into main DC power suitable for the load through ZVS-PSFB, and converts high frequency components from the main DC power through the synchronous rectifier. Isolate and supply to load.
이러한 상태에서, 상기 제어부는 상기 공급된 DC 전원 값을 센서를 통해 감지하여 설정된 기준값과 비교하여(S702) 차이가 나는 경우 이상 상태로 판별한다(S703). 그리고, 상기 판별된 이상 상태의 전력제어모듈의 제 2 게이트 드라이버를 제어하여 ZVS-PSFB의 전력 스위칭 소자를 오프시키고(S704), 정상 상태의 전력제어모듈의 제 2 게이트 드라이버를 제어해서 ZVS-PSFB의 전력 스위칭 소자를 온 유지시킨다(S705). 그래서, 고장모듈에서는 부하로의 전원 공급을 차단하고, 정상모듈만으로 전원을 공급한다.In this state, the control unit detects the supplied DC power value through a sensor, compares it with a set reference value (S702), and determines an abnormal state if there is a difference (S703). Then, the second gate driver of the power control module in the determined abnormal state is controlled to turn off the power switching element of the ZVS-PSFB (S704), and the second gate driver of the power control module in the normal state is controlled to turn off the ZVS-PSFB. The power switching element is kept on (S705). Therefore, the power supply to the load is cut off from the faulty module, and power is supplied only to the normal module.
이를 통해, 특수차량에서 사용하는 컨버터에서 고장이 발생한 경우 AC 입력을 유지하여 운용장비를 계속 운용하여 사용상의 운용장비의 운용성을 유지한다.Through this, in the event of a failure in the converter used in a special vehicle, the AC input is maintained and the operating equipment continues to operate, thereby maintaining the operability of the operating equipment in use.
이상과 같이, 일실시예는 특수차량에서 AC-DC 컨버터의 고장이 발생한 경우 운용장비를 계속 운용하여 사용상의 운용장비의 운용성을 유지한다. AC-DC 컨버터의 고장 상황에 대한 대책이 없다면 고장 상황에서 장비 운용은 할 수 없는 조건이 되는데, 이러한 조건을 극복하여 AC 입력을 유지할 수 있다.As described above, in one embodiment, when a failure of the AC-DC converter occurs in a special vehicle, the operational equipment continues to be operated to maintain the operability of the operational equipment in use. If there is no countermeasure for the failure of the AC-DC converter, it becomes impossible to operate the equipment in a failure situation. However, by overcoming this condition, AC input can be maintained.
100 : AC-DC 컨버터 110 : 전력제어모듈
120 : 구동부 130 : 제어부
140 : EMI 필터 150 : DC 출력 스위치
160 : 표시부100: AC-DC converter 110: Power control module
120: driving unit 130: control unit
140: EMI filter 150: DC output switch
160: display unit
Claims (6)
AC 전원을 입력받아 DC 전원으로 변환하는 양방향 브릿지리스 PFC, 상기 DC 전원을 부하의 DC 전원으로 변환하는 ZVS-PSFB 및 상기 부하의 DC 전원을 고주파 격리하여 부하에 공급하는 동기 정류기를 가진 다수의 전력제어모듈(110);
상기 다수의 전력제어모듈(110)의 양방향 브릿지리스 PFC의 전력 스위칭 소자를 구동하는 제 1 게이트 드라이버, 상기 다수의 전력제어모듈(110)별로 ZVS-PSFB와 동기 정류기의 전력 스위칭 소자를 구동하는 제 2 게이트 드라이버를 가진 구동부(120); 및
상기 구동부(120)의 제 1, 2 게이트 드라이버를 제어하여 부하에 DC 전원을 공급하고, 상기 공급된 DC 전원 값을 설정된 기준값과 비교하여 차이가 나는 이상 전력제어모듈의 제 2 게이트 드라이버를 제어하여 ZVS-PSFB의 전력 스위칭 소자를 오프시켜 부하로의 전원 공급을 차단하는 제어부(130);를 포함하고,
상기 다수의 전력제어모듈의 DC 전원의 전압을 감지하여 상기 제어부(130)로 전달하는 전압 감지부(111); 및
상기 전압 감지부(111)의 주변 외기 온도를 감지하여 상기 제어부(130)로 전달하는 온도 감지부(112);를 더 포함하고,
상기 제어부(130)는
상기 이상 전력제어모듈의 부하로의 전원 공급을 차단할 경우, 상기 전압 감지부(111)를 통해 상기 다수의 전력제어모듈 중에서 정상 전력제어모듈의 출력 전원의 전압을 감지하는 제 1단계;
상기 제 1단계에서 감지된 전압값을 설정된 기준값과 비교하는 제 2단계;
상기 제 2단계에서 비교된 전압값이 상기 기준값 이하인 경우 상기 온도 감지부(112)를 통해 주변 외기 온도를 감지하는 제 3단계;
상기 제 3단계에서 감지된 외기 온도가 -50℃부터 0℃까지는 부하의 개수별로 정해진 기준듀티비를 30% 증가시키고, 0℃ 초과 20℃ 이하까지는 상기 기준듀티비를 20% 증가시키고, 20℃ 초과 50℃ 이하까지는 상기 기준듀티비를 10% 증가시키는 제 4단계; 및
상기 제 4단계에서 증가된 기준듀티비에 따라 상기 정상 전력제어모듈의 양방향 브릿지리스 PFC의 전력 스위칭 소자를 구동시키는 제 5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하공유 병렬구조의 AC-DC 컨버터.
In AC-DC converter,
Multiple power sources including a bi-directional bridgeless PFC that receives AC power and converts it to DC power, a ZVS-PSFB that converts the DC power to the DC power of the load, and a synchronous rectifier that isolates the DC power of the load at high frequency and supplies it to the load. Control module 110;
A first gate driver driving the power switching elements of the bidirectional bridgeless PFC of the plurality of power control modules 110, and a second gate driver driving the power switching elements of the ZVS-PSFB and the synchronous rectifier for each of the plurality of power control modules 110. A driving unit 120 with two gate drivers; and
DC power is supplied to the load by controlling the first and second gate drivers of the driver 120, and the supplied DC power value is compared with a set reference value, and if there is a difference, the second gate driver of the power control module is controlled. It includes a control unit 130 that turns off the power switching element of the ZVS-PSFB to block the power supply to the load,
A voltage detection unit 111 that detects the voltage of the DC power of the plurality of power control modules and transmits it to the control unit 130; and
It further includes a temperature detection unit 112 that detects the ambient temperature of the voltage detection unit 111 and transmits it to the control unit 130,
The control unit 130 is
When cutting off the power supply to the load of the abnormal power control module, a first step of detecting the voltage of the output power of the normal power control module among the plurality of power control modules through the voltage detection unit 111;
A second step of comparing the voltage value detected in the first step with a set reference value;
A third step of detecting the surrounding external air temperature through the temperature sensing unit 112 when the voltage value compared in the second step is less than or equal to the reference value;
In the third step, the standard duty ratio determined by the number of loads is increased by 30% from -50℃ to 0℃, and the standard duty ratio is increased by 20% from 0℃ to 20℃, and 20℃. A fourth step of increasing the standard duty ratio by 10% until the temperature exceeds 50° C. or less; and
A fifth step of driving the power switching element of the bidirectional bridgeless PFC of the normal power control module according to the reference duty ratio increased in the fourth step. An AC-DC converter with a load sharing parallel structure comprising a.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020230121058A KR102679487B1 (en) | 2023-09-12 | 2023-09-12 | AC-DC converter employing load sharing with parrallel structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020230121058A KR102679487B1 (en) | 2023-09-12 | 2023-09-12 | AC-DC converter employing load sharing with parrallel structure |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR102679487B1 true KR102679487B1 (en) | 2024-07-01 |
Family
ID=91944365
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020230121058A Active KR102679487B1 (en) | 2023-09-12 | 2023-09-12 | AC-DC converter employing load sharing with parrallel structure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102679487B1 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07194118A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-28 | Hitachi Ltd | Power system |
JP2008079447A (en) * | 2006-09-22 | 2008-04-03 | Toyota Motor Corp | Multiphase voltage conversion device, vehicle, and control method for multiphase voltage conversion device |
KR101235182B1 (en) | 2011-04-06 | 2013-02-21 | 부산대학교 산학협력단 | Diagnosis apparatus of the open-circuit fault in 3-phase AC/DC PWM converter and method thereof |
KR20150142743A (en) * | 2014-06-11 | 2015-12-23 | 한국에너지기술연구원 | A converter system using efficient map and control method thereof |
KR101796741B1 (en) | 2017-03-28 | 2017-11-10 | (주)엘탑 | DC-DC converter for vehicle and air conditioner system for vehicle having the same |
KR101969391B1 (en) | 2013-01-15 | 2019-04-16 | 콘티넨탈 오토모티브 시스템 주식회사 | Method for detecting validity of vehicular adc unit |
KR102011378B1 (en) | 2017-10-30 | 2019-08-16 | 주식회사 만도 | Converter for vehicle with wireless charging |
KR20230036547A (en) * | 2021-09-07 | 2023-03-14 | 주식회사 성호전자 | AC-DC converter employing high efficiency load sharing with parrallel structure |
-
2023
- 2023-09-12 KR KR1020230121058A patent/KR102679487B1/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07194118A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-28 | Hitachi Ltd | Power system |
JP2008079447A (en) * | 2006-09-22 | 2008-04-03 | Toyota Motor Corp | Multiphase voltage conversion device, vehicle, and control method for multiphase voltage conversion device |
KR101235182B1 (en) | 2011-04-06 | 2013-02-21 | 부산대학교 산학협력단 | Diagnosis apparatus of the open-circuit fault in 3-phase AC/DC PWM converter and method thereof |
KR101969391B1 (en) | 2013-01-15 | 2019-04-16 | 콘티넨탈 오토모티브 시스템 주식회사 | Method for detecting validity of vehicular adc unit |
KR20150142743A (en) * | 2014-06-11 | 2015-12-23 | 한국에너지기술연구원 | A converter system using efficient map and control method thereof |
KR101796741B1 (en) | 2017-03-28 | 2017-11-10 | (주)엘탑 | DC-DC converter for vehicle and air conditioner system for vehicle having the same |
KR102011378B1 (en) | 2017-10-30 | 2019-08-16 | 주식회사 만도 | Converter for vehicle with wireless charging |
KR20230036547A (en) * | 2021-09-07 | 2023-03-14 | 주식회사 성호전자 | AC-DC converter employing high efficiency load sharing with parrallel structure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7932632B2 (en) | Switching power supply with overvoltage protection and overvoltage protection method thereof | |
US9800056B2 (en) | Multi-power supply system and control method thereof | |
EP2164161B1 (en) | AC/DC converter for a compressor driver and air conditioner with a troubleshooting mechanism for faulty bidirectional switches | |
EP2254223B1 (en) | Improved self powered supply for power converter switch driver | |
US20070241616A1 (en) | Low cost, low power loss uninterruptible power supply | |
JP2001186689A (en) | Uninterruptible power supply device | |
EP2164160B1 (en) | Voltage reduction detection circuit and switching power supply system | |
US8159802B2 (en) | 3-phase power factor corrected AC to DC filtered switching power supply | |
CN1983789A (en) | Inverter | |
JP5493161B2 (en) | Status monitoring power supply and power status monitoring method | |
EP1806819A1 (en) | Backup power system | |
JP4869284B2 (en) | AC / DC converter, and compressor drive device, compressor and air conditioner using the AC / DC converter | |
KR102679487B1 (en) | AC-DC converter employing load sharing with parrallel structure | |
KR100926630B1 (en) | Regenerative Dual PPM Digital Excitation System | |
KR102630314B1 (en) | AC-DC converter employing high efficiency load sharing with parrallel structure | |
JP2001238465A (en) | Inverter device | |
CN219760858U (en) | Power supply monitoring and power-off control multiplexing circuit and driving system | |
JPH10225126A (en) | Power supply unit | |
JP5223320B2 (en) | Shared printed circuit board and DC power supply circuit using the same | |
JP6106981B2 (en) | Electronic circuit equipment | |
KR101854089B1 (en) | Variable voltage stable power supply and method for controlling thereof | |
WO2019187402A1 (en) | Brake circuit and power conversion device | |
JP2016157588A (en) | Fuel battery power generation system | |
CN104935158A (en) | Novel zero voltage switching circuit and bidirectional conversion controller | |
CN223051470U (en) | Contactor detection circuit, energy storage converter and energy storage system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20230912 |
|
PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20230912 Comment text: Patent Application |
|
PA0302 | Request for accelerated examination |
Patent event date: 20230913 Patent event code: PA03022R01D Comment text: Request for Accelerated Examination |
|
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20231208 Patent event code: PE09021S01D |
|
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20240514 |
|
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20240625 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20240625 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration |