KR101782497B1

KR101782497B1 - Dcm region input voltage expansion control device and control method

Info

Publication number: KR101782497B1
Application number: KR1020130162516A
Authority: KR
Inventors: 김영신
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2017-09-27
Also published as: KR20150074593A

Abstract

본원 발명은 종래의 입력 전압의 순시치를 가지고 입력전류의 역률을 보정하는 문제점을 해결하기 위해 부스트(Boost) PFC를 DCM 영역에서 제어시 입력전압의 상승에 의하여 입력전류가 CCM 영역으로 변환되는 것을 억제하여 입력전류가 CCM모드로 동작함으로 인하여 발생하는 전기 회로의 손상 및 파손을 사전에 방지할 수 있는 제어 장치 및 제어 방법을 제공하고자 한다.
본원 발명에 따른 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치 및 제어 방법에 따르면 DCM제어 Boost PFC에서 DCM과 CCM경계 영역 이상으로 입력전압이 증가할 지라도 입력 과전류가 발생하는 것을 사전에 방지하여 Boost PFC의 전기회로의 손상으로 인한 수명 감소 및 파손을 보호할 수 있는 효과가 있다.In order to solve the problem of correcting the power factor of the input current with the instantaneous value of the input voltage, the present invention suppresses the conversion of the input current into the CCM region due to the rise of the input voltage when the boost PFC is controlled in the DCM region And to provide a control device and a control method that can prevent damage and breakage of an electric circuit caused by operation of an input current in a CCM mode in advance.
According to the control method and control method of DCM region input voltage of the boost PFC according to the present invention, it is possible to prevent the input overcurrent from occurring even if the input voltage increases beyond DCM and CCM boundary regions in the DCM control boost PFC, It is possible to protect the life-span reduction and breakage due to the damage of the electric circuit.

Description

부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치 및 제어 방법 {DCM REGION INPUT VOLTAGE EXPANSION CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a boost PFC DCM region input voltage expansion control device,

본원 발명은 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Boost PFC(Power Factor Correction)를 DCM(Discontinuous Current Mode) 제어 시 입력전압의 상승에 의하여 입력전류가 CCM(Continuous Current Mode)로 변환되는 것을 억제하여 입력전류가 CCM모드로 동작함으로 인하여 발생하는 전기 회로의 손상 및 파손을 사전에 방지할 수 있는 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
[0001] The present invention relates to an apparatus and method for controlling the input voltage of a DCM region of a boost PFC, and more particularly, to a method and an apparatus for controlling an input voltage of a boost PFC by controlling a Boost PFC (Power Factor Correction) (Continuous Current Mode), thereby preventing damage or breakage of an electric circuit caused by operation of the input current in the CCM mode.

부스트 컨버터(booster converter)란 입력 보다 큰 출력 전압을 얻을 수 있는 A/D 컨버터를 말한다. A booster converter is an A / D converter that can get a larger output voltage than an input.

역률 정정 회로(Power Factor Correction, PFC) 회로는 파워 라인 상에서의 고조파를 감소시키는데 사용되고 그리고 특히 부속된 부하를 포함하여 회로가 실질적으로 순 저항성 부하로 보이도록 하는데 사용된다. 역률 정정 회로의 목적은 AC 전압 및 전류가 실질적으로 동상(in phase)이도록 하는 것이다. 이것은 효율(efficiency)을 개선하고 동시에 해로운 고조파의 발생을 제거한다.A Power Factor Correction (PFC) circuit is used to reduce harmonics on the power line and is used to make the circuit appear to be substantially pure resistive load, especially including the attached load. The purpose of the power factor correcting circuit is to ensure that the AC voltage and current are substantially in phase. This improves efficiency and at the same time eliminates harmful harmonics.

예컨대, 역률 정정 회로는 수십 내지 수백 kHz 주파수 영역에서 동작하고, 입력 전원 공급 및 부하에서 상당한 범위의 변화를 가능케 하여, 고조파 왜곡을 대부분 억제할 수 있고 일정한(unity) 역률을 가질 수 있다.For example, a power factor correcting circuit operates in the frequency range of tens to hundreds of kHz, allows a significant range of changes in input power supply and load, and can suppress most harmonic distortion and have a unity power factor.

도 1 은 종래의 OBC(On-Board Battery Charger)용 부스트 PFC(Power Factor Correction)의 여러 예를 보여주는 도면이다.1 is a diagram showing various examples of boost PFC (Power Factor Correction) for a conventional on-board battery charger (OBC).

도 1a 는 Conventional Boost PFC의 일 실시예를 보여주는 것으로, PFC 파트는 220Vac, 60Hz 상용전원을 입력으로 하여 역률 규제를 만족시키기 위해 입력 전원의 전류를 정현파 형태로 제어하고, 직류출력을 만들기 위해 정현파인 전원을 정류하여 380Vdc 의 출력을 가지도록 하는 역할을 한다. FIG. 1A shows an embodiment of a conventional Boost PFC. In the PFC part, a 220Vac and 60Hz commercial power supply is input. In order to satisfy the power factor regulation, the current of the input power source is controlled in the form of a sinusoidal wave. And rectifies the power supply to have an output of 380 Vdc.

도 1a에 도시된 부스트 PFC의 가장 기본적인 형태이며 다이오드 브릿지, 하나의 MOSFET, 인덕터, 다이오드, 커패시터로 구성된다. 때문에 하나의 스위치를 드라이브 할 게이트 드라이버 회로만을 필요로 하게 된다. 또한 Conventional Boost PFC의 경우 입력 전류를 연속으로 제어할 수 있고, 입력전원 그라운드와 출력전원의 그라운드가 같은 노드를 공유하기 때문에 저주파수(LPF)가 존재하여 CM 노이즈에 영향을 적게 받는다. The most basic form of the boost PFC shown in FIG. 1A is a diode bridge, a MOSFET, an inductor, a diode, and a capacitor. Therefore, only a gate driver circuit for driving one switch is required. In addition, Conventional Boost PFC can continuously control the input current, and because the input power ground and the ground of the output power supply share the same node, low frequency (LPF) exists and is less affected by CM noise.

도 1b 는 도 1a의 Conventional Boost PFC의 동작을 보여주는 도면이다.1B is a view showing the operation of the Conventional Boost PFC of FIG. 1A.

도 1a의 I_L은 인덕터에 흐르는 전류, I_SW는 스위치에 흐르는 전류, I_D는 다이오드에 흐르는 전류, I_C는 커패시터에 흐르는 전류, I_O는 출력 전류를 나타낸다. 이때 Conventional Boost PFC의 동작은 도 1b와 같으며, 크게 입력전압이 양인 구간인 모드 1(a), 모드 2(b)와 입력 전압이 음인 모드 3(c), 모드 4(d)로 나누어 해석할 수 있다. I_L in FIG. 1A denotes a current flowing in an inductor, I_SW denotes a current flowing in a switch, I_D denotes a current flowing in a diode, I_C denotes a current flowing in a capacitor, and I_O denotes an output current. In this case, the operation of the conventional Boost PFC is as shown in FIG. 1B. The operation is divided into mode 1 (a), mode 2 (b) can do.

입력 전압이 양인 (a) 모드 1 인 구간에서는 계통으로부터 Conventional Boost PFC에 입력된 전원이 정류기-인덕터-스위치-정류기를 통한 경로를 통해 인덕터에 에너지를 저장한다. 이 구간 동안에는 이전모드에서 커패시터로 충전되었던 에너지가 방출되며 부하에 전압을 유지한다.(A) In mode 1 where the input voltage is positive, the power input to the conventional Boost PFC from the system stores energy in the inductor through the path through the rectifier-inductor-switch-rectifier. During this interval, the energy that was charged to the capacitor in the previous mode is released and maintains the voltage on the load.

(b) 모드 2의 경우에서는 정류기-인덕터-부하-정류기를 통한 경로를 통해 인덕터에 저장된 에너지를 방출하며 부하에 전압을 유지한다. 이때 스위치와 다이오드에는 PFC 회로의 출력 전압의 크기와 같은 전압이 걸리며, 인덕터에는 정류기의 최대 출력 전압이 걸리게 된다.(b) In Mode 2, the energy stored in the inductor is released through the path through the rectifier-inductor-load-rectifier and the voltage is maintained at the load. At this time, the voltage equal to the output voltage of the PFC circuit is applied to the switch and the diode, and the maximum output voltage of the rectifier is applied to the inductor.

도 1c 는 Interleaved Boost PFC 의 일 실시예를 보여주는 도면이다. 1C is a diagram illustrating an embodiment of an interleaved boost PFC.

Interleaved Boost PFC 는 기존의 Conventional Boost PFC 에서 인덕터, 스위치, 다이오드를 추가해 기존의 인덕터, 스위치, 다이오드 경로에 병렬로 연결한 형태의 토폴로지다. Interleaved Boost PFC는 기본적으로 기존의 Conventional Boost PFC를 병렬로 연결한 구조이기 때문에 각각의 스위치에 입력전류의 절반에 해당하는 전류가 흐로게 되고, Interleaving 제어를 하기 때문에 인덕터의 전류 리플을 Conventional Boost Converter 대비 절반 이하로 줄일 수 있는 장점을 가지고 있으며, 출력 커패시터의 용량 또한 줄일 수 있다. 도 1c 는 Interleaved Boost PFC의 회로도를 나타내며 I_L1은 인덕터 1 에 흐르는 전류, I_L2는 인덕터 2 에 흐르는 전류, SW1는 스위치 1 에 흐르는 전류, SW2 는 스위치 2에 흐르는 전류, D1은 다이오드 1 에 흐르는 전류, D2 는 다이오드 2 에 흐르는 전류를 나타내고, I_C는 커패시터로 흐르는 전류, I_O 는 부하로 흐르는 전류를 나타낸다. Interleaved Boost PFC is a topology in which conventional inductors, switches, and diodes are added in conventional Conventional Boost PFCs and connected in parallel to existing inductors, switches, and diode paths. Interleaved Boost PFC is basically constructed by connecting Conventional Boost PFCs in parallel, so current corresponding to half of the input current is flowed into each switch and interleaving control is performed. Therefore, current ripple of the inductor is compared with Conventional Boost Converter It has the advantage of reducing it to less than half, and it also can reduce the capacity of the output capacitor. Fig. 1C shows a circuit diagram of the interleaved boost PFC. Fig. 1B shows a circuit diagram of the interleaved boost PFC. Fig. 1B shows the current flowing through the inductor 1, I_L2 is the current flowing through the inductor 2, SW1 is the current flowing through the switch 1, SW2 is the current flowing through the switch 2, D2 denotes a current flowing in the diode 2, I_C denotes a current flowing to the capacitor, and I_O denotes a current flowing to the load.

이러한 Interleaved Boost PFC의 경우 도 1d와 같은 동작모드를 가지고 동작한다. Interleaved Boost PFC의 동작은 기본적으로는 Conventional Boost PFC의 동작과 유사하지만 각각의 스위치를 스위칭 할 때 180도의 위상차를 두어 인덕터 1 과 인덕터 2 로 흐르는 전류리플의 위상이 최대점과 최소점이 같은 시점에 존재하도록 하여 입력전류의 리플 및 커패시터의 전류리플을 반이 될 수 있도록 제어한다. 동작 중에 Interleaved Boost PFC의 스위치 및 다이오드에는 각각 출력전압만큼의 전압 스트레스가 가해진다.In the case of such an interleaved boost PFC, it operates with the operation mode as shown in FIG. 1d. The operation of the interleaved Boost PFC is basically similar to that of Conventional Boost PFC. However, when switching each switch, there is a phase difference of 180 degrees, so that the phase of the current ripple flowing to the inductor 1 and the inductor 2 is at the same point So that the ripple of the input current and the current ripple of the capacitor can be halved. During operation, the voltage and stress on the switches and diodes of the Interleaved Boost PFC are each as much as the output voltage.

도 1e 는 Semi-bridgeless Boost PFC 의 예를 보여주는 도면이다. FIG. 1E is a diagram showing an example of a semi-bridgeless Boost PFC.

Semi-bridgeless Boost PFC 는 기존의 Bridgeless PFC의 단점인 LFP의 부제를 보완하기 위해 입력측의 그라운드와 출력측의 그라운드 사이에 다이오드를 추가시킨 형태로 도 1e와 같은 구조로 구성된다. 이는 Interleaved Boost PFC와 비교하면 입력측에 2개의 다이오드가 기존의 Interleaved Boost PFC에서 정류기를 대체하는 모습이기 때문에 반도체 소자의 손실이 줄어들게 된다. 이러한 Semi-bridgeless Boost PFC는 도 1f와 같은 동작 모드를 가진다. 입력전원이 양의 구간인 모드 1 과 모드 2 중 모드 1 에서는 계통 - 인덕터 1 - 스위치 1 - 스위치 2 & 다이오드 1 을 통해 다시 계통으로 흐르게 된다. 이때 스위치의 역병렬 다이오드와 다이오드 1 을 통해 흐르는 구간에서 전체의 전류가 병렬의 경로를 가지고 흐르기 때문에 Convetntional Boost PFC에 비해 손실이 적어지는 장점을 가진다. 모드 2 의 경우 이전 모드인 모드 1 에서 인덕터에 저장되었던 에너지를 방출하여 부하에 공급함으로써 출력전압을 유지한다. 이후 입력전원이 음인 구간에서는 모드 1 과 모드 2 의 동작과 유사하게 모드 3 과 모드 4 동작을 수행한다.Semi-bridgeless Boost PFC has a structure as shown in Fig. 1e in which a diode is added between the ground on the input side and the ground on the output side in order to compensate the subtraction of the LFP, which is a disadvantage of the existing Bridgeless PFC. Compared with the interleaved boost PFC, the loss of the semiconductor device is reduced because two diodes on the input side replace the rectifier in the conventional interleaved boost PFC. Such a semi-bridgeless boost PFC has an operation mode as shown in FIG. 1F. In mode 1 and mode 2, where the input power is positive, the system-inductor 1 - switch 1 - switch 2 & diode 1 is passed back to the system. In this case, since the entire current flows through the parallel path through the reverse-parallel diode and the diode 1 of the switch, there is an advantage that the loss is smaller than that of the Convetntional Boost PFC. In mode 2, mode 1, which is the previous mode, releases the energy stored in the inductor and supplies it to the load to maintain the output voltage. Then, in the section where the input power is negative, the operation of the mode 3 and the mode 4 is performed similarly to the operation of the mode 1 and the mode 2.

DC/DC 컨버터의 기본 회로 구조는 인덕터 및 능동 스위치의 상대 위치들에 따른 6 개의 기본 타입, 즉, 벅 컨버터, 부스트 컨버터, 벅-부스트 컨버터, 척(Cuk) 컨버터, SEPIC 컨버터, 및 Zeta 컨버터로 분류될 수 있다. 부스트 및 벅-부스트 회로 구조물들은 PFC를 실행하기에 적절하다. The basic circuit structure of the DC / DC converter is based on six basic types, namely buck converter, boost converter, buck-boost converter, Cuk converter, SEPIC converter, and Zeta converter depending on the relative positions of the inductor and active switch Can be classified. The boost and buck-boost circuit structures are suitable for implementing PFC.

인덕터는 연속 전류 모드(CCM: continuous conduction mode) 또는 불연속 전류 모드(DCM: discontinuous current mode)에서 동작해도 상관없어서 높은 역률 정정이 이루어질 수 있다. 동일한 출력파워에 있어서, DCM에서 동작하는 인덕터는 CCM에서 동작하는 인덕터보다 더 큰 피크(peak) 전류를 가진다. 파워가 더 높고, 피크 전류가 더 높아지고, 이에 따라서 회로의 스위칭 손실은 증가한다. The inductor may be operated in continuous conduction mode (CCM) or discontinuous current mode (DCM) so that high power factor correction can be achieved. At the same output power, an inductor operating in a DCM has a larger peak current than an inductor operating in a CCM. The power is higher, the peak current is higher, and accordingly the switching loss of the circuit increases.

그러므로, CCM은 높은 파워 출력에 적절하다. 그러나, 인덕터가 CCM에서 동작할 시, 제어 회로는 실시간으로 입력 전압, 인덕터 전류 및 출력 전압 사이의 관계를 검출해야 해서, 이로써 회로는 복잡하다. 추가적으로, 스위칭 주파수 및 스위치의 듀티값(Duty ratio)는 입력 전압 주기마다 일정하게 변화되어야만 한다. Therefore, CCM is suitable for high power output. However, when the inductor is operating in the CCM, the control circuit must detect the relationship between the input voltage, the inductor current and the output voltage in real time, thereby complicating the circuit. In addition, the switching frequency and the duty ratio of the switch must be constantly changed for each input voltage period.

PFC 회로 및 제 2-스테이지 컨버터가 단일-스테이지 구조로 집적화되어야 할 필요가 있는 경우, PFC 회로의 스위치 소자들 및 제 2-스테이지 컨버터는 동일한 스위칭 주파수 및 듀티 비를 가져야 한다. When the PFC circuit and the second-stage converter need to be integrated into a single-stage structure, the switch elements of the PFC circuit and the second-stage converter must have the same switching frequency and duty ratio.

그러므로, PFC 회로가 CCM에서 동작할 시, PFC 회로는 제2 스테이지 컨버터로 집적화되기에 적절하지 않다. 이와 달리, 벅-부스트 PFC 컨버터에 있어서, 스위칭 주파수 및 스위치 소자의 듀티 비가 입력 전원 공급 주기 마다 일정하게 유지되는 경우, 인덕터가 DCM에서 동작할 시 PFC 기능은 손쉽게 이루어질 수 있다.Therefore, when the PFC circuit operates in the CCM, the PFC circuit is not suitable to be integrated into the second stage converter. Alternatively, in a buck-boost PFC converter, if the duty ratio of the switching frequency and the switching device is constantly maintained for each input power supply period, the PFC function can be easily performed when the inductor operates in the DCM.

일반적으로 부스트 PFC 역률 제어를 위하여 전압의 위상정보를 획득하여 전류 Reference값으로 전류를 제어하는 CCM제어 기법과는 달리 DCM제어 기법의 경우 입력전류의 순시 제어가 어렵기 때문에 입력전압정보 및 전류의 RMS값만을 이용하여 듀티값(duty ratio)를 제어하게 된다. Generally, unlike CCM control method which obtains phase information of voltage for boost PFC power factor control and controls current with reference value, it is difficult to control input current instantaneously in DCM control method, so input voltage information and current RMS The duty ratio is controlled using only the value.

이 경우 입력전압의 크기가 증가하여 DCM 제어영역 범위를 벗어난 입력전압이 인가 될 경우 입력전류가 CCM영역으로 동작하여 순간적인 입력 과전류가 발생하게 되고 이 때 발생한 입력 과전류는 전기회로에 지속적인 손상을 주어 전기회로의 수명을 낮추거나 전기회로를 직접적으로 파손시킨다. 이러한 입력 과전류 현상은 상용 AC 전원을 입력으로 사용하는 모든 DCM boost PFC converter에서 일어날 수 있다. In this case, if the input voltage is increased and the input voltage outside the DCM control range is applied, the input current will operate in the CCM region and instantaneous input overcurrent will be generated. It lowers the life of the electric circuit or directly destroys the electric circuit. This input overcurrent phenomenon can occur in all DCM boost PFC converters using commercial AC power as input.

일반적인 DCM제어 Boost PFC의 경우 입력전압의 순시치를 이용하여 입력전류의 역률을 보정한다. 그러나 일정한 Sampling Point에서 실제 전류의 순시치를 획득하기가 불가능하기 때문에 전류의 순시 제어는 불가능하고 전류의 RMS제어만 가능하다. 전류를 RMS제어를 하면서 발생하는 문제점은 RMS필터의 특성 상 제어기의 속도가 느려져 DCM에서 CCM으로 전환되는 순간 발생하는 입력 과전류를 제어하지 못하는 단점이 있다.
For a typical DCM controlled boost PFC, the power factor of the input current is corrected using the instantaneous value of the input voltage. However, since it is impossible to obtain the instantaneous value of the actual current at a constant sampling point, instantaneous control of the current is impossible and only RMS control of the current is possible. The problem that occurs when the current is controlled by the RMS is that the controller does not control the input overcurrent that occurs when the controller is switched from DCM to CCM due to the characteristics of the RMS filter.

본원 발명은 종래의 입력 전압의 순시치를 가지고 입력전류의 역률을 보정하는 문제점을 해결하기 위해 부스트(Boost) PFC를 DCM 영역에서 제어시 입력전압의 상승에 의하여 입력전류가 CCM 영역으로 변환되는 것을 억제하여 입력전류가 CCM모드로 동작함으로 인하여 발생하는 전기 회로의 손상 및 파손을 사전에 방지할 수 있는 제어 장치 및 제어 방법을 제공하고자 한다.
In order to solve the problem of correcting the power factor of the input current with the instantaneous value of the input voltage, the present invention suppresses the conversion of the input current into the CCM region due to the rise of the input voltage when the boost PFC is controlled in the DCM region And to provide a control device and a control method that can prevent damage and breakage of an electric circuit caused by operation of an input current in a CCM mode in advance.

일 측면에 따라, 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치는According to one aspect, the DCM region input voltage expansion controller of the boost PFC

DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작하기 위한 부스트 PFC(Power Factor Correction)의 최대 전류와 상기 부스트 PFC내 인덕터에 흐르는 입력 전류의 차이를 기초로 전류 듀티값(duty ratio)을 출력하는 전류 듀티값 출력부; 및A current duty value output for outputting a current duty ratio based on a difference between a maximum current of a boost PFC for operating in a DCM (Discontinuous Current Mode) region and an input current flowing in an inductor in the boost PFC part; And

상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치의 차이를 기초로 전압 듀티값을 출력하는 전압 듀티값 출력부; 및A voltage duty value output unit for outputting a voltage duty value based on a difference between a DC voltage target value at the boost PFC output stage and a DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage; And

상기 전류 듀티값와 상기 전압 듀티값을 고려하여 보정 듀티값을 출력하고, 상기 보정 듀티값을 기초로 상기 부스트 PFC의 스위치를 제어하는 보정 듀티값 출력부;를 포함한다.
And a corrected duty value output unit for outputting a corrected duty value in consideration of the current duty value and the voltage duty value and for controlling the switch of the boost PFC based on the corrected duty value.

바람직하게는,Preferably,

상기 전류 듀티값 출력부는The current duty value output section

상기 부스트 PFC(Power Factor Correction)가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작하는 최대 전류를 산출하는 최대 DCM 전류 산출부;A maximum DCM current calculator for calculating a maximum current that the boost PFC (Power Factor Correction) operates in a DCM (Discontinuous Current Mode) region;

상기 최대 전류와 상기 입력 전류의 편차를 획득하는 전류 편차 추출부; 및A current deviation extracting unit for obtaining a deviation between the maximum current and the input current; And

상기 최대 전류와 상기 입력 전류의 편차를 기초로 비례 적분하여 상기 전류 듀티값을 출력하는 제 1 PI 제어기;를 포함한다.
And a first PI controller that performs proportional integration based on a deviation between the maximum current and the input current to output the current duty value.

바람직하게는,Preferably,

상기 전류 듀티값 출력부는 The current duty value output section

상기 전류 듀티값을 일정 범위내로 제한하는 제 1 리미터;를 더 포함한다.
And a first limiter for limiting the current duty value to a predetermined range.

바람직하게는,Preferably,

상기 전압 듀티값 출력부는The voltage duty value output unit

상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치의 편차를 산출하는 전압 편차 추출부; 및A voltage deviation extracting unit for calculating a deviation between a DC voltage target value at the boost PFC output stage and a DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage; And

상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치를 기초로 비례 적분하여 상기 전압 듀티값을 출력하는 제 2 PI 제어기;를 포함한다.
And a second PI controller for proportionally integrating the DC voltage target value at the boost PFC output stage and the DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage to output the voltage duty value.

바람직하게는,Preferably,

상기 전압 듀티값 출력부는The voltage duty value output unit

상기 전압 듀티값을 일정 범위내로 제한하는 제 2 리미터;를 더 포함한다.
And a second limiter for limiting the voltage duty value to a predetermined range.

바람직하게는,Preferably,

상기 보정 듀티값 출력부는The corrected duty value output unit

상기 전류 듀티값과 상기 전압 듀티값의 편차를 출력하는 듀티값 편차 추출부; 및A duty value deviation extracting unit for outputting a deviation between the current duty value and the voltage duty value; And

상기 입력 전류에 상기 전류 듀티값과 상기 전압 듀티값의 편차를 곱하여 선형 변환하는 멀티플라이어(mutiplier);를 포함한다.
And a multiplier for multiplying the input current by a deviation between the current duty value and the voltage duty value and linearly converting the input current.

바람직하게는,Preferably,

상기 최대 전류는 상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC의 입력 전압의 크기를 기초로 획득되는 것을 특징으로 한다.
And the maximum current is obtained based on the magnitude of the DC voltage target value at the boost PFC output stage and the input voltage of the boost PFC.

바람직하게는,Preferably,

상기 제 1 PI 제어기는 배율기로서 0.1 내지 10 범위에 이르는 게인을 가지며, 상기 게인은 상기 부스트 PFC내 인덕터에 흐르는 전류, 상기 부스트 PFC에 입력되는 전압의 크기 및 상기 부스트 PFC내 스위치의 스위칭 주파수를 기초로 실험적으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
Wherein the first PI controller has a gain ranging from 0.1 to 10 as a multiplier, the gain being based on a current flowing in an inductor in the boost PFC, a magnitude of a voltage input to the boost PFC and a switching frequency of the switch in the boost PFC As shown in FIG.

바람직하게는,Preferably,

상기 제 1 리미터의 제한 범위는 0.1 내지 0.5의 범위에 이르며, 실험적으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
The limiting range of the first limiter ranges from 0.1 to 0.5, and is set to be experimentally set.

바람직하게는,Preferably,

상기 제 2 리미터의 제한 범위는 상기 최대 입력 전류의 RMS 값에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
And the limiting range of the second limiter is determined by the RMS value of the maximum input current.

일 측면에 따라, 부스트 PFC는According to one aspect, the boost PFC

적어도 하나 이상의 인덕터, 적어도 하나 이상의 스위치 및 적어도 하나 이상의 다이오드를 포함하여 교류 신호를 직류 신호로 승압하여 출력하는 부스트 PFC(Boost Power Factor Correction)에 있어서,A boost PFC (Boost Power Factor Correction) that boosts an AC signal to a DC signal and outputs the AC signal by outputting at least one inductor, at least one switch, and at least one diode,

상기 부스트 PFC의 출력 전압과 목표 전압에 의해 결정되는 전압 듀티값(Duty ratio)을 상기 부스트 PFC가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작할 수 있게 하는 최대 전류와 상기 인덕터에 흐르는 입력 전류와 비교하여 산출되는 전류 듀티값으로 보정하여 보정 듀티값을 획득하고, 상기 보정 듀티값으로 상기 스위치를 제어하는 제어부;를 더 포함한다.
A duty ratio determined by an output voltage of the boost PFC and a target voltage is compared with a maximum current that allows the boost PFC to operate in a DCM (Discontinuous Current Mode) region and an input current flowing in the inductor And a control unit for correcting the calculated current duty value to obtain a corrected duty value, and controlling the switch with the corrected duty value.

바람직하게는, Preferably,

상기 전류 듀티값을 출력하는 전류 듀티값 출력부는The current duty value output unit that outputs the current duty value

상기 최대 전류와 상기 입력 전류의 편차를 획득하는 전류 편차 추출부;A current deviation extracting unit for obtaining a deviation between the maximum current and the input current;

바람직하게는, Preferably,

상기 전류 듀티값 출력부는 The current duty value output section

바람직하게는,Preferably,

바람직하게는, Preferably,

상기 전압 듀티값을 출력하는 전압 듀티값 출력부는And a voltage duty value output unit for outputting the voltage duty value

상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치의 편차를 산출하는 전압 편차 추출부;A voltage deviation extracting unit for calculating a deviation between a DC voltage target value at the boost PFC output stage and a DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage;

상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치를 기초로 비례 적분하여 상기 전압 듀티값을 출력하는 제 2 PI 제어기;를 포함하는 것을 특징을 한다.
And a second PI controller for proportionally integrating the DC voltage target value at the boost PFC output stage and the DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage to output the voltage duty value.

바람직하게는, Preferably,

상기 전압 듀티값 출력부는The voltage duty value output unit

상기 전압 듀티값을 일정 범위내로 제한하는 제 2 리미터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
And a second limiter for limiting the voltage duty value to a predetermined range.

바람직하게는, Preferably,

상기 보정 듀티값을 출력하는 보정 듀티값 출력부는The corrected duty value output unit, which outputs the corrected duty value,

상기 전류 듀티값과 상기 전압 듀티값의 편차를 출력하는 듀티값 편차 추출부;A duty value deviation extracting unit for outputting a deviation between the current duty value and the voltage duty value;

바람직하게는, Preferably,

일 측면에 따라, 부스트 PFC의 DCM 동작 제어 방법은According to one aspect, the DCM operation control method of the boost PFC includes

적어도 하나 이상의 인덕터, 적어도 하나 이상의 스위치 및 적어도 하나 이상의 다이오드를 포함하여 교류 신호를 직류 신호로 승압하여 출력하는 부스트 PFC(Boost Power Factor Correction)를 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작하도록 제어하는 방법 있어서,A method of controlling a Boost Power Factor Correction (Boost Power Factor Correction) including at least one inductor, at least one switch, and at least one diode to boost an AC signal to a DC signal and output the Boost Power Factor Correction in a DCM (Discontinuous Current Mode) ,

상기 부스트 PFC의 출력 전압과 목표 전압의 편차를 기초로 전압 듀티값(Duty ratio)을 산출하는 전압 듀티값 산출 단계;A voltage duty value calculating step of calculating a voltage duty ratio based on a deviation between the output voltage of the boost PFC and the target voltage;

상기 부스트 PFC가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작할 수 있게 하는 최대 전류와 상기 인덕터에 흐르는 입력 전류의 편차를 기초로 전류 듀티값을 산출하는 전류 듀티값 산출 단계;Calculating a current duty value based on a deviation between a maximum current that allows the boost PFC to operate in a DCM (Discontinuous Current Mode) region and an input current flowing through the inductor;

상기 전압 듀티값 및 상기 전류 듀티값을 기초로 보정 듀티값을 산출하는 보정 듀티값 산출 단계;A corrected duty value calculating step of calculating a corrected duty value based on the voltage duty value and the current duty value;

상기 보정 듀티값을 기초로 상기 스위치를 제어하여 상기 부스트 PFC가 DCM 영역에서 동작하도록 제어하는 제어 단계;를 포함한다.
And controlling the switch based on the corrected duty value to control the boost PFC to operate in the DCM region.

바람직하게는,Preferably,

상기 전압 듀티값을 산출하는 단계는The step of calculating the voltage duty value

상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치의 편차를 산출하는 전압 편차 추출 단계; 및A voltage deviation extracting step of calculating a deviation between a DC voltage target value at the boost PFC output stage and a DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage; And

상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치를 기초로 비례 적분하여 상기 전압 듀티값을 출력하는 전압 듀티값 출력 단계;를 포함한다.
And a voltage duty value output step of proportionally integrating the DC voltage target value at the boost PFC output stage and the DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage to output the voltage duty value.

바람직하게는,Preferably,

상기 전류 듀티값을 산출하는 단계는The step of calculating the current duty value

상기 부스트 PFC(Power Factor Correction)가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작하는 최대 전류를 산출하는 최대 DCM 전류 산출 단계;A maximum DCM current calculation step of calculating the maximum current that the boost PFC (Power Factor Correction) operates in a DCM (Discontinuous Current Mode) region;

상기 최대 전류와 상기 입력 전류의 편차를 획득하는 전류 편차 추출 단계; 및A current deviation extracting step of obtaining a deviation between the maximum current and the input current; And

상기 최대 전류와 상기 입력 전류의 편차를 기초로 비례 적분하여 상기 전류 듀티값을 출력하는 전류 듀티값 출력 단계;를 포함한다.
And a current duty value output step of proportionally integrating the current based on the deviation of the maximum current and the input current to output the current duty value.

바람직하게는,Preferably,

상기 보정 듀티값을 산출하는 단계는The step of calculating the corrected duty value

상기 전류 듀티값과 상기 전압 듀티값의 편차를 출력하는 듀티값 편차 추출단계;A duty value deviation extracting step of outputting a deviation between the current duty value and the voltage duty value;

상기 입력 전류에 상기 전류 듀티값과 상기 전압 듀티값의 편차를 곱하여 선형 변환하는 멀티플라이어(mutiplier) 실행 단계;를 포함한다.
And a multiplier execution step of multiplying the input current by a deviation between the current duty value and the voltage duty value and linearly converting the input current.

바람직하게는,Preferably,

상기 전압 듀티값을 일정 범위내로 제한하는 전압 듀티값 범위 제한 단계;를 더 포함한다.
And limiting a voltage duty value range within a predetermined range.

바람직하게는,Preferably,

상기 전압 듀티값의 제한 범위는 상기 최대 입력 전류의 RMS 값에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
And the limit range of the voltage duty value is determined by the RMS value of the maximum input current.

바람직하게는,Preferably,

상기 전류 듀티값을 일정 범위내로 제한하는 전류 듀티값 범위 제한 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
And a current duty value range limiting step of limiting the current duty value within a predetermined range.

바람직하게는,Preferably,

상기 전류 듀티값의 범위는 O.1 내지 0.5의 범위에 이르며, 실험적으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
The range of the current duty value ranges from 0.1 to 0.5, and is set experimentally.

바람직하게는,Preferably,

상기 전류 듀티값 출력 단계는 0.1 내지 10 범위에 이르는 게인을 갖는 배율기에 의해 실행되며, 상기 게인은 상기 부스트 PFC내 인덕터에 흐르는 전류, 상기 부스트 PFC에 입력되는 전압의 크기 및 상기 부스트 PFC내 스위치의 스위칭 주파수를 기초로 실험적으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
Wherein the output of the current duty value is performed by a multiplier having a gain ranging from 0.1 to 10, the gain being determined by the current flowing in the inductor in the boost PFC, the magnitude of the voltage input to the boost PFC, And is experimentally set based on the switching frequency.

바람직하게는,Preferably,

본원 발명에 따른 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치 및 제어 방법에 따르면 DCM제어 Boost PFC에서 DCM과 CCM경계 영역 이상으로 입력전압이 증가할 지라도 입력 과전류가 발생하는 것을 사전에 방지하여 Boost PFC의 전기회로의 손상으로 인한 수명 감소 및 파손을 보호할 수 있는 효과가 있다.
According to the control method and control method of DCM region input voltage of the boost PFC according to the present invention, it is possible to prevent the input overcurrent from occurring even if the input voltage increases beyond DCM and CCM boundary regions in the DCM control boost PFC, It is possible to protect the life-span reduction and breakage due to the damage of the electric circuit.

도 1 은 종래의 OBC(On-Board Battery Charger)용 부스트 PFC(Power Factor Correction)의 여러 예를 보여주는 도면이다.
도 2 는 Interleaved Boost PFC의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 3 은 종래의 부스트 PFC의 DCM에서 CCM으로 천이시 입력 과전류 현상을 보여주는 결과이다.
도 4 는 종래의 DCM 제어 부스트 PFC의 제어 블록도를 보여주는 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치의 개괄적인 구성도를 보여주는 도면이다.
도 6 은 본 발명에 따른 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치의 전류 듀티값 출력부의 블록도를 보여주는 도면이다.
도 7 은 본 발명에 따른 DCM 제어 부스트 PFC 블록도를 보여주는 도면이다.
도 8 은 본 발명에 따른 전류 듀티값 출력 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 9 는 본 발명에 따른 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 방법의 전체 흐름도를 보여주는 도면이다.
도 10 은 본 발명에 따른 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치 및 제어 방법을 이용하여 얻은 정상 범위내의 입력 전류 파형을 보여주는 도면이다.1 is a diagram showing various examples of boost PFC (Power Factor Correction) for a conventional on-board battery charger (OBC).
2 is a view showing another example of an interleaved boost PFC.
3 is a graph showing input overcurrent phenomenon during transition from DCM to CCM of a conventional boost PFC.
4 is a block diagram of a conventional DCM controlled boost PFC.
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a DCM region input voltage expansion control apparatus of a boost PFC according to the present invention.
6 is a block diagram of a current duty value output unit of the DCM region input voltage extension control apparatus of the boost PFC according to the present invention.
7 is a block diagram of a DCM controlled boost PFC according to the present invention.
8 is a flowchart showing a current duty value output process according to the present invention.
9 is a flowchart illustrating an overall control method of DCM region input voltage expansion of a boost PFC according to the present invention.
10 is a graph showing an input current waveform within a normal range obtained by using the DCM region input voltage expansion control device and the control method of the boost PFC according to the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치 및 제어 방법에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an apparatus and method for controlling DCM region input voltage expansion of a boost PFC according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 당업계에 공지 및 주지된 기능이나 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 기술 용어들은 본 발명에서의 기능 등을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 당업자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 그 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸쳐 기재된 내용을 기초로 판단되어야 할 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the technical terms described below are defined in consideration of functions and the like in the present invention, and these may be changed according to the intention or custom of the person skilled in the art. Therefore, the definitions of the terms should be judged based on the contents described throughout the specification.

본 발명에서는 입력전압 PI제어 이후 발생한 듀티 목표값에 입력전류의 값을 Feed-forward하여 입력전류가 DCM에서 CCM으로 천이되는 순간에 발생하는 듀티값에 보상 듀티값을 직접 빼주어 입력전류가 순간적으로 상승하는 것을 방지한다. 따라서 본 알고리즘을 이용할 경우 DCM제어 Boost PFC에서 DCM과 CCM경계 영역 이상으로 입력전압이 증가할 지라도 입력 과전류가 발생하는 것을 사전에 방지하여 Boost PFC의 전기회로의 손상으로 인한 수명 감소 및 파손을 보호할 수 있다.In the present invention, the input current is momentarily subtracted from the duty value generated at the moment when the input current transitions from DCM to CCM by feed-forwarding the input current value to the duty target value generated after the input voltage PI control, Thereby preventing it from rising. Therefore, when this algorithm is used, DCM control prevents the input overcurrent from occurring even if the input voltage increases beyond the DCM and CCM boundary region in the Boost PFC, thereby protecting the life of the Boost PFC due to damage to the electric circuit and protecting it from damage .

도 2 는 본 발명의 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치 및 제어 방법이 채용될 수 있는 Interleaved Boost PFC의 다른 예를 보여주는 도면이다.2 is a diagram showing another example of an interleaved boost PFC in which the DCM region input voltage expansion control device and the control method of the boost PFC of the present invention may be employed.

도 2 의 Interleaved Boost PFC 는 AC 전원(V_ac)과 정류기(201)의 중간에 필터부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 필터부(미도시)는 필터 인덕터 및 필터 커패시터에 의해 형성되고, 그리고 컨버터의 입력 전류의 고-주파수 구성요소를 제거하기 위해 사용될 수 있어서, 입력 전류가 저-주파수의 형태로 되는데, 그 이유는 입력 전압과 동일한 위상을 가진 파(wave) 때문이다.The interleaved boost PFC of FIG. 2 may further include a filter unit (not shown) between the AC power supply V _ac and the rectifier 201. The filter portion (not shown) is formed by the filter inductor and the filter capacitor, and can be used to remove the high-frequency component of the input current of the converter so that the input current is in the form of low-frequency, This is due to a wave having the same phase as the input voltage.

정류기(201)는 적어도 하나의 정류기에 의해 형성되고, 예컨대 4개의 다이오드들에 의해 형성된 풀-브릿지(full-bridge) 정류 회로일 수 있다. 물론, 다른 형태의 정류 회로들도 사용될 수 있다. 다이오드들뿐 만 아니라, 정류부(30)는 BJT들, MOSFET들 및 SCR들 등의 소자들에 의해 형성될 수도 있다.The rectifier 201 is formed by at least one rectifier and may be a full-bridge rectifier circuit formed, for example, by four diodes. Of course, other types of rectifier circuits may also be used. In addition to the diodes, the rectifying section 30 may be formed by elements such as BJTs, MOSFETs, and SCRs.

도 2 의 Interleaved Boost PFC의 동작은 도 1c 및 도 1d를 통하여 상세하게 설명되었는바, 여기서는 생략하며, 이하는 Interleaved Boost PFC에서 사용되는 전압, 전류 및 여러 수치값을 정리요약한다.The operation of the interleaved boost PFC of FIG. 2 has been described in detail with reference to FIG. 1C and FIG. 1D. Hereinafter, the voltage, current, and various numerical values used in the interleaved boost PFC will be summarized.

: 정류된 계통 입력 전압으로서 정류기의 출력 전압 또는 PFC의 입력 전압을 나타낸다.

: The rectified system input voltage, which indicates the output voltage of the rectifier or the input voltage of the PFC.

: 정류된 계통 입력 전류로서 정류기의 출력 전류 또는 PFC의 입력 전류를 나타낸다.

: The rectified system input current, which indicates the output current of the rectifier or the input current of the PFC.

: 직류 링크 단 전압 지령치로서 PFC출력단의 직류 전압 목표치를 나타낸다.

: Indicates the DC voltage target value of the PFC output stage as DC link stage voltage setpoint.

: 측정된 직류 링크 단 전압으로서 실제 측정되는 PFC출력단의 직류 전압치를 나타낸다.

: Indicates the DC voltage value of the PFC output stage actually measured as the measured DC link voltage.

: DCM으로 동작하는 최대 계통 입력 전류로서 DCM 으로 동작하는 범위내의 최대 PFC 입력 전류를 나타낸다.

: This is the maximum system input current that works with DCM. It represents the maximum PFC input current in the DCM operating range.

: 한 스위칭 구간 동안의 인덕터에 흐르는 평균 전류를 나타낸다.

: Indicates the average current flowing through the inductor during one switching period.

: 스위칭 주파수를 나타낸다.

: Represents the switching frequency.

: 부스트 인덕턴스를 나타낸다.

: Indicates boost inductance.

: PI 제어기 출력 duty로서

와

, 두 전압의 차이를 출력하는 편차 회로의 출력값을 비례 적분하는 PI 제어기에 의해 얻은 듀티값을 나타낸다.

: PI controller output duty

Wow

And a duty value obtained by a PI controller that proportionally integrates the output value of the deviation circuit that outputs the difference between the two voltages.

: 제한된 PI제어기 출력 duty로서 리미터(limit)에 의해 일정 범위내로 제한되는 듀티값이다.

: Limited PI controller output duty which is a duty value limited by a limit within a certain range.

: wave-shaping duty는 입력 전류의 듀티값이다.

: The wave-shaping duty is the duty value of the input current.

: 전류 제한 알고리즘 출력 듀티값이다.

: The current limit algorithm is the output duty value.

[표 1] DCM 범위 결정 요인 [Table 1] Factors determining DCM scope

표 1 에서의 Switching Frequency, 1^st DC Link Voltage 및 Inductance는 Boost PFC 설계 시 DCM영역을 결정하는 내부적 요인이다. DCM영역을 결정하는 외부적 요인으로는 모든 수식에 공통적으로 기입되어있는

(입력전압) 하나뿐이다. 따라서 입력전압이 증가할 경우 DCM영역에서 CCM영역으로의 천이가 발생하게 되고 이때 일반적인(본 발명에 따른 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치 및 제어 방법을 채용하지 않은) DCM제어의 경우 그림 3(a), 그림 3(b)와 같이 입력 과전류 현상이 발생하게 된다.The Switching Frequency, 1 ^st DC Link Voltage, and Inductance in Table 1 are internal factors that determine the DCM domain in the Boost PFC design. The external factors that determine the DCM domain are those common to all formulas

(Input voltage). Therefore, in case of the DCM control in which the transition from the DCM region to the CCM region occurs (in which the DCM region input voltage expansion control apparatus and control method of the boost PFC according to the present invention is not employed) the input overcurrent phenomenon occurs as shown in Fig. 3 (a) and Fig. 3 (b).

도 3 은 종래의 부스트 PFC의 DCM에서 CCM으로 천이시 입력 과전류 현상을 보여주는 결과이다.3 is a graph showing input overcurrent phenomenon during transition from DCM to CCM of a conventional boost PFC.

도 3(a)는 입력 전압이 270V가 6.6KW 부스트 PFC에 적용된 경우의 DCM에서 CCM으로 천이시 입력 과전류 현상을 보여주는 실험결과 도면이다.3 (a) is an experimental result showing input overcurrent phenomenon at transition from DCM to CCM when an input voltage of 270 V is applied to a 6.6 KW boost PFC.

도 3(b)는 입력 전압이 260V가 6.6KW 부스트 PFC에 적용된 경우의 DCM에서 CCM으로 천이시 입력 과전류 현상을 보여주는 시뮬레이션 결과 도면이다.FIG. 3 (b) is a simulation result showing input overcurrent phenomenon at transition from DCM to CCM when an input voltage of 260 V is applied to a 6.6 KW boost PFC.

도 3(a), 도 3(b)에서 확인할 수 있듯이 DCM 영역에서 CCM 영역으로 천이시 발생하는 입력 과전류의 크기는 통상적으로 설계의 범위를 초과하기 때문에 부스트 PFC 전기회로의 손상으로 인한 수명 감소 및 파손을 일으키게 된다. As can be seen from FIGS. 3 (a) and 3 (b), the input overcurrent generated during the transition from the DCM region to the CCM region typically exceeds the design range, thereby reducing the lifetime due to damage to the boost PFC electric circuit, Causing damage.

도 4 는 종래의 DCM 제어 부스트 PFC의 제어 블록도를 보여주는 도면이다.4 is a block diagram of a conventional DCM controlled boost PFC.

도 4 에서 PI제어기(420)는

와

, 두 전압의 차이를 출력하는 편차 회로(410)의 출력값을 비례 적분하여 출력된 듀티값으로 부스트 PFC의 스위치 즉 도 2의 제 1 스위치(205) 및 제 2 스위치(206)을 제어하게 된다.4, the PI controller 420

Wow

, And the output of the deviation circuit 410 that outputs the difference between the two voltages is proportionally integrated to control the switch of the boost PFC, that is, the first switch 205 and the second switch 206 of FIG. 2, with the duty value output.

도 4 에서의 곱셈기(430)는 PI제어기(420)의 출력 듀티값을 기초로 입력 전류를 선형변환하는 역할을 한다. 이는 입력 전압과 동일한 전류 파형을 만들어주기 위함이다.The multiplier 430 in FIG. 4 linearly converts the input current based on the output duty value of the PI controller 420. This is to make the current waveform equal to the input voltage.

플랜트(Plant)는 도 2에 도시된 부스트 PFC를 지칭하는 것으로 특별히 곱셈기(430)의 출력은 도 2의 제 1 스위치(205) 및 제 2 스위치(206)로 제공된다.The plant refers to the boosted PFC shown in FIG. 2. Specifically, the output of the multiplier 430 is provided to the first switch 205 and the second switch 206 of FIG.

도 4 에서 확인할 수 있듯이 일반적인 DCM제어 Boost PFC의 경우 Plant(440)로 향하는 최종 단의 듀티값을 제어하기 위한 수단이 없기 때문에 입력전압의 증가로 인하여 DCM에서 CCM으로 천이시 입력 과전류를 발생시키는 원인인 듀티값을 제어하지 못한다. As can be seen from FIG. 4, in the case of the conventional DCM-controlled boost PFC, there is no means for controlling the duty value of the final stage to the plant 440, so the cause of the input overcurrent at the transition from DCM to CCM The inductance value can not be controlled.

도 5 는 본 발명에 따른 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치의 개괄적인 구성도를 보여주는 도면이다.FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a DCM region input voltage expansion control apparatus of a boost PFC according to the present invention.

본원 발명의 특징은 부스트 PFC로 향하는 최종 단에 입력 전류 정보를 이용한 듀티값 보상치를 피드 포워드(feed forward)하여 입력 전류가 증가하는 순간에 직접 제어하여 입력 과전류를 방지할 수 있는 것이다. 입력 전류 정보를 이용한 듀티값을 피드 포워드하는 방법이 입력 전류를 가장 빠르게 제한할 수 있는 방법이다.A feature of the present invention is that a duty value compensation value using input current information is fed forward to the final stage toward the boost PFC to directly control the input current at an instant when the input current increases to prevent input overcurrent. The method of feed forwarding the duty value using the input current information is a method that can limit the input current as fast as possible.

피드 포워드되는 듀티값은 실제 입력 전류가 DCM으로 동작하는 최대 전류를 초과하게 되면 그 차이에 게인을 곱하여 최종 듀티값에 더해줌으로써 획득할 수 있다. The duty value to be fed forward can be obtained by multiplying the difference by the gain when the actual input current exceeds the maximum current operating in DCM and adding it to the final duty value.

본원 발명의 일 실시예인 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치(500)은 전류 듀티값 출력부(520), 전압 듀티값 출력부(510) 및 보정 듀티값 출력부(530)을 포함한다.The DCM region input voltage extension controller 500 of the boost PFC according to an embodiment of the present invention includes a current duty value output unit 520, a voltage duty value output unit 510, and a corrected duty value output unit 530.

전류 듀티값 출력부(520)는 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작하기 위한 부스트 PFC(Power Factor Correction)의 최대 전류와 부스트 PFC내 인덕터에 흐르는 입력 전류의 차이를 기초로 전류 듀티값(duty ratio)을 획득한다.The current duty value output unit 520 outputs the current duty value (duty ratio) based on the difference between the maximum current of the boost PFC for operating in the DCM (Discontinuous Current Mode) region and the input current flowing in the inductor in the boost PFC ).

전압 듀티값 출력부(530)는 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치의 차이를 기초로 전압 듀티값을 출력한다.The voltage duty value output unit 530 outputs the voltage duty value based on the difference between the DC voltage target value at the boost PFC output stage and the DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage.

보정 듀티값 출력부(530)는 전류 듀티값와 전압 듀티값을 고려하여 보정 듀티값을 출력하고, 보정 듀티값을 기초로 부스트 PFC의 스위치를 제어한다.The corrected duty value output unit 530 outputs the corrected duty value in consideration of the current duty value and the voltage duty value, and controls the switch of the boost PFC based on the corrected duty value.

DCM영역에서 동작하기 위한 부스트 PFC의 최대 전류는 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치(

)와 부스트 PFC의 입력 전압의 크기(

)를 기초로 획득될 수 있다.The maximum current of the boost PFC for operation in the DCM region is the DC voltage target at the boost PFC output (

) And the magnitude of the input voltage of the boost PFC (

). &Lt; / RTI >

전류 제한 알고리즘에서 DCM으로 동작하는 최대 전류는 다음과 같은 과정으로 계산된다.In the current limit algorithm, the maximum current that operates with DCM is calculated as follows.

한 스위칭 주기 동안 인덕터에 흐르는 최대 전류는 식 1과 같다The maximum current through the inductor during one switching period is given by Equation 1

(식 1)

(Equation 1)

여기서,

: 정류된 계통 입력 전압이고,

: 부스트 인덕턴스를 나타내며, : 제한된 PI제어기 출력 duty이며,

는 입력 전류의 주기를 나타낸다.here,

: Rectified system input voltage,

: Represents boost inductance, : Limited PI controller output duty,

Represents the period of the input current.

DCM에서 FET가 오프(off)된 후 인덕터에 흐르는 전류가 0이 되는 듀티값은 식2와 같이 계산될 수 있다. The duty value at which the current flowing through the inductor after the FET is turned off in the DCM is zero can be calculated as shown in Equation 2 below.

(식 2)

(Equation 2)

여기서,

: DCM으로 동작하는 최대 계통 입력 전류이며,

: 정류된 계통 입력 전압이고,

: 측정된 직류 링크 단 전압,

: 부스트 인덕턴스를 나타내며,

: FET가 오프된 후 전류가 0이 되는 duty이며,

는 입력 전류의 주기를 나타낸다.here,

: This is the maximum system input current that works with DCM,

: Rectified system input voltage,

: Measured DC link voltage,

: Represents boost inductance,

: A duty at which the current becomes zero after the FET is turned off,

Represents the period of the input current.

(식 3)

(Equation 3)

한 스위칭 주기 동안 인덕터에 흐르는 평균 전류는 식 4와 같다.The average current flowing through the inductor during one switching period is given by Equation 4.

(식4)

(Equation 4)

스위칭 주기 동안 흐르는 입력전류는 인덕터에 흐르는 전류의 합과 같기 때문에 DCM으로 동작하는 최대 입력 전류는 식 5와 같다Since the input current flowing during the switching period is equal to the sum of the currents flowing through the inductor,

(식-5)

(Equation 5)

도 6 은 본 발명에 따른 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치의 전류 듀티값 출력부의 블록도를 보여주는 도면이다.6 is a block diagram of a current duty value output unit of the DCM region input voltage extension control apparatus of the boost PFC according to the present invention.

식 5 에서 계산된 DCM 최대 입력 전류를 지령치로 하는 제한 알고리즘의 제어 블록도는 도 6에 도시된다.The control block diagram of the limiting algorithm with the DCM maximum input current calculated in Equation 5 as the setpoint is shown in Fig.

전류 듀티값 출력부(600)는 최대 DCM 전류 산출부(610), 전류 편차 추출부(620) 및 제 1 PI 제어기(630)를 포함할 수 있다.The current duty value output unit 600 may include a maximum DCM current calculation unit 610, a current deviation extraction unit 620, and a first PI controller 630.

최대 DCM 전류 산출부(610)는 부스트 PFC가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작하는 최대 전류를 산출한다.The maximum DCM current calculator 610 calculates the maximum current that the boost PFC operates in the DCM (Discontinuous Current Mode) region.

전류 편차 추출부(620)는 최대 전류와 입력 전류의 편차를 획득한다.The current deviation extracting unit 620 obtains the deviation between the maximum current and the input current.

제 1 PI 제어기(630)는 최대 전류와 입력 전류의 편차를 기초로 비례 적분하여 전류 듀티값을 출력한다.The first PI controller 630 proportionally integrates based on the deviation of the maximum current and the input current to output a current duty value.

전류 듀티값 출력부는(600)는 전류 듀티값을 일정 범위내로 제한하는 제 1 리미터(640)를 더 포함할 수 있다.The current duty value output unit 600 may further include a first limiter 640 that limits the current duty value to a certain range.

제 1 PI 제어기(630)는 배율기로서 0.1 내지 10 범위에 이르는 게인을 가지며, 게인은 부스트 PFC내 인덕터에 흐르는 전류, 부스트 PFC에 입력되는 전압의 크기 및 상기 부스트 PFC내 스위치의 스위칭 주파수를 기초로 실험적으로 설정된다.The first PI controller 630 has a gain ranging from 0.1 to 10 as a multiplier and the gain is based on the current flowing in the inductor in the boost PFC, the magnitude of the voltage input to the boost PFC and the switching frequency of the switch in the boost PFC It is experimentally set.

배율기인 제 1 PI 제어기(630)의 게인은 식 6에 의해 구할 수 있다.The gain of the first PI controller 630, which is a multiplier, can be obtained by Equation (6).

(식 6)

(Equation 6)

제 1 리미터(640)의 제한 범위는 0.1 내지 0.5의 범위에 이르며, 실험적으로 설정되는 값이다.The limiting range of the first limiter 640 ranges from 0.1 to 0.5 and is a value set experimentally.

도 7 은 본 발명에 따른 DCM 제어 부스트 PFC 블록도(700)를 보여주는 도면이다.7 is a diagram illustrating a DCM controlled boost PFC block diagram 700 in accordance with the present invention.

본원 발명의 적용 대상이 되는 부스트 PFC(770)는 도2에서와 같이 적어도 하나 이상의 인덕터, 적어도 하나 이상의 스위치 및 적어도 하나 이상의 다이오드를 포함하여 교류 신호를 직류 신호로 승압하여 출력하는 AD 컨버터의 일종이다.As shown in FIG. 2, the boost PFC 770 to which the present invention is applied is a type of an AD converter that includes at least one inductor, at least one switch, and at least one diode and boosts an AC signal to a DC signal and outputs the AC signal .

본원 발명에서의 제어부(도 500 또는 도 7에서의 770을 제외한 모든 구성요소)는 부스트 PFC(770)의 출력 전압과 목표 전압에 의해 결정되는 전압 듀티값(Duty ratio)을 부스트 PFC가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작할 수 있게 하는 최대 전류와 인덕터에 흐르는 입력 전류와 비교하여 산출되는 전류 듀티값으로 보정하여 보정 듀티값을 획득하고, 보정 듀티값으로 스위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.The control unit (all components except 770 in FIG. 500 or FIG. 7) in the present invention controls the duty ratio determined by the output voltage of the boost PFC 770 and the target voltage such that the boost PFC is DCM Current mode and a current duty value calculated by comparing the input current flowing in the inductor with the maximum current so as to obtain a corrected duty value and to control the switch with the corrected duty value.

전류 듀티값을 출력하는 전류 듀티값 출력부(도 5의 520)는 최대 DCM 전류 산출부(790), 전류 편차 추출부(791) 및 제 1 PI 제어기(792)를 포함할 수 있다.5) may include a maximum DCM current calculator 790, a current deviation extractor 791, and a first PI controller 792. The current duty value output unit 520 may include a maximum DCM current calculator 790, a current deviation extractor 791,

최대 DCM 전류 산출부(790)는 부스트 PFC가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작하는 최대 전류를 산출한다. 부스트 PFC의 최대 전류는 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치(

)와 부스트 PFC의 입력 전압의 크기(

)를 기초로 획득될 수 있다.The maximum DCM current calculator 790 calculates the maximum current that the boost PFC operates in the DCM (Discontinuous Current Mode) region. The maximum current of the boost PFC is the DC voltage target at the boost PFC output (

) And the magnitude of the input voltage of the boost PFC (

). &Lt; / RTI >

전류 편차 추출부(791)는 최대 전류와 입력 전류의 편차를 획득한다.The current deviation extracting unit 791 obtains the deviation between the maximum current and the input current.

제 1 PI 제어기(792)는 최대 전류와 입력 전류의 편차를 기초로 비례 적분하여 전류 듀티값을 출력한다.The first PI controller 792 performs proportional integration based on the deviation of the maximum current and the input current to output a current duty value.

전류 듀티값 출력부는(도 5의 520)는 전류 듀티값을 일정 범위내로 제한하는 제 1 리미터(793)를 더 포함할 수 있다.The current duty value output unit (520 in FIG. 5) may further include a first limiter 793 that limits the current duty value to a certain range.

제 1 PI 제어기(792)는 배율기로서 0.1 내지 10 범위에 이르는 게인을 가지며, 게인은 부스트 PFC내 인덕터에 흐르는 전류, 부스트 PFC에 입력되는 전압의 크기 및 부스트 PFC내 스위치의 스위칭 주파수를 기초로 실험적으로 설정된다.The first PI controller 792 has a gain ranging from 0.1 to 10 as a multiplier and the gain is determined experimentally based on the current flowing in the inductor in the boost PFC, the magnitude of the voltage input to the boost PFC and the switching frequency of the switch in the boost PFC. .

제 1 리미터(793)의 제한 범위는 0.1 내지 0.5의 범위에 이르며, 실험적으로 설정된다.The limiting range of the first limiter 793 ranges from 0.1 to 0.5, and is set experimentally.

전압 듀티값을 출력하는 전압 듀티값 출력부(도 5의 510)는 전압 편차 추출부(720), 제 2 PI 제어기(730)를 포함한다.The voltage duty value output unit (510 in FIG. 5) for outputting the voltage duty value includes a voltage deviation extracting unit 720 and a second PI controller 730.

전압 편차 추출부(720)는 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치(

)와 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치(

)의 편차를 산출한다.The voltage deviation extractor 720 subtracts the DC voltage target value at the boost PFC output terminal

) And the DC voltage actually measured at the boost PFC output (

).

제 2 PI 제어기(730)는 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치를 기초로 비례 적분하여 상기 전압 듀티값을 출력한다. The second PI controller 730 proportionally integrates the DC voltage based on the DC voltage target value at the boost PFC output stage and the DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage to output the voltage duty value.

전압 듀티값 출력부(도 5의 510)는 전압 듀티값을 일정 범위내로 제한하는 제 2 리미터(740)를 더 포함할 수 있다. 제 2 리미터(740)의 제한 범위는 상기 최대 입력 전류의 RMS 값에 의해 결정되며, 식 7 과 같다.The voltage duty value output unit (510 in FIG. 5) may further include a second limiter 740 that limits the voltage duty value to a certain range. The limit range of the second limiter 740 is determined by the RMS value of the maximum input current,

(식 7)

(Equation 7)

보정 듀티값을 출력하는 보정 듀티값 출력부(도 5의 530)는 듀티값 편차 추출부(750) 및 멀티플라이어(mutiplier)(760)를 포함한다.The corrected duty value output unit 530 (FIG. 5) for outputting the corrected duty value includes a duty value deviation extractor 750 and a multiplier 760.

듀티값 편차 추출부(750)는 전류 듀티값과 전압 듀티값의 편차를 출력한다.The duty value deviation extractor 750 outputs a deviation between the current duty value and the voltage duty value.

멀티플라이어(mutiplier)(760)는 입력 전류의 듀티값(

)에 전류 듀티값과 전압 듀티값의 편차를 곱하여 선형 변환한다. 멀티플라이어(760)의 출력 결과를 가지고 플랜트(plant)(770) 즉, 부스트 컨터버의 듀티값으로 제어한다.A multiplier 760 multiplies the duty value of the input current (

) By the deviation of the current duty value and the voltage duty value. And controls the output value of the multiplier 760 to the duty value of the plant 770, that is, the boost converter.

멀티플라이어(760)에 입력되는 ws 는 입력 전류의 파형을 뜻하는 것으로

는 입력 전압과 직류 링크 단 전압에 의해 식 8과 같다.Ws input to the multiplier 760 means the waveform of the input current

Is expressed by Equation 8 by the input voltage and the DC link terminal voltage.

(식 8)

(Expression 8)

도 8 은 본 발명에 따른 전류 듀티값 출력 프로세스를 보여주는 흐름도이다.8 is a flowchart showing a current duty value output process according to the present invention.

도 2와 부스트 PFC 제어를 위한 듀티값의 보정을 위해 전류 듀티값을 산출하는 단계는 최대 DCM 전류 산출 단계(S810), 전류 편차 추출 단계(S820) 및 전류 듀티값 출력 단계(S830)을 포함한다.The step of calculating the current duty value for correcting the duty value for the boost PFC control in FIG. 2 includes the maximum DCM current calculation step S810, the current deviation extraction step S820, and the current duty value output step S830 .

최대 DCM 전류 산출 단계(S810)는 부스트 PFC(Power Factor Correction)가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작하는 최대 전류를 산출한다.The maximum DCM current calculation step S810 calculates the maximum current that the boost PFC (Power Factor Correction) operates in the DCM (Discontinuous Current Mode) region.

부스트 PFC의 최대 전류는 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치(

)와 부스트 PFC의 입력 전압의 크기(

)를 기초로 획득될 수 있다.The maximum current of the boost PFC is the DC voltage target at the boost PFC output (

) And the magnitude of the input voltage of the boost PFC (

). &Lt; / RTI >

전류 편차 추출 단계(S820)는 최대 전류와 입력 전류의 편차를 획득한다.The current deviation extraction step (S820) obtains the deviation of the maximum current and the input current.

전류 듀티값 출력 단계(S830)는 최대 전류와 입력 전류의 편차를 기초로 비례 적분하여 전류 듀티값을 출력한다.The current duty value output step S830 outputs the current duty value by proportionally integrating based on the deviation of the maximum current and the input current.

본원 발명의 전류 듀티값 산출 단계는 전류 듀티값을 일정 범위로 제한하는 단계(S840)를 더 포함할 수 있다.The current duty value calculating step of the present invention may further include the step (S840) of limiting the current duty value to a certain range.

도 9 는 본 발명에 따른 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 방법의 전체 흐름도를 보여주는 도면이다.9 is a flowchart illustrating an overall control method of DCM region input voltage expansion of a boost PFC according to the present invention.

부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 방법은 전압 듀티값 산출 단계(S910), 전류 듀티값 산출 단계(S920), 보정 듀티값 산출 단계(S930) 및 제어 단계(S940)을 포함한다.The DCM region input voltage extension control method of the boost PFC includes a voltage duty value calculation step S910, a current duty value calculation step S920, a correction duty value calculation step S930, and a control step S940.

전압 듀티값 산출 단계(S910)는 부스트 PFC의 출력 전압과 목표 전압의 편차를 기초로 전압 듀티값(Duty ratio)을 산출한다.The voltage duty value calculation step S910 calculates the duty ratio based on the deviation between the output voltage of the boost PFC and the target voltage.

전류 듀티값 산출 단계(S920)는 부스트 PFC가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작할 수 있게 하는 최대 전류와 인덕터에 흐르는 입력 전류의 편차를 기초로 전류 듀티값을 산출한다.The current duty value calculation step S920 calculates the current duty value based on the deviation between the maximum current that allows the boost PFC to operate in the DCM (Discontinuous Current Mode) region and the input current flowing through the inductor.

보정 듀티값 산출 단계(S930)는 전압 듀티값 및 전류 듀티값을 기초로 보정 듀티값을 산출한다.The corrected duty value calculating step S930 calculates the corrected duty value based on the voltage duty value and the current duty value.

제어 단계(S940)는 보정 듀티값을 기초로 스위치를 제어하여 상기 부스트 PFC가 DCM 영역에서 동작하도록 제어한다.The control step S940 controls the switch based on the correction duty value to control the boost PFC to operate in the DCM region.

전압 듀티값 산출 단계(S910)는 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치의 편차를 산출하는 전압 편차 추출 단계와 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치를 기초로 비례 적분하여 전압 듀티값을 출력하는 전압 듀티값 출력 단계를 포함한다.The voltage duty value calculation step S910 includes a voltage deviation extraction step of calculating a deviation of the DC voltage target value at the boost PFC output stage and the DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage and the DC voltage target value at the boost PFC output stage and at the boost PFC output stage And a voltage duty value output step of outputting a voltage duty value by proportionally integrating based on a DC voltage value actually measured.

전압 듀티값을 산출하는 단계(S910)는 전압 듀티값을 일정 범위내로 제한하는 전압 듀티값 범위 제한 단계를 더 포함할 수 있다. 전압 듀티값의 제한 범위는 최대 입력 전류의 RMS 값에 의해 결정된다.The step of calculating the voltage duty value S910 may further include a voltage duty value range limiting step of limiting the voltage duty value to a certain range. The limiting range of the voltage duty value is determined by the RMS value of the maximum input current.

전류 듀티값을 산출하는 단계(S920)는 부스트 PFC(Power Factor Correction)가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작하는 최대 전류를 산출하는 최대 DCM 전류 산출 단계와 최대 전류와 입력 전류의 편차를 획득하는 전류 편차 추출 단계 그리고 최대 전류와 입력 전류의 편차를 기초로 비례 적분하여 상기 전류 듀티값을 출력하는 전류 듀티값 출력 단계를 포함한다.The step of calculating the current duty value S920 may include a maximum DCM current calculation step of calculating a maximum current that operates in the DCM (Discontinuous Current Mode) region of the boost PFC (Power Factor Correction) A current deviation extraction step, and a current duty value output step of proportionally integrating the current based on the deviation of the maximum current and the input current to output the current duty value.

)와 부스트 PFC의 입력 전압의 크기(

)를 기초로 획득된다.The maximum current of the boost PFC is the DC voltage target at the boost PFC output (

) And the magnitude of the input voltage of the boost PFC (

).

전류 듀티값을 산출하는 단계(S920)는 전류 듀티값을 일정 범위내로 제한하는 전류 듀티값 범위 제한 단계를 더 포함할 수 있다.전류 듀티값의 범위는 O.1 내지 0.5의 범위에 이르며, 실험적으로 설정된다.The step of calculating the current duty value S920 may further include a current duty value range limiting step of limiting the current duty value to a certain range. The range of the current duty value is in the range of 0.1 to 0.5, .

그리고 전류 듀티값 출력 단계는 0.1 내지 10 범위에 이르는 게인을 갖는 배율기에 의해 실행되며, 게인은 부스트 PFC내 인덕터에 흐르는 전류, 부스트 PFC에 입력되는 전압의 크기 및 부스트 PFC내 스위치의 스위칭 주파수를 기초로 실험적으로 설정된다.And the current duty value output step is performed by a multiplier having a gain ranging from 0.1 to 10, the gain being based on the current flowing in the inductor in the boost PFC, the magnitude of the voltage input to the boost PFC and the switching frequency of the switch in the boost PFC Lt; / RTI >

보정 듀티값을 산출하는 단계(S930)는 전류 듀티값과 전압 듀티값의 편차를 출력하는 듀티값 편차 추출단계와 입력 전류에 전류 듀티값과 전압 듀티값의 편차를 곱하여 선형 변환하는 멀티플라이어(mutiplier) 실행 단계를 포함한다.The step of calculating the corrected duty value S930 includes a duty value deviation extracting step of outputting a deviation between the current duty value and the voltage duty value and a multiplier converting the input current into a linear form by multiplying the current duty value and the deviation of the voltage duty value, ) Execution step.

도 10 은 본 발명에 따른 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치 및 제어 방법을 이용하여 얻은 정상 범위내의 입력 전류 파형을 보여주는 도면이다.10 is a graph showing an input current waveform within a normal range obtained by using the DCM region input voltage expansion control device and the control method of the boost PFC according to the present invention.

도 10 은 6.6 kw부스트 PFC에 270V 입력 전압을 적용한 경우에, 본 발명에 따른 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치를 활용하여 얻은 정상 범위내의 입력 전류 파형을 보여준다.FIG. 10 shows the input current waveform within a normal range obtained by utilizing the DCM region input voltage expansion control apparatus of the boost PFC according to the present invention when a 270 V input voltage is applied to a 6.6 kW boost PFC.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자, 즉 당업자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but many modifications and equivalents may be resorted to will be. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

Claims

DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작하기 위한 부스트 PFC(Power Factor Correction)의 최대 전류와 상기 부스트 PFC내 인덕터에 흐르는 입력 전류의 차이를 기초로 전류 듀티값(duty ratio)을 출력하는 전류 듀티값 출력부; 및
상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치의 차이를 기초로 전압 듀티값을 출력하는 전압 듀티값 출력부; 및
상기 전류 듀티값와 상기 전압 듀티값을 고려하여 보정 듀티값을 출력하고, 상기 보정 듀티값을 기초로 상기 부스트 PFC의 스위치를 제어하는 보정 듀티값 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치.
A current duty value output for outputting a current duty ratio based on a difference between a maximum current of a boost PFC for operating in a DCM (Discontinuous Current Mode) region and an input current flowing in an inductor in the boost PFC part; And
A voltage duty value output unit for outputting a voltage duty value based on a difference between a DC voltage target value at the boost PFC output stage and a DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage; And
And a corrected duty value output unit for outputting a corrected duty value in consideration of the current duty value and the voltage duty value and for controlling the switch of the boost PFC based on the corrected duty value. DCM region input voltage expansion control device.

청구항 1 에 있어서,
상기 전류 듀티값 출력부는
상기 부스트 PFC(Power Factor Correction)가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작하는 최대 전류를 산출하는 최대 DCM 전류 산출부;
상기 최대 전류와 상기 입력 전류의 편차를 획득하는 전류 편차 추출부; 및
상기 최대 전류와 상기 입력 전류의 편차를 기초로 비례 적분하여 상기 전류 듀티값을 출력하는 제 1 PI 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치.
The method according to claim 1,
The current duty value output section
A maximum DCM current calculator for calculating a maximum current that the boost PFC (Power Factor Correction) operates in a DCM (Discontinuous Current Mode) region;
A current deviation extracting unit for obtaining a deviation between the maximum current and the input current; And
And a first PI controller for proportionally integrating the current based on the deviation between the maximum current and the input current to output the current duty value.

청구항 2 에 있어서,
상기 전류 듀티값 출력부는
상기 전류 듀티값을 일정 범위내로 제한하는 제 1 리미터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치.
The method of claim 2,
The current duty value output section
Further comprising a first limiter for limiting the current duty value to a predetermined range.

청구항 1 에 있어서,
상기 전압 듀티값 출력부는
상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치의 편차를 산출하는 전압 편차 추출부; 및
상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치를 기초로 비례 적분하여 상기 전압 듀티값을 출력하는 제 2 PI 제어기;를 포함하는 것을 특징을 하는, 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치.
The method according to claim 1,
The voltage duty value output unit
A voltage deviation extracting unit for calculating a deviation between a DC voltage target value at the boost PFC output stage and a DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage; And
And a second PI controller for proportionally integrating the DC voltage based on the DC voltage target value at the boost PFC output stage and the DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage to output the voltage duty value, Region input voltage extension control device.

청구항 4 에 있어서,
상기 전압 듀티값 출력부는
상기 전압 듀티값을 일정 범위내로 제한하는 제 2 리미터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치.
The method of claim 4,
The voltage duty value output unit
And a second limiter for limiting the voltage duty value to a predetermined range.

청구항 1 에 있어서,
상기 보정 듀티값 출력부는
상기 전류 듀티값과 상기 전압 듀티값의 편차를 출력하는 듀티값 편차 추출부; 및
상기 입력 전류의 듀티값에 상기 전류 듀티값과 상기 전압 듀티값의 편차를 곱하여 선형 변환하는 멀티플라이어(mutiplier);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치.
The method according to claim 1,
The corrected duty value output unit
A duty value deviation extracting unit for outputting a deviation between the current duty value and the voltage duty value; And
And a multiplier for multiplying a duty value of the input current by a deviation between the current duty value and the voltage duty value and performing a linear transformation on the multiplication result.

청구항 2 에 있어서,
상기 최대 전류는 상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC의 입력 전압의 크기를 기초로 획득되는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치.
The method of claim 2,
Wherein the maximum current is obtained based on a DC voltage target value at the boost PFC output stage and a magnitude of an input voltage of the boost PFC.

청구항 2 에 있어서,
상기 제 1 PI 제어기는 배율기로서 0.1 내지 10 범위에 이르는 게인을 가지며, 상기 게인은 상기 부스트 PFC내 인덕터에 흐르는 전류, 상기 부스트 PFC에 입력되는 전압의 크기 및 상기 부스트 PFC내 스위치의 스위칭 주파수를 기초로 실험적으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치.
The method of claim 2,
Wherein the first PI controller has a gain ranging from 0.1 to 10 as a multiplier, the gain being based on a current flowing in an inductor in the boost PFC, a magnitude of a voltage input to the boost PFC and a switching frequency of the switch in the boost PFC The input voltage of the boost PFC is set to be experimentally set to the DCM region.

청구항 3 에 있어서,
상기 제 1 리미터의 제한 범위는 0.1 내지 0.5의 범위에 이르며, 실험적으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치.
The method of claim 3,
Wherein the limiting range of the first limiter ranges from 0.1 to 0.5 and is set experimentally.

청구항 5 에 있어서,
상기 제 2 리미터의 제한 범위는 최대 입력 전류의 RMS 값에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 영역 입력 전압 확장 제어 장치.
The method of claim 5,
Wherein the limit range of the second limiter is determined by the RMS value of the maximum input current.

적어도 하나 이상의 인덕터, 적어도 하나 이상의 스위치 및 적어도 하나 이상의 다이오드를 포함하여 교류 신호를 직류 신호로 승압하여 출력하는 부스트 PFC(Boost Power Factor Correction)에 있어서,
상기 부스트 PFC의 출력 전압과 목표 전압에 의해 결정되는 전압 듀티값(Duty ratio)을 상기 부스트 PFC가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작할 수 있게 하는 최대 전류와 상기 인덕터에 흐르는 입력 전류와 비교하여 산출되는 전류 듀티값으로 보정하여 보정 듀티값을 획득하고, 상기 보정 듀티값으로 상기 스위치를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC.
A boost PFC (Boost Power Factor Correction) that boosts an AC signal to a DC signal and outputs the AC signal by outputting at least one inductor, at least one switch, and at least one diode,
A duty ratio determined by an output voltage of the boost PFC and a target voltage is compared with a maximum current that allows the boost PFC to operate in a DCM (Discontinuous Current Mode) region and an input current flowing in the inductor Further comprising: a control unit that corrects the current duty value to obtain a corrected duty value, and controls the switch with the corrected duty value.

청구항 11 에 있어서,
상기 전류 듀티값을 출력하는 전류 듀티값 출력부는
상기 부스트 PFC(Power Factor Correction)가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작하는 최대 전류를 산출하는 최대 DCM 전류 산출부;
상기 최대 전류와 상기 입력 전류의 편차를 획득하는 전류 편차 추출부;
상기 최대 전류와 상기 입력 전류의 편차를 기초로 비례 적분하여 상기 전류 듀티값을 출력하는 제 1 PI 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC.
The method of claim 11,
The current duty value output unit that outputs the current duty value
A maximum DCM current calculator for calculating a maximum current that the boost PFC (Power Factor Correction) operates in a DCM (Discontinuous Current Mode) region;
A current deviation extracting unit for obtaining a deviation between the maximum current and the input current;
And a first PI controller for proportionally integrating the current based on a deviation between the maximum current and the input current to output the current duty value.

청구항 12 에 있어서,
상기 전류 듀티값 출력부는
상기 전류 듀티값을 일정 범위내로 제한하는 제 1 리미터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC.
The method of claim 12,
The current duty value output section
And a first limiter for limiting the current duty value to within a certain range.

청구항 13 에 있어서,
상기 제 1 리미터의 제한 범위는 0.1 내지 0.5의 범위에 이르며, 실험적으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC.
14. The method of claim 13,
Characterized in that the limiting range of the first limiter ranges from 0.1 to 0.5 and is set experimentally.

청구항 12 에 있어서,
상기 제 1 PI 제어기는 배율기로서 0.1 내지 10 범위에 이르는 게인을 가지며, 상기 게인은 상기 부스트 PFC내 인덕터에 흐르는 전류, 상기 부스트 PFC에 입력되는 전압의 크기 및 상기 부스트 PFC내 스위치의 스위칭 주파수를 기초로 실험적으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC.
The method of claim 12,
Wherein the first PI controller has a gain ranging from 0.1 to 10 as a multiplier, the gain being based on a current flowing in an inductor in the boost PFC, a magnitude of a voltage input to the boost PFC and a switching frequency of the switch in the boost PFC / RTI > is set to be experimentally set to < RTI ID = 0.0 > a < / RTI >

청구항 11 에 있어서,
상기 전압 듀티값을 출력하는 전압 듀티값 출력부는
상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치의 편차를 산출하는 전압 편차 추출부;
상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치를 기초로 비례 적분하여 상기 전압 듀티값을 출력하는 제 2 PI 제어기;를 포함하는 것을 특징을 하는, 부스트 PFC.
The method of claim 11,
And a voltage duty value output unit for outputting the voltage duty value
A voltage deviation extracting unit for calculating a deviation between a DC voltage target value at the boost PFC output stage and a DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage;
And a second PI controller for proportionally integrating a DC voltage target value at the boost PFC output stage and a DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage to output the voltage duty value.

청구항 16 에 있어서,
상기 전압 듀티값 출력부는
상기 전압 듀티값을 일정 범위내로 제한하는 제 2 리미터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC.
18. The method of claim 16,
The voltage duty value output unit
And a second limiter for limiting the voltage duty value to within a certain range.

청구항 17 에 있어서,
상기 제 2 리미터의 제한 범위는 최대 입력 전류의 RMS 값에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC.
18. The method of claim 17,
Characterized in that the limiting range of the second limiter is determined by the RMS value of the maximum input current.

청구항 11 에 있어서,
상기 보정 듀티값을 출력하는 보정 듀티값 출력부는
상기 전류 듀티값과 상기 전압 듀티값의 편차를 출력하는 듀티값 편차 추출부;
상기 입력 전류의 듀티값에 상기 전류 듀티값과 상기 전압 듀티값의 편차를 곱하여 선형 변환하는 멀티플라이어(mutiplier);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC.
The method of claim 11,
The corrected duty value output unit, which outputs the corrected duty value,
A duty value deviation extracting unit for outputting a deviation between the current duty value and the voltage duty value;
And a multiplier for multiplying a duty value of the input current by a deviation between the current duty value and the voltage duty value and performing a linear transformation on the multiplication result.

청구항 11 에 있어서,
상기 최대 전류는 상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC의 입력 전압의 크기를 기초로 획득되는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC.
The method of claim 11,
Wherein the maximum current is obtained based on a magnitude of a DC voltage target at the boost PFC output stage and an input voltage of the boost PFC.

적어도 하나 이상의 인덕터, 적어도 하나 이상의 스위치 및 적어도 하나 이상의 다이오드를 포함하여 교류 신호를 직류 신호로 승압하여 출력하는 부스트 PFC(Boost Power Factor Correction)를 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작하도록 제어하는 방법 있어서,
상기 부스트 PFC의 출력 전압과 목표 전압의 편차를 기초로 전압 듀티값(Duty ratio)을 산출하는 전압 듀티값 산출 단계;
상기 부스트 PFC가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작할 수 있게 하는 최대 전류와 상기 인덕터에 흐르는 입력 전류의 편차를 기초로 전류 듀티값을 산출하는 전류 듀티값 산출 단계;
상기 전압 듀티값 및 상기 전류 듀티값을 기초로 보정 듀티값을 산출하는 보정 듀티값 산출 단계;
상기 보정 듀티값을 기초로 상기 스위치를 제어하여 상기 부스트 PFC가 DCM 영역에서 동작하도록 제어하는 제어 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 동작 제어 방법.
A method of controlling a Boost Power Factor Correction (Boost Power Factor Correction) including at least one inductor, at least one switch, and at least one diode to boost an AC signal to a DC signal and output the Boost Power Factor Correction in a DCM (Discontinuous Current Mode) ,
A voltage duty value calculating step of calculating a voltage duty ratio based on a deviation between the output voltage of the boost PFC and the target voltage;
Calculating a current duty value based on a deviation between a maximum current that allows the boost PFC to operate in a DCM (Discontinuous Current Mode) region and an input current flowing through the inductor;
A corrected duty value calculating step of calculating a corrected duty value based on the voltage duty value and the current duty value;
And controlling the switch based on the corrected duty value to control the boost PFC to operate in a DCM region.

청구항 21 에 있어서,
상기 전압 듀티값을 산출하는 단계는
상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치의 편차를 산출하는 전압 편차 추출 단계; 및
상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC 출력단에서 실제 측정되는 직류 전압치를 기초로 비례 적분하여 상기 전압 듀티값을 출력하는 전압 듀티값 출력 단계;를 포함하는 것을 특징을 하는, 부스트 PFC의 DCM 동작 제어 방법.
23. The method of claim 21,
The step of calculating the voltage duty value
A voltage deviation extracting step of calculating a deviation between a DC voltage target value at the boost PFC output stage and a DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage; And
And a voltage duty value output step of proportionally integrating the DC voltage target value at the boost PFC output stage and the DC voltage value actually measured at the boost PFC output stage to output the voltage duty value. DCM operation control method.

청구항 21 에 있어서,
상기 전류 듀티값을 산출하는 단계는
상기 부스트 PFC(Power Factor Correction)가 DCM(Discontinuous Current Mode) 영역에서 동작하는 최대 전류를 산출하는 최대 DCM 전류 산출 단계;
상기 최대 전류와 상기 입력 전류의 편차를 획득하는 전류 편차 추출 단계; 및
상기 최대 전류와 상기 입력 전류의 편차를 기초로 비례 적분하여 상기 전류 듀티값을 출력하는 전류 듀티값 출력 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 동작 제어 방법.
23. The method of claim 21,
The step of calculating the current duty value
A maximum DCM current calculation step of calculating the maximum current that the boost PFC (Power Factor Correction) operates in a DCM (Discontinuous Current Mode) region;
A current deviation extracting step of obtaining a deviation between the maximum current and the input current; And
And a current duty value output step of proportionally integrating the current based on a deviation between the maximum current and the input current to output the current duty value.

청구항 21 에 있어서,
상기 보정 듀티값을 산출하는 단계는
상기 전류 듀티값과 상기 전압 듀티값의 편차를 출력하는 듀티값 편차 추출단계;
상기 입력 전류의 듀티값에 상기 전류 듀티값과 상기 전압 듀티값의 편차를 곱하여 선형 변환하는 멀티플라이어(mutiplier) 실행 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 동작 제어 방법.
23. The method of claim 21,
The step of calculating the corrected duty value
A duty value deviation extracting step of outputting a deviation between the current duty value and the voltage duty value;
And a multiplier execution step of multiplying a duty value of the input current by a deviation between the current duty value and the voltage duty value and linearly converting the multiplication result.

청구항 22 에 있어서,
상기 전압 듀티값을 산출하는 단계는
상기 전압 듀티값을 일정 범위내로 제한하는 전압 듀티값 범위 제한 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 동작 제어 방법.
23. The method of claim 22,
The step of calculating the voltage duty value
And a voltage duty value range limiting step of limiting the voltage duty value to within a predetermined range.

청구항 25 에 있어서,
상기 전압 듀티값의 제한 범위는 최대 입력 전류의 RMS 값에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 동작 제어 방법.
26. The method of claim 25,
Wherein the limiting range of the voltage duty value is determined by the RMS value of the maximum input current.

청구항 23 에 있어서,
상기 전류 듀티값을 산출하는 단계는
상기 전류 듀티값을 일정 범위내로 제한하는 전류 듀티값 범위 제한 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 동작 제어 방법.
24. The method of claim 23,
The step of calculating the current duty value
And a current duty value range limiting step of limiting the current duty value to a certain range.

청구항 27 에 있어서,
상기 전류 듀티값의 범위는 O.1 내지 0.5의 범위에 이르며, 실험적으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 동작 제어 방법.
28. The method of claim 27,
Wherein the range of the current duty value is in the range of 0.1 to 0.5 and is set experimentally.

청구항 23 에 있어서,
상기 전류 듀티값 출력 단계는 0.1 내지 10 범위에 이르는 게인을 갖는 배율기에 의해 실행되며, 상기 게인은 상기 부스트 PFC내 인덕터에 흐르는 전류, 상기 부스트 PFC에 입력되는 전압의 크기 및 상기 부스트 PFC내 스위치의 스위칭 주파수를 기초로 실험적으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 동작 제어 방법.
24. The method of claim 23,
Wherein the output of the current duty value is performed by a multiplier having a gain ranging from 0.1 to 10, the gain being determined by the current flowing in the inductor in the boost PFC, the magnitude of the voltage input to the boost PFC, Wherein the boosted PFC is set experimentally based on the switching frequency.

청구항 21 에 있어서,
상기 최대 전류는 상기 부스트 PFC 출력단에서의 직류 전압 목표치와 상기 부스트 PFC의 입력 전압의 크기를 기초로 획득되는 것을 특징으로 하는, 부스트 PFC의 DCM 동작 제어 방법.23. The method of claim 21,
Wherein the maximum current is obtained based on a DC voltage target value at the boost PFC output stage and a magnitude of an input voltage of the boost PFC.