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1970년대 말에 처음 소개된 전류모드제어 방식은 기존의 전압모드제어 방식에 비해서 많은 장점을 보유하고 있다. 전류를 제어 대상으로 함에 따라 컨버터내에서 흐르는 전류를 제한할 수 있고 여러 컨버터의 병렬운전시에도 각 컨버터간의 균등한 전력분배가 가능해져 분산전력 시스템등에 유용하게 사용되고 있으며 출력전압제어를 위한 제어기 구성시에도 기존의 방식 보다 쉽게 설계가 가능하다. 하지만 전류모드제어도 또한 전류 루프의 불안정성에 따른 저주파 하모닉이 발생하여 입력 혹은 출력측 필터 설계를 어렵게 하는 문제점 또한 내포하고 있다. 이를 해석하고 안정적인 동작을 위한 제어기의 설계를 위해서 여러 가지 ...

1970년대 말에 처음 소개된 전류모드제어 방식은 기존의 전압모드제어 방식에 비해서 많은 장점을 보유하고 있다. 전류를 제어 대상으로 함에 따라 컨버터내에서 흐르는 전류를 제한할 수 있고 여러 컨버터의 병렬운전시에도 각 컨버터간의 균등한 전력분배가 가능해져 분산전력 시스템등에 유용하게 사용되고 있으며 출력전압제어를 위한 제어기 구성시에도 기존의 방식 보다 쉽게 설계가 가능하다. 하지만 전류모드제어도 또한 전류 루프의 불안정성에 따른 저주파 하모닉이 발생하여 입력 혹은 출력측 필터 설계를 어렵게 하는 문제점 또한 내포하고 있다. 이를 해석하고 안정적인 동작을 위한 제어기의 설계를 위해서 여러 가지 모델링 방법이 제시되었다. 이들은 크게 다음과 같이 3가지로 분류가능하다. (1) 평균화 기법을 이용한 저주파 모델, (2) 이산 시간 모델, 그리고 (3) 이산 시간 모델의 근사화된 연속 시간 모델이 그것이다. 저주파 모델은 쉽게 얻을 수 있고 정확한 저주파 영역해석이 가능하지만 전류제어루프의 안정성 해석에는 적합치않으며, 이산 시간 모델은 전류의 안정성 해석은 가능하나 그 모델식이 복잡하여 컨버터의 해석을 위해서는 부적합하다. 반면, 이산 시간 모델의 근사화된 연속시간 모델은 이들 두 모델 방식의 단점을 해결할 수 있다. 그러나 기존에 제시된 이런 모델 방식은 그 응용에 한계를 보이고 있다. 즉, 오직 최대 전류모드제어에 대한 연구가 있으며, 평균 전류모드제어에는 최대 전류모드제어에서의 결과식을 그대로 사용하여 해석하는 정도이다. 따라서 최대 및 평균 전류모드제어방식들 모두에 적용하기 위해서는 기존과는 다른 방식 접근방식이 필요하다. 이에따라 본 논문에서는 전류모드제어를 이용하는 컨버터의 안정도 및 특성 해석을 위해서 새로운 모델링 방법및 새로운 소신호 모델을 제시하고자 한다. 저주파 모델에서 갖지 못하는 고주파 영역의 특성 해석을 위해 다른 시간에 동작하는 2개의 이상적 샘플러를 도입하였다. 2개의 샘플러가 다른 시간에 동작하므로 수학적 해석이 어려우므로 이들 샘플러의 동작 시간을 동기화 할 필요가 있으며 이 동기화된 모델 구조로 부터 연속시간에서의 샘플링모델을 구할 수 있다. 최대 전류모드제어의 경우 펄스폭변조이득이 상수 이므로 쉽게 2개의 샘플러을 하나로 모델화 할 수 있으나 평균 전류모드제어의 경우는 보상기의 존재에 의해 하나의 단순화된 샘플러 구조로 모델링하기 어렵다. 제안된 모델링 방식은 최대 및 평균 전류모드제어를 이용하는 강압형 컨버터 그리고 영전압 스위칭 하프 브릿지 컨버터에 적용되었으며, 각 컨버터의 특성 해석에 유용하게 적용됨을 보였다. 특히 평균 전류모드제어를 이용하는 강압형 컨버터의 경우 새로운 모델을 구할 수 있으며, 구해진 샘플링 이득은 기존의 모델에서 예측할 수 있었던 결과 보다 더 우수한 예측 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 그리고 기본형의 컨버터 보다 더욱 복잡한 동작 특성을 보이는 컨버터인 영전압 스위칭 하프 브릿지 컨버터에도 제안한 모델링 방법이 그대로 사용될 수 있으며, 그 결과를 저주파 모델과 비교하였다. 본 논문은 전류모드제어를 이용하는 컨버터에서 발생할 수 있는 문제를 예측할 수 있고 제어기 설계 시에 고려해야하는 고주파 특성을 잘 나타내어 줄 수 있는 모델링 방식과 새로운 모델을 제시 하였고 이를 이용하여 전류모드제어의 여러 특성들을 살펴보았다. 따라서 제안된 방식은 전류모드제어를 이용하는 컨버터의 해석 및 설계에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

There have been a great deal of researches on the current-mode controlled converter. The current-mode control is reported as having good characteristics such as automatic overload protection, easy paralleling of multiple converters, and especially design flexibility in improving small signal dynamic...

There have been a great deal of researches on the current-mode controlled converter. The current-mode control is reported as having good characteristics such as automatic overload protection, easy paralleling of multiple converters, and especially design flexibility in improving small signal dynamics. However, it also reveals the possibility of the current loop instability. In order to explain this phenomenon and to understand the characteristics of the current-mode control, many modeling methods have been presented until now. Previous studies concerning modeling, analysis and control of current mode controlled power converters can be classified into three fundamentally different approaches: 1) low-frequency modeling by using averaging approaches, 2) discrete time and sampled-data approach, 3) integration of both discrete and averaging techniques. The first approach gives simple and accurate models at low frequencies, but is inaccurate at high frequencies. The second approach gives accurate models even for high frequencies, but it requires heavy computations and does not provide the design insight of power converter. The third approach gives simple models and accurate enough behavior at frequencies lower than half the switching frequency. However, the applications of previous studies utilizing this methods is also limited on the peak current-mode control. In order to explain the dynamic characteristics and the stability conditions of the current-mode control, the new modeling method and new small signal model are proposed. The proposed method is applied to both the peak current-mode control and the average current-mode control. In the proposed method, two ideal samplers are introduced in order to consider the sampling effect presented in a current loop. By the proposed modeling methods, the discrete time model can also be obtained, which can be used to explain the stability problem and to evaluate the control performances. Using the proposed continuous time model, several characteristics such as the control-to-inductor current gain, control-to-output voltage gain, output impedance and the audiosusceptibility can be provided. The proposed modeling method is applied to the modeling of peak current mode controlled buck converter, average current mode controlled buck converter and peak current mode controlled zero voltage switching half bridge PWM converter. The computer simulations and experiments of these converters are presented. And the predicted result of the proposed models is compared with that of the conventional models in this thesis. With the proposed modeling method considering the sampling effect as two ideal samplers in a current loop, the accurate small signal modeling of current mode controlled power converter can be obtained. And the several characteristics of current mode control are analyzed. Therefore, it is expected that the proposed modeling method and new small signal models can be usefully applicable to the analysis and design of current mode controlled power converters.

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