선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 통신서버용 2KW급 AC-DC컨버터를 제작하여 디지털 병렬운전을 실험 진행하였고 CAN 통신을 적용한 멀티 마스터 구조로 평균전류 부하분담 알고리즘을 제안하였다. 부가적으로 모듈의 사고, 이상동작 발생 시 전원장치의 보호를 위해서 보호알고리즘을 적용하였으며 보다 안정적으로 동작할 수 있는 고성능 통신서버용 전원장치로서의 타당성을 검증하였다.
제안 방법
- 통신서버용 전원장치의 안정성 확보를 위해 부가적인 보호 알고리즘 또한 추가하였다. 각 전원장치에서 부하의 정격에 대해서 여유를 갖게 하는 디레이팅 모드, 그리고 출력단의 단락 시 모듈의 보호를 위해 사고(fault)가 해제 될 때까지 short hiccup-mode를 추가하여 Auto-restarting를 구현하였다. 병렬운전중 이 두 가지의 보호회로 적용 시 빠른 응답특성이 없게 되면 정확한 부하 분담이 이루어지지 않게 된다.
- 다음으로 여러 가지 보호 기능들은 추가한 후 병렬운전 시 제안된 부하 분담 알고리즘의 타당성을 검증하기 위해서 제작된 전원장치 두 대를 이용하여 실험을 진행하였다. 테스트 조건은 링크전압 390V, 출력전압 –43V로 적용하였다.
- 또한 효율을 저감 시키는 원인이 된다. 따라서 LLC 공진형 컨버터의 출력전압(Vo)을 가변시키기 위해 입력전압인 PFC 링크전압(Vlink)을 가변시키는 방법을 도입하였다. 그림 2(a)는 출력 전압 43V, PFC 링크전압 390V일 때의 특성 그래프이며 그림 2(b)는 출력전압 53V, PFC 링크전압 410V일 때의 특성 그래프이다.
- 본 논문에서 제안한 컨버터 2대의 병렬운전을 시뮬레 이션 프로그램인 PSIM을 이용하여 모의실험을 실시하였다. 전원장치의 입력전압 및 출력전압은 서로 병렬형태로 연결이 되어있어 항상 일정하게 유지된다.
- 본 논문에서는 통신서버용 2KW급 AC-DC컨버터를 제작하여 디지털 병렬운전을 실험 진행하였고 CAN 통신을 적용한 멀티 마스터 구조로 평균전류 부하분담 알고리즘을 제안하였다. 부가적으로 모듈의 사고, 이상동작 발생 시 전원장치의 보호를 위해서 보호알고리즘을 적용하였으며 보다 안정적으로 동작할 수 있는 고성능 통신서버용 전원장치로서의 타당성을 검증하였다.
- 그림 14는 본 논문에서 제안한 컨버터를 제작한 사진이다. 실제 통신서버용 전원으로 설계되어 양산용 사이즈에 맞게 설계되었다. 현재 핫 스왑(Hot- swap), 모듈 추가 등, 마지막 안정도 테스트 중이며 병렬운전부하분담 시 과도상태에 대한 응답속도 향상을 위하여 제어기의 최적의 게인(gain)조정과 최적의 CAN통신 속도를 실험 진행할 예정이다.
- 앞에서 구성한 내용을 바탕으로 2KW급 AC-DC 컨버터를 제작하였고 제작된 회로를 통한 실험을 하였다. 표 1은 LLC 공진형 컨버터에 사용된 자기소자들에 대한 파라미터 및 LLC 공진형 컨버터에 사용된 주요소자를 정리한 표이다.
- 기존의 마스터(master), 슬레이브(Slave)방식은 마스터의 고장시 전체 시스템이 정지되는 큰 문제를 야기 시킬 수 있어 부가적인 알고리즘이 필요하였다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 본 논문에서 제안된 부하분담 알고리즘은 CAN통신을 이용하여 병렬운전시 연결된 모듈의 수와 연결된 모듈의 전류값을 실시간으로 모니터링하여 이때 각 모듈의 전류의 합을 모듈의 수 만 큼 나누어 평균전류 레퍼런스(Io*)를 갖는 구조로 정확한 부하 분담을 수행한다. 모듈의 독립운전시 평균전류 레퍼런스는 각 모듈의 실제전류로 실질적으로 정전압 제어만 수행 하게 되며 N개의 모듈이 연결되어도 각 모듈의 평균전류 레퍼런스로 인하여 각각의 모듈에서 부담해야 하는 실제전류는 평균전류 레퍼런스를 따르게 된다.
- 병렬운전중 이 두 가지의 보호회로 적용 시 빠른 응답특성이 없게 되면 정확한 부하 분담이 이루어지지 않게 된다. 제안된 제어 알고리즘의 의한 타당성을 검증하기 위해서 실제 2KW급 전원장치 2대를 제작하여 병렬운전 시 정상상태 및 과도상태에서 정확한 부하분담 알고리즘이 이루어지는 것을 실험 및 검증하였다.
- 제안된 컨버터의 제어기 블록도는 그림 5와 같고 제안하는 방식에서 병렬 연결된 전원장치는 각각의 독립적인 제어를 하여 마스터 역할을 수행한다. 각각의 전원장치는 부하분담시 식(6)과 같이 출력전류의 평균값을 레퍼런스로 하는 VLS*전압에 의해 각 전원장치의 출력전압 레퍼런스를 조정하여 부하 분담을 수행하게 된다.
- 통신서버용 전원장치의 안정성 확보를 위해 부가적인 보호 알고리즘 또한 추가하였다. 각 전원장치에서 부하의 정격에 대해서 여유를 갖게 하는 디레이팅 모드, 그리고 출력단의 단락 시 모듈의 보호를 위해 사고(fault)가 해제 될 때까지 short hiccup-mode를 추가하여 Auto-restarting를 구현하였다.
대상 데이터
- 본 논문의 검증을 위해 제안된 컨버터는 2단구성을 가지며 1단은 PFC 브리지리스 컨버터 이며, 2단은 주파수 가변형 LLC 공진형 컨버터이다. PFC 출력전압은 390V~410V이며 출력전압은 -43V ~ -58V로 넓은 출력 범위를 갖는 컨버터이다.
이론/모형
- 0B를 사용하였다. USB 통신을 위한 에뮬레이터는 NI(National Instrument)사의 USB-8473을 사용하였으며 에뮬레이터의 최대 속도는 1Mbps이고 스탠다드 ID(standard ID)방식을 채용하였다. 통신서버용 전원은 약 수십 개 내외의 CAN통신을 수행하기 때문에 스탠다드 ID방식으로도 통신이 충분하다고 여겨진다.
- 부하분담에 사용된 통신 환경은 CAN(Controller Area Network)을 사용하였다. CAN은 차동 신호 방식을 사용해 전기적인 노이즈에 매우 강하고, 하드웨어적인 오류 검출 및 처리 기능이 있기 때문에 높은 신뢰성을 가지고 있다.
성능/효과
- 이는 추후 고성능 제어기를 채용할 경우 CAN 제어기 연산 속도를 더욱 빠르게 할 수 있다. 그림 12(a)에서 각 전원장치의 부하전류는 각각 10A로 부하분담을 수행하다가 부하를 80A로 변경하였을 때 각 전원장치의 부하분담 전류는 각각40A로 정확한 부하분담을 수행하는 것을 확인 할 수 있다. 그림 12(b)는 부하 급변 시 과도상태를 나타낸 파형이며 부하 급변 시(Dynamic Load Change) 두 모듈은 빠른 속응성을 가지며 10ms정도의 과도상태가 발생한 후 정확한 평균전류의 값을 추종하는 것을 확인할 수 있다.
- 두 모듈에서 부하 변동 시 각 전원장치에서 감당하는 전류를 표 3에 나타내었다. 10A단위로 측정하였으며 정상상태 시 두 모듈의 차이는 약 5%정도로 안정적인 부하분담을 수행하는 것을 확인 할 수 있다. 그림 13은 병렬 운전 시 제안한 컨버터의 신뢰성과 안정도를 확인하기 위하여 검토한 전체 시퀀스 파형이다.
- 정격보다 많은 전류를 흘리기 위해서 각 모듈은 일정 전압까지 낮추어 디레이팅 모드로 동작하게 하고 한계전압까지 낮아지게 되면 저전압 프로텍션으로 각 모듈은 Hiccup mode로 진입하여 사고(fault)가 해제 될 때 까지 동작을 하게 된다. 또한 출력단이 단락되었을 때 단락 해제 시까지 Hiccup mode를 반복하게 되어 각 모듈의 안정성과 전체 시스템의 신뢰성을 높였다. 그림 6은 이상동작 시 LLC 공진형 컨버터의 동작시퀀스를 나타낸 그림이다.
후속연구
- 실제 통신서버용 전원으로 설계되어 양산용 사이즈에 맞게 설계되었다. 현재 핫 스왑(Hot- swap), 모듈 추가 등, 마지막 안정도 테스트 중이며 병렬운전부하분담 시 과도상태에 대한 응답속도 향상을 위하여 제어기의 최적의 게인(gain)조정과 최적의 CAN통신 속도를 실험 진행할 예정이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.