[논문]전류 분배 특성이 향상된 드룹 방법에 관한 연구

장바울

doi:10.7471/ikeee.2019.23.3.785

전류 분배 특성이 향상된 드룹 방법에 관한 연구
A Study on the Droop Method with Improved Current Distribution Characteristics 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.23 no.3, 2019년, pp.785 - 792

장바울 (Dept. of Energy & Electrical Engineering, Korea Polytechnic University)

초록
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다중 컨버터 모듈을 병렬 운전 시, 시스템의 신뢰성 향상을 위해 모듈 간 균등한 전력 분배가 이루어져야 한다. 본 논문에서는 기존의 드룹 제어 방법을 개선하여 전류 분배 특성이 향상된 개선된 드룹 제어 방법을 제시한다. 제안하는 방법에서는 각 모듈의 전류가 설정값보다 커질 경우, 출력 전압 설정값을 상향 조정하여 모듈 간 전류 분배 특성이 개선되도록 한다. 한편, 출력 전압을 공차 범위 안에서 관리하고자 할 때, 출력 전압 설정값이 항상 상향 조정된다면 이용 가능한 제어 IC 기준값($v_{ref}$)의 범위가 줄어들게 된다. 따라서 상향 조정으로 인해 모듈 간 출력 전압 설정값이 역전될 경우 하향 조정을 통해 이를 해결하고자 하였다. 제안하는 방법은 2개의 부스트 컨버터 모듈로 구성된 17.5V/500mA급 프로토타입을 통해 실험으로 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In parallel operation of multiple power converter modules, equal power distribution among modules shall be made to improve the reliability of the system. In this paper, a novel droop method is proposed to present improved current distribution characteristics. In the proposed method, if the current in each module become greater than the current set-point value, the output voltage set-point is raised to improve the current distribution characteristics. Meanwhile, when the output voltage is to be managed within the tolerance range, the range of the usable control IC reference value ($v_{ref}$) will be reduced if the output voltage setting is always raised. Thus, in case the output voltage set-point among modules is reversed, the downward adjustment is introduced. The proposed method was experimentally validated with a 17.5V/500mA prototype of two boost converters operating in parallel.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Converter system and characteristics. 그림 1. 컨버터 시스템과 특성
그림 Fig. 2. Droop characteristic. 그림 2. 드룹 특성
그림 Fig. 3. Circuit implementation of the proposed method. 그림 3. 제안하는 방법의 회로 구현
표 Table 1. Specification and design results. 표 1. 설계 조건과 설계 결과
그림 Fig. 4. Experimental waveforms of the average input currents of two modules. 그림 4. 두 모듈의 평균 입력 전류 실험 결과
그림 Fig. 5. Signal processing among the modules. 그림 5. 모듈 간 신호 동작

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 출력 전압을 공차 범위 안에서 관리하고자 할 때, 출력 전압 설정값이 항상 상향 조정된다면 이용 가능한 제어 IC 기준값(v_ref)의 범위가 줄어들게 되는 문제가 있다. 따라서 본 논문에서는 상향 조정으로 인해 모듈 간 출력전압 설정값이 역전될 경우, 하향 조정을 통해 이용 가능한 제어 IC 기준값 범위를 넓힐 수 있도록 하였다. 이상을 통해 기존 드룹 방식의 출력 전압조절 특성과 전류 분배 특성을 개선할 수 있다.
한편, 출력 전압을 공차 범위 안에서 관리하고자 할 때, 출력 전압 설정값이 항상 상향 조정된다면 이용 가능한 제어 IC 기준값(v_ref)의 범위가 줄어들게 된다. 따라서 상향 조정으로 인해 모듈 간 출력 전압 설정값이 역전될 경우 하향 조정을 통해 이를 해결하고자 하였다. 제안하는 방법은 기존의 드룹 방법과 달리 모듈 사이의 통신선이 존재한다.
본 논문에서는 전류 분배 특성을 효과적으로 개선할 수 있는 개선된 드룹 방법이 제안되었다. 제안하는 방법에서는 각 모듈의 전류가 설정값보다 커질 경우, 출력 전압 설정값을 상향 조정하여 모듈 간 전류 분배 특성이 개선되도록 한다.
각 모듈의 드룹 이득이 동일하다고 가정할 경우, 모듈 사이에서 전류 불균형은 출력 전압 설정값 차이 ΔV_sp에서 비롯된다. 본 논문에서는 출력전압 조절 특성과 전류 분배 특성을 동시에 개선하기 위해 드룹 제어에 기초한 새로운 제어 방법을 제안한다. 제안하는 방법의 운영원리는 다음과 같이 요약된다.
이러한 한계를 극복하기 위해, 본 논문에서는 각 모듈의 전류가 설정값보다 커질 경우 출력 전압 설정값을 상향 조정하여 모듈 간 전류 분배 특성이 개선되도록 하는 새로운 드룹 제어 방법을 제안하고자 한다. 제안하는 방법은 기본적으로 [10]의 방법을 기초로 한다.

제안 방법

본 논문에서 제안하는 방법의 유효성을 2개의 부스트 컨버터 모듈로 구성된 17.5V/500mA급 프로토타입을 통해 실험으로 검증하도록 한다. 부스트 컨버터의 경우 입력 전류가 연속이기 때문에, 드룹제어 방법에 입력 전류를 활용하였다.
5V/500mA급 프로토타입을 통해 실험으로 검증하도록 한다. 부스트 컨버터의 경우 입력 전류가 연속이기 때문에, 드룹제어 방법에 입력 전류를 활용하였다. 실험을 위한 설계 조건과 설계 결과를 표 1에 보인다.
출력 전압설정값을 조정하기 위하여 저항과 스위치 조합이센싱 저항 R₂에 병렬 연결되었다. 신호 운용 블록(signal processing block)의 동작 원리는 실험 파형과 함께 자세히 기술하도록 하겠다.
실험은 하향 조정이 발생하지 않는 경우와 발생하는 경우 2가지에 대해 이루어졌다.
이전에 기술된 바처럼 제안하는 방법은 최대 출력 전압 설정값을 가지는 모듈의 전류가 특정 전류 설정값에 도달하면, 다른 모듈들로 신호를 전송하여 모듈 간 전류 분배 특성이 개선되도록 한다. 따라서 전류 설정값을 더 많이 도입할수록, 더 정밀한 전류 분배가 가능해진다.
본 논문에서는 전류 분배 특성을 효과적으로 개선할 수 있는 개선된 드룹 방법이 제안되었다. 제안하는 방법에서는 각 모듈의 전류가 설정값보다 커질 경우, 출력 전압 설정값을 상향 조정하여 모듈 간 전류 분배 특성이 개선되도록 한다. 한편, 출력 전압을 공차 범위 안에서 관리하고자 할 때, 출력 전압 설정값이 항상 상향 조정된다면 이용 가능한 제어 IC 기준값(v_ref)의 범위가 줄어들게 된다.
따라서 상향 조정으로 인해 모듈 간 출력 전압 설정값이 역전될 경우 하향 조정을 통해 이를 해결하고자 하였다. 제안하는 방법은 기존의 드룹 방법과 달리 모듈 사이의 통신선이 존재한다. 하지만, 그 신호가 매우 단순하고 디지털 형태를 갖기 때문에,구현이 간단하고 외란에 강인한 특성을 갖는다.
그럼에도 불구하고 공유되는 신호가 매우 간단하기 때문에, 구현 회로 역시 크게 복잡하지 않다. 제안하는 방법의 유효성은 2개의 부스트 컨버터 모듈로 구성된 17.5V/500mA급 프로토타입을 통해 실험으로 검증하도록 한다.

대상 데이터

05V로 설정되었다. 전류 설정값의 경우 I_set1은 140mA, I_set2는 210mA, I_set3는 280mA, I_set4는 350mA로 설계되었다. 부하 전류는 각 변화마다 상향 조정이 일어날 수 있도록 0mA에서 120mA, 120mA에서 200mA, 200mA에서 320mA, 320mA에서 500mA로 증가한 후, 역순으로 감소하도록 주어졌다.
제안하는 방법의 유효성은 2개의 부스트 컨버터 모듈로 구성된 17.5V/500mA급 프로토타입을 통해 실험으로 검증하였다. 그 결과는 제안된 방법을 통해 모듈 사이의 입력 전류 차이가 성공적으로 감소했음을 확인하였다.

이론/모형

이러한 한계를 극복하기 위해, 본 논문에서는 각 모듈의 전류가 설정값보다 커질 경우 출력 전압 설정값을 상향 조정하여 모듈 간 전류 분배 특성이 개선되도록 하는 새로운 드룹 제어 방법을 제안하고자 한다. 제안하는 방법은 기본적으로 [10]의 방법을 기초로 한다. 하지만 출력 전압을 공차 범위 안에서 관리하고자 할 때, 출력 전압 설정값이 항상 상향 조정된다면 이용 가능한 제어 IC 기준값(v_ref)의 범위가 줄어들게 되는 문제가 있다.

성능/효과

1) 최대 출력 전압 설정값을 가지는 모듈의 전류가 특정 전류 설정값에 도달하면, 다른 모듈들로 신호를 전송하여 신호를 받는 모듈들의 출력 전압 설정점이 상향 조정되도록 한다.
3) 특정 전류 설정값에서 조정이 실행되면, 동일 지점에서 조정 프로세스는 다시 수행되지 않는다.
그 결과 첫 번째 상향 조정이 일어난 후 평균 입력 전류 차이 ΔIin은 182mA 이지만, 네 번째 상향 조정이 일어난 후 ΔIin이 10mA까지 감소한다.
5V/500mA급 프로토타입을 통해 실험으로 검증하였다. 그 결과는 제안된 방법을 통해 모듈 사이의 입력 전류 차이가 성공적으로 감소했음을 확인하였다.
# 이 #보다 높기 때문에 I_in(1)이 I_set2에 도달하기 전까지는 모든 전류가 모듈 1로 흐른다. 두 번째 상향 조정이 일어난 후부터는 제안한 방법에 의해서 전류 설정값을 지날 때마다 두 모듈 간의 전류 차이가 감소한다. 그 결과 첫 번째 상향 조정이 일어난 후 평균 입력 전류 차이 ΔI_in은 182mA 이지만, 네 번째 상향 조정이 일어난 후 ΔI_in이 10mA까지 감소한다.
따라서 본 논문에서는 상향 조정으로 인해 모듈 간 출력전압 설정값이 역전될 경우, 하향 조정을 통해 이용 가능한 제어 IC 기준값 범위를 넓힐 수 있도록 하였다. 이상을 통해 기존 드룹 방식의 출력 전압조절 특성과 전류 분배 특성을 개선할 수 있다. 기존 드룹 방식과 달리 제안하는 방법에서 각 모듈은 신호선을 공유한다.
와 k 값이 결정되었을 때 전류 분배의 정확도는 조정 단계 수에 의존한다. 제안하는 방법에서 전류 분배 특성이 가장 좋지 않은 경우는 두 개의 드룹 곡선이 거의 일치하는 상황에서 하향 조정이 발생한 경우이다. 이 경우로부터 조정 단계 수에 대한 설계 원칙을 아래 식처럼 결정할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	드룹 제어 방법에서 출력 전압을 공차 범위 안에서 관리를 할 때 어떤 문제점이 발생하는가?	제안하는 방법은 기본적으로 [10]의 방법을 기초로 한다. 하지만 출력 전압을 공차 범위 안에서 관리하고자 할 때, 출력 전압 설정값이 항상 상향 조정된다면 이용 가능한 제어 IC 기준값(vref)의 범위가 줄어들게 되는 문제가 있다. 따라서 본 논문에서는 상향 조정으로 인해 모듈 간 출력전압 설정값이 역전될 경우, 하향 조정을 통해 이용 가능한 제어 IC 기준값 범위를 넓힐 수 있도록 하였다.
	드룹 제어 방법은 무엇인가?	다음으로 드룹 방법을 들 수 있다[7]-[9]. 드룹 제어 방법은 모듈 간 비교적 균등한 전류 분배를 유지하기 위해 병렬 모듈의 내부/외부적으로 추가된 저항에 의존하는 방식으로, 통신 링크가 필요하지 않아 마스터-슬레이브 방식의 대안이 될 수 있다. 또한 중앙제어기가 없는 구조로 마스터-슬레이브 방식에 비해 높은 신뢰성을 갖는다.
	개선된 드룹 방법은 어떤 방식으로 구성되어 있는가?	본 논문에서는 전류 분배 특성을 효과적으로 개선할 수 있는 개선된 드룹 방법이 제안되었다. 제안하는 방법에서는 각 모듈의 전류가 설정값보다 커질 경우, 출력 전압 설정값을 상향 조정하여 모듈 간 전류 분배 특성이 개선되도록 한다. 한편, 출력 전압을 공차 범위 안에서 관리하고자 할 때, 출력 전압 설정값이 항상 상향 조정된다면 이용 가능한 제어 IC 기준값(vref)의 범위가 줄어들게 된다. 따라서 상향 조정으로 인해 모듈 간 출력 전압 설정값이 역전될 경우 하향 조정을 통해 이를 해결하고자 하였다. 제안하는 방법은 기존의 드룹 방법과 달리 모듈 사이의 통신선이 존재한다. 하지만, 그 신호가 매우 단순하고 디지털 형태를 갖기 때문에,구현이 간단하고 외란에 강인한 특성을 갖는다.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
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