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가상 d-q 변환을 이용한 승압형 단상 PFC 컨버터의 디지털 전류 제어 방법
Digital Current Control Scheme for Boost Single-Phase PFC Converter Based on Virtual d-q Transformation 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.25 no.1, 2020년, pp.54 - 60  

이광운 (Div. of Marine Mechatronics, Mokpo Nat'l Maritime University) ,  김학준 (Winia Daewoo)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A digital current control scheme using virtual d-q transformation for a boost single-phase power factor correction (PFC) converter is proposed. The use of virtual d-q transformation in single-phase power converters is known to improve current control performance. However, the conventional virtual d-...

주제어

#Boost single-phase PFC converter   #Current control   #Virtual d-q transformation  

표/그림 (14)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나 승압형 단상 PFC 컨버터의 경우 인덕터의 전류 및 평균 전압 파형이 교류가 아니기 때문에 가상 d-q 변환을 직접적으로 적용할 수가 없다. 따라서 본 논문에서는 승압형 단상 PFC 컨버터의 인덕터 전류 및 평균 전압 파형을 입력 전원에 동기화된 가상의 교류 파형으로 변환하는 방법을 제안한다.
  • 본 논문에서는 단상 승압형 PFC 컨버터의 인덕터 전류를 가상의 교류 전류로 변환하는 방법을 제시하였고, 이를 이용하여 가상 d-q 변환 기반의 전류 제어 기법을 단상 승압형 PFC 컨버터에 적용하는 방법을 제안하였다. 또한 실험을 통해 전류 제어기의 대역폭이 동일하다 면 정상 상태에서 기존의 전향 보상을 이용한 PI 타입 전류 제어기 대비 제안된 가상 d-q 변환 기반의 전류 제어기의 제어 성능이 더 우수함을 확인하였다.
  • 본 논문에서는 승압형 단상 PFC 컨버터의 인덕터 전류 및 전압 파형을 계통 전원에 동기화된 가상의 교류로 변환하는 방식을 제안한다. 제안된 방식은 매우 단순한 구조를 가지며, 제안된 방식을 이용하면 가상 d-q 변환을 이용한 전류 제어를 승압형 단상 PFC 컨버터에 적용하는 것이 가능해진다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
가상 d-q 변환 방식은 어떤 방식인가? 그러나 공진 제어의 경우 실제 적용에 있어서 해석적으로 제어기의 이득을 구하는 데 어려움이 따른다 [8],[9]. 가상 d-q 변환 방식에서는 단상 교류를 All-Pass Filter(APF)를 거쳐서 90도의 위 상차를 갖는 가상의 교류를 만들어 내고, d-q 변환을 통해 교류를 직류로 변환하여 제어한다. 따라서 직류로 표현되는 전류와 전압을 이용하여 제어를 하기 때문에 전류 제어의 정상상태 오차를 거의 0으로 할 수 있는 특징이 있다.
전력 변환 회로에서 반복 제어 기법을 적용하기 위해서 필요한 노력은 무엇인가? 기존의 연구 결과를 살펴보면 반복 제어기를 이용한 전류 제어기가 기존의 전향 보상 제어 대비 우수한 제어 성능을 보여주고 있음을 알 수 있다[3]-[8]. 그러나 반복 제어 기법을 적용하기 위해서는 별도의 메모리가 필요하고, 위상 지연 및 안정도를 고려 한 제어기 설계 및 구현에 많은 노력이 요구된다[7]. 공 진 제어 방식은 이론상 특정 주파수 대역의 이득을 무한대로 할 수 있으며, 정현파 형태의 지령을 추종하는 데 있어서 우수한 제어 성능을 보여주는 것으로 알려져 있다.
승압형 단상 PFC 컨버터가 가전제품에 널리 적용되고 있는 이유는 무엇인가? 다이오드 정류기와 부스트 컨버터로 구성되는 승압형 단상 PFC 컨버터는 다른 능동 형 PFC 컨버터들과 비교 할 때 구조가 단순하고 저비용으로 구현할 수 있어 에어컨과 같은 가전제품에 널리 적용되고 있다[1]. 승압형 단상 PFC 컨버터의 전류 지령은 계통 전원 주파수의 2배에 해당하는 맥동을 가지기 때문에 일반적인 디지털 PI 전류 제어 기법만을 적용하는 경우 전류 제어기의 제한된 대역폭으로 인하여 만족스러운 정상상태 제어 성능을 얻는 것이 힘들다.
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참고문헌 (13)

  1. TI website, "Power factor correction (PFC) topology comparison," [Online]. Available: https://training.ti.com/power-factor-correction-pfc-topology-comparison. 

  2. M. Chen and J. Sun, "Feedforward current control of boost single-phase PFC converters," IEEE Trans. on Power Electron., Vol. 21, No. 2, pp. 338-345, Mar. 2006. 

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  3. Y. Y. Tzou, R. S. Ou, S. L. Jung, and M. Y. Chang, "High-performance programmable AC power source with low harmonic distortion using DSP based repetitive control technique," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 12, No. 4, pp. 715-725, Jul. 1997. 

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  4. S. Fukuda and T. Yoda, "A novel current-tracking method for active filters based on a sinusoidal internal model," IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 37, No. 3, pp. 888-895, May/Jun. 2001. 

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  5. Y. Cho and J. S. Lai, "Digital plug-in repetitive controller for single-phase bridgeless PFC converters," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 28, pp. 165-175, Jan. 2013. 

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  6. D. H. Hwang, J. Lee, Y. Cho, and G. H. Choe, "Boost type PFC rectifier with active power decoupling circuit with repetitive controller," The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, Vol. 23, No. 6, pp. 389-396, Dec. 2018. 

  7. J. M. Olm, G. A. Ramos, and R. Costa-Castello, "Stability analysis of digital repetitive control systems under time-varying sampling period," IET Control Theory Appl., Vol. 5, No. 1, pp. 29-37, Jan. 2011. 

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  8. M. Rashed, C. Klumpner, and G. Asher, "Repetitive and resonant control for a single-phase grid-connected hybrid cascaded multilevel converter," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 28, pp. 2224-2234, May 2013. 

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  9. D. Zmood and D. Holmes, "Stationary frame current regulation of PWM inverters with zero steady-state error," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 18, pp. 814-822, May 2003. 

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  10. R. Zhang, M. Cardinal, P. Szczesny, and M. Dame, "A grid simulator with control of single-phase power converters in D-Q rotating frame," in Proc. IEEE 33th Power Electron. Specialists Conf., pp. 1431-1436, Jun. 2002. 

  11. U. A. Miranda, M. Aredes, and L. G. B. Rolim, "A D-Q synchronous reference frame current control for single-phase converters," in Proc. IEEE 36th Power Electron. Spec. Conf., pp. 1377-1381, Jun. 2005. 

  12. K. W. Lee and T. Kim, "Operating-point insensitive voltage control of the Z-source inverter based on an indirect capacitor current control," IET Power Electron., Vol. 8, No. 8, pp. 1358-1366, Aug. 2015. 

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  13. S. K. Sul, Control of electric machine drive systems, John Wiley & Sons, 2011. 

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