์ ์ฉ์ง
(Yong-Jin Shin)
1iD
์ด์ฐ์ฒ
(Woo-Cheol Lee)
โ iD
-
(School of Electronic & Electrical Engineering, Hankyoung National University, Korea
)
Copyright ยฉ The Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection
Key words
Phase locked loop, Goertzel algorithm, LLC resonant converter, Bridgeless boost PFC converter, Integrated transformer, Sensorless
1. ์ ๋ก
ํ๋ ์ฌํ์ ๋ค์ด๊ฐ๋ฉด์ ์ ๋ ฅ ์ฅ์น๋ค์ ์ ์ฐจ ๊ณ ๋ฐ๋, ๊ณ ์ง์ ํ๊ฐ ๋์๋ค. ์ด๋ก ์ธํด ์ ์ด๋ฐฉ๋ฒ ๋ํ ๋ค์ํด์ง๋ฉฐ ์ ๋ฐ์ฑ์ด ์๊ตฌ๋๊ณ ์๋ค. ์ ์ด์๋ ํ๊ฐ์ง
๊ธฐ์ค๊ฐ์ด ํ์ํ๋ฉฐ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๊ณํต ์ ์์ ์ฌ์ฉํ๋ค. ํ์ง๋ง ๊ฐ์ ์์ ์ฌ์ฉํ๋ ๊ฒฝ์ฐ ๋ฉํฐํญ, ์ฐ์ฅ์ ๋ฑ์ ์ฌ์ฉํ๋ฉด์ ์ฃผ๋ณ ๋
ธ์ด์ฆ์ ์ํฅ์ ๋ง์ด ๋ฐ๋๋ค.
์ด๋ก ์ธํด ์
๋ ฅ๋๋ ์ ํธ๊ฐ ์๊ณก๋ ์ ์์ผ๋ฉฐ ์ฃผ๋ณ ์ ์ด ์ค๋น๋ก ์ธํด ๋
ธ์ด์ฆ๊ฐ ์ ์
๋ ์ ์๋ค. ์ด ๊ฒฝ์ฐ ์ ํํ ๊ธฐ์ค ์ ํธ๋ฅผ ์ค์ ํ ์ ์์ผ๋ฉฐ ์ค๊ณ๋๋ก
์ ์ด๊ฐ ๋์ง ์๋๋ค[1].
์ต๊ทผ ๊ตญ๋ด์์๋ ์ปดํจํฐ์ ํ์ ์ํ๋ผ์ด์๋ PFC(Power Factor Correction)๋ฅผ ์ค์นํ๋ ์ถ์ธ์ด์ง๋ง ๊ทธ ์ธ์ ์ฅ๋น๋ค์ PFC ์ค์น๋ฅผ
ํ์ง ์์ผ๋ฉฐ ์ด๋ก ์ธํด ์ญ๋ฅ ์ด ๋ฎ์์ง๋ค. ๋ฌผ๋ก PFC๋ฅผ ์ค์นํ ๊ธฐ๊ธฐ์์๋ ์ ์ด ์ค๋ฅ๋ก ์ญ๋ฅ ์กฐ์ ์ด ๋์ง ์๋ ๊ฒฝ์ฐ๊ฐ ๋ฐ์ํ๋ค. ์ญ๋ฅ ์ด ๋ฎ์์ง๋ฉด ์ ๊ธฐ์ฌ์ฉ
์๊ธ ๋ํ ์ฆ๊ฐํ๋ค[2].
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ ์ด์ฐ ํธ๋ฆฌ์ ๋ณํ(Discrete Fourier Transform, DFT)์ ์ผ์ข
์ธ ๊ณ ๋ฅด์ฒผ ์๊ณ ๋ฆฌ๋ฌ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ธฐ๋ณธํ ์ฑ๋ถ์ ์ถ์ถํ๋ค.
์ถ์ถํ ๊ธฐ๋ณธํ ์ฑ๋ถ์ ์ ์ด์ ์ฌ์ฉํ๋ค. ์ด ๋ฐฉ์์ ๊ธฐ์กด์ D-Q ๋ณํ์ด๋ PI, PID ์ ์ด๊ธฐ๋ฅผ ํตํ ์ ์ด ์ ํธ ๊ฒ์ถ๊ธฐ๋ฒ๋ณด๋ค ์ ํํ๋ฉฐ ๊ธฐ์กด์ DFT๋
๊ณ ์ ํธ๋ฆฌ์ ๋ณํ(Fast Fourier Transform, FFT)์ ํตํ ์ฃผํ์ ๊ฒ์ถ๊ธฐ๋ฒ๋ณด๋ค ๋น ๋ฅด๊ฒ ๊ธฐ๋ณธํ ์ฑ๋ถ์ ๊ฒ์ถํ๋ค[3][4].
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์ ์ ์ํ๋ ๋ฐฉ์์ ํจ์ฉ์ฑ์ ์ฆ๋ช
ํ๊ธฐ ์ํด ์์ฉ๋ ๊ฐ์ ์ฉ์ผ๋ก ์ค๊ณ๋ Boost Bridgeless PFC Converter์ LLC Resonant
Converter 2-stage๋ก ๊ตฌ์ฑ๋ ํ ํด๋ก์ง์ ํตํฉ ๋ณ์๊ธฐ๋ฅผ ์ ์ฉํ ํ๋ก๋ฅผ ์ ์ํ๊ณ ์ฌ๊ธฐ์ ์ ์ฉํ์ฌ ์ฌ์ฉํ๋ค. ํน์ํ ์ํฉ์ ์ ์ฉํ๊ธฐ ์ํด Boost
Bridgeless PFC Converter์ ์ถ๋ ฅ๋จ์ด์ LLC Resonant Converter ์
๋ ฅ๋จ์ ์ ๋ฅ ์ผ์๋ฅผ ์ ๊ฑฐํ์ฌ ์ผ์๋ฆฌ์ค ์ํ๋ก ์คํ์
์งํํ๋ค[5]. Boost Bridgeless PFC Converter์ ๊ฒฝ์ฐ ์๋จ์ ๋
ธ์ด์ฆ ํํฐ๋ฅผ ์ฝํ๊ฒ ์ค์ ํ์ฌ ์ฃผ๋ณ ๋
ธ์ด์ฆ์ ์ทจ์ฝํ๊ฒ ์ค๊ณํ์๋ค. ๋ํ,
ํ๋ก ์์ฒด์์๋ ๋
ธ์ด์ฆ๊ฐ ๊ฐํ๊ฒ ๋ฐ์ํ ์ ์๋ ์กฐ๊ฑด์ผ๋ก ์ค์ ํ์ฌ ๊ธฐ์กด์ PLL(Phase-Locked Loop)๊ณผ ์ ์ํ๋ PLL์ ๋์ผ ์กฐ๊ฑด์์
๋์์์ผ ์คํ์ ์งํํ๊ณ ํจ์ฉ์ฑ์ ํ์ธํ์๋ค[6].
2. ๊ธฐ์กด์ PLL ๊ธฐ๋ฒ
๊ธฐ์กด์๋ ์ฃผ๋ก ์ , ๋ฌดํจ ์ ๋ ฅ๋ณํ์ ํตํ PLL ๊ธฐ๋ฒ์ ์ฃผ๋ก ์ฌ์ฉํ๋ค. ์ด๋, ์ ์๊ณผ ์ ๋ฅ๋ฅผ ๊ฒ์ถํ์ฌ D-Q ๋ณํ์ ํตํด ์ ํจ๋ถ๊ณผ ๋ฌดํจ๋ถ์ ์ถ์ถํ์ฌ
์์์ ๊ฒ์ถํ๊ณ ์ด๋ฅผ PI ์ ์ด๊ธฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํด์ ๋ณด์ ํ๋ฉฐ ์ต์ข
์ ์ธ ์ ์ด ๊ธฐ์ค ์ ํธ๋ฅผ ๊ฒ์ถํ๋ PLL ์ ์ด๊ธฐ๋ฒ์ ์๋ก ๋ ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 1์ ๊ธฐ์กด D-Q ๋ณํ์ ์ฌ์ฉํ PLL์ ์์๋์ด๋ค. ์ ์ ์ ์ Vg๋ฅผ ๋ฐ์ ํ ๋จ์์ด๋ฏ๋ก โ1์ ๊ณฑํ๊ณ Clarke ๋ณํ๊ณผ Park ๋ณํ, ์ฆ D-Q
๋ณํ์ ํตํด Vg_qe์ Vg_de๋ฅผ ์์ฑํ๋ค. ์ด๋ฅผ ์ ์ญ ํต๊ณผ ํํฐ๋ฅผ ํต๊ณผ์์ผ ํํฐ๋ง์์ผ์ค๋ค. ์ด๋ค์ PI ์ ์ด๊ธฐ๋ฅผ ํต๊ณผ์์ผ ์ ์ด ๊ธฐ์ค ์ ํธ Sin
ฮธ์ Cos ฮธ๋ฅผ ๋ง๋ค๊ณ ๋ค์ D-Q ๋ณํ์ ์ฌ์ฉํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 1. ๊ธฐ์กด์ D-Q ๋ณํ PLL
Fig. 1. Conventional D-Q transformation PLL
3. ์ ์ํ๋ PLL ๊ธฐ๋ฒ
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์ ์ ์ํ๋ PLL ๊ธฐ๋ฒ์ ๊ณ ๋ฅด์ฒผ ์๊ณ ๋ฆฌ๋ฌ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ณํต์ ๊ธฐ๋ณธํ ์ฑ๋ถ์ ์์์ ์ถ์ถํ๋ ๊ธฐ๋ฒ์ด๋ค. ์ฃผํ์ ๊ฒ์ถ๊ธฐ๋ฒ์ ํ๋์ธ ๊ณ ๋ฅด์ฒผ ์๊ณ ๋ฆฌ๋ฌ์
๊ธฐ์กด์ DFT, FFT์๋ ๋ค๋ฅด๊ฒ ์ฌ์ ์ ๊ณ์ฐํ์ฌ ์์๋ก ์ฒ๋ฆฌํ์ฌ ์ฐ์ฐ์๊ฐ์ ๊ฐ์์ํค๋ (1) ์ (2) ์์ด ์กด์ฌํ๋ค. ๊ณ ๋ฅด์ฒผ ์๊ณ ๋ฆฌ๋ฌ์ DFT์ ์ผ์ข
์ด๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๋์ดํด์คํธ ์ํ๋ง ์ด๋ก ์ ๋ฐ๋ผ์ sampling frequency(fs)๋ target
frequency(ft)๋ณด๋ค ์ต์ 2๋ฐฐ์ฌ์ผ ํ๋ค[7].
DFT๋ ์ํ๋ง ์๊ฐ N์ผ ๋ ์ด์ฐ์ ํธ xn (๋จ, n์ 0๋ถํฐ N-1์ ์ ์)๊ณผ ํด๋น ์ฃผํ์(k)์์ DFT ์ถ๋ ฅ X(k)๋ (3) ์์ผ๋ก ์ ์๋๋ค. ์ด์์ Z-์์ญ์์ ๊ณ ๋ฅด์ฒผ ์๊ณ ๋ฆฌ๋ฌ์ ์ ๋ฌํจ์๋ก (4) ์๊ณผ ๊ฐ์ด ๋ํ๋ผ ์ ์๋ค. ์ด๋ฅผ ๊ทธ๋ฆผ 2๋ก ํํํ ์ ์๋ค[8][9].
์
๋ ฅ๋ฐ๋ ์ ์๊ฐ Vg๋ฅผ ์ ์ธํ ํ์ํ ์์๋ฅผ ๊ณ์ฐํ์ฌ ํ์ํ ์๊ฐ๋ง๋ค ๊ณ์ฐํ์ฌ ฮธ๋ฅผ ๊ฐฑ์ ํ๋ค. ์ด๋ฅผ ํตํด ์ ์ด์ ํ์ํ Sin ฮธ๊ณผ Cos ฮธ์ ์์ฑํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 2. ์ ์ํ๋ ๊ณ ๋ฅด์ฒผ ์๊ณ ๋ฆฌ๋ฌ PLL
Fig. 2. Proposed Goertzel algorithm PLL
4. ์ ์ฉํ ํ ํด๋ก์ง
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ ์ํ๋ PLL ๊ธฐ๋ฒ์ ํจ์ฉ์ฑ์ ๊ฒ์ฆํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์ธ๋ถ ๋
ธ์ด์ฆ์ ์ํฅ์ ๋ง์ด ๋ฐ์ผ๋ฉฐ ํ๋ก ์์ฒด์ ์ผ๋ก๋ ์ค์์นญ ๋
ธ์ด์ฆ๊ฐ ๋ง๊ฒ ํ๋ก๋ฅผ ์ค๊ณํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 3์์ ๋ณผ ์ ์๋ฏ์ด Boost Bridgeless PFC Converter์ LLC Resonant Converter 2-stage์ CDC ์ธก ์ ๋ฅ
์ผ์๋ฅผ ์ ๊ฑฐํ๊ณ ํตํฉ ๋ณ์๊ธฐ๋ฅผ ์ ์ฉํ์๋ค[10].
๊ทธ๋ฆผ 3. ์ฌ์ฉํ PFC-LLC 2-stage ํ๋ก
Fig. 3. Used PFC-LLC 2-stage Circuit
4.1 Boost Bridgeless PFC Converter
๊ทธ๋ฆผ 4๋ ์ฌ์ฉํ Boost Bridgeless PFC Converter์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 5์ ๊ธฐ์กด Full-bridge PFC Converter์๋ ๋ค๋ฅด๊ฒ ํ ๋ฒ์ ํต๊ณผํ๋ ๋ฐ๋์ฒด ์์๊ฐ 3๊ฐ์์ 2๊ฐ๋ก ๊ฐ์ํ๋ ์ฅ์ ์ด ์๋ค. ๊ธฐ์กด์ PFC์
๊ฒฝ์ฐ 5๊ฐ์ ๋ค์ด์ค๋(D1~D4, Dboost)๊ณผ 1๊ฐ์ ์ค์์น(Q1)๋ก ์ด 6๊ฐ์ ๋ฐ๋์ฒด ์์๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๋ฐ๋ฉด ์ฌ์ฉํ PFC์ ๊ฒฝ์ฐ ๋ค์ด์ค๋
2๊ฐ(D1~D2), ์ค์์น 2๊ฐ(Q1, Q2) ์ด 4๊ฐ์ ์์๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ฒฝ์ ์ฑ ์๊ฒ ์ค๊ณํ์๋ค. ๋ํ, ์๊ณ ๋ํต ๋ชจ๋(Critical Conduction
Mode, CRM)๋ก ๋์ํ๋ค. CRM ๋์ ํน์ฑ์ ๋์ ์ฃผํ์๊ฐ ๊ฐ๋ณ ๋์ด ํํฐ๋ฅผ ํฌ๊ฒ ์ค๊ณํด์ผ ํ๋ค. ํ์ง๋ง ๋ณธ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๋
ธ์ด์ฆ๊ฐ ๋ง์ด ํ์ํ๋ฏ๋ก
๋ถ์คํธ ์ธ๋ํฐ๋ฅผ ํํฐ ํ๋จ์ ๋ฐฐ์นํ์ฌ ๋ถ์คํธ ์ธ๋ํฐ๋ก ์ธํ ๋
ธ์ด์ฆ๊ฐ ์ง์ ์ ์ผ๋ก ํ๋ก์ ์ํฅ์ ์ฃผ๊ฒ ์ค๊ณํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 4. ๋ถ์คํธ ๋ธ๋ฆฟ์ง๋ฆฌ์ค PFC ์ปจ๋ฒํฐ ํ๋ก
Fig. 4. Boost Bridgeless PFC Converter Circuit
๊ทธ๋ฆผ 5. ๊ธฐ์กด PFC ์ปจ๋ฒํฐ ํ๋ก
Fig. 5. Conventional PFC Converter Circuit
4.2 LLC ๊ณต์งํ Converter
๊ทธ๋ฆผ 6์ Half-bridge ๊ตฌ์กฐ์ธ LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ์ด๋ค. ๊ธฐ๋ณธ์ ์ผ๋ก DC ์ ์์ ์ธ๊ฐ๋ฐ์ ์ค์์นญ ๋์์ ์ํํ๋ ์ค์์นญ ์์ 2๊ฐ(Q3, Q4)์
์ ๋ฅ ๋ค์ด์ค๋ 2๊ฐ(D3, D4), ์ผํฐ ํญ ๋ณ์๊ธฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๋ณ์๊ธฐ 1์ฐจ ์ธก์ ๋์ค ์ธ๋ํด์ค Lm๊ณผ ์ํ ์ธ๋ํด์ค Lr๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ์ฌ ๊ณต์ง ์ปคํจ์ํฐ
Cr๋ฅผ ์ค์ ํ์ฌ ๊ณต์ง ์ฃผํ์๋ฅผ 61.58kHz๋ก ์ค์ ํ๋ค. Q3, Q4์ ๋ํฐ๋น๋ฅผ 50%๋ก ์ค์ ํ์ฌ 2์ฐจ์ธก์ผ๋ก ๋์ด๊ฐ๋ ์ ๋ฅ ํํ์ ์ต๋ํ ๋์นญ์ผ๋ก
์ ์ํ๋ฉฐ ์์ ๋ฅ ์ค์์นญ ๋์(Zero Current Switching, ZCS)์์ญ์์ ๋์์ํจ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 6. LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ ํ๋ก
Fig. 6. LLC Resonant Converter Circuit
4.3 ํตํฉ ๋ณ์๊ธฐ
๊ทธ๋ฆผ 7(a)์ ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ฌ์ฉํ ํตํฉ ๋ณ์๊ธฐ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 7(b)์ ๋ด๋ถ ํ๋ก๋์ด๋ฉฐ ํ 1์ ํ๋ผ๋ฏธํฐ์ด๋ค. ํตํฉ ๋ณ์๊ธฐ๋ ๋ณ์๊ธฐ์ ์ธ๋ํฐ๋ฅผ ํ ์ฝ์ด๋ก ํตํฉํ ํ๋ก์ด๋ค. ์ฐจ์งํ๋ ๋ฉด์ ๊ณผ ๋น์ฉ์ด ๊ฐ์ํ๋ค๋ ์ฅ์ ์ด ์๋ค. ํ์ง๋ง ๋ณ๊ฐ์ ์ธ๋ํฐ์
๋ณ์๊ธฐ๋ฅผ ํ ์ฝ์ด์ ํตํฉํจ์ผ๋ก์จ ๊ธฐ์กด์๋ ์ํธ ์์์ ์ํฅ์ด ์๋ ๊ฒ์ด ๋ฐ์ํ๋ฉฐ ์ด๋ฅผ ๊ณ ๋ คํด์ฃผ์ด์ผ ํ๋ ๋จ์ ์ ๊ฐ์ง๊ณ ์๋ค.
ํ 1 ํตํฉ ๋ณ์๊ธฐ ํ๋ผ๋ฏธํฐ
Table 1 Integrated transformer parameter
Parameter
|
Value
|
PFC Inductance (LBoost)
|
1.2 mH
|
LLC 1st Self-Inductance (L1st)
|
1.058 mH
|
LLC 2nd Self-Inductance (L2nd)
|
1.485 mH
|
๊ทธ๋ฆผ 7. ํตํฉ ๋ณ์๊ธฐ (a) ์ค๋ฌผ (b) ๋ด๋ถ ํ๋ก
Fig. 7. Integrated transformer (a) Used one (b) Inner Circuit
5. ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ PSIM์ ์ด์ฉํ์ฌ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ ์งํํ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 8์ ๊ธฐ์กด PLL๊ณผ ์ ์ํ๋ PLL์ ์ฐจ์ด๋ฅผ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ผ๋ก ํํํ์๋ค. ์
๋ ฅ ํํ์ 220V์ ๊ธฐ๋ณธํ์ ํผํฌ ๊ฐ์ด 20V์ด๋ฉฐ -10ใซยฐ ์์ ์ง์ฐ๋
์ 5 ๊ณ ์กฐํ, 50Vpp์ธ ์ก์์ ์ฃผ์ด์ ์๊ณก์ ๋ฐ์์์ผฐ๋ค. ๊ธฐ์กด์ Angle ์ค์ฐจ(Conventional_Angle_Error)์ ์ ์ํ๋ Angle
์ค์ฐจ(ProPosed_Angle_Error)๋ฅผ ๋น๊ตํ๋ฉด ์ ์ํ๋ Angle ์ค์ฐจ๋ +0.5ยฐ ~ -0.5ยฐ์ธ ๋ฐ๋ฉด ๊ธฐ์กด์ Angle ์ค์ฐจ๋ +5ยฐ
~ -3ยฐ๋ฅผ ํ์ฑํ์ฌ 6๋ฐฐ ์ด์์ ์ค์ฐจ๊ฐ ๋ฐ์๋๋ค. ์ด๋ ๊ธฐ์กด PLL์ ๊ฒฝ์ฐ ์ ๋ฐํ ์ ์ด ์ ํธ๋ก ์ฌ์ฉํ๊ธฐ ์ด๋ ต๋ค๋ ๊ฒฐ๊ณผ๊ฐ ๋์ถ๋๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 8. ๊ธฐ์กด PLL๊ณผ ์ ์ํ๋ PLL ๋น๊ต
Fig. 8. Comparison of Conventional PLL & proposed PLL
์๋ฎฌ๋ ์ด์
์์ ์ฌ์ฉํ ํ๋ก๋ ๊ทธ๋ฆผ 9๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๋ค. PSIM์์ ์ง์ํ๋ ํ๋ก ์ค ์ผํฐ ํญ ๋ณ์๊ธฐ์ ํตํฉ ๋ณ์๊ธฐ๋ฅผ ๊ตฌํํ ์ ์์ด์ ํ ๋ธ๋ฆฟ์ง ์ ํ ์ ๋ฅํ๋ก์ ์ปคํ๋ง ์ธ๋ํฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ
๊ตฌํํ์๋ค. ๋ํ, LLC ์
๋ ฅ์ผ๋ก ๋ค์ด๊ฐ๋ ์ ๋ฅ ์ผ์๋ฅผ ์ ๊ฑฐํ์๋ค. ์ฌ๊ธฐ์ ๋ค๋ฅธ ์ ์ด ๊ฐ ๋ฐ ์ค์ ์ ์ผ์น์ํค๊ณ LLC ๋์ ์ฃผํ์๊ฐ PFC ๋์
์ฃผํ์ ์์ ๋ฒ์์์ ๋์ํ๊ฒ ์ค์ ํ ํ PLL๋ง ๊ฐ๊ฐ D-Q ๋ณํ์ ํตํ PLL๊ณผ ๊ณ ๋ฅด์ฒผ ์๊ณ ๋ฆฌ๋ฌ์ ์ด์ฉํ PLL๋ก ๋ค๋ฅด๊ฒ ์ ์ฉํ์ฌ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์
์งํํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 9. PFC, LLC PSIM ์๋ฎฌ๋ ์ด์
ํ๋ก
Fig. 9. PFC, LLC 2-stage circuit simulation on PSIM
ํ 2 ๊ณํต ์ ์ ์ฃผํ์ ์ฑ๋ถ
Table 2 Grid power frequency component
Parameter
|
Amplitude
|
phase
|
Fundamental wave (60 Hz)
|
307.33 V
|
0ยฐ
|
3rd harmonic (180 Hz)
|
0.51 V
|
80.3ยฐ
|
5th harmonic (300 Hz)
|
2.39 V
|
-52.5ยฐ
|
7th harmonic (420 Hz)
|
3.06 V
|
11.7ยฐ
|
9th harmonic (540 Hz)
|
1.75 V
|
122.8ยฐ
|
๊ทธ๋ฆผ 10์ D-Q ๋ณํ์ ์ด์ฉํ ๊ธฐ์กด PLL์ด ์ ์ฉ๋ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ ํํ์ด๋ค. ์์์๋ถํฐ Vg๋ ์
๋ ฅ ์ ์, Angle์ PLL๋ก ์ธํด ์์ฑ๋ ์ ์ด ์ ํธ์
์์๊ฐ์ด๋ค. ILboost๋ ๋ถ์คํธ ์ธ๋ํฐ์ ํ๋ฅด๋ ์ ๋ฅซ๊ฐ์ด๋ฉฐ Iin์ Boost Bridgeless PFC Converter์ ์
๋ ฅ๋๋ ์ ๋ฅ์ด๋ค.
Vdc๋ ๊ทธ๋ฆผ 9์ CDC์ ๊ฑธ๋ฆฌ๋ ์ ์๊ฐ์ด๋ฉฐ Vout์ ๊ทธ๋ฆผ 9์ Rout์ ๊ฑธ๋ฆฌ๋ ์ถ๋ ฅ์ ์์ด๋ค. Vg๋ ๊ณํต ์ ์์ 110Vrms๋ก ๊ฐ์์ํจ ํํ์ ์ฒจ๋์น ๊ฐ์ ์ ์์ด 10V์ธ ๋
ธ์ด์ฆ๋ฅผ ์ถ๊ฐํ์๋ค. ๊ณํต์ ํฌํจ๋
๊ณ ์กฐํ ์ฑ๋ถ์ ํ 2์ ํ์ ๊ณ ์กฐํ๋ง ์ฒจ๊ฐํ์๋ค. ๊ฐ์ ๊ธฐ๋ฅ์ด ์๋ PFC์ด๋ฏ๋ก Vg๋ณด๋ค ํฐ 170V๋ฅผ Vdc๋ก ์ค์ ํ์๋ค. Vout์ 50V๋ก ์ค์ ํ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 10์ ILboost์ Iin์ ๋ณด๋ฉด ๋ถ๋ถ์ ์ผ๋ก ์์ ๋ฅ์์ ์ค์์นญ์ด ๋์ง ์์ ์ ๋ฅ ์๊ณก์ด ๋ฐ์ ๋จ์ ๋ณผ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 10. ๊ธฐ์กด PLL ์๋ฎฌ๋ ์ด์
ํํ
Fig. 10. Conventional PLL simulation waveforms
๊ทธ๋ฆผ 11. ์ ์ํ๋ PLL ์๋ฎฌ๋ ์ด์
ํํ
Fig. 11. Proposed PLL simulation waveforms
๊ทธ๋ฆผ 11์ ์ ์ํ๋ PLL ๊ธฐ๋ฒ์ ์ ์ฉํ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 10๊ณผ ๊ฐ์ด Vg๋ ๊ณํต ์ ์์ 110Vrms๋ก ๊ฐ์์ํจ ํํ์ ์ฒจ๋์น ๊ฐ์ ์ ์์ด 10V์ธ ๋
ธ์ด์ฆ๋ฅผ ์ถ๊ฐํ์๋ค. ๋ํ, ๊ทธ๋ฆผ 10์ Vdc์ ๊ฐ์ ์ด์ ๋ก ๊ทธ๋ฆผ 11์ Vdc๋ 170V๋ก ์ค์ ํ์๋ค. ์ถ๋ ฅ ์ ์ Vout์ 55V๋ก ์ค์ ํ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 10๊ณผ๋ ๋ค๋ฅด๊ฒ ๊ทธ๋ฆผ 11์ I(Lboost)๊ณผ Iin์ ์์ ๋ฅ์์ ๋น๊ต์ ์ํํ๊ฒ ์ค์์นญ ๋์์ ์งํํ๋ฉฐ ์ ๋ฅ ์๊ณก์ด ๋น๊ต์ ์ ๊ฒ ๋ฐ์ํจ์ ๋ณผ ์ ์๋ค.
6. ์ค ํ
๊ทธ๋ฆผ 12๋ ์คํํ๊ธฐ ์ํด ๊ตฌ์ฑํ ์ค์ ํ๋ก์ ์ฌ์ง์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 12(a)๋ Boost Bridgeless PFC Converter์ด๋ค. ํ๋ก๋ ๊ทธ๋ฆผ 4์ ๊ฐ์ด ๊ตฌ์ฑํ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 12(b)๋ Half-bridge ๊ตฌ์กฐ์ธ LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ์ ์ ์ด ์ฌ์ฉ๋๋ DSP ๋ณด๋์ AD ๊ฒ์ถ ๋ณด๋์ด๋ค. LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ์ ๊ฒฝ์ฐ ๊ทธ๋ฆผ 6๊ณผ ๊ฐ์ด ๊ตฌ์ฑํ์๋ค.
์คํ์ ๊ฐ๊ฐ PFC ๋์ ์ฃผํ์ ๋ฒ์ ์ธ์ LLC ๋์ ์ฃผํ์๊ฐ ์๋ ๊ฒฝ์ฐ ์ํฉ(์ํฉ I)์์ ๊ธฐ์กด PLL ๊ธฐ๋ฒ๊ณผ ์ ์ํ๋ PLL ๊ธฐ๋ฒ์ ๋ํ์ฌ ์คํ์
์งํํ๋ค. ์ดํ PFC ๋์ ์ฃผํ์ ๋ฒ์ ๋ด์์ LLC ๋์ ์ฃผํ์๊ฐ ์๋ ๊ฒฝ์ฐ(์ํฉ II) ๋ํ ๊ธฐ์กด PLL ๊ธฐ๋ฒ๊ณผ ์ ์ํ๋ PLL ๊ธฐ๋ฒ ๊ฐ๊ฐ ์งํํ์ฌ
์๋ก ๋น๊ตํ์ฌ ํจ์ฉ์ฑ์ ์ฆ๋ช
ํ๋ค. ํ 3์ ์ํฉ I, ์ํฉ II ์์ชฝ์์ ๊ณตํต์ผ๋ก ์คํ์ ์ฌ์ฉ๋ ํ๋ผ๋ฏธํฐ์ด๋ค.
ํ 4๋ LLC ๋์ ์ฃผํ์๊ฐ PFC ๋์ ์ฃผํ์ ๋ฒ์ ์ธ์ ์๋ ์ํฉ I์ ๊ฒฝ์ฐ๋ฅผ ๋ํํ์ฌ ์คํํ ํ๋ผ๋ฏธํฐ์ด๋ค. PFC๋ 5kHz์์ 40kHz ๋ด์์
์ฃผํ์ ์กฐ์ ์ ํ์์ผ๋ฉฐ LLC๋ 50kHz๋ก ๋์์์ผ PFC ๋์ ์ฃผํ์ ๋ฒ์ ์ธ์ ์กด์ฌํ๋๋ก ์ค์ ํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 12. ์คํํ ํ๋ก (a) ๋ถ์คํธ ๋ธ๋ฆฟ์ง๋ฆฌ์ค PFC ์ปจ๋ฒํฐ ํ๋ก (b) LLC ๊ณต์งํ ์ปจ๋ฒํฐ ํ๋ก์ ์ ์ด ๋ณด๋
Fig. 12. Experimental Circuit Hardware (a) Boost Bridgeless PFC Converter Circuit
(b) LLC Resonant Converter Circuit with MCU
ํ 3 ์คํ ๊ณตํต ํ๋ผ๋ฏธํฐ
Table 3 Experimental parameter
Parameter
|
Value
|
Input power Voltage : Vg
|
100 Vrms
|
Resonant frequency : fr
|
61.58 kHz
|
Out maximum power : Pout
|
300W
|
ํ 4 ์ํฉ I ์คํ ํ๋ผ๋ฏธํฐ
Table 4 Situation I experimental parameter
Parameter
|
Value
|
PFC Converter operating frequency band : fPFC
|
5 k ~ 40 kHz
|
LLC Converter operating frequency : fLLC
|
50 kHz
|
DC link Capacitor Voltage : VDC
|
160 V
|
LLC output Voltage : Vout
|
50 V
|
๊ทธ๋ฆผ 13์ ์ํฉ I์ ์กฐ๊ฑด ์๋์์ ๊ธฐ์กด PLL๋ก ๋์์ํจ ํํ์ด๋ค. ์ด๋ PFC ๋์ ์ฃผํ์ ๋ฒ์๋ 5kHz~40kHz์ด๋ฉฐ LLC ๋์ ์ฃผํ์๋ 50kHz์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 13(a)์ Ch 1์ Vg๋ก ์
๋ ฅ๋๋ ์ ์ ์ ์์ด๋ค. ๊ณํต ์ ์์ ์ฌ๋ผ์ด๋ฅ์ค๋ฅผ ์ฐ๊ฒฐํ์ฌ 100Vrms๋ฅผ ๋ง๋ค์๋ค. ์ฌ๋ผ์ด๋ฅ์ค ์์ฒด์๋ ์ธ๋ํฐ ์ฑ๋ถ์ด
์กด์ฌํจ์ผ๋ก ์ธํด ์ ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๋
ธ์ด์ฆ์ ์๊ณก์ด ์ฌํ๋ค. ํนํ ์์ ์์ญ์์ ์ ์ ์๊ณก์ด ์ฌํด์ง๋ค. ๋
ธ์ด์ฆ ๋ํ ๊ฐํ๊ฒ ์
๋ ฅ๋๋ ๊ฒ์ ๋ณผ ์ ์๋ค. Ch
2๋ Angle ๊ฐ์ผ๋ก ๊ธฐ์กด PLL ๋ฐฉ์์ผ๋ก ์ฐ์ถ๋ ๋ผ๋์ ๊ฐ์ผ๋ก -ฯ ~ ฯ๊น์ง์ ๋ฒ์์์ ์กด์ฌํ๋ค. LLC ๋์ ์ฃผํ์๊ฐ PFC ๋์ ์ฃผํ์ ๋ฒ์์
๋ฐ์ ์์ผ๋ฏ๋ก ํ ํด๋ก์ง๋ ๋น๊ต์ ์์ ์ ์ผ๋ก ์๋๋จ์ ๋ณผ ์ ์๋ค. Ch 3 Iin์ PFC ์
๋ ฅ์ ๋ฅ๋ก ์ ์์์ ์ธ๊ฐ๋๋ ํํ์ด๋ค. Vg๊ฐ ๋
ธ์ด์ฆ๊ฐ
์ฌํ์ฌ์ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ณผ๋ ๋ค๋ฅด๊ฒ ๋ ์ ๋ฅ ์๊ณก์ด ๋ฐ์ํ์๋ค. Ch 4 ILBoost๋ ํตํฉ ๋ณ์๊ธฐ์ ํ ๋ถ๋ถ์ด์ PFC์ ๋ถ์คํธ ์ธ๋ํฐ์ ์ธ๊ฐ๋๋ ์ ๋ฅ์ด๋ค.
Ch 5 VDC๋ DC ๋งํฌ ์ปคํจ์ํฐ์ ๊ฑธ๋ฆฌ๋ ์ ์๊ฐ์ด๋ค. Ch 6 Vout์ LLC์์ ์ถ๋ ฅ๋๋ ์ ์์ด๋ค. ์ฃผ๋ณ ๋
ธ์ด์ฆ๋ก ์ธํด ์ํํ CRM ๋์์ด
๋์ง ์์ผ๋ฉฐ ์
๋ ฅ์ ๋ฅ์ ์ ์ ๋ํ ์๊ณก์ด ์ฌํจ์ ๋ณผ ์ ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 13(b)๋ ๊ทธ๋ฆผ 13(a)์ Part III์ Vg, Angle, Iin์ ๋ชจ์ ํ๋ํ ํํ์ด๋ค. ์ด์์ ์ธ PFC์ ๊ฒฝ์ฐ Vg, Angle, Iin ๋ชจ๋ ์์ ์์ ๊ต์ฐจํด์ผ
ํ์ง๋ง ๊ฐ๊ฐ ์ง์ฐ์ด ์์์ ๋ณผ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 13. ๊ธฐ์กด PLL ์ํฉ I ์คํ ํํ (a) ๋กค ํํ (b) Part III ํํ
Fig. 13. Conventional PLL situation I experiment waveforms (a) Roll waveform (b) Part
III waveform
๊ทธ๋ฆผ 14๋ ์ํฉ I์ ์กฐ๊ฑด ์๋์์ ์ ์ํ๋ PLL๋ก ๋์์ํจ ํํ์ด๋ค. ์ด๋ PFC ๋์ ์ฃผํ์ ๋ฒ์๋ 5kHz~40kHz์ด๋ฉฐ LLC ๋์ ์ฃผํ์๋ 50kHz์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 14(a)์ Ch 2๋ Sin Angle ๊ฐ์ผ๋ก ์ ์ํ๋ PLL ๋ฐฉ์์ผ๋ก ์ฐ์ถ๋ sin ํจ์ซ๊ฐ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 13๊ณผ ๊ฐ์ ์ด์ ๋ก ํ ํด๋ก์ง๋ ๋น๊ต์ ์์ ์ ์ผ๋ก ์๋๋จ์ ๋ณผ ์ ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 14(b)๋ ๊ทธ๋ฆผ 14(a)์ Part IV์ Vg, Sin Angle, Iin์ ๋ชจ์ ํ๋ํ ํํ์ด๋ค. ๊ธฐ์กด PLL ๋ฐฉ์๋ณด๋ค ์ ์ด ์ ํธ์ ๊ธฐ์ค์ธ ์ ์ ์ ์๊ณผ ์ฐ์ถํ ๊ธฐ์ค
์ ์ด ์ ํธ์ ์ค์ฐจ๊ฐ 200ฮผs์์ 30ฮผs ์ดํ๋ก ๋จ์ด์ง ๊ฒ์ ๋ณผ ์ ์๋ค.
ํ 5๋ LLC ๋์ ์ฃผํ์๊ฐ PFC ๋์ ์ฃผํ์ ๋ฒ์ ๋ด์ ์๋ ์ํฉ II์ ๊ฒฝ์ฐ๋ฅผ ๋ํํ์ฌ ์คํํ ํ๋ผ๋ฏธํฐ์ด๋ค. PFC๋ 5kHz์์ 50kHz ๋ด์์
์ฃผํ์ ์กฐ์ ์ ํ์์ผ๋ฉฐ LLC๋ 41kHz๋ก ๋์์์ผ PFC ๋์ ์ฃผํ์ ๋ฒ์ ๋ด์ ์กด์ฌํ๋๋ก ์ค์ ํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 15๋ ์ํฉ II์ ์กฐ๊ฑด ์๋์์ ๊ธฐ์กด PLL๋ก ๋์์ํจ ํํ์ด๋ค. ์ด๋ PFC ๋์ ์ฃผํ์ ๋ฒ์๋ 5kHz~50kHz์ด๋ฉฐ LLC ๋์ ์ฃผํ์๋ 41kHz์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 15(a)์ ์ฑ๋ ์ค๋ช
์ ๊ทธ๋ฆผ 13(a)์ ์ผ์นํ๋ค. ํ์ง๋ง Ch 3, Ch 4๋ฅผ ๋ณด๋ฉด CRM ๋์์ด ์ง๊ด์ ์ผ๋ก ํ์๋ ๊ฒ์ ์ ์ ์๋ค. ์ด๋ ํตํฉ ๋ณ์๊ธฐ ๋ด๋ถ์์ ์์์ ์์ ๋ณด๊ฐ์ด
์ฆ๊ฐํ์ฌ ๋
ธ์ด์ฆ๊ฐ ๊ฐํด์ง๋ฉฐ ์ด๋ก ์ธํด ์ ์ด ์ ํธ Angle์ ์ค์ฐจ๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. ์ด๋ ๊ทธ๋ฆผ 13(a)์ Ch 2์ ๊ทธ๋ฆผ 15(a)์ Ch 2๋ฅผ ๋น๊ตํ๋ฉด ์ ์ ์๋ค. 14(b)๋ ๊ทธ๋ฆผ 15(a)์ Part V์ Vg, Angle, Iin์ ๋ชจ์ ํ๋ํ ํํ์ด๋ค. ์ด์์ ์ธ PFC์ ๊ฒฝ์ฐ Vg, Angle, Iin ๋ชจ๋ ์์ ์์ ๊ต์ฐจํด์ผ
ํ์ง๋ง ๊ฐ๊ฐ ์ง์ฐ์ด ์์์ ๋ณผ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 14. ์ ์ํ๋ PLL ์ํฉ I ์คํ ํํ (a) ๋กค ํํ (b) Part IV ํํ
Fig. 14. Proposed PLL situation I experiment waveforms (a) Roll waveform (b) Part
IV waveform
ํ 5 ์ํฉ II ์คํ ํ๋ผ๋ฏธํฐ
Table 5 Situation II experimental parameter
Parameter
|
Value
|
PFC Converter operating frequency band : fPFC
|
5 k ~ 50 kHz
|
LLC Converter operating frequency : fLLC
|
41 kHz
|
DC link Capacitor Voltage : VDC
|
140 V
|
LLC output Voltage : Vout
|
30 V
|
๊ทธ๋ฆผ 16์ ์ํฉ II์ ์กฐ๊ฑด ์๋์์ ์ ํํ๋ PLL๋ก ๋์์ํจ ํํ์ด๋ค. ์ด๋ PFC ๋์ ์ฃผํ์ ๋ฒ์๋ 5kHz~50kHz์ด๋ฉฐ LLC ๋์ ์ฃผํ์๋ 41kHz์ด๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 16(a)์ Ch 2๋ Sin Angle ๊ฐ์ผ๋ก ์ ์ํ๋ PLL ๋ฐฉ์์ผ๋ก ์ฐ์ถ๋ sin ํจ์ซ๊ฐ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 15๊ณผ ๊ฐ์ ์ด์ ๋ก ํ ํด๋ก์ง๋ ๋น๊ต์ ์์ ์ ์ผ๋ก ์๋๋จ์ ๋ณผ ์ ์๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 16(b)๋ ๊ทธ๋ฆผ 16(a)์ Part VI์ Vg, Sin Angle, Iin์ ๋ชจ์ ํ๋ํ ํํ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ 15(a)์ Ch 3, Ch 4์ ๊ทธ๋ฆผ 16(a)์ Ch 3, Ch 4์ ๋น๊ตํ๋ฉด ์ ์ํ๋ PLL ๊ธฐ๋ฒ์ ์ ์ฉํ์์ ๋ ์ํฉ II์์๋ CRM ๋์์ด ์งํ๋๋ ๊ฒ์ ๋ณผ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 15. ๊ธฐ์กด PLL ์ํฉ II ์คํ ํํ (a) ๋กค ํํ (b) Part V ํํ
Fig. 15. Conventional PLL situation II experiment waveforms (a) Roll waveform (b)
Part V waveform
ํ 6์ ๊ทธ๋ฆผ 13(b), ๊ทธ๋ฆผ 14(b), ๊ทธ๋ฆผ 15(b), ๊ทธ๋ฆผ 16(b)๋ฅผ ์ ๋ฆฌํ์ฌ ์ํฉ๋ณ ์ ์ด ์ ํธ Angle๊ณผ Vg, Iin์ ์์์ฐจ๋ฅผ ์๊ฐ๊ณผ ๊ฐ๋๋ก ๊ฐ๊ฐ ํ๊ธฐํ์๋ค. ๊ฐ์ ์ํฉ์ธ ์ํฉ I์์ ๊ธฐ์กด PLL ์ํฉ
I(Conventional PLL situation I)๊ณผ ์ ์ํ๋ PLL ์ํฉ I(Proposed PLL situation I)๋ ๋จ์ Angle๊ณผ
Vg ๋น๊ต๋ง์ผ๋ก๋ ์ค์ฐจ๊ฐ ์ฝ 160ms, 3๋ ์ฐจ์ด ๋๋ ์ฌ์ค์ ๋ณผ ์ ์๋ค. ํ์ง๋ง ์ด ๊ฒฝ์ฐ์๋ ๊ฐ๊ฐ ๊ทธ๋ฆผ 13(a)์ ๊ทธ๋ฆผ 14(a)์์ ๋ณผ ์ ์๋ ๊ฒ๊ณผ ๊ฐ์ด ๋น๊ต์ ์์ ๋ ํํ์ด ๋์ค๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค. ํ์ง๋ง ์ํฉ II๊ฐ ๋๋ฉด ์์ ์ฑ์ด ๋จ์ด์ ธ ๊ธฐ์กด PLL์ ๊ฒฝ์ฐ
์์์ ๋ถ๊ท์นํ ์๊ต, ์์๋ก ๋
ธ์ด์ฆ๊ฐ ์ํญ ์ฆ๊ฐํ์ฌ ๊ธฐ์กด PLL ์ํฉ I์ ๊ธฐ์กด PLL ์ํฉ II๋ฅผ ๋น๊ตํ๋ฉด ์ค์ฐจ๊ฐ ๊ฐ๊ฐ ์ฝ 40us์ฉ ์ฆ๊ฐํ๋ค.
ํ์ง๋ง ์ ์ํ๋ PLL์ ๊ฒฝ์ฐ Vg์ ๊ฒฝ์ฐ ์คํ๋ ค ๊ฐ์ํ์์ผ๋ฉฐ Iin์ ๊ฒฝ์ฐ 24us ์ฆ๊ฐํ ๊ฒ์ ๋ณผ ์ ์๋ค. ๋ํ, ์ด๋ Vg์ Iin์ ์์์ฐจ
๋ํ ๊ธฐ์กด PLL๋ณด๋ค ์ ์ํ๋ PLL์ด ์ ์์ ๋ณผ ์ ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์ ์ํ๋ PLL์ด ๊ธฐ์กด PLL๋ณด๋ค ์ค์ฐจ๊ฐ ์ ๊ณ ์ด๋ก ์ธํด ์ญ๋ฅ ์ด ์ํญ ์ฆ๊ฐ ๋์์ผ๋ฉฐ
์์คํ
์์ ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๊ทธ๋ฆผ 15(a)์ ๊ทธ๋ฆผ 16(a)๋ฅผ ๋น๊ตํ๋ฉฐ ์ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 16. ์ ์ํ๋ PLL ์ํฉ II ์คํ ํํ (a) ๋กค ํํ (b) Part VI ํํ
Fig. 16. Proposed PLL situation II experiment waveforms (a) Roll waveform (b) Part
VI waveform
ํ 6 ์คํ ์์ ์ง์ฐ ์ ๋
Table 6 Experimental phase delay
Parameter
|
Vg vs Angle
|
Iin vs Angle
|
Time
|
degree
|
Time
|
degree
|
Conventional PLL situation I
|
195us
|
4.21
|
350us
|
7.56
|
Proposed PLL situation I
|
-32us
|
-0.69
|
68us
|
1.47
|
Conventional PLL situation II
|
230us
|
4.97
|
390us
|
8.42
|
Proposed PLL situation II
|
12us
|
0.26
|
92us
|
1.99
|
7. ๊ฒฐ ๋ก
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ Boost Bridgeless PFC Converter์ LLC Resonant Converter๋ก ๊ตฌ์ฑ๋ ํ๋ก์์ PFC ์ปจ๋ฒํฐ ์ถ๋ ฅ
์ธก ์ ๋ฅ ์ผ์๋ฅผ ์ ๊ฑฐํ๋ ํ๋ก์์ ๊ธฐ์กด์ ํ๊ณ๋ฅผ ๊ทน๋ณตํ ์ ์๋ ๊ธฐ๋ฒ์ ์ ์ํ์๋ค. ๊ธฐ์กด์ PLL ๊ธฐ๋ฒ์ ๋
ธ์ด์ฆ์ ์ทจ์ฝํ์ฌ, PFC ์ปจ๋ฒํฐ์ ๋์
์ฃผํ์ ๋ฒ์ ๋ด์ LLC ์ปจ๋ฒํฐ์ ๋์ ์ฃผํ์๊ฐ ์กด์ฌํ ๊ฒฝ์ฐ ๊ทธ๋ฆผ 10๊ณผ ๊ทธ๋ฆผ 15(a)์์ ๋ณผ ์ ์๋ฏ์ด ์์ ๋ฅ์์ ์ค์์นญ ๋์์ ์ํํ์ง ๋ชปํ๋ฉฐ ์ ๋ฅ ์๊ณก์ด ๋ฐ์ํ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์ ์ ์ํ๋ ๊ณ ๋ฅด์ฒผ ์๊ณ ๋ฆฌ๋ฌ์ ์ ์ฉํ PLL
๊ธฐ๋ฒ์ ์ฌ์ฉํ ๊ฒฐ๊ณผ, ๊ธฐ์กด์ PFC ์ปจ๋ฒํฐ ๋์ ์ฃผํ์ ๋ฒ์ ์์ LLC ์ปจ๋ฒํฐ ๋์ ์ฃผํ์๊ฐ ์กด์ฌํ๋ ๊ฒฝ์ฐ์ธ ๊ทธ๋ฆผ 14์ PFC ์ปจ๋ฒํฐ ๋์ ์ฃผํ์ ๋ฒ์ ๋ด์ LLC ์ปจ๋ฒํฐ ๋์ ์ฃผํ์๊ฐ ์กด์ฌํ๋ ๊ฒฝ์ฐ์ธ ๊ทธ๋ฆผ 11๊ณผ ๊ทธ๋ฆผ 16 ๋ชจ๋์์ ์ ๋ฅ ์๊ณก์ด ๊ฐ์ํจ์ ์คํ๊ณผ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ ํตํด ํ์ธํ์๋ค.
์คํ๊ณผ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ฒฐ๊ณผ๊ฐ ์ผ์นํ์ง ์์ ์ด์ ๋ก๋ ์ค์ ์คํ์์๋ ํตํฉ ๋ณ์๊ธฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์์๋ ์ด๋ฅผ ์ปคํ๋ง ์ธ๋ํฐ๋ก ๋์ฒดํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ฉฐ,
์๋ฎฌ๋ ์ด์
์์๋ ์ผํฐ ํญ ๋ณ์๊ธฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ง ๋ชปํ ์ ๋ ์ํฅ์ ์ฃผ์๋ค. ๋ํ, ์คํ์์๋ ๋
ธ์ด์ฆ๊ฐ ์ง์์ ์ผ๋ก ๋ณํํ์ง๋ง, ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์์๋ ์ ํ๋ ๋ฒ์๋ก
๋
ธ์ด์ฆ๊ฐ ์ธ๊ฐ๋๋ ํ๊ณ๊ฐ ์์๋ค. ์ฌ๋ผ์ด๋ฅ์ค ์ฌ์ฉ์ผ๋ก ์ธํด ์
๋ ฅ ์ ์์ ๋
ธ์ด์ฆ์ ์๊ณก์ด ๋ฐ์ํ์์ผ๋, ์ ์ ๋
ธ์ด์ฆ๊ฐ ๊ฐ์ ๋๋ค๋ฉด ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ณผ ์ ์ฌํ
ํํ์ด ๋ฐ์ํ ๊ฒ์ผ๋ก ์์ํ๋ค.
์ข
ํฉ์ ์ผ๋ก, ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ณผ ์คํ ๋ชจ๋์์ ์ ์ํ๋ PLL ๊ธฐ๋ฒ์ ์ ์ฉํ์ ๋ LLC ์ปจ๋ฒํฐ์ ๋์ ์ฃผํ์๊ฐ PFC ์ปจ๋ฒํฐ์ ๋์ ์ฃผํ์ ๋ฒ์ ๋ด์ ์กด์ฌํ๋
๊ทธ ์ด์์ ์กด์ฌํ๋ ์ ์ฌํ ๋์์ ๋ณด์ด๋ฉฐ ์ ๋ฅ์ ์๊ณก์ด ๊ฐ์ํจ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค. ๋ํ, ๊ธฐ์กด PLL์ ๊ฒฝ์ฐ Vg์ Iin์ ์์์ฐจ๊ฐ 3.5ยฐ์์ผ๋,
์ ์ํ๋ PLL์ ๊ฒฝ์ฐ 1.7ยฐ๋ก ๊ฐ์ํ์ฌ ์์์ฐจ๊ฐ ์ ๋ฐ ์ดํ๋ก ์ค์ด๋ค์์์ ํ์ธํ์๋ค. ์ด๋ ๊ณ ๋ฅด์ฒผ ์๊ณ ๋ฆฌ๋ฌ ๊ธฐ๋ฐ์ PLL ๊ธฐ๋ฒ์ด ์ญ๋ฅ ๋ณด์ ๊ณผ ์์คํ
์ฑ๋ฅํฅ์์ ํจ๊ณผ์ ์์ ์
์ฆํ๋ค.
Acknowledgements
This work was supported by the National Reaserch Foundation of Korea(NRF) grant funded
by the Korea government(MSIT)(NO. 2021R1F1A1059253)
References
S.-B. Yoo, H.-J. Kim, and H.-S. Lee, โThe Effect Analysis in case of the Countermeasure
and Trouble-Examples for the Noise of Control Equipment System,โ Journal of the Korean
Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, vol. 19, no. 6, pp.
75-81, 2005.
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
Terms and Conditions of Electricity Supply, KEPCO, Chapter 5 Article 43.
![URL](../../Resources/images/icon_url.png)
D.-H. Kang, D.-K. Choi, and K.-B. Lee, โPerformance Improvement of an Anti-Islanding
Algorithm using the Variation of Reactive Power with an Improved DFT Method,โ The
Transactions of Korean Institute of Power Electronics, vol. 15, no. 3, pp. 179-187,
2010.
![DOI](../../Resources/images/icon_crossref.png)
K.-R. Ryu, J.-P. Lee, T.-J. Kim, D.-W. Yoo, E.-H. Song, and B.-D. Min, โA Method of
PLL(Phase-Locked Loop) using FFT,โ The Transactions of Korean Institute of Power Electronics,
vol. 13, no. 3, pp. 206-212, 2008.
![URL](../../Resources/images/icon_url.png)
W.-C. Lee, Y.-J. Shin, and H.-J. Byeon , โTwo-Stage System of CRM PFC Converter and
LLC Resonant Converter to Reduce Frequency Interference in Integrated Transformers,โ
Journal of Electrical Engineering & Technology, February 2024.
![URL](../../Resources/images/icon_url.png)
Y.-Y. Kim, โA Study on a PFC PWM Boost Converter Having an Auxiliary Resonant Circuit
for High Power Density Under Low EMI Noise,โ 2015.
![URL](../../Resources/images/icon_url.png)
C.-W. Park, and W.-C. Lee, โStudy on Arc Detection Based on Frequency Analysis with
Goertzel Algorithm,โ The transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers,
vol. 73, no. 1, pp. 122-128, 2024.
![URL](../../Resources/images/icon_url.png)
Alan V. Oppenheim, Ronald W. Schafer, and John R. Buck, discrete-time signal processing
Second Edition, Prentice Hall, pp.633-635, 1999.
![URL](../../Resources/images/icon_url.png)
J.-S. Lim, and T.-K. Lee, โThe Algorithm Development on Harmonic Analysis for Estimating
the Quality of 1-Phase/3-Phase Power System,โ The Transactions of Korean Institute
of Power Electronics, vol. 28, no. 1, pp. 15-21, 2023.
![URL](../../Resources/images/icon_url.png)
C.-T. Lee, โA LED driver circuit using bridgeless boost PFC and LLC resonant converter,โ
2014.
![URL](../../Resources/images/icon_url.png)
์ ์์๊ฐ
He received the B.S. in electrical engineering from Hankyong National University,
Ansung. Korea, in 2023. Since 2023, he is pursuing the M.S. at the same university.
His research interests are in photovoltaic systems, inverter and converter.
He received the B.S. and M.S. and Ph.D. degrees in electrical engineering from Hanyang
University, Seoul, Korea, in 1987, 1989, 2001, respectively. From 1988 to 1998, he
was with the R&D Institute, Hyosung Industries Company Ltd., as a Senior Researcher,
Seoul, Korea. He was a Visiting Professor in the department of Electrical Engineering
at Virginia Polytechnic Institute and State University, Virginia, USA from 2007 to
2009. Since 2002, he has been with Hankyong National University, Ansung, Korea, where
he is a Professor with the Department of Electrical, Electronic and Control Engineering.
His research interests are in the areas of power converter, APF, UPS, and electrical
drives.