2상 DM 커플드 수소연료전지 컨버터 DCM 동작에서의 전향 보상 제어법 (A Feed Forward Control Method in DCM Operation of 2 Phase DM Coupled Fuel Cell DC-DC Converter)

서지정보

· 발행기관 : 한국철도학회
· 수록지 정보 : 한국철도학회논문집 / 27권 / 11호 / 935 ~ 948페이지
· 저자명 : 정성욱, 이동인, 권경현, 이우영, 이동찬, 윤한신

초록

철도 추진 시스템의 인버터를 구동하기 위해선 수소연료전지의 저전압 출력을 고전압으로 승압시켜 주는 승압형 컨버터가 필요하다. 일반적인 Boost Converter를 전류 리플 저감을 위하여 2상으로 인터리빙 방식을, 자성체 부피 저감을 위해 차동모드(DM) 커플드 인덕터를 적용하여 원가절감 및 부피저감을 달성할 수 있다. 그러나 이 컨버터를 일반적인 PI 제어기를 통해 구동하게 되면 전류 불연속 모드(DCM) 구간에서 동특성 및 응답성이 매우 느리 다는 문제가 발생한다. 일반적인 Boost Converter의 경우, DCM 동작에서의 정상상태 듀티를 수식적으로 연산하여 이를 전류-듀티 제어기의 출력에 전향보상 할 수 있지만, 2상 DM 커플드 Boost Converter의 DCM 동작 듀티는 입출력 전압 및 부하조건에 따라 비선형적인 구간이 발생하여 수식적인 연산이 불가능하다. 해당 문제를 해결하기 위해 실험과 시뮬레이션을 통한 정상상태 듀티 데이터를 추출하고 Look-Up Table을 구성하여 전향 보상을 수행한다.
그러나 입출력 전압 및 인덕터 전류를 입력으로한 3차원 Look-up table이 필요하여 다수의 메모리 및 연산량을 필요로 한다. 본 논문에서는 DCM영역에서 동특성을 향상시키고 MCU의 연산에 대한 부하를 저감시킬 수 있는 2차원Look-up table을 활용한 DCM 전향보상 제어기법을 제안한다.

영어초록

To drive the inverter of a railway propulsion system, it is necessary to step up the low voltage output of a hydrogen fuel cell to that of a high voltage boost converter. A conventional boost converter can be modified to a twophase interleaved configuration to reduce current ripple and incorporate a differential mode (DM) coupled inductor to reduce the volume of magnetic components, thereby achieving low cost and volume reduction. However, when this converter is operated using a conventional PI controller, significant issues arise, particularly in the discontinuous conduction mode (DCM), where dynamic characteristics and response times are considerably slow. For a conventional boost converter, the steady-state duty cycle during DCM operation can be calculated analytically and used for feedforward compensation in a current-duty controller. In contrast, the duty cycle of a two-phase DM coupled boost converter during DCM operation exhibits non-linear behavior depending on input/output voltages and load conditions, making analytical computation infeasible. To address this, steady-state duty cycle data is extracted through experiments and simulations, and a Look-up table is constructed to perform feedforward compensation. Given the multiple input and output specifications, multiple Look-up tables are required, leading to excessive MCU computational load. The proposed correction algorithm enables feedforward compensation in the DCM region with a single Look-up table for all input and output specifications, improving dynamic characteristics and reducing MCU computational load.

참고자료

· 없음