본 절에서는 제안하는 능동 출력 필터 제어 전략을 설명하기에 앞서 우선 기존의 능동 출력 필터 구성을 이용한 방법들의 제어 전략 및 구동 원리와 한계에 대해 자세히 비교 분석하였다.
기존의 능동 출력 필터를 이용한 연구는 그림 1.2 및 그림 1.5와 같이
부하 응답 특성 개선과 스위칭 리플 저감에 대해 각각 진행되었다. 이들 기존 방식의 제어 구조도를 그림 2.1에 나타내었다. 부하 응답 특성 개선
방식의 경우 그림 2.1(a)에 나타냈듯 부하 전류의 변동이 있으면 능동
출력 필터의 스위치의 시비율을 ‘1’ 혹은 ‘0’으로 하여 빠른 부하 응답 특성을 보이게 되며 정상 상태에서는 능동 출력 필터의 전압원으로 사용되는 캐패시터의 전압을 일정 범위 내에 있도록 미리 계산된 고정 시비율과 히스테레시스 제어를 통해 구현하고 있다. 그러나 이러한 기존 연구는 부하 전류 변동 감지를 위한 추가 센서가 필요하고 능동 출력 필터의 전압원에 대한 순시적인 전압 제어 부재로 인해 연속적인 부하 변동 발생 시 정상 동작이 불가능할 수도 있다. 또한, 다중 출력 컨버터에 적용할 경우 교차 제어로 인해 발생하는 오차를 보정 해 줄 수 없다는 한계가 있다.
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스위칭 리플 저감을 위한 방식의 경우 그림 2.1(b)와 같이 구성되어
있다. 능동 출력 필터의 전압원을 외부 전원이 아닌 독립된 캐패시터를 이용한 전압원으로 설계하는 것이 효율과 설계 측면에서 이점이 있으나 기존의 연구에서는 이를 구현하지 못하고 외부 전원을 사용하고 있다.
또한, 메인 컨버터의 리플 전류를 측정하고 그것을 기준으로 능동 출력
Main Converter
Load
AOF
Voltage Source (Capacitor)
Transient Detector
Duty='1' or Duty='0'
Hysteresis Controller Feedback
Controller
CO
LF
Mux
vO V
vA V
(a)
Main Converter
Load
AOF
External Voltage Source
Hysteresis Controller HPF
CO
Feedback Controller
LF
vO V
vA
V
(b)
그림 2.1 능동 출력 필터(AOF: Active Output Filter)를 이용한
기존 방식의 제어구조도, (a) 부하 응답 개선, (b) 리플 필터.
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필터의 지령치로 구성하므로 전류 센서가 필수적이라는 문제가 있다. 외부 전원 사용 시 다중 출력 컨버터에 적용할 수 있긴 하나 앞서 설명하였듯 설계에 단점이 존재하며 앞의 연구와 마찬가지로 수동 필터의 두 가지
Load iL
is
iF
APF
vdc
AC source
그림 2.2 병렬형 능동 전력필터(Shunt Active Power Filter).
VAC AC-DC
양방향 DC-DC 컨버터/
인버터 부하
그림 2.3 병렬형저주파 리플필터.
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역할 중한 가지만 가능하다는 한계가 있다. 이들 방식에서의 단점이 되는 부분은 붉은색으로, 이점이 되는 부분은 녹색으로 표시하였다.
이러한 두 가지 방식의 능동 출력 필터 방식의 주요한 특징은 최종 출력 전압을 메인 컨버터가 제어하고 있다는 것이다. 능동 출력 필터를
이용한 방식 외에도 그림 2.2와 능동 전력 필터(Active Power Filter)[112-114],
그림 2.3과 같은 PFC 등의 저주파 리플 저감 컨버터[115-118] 등 다양한
종류의 병렬형 컨버터, 혹은 인버터에 대한 연구가 있었지만, 이들 방식 역시 추가되는 보조 컨버터가 출력 전압을 제어하지 못하므로 보조 컨버터의 높은 제어 대역폭을 활용할 수 없다는 한계를 가진다.
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