KOKA059 December   2022 AMC1202 , AMC1302 , AMC1306M05 , AMC22C11 , AMC22C12 , AMC23C10 , AMC23C11 , AMC23C12 , AMC23C14 , AMC23C15 , AMC3302 , AMC3306M05

 

  1.   1
  2.   요약
  3.   상표
  4. 1머리말
    1. 1.1 전기 자동차용 DC 충전소
    2. 1.2 전류 감지 기술 선택 및 동급 모델
      1. 1.2.1 션트 기반 솔루션으로 전류 감지
      2. 1.2.2 감지 기술의 동급 모델
  5. 2AC/DC 컨버터의 전류 감지
    1. 2.1 AC/DC의 기본 하드웨어 및 제어 설명
      1. 2.1.1 AC 전류 제어 루프
      2. 2.1.2 DC 전압 제어 루프
    2. 2.2 지점 A 및 B – AC/DC AC 위상 전류 감지
      1. 2.2.1 대역폭의 영향
        1. 2.2.1.1 정상 상태 분석: 기본 및 제로 크로싱 전류
        2. 2.2.1.2 과도 현상 분석: 스텝 전력 및 전압 저하 응답
      2. 2.2.2 지연의 영향
        1. 2.2.2.1 고장 분석: 그리드 단락
      3. 2.2.3 게인 오류의 영향
        1. 2.2.3.1 게인 오류로 인한 AC/DC의 전력 장애
        2. 2.2.3.2 게인 오류로 인한 전력 장애에 대한 AC/DC 응답
      4. 2.2.4 오프셋의 영향
    3. 2.3 지점 C 및 D – AC/DC 링크 전류 감지
      1. 2.3.1 대역폭이 피드포워드 성능에 미치는 영향
      2. 2.3.2 지연이 전원 스위치 보호에 미치는 영향
      3. 2.3.3 게인 오류가 전력 측정에 미치는 영향
        1. 2.3.3.1 과도 현상 분석: 지점 D의 피드포워드
      4. 2.3.4 오프셋의 영향
    4. 2.4 지점 A, B, C1/2 및 D1/2및 제품 제안의 장점과 단점 요약
  6. 3DC/DC 컨버터의 전류 감지
    1. 3.1 위상 변이 제어를 사용하는 절연 DC/DC 컨버터의 기본 작동 원리
    2. 3.2 지점 E, F-DC/DC 전류 감지
      1. 3.2.1 대역폭의 영향
      2. 3.2.2 게인 오류의 영향
      3. 3.2.3 오프셋 오류의 영향
    3. 3.3 지점 G - DC/DC 탱크 전류 감지
    4. 3.4 감지 지점 E, F, G 및 제품 제안 요약
  7. 4결론
  8. 5참고 자료

2.2.1.1 정상 상태 분석: 기본 및 제로 크로싱 전류

이 분석에서는 그리드 전류가 스위칭 노드(지점 B)에서 제어되며, 제어되는 전류의 일반적인 프로필이 그림 2-4에 나와 있습니다. 그림 2-4에서는 3개의 전류와 3개의 전압이 위상에 있으므로 DC에서 AC 그리드(그리드 방향으로 11kW)로의 유효 전력 변환이 가능함을 보여줍니다. 그림 2-5에서 확대된 부분에서는 스위칭 노드의 전류가 50Hz의 기본 부품으로 구성되고 2레벨 컨버터의 스위칭으로 인한 중요한 전류 리플 진폭을 보여줍니다.

11kW의 공칭 부하에서 작동하는 AC/DC 컨버터의 그리드 전압 및 전류 11kW의 공칭 부하에서 작동하는 AC/DC 컨버터의 그리드 전압 및 전류그림 2-4 11kW의 공칭 부하에서 작동하는 AC/DC 컨버터의 그리드 전압 및 전류

그림 2-5은(는) 그림 2-4의 확대된 보기로, 정류기 전류와 기본 고조파가 50Hz인 평균 전류를 더한 것을 보여줍니다.

t = 0s에서 확대한 부분(스팬 100μs)그림 2-5 t = 0s에서 확대한 부분(스팬 100μs)

AC와 DC 사이의 전력 변환은 그리드 주파수에서 제어되는 전류를 통해 달성됩니다. 따라서 정확한 진폭을 사용하고 중요한 위상 지연이 없는 전류의 기본 고조파 측정(예: I_L1_B_AVG)을 MCU에 전달해야 합니다. 50Hz 또는 60Hz 부품은 동기식 샘플링, 평균 제어 등의 샘플링 기술을 통해 파생될 수 있습니다. 이러한 기술을 채택함으로써 디지털 제어 루프에 중요한 위상 지연이 발생하지 않으므로 루프12의 더 빠른 응답이 가능합니다. 반대로, 전류 센서는 대역폭 제한이 있기 때문에 전류 센서는 이상적인 선택으로 간주할 수 없습니다. 전류 센서는 중요한 위상 지연 및 진폭 오류가 발생할 수 있습니다. 이 오차는 교환되는 능동적 및 반응적 힘의 착오에 반영될 수 있으며 방정식 8에서와 같이 표현됩니다.

방정식 3. φ = atan(2π fe τ)

여기서

  • φ는 측정된 전류와 실제 전류 사이의 위상 지연입니다.
  • fe는 측정된 신호의 전기 주파수로, 이 애플리케이션에서 50Hz 또는 60Hz와 같습니다.
  • τ는 측정 체인이 제공하는 저역 필터 동작의 지속 시간입니다.

방정식 8을 사용하면 차단 주파수가 그리드 전기 주파수의 100배(60Hz에서 그리드가 있을 경우 6kHz)보다 높은 경우 0.6° 미만의 위상 각도 지연을 달성할 수 있습니다. 이 위상 변이는 유효 및 무효 제어 전력의 무시 가능한 오류가 50Hz 또는 60Hz에서 발생합니다. 전력 변환이 발생하는 부품인 6kHz 대역폭은 그리드 전류 제어에 충분합니다.

일반적으로 50Hz 또는 60Hz는 제어할 유일한 부품이 아니지만, 전력계의 데드 타임에 의해 발생되는 그리드 전류에는 더 높은 주파수 부품이 있어 THD가 상당히 증가합니다. 고주파 성분을 측정에서 포착해야 MCU가 이를 보정하여 소프트웨어적으로 취소할 수 있습니다. 데드 타임을 높이면, 그림 2-6에서 보듯이 특히 11ms의 전류의 제로 크로싱에서 더 높은 왜곡이 발생합니다. 이 그림에서 11kW로 작동하는 AC/DC 컨버터에 의해 드레인된 A 지점의 전류 파형은 컨트롤러의 데드 타임이 변경될 때 표시됩니다. 상단 그래프는 데드 타임이 250ns, 아래쪽 그래프는 데드 타임이 1.5μs인 전류 파형을 보여줍니다.

데드 타임 250ns 및 1.5μs를 구현할 때 PCC에서 방출되는 전류(50Hz 작동) 데드 타임 250ns 및 1.5μs를 구현할 때 PCC에서 방출되는 전류(50Hz 작동)그림 2-6 데드 타임 250ns 및 1.5μs를 구현할 때 PCC에서 방출되는 전류(50Hz 작동)

데드 타임이 과도할 경우 표준에 따라 설정된 제한을 초과하는 상당한 THD가 발생할 수 있습니다. 표준을 준수하려면 대형 출력 필터가 필요하거나 적절한 소프트웨어 제어가 제공되어야 합니다. 이 간섭을 보상하기 위해 여러 가지 제어 기술이 개발되었지만, 이 모든 옵션은 전류 센서의 충분한 대역폭을 필요로 합니다. 최소 대역폭 요구 사항을 확인하기 위해 전류 파형의 FFT(고속 푸리에 변환) 변환을 수행하여 간섭의 주파수 내용을 분석합니다.

그림 2-7에는 그리드에서 최대 전력이 필요할 때 PCC 내 전류의 FFT가 나와 있습니다.

그림 2-6 Plus 확대 부분(50Hz)에 표시된 전류의 FFT 그림 2-6 Plus 확대 부분(50Hz)에 표시된 전류의 FFT그림 2-7 그림 2-6 Plus 확대 부분(50Hz)에 표시된 전류의 FFT

그림 2-7에서 보상해야 할 가장 중요한 주파수는 5번째, 13번째 및 17번째 고조파로, 그리드가 50Hz에서 작동 중일 때 250Hz, 650Hz 및 850Hz로 이어집니다. 그리드가 60Hz에서 작동할 때 주파수는 300Hz, 780Hz 및 1020Hz입니다. 새로운 주파수에 방정식 8을 적용함으로써 고조파의 적절한 보상을 위해 102kHz의 전류 감지 단계의 최소 대역폭을 제공해야 합니다.

결론적으로 정상 상태 분석에서 중요한 데드 타임이 PFC 단계에 있을 때 전류의 총 고조파 왜곡을 개선하기 위해서는 60Hz 그리드가 있을 때 최소 102kHz의 대역폭이 필요합니다. 그리드가 50Hz에서 작동하는 경우 최소 대역폭을 95kHz까지 줄일 수 있습니다. 전류 센서 대역폭은 두 측정 지점에서 데드 타임에 의해 생성되는 고조파 성분이 동일하기 때문에 전류를 제어하는 지점 A 또는 B에서 필요합니다. 그 이유는 EMI 필터(그림 2-1 참조)가 훨씬 더 높은 주파수 성분에 최적화되어 있기 때문에 낮은 주파수에서는 중요한 완화를 달성할 수 없기 때문입니다.