KR20200032013A - 효과적인 디커플링을 갖는 벅 dc/dc 컨버터를 위한 컨트롤러 - Google Patents

효과적인 디커플링을 갖는 벅 dc/dc 컨버터를 위한 컨트롤러 Download PDF

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Abstract

DC-DC 전력 컨버터, DC-DC 전력 컨버터의 제어 요소 및 벅 DC-DC 전력 컨버터를 제어하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 측정된 부하 전류와 측정된 입력 전압 중 적어도 하나를 수신하는 것을 포함한다. 상기 측정된 부하 전류는 상기 DC-DC 전력 컨버터의 물리적 요소의 벅 인덕터로부터 흐르는 전류의 측정치이다. 상기 측정된 입력 전압은 상기 벅 DC-DC 전력 컨버터의 물리적 요소의 DC 링크를 가로질러 측정된 DC 링크 입력 전압의 측정치이다. 상기 방법은 펄스 폭 변조기(PWM)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 것을 추가로 포함하고, 상기 제어 신호는 측정된 부하 전류와 측정된 입력 전압 중 적어도 하나를 기초로 한다. 상기 PWM은 적어도 하나의 스위치가 ON으로 전환됐을 때에만 벅 인덕터가 DC 링크로부터의 전류 흐름 상에서 작동할 수 있도록 하기 위해 벅 인덕터에 커플링된 적어도 하나의 스위치를 제어하도록 구성된다.

Description

효과적인 디커플링을 갖는 벅 DC/DC 컨버터를 위한 컨트롤러{CONTROLLER FOR BUCK DC/DC CONVERTER WITH EFFECTIVE DECOUPLING}
본 개시는 벅 DC-DC 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부하 전류 또는 전압 또는 DC 링크 입력 전압 및 부하 전류 또는 전압 중 다른 하나로부터의 고전압 DC 링크에 의해 제공되는 입력 전압에서의 교란(disturbances)을 효과적으로 분리하는 벅 DC-DC 컨버터의 제어기에 관한 것이다.
벅 DC-DC 컨버터는 고 전압을 저 전압으로 변환하도록 구성된다. 입력 전압을 더 낮은 평균 출력 전압으로 낮추는 물리적 구성 요소이다. 이 기능은 인덕터, 커패시터 및 하나 이상의 스위치들로 구현된다. 물리적 구성 요소는 펌웨어, 하드웨어 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 및/또는 예를 들어 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 소프트웨어 DSP(Digital Signal Processor)를 사용하여 구현될 수 있는 아날로그 이산 구성 요소에 의해 구현될 수 있는 제어 알고리즘에 의해 제어된다. 어플리케이션에서, 고 전압 입력은 DC 링크에 의해 제공되며, 이 링크는 교란이라고도 하는, 변형될 수 있다. 또한, 하나 이상의 부하들이 추가, 제거 또는 조정될 때, 부하 전류 또는 전압 교란이 발생할 수 있다. 출력 전압 또는 DC 링크 입력 전압은 해당 DC 링크 입력 전압 및/또는 부하의 교란에 의해 영향을 받아 벅 DC-DC 컨버터의 전력 품질에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
종래의 방법 및 시스템은 일반적으로 의도된 목적에 대해 만족스러운 것으로 간주되었지만, 벅 DC-DC 컨버터가 엄격한 사양을 적용 받는 경우와 같이 개선된 전력 품질에 대한 기술이 여전히 필요하다. 예를 들어, 출력 전압이 민감한 장비에 인가되거나 항공기와 같은 시스템의 신뢰성 및/또는 안전에 영향을 줄 때 개선된 전력 품질이 필요할 수 있다.
아래에 설명되고 예시된 실시 예들의 목적 및 장점은 다음의 기술에서 설명되고 명백해질 것이다. 도시된 실시 예의 추가적인 장점은 첨부된 도면뿐만 아니라 본원의 설명 및 청구 범위에서 특히 지적된 장치, 시스템 및 방법에 의해 실현되고 달성될 것이다. 도시된 실시 예들의 목적에 따라 이들 및 다른 장점들을 달성하기 위해, 일 양태에서, 벅 DC-DC 전력 컨버터가 개시된다. 컨버터는 DC 링크에 연결된 적어도 하나의 스위치, 상기 스위치가 턴 온될 때 상기 스위치를 통해 상기 DC 링크로부터 흐르는 전류에 대해 동작하도록 구성된 상기 스위치에 결합된 벅 인덕터, 및 상기 벅 인덕터에 의해 충전되도록 구성된 출력 커패시터를 포함하는 물리적 구성 요소를 포함한다. 상기 벅 인덕터는 상기 DC 링크와 상기 출력 커패시터 사이에 결합되고 상기 출력 커패시터는 부하와 병렬로 연결된다. 컨버터는 상기 벅 인덕터로부터 흐르는 전류의 측정치인 측정된 부하 전류 및 상기 DC 링크를 통해 측정된 상기 DC 링크 입력 전압의 측정치인 측정된 입력 전압 중 적어도 하나를 수신하도록 구성된 제어 구성 요소를 더 포함한다. 제어 구성 요소는, 상기 적어도 하나의 스위치를 제어하기 위해 제어 신호에 의해 제어되도록 구성된 펄스 폭 변조기(PWM)를 포함하고, 상기 제어 신호는 상기 측정된 부하 전류 및 상기 측정된 DC 링크 입력 전압 중 적어도 하나에 기초한다.
실시 예들에서, 제어 구성 요소는 상기 측정된 입력 전압 및 상기 출력 커패시터를 통해 측정된 측정된 출력 전압을 수신하도록 구성된 피크 계산 모듈을 더 포함한다. 피크 계산 모듈은 상기 측정된 입력 전압, 상기 측정된 출력 전압, 상기 벅 인덕터의 인덕턴스 및 상기 적어도 하나의 스위치의 스위칭 주파수에 기초하여 피크 전류를 계산하도록 더 구성된다.
실시 예들에서, 제어 구성 요소는, 제1 합산 포인트 및 제2 합산 포인트를 더 포함한다. 제1 합산 포인트는 커맨드 전압을 수신하고 상기 커맨드 전압과 상기 측정된 출력 전압 사이의 전압 차이를 결정하도록 구성된다. 제2 합산 포인트는 상기 전압 차이의 적분 및 비례 전류 중 적어도 하나를 수신하고 적분 및 비례 전류 중 적어도 하나와 상기 측정된 부하 전류의 평균인 평균 전류를 출력하도록 구성된다.
실시 예들에서, 제어 구성 요소는 상기 평균 전류와 상기 피크 전류를 합산하고 상기 합산의 결과를 제3 합산 출력으로서 출력하도록 구성된 제3 합산 포인트를 더 포함한다.
실시 예들에서, 제어 구성 요소는 상기 제3 합산 출력을 수신하고 상기 출력 커패시터와 관련된 ESR 저항에 의해 생성된 물리적 구성 요소 제로를 상쇄하기 위해 대응되는 시스템 폴을 출력하도록 구성된 폴-제로 상쇄 모듈을 더 포함한다.
실시 예들에서, 제어 구성 요소는 상기 스위치가 활성화될 때 상기 스위치를 통해 흐르는 측정된 전류와 상기 폴-제로 출력을 비교하고 상기 제어 신호를 출력하도록 구성된 비교기를 더 포함한다.
실시 예들에서, 상기 물리적 구성 요소는 상기 측정된 부하 전류를 측정하도록 구성된 전류 감지 회로를 더 포함한다.
실시 예들에서, 상기 물리적 구성 요소는 상기 측정된 입력 전압을 측정하도록 구성된 전압 감지 회로를 더 포함한다.
본 개시의 추가 양태에 따르면, 벅 DC-DC 전력 컨버터의 제어 구성 요소가 개시된다. 제어 구성 요소는 상기 벅 DC-DC 전력 컨버터의 물리적 구성 요소의 벅 인덕터로부터 흐르는 전류의 측정치인 측정된 부하 전류 및 상기 벅 DC-DC 전력 컨버터의 상기 물리적 구성 요소의 DC 링크를 통해 측정된 DC 링크 입력 전압의 측정치인 측정된 입력 전압 중 적어도 하나를 수신하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 블록들을 포함한다. 제어 구성 요소는 적어도 하나의 스위치를 제어하는 제어 신호에 의해 제어되도록 구성된 펄스 폭 변조기(PWM)를 포함하고, 상기 제어 신호는 상기 측정된 부하 전류 및 상기 측정된 DC 링크 입력 전압 중 적어도 하나에 기초한다.
실시 예들에서, 상기 제어 구성 요소는 상기 측정된 입력 전압 및 상기 벅 인버터에 의해 충전되는 상기 물리적 구성 요소의 출력 커패시터를 통해 측정된 측정된 출력 전압을 수신하도록 구성된 피크 계산 모듈을 더 포함한다. 피크 계산 모듈은 상기 측정된 입력 전압, 상기 측정된 출력 전압, 상기 벅 인덕터의 인덕턴스 및 상기 적어도 하나의 스위치의 스위칭 주파수에 기초하여 피크 전류를 계산하도록 구성된다.
실시 예들에서, 제어 구성 요소는 제1 합산 포인트 및 제2 합산 포인트를 포함한다. 제1 합산 포인트는 커맨드 전압을 수신하고 상기 커맨드 전압과 상기 측정된 출력 전압 사이의 전압 차이를 결정하도록 구성된다. 제2 합산 포인트는 상기 전압 차이의 적분 및 비례 전류 중 적어도 하나를 수신하고 적분 및 비례 전류 중 적어도 하나와 상기 측정된 부하 전류의 평균인 평균 전류를 출력하도록 구성된다.
실시 예들에서, 상기 제어 구성 요소는 상기 평균 전류와 상기 피크 전류를 합산하고 상기 합산의 결과를 제3 합산 출력으로서 출력하도록 구성된 제3 합산 포인트를 더 포함한다.
실시 예들에서, 제어 구성 요소는 상기 제3 합산 출력을 수신하고 상기 물리적 구성 요소의 상기 출력 커패시터와 관련된 ESR 저항에 의해 생성된 물리적 구성 요소 제로를 상쇄하기 위해 대응되는 시스템 폴을 출력하도록 구성된 폴-제로 상쇄 모듈을 더 포함한다.
실시 예들에서, 제어 구성 요소는 상기 스위치가 활성화될 때 상기 스위치를 통해 흐르는 측정된 전류와 상기 폴-제로 출력을 비교하고 상기 제어 신호를 출력하도록 구성된 비교기를 더 포함한다.
본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 벅 DC-DC 전력 컨버터를 제어하는 방법이 제공된다. 본 방법은 측정된 부하 전류 및 측정된 입력 전압 중 적어도 하나를 수신하는 단계를 포함한다. 측정된 부하 전류는 상기 벅 DC-DC 전력 컨버터의 물리적 구성 요소의 벅 인덕터로부터 흐르는 전류의 측정치이다. 측정된 입력 전압은 상기 벅 DC-DC 전력 컨버터의 상기 물리적 구성 요소의 DC 링크를 통해 측정된 DC 링크 입력 전압의 측정치이다. 본 방법은 펄스 폭 변조기(PWM)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제어 신호는 상기 측정된 부하 전류 및 상기 측정된 입력 전압 중 적어도 하나에 기초한다. 상기 PWM은 상기 벅 인덕터가 상기 적어도 하나의 스위치가 턴 온될 때에만 상기 DC 링크로부터 흐르는 전류에 대해 동작될 수 있도록 상기 벅 인덕터에 결합된 적어도 하나의 스위치를 제어하도록 구성된다.
실시 예들에서, 본 방법은 상기 벅 인덕터에 의해 충전된 상기 물리적 구성 요소의 출력 커패시터를 통해 측정된 측정된 출력 전압을 수신하는 단계; 및 상기 측정된 입력 전압, 상기 측정된 출력 전압, 상기 벅 인덕터의 인덕턴스 및 상기 적어도 하나의 스위치의 스위칭 주파수에 기초하여 피크 전류를 계산하는 단계를 포함한다.
실시 예들에서, 본 방법은 커맨드 전압을 수신하는 단계, 상기 커맨드 전압과 상기 측정된 출력 전압 사이의 전압 차이를 결정하는 단계; 상기 전압 차이의 적분 및 비례 전류 중 적어도 하나를 결정하는 단계, 및 적분 및 비례 전류 중 적어도 하나와 상기 측정된 부하 전류의 평균인 평균 전류를 결정하는 단계를 더 포함한다.
실시 예들에서, 본 방법은 상기 평균 전류와 상기 피크 전류를 합산하는 단계, 및 상기 합산의 결과를 제3 합산 출력으로서 출력하는 단계를 더 포함한다.
실시 예들에서, 본 방법은 대응되는 시스템 폴을 결정하기 위해 상기 제3 합산 출력에 대해 동작하는 단계, 상기 물리적 구성 요소의 상기 출력 커패시터와 연관된 ESR 저항에 의해 생성된 물리적 구성 요소 제로를 상쇄시키는 단계, 상기 스위치가 활성화 될 때 상기 스위치를 통해 흐르는 측정된 전류와 폴-제로 출력을 비교하는 단계, 및 상기 비교의 결과에 기초하여 상기 제어 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
실시 예들에서, 본 방법은 상기 측정된 부하 전류 및 상기 측정된 입력 전압 중 적어도 하나를 측정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 시스템 및 방법의 이들 및 다른 특징은 도면과 관련하여 취한 바람직한 실시 예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 보다 명백해질 것이다.
본 개시 내용이 적용되는 당업자는 과도한 실험 없이 본 개시 내용의 장치 및 방법을 제조하고 사용하는 방법을 쉽게 이해할 수 있도록, 바람직한 실시 예는 특정 도면을 참조하여 하기에 상세히 기재될 것이며, 여기서:
도 1은 본 개시의 실시 예들에 따른 벅 DC-DC 컨버터의 예시적인 실시 예의 개략도이고;
도 2는 본 개시의 실시 예들에 따른 컨버터의 물리적 구성 요소의 동작을 제어하는 제어 신호의 타이밍도이고;
도 3은 본 개시의 실시 예들에 따른 동기식 벅 DC-DC 컨버터의 예시적인 실시 예의 개략도이고;
도 3b는 본 개시의 실시 예들에 따른 비동기식 벅 DC-DC 컨버터의 예시적인 실시 예의 개략도이고;
도 4는 도 1 및 도 3에 도시된 컨버터의 전체 동강성(dynamic stiffness)의 그래프이며; 그리고
도 5는 벅 DC-DC 컨버터를 제어하도록 구성된 예시적인 컴퓨터 시스템의 블록도이다.
유사한 참조 번호가 본 개시의 유사한 구조적 특징 또는 양태를 식별하는 도면을 이제 참조할 것이다. 제한이 아닌 설명 및 예시의 목적으로, 본 개시의 제1 실시 예에 따른 벅 DC-DC 컨버터의 예시적인 실시 예의 블록도가 도 1에 도시되어 있고 일반적으로 참조 문자 10으로 표시되어 있다. 컨버터(10)는 물리적 구성 요소(20) 및 제어 구성 요소(40)를 포함한다.
당업자는 물리적 구성 요소(20)의 다른 구성들이 제2 스위치 대신 다이오드를 사용하는 비동기식 벅 컨버터와 같이 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 유사한 방식으로 사용될 수 있는 상이한 토폴로지에 대응한다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
물리적 구성 요소(20)는 DC 링크 입력 전압(Vin)(22), DC 링크 커패시터(23)(커패시턴스 Cin를 갖는), 제1 노드에 제공된 변류기(current transformer)(CT1)(24), 제1 스위치(Q1)(26), 제2 스위치(Q2)(28), 벅 인덕터(30)(인덕턴스 LB를 갖는), 벅 인덕터 권선 저항인 제1 저항(37)(저항 RB를 갖는), 제1 게이트 구동 회로(GD)(27), 제2 게이트 구동 회로(GD)(29), 출력 커패시터(32)(커패시턴스 Co를 갖는), 제2 저항(39)(출력 커패시터(32)의 등가 직렬 저항(ESR)인 저항 Rcoesr을 갖는), 부하(34)(저항 RL을 갖는) 및 출력 커패시터(32)에 걸친 전압의 측정이 얻어지는 제2 노드에 제공된 전압 감지 회로(36)를 포함한다.
변류기(24)를 통해 흐르는 전류는 iPole로 표시되며, 변류기 24)는 iPole을 측정한다. 벅 인덕터(30)를 통해 흐르는 전류는 iLB로 표시된다. 부하(34)를 통해 흐르는 부하 전류는 iLoad로 표시된다. 부하(34) 양단의 전압은 Vout으로 표시된다. 출력 커패시터(32) 양단의 전압은 VCout으로 표시되며, 전압 감지 회로(36)는 Vout을 측정한다.
DC 링크 입력 전압(22)은, 예를 들어 DC 전압으로 변환된, 전원, 영구 자석 발생기(permanent magnet generator, PMG)의 AC 출력인 고전압 입력이다. 일 예시에서, DC 링크 입력 전압(22)은 물리적 AC-DC 회로에 의해 DC 전압으로 변환된 엔진에 물리적으로 부착된 항공기 PMG의 출력이다. DC 링크 커패시터(23)는 DC 링크 입력 전압(22)을 안정화시킨다. 전류(iPole)는 전류 변압기를 사용하여 절연을 제공하기 위해 변류기(24)에서 측정된다. 당업자는 전류를 측정하기 위해 예를 들어 감지 저항기와 같은 다른 디바이스들이 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
예시적인 벅 DC-DC 컨버터(10)와 같은 동기식 벅 컨버터 실시 예에서, 제1 및 제2 스위치들(26, 28)은 MOSFET 스위치와 같은 (그러나 이에 한정되지는 않는) 반도체 스위치이며, 이는 벅 인덕터(30)로 흐르는 전류를 동기식으로 제어하기 위해 도 2에 도시된 바와 같은 제어 구성 요소(40)에 의해 제어된다. 제1 및 제2 게이트 구동 회로들(27, 29)은 제어 구성 요소(40)에 의해 출력된 논리 신호에 의해 명령된 바와 같이 제1 및 제2 스위치들(26 및 28)을 전도(ON) 및 차단(OFF) 상태 사이에서 스위칭한다. 제1 및 제2 게이트 구동 회로들(27, 29)은 제어 구성 요소(40)에 의해 출력된 논리 신호에 의해 동작되어 제1 및 제2 스위치들(26, 28) 중 하나가 일 시점에 온(ON) 상태가 되게 하여, 제1 및 제2 스위치들(26, 28) 중 하나가 턴 온될 때, 제1 및 제2 스위치들(26, 28) 중 다른 하나는 턴 오프되고, 제1 및 제2 스위치들(26, 28) 중 하나는 사이클 전체에 걸쳐 온 상태이고, 듀티 사이클은 제1 스위치 (26)가 온된 시간의 양이다.
제1 스위치(26)가 턴 온되면, 벅 인덕터(30)를 통한 전류가 증가한다(도 2의 곡선(214) 참조). 이 전류는 제1 스위치 (26)를 통해 벅 인덕터(30)로 흐르고 벅 인덕터(30)가 전류의 변화율을 제한함에 따라 출력 커패시터(32)를 충전한다. 출력 커패시터(32)의 주요 기능은 인덕터 전류(iLB)에 의해 충전되고 부하 전류(iLoad)에 의해 방전되는 에너지 저장 디바이스로서 기능하는 것이다. 제1 저항(37)은 벅 인덕터(30)의 권선 저항에 기인한다. 제2 저항(39)은 출력 커패시터(32)의 내부 저항(ESR)에 기인한다. 출력 부하 저항(34) 양단의 전압 측정(V)가 얻어지는 전압 감지 회로(36)는 인덕터(30)와 직렬이고 출력 커패시터(32)와 병렬이다. 전압 감지 회로(36)는 예를 들어 표준 차동 연산 증폭기(op-amp) 회로 또는 그 등가물을 포함 할 수 있다. 유사하게, 부하(34)(설명 목적으로 저항기로 표시)는 인덕터(30)와 직렬로 그리고 출력 커패시터(32)와 병렬로 연결된다. 부하(34)는 전압 감지 회로(36)와 병렬로 연결될 수 있다.
제1 스위치(26)가 턴 오프되면, 전류는 제1 스위치 (26)를 통해 흐르지 않는다. 스위치(28)가 켜질 때까지 스위치(28)의 다이오드를 통해 전류가 흐른다. 전류는 벅 인덕터(30)를 통해 흐르고(도 2의 곡선(212) 참조) 출력 커패시터(32)를 충전한다. 이는 연속 전도 모드에서 유지된다(인덕터를 통한 전류는 0이되지 않음을 명심하라).
비동기 실시 예에서, 제2 스위치(28)는 다이오드(도시되지 않음)로 대체될 수 있고 게이트 구동 회로(29)는 생략될 수 있다. 제어 구성 요소(40)는 논리 신호를 제1 스위치(26)에만 전송한다. 제1 스위치(26)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 인덕터(30)로 흐르는 전류를 비동기식으로 제어하기 위해 제어 구성 요소(40)에 의해 제어된다. 다이오드는 예를 들어 제어 구성 요소(40)로부터의 직접 입력 없이 물리적 구성 요소(20)의 듀티 사이클 동안 벅 인덕터(30)의 전류에 기초하여 스위칭하도록 구성된다. 스위치(26)가 턴 온되면 전류는 벅 인덕터를 통해 증가한다(도 2, 곡선(214) 참조). 스위치(26)가 턴 오프되면 스위치(28)를 대체하는 다이오드는 전류를 전도하고(도 2, 곡선(212) 참조) 출력 커패시터(32)를 충전한다.
제어 구성 요소(40)는, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 제1 모드와 제2 모드 사이에서 제1 및 제2 스위치들(26, 28)의 스위칭을 구동하도록 구성된 로직을 포함한다. 제어 구성 요소(40)는 제1 합산 포인트(summation point)(42), 적분 이득(integral gain)(44), 적분 함수(integral function)(46), 비례 이득(proportional gain)을 위한 비례 제어 텀(proportional control term)(48), 제2 합산 포인트(50), 비교기(52) 및 펄스 폭 변조기(PWM)(54)를 제공한다.
제1 합산 포인트(42)는 전압 감지 회로(36)에서 측정된 측정 전압(V)의 역에 입력 커맨드 전압(Vcmd)을 부가하기 위해 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어로 구현된다. 입력 커맨드 전압(Vcmd)은 부하(34)에서 출력 전압(Vout)을 제어하는 데 사용되는 선택 가능한 전압이다. 도시된 예에서, 입력 커맨드 전압(Vcmd)은 부하(34)에서의 출력 전압(Vout)이 28V가 되도록 제어하기 위해 28V로 선택된다. 제1 합산 포인트(42)는 VERROR를 출력하고, 여기서 VERROR = Vcmd - V이다.
적분 이득(44) 및 적분 함수(46)는 커맨드 전압(Vcmd)을 측정 전압(V) 및 출력 전압(Vout)과 동일하게 하기 위해 VERROR 상에서 동작하도록 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어에서 구현된다. 비례 이득에 대한 비례 제어 텀(48)은 커맨드 전압(Vcmd)을 측정 전압(V) 및 출력 전압(Vout)과 동일하게 하기 위해 VERROR 상에서 동작하는 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어에서 구현된다. 적분 이득(44) 및 적분 함수(46)에 의해 출력된 제1 전류 및 비례 제어 텀(48)에 의해 출력된 제2 전류는 제1 및 제2 전류를 합산하기 위해 제2 합산 포인트(42)에 제공되며, 제2 합산 포인트(42)는 결과를 iLB_PK_CMD로 출력한다.
비교기(52)는 변류기(24)에서 측정된 iPole을 제2 합산 포인트(50)으로부터 얻어진 iLB_PK_CMD와 비교하기 위해 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어로 구현되고 iPole이 iLB_PK_CMD 이상일 때만 PWM(52)에 높은 값을 출력한다. 블록 내부 클록을 갖는 PWM(52)은 논리 신호를 게이트 구동 회로들(27 및 29)에 출력하기 위해 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어로 구현된다.
제어 구성 요소(40)는 내부 전류 루프 및 외부 전압 루프를 제공하도록 동작할 수 있다. 내부 전류 루프를 참조하면, 그것은 이제 기술되는 바와 같이 피크 전류 모드 전류 제어기로서 동작할 수 있다. 상술한 바와 같이, 비교기(52)는 iPole이 iLB_PK_CMD 이상인 경우에만 높은 값을 출력한다. PWM(54)은 비교기(52)로부터의 출력을 수신하고 게이트 구동 회로들(27 및 29)을 통해 제1 및 제2 스위치들(26 및 28)를 제어하며, 스위치들(26 및 28) 중 하나만이 일 시점에 턴 온되고 스위치들(26 및 28) 중 다른 하나는 도 2에 도시된 바와 같이 턴 오프된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, iLB에 대한 iLB 곡선(212), iPole에 대한 iPole 곡선(214) 및 iLB_PK_CMD에 대한 iLB_PK_CMD 곡선(216)을 나타내는 그래프(210)를 도시하는 다이어그램(200)이 도시되어있다. 다이어그램(200)은 그래프(210)와 동기화된 스위칭 다이어그램(220)을 추가로 나타내고, 이는 제1 스위치(26)에 대한 Q1 곡선(222) 및 제2 스위치(28)에 대한 Q2 곡선(224)을 포함한다.
스위칭 다이어그램(220)에 도시된 바와 같이, 사이클은 시작 사이클 그래프(230)에 도시된 시작 사이클 곡선(232)의 상승 에지(234)에서 시작될 수 있다. 클록(도시되지 않음)은 시작 사이클 곡선(232)에 대한 신호를 제공한다. 시작 사이클 곡선(232)의 듀티 사이클은 Vout/Vin(여기서 Vin은 DC 링크 입력 전압(22)) 및 iLB_PK_CMD의 함수이다. 모든 사이클의 시작에서, 변류기(24)에서 측정된 전류(iPole)가 커맨드된 값(iLB_PK_CMD)과 같아 질 때까지 제1 스위치(26)가 턴 온 된다. 사이클의 시작과 함께, 제1 스위치(26)는 온 값에서 Q1 곡선(222)에 의해 지시된 바와 같이 온 되고, 제2 스위치(28)는 오프 값에서 Q2 곡선(224)에 의해 지시된 바와 같이 오프된다. 제1 스위치(26)가 온 되면, iPole이 증가한다. 비교기(52)가 iPole이 iLB_PK_CMD 이상인 것을 감지하면, 제1 스위치(26)는 오프 값에서 Q2 곡선(222)에 의해 지시된 바와 같이 턴 오프되고, 제2 스위치(28)는 온 값에서 Q2 곡선(224)에 의해 지시된 바와 같이 턴 온된다. 제1 스위치(26)가 오프되면, iPole이 감소하여 이는 사이클이 다시 시작될 때까지 iPole이 감소하는 것을 야기한다. 사이클은 고정 주파수에서 연속적으로 반복될 수 있으며, 이는 스위치들(26 및 28)의 스위칭 주파수라고 지칭한다.
외부 전압 루프와 관련하여, 외부 전압 루프는 비례 적분 제어기(proportional integral controller)로서 제공된다. 제1 합산 포인트(42)는 VERROR = Vcmd - V를 결정한다. 그 다음, VERROR는 적분 이득(44) 및 제1 전류를 출력하는 적분 함수(46)를 통해 제1 경로를 통해 라우팅되고, 제2 전류를 출력하는 비례 제어 텀(48)을 통해 제2 경로를 통해 라우팅된다. 제2 합산 포인트(50)는 제1 및 제2 전류를 더하고 iLB_PK_CMD를 출력한다.
따라서, 제어 구성 요소(20)는 iPole이 iLB_PK_CMD의 레벨에 도달할 때까지 제1 스위치(26)가 턴온되는 제1 모드에서 동작하고 그 도달 시점에서 제1 및 제2 스위치들(26 및 28)은 제2 모드에서 동작하고, 제2 모드에서는 사이클 펄스(232)에 의해 지시되는 바와 같이 사이클이 재 시작될 때까지 제1 스위치(26)가 턴 오프되고 제2 스위치(28)가 턴 온된다.
물리적 구성 요소(20) 및 제어 구성 요소(40)의 특정 토폴로지가 도 1의 예시에 도시되어 있지만, 본 개시의 이점을 인지한 당업자라면, 상이한 회로 또는 동작 컴포넌트를 사용할 수 있는 대안적인 토폴로지가 유사하게 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 개시의 이점을 인지한 당업자라면, 물리적 구성 요소(20) 내의 각각의 회로 구성 요소의 특정 인덕턴스, 커패시턴스, 저항, 전압 등이 원하는 결과를 달성하도록 조정 또는 수정될 수 있다는 것을 더 이해할 것이다.
제한이 아닌 설명 및 예시의 목적으로, 본 개시의 제2 실시 예에 따른 벅 DC-DC 컨버터의 예시적인 실시 예의 블록도가 도 3에 도시되어 있고 일반적으로 참조 부호 300으로 표시되어있다.
본 개시에 따른 컨버터(300)의 동작과 관련된 방법 또는 그 양태는 설명되는 바와 같이 도 3-5에 제공된다. 본원에 기술된 시스템 및 방법은 개선된 동강성(dynamic stiffness)을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
컨버터(300)는 도 1에 도시된 컨버터(10)와 관련하여 설명된 물리적 구성 요소(20), 및 컨버터(10)의 동강성에 비해 컨버터(100)의 동강성을 향상시키는 제어 구성 요소(340)를 포함하도록 구성된다. 물리적 구성 요소(20)는 도 1에 도시된 컨버터(10)의 물리적 구성 요소(20)에 도시된 것과 동일한 요소들을 포함하는 반면, 상기 요소들은 도 1과 관련하여 기술된 것과 동일하거나 유사한 구조 및 기능을 가질 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 물리적 구성 요소(20)는 DC 링크로부터의 입력 전압의 전압 측정(V)이 얻어지는 물리적 구성 요소(20)의 제3 노드에 제공된 전압 감지 회로(302)를 포함한다. 전압 감지 회로(302)는 DC 링크 커패시터(23) 및 DC 링크 입력 전압(Vin)(22)과 병렬로 제공되어 DC 링크 커패시터(23)를 통한 전압을 측정한다. 전압 감지 회로(302)는 예를 들어 차동 연산-증폭기에 의해 구현될 수 있다.
전류 감지 디바이스(304)는 부하(34)와 직렬로 제4 노드에 제공된다. 부하 전류(iLoad)는 전류 감지 디바이스(304)에 의해 측정되며, 예시적인 전류원 디바이스는, 특정 구성 요소로 제한되지 않고, 홀-효과(hall-effect) 구성 요소이다.
제어 구성 요소(340)는 도 1에 도시된 제어 구성 요소(40)와 관련하여 도시되고 설명된 바와 같이, 제1 합산 포인트(42), 적분 이득(44), 적분 함수(46), 비례 제어 텀(48), 비교기(52) 및 PWM(54)을 포함한다. 또한, 제어 구성 요소(340)는 제2 합산 포인트(350), 제3 합산 포인트(360), 피크 계산 모듈(362) 및 시스템 폴-제로 소거 모듈(system pole-zero cancelation module)(364)을 포함한다.
도 1과 관련하여 설명된 바와 같이, 제1 합산 포인트(42)는 Vcmd를 측정 전압(V)의 역에 가산하고 VERROR를 출력하며, 여기서 VERROR = Vcmd - V이다. 적분 이득(44), 적분 함수(46) 및 비례 제어 텀(48)은 VERROR에서 동작한다. 적분 이득(44) 및 적분 함수(46)의 출력 제1 전류 및 비례 제어 텀(48)의 출력 제2 전류가 제2 합산 포인트(350)에 제공된다. 전류 감지 디바이스(304)에 의해 얻어진 iLOAD에 대한 전류 측정은 또한 제2 합산 포인트(350)에 제공되는 평균 전류이다. 제2 합산 포인트(350)는 제1 전류, 제2 전류 및 iLoad를 합산하여 인덕터 전류 커맨드(iLB_AVG)를 출력한다. 피크 계산 모듈(362)은 전압 감지 회로(36) 및 전압 감지 회로(302)에서 각각 획득된 측정 전압을 수신하고, 아래의 식에 기초하여 iLB_PEAK를 iLB의 피크 전류 성분으로서 출력한다: iLB =
Figure pat00001
제3 합산 포인트(360)는 iLB_AVG 및 iLB_PEAK를 수신하여 합산하고, 그 합산 결과를 iLB_PK_CMD로 출력하고, 이를 폴-제로 상쇄 모듈(364)에 제공한다. 폴-제로 상쇄 모듈(364)은 iLB_PK_CMD 상에서 동작하여 제2 저항(39)(이는 출력 커패시터(32)의 ESR이다)에 의해 형성된 물리적 구성 요소(20)의 제로를 상쇄하는 폴(Zps+1)을 형성하고, 여기서 Zp는 (Rcoesr x Co)로 정의된다. 시스템 폴-제로 상쇄 모듈(364)은 그 출력을 비교기(52)에 제공한다.
비교기(52) 및 PWM (54)은 도 1과 관련하여 도시되고 설명된 것과 동일한 방식으로 구성되고 기능할 수 있다. 비교기(52)는 폴-제로 상쇄 모듈(364)로부터의 출력을 변류기(24)에서 측정된 바와 같은 iPole과 비교한다. 비교기(52)는 iPole이 시스템 폴-제로 상쇄 모듈(364)로부터의 출력보다 크거나 같을 때에 만 높은 값을 출력한다. PWM(54)은 비교기(52)로부터의 출력을 수신하고 게이트 구동 회로(27 및 29)를 통해 제1 및 제2 스위치들(26 및 28)을 제어하며, 스위치들(26 및 28) 중 하나만이 일 시점에 턴 온되고 스위치들(26 및 28) 중 다른 하나는 턴 오프된다.
제어 구성 요소(340)는 내부 전류 루프 및 외부 전압 루프로 지칭되는 2 개의 루프들을 제공하도록 동작할 수 있다. 내부 전류 루프에서, 제3 합산 포인트(360)는 iLB_AVG 및 iLB_PEAK를 수신하여 iLB_PK_CMD를 출력하고, 이는 그 후 폴-제로 상쇄 모듈(364)에 제공되며, 이는 iLB_PK_CMD 상에서 동작하며 그 출력을 비교기(52)에 제공하고, 이는 논리 신호를 이득 디바이스들(27, 29)에 출력하기 위해 PWM(54)을 제어한다. 외부 전압 루프에서, 제2 합산 포인트(350)는 제1 전류, 제2 전류 및 iLoad를 합산하여 제1 전류, 제2 전류 및 iLoad의 평균인 평균 전류 신호(iLB_AVG)를 출력한다. 또한, 외부 전압 루프에서, 제1 합산 포인트(42)는 VERROR = Vcmd - V를 결정한다.
도 3b에 도시된 비동기 실시 예에서, 제2 스위치(28)는 다이오드(390)로 대체될 수 있다. 비동기 실시 예에서, 접지 드라이버(29)는 더 이상 사용되지 않을 수 있고, 제2 스위치(28)를 온 오프하기 위한 신호는 더 이상 사용되지 않는다.
제1 스위치(26)는 벅 인덕터(30)로 흐르는 전류를 비동기식으로 제어하기 위해 제어 구성 요소(340)에 의해 제어된다. 다이오드(390)는 예를 들어 제어 구성 요소(340)로부터의 직접적인 입력 없이 물리적 구성 요소(20)의 듀티 사이클 동안 전압에 기초하여 스위칭하도록 구성된다. 따라서, 도 2를 추가로 참조하면, 제어 구성 요소(20)는 iPole이 [iLB_PK_CMD]의 레벨에 도달할 때까지 제1 스위치(26)가 턴 온되는 제1 모드에서 동작하고, 여기서 폴-제로 상쇄 모듈(364)은 출력 커패시터(30)의 제2 저항(39)에 의해 형성된 물리적 구성 요소 제로를 상쇄시킨다. iPole이 이 수준에 도달하면 제1 및 제2 스위치들(26 및 28)은 제2 모드에서 동작한다(또는 비동기 모드에서 제1 스위치(26) 및 다이오드(390)). 제2 모드에서 동작할 때, 사이클 펄스(232)에 의해 지시된 바와 같이 사이클이 재시작될 때까지 제1 스위치(26)가 턴 오프되고 제2 스위치(28)(또는 비동기 모드의 다이오드(390))가 턴 온된다.
도 4를 참조하면, 전체 출력 동강성의 그래프(400)가 도시되어 있다. 동강성은 출력 전압(Vout)에서 단위당 오류를 생성하는 데 필요한 출력 부하 전류(iLoad)를 나타낸다. 주파수 범위에 걸쳐 도 1에 도시된 컨버터(10)의 전체 출력 동강성에 대응되는 제1 곡선(402)이 도시되어 있다. 주파수 범위에 걸쳐 도 3에 도시된 컨버터(100)의 전체 출력 동강성에 대응되는 제2 곡선(404)이 도시되어 있다. 제2 곡선(404)은 모든 주파수에서, 특히 중간 범위의 주파수에서 더 높다. 주파수의 중간 범위에서, 각각의 제1 곡선(402) 및 제2 곡선(404) 강성은 대략 20 및 44 A/V(amps/volt)이다.
전류 감지 디바이스(304)에 의한 출력 전류(iLoad)의 측정은 직접 부하 교란 정보(load disturbance information )가 제2 합산 포인트(350)에 추가되어 컨버터(300)의 전체 동적 출력 강성을 증가시킨다. 전류 감지 디바이스(304)와 함께, 폴-제로 상쇄 모듈(364)은 또한 제2 저항(39)(출력 커패시터(32)의 ESR)에 기인한 시스템의 물리적 구성 요소 폴을 제거하기 위해 필요하다. 피크 계산 모듈(362)은 2 가지 주요 기능을 제공한다: 제1 기능은 출력 전압(Vout) 또는 부하 전류(ILoad)에 대한 입력 전압(Vin)의 교란의 영향을 최소화하기 위해 입력 전압 교란 제거(disturbance rejection)를 제공하는 것이다. 제2 기능은 출력 커패시터(32)로 흐르는 평균 전류일 수 있는 전류 상태의 제어를 제공하는 것이다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 개시가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에 기술된 것과 유사하거나 동등한 임의의 방법 및 재료가 도시된 실시 예의 실시 또는 테스트에 사용될 수 있지만, 예시적인 방법 및 재료가 이제 설명된다. 본원에 언급된 모든 간행물은 간행물이 인용된 방법 및/또는 재료를 개시하고 설명하기 위해 본원에 참고로 포함된다.
본원 및 첨부된 특허 청구 범위에서 사용된 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 문맥 상 명백하게 다르게 지시되지 않는 한 복수 지시 대상을 포함한다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 예를 들어, "자극"에 대한 언급은 복수의 이러한 자극들을 포함하고 "신호"에 대한 언급은 당업자에게 공지된 하나 이상의 신호들 및 그의 등가물에 대한 언급 등을 포함한다.
본 개시의 실시 예는 컴퓨터 프로세서를 갖는 머신 상에서의 실행을 가능하게 하기 위한 제어 로직을 갖는 컴퓨터 사용 가능한 매체 상에 상주할 수 있는 소프트웨어 알고리즘, 프로그램 또는 코드를 포함한다는 것을 이해해야 한다. 기계는 일반적으로 컴퓨터 알고리즘 또는 프로그램의 실행으로부터의 출력을 제공하도록 구성된 메모리 저장 장치를 포함한다.
본원에 사용된 용어 "소프트웨어"는, 구현이 하드웨어, 펌웨어 또는 디스크, 메모리 저장 디바이스 또는 원격 시스템에서 다운로드 될 수 있는 소프트웨어 컴퓨터 제품인지에 관계없이, 호스트 컴퓨터의 프로세서에 있을 수 있는 임의의 코드 또는 프로그램과 동의어를 의미한다. 본원에 기술된 실시 예는 전술한 논리, 수식, 관계 및 알고리즘을 구현하기 위한 소프트웨어를 포함한다. 당업자는 전술한 실시 예에 기초한 예시된 실시 예의 추가 특징 및 장점을 이해할 것이다. 따라서, 도시된 실시 예는 첨부된 청구 범위에 의해 지시된 것을 제외하고 특히 도시되고 설명된 것에 의해 제한되지 않아야 한다.
도 5를 참조하면, 도 3에 도시된 제어기 구성 요소(340)는 예를 들어 프로세싱 시스템(500)으로서 구성될 수 있다. 프로세싱 시스템(500)은 적합한 시스템의 일 예시일 뿐이며, 본원에 기술된 본 개시의 실시 예들의 사용 범위 또는 기능에 관한 제한을 제안하도록 의도되지 않는다. 여하튼, 프로세싱 시스템(500)은 상술한 기능을 구현 및/또는 수행할 수 있다.
프로세싱 시스템(500)은 범용 컴퓨팅 디바이스의 형태로 도 5에 도시되어 있다. 프로세싱 시스템(500)의 구성 요소들은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 하나 이상의 프로세서 또는 프로세싱 유닛(502), 메모리 디바이스(504) 및 메모리 장치들(504)을 포함하는 다양한 시스템 구성 요소들을 프로세싱 유닛(502)에 연결하는 커넥터(들) 또는 버스(506)를 포함할 수 있다. 물리적 구성 요소(20)는 프로세싱 시스템(500)에 포함될 수 있고 커넥터(들)(506)를 통해 또는 프로세싱 디바이스 외부와 통신하고 I/O 인터페이스(508)를 통해 프로세싱 유닛과 통신할 수 있다.
메모리 디바이스(504)는 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및/또는 캐시 메모리와 같은 휘발성 메모리 형태의 판독 가능한 매체를 갖는 시스템 메모리를 포함하는 시스템 메모리를 포함할 수 있다. 메모리 디바이스(504)는 예를 들어 프로그램 데이터(예를 들어, 주파수 값) 및/또는 본 개시 내용의 실시 예의 특정 기능을 수행하도록 구성된 프로그램 가능 명령을 갖는 소프트웨어 모듈과 같은 다른 착탈식/비-착탈식, 휘발성/비-휘발성 컴퓨터 시스템 저장 매를, 추가로 포함 할 수 있다.
프로세싱 시스템(500)은 또한 입/출력(I/O) 인터페이스(508) 또는 하나 이상의 외부 디바이스(510), 키보드, 포인팅 디바이스, 디스플레이 및/또는 다른 컴퓨팅 디바이스와 통신하기 위한 커넥터를 포함 할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 사용자에 대한 출력 통신은 통신 버스를 통해 수행될 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 사용자에 대한 출력 통신은 통신 버스를 통해 수행될 수 있다.
개시된 컨버터(300)의 다양한 실시 예들의 잠재적 이점은 고전압 DC 링크의 입력 전압(22)으로부터 부하(34)에서의 교란을 분리하는 능력 및/또는 부하에서 출력 전압(Vout)으로부터 고전압 DC 링크의 입력 전압(22)에서의 교란을 분리하는 능력이며, 이는 전력 품질을 향상시킨다. 분리는 설명된 외부 전압 루프의 이득을 증가시키지 않고 전체 동강성(iLoad/Vout)을 증가시킨다. 부하 전류(ILoad)가 제2 감지 디바이스(304)를 통해 측정되므로, 부하 전류 교란은 제2 합산 포인트(350)로 합산되어 부하 전류 교란을 분리시킨다. 유사하게, 입력 전압(Vin22, Vin)은 전압 감지 회로(302)에 의해 측정되고 입력 전압 교란을 분리하기 위해 피크 계산 모듈(362)로 공급된다. 광범위한 주파수에 걸친 동강성의 증가는 특히 전류 감지 디바이스(304)에 의해 iLOAD를 측정하고, iLOAD를 사용하여 PWM(54)를 제어하고, 전압 감지 디바이스(302)에 의해 입력 전압(Vin)을 측정하고, 측정된 입력 전압(Vin)을 사용하여 PWM(54)을 제어하고 폴-제로 상쇄 모듈(364)에 의해 iLB_PK_CMD에 대해 수행된 동작들을 수행하여 물리적 구성 요소(20)의 제로를 상쇄하는 능력으로 인해 달성 될 수 있다.
항공기 엔진 관련된 어플리케이션의 예시적인 맥락에서 도시되고 설명되었지만, 당업자는 본 개시에 따른 컨버터(300)가, USB(범용 직렬 버스)를 사용하여 주변 장치를 스마트 폰에 연결, 고 전류 부하로 전력을 효율적으로 구동할 수 있는 부하-점-컨버터, 배터리 충전기, 태양 광 충전기, 클래스 D(Class D) 전력 오디오 증폭기의 전력 단, DC 전압원(예를 들어, 배터리)에서 사인파를 생성하는 순수한 사인파 전력 인버터, 브러시리스 모터 드라이버(예를 들어, 쿼드콥터에서 사용) 또는 항공기 엔진 이외의 목적을 포함하는, 임의의 다른 적합한 어플리케이션에 사용될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
본 발명의 장치 및 방법이 바람직한 실시 예를 참조하여 도시되고 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 변경 및/또는 변형이 이루어질 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.

Claims (20)

  1. 벅 DC-DC 전원 컨버터에 있어서,
    물리적 구성 요소로서,
    DC 링크에 연결된 적어도 하나의 스위치;
    상기 스위치가 턴 온될 때 상기 스위치를 통해 상기 DC 링크로부터 흐르는 전류에 대해 동작하도록 구성된 상기 스위치에 결합된 벅 인덕터; 및
    상기 벅 인덕터에 의해 충전되도록 구성된 출력 커패시터로서, 상기 벅 인덕터는 상기 DC 링크와 상기 출력 커패시터 사이에 결합되고 상기 출력 커패시터는 부하와 병렬로 연결된, 상기 출력 커패시터를 포함하는, 상기 물리적 구성요소; 및
    상기 벅 인덕터로부터 흐르는 전류의 측정치인 측정된 부하 전류 및 상기 DC 링크를 통해 측정된 상기 DC 링크 입력 전압의 측정치인 측정된 입력 전압 중 적어도 하나를 수신하도록 구성된 제어 구성 요소를 포함하고, 제어 구성 요소는,
    상기 적어도 하나의 스위치를 제어하기 위해 제어 신호에 의해 제어되도록 구성된 펄스 폭 변조기(PWM)를 갖고, 상기 제어 신호는 상기 측정된 부하 전류 및 상기 측정된 DC 링크 입력 전압 중 적어도 하나에 기초하는, 컨버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 구성 요소는 상기 측정된 입력 전압 및 상기 출력 커패시터를 통해 측정된 측정된 출력 전압을 수신하도록 구성된 피크 계산 모듈을 더 포함하고, 상기 피크 계산 모듈은 상기 측정된 입력 전압, 상기 측정된 출력 전압, 상기 벅 인덕터의 인덕턴스 및 상기 적어도 하나의 스위치의 스위칭 주파수에 기초하여 피크 전류를 계산하도록 구성된, 컨버터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어 구성 요소는,
    커맨드 전압을 수신하고 상기 커맨드 전압과 상기 측정된 출력 전압 사이의 전압 차이를 결정하도록 구성된 제1 합산 포인트; 및
    상기 전압 차이의 적분 및 비례 전류 중 적어도 하나를 수신하고 적분 및 비례 전류 중 적어도 하나와 상기 측정된 부하 전류의 평균인 평균 전류를 출력하도록 구성된 제2 합산 포인트를 더 포함하는, 컨버터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어 구성 요소는 상기 평균 전류와 상기 피크 전류를 합산하고 상기 합산의 결과를 제3 합산 출력으로서 출력하도록 구성된 제3 합산 포인트를 더 포함하는, 컨버터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어 구성 요소는 상기 제3 합산 출력을 수신하고 상기 출력 커패시터와 관련된 ESR 저항에 의해 생성된 물리적 구성 요소 제로를 상쇄하기 위해 대응되는 시스템 폴을 출력하도록 구성된 폴-제로 상쇄 모듈을 더 포함하는, 컨버터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어 구성 요소는 상기 스위치가 활성화될 때 상기 스위치를 통해 흐르는 측정된 전류와 상기 폴-제로 출력을 비교하고 상기 제어 신호를 출력하도록 구성된 비교기를 더 포함하는, 컨버터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 물리적 구성 요소는 상기 측정된 부하 전류를 측정하도록 구성된 전류 감지 회로를 더 포함하는, 컨버터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 물리적 구성 요소는 상기 측정된 입력 전압을 측정하도록 구성된 전압 감지 회로를 더 포함하는 컨버터.
  9. 벅 DC-DC 전력 컨버터의 제어 구성 요소로서, 상기 제어 구성 요소는,
    상기 벅 DC-DC 전력 컨버터의 물리적 구성 요소의 벅 인덕터로부터 흐르는 전류의 측정치인 측정된 부하 전류 및 상기 벅 DC-DC 전력 컨버터의 상기 물리적 구성 요소의 DC 링크를 통해 측정된 DC 링크 입력 전압의 측정치인 측정된 입력 전압 중 적어도 하나를 수신하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 블록들; 및
    상기 벅 인덕터에 결합된 적어도 하나의 스위치를 제어하여 상기 벅 인덕터가 상기 적어도 하나의 스위치가 턴 온된 경우에만 상기 DC 링크로부터 흐르는 전류에 대해 동작할 수 있도록 하기 위해 제어 신호에 의해 제어되도록 구성된 펄스 폭 변조기(PWM)를 포함하고, 상기 제어 신호는 상기 측정된 부하 전류 및 상기 측정된 입력 전압 중 적어도 하나에 기초하는, 제어 구성 요소.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어 구성 요소는 상기 측정된 입력 전압 및 상기 벅 인버터에 의해 충전되는 상기 물리적 구성 요소의 출력 커패시터를 통해 측정된 측정된 출력 전압을 수신하도록 구성된 피크 계산 모듈을 더 포함하고, 상기 피크 계산 모듈은 상기 측정된 입력 전압, 상기 측정된 출력 전압, 상기 벅 인덕터의 인덕턴스 및 상기 적어도 하나의 스위치의 스위칭 주파수에 기초하여 피크 전류를 계산하도록 구성된, 제어 구성 요소.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어 구성 요소는,
    커맨드 전압을 수신하고 상기 커맨드 전압과 상기 측정된 출력 전압 사이의 전압 차이를 결정하도록 구성된 제1 합산 포인트; 및
    상기 전압 차이의 적분 및 비례 전류 중 적어도 하나를 수신하고 적분 및 비례 전류 중 적어도 하나와 상기 측정된 부하 전류의 평균인 평균 전류를 출력하도록 구성된 제2 합산 포인트를 더 포함하는, 제어 구성 요소.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어 구성 요소는 상기 평균 전류와 상기 피크 전류를 합산하고 상기 합산의 결과를 제3 합산 출력으로서 출력하도록 구성된 제3 합산 포인트를 더 포함하는, 상기 제어 구성 요소.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제어 구성 요소는 상기 제3 합산 출력을 수신하고 상기 물리적 구성 요소의 상기 출력 커패시터와 관련된 ESR 저항에 의해 생성된 물리적 구성 요소 제로를 상쇄하기 위해 대응되는 시스템 폴을 출력하도록 구성된 폴-제로 상쇄 모듈을 더 포함하는, 제어 구성 요소.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어 구성 요소는 상기 스위치가 활성화될 때 상기 스위치를 통해 흐르는 측정된 전류와 상기 폴-제로 출력을 비교하고 상기 제어 신호를 출력하도록 구성된 비교기를 더 포함하는, 상기 제어 구성 요소.
  15. 벅 DC-DC 전력 컨버터를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 벅 DC-DC 전력 컨버터의 물리적 구성 요소의 벅 인덕터로부터 흐르는 전류의 측정치인 측정된 부하 전류 및 상기 벅 DC-DC 전력 컨버터의 상기 물리적 구성 요소의 DC 링크를 통해 측정된 DC 링크 입력 전압의 측정치인 측정된 입력 전압 중 적어도 하나를 수신하는 단계; 및
    펄스 폭 변조기(PWM)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 제어 신호는 상기 측정된 부하 전류 및 상기 측정된 입력 전압 중 적어도 하나에 기초하고, 상기 PWM은 상기 벅 인덕터가 상기 적어도 하나의 스위치가 턴 온될 때에만 상기 DC 링크로부터 흐르는 전류에 대해 동작될 수 있도록 상기 벅 인덕터에 결합된 적어도 하나의 스위치를 제어하도록 구성되는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 벅 인덕터에 의해 충전된 상기 물리적 구성 요소의 출력 커패시터를 통해 측정된 측정된 출력 전압을 수신하는 단계; 및
    상기 측정된 입력 전압, 상기 측정된 출력 전압, 상기 벅 인덕터의 인덕턴스 및 상기 적어도 하나의 스위치의 스위칭 주파수에 기초하여 피크 전류를 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    커맨드 전압을 수신하는 단계;
    상기 커맨드 전압과 상기 측정된 출력 전압 사이의 전압 차이를 결정하는 단계;
    상기 전압 차이의 적분 및 비례 전류 중 적어도 하나를 결정하는 단계; 및
    적분 및 비례 전류 중 적어도 하나와 상기 측정된 부하 전류의 평균인 평균 전류를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 평균 전류와 상기 피크 전류를 합산하는 단계; 및
    상기 합산의 결과를 제3 합산 출력으로서 출력하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    대응되는 시스템 폴을 결정하기 위해 상기 제3 합산 출력에 대해 동작하는 단계;
    상기 물리적 구성 요소의 상기 출력 커패시터와 연관된 ESR 저항에 의해 생성된 물리적 구성 요소 제로를 상쇄시키는 단계;
    상기 스위치가 활성화 될 때 상기 스위치를 통해 흐르는 측정된 전류와 폴-제로 출력을 비교하는 단계; 및
    상기 비교의 결과에 기초하여 상기 제어 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 측정된 부하 전류 및 상기 측정된 입력 전압 중 적어도 하나를 측정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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