DSP를 이용한 태양전지용 DC-DC컨버터의 피이드백 제어 = Feedback control of DC-DC converters for solar-cell using DSP

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 DSP를 이용한 DC-DC 컨버터의 제어 방법에 대해서 고찰하고 하나의 DSP로 강압형 컨버터(Buck Converter)와 승압형 컨버터 (Boost Converter)의 서로 다른 종류로 구성된 단일입력 다중출력(SIMO, Single Input Multi Output) 시스템에 대한 제어 방법을 제안한다.
시스템의 입력으로 태양전지가 사용되었고, 기상 상태의 변화 등으로 인해 태양전지의 출력전압이 변화됨으로써 발생하는 입력 전압 및 전류의 변화와 각 컨버터의 출력단에 연결된 부하에 의한 출력 전류의 변화에 대해 나타나게 되는 과도응답은 비선형 제어 알고리즘이 적용되어 이를 개선한다. 시스템은 불연속 선형 시스템(Piecewise Linear System)으로 모델링 및 해석되었으며 MATLAB을 이용해 시뮬레이션 되었다.
본 논문에서 제안된 시스템은 100KHz의 높은 스위칭 주파수를 가지는 다수의 컨버터를 동시에 제어하는 디지털 제어를 구현하였다. 이는 기존의 디지털 제어기를 이용한 컨버터에 비해 소형 및 경량화를 이룰 수 있고, DSP를 효율적으로 이용 할 수 있다. 또한 제어성능이 우수하면서도 구조가 간단하고, 제어방식 또한 DSP의 연산량이 작도록 구성되어있다. 그리고 DSP의 직렬포트를 이용하여 컨버터의 시비율 및 출력전압에 대한 모니터링이 가능하고, 외부 버튼을 이용하여 동작 범위 내에서 원하는 출력전압에 대한 변경이 가능하도록 구현되었다.
시뮬레이션은 상태평균화법(State-Space Averaging Method)을 사용하지 않고 각 컨버터의 구동부가 가지는 두 상태가 고려되어 수행되어 설계 시에 나타나는 여러 파라미터의 영향에 대해 관찰될 수 있도록 하였고, 실험을 통해 검증되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this thesis, we present a technique of feedback control for SIMO(single-input multi-output) system as different types of DC-DC converter composed of buck converter and boost converter using single DSP.
The system input is solar cell. To improve dynamic response due to the variation of input voltage and current from solar cell caused by weather condition, nonlinear control algorithm is applied. The system is modeled as a piecewise linear system and simulated by MATLAB.
Simulation result and experimental system are also compared with analog feedback control system.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 PWM DC-DC 컨버터의 모델링 4
• 2.1 강압형 PWM DC-DC 컨버터의 모델링 5
• 2.2 승압형 PWM DC-DC 컨버터의 모델링 8
• 2.3 컨버터 출력 10
• 제 3 장 제어기 설계 14
• 3.1 제어 알고리즘 수행 시간제한 14
• 3.2 변수 정리 15
• 3.3 제어 알고리즘 16
• 3.4 부가기능 17
• 제 4 장 시스템 구현 19
• 4.1 태양전지 19
• 4.2 컨버터 19
• 4.3 제어기 20
• 제 5 장 시뮬레이션 및 실험 결과 22
• 5.1 시뮬레이션 22
• 5.2 실험 결과 25
• 제 6장 결론 28