표제지
목차
국문요약 9
1. 서론 12
1.1. 연구의 배경 12
1.2. 논문의 목적 및 구성 15
2. 저전압 직류 변환 장치 시스템 (LDC) 18
2.1. LDC 회로 구성 18
2.2. LDC 스위칭 시퀀스 19
2.3. LDC 동작 20
3. EMI 25
3.1. EMI 규격 25
3.2. EMI 분류 26
3.3. EMI 측정 방법 27
3.4. EMI 저감 방안 28
4. 디지털 제어시스템의 하드웨어 설계 및 구성 31
4.1. 마이크로컨트롤러 33
4.2. 마이크로컨트롤러 핀 설정 35
5. 디지털 제어시스템의 소프트웨어 설계 및 구현 38
5.1. 제어시스템 소프트웨어 아키텍처 38
5.2. 스위칭 시퀀스 39
5.3. A/D 변환 수행 시퀀스 43
5.4. 제어 알고리즘 45
5.5. 시스템 프로텍션 47
5.6. CAN 통신 49
5.7. 소프트웨어 플로우 차트 51
5.8. 모의 실험 53
6. 디지털 주파수 변조 설계 및 구현 57
6.1. 변조 파라미터 59
6.2. 변조 프로파일 61
6.3. EMI 감소율 66
6.4. 디지털 주파수 변조 구현 68
6.5. 소프트웨어 플로우 차트 77
6.6. ISR 수행 시퀀스 78
6.7. 모의 실험 81
7. 실험 결과 87
7.1. 실험 환경 구성 87
7.2. 실험 결과 88
8. 결론 92
참고문헌 93
Abstract 96
Table 1. TC222 Specifications 33
Table 2. Q1 ~ Q9 PWM 신호 초기 TOM channel 설정 값 40
Table 3. A/D conversion trigger PWM 신호 초기 TOM channel 설정 값 44
Table 4. A/D conversion Result 범위 체크 판단 기준 값 47
Table 5. 각 변수에 대한 H/W Protection 신호 48
Table 6. Charger Enable 신호 level에 따른 외부 전압 공급 여부 48
Table 7. 디지털 제어시스템이 상위제어기로부터 수신하는 Message 정보 49
Table 8. 디지털 제어시스템이 상위제어기로 송신하는 Message 정보 50
Table 9. 변조 프로파일/종류/파라미터 선정 결과 69
Table 10. 주파수 변조 구간에 따른 스위칭 주파수 70
Table 11. Q9 reset ISR 발생 시점 별 TOM timer CM1 설정 값 73
Table 12. Q9 reset ISR 발생 시점 별 TOM timer CM0 설정 값 73
Table 13. ISR 분류와 발생 시점 및 수행 시간 78
Table 14. 변조 프로파일 별 EMI 스펙트럼 최대치 비교 (160kHz 고조파) 84
Table 15. 변조 종류 별 EMI 스펙트럼 최대치 비교 (160kHz 고조파) 85
Figure 1. 유럽연합의 배기가스 배출규제 추이 12
Figure 2. 세계 주요국 대형 상용차 환경규제 현황 13
Figure 3. 전기자동차 내 전력변환 장치 구성 13
Figure 4. LDC 시스템 구성 18
Figure 5. LDC 시스템 회로도 19
Figure 6. LDC 스위칭 시퀀스 20
Figure 7. pre-regulator 단 동작 구간 21
Figure 8. pre-regulator 단 동작 모드 22
Figure 9. bus converter 단 동작 구간 23
Figure 10. bus converter 단 동작 모드 24
Figure 11. 전자파 관련 협회 별 EMI 규격 25
Figure 12. EMC/EMI/EMS 분류 26
Figure 13. 전력전자 시스템 내 CM 및 DM 성분 27
Figure 14. CE 측정을 위한 LISN 회로 구성 (CISPR25) 28
Figure 15. SSCG를 이용한 아날로그 회로 레벨 SS 기법 구현 30
Figure 16. LDC 시스템 및 디지털 제어 보드 구성도 31
Figure 17. TC222 블록 다이어그램 33
Figure 18. TC222 PG-TQFP-80-7 package pin configuration 35
Figure 19. LDC 제어를 위한 TC222 peripheral 37
Figure 20. LDC 디지털 제어시스템 S/W 아키텍처 38
Figure 21. TOM 설정에 따른 PWM 신호 출력 39
Figure 22. LDC 스위치 PWM 신호 출력 예시 42
Figure 23. A/D conversion 시퀀스 44
Figure 24. A/D conversion trigger PWM 신호 출력 예시 44
Figure 25. LDC 제어 블록도 45
Figure 26. LDC 디지털 제어시스템 S/W 플로우 차트 (A/D conversion ISR) 52
Figure 27. LDC 시뮬레이션 회로도 53
Figure 28. 출력전압 가변 제어 결과 측정 파형(모의 실험) 54
Figure 29. 출력전류 가변 제어 결과 측정 파형(모의 실험) 55
Figure 30. 출력전압 14V 고정 제어 결과 측정 파형(모의 실험) 56
Figure 31. 주파수 변조에 의한 EMI 스펙트럼 분산 효과 58
Figure 32. 주파수 변조 종류 및 변조 파라미터 60
Figure 33. 사인파 변조 프로파일 61
Figure 34. 사인파 변조 결과 스펙트럼 파형 62
Figure 35. 삼각파 변조 프로파일 63
Figure 36. 삼각파 변조 결과 스펙트럼 파형 64
Figure 37. Hershey-Kiss 변조 프로파일 64
Figure 38. Hershey-Kiss 변조 결과 스펙트럼 파형 66
Figure 39. 스펙트럼 분석기 분해능에 따른 EMI 감소율 측정 결과 66
Figure 40. 80kHz → 90kHz, 160kHz → 180kHz 주파수 변조 71
Figure 41. 90kHz → 80kHz, 180kHz → 160kHz 주파수 변조 71
Figure 42. 주파수 구간 내 Q9 reset ISR 발생 시점 72
Figure 43. 변조 구간 경계에서의 TOM timer 주기 및 duty 변화 76
Figure 44. 디지털 주파수 변조 적용 PWM 신호 측정 파형 76
Figure 45. 디지털 주파수 변조 S/W 플로우 차트 (Q9 reset ISR) 77
Figure 46. A/D conversion ISR 수행 시퀀스 78
Figure 47. Q9 reset ISR 수행 시퀀스 78
Figure 48. A/D conversion ISR 및 Q9 reset ISR 수행 시퀀스 80
Figure 49. LISN 적용 LDC 시뮬레이션 회로도 81
Figure 50. 주파수 변조 적용 전 EMI 스펙트럼 측정 결과 82
Figure 51. 변조 프로파일 구현 결과 82
Figure 52. 사인파 변조 EMI 스펙트럼 측정 결과 83
Figure 53. 삼각파 변조 EMI 스펙트럼 측정 결과 83
Figure 54. Hershey-Kiss 변조 EMI 스펙트럼 측정 결과 83
Figure 55. center spreading 변조 EMI 스펙트럼 측정 결과 85
Figure 56. down spreading 변조 EMI 스펙트럼 측정 결과 85
Figure 57. EMI 감소율 측정 결과 86
Figure 58. LDC 디지털 제어 시스템 실험 장비 구축 환경 87
Figure 59. LDC 디지털 제어 시스템 출력전류 가변 제어 결과 파형 88
Figure 60. LDC 디지털 제어 시스템 출력전압 가변 제어 결과 파형 89
Figure 61. LDC 디지털 제어 시스템 출력전압 14V 고정 제어 결과 91