제어 블록도: FOC, PFC, LLC

캐스케이드 루프가 동작하는 이유

안쪽 루프가 바깥쪽 루프보다 몇 배 빠르면, 바깥쪽 루프에게 안쪽 루프는 거의 이상적인 구동기로 보입니다. 전류를 요청하면 그 전류가 바로 나오는 셈입니다. 그래서 각 루프를 따로 조정할 수 있습니다. 흔히 쓰는 경험칙은 크로스오버 주파수 사이를 5~10배 띄우고, 모든 루프를 그 루프의 샘플링·스위칭 주파수보다 충분히 낮게 두는 것입니다.

이 구조는 제한을 걸 자리도 자연스럽게 제공합니다. 안쪽 기준값을 제한하면 전류가 제한되어 스위치와 기기를 보호합니다. 제한이 걸려 있는 동안에는 바깥쪽 적분기가 계속 쌓이면 안 되며, 이를 막는 것이 와인드업 방지입니다.

벡터 제어

영구자석 동기 모터의 벡터 제어에서는 속도 제어기가 토크 전류 기준 i_q*를 만들고, 자속 전략이 i_d*를 정합니다. 두 전류 제어기는 정상 상태에서 전류가 일정한 회전 dq 좌표에서 동작하며, 그 전압 지령은 역 Park 변환과 공간 벡터 변조를 거쳐 인버터로 갑니다.

피드백 경로는 반대 방향입니다. ADC가 PWM 주기의 정해진 지점에서 상전류를 샘플링하고, Clarke·Park 변환이 이를 dq 좌표로 옮기며, 엔코더나 관측기가 두 변환에 쓸 회전자 각도와 바깥쪽 루프에 쓸 속도 추정값을 줍니다. 이 사이트의 Clarke·Park, SVPWM, PWM·ADC 타이밍 시각 자료가 이 블록들이 실제로 움직이는 모습을 보여 줍니다.

이중 루프 부스트 PFC

평균 전류 모드 PFC는 일정한 DC 버스를 유지하면서 정현파 전류를 끌어와야 합니다. 안쪽 전류 루프는 정류된 계통 전압 모양의 기준을 따라가며 수 kHz의 크로스오버가 필요합니다. 바깥쪽 전압 루프는 그 기준의 진폭만 정합니다. 버스 전압에 상용 주파수 두 배의 리플이 있으므로 전압 루프는 보통 10~20 Hz로 느려야 하며, 더 빠르면 그 리플이 전류 기준에 옮겨 가 입력 전류가 왜곡됩니다.

기준을 RMS 입력 전압의 제곱으로 나누면 저입력에서 고입력까지 전압 루프 이득이 같게 유지됩니다. 이 사이트의 PFC 루프 계산기는 TI 응용 노트 U-134의 방식으로 두 루프를 계산하고, 부스트 PFC 계산기는 파워 스테이지를 설계합니다.

LLC 전압 루프

LLC 컨버터는 듀티가 아니라 주파수로 제어합니다. 보상기 출력이 주파수 지령이 되고, 공진 탱크가 주파수를 이득으로 바꿉니다. 공진점 위에서는 주파수가 높을수록 출력이 낮아지므로, 출력이 높으면 루프가 주파수를 올려야 합니다. 벅 컨버터의 듀티 루프와 부호가 반대입니다.

플랜트는 부하와 입력 전압에 따라 크게 바뀌고, 피드백은 보통 포토커플러로 절연 경계를 건너며 그 자체의 극점과 이득 편차가 더해집니다. 한 점이 아니라 동작 범위의 모서리 조건에서 루프를 확인하세요. LLC 설계 계산기는 탱크 이득 곡선을, LLC 루프 계산기는 보상된 루프를 보여 줍니다.

블록도 읽는 법

블록도 아래의 대역 띠는 일반적인 설계의 예시 값으로, 루프 사이의 간격을 보여 줄 뿐 여러분의 컨버터 목표값이 아닙니다. 루프 표시를 켜면 어떤 블록이 안쪽 루프와 바깥쪽 루프에 속하는지 보이고, 블록을 누르면 그 블록을 자세히 다루는 계산기나 시각 자료로 가는 링크가 나옵니다.