KR100535082B1 - 두 개의 배터리를 입출력으로 하는 직류 컨버터의돌입전류 방지회로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 두 개의 배터리를 입출력으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터에서 돌입전류를 방지하기 위한 회로로서, 그 구성은 전압원으로부터 전원을 인가받는 입력단; 상기 입력단으로 인가된 입력전압의 스위칭동작을 위한 스위칭부; 상기 스위칭부를 통한 신호의 필터링을 위한 필터부; 상기 필터부를 통해 필터링된 인가된 전압을 출력하는 출력단; 상기 출력단에서의 출력전압과 기준전압의 차에 의해 PWM 신호를 출력하기 위한 것으로서, 기준전압을 발생하는 기준전압발생기와, 상기 기준전압발생기로부터 입력된 기준전압과 상기 출력단에서의 출력전압을 비교하여 오차를 출력하는 오차증폭기와, 상기 오차증폭기로부터 신호를 입력받아 PWM 기준클럭신호를 발생시키는 PWM 기준클럭 발생기를 포함하는 PWM 신호발생부; 상기 PWM 신호발생부의 오차증폭기 신호를 입력받아 입,출력단의 전압과 비교하여, 상기 스위칭부의 구동을 위한 스위치구동 동작(on)신호를 출력하는 스위치구동 신호발생부; 및 상기 스위치구동 신호발생부로부터 스위치구동 동작신호를 입력받아, 상기 PWM 신호발생부로부터 발생된 PWM 신호를 스위칭부에 전달하여 스위칭부의 동작이 이루어지도록 하는 온/오프 회로부로 구성된다.
Description
본 발명은 두 개의 배터리를 입출력으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터에서 초기 돌입전류를 방지하기 위한 회로에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 온/오프 회로를 이용하여 DC/DC 컨버터의 출력전압과 기준전압의 오차를 원하는 상태까지 스위칭소자의 구동을 오프동작시킨 후 스위치구동 신호발생부의 제어신호에 따라 온/오프 회로에 의해 펄스폭변조(PWM) 신호가 전달되어 스위칭소자의 구동을 온 동작시켜 전원입력시나 재동작시의 돌입전류를 방지하여 컨버터 소자의 파손을 방지토록 한 DC/DC 컨버터의 돌입전류 방지회로에 관한 것이다.
비절연 스위칭 DC/DC 컨버터 즉, 전원제어장치는 입력단에 연결된 전압원으로부터 전원을 공급받아 출력전압이 부하조건에 상관없이 일정한 값으로 유지될 수 있도록 한 장치로서, 입력전압에 대한 출력전압의 극성과 크기에 따라 대표적으로 강압형과 승압형으로 구분할 수 있다. 도 1a와 2a에 대표적인 전압형 PWM IC와 전류형 PWM IC를 이용한 DC/DC 컨버터의 구성을 도시하였다. 도 1b는 도 1a의 신호 타이밍도이며, 도 2b는 도 2a의 신호 타이밍도이다.
도 1a와 2a에서 보는 바와 같이, DC/DC 컨버터는 출력전압의 유지를 위해 기준 전압과 실제 출력전압과의 차를 삼각파(도 1a의 ①) 또는 스위칭소자(12)의 전류(도 2a의 ①)와 비교하여 스위칭소자(12)의 온/오프 듀티비를 조절하는 형태로 이루어진다. 즉, 도 1a와 2a에 도시된 DC/DC 컨버터는 신호 타이밍도(도 1b와 2b)에서 보는 바와 같이, 전원 입력 후 출력전압의 오버슈트(overshoot)나 출력 커패시터에 흐르는 과도한 전류로 인한 소자의 파손을 방지할 목적으로, 출력전압을 서서히 올려주기 위해 출력전압이 정상상태에 이를 때까지 즉, 정상 듀티가 될 때까지 듀티비를 서서히 증가시키는 소프트 스타트 기능(타이밍도에서 과도상태를 의미함)을 갖고 있다. 도 1c는 도 1a에 도시된 DC/DC 컨버터의 이상적인 신호 타이밍도를 나타낸다.
상기와 같은 하나의 전압원을 사용하는 종래의 DC/DC 컨버터에 있어서는, 초기 가동시 듀티가 서서히 변하는 소프트 스타트 기능을 사용해도 돌입전류가 발생하지 않는다. 그러나, 두 개의 전압원을 입출력으로 이용하는 DC/DC 컨버터에 있어서는, 전원 입력시나 정지모드에서 운전모드로 바뀔 경우 즉, 재동작시에 배터리의 전압에 따른 정해진 듀티비로 스위칭동작이 순간적으로 이루어지지 않으면 두 전압원간의 단락현상의 발생으로 무한대의 전류가 흘러 사용 소자의 파손이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 온/오프 회로를 이용하여 DC/DC 컨버터의 출력전압과 기준전압의 오차를 원하는 상태까지 스위칭소자의 구동을 오프동작시킨 후 스위치구동 신호발생부의 제어신호에 따라 온/오프 회로에 의해 PWM 신호를 전달하여 스위칭소자의 구동을 온 동작시켜 전원입력시나 재동작시의 돌입전류를 방지하여 DC/DC 컨버터 소자의 파손을 방지할 수 있는 DC/DC 컨버터의 돌입전류 방지회로를 제공하는 것이다.
상기 목적을 이루기 위한, 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터는
전압원으로부터 전원을 인가받는 입력단;
상기 입력단으로 인가된 입력전압의 스위칭동작을 위한 스위칭부;
상기 스위칭부를 통한 신호의 필터링을 위한 필터부;
상기 필터부를 통해 필터링된 인가된 전압을 출력하는 출력단;
상기 출력단에서의 출력전압과 기준전압의 차에 의해 펄스폭변조(PWM) 신호를 출력하기 위한 것으로서, 기준전압을 발생하는 기준전압발생기와; 상기 기준전압발생기로부터 입력된 기준전압과 상기 출력단에서의 출력전압을 비교하여 오차를 출력하는 오차증폭기와; 상기 오차증폭기로부터 신호를 입력받아 PWM 기준클럭신호를 발생시키는 PWM 기준클럭 발생기를 포함하는 PWM 신호발생부;
상기 PWM 신호발생부의 오차증폭기 신호를 입력받아 입,출력단의 전압과 비교하여, 상기 스위칭부의 구동을 위한 스위치구동 동작(on)신호를 출력하는 스위치구동 신호발생부; 및
상기 스위치구동 신호발생부로부터 스위치구동 동작신호를 입력받아, 상기 PWM 신호발생부로부터 발생된 PWM 신호를 스위칭부에 전달하여 스위칭부의 동작이 이루어지도록 하는 온/오프 회로부로 구성된다.
본 발명은 스위칭소자의 게이트단을 온/오프 제어하는 온/오프회로를 두어, DC/DC 컨버터로의 전원입력시나 재동작시에는 스위칭소자의 구동을 오프동작시킨 후 스위치구동 신호발생부의 제어신호에 따라 온/오프 회로에 의해 펄스폭변조(PWM) 신호를 스위칭소자로 전달하여 스위칭소자의 구동을 온 동작시켜 돌입전류를 방지하도록 한 DC/DC 컨버터의 돌입전류 방지회로이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
<실시예>
구성
본 발명의 실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 구성을 도 3a에 도시하였다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터는
전압원으로부터 전원을 인가받는 입력단;
상기 입력단으로 인가된 입력전압의 스위칭동작을 위한 스위칭부(12);
상기 스위칭부를 통한 신호의 필터링을 위한 필터부(14);
상기 필터부를 통해 필터링된 인가된 전압을 출력하는 출력단;
상기 출력단에서의 출력전압과 기준전압의 차에 의해 PWM 신호를 출력하기 위한 것으로서, 기준전압을 발생하는 기준전압발생기(16)와; 상기 기준전압발생기로부터 입력된 기준전압과 상기 출력단에서의 출력전압을 비교하여 오차를 출력하는 오차증폭기(18)와; 상기 오차증폭기로부터 신호를 입력받아 PWM 기준클럭신호를 발생시키는 PWM 기준클럭 발생기(28)를 포함하는 PWM 신호발생부(36);
상기 PWM 신호발생부의 오차증폭기(18) 신호를 입력받아 입,출력단의 전압과 비교하여, 상기 스위칭부(12)의 구동을 위한 스위치구동 동작(on)신호를 출력하는 스위치구동 신호발생부(34); 및
상기 스위치구동 신호발생부(34)로부터 스위치구동 동작신호를 입력받아, 상기 PWM 신호발생부(36)로부터 발생된 PWM 신호를 스위칭부(12)에 전달하여 스위칭부의 동작이 이루어지도록 하는 온/오프 회로부(32)로 구성된다.
상기의 구성에서, 본 발명에 따른 온/오프 회로부(32)의 구성은 트랜지스터(Tr)를 이용한 온/오프회로이며, 상기 스위치구동 신호발생부(34)는 마이크로프로세서 또는 비교기(comparator)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 PWM 신호발생부(36)는 기준전압과 출력전압과의 차를 스위칭부(12)의 전류(①)와 비교하여 PWM 신호를 출력하는 것 또한 가능하다. 즉, 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 PWM 신호발생부(36)는 전압형과 전류형 두 형태가 모두 가능하다.
이와같은, 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터는 승압형 또는 강압형의 단방향구동뿐만 아니라, 승압형과 강압형으로 구동되는 양방향구동이 모두 가능한데 이를 위해서는 동일한 입력, 출력 전압일지라도 변환방향에 따라 필요한 듀티가 틀려지므로, 정확한 스위치 구동시점을 결정하기 위해서는 승압형과 강압형을 다르게 생각해야 한다. 즉, 스위치구동 신호발생부(34)를 두 종류의 비교 레벨을 갖는 비교기회로나 마이크로프로세서에서는 소프트웨어적으로 차단시간을 산출하여 구동시키는 것이 필요할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 동작을 살펴본다.
동작
본 발명의 실시예에 따른 DC/DC 컨버터의 동작을 도 3a를 중심으로 신호 타이밍도인 도 3b를 참조하여 설명한다.
도 3a에서 보는 바와 같이, 본 발명에서는 PWM 신호발생부(36)와 스위칭부(12) 사이에 두 회로 즉, 온/오프 회로부(32)와 스위치구동 신호발생부(34)를 두어 스위칭부(12)의 구동을 제어할 수 있도록 한 것이다.
먼저, 상기 온/오프 회로부(32)는 스위칭소자(12)의 게이트단을 온/오프 제어하기 위한 것으로서, DC/DC 컨버터로의 전원입력시나 재동작시에 스위칭부(12)의 구동을 오프상태로 유지시킨다.
한편, PWM 신호발생부(36)의 오차증폭기(18)에서는 전압원으로부터 인가된 출력전압을 기준전압발생기(16)로부터 출력된 기준전압과 비교하여 오차신호를 출력한다(②). 상기 오차신호(②)는 PWM 기준클럭 발생기(28)로 입력되어 PWM 기준클럭을 출력(④)하도록 함과 동시에, 스위치구동 신호발생부(34)로 입력된다.
상기 스위치구동 신호발생부(34)에서는 입력된 오차신호를 입,출력전압의 비교값과 비교한 후 오차신호가 원하는 상태 즉, 오차신호가 원하는 듀티를 출력하는 상태가 되면 스위칭부(12)의 구동을 위한 제어신호(⑤)를 온/오프 회로부(32)로 출력한다. 상기 스위칭 구동신호를 입력받기 전까지 온/오프 회로부(32)는 스위칭부(12)의 구동을 오프시키고 있다가, 스위칭 구동신호를 입력 받으면 스위치 구동신호(⑥) 즉, PWM 신호발생부(36)로부터 출력된 PWM 신호를 스위칭부(12)로 전달하여 스위칭부(12)의 구동이 이루어지도록 한다.
이와같이, 오차가 작아진 상태에서 온/오프 회로부(32)에 의해 스위칭부(12)를 구동시켜, 스위칭소자(12)의 게이트단의 입력 듀티는 정상상태에서 필요한 듀티와 유사한 값을 갖게 되므로 돌입전류를 방지할 수 있는 것이다. 즉, 스위칭부(12)의 구동(온/오프)을 조절하여, 전원입력시나 재동작시의 돌입전류를 방지하는 것이다. 이는, 도 3b의 신호 타이밍도에서 보는 바와 같이, 전원이 투입된 후 온/오프 회로부에 의해 스위칭부가 오프동작되어 "차단상태"가 유지된 후 스위치구동 신호발생부로부터 제어신호가 인가되면 온/오프 회로부에 의해 스위칭부가 구동되어 "정상상태"가 유지되는 것이다.
또한, 상기 PWM 신호발생부(36)는 전류형으로도 가능한데, 전류형인 경우의 동작은 기준전압과 출력전압의 차를 스위칭부(12)에서의 전류(①)와 비교하여 PWM 신호의 출력이 이루어지도록 하는 것이다.
또한, 상기 스위치구동 신호발생부(34)는 앞서 "구성"에서 설명한 바와 같이, 마이크로프로세서 또는 전용 비교기(comparator)를 이용하여 가능한데, 마이크로프로세서를 이용할 경우에는 소프트웨어적으로 차단시간을 산출하여 구동시킬 수 있으며, 또한, 전용 비교기를 이용할 경우에는 입,출력 전압을 비교한 테이블(table)을 이용하여 온/오프 회로부로 출력되는 스위치구동 동작신호의 출력시간을 설정할 수도 있을 것이다.
이와같은, 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터는 자동차용 42V/14V의 DC/DC 컨버터의 단방향구동뿐만 아니라, 강압모드와 승압모드의 양방향구동이 모두 가능한 특징이 있다.
이상에서 바람직한 실시예를 중심으로 본 발명을 설명하였으나 본 발명의 기술적사상이 이에 한정되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명에 따른 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항의 합리적인 해석에 의해 결정되어져야 한다.
본 발명의 직류 컨버터의 돌입전류 방지회로에 따르면, 전원입력 직후나 재동작시에는 온/오프회로에 의해 스위칭소자의 구동을 오프시키고 스위치구동 신호발생부로부터 스위칭소자 구동을 위한 제어신호가 입력된 경우에 스위칭소자를 구동시켜, 전원입력 직후나 재동작시의 돌입전류를 방지하여 DC/DC컨버터 소자의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 종래 전압형 PWM IC를 이용한 DC/DC 컨버터 블록 구성도.
도 1b는 도 1a의 DC/DC 컨버터의 신호 타이밍도.
도 1c는 도 1a의 DC/DC 컨버터의 이상적인 신호 타이밍도.
도 2a는 종래 전류형 PWM IC를 이용한 DC/DC 컨버터 블록 구성도.
도 2b는 도 2a의 DC/DC 컨버터의 신호 타이밍도.
도 3a는 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 블록 구성도.
도 3b는 도 3a의 DC/DC 컨버터의 신호 타이밍도.
<도면부호의 설명>
12 스위칭소자 14 필터
16 기준전압발생기 18 오차증폭기
20 삼각파발생기 22 비교기
24 전압형 PWM IC 26 플립플롭
28 PWM 기준클럭 발생기 30 전류형 PWM IC
32 온/오프 회로부 34 스위치구동 신호발생부
36 PWM 신호발생부
Claims (5)
- 두 개의 배터리를 입출력으로 하며, 돌입전류의 방지를 위한 DC/DC 컨버터에 있어서,전압원으로부터 전원을 인가받는 입력단;상기 입력단으로 인가된 입력전압의 스위칭동작을 위한 스위칭부;상기 스위칭부를 통한 신호의 필터링을 위한 필터부;상기 필터부를 통해 필터링된 인가된 전압을 출력하는 출력단;상기 출력단에서의 출력전압과 기준전압의 차에 의해 펄스폭변조(PWM) 신호를 출력하기 위한 것으로서, 기준전압을 발생하는 기준전압발생기와; 상기 기준전압발생기로부터 입력된 기준전압과 상기 출력단에서의 출력전압을 비교하여 오차를 출력하는 오차증폭기와; 상기 오차증폭기로부터 신호를 입력받아 PWM 기준클럭신호를 발생시키는 PWM 기준클럭 발생기를 포함하는 PWM 신호발생부;상기 PWM 신호발생부의 오차증폭기 신호를 입력받아 입,출력단의 전압과 비교하여, 상기 스위칭부의 구동을 위한 스위치구동 동작(on)신호를 출력하는 스위치구동 신호발생부; 및상기 스위치구동 신호발생부로부터 스위치구동 동작신호를 입력받아, 상기 PWM 신호발생부로부터 발생된 PWM 신호를 스위칭부에 전달하여 스위칭부의 동작이 이루어지도록 하는 온/오프 회로부로 구성되는 두 개의 배터리를 입출력으로 하는 직류 컨버터의 돌입전류 방지회로.
- 제 1항에 있어서,상기 PWM 신호발생부는 기준전압과 출력전압과의 차를 스위칭부의 전류와 비교하여 PWM 신호의 출력이 가능한 것을 특징으로 하는 두 개의 배터리를 입출력으로 하는 직류 컨버터의 돌입전류 방지회로.
- 제 1항에 있어서,상기 스위치구동신호발생부는 마이크로프로세서 또는 비교기인 것을 특징으로 하는 두 개의 배터리를 입출력으로 하는 직류 컨버터의 돌입전류 방지회로.
- 제 1항에 있어서,상기 DC/DC 컨버터는 승압형 또는 강압형의 단방향구동이 가능한 것을 특징으로 하는 두 개의 배터리를 입출력으로 하는 직류 컨버터의 돌입전류 방지회로.
- 제 1항에 있어서,상기 DC/DC 컨버터는 승압형 및 강압형의 양방향구동이 가능한 것을 특징으로 하는 두 개의 배터리를 입출력으로 하는 직류 컨버터의 돌입전류 방지회로.
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