KR100581288B1

KR100581288B1 - 출력전원 안정화를 위한 전원공급장치

Info

Publication number: KR100581288B1
Application number: KR1020040056386A
Authority: KR
Inventors: 최덕관
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2006-05-17
Also published as: KR20060007562A

Abstract

본 발명은 차량의 42V 시스템의 PCU 내에서의 출력전원 안정화를 위한 플라이백 컨버터방식의 전원공급장치(SMPS)로서, 그 구성은

입력전압(Vin)이 인가되는 입력단;

상기 입력단에 연결되어 전원을 인가받는 소정 권선수를 갖는 1차측과 소정 권선수를 갖는 2차측으로 이루어진 한 개 이상의 변압기;

상기 각 변압기의 입력단이 연결된 1차측의 타단에 연결되어, 각 변압기로의 입력전압을 스위칭제어하기 위한 스위칭소자;

상기 각 스위칭소자의 동작상태에 따라 각 변압기를 통한 전압을 출력하는 출력단; 및

상기 각 변압기의 출력단과 스위칭소자 사이에 연결되어, 각 변압기를 통한 출력전원의 피드백제어를 위한 PWM제어수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

SMPS, 플라이백, 컨버터, 변압기, PWM

Description

출력전원 안정화를 위한 전원공급장치 {A switched mode power supply for stabilizing output power}

도 1은 종래 차량의 42V 시스템의 PCU내 제어전원 공급용 전원공급장치의 간략 회로 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 42V 시스템의 PCU내 제어전원 공급용 전원공급장치의 간략화한 예시 회로 구성도.

본 발명은 출력전원 안정화를 위한 전원공급장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 차량의 42V 시스템의 PCU 내에서의 출력전원 안정화를 위한 제어전원 공급용 전원공급장치(SMPS)에 관한 것이다.

종래 42V 시스템의 PCU(Power Control Unit)내 제어전원 공급용 SMPS(Switched Mode Power Supply)는 도 1에 도시된 바와 같이, PCU내 제어전원 공급을 위한 SMPS 입력전원으로는 배터리(+7V ~ +20V, 피드백 제어전원은 +12V 사용)를 사용하는데, 배터리의 가변입력 특성을 고려하여 입력전압이 가변되더라도 안정된 출력전압을 보장하기 위해 입,출력 절연과 승압 및 강압기능이 있는 절연형 벅- 부스트(buck-boost) 컨버터인 플라이백(flyback) 방식의 SMPS를 채택하여 사용하였다.

상기 SMPS는 하나의 PWM IC의 출력전압 피드백 제어와 하나의 변압기에서 멀티 와인딩(Multi-Winding) 방식으로 4개의 출력전압을 만들어 내었다. 그러나, 멀티 와인딩 방식에서 1개의 변압기에서 권선비에 따른 출력을 만들어 내기 때문에 4개의 출력전원 중 한 곳에서 순간적으로 과부하가 발생할 경우 출력전원 한 곳의 과부하 전류가 변압기(T1)의 플럭스(flux)를 증가시키게 되고, 따라서 나머지 전원들의 부하가 순간적으로 증가되어 이 출력전원을 사용하고 있는 소자들의 파괴를 초래할 수 있는 문제점을 갖고 있다. 즉, 출력전류의 제한을 보장할 수 없으므로 4개의 전원 중 한 곳에서의 순간적인 과부하가 나머지 전원을 사용하고 있는 소자들에게 악영향(소자 파괴 등)을 미칠 수 있는 것이다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 42V 시스템의 PCU내 출력전원 안정화를 위해 각 출력전원을 개별적으로 PWM 피드백제어토록 하여 한 전원에서의 부하변동이 다른 전원에 영향을 미치지 못하도록 함으로써, 출력전원에 대한 개별적인 안전성을 부여할 수 있도록 한 출력전원 안정화를 위한 전원공급장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 이루기 위한, 본 발명에 따른 전원공급장치는

입력전압(Vin)이 인가되는 입력단;

본 발명은 차량의 42V 시스템의 PCU내 출력전원 안정화를 위해 각 출력전원을 개별적으로 PWM 피드백제어토록 하여, 각 출력전원에 대한 개별적인 안전성을 부여할 수 있도록 한 출력전원 안정화를 위한 전원공급장치이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

실시예

본 실시예에 따른 차량의 42V 시스템의 PCU내 출력전원 안정화를 위한 제어전원 공급용 전원공급장치(SMPS)를 4개의 출력전원을 갖는 전원공급장치를 예로 들어 설명한다. 이는, 도 2의 간략화한 회로 구성도와 같다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전원공급장치는

입력전압(Vin)이 인가되는 입력단;

상기 입력단에 연결되어 전원을 인가받는 소정 권선수를 갖는 1차측(N11, N21, N31, N41)과 소정 권선수를 갖는 2차측(N12, N22, N32, N42)으로 이루어진 한 개 이상의 변압기(T1, T2, T3, T4);

상기 각 변압기(T1, T2, T3, T4)의 입력단이 연결된 1차측의 타단에 연결되어, 각 변압기로의 입력전압을 스위칭제어하기 위한 스위칭소자(미도시, MOSFET);

상기 각 스위칭소자(MOSFET)의 동작상태에 따라 각 변압기(T1, T2, T3, T4)를 통한 전압을 출력하는 출력단(V01, V02, V03, V04); 및

상기 각 변압기의 출력단(V01, V02, V03, V04)과 스위칭소자(MOSFET) 사이에 연결되어, 각 변압기(T1, T2, T3, T4)를 통한 출력전원의 피드백제어를 위한 PWM제어수단(미도시, PWM IC)으로 구성되어, 각 변압기(T1, T2, T3, T4)를 통한 각각의 출력전원(V01, V02, V03, V04)을 개별적으로 피드백제어하여 각 출력전원에 대한 개별적인 안전성을 부여하는 것을 특징으로 한다.

상기의 구성에서, 본 실시예에서는 상기 각 변압기의 2차측((N12, N22, N32, N42)에 연결되어 스위칭소자(MOSFET)의 동작상태에 따라 도통 또는 차단되는 다이오드(D1, D2, D3, D4)와, 상기 각 다이오드(D1, D2, D3, D4)에 병렬 연결되어 각 변압기의 자화 인덕턴스(L)에 의해 축적된 에너지를 출력하는 데 있어서의 출력필터 역할을 하는 커패시터(C1, C2, C3, C4)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기의 구성에서 살펴 본 바와 같이, 본 실시예에 따른 출력전원 안정화를 위한 전원공급장치(SMPS)에서는 각 출력전원을 개별적으로 피드백 제어 즉, 4개의 출력전원(V01, V02, V03, V04)을 개별적으로 피드백 제어(PWM IC)하기 때문에 하나의 전원에서의 부하변동이 다른 전원에 영향을 미칠 수가 없다. 따라서, 각 출력전 원에 대한 개별적인 출력 안정성을 부여할 수 있는 것이다.

한편, 상기와 같은 구성으로, 종래의 전원공급장치에서의 출력전원 안정화를 위해 변압기의 2차측에 설치된 레귤레이터(도 1 참조)가 필요치 않으므로 부품절감 효과가 있다. 또한, 종래의 전원공급장치에서는 4개의 각 출력전원에 대해 하나의 스위칭소자(MOSFET)와 변압기(T1) 및 피드백제어를 위한 소자(PWM IC)만을 사용하므로 스위칭소자와 변압기에서의 국부적인 발열이 있었으나, 본 실시예에서는 종래의 전원공급장치에서 보다는 소형의 스위칭소자(MOSFET)와 변압기(T1, T2, T3, T4)를 사용함으로써 스위칭소자 및 변압기에서의 발열을 PCB 전체로 분산시킬 수가 있다.

이하, 본 실시예에 따른 전원공급장치의 동작을 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 전원공급장치에서는 각 변압기(T1, T2, T3, T4)에서의 출력전원을 개별적으로 PWM제어수단(PWM IC)을 통해 피드백제어한다는 점이 특징이다.

즉, 각 변압기(T1, T2, T3, T4)로 인가되는 전원은 각 변압기의 입력단이 연결된 1차측의 타단에 연결되어 각 변압기로의 입력전압을 스위칭제어하기 위한 스위칭소자(미도시, MOSFET)의 동작상태에 따라 2차측에서의 동작상태가 변화된다. 즉, 스위칭소자가 온(on)되면 2차측이 오프동작되고, 스위칭소자가 오프(off)되면 변압기의 역기전력에 의해 전류가 도통되어 2차측이 온동작된다.(상기 스위칭소자에 관한 구체적인 동작구조는 도시하지 않았지만, 플라이백 방식의 DC-DC 컨버터에서의 스위칭소자의 연결구조 및 그에 따른 동작은 당업자에게 자명한 사항일 것이 다)

상기에서, 각 변압기(T1, T2, T3, T4)를 통한 출력전원은 각 출력단(V01, V02, V03, V04)과 스위칭소자(미도시, MOSFET) 사이에 피드백제어를 위해 설치된 각각의 PWM IC에 의해 개별적으로 피드백제어되어, 각 출력단(V01, V02, V03, V04)에서의 출력전압의 안정화를 이룰 수 있는 것이다.(상기 스위칭소자와 마찬가지로, 상기 PWM제어수단에 관한 구체적인 동작구조는 도시하지 않았지만, 플라이백 방식의 DC-DC 컨버터에서의 PWM IC의 연결구조 및 그에 따른 동작은 당업자에게 자명한 사항일 것이다)

이와 같이, 본 발명에서는 각 출력전원에 대한 개별적인 PWM 피드백제어를 통해 하나의 출력전원(V01 or V02 or V03 or V04)에서의 부하변동이 다른 전원에 영향을 미치지 않게 되어, 각 출력전원에 대해 개별적으로 안전성을 부여할 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 기술적 범위를 해석함에 있어서는, 상기에서 설명된 실시예에 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항의 합리적 해석에 의해 결정되어져야 한다.

본 발명의 출력전원 안정화를 위한 전원공급장치에 따르면, 각 출력전원에 대한 개별적인 PWM 피드백제어를 통해 어느 하나의 출력전원에서의 부하변동이 다른 출력전원에 영향을 미치지 않으므로, 각 출력전원에 대해 개별적으로 안전성을 부여할 수 있는 효과가 있다.

Claims

차량의 42V 시스템의 PCU 내에서의 출력전원 안정화를 위한 플라이백 컨버터방식의 전원공급장치(SMPS)에 있어서,

입력전압(Vin)이 인가되는 입력단;

상기 입력단에 연결되어 전원을 인가받는 소정 권선수를 갖는 1차측과 소정 권선수를 갖는 2차측으로 이루어진 한 개 이상의 변압기;

상기 각 변압기의 입력단이 연결된 1차측의 타단에 연결되어, 각 변압기로의 입력전압을 스위칭제어하기 위한 스위칭소자;

상기 각 스위칭소자의 동작상태에 따라 각 변압기를 통한 전압을 출력하는 출력단; 및

상기 각 변압기의 출력단과 스위칭소자 사이에 연결되어, 각 변압기를 통한 출력전원의 피드백제어를 위한 PWM제어수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 출력전원 안정화를 위한 전원공급장치.
제 1항에 있어서,

상기 각 변압기의 2차측에 연결되어 스위칭소자의 동작상태에 따라 도통 또는 차단되는 다이오드와, 상기 각 다이오드에 병렬 연결되어 각 변압기의 자화 인덕턴스에 의해 축적된 에너지를 출력하는 데 있어서의 출력필터 역할을 하는 커패시터를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 출력전원 안정화를 위한 전원공급장 치.
제 1항에 있어서,

상기 각 변압기의 2차측에 연결되어 출력전원의 안정화를 위한 별도의 레귤레이터를 구비하지 않는 것을 특징으로 하는 출력전원 안정화를 위한 전원공급장치.