KR101241011B1 - Inverter circuit for reducing inrush current and method for controlling the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 인버터의 IGBT 파워모듈을 제어하기 위한 구동전압을 생성하는 구동전원부에 전원을 인가할 때, 돌입전류가 생성되는 것을 저감시킬 수 있도록 한 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 수소연료전지 등을 탑재한 친환경 차량에서 생성된 전기에너지가 주행용 구동모터에서 기계적인 토크 출력에너지로 변환될 수 있도록 인버터의 IGBT 파워모듈을 제어하기 위한 구동전압을 생성하는 구동전원부에 전원이 인가될 때, 돌입전류가 발생되는 것을 저감시켜서 퓨즈 단선 및 제어기의 오작동을 방지할 수 있도록 한 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로 및 이의 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.The present invention relates to a circuit for reducing the inrush current of the driving power supply unit of the inverter and a control method thereof, which reduces the generation of the inrush current when the power is applied to the driving power supply generating the driving voltage for controlling the IGBT power module of the inverter. It relates to a circuit for reducing the inrush current of the driving power supply unit of the inverter, and a control method thereof.
That is, the present invention is a drive for generating a drive voltage for controlling the IGBT power module of the inverter so that the electric energy generated in an eco-friendly vehicle equipped with a hydrogen fuel cell can be converted into mechanical torque output energy in the drive motor for driving. It is an object of the present invention to provide a circuit for reducing the inrush current of a driving power supply unit and a control method thereof to reduce the occurrence of inrush current when the power is applied to the power supply unit, thereby preventing fuse disconnection and malfunction of the controller.

Description

인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로 및 이의 제어 방법{Inverter circuit for reducing inrush current and method for controlling the same}Inverter circuit for reducing inrush current and method for controlling the same}

본 발명은 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 인버터의 IGBT 파워모듈을 제어하기 위한 구동전압을 생성하는 구동전원부에 전원을 인가할 때, 돌입전류가 생성되는 것을 저감시킬 수 있도록 한 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a circuit for reducing the inrush current of the driving power supply unit of the inverter and a control method thereof, which reduces the generation of the inrush current when the power is applied to the driving power supply generating the driving voltage for controlling the IGBT power module of the inverter. It relates to a circuit for reducing the inrush current of the driving power supply unit of the inverter, and a control method thereof.

친환경 차량인 하이브리드차, 전기차 및 수소연료전지차에는 공통적으로 전기에너지를 구동에너지로 변환하는 구동모터와, 구동모터의 구동을 제어하는 인버터가 탑재된다.Hybrid vehicles, electric vehicles, and hydrogen fuel cell vehicles, which are eco-friendly vehicles, are commonly equipped with a driving motor for converting electric energy into driving energy, and an inverter for controlling driving of the driving motor.

첨부한 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 인버터(10)는 직류를 교류전원으로 변환시켜, 구동모터(미도시됨)에 토크가 발생할 수 있게 제어하는 전력 반도체인 IGBT 파워모듈(20)을 포함하고, 이 IGBT 파워모듈(20)의 구동을 위한 필요 전원인 배터리전원(B+)과, 전기적으로 절연된 전원 및 별도의 삼상전원전압(U-Top, U-Down, V-Top, V-Down, W-Top, W-Down) 등과 같은 구동전압이 요구되며, 이에 인버터(10)에는 IGBT 파워모듈을 제어하기 위한 구동전압을 생성하는 구동전원부(30)가 포함되어 있다.As shown in FIG. 4, the inverter 10 includes an IGBT power module 20, which is a power semiconductor that converts a direct current into an alternating current and controls torque to be generated in a driving motor (not shown). The battery power source B +, which is a necessary power source for driving the IGBT power module 20, an electrically insulated power source and a separate three-phase power supply voltage (U-Top, U-Down, V-Top, V-Down) Drive voltage, such as W-Top, W-Down), is required, and the inverter 10 includes a driving power supply unit 30 for generating a driving voltage for controlling the IGBT power module.

도 4에서 볼 수 있듯이, 친환경 차량의 평상시(Key-off)에는 스위치(Q1)가 오프되어 있어, 스위치(Q1) 이후의 구동전원부(30)에는 배터리전원 공급이 이루어지지 않고, 시동을 온(Key-on)시키기 위해 이그니션 스위치(IGN)를 키온(Key-on)시키는 순간, 12V 보조배터리(12V Batt)로부터 공급되는 전원에 의하여 전원 IC(31)및 CPU(32)의 초기화 및 작동이 시작된다.As shown in FIG. 4, the switch Q1 is turned off at the time of the key-off of the eco-friendly vehicle, and the driving power supply unit 30 after the switch Q1 is not supplied with the battery power and is turned on. At the moment of turning on the ignition switch (IGN) for key-on, the initialization and operation of the power supply IC 31 and the CPU 32 are started by the power supplied from the 12V auxiliary battery (12V Batt). do.

이어서, 상기 구동전원부(30)에 배터리전원(B+)으로부터의 전력을 전달하기 위하여 CPU(32)를 포함하는 제어기(34)의 제어에 의하여 스위치(Q1)가 온(on) 되고, 배터리전원(B+)이 구동전원부(30)에 공급되어, 구동전원부(10)에서 IGBT 파워모듈(20)의 제어를 위한 구동전압을 생성하게 된다.Subsequently, the switch Q1 is turned on by the control of the controller 34 including the CPU 32 so as to transfer power from the battery power source B + to the driving power supply unit 30, and the battery power source ( B +) is supplied to the driving power supply unit 30 to generate a driving voltage for controlling the IGBT power module 20 in the driving power supply unit 10.

그러나, 종래에는 CPU(32)에서 스위치(Q1)를 온/오프시키기 위하여 단순히 On/Off제어 신호만을 생성함에 따라, CPU(32)의 온 신호에 따라 스위치(Q1)가 온으로 전환되면서 배터리전원(B+)의 전력이 구동전원부(30)로 공급되었지만, 이때 첨부한 도 5에 나타낸 배터리전원(B+)단의 돌입전류파형과 같이 구동전원부(30)쪽으로 순간적인 돌입전류가 발생하여, 배터리전원(B+)의 출력 전압단이 출렁거리면서 이에 의하여 퓨즈(33)가 단선될 우려가 있는 문제점이 있었다.However, conventionally, since only the On / Off control signal is generated in order to turn on / off the switch Q1 in the CPU 32, the switch Q1 is turned on according to the on signal of the CPU 32, thereby providing battery power. Although the power of (B +) was supplied to the driving power supply unit 30, instantaneous inrush current is generated toward the driving power supply unit 30, as in the inrush current waveform of the battery power supply B + stage shown in FIG. As the output voltage terminal of (B +) is fluctuated, there is a problem that the fuse 33 may be disconnected by this.

즉, 상기 스위치(Q1)가 온되는 순간, 스위치(Q1)와 구동전원부(30) 사이에 배치된 저항과 콘덴서(C2,C3) 및 인덕턴스(L2) 성분에 의해 배터리전원(B+)으로부터 구동전원부(30)쪽으로 순간적인 과전류가 유입되는 돌입전류가 발생하여, 배터리전원(B+)의 출력 전압단이 출렁거리면서 이에 의하여 퓨즈(33)가 단선되는 문제점이 있었다.That is, at the moment when the switch Q1 is turned on, the driving power supply unit is driven from the battery power supply B + by the resistors disposed between the switch Q1 and the driving power supply unit 30, and the capacitors C2 and C3 and the inductance L2 components. An inrush current is generated in which an instantaneous overcurrent flows into the (30) side, and the output voltage terminal of the battery power source B + fluctuates, thereby causing the fuse 33 to be disconnected.

또한, 위와 같이 스위치(Q1)가 온되는 순간, 배터리전원(B+)으로부터 구동전원부(30)쪽으로 돌입전류가 발생하면, 첨부한 도 5의 아래쪽에 도시된 파형과 같이 배터리전원(B+)과 CPU(32)간에 연결되는 배터리 전압센싱단(ABV)에 전압 강하가 발생하게 되고, 이로 인하여 CPU(32)를 갖는 제어기(34)에서 오동작이 발생하여 시동 온(Key-on)이 실패되는 원인이 되고 있다.
In addition, when an inrush current is generated from the battery power source B + toward the driving power unit 30 at the moment when the switch Q1 is turned on as described above, the battery power source B + and the CPU are as shown in the waveform shown in FIG. 5 below. A voltage drop occurs in the battery voltage sensing terminal ABV connected between the 32, which causes a malfunction in the controller 34 having the CPU 32 and causes a start-up failure. It is becoming.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 수소연료전지 등을 탑재한 친환경 차량에서 생성된 전기에너지가 주행용 구동모터에서 기계적인 토크 출력에너지로 변환될 수 있도록 인버터의 IGBT 파워모듈을 제어하기 위한 구동전압을 생성하는 구동전원부에 전원이 인가될 때, 돌입전류가 발생되는 것을 저감시켜서 퓨즈 단선 및 제어기의 오작동을 방지할 수 있도록 한 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로 및 이의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made in view of the above point, IGBT power module of the inverter so that the electric energy generated in an eco-friendly vehicle equipped with a hydrogen fuel cell can be converted into mechanical torque output energy in the driving motor for driving A circuit for reducing the inrush current of the drive power unit of the inverter and a control method thereof to reduce the occurrence of inrush current when the power is applied to the drive power unit generating the driving voltage for controlling, thereby preventing fuse disconnection and malfunction of the controller. The purpose is to provide.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 배터리전원을 기반으로 구동모터의 토크 발생을 제어하는 IGBT 파워모듈과, IGBT 파워모듈을 제어하기 위한 구동전압을 생성하는 구동전원부와, 배터리전원과 구동전원부 간의 전원 공급 및 차단을 위한 스위치와, 스위치의 온/오프 제어를 위한 제어기를 포함하는 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로에 있어서, 상기 배터리전원의 출력단과 제어기의 입력단 간에 구성되어, 전압 강하 현상을 모니터링하는 전압감지부와; 상기 스위치의 모스펫 온 저항과 제어기의 입력단 간에 구성되어, 스위치를 통해 흐르는 전류를 모니터링하는 전류감지부; 를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로를 제공한다.One embodiment of the present invention for achieving the above object: an IGBT power module for controlling the torque generation of the drive motor based on the battery power source, a drive power supply for generating a drive voltage for controlling the IGBT power module, the battery A circuit for reducing inrush current of a driving power supply unit of a inverter comprising a switch for supplying and cutting off power between a power supply and a driving power supply unit, and a controller for controlling on / off of the switch. A voltage sensing unit monitoring a voltage drop phenomenon; A current sensing unit configured between the MOSFET on resistance of the switch and an input terminal of the controller and monitoring a current flowing through the switch; It provides a circuit for reducing the inrush current of the drive power supply unit, characterized in that further comprises.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 이그니션 스위치를 키온시키는 제1단계와, 전원 IC 및 제어기의 CPU가 초기화되면서 작동을 시작하는 제2단계와, 제어기에서 스위치를 온시키는 제3단계를 포함하는 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로의 제어 방법에 있어서, 상기 스위치가 온되는 순간, 배터리전원의 출력단과 제어기의 입력단 간에 구성된 전압감지부에서 돌입전류가 발생함에 따른 전압 강하를 모니터링하여, 제어기에 의하여 돌입전류 감소를 위한 소프트 스위칭 제어가 이루어지도록 한 제4단계와; 상기 스위치의 모스펫 온 저항과 제어기의 입력단 간에 구성된 전류감지부에서 스위치를 통해 흐르는 배터리 전류를 모니터링하여, 제어기에 의하여 돌입전류 감소를 위한 소프트 스위칭 제어가 이루어지도록 한 제5단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로의 제어 방법을 제공한다.
Another embodiment of the present invention for achieving the above object is: a first step of keying on the ignition switch, a second step of starting operation while the CPU of the power supply IC and the controller is initialized, and the first step of turning on the switch in the controller In the control method of the inrush current reducing circuit of the drive power supply unit of the inverter comprising three steps, the voltage drop caused by the inrush current generated in the voltage sensing unit configured between the output terminal of the battery power supply and the input terminal of the controller at the moment the switch is turned on. Monitoring and performing a soft switching control for reducing the inrush current by the controller; A fifth step of monitoring a battery current flowing through the switch in the current sensing unit configured between the MOSFET on resistance of the switch and the input terminal of the controller, and performing a soft switching control for reducing the inrush current by the controller; It provides a control method of a circuit for reducing the inrush current of the drive power supply unit of the inverter further comprising.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the above-mentioned means for solving the problems, the present invention provides the following effects.

본 발명에 따르면, 돌입전류가 발생할 때 생기는 배터리 전압센싱단의 전압 강하 정도를 판단하기 위한 전압감지부와, 스위치를 통해 흐르는 배터리 전류를 모니터링하기 위한 전류감지부를 인버터에 구성하여, 돌입전류를 저감하여 퓨즈 단선을 방지할 수 있고, 또한 배터리 전압센싱단쪽으로의 전압 강하율을 줄여서 제어기의 오동작을 방지할 수 있다.
According to the present invention, a voltage sensing unit for determining the voltage drop of the battery voltage sensing stage generated when the inrush current occurs, and a current sensing unit for monitoring the battery current flowing through the switch to reduce the inrush current Therefore, it is possible to prevent the blown fuse and to reduce the voltage drop rate toward the battery voltage sensing end, thereby preventing the controller from malfunctioning.

도 1은 본 발명에 따른 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로를 나타내는 회로구성도,
도 2는 본 발명에 따른 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감 방법을 설명하는 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로 및 소프트 스위치 제어에 의하여 돌입전류가 감소된 것을 보여주는 파형도,
도 4는 종래의 인버터 회로를 나타내는 회로구성도,
도 5는 종래의 인버터 회로에서 발생하는 돌입전류 및 전압 강하 현상을 보여주는 파형도.1 is a circuit diagram showing a circuit for reducing inrush current of a driving power supply unit of an inverter according to the present invention;
2 is a flowchart illustrating a method for reducing inrush current of a driving power unit of an inverter according to the present invention;
3 is a waveform diagram showing that the inrush current is reduced by the inrush current reducing circuit and the soft switch control of the drive power unit of the present invention;
4 is a circuit configuration diagram showing a conventional inverter circuit;
5 is a waveform diagram showing an inrush current and a voltage drop phenomenon occurring in a conventional inverter circuit.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

수소연료전지 차량과 같은 친환경 차량은 연료전지에서 생성된 전기에너지가 주행용 구동모터로 공급되어, 주행용 구동모터에서 기계적인 출력 토크를 냄에 따라 차량의 주행이 이루어지고, 이러한 구동모터의 구동 제어를 위하여 친환경차량에는 인버터가 탑재된다.In an eco-friendly vehicle such as a hydrogen fuel cell vehicle, the electric energy generated from the fuel cell is supplied to the driving motor for driving, and the driving of the vehicle is performed by exerting a mechanical output torque from the driving motor, thereby driving the driving motor. For control, eco-friendly vehicles are equipped with inverters.

첨부한 도 1을 참조로, 상기 인버터(10) 내의 회로 구성을 살펴보면, 배터리전원(B+: 예를 들어, 연료전지에서 생성된 전기에너지를 저장하는 배터리) 및 IGBT 파워모듈(20)을 제어하는 구동전원부(30), 배터리전원(B+)과 구동전원부(30) 사이에 배치되어 배터리전원을 인가 또는 차단하는 스위치(Q1), 12V 보조배터리(12V Batt)와 스위치(Q1) 사이에 배치되는 전원 IC(31) 및 스위치(Q1)의 온/오프 제어를 위한 CPU(32)를 갖는 제어기(34), 스위치(Q1)와 구동전원부(30) 사이에 배치되는 콘덴서(C2,C3) 및 인덕턴스(L2) 등을 포함하고 있다.Referring to FIG. 1, a circuit configuration of the inverter 10 is described. The battery power source B + (for example, a battery storing electrical energy generated by a fuel cell) and an IGBT power module 20 are controlled. A power source disposed between the driving power supply unit 30, the battery power supply B + and the driving power supply unit 30, and a switch Q1 for applying or cutting off battery power, and a power supply disposed between the 12V auxiliary battery 12V Batt and the switch Q1. The controller 34 having the CPU 31 and the CPU 32 for the on / off control of the switch Q1, the capacitors C2 and C3 and the inductance disposed between the switch Q1 and the driving power supply unit 30. L2) and the like.

이때, 상기 IGBT 파워모듈(20)은 직류를 교류전원으로 변환시켜 구동모터(미도시됨)에 토크가 발생할 수 있게 제어하는 역할을 하고, 상기 구동전원부(30는 IGBT 파워모듈(20)의 구동을 위한 구동전압 즉, 배터리전원(B+)으로부터의 전력을 삼상 전압(U-Top, U-Down, V-Top, V-Down, W-Top, W-Down) 등과 같은 구동전압으로 변환하여 IGBT 파워모듈(20)에 제공하는 역할을 한다.In this case, the IGBT power module 20 converts direct current into AC power to control torque to be generated in a driving motor (not shown), and the driving power supply unit 30 drives the IGBT power module 20. In other words, IGBT by converting the power from the battery power source B + to the driving voltage such as three-phase voltage (U-Top, U-Down, V-Top, V-Down, W-Top, W-Down). It serves to provide to the power module 20.

이러한 인버터의 구성 상태에서, 상기 스위치(Q1)는 평상시에 오프되어, 스위치(Q1) 이후의 구동전원부(30)와 배터리전원(B+)이 연결되지 않게 함으로써, 구동전원부(30)에서 소모되는 전기에너지를 차단시켜 암전류를 최소화시키는 역할을 하지만, 시동을 온(Key-on)시키기 위해 이그니션 스위치(IGN)를 키온(Key-on)시키는 순간, 배터리전원(B+)으로부터의 전류가 구동전원부(30)로 순간적으로 공급되는 돌입전류가 발생하여, 퓨즈 단락 현상이 발생됨과 더불어 배터리 전압센싱단(ABV)의 전압 강하오 인하여 배터리 전압상태를 모니터링하는 CPU의 작동 오류가 발생하여 수소연료전지 차량의 시동이 제대로 걸리지 않는 현상이 발생될 수 있다.In the configuration of such an inverter, the switch Q1 is normally turned off, so that the driving power supply 30 and the battery power B + after the switch Q1 are not connected, thereby consuming electricity in the driving power supply 30. It acts to minimize the dark current by blocking the energy, but at the moment of turning on the ignition switch IGN to turn on the key, the current from the battery power source B + is driven by the driving power supply 30. Inrush current, which is supplied instantaneously, causes a fuse short-circuit phenomenon and an operation error of the CPU monitoring the battery voltage condition due to a voltage drop in the battery voltage sensing stage (ABV). This may not occur properly.

본 발명은 상기한 돌입전류를 저감하여 퓨즈 단선 및 CPU와 같은 제어기의 오동작을 방지하기 위한 수단으로서, 돌입전류가 발생할 때 생기는 배터리 전압센싱단(ABV)의 전압 강하 정도를 판단하기 위한 전압감지부(50)와, 스위치(Q1)를 통해 흐르는 전류를 모니터링하기 위한 전류감지부(60)를 포함하여 구성되는 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로를 제공하고자 한 것으로서, 이를 통해 돌입전류를 저감하고 배터리 전압센싱단(ABV)쪽으로의 전압 강하율을 줄여서, 퓨즈의 손상과 제어기의 오동작을 방지할 수 있도록 한 것이다.The present invention is a means for reducing the inrush current to prevent the fuse disconnection and malfunction of the controller such as the CPU, the voltage sensing unit for determining the voltage drop of the battery voltage sensing stage (ABV) generated when the inrush current occurs To provide a circuit for reducing the inrush current of the drive power supply unit of the inverter comprising a 50 and a current sensing unit 60 for monitoring the current flowing through the switch (Q1), thereby reducing the inrush current By reducing the voltage drop rate toward the battery voltage sensing stage (ABV), it is possible to prevent damage to the fuse and malfunction of the controller.

상기 전압감지부(50)는 돌입전류가 발생할 때 생기는 배터리 전압센싱단(ABV)의 전압 강하 정도를 판단하고자, 배터리전원(B+)의 출력단과 제어기(34)의 입력단 간에 구성되고, 또한 스위치(Q1)를 통해 흐르는 전류를 모니터링하기 위한 전류감지부(60)는 모스펫(MOSFET) 스위치 구조를 갖는 스위치(Q1)의 모스펫 온 저항(RDSON: On-Resistance)과 제어기(34)의 입력단 간에 구성된다.The voltage sensing unit 50 is configured between an output terminal of the battery power source B + and an input terminal of the controller 34 to determine a voltage drop level of the battery voltage sensing terminal ABV generated when an inrush current occurs. The current sensing unit 60 for monitoring the current flowing through Q1) is configured between a MOSFET ON resistance (R DSON : On-Resistance) of the switch Q1 having a MOSFET switch structure and an input terminal of the controller 34. do.

보다 상세하게는, 상기 전압감지부(50)는 배터리전원(B+)의 전압단과 차례로 연결되는 제1 및 제2분배저항(R1,R2)과, 제2분배저항(R2)에 인가되는 전압(VINRUSH: 돌입전류에 따라 강하된 전압)을 기준전압(VREF)과 비교하는 비교기(52)를 포함하고, 비교기(52)에서 비교된 결과신호 즉, 돌입전류가 흐를 때의 강하된 전압으로 판단한 전압신호(VFB)는 제어기(34)의 아날로그 인풋(Analog Input) 단자로 입력된다.In more detail, the voltage sensing unit 50 includes the first and second distribution resistors R1 and R2, which are sequentially connected to the voltage terminals of the battery power source B +, and the voltage applied to the second distribution resistor R2. V INRUSH : a comparator 52 for comparing the voltage dropped according to the inrush current) with the reference voltage V REF , and as a result signal compared in the comparator 52, that is, the dropped voltage when the inrush current flows. The determined voltage signal V FB is input to an analog input terminal of the controller 34.

또한, 상기 전류감지부(60)는 스위치(Q1)의 모스펫(MOSFET) 온 저항(RDSON: On-Resistance)과, 이 모스펫 온 저항과 제어기(34) 사이에 연결되는 전류모니터링단(62)으로 구성되며, 스위치(Q1)의 모스펫(MOSFET) 온 저항(RDSON: On-Resistance)을 이용하여 스위치(Q1)의 턴온 시 돌입전류(IINRUSH)가 흐를 때의 전압비율 즉, 돌입전류(IINRUSH)×모스펫 온 저항(RDSON)의 전압값이 제어기(34)에서 계산된다.In addition, the current sensing unit 60 has a MOSFET on-resistance (R DSON : On-Resistance) of the switch Q1, and a current monitoring terminal 62 connected between the MOSFET on-resistance and the controller 34. The ratio of voltage when the inrush current I INRUSH flows when the switch Q1 is turned on using the MOSFET ON-Resistance (R DSON On-Resistance) of the switch Q1, that is, the inrush current ( The voltage value of I INRUSH ) x MOSFET on resistance R DSON is calculated by the controller 34.

여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 돌입전류 저감용 회로의 동작 과정을 첨부한 도 1 및 도 2를 참조로 살펴보면 다음과 같다.Here, referring to Figures 1 and 2 attached to the operation of the inrush current reducing circuit of the present invention having the above configuration as follows.

수소연료전지 차량과 같은 친환경 차량의 시동오프 즉, 평상시(Key-off)에는 인버터내의 스위치(Q1)가 오프되어 있어, 스위치(Q1) 이후의 구동전원부(30)에는 배터리전원(B+) 공급이 이루어지지 않고, 이에 전압감지부(50) 및 전류감지부(60)는 대기 상태로 존재하게 된다.The switch Q1 in the inverter is turned off at the start-off, that is, the key-off of an eco-friendly vehicle such as a hydrogen fuel cell vehicle, and the battery power supply B + is supplied to the driving power supply unit 30 after the switch Q1. The voltage sensing unit 50 and the current sensing unit 60 are present in the standby state.

시동을 온(Key-on)시키기 위해 이그니션 스위치(IGN)를 키온(Key-on)시키게되면(S101), 12V 보조배터리(12V Batt)로부터 공급되는 전원에 의하여 전원 IC(31) 및 제어기(34)의 CPU(32)는 초기화되면서 그 작동을 시작한다(S102).When the ignition switch (IGN) is keyed on (S101) to turn on the start-up (S101), the power supply IC 31 and the controller 34 are powered by a power supplied from a 12V auxiliary battery (12V Batt). CPU 32 is initialized and starts its operation (S102).

다음으로, 제어기(34)에서 스위치(Q1)를 온시키기 위하여, 즉 모스펫 스위치(GD스위치)를 온시키기 위한 신호를 줌에 따라, 스위치(Q1)가 온되고(S103), 이에 배터리전원(B+)으로부터의 전력이 구동전원부(30)로 공급된다.Next, as the controller 34 gives a signal for turning on the switch Q1, that is, for turning on the MOSFET switch GD switch, the switch Q1 is turned on (S103), and thus the battery power source B +. Is supplied to the driving power supply unit 30.

이때, 스위치(Q1)가 온되는 순간, 배터리전원(B+)으로부터 구동전원부(30)쪽으로 돌입전류가 발생하는 것을 판단하는 과정이 진행된다.At this time, when the switch Q1 is turned on, a process of determining whether an inrush current is generated from the battery power source B + toward the driving power source unit 30 is performed.

먼저, 상기 전압감지부(50)의 제1 및 제2분배저항(R1,R2)쪽으로 돌입전류에 따른 강하 전압(VINRUSH)이 인가되면, 제1분배저항(R1)을 지나서 제2분배저항(R2)에 인가되는 전압(VINRUSH)과 기준전압(VREF)을 비교기(52)에서 비교한다(S104).First, when the drop voltage V INRUSH is applied to the first and second distribution resistors R1 and R2 of the voltage sensing unit 50 according to the inrush current, the second distribution resistor passes through the first distribution resistor R1. The voltage V INRUSH applied to the R2 and the reference voltage V REF are compared by the comparator 52 (S104).

이때, 상기와 같이 돌입전류가 발생함에 따라 제어기(34)쪽으로 흐르는 배터리전원(B+)의 전압이 강하되므로, 제2분배저항(R2)에 인가되는 전압(VINRUSH)은 기준전압(VREF)에 비하여 낮은 상태가 되며, 따라서 비교기(52)에서 비교된 결과신호 즉, 돌입전류가 흐를 때의 강하된 전압으로 판단한 전압신호(VFB)는 제어기(34)의 아날로그 인풋(Analog Input) 단자로 입력된다.At this time, as the inrush current occurs as described above, the voltage of the battery power source B + flowing toward the controller 34 drops, so that the voltage V INRUSH applied to the second distribution resistor R2 is the reference voltage V REF . As a result, the result signal compared by the comparator 52, that is, the voltage signal V FB determined as the dropped voltage when the inrush current flows, is connected to the analog input terminal of the controller 34. Is entered.

이에, 상기 제어기(34)에서 모스펫 스위치(GD스위치) 즉, 스위치(Q1)를 주기적으로 온/오프시키는 소프트 스위칭(Soft Switching) 제어를 실시하게 된다(S105).Accordingly, the controller 34 performs soft switching control to periodically turn on / off the MOSFET switch (GD switch), that is, the switch Q1 (S105).

이렇게 소프트 스위치 제어를 실시함에 따라, 스위치(Q1)를 통하는 배터리전원(B+)으로부터 구동전원부(30)로 들어가는 돌입전류를 일부 차단하여, 결국 구동전원부(30)로 들어가는 돌입전류의 저감이 이루어지게 된다.By performing the soft switch control in this way, a part of the inrush current entering the driving power supply unit 30 is cut off from the battery power source B + through the switch Q1, so that the inrush current entering the driving power supply unit 30 is reduced. do.

한편, 돌입전류가 스위치(Q1)를 통해 구동전원부(30)로 들어갈 때, 전류감지부(60)의 돌입전류 판정 로직이 아래와 같이 진행된다.On the other hand, when the inrush current enters the driving power supply unit 30 through the switch Q1, the inrush current determination logic of the current sensing unit 60 proceeds as follows.

먼저, 배터리전원(B+)으로부터 스위치(Q1)의 모스펫 온 저항(RDSON)과 제어기(34) 사이에 연결된 전류모니터링단(62)으로 전류가 인가되면, 이때의 인가전류(도 1에 IFB로 지시됨)가 제어기(34)의 아날로그 인풋(Analog Input) 단자로 입력된다.First, when a current is applied from the battery power source B + to the current monitoring terminal 62 connected between the MOSFET ON resistor R DSON of the switch Q1 and the controller 34, the current applied at this time (I FB in FIG. 1). Is input to the analog input terminal of the controller 34.

이어서, 상기 제어기(34)에서 스위치(Q1)의 턴온 시 돌입전류(IINRUSH)가 흐를 때의 전압비율 즉, 인가전류(IFB)×모스펫 온 저항(RDSON)의 전압값이 제어기(34)에서 계산되고, 이와 동시에 전류모니터링단(62)으로 인가된 인가전류(IFB)가 배터리전원(B+)으로부터 퓨즈(33)에 인가되는 전류(IR_FUSE/2)와 비교하는 단계가 진행된다(S106).Subsequently, in the controller 34, the voltage ratio when the inrush current I INRUSH flows when the switch Q1 turns on, that is, the voltage value of the applied current I FB x the MOSFET on resistance R DSON is controlled by the controller 34. ) And at the same time comparing the applied current (I FB ) applied to the current monitoring stage 62 with the current (I R_FUSE / 2) applied from the battery power source B + to the fuse 33. (S106).

비교 결과, 전류모니터링단(62)으로 인가된 인가전류(IFB)가 퓨즈(33)에 인가되는 전류(IR_FUSE/2)에 비하여 크면, 돌입전류가 발생된 것으로 판정하여 상기한 소프트 스위칭 제어가 지속된다.As a result of the comparison, if the applied current I FB applied to the current monitoring stage 62 is larger than the current I R_FUSE / 2 applied to the fuse 33, it is determined that an inrush current is generated and the soft switching control described above. Lasts.

반면에, 인가전류(IFB)가 퓨즈(33)에 인가되는 전류(IR_FUSE/2)에 비하여 작으면 돌입전류가 없는 것으로 판정하여 소프트 스위칭 제어를 중지하고 모스펫 스위치(GD스위치) 즉, 스위치(Q1)를 온으로 유지시키게 되며(S107), 이에 배터리전원(B+)이 구동전원부(30)에 정상적으로 공급되어 구동전원부(10)에서 IGBT 파워모듈(20)의 제어를 위한 구동전압을 생성하게 된다.On the other hand, if the applied current I FB is smaller than the current I R_FUSE / 2 applied to the fuse 33, it is determined that there is no inrush current, so that the soft switching control is stopped and the MOSFET switch (GD switch), that is, the switch (Q1) is kept on (S107), the battery power (B +) is supplied to the drive power supply unit 30 normally, so that the drive power supply unit 10 generates a drive voltage for the control of the IGBT power module 20. do.

전술한 바와 같이, 첨부한 5의 기존 파형도에서 보는 바와 같이 기존의 스위치(Q1)를 단순히 온 또는 오프(On/Off)시키는 제어 방식은 구동전원부를 켜는 순간에서의 전압과 전류의 특성에서 스위치(Q1)를 턴-온할 때의 과도특성을 살펴보면 낮은 저항성분과 상대적으로 높은 임피던스 성분(L & C)에 의해 과도한 돌입전류가 발생하며, 배터리전원(B+)특성은 전압 강하가 돌입전류의 크기에 비례하며 커지는 문제점이 있었지만, 상기와 같이 본 발명에서는 전압감지부(50) 및 전류감지부(60)를 인버터(10)에 구성함에 따라, 돌입전류 저감 및 전압 강하 현상을 방지할 수 있다.As described above, the control method of simply turning on or off the existing switch Q1 as shown in the attached waveform diagram of the attached 5 is a switch in the characteristics of voltage and current at the moment of turning on the driving power supply. In the transient characteristics when turning on (Q1), excessive inrush current is generated by low resistance component and relatively high impedance component (L & C), and battery power (B +) characteristic shows that the voltage drop is dependent on the magnitude of the inrush current. Although there has been a problem in proportion and increase, as described above, according to the present invention, the voltage sensing unit 50 and the current sensing unit 60 are configured in the inverter 10, thereby reducing the inrush current and the voltage drop phenomenon.

즉, 첨부한 도 3에 나타낸 본 발명의 파형도에서 보듯이, 돌입전류 발생시 소프트 스위칭 방식을 적용함에 따라 낮은 저항성분과 높은 임피던스를 포함하고 있더라도 스위치(Q1)가 턴-온될 때의 과도특성인 돌입전류와 배터리전원(B+)의 전압 강하는 커지지 않음을 알 수 있고, 결국 구동전원부에 포함된 콘덴서에 전기적 에너지가 모두 충전된 상태에서의 정상상태 구간에 도달하였을 경우에는 스위치(Q1)를 턴-온 상태로 도통시켜 두어도 더 이상의 과도전류는 발생하지 않는 안정된 상태를 유지하게 된다.
That is, as shown in the waveform diagram of the present invention shown in FIG. 3, the inrush current, which is a transient characteristic when the switch Q1 is turned on even though it includes a low resistance component and a high impedance according to the soft switching method when the inrush current is generated. It can be seen that the voltage drop of the current and the battery power source B + does not increase, and when the steady state section is reached with all the electrical energy charged to the capacitor included in the driving power source, the switch Q1 is turned on. Even when turned on, it maintains a stable state in which no transient current is generated.

10 : 인버터
20 : IGBT 파워모듈 30 : 구동전원부
31 : 전원 IC 32 : CPU
33 : 퓨즈 34 : 제어기
50 : 전압감지부 52 : 비교기
60 : 전류감지부 62 : 전류모니터링단
B+ : 배터리전원 Q1 : 스위치
12V Batt : 12V 보조배터리 C2,C3 : 저항 및 콘덴서
L2 : 인덕턴스 ABV : 배터리 전압센싱단
RDSON: 모스펫 온 저항 R1 : 제1분배저항
R2 : 제2분배저항10: Inverter
20: IGBT power module 30: drive power supply
31: power supply IC 32: CPU
33: fuse 34: controller
50: voltage detector 52: comparator
60: current detector 62: current monitoring stage
B +: Battery power Q1: Switch
12V Batt: 12V Auxiliary Battery C2, C3: Resistor and Capacitor
L2: Inductance ABV: Battery Voltage Sensing Stage
R DSON : MOSFET on resistance R1: First divider resistor
R2: second distribution resistor

Claims (6)

배터리전원(B+)을 기반으로 구동모터의 토크 발생을 제어하는 IGBT 파워모듈(20)과, 배터리전원(B+)로부터 전력을 공급받아 IGBT 파워모듈을 제어하기 위한 구동전압을 생성하는 구동전원부(30)를 포함하는 인버터에서 배터리전원(B+)으로부터 구동전원부(30)로 유입되는 돌입전류를 저감시키기 위한 구동전원부 돌입전류 저감용 회로에 있어서,
배터리전원(B+)과 구동전원부(30) 사이에 설치되어 배터리전원(B+)에서 구동전원부(30)로의 전원 공급 및 차단을 위한 스위치(Q1)와;
배터리전원(B+)의 출력단과 제어기(34)의 입력단 간에 구성되어 배터리전원(B+)의 출력단으로부터 인가되는 전압에 대해 돌입전류 발생에 따른 전압 강하 현상을 모니터링하는 전압감지부(50)와;
스위치(Q1)의 모스펫(MOSFET) 온 저항(RDSON)과 제어기(34) 사이에 전류모니터링단(62)을 연결하여 구성되고, 스위치(Q1)를 통해 흐르는 배터리 전류를 모니터링하기 위한 전류감지부(60)와;
스위치(Q1)의 온/오프를 제어하도록 구비되고, 스위치(Q1)가 온되는 순간 전압감지부(50)로부터 돌입전류가 발생함에 따른 전압 강하 신호를 입력받은 경우 돌입전류 저감을 위해 스위치(Q1)를 주기적으로 온/오프시키는 소프트 스위칭 제어를 실시하며, 상기 전류감지부(60)의 전류모니터링단(62)으로 인가되는 인가전류(IFB)에 따라 상기 소프트 스위칭 제어를 지속하거나 스위치(Q1) 온을 유지하도록 설정되는 제어기(34);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로.
An IGBT power module 20 for controlling torque generation of the driving motor based on the battery power source B +, and a driving power unit 30 receiving power from the battery power source B + and generating a driving voltage for controlling the IGBT power module 30. In the circuit for reducing the inrush current of the driving power supply unit for reducing the inrush current flowing into the driving power supply unit 30 from the battery power (B +) in the inverter comprising a),
A switch Q1 installed between the battery power source B + and the driving power source unit 30 to supply and cut off power from the battery power source B + to the driving power source unit 30;
A voltage sensing unit 50 configured between an output terminal of the battery power source B + and an input terminal of the controller 34 and monitoring a voltage drop phenomenon caused by an inrush current with respect to a voltage applied from the output terminal of the battery power source B +;
A current sensing unit 62 is configured by connecting a current monitoring terminal 62 between a MOSFET ON resistor R DSON of the switch Q1 and the controller 34, and a current sensing unit for monitoring a battery current flowing through the switch Q1. 60;
The switch Q1 is provided to control the on / off of the switch Q1 and the switch Q1 for reducing the inrush current when the voltage drop signal is generated from the voltage sensing unit 50 at the moment when the switch Q1 is turned on. Soft switching control to turn on / off periodically, and the soft switching control is continued or the switch Q1 is applied according to the applied current I FB applied to the current monitoring terminal 62 of the current sensing unit 60. A controller 34 set to remain on;
Circuit for reducing the inrush current of the drive power supply unit, characterized in that it comprises a.
청구항 1에 있어서,
상기 전압감지부(50)는:
배터리전원(B+)의 전압단과 차례로 연결되는 제1 및 제2분배저항(R1,R2)과;
제2분배저항(R2)에 인가되는 전압(VINRUSH))을 기준전압(VREF)과 비교하여, 그 비교결과의 전압신호(VFB)를 제어기(34)로 출력하는 비교기(52);
로 구성된 것을 특징으로 하는 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로.
The method according to claim 1,
The voltage sensing unit 50 is:
First and second distribution resistors R1 and R2 sequentially connected to the voltage terminals of the battery power source B +;
A comparator 52 for comparing the voltage V INRUSH applied to the second distribution resistor R2 with the reference voltage V REF and outputting the voltage signal V FB of the comparison result to the controller 34;
Inrush current reduction circuit for the drive power supply unit, characterized in that consisting of.
삭제delete 이그니션 스위치(IGN)를 키온(Key-on)시키는 제1단계와, 전원 IC(31) 및 제어기(34)의 CPU(32)가 초기화되면서 작동을 시작하는 제2단계와, 제어기(34)에서 스위치(Q1)를 온시키는 제3단계를 포함하는 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로의 제어 방법에 있어서,
상기 스위치(Q1)가 온되는 순간, 배터리전원(B+)의 출력단과 제어기(34)의 입력단 간에 구성된 전압감지부(50)에서 돌입전류가 발생함에 따른 전압 강하를 모니터링하여, 제어기(34)에 의하여 돌입전류 감소를 위한 소프트 스위칭 제어가 이루어지도록 한 제4단계와;
상기 스위치(Q1)의 모스펫 온 저항(RDSON)과 제어기(34)의 입력단 간에 구성된 전류감지부(60)에서 스위치(Q1)를 통해 흐르는 배터리 전류를 모니터링하여, 제어기(34)에 의하여 돌입전류 감소를 위한 소프트 스위칭 제어가 이루어지도록 한 제5단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로의 제어 방법.
A first step of keying on the ignition switch IGN, a second step of starting operation while the CPU 32 of the power supply IC 31 and the controller 34 is initialized, and in the controller 34 In the control method of the circuit for reducing the inrush current of the drive power supply unit of the inverter comprising a third step of turning on the switch (Q1),
At the moment when the switch Q1 is turned on, the voltage drop as the inrush current is generated in the voltage sensing unit 50 configured between the output terminal of the battery power source B + and the input terminal of the controller 34 is monitored. A fourth step of performing soft switching control for reducing the inrush current by the controller;
The current sensing unit 60 configured between the MOSFET on resistance R DSON of the switch Q1 and the input terminal of the controller 34 monitors the battery current flowing through the switch Q1, and thereby the inrush current by the controller 34. A fifth step of making soft switching control for reduction;
The control method of the circuit for reducing the inrush current of the drive power supply unit of the inverter further comprising.
청구항 4에 있어서,
상기 제4단계는:
전압감지부(50)의 제1 및 제2분배저항(R1,R2)쪽으로 돌입전류에 따른 강하 전압(VINRUSH)이 인가되는 경우, 제2분배저항(R2)에 인가되는 강하 전압(VINRUSH)과 기준전압(VREF)을 비교기(52)에서 비교하는 단계와;
비교 결과, 제2분배저항(R2)에 인가되는 전압(VINRUSH)이 기준전압(VREF)에 비하여 낮으면, 강하된 전압으로 판정하는 단계와;
판정된 전압신호(VFB)가 제어기(34)에 입력되는 단계와;
제어기(34)에서 스위치(Q1)를 주기적으로 온/오프시키는 소프트 스위칭(Soft Switching) 제어를 실시하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로의 제어 방법.
The method of claim 4,
The fourth step is:
Voltage detecting unit 50, the first and second distributed resistance (R1, R2) when the side applied with a voltage drop (V INRUSH) according to the rush current, the second distribution resistance voltage drop (V INRUSH applied to the (R2) of ) And the reference voltage (V REF ) in the comparator 52;
As a result of the comparison, when the voltage V INRUSH applied to the second distribution resistor R2 is lower than the reference voltage V REF , determining that the voltage is dropped;
Inputting the determined voltage signal V FB to the controller 34;
Performing soft switching control to periodically turn on / off the switch Q1 in the controller 34;
The control method of the circuit for reducing the inrush current of the drive power supply part of the inverter characterized by the above-mentioned.
청구항 4에 있어서,
상기 제5단계는:
배터리전원(B+)으로부터 스위치(Q1)의 모스펫 온 저항(RDSON)과 제어기(34) 사이에 연결된 전류모니터링단(62)으로 인가된 전류(IFB)가 제어기(34)에 입력되는 단계와;
제어기(34)에서 전류모니터링단(62)으로 인가된 인가전류(IFB)가 배터리전원(B+)으로부터 퓨즈(33)에 인가되는 전류(IR_FUSE/2)와 비교하는 단계와;
비교 결과, 전류모니터링단(62)으로 인가된 인가전류(IFB)가 퓨즈(33)에 인가되는 전류(IR_FUSE/2)에 비하여 크면, 제어기(34)에 의한 소프트 스위칭 제어가 지속되는 단계와;
인가전류(IFB)가 퓨즈(33)에 인가되는 전류(IR_FUSE/2)에 비하여 작으면 제어기(34)에 의하여 스위치(Q1) 온이 유지되는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인버터의 구동전원부 돌입전류 저감용 회로의 제어 방법.The method of claim 4,
The fifth step is:
Inputting a current I FB applied from the battery power source B + to the current monitoring terminal 62 connected between the MOSFET ON resistor R DSON of the switch Q1 and the controller 34; ;
Comparing the applied current I FB applied from the controller 34 to the current monitoring stage 62 with the current I R_FUSE / 2 applied from the battery power source B + to the fuse 33;
As a result of comparison, when the applied current I FB applied to the current monitoring stage 62 is larger than the current I R_FUSE / 2 applied to the fuse 33, the soft switching control by the controller 34 is continued. Wow;
Maintaining the switch Q1 on by the controller 34 when the applied current I FB is smaller than the current I R_FUSE / 2 applied to the fuse 33;
The control method of the circuit for reducing the inrush current of the drive power supply part of the inverter characterized by the above-mentioned.
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