KR101393928B1 - Dc-dc컨버터의 제어시스템 및 제어방법 - Google Patents

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Abstract

입력제한파워값을 입력전압값으로 나누어 입력제한전류값을 도출하는 마이컴; 입력제한전류값을 제한전압값으로 스케일링하는 변환회로; 출력전압값과 기준전압값을 통해 제어전압값을 도출하되 제어전압값은 제한전압값을 한계값으로 하는 전압제어회로; 및 제어전압값을 통해 PWM제어신호를 생성하는 전류제어회로;를 포함하는 DC-DC컨버터의 제어시스템 및 제어방법이 소개된다.

Description

DC-DC컨버터의 제어시스템 및 제어방법 {SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING DC-DC CONVERTER}
본 발명은 친환경 차량에서 사용되는 DC-DC 컨버터의 최대출력(또는 최대입력)을 제한하는 DC-DC컨버터의 제어시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
종래, DC-DC컨버터의 최대 출력을 제한하기 위한 방법으로는, 출력전류를 이용한 출력제한 방식이 있다. 이는 마이컴을 이용하여 출력전류에 따라 최대출력을 제한하기 위하여 출력전압을 제한하는 방식이다. Vout_ref = Pout_limit/Iout에 의하여 정해진다.
이 시스템의 장점은 구현이 쉽고, 전압지령을 마이컴에서 생성하는 방식에서는 구현이 용이하다. 다만, 출력전류가 필요하고(출력전류센서 필요 또는 입력전류를 출력전류로 연산필요) 제어기의 성능 대비 제한된 성능(느린 응답성)을 가지는 단점이 있다.
한편, 입력전류를 이용한 출력제한 방식의 경우, 제어기의 특성을 이용한 최대입력을 제한하는 방식이다.(최대입력을 제한하므로 비례하여 출력이 제한됨)
잘 설계된 제어기는 전압제어기의 출력의 값이 입력의 전류와 일치한다. 따라서 입력전류를 제어함으로써 최대입력전류를 제한하여 최대입력(Power)을 제한하는 방식이다.
이 시스템은 제어기 내부 상태(state)를 이용한 방식이므로 제어성능 만큼 빠른 성능을 가진다. 그리고 전류제어를 이용하므로 별도의 센서는 불필요하고, 디지털제어의 경우 구현이 쉬운 장점이 있다. 다만, 아날로그 제어를 사용할 경우 입력전압에 따라 전류지령을 제한하는 회로가 필요하고, 입력전압에 상관없이 최대전류로 제한하는 방식을 주로 사용해야 하는 단점이 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2004-0077726 A
본 발명은 친환경 차량에서 사용되는 DC-DC 컨버터의 최대출력(또는 최대입력)을 제한하는 DC-DC컨버터의 제어시스템 및 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 DC-DC컨버터의 제어시스템은, 입력제한파워값을 입력전압값으로 나누어 입력제한전류값을 도출하는 마이컴; 입력제한전류값을 제한전압값으로 스케일링하는 변환회로; 출력전압값과 기준전압값을 통해 제어전압값을 도출하되 제어전압값은 제한전압값을 한계값으로 하는 전압제어회로; 및 제어전압값을 통해 PWM제어신호를 생성하는 전류제어회로;를 포함한다.
변환회로는 일정범위의 전압범위를 가지고, 입력제한전류값을 전압범위 내에서 스케일링하여 제한전압값을 도출할 수 있다.
전류제어회로는 PWM제어신호를 생성하여 컨버터의 브릿지를 제어함으로써 입력전류를 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 DC-DC컨버터의 제어시스템은, 출력제한파워값을 출력전압값으로 나누어 출력제한전류값을 도출하는 마이컴; 출력제한전류값을 제한전압값으로 스케일링하는 변환회로; 출력전압값과 기준전압값을 통해 제어전압값을 도출하되 제어전압값은 제한전압값을 한계값으로 하는 전압제어회로; 및 제어전압값을 통해 PWM제어신호를 생성하는 전류제어회로;를 포함한다.
본 발명의 DC-DC컨버터의 제어방법은, 입력제한파워값을 입력전압값으로 나누어 입력제한전류값을 도출하는 제1단계; 입력제한전류값을 제한전압값으로 스케일링하는 제2단계; 기준전압값과 피드백된 출력전압값을 통해 제어전압값을 도출하되, 제어전압값은 제한전압값을 한계값으로 하는 제3단계; 및 제어전압값을 통해 컨버터 브릿지의 PWM제어신호를 생성하는 제4단계;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 DC-DC컨버터의 제어방법은, 출력제한파워값을 출력전압값으로 나누어 출력제한전류값을 도출하는 제1단계; 출력제한전류값을 제한전압값으로 스케일링하는 제2단계; 기준전압값과 피드백된 출력전압값을 통해 제어전압값을 도출하되, 제어전압값은 제한전압값을 한계값으로 하는 제3단계; 및 제어전압값을 통해 컨버터 브릿지의 PWM제어신호를 생성하는 제4단계;를 포함한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 DC-DC컨버터의 제어시스템 및 제어방법에 따르면, 전류제어기의 센서를 이용하는 방식이므로 별도의 전용 센서가 불필요하고, 전류지령을 이용하므로 전류제어성능과 동일수준의 고성능의 응답성을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC컨버터의 제어시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 DC-DC컨버터의 제어시스템을 나타낸 도면.
도 3은 DC-DC컨버터를 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 DC-DC컨버터의 제어시스템 및 제어방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC컨버터의 제어시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 DC-DC컨버터의 제어시스템을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 DC-DC컨버터의 제어시스템은, 입력제한파워값을 입력전압값으로 나누어 입력제한전류값을 도출하는 마이컴; 입력제한전류값을 제한전압값으로 스케일링하는 변환회로; 출력전압값과 기준전압값을 통해 제어전압값을 도출하되 제어전압값은 제한전압값을 한계값으로 하는 전압제어회로; 및 제어전압값을 통해 PWM제어신호를 생성하는 전류제어회로;를 포함한다.
본 발명은 디지털제어의 장점을 아날로그에 적용한 방법이다. 최대입력제한은 마이컴에서 수행(I_LIMIT = P_LIMIT/V_I or V_O)하여 전압제어회로의 Error Amp(OP Amp)의 전원공급을 위한 Pin 에 전압을 가변하는 회로이다. Amp의 출력은 전원공급전압으로 제한되는 특성을 이용한 기술이다. 따라서 마이컴의 출력을 기준으로 Amp 최대전압을 제한하여 전류제어회로의 최대전류를 제한할 수 있다.
DC-DC컨버터의 경우 입력되는 파워를 제한하거나 출력되는 파워를 제한하여 회로를 보호하게 되는데, 이를 위해서는 입력되는 전류값을 그 한계 내에서 제어하도록 한다. 일반적으로, DC-DC컨버터의 경우 입력전류를 제어함으로써 출력과 파워를 제한하기 때문이다. 도 3의 경우 DC-DC컨버터를 나타낸 도면으로서, 최대한계를 규정하기 위해 입력파워(V_IN*I_IN)를 제한하거나 출력파워(V_O*I_OUT)를 제한하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC컨버터의 제어시스템을 나타낸 도면으로서, 먼저 파워 제한을 연산한다. 마이컴에서는 입력파워를 제한하기 위해서는 V_I을 센서를 통해 받아 입력제한파워값을 입력전압값으로 나누어 입력제한전류값을 도출한다. I_LIMIT = P_LIMIT/V_I
변환회로에서는 도출된 입력제한전류값(I_LIMIT)을 제한전압값(V_S_LIMIT)으로 스케일링하도록 한다. 그리고 그 스케일링된 제한전압값을 전류제어회로를 제어하는 제어전압값(V_i)의 한계값으로 규정함으로써, 제어되는 입력전류가 필요한 최대값을 넘지 못하도록 제어하는 것이다.
구체적으로, 전압제어회로는 컨버터의 브릿지 스위칭을 제어함으로써 입력전류를 제어하는 전류제어회로를 제어하기 위한 전압지령을 생성하는 것으로서, 출력전압값(V_O)과 기준전압값(V*_o_ref)을 통해 제어전압값(V_i)을 도출한다. 그리고 제어전압값의 경우 앞서 설정된 제한전압값(V_S_LIMIT)을 그 한계값으로 하는 것이다.
전류제어회로는 그리고 도출된 제어전압값에 따라 컨버터 브릿지를 제어하는 PWM제어신호를 생성하고, 이를 통해 입력전류를 원하는 값으로 제어하되 그 한계값을 가진 상태에서 제어됨으로써 회로를 보호하게 되는 것이다.
여기서, 변환회로는 일정범위의 전압범위를 가지고, 입력제한전류값을 전압범위 내에서 스케일링하여 제한전압값을 도출할 수 있다. 즉, 도시된 실시예서는 입력된 입력제한전류값을 0~5 V 범위의 전압범위 내에서 스케일링하여 제한전압값을 도출하는 것이다. 그리고, 전류제어회로는 PWM제어신호를 생성하여 컨버터의 브릿지를 제어함으로써 입력전류를 제어할 수 있다.
이러한 본 발명의 DC-DC컨버터의 제어시스템을 제어하는 방법은, 입력제한파워값을 입력전압값으로 나누어 입력제한전류값을 도출하는 제1단계; 입력제한전류값을 제한전압값으로 스케일링하는 제2단계; 기준전압값과 피드백된 출력전압값을 통해 제어전압값을 도출하되, 제어전압값은 제한전압값을 한계값으로 하는 제3단계; 및 제어전압값을 통해 컨버터 브릿지의 PWM제어신호를 생성하는 제4단계;를 포함한다.
즉, 앞서 설명한 것과 같이 마이컴에서 입력제한파워값을 입력전압값으로 나누어 입력제한전류값을 도출하는 제1단계를 수행하고, 변환회로에서 입력제한전류값을 제한전압값으로 스케일링하는 제2단계를 수행하며, 전압제어회로에서 기준전압값과 피드백된 출력전압값을 통해 제어전압값을 도출하되, 제어전압값은 제한전압값을 한계값으로 하는 제3단계를 수행하고, 전류제어회로에서 제어전압값을 통해 컨버터 브릿지의 PWM제어신호를 생성하는 제4단계를 수행토록 할 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 DC-DC컨버터의 제어시스템을 나타낸 도면으로서, 본 발명의 또 다른 DC-DC컨버터의 제어시스템은, 출력제한파워값을 출력전압값으로 나누어 출력제한전류값을 도출하는 마이컴; 출력제한전류값을 제한전압값으로 스케일링하는 변환회로; 출력전압값과 기준전압값을 통해 제어전압값을 도출하되 제어전압값은 제한전압값을 한계값으로 하는 전압제어회로; 및 제어전압값을 통해 PWM제어신호를 생성하는 전류제어회로;를 포함한다.
이 경우는 마이컴에서 출력제한파워값을 출력전압값으로 나누어 출력제한전류값을 도출하는 것으로서, 출력파워를 제한하기 위해서는 V_O을 센서를 통해 받아 출력전류제한을 수행한다. I_LIMIT = P_LIMIT/V_O 여기서의 I_LIMIT은 출력제한전류값을 말하고, P_LIMIT은 출력제한파워값을 말한다. 즉, 출력단을 기준으로 컨버터의 한계를 규정하는 점에서 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다.
구체적으로, 변환회로에서는 도출된 출력제한전류값(I_LIMIT)을 제한전압값(V_S_LIMIT)으로 스케일링하도록 한다. 그리고 그 스케일링된 제한전압값을 전류제어회로를 제어하는 제어전압값(V_i)의 한계값으로 규정함으로써, 제어되는 입력전류가 필요한 최대값을 넘지 못하도록 제어하는 것이다.
구체적으로, 전압제어회로는 컨버터의 브릿지 스위칭을 제어함으로써 입력전류를 제어하는 전류제어회로를 제어하기 위한 전압지령을 생성하는 것으로서, 출력전압값(V_O)과 기준전압값(V*_o_ref)을 통해 제어전압값(V_i)을 도출한다. 그리고 제어전압값의 경우 앞서 설정된 제한전압값(V_S_LIMIT)을 그 한계값으로 하는 것이다.
전류제어회로는 그리고 도출된 제어전압값에 따라 컨버터 브릿지를 제어하는 PWM제어신호를 생성하고, 이를 통해 입력전류를 원하는 값으로 제어하되 그 한계값을 가진 상태에서 제어됨으로써 회로를 보호하게 되는 것이다.
여기서, 변환회로는 일정범위의 전압범위를 가지고, 출력제한전류값을 전압범위 내에서 스케일링하여 제한전압값을 도출할 수 있다. 즉, 도시된 실시예서는 입력된 출력제한전류값을 0~5 V 범위의 전압범위 내에서 스케일링하여 제한전압값을 도출하는 것이다. 그리고, 전류제어회로는 PWM제어신호를 생성하여 컨버터의 브릿지를 제어함으로써 입력전류를 제어할 수 있다.
이를 수행하기 위한 발명의 또 다른 DC-DC컨버터의 제어방법은, 출력제한파워값을 출력전압값으로 나누어 출력제한전류값을 도출하는 제1단계; 출력제한전류값을 제한전압값으로 스케일링하는 제2단계; 기준전압값과 피드백된 출력전압값을 통해 제어전압값을 도출하되, 제어전압값은 제한전압값을 한계값으로 하는 제3단계; 및 제어전압값을 통해 컨버터 브릿지의 PWM제어신호를 생성하는 제4단계;를 포함한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 DC-DC컨버터의 제어시스템 및 제어방법에 따르면, 전류제어기의 센서를 이용하는 방식이므로 별도의 전용 센서가 불필요하고, 전류지령을 이용하므로 전류제어성능과 동일수준의 고성능의 응답성을 가진다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 마이컴 200 : 변환회로
300 : 전압제어회로 400 : 전류제어회로

Claims (6)

  1. 입력제한파워값을 입력전압값으로 나누어 입력제한전류값을 도출하는 마이컴;
    입력제한전류값을 제한전압값으로 스케일링하는 변환회로;
    출력전압값과 기준전압값을 통해 제어전압값을 도출하되 제어전압값은 제한전압값을 한계값으로 하는 전압제어회로; 및
    제어전압값을 통해 PWM제어신호를 생성하는 전류제어회로;를 포함하는 DC-DC컨버터의 제어시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    변환회로는 일정범위의 전압범위를 가지고, 입력제한전류값을 전압범위 내에서 스케일링하여 제한전압값을 도출하는 것을 특징으로 하는 DC-DC컨버터의 제어시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    전류제어회로는 PWM제어신호를 생성하여 컨버터의 브릿지를 제어함으로써 입력전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 DC-DC컨버터의 제어시스템.
  4. 출력제한파워값을 출력전압값으로 나누어 출력제한전류값을 도출하는 마이컴;
    출력제한전류값을 제한전압값으로 스케일링하는 변환회로;
    출력전압값과 기준전압값을 통해 제어전압값을 도출하되 제어전압값은 제한전압값을 한계값으로 하는 전압제어회로; 및
    제어전압값을 통해 PWM제어신호를 생성하는 전류제어회로;를 포함하는 DC-DC컨버터의 제어시스템.
  5. 입력제한파워값을 입력전압값으로 나누어 입력제한전류값을 도출하는 제1단계;
    입력제한전류값을 제한전압값으로 스케일링하는 제2단계;
    기준전압값과 피드백된 출력전압값을 통해 제어전압값을 도출하되, 제어전압값은 제한전압값을 한계값으로 하는 제3단계; 및
    제어전압값을 통해 컨버터 브릿지의 PWM제어신호를 생성하는 제4단계;를 포함하는 DC-DC컨버터의 제어방법.
  6. 출력제한파워값을 출력전압값으로 나누어 출력제한전류값을 도출하는 제1단계;
    출력제한전류값을 제한전압값으로 스케일링하는 제2단계;
    기준전압값과 피드백된 출력전압값을 통해 제어전압값을 도출하되, 제어전압값은 제한전압값을 한계값으로 하는 제3단계; 및
    제어전압값을 통해 컨버터 브릿지의 PWM제어신호를 생성하는 제4단계;를 포함하는 DC-DC컨버터의 제어방법.
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