KR101492902B1 - 부스트 컨버터 고장 감지 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
부스트 컨버터의 고장을 감지할 수 있는 장치 및 방법이 개시된다. 개시된 장치 및 방법은 부스트 컨버터에 포함된 인버터의 전압 및 스위칭 부스트 컨버터에 포함된 스위치를 제어하는 스위칭 신호를 비교하여 오류 감지 신호를 생성한다. 생성된 오류 감지 신호는 RC 회로를 이용하여 필터링되고, 필터링된 오류 감지 신호를 임계값과 비교하여 부스트 컨버터에 고장이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.
Description
하기의 실시예들은 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 기술에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 기술에 관한 것이다.
부스트 컨버터는 입력 전압보다 더 큰 출력 전압을 얻기 위한 가장 기본적인 회로이다. 부스트 컨버터는 높은 출력 전압이 필요한 태양 전지, 연료 전지 등 차세대 전력 장치에서 굉장히 중요한 역할을 하고 있다. 또한, 연료 전지를 기반으로 한 하이브리드 차량에 있어서도 중요성이 높아지고 있다. 또한, 역률 보정(PFC: Power Factor Correction) 컨버터 등의 응용 분야에서도 부스트 컨버터는 핵심적인 역할을 담당한다.
그러나, 부스트 컨버터 회로 동작에 문제가 발생할 경우 부스트 컨버터가 포함된 회로 전체의 고장을 야기하는 단점도 발생한다. 부스트 컨버터의 고장은 전기적인 로드, 온도, 습도, 물리적인 충격 등과 같은 이유로 컨버터 내의 스위치, 캐패시터 등에 스트레스가 가해져 발생한다.
캐패시터의 고장은 대부분 캐패시터의 노후화(aging) 현상에 의해 발생하므로, ESR(Equivalent Series Resistance) 값의 변화를 통해 시스템 동작 중에도 지속적인 모니터링이 가능하며, 고장을 예방하고 진단할 수 있다.
그러나, 스위치에 발생하는 고장의 경우, 회로 내에 발생하는 과전압(overvoltage), 과전류(overcurrent) 등으로 인하여 발생하는 열로 소자가 파괴되는 단락 회로 고장(Short-Circuit Fault) 과 스위치를 구성하는 물질들간의 열 팽창률이 상이하여 소자에 피로가 누적되어 발생하는 개방 회로 고장(Open-Circuit Fault)로 구분한다.
이러한 스위치에 발생하는 고장은 갑작스럽게 발생하며, 불안정한 동작 환경에서는 보다 빈번하게 발생할 수 있다. 따라서, 부스트 컨버터에 포함된 스위치에 고장이 발생하는 경우, 가능한한 빠르고 정확하게 고장을 진단하여 전체 시스템의 파괴를 막고 사용자의 안전을 확보할 수 있는 기술이 꼭 필요하다.
하기 실시예들의 목적은 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 것이다.
예시적 실시예에 따르면, 스위치와 인덕터를 포함하는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치에 있어서, 상기 스위치의 동작을 제어하는 제어 신호와 상기 인덕터의 전압을 비교하여 오류 감지 신호를 생성하는 오류 감지부, 상기 오류 감지 신호를 필터링하는 필터링부 및 상기 필터링된 오류 감지 신호의 크기와 미리 결정된 임계값을 비교하여 상기 부스트 컨버터의 고장 발생 여부를 판단하는 판단부를 포함하는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치가 제공된다.
여기서, 상기 오류 감지 신호는 상기 스위치가 온 상태가 되도록 지시하고 있는지 여부와 상기 인덕터 전압이 양수인지 여부를 로직 게이트에 입력하여 산출된 것일 수 있다.
그리고, 상기 오류 감지 신호는 개방 오류 감지 신호를 포함하고, 상기 제어 신호는 상기 스위치가 온 상태가 되도록 지시하고, 상기 인덕터 전압이 '0'인 경우에, 상기 개방 오류 감지 신호는 '0'이 아닌 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 오류 감지 신호는 폐쇄 오류 감지 신호를 포함하고, 상기 제어 신호는 상기 스위치가 오프 상태가 되도록 지시하고, 상기 인덕터 전압이 '0'보다 큰 값인 경우에, 상기 폐쇄 오류 감지 신호는 '0'이 아닌 값을 가질 수 있다..
여기서, 상기 필터링부는 상기 오류 감지 신호를 RC-회로를 이용하여 필터링할 수 있다. .
그리고, 상기 임계값과 상기 필터링된 오류 감지 신호를 입력으로 하는 OP 앰프 및 상기 OP 앰프의 출력에 기반하여 상기 부스트 컨버터의 고장 발생 여부를 판단하는 프로세서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 임계값은 상기 부스트 컨버터가 정상 상태(steady state)에 있는 경우, 상기 RC 회로의 캐패시터에 인가되는 전압의 최대값을 고려하여 결정될 수 있다.
그리고, 상기 임계값은 상기 부스트 컨버터에 고장이 발생한 경우, 상기 RC 회로의 캐패시터에 인가되는 전압의 최소값을 고려하여 결정될 수 있다.
또 다른 예시적 실시예에 따르면, 스위치와 인덕터를 포함하는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 방법에 있어서, 상기 스위치의 동작을 제어하는 제어 신호와 상기 인덕터의 전압을 비교하여 오류 감지 신호를 생성하는 단계, 상기 오류 감지 신호를 필터링하는 단계 및 상기 필터링된 오류 감지 신호의 크기와 미리 결정된 임계값을 비교하여 상기 부스트 컨버터의 고장 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 방법이 제공된다.
여기서, 상기 오류 감지 신호를 생성하는 단계는 상기 제어 신호가 상기 스위치가 온 상태가 되도록 지시하고 있는지 여부와 상기 인덕터 전압이 양수인지 여부를 로직 게이트에 입력하여 상기 오류 감지 신호를 산출할 수 있다.
그리고, 상기 오류 감지 신호는 개방 오류 감지 신호를 포함하고, 상기 제어 신호는 상기 스위치가 온 상태가 되도록 지시하고, 상기 인덕터 전압이 '0'인 경우에, 상기 개방 오류 감지 신호는 '0'이 아닌 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 오류 감지 신호는 폐쇄 오류 감지 신호를 포함하고, 상기 제어 신호는 상기 스위치가 오프 상태가 되도록 지시하고, 상기 인덕터 전압이 '0'보다 큰 값인 경우에, 상기 폐쇄 오류 감지 신호는 '0'이 아닌 값을 가질 수 있다.
여기서, 상기 필터링된 오류 감지 신호를 생성하는 단계는 상기 오류 감지 신호를 RC-회로를 이용하여 필터링할 수 있다.
그리고, 상기 임계값은 상기 부스트 컨버터가 정상 상태(steady state)에 있는 경우, 상기 RC 회로의 캐패시터에 인가되는 전압의 최대값을 고려하여 결정될 수 있다.
또한, 상기 임계값은 상기 부스트 컨버터에 고장이 발생한 경우, 상기 RC 회로의 캐패시터에 인가되는 전압의 최소값을 고려하여 결정될 수 있다.
하기 실시예들에 따르면, 부스트 컨버터의 고장을 감지할 수 있다.
도 1은 예시적 실시예에 따른 부스트 컨버터의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 예시적 실시예에 따른 부스트 컨버터 각 부분의 전압 또는 전류를 도시한 도면이다.
도 3은 예시적 실시예에 따른 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 4는 예시적 실시예에 따른 오류 감지 신호를 도시한 도면이다.
도 5는 필터링된 개방 오류 감지 신호의 예를 도시한 도면이다.
도 6은 필터링된 폐쇄 오류 감지 신호의 예를 도시한 도면이다.
도 7은 OP-AMP를 이용하여 구성한 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치를 도시한 도면이다.
도 8은 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 방법을 단계별로 도시한 순서도 이다.
도 2는 예시적 실시예에 따른 부스트 컨버터 각 부분의 전압 또는 전류를 도시한 도면이다.
도 3은 예시적 실시예에 따른 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 4는 예시적 실시예에 따른 오류 감지 신호를 도시한 도면이다.
도 5는 필터링된 개방 오류 감지 신호의 예를 도시한 도면이다.
도 6은 필터링된 폐쇄 오류 감지 신호의 예를 도시한 도면이다.
도 7은 OP-AMP를 이용하여 구성한 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치를 도시한 도면이다.
도 8은 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 방법을 단계별로 도시한 순서도 이다.
이하, 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 예시적 실시예에 따른 부스트 컨버터의 구조를 도시한 도면이다.
도 1의 (a)는 부스트 컨버터의 일반적인 구조를 도시한 도면이다. 부스트 컨버터는 전원(111), 인덕터(112), 다이오드(114), 캐패시터(115) 및 저항(116)을 포함한다. 스위치(113)는 제어 신호에 의하여 온/오프를 전환한다. 일측에 다르면, 스위치(113)는 제어 신호가 양수인 동안에는 온 상태를 유지하고, 제어 신호가 '0'의 값을 가지는 다른 시간 동안에는 오프 상태를 유지할 수 있다.
도 1의 (b)는 부스트 컨버터의 스위치(113)가 온 상태를 유지하는 시간 동안 부스트 컨버터의 상태를 나타낸 도면이다. 부스트 컨버터의 스위치(113)가 온 상태를 유지하면, 스위치는 단락된다. 따라서, 도 1의 (a)에서 다이오드(114), 캐패시터(115), 저항(116)은 제외된다. 부스트 컨버터는 전원(121), 인덕터(122)를 포함하는 회로와 같이 동작한다. 따라서, 스위치(113)가 온 상태를 유지하는 동안에, 인덕터(122)의 전압은 전압 전원 와 같은 값으로 유지된다.
도 1의 (c)는 부스트 컨버터의 스위치(113)가 오프 상태를 유지하는 시간 동안 부스트 컨버터의 상태를 나타낸 도면이다 부스트 컨버터의 스위치(113)가 오프 상태를 유지하면, 스위치는 개방된다. 따라서, 도 1의 (a)에서, 스위치(113) 및 다이오드(114) 제외된다. 부스트 컨버터는 전원(131), 인덕터(132), 캐패시터(133) 및 저항(134)을 포함하는 회로와 같이 동작한다. 따라서, 스위치(113)가 오프 상태를 유지하는 동안에, 인덕터(132)의 전압은 전압 전원 와 출력 전압 의 차이값인 를 유지한다.
도 2는 예시적 실시예에 따른 부스트 컨버터 각 부분의 전압 또는 전류를 도시한 도면이다.
도 2의 (b)는 스위치를 제어하는 제어 신호 q를 도시한 것으로, 제어 신호 q가 '0'보다 큰 값을 가지는 경우에 스위치는 온 상태를 유지하고, 제어 신호 q가 '0'의 값을 가지는 경우 스위치는 오프 상태를 유지한다.
도 1에서 살펴본 바에 따르면, 스위치가 제어 신호에 따라 온 상태와 오프 상태를 반복하는 경우에, 인덕터의 전압은 와 를 반복한다. 이 경우에, 인덕터 전압은 도 2의 (c)에 도시한 바와 같다. 또한, 이 경우의 인덕터 전류는 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이 스위치가 온 상태인 경우에는 일정한 값의 기울기를 가지고 증가하고, 스위치가 오프 상태인 경우에는 일정한 값의 기울기를 가지고 감소한다.
일측에 따르면, 부스트 컨버터의 스위치가 꺼진 상태(오프 상태)로 유지되는 개방 회로 고장이 발생할 수 있다. 이 경우에, 부스트 컨버터 회로는 도 1의 (c)에 도시된 회로와 같이 동작할 수 있다. 따라서, 인덕터 전류는 도 2의 (a)에 도시된 점선과 같이 0A가 될 때까지 일정한 기울기로 감소한다. 또한, 인덕터 전압 은 도 2의 (d)에 점선()으로 도시한 바와 같이 음의 값인 를 유지하다가, 인덕터 전류가 0A가 되는 순간 0V가 된다. 출력 전압 는 회로가 부스트 동작을 하지 못하므로, 그 크기가 입력 전압과 같아질 때까지 감소한다.
일측에 따르면, 부스트 컨버터의 스위치가 켜진 상태(온 상태)로 유지되는 폐쇄 회로 고장이 발생할 수 있다. 이 경우에, 부스트 컨버터 회로는 도 1의 (b)에 도시된 회로와 같이 동작할 수 있다. 따라서, 전압 전원 가 인덕터로 일정하게 계속 공급되어 도 2의 (d)에 점선()으로 도시된 바와 같이 스위치가 과전류에 의해 파괴될 때까지 계속 커지게 된다. 만약 과전류로 인하여 스위치가 파괴되면 회로는 도 1의 (b)에 도시된 개방 회로와 같이 동작하며 출력 전압 는 그 크기가 입력 전압과 같아질 때까지 감소한다.
앞서 언급했듯이, 부스트 컨버터의 인덕터 전압값은 정상적인 동작에서 영점 교차 펄스(zero-crossing pulse)의 형태를 갖는다. 그러나, 부스트 컨버터에 폐쇄 회로 고장(short-circuit fault) 혹은 개방 회로 고장(open-circuit fault)이 발생할 경우에 인덕터 전압 값은 고정된 dc값 (개방 회로 고장이 발생한 경우에는 인덕터 전류가 0A가 되기 전까지)을 갖게 된다. 기본적인 open loop로 동작하는 컨버터의 경우, 고장이 발생하여 인덕터 전압 값에 변화가 생기더라도, 스위칭 함수는 정상 상태에서의 동작과 동일하다. 따라서 제안된 고장 감지 알고리즘은 개방 회로 고장 및 폐쇄 회로 고장의 감지를 위해 다음과 같이 동작한다.
도 3은 예시적 실시예에 따른 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치의 구조를 도시한 블록도이다. 예시적 실시예에 따른 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치(300)는 오류 감지부(310), 필터링부(320) 및 판단부(330)를 포함한다.
오류 감지부(310)는 스위치의 동작을 제어하는 제어 신호와 인덕터의 전압을 비교하여 오류 감지 신호를 생성한다. 여기서, 오류 감지 신호는 스위치의 동작을 제어하는 제어신호가 스위치가 온 상태가 되도록 지시하고 있는지 여부와 인덕터 전압이 양수인지 여부를 로직 게이트에 입력하여 산출된 것일 수 있다.
도 4는 예시적 실시예에 따른 오류 감지 신호를 도시한 도면이다. 이하 도 4를 참고하여 오류 감지 신호를 생성하는 것을 구체적으로 설명한다.
(410, 420, 430, 440, 450)는 스위치의 동작을 제어하는 제어 신호를 반전(invert)한 것이다. 따라서, (410, 420, 430, 440, 450)가 0의 값을 가지는 경우에는 스위치가 온 상태가 되도록 지시하는 것이며, 1의 값을 가지는 경우에는 스위치가 오프상태가 되도록 지시하는 것이다. 또한 (411, 421, 431)는 인덕터 전압을 측정하여 신호 레벨로 변환한 것이다. 여기서, (411, 421, 431)는 스위치의 동작 시간(on-time)에는 입력 전압의 값으로 일정하나, 비동작 시간(off-time)에는 출력 전압에 따라 그 값이 변경된다. 또한, (411, 421, 431)는 인덕터 전압을 측정하기 위한 전압 센서의 측정 변환 비율(measuring conversion ratio)에 따라 그 크기가 변경될 수 있다. 따라서, 로직 게이트의 입력 값 조건에 맞도록 (411, 421, 431)의 크기를 변환할 수 있다. 일측에 따르면, 비반전 증폭기(non-inverting amplifier)를 이용하여 간단히 (411, 421, 431)의 크기를 제어할 수 있다.
일측에 따르면, 오류 감지 신호는 개방 오류 감지 신호와 폐쇄 오류 감지 신호를 포함할 수 있다. 여기서, 개방 오류 감지 신호는 부스트 컨버터에 개방 회로 오류가 발생하였는지 여부를 판단하기 위한 신호이고, 폐쇄 오류 감지 신호는 부스트 컨버터에 폐쇄 회로 오류가 발생하였는지 여부를 판단하기 위한 신호이다.
일측에 따르면, 개방 회로 오류가 발생한 경우, (410, 420, 430, 440, 450) 및 (442)가 모두 0의 값을 가지며, 이 경우 로직 게이트의 출력이 '1'이 되어야 한다. 또한, 나머지 조합의 입력에는 로직 게이트의 출력이 '0'이 되어야 한다. 따라서, 오류 감지부(310)는 NOR 게이트를 이용하여 개방 오류 감지 신호를 생성할 수 있다. 개방 오류 감지 신호는 도 4에 도시되었다.
또한, 폐쇄 회로 오류가 발생한 경우에는 부스트 컨버터가 계속 동작한다. 따라서, (441)은 일정한 양수값을 가진다. 즉, 로직 게이트의 입력이 모두 1일 때만 로직 게이트의 출력이 '1'로, 다른 경우에는 로직 게이트의 출력이 '0'외 되어야 한다. 따라서, 오류 감지부(310)는 AND 게이트를 이용하여 폐쇄 오류 감지 신호 를 생성할 수 있다. 폐쇄 오류 감지 신호 는 도 4에 도시되었다.
이상적인 스위치 및 부스트 컨버터 회로를 사용하지 않고, 현실적인(non-ideal)한 스위치와 부스트 컨버터 회로를 사용하는 경우에, 스위칭 함수가 부스트 컨버터 회로에 전달되어 인덕터 전압이 측정될 때 까지는 일정한 딜레이 (470)가 존재한다 따라서, 특별히 고장이 발생하지 않은 경우에도 이러한 딜레이(470)로 인하여 개방 오류 감지 신호 (412, 422, 423)와 폐쇄 오류 감지 신호 (413, 423)는 '0'이 아닌 값을 가질 수 있다. 따라서, 실제 고장이 발생한 경우의 개방 오류 감지 신호 (443)와 폐쇄 오류 감지 신호 (433, 444)와 고장이 발생하지 않은 상태의 개방 오류 감지 신호 (412, 422, 423)와 폐쇄 오류 감지 신호 (413, 423)를 구분해야 한다.
일측에 따르면, 필터링부(320)는 부스트 컨버터가 정상 동작하는 경우에 스위치 제어 신호와 인덕터 전압 사이의 지연 때문에 발생한 신호를 필터링한 값이 미리 결정된 임계값보다 작도록 오류 감지 신호를 필터링할 수 있다. 여기서, 오류 감지 신호는 도 4에 도시된 개방 오류 감지 신호 와 폐쇄 오류 감지 신호 를 포함할 수 있다.
필터링된 오류 감지 신호는 필터링된 개방 오류 감지 신호 및 필터링된 폐쇄 오류 감지 신호를 포함할 수 있다. 여기서, 필터링된 개방 오류 감지 신호는 부스트 컨버터 회로에 개방 오류가 발생했는지 여부를 판단하기 위한 신호이고, 필터링된 폐쇄 오류 감지 신호는 부스트 컨버터 회로에 폐쇄 오류가 발생했는지 여부를 판단하기 위한 신호이다.
이하 도 5 및 도 6을 참고하여 필터링부(320)가 필터링된 개방 오류 감지 신호 및 필터링된 폐쇄 오류 감지 신호를 생성하는 것을 구체적으로 설명한다.
도 5는 필터링된 개방 오류 감지 신호의 예를 도시한 도면이다.
개방 오류 감지 신호는 부스트 컨버터에 개방 오류가 발생하지 않은 경우에는 짧은 펄스(510, 520)의 형태를 가진다. 그러나, 부스트 컨버터에 개방 오류가 발생한 경우에는 시간 축에서 긴 펄스(530, 540, 550)의 형태를 가진다. 즉, 개방 오류 감지 신호의 시간 축에서의 길이에 기반하여 부스트 컨버터에 개방 오류가 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.
필터링부(320)는 RC-회로를 이용하여 개방 오류 감지 신호를 필터링할 수 있다. 여기서, RC-회로는 저역 통과 필터(LPF: Low Pass Filter)일 수 있다.
일반적으로, 스위칭 함수가 부스트 컨버터 회로에 전달되어 인덕터 전압이 측정될 때까지의 딜레이는 전체 스위칭 함수의 펄스 길이보다는 훨씬 작은 값이다. 따라서, 개방 오류 감지 신호의 짧은 펄스(510, 520)가 RC-회로를 통과하여 생성된 필터링된 개방 오류 감지 신호의 펄스(511, 521)는 그 크기가 작다. 반면, 개방 오류 감지 신호의 긴 펄스(530, 540, 550)가 RC-회로를 통과하여 생성된 필터링된 개방 오류 감지 신호의 펄스(531)는 그 크기가 크다. 따라서, 필터링된 개방 오류 감지 신호의 펄스(511, 521, 531)를 미리 결정된 임계값과 비교하면 부스트 컨버터의 고장 발생 여부를 판단할 수 있다.
일측에 따르면, 임계값은 부스트 컨버터가 정상 상태(steady state)에 있는 경우, RC-회로의 캐패시터에 인가되는 전압의 최대값을 고려하여 결정될 수 있다. 또한, 임계값은 부스트 컨버터에 고장이 발생한 경우, RC 회로의 캐패시터에 인가되는 전압의 최소값을 고려하여 결정될 수 있다.
도 5에서, 개방 오류 감지 신호의 짧은 펄스(510, 520)가 RC-회로를 통과하여 생성된 필터링된 개방 오류 감지 신호의 펄스(511, 521)는 그 크기가 최대 (561)에 불과할 수 있다. 반면, 개방 오류 감지 신호의 긴 펄스(530, 540, 550)가 RC-회로를 통과하여 생성된 필터링된 개방 오류 감지 신호의 펄스(531)는 최대값이 (562)에 도달하며, 최소값은 (563)일 수 있다. 따라서, 필터링된 오류 감지 신호와 비교될 임계값 (560)은 하기의 수학식 1에 따라서 결정될 수 있다.
[수학식 1]
도 5를 참고하면, 필터링된 개방 오류 감지 신호의 펄스(511, 521, 531)가 임계값 (560)보다 작은 경우에는, 부스트 컨버터가 정상 동작하고 있다고 판단할 수 있다. 또한, 필터링된 개방 오류 감지 신호의 펄스(511, 521, 531)가 임계값 (560)보다 큰 경우에는, 부스트 컨버터에 개방 오류가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 6은 필터링된 폐쇄 오류 감지 신호의 예를 도시한 도면이다.
폐쇄 오류 감지 신호는 부스트 컨버터에 폐쇄 오류가 발생하지 않은 경우에는 짧은 펄스(610, 620)의 형태를 가진다. 그러나, 부스트 컨버터에 폐쇄 오류가 발생한 경우에는 시간 축에서 긴 펄스(630, 640, 650)의 형태를 가진다. 즉, 폐쇄 오류 감지 신호의 시간 축에서의 길이에 기반하여 부스트 컨버터에 개방 오류가 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.
도 5에서와 유사한 방법으로, 필터링된 개방 오류 감지 신호의 펄스(611, 621, 631)를 미리 결정된 임계값과 비교하면 부스트 컨버터의 고장 발생 여부를 판단할 수 있다.
도 6에서, 폐쇄 오류 감지 신호의 짧은 펄스(610, 620)가 RC-회로를 통과하여 생성된 필터링된 개방 오류 감지 신호의 펄스(511, 521)는 그 크기가 최대 (661)에 불과할 수 있다. 반면, 폐쇄 오류 감지 신호의 긴 펄스(630, 640, 650)가 RC-회로를 통과하여 생성된 필터링된 폐쇄 오류 감지 신호의 펄스(631)는 최대값이 (662)에 도달하며, 최소값은 (663)일 수 있다. 따라서, 필터링된 폐쇄 오류 감지 신호와 비교될 임계값 (660)은 하기의 수학식 2에 따라서 결정될 수 있다.
[수학식 2]
도 6을 참고하면, 필터링된 폐쇄 오류 감지 신호의 펄스(611, 621, 631)가 임계값 (660)보다 작은 경우에는, 부스트 컨버터가 정상 동작하고 있다고 판단할 수 있다. 또한, 필터링된 폐쇄 오류 감지 신호의 펄스(611, 621, 631)가 임계값 (660)보다 큰 경우에는, 부스트 컨버터에 폐쇄 오류가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 7은 OP-AMP를 이용하여 구성한 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치를 도시한 도면이다.
프로세서(750)는 부스터 컨버터(710)의 스위치를 제어하는 제어 신호를 생성한다. 부스터 컨버터(710)의 스위치는 제어 신호에 따라 온 상태와 오프 상태를 번갈아가며 천이하여 동작한다.
부스터 컨버터(710)의 인덕터 전압 와 제어 신호 는 로직 게이트(720)에 입력될 수 있다. 일측에 따르면, 제어 신호 를 인버팅한 가 로직 게이트(720)에 입력될 수도 있다.
로직 게이트(720)는 인덕터 전압 와 인버팅한 제어 신호 를 비교하여 오류 감지 신호를 생성한다. 여기서, 오류 감지 신호는 개방 오류를 감지하기 위한 개방 오류 감지 신호 와 폐쇄 오류 감지 신호 를 포함할 수 있다.
RC-회로(730)는 개방 오류 감지 신호 와 폐쇄 오류 감지 신호 를 각각 필터링한다. RC-회로(730)는 상기 스위치 제어 신호와 상기 인덕터 전압 사이의 지연 때문에 발생한 신호가 미리 결정된 임계값보다 작아지도록 필터링할 수 있다. 필터링된 오류 감지 신호는 필터링된 개방 오류 감지 신호 및 필터링된 폐쇄 오류 감지 신호를 포함할 수 있다.
OP-AMP(740)는 필터링된 오류 감지 신호 및 임계값을 수신한다. OP-AMP(740)는 필터링된 개방 오류 감지 신호와 임계값을 비교하여 부스터 컨버터에 오류가 발생했는지 여부를 판단한다. OP-AMP(740)는 부스터 컨버터에 오류가 발생했는지 여부에 따라서 최종 개방 오류 감지 신호 또는 최종 폐쇄 오류 감지 신호 의 값을 변경할 수 있다.
도 7과 도 3을 비교하면, 도 3의 판단부(330)는 도 7의 OP-AMP(740)및 프로세서(750)로 구현될 수 있다.
도 8은 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 방법을 단계별로 도시한 순서도 이다.
단계(810)에서, 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치는 부스트 컨버터에 포함된 스위치를 제어하는 제어 신호와 부스트 컨버터에 포함된 인덕터의 전압을 비교하여 오류 감지 신호를 생성한다. 일측에 따르면, 오류 감지 신호는 제어 신호가 상기 스위치가 온 상태가 되도록 지시하고 있는지 여부와 인덕터 전압이 양수인지 여부를 로직 게이트에 입력하여 산출된 것일 수 있다.
일측에 따르면, 오류 감지 신호는 개방 오류 감지 신호 및 폐쇄 오류 감지 신호를 포함할 수 있다. 여기서, 제어 신호가 스위치가 온 상태가 되도록 지시하고, 인덕터 전압이 '0'인 경우에, 개방 오류 감지 신호는 '0'이 아닌 값을 가지는 신호로서, 반전된 제어 신호와 인덕터 전압을 NOR 게이트에 입력하여 생성된 것일 수 있다. 또한, 제어 신호가 상기 스위치가 오프 상태가 되도록 지시하고, 인덕터 전압이 '0'보다 큰 값인 경우에, 폐쇄 오류 감지 신호는 '0'이 아닌 값을 가지는 신호로서, 반전된 제어 신호와 인덕터 전압을 AND 게이트에 입력하여 생성된 것일 수 있다.
단계(820)에서, 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치는 오류 감지 신호를 RC-회로를 이용하여 필터링할 수 있다. 여기서, RC-회로는 저역 통과 필터일 수 있다. 또한, 필터링된 오류 감지 신호의 크기는 오류 감지 신호의 시간 축에서의 길이에 비례할 수 있다.
여기서, 필터링된 오류 감지 신호는 개방 오류 감지 신호 및 폐쇄 오류 감지 신호를 포함 할 수 있다. 일측에 따르면, 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치는 부스트 컨버터가 정상 동작하는 경우에 스위치 제어 신호와 인덕터 전압 사이의 지연 때문에 발생한 신호를 필터링한 값이 미리 결정된 임계값보다 작도록 오류 감지 신호를 필터링할 수 있다.
단계(830)에서, 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치는 필터링된 오류 감지 신호를 임계값과 비교하여 부스트 컨버터의 고장 발생 여부를 판단할 수 있다. 일측에 따르면, 임계값은 부스트 컨버터가 정상 상태(steady state)에 있는 경우, RC 회로의 캐패시터에 인가되는 전압의 최대값을 고려하여 결정될 수 있다. 또한, 임계값은 부스트 컨버터에 고장이 발생한 경우, RC 회로의 캐패시터에 인가되는 전압의 최소값을 고려하여 결정될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
300: 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치
310: 오류 감지부
320: 필터링부
330: 판단부
310: 오류 감지부
320: 필터링부
330: 판단부
Claims (18)
- 스위치와 인덕터를 포함하는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치에 있어서,
상기 스위치의 동작을 제어하는 제어 신호와 상기 인덕터의 전압을 비교하여 오류 감지 신호를 생성하는 오류 감지부;
상기 오류 감지 신호를 필터링하는 필터링부; 및
상기 필터링된 오류 감지 신호의 크기와 미리 결정된 임계값을 비교하여 상기 부스트 컨버터의 고장 발생 여부를 판단하는 판단부;
를 포함하는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 오류 감지 신호는 상기 제어 신호가 상기 스위치가 온 상태가 되도록 지시하고 있는지 여부와 상기 인덕터 전압이 양수인지 여부를 로직 게이트에 입력하여 산출된 것인 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 오류 감지 신호는 개방 오류 감지 신호를 포함하고,
상기 제어 신호는 상기 스위치가 온 상태가 되도록 지시하고 상기 인덕터 전압이 '0'인 경우에, 상기 개방 오류 감지 신호는 '0'이 아닌 값을 가지는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 오류 감지 신호는 폐쇄 오류 감지 신호를 포함하고,
상기 제어 신호는 상기 스위치가 오프 상태가 되도록 지시하고, 상기 인덕터 전압이 '0'보다 큰 값인 경우에, 상기 폐쇄 오류 감지 신호는 '0'이 아닌 값을 가지는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 판단부는
상기 임계값과 상기 필터링된 오류 감지 신호를 입력으로 하는 OP 앰프; 및
상기 OP 앰프의 출력에 기반하여 상기 부스트 컨버터의 고장 발생 여부를 판단하는 프로세서
를 포함하는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 필터링부는 상기 오류 감지 신호의 시간 축에서의 길이에 상기 필터링된 오류 감지 신호의 크기가 비례하도록 상기 필터링을 수행하는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 필터링부는 상기 오류 감지 신호를 RC-회로를 이용하여 필터링하는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 임계값은 상기 부스트 컨버터가 정상 상태(steady state)에 있는 경우, 상기 RC 회로의 캐패시터에 인가되는 전압의 최대값을 고려하여 결정되는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 임계값은 상기 부스트 컨버터에 고장이 발생한 경우, 상기 RC 회로의 캐패시터에 인가되는 전압의 최소값을 고려하여 결정되는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 장치.
- 스위치와 인덕터를 포함하는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 방법에 있어서,
상기 스위치의 동작을 제어하는 제어 신호와 상기 인덕터의 전압을 비교하여 오류 감지 신호를 생성하는 단계;
상기 오류 감지 신호를 필터링하는 단계; 및
상기 필터링된 오류 감지 신호의 크기와 미리 결정된 임계값을 비교하여 상기 부스트 컨버터의 고장 발생 여부를 판단하는 단계;
를 포함하는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 오류 감지 신호는 상기 제어 신호가 상기 스위치가 온 상태가 되도록 지시하고 있는지 여부와 상기 인덕터 전압이 양수인지 여부를 로직 게이트에 입력하여 산출된 것인 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 오류 감지 신호는 개방 오류 감지 신호를 포함하고,
상기 제어 신호는 상기 스위치가 온 상태가 되도록 지시하고, 상기 인덕터 전압이 '0'인 경우에, 상기 개방 오류 감지 신호는 '0'이 아닌 값을 가지는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 오류 감지 신호는 폐쇄 오류 감지 신호를 포함하고,
상기 제어 신호는 상기 스위치가 오프 상태가 되도록 지시하고, 상기 인덕터 전압이 '0'보다 큰 값인 경우에, 상기 폐쇄 오류 감지 신호는 '0'이 아닌 값을 가지는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 오류 감지 신호를 필터링하는 단계는 상기 오류 감지 신호의 시간 축에서의 길이에 상기 필터링된 오류 감지 신호의 크기가 비례하도록 상기 필터링을 수행하는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 오류 감지 신호를 필터링하는 단계는 상기 오류 감지 신호를 RC-회로를 이용하여 필터링하는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 방법.
- 제15항에 있어서,
상기 임계값은 상기 부스트 컨버터가 정상 상태(steady state)에 있는 경우, 상기 RC 회로의 캐패시터에 인가되는 전압의 최대값을 고려하여 결정되는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 방법.
- 제15항에 있어서,
상기 임계값은 상기 부스트 컨버터에 고장이 발생한 경우, 상기 RC 회로의 캐패시터에 인가되는 전압의 최소값을 고려하여 결정되는 부스트 컨버터의 고장을 감지하는 방법.
- 제10항 내지 제17항 중에서 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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