KR101508180B1 - Charging system for Mild hybrid vehicle - Google Patents

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KR101508180B1 KR1020130124917A KR20130124917A KR101508180B1 KR 101508180 B1 KR101508180 B1 KR 101508180B1 KR 1020130124917 A KR1020130124917 A KR 1020130124917A KR 20130124917 A KR20130124917 A KR 20130124917A KR 101508180 B1 KR101508180 B1 KR 101508180B1
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김경만
정은진
김태권
강찬호
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주식회사 이지트로닉스
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Abstract

The present invention relates to a charging apparatus for a mild hybrid electric vehicle capable of protecting a product by reverse polarity by using a P-channel MOSFET, preventing the phenomenon of reverse charging from a low-voltage battery to a high-voltage battery due to the phenomenon of abnormal high-voltage of the low-voltage battery and abnormal low-voltage of the high-voltage battery, and reducing damage caused by forward directional voltage drop by applying a gating signal to a P-channel MOSFET when a current is supplied to a load due to operation of a DC/DC converter. The charging apparatus for a mild hybrid electric vehicle comprises: an engine; an MSG for generating alternating current power by supplying a driving force to the engine, or receiving a driving force from the engine; an inverter for supplying the MSG by converting the alternating current power generated from the MSG to direct current power, or converting direct current power to alternating current power; a high-voltage battery which is charged by receiving direct current power from the inverter, or supplies direct current power to the inverter; a DC/DC converter for dropping voltage by receiving direct current power from the inverter or the high-voltage battery; a low-voltage battery which is charged by receiving direct current power from the DC/DC converter; and a reverse charge preventing device installed on a path between the high-voltage battery and the low-voltage battery to prevent electric energy from flowing from the low-voltage battery to the high-voltage battery.

Description

마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치{Charging system for Mild hybrid vehicle}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a charging system for a hybrid vehicle,

본 발명은 P채널 MOSFET을 이용하여 역극성에 의한 제품 보호와 저전압 배터리의 이상 고전압 및 고전압 배터리의 이상 저전압 현상으로 인해 저전압 배터리로부터 고전압 배터리로 역충전되는 현상을 방지할 수 있고, DC/DC 컨버터의 동작으로 인해 부하에 전류를 공급할 경우 P채널 MOSFET에 게이팅 신호를 인가하여 순방향 전압 강하에 의한 손실을 크게 줄일 수 있는 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치에 관한 것이다.The present invention can prevent reverse charging of a low voltage battery from a low voltage battery to a high voltage battery due to protection of products by reverse polarity and abnormal high voltage of a low voltage battery and abnormal low voltage of a high voltage battery by using a P channel MOSFET, The present invention relates to a charging device for a mild hybrid electric vehicle in which a loss due to a forward voltage drop can be greatly reduced by applying a gating signal to a P-channel MOSFET when current is supplied to the load due to the operation of the MOSFET.

마일드 하이브리드(Mild Hybrid)는 풀 하이브리드(Full Hybrid)나 플러그인 하이브리드(Plug-In Hybrid) 등 하이브리드 자동차 중 작은 모터용량을 가진 하이브리드 전기자동차를 지칭한다. 내연기관엔진이 주동력원이고 모터에 의해 동력을 지원(assist)받거나 모터가 발전기로 동작할 때에는 전력을 생성하는 역할을 한다. 이와 같이 전기모터는 자동차를 달리게 하는 독자적 추진력을 가지는 것이 아니라 내연기관엔진의 효율성을 높이기 위한 일종의 보조장치로 연비를 개선시키는 역할을 한다. Mild Hybrid refers to a hybrid electric vehicle with a small motor capacity, such as a full hybrid or a plug-in hybrid. The internal combustion engine is the main power source and serves to generate power when it is assisted by the motor or when the motor is operating as a generator. As such, electric motors do not have their own propulsion to run cars, but they serve to improve fuel efficiency with a kind of auxiliary device to improve the efficiency of the internal combustion engine.

이 전기모터는 아이들 스타트-스톱인 ISS(Idle Start Stop) 혹은 ISG(Idle Stop & Go), MSG(Motor Start Generator)를 제공하는데, 가속기를 밟을 때만 엔진이 작동하게 해서 연료소비와 매연을 줄이는 기능이다. These electric motors provide idle start-stop ISS (Idle Start Stop) or ISG (Idle Stop & Go) and MSG (Motor Start Generator) functions that enable the engine to operate only when the accelerator is depressed, to be.

전기모터는 엔진동력이 필요할 때 토크를 발생시키는 모터모드와 엔진동력이 남을 때 전기를 발생시키는 발전모드를 가지는데 이는 모터에 부착된 PWM 인버터를 통하여 이루어진다. PWM 인버터는 모터모드에서 고전압 배터리에 충전된 에너지로부터 모터를 구동하여 엔진토크를 지원하거나, 엔진동력이 모터를 통해 전기에너지를 생성하여 고전압 배터리를 충전 및 강압형 DC/DC 컨버터를 통하여 저전압 배터리를 충전하게 된다. Electric motors have a motor mode that generates torque when engine power is needed and a power generation mode that generates electricity when engine power remains, which is done through a PWM inverter attached to the motor. The PWM inverter supports the engine torque by driving the motor from the energy charged in the high voltage battery in the motor mode or the engine power generates electric energy through the motor to charge the high voltage battery and the low voltage battery through the step-down type DC / Charging.

이와 같이 마일드 하이브리드의 전력 시스템을 살펴보면, 엔진과 벨트로 연결된 모터-스타터-발전기(MSG)에서 발생된 전력이 저장되는 고전압 배터리와 전장 시스템에 전력을 제공하는 저전압 배터리 사이에 비절연 강압형 DC/DC 컨버터가 배치되어 있다. 이러한 비절연 강압형 DC/DC 컨버터는 스위칭소자, 인덕터, 커패시터, 그리고 환류용 다이오드로 구성된다.The power system of the mild hybrid is as follows: a non-isolated step-down DC / DC converter between a high-voltage battery that stores power generated by a motor-starter-generator (MSG) connected to the engine and a belt, DC converter is disposed. These non-isolated step-down DC / DC converters consist of switching elements, inductors, capacitors, and reflux diodes.

이러한 마일드 하이브리드 차량의 충전 장치에 사용되는 고전압 배터리는 자가 방전회로를 가지고 있어서 고전압 배터리에 충전된 전기에너지는 느린 속도로 방전된다. 방전된 고전압 배터리는 차량이 시동된 후 발전 모드에서만 충전이 가능하므로 장시간 차량을 움직이지 않을 경우 고전압 배터리의 충전 전압이 지속적으로 떨어지게 된다. 고전압 배터리의 충전 전압이 저전압 배터리의 전압보다 낮아질 경우 비절연 강압형 DC/DC 컨버터의 스위칭 소자에 부착된 바디다이오드를 통하여 저전압 배터리의 충전된 전기에너지가 고전압 배터리로 역충전되는 현상이 발생된다.The high-voltage battery used in the charging apparatus of such a mild hybrid vehicle has a self-discharge circuit, so that the electric energy charged in the high-voltage battery is discharged at a slow rate. The discharged high-voltage battery can be charged only in the power generation mode after the vehicle is started. Therefore, when the vehicle is not moved for a long time, the charging voltage of the high-voltage battery is continuously decreased. When the charging voltage of the high voltage battery becomes lower than the voltage of the low voltage battery, the charged electric energy of the low voltage battery is reversely charged to the high voltage battery through the body diode attached to the switching element of the non-insulated step-down DC / DC converter.

특히, 마일드 하이브리드 차량을 오랜시간 주차 후 다시 시동시 고전압 및 저전압 배터리의 방전으로 시동 동력 생성 뿐 아니라, 전장시스템 공급 전원도 공급하지 못하는 현상이 일어나게 된다. In particular, when a mild hybrid vehicle is parked for a long time and then restarted, discharges of high voltage and low voltage batteries cause not only generation of starting power but also failure to supply electric power to the system.

KR10-2012-0074585(공개번호) 2012.07.06KR10-2012-0074585 (public number) 2012.07.06

본 발명은 P채널 MOSFET을 이용하여 역극성에 의한 제품 보호와 저전압 배터리의 이상 고전압 및 고전압 배터리의 이상 저전압 현상으로 인해 저전압 배터리로부터 고전압 배터리로 역충전되는 현상을 방지할 수 있고, DC/DC 컨버터의 동작으로 인해 부하에 전류를 공급할 경우 P채널 MOSFET에 게이팅 신호를 인가하여 순방향 전압 강하에 의한 손실을 크게 줄일 수 있는 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention can prevent reverse charging of a low voltage battery from a low voltage battery to a high voltage battery due to protection of products by reverse polarity and abnormal high voltage of a low voltage battery and abnormal low voltage of a high voltage battery by using a P channel MOSFET, The present invention provides a charging device for a mild hybrid electric vehicle in which a loss due to a forward voltage drop can be greatly reduced by applying a gating signal to a P-channel MOSFET when a current is supplied to the load due to the operation of the MOSFET.

본 발명은, 엔진과; 상기 엔진에 구동력을 제공하거나, 또는 상기 엔진으로부터 구동력을 제공받아 교류 전력을 발전하는 MSG와; 상기 MSG로부터 발생된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하거나, 또는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 MSG에 제공하는 인버터와; 상기 인버터로부터 직류 전력을 제공받아 충전되거나, 또는 상기 인버터에 직류 전력을 제공하는 고전압 배터리와; 상기 인버터 또는 상기 고전압 배터리로부터 직류 전력을 제공받아 전압을 강하하는 DC/DC 컨버터와; 상기 DC/DC 컨버터로부터 직류 전력을 제공받아 충전되는 저전압 배터리; 및 상기 고전압 배터리와 상기 저전압 배터리 사이의 경로상에 구비되어 상기 저전압 배터리로부터 상기 고전압 배터리로 전기 에너지가 흘러가는 것을 방지하기 위한 역충전 방지장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a vehicle comprising: an engine; A MSG for providing a driving force to the engine or generating driving power from the engine and generating AC power; An inverter converting the AC power generated from the MSG into DC power or converting DC power into AC power and providing the DC power to the MSG; A high voltage battery which is charged by being supplied with DC power from the inverter or supplies DC power to the inverter; A DC / DC converter that receives DC power from the inverter or the high voltage battery and drops a voltage; A low voltage battery that is charged by receiving DC power from the DC / DC converter; And a reverse charge preventing device provided on a path between the high voltage battery and the low voltage battery to prevent electric energy from flowing from the low voltage battery to the high voltage battery.

또한, 본 발명의 상기 역충전 방지장치는 P채널 MOSFET인 것을 특징으로 한다.Further, the back-charging preventing device of the present invention is a P-channel MOSFET.

또한, 본 발명의 상기 P채널 MOSFET은 ON-OFF 제어되는 것을 특징으로 한다.Further, the P-channel MOSFET of the present invention is controlled to be ON-OFF controlled.

또한, 본 발명의 상기 DC/DC 컨버터는 상기 P채널 MOSFET에 제어 신호를 송출하는 DC/DC 컨버터 제어부가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다.The DC / DC converter of the present invention further includes a DC / DC converter controller for transmitting a control signal to the P-channel MOSFET.

또한, 본 발명의 상기 DC/DC 컨버터 제어부는 상기 고전압 배터리 및 상기 저전압 배터리의 전압을 검출하여, 상기 저전압 배터리의 전압이 상기 고전압 배터리의 전압보다 높으면 상기 P채널 MOSFET에 OFF 신호를 인가하는 것을 특징으로 한다.Further, the DC / DC converter control unit of the present invention detects the voltage of the high-voltage battery and the low-voltage battery and applies an OFF signal to the P-channel MOSFET when the voltage of the low-voltage battery is higher than the voltage of the high- .

또한, 본 발명의 상기 DC/DC 컨버터 제어부는 상기 DC/DC 컨버터가 PWM 스위칭 동작하기 전에 상기 P채널 MOSFET에 ON 신호를 인가하는 것을 특징으로 한다.The DC / DC converter control unit of the present invention is characterized in that the DC / DC converter applies an ON signal to the P-channel MOSFET before the PWM switching operation.

또한, 본 발명의 상기 DC/DC 컨버터는 병렬 연결된 복수의 환류용 MOSFET 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the DC / DC converter of the present invention is characterized by including a plurality of parallel-connected MOSFET elements for reflux.

또한, 본 발명의 상기 DC/DC 컨버터는, 상기 MOSFET 소자 각각에 인턱터가 직렬 연결되고 상기 환류용 MOSFET이 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.The DC / DC converter of the present invention is characterized in that an inductor is connected in series to each of the MOSFET devices, and the reflux MOSFET is connected in parallel.

본 발명은 P채널 MOSFET을 이용하여 역극성에 의한 제품 보호와 저전압 배터리의 이상 고전압 및 고전압 배터리의 이상 저전압 현상으로 인해 저전압 배터리로부터 고전압 배터리로 역충전되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of preventing reverse charging of a low voltage battery from a low voltage battery to a high voltage battery due to protection of products by reverse polarity and abnormal high voltage of a low voltage battery and abnormal low voltage of a high voltage battery by using a P channel MOSFET.

또한, 본 발명은, DC/DC 컨버터의 동작으로 인해 부하에 전류를 공급할 경우 P채널 MOSFET에 게이팅 신호를 인가하여 회로를 단속함으로써 순방향 전압강하에 의한 손실이 발생하지 않는 효과가 있다.Further, in the present invention, when a current is supplied to a load due to the operation of the DC / DC converter, a gating signal is applied to the P-channel MOSFET so that the circuit is interrupted to prevent loss due to forward voltage drop.

또한, 본 발명은, P채널 MOSFET을 단순히 ON-OFF 하는 것으로 회로를 단속할 수 있으므로 PWM 스위칭에 의한 손실이 발생하지 않는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that the circuit can be interrupted by simply turning ON and OFF the P-channel MOSFET, thereby preventing loss due to PWM switching.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 개략도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 DC/DC 컨버터의 일반적 병렬 구성을 도시한 회로도.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 DC/DC 컨버터의 회로도.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 DC/DC 컨버터의 출력 특성을 시뮬레이션한 그래프.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 개략도.
도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 저전압 배터리 충전 상태의 회로도.
도 7 은 본 발명의 실시에에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 역충전 방지 상태의 회로도.
도 8 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 DC/DC 컨버터의 회로도.
도 9 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 DC/DC 컨버터의 MOSFET 패키지화가 적용된 회로도.
도 10 은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 엔진 시동 모드시 에너지의 흐름을 도시한 개략도.
도 11 은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 엔진 시동 및 저전압 배터리 충전모드시 에너지의 흐름을 도시한 개략도.
도 12 는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 고전압 배터리 충전 모드시 에너지의 흐름을 도시한 개략도.
도 13 은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 고전압 배터리 충전 및 저전압 배터리 충전 모드시 에너지의 흐름을 도시한 개략도.
도 14 는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 저전압 배터리 충전 모드시 에너지의 흐름을 도시한 개략도.
도 15 는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 저전압 배터리 충전용 고전압 배터리 방전 모드시 에너지의 흐름을 도시한 개략도.
도 16 은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 역충전 방지 모드시 에너지의 흐름을 도시한 개략도.1 is a schematic diagram of a charging device for a mild hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention;
2 is a circuit diagram showing a general parallel configuration of a DC / DC converter of a charging device for a mild hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention;
3 is a circuit diagram of a DC / DC converter of a charging device for a mild hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph simulating output characteristics of a DC / DC converter of a charging device for a mild hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram of a charging device for a mild hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
6 is a circuit diagram of a charging device for a mild hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention in a low-voltage battery charging state.
7 is a circuit diagram of a charging device for a mild hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention in a reverse charging prevention state.
8 is a circuit diagram of a DC / DC converter of a charging device for a mild hybrid electric vehicle according to another embodiment of the present invention.
9 is a circuit diagram showing a MOSFET package of a DC / DC converter of a charging device for a mild hybrid electric vehicle according to another embodiment of the present invention.
10 is a schematic view showing an energy flow in an engine start mode of a charging device for a mild hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
11 is a schematic view showing the flow of energy in engine starting and in a low-voltage battery charging mode of a charging device for a mild hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic view showing a flow of energy in a high-voltage battery charging mode of a charging device for a mild hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 13 is a schematic view showing a flow of energy in a high-voltage battery charging mode and a low-voltage battery charging mode in a charging device for a mild hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
14 is a schematic diagram showing the flow of energy in a low voltage battery charging mode of a charging device for a mild hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention;
15 is a schematic diagram showing the flow of energy in a high-voltage battery discharge mode for charging a low-voltage battery in a charging apparatus for a mild hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention;
16 is a schematic view showing a flow of energy in a reverse charging prevention mode of a charging device for a mild hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention;

이하에서, 본 발명의 실시예에 따른 병렬 스위칭 회로를 가지는 강압용 DC/DC 컨버터에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a step-down DC / DC converter having a parallel switching circuit according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치는, 엔진(10)과, 엔진(10)에 구동력을 제공하거나 또는 엔진(10)으로부터 구동력을 제공받아 교류 전력을 발전하는 MSG(Motor Start Generator, 20)와, MSG(20)로부터 발생된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하거나 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 MSG(20)에 제공하는 인버터(30)와, 인버터(30)로부터 직류 전력을 제공받아 충전되거나 또는 충전된 직류 전력을 인버터(30)에 제공하는 고전압 배터리(40)와, 인버터(30) 또는 고전압 배터리(40)로부터 직류 전력을 제공받아 전압을 강하하는 DC/DC 컨버터(50)와, DC/DC 컨버터(50)로부터 직류 전력을 제공받아 충전되는 저전압 배터리(60) 및 고전압 배터리(40)와 저전압 배터리(60) 사이의 경로상에 구비되어 저전압 배터리(60)로부터 고전압 배터리(40)로 전기 에너지가 흘러가는 것을 방지하기 위한 역충전 방지 장치(80)를 포함하여 구성된다.
A charging device for a mild hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention includes an engine 10, an MSG (Motor Start) that provides driving force to the engine 10 or generates driving power from the engine 10 to generate AC power An inverter 30 for converting AC power generated from the MSG 20 into DC power or converting DC power into AC power and providing the same to the MSG 20; A DC / DC converter (50) that receives DC power from an inverter (30) or a high voltage battery (40) and drops a voltage, a high voltage battery A low voltage battery 60 which is charged with DC power from the DC / DC converter 50 and a low voltage battery 60 which is provided on the path between the high voltage battery 40 and the low voltage battery 60, (40) It is configured to include a reverse charging prevention device 80 for preventing the flow.

엔진(10)은 시동시 MSG(20)로부터 구동력을 제공받아 회전되고, 시동 후 MSG(20)에 구동력을 제공하는 역할을 하며, 가솔린, 디젤, LPG 등 자동차에 적용 가능한 모든 종류의 엔진(10)을 대상으로 한다.The engine 10 is rotated by receiving a driving force from the MSG 20 at the time of starting and provides the driving force to the MSG 20 after starting and is connected to all kinds of engines 10 applicable to automobiles such as gasoline, ).

엔진(10)의 크랭크축(11)에는 메인 풀리(12)가 설치되어 크랭크축(11)과 함께 회전하며, 벨트(14) 등을 통하여 MSG(20)의 보조 풀리(14)와 구동적으로 연결된다. 이때 벨트(14)는 자동차의 엔진(10) 구동력 전달 수단으로 통상적으로 사용되는 동력 전달 수단의 일례로서 기재한 것일 뿐, 체인, 기어 등 그 외의 동력 전달 수단을 배제하는 것을 의미하지는 않는다.
A main pulley 12 is provided on the crankshaft 11 of the engine 10 so as to rotate together with the crankshaft 11 and to drive the auxiliary pulley 14 of the MSG 20 via the belt 14, . At this time, the belt 14 is described as an example of the power transmission means that is typically used as the driving force transmitting means of the automobile, and does not mean that the power transmission means such as chain, gear, or the like is excluded.

MSG(20)는 엔진(10)의 시동시 인버터(30)로부터 교류 전력을 제공받아 시동 모터로서 작용하여 엔진(10)에 구동력을 제공하고, 엔진(10)의 시동 후에는 엔진(10)으로부터 구동력을 제공받아 3상 교류 전력을 발전하는 발전기로 작용하는 역할을 하며, 이를 위하여 보조 풀리(14)가 회전 가능하게 장착되어서 엔진(10)의 메인 풀리(12)와 벨트(14) 등의 동력 전달 수단을 통해 연결된다.The MSG 20 receives AC power from the inverter 30 at the start of the engine 10 and acts as a starting motor to provide a driving force to the engine 10 and to drive the engine 10 from the engine 10 The auxiliary pulley 14 is rotatably mounted to rotate the main pulley 12 and the belt 14 of the engine 10 so as to generate power And is connected through a transmission means.

MSG(20)는 한편 인버터(30)와 전기적으로 연결되어서, 엔진(10)의 시동시 인버터(30)로부터 고전압 배터리(40)의 전력을 제공받아 구동력을 발생시키며, 엔진(10)의 시동 후 교류 전력을 생산하여 인버터(30)로 제공함으로써 인버터(30)로부터 고전압 배터리(40) 및 DC/DC 컨버터(50)에 전력이 제공될 수 있도록 한다.
The MSG 20 is electrically connected to the inverter 30 to generate a driving force by receiving the power of the high voltage battery 40 from the inverter 30 at the start of the engine 10, And supplies AC power to the inverter 30 so that power can be supplied from the inverter 30 to the high voltage battery 40 and the DC / DC converter 50.

인버터(30)는 고전압 배터리(40)의 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하여 MSG(20)에 제공하거나, 또는 MSG(20)에서 발생된 3상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 고전압 배터리(40) 또는 DC/DC 컨버터(50)에 제공하는 역할을 하며, 이를 위하여 교류단이 MSG(20)에 전기적으로 연결되고 직류단이 고전압 배터리(40) 및 DC/DC 컨버터(50)에 전기적으로 연결된다.The inverter 30 converts the DC power of the high voltage battery 40 into three-phase AC power and supplies the three-phase AC power to the MSG 20 or converts the three-phase AC power generated by the MSG 20 into DC power, 40 to the DC / DC converter 50. To this end, the AC terminal is electrically connected to the MSG 20 and the DC terminal is electrically connected to the high voltage battery 40 and the DC / DC converter 50 do.

이러한 인버터(30)는, MSG(20)의 과열 손상, 실속, 진동 등의 부정적 현상을 방지하기 위하여 PWM(Pulse Width Modulation) 인버터인 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
The inverter 30 is preferably a PWM (Pulse Width Modulation) inverter in order to prevent a negative phenomenon such as overheat damage, stall, and vibration of the MSG 20, but is not limited thereto.

고전압 배터리(40)는 MSG(20), 저전압 배터리(60) 또는 전장 시스템(70)에 전력을 제공하는 역할을 하며, 이를 위하여 인버터(30) 및 DC/DC 컨버터(50)에 전기적으로 연결된다. 이러한 고전압 배터리(40)는 엔진(10)의 시동시 인버터(30)에 직류 전력을 제공하여 인버터(30)로 하여금 MSG(20)에 3상 교류 전력이 제공될 수 있도록 하고, 엔진(10) 시동 후 MSG(20)에서 발생된 전기를 인버터(30)를 통해 제공받아 충전을 한다. 고전압 배터리(40)는 100V 이하의 전압 범위를 가지며, 통상의 리튬 배터리, 납축전지, 슈퍼 커패시터 또는 울트라 커패시터가 단독 또는 조합되어 구성되되 그 대상을 한정하지는 않는다.
The high voltage battery 40 serves to provide power to the MSG 20, the low voltage battery 60 or the electrical system 70 and is electrically connected to the inverter 30 and the DC / DC converter 50 for this purpose . This high voltage battery 40 provides DC power to the inverter 30 at the start of the engine 10 so that the inverter 30 can be supplied with three phase AC power to the MSG 20, After the start-up, electricity generated in the MSG 20 is supplied through the inverter 30 and charged. The high-voltage battery 40 has a voltage range of 100 V or less, and a conventional lithium battery, a lead acid battery, a super capacitor, or an ultracapacitor may be configured solely or in combination, but the present invention is not limited thereto.

DC/DC 컨버터(50)는 인버터(30) 또는 고전압 배터리(40)의 고압 직류 전력을 저전압 배터리(60) 충전 전압 범위를 만족하도록 강압하여 저전압 배터리(60) 또는 전장 시스템(70)에 제공하는 역할을 하며, 이를 위하여 일단이 인버터(30) 및 고전압 배터리(40)에 전기적으로 연결되고, 타단이 저전압 배터리(60) 및 자동차 전장 시스템(70)에 전기적으로 연결된다.The DC / DC converter 50 converts the high voltage direct current power of the inverter 30 or the high voltage battery 40 into the low voltage battery 60 or the electric field system 70 so as to satisfy the charging voltage range of the low voltage battery 60 One end of which is electrically connected to the inverter 30 and the high voltage battery 40 and the other end of which is electrically connected to the low voltage battery 60 and the vehicle electric field system 70.

DC/DC 컨버터(50)는 저전압 배터리(60)에서 고전압 배터리(40) 방향으로 전압을 승압시키지 않으므로 단방향, 강압형 회로가 적용되며, 입력된 전압의 크기 Vin과 저전압 배터리(60)의 전압 Vo에 따른 제어 신호의 듀티비에 의해 출력 전압이 결정된다. 저전압 배터리(60)의 출력전압 Vo는 상위 제어기의 명령에 의해 가변될 수 있으나, 통상적으로 13.9V 등의 저전압으로 고정되어 있으므로, 결국 입력 전압의 변화에 따라 듀티비가 변화하게 된다. 예를 들어, 입력 전압이 30V, 출력전압이 13.9V인 경우 듀티비 D=0.4633이 되며, 입력 전압이 60V인 경우 D=0.23166이 된다. 이러한 강압형 DC/DC 컨버터(50)는 입력 전압이 높아질수록 듀티비가 낮아지게 되지만, 회로 구성이 비교적 간단한 장점이 있다.
Since the DC / DC converter 50 does not step up the voltage in the direction of the high voltage battery 40 from the low voltage battery 60, the unidirectional, step-down type circuit is applied. The voltage Vin of the input voltage and the voltage Vo The output voltage is determined by the duty ratio of the control signal. The output voltage Vo of the low-voltage battery 60 can be varied by an instruction from the host controller, but is usually fixed at a low voltage of 13.9 V or the like. As a result, the duty ratio changes according to the change of the input voltage. For example, when the input voltage is 30V and the output voltage is 13.9V, the duty ratio D is 0.4633, and when the input voltage is 60V, D = 0.23166. In this step-down DC / DC converter 50, the duty ratio is lowered as the input voltage is higher, but the circuit configuration is relatively simple.

한편, DC/DC 컨버터(50)는 내부에 제어 신호에 따라 회로를 단속하는 스위칭 소자가 구비된다. 이러한 스위칭 소자로서 IGBT(절연 게이트 양극성 트랜지스터 : Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 GTO(Gate Turn-Off thyristor) 등의 소자가 주로 활용된다. 그러나 수동 소자인 인덕터(L)와 커패시터(C)의 수를 적게 하기 위하여 PWM 스위칭 주파수를 높여야 하는데, 이러한 IGBT나 GTO 소자는 고속 스위칭이 불가능하여 스위칭 소자로서 활용하기가 용이하지 않다. 이에 따라 IGBT나 GTO에 비해 높은 스위칭 주파수의 인가가 가능한 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)이 활용될 수 있으나, MOSFET은 IGBT나 GTO에 비해 용량이 작아 대용량으로서 적합하지 못하다.
On the other hand, the DC / DC converter 50 is provided with a switching element for interrupting the circuit according to a control signal. An element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a GTO (Gate Turn-Off Thyristor) is mainly used as the switching element. However, in order to reduce the number of passive inductors (L) and capacitors (C), the PWM switching frequency must be increased. Such IGBTs and GTO devices can not be used for high speed switching, Therefore, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) capable of applying a switching frequency higher than IGBT or GTO can be utilized, but MOSFET is not suitable as a large capacity because it has a smaller capacity than IGBT or GTO.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위하여 MOSFET을 여러 개 병렬 배치하여 전류 용량을 증가시키는 방법이 사용될 수 있다. 일반적인 병렬 스위칭 회로는 도 2에 표시된 바와 같이 2개 이상의 MOSFET을 병렬로 접속시켜 전류 용량을 분담하도록 회로를 구성한다. 이러한 병렬 스위칭 회로는 병렬 연결된 MOSFET의 출력단에 인덕터와 환류용 다이오드가 병렬로 연결되는 방식이 사용될 수 있으며, 환류용 다이오드 역시 병렬로 분산하여 연결한다. 그러나 이러한 스위칭 회로는 MOSFET의 용량을 확장할 수 있는 장점이 있는 반면 큰 리플과 이에 따른 EMI(전자 방해 잡음 : Electro Magnetic Interference)에 의한 영향에서 자유롭지 못하게 된다.
Therefore, in order to solve this problem, a method of increasing the current capacity by arranging several MOSFETs in parallel can be used. As shown in Fig. 2, a general parallel switching circuit connects two or more MOSFETs in parallel to constitute a circuit so as to share current capacity. In such a parallel switching circuit, an inductor and a reflux diode may be connected in parallel to an output terminal of a parallel-connected MOSFET, and a reflux diode may also be connected in parallel. However, these switching circuits have the advantage of expanding the capacity of the MOSFETs, but are not free from the effects of large ripples and thus EMI (Electro Magnetic Interference).

이에, 본 발명에서는 각 MOSFET 소자의 PWM 스위칭을 360도/n 위상 간격으로 동일한 듀티비로 스위칭함으로써 각각의 MOSFET 소자의 스위칭에 의해 생성되는 전압의 중첩으로 출력 전압이 형성되도록 하는 위상 천이 방식 병렬 스위칭 방법이 개시된다. 이를 위하여 본 발명의 DC/DC 컨버터(50)는 도 3에 표시된 바와 같이, 복수의 MOSFET 스위칭 소자의 출력단 각각에 인덕터를 직렬 연결, 환류용 다이오드를 병렬 연결하고, 각 인덕터의 출력단을 저전압 배터리(60)의 입력단으로 구성한다.Accordingly, in the present invention, a phase shift type parallel switching method in which PWM switching of each MOSFET device is switched at the same duty ratio at 360 degrees / n phase intervals so that an output voltage is formed by superposition of voltages generated by switching of respective MOSFET devices / RTI > 3, the DC / DC converter 50 of the present invention includes an inductor connected in series and a reflux diode connected in parallel to the output terminals of the plurality of MOSFET switching elements, and an output terminal of each inductor is connected to a low voltage battery 60).

예를 들어, MOSFET 소자의 수를 3개로 가정한 경우, MOSFET1의 출력단에 인덕터(L1)을 직렬로, 환류용 다이오드(D1)을 병렬로 연결하고, MOSFET2와 MOSFET3에도 각각 인덕터와 환류용 다이오드를 연결한 후 PWM1, PWM2, PWM3 스위칭을 360도/3인 120도 위상 간격으로 동일한 듀티비로 스위칭하며, 스위칭된 값을 중첩하여 출력 전압 및 출력 전류를 생성한다. 이러한 회로 구성에 의한 출력 파형은 도 4에 도시된 바와 같이 각 스위칭 소자에 인가된 스위칭 주파수를 fs라 하면, 이들의 중첩에 의해 출력 전압 및 출력 전류의 주파수 fo=3*fs 가 되며, 동일한 주파수에서 출력의 리플을 1/3로 감소시킬 수 있게 된다. 따라서 각종 어플리케이션에 적용될 경우 EMI에 의한 영향이 감소되는 효과를 거둘 수 있게 된다. 또한, 같은 원리로, MOSFET 소자의 수를 더욱 늘릴 경우 출력 전압 및 출력 전류의 리플을 크게 감소시킴과 동시에 출력 주파수를 크게 증가시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.
For example, assuming that the number of MOSFET devices is three, the inductor L1 is connected in series to the output terminal of the MOSFET 1, the reflux diode D1 is connected in parallel, and the inductors and the reflux diode After the connection, the PWM1, PWM2, and PWM3 switching are switched to the same duty ratio with a phase interval of 360 degrees / 3, which is 360 degrees, and the output values and the output current are generated by superimposing the switched values. 4, when the switching frequency applied to each switching element is fs, the frequency of the output voltage and the output current fo = 3 * fs is obtained by superposition of the switching waveforms, The output ripple can be reduced to 1/3. Therefore, when applied to various applications, the effect of EMI can be reduced. On the same principle, if the number of MOSFET devices is further increased, the ripple of the output voltage and the output current can be greatly reduced and the output frequency can be greatly increased.

그러나, 비절연 강압형 DC/DC 컨버터는 ON 신호에서는 MOSFET이 도통되므로 순방향 전압 강하가 거의 없어 손실이 발생되지 않으나, MOSFET의 OFF 신호시에는 전류가 환류 다이오드에 흐르게 되고, 이러한 환류 다이오드에 순방향 전압강하와 인덕터 방전 전류의 곱에 해당하는 손실이 발생된다. 환류 다이오드에 의한 전력 손실은 환류 다이오드에 전류가 흐르는 시간에 비례하게 되는데, 환류 다이오드에 전류가 흐르는 시간, 즉, MOSFET이 OFF되는 시간은 듀티비에 의해 결정된다.However, in the non-insulation step-down type DC / DC converter, since the MOSFET is turned on in the ON signal, there is almost no forward voltage drop and no loss occurs. However, in the OFF signal of the MOSFET, current flows in the reflux diode, A loss corresponding to the product of the drop and the inductor discharge current is generated. The power loss due to the reflux diode is proportional to the time the current flows through the reflux diode. The time during which the current flows through the reflux diode, that is, the time when the MOSFET is turned off, is determined by the duty ratio.

통상 48V이상의 고전압을 13.9V의 저전압으로 변환시켜야 하는 하이브리드 차량용 DC/DC 컨버터의 경우, 26~29% 수준의 듀티비를 갖게 되므로 MOSFET이 ON된 시간보다 OFF된 시간이 더 많다. 이러한 MOSFET의 OFF 영역에서 발생되는 환류 다이오드에 의한 전력 손실은 비절연 강압형 DC/DC 컨버터의 최대 단점으로서, 본 발명에서는 이를 개선하기 위하여 MOSFET의 OFF 영역에서도 전력 손실이 발생되지 않는 DC/DC 컨버터의 구조가 또한 개시된다.In the case of a DC / DC converter for a hybrid vehicle in which a high voltage of 48V or more is to be converted to a low voltage of 13.9V, the duty ratio is about 26 ~ 29%. The power loss caused by the reflux diode generated in the OFF region of such a MOSFET is the greatest disadvantage of the non-insulation step-down DC / DC converter. In order to solve this problem, the DC / DC converter Is also disclosed.

본 발명의 다른 실시예에 따른 DC/DC 컨버터(50)는 도 8 에 도시된 바와 같이, 복수의 MOSFET 스위칭 소자의 출력단 각각에 인덕터를 직렬 연결, 환류용 MOSFET 소자를 병렬 연결하고, 각 인덕터의 출력단을 저전압 배터리(60)의 입력단으로 구성한다.8, the DC / DC converter 50 according to another embodiment of the present invention includes an inductor connected in series to each output terminal of a plurality of MOSFET switching elements, a parallel-connected MOSFET element for parallel connection, And an output terminal is constituted as an input terminal of the low voltage battery 60.

이러한 환류용 MOSFET은 MOSFET 내부의 바디 다이오드로 인해 기존 환류 다이오드의 역할을 대신할 수 있으나, MOSFET을 게이팅시킬 경우 순방향 전압 강하가 없어 손실이 크게 줄어든다. 또한, 환류용 다이오드에 비해 환류용 MOSFET의 턴-오프시 발생되는 손실이 매우 작으므로, 듀티비에 의한 전력 손실을 최소화 할 수 있게 된다. 이러한 환류용 MOSFET은 DC/DC 컨버터 내부 또는 외부에 구비된 DC/DC 컨버터 제어부에 의해 게이팅 신호를 인가받으나, 차량용제어장치에 의해 게이팅 신호를 인가받을 수도 있다.Such a reflux MOSFET can replace the conventional reflux diode due to the body diode inside the MOSFET, but when the MOSFET is gated, there is no forward voltage drop and the loss is greatly reduced. In addition, since the loss generated when the reflux MOSFET is turned off is much smaller than that of the reflux diode, the power loss due to the duty ratio can be minimized. Such a reflux MOSFET may receive a gating signal by a DC / DC converter control unit provided inside or outside of the DC / DC converter, or may receive a gating signal by a vehicle controller.

또한, 도 9 와 같이 PWM 스위칭용 MOSFET과 환류용 MOSFET이 패키지화 된 IC칩을 사용할 경우 전체 회로의 구성이 매우 간단해지고, 제작 단가가 저렴해지는 효과를 동시에 갖출 수 있게 된다.
Further, when an IC chip in which a PWM switching MOSFET and a reflux MOSFET are packaged as shown in Fig. 9 is used, the entire circuit configuration is greatly simplified, and the manufacturing cost can be reduced.

한편, 인덕터를 포함하는 회로에서 MOSFET 등 스위칭 소자를 턴-오프시켜 회로를 개방하면 전류가 순간적으로 0이 되기 때문에 인덕터 양단에 아주 높은 전압이 발생된다. 이 고전압에 의해 인덕터를 비롯하여 DC/DC 컨버터(50)의 다른 소자들이 소손되거나 고전압 배터리(40)에까지 악영향을 미치는 현상이 발생하므로, 스위칭 소자에 의해 회로가 개방되더라도 인덕터 부하가 가진 에너지를 소모하기 위한 경로를 확보해야 한다. 이러한 목적을 위하여, 스위칭 소자의 양단에 바디다이오드를 부착시키는 회로가 일반적으로 적용된다. 스위칭 소자와 바디다이오드는 별도로 제작되어 조립될 수 있으나, 스위칭 소자를 제작할 때 바디다이오드를 병렬로 부착시킨 제품이 출시되고 있다.On the other hand, in a circuit including an inductor, when a circuit is opened by turning off a switching element such as a MOSFET, a current becomes instantaneously zero, and a very high voltage is generated across the inductor. This high voltage causes the inductor and other elements of the DC / DC converter 50 to be burned or adversely affecting the high voltage battery 40, so that the energy consumed by the inductor load is consumed even if the circuit is opened by the switching element A path must be secured. For this purpose, a circuit for attaching a body diode to both ends of the switching element is generally applied. The switching device and the body diode can be fabricated separately and assembled, but a product in which the body diode is attached in parallel when the switching device is manufactured is being released.

그러나, 이러한 바디다이오드에 의하여 저전압 배터리(60)에 충전된 전기에너지가 고전압 배터리(40)로 역충전되는 경우가 발생한다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 저전압 배터리(60)에 의한 고전압 배터리(40)의 역충전을 방지할 수 있는 역충전 방지 장치(80)의 구성이 개시된다.
However, there is a case where electric energy charged in the low-voltage battery 60 is reversely charged by the high-voltage battery 40 due to such a body diode. Therefore, in the present invention, the configuration of the back-charging preventing device 80 capable of preventing the back-charging of the high-voltage battery 40 by the low-voltage battery 60 is disclosed.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고전압 배터리(40)와 저전압 배터리(60)의 경로 사이에는 회로를 단속하기 위한 역충전 방지장치(80)인 P채널 MOSFET이 구비된다. 이러한 P채널 MOSFET을 사용하기 위해서 DC/DC 컨버터에 내부 또는 외부에는 DC/DC 컨버터 제어부가 구비되어 고전압 배터리(40) 및 저전압 배터리(60)의 전압을 검출하고, 저전압 배터리(60)의 전압이 고전압 배터리(40)보다 높으면 P채널 MOSFET을 턴-오프한다. 따라서, 저전압 배터리(60)에서 고전압 배터리(40)로 전기 에너지가 이동하는 경로가 차단되어 고전압 배터리(40)가 역충전되지 않게 된다. 이러한 DC/DC 컨버터 제어부는 DC/DC 컨버터의 내부 또는 외부에 차량용 제어장치와 독립적으로 구성되는 것이 바람직하나, 경우에 따라 차량용 제어장치가 이 역할을 대신 수행할 수도 있다.As shown in FIG. 5, a P-channel MOSFET is provided between the high-voltage battery 40 and the low-voltage battery 60 of the present invention, which is a reverse-charge preventing device 80 for interrupting the circuit. In order to use such a P-channel MOSFET, a DC / DC converter control unit is provided inside or outside the DC / DC converter to detect the voltages of the high voltage battery 40 and the low voltage battery 60, and the voltage of the low voltage battery 60 Voltage battery 40, the P-channel MOSFET is turned off. Accordingly, the path through which the electric energy travels from the low-voltage battery 60 to the high-voltage battery 40 is blocked, so that the high-voltage battery 40 is not back-charged. The DC / DC converter control unit may be configured to be independent of the vehicle control unit, either inside or outside the DC / DC converter. However, the vehicle control unit may perform this function in some cases.

이러한 P채널 MOSFET에 대하여 좀 더 상세히 설명하면, DC/DC 컨버터(50)의 출력단에 P채널 MOSFET을 부착할 경우, 저전압측의 이상 고압이나 역극성 인가에도 P채널 MOSFET에 내장된 바디다이오드에 의해 회로를 차단시킬 수가 있다. 이러한 바디다이오드는 고전압 배터리(40)로부터 저전압 배터리(60)로 전력 변환이 이루어지는 정상동작에서는 순방향이되어 부하전류(Io)가 통과하고, 이로 인하여 순방향 전압강하(Vd)에 의한 손실(Vd*Io)이 발생한다. 따라서 DC/DC 컨버터 제어부에 의하여 P채널 MOSFET을 게이팅시켜 턴-온 시키면 드레인-소스간 전압이 0이 되므로 바디다이오드를 통해 부하전류가 흐르지 않으므로 손실이 발생되지 않게 되는 것이다. 또한, 이러한 P채널 MOSFET을 회로 단속용으로 사용할 경우 PWM 스위칭이 필요없이 온-오프 동작만 하면 되므로 PWM 스위칭에 의한 손실이 발생되지 않는 효과도 갖게 되며, P채널 MOSFET은 고속의 온-오프 동작이 가능하므로, 각각의 PWM 스위칭용 MOSFET의 출력이 중첩되어 나타나는 본 발명의 출력 특성에도 용이하게 대처가 가능해지게 된다.When the P-channel MOSFET is attached to the output terminal of the DC / DC converter 50, the P-channel MOSFET is not affected by the high voltage or reverse polarity on the low voltage side The circuit can be cut off. In the normal operation in which the power conversion from the high voltage battery 40 to the low voltage battery 60 is performed, the load current Io passes through the body diode so that the loss due to the forward voltage drop Vd (Vd * Io ). Therefore, when the P-channel MOSFET is gated by the DC / DC converter control unit and turned on, the voltage between the drain and the source becomes zero, so that the load current does not flow through the body diode. In addition, when the P-channel MOSFET is used for interrupting the circuit, there is no need to perform PWM switching, and only on-off operation is required. Thus, there is no loss caused by PWM switching, and the P- Therefore, it is possible to easily cope with the output characteristics of the present invention in which the outputs of the respective PWM switching MOSFETs overlap.

도 6 내지 도 7에는 이러한 P채널 MOSFET의 동작이 개략적으로 도시되어 있다. 도 6을 참조하면 P채널 MOSFET에 ON 신호를 인가할 경우 VDS=0 이 되어 바디다이오드가 비동작하게 되어 손실이 나타나지 않고, DC/DC 컨버터(50)의 출력이 P채널 MOSFET을 통해 출력으로 나타나게 된다. 이때, P채널 MOSFET에 구동신호를 먼저 인가하여서 바디다이오드를 통해 전류가 흐르지 않도록 해야 손실을 차단할 수 있다. 다음으로, 도 7을 참조하면 P채널 MOSFET에 OFF 신호를 인가할 경우 VDS=open voltage 가 되어 저전압 배터리(60)로부터 DC/DC 컨버터(50)가 차단되고, 따라서 저전압 배터리(60)에 의한 고전압 배터리(40)의 역충전이 방지되게 된다.
6 to 7 schematically show the operation of such a P-channel MOSFET. Referring to FIG. 6, when the ON signal is applied to the P-channel MOSFET, VDS = 0 due to the non-operation of the body diode, no loss occurs and the output of the DC / DC converter 50 appears as an output through the P- do. In this case, a drive signal is first applied to the P-channel MOSFET so that current does not flow through the body diode, thereby preventing loss. Referring to FIG. 7, when the OFF signal is applied to the P-channel MOSFET, VDS = open voltage, the DC / DC converter 50 is disconnected from the low voltage battery 60, Back charge of the battery 40 is prevented.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치의 전체 동작을 살펴보면,The overall operation of the charging device for a mild hybrid electric vehicle according to the embodiment of the present invention will now be described.

도 10에 도시된 바와 같이 엔진(10)의 시동시 고전압 배터리(40)는 인버터(30)에 직류 전력을 제공하며, 인버터(30)는 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하여 MSG(20)에 제공한다. MSG(20)는 제공받은 3상 교류 전력에 의해 회전되어 보조 풀리(14)를 회전시키며, MSG(20)의 보조 풀리(14)에 벨트(14)에 의해 연결된 엔진(10)의 메인 풀리(12) 및 메인 풀리(12)가 고정된 크랭크축(11)이 회전하여 엔진(10)을 시동시키게 된다.10, the high voltage battery 40 provides DC power to the inverter 30 when the engine 10 is started, and the inverter 30 converts the DC power into three-phase AC power, . The MSG 20 is rotated by the provided three-phase AC power to rotate the auxiliary pulley 14 and the main pulley 14 of the engine 10 connected to the auxiliary pulley 14 of the MSG 20 by the belt 14 12 and the crankshaft 11 to which the main pulley 12 is fixed are rotated to start the engine 10. [

이때, 도 11에 도시된 바와 같이, 고전압 배터리(40)는 저전압 배터리(60)의 충전 및 전장 시스템(70)의 구동을 위한 전력을 DC/DC 컨버터(50)에 제공할 수도 있는데, 안정적인 시동성 확보를 위하여 고전압 배터리(40)의 충전잔량에 따라 VCU(Vehicle Control Unit, 미도시)의 제어에 의해 DC/DC 컨버터(50)로의 전력 공급을 차단하거나 허용할 수 있게 된다.11, the high-voltage battery 40 may provide power to the DC / DC converter 50 for charging the low-voltage battery 60 and for driving the electrical system 70, The power supply to the DC / DC converter 50 can be cut off or allowed by the control of the VCU (Vehicle Control Unit, not shown) depending on the remaining charge amount of the high voltage battery 40. [

엔진(10)의 시동 후에는 엔진(10)의 구동력으로서 MSG(20)를 발전시켜 3상 교류 전력을 생산하게 된다. 이때 생산된 교류 전력은 인버터(30)를 통해 직류 전력으로 변환되며, 변환된 직류 전력은 도 12, 도 13 및 도 14에 표시된 바와 같이 VCU의 제어에 의해 고전압 배터리(40)를 충전하기 위한 전력으로만 활용하거나, 고전압 배터리(40)의 충전 및 전장 시스템(70) 전력 공급을 위한 전력으로 활용하거나, 또는 전장 시스템(70)에만 전력을 공급하기 위한 전력 등으로 활용될 수 있다.After starting the engine 10, the MSG 20 is generated as the driving force of the engine 10 to produce three-phase AC power. The generated AC power is converted into DC power through the inverter 30. The converted DC power is converted into DC power by the power for charging the high voltage battery 40 under the control of the VCU as shown in FIGS. 12, 13 and 14 The electric power for charging the high voltage battery 40 and the electric power supply system 70, or the electric power for supplying electric power to the electric power system 70 alone.

한편, 도 15에 도시된 바와 같이, 엔진(10)의 구동이 정지된 후 저전압 배터리(60)의 충전잔량이 기준치 이하인 경우 고전압 배터리(40)는 DC/DC 컨버터(50)에 저전압 배터리(60)의 충전을 위한 전력을 제공할 수 있으며, 이 경우 인버터(30)의 동작은 VCU에 의해 차단된다.15, when the remaining capacity of the low-voltage battery 60 is lower than the reference value after the engine 10 is stopped, the high-voltage battery 40 is supplied to the DC / DC converter 50 via the low-voltage battery 60 ), In which case the operation of the inverter 30 is interrupted by the VCU.

또한, 한편, 도 16에 도시된 바와 같이, 고전압 배터리(40)의 전압이 저전압 배터리(60)의 전압보다 낮을 경우, 저전압 배터리(60)로부터 고전압 배터리(40)으로 흐르는 전기에너지가 차단된다.
16, when the voltage of the high voltage battery 40 is lower than the voltage of the low voltage battery 60, the electric energy flowing from the low voltage battery 60 to the high voltage battery 40 is cut off.

이상, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명은 P채널 MOSFET을 이용하여 역극성에 의한 제품 보호와 저전압 배터리의 이상 고전압 및 고전압 배터리의 이상 저전압 현상으로 인해 저전압 배터리로부터 고전압 배터리로 역충전되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.The present invention having the above-described configuration can prevent reverse charging from a low-voltage battery to a high-voltage battery due to protection of the product by the reverse polarity and abnormal high voltage of the low voltage battery and abnormal low voltage of the high voltage battery by using the P- There is an effect that can be.

또한, 본 발명은, DC/DC 컨버터의 동작으로 인해 부하에 전류를 공급할 경우 P채널 MOSFET에 게이팅 신호를 인가하여 회로를 단속함으로써 순방향 전압강하에 의한 손실이 발생하지 않는 효과가 있다.Further, in the present invention, when a current is supplied to a load due to the operation of the DC / DC converter, a gating signal is applied to the P-channel MOSFET so that the circuit is interrupted to prevent loss due to forward voltage drop.

또한, 본 발명은, P채널 MOSFET을 단순히 ON-OFF 하는 것으로 회로를 단속할 수 있으므로 PWM 스위칭에 의한 손실이 발생하지 않는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that the circuit can be interrupted by simply turning ON and OFF the P-channel MOSFET, thereby preventing loss due to PWM switching.

10 : 엔진 20 : MSG
30 : 인버터 40 : 고전압 배터리
50 : DC/DC 컨버터 60 : 저전압 배터리
70 : 전장 시스템 80 : P채널 MOSFET10: Engine 20: MSG
30: Inverter 40: High voltage battery
50: DC / DC converter 60: Low voltage battery
70: electric field system 80: P-channel MOSFET

Claims (8)

엔진과;
상기 엔진에 구동력을 제공하거나, 또는 상기 엔진으로부터 구동력을 제공받아 교류 전력을 발전하는 MSG와;
상기 MSG로부터 발생된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하거나, 또는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 MSG에 제공하는 인버터와;
상기 인버터로부터 직류 전력을 제공받아 충전되거나, 또는 상기 인버터에 직류 전력을 제공하는 고전압 배터리와;
상기 인버터 또는 상기 고전압 배터리로부터 직류 전력을 제공받아 전압을 강하하는 DC/DC 컨버터와;
상기 DC/DC 컨버터로부터 직류 전력을 제공받아 충전되는 저전압 배터리; 및
상기 고전압 배터리와 상기 저전압 배터리 사이의 경로상에 구비되어 상기 저전압 배터리로부터 상기 고전압 배터리로 전기 에너지가 흘러가는 것을 방지하기 위한 역충전 방지장치를 포함하며;
상기 DC/DC 컨버터는 P채널 MOSFET에 제어 신호를 송출하는 DC/DC 컨버터 제어부를 더 포함하고, 상기 DC/DC 컨버터 제어부는 상기 DC/DC 컨버터가 PWM 스위칭 동작하기 전에 상기 역충전 방지장치에 ON 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치.An engine;
A MSG for providing a driving force to the engine or generating driving power from the engine and generating AC power;
An inverter converting the AC power generated from the MSG into DC power or converting DC power into AC power and providing the DC power to the MSG;
A high voltage battery which is charged by being supplied with DC power from the inverter or supplies DC power to the inverter;
A DC / DC converter that receives DC power from the inverter or the high voltage battery and drops a voltage;
A low voltage battery that is charged by receiving DC power from the DC / DC converter; And
And a reverse charge prevention device provided on a path between the high voltage battery and the low voltage battery to prevent electric energy from flowing from the low voltage battery to the high voltage battery;
The DC / DC converter further includes a DC / DC converter control unit for transmitting a control signal to the P-channel MOSFET. The DC / DC converter control unit controls the DC / And a signal is applied to the battery. 제 1 항에 있어서,
상기 역충전 방지장치는 P채널 MOSFET인 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치.The method according to claim 1,
Wherein the reverse charging prevention device is a P-channel MOSFET. 제 2 항에 있어서,
상기 P채널 MOSFET은 ON-OFF 제어되는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치.3. The method of claim 2,
And the P-channel MOSFET is ON-OFF controlled. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 DC/DC 컨버터 제어부는 상기 고전압 배터리 및 상기 저전압 배터리의 전압을 검출하여, 상기 저전압 배터리의 전압이 상기 고전압 배터리의 전압보다 높으면 상기 P채널 MOSFET에 OFF 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치.The method according to claim 1,
Wherein the DC / DC converter control unit detects a voltage of the high-voltage battery and the low-voltage battery, and applies an OFF signal to the P-channel MOSFET when the voltage of the low-voltage battery is higher than the voltage of the high- Charging devices for automobiles. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 DC/DC 컨버터는 병렬 연결된 복수의 환류용 MOSFET 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치.The method according to claim 1,
Wherein the DC / DC converter includes a plurality of parallel-connected MOSFET devices for reflux. 제 7 항에 있어서,
상기 DC/DC 컨버터는, 상기 MOSFET 소자 각각에 인덕터가 직렬 연결되고 상기 환류용 MOSFET이 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 전기자동차용 충전장치.8. The method of claim 7,
Wherein the DC / DC converter has an inductor connected in series to each of the MOSFET devices, and the reflux MOSFET is connected in parallel.
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