KR101630833B1 - Bidirectional non-isolation multi-phases dc-dc converter with improved durability properties and driving method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수명 특성이 향상시킨 양방향 비절연 멀티페이즈형 DC-DC 컨버터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고전압 단자와 저전압 단자 사이에서 부스트 모드(boost mode)와 벅 모드(buck mode)의 양방향 전압 변환을 수행하는 DC-DC 컨버터는, 복수의 DC-DC 컨버터 유닛들이 병렬 접속되어 멀티 페이즈(multi-phases)를 구성하는 병렬 컨버터 모듈; 및 이 병렬 컨버터 모듈을 구성하는 복수의 DC-DC 컨버터 유닛 각각의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 스위칭 제어 모듈을 포함하고, 상기 DC-DC 컨버터 유닛은 상기 제어 신호에 응답하여 부스트 모드와 벅 모드에서 교대로 스위칭되는 한 쌍의 스위칭 소자와, 상기 한 쌍의 스위칭 소자와 연결되는 인덕터 및 인덕터의 전류를 감지하는 전류 센서를 포함하며, 상기 스위칭 제어 모듈은, 각 DC-DC 컨버터 유닛의 동작 모드별 누적 전류값을 이용하여 DC-DC 컨버터 유닛별 사용빈도를 수치화하고, 사용빈도가 낮은 순으로 DC-DC 컨버터 유닛들의 구동 순서를 결정하여, 상기 구동 순서에 따라 각 DC-DC 컨버터 유닛이 순차 구동되도록, 제어 신호를 생성한다.The present invention relates to a bidirectional non-insulated multiphase DC-DC converter having improved life characteristics. A DC-DC converter for performing bidirectional voltage conversion between a boost mode and a buck mode between a high-voltage terminal and a low-voltage terminal according to the present invention includes a plurality of DC-DC converter units connected in parallel, a parallel converter module constituting multi-phases; And a switching control module for generating a control signal for controlling an operation timing of each of the plurality of DC-DC converter units constituting the parallel converter module, wherein the DC-DC converter unit is responsive to the control signal, And a current sensor for sensing a current of an inductor and an inductor connected to the pair of switching elements, wherein the switching control module comprises: a DC-DC converter unit DC converter units by using the cumulative current value for each operation mode of the DC-DC converter units, and determines the driving order of the DC-DC converter units in descending order of frequency of use, Control signals are generated so that the units are sequentially driven.

Description

수명 특성이 향상된 양방향 비절연 멀티페이즈형 DC-DC 컨버터 및 그 구동 방법{BIDIRECTIONAL NON-ISOLATION MULTI-PHASES DC-DC CONVERTER WITH IMPROVED DURABILITY PROPERTIES AND DRIVING METHOD THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bidirectional non-insulated multiphase DC-DC converter having improved lifetime characteristics, and a driving method thereof.

본 발명은 비절연 멀티페이즈형 DC-DC 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수명 특성이 향상된 양방향 비절연 멀티페이즈형 DC-DC 컨버터 및 그 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a non-insulated multiphase DC-DC converter, and more particularly, to a bi-directional non-insulated multiphase DC-DC converter with improved lifetime characteristics and a driving method thereof.

최근 차량용 48V 시스템이 보급됨에 따라, 기존의 12V 시스템과 48V 시스템의 전기 흐름을 제어하기 위한, 양방향 DC-DC 컨버터의 필요성이 대두되었다. 상기 양방향 DC-DC는 지령 신호에 따라 스위칭을 제어하여, 부스트 모드(boost mode) 또는 벅 모드(buck mode)로 동작한다. 아래의 특허문헌은 양방향 DC-DC 컨버터 및 그의 제어방법에 대해서 개시한다.With the recent introduction of 48V systems for automobiles, there has been a need for a bidirectional DC-DC converter for controlling the electrical flow of existing 12V and 48V systems. The bidirectional DC-DC operates in a boost mode or a buck mode by controlling switching according to a command signal. The following patent document discloses a bidirectional DC-DC converter and a control method thereof.

한편, 차량용 배터리 시스템이 고용량으로 개발됨에 따라, 양방향 DC-DC 컨버터는 고용량을 수용하기 위하여 멀티페이즈(multi-phases) 구조로 개발되고 있다. Meanwhile, as vehicle battery systems have been developed with higher capacities, bi-directional DC-DC converters are being developed in multi-phase structure to accommodate high capacity.

상기 멀티페이즈형 DC-DC 컨버터는 일정한 순서를 통해 각 DC-DC 컨버터가 순차적으로 구동된다. 즉, 멀티페이즈형 DC-DC 컨버터에 포함된 각 페이즈의 DC-DC 컨버터는 사전에 정해진 순서에 따라서 일정하게 구동된다. 예컨대, 제1페이즈의 DC-DC 컨버터가 먼저 구동되고, 제2페이즈, 제3페이즈의 DC-DC 컨버터가 순차적으로 구동된다.The multiphase DC-DC converter sequentially drives each DC-DC converter through a predetermined sequence. That is, the DC-DC converters of the respective phases included in the multiphase DC-DC converter are driven constantly in accordance with the predetermined order. For example, the DC-DC converter in the first phase is driven first, and the DC-DC converters in the second phase and the third phase are sequentially driven.

그런데 이러한 종래의 순차 구동방식은, 맨 처음 구동되도록 설정된 특정 페이즈의 사용빈도가 높게 되고, 이에 따라 맨 처음 구동되는 DC-DC 컨버터의 수명을 단축시켜 결과적으로 전체 시스템의 수명을 단축시키는 문제점이 있다. 부연하면, 종래의 순차 구동 방식은, 각 페이즈의 로드를 분산시키지 못하고, 맨 처음 구동되는 페이즈에 부하가 걸리게 하고 이 페이즈의 수명을 단축시킴으로써, 결과적으로 전체 시스템의 수명을 저하하는 문제점이 있다.However, in such a conventional sequential driving method, the frequency of use of a specific phase set to be driven for the first time is increased, shortening the service life of the first DC-DC converter to be driven and consequently shortening the service life of the entire system . In other words, the conventional sequential drive method can not disperse the loads of the respective phases, but also imposes a load on the first driven phase and shortens the lifetime of the phase, thereby deteriorating the life of the entire system.

한국공개특허 제10-2010-0115087호Korean Patent Publication No. 10-2010-0115087

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 수명 특성을 향상시킨 양방향 비절연 멀티페이즈형 DC-DC 컨버터 및 그 구동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a bidirectional non-insulated multiphase DC-DC converter with improved lifetime characteristics and a driving method thereof.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited thereto. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1측면에 따른, 고전압 단자와 저전압 단자 사이에서 부스트 모드(boost mode)와 벅 모드(buck mode)의 양방향 전압 변환을 수행하는 DC-DC 컨버터는, 복수의 DC-DC 컨버터 유닛들이 병렬 접속되어 멀티 페이즈(multi-phases)를 구성하는 병렬 컨버터 모듈; 및 이 병렬 컨버터 모듈을 구성하는 복수의 DC-DC 컨버터 유닛 각각의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 스위칭 제어 모듈을 포함하고, 상기 DC-DC 컨버터 유닛은 상기 제어 신호에 응답하여 부스트 모드와 벅 모드에서 교대로 스위칭되는 한 쌍의 스위칭 소자와, 상기 한 쌍의 스위칭 소자와 연결되는 인덕터 및 인덕터의 전류를 감지하는 전류 센서를 포함하고, 상기 스위칭 제어 모듈은, 상기 스위칭 제어 모듈은, 각 DC-DC 컨버터 유닛의 동작 모드별 누적 전류값을 이용하여 DC-DC 컨버터 유닛별 사용빈도를 수치화하고, 사용빈도가 낮은 순으로 DC-DC 컨버터 유닛들의 구동 순서를 결정하여, 상기 구동 순서에 따라 각 DC-DC 컨버터 유닛이 순차 구동되도록, 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a DC-DC converter for performing bidirectional voltage conversion between a high voltage terminal and a low voltage terminal in a boost mode and a buck mode, A parallel converter module in which DC-DC converter units are connected in parallel to form multi-phases; And a switching control module for generating a control signal for controlling an operation timing of each of the plurality of DC-DC converter units constituting the parallel converter module, wherein the DC-DC converter unit is responsive to the control signal, And a current sensor for sensing a current of an inductor and an inductor connected to the pair of switching elements, wherein the switching control module includes: The frequency of use for each DC-DC converter unit is quantified by using the accumulated current value for each operation mode of each DC-DC converter unit, the driving order of the DC-DC converter units is determined in descending order of frequency of use, And a control signal is generated so that each DC-DC converter unit is sequentially driven.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2측면에 따른, 고전압 단자와 저전압 단자 사이에서 부스트 모드(boost mode)와 벅 모드(buck mode)의 양방향 전압 변환을 수행하며 멀티페이즈(multi phases)를 구성하는 복수의 DC-DC 컨버터 유닛들을 포함하는 DC-DC 컨버터의 구동 방법은, 저장중인 각 DC-DC 컨버터 유닛의 동작 모드별 누적 전류값을 확인하는 단계; 상기 확인한 각 DC-DC 컨버터 유닛의 동작 모드별 누적 전류값을 이용하여 DC-DC 컨버터 유닛별 사용빈도를 수치화하는 단계; 상기 수치화한 사용빈도가 낮은 순으로 DC-DC 컨버터 유닛들의 구동 순서를 결정하는 단계; 및 상기 결정한 구동 순서에 따라 각 DC-DC 컨버터 유닛이 순차 구동되도록, 제어 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for performing a bi-directional voltage conversion between a high-voltage terminal and a low-voltage terminal in a boost mode and a buck mode, The method of driving a DC-DC converter including a plurality of DC-DC converter units includes: checking an accumulated current value for each operation mode of each DC-DC converter unit being stored; Calculating a frequency of use for each DC-DC converter unit by using an accumulated current value for each operation mode of each of the identified DC-DC converter units; Determining a drive sequence of the DC-DC converter units in descending order of frequency of use; And generating a control signal so that each DC-DC converter unit is sequentially driven according to the determined drive sequence.

본 발명은 각 페이즈의 실질적인 사용빈도를 수치화하고, 이렇게 수치화된 페이즈별 사용빈도를 토대로, 사용빈도가 적은 순서대로 페이즈의 구동순서를 결정하여 각 페이즈의 컨버터 유닛을 순차 구동함으로써, 각 페이즈의 로드를 분산시킬 뿐만 아니라 DC-DC 컨버터의 수명을 연장시키는 장점이 있다.The present invention quantifies the actual frequency of use of each phase and determines the driving sequence of the phases in order of decreasing frequency of use based on the frequency of use per phase thus quantified and sequentially drives the converter units of each phase, And DC-DC converters, as well as extending the life of the DC-DC converter.

또한, 본 발명은 벅 모드와 부스트 모드의 누적 전류값을 저장하고, 모드별 누적 전류값에 가중치를 적용하여 각 페이즈의 사용빈도를 수치화함으로써, 각 페이즈의 실질적인 사용 정도를 정확하게 파악할 수 있는 장점이 있다.Also, the present invention has an advantage that the actual use level of each phase can be accurately grasped by storing the accumulated current value of the buck mode and the boost mode and applying the weight to the accumulated current value for each mode to quantify the frequency of use of each phase have.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 양방향 비절연 멀티페이즈형 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 스위칭 제어 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 비절연 양방향 DC-DC 컨버터에서 누적 전류값을 갱신하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 스위칭 제어 모듈에서 각 페이즈의 구동 순서를 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and form a part of the specification, illustrate exemplary embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. And shall not be construed as limited to such matters.
1 is a diagram illustrating a bidirectional non-isolated multiphase DC-DC converter, in accordance with an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a configuration of a switching control module according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of updating an accumulated current value in a non-isolated bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of determining the driving sequence of each phase in the switching control module according to an embodiment of the present invention.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
The foregoing and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: There will be. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 양방향 비절연 멀티페이즈형 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a bidirectional non-isolated multiphase DC-DC converter, in accordance with an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 비절연 멀티페이즈형 DC-DC 컨버터(100)는, 복수의 전압 센서(21, 22), 복수의 전류 센서(31, 32), 복수의 릴레이(41, 42), 복수의 커패시터(51, 52) 및 고전압 단자와 저전압 단자를 연결하며 복수의 DC-DC 컨버터 유닛들(60a, 60b, 60c, 60d)이 병렬 접속되어 멀티페이즈(multi phases)를 구성하는 병렬 컨버터 모듈(60) 및 각 스위치의 온/오프를 제어하는 스위칭 제어 모듈(70)을 포함한다.1, a bidirectional non-insulated multiphase DC-DC converter 100 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of voltage sensors 21 and 22, a plurality of current sensors 31 and 32, A plurality of relays 41 and 42 and a plurality of capacitors 51 and 52 and a plurality of DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d are connected in parallel to each other, a parallel converter module 60 constituting multi-phases, and a switching control module 70 for controlling on / off of each switch.

저전압 전원(11)은 고전압 전원(12)보다 낮은 전압을 가지며 충방전이 가능한 전원 장치로서, 12V 배터리가 채택될 수 있다. 상기 저전압 전원(11)은 저전압 릴레이(41)가 턴 온(turn on)되면, 병렬 컨버터 모듈(60)과 전기적으로 연결되어, 저전압 전원을 사용하는 부하 장치로 전원을 인가하거나 고전압 전원(12)을 충전시킨다.The low voltage power supply 11 is a power supply device having a lower voltage than the high voltage power supply 12 and capable of charging and discharging, and a 12V battery can be adopted. When the low voltage relay 41 is turned on, the low voltage power source 11 is electrically connected to the parallel converter module 60 and supplies power to the load device using the low voltage power source or the high voltage power source 12, .

고전압 전원(12)은 저전압 전원(11)보다 높은 전압을 가지며 충방전이 가능한 전원 장치로서, 48V 배터리가 채택될 수 있으며, 울트라 커패시터가 채택될 수도 있다. 상기 고전압 전원(12)은 고전압 릴레이(42)가 턴 온되면, 병렬 컨버터 모듈(60)과 전기적으로 연결되어, 고전압 전원을 사용하는 부하 장치로 전원을 인가하거나 저전압 전원(11)을 충전시킨다.The high voltage power supply 12 has a higher voltage than the low voltage power supply 11 and can be charged and discharged. A 48V battery may be adopted, and an ultracapacitor may be employed. When the high voltage relay 42 is turned on, the high voltage power supply 12 is electrically connected to the parallel converter module 60 to apply power to the load device using the high voltage power supply or to charge the low voltage power supply 11.

전압 센서(21, 22)는 고전압 전원(12) 또는 저전압 전원(11)에 연결되어, 고전압 전원(12)의 입/출력 전압 또는 저전압 전원(11)의 입/출력 전압을 측정하고, 이 측정된 전압 값을 스위칭 제어 모듈(70)로 전달한다. 즉, 고전압 전원(12)에 연결된 전압 센서(22)는 상기 고전압 전원(12)의 입력 전압 또는 출력 전압을 센싱하여, 센싱한 결과값을 스위칭 제어 모듈(70)로 전달하고, 저전압 전원(11)에 연결된 전압 센서(21)는 상기 저전압 전원(11)에서 발생하는 입력 전압 또는 출력 전압을 센싱하여, 센싱한 결과값을 스위칭 제어 모듈(70)로 전달한다.The voltage sensors 21 and 22 are connected to the high voltage power supply 12 or the low voltage power supply 11 to measure the input / output voltage of the high voltage power supply 12 or the input / output voltage of the low voltage power supply 11, To the switching control module (70). That is, the voltage sensor 22 connected to the high voltage power supply 12 senses the input voltage or the output voltage of the high voltage power supply 12 and transmits the sensed value to the switching control module 70. The low voltage power supply 11 The voltage sensor 21 senses an input voltage or an output voltage generated from the low voltage power supply 11 and transmits a sensed value to the switching control module 70. [

복수의 전류 센서(31, 32) 중에서, 고전압 단자 측에 연결된 고전압 전류 센서(32)는 고전압 전원(12)에서 발생하는 입력 전류 또는 출력 전류를 센싱하여, 센싱한 전류값을 스위칭 제어 모듈(70)로 전달한다. 또한, 저전압 단자 측에 연결된 저전압 전류 센서(31)는 저전압 전원(11)에서 발생한 입력 전류 또는 출력 전류를 센싱하여, 스위칭 제어 모듈(70)로 전달한다.Among the plurality of current sensors 31 and 32, the high voltage current sensor 32 connected to the high voltage terminal side senses an input current or an output current generated in the high voltage power supply 12 and outputs the sensed current value to the switching control module 70 ). The low voltage current sensor 31 connected to the low voltage terminal side senses an input current or an output current generated in the low voltage power supply 11 and transfers the sensed input current or output current to the switching control module 70.

릴레이(41, 42)는 스위칭 제어 모듈(70)의 제어에 의해서 턴 온(turn on)되어, 전원(11, 12)과 병렬 컨버터 모듈(60)을 연결한다.The relays 41 and 42 are turned on under the control of the switching control module 70 to connect the power supply 11 and 12 to the parallel converter module 60. [

커패시터(51, 52)는 고전압 전원(12), 저전압 전원(11) 각각에 연결되며, 바람직하게는 출력 평활용 커패시터가 사용된다.The capacitors 51 and 52 are connected to the high voltage power supply 12 and the low voltage power supply 11, respectively, and an output smoothing capacitor is preferably used.

병렬 컨버터 모듈(60)은 멀티페이즈를 구성하는 복수의 DC-DC 컨버터 유닛들(60a, 60b, 60c, 60d)을 포함한다. 상기 각각의 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)은 고유의 식별정보를 갖는다. 예컨대, 60a, 60b, 60c, 60d의 참조부호를 가지는 DC-DC 컨버터 유닛은 숫자 '1', '2', '3', '4'를 각각 부여받을 수 있다.The parallel converter module 60 includes a plurality of DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d constituting a multiphase. Each of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d has unique identification information. For example, the DC-DC converter unit having the reference numerals 60a, 60b, 60c, and 60d may be given numbers '1', '2', '3', and '4', respectively.

각 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)은 인덕터(61a, 61b, 61c, 61d), 전류 센서(62a, 62b, 62c, 62d), 서로 상보적으로 동작하는 한 쌍의 스위치(63a~63d, 64a~64d)를 포함한다. Each of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d includes inductors 61a, 61b, 61c and 61d, current sensors 62a, 62b, 62c and 62d, a pair of switches 63a to 63d, and 64a to 64d.

DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)에 포함된 한 쌍의 스위치(63a~63d, 64a~64d)는 고전압 스위치(63a~63d)와 저전압 스위치(64a~64d)로 구분되며, 각 스위치(63a~63d, 64a~64d)는 스위칭 제어 모듈(70)의 제어에 따라 턴 온되거나 턴 오프된다. 바람직하게, 스위치는 스위칭 제어 모듈(70)에서 생성된 PWM(Pulse Width Modulation)에 근거하여 턴 온되거나 턴 오프된다. 특히, 각각의 스위치(63a~63d, 64a~64d)는 중에서, 동일 페이즈 즉, 동일한 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)에 포함된 저전압 스위치(64a~64d)와 고전압 스위치(63a~63d)는 서로 상보적으로 동작한다. 즉, 저전압 스위치(64a~64d)가 턴 온되면, 이 저전압 스위치(64a~64d)와 동일한 페이즈에 위치한 고전압 스위치(63a~63d)는 턴 오프되고, 또한 고전압 스위치(63a~63d)가 턴 온되면 동일 페이즈에 위치한 저전압 스위치(64a~64d)가 턴 오프된다.The pair of switches 63a to 63d and 64a to 64d included in the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d are divided into high voltage switches 63a to 63d and low voltage switches 64a to 64d, The switches 63a to 63d and 64a to 64d are turned on or off according to the control of the switching control module 70. Preferably, the switch is turned on or off based on PWM (Pulse Width Modulation) generated in the switching control module 70. Specifically, each of the switches 63a to 63d and 64a to 64d is connected to the low-voltage switches 64a to 64d and the high-voltage switch 64a to 64d included in the same phase, that is, the same DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, 63a to 63d operate complementarily with each other. That is, when the low voltage switches 64a to 64d are turned on, the high voltage switches 63a to 63d located in the same phase as the low voltage switches 64a to 64d are turned off and the high voltage switches 63a to 63d are turned on The low voltage switches 64a to 64d located in the same phase are turned off.

한편, 저전압 전원(11)에서 고전압 전원(12)으로 전류가 이동될 때, 저전압 스위치(64a~64d)가 메인 스위치로서 작동하고, 반대로 고전압 전원(12)에서 저전압 전원(11)으로 전류가 이동될 때, 고전압 스위치(63a~63d)가 메인 스위치로 작동한다. 바람직하게, 각각의 스위치(63a~63d, 64a~64d)는 반도체 스위치로서 바람직하게는 MOSFET이며 게이트 단자(즉, SW1~SW8)가 스위칭 제어 모듈(70)과 연결된다.On the other hand, when the current is moved from the low voltage power supply 11 to the high voltage power supply 12, the low voltage switches 64a to 64d operate as the main switches and conversely, the current from the high voltage power supply 12 to the low voltage power supply 11 The high voltage switches 63a to 63d operate as the main switches. Preferably, each of the switches 63a to 63d and 64a to 64d is preferably a MOSFET as a semiconductor switch, and gate terminals (i.e., SW1 to SW8) are connected to the switching control module 70. [

인덕터(61a, 61b, 61c, 61d)는 전류가 흐를 때 에너지를 축적하며, 전류 센서(62a, 62b, 62c, 62d)는 상기 인덕터(61a, 61b, 61c, 61d)에서 발생하는 출력 전류를 센싱하여, 스위칭 제어 모듈(70)로 전달하는 기능을 수행한다. 상기 전류 센서(62a, 62b, 62c, 62d)는 양방향 전류의 측정할 수 있는 센서로, 전류 흐름 방향에 따라 플러스 전류 또는 마이너스 전류를 센싱할 수 있다. 예컨대, 전류 센서(62a, 62b, 62c, 62d)는 벅 모드에서 플러스 전류를 센싱하고, 반대로 부스트 모드에서 마이너스 전류를 센싱할 수 있다. 바람직하게, 전류 센서(62a, 62b, 62c, 62d)는 역방향 전류(즉, 마이너스 전류)가 센싱될 때에는 이 마이너스 전류를 나타내는 전류 센싱값을 스위칭 제어 모듈(70)로 전달한다. 전류 센서(31, 32, 62a~62d)로는 홀(hall) 센서가 채용될 수 있다. The inductors 61a, 61b, 61c and 61d accumulate energy when current flows, and the current sensors 62a, 62b, 62c and 62d sense the output currents generated in the inductors 61a, 61b, 61c and 61d. To the switching control module (70). The current sensors 62a, 62b, 62c, and 62d are sensors capable of measuring a bi-directional current, and can sense a positive current or a negative current according to a current flow direction. For example, the current sensors 62a, 62b, 62c and 62d may sense the positive current in the buck mode and conversely sense the negative current in the boost mode. Preferably, the current sensors 62a, 62b, 62c and 62d transmit a current sensing value indicative of the negative current to the switching control module 70 when a reverse current (i.e., a negative current) is sensed. As the current sensors 31, 32, 62a to 62d, a Hall sensor may be employed.

한편, 각각의 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)은, 스위칭 제어 모듈(70)의 제어신호에 따라 구동된다. 바람직하게, DC-DC 컨버터 유닛들(60a, 60b, 60c, 60d)은 사용빈도가 낮은 순으로 순차적으로 구동된다.On the other hand, each of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d is driven in accordance with the control signal of the switching control module 70. [ Preferably, the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d are sequentially driven in descending order of frequency of use.

스위칭 제어 모듈(70)은 릴레이(41, 42), 전류 센서(31, 32, 62a~62d), 전압 센서(21, 22), 스위치(63a~63d, 64a~64d) 각각과 전기적으로 연결되고, 더불어 각각의 릴레이(41, 42) 및 스위치(63a~63d, 64a~64d)의 동작을 제어한다. 특히, 스위칭 제어 모듈(70)은 각 페이즈를 형성하는 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 구동 여부를 결정한다. 또한, 스위칭 제어 모듈(70)은 페이즈별 사용빈도를 수치화하고, 상기 수치화된 사용빈도를 토대로 페이즈별 구동 순서를 결정한다.
The switching control module 70 is electrically connected to the relays 41 and 42, the current sensors 31, 32 and 62a to 62d, the voltage sensors 21 and 22 and the switches 63a to 63d and 64a to 64d, , And controls the operation of each of the relays 41 and 42 and the switches 63a to 63d and 64a to 64d. In particular, the switching control module 70 determines whether to drive the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d forming each phase. In addition, the switching control module 70 quantifies the frequency of use for each phase and determines the driving order for each phase based on the frequency of use.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 스위칭 제어 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing a configuration of a switching control module according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어 모듈(70)은 저장부(71), 전류 감지부(72), 전압 감지부(73), 누적 전류 관리부(74), 가중치 적용부(75), 사용빈도 산출부(76), 스케쥴링 제어부(77) 및 제어신호 발생부(78)를 포함한다. 상기 스위칭 제어 모듈(70)은 하나의 장치 또는 IC 칩으로 구현될 수 있으며, 복수의 장치 또는 IC 칩 형태로 구현될 수 있다.2, the switching control module 70 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a storage unit 71, a current sensing unit 72, a voltage sensing unit 73, a cumulative current managing unit 74, A weight applying unit 75, a frequency of use calculator 76, a scheduling control unit 77, and a control signal generating unit 78. The switching control module 70 may be implemented as a single device or an IC chip, or may be implemented as a plurality of devices or IC chips.

저장부(71)는 플래시 메모리, 램(RAM : Random Access Memory) 등과 같은 저장수단으로서, 각 페이즈를 형성하는 각 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 벅 모드 누적 전류값 및 부스트 모드 누적 전류값을 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)별로 구분하여 저장한다.The storage unit 71 is a storage unit such as a flash memory, a RAM (Random Access Memory), or the like and stores a buck mode cumulative current value of each DC-DC converter unit 60a, 60b, 60c, The boost mode cumulative current value is divided and stored for each of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d.

전류 감지부(72)는 각각의 전류 센서(31, 32, 62a~62d)를 통해, 고전압 전원(12), 저전압 전원(11), 각각의 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)에서 발생하는 전류를 측정하고 모니터링한다. 바람직하게, 전류 감지부(72)는 전류 센서(31, 32, 62a~62d)를 통해 센싱한 아날로그 전류값을 디지털 전류값으로 변환한다.The current sensing section 72 is connected to the high voltage power supply 12, the low voltage power supply 11 and the respective DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, 60d ) Are measured and monitored. Preferably, the current sensing unit 72 converts the analog current value sensed through the current sensors 31, 32, 62a to 62d into a digital current value.

전압 감지부(73)는 고전압 전원(12), 저전압 전원(11) 각각에 연결된 전압 센서(21, 22)를 이용하여, 고전압 전원(12), 저전압 전원(11) 각각에서 발생하는 전압을 측정하고 모니터링한다. 바람직하게, 전압 감지부(73)는 전압 센서(21, 22)를 통해 측정한 아날로그 전압값을 디지털 전압값으로 변환한다.The voltage sensing unit 73 measures the voltage generated in each of the high voltage power supply 12 and the low voltage power supply 11 by using the voltage sensors 21 and 22 connected to the high voltage power supply 12 and the low voltage power supply 11, And monitoring. Preferably, the voltage sensing unit 73 converts the analog voltage value measured through the voltage sensors 21 and 22 into a digital voltage value.

누적 전류 관리부(74)는 저장부(71)에 저장된 누적 전류값을 관리하는 기능을 수행한다. 구체적으로 누적 전류 관리부(74)는 특정 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 구동되면, 이 DC-DC 컨버터 유닛의 구동 모드(즉, 벅 모드 또는 부스트 모드)를 판별하고, 구동중인 DC-DC 컨버터 유닛에 포함된 전류 센서(62a~62d)를 통해 측정된 인덕터 전류값을 확인한다. 아울러, 누적 전류 관리부(74)는 저장부(71)에 저장된 상기 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 벅 모드 누적 전류값 또는 부스트 모드 누적 전류값 중에서 상기 판별된 구동 모드와 매칭되는 모드의 누적 전류값에, 상기 인덕터 전류값을 가산시켜 해당 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 누적 전류값을 갱신한다. 예컨대, 누적 전류 관리부(74)는 제1DC-DC 컨버터 유닛(60a)이 부스트 모드로 동작중일 때, 전류 센서(62a)를 통해 20A의 인덕터 전류가 측정된 경우, 저장부(71)의 저장된 제1DC-DC 컨버터 유닛의 부스트 모드 누적 전류값에 20A를 가산시킨다. 누적 전류 관리부(74)는 측정된 인덕터 전류의 흐름을 분석하여, 구동된 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 동작 모드를 확인할 수 있으며, 제어신호 발생부(78)에서 발생시킨 제어신호를 참조하여 구동중인 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 동작 모드를 확인할 수도 있다.The cumulative current management unit 74 performs a function of managing the cumulative current value stored in the storage unit 71. Specifically, when the specific DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d are driven, the cumulative current managing unit 74 determines the drive mode (that is, the buck mode or the boost mode) The inductor current value measured through the current sensors 62a to 62d included in the driving DC-DC converter unit is confirmed. In addition, the cumulative current management unit 74 determines whether the buck mode cumulative current value or the boost mode cumulative current value of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d stored in the storage unit 71, The accumulated current value of the corresponding DC-DC converter unit 60a, 60b, 60c, 60d is updated by adding the inductor current value to the accumulated current value of the matched mode. For example, when the inductor current of 20A is measured through the current sensor 62a when the first DC-DC converter unit 60a is operating in the boost mode, 20A is added to the boost mode accumulated current value of the 1 DC-DC converter unit. The cumulative current management unit 74 analyzes the flow of the measured inductor current to check the operation mode of the driven DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d, The operation mode of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d being driven can be checked by referring to the control signals.

가중치 적용부(75)는 부스트 모드의 누적 전류, 벅 모드의 누적 전류 각각에 가중치를 적용하는 기능을 수행한다. 일 실시예에서, 가중치 적용부(75)는 사전에 설정된 벅 모드 가중치와 부스트 모드 가중치를 벅 모드의 누적 전류, 부스트 모드의 누적 전류 각각의 가중치로서 적용할 수 있다. 다른 실시예에서, 가중치 적용부(75)는 고전압 전원(12) 측에 배치된 전압 센서(22)와 전류 센서(32) 및 저전압 전원(11) 측에 배치된 전압 센서(21)와 전류 센서(31)를 통해 센싱된 값을 이용하여, 각 모드에서의 전력 효율을 산출하고, 이렇게 산출된 각 모드에서의 전력 효율을 부스트 모드, 모드의 누적 전류 가중치에 각각 적용할 수도 있다.The weight applying unit 75 performs a function of applying a weight to each of the cumulative current of the boost mode and the cumulative current of the buck mode. In one embodiment, the weight applying unit 75 may apply the preset buck mode weight and the boost mode weight as the weights of the cumulative current of the buck mode and the cumulative current of the boost mode, respectively. The weighting unit 75 includes a voltage sensor 22 and a current sensor 32 disposed on the side of the high voltage power supply 12 and a voltage sensor 21 disposed on the side of the low voltage power supply 11, The power efficiency in each mode can be calculated by using the value sensed by the mode sensing unit 31 and the power efficiency in each mode thus calculated can be applied to the boost current mode and the cumulative current weight in the mode.

사용빈도 산출부(76)는 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 사용빈도를 수치화한다. 즉, 사용빈도 산출부(76)는 가중치 적용부(75)에 의해서 벅 모드와 부스트 모드의 누적 전류값에 가중치가 적용되면, 아래의 수학식 1을 이용하여 각 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 사용빈도를 수치화한다. The frequency of use calculator 76 digitizes the frequency of use of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d. That is, when the weights are applied to the cumulative current values of the buck mode and the boost mode by the weight applying unit 75, the usable frequency calculator 76 calculates the usable frequency of each of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d are used as numerical values.

Figure 112014048834488-pat00001
Figure 112014048834488-pat00001

ibuck = 벅 모드에서의 누적 전류값i buck = Cumulative current value in buck mode

a = ibuck에 대한 가중치a = weight for i buck

iboost = 부스트 모드에서의 누적 전류값i boost = Cumulative current value in boost mode

b = iboost에 대한 가중치
b = weight for i boost

스케쥴링 제어부(77)는 수치화된 각 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 사용빈도를 토대로, DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 구동순서를 결정하고, 상기 구동순서에 근거하여 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)을 순차적으로 구동시킨다. 즉, 스케쥴링 제어부(77)는 사용빈도가 낮은 순으로 DC-DC 컨버터 유닛들(60a, 60b, 60c, 60d)이 순차 구동되도록, 구동순서를 결정하고 이 구동순서에 따라서 스위칭 제어신호가 발생하도록 제어신호 발생부(78)를 제어한다.The scheduling control unit 77 determines the driving sequence of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d based on the frequency of use of the digitized DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d, And sequentially drives the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d based on the driving sequence. That is, the scheduling control unit 77 determines a driving sequence so that the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d are sequentially driven in order of decreasing frequency of use, and generates a switching control signal according to the driving sequence And controls the control signal generating unit 78.

한편, 스케쥴링 제어부(77)는 동일한 사용빈도를 가지는 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 존재하면, DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 고유 식별정보 또는 인덕터 전류의 디지털값을 토대로, 사용빈도가 동일한 DC-DC 컨버터 유닛 간에 구동 우선순위를 결정한다. 즉, 스케쥴링 제어부(77)는 중복되는 사용빈도를 가지는 DC-DC 컨버터 유닛 중에서, 고유 식별정보가 빠른 DC-DC 컨버터 유닛이 먼저 구동되도록 구동순서를 결정한다. 또 다른 실시 형태로서, 스케쥴링 제어부(77)는 중복되는 사용빈도를 가지는 각 DC-DC 컨버터 유닛의 디지털 전류값을 전류 감지부(72)를 통해서 확인하고, 사용빈도가 중복된 DC-DC 컨버터 유닛 중에서 디지털 전류값(즉, ADC값)의 수치가 낮은 유닛이 먼저 구동되도록, 구동순서를 결정한다. DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d having the same frequency of use, the scheduling controller 77 determines whether the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, Based on the digital value of the inductor current, the driving priority is determined between the DC-DC converter units having the same frequency of use. That is, the scheduling control unit 77 determines the driving order such that the DC-DC converter unit having the unique identification information is first driven among the DC-DC converter units having the overlapping frequency of use. In yet another embodiment, the scheduling control unit 77 confirms the digital current value of each DC-DC converter unit having a frequency of use repeatedly through the current sensing unit 72, and the DC- The driving order is determined so that the unit having the lower value of the digital current value (i.e., the ADC value) is driven first.

제어신호 발생부(78)는 스위칭 제어신호를 스위치(63a~63d, 64a~64d)로 전달함으로써, DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)을 동작시킨다. 바람직하게, 제어신호 발생부(78)는 스위칭 제어신호로서 PWM(Pulse width modulation) 신호를 생성한다.
The control signal generating unit 78 operates the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d by transmitting the switching control signals to the switches 63a to 63d and 64a to 64d. Preferably, the control signal generator 78 generates a pulse width modulation (PWM) signal as a switching control signal.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 비절연 양방향 DC-DC 컨버터에서 누적 전류값을 갱신하는 방법을 설명하는 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method of updating an accumulated current value in a non-isolated bidirectional DC-DC converter according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 전류 감지부(72)는 특정 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 구동되어 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작되면(S301), 동작중인 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)에 포함된 전류 센서(62a, 62b, 62c, 62d)를 이용하여 상기 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 인덕터 전류를 측정하고 모니터링한다(S303). 이때, 전류 감지부(72)는 전류 센서(62a, 62b, 62c, 62d)로부터 수신한 아날로그 전류값을 디지털 전류값으로 변환한다.3, when the specific DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d are driven to operate in the buck mode or the boost mode (S301), the current sensing unit 72 senses the DC- DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d using the current sensors 62a, 62b, 62c, and 62d included in the current sensors 60a, 60b, 60c, and 60d S303). At this time, the current sensing unit 72 converts the analog current value received from the current sensors 62a, 62b, 62c, and 62d into a digital current value.

그러면, 누적 전류 관리부(74)는 전류 감지부(72)에서 측정한 인덕터 전류의 흐름을 분석하여, 구동된 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 동작 모드를 확인한다(S305). 즉, 누적 전류 관리부(74)는, 전류 감지부(72)에서 측정한 인덕터 전류값이 순방향(즉, 플러스) 또는 역방향(즉, 마이너스)을 나타내는 전류값인지 여부를 확인하고, 이 확인된 결과에 근거하여 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 부스트 모드 또는 벅 모드로 동작하고 있는지 확인한다.The cumulative current management unit 74 analyzes the flow of the inductor current measured by the current sensing unit 72 and confirms the operation mode of the driven DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d (S305 ). That is, the cumulative current managing unit 74 confirms whether or not the inductor current value measured by the current detecting unit 72 is a current value indicating a forward (that is, positive) or a reverse (that is, negative) DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d are operating in a boost mode or a buck mode based on the output signals of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d.

한편, 누적 전류 관리부(74)는 제어신호 발생부(78)에서 상기 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)으로 발생시키는 제어 신호를 확인하고, 이 제어 신호를 토대로 상기 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 동작 모드를 확인할 수 있다.On the other hand, the cumulative current managing unit 74 checks the control signals generated by the control signal generating unit 78 to the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d, The operation modes of the converter units 60a, 60b, 60c and 60d can be confirmed.

이어서, 누적 전류 관리부(74)는 상기 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 동작 모드가 벅 모드이면(S307), 저장부(71)에 저장된 상기 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 벅 모드 누적 전류값에 센싱된 인덕터 전류값을 가산시켜 벅 모드의 누적 전류값을 갱신한다(S309).When the operation mode of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d is in the buck mode (S307), the cumulative current managing unit 74 controls the DC- , 60b, 60c, and 60d, and updates the accumulated current value of the buck mode (S309).

반면에, 누적 전류 관리부(74)는 상기 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 동작 모드가 부스트 모드이면, 저장부(71)에 저장된 상기 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 부스트 모드 누적 전류값에 센싱된 인덕터 전류값을 가산시켜 부스트 모드의 누적 전류값을 갱신하다(S311).On the other hand, when the operation mode of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d is the boost mode, the cumulative current managing unit 74 controls the DC-DC converter units 60a and 60b , 60c, and 60d, and updates the accumulated current value in the boost mode (S311).

다음으로, 누적 전류 관리부(74)는 상기 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 구동이 종료되었는지 여부를 확인하여(S313) 종료된 경우, 해당 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 누적 전류값 갱신을 종료하고, 반면에 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 계속 구동중이 있으면 S303 단계부터 재진행한다.Next, the cumulative current management unit 74 checks whether the driving of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d is completed (S313) DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d are continuously being driven, the flow returns from step S303.

즉, DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 구동되면, 누적 전류 관리부(74)는 구동중인 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 동작 모드를 확인하고, 이렇게 확인된 동작 모드에 근거하여 상기 DC-DC 컨버터 유닛의 벅 모드 또는 부스트 모드의 누적 전류값 중 어느 하나에 센싱된 인덕터 전류값을 가산한다.That is, when the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d are driven, the cumulative current managing unit 74 confirms the operation mode of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d being driven, The inductor current value sensed in any one of the buck mode or the boost mode cumulative current value of the DC-DC converter unit is added based on the operation mode thus confirmed.

한편, 누적 전류 관리부(74)는 사전에 설정된 시간 간격으로 구동중인 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 전류값을 센싱하여 누적 전류값을 갱신할 수 있으며, DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 동작 모드가 변경되는 시점에 해당 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 전류값을 센싱하여 누적 전류값을 갱신할 수 있다.
Meanwhile, the cumulative current management unit 74 can update the accumulated current value by sensing the current value of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d being driven at predetermined time intervals. The DC- The current values of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d can be sensed at the time when the operation modes of the units 60a, 60b, 60c and 60d are changed to update the accumulated current value.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 스위칭 제어 모듈에서 각 페이즈의 구동 순서를 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of determining the driving sequence of each phase in the switching control module according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 사용빈도 산출부(76)는 고전압 전원(12) 및 저전압 전원(11)과 DC-DC 컨버터 모듈(60)이 연결이 차단되면, 저장부(71)에서 저장된 각 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 누적 전류값, 즉 부스트 모드에서의 누적 전류값과 벅 모드에서의 누적 전류값을 저장부(71)에서 추출한다(S401). 즉, 사용빈도 산출부(76)는 DC-DC 컨버터 모듈(60)이 동작 중단 상태인 경우, 각 페이즈의 구동순서를 결정하기 위하여 각 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 누적 전류값을 저장부(71)에서 추출한다.4, when the connection between the high voltage power source 12 and the low voltage power source 11 and the DC-DC converter module 60 is cut off, the frequency of use calculator 76 calculates the frequency of use of the DC- The cumulative current value of the DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d, that is, the cumulative current value in the boost mode and the cumulative current value in the buck mode are extracted in the storage unit 71 (S401). That is, when the DC-DC converter module 60 is in the operation stop state, the use frequency calculator 76 calculates the frequency of use of each DC-DC converter unit 60a, 60b, 60c, 60d And the accumulated current value is extracted from the storage unit 71.

이어서, 사용빈도 산출부(76)는 가중치 적용부(75)로 부스트 모드와 벅 모드의 가중치 적용을 지시하고, 가중치 적용부(75)는 부스트 모드의 누적 전류값과 벅 모드의 누적 전류값 각각에 가중치를 적용한다(S403). 이때, 사용빈도 산출부(76)는 상기 가중치로서 벅 모드와 부스트 모드의 전력 효율을 채택할 수 있으며, 사전에 설정된 모드별 가중치를 적용할 수 있다. Then, the frequency-of-use calculating unit 76 instructs the weight applying unit 75 to apply the weighting values of the boost mode and the buck mode, and the weight applying unit 75 outputs the cumulative current value of the boost mode and the accumulated current value of the buck mode (S403). At this time, the frequency-of-use calculating unit 76 may adopt the power efficiency of the buck mode and the boost mode as the weight, and may apply predetermined weight for each mode.

가중치 적용부(75)는 전력 효율을 가중치로서 적용할 경우, 고전압 전원(12), 저전압 전원(11) 각각에 위치한 전압 센서(21, 22)와 전류 센서(31, 32)에서 센싱한 전압값 및 전류값을 이용하여, 부스트 모드, 벅 모드 각각에 대한 전력 효율을 산출한다. 바람직하게, 사용빈도 산출부(76)는 각 모드에서 마지막으로 센싱된 고전압 전원(12)의 전압과 전류, 저전압 전원(11)의 전압과 전류를 통해, 부스트 모드와 벅 모드의 전력 효율을 산출하여 가중치로서 적용한다. When the power efficiency is applied as the weight, the weight applying unit 75 applies the voltage value sensed by the voltage sensors 21 and 22 and the current sensors 31 and 32 located in the high voltage power supply 12 and the low voltage power supply 11, And the current value to calculate the power efficiency for each of the boost mode and the buck mode. Preferably, the frequency-of-use calculating unit 76 calculates the power efficiency of the boost mode and the buck mode through the voltage and current of the last-sensed high-voltage power supply 12 and the voltage and current of the low-voltage power supply 11 in each mode And apply it as a weight.

다시 설명하면, 가중치 적용부(75)는 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 부스트 모드에서 동작할 경우, 저전압 전원 측에 위치한 전압 센서(21)와 전류 센서(31)를 통해 마지막으로 센싱된 전압값(즉, 입력 전압값)과 전류값(즉, 입력 전류값)을 곱하여 부스트 모드에서의 입력 전력을 확인하고, 고전압 전원 측에 위치한 전압 센서(22)와 전류 센서(32)를 통해 마지막으로 센싱한 전압값(즉, 출력 전압값)과 전류값(즉, 출력 전류값)을 곱하여 부스트 모드에서의 출력 전력을 확인한다. 그리고 가중치 적용부(75)는 부스트 모드의 출력 전력을 입력 전력으로 나눔으로써, 부스트 모드에서의 전력 효율을 산출하고, 이렇게 산출한 전력 효율을 부스트 모드의 누적 전류값에 대한 가중치로서 적용한다. 예컨대, DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 부스트 모드로 동작할 때, 고전압 전원(12) 측에 연결된 전류 센서(31)를 통해 센싱한 출력 전류값이 29A이고 고전압 전원(12)의 전압 센서(22)를 통해 센싱한 출력 전압값이 9.5V이며, 저전압 전원(11)에 연결된 전류 센서(31)를 통해 측정한 입력 전류값이 30A이고 저전압 전원(11)에 연결된 전압 센서(21)를 통해 측정한 입력 전압값이 10V이면, 전력 효율을 0.918로 산출하고, 상기 0.918을 부스트 모드의 누적 전류값에 대한 가중치로서 적용한다.When the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d operate in the boost mode, the weight application unit 75 outputs the voltage sensor 21 and the current sensor 31, which are located on the low- (I.e., input voltage value) and the current value (i.e., the input current value) through the voltage sensor 22 and the current sensor (I.e., the output voltage value) and the current value (i.e., the output current value), which is the last sensed value, through the output terminal 32 of FIG. Then, the weight applying unit 75 calculates the power efficiency in the boost mode by dividing the output power of the boost mode by the input power, and applies the calculated power efficiency as a weight to the accumulated current value in the boost mode. For example, when the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d operate in the boost mode, the output current value sensed through the current sensor 31 connected to the high voltage power supply 12 side is 29A and the high- The input current value measured through the current sensor 31 connected to the low voltage power supply 11 is 30 A and the output voltage value sensed through the voltage sensor 22 of the low voltage power supply 11 is 9.5 V, If the input voltage value measured through the sensor 21 is 10V, the power efficiency is calculated as 0.918, and the 0.918 is applied as the weight for the accumulated current value in the boost mode.

또한, 가중치 적용부(75)는 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 벅 모드에서 동작할 경우, 고전압 전원 측에 위치한 전압 센서(22)와 전류 센서(32)에서 측정 센싱값을 이용하여 입력 전력을 측정하고, 저전압 전원 측에 위치한 전압 센서(21)와 전류 센서(31)에서 측정한 센싱값을 이용하여 출력 전력을 측정한다. 그리고 가중치 적용부(75)는 벅 모드의 출력 전력을 벅 모드의 입력 전력으로 나눔으로써, 벅 모드에서의 전력 효율을 산출한다. 그리고 가중치 적용부(75)는 산출한 벅 모드의 전력 효율을 벅 모드의 누적 전류값에 대한 가중치로서 적용한다. 예컨대, 특정 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 벅 모드로 동작할 때, 고전압 전원(12) 측에 연결된 전류 센서(32), 전압 센서(22) 각각을 이용하여 측정한 입력 전류와 입력 전압이 10A, 47V이고, 저전압 전원(11)에 연결된 전류 센서(31)를 통해 측정한 출력 전류값이 9A이고 저전압 전원(11)에 연결된 전압 센서(21)를 통해 측정한 출력 전압값이 45V이면, 벅 모드의 전력 효율을 0.862로 산출하고, 상기 0.862을 벅 모드의 누적 전류값에 대한 가중치로서 적용한다.When the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d are operated in the buck mode, the weight applying unit 75 performs the weighting application in the voltage sensor 22 and the current sensor 32 located on the high- And the output power is measured using the sensing value measured by the voltage sensor 21 and the current sensor 31 located on the low-voltage power supply side. The weight applying unit 75 calculates the power efficiency in the buck mode by dividing the output power of the buck mode by the input power of the buck mode. The weight applying unit 75 applies the calculated power efficiency of the calculated buck mode as a weight for the accumulated current value of the buck mode. For example, when the specific DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d operate in the buck mode, the current sensor 32 and the voltage sensor 22 connected to the high- The output current measured by the current sensor 31 connected to the low voltage power supply 11 is 9 A and the output measured through the voltage sensor 21 connected to the low voltage power supply 11 is 10 A, When the voltage value is 45V, the power efficiency of the buck mode is calculated as 0.862, and the above-mentioned 0.862 is applied as the weight for the accumulated current value of the buck mode.

가중치 적용부(75)가 부스트 모드, 벅 모드 각각의 누적 전류값에 대한 가중치를 적용하면, 사용빈도 산출부(76)는 부스트 모드의 누적 전류값과 벅 모드의 누적 전류값을 수학식 1에 대입함으로써, 각 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 사용빈도를 산출하여 수치화한다(S405).When the weight applying unit 75 applies the weights to the cumulative current values of the boost mode and the buck mode, the use frequency calculator 76 calculates the cumulative current value of the boost mode and the cumulative current value of the buck mode, respectively, The frequency of use of each of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d is calculated and digitized (S405).

사용빈도 산출부(76)에 의해 각 DC-DC 컨버터(60a, 60b, 60c, 60d)의 사용빈도가 수치화되면, 스케쥴링 제어부(77)는 사용빈도가 중복되는 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 존재하는지 여부를 확인한다(S407). 즉, 스케쥴링 제어부(77)는 동일한 사용빈도을 가지는 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 존재하는지 여부를 확인한다.When the frequency of use of each of the DC-DC converters 60a, 60b, 60c, and 60d is numerically calculated by the frequency-of-use calculating unit 76, the scheduling controller 77 controls the DC-DC converter units 60a and 60b , 60c and 60d are present (S407). That is, the scheduling control unit 77 checks whether DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d having the same frequency of use exist.

스케쥴링 제어부(77)는 동일한 사용빈도를 가지는 DC-DC 컨버터 유닛이 존재하지 않으면, 사용빈도가 낮은 순으로 페이즈별 구동 순서를 결정한다(S411). 즉, 스케쥴링 제어부(77)는 사용빈도가 낮은 DC-DC 컨버터 유닛이 먼저 구동되도록, 각 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 구동 순서를 결정한다. If there is no DC-DC converter unit having the same frequency of use, the scheduling controller 77 determines a driving order for each phase in descending frequency of use (S411). That is, the scheduling control unit 77 determines the driving sequence of each of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d so that the DC-DC converter unit having a low frequency of use is driven first.

반면에, 스케쥴링 제어부(77)는 동일한 사용빈도를 가지는 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 존재하면, 사용빈도가 낮은 순으로 DC-DC 컨버터 유닛의 구동순서를 결정하되, 동일한 사용빈도를 가지는 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d) 간의 구동 우선순위를 조정한다(S409, S411). 이때, 스케쥴링 제어부(77)는 중복되는 사용빈도를 가지는 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)을 고유 식별정보에 따라 오름차순 정렬하고, 정렬된 결과에 따라 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 구동 우선순위를 조정할 수 있다. 즉, 스케쥴링 제어부(77)는 중복되는 사용빈도를 가지는 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d) 중에서, 고유 식별정보가 빠른 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 먼저 구동되도록 구동순서를 결정할 수 있다. 또 다른 실시 형태로서, 스케쥴링 제어부(77)는 중복되는 사용빈도를 가지는 각 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 디지털 전류값(즉, ADC값)을 전류 감지부(72)를 통해서 확인하고, 디지털 전류값의 수치가 낮은 순으로 사용빈도가 중복된 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 구동되도록, 구동순서를 결정할 수 있다. 이때, 스케쥴링 제어부(77)는 전류 감지부(72)를 통해서, 아날로그에서 디지털로 변환된 각 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 디지털 전류값을 확인할 수 있다. On the other hand, if there are DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d having the same frequency of use, the scheduling controller 77 determines the driving order of the DC-DC converter units in descending frequency of use, The driving priority order between the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d having the same frequency of use is adjusted (S409 and S411). At this time, the scheduling control unit 77 arranges the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d having the overlapping frequency of use in ascending order according to the unique identification information, , 60b, 60c, and 60d can be adjusted. That is, the scheduling control unit 77 includes DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d having fast identification information among the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, The driving order can be determined so as to be driven first. The scheduling control unit 77 supplies the digital current value (i.e., ADC value) of each of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d having the overlapping frequency of use to the current sensing unit 72, And the driving sequence can be determined so that the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d whose frequency of use is duplicated in descending numerical order of the digital current value are driven. At this time, the scheduling controller 77 can confirm the digital current value of each of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d converted from analog to digital through the current sensing unit 72. [

다음으로, 스케쥴링 제어부(77)는 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 구동순서에 따라 순차 구동되도록, 구동 스케쥴을 생성한다(S413).Next, the scheduling control unit 77 generates a driving schedule so as to be sequentially driven in accordance with the driving sequence of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d (S413).

이어서, 스케쥴링 제어부(77)는 제어신호 발생부(78)를 제어하여, 구동 스케쥴에 근거한 스위칭 제어신호를 생성하여 해당 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)을 동작시킨다(S415). 이때, 구동 스케쥴을 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작을 결정하고, 상기 결정된 모드로 동작되도록 제어신호 발생부(78)를 제어하여 스위칭 제어신호를 생성한다. 이때, 제어신호 발생부(78)는 스위칭 제어신호로서 PWM(Pulse width modulation) 신호를 생성한다. 즉, 스케쥴링 제어부(77)는 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)에 포함된 한 쌍의 스위치를 제어하기 위하여, 제어신호 발생부(78)를 통해 PWM 신호를 생성하여 스위치(63a~63d, 64a~64d)로 인가한다. Subsequently, the scheduling control unit 77 controls the control signal generating unit 78 to generate a switching control signal based on the driving schedule to operate the corresponding DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d (S415) . At this time, the operation schedule is determined to be a buck mode or a boost mode, and the control signal generator 78 is controlled to operate in the determined mode to generate a switching control signal. At this time, the control signal generator 78 generates a pulse width modulation (PWM) signal as a switching control signal. That is, the scheduling controller 77 generates the PWM signal through the control signal generator 78 to control the pair of switches included in the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d, 63a to 63d, and 64a to 64d.

또한, 스케쥴링 제어부(77)는 구동 스케쥴에 근거하여 첫 번째 구동 순서의 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)으로 스위칭 제어신호를 발생시키고, 첫 번째 구동순서의 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 용량이 사전에 설정된 용량에 도달한 경우, 두 번째 구동 순서의 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 동작되도록 제어신호 발생부(78)를 제어하여 스위칭 제어신호를 발생시킨다. 즉, 스케쥴링 제어부(77)는 N번째 구동 순서의 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 용량이 최대치에 도달하면 N+1번째의 구동 순서의 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 구동되도록, 제어신호 발생부(78)를 통해 스위칭 제어신호를 해당 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)으로 전달함으로써, 구동 스케쥴에 따라 각 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)이 순차 구동되게 제어한다. 바람직하게, 스케쥴링 제어부(77)는 전류 감지부(72)와 연동하여, 해당 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 인덕터 전류를 모니터링하여, 이 인덕터 전류가 사전에 설정된 임계 전류에 도달한 경우에 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 용량이 최대치에 도달한 것으로 판단할 수 있다. 또는, 스케쥴링 제어부(77)는 저전압 전원(11), 고전압 전원(12) 각각에 배치된 전류 센서(31, 32), 전압 센서(21, 22)를 통해 측정된 센싱값을 토대로, 입력 전력, 출력 전력 중 하나 이상을 모니터링하여, 모니터링한 전력이 사전에 설정된 임계값에 도달한 경우에 구동중인 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)의 용량이 최대치에 도달한 것으로 판단할 수 있다.The scheduling control unit 77 generates a switching control signal to the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d in the first driving sequence based on the driving schedule, DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d of the second driving sequence are operated when the capacity of each of the DC-DC converters 60a, 60b, 60c, and 60d reaches a preset capacity, To generate a switching control signal. That is, when the capacity of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d in the N-th driving order reaches a maximum value, the scheduling control unit 77 controls the DC-DC converter units 60a, DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d through the control signal generator 78 so that the DC-DC converters 60a, 60b, 60c, and 60d are driven. And controls the converter units 60a, 60b, 60c and 60d to be sequentially driven. Preferably, the scheduling control unit 77 monitors the inductor current of the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d in cooperation with the current sensing unit 72, DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d reach the maximum value when the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d reach the maximum value. Alternatively, the scheduling control unit 77 may control the input power, the power supply voltage, and the power supply voltage based on the sensed values measured through the current sensors 31 and 32 and the voltage sensors 21 and 22 disposed in the low voltage power supply 11 and the high voltage power supply 12, respectively. DC-DC converter units 60a, 60b, 60c, and 60d can be determined to have reached the maximum value when the monitored power reaches a predetermined threshold value by monitoring at least one of the output power have.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 양방향 비절연 멀티페이즈형 DC-DC 컨버터(100)는 각 페이즈의 실질적인 사용빈도를 수치화하고, 이렇게 수치화된 페이즈별 사용빈도를 토대로, 사용빈도가 적은 순서대로 페이즈의 구동순서를 결정하여 DC-DC 컨버터 유닛(60a, 60b, 60c, 60d)을 순차 구동함으로써, 각 페이즈의 로드를 분산시킬 뿐만 아니라 DC-DC 컨버터의 수명을 향상시킨다. 특히, 본 발명에 따른 양방향 비절연 멀티페이즈형 DC-DC 컨버터(100)는 벅 모드의 누적 전류값과 부스트 모드에서의 누적 전류값을 저장하고, 모드별 누적 전류값에 가중치를 적용하여 각 페이즈의 사용빈도를 수치화함으로써, 페이즈별 실질적인 사용 정도를 정확하게 파악한다.As described above, the bidirectional non-insulated multiphase DC-DC converter 100 according to the present invention quantifies the actual frequency of use of each phase, and based on the frequency of use per phase thus quantified, And sequentially drives the DC-DC converter units 60a, 60b, 60c and 60d, thereby not only dispersing the loads of the respective phases but also improving the life of the DC-DC converter. In particular, the bidirectional non-insulated multiphase DC-DC converter 100 according to the present invention stores the accumulated current value in the buck mode and the accumulated current value in the boost mode, applies a weight to the cumulative current value for each mode, The use frequency of each phase is quantified, thereby accurately grasping the practical use level per phase.

한편, 상술한 실시예에서 4페이즈를 구성하는 비절연형 멀티페이즈 DC-DC 컨버터(100)에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 2개 이상의 페이지를 형성하는 DC-DC 컨버터에 적용될 수 있음을 분명히 해 둔다.Although the non-breakdown type multi-phase DC-DC converter 100 constituting the four phases in the above-described embodiment has been described, the present invention is not limited to this and can be applied to a DC-DC converter forming two or more pages It is clear that there is.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. The present invention is not limited to the drawings.

100 : DC-DC 컨버터 11 : 저전압 전원
12 : 고전압 전원 21, 22 : 전압 센서
31, 32, 62a~62d : 전류 센서 41, 42 : 릴레이
51, 52 : 커패시터 60 : 병렬 컨버터 모듈
60a~60d : DC-DC 컨버터 유닛 70 : 스위칭 제어 모듈
71 : 저장부 72 : 전류 감지부
73 : 전압 감지부 74 : 누적 전류 관리부
75 : 가중치 적용부 76 : 사용 빈도 산출부
77 : 스케쥴링 제어부 78 : 제어신호 발생부100: DC-DC converter 11: Low voltage power source
12: high voltage power source 21, 22: voltage sensor
31, 32, 62a to 62d: current sensor 41, 42: relay
51, 52: Capacitor 60: Parallel converter module
60a to 60d: DC-DC converter unit 70: switching control module
71: storage unit 72: current sensing unit
73: Voltage sensing unit 74: Cumulative current management unit
75: weight applying unit 76: use frequency calculating unit
77: scheduling control unit 78: control signal generating unit

Claims (15)

고전압 단자와 저전압 단자 사이에서 부스트 모드(boost mode)와 벅 모드(buck mode)의 양방향 전압 변환을 수행하는 DC-DC 컨버터에 있어서,
상기 DC-DC 컨버터는
복수의 DC-DC 컨버터 유닛들이 병렬 접속되어 멀티 페이즈(multi-phases)를 구성하는 병렬 컨버터 모듈; 및
이 병렬 컨버터 모듈을 구성하는 복수의 DC-DC 컨버터 유닛 각각의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 스위칭 제어 모듈을 포함하고;
상기 DC-DC 컨버터 유닛은,
상기 제어 신호에 응답하여 부스트 모드 또는 벅 모드로 스위칭되는 한 쌍의 스위칭 소자와, 상기 한 쌍의 스위칭 소자와 연결되는 인덕터 및 인덕터의 전류를 감지하는 전류 센서를 포함하고;
상기 스위칭 제어 모듈은, 각 DC-DC 컨버터 유닛의 전류 센서를 통해 측정하여 저장한 각 DC-DC 컨버터 유닛의 동작 모드별 누적 전류값을 이용하여 DC-DC 컨버터 유닛별 사용빈도를 수치화하고, 사용빈도가 낮은 순으로 DC-DC 컨버터 유닛들의 구동 순서를 결정하여, 상기 구동 순서에 따라 각 DC-DC 컨버터 유닛이 순차 구동되도록, 제어 신호를 생성하고,
상기 스위칭 제어 모듈은,
DC-DC 컨버터 유닛별 부스트 모드의 누적 전류값과 벅 모드의 누적 전류값을 저장하는 저장부;
부스트 모드의 누적 전류값, 벅 모드의 누적 전류값 각각에 가중치를 적용하는 가중치 적용부;
가중치가 적용된 부스트 모드의 누적 전류값과 벅 모드의 누적 전류값을 합산하여 DC-DC 컨버터 유닛별 사용빈도를 수치화하는 사용빈도 산출부;
상기 스위칭 제어 신호를 발생시키는 제어신호 발생부; 및
상기 수치화된 DC-DC 컨버터 유닛의 사용빈도가 낮은 순으로 DC-DC 컨버터 유닛들의 구동 순서를 결정하여 상기 구동 순서에 따라 각 DC-DC 컨버터 유닛이 순차 구동되도록, 상기 제어신호 발생부를 제어하는 스케쥴링 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.A DC-DC converter for performing bidirectional voltage conversion between a boost mode and a buck mode between a high voltage terminal and a low voltage terminal,
The DC-DC converter
A parallel converter module in which a plurality of DC-DC converter units are connected in parallel to form multi-phases; And
And a switching control module for generating a control signal for controlling the operation timing of each of the plurality of DC-DC converter units constituting the parallel converter module;
The DC-DC converter unit includes:
A pair of switching elements which are switched to a boost mode or a buck mode in response to the control signal, and an inductor connected to the pair of switching elements and a current sensor for sensing a current of the inductor;
The switching control module digitizes the frequency of use of each DC-DC converter unit by using an accumulated current value for each operation mode of each DC-DC converter unit measured and stored through a current sensor of each DC-DC converter unit, DC converter units are sequentially determined in descending order of frequency, a control signal is generated so that each of the DC-DC converter units is sequentially driven according to the driving sequence,
Wherein the switching control module comprises:
A storage unit for storing the accumulated current value of the boost mode and the accumulated current value of the buck mode for each DC-DC converter unit;
A weight applying unit for applying a weight to each of the accumulated current value of the boost mode and the accumulated current value of the buck mode;
A frequency-of-use calculating unit for summing up the accumulated current value of the boost mode to which the weight is applied and the accumulated current value of the buck mode to digitize the frequency of use for each DC-DC converter unit;
A control signal generator for generating the switching control signal; And
DC converter units are sequentially driven in descending order of frequency of use of the DC-DC converter units, and the control signal generator is controlled so that each DC-DC converter unit is sequentially driven according to the driving sequence, DC converter according to claim 1, 삭제delete 제 1 항에 있어서,
고전압 단자와 저전압 단자 각각에 전압 센서와 전류 센서가 배치되고,
상기 가중치 적용부는,
상기 고전압 단자와 저전압 단자 각각에 배치된 전압 센서 및 전류 센서를 통해 측정된 센싱값을 이용하여, 부스트 모드에서의 입력 전력과 출력 전력, 벅 모드에서의 입력 전력과 출력 전력을 확인하여 부스트 모드와 벅 모드에서의 전력 효율을 각각 산출하고, 상기 부스트 모드의 전력 효율을 상기 부스트 모드의 누적 전류값의 가중치로 적용하며 상기 벅 모드의 전력 효율을 상기 벅 모드의 누적 전류값에 대한 가중치로 적용하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.The method according to claim 1,
A voltage sensor and a current sensor are disposed on each of the high voltage terminal and the low voltage terminal,
Wherein the weight applying unit comprises:
The input power and the output power in the boost mode and the input power and the output power in the buck mode are checked using the sensing values measured through the voltage sensor and the current sensor disposed in the high voltage terminal and the low voltage terminal, The power efficiency of the boost mode is applied as a weight of the accumulated current value of the boost mode and the power efficiency of the buck mode is applied as a weight to the accumulated current value of the buck mode And a DC-DC converter. 제 1 항에 있어서,
상기 스위칭 제어 모듈은,
DC-DC 컨버터 유닛의 전류 센서로부터 인덕터 전류를 모니터링하는 전류 감지부; 및
구동중인 DC-DC 컨버터 유닛의 동작 모드를 판별하고, 상기 저장부에 저장된 상기 구동중인 DC-DC 컨버터 유닛의 벅 모드 누적 전류값 또는 부스트 모드 누적 전류값 중에서, 상기 판별한 동작 모드와 매칭되는 모드의 누적 전류값에 상기 전류 감지부를 통해 모니터링된 인덕터 전류를 가산하는 누적 전류 관리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.The method according to claim 1,
Wherein the switching control module comprises:
A current sensing unit for monitoring an inductor current from a current sensor of the DC-DC converter unit; And
DC converter unit in the driving mode; determining a mode of operation of the DC-DC converter unit in operation, and comparing the buck mode cumulative current value or the boost mode cumulative current value of the driving DC-DC converter unit stored in the storage unit with the determined operation mode And a cumulative current controller for adding the monitored inductor current to the cumulative current value of the DC-DC converter through the current sensing unit. 제 4 항에 있어서,
누적 전류 관리부는,
상기 모니터링된 인덕터 전류의 방향을 분석하여 상기 구동중인 DC-DC 컨버터 유닛의 동작 모드를 판별하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.5. The method of claim 4,
The cumulative current management unit,
DC converter according to claim 1 or 2, wherein the DC-DC converter unit is operable to analyze the direction of the monitored inductor current to determine an operation mode of the DC-DC converter unit being driven. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스케쥴링 제어부는,
상기 수치화된 사용빈도가 동일한 DC-DC 컨버터 유닛이 존재하는지 여부를 확인하여 존재하면, DC-DC 컨버터 유닛의 고유 식별정보가 낮은 순서에 근거하여, 사용빈도가 동일한 DC-DC 컨버터 유닛 간에 구동 순서를 결정하는 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.The method according to any one of claims 1, 3, 4, and 5,
Wherein the scheduling control unit comprises:
DC converter unit having the same frequency of use, and if there is a DC-DC converter unit having the same frequency of use, The DC-DC converter comprising: 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스케쥴링 제어부는,
상기 수치화된 사용빈도가 동일한 DC-DC 컨버터 유닛이 존재하는지 여부를 확인하여 존재하면, DC-DC 컨버터 유닛의 디지털 전류값이 낮은 순서에 근거하여, 사용빈도가 동일한 DC-DC 컨버터 유닛 간에 구동 순서를 결정하는 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.The method according to any one of claims 1, 3, 4, and 5,
Wherein the scheduling control unit comprises:
DC converter unit having the same frequency of use is checked, and if there is a DC-DC converter unit having the same frequency of use, The DC-DC converter comprising: 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어신호 발생부는,
상기 한 쌍의 스위칭 소자를 턴-온 또는 턴-오프하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터. The method according to any one of claims 1, 3, 4, and 5,
Wherein the control signal generator comprises:
And a PWM (Pulse Width Modulation) signal for turning on or off the pair of switching elements is generated. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고전압 단자의 정격 전압은 48V이고, 상기 저전압 단자의 정격 전압은 12V인 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.The method according to any one of claims 1, 3, 4, and 5,
Wherein the rated voltage of the high-voltage terminal is 48V and the rated voltage of the low-voltage terminal is 12V. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 병렬 컨버터 모듈의 페이즈(phases)가 4상인 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.The method according to any one of claims 1, 3, 4, and 5,
Wherein the phases of the parallel converter module are four phases. 고전압 단자와 저전압 단자 사이에서 부스트 모드(boost mode)와 벅 모드(buck mode)의 양방향 전압 변환을 수행하며 멀티페이즈(multi phases)를 구성하는 복수의 DC-DC 컨버터 유닛들을 포함하는 DC-DC 컨버터의 구동 방법에 있어서,
저장중인 각 DC-DC 컨버터 유닛의 동작 모드별 누적 전류값을 확인하는 단계;
상기 확인한 각 DC-DC 컨버터 유닛의 동작 모드별 누적 전류값을 이용하여 DC-DC 컨버터 유닛별 사용빈도를 수치화하는 단계;
상기 수치화한 사용빈도가 낮은 순으로 DC-DC 컨버터 유닛들의 구동 순서를 결정하는 단계; 및
상기 결정한 구동 순서에 따라 각 DC-DC 컨버터 유닛이 순차 구동되도록, 제어 신호를 발생시키는 단계를 포함하고,
상기 수치화하는 단계는,
상기 부스트 모드의 누적 전류값, 상기 벅 모드의 누적 전류값 각각에 가중치를 적용하는 단계; 및
가중치가 적용된 부스트 모드의 누적 전류값과 벅 모드의 누적 전류값을 합산하여 DC-DC 컨버터 유닛별 사용빈도를 수치화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터의 구동 방법.A DC-DC converter including a plurality of DC-DC converter units performing bi-directional voltage conversion between a high voltage terminal and a low voltage terminal in a boost mode and a buck mode, , The method comprising:
Confirming an accumulated current value for each operation mode of each DC-DC converter unit being stored;
Calculating a frequency of use for each DC-DC converter unit by using an accumulated current value for each operation mode of each of the identified DC-DC converter units;
Determining a drive sequence of the DC-DC converter units in descending order of frequency of use; And
And generating a control signal so that each of the DC-DC converter units is sequentially driven in accordance with the determined drive sequence,
Wherein the step of quantifying comprises:
Applying a weight to each of the accumulated current value of the boost mode and the accumulated current value of the buck mode; And
And summing up the cumulative current value of the boost mode to which the weight is applied and the accumulated current value of the buck mode to digitize the frequency of use for each DC-DC converter unit. 삭제delete 제 11 항에 있어서,
상기 가중치를 적용하는 단계는,
상기 고전압 단자와 저전압 단자 각각에 배치된 전압 센서 및 전류 센서를 통해 전압과 전류를 센싱하는 단계;
상기 센싱된 전압과 전류를 이용하여, 부스트 모드에서의 입력 전력과 출력 전력, 벅 모드에서의 입력 전력과 출력 전력을 확인하여 부스트 모드와 벅 모드에서의 전력 효율을 각각 산출하는 단계; 및
상기 부스트 모드의 전력 효율을 상기 부스트 모드의 누적 전류값의 가중치로 적용하며 상기 벅 모드의 전력 효율을 상기 벅 모드의 누적 전류값에 대한 가중치로 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터의 구동 방법.12. The method of claim 11,
Wherein applying the weights comprises:
Sensing a voltage and a current through a voltage sensor and a current sensor disposed on the high-voltage terminal and the low-voltage terminal, respectively;
Calculating input power and output power in the boost mode, input power and output power in the buck mode and power efficiency in the boost mode and the buck mode using the sensed voltage and current, respectively; And
Applying the power efficiency of the boost mode as a weight of the accumulated current value of the boost mode and applying the power efficiency of the buck mode as a weight to the accumulated current value of the buck mode, A method of driving a converter. 제 11 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 구동 순서를 결정하는 단계는,
상기 수치화된 사용빈도가 동일한 DC-DC 컨버터 유닛이 존재하는지 여부를 확인하여 존재하면, DC-DC 컨버터 유닛의 고유 식별정보가 낮은 순서에 근거하여, 사용빈도가 동일한 DC-DC 컨버터 유닛 간에 구동 순서를 결정하는 특징으로 하는 DC-DC 컨버터의 구동 방법.14. The method according to claim 11 or 13,
Wherein the step of determining the driving order comprises:
DC converter unit having the same frequency of use, and if there is a DC-DC converter unit having the same frequency of use, Of the DC-DC converter. 제 11 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 구동 순서를 결정하는 단계는,
상기 수치화된 사용빈도가 동일한 DC-DC 컨버터 유닛이 존재하는지 여부를 확인하여 존재하면, DC-DC 컨버터 유닛의 디지털 전류값이 낮은 순서에 근거하여, 사용빈도가 동일한 DC-DC 컨버터 유닛 간에 구동 순서를 결정하는 특징으로 하는 DC-DC 컨버터의 구동 방법.14. The method according to claim 11 or 13,
Wherein the step of determining the driving order comprises:
DC converter unit having the same frequency of use is checked, and if there is a DC-DC converter unit having the same frequency of use, Of the DC-DC converter.
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논문(Y.EL basri et al. "Rotational Adaptive-multilevel converter control strategy based on FGPA". IEEE. (발표일 : 2011.))*

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