KR101736184B1 - 인젝터용 부스트 컨버터의 구동 방법 및 장치 - Google Patents

인젝터용 부스트 컨버터의 구동 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인젝터용 부스트 컨버터의 구동 방법 및 장치에 관한 것으로, 목표 부스트 전압, 초기 스위치 프리퀀시, 및 대기 시간이 설정된 부스트 컨버터가 구동되면, 제어부가 상기 대기 시간이 경과된 후 부스트 전압을 감지하는 단계, 상기 감지된 부스트 전압이 상기 미리 설정된 목표 부스트 전압에 도달하면, 상기 제어부가 스위치 프리퀀시를 상기 초기 스위치 프리퀀시 보다 높게 변경하는 단계, 및 상기와 같이 스위치 프리퀀시가 초기 설정된 스위치 프리퀀시 보다 높은 주파수로 변경한 후, 상기 제어부는 상기 변경된 주파수로 부스트 컨버터를 구동하여 인젝션을 시작하는 단계를 포함한다.

Description

인젝터용 부스트 컨버터의 구동 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DRIVING BOOST CONVERTER FOR INJECTOR}
본 발명은 인젝터용 부스트 컨버터의 구동 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인젝터 구동을 위한 부스트 전압 생성 시 목표 시간 내에 목표 전압에 도달했는지 여부를 감지하여 그 감지 결과를 표시하고, 부스트 컨버터의 스위칭 주파수를 가변하여 과전류가 발생되지 않으면서 큰 파워를 사용할 수 있도록 하는 인젝터용 부스트 컨버터의 구동 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디젤기관, 가솔린기관 등의 엔진 등은 연료의 분사를 제어하기 위하여 인젝터를 사용한다.
이때 상기 인젝터에는 솔레노이드 코일이 사용되며, 이 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 이용하여 연료의 분사를 제어하게 된다. 그런데, 분사명령이 내려진 경우 빠른 시간 안에 인젝터를 구동하여 연료분사를 하기 위해서는 순간적으로 고전압을 가해줄 필요가 있다.
이러한 목적을 위해서, 특히 커먼 레일 디젤 엔진의 경우 인젝터 구동기에는 분사명령이 내려졌을 때 고전압을 인젝터에 인가하는 부스트 컨버터(Boost converter)가 필수적이다.
상기 부스트 컨버터는 입력단과 출력단의 접지가 같고, 스위치(미도시)가 온 되어 있는 동안은 인덕터(미도시)의 양단에 입력 전압이 연결되어서 전류의 충전이 이루어지고, 스위치가 오프되면 충전된 전하가 부하로 전달되도록 구성되며, 부하의 입장에서 볼 때 전류가 주기적으로 흘러 들어오다가 끊어지다를 반복하기 때문에 전류원 방식이라고 한다.
한편 상기 부스트 컨버터는 인덕터를 통하여 연속적인 전류가 흐르는 연속 전류 모드(CCM : Continuous Current Mode)나 상기 인덕터를 통하여 흐르는 전류가 부분적으로 차단되는 불연속 전류 모드(DCM : Discontinuous Current Mode)로 설계될 수 있다.
그런데 상기 부스트 컨버터를 불연속 전류 모드(DCM)로 설계할 경우, 부스트 전압이 목표 전압에 도달했는지 여부(즉, 초기 상태)의 감지가 불가한 문제점이 있으며, 또한 큰 파워를 얻기 위해서 스위치 프리퀀시(즉, 스위칭 주파수)를 높이면 초기 구동 시 연속 전류 모드(CCM)로 동작하여 컨버터에 과전류가 발생할 수 있는 문제점이 있으며, 반대로 초기 구동 시 연속 전류 모드(CCM)를 회피하기 위해서 스위치 프리퀀시(즉, 스위칭 주파수)를 낮추면 정상 동작 시 높은 파워를 사용할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-0927649호(2009.11.12.공개, 직류 전압 컨버터)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 인젝터 구동을 위한 부스트 전압 생성 시 목표 시간 내에 목표 전압에 도달했는지 여부를 감지하여 그 감지 결과를 표시하고, 부스트 컨버터의 스위칭 주파수를 가변하여 과전류가 발생되지 않으면서 큰 파워를 사용할 수 있도록 하는 인젝터용 부스트 컨버터의 구동 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 인젝터용 부스트 컨버터의 구동 방법은, 목표 부스트 전압, 초기 스위치 프리퀀시, 및 대기 시간이 설정된 부스트 컨버터가 구동되면, 제어부가 상기 대기 시간이 경과된 후 부스트 전압을 감지하는 단계; 상기 감지된 부스트 전압이 상기 미리 설정된 목표 부스트 전압에 도달하면, 상기 제어부가 스위치 프리퀀시를 상기 초기 스위치 프리퀀시 보다 높게 변경하는 단계; 및 상기와 같이 스위치 프리퀀시가 초기 설정된 스위치 프리퀀시 보다 높은 주파수로 변경한 후, 상기 제어부는 상기 변경된 주파수로 부스트 컨버터를 구동하여 인젝션을 시작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 대기 시간이 경과된 후 부스트 전압을 감지하는 단계 이후, 상기 제어부는, 상기 감지한 부스트 전압이 상기 미리 설정된 부스트 전압보다 작으면, 인젝션을 중지하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 대기 시간이 경과된 후 부스트 전압을 감지하는 단계 이후, 상기 제어부는, 상기 감지된 부스트 전압을 표시부를 통해 표시하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 인젝터용 부스트 컨버터 구동 장치는, 인젝터용 부스트 컨버터에서 생성되는 부스트 전압을 감지하는 전압 감지부; 상기 부스트 전압이 목표 전압에 도달하는 시간을 체크하기 위한 타이머부; 상기 인젝터용 부스트 컨버터의 스위치 프리퀀시를 조정하는 스위칭 주파수 조정부; 및 상기 전압 감지부를 통해 감지된 부스트 전압이 목표 전압에 도달하는지 체크하고, 상기 타이머부를 통해 상기 부스트 전압이 생성되기 시작하여 목표 전압에 도달하는 시간을 체크하고, 상기 부스트 전압 및 상기 부스트 전압이 목표 전압에 도달되는 시간을 바탕으로 상기 스위칭 주파수 조정부를 통해 스위치 프리퀀시를 조정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 목표 부스트 전압, 초기 스위치 프리퀀시, 및 대기 시간이 설정된 상기 부스트 컨버터가 구동되면, 상기 대기 시간이 경과된 후 부스트 전압을 감지하고, 상기 감지된 부스트 전압이 상기 미리 설정된 목표 부스트 전압에 도달하면, 스위치 프리퀀시를 상기 초기 스위치 프리퀀시 보다 높게 변경한 후, 상기 변경된 주파수로 부스트 컨버터를 구동하여 인젝션을 시작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 감지된 부스트 전압이 상기 미리 설정된 부스트 전압보다 작으면, 인젝션을 중지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 상기 감지된 부스트 전압을 표시하는 표시부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 인젝터 구동을 위한 부스트 전압 생성 시 목표 시간 내에 목표 전압에 도달했는지 여부를 감지하여 그 감지 결과를 표시하고, 부스트 컨버터의 스위칭 주파수를 가변하여 과전류가 발생되지 않으면서 큰 파워를 사용할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터용 부스트 컨버터 구동 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터용 부스트 컨버터의 구동 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 상기 도 2에 있어서, 부스트 전압이 미리 설정된 시간 내에 목표 전압에 도달되는지의 여부에 따라 부스트 컨버터의 스위치 프리퀀시 변경을 수행하는 방법을 설명하기 위한 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인젝터용 부스트 컨버터의 구동 방법 및 장치의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터용 부스트 컨버터 구동 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 인젝터용 부스트 컨버터 구동 장치는, 전압 감지부(110), 타이머부(120), 제어부(130), 표시부(140), 및 스위칭 주파수 조정부(150)를 포함한다.
상기 전압 감지부(110)는 인젝터용 부스트 컨버터에서 부스트 전압 생성 시, 상기 부스트 전압이 목표 전압에 도달하는지 감지한다.
상기 타이머부(120)는 인젝터용 부스트 컨버터에서 부스트 전압 생성 시, 상기 부스트 전압이 생성되는 시작부터 목표 전압에 도달하는 시간이 목표 시간(즉, 목표 설정시간) 내에 도달하는지 체크한다.
상기 표시부(140)는 상기 부스트 전압이 목표 전압에 도달하는지 감지한 결과를 표시한다. 또한 상기 표시부(140)는 상기 부스트 전압이 생성되는 시작부터 목표 전압에 도달하는 시간이 목표 시간(즉, 목표 설정시간) 내에 도달하는지 체크한 결과를 표시한다.
상기 스위칭 주파수 조정부(150)는 인젝터용 부스트 컨버터의 스위치 프리퀀시(즉, 스위칭 주파수)를 조정한다.
상기 제어부(130)는 상기 구성요소(110, 120, 140, 150)의 기능을 전반적으로 제어한다.
예컨대 상기 제어부(130)는 부스트 전압이 목표 전압에 도달하는지 상기 전압 감지부(110)를 통해 체크한다. 또한 상기 제어부(130)는 상기 부스트 전압이 생성되기 시작하여 목표 전압에 도달하는 시간을 상기 타이머부(120)를 통해 체크한다. 또한 상기 제어부(130)는 상기 감지된 부스트 전압, 및 상기 부스트 전압이 목표 전압에 도달되는 시간 등을 상기 표시부(140)를 통해 표시한다. 또한 상기 제어부(130)는 상기 부스트 전압 및 상기 부스트 전압이 목표 전압에 도달되는 시간을 바탕으로 상기 스위칭 주파수 조정부(150)를 통해 스위치 프리퀀시(즉, 스위칭 주파수)를 조정한다.
다시 말해, 상기 제어부(130)는 미리 설정된 대기 시간(예 : 100ms)(즉, 설정 시간)이 경과된 후 감지된 부스트 전압이, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 미리 설정된 부스트 전압(예 : 65V)(즉, 목표 전압)에 도달하였으면, 상기 제어부(130)는 스위칭 주파수 조정부(150)를 통해 스위치 프리퀀시(즉, 스위칭 주파수)(예 : 500kHz)를 초기 설정된 스위치 프리퀀시(즉, 스위칭 주파수)(예 : 100kHz)보다 높은 주파수(예 : 500kHz)로 변경한다.
이때 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 제어부(130)는 상기 감지된 결과(즉, 설정 시간 후에 감지된 부스트 전압)를 상기 표시부(140)를 통해 표시할 수 있다.
상기와 같이 스위치 프리퀀시(즉, 스위칭 주파수)(예 : 500kHz)가 초기 설정된 스위치 프리퀀시(즉, 스위칭 주파수)(예 : 100kHz)보다 높은 주파수로 변경한 후, 상기 제어부(130)는 상기 변경된 주파수로 부스트 컨버터를 구동하여 인젝션을 시작한다. 즉, 부스트 컨버터의 구동 초기에는 스위치 프리퀀시(즉, 스위칭 주파수)를 낮게 조정하여 연속 전류 모드(CCM)를 회피하고, 설정 시간이 경과된 후 부스트 전압이 목표 전압에 도달한 후에는 스위치 프리퀀시(즉, 스위칭 주파수)를 높여 높은 파워를 얻을 수 있도록 한다.
한편 상기 미리 설정된 대기 시간(예 : 100ms)(즉, 설정 시간)이 경과된 후 감지된 부스트 전압이, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 미리 설정된 부스트 전압(예 : 65V)(즉, 목표 전압)보다 작으면, 상기 제어부(130)는 인젝션을 중지한다.
이하 본 실시예에 따른 인젝터용 부스트 컨버터의 구동 방법을 도 2의 흐름도를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터용 부스트 컨버터의 구동 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 부스트 컨버터(미도시)의 구동을 위한 목표 부스트 전압(예 : 65V) 및 초기 스위치 프리퀀시(즉, 초기 스위칭 주파수)(예 : 100kHz)를 설정한다(S101).
상기 목표 부스트 전압(예 : 65V) 및 초기 스위치 프리퀀시(즉, 초기 스위칭 주파수)(예 : 100kHz)는 일 예시적으로 설정된 값이므로, 다른 실시예에서는 다른 값으로 설정될 수 있음에 유의한다.
상기와 같이 부스트 컨버터의 구동을 위한 목표 부스트 전압 및 초기 스위치 프리퀀시(즉, 초기 스위칭 주파수)가 설정된 후에는 대기 시간(예 : 100ms)을 설정한다(S102).
상기 대기 시간(예 : 100ms)은 일 예시적으로 설정된 값이므로, 다른 실시예에서는 다른 값으로 설정될 수 있음에 유의한다.
상기와 같이 부스트 컨버터의 구동을 위한 목표 부스트 전압, 초기 스위치 프리퀀시(즉, 초기 스위칭 주파수), 및 대기 시간이 설정된 상태에서 부스트 컨버터가 구동되면, 상기 제어부(130)는 대기 시간(예 : 100ms)(즉, 설정 시간) 만큼 시간이 경과되기를 기다린다(S103).
상기 부스트 컨버터가 구동된 후 미리 설정된 대기 시간(예 : 100ms)(즉, 설정 시간)이 경과되면, 상기 제어부(130)는 부스트 전압을 모니터링 한다(S104).
즉, 상기 미리 설정된 대기 시간(예 : 100ms)(즉, 설정 시간)이 경과된 후, 상기 제어부(130)가 부스트 전압을 감지하여 그 부스트 전압이 상기 미리 설정된 부스트 전압(예 : 65V)(즉, 목표 전압)에 도달하면(도 3의 (a) 참조), 상기 제어부(130)는 내부의 상태 레지스터(Status Register)를 1로 설정한다(S105).
상기와 같이 상태 레지스터(Status Register)가 1로 설정되면, 상기 제어부(130)는 스위칭 주파수 조정부(150)를 통해 스위치 프리퀀시(즉, 스위칭 주파수)(예 : 500kHz)를 변경한다(S106).
이때 상기 변경되는 스위치 프리퀀시(즉, 스위칭 주파수)(예 : 500kHz)는 초기에 설정된 초기 스위치 프리퀀시(즉, 초기 스위칭 주파수)(예 : 100kHz)보다 높은 주파수(예 : 500kHz)이다.
상기와 같이 스위치 프리퀀시(즉, 스위칭 주파수)(예 : 500kHz)를 초기에 설정된 초기 스위치 프리퀀시(즉, 초기 스위칭 주파수)(예 : 100kHz)보다 높은 주파수(예 : 500kHz)로 변경한 후, 상기 제어부(130)는 상기 변경된 주파수로 부스트 컨버터를 구동하여 인젝션을 시작한다(S107).
즉, 부스트 컨버터의 구동 초기에는 스위치 프리퀀시(즉, 스위칭 주파수)를 낮게 조정하여 연속 전류 모드(CCM)를 회피하고, 설정 시간이 경과된 후 부스트 전압이 목표 전압에 도달한 후에는 스위치 프리퀀시(즉, 스위칭 주파수)를 높여 높은 파워를 얻을 수 있도록 한다.
그러나 상기 미리 설정된 대기 시간(예 : 100ms)(즉, 설정 시간)이 경과된 후, 상기 제어부(130)가 감지한 부스트 전압이 상기 미리 설정된 부스트 전압(예 : 65V)(즉, 목표 전압)에 도달하지 않았으면(즉, 목표 전압 보다 작으면)(도 3의 (b) 참조), 상기 제어부(130)는 내부의 상태 레지스터(Status Register)를 0으로 설정한다(S108).
상기와 같이 상태 레지스터(Status Register)가 0으로 설정되면, 상기 제어부(130)는 인젝션을 중지한다(S109).
이때 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 감지된 부스트 전압이 목표 전압 보다 작을 경우에 알람(경고)을 출력할 수도 있다.
상기와 같이 본 실시예는 부스트 컨버터의 초기 동작 시 인젝터가 요구하는 높은 전압에 대한 선 진단을 수행하여 인젝터 오동작을 사전에 방지하고, 인젝터 부스트 컨버터를 안정적으로 구동하여 큰 파워를 제공할 수 있도록 한다.
도 3은 상기 도 2에 있어서, 부스트 전압이 미리 설정된 시간 내에 목표 전압에 도달되는지의 여부에 따라 부스트 컨버터의 스위치 프리퀀시 변경을 수행하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3의 (a)는 미리 설정된 대기 시간(예 : 100ms)(즉, 설정 시간)이 경과된 후, 감지된 부스트 전압이 상기 미리 설정된 부스트 전압(예 : 65V)(즉, 목표 전압)이 된 상태를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3의 (b)는 미리 설정된 대기 시간(예 : 100ms)(즉, 설정 시간)이 경과된 후, 감지된 부스트 전압이 상기 미리 설정된 부스트 전압(예 : 65V)(즉, 목표 전압)보다 작은 상태를 설명하기 위한 예시도이다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
110 : 전압 감지부
120 : 타이머부
130 : 제어부
140 : 표시부
150 : 스위칭 주파수 조정부

Claims (7)

  1. 목표 부스트 전압, 초기 스위치 프리퀀시, 및 대기 시간이 설정된 부스트 컨버터가 구동되면, 제어부가 상기 대기 시간이 경과된 후 부스트 전압을 감지하는 단계;
    상기 감지된 부스트 전압이 상기 미리 설정된 목표 부스트 전압에 도달하면, 상기 제어부가 스위치 프리퀀시를 상기 초기 스위치 프리퀀시 보다 높게 변경하는 단계; 및
    상기와 같이 스위치 프리퀀시가 초기 설정된 스위치 프리퀀시 보다 높은 주파수로 변경한 후, 상기 제어부는 상기 변경된 주파수로 부스트 컨버터를 구동하여 인젝션을 시작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터용 부스트 컨버터의 구동 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 대기 시간이 경과된 후 부스트 전압을 감지하는 단계 이후,
    상기 제어부는,
    상기 감지한 부스트 전압이 상기 미리 설정된 목표 부스트 전압보다 작으면, 인젝션을 중지하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터용 부스트 컨버터의 구동 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 대기 시간이 경과된 후 부스트 전압을 감지하는 단계 이후,
    상기 제어부는,
    상기 감지된 부스트 전압을 표시부를 통해 표시하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터용 부스트 컨버터의 구동 방법.
  4. 인젝터용 부스트 컨버터에서 생성되는 부스트 전압을 감지하는 전압 감지부;
    상기 부스트 전압이 목표 전압에 도달하는 시간을 체크하기 위한 타이머부;
    상기 인젝터용 부스트 컨버터의 스위치 프리퀀시를 조정하는 스위칭 주파수 조정부; 및
    상기 전압 감지부를 통해 감지된 부스트 전압이 목표 전압에 도달하는지 체크하고, 상기 타이머부를 통해 상기 부스트 전압이 생성되기 시작하여 목표 전압에 도달하는 시간을 체크하고, 상기 부스트 전압 및 상기 부스트 전압이 목표 전압에 도달되는 시간을 바탕으로 상기 스위칭 주파수 조정부를 통해 스위치 프리퀀시를 조정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터용 부스트 컨버터 구동 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제어부는,
    목표 부스트 전압, 초기 스위치 프리퀀시, 및 대기 시간이 설정된 상기 부스트 컨버터가 구동되면, 상기 대기 시간이 경과된 후 부스트 전압을 감지하고,
    상기 감지된 부스트 전압이 상기 미리 설정된 목표 부스트 전압에 도달하면, 스위치 프리퀀시를 상기 초기 스위치 프리퀀시 보다 높게 변경한 후, 상기 변경된 주파수로 부스트 컨버터를 구동하여 인젝션을 시작하는 것을 특징으로 하는 인젝터용 부스트 컨버터 구동 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 감지된 부스트 전압이 상기 미리 설정된 목표 부스트 전압보다 작으면, 인젝션을 중지하는 것을 특징으로 하는 인젝터용 부스트 컨버터 구동 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 감지된 부스트 전압을 표시하는 표시부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터용 부스트 컨버터 구동 장치.
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JP2005259764A (ja) 2004-03-09 2005-09-22 Denso Corp 電磁式アクチュエータ駆動装置
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