KR101786598B1 - Apparatus for determining switch error in power converting system and method thereof - Google Patents

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KR101786598B1 KR1020170112851A KR20170112851A KR101786598B1 KR 101786598 B1 KR101786598 B1 KR 101786598B1 KR 1020170112851 A KR1020170112851 A KR 1020170112851A KR 20170112851 A KR20170112851 A KR 20170112851A KR 101786598 B1 KR101786598 B1 KR 101786598B1
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Abstract

본 발명은 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 차량에 공급되는 고전압 전원 및 저전압 전원 간의 양방향 전력 변환을 위해 상보적으로 동작하는 제1 메인스위치와 제2 메인스위치, 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 메인스위치의 연결 노드에 접속되는 인덕터, 및 상기 인덕터에 흐르는 전류를 센싱하는 전류센서를 포함하는 컨버터 유닛; 상기 컨버터 유닛 및 상기 고전압 전원 간의 연결을 단속하는 제1 백투백스위치, 및 상기 컨버터 유닛 및 상기 저전압 전원 간의 연결을 단속하는 제2 백투백스위치; 및 상기 제1 메인스위치, 상기 제2 메인스위치, 상기 제1 백투백스위치, 및 상기 제2 백투백스위치 중 하나 이상의 스위치의 고장 여부를 판단하는 제어부;를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 고전압 전원 및 상기 저전압 전원 중 하나 이상의 전원과 고장 판단 대상 스위치를 연결하는 루프가 형성되도록 상기 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 하나 이상을 턴 온시키고, 상기 턴 온되는 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 발생하는 돌입전류에 기초하여 상기 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an apparatus and a method for determining a switch failure in a power conversion system, and more particularly, to a first main switch and a second main switch which are complementarily operated for bidirectional power conversion between a high voltage power supply and a low voltage power supply, A converter unit including an inductor connected to a connection node of the main switch and the second main switch, and a current sensor for sensing a current flowing in the inductor; A first back-to-back switch for interrupting a connection between the converter unit and the high-voltage power supply, and a second back-to-back switch for interrupting a connection between the converter unit and the low-voltage power supply; And a control unit for determining whether at least one of the first main switch, the second main switch, the first back-to-back switch, and the second back-to-back switch is faulty, wherein the control unit controls the high- Wherein at least one of the switches other than the fault determination target switch is turned on so that a loop connecting the at least one power source of the low voltage power source and the fault determining object switch is formed, The failure determination switch determines whether or not the failure determination object switch is faulty.

Figure R1020170112851
Figure R1020170112851

Description

전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 장치 및 방법{APPARATUS FOR DETERMINING SWITCH ERROR IN POWER CONVERTING SYSTEM AND METHOD THEREOF}[0001] APPARATUS FOR DETERMINING SWITCH ERROR IN POWER CONVERTING SYSTEM AND METHOD THEREOF [0002]

본 발명은 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양방향 전력 변환 시스템에 포함된 스위치의 고장 여부를 판단하는 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for determining a switch failure in a power conversion system, and more particularly, to an apparatus and method for determining a switch failure in a power conversion system for determining whether a switch included in a bidirectional power conversion system is malfunctioning.

차량의 전력시스템은 차량 내의 전자 부품, 안전 부품 또는 각종 액세서리를 가동하기 위한 전력을 공급하는 시스템으로서, 일반적으로 직류전압을 공급하여 차량 내의 전자 부품들을 가동한다. 종래에는 차량의 전력시스템으로 12V 전력시스템이 사용되었으나, 최근에는 에너지 용량을 증가시키고, 고출력의 전자 부품을 사용하여 전력 효율성을 향상시키기 위해 48V 전력시스템이 보급되고 있다.A power system of a vehicle is a system for supplying electric power for operating an electronic part, a safety part or various accessories in a vehicle, and generally supplies a direct current voltage to operate electronic parts in the vehicle. Conventionally, a 12V power system has been used as a power system of a vehicle, but in recent years, a 48V power system has been popularized to increase energy capacity and improve power efficiency by using high-output electronic components.

다만, 48V 전력시스템을 적용하는 경우, 종래의 12V 전압으로 가동되던 차량의 모든 전자 부품을 48V 용으로 교체해야 하는 문제점이 존재하여, 12V 및 48V의 전압을 함께 공급할 수 있는 12V-48V 전력 변환 시스템이 개발되었으며, 이에 따라 소모전력이 적은 부품은 기존과 같이 12V 전압으로 가동시키고, 전동식 조향장치 또는 공조시스템과 같이 소모전력이 큰 부품은 48V 전압으로 가동시킴에 따라 전력을 효율적으로 활용할 수 있게 되었다. 12V-48V 전력 변환 시스템으로는 통상적으로 양방향 DC-DC 컨버터가 사용되며, 양방향 DC-DC 컨버터는 고용량을 수용하고 전력 변환의 빠른 응답성을 확보하며, 전류를 분담하여 효율성을 향상시키기 위해 멀티페이즈 구조로 사용되고 있다.However, when the 48V power system is applied, there is a problem that all the electronic parts of the vehicle, which was operated by the conventional 12V voltage, have to be replaced for 48V, and a 12V-48V power conversion system And the parts with low power consumption are operated with 12V voltage as usual and the parts with high power consumption such as electric steering or air conditioning system are operated with 48V voltage so that power can be utilized efficiently . Two-way DC-DC converters are commonly used for 12V-48V power conversion systems. Bi-directional DC-DC converters accept high capacity, ensure fast response of power conversion, Structure.

한편, 양방향 DC-DC 컨버터가 멀티페이즈 구조로 개발됨에 따라 전력 변환 시스템에 포함되는 스위치의 개수가 증가하게 되어 스위치의 고장이 발생할 확률이 증가하게 된다. 일반적으로 DC-DC 컨버터에서 스위치 고장이 발생하면 해당 스위치는 단락 상태가 된다. 고장 스위치가 단락된 상태에서 또 다른 스위치가 턴 온되는 경우, DC-DC 컨버터는 전원과 폐루프를 형성하여 단락 전류가 발생할 가능성이 있으며, 단락 전류가 지속적으로 폐루프를 흐르게 되는 경우 컨버터가 소손되는 문제가 발생할 수 있다.Meanwhile, as the bidirectional DC-DC converter is developed in a multi-phase structure, the number of switches included in the power conversion system increases, and the probability of failure of the switch increases. Generally, when a switch failure occurs in a DC-DC converter, the switch is short-circuited. If another switch is turned on while the fault switch is shorted, the DC-DC converter forms a closed loop with the power source, so that a short-circuit current may occur. If the short-circuit current continues to flow in the closed loop, There may be a problem.

이러한 단락 전류에 의해 발생한 전류 및 전압은 순간적으로 크게 변하기 때문에, 스위치 고장을 판단하기 위해서는 전류 및 전압에 대하여 정밀한 검출이 가능한 고가의 센서를 필요로 하는 문제점이 존재하며, 또한 멀티페이즈로 구현되는 DC-DC 컨버터에 포함된 다수의 스위치에 대하여 고장 판단을 하기 위해서 복잡한 알고리즘을 필요로 하는 문제점이 존재한다.Since the current and voltage generated by such a short-circuit current vary greatly instantaneously, there is a problem in that it is necessary to provide an expensive sensor capable of accurately detecting current and voltage in order to determine a switch failure. There is a problem that a complicated algorithm is required to determine a failure of a plurality of switches included in the DC-DC converter.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 양방향 멀티페이즈 컨버터가 동작하기 전에 스위치의 고장을 체크함으로써 컨버터 동작의 안정성을 향상시키고, 스위치 고장 판단을 위한 고가의 센서 또는 복잡한 알고리즘을 제거하여 스위치 고장 판단의 용이성을 향상시키기 위한 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to improve the stability of a converter operation by checking a failure of a switch before a bidirectional multi-phase converter operates, And to provide an apparatus and method for determining a switch failure in a power conversion system for improving the ease of determining a switch failure by eliminating an expensive sensor or a complicated algorithm.

본 발명의 일 측면에 따른 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 장치는, 차량에 공급되는 고전압 전원 및 저전압 전원 간의 양방향 전력 변환을 위해 상보적으로 동작하는 제1 메인스위치와 제2 메인스위치, 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 메인스위치의 연결 노드에 접속되는 인덕터, 및 상기 인덕터에 흐르는 전류를 센싱하는 전류센서를 포함하는 컨버터 유닛; 상기 컨버터 유닛 및 상기 고전압 전원 간의 연결을 단속하는 제1 백투백스위치, 및 상기 컨버터 유닛 및 상기 저전압 전원 간의 연결을 단속하는 제2 백투백스위치; 및 상기 제1 메인스위치, 상기 제2 메인스위치, 상기 제1 백투백스위치, 및 상기 제2 백투백스위치 중 하나 이상의 스위치의 고장 여부를 판단하는 제어부;를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 고전압 전원 및 상기 저전압 전원 중 하나 이상의 전원과 고장 판단 대상 스위치를 연결하는 루프가 형성되도록 상기 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 하나 이상을 턴 온시키고, 상기 턴 온되는 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 발생하는 돌입전류에 기초하여 상기 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.An apparatus for determining a switch fault in a power conversion system according to an aspect of the present invention includes a first main switch and a second main switch that are complementarily operated for bidirectional power conversion between a high voltage power supply and a low voltage power supply supplied to a vehicle, A converter unit including an inductor connected to a connection node of the main switch and the second main switch, and a current sensor for sensing a current flowing in the inductor; A first back-to-back switch for interrupting a connection between the converter unit and the high-voltage power supply, and a second back-to-back switch for interrupting a connection between the converter unit and the low-voltage power supply; And a control unit for determining whether at least one of the first main switch, the second main switch, the first back-to-back switch, and the second back-to-back switch is faulty, wherein the control unit controls the high- Wherein at least one of the switches other than the fault determination target switch is turned on so that a loop connecting the at least one power source of the low voltage power source and the fault determining object switch is formed, The failure determination switch determines whether or not the failure determination object switch is faulty.

본 발명에 있어 상기 제어부는, 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 하나 이상을 턴 온시키기 이전에, 상기 제1 메인스위치, 상기 제2 메인스위치, 상기 제1 백투백스위치, 및 상기 제2 백투백스위치를 각각 턴 오프시켜 초기화하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, before turning on at least one of the switches other than the switch to be fault-diagnosed, the control unit switches the first main switch, the second main switch, the first back-up bag switch, Respectively, and are initialized.

본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 하나 이상을 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하여 턴 온시키는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the control unit controls one or more of the switches other than the fault determination target switch by PWM (Pulse Width Modulation) control to turn on the switch.

본 발명에 있어 상기 고장 판단 대상 스위치는 상기 제1 백투백스위치이고, 상기 제어부는 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치를 각각 턴 온시키고, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 제1 백투백스위치의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the failure judgment object switch is the first back-lit switch, and the control unit turns on the first main switch and the second back-lit switch, respectively. When the rush current is sensed by the current sensor, It is determined that the back-to-back switch is malfunctioning.

본 발명에 있어 상기 고장 판단 대상 스위치는 상기 제1 메인스위치이고, 상기 제어부는 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제2 백투백스위치를 각각 턴 온시키고, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 제1 메인스위치의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the failure judgment object switch is the first main switch, and the control unit turns on the first back-to-back bag switch and the second back bag back switch, respectively. When the inrush current is sensed by the current sensor, It is determined that the main switch has failed.

본 발명에 있어 상기 고장 판단 대상 스위치는 상기 제2 메인스위치이고, 상기 제어부는 상기 제2 백투백스위치를 턴 온시키고, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 제2 메인스위치의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the failure judgment object switch is the second main switch, the control unit turns on the second back-to-back switch, and if the inrush current is sensed by the current sensor, it is judged that the second main switch is faulty .

본 발명에 있어 상기 고장 판단 대상 스위치는 상기 제2 백투백스위치이고, 상기 제어부는 상기 제2 메인스위치를 턴 온시키고, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 제2 백투백스위치의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the failure judgment object switch is the second back-to-back bag switch, and the control unit turns on the second main switch and judges that the second back-to-back switch fails if the inrush current is sensed by the current sensor .

본 발명은 상기 컨버터 유닛에 인가되는 상기 고전압 전원을 센싱하는 전압센서를 더 포함하고, 상기 고장 판단 대상 스위치는 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제1 메인스위치이고, 상기 제어부는 상기 제2 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치를 각각 턴 온시키고, 상기 돌입전류에 의해 발생하는 전압이 상기 전압센서에 의해 센싱되면 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제1 메인스위치의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.The present invention further includes a voltage sensor for sensing the high voltage power applied to the converter unit, wherein the failure judgment object switch is the first back-to-back switch and the first main switch, When the voltage generated by the inrush current is sensed by the voltage sensor, it is determined that the first back-to-back switch and the first main switch are faulty.

본 발명에 있어 상기 고장 판단 대상 스위치는 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제2 메인스위치이고, 상기 제어부는 상기 제1 메인스위치를 턴 온시키고, 상기 돌입전류에 의해 발생하는 전압이 상기 전압센서에 의해 센싱되면 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제2 메스위치의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the failure judgment object switch is the first back-lit switch and the second main switch, the control unit turns on the first main switch, and the voltage generated by the rush current is detected by the voltage sensor And when it is sensed, it is determined that the first back-to-back switch and the second scalp position are broken.

본 발명에 있어 상기 고장 판단 대상 스위치는 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제2 백투백스위치이고, 상기 제어부는 상기 제1 메인스위치를 턴 온시키고, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제2 백투백스위치의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the failure judgment object switch is the first back-to-back bag switch and the second back bag back switch, and the control unit turns on the first main switch. When the inrush current is sensed by the current sensor, The switch and the second back-to-back switch are faulty.

본 발명에 있어 상기 고장 판단 대상 스위치는 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 메인스위치이고, 상기 제어부는 상기 제1 백투백스위치를 턴 온시키고, 상기 돌입전류에 의해 발생하는 전압이 상기 전압센서에 의해 센싱되면 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 메인스위치의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the failure judgment object switch is the first main switch and the second main switch, and the control unit turns on the first back-to-back bag switch, and the voltage generated by the in- And when it is sensed, it is determined that the first main switch and the second main switch have failed.

본 발명에 있어 상기 고장 판단 대상 스위치는 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치이고, 상기 제어부는, 상기 제1 백투백스위치를 턴 온시키고, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the failure judgment object switch is the first main switch and the second back-lit switch, and the control unit turns on the first back-lit switch and, when the rush current is sensed by the current sensor, The main switch and the second back-to-back switch are faulty.

본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 컨버터 유닛이 복수 개 병렬 접속된 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단하되, 상기 멀티페이즈 컨버터를 구성하는 각 컨버터 유닛에 포함된 스위치의 고장 여부를 상기 각 컨버터 유닛별로 순차적으로 판단하여 상기 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the control unit further determines whether or not each of the switches included in the multi-phase converter in which a plurality of the converter units are connected in parallel is faulty, and determines whether the switch included in each converter unit constituting the multi- And sequentially determines whether or not each of the switches included in the multi-phase converter is faulty.

본 발명의 일 측면에 따른 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 방법은, 제어부가, 상기 제1 메인스위치, 상기 제2 메인스위치, 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제2 백투백스위치를 각각 턴 오프시켜 초기화하는 단계; 상기 제어부가, 고전압 전원 및 저전압 전원 중 하나 이상의 전원과 고장 판단 대상 스위치를 연결하는 루프가 형성되도록 상기 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 하나 이상을 턴 온시키는 단계; 및 상기 제어부가, 상기 턴 온되는 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 발생하는 돌입전류에 기초하여 상기 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of determining a switch failure in a power conversion system according to an aspect of the present invention is characterized in that the control unit initializes the first main switch, the second main switch, the first back-to-back switch, and the second back- step; Turning on at least one of the switches other than the fault determining object switch so that the control unit forms a loop connecting the at least one of the high voltage power source and the low voltage power source with the fault determining object switch; And determining whether the failure determination target switch is faulty based on an inrush current generated when a closed loop is formed due to the switch being turned on.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단을 위한 고가의 센서 또는 복잡한 알고리즘을 제거하여 원가를 절감하고 전력 변환 시스템을 단순화시킬 수 있으며, 고장 스위치에 대한 신속한 교체 및 보수를 가능하게 함으로써 전력 변환 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.According to an aspect of the present invention, the present invention can reduce costs and simplify a power conversion system by eliminating expensive sensors or complex algorithms for determining a switch failure in a power conversion system, The stability of the power conversion system can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 장치에서 스위치 고장으로 인해 형성되는 폐루프를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 장치에서 양방향 멀티페이즈 DC-DC 컨버터로 구현된 전력 변환 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
1 is a circuit diagram for explaining an apparatus for determining a switch fault in a power conversion system according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary diagram for explaining a closed loop formed by a switch failure in an apparatus for determining a switch fault in a power conversion system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an example of a power conversion system implemented by a bi-directional multi-phase DC-DC converter in an apparatus for determining a switch fault in a power conversion system according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of determining a switch failure in a power conversion system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 장치 및 방법의 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.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of an apparatus and method for determining a switch failure in a power conversion system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 장치를 설명하기 위한 회로도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 장치에서 스위치 고장으로 인해 형성되는 폐루프를 설명하기 위한 예시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 장치에서 양방향 멀티페이즈 DC-DC 컨버터로 구현된 전력 변환 시스템을 나타낸 예시도이다.FIG. 1 is a circuit diagram for explaining an apparatus for determining a switch fault in a power conversion system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a switch failure detector in a power conversion system according to an embodiment of the present invention. 3 is a view illustrating an example of a power conversion system implemented by a bidirectional multi-phase DC-DC converter in an apparatus for determining a switch fault in a power conversion system according to an embodiment of the present invention .

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 장치는 고전압 전원(HV), 저전압 전원(LV), 컨버터 유닛(CU), 전압센서(VSEN), 제1 백투백스위치(HVFET), 제2 백투백스위치(LVFET), 및 제어부(ECU)를 포함할 수 있고, 컨버터 유닛(CU)은 제1 메인스위치(HSFET), 제2 메인스위치(LSFET), 인덕터(L) 및 전류센서(ISEN)를 포함할 수 있다.1 to 3, an apparatus for determining a switch fault in a power conversion system according to an embodiment of the present invention includes a high voltage power source HV, a low voltage power source LV, a converter unit CU, a voltage sensor VSEN, The converter unit CU may include a first main switch (HSFET), a second main switch (LSFET), an inductor (LVFET) (L) and a current sensor (ISEN).

고전압 전원(HV) 및 저전압 전원(LV)은 차량 내의 각 전자 부품에 각각 고전압 및 저전압을 공급할 수 있으며, 상호 간의 전력 변환을 위해 후술할 컨버터 유닛(CU) 또는 멀티페이즈 컨버터에 전기적으로 연결될 수 있다. 고전압 전원(HV) 및 저전압 전원(LV)은 통상적인 전력 변환 시스템에 따라 각각 48V 전원 및 12V 전원으로 구성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 고전압 전원(HV) 및 저전압 전원(LV)은 리튬 배터리, 납축전지, 슈퍼 캐패시터 또는 울트라 캐패시터가 단독 또는 조합되어 구성될 수 있으나 상기한 대상에 한정되지 않고 차량의 전자 부품에 전원을 공급할 수 있는 모든 구성을 포함할 수 있다.The high voltage power supply (HV) and the low voltage power supply (LV) can supply high voltage and low voltage to each electronic component in the vehicle, and can be electrically connected to a converter unit (CU) or a multi-phase converter . The high voltage power supply (HV) and the low voltage power supply (LV) may be configured with a 48V power supply and a 12V power supply according to a conventional power conversion system, but are not limited thereto. Also, the high voltage power source (HV) and the low voltage power source (LV) may be constituted by a lithium battery, a lead acid battery, a super capacitor or an ultracapacitor, either alone or in combination. However, All configurations can be included.

컨버터 유닛(CU)은, 도 1에 도시된 것과 같이 일단이 고전압 전원(HV)에, 타단이 저전압 전원(LV)에 전기적으로 연결되어 고전압 전원(HV)과 저전압 전원(LV) 간의 양방향 전력 변환을 수행할 수 있다. 컨버터 유닛(CU)은 고전압 전원(HV)과 저전압 전원(LV) 간의 양방향 전력 변환을 위해 상보적으로 동작하는 제1 메인스위치(HSFET)와 제2 메인스위치(LSFET), 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 메인스위치(LSFET)의 연결 단자에 접속되는 인덕터(L), 및 인덕터(L)에 흐르는 전류를 센싱하는 전류센서(ISEN)를 포함할 수 있다.1, the converter unit CU is electrically connected to the high voltage power supply HV at one end and to the low voltage power supply LV at the other end to perform bi-directional power conversion between the high voltage power supply HV and the low voltage power supply LV Can be performed. The converter unit CU includes a first main switch (HSFET), a second main switch (LSFET), a first main switch (HSFET), and a second main switch (LSFET) that operate in a complementary manner for bidirectional power conversion between a high- An inductor L connected to the connection terminal of the second main switch LSFET and a current sensor ISEN for sensing the current flowing through the inductor L. [

제1 메인스위치(HSFET), 제2 메인스위치(LSFET) 및 인덕터(L)의 역할을 컨버터 유닛(CU)의 동작으로서 설명한다. 컨버터 유닛(CU)에서 인덕터(L)에 에너지가 저장되는 모드에서 제1 메인스위치(HSFET)는 턴 온, 제2 메인스위치(LSFET)는 턴 오프되도록 제어부(ECU)에 의해 제어되며, 인덕터(L)에서 에너지가 방전되는 모드에서 제1 메인스위치(HSFET)는 턴 오프, 제2 메인스위치(LSFET)는 턴 온되도록 제어부(ECU)에 의해 제어된다. 컨버터 유닛(CU)은 제어부(ECU)에 의해 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 메인스위치(LSFET)가 상보적으로 동작되어 인덕터(L)에 에너지가 저장되고 방전되는 과정을 반복 수행함으로써 고전압 전원(HV)과 저전압 전원(LV) 간의 전력 변환을 수행할 수 있다. 한편, 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 메인스위치(LSFET)는 FET(Field Effect Transitor)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 스위치가 채용될 수 있다.The role of the first main switch (HSFET), the second main switch (LSFET) and the inductor L will be described as the operation of the converter unit CU. In a mode in which energy is stored in the inductor L in the converter unit CU, the first main switch HSFET is turned on and the second main switch LSFET is turned off, L, the first main switch (HSFET) is turned off and the second main switch (LSFET) is turned on. The converter unit CU repeatedly performs the process of storing energy in the inductor L and discharging the first main switch HSFET and the second main switch LSFET in a complementary manner by the control unit ECU, Power conversion between the power source HV and the low voltage power source LV can be performed. Meanwhile, the first main switch (HSFET) and the second main switch (LSFET) may be configured as FETs (Field Effect Transistors), but the present invention is not limited thereto and various types of switches may be employed.

또한 후술할 멀티페이즈 컨버터는 복수의 컨버터 유닛(CU)이 병렬 접속된 구조로서, 각 컨버터 유닛(CU)은 멀티페이즈 컨버터에서 순차적으로 전력 변환을 수행하는 하나의 페이즈를 구성한다.A multi-phase converter to be described later is a structure in which a plurality of converter units (CU) are connected in parallel, and each converter unit (CU) constitutes one phase for successively performing power conversion in the multi-phase converter.

전류센서(ISEN)는 인덕터(L)에 흐르는 전류를 센싱하여 제어부(ECU)에 전달할 수 있다. 또한 전류센서(ISEN)는 후술할 것과 같이 고장 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 발생하는 돌입전류를 센싱하여 제어부(ECU)에 전달할 수 있다. 이에 따라 제어부(ECU)는 돌입전류 발생 여부를 판단하여 해당 스위치의 고장을 판단할 수 있는데, 구체적인 설명은 후술하기로 한다.The current sensor ISEN can sense the current flowing through the inductor L and transmit it to the control unit ECU. Further, the current sensor ISEN can sense the inrush current generated by the closed loop due to the failure switch and transmit the sensed inrush current to the control unit ECU, as will be described later. Accordingly, the control unit ECU determines whether or not an inrush current is generated and determines the failure of the corresponding switch. A detailed description will be given later.

전압센서(VSEN)는 컨버터 유닛(CU)에 인가되는 고전압 전원(HV)을 센싱하여 제어부(ECU)에 전달할 수 있다. 또한 전압센서(VSEN)는 후술할 것과 같이 고장 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 돌입전류가 발생한 경우, 돌입전류에 의해 발생하는 전압을 센싱하여 제어부(ECU)로 전달할 수 있다. 이에 따라 제어부(ECU)는 돌입전류에 의해 발생하는 전압을 센싱하여 해당 스위치의 고장을 판단할 수 있는데, 구체적인 설명은 후술하기로 한다.The voltage sensor VSEN senses the high voltage power supply HV applied to the converter unit CU and transmits it to the control unit ECU. Also, as will be described later, when the inrush current is generated due to the closed loop due to the failure switch, the voltage sensor VSEN can sense the voltage generated by the inrush current and transmit the sensed voltage to the control unit (ECU). Accordingly, the control unit ECU senses the voltage generated by the inrush current to determine the failure of the corresponding switch. A detailed description will be given later.

제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)는 컨버터 유닛(CU)과, 고전압 전원(HV) 및 저전압 전원(LV) 간의 전기적 연결을 각각 단속(즉, 전기적으로 연결하거나 차단)할 수 있다. 이에 따라 전력 변환 시스템을 구성하는 양방향 멀티페이즈 컨버터는, 각 페이즈를 구성하는 컨버터 유닛(CU)을 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)를 통해 순차적으로 구동시켜 전력 소모를 저감시킬 수 있다. 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)는 FET(Field Effect Transitor)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 스위치가 채용될 수도 있다.The first back-to-back switch (HVFET) and the second back-to-back switch (LVFET) are connected to the converter unit CU and the high voltage power supply HV and the low voltage power supply LV . Accordingly, the bi-directional multi-phase converter constituting the power conversion system sequentially drives the converter unit (CU) constituting each phase through the first back-to-back switch (HVFET) and the second back-to-back switch (LVFET) . The first back-to-back switch (HVFET) and the second back-to-back switch (LVFET) may be configured as FETs (Field Effect Transistors), but the present invention is not limited thereto.

한편, 양방향 멀티페이즈 컨버터로 구성된 전력 변환 시스템에 있어서, 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)는 각 페이즈 별로 하나씩 구비될 수도 있고(즉, 컨버터 유닛(CU) 각각이 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)를 포함할 수도 있고) 두 개의 페이즈 당 하나씩 구비될 수도 있으며, 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)의 개수를 달리하여 구비될 수도 있다. 도 3은 두 개의 페이즈 당 하나씩 구비된 제1 백투백스위치(HVFET), 및 각 페이즈 별로 구비된 제2 백투백스위치(LVFET)를 포함하는 전력 변환 시스템을 예시로서 도시한 것이다.On the other hand, in the power conversion system composed of the bidirectional multi-phase converter, the first back-to-back switch (HVFET) and the second back-to- back switch (LVFET) (HVFET) and a second back-to-back switch (LVFET)) and may be provided for each of the two phases, and the number of the first back-to-back switches (HVFET) and the second back- . FIG. 3 illustrates by way of example a power conversion system including a first back-to-back switch (HVFET), one for each phase, and a second back-to-back switch (LVFET), provided for each phase.

본 실시예에서는, 도 3에 도시된 것과 같이 제1 백투백스위치(HVFET)는 두 개의 페이즈 당 하나씩 구비되고, 제2 백투백스위치(LVFET)는 각 페이즈 별로 구비된 전력 변환 시스템에서 스위치의 고장을 판단하는 과정을 설명하기로 한다. In this embodiment, the first back-to-back switch (HVFET) is provided for each of the two phases as shown in Fig. 3, and the second back-lit back switch (LVFET) .

제어부(ECU)는 전술한 것과 같이 전력 변환 시스템에 포함된 제1 메인스위치(HSFET), 제2 메인스위치(LSFET), 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)의 턴 온/턴 오프를 각각 제어함으로써, 전력 변환 시스템으로 하여금 고전압 전원(HV)과 저전압 전원(LV) 간의 양방향 전력 변환을 수행할 수 있도록 할 수 있다. 본 실시예에서는 고전압 전원(HV)과 저전압 전원(LV) 간의 양방향 전력 변환 동작 이전에 스위치의 고장 판단을 수행하는 것에 그 특징이 있으므로, 이하 스위치의 고장 판단을 수행하는 제어부(ECU)의 동작을 도 1 내지 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.The control unit ECU controls the turn-on / turn-off of the first main switch (HSFET), the second main switch (LSFET), the first back air bag switch (HVFET) and the second back air bag switch (LVFET) included in the power conversion system, Respectively, so that the power conversion system can perform bidirectional power conversion between the high voltage power supply (HV) and the low voltage power supply (LV). In this embodiment, since the failure determination of the switch is performed prior to the bi-directional power conversion operation between the high voltage power source HV and the low voltage power source LV, the operation of the control unit (ECU) Will be described in detail with reference to Figs. 1 to 3. Fig.

제어부(ECU)는 고전압 전원(HV) 및 저전압 전원(LV) 중 하나 이상의 전원과 고장 판단 대상 스위치를 연결하는 루프가 형성되도록 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 하나 이상을 턴 온시키고, 상기 턴 온되는 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 발생하는 돌입전류에 기초하여 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단할 수 있다.The control unit ECU turns on at least one of the switches other than the fault determination target so that a loop connecting the power source of at least one of the high voltage power source HV and the low voltage power source LV to the fault determination target switch is formed, It is possible to judge whether or not the failure determination target switch is faulty based on the inrush current generated by the closed loop formed by the switch.

즉, 고장 스위치는 스위치 양단을 단락시키게 되므로, 제어부(ECU)는 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 하나 이상을 턴 온시킴으로써 전원-고장 판단 대상 스위치를 연결하는 루프를 형성한 후, 전류센서(ISEN)에 의해 돌입전류가 센싱되거나 돌입전류에 의해 발생하는 전압이 전압센서(VSEN)에 의해 센싱되면, 고장 스위치의 단락으로 인하여 폐루프가 형성된 것으로 판단할 수 있으므로, 제어부(ECU)는 고장 판단 대상 스위치가 고장인 것으로 판단할 수 있다.That is, since the failure switch short-circuit both ends of the switch, the control unit ECU forms a loop connecting the switches to be subjected to power-failure determination by turning on at least one of the switches other than the switch to be subjected to failure determination, It is judged that a closed loop is formed due to the short-circuit of the fault switch. Therefore, the control unit (ECU) It can be determined that the switch is broken.

제어부(ECU)는 스위치의 고장 여부를 판단하기에 앞서, 제1 메인스위치(HSFET), 제2 메인스위치(LSFET), 제1 백투백스위치(HVFET), 및 제2 백투백스위치(LVFET)를 각각 턴 오프시켜 초기화한 후 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단할 수 있다. 즉, 후술할 것과 같이 제어부(ECU)는 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 하나 이상을 턴 온시켜 폐루프가 형성되는지를 판단하기 때문에, 모든 스위치를 턴 오프시켜 초기화한 후, 폐루프 형성에 필요한 해당 스위치만 턴 온시킴으로써 폐루프 형성에 따른 돌입전류 발생 여부를 명확히 판단하여 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단할 수 있다.The control unit ECU turns the first main switch (HSFET), the second main switch (LSFET), the first back-to-back switch (HVFET) and the second back to back switch (LVFET) It is possible to determine whether or not the switch to be fault-diagnosed is faulty. That is, as will be described later, since the control unit ECU determines whether or not a closed loop is formed by turning on at least one of the switches other than the fault determination target switch, all the switches are turned off and initialized, It is possible to clearly determine whether or not an inrush current is generated due to the formation of a closed loop by turning on only the corresponding switch, thereby determining whether or not the switch to be fault-detected is faulty.

하기 표 1은 고장 판단 대상 스위치(고장), 폐루프 형성에 필요한 턴 온 스위치(PWM-후술), 턴 온 스위치에 따라 형성되는 폐루프 및 스위치 고장 여부를 판단하기 위한 측정센서를 나타낸 것이다. 단상 컨버터 유닛(CU)으로 구성된 전력 변환 시스템을 고려할 때, 스위치는 총 4개이므로 고장 판단의 경우의 수는 총 15가지가 되며(모든 스위치 정상 상태인 경우는 제외), 이하에서는 제어부(ECU)가 스위치의 고장을 판단하는 과정을 하기 표 1의 항목별로 구체적으로 설명하기로 한다.Table 1 below shows a measurement sensor for determining whether a switch to be fault-diagnosed (failure), a turn-on switch (PWM-to-be-followed) necessary for forming a closed loop, a closed loop formed according to the turn- Considering a power conversion system composed of a single-phase converter unit (CU), the total number of switches is four, so that the total number of faults is fifteen (except when all switches are in a normal state) The process of determining the failure of the switch will be described in detail with reference to Table 1 below.


항목Item
제1 1st 백투백스위치Back-to-back switch
(( HVFETHVFET ))
제1 메인First Main
스위치switch
(( HSFETHSFET ))
제2 메인Second Main
스위치switch
(( LSFETLSFET ))
제2 Second 백투백스위치Back-to-back switch
(( LVFETLVFET ))

폐루프Closed loop

측정센서Measuring sensor
1One 고장broken PWMPWM OFFOFF PWMPWM ISEN, VSENISEN, VSEN 22 PWMPWM 고장broken OFFOFF PWMPWM ISEN, VSENISEN, VSEN 33 OFFOFF OFFOFF 고장broken PWMPWM ISENISEN 44 OFFOFF OFFOFF PWMPWM 고장broken ISENISEN 55 고장broken 고장broken PWMPWM PWMPWM VSENVSEN 66 고장broken PWMPWM 고장broken OFFOFF VSENVSEN 77 고장broken PWMPWM OFFOFF 고장broken ISEN, VSENISEN, VSEN 88 PWMPWM 고장broken 고장broken OFFOFF VSENVSEN 99 PWMPWM 고장broken OFFOFF 고장broken ISEN, VSENISEN, VSEN 1010 OFFOFF OFFOFF 고장broken 고장broken ISENISEN 1111 고장broken 고장broken 고장broken OFFOFF VSENVSEN 1212 고장broken OFFOFF 고장broken 고장broken ISENISEN 1313 OFFOFF 고장broken 고장broken 고장broken ISENISEN 1414 고장broken 고장broken OFFOFF 고장broken ISEN, VSENISEN, VSEN 1515 고장broken 고장broken 고장broken 고장broken ①②③①②③ ISEN, VSENISEN, VSEN

1. 고장 판단 대상 스위치가 제1 백투백스위치인 경우1. If the switch to be fault-detected is the first back-lit switch

고장 판단 대상 스위치가 제1 백투백스위치(HVFET)인 경우, 제어부(ECU)는 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)를 각각 턴 온시키고, 전류센서(ISEN)에 의해 돌입전류가 센싱되면 제1 백투백스위치(HVFET)의 고장으로 판단할 수 있다.The control unit ECU turns on the first main switch (HSFET) and the second back-to-back switch (LVFET), respectively, when the switch to be subjected to the fault determination is the first back-to-back switch (HVFET) It can be determined that the first back-to-back switch (HVFET) is out of order.

즉, 제1 백투백스위치(HVFET)가 고장으로 단락 상태인 경우, 제2 메인스위치(LSFET)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에, 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)를 각각 턴 온시키면 도 2의 ①과 같은 폐루프가 형성된다. 이에 따라 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)를 통해 돌입전류를 센싱하여 제1 백투백스위치(HVFET)의 고장을 판단할 수 있다.That is, when the first back-to-back switch (HVFET) is short-circuited due to a failure, the second main switch (LSFET) is kept in the turn-off state in accordance with the above-described initializing operation, When the back-to-back switch (LVFET) is turned on, a closed loop as shown by (1) in Fig. 2 is formed. Accordingly, the control unit ECU can sense the inrush current through the current sensor ISEN to determine the failure of the first back-to-back switch (HVFET).

만약 제1 백투백스위치(HVFET)가 고장이 아닐 경우, 제1 백투백스위치(HVFET)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에 도 2의 ①과 같은 폐루프가 형성되지 않는다. 따라서 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)에서 돌입전류가 센싱되지 않기 때문에 제1 백투백스위치(HVFET)는 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.If the first back-to-back switch (HVFET) is not malfunctioning, the first back-to-back switch (HVFET) is kept in the turn-off state in accordance with the above-described initializing operation. Therefore, the control unit ECU can determine that the first back-to-back switch (HVFET) is in a steady state because the inrush current is not sensed at the current sensor ISEN.

제어부(ECU)가 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)를 각각 턴 온시킬때, PWM 제어를 통해 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)를 각각 턴 온시킬 수 있다. 즉, 제어부(ECU)가 High-Level 유지되는 제어신호를 통해 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)를 턴 온시키는 경우, 폐루프에 따른 지속적인 돌입전류에 따라 스위치를 비롯한 컨버터 소자의 소손 가능성이 있으므로, High-Level(턴 온) 및 Low-Level(턴 오프)이 스위칭되는 PWM 펄스 신호를 통해 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)를 각각 턴 온시킴으로써 지속적인 돌입전류에 따른 컨버터 소자의 소손을 방지할 수 있다. PWM 제어하여 스위치를 턴 온시키는 상기한 과정은 이하에서 설명하는, 제어부(ECU)가 스위치를 턴 온시키는 동작에 동일하게 적용될 수 있다.When the control unit ECU turns on the first main switch (HSFET) and the second back-to-back switch (LVFET) respectively, the first main switch (HSFET) and the second back- . That is, when the control unit (ECU) turns on the first main switch (HSFET) and the second back-to-back switch (LVFET) through a control signal maintained at a high level, (HSFET) and the second back-to-back switch (LVFET) are turned on through the PWM pulse signal in which the High-Level (turn-on) and the Low-level It is possible to prevent the converter element from being burned out due to the continuous inrush current. The above-described process of turning on the switch by PWM control can be equally applied to the operation of turning on the switch by the control unit (ECU), which will be described below.

2. 고장 판단 대상 스위치가 제1 메인스위치인 경우2. When the switch to be judged as the failure is the first main switch

고장 판단 대상 스위치가 제1 메인스위치(HSFET)인 경우, 제어부(ECU)는 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)를 각각 턴 온시키고, 전류센서(ISEN)에 의해 돌입전류가 센싱되면 제1 메인스위치(HSFET)의 고장으로 판단할 수 있다.The control unit ECU turns on the first back-to-back switch (HVFET) and the second back-to-back switch (LVFET), respectively, when the switch to be subjected to the fault determination is the first main switch (HSFET) It can be determined that the first main switch (HSFET) is faulty.

즉, 제1 메인스위치(HSFET)가 고장으로 단락 상태인 경우, 제2 메인스위치(LSFET)는 전술한 초기화 동작에 따라 각각 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에, 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)를 각각 턴 온시키면 도 2의 ①과 같은 폐루프가 형성된다. 이에 따라 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)를 통해 돌입전류를 센싱하여 제1 메인스위치(HSFET)의 고장을 판단할 수 있다.That is, when the first main switch (HSFET) is short-circuited due to a failure, the second main switch (LSFET) is maintained in the turn-off state in accordance with the above-described initializing operation, When the two back-to-back switches (LVFET) are turned on, a closed loop as shown by (1) in Fig. 2 is formed. Accordingly, the control unit ECU can sense the inrush current through the current sensor ISEN to determine the failure of the first main switch (HSFET).

만약 제1 메인스위치(HSFET)가 고장이 아닐 경우, 제1 메인스위치(HSFET)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에 도 2의 ①과 같은 폐루프가 형성되지 않는다. 따라서 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)에서 돌입전류가 센싱되지 않기 때문에 제1 메인스위치(HSFET)는 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.If the first main switch (HSFET) is not malfunctioning, the first main switch (HSFET) is maintained in the turn-off state in accordance with the above-described initializing operation. Therefore, the control unit ECU can determine that the first main switch (HSFET) is in a normal state since the inrush current is not sensed in the current sensor ISEN.

3. 고장 판단 대상 스위치가 제2 메인스위치인 경우3. If the switch to be fault-detected is the second main switch

고장 판단 대상 스위치가 제2 메인스위치(LSFET)인 경우, 제어부(ECU)는 제2 백투백스위치(LVFET)를 턴 온시키고, 전류센서(ISEN)에 의해 돌입전류가 센싱되면 제2 메인스위치(LSFET)의 고장으로 판단할 수 있다.When the malfunction determination switch is the second main switch (LSFET), the control unit ECU turns on the second back-lit switch LVFET, and when the rush current is sensed by the current sensor ISEN, ) Can be judged as a failure.

즉, 제2 메인스위치(LSFET)가 고장으로 단락 상태인 경우, 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제1 메인스위치(HSFET)는 전술한 초기화 동작에 따라 각각 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에, 제2 백투백스위치(LVFET)를 턴 온시키면 도 2의 ②와 같은 폐루프가 형성된다. 이에 따라 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)를 통해 돌입전류를 센싱하여 제2 메인스위치(LSFET)의 고장을 판단할 수 있다.That is, when the second main switch (LSFET) is short-circuited due to a failure, the first back-to-back switch (HVFET) and the first main switch (HSFET) 2 When the back-to-back switch (LVFET) is turned on, a closed loop as shown by 2 in Fig. 2 is formed. Accordingly, the control unit ECU can sense the inrush current through the current sensor ISEN to determine the failure of the second main switch LSFET.

만약 제2 메인스위치(LSFET)가 고장이 아닐 경우, 제2 메인스위치(LSFET)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에 도 2의 ②와 같은 폐루프가 형성되지 않는다. 따라서 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)에서 돌입전류가 센싱되지 않기 때문에 제2 메인스위치(LSFET)는 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.If the second main switch (LSFET) is not malfunctioning, the second main switch (LSFET) is kept in the turn-off state in accordance with the above-described initializing operation. Therefore, the control unit ECU can determine that the second main switch LSFET is in a normal state because the inrush current is not sensed in the current sensor ISEN.

4. 고장 판단 대상 스위치가 제2 백투백스위치인 경우4. If the fault target switch is the 2nd back-to-back switch

고장 판단 대상 스위치가 제2 백투백스위치(LVFET)인 경우, 제어부(ECU)는 제2 메인스위치(LSFET)를 턴 온시키고, 전류센서(ISEN)에 의해 돌입전류가 센싱되면 제2 백투백스위치(LVFET)의 고장으로 판단할 수 있다.The control unit ECU turns on the second main switch LSFET when the failure judgment target switch is the second back-to-back switch (LVFET), and when the inrush current is sensed by the current sensor ISEN, the second back- ) Can be judged as a failure.

즉, 제2 백투백스위치(LVFET)가 고장으로 단락 상태인 경우, 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제1 메인스위치(HSFET)는 전술한 초기화 동작에 따라 각각 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에, 제2 메인스위치(LSFET)를 턴 온시키면 도 2의 ②와 같은 폐루프가 형성된다. 이에 따라 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)를 통해 돌입전류를 센싱하여 제2 백투백스위치(LVFET)의 고장을 판단할 수 있다.That is, when the second back-to-back switch (LVFET) is short-circuited due to a failure, since the first back-to-back switch (HVFET) and the first main switch (HSFET) 2 When the main switch (LSFET) is turned on, a closed loop as shown by 2 in Fig. 2 is formed. Accordingly, the control unit ECU can sense the inrush current through the current sensor ISEN to determine the failure of the second back-to-back switch (LVFET).

만약 제2 백투백스위치(LVFET)가 고장이 아닐 경우, 제2 백투백스위치(LVFET)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에 도 2의 ②와 같은 폐루프가 형성되지 않는다. 따라서 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)에서 돌입전류가 센싱되지 않기 때문에 제2 백투백스위치(LVFET)는 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.If the second back-to-back switch (LVFET) is not malfunctioning, the second back-to-back switch (LVFET) is kept in the turn-off state in accordance with the initializing operation described above, Therefore, the control unit ECU can determine that the second back-to-back switch (LVFET) is in a steady state because the inrush current is not sensed at the current sensor ISEN.

5. 고장 판단 대상 스위치가 제1 백투백스위치 및 제1 메인스위치인 경우5. When the malfunction determination switch is the first back-lit switch and the first main switch

고장 판단 대상 스위치가 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제1 메인스위치(HSFET)인 경우, 제어부(ECU)는 제2 메인스위치(LSFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)를 각각 턴 온시키고, 전압센서(VSEN)에 의해 전압이 센싱되면 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제1 메인스위치(HSFET)의 동시 고장으로 판단할 수 있다.The control unit ECU turns on the second main switch LSFET and the second back-to-back switch LVFET, respectively, when the switch to be subjected to the fault determination is the first back-to-back switch (HVFET) and the first main switch (HSFET) When the voltage is sensed by the sensor VSEN, it can be determined that the first back-to-back switch (HVFET) and the first main switch (HSFET) are simultaneously failed.

즉, 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제1 메인스위치(HSFET)가 고장으로 단락 상태인 경우, 제2 메인스위치(HSFET)를 및 제2 백투백스위치(LVFET)를 각각 턴 온시키면 도 2의 ③과 같은 폐루프가 형성된다. 이에 따라 제어부(ECU)는 전압센서(VSEN)를 통해 폐루프 ③을 흐르는 돌입전류에 의해 발생한 전압을 센싱하여 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제1 메인스위치(HSFET)의 동시 고장을 판단할 수 있다.That is, if the first back-to-back switch (HVFET) and the first main switch (HSFET) are short-circuited by a failure, turning on the second main switch (HSFET) and the second back- A closed loop is formed. Accordingly, the control unit ECU can sense the voltage generated by the inrush current flowing through the closed loop 3 through the voltage sensor VSEN to determine the simultaneous failure of the first back-to-back switch HVFET and the first main switch HSFET have.

만약 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제1 메인스위치(HSFET) 중 어느 하나라도 고장이 아닐 경우, 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제1 메인스위치(HSFET) 중 고장이 아닌 스위치는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에 도 2의 ③과 같은 폐루프가 형성되지 않는다. 따라서 돌입전류에 의해 전압이 발생하지 않아 전압센서(VSEN)에서 전압이 센싱되지 않기 때문에 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제1 메인스위치(HSFET) 중 어느 하나는 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.If any of the first back-to-back switch (HVFET) and the first main switch (HSFET) is not malfunctioning, the non-malfunctioning switch of the first back-to-back switch (HVFET) The closed loop as shown by 3 in Fig. 2 is not formed. Therefore, since no voltage is generated by the inrush current and the voltage is not sensed by the voltage sensor VSEN, it can be determined that either the first back-to-back switch (HVFET) or the first main switch (HSFET) is in a normal state.

6. 고장 판단 대상 스위치가 제1 백투백스위치 및 제2 메인스위치인 경우6. When the malfunction determination switch is the first back-lit switch and the second main switch

고장 판단 대상 스위치가 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 메인스위치(LSFET)인 경우, 제어부(ECU)는 제1 메인스위치(HSFET)를 턴 온시키고, 전압센서(VSEN)에 의해 전압이 센싱되면 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 메인스위치(LSFET)의 동시 고장으로 판단할 수 있다.The control unit ECU turns on the first main switch HSFET and the voltage is sensed by the voltage sensor VSEN when the switch to be tested for failure is the first back-to-back switch (HVFET) and the second main switch (LSFET) It can be determined that the simultaneous failure of the first back-to-back switch (HVFET) and the second main switch (LSFET) occurs.

즉, 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 메인스위치(LSFET)가 고장으로 단락 상태인 경우, 제2 백투백스위치(LVFET)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에, 제1 메인스위치(HSFET)를 턴 온시키면 도 2의 ③과 같은 폐루프가 형성된다. 이에 따라 제어부(ECU)는 전압센서(VSEN)를 통해 폐루프 ③을 흐르는 돌입전류에 의해 발생한 전압을 센싱하여 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 메인스위치(LSFET)의 동시 고장을 판단할 수 있다.That is, when the first back-to-back switch (HVFET) and the second main switch (LSFET) are short-circuited due to a failure, the second back-lit switch LVFET is kept in the turned- When the main switch (HSFET) is turned on, a closed loop as shown by 3 in Fig. 2 is formed. Accordingly, the control unit ECU can detect the simultaneous failure of the first back-to-back switch (HVFET) and the second main switch (LSFET) by sensing the voltage generated by the inrush current flowing through the closed loop 3 through the voltage sensor VSEN have.

만약 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 메인스위치(LSFET) 중 어느 하나라도 고장이 아닐 경우, 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 메인스위치(LSFET) 중 고장이 아닌 스위치는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에 도 2의 ③과 같은 폐루프가 형성되지 않는다. 따라서 돌입전류에 의해 전압이 발생하지 않아 전압센서(VSEN)에서 전압이 센싱되지 않기 때문에 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 메인스위치(LSFET) 중 어느 하나는 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.If any one of the first back-to-back switch (HVFET) and the second main switch (LSFET) is not malfunctioning, the non-faulty switch among the first main switch (HSFET) and the second main switch (LSFET) The closed loop as shown by 3 in Fig. 2 is not formed. Therefore, since no voltage is generated by the inrush current and the voltage is not sensed by the voltage sensor VSEN, it can be determined that any one of the first back-to-back switch (HVFET) and the second main switch (LSFET) is in a normal state.

7. 고장 판단 대상 스위치가 제1 백투백스위치 및 제2 백투백스위치인 경우7. If the switch to be fault-detected is the first back-to-back switch and the second back-to-back switch

고장 판단 대상 스위치가 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)인 경우, 제어부(ECU)는 제1 메인스위치(HSFET)를 턴 온시키고, 전류센서(ISEN)에 의해 돌입전류가 센싱되면 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)의 동시 고장으로 판단할 수 있다.The control unit ECU turns on the first main switch (HSFET), and the current sensor ISEN turns on the inrush current (ISEN). When the first switch (HVFET) and the second back bag switch It can be determined that the first back-to-back switch (HVFET) and the second back-to-back switch (LVFET) fail simultaneously.

즉, 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)가 고장으로 단락 상태인 경우, 제2 메인스위치(LSFET)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에, 제1 메인스위치(HSFET)를 턴 온시키면 도 2의 ①과 같은 폐루프가 형성된다. 이에 따라 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)를 통해 돌입전류를 센싱하여 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)의 동시 고장을 판단할 수 있다.That is, when the first back-to-back switch (HVFET) and the second back-to-back switch (LVFET) are short-circuited due to a failure, the second main switch LSFET is maintained in the turned- When the main switch (HSFET) is turned on, a closed loop as shown by (1) in Fig. 2 is formed. Accordingly, the control unit ECU can sense the inrush current through the current sensor ISEN to determine the simultaneous failure of the first back-to-back switch (HVFET) and the second back-to-back switch (LVFET).

만약 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET) 중 어느 하나라도 고장이 아닐 경우, 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET) 중 고장이 아닌 스위치는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에 도 2의 ①과 같은 폐루프가 형성되지 않는다. 따라서 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)에서 돌입전류가 센싱되지 않기 때문에 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET) 중 어느 하나는 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.If either the first back-to-back switch (HVFET) and the second back-to-back switch (LVFET) are not malfunctioning, then the non-malfunctioning switch of the first back- The closed loop as shown by (1) in Fig. 2 is not formed. Therefore, since the inrush current is not sensed in the current sensor ISEN, the control unit ECU can determine that either the first back-to-back switch (HVFET) or the second back-to-back switch (LVFET) is in a normal state.

8. 고장 판단 대상 스위치가 제1 메인스위치 및 제2 메인스위치인 경우8. When the switch to be subjected to the fault determination is the first main switch and the second main switch

고장 판단 대상 스위치가 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 메인스위치(LSFET)인 경우, 제어부(ECU)는 제1 백투백스위치(HVFET)를 턴 온시키고, 전압센서(VSEN)에 의해 전압이 센싱되면 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 메인스위치(LSFET)의 동시 고장으로 판단할 수 있다.The control unit ECU turns on the first back-to-back switch (HVFET), and when the voltage is sensed by the voltage sensor (VSEN), the first back- It can be determined that the first main switch (HSFET) and the second main switch (LSFET) are simultaneously failing.

즉, 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 메인스위치(LSFET)가 고장으로 단락 상태인 경우, 제2 백투백스위치(LVFET)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에, 제1 백투백스위치(HVFET)를 턴 온시키면 도 2의 ③과 같은 폐루프가 형성된다. 이에 따라 제어부(ECU)는 전압센서(VSEN)를 통해 폐루프 ③을 흐르는 돌입전류에 의해 발생한 전압을 센싱하여 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 메인스위치(LSFET)의 동시 고장을 판단할 수 있다.That is, when the first main switch (HSFET) and the second main switch (LSFET) are short-circuited due to a failure, the second back-lit switch LVFET is maintained in the turned-off state in accordance with the above- When the back-to-back switch (HVFET) is turned on, a closed loop as shown by 3 in Fig. 2 is formed. Accordingly, the control unit ECU can sense the voltage generated by the inrush current flowing in the closed loop 3 through the voltage sensor VSEN to determine the simultaneous failure of the first main switch (HSFET) and the second main switch (LSFET) have.

만약 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 메인스위치(LSFET) 중 어느 하나라도 고장이 아닐 경우, 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 메인스위치(LSFET) 중 고장이 아닌 스위치는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에 도 2의 ③과 같은 폐루프가 형성되지 않는다. 따라서 돌입전류에 의해 전압이 발생하지 않아 전압센서(VSEN)에서 전압이 센싱되지 않기 때문에 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 메인스위치(LSFET) 중 어느 하나는 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.If any one of the first main switch (HSFET) and the second main switch (LSFET) is not malfunctioning, the non-malfunctioning switch among the first main switch (HSFET) and the second main switch (LSFET) The closed loop as shown by 3 in Fig. 2 is not formed. Therefore, since no voltage is generated by the inrush current and the voltage is not sensed by the voltage sensor VSEN, it can be determined that either the first main switch (HSFET) or the second main switch (LSFET) is in a normal state.

9. 고장 판단 대상 스위치가 제1 메인스위치 및 제2 백투백스위치인 경우9. When the switch to be fault-detected is the first main switch and the second back-to-back switch

고장 판단 대상 스위치가 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)인 경우, 제어부(ECU)는 제1 백투백스위치(HVFET)를 턴 온시키고, 전류센서(ISEN)에 의해 돌입전류가 센싱되면 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)의 동시 고장으로 판단할 수 있다.The control unit ECU turns on the first back-to-back switch (HVFET), and when the current sensor ISEN turns on the inrush current It can be determined that the simultaneous failure of the first main switch (HSFET) and the second back-to-back switch (LVFET) occurs.

즉, 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)가 고장으로 단락 상태인 경우, 제2 메인스위치(LSFET)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에, 제1 백투백스위치(HVFET)를 턴 온시키면 도 2의 ①과 같은 폐루프가 형성된다. 이에 따라 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)를 통해 돌입전류를 센싱하여 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)의 동시 고장을 판단할 수 있다.That is, when the first main switch (HSFET) and the second back-to-back switch (LVFET) are short-circuited due to a failure, the second main switch (LSFET) When the back-to-back switch (HVFET) is turned on, a closed loop as shown by (1) in Fig. 2 is formed. Accordingly, the control unit ECU can sense the inrush current through the current sensor ISEN to determine the simultaneous failure of the first main switch (HSFET) and the second back-to-back switch (LVFET).

만약 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET) 중 어느 하나라도 고장이 아닐 경우, 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET) 중 고장이 아닌 스위치는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에 도 2의 ①과 같은 폐루프가 형성되지 않는다. 따라서 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)에서 돌입전류가 센싱되지 않기 때문에 제1 메인스위치(HSFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET) 중 어느 하나는 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.If any one of the first main switch (HSFET) and the second back-to-back switch (LVFET) is not malfunctioning, the non-malfunction switch of the first main switch (HSFET) and the second back- The closed loop as shown by (1) in Fig. 2 is not formed. Therefore, since the inrush current is not sensed in the current sensor ISEN, the control unit ECU can determine that either the first main switch (HSFET) or the second back-to-back switch (LVFET) is in a normal state.

전술한 1번 내지 4번 항목, 7번 및 9번 항목에서 형성되는 폐루프 ① 또는 ②를 흐르는 돌입전류는 인덕터(L)를 경유한다. 일반적으로 회로 단자가 단락되어 발생하는 돌입전류는 순간적으로 크게 변하기 때문에, 순간적으로 변하는 전류를 검출하기 위해서는 고가의 전류센서(ISEN)를 필요로 하는 문제점이 존재한다. 그러나 본 실시예에서, 폐루프 ① 또는 ②를 흐르는 전류는 인덕터(L)를 경유하므로, 전류의 순간적인 변화를 억제할 수 있다.(vL = L·di/dt, vL: 인덕터 양단의 전압, L: 인덕턴스, i: 인덕터에 흐르는 전류) 이에 따라 기존의 전력 변환 시스템에 구비된 전류센서(ISEN)만으로 스위치의 고장을 안정적으로 판단할 수 있다.The inrush current flowing through the closed loop 1 or 2 formed in the items 1 to 4, 7 and 9 described above passes through the inductor L. In general, since the inrush current generated by a short circuit terminal changes largely instantaneously, there is a problem that an expensive current sensor ISEN is required to detect a momentarily varying current. However, in the present embodiment, since the current flowing through the closed loop 1 or 2 passes through the inductor L, instantaneous change of the current can be suppressed (v L = L di / dt, v L : The current flowing through the inductor). Accordingly, it is possible to stably determine the failure of the switch by using only the current sensor ISEN provided in the conventional power conversion system.

그러나 전술한 5번, 6번 및 8번 항목에서 형성되는 폐루프 ③을 흐르는 돌입전류는 인덕터(L)를 경유하지 않는다. 이 경우, 고전압 전원(HV)이 즉시 컨버터 유닛(CU)에 연결되어 컨버터 유닛(CU)이 소손될 위험이 있으므로, 고전압 전원(HV)에 병렬로 연결되는 평활 콘덴서(평활 캐패시터, 미도시)를 구비함이 바람직하며, 평활 콘덴서 용량은 컨버터의 사양 및 설계자의 의도에 따라 다양하게 설계될 수 있다.However, the inrush current flowing through the closed loop 3 formed in the above items 5, 6 and 8 does not pass through the inductor L. In this case, there is a risk that the high voltage power supply HV is immediately connected to the converter unit CU and the converter unit CU is burned out. Therefore, a smoothing capacitor (smooth capacitor) (not shown) connected in parallel to the high voltage power supply HV And the smoothing capacitor capacity can be variously designed according to the specifications of the converter and the designer's intention.

한편 전술한 1번 항목 내지 9번 항목에서는, 스위치가 고장인 것으로 판단된 경우, 제어부(ECU)는 고장이 아닌 스위치를 제어하여 돌입전류의 지속적인 흐름으로 인한 컨버터 소자의 소손을 방지할 수 있다. 1번 항목을 예로 들면, 전류센서(ISEN)에 의해 돌입전류가 센싱되어 제1 백투백스위치(HVFET)의 고장으로 판단된 경우, 제어부(ECU)는 제2 백투백스위치(LVFET) 또는 제1 메인스위치(HSFET)를 턴 오프시켜(또는 PWM 제어하여) 폐루프 ①을 개루프로 변경하여 돌입전류를 제거함으로써 컨버터 소자의 소손을 방지할 수 있다.On the other hand, in the items 1 to 9 described above, when it is determined that the switch is malfunctioning, the control unit (ECU) can control the switch, not the malfunction, to prevent the burnout of the converter element due to the continuous flow of the rush current. When the inrush current is sensed by the current sensor ISEN and it is determined that the first back-to-back switch (HVFET) has failed, the control unit ECU controls the second back-to-back switch (LVFET) It is possible to prevent burn-up of the converter element by removing the inrush current by turning off the closed-loop (HSFET) (or by PWM control) and changing the closed loop 1 into an open loop.

그러나, 10번 항목 내지 15번 항목과 같은 경우, 돌입전류를 스위치 제어를 통해 제거할 수 없는 문제점이 존재한다. 10번 항목을 예로 들면, 제2 백투백스위치(LVFET) 및 제2 메인스위치(LSFET)가 고장으로 단락 상태가 되므로 도 2의 폐루프 ②를 흐르는 돌입전류가 발생한다. 이때, 폐루프 ②를 개루프로 변경시키기 위해 제어할 수 있는 스위치가 존재하지 않으므로 돌입전류가 지속적으로 흐르게 되고, 최종적으로 큰 돌입전류가 발생하게 되어 컨버터 소자의 소손을 발생시킬 수 있다. 이러한 경우, 제어부(ECU)는 소정 시간 동안 지속적으로 돌입전류가 센싱되면 10번 내지 15번과 같은 유형의 스위치 고장이 발생한 것으로 판단하고, 클러스터 유닛과 같은 별도의 인터페이스를 통해 사용자에게 컨버터 내지 전력 변환 시스템의 보수가 필요함을 알릴 수 있다.However, in the case of items 10 to 15, there is a problem that the inrush current can not be removed through the switch control. When the item 10 is taken as an example, the second back-to-back switch (LVFET) and the second main switch (LSFET) are short-circuited due to a failure, so that an inrush current flowing in the closed loop (2) of FIG. At this time, since there is no controllable switch to change the closed loop (2) to the open loop, the inrush current continuously flows, and finally, a large inrush current is generated, which may cause burnout of the converter element. In this case, when the inrush current is continuously sensed for a predetermined period of time, the control unit ECU determines that a switch failure of the same type as that of 10th to 15th has occurred, and transmits the power to the user through a separate interface such as a cluster unit It can inform that the system needs to be repaired.

이상에서는 단상 컨버터 유닛(CU)으로 구성된 전력 변환 시스템에서 스위치의 고장 여부를 판단하는 과정을 설명하였다. 전술한 방법은 도 3에 도시된 멀티페이즈 컨버터로 구성된 전력 변환 시스템에서 스위치의 고장 여부를 판단하는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다. 즉, 제어부(ECU)는 컨버터 유닛(CU)이 복수 개 병렬 접속된 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단할 수 있다. 자세히는, 멀티페이즈 컨버터를 구성하는 각 컨버터 유닛(CU)에 포함된 스위치의 고장 여부를 각 컨버터 유닛(CU)별로 전술한 방법을 적용함으로써 순차적으로 판단하여 멀티페이즈 컨버터로 구성된 전력 변환 시스템의 모든 스위치에 대하여 고장 여부를 판단할 수 있다.In the above description, the process of determining whether the switch is faulty in the power conversion system constituted by the single-phase converter unit (CU) has been described. The above-described method can also be applied to the case where the failure of the switch is judged in the power conversion system constituted by the multi-phase converter shown in Fig. That is, the control unit (ECU) can further determine whether each switch included in the multi-phase converter in which a plurality of converter units (CU) are connected in parallel is faulty. More specifically, whether or not the switches included in the respective converter units (CU) constituting the multi-phase converter are faulty is judged successively by applying the above-described method for each converter unit (CU), and all of the power conversion systems constituted by the multi- It is possible to judge whether or not the switch is faulty.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of determining a switch failure in a power conversion system according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 방법을 설명하면, 먼저 제어부(ECU)는 제1 메인스위치(HSFET), 제2 메인스위치(LSFET), 제1 백투백스위치(HVFET) 및 제2 백투백스위치(LVFET)를 각각 턴 오프시켜 초기화한다(S10).Referring to FIG. 4, a method for determining a switch failure in a power conversion system according to an embodiment of the present invention will be described. First, the control unit ECU includes a first main switch (HSFET), a second main switch The back-to-back switch (HVFET) and the second back-to-back switch (LVFET) are respectively turned off and initialized (S10).

이어서, 제어부(ECU)는 고전압 전원(HV) 및 저전압 전원(LV) 중 하나 이상의 전원과 고장 판단 대상 스위치를 연결하는 루프가 형성되도록, 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 하나 이상을 턴 온시킨다(S20).Next, the control unit ECU turns on at least one of the switches other than the fault determination target switch so that a loop connecting the power source of at least one of the high voltage power source (HV) and the low voltage power source (LV) S20).

이때, 제어부(ECU)는 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 하나 이상을 PWM 제어하여 턴 온시킬 수 있다.At this time, the control unit ECU can PWM-control at least one of the switches other than the switch to be subjected to the fault determination and turn on the switch.

이어서, 제어부(ECU)는 턴 온되는 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 발생하는 돌입전류에 기초하여 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단한다(S30). 제어부(ECU)가 고장 판단 대상 스위치별로 스위치의 고장을 판단하는 과정은 전술한 것이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Subsequently, the control unit ECU determines whether the malfunction determination switch is malfunctioning based on the inrush current generated by the closed loop due to the switch being turned on (S30). The process for the control unit (ECU) to determine the failure of the switch for each failure target switch is the one described above, so a detailed description thereof will be omitted.

이어서, 제어부(ECU)는 컨버터 유닛(CU)이 복수 개 병렬 접속된 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단한다(S40). 이때, 제어부(ECU)는 멀티페이즈 컨버터를 구성하는 각 컨버터 유닛(CU)에 포함된 스위치의 고장 여부를 상기 각 컨버터 유닛(CU)별로 순차적으로 판단하여 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단한다.Subsequently, the control unit ECU further determines whether or not each switch included in the multi-phase converter in which a plurality of converter units (CU) are connected in parallel is faulty (S40). At this time, the control unit ECU sequentially determines whether or not each switch included in each converter unit CU constituting the multi-phase converter is faulty for each of the converter units CU and determines whether each switch included in the multi- .

이와 같이 본 실시예는, 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단을 위한 고가의 센서 또는 복잡한 알고리즘을 이용하지 않고 기존의 전력 변환 시스템에 존재하는 스위치 및 제어로직만을 이용하여 스위치의 고장 여부를 판단함으로써 원가를 절감하고 전력 변환 시스템을 단순화시킬 수 있으며, 고장 스위치에 대한 신속한 교체 및 보수를 가능하게 하여 전력 변환 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present embodiment, by using only switches and control logic existing in a conventional power conversion system without using expensive sensors or complicated algorithms for determining switch failures in the power conversion system, Thereby simplifying the power conversion system and enabling quick replacement and repair of the failure switch, thereby improving the stability of the power conversion system.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, I will understand. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

HV: 고전압 전원
LV: 저전압 전원
HVFET: 제1 백투백스위치
LVFET: 제2 백투백스위치
HSFET: 제1 메인스위치
LSFET: 제2 메인스위치
ISEN: 전류센서
VSEN: 전압센서
L: 인덕터
CU: 컨버터 유닛
ECU: 제어부
HV: High voltage power source
LV: Low Voltage Power Supply
HVFET: 1st back-to-back switch
LVFET: Second Back-to-Back Switch
HSFET: first main switch
LSFET: Second main switch
ISEN: current sensor
VSEN: Voltage sensor
L: Inductor
CU: Converter unit
ECU:

Claims (2)

차량에 공급되는 고전압 전원 및 저전압 전원 간의 양방향 전력 변환을 위해 상보적으로 동작하는 제1 메인스위치와 제2 메인스위치, 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 메인스위치의 연결 노드에 접속되는 인덕터, 및 상기 인덕터에 흐르는 전류를 센싱하는 전류센서를 포함하는 컨버터 유닛;
상기 컨버터 유닛에 인가되는 상기 고전압 전원을 센싱하는 전압센서;
상기 컨버터 유닛 및 상기 고전압 전원 간의 연결을 단속하는 제1 백투백스위치, 및 상기 컨버터 유닛 및 상기 저전압 전원 간의 연결을 단속하는 제2 백투백스위치; 및
상기 제1 메인스위치, 상기 제2 메인스위치, 상기 제1 백투백스위치, 및 상기 제2 백투백스위치 중 하나 이상의 스위치의 고장 여부를 판단하는 제어부;를 포함하되,
상기 제어부는, 상기 고전압 전원 및 상기 저전압 전원 중 하나 이상의 전원과 고장 판단 대상 스위치를 연결하는 루프가 형성되도록 상기 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 하나 이상을 턴 온시키고, 상기 턴 온되는 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 발생하는 돌입전류에 기초하여 상기 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단하고,
상기 제어부는,
고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 백투백스위치로서 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하여 턴 온시키는 경우, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 제1 백투백스위치의 고장으로 판단하고,
고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 메인스위치로서 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제2 백투백스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키는 경우, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 제1 메인스위치의 고장으로 판단하고,
고장 판단 대상 스위치가 상기 제2 메인스위치로서 상기 제2 백투백스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키는 경우, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 제2 메인스위치의 고장으로 판단하고,
고장 판단 대상 스위치가 상기 제2 백투백스위치로서 상기 제2 메인스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키는 경우, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 제2 백투백스위치의 고장으로 판단하고,
고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제1 메인스위치로서 상기 제2 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키는 경우, 상기 돌입전류에 의해 발생하는 전압이 상기 전압센서에 의해 센싱되면 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제1 메인스위치의 고장으로 판단하고,
고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제2 메인스위치로서 상기 제1 메인스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키는 경우, 상기 돌입전류에 의해 발생하는 전압이 상기 전압센서에 의해 센싱되면 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제2 메인스위치의 고장으로 판단하고,
고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제2 백투백스위치로서 상기 제1 메인스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키는 경우, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제2 백투백스위치의 고장으로 판단하고,
고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 메인스위치로서 상기 제1 백투백스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키는 경우, 상기 돌입전류에 의해 발생하는 전압이 상기 전압센서에 의해 센싱되면 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 메인스위치의 고장으로 판단하고,
고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치로서 상기 제1 백투백스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키는 경우, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치의 고장으로 판단하고,
상기 제어부는,
상기 전류센서에 의해 소정 시간 동안 지속적으로 흐르는 돌입전류가 센싱되면,
상기 제2 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치의 고장;
상기 제1 백투백스위치, 상기 제2 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치의 고장;
상기 제1 메인스위치, 상기 제2 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치의 고장;
상기 제1 백투백스위치, 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치의 고장; 및
상기 제1 백투백스위치, 상기 제1 메인스위치, 상기 제2 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치의 고장; 중 어느 하나에 해당하는 것으로 판단하고,
상기 제어부는, 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 하나 이상을 턴 온시키기 이전에, 상기 제1 메인스위치, 상기 제2 메인스위치, 상기 제1 백투백스위치, 및 상기 제2 백투백스위치를 각각 턴 오프시켜 초기화하고,
상기 제어부는, 상기 컨버터 유닛이 복수 개 병렬 접속된 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단하되,
상기 멀티페이즈 컨버터를 구성하는 각 컨버터 유닛에 포함된 스위치의 고장 여부를 상기 각 컨버터 유닛별로 순차적으로 판단하여 상기 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 장치.
A first main switch and a second main switch complementarily operating for bidirectional power conversion between a high voltage power source and a low voltage power source supplied to the vehicle, an inductor connected to a connection node between the first main switch and the second main switch, A converter unit including a current sensor for sensing a current flowing through the inductor;
A voltage sensor for sensing the high voltage power applied to the converter unit;
A first back-to-back switch for interrupting a connection between the converter unit and the high-voltage power supply, and a second back-to-back switch for interrupting a connection between the converter unit and the low-voltage power supply; And
And a controller for determining whether at least one of the first main switch, the second main switch, the first back-up bag switch, and the second back bag back switch is malfunctioning,
Wherein the control unit turns on at least one of the switches other than the fault determination target switch so that a loop connecting the power supply to at least one of the high voltage power supply and the low voltage power supply is formed, Determining whether the failure determination object switch is faulty based on an inrush current generated by forming a closed loop,
Wherein,
When a failure determination object switch is turned on by controlling PWM (Pulse Width Modulation) control of the first main switch and the second back-to-back switch as the first back-lit switch, if the rush current is sensed by the current sensor, If it is determined that the switch is broken,
When the failure determination target switch turns on the first back-to-back switch and the second back-to-back switch by PWM control as the first main switch, if the inrush current is sensed by the current sensor, and,
Wherein when the inrush current is sensed by the current sensor, it is determined that the second main switch is faulty, and when the inrush current is sensed by the current sensor,
When the failure determination target switch is turned on by PWM control of the second main switch as the second back-lit switch, if the inrush current is sensed by the current sensor, it is determined that the second back-
When a switch for failure determination is turned on by PWM control of the second main switch and the second back-to-back switch as the first back-lit switch and the first main switch, a voltage generated by the rush current is applied to the voltage sensor The control unit determines that the first back-to-back switch and the first main switch are faulty,
When the switch to be turned on is turned on by PWM control of the first main switch as the first back-lit switch and the second main switch, if the voltage generated by the rush current is sensed by the voltage sensor, The backlight switch and the second main switch are faulty,
When the failure determination switch is turned on by PWM control of the first main switch as the first back-lit switch and the second back-lit switch, if the rush current is sensed by the current sensor, the first back- It is judged that the back-to-back switch is broken,
Wherein when the switch to be subjected to the fault determination turns on the first back-to-back switch by PWM control as the first main switch and the second main switch, if the voltage generated by the inrush current is sensed by the voltage sensor, The main switch and the second main switch are faulty,
When the malfunction determination switch is turned on by PWM control of the first back-lit switch as the first main switch and the second back-lit switch, if the rush current is sensed by the current sensor, the first main switch and the second It is judged that the back-to-back switch is broken,
Wherein,
When an inrush current continuously flowing for a predetermined time is sensed by the current sensor,
A failure of the second main switch and the second back-to-back switch;
A failure of the first back-lit switch, the second main switch, and the second back-lit switch;
A failure of the first main switch, the second main switch, and the second back-to-back switch;
Failure of the first back-lit switch, the first main switch, and the second back-lit switch; And
Failure of the first back-lit switch, the first main switch, the second main switch, and the second back-to-back switch; It is judged that it corresponds to any one of them,
The control unit turns off the first main switch, the second main switch, the first back-to-back switch, and the second back-to-back switch, respectively, before turning on at least one of the switches other than the fault- Initialize,
Wherein the controller further determines whether or not each switch included in the multi-phase converter in which a plurality of the converter units are connected in parallel is faulty,
Wherein each switch unit included in the multiphase converter is sequentially judged whether each switch unit included in the multiphase converter has failed or not, Of the switch failure.
차량에 공급되는 고전압 전원 및 저전압 전원 간의 양방향 전력 변환을 위해 상보적으로 동작하는 제1 메인스위치와 제2 메인스위치, 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 메인스위치의 연결 노드에 접속되는 인덕터, 및 상기 인덕터에 흐르는 전류를 센싱하는 전류센서를 포함하는 컨버터 유닛;
상기 컨버터 유닛에 인가되는 상기 고전압 전원을 센싱하는 전압센서;
상기 컨버터 유닛 및 상기 고전압 전원 간의 연결을 단속하는 제1 백투백스위치; 및 상기 컨버터 유닛 및 상기 저전압 전원 간의 연결을 단속하는 제2 백투백스위치;를 포함하는 전력 변환 시스템에 포함된 스위치의 고장 여부를 판단하는 방법으로서,
제어부가, 상기 제1 메인스위치, 상기 제2 메인스위치, 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제2 백투백스위치를 각각 턴 오프시켜 초기화하는 단계;
상기 제어부가, 상기 고전압 전원 및 상기 저전압 전원 중 하나 이상의 전원과 고장 판단 대상 스위치를 연결하는 루프가 형성되도록 상기 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 하나 이상을 턴 온시키는 단계; 및
상기 제어부가, 상기 턴 온되는 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 발생하는 돌입전류에 기초하여 상기 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단하는 단계;를 포함하되,
상기 턴 온시키는 단계에서, 상기 제어부는,
(a)고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 백투백스위치인 경우에는 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하여 턴 온시키고,
(b)고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 메인스위치인 경우에는 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제2 백투백스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키고,
(c)고장 판단 대상 스위치가 상기 제2 메인스위치인 경우에는 상기 제2 백투백스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키고,
(d)고장 판단 대상 스위치가 상기 제2 백투백스위치인 경우에는 상기 제2 메인스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키고,
(e)고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제1 메인스위치인 경우에는 상기 제2 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키고,
(f)고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제2 메인스위치인 경우에는 상기 제1 메인스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키고,
(g)고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 백투백스위치 및 상기 제2 백투백스위치인 경우에는 상기 제1 메인스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키고,
(h)고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 메인스위치인 경우에는 상기 제1 백투백스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키고,
(i)고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치인 경우에는 상기 제1 백투백스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키고,
상기 판단하는 단계에서, 상기 제어부는,
상기 턴 온시키는 단계의 (a) 내지 (d), (g) 및 (i)의 경우, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 (a) 내지 (d), (g) 및 (i)의 각 경우의 해당 고장 판단 대상 스위치가 고장인 것으로 판단하고,
상기 턴 온시키는 단계의 (e), (f) 및 (h)의 경우, 돌입전류에 의해 발생하는 전압이 상기 전압센서에 의해 센싱되면 (e), (f) 및 (h)의 각 경우의 해당 고장 판단 대상 스위치가 고장인 것으로 판단하고,
상기 판단하는 단계에서, 상기 제어부는,
상기 전류센서에 의해 소정 시간 동안 지속적으로 흐르는 돌입전류가 센싱되면,
상기 제2 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치의 고장;
상기 제1 백투백스위치, 상기 제2 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치의 고장;
상기 제1 메인스위치, 상기 제2 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치의 고장;
상기 제1 백투백스위치, 상기 제1 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치의 고장; 및
상기 제1 백투백스위치, 상기 제1 메인스위치, 상기 제2 메인스위치 및 상기 제2 백투백스위치의 고장; 중 어느 하나에 해당하는 것으로 판단하고,
상기 판단하는 단계에서, 상기 제어부는,
상기 컨버터 유닛이 복수 개 병렬 접속된 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단하되,
상기 멀티페이즈 컨버터를 구성하는 각 컨버터 유닛에 포함된 스위치의 고장 여부를 상기 각 컨버터 유닛별로 순차적으로 판단하여 상기 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 시스템의 스위치 고장 판단 방법.
A first main switch and a second main switch complementarily operating for bidirectional power conversion between a high voltage power source and a low voltage power source supplied to the vehicle, an inductor connected to a connection node between the first main switch and the second main switch, A converter unit including a current sensor for sensing a current flowing through the inductor;
A voltage sensor for sensing the high voltage power applied to the converter unit;
A first back-to-back switch for interrupting a connection between the converter unit and the high-voltage power supply; And a second back-to-back switch for interrupting a connection between the converter unit and the low-voltage power supply, the method comprising the steps of:
The control unit turns off and initializes the first main switch, the second main switch, the first back-to-back switch, and the second back-to-back switch, respectively;
Turning on at least one of the switches other than the fault determination object switch so that the control unit forms a loop connecting the at least one of the high voltage power source and the low voltage power source to the fault determination object switch; And
Determining whether the failure determination target switch is faulty based on an inrush current generated by forming a closed loop due to the switch being turned on,
In the turning-on step,
(a) when the malfunction determination switch is the first back-lit switch, the first main switch and the second back-lit switch are PWM (Pulse Width Modulation) controlled to turn on,
(b) when the malfunction determination switch is the first main switch, the first back-to-back switch and the second back-to-back switch are PWM-controlled to turn on,
(c) when the malfunction determination switch is the second main switch, the second back-to-back switch is PWM-controlled to turn on,
(d) when the failure determination target switch is the second back-lit switch, the second main switch is PWM-controlled to turn on the second main switch,
(e) when the malfunction determination switch is the first back-lit switch and the first main switch, the second main switch and the second back-lit switch are PWM-controlled to turn on,
(f) when the failure determination target switch is the first back-lit switch and the second main switch, the first main switch is PWM-controlled to turn on the first main switch,
(g) when the failure determination target switch is the first back-lit switch and the second back-lit switch, the first main switch is PWM-controlled to turn on the first main switch,
(h) when the failure determination target switch is the first main switch and the second main switch, the first back-to-back switch is PWM-controlled to turn on,
(i) when the malfunction determination switch is the first main switch and the second back-lit switch, the first back-lit switch is PWM-controlled to turn on the first back-
In the determining step,
(A) to (d), (g), and (i) of FIG. 6 are performed when the inrush current is sensed by the current sensor in the case of (a) It is determined that the corresponding failure determination target switch in each case is faulty,
In the case of (e), (f) and (h) of the turn-on step, when the voltage generated by the inrush current is sensed by the voltage sensor, It is determined that the failure-judging target switch is faulty,
In the determining step,
When an inrush current continuously flowing for a predetermined time is sensed by the current sensor,
A failure of the second main switch and the second back-to-back switch;
A failure of the first back-lit switch, the second main switch, and the second back-lit switch;
A failure of the first main switch, the second main switch, and the second back-to-back switch;
Failure of the first back-lit switch, the first main switch, and the second back-lit switch; And
Failure of the first back-lit switch, the first main switch, the second main switch, and the second back-to-back switch; It is judged that it corresponds to any one of them,
In the determining step,
Further determining whether each of the switches included in the multi-phase converter in which a plurality of the converter units are connected in parallel is faulty,
Wherein each switch unit included in the multiphase converter is sequentially judged whether each switch unit included in the multiphase converter has failed or not, A method for judging a switch failure of the switch.
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