KR102093236B1 - Converter for micro-hybrid converter for preventing reverse current on initial start-up and Method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 하이브리드용 컨버터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 차량의 초기 기동시 역전류 유입 및 제어 불안정성을 방지하는 마이크로 하이브리드용 컨버터에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 동기정류방식을 적용할 경우에도, 초기 기동시 역전류 현상이 발생하지 않는 제어가 더 안정적인 마이크로 하이브리드용 컨버터의 구현이 가능하다. The present invention relates to a converter for a micro-hybrid, and more particularly, to a converter for a micro-hybrid that prevents inflow of current and control instability when the vehicle is initially started.
According to the present invention, even when the synchronous rectification method is applied, it is possible to implement a converter for a micro-hybrid that is more stable in control that does not generate a reverse current phenomenon during initial startup.
Description
본 발명은 마이크로 하이브리드용 컨버터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 차량의 초기 기동시 역전류 유입 및 제어 불안정성을 방지하는 마이크로 하이브리드용 컨버터에 대한 것이다. The present invention relates to a converter for a micro-hybrid, and more particularly, to a converter for a micro-hybrid that prevents inflow of current and control instability when the vehicle is initially started.
또한, 본 발명은 차량의 초기 기동시 역전류 유입 및 제어 불안정을 방지하는 방법에 대한 것이다. In addition, the present invention relates to a method for preventing reverse current inflow and control instability when the vehicle is initially started.
자동차 배터리 충전용 DC-DC 컨버터는 고전압 배터리 전원(예를 들어, 42V)을 변환하여 12V 배터리를 충전한다.The DC-DC converter for charging a car battery converts a high voltage battery power source (for example, 42V) to charge a 12V battery.
이러한 자동차 배터리 충전용 DC-DC 컨버터는 발열 감소와 효율을 위해 2개의 모스펫(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 이하, MOSFET)를 순차로 턴-온시켜 배터리를 충전하는 동기(Synchronous) 정류 방식이 사용된다.The DC-DC converter for charging a car battery uses a synchronous rectification method to charge the battery by sequentially turning on two MOSFETs (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistors, or MOSFETs) for heat reduction and efficiency. do.
한편, 자동차 배터리 충전용 DC-DC 컨버터는 초기 시동시에 출력전압이 배터리 전압보다 낮은데, 이에 따라 배터리 쪽에서 컨버터로 역전류가 흐른다. On the other hand, the DC-DC converter for charging a car battery has an output voltage lower than the battery voltage at the initial start-up, so that a reverse current flows from the battery side to the converter.
따라서, 이러한 역전류를 차단하기 위한 도 1과 같은 방식이 도입되었다. 도 1에 도시된 바와 같이, 역전류 방지 회로(100)는 배터리(Vbat) 전압과 컨버터의 출력전압(Vout)을 비교하는 비교기(112)와, 비교기(112)의 출력 전압에 따라 전류를 차단하는 대용량 MOSFET(111)로 구성된다. Therefore, a scheme as shown in FIG. 1 for blocking such reverse current was introduced. As shown in FIG. 1, the reverse
대용량 MOSFET(111)는 비교기(112)가 비교한 배터리(Vbat) 전압이 컨버터의 출력전압(Vout)보다 높으면 배터리로부터 컨버터로 흐르는 전류를 차단하기 위한 역전류 방지용 소자이다. The high-
따라서, 이러한 대용량 MOSFET(111)는 비교기(112)가 비교한 배터리(Vbat) 전압이 컨버터의 출력전압(Vout)보다 높으면 PMOS1은 턴-오프되어 PMOS1의 바디 다이오드로부터의 역전류는 차단된다. 즉, 배터리로부터 컨버터로 역전류가 흐르는 것을 방지한다. Accordingly, when the voltage of the battery Vbat compared by the
부연하면, 비교기(112)에 의하여 Vout 전압인 comp1(+)가 Vbat 전압인 comp(-)보다 커야만 스위칭 소자(npn1)가 구동되어 대용량 MOSFET(111)의 PMOS1가 도통된다. Incidentally, by the
또한, 도 1에 도시된 배터리 충전용 DC-DC 컨버터의 제어는 일반적으로 CC-CV 충전 방식이 된다. In addition, the control of the DC-DC converter for charging the battery shown in FIG. 1 is generally a CC-CV charging method.
즉, 배터리 충전용 DC-DC 컨버터는 기존 차량의 알터네이터를 대체하며, 배터리가 과방전 상태에서 컨버터가 과부하 상황일 경우 출력 전류(Iout)를 제어(CC)한다. 또는, 컨버터가 최대 출력 전류 이하에서는 출력 전압을 제어(CV)한다. That is, the DC-DC converter for charging the battery replaces the alternator of the existing vehicle, and controls the output current (Iout) when the converter is overloaded in the overdischarge state of the battery (CC). Or, if the converter is below the maximum output current, the output voltage is controlled (CV).
여기서, CV(Constant Voltage)는 12V 배터리 충전 전압 제어이고, CC(Constant Current)는 12V 배터리 충전 전류 제어이다. Here, CV (Constant Voltage) is 12V battery charging voltage control, CC (Constant Current) is 12V battery charging current control.
그런데, 종래 기술에 의하면, 효율 향상을 위하여 동기정류방식을 적용할 경우, 초기 기동시 컨버터의 출력 전압이 배터리 전압보다 낮기 때문에 컨버터로의 역전류가 유입되는 현상이 있다. 이러한 현상은 MOSFET의 손상 및 제어 불안정을 유발하게 된다. However, according to the prior art, when the synchronous rectification method is applied to improve efficiency, there is a phenomenon in that a reverse current flows into the converter because the output voltage of the converter is lower than the battery voltage during initial startup. This phenomenon causes damage to the MOSFET and control instability.
또한, 대용량 MOSFET(111)가 고가임에 따라, 자동차 배터리 충전용 DC-DC 컨버터의 원가가 상승한다는 문제점이 있다. In addition, as the high-
[선행기술문헌][Advanced technical literature]
[특허문헌][Patent Document]
(특허문헌 1) 1. 한국공개특허번호 제10-2009-0051505호(Patent Document 1) 1. Korean Patent Publication No. 10-2009-0051505
(특허문헌 2) 2. 한국등록특허번호 제10-0761584호(Patent Document 2) 2. Korean Registered Patent No. 10-0761584
(특허문헌 3) 3. 한국공개특허번호 제10-2006-0000647호(Patent Document 3) 3. Korean Patent Publication No. 10-2006-0000647
본 발명은 위에서 제기된 종래 기술에 따른 문제점을 해소하고자 제안된 것으로서, 동기정류방식을 적용할 경우에도, 역전류 현상이 발생하지 않는 초기 기동시 역전류 방지를 위한 마이크로 하이브리드용 컨버터 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the problems according to the prior art raised above, even when applying a synchronous rectification method, a micro-hybrid converter and method for preventing reverse current during initial start-up that does not occur reverse current phenomenon The purpose is to provide.
또한, 본 발명은 고가의 대용량 MOSFET(111)를 사용하지 않고서도 역전류 현상을 방지함으로써 자동차 배터리 충전용 DC-DC 컨버터의 원가가 상승하지 않는 초기 기동시 역전류 방지를 위한 마이크로 하이브리드용 컨버터 및 그 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다. In addition, the present invention prevents a reverse current phenomenon without using an expensive high-
본 발명은 위에서 제기된 과제를 달성하기 위해, 초기 기동시 역전류 유입 및 제어 불안성정을 해소하는 초기 기동시 역전류 방지를 위한 마이크로 하이브리드용 컨버터를 제공한다. The present invention provides a converter for micro-hybrid for preventing reverse current during initial start-up, which solves the instability and control instability of reverse current during initial start-up to achieve the above-mentioned problem.
상기 마이크로 하이브리드용 컨버터는, 고전압 배터리와 연결되는 제 1 커패시터;The micro hybrid converter includes: a first capacitor connected to a high voltage battery;
상기 제 1 커패시터와 병렬 연결되며 턴-온 또는 오프되어 고전압 배터리로부터의 전류를 차단 또는 도통하는 제 1 저용량 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor);A first low-capacity MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) connected in parallel with the first capacitor and turned on or off to block or conduct current from a high voltage battery;
상기 제 1 저용량 MOSFET와 직렬로 연결되며 턴-온 또는 턴-오프되어 저전압 배터리로부터의 전류를 차단 또는 도통하는 제 2 저용량 MOSFET; A second low-capacity MOSFET connected in series with the first low-capacity MOSFET and turned on or off to block or conduct current from the low-voltage battery;
상기 제 1 저용량 MOSFET 및 제 2 저용량 MOSFET 사이와 상기 저전압 배터리를 연결하는 인덕터; 및 An inductor connecting between the first low-capacity MOSFET and the second low-capacity MOSFET and the low-voltage battery; And
상기 인덕터와 연결되는 제 2 커패시터;를 포함한다. And a second capacitor connected to the inductor.
이때, 상기 제 1 저용량 MOSFET 및 제 2 저용량 MOSFET에는 병렬로 바디 다이오드가 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다. In this case, a body diode may be connected to the first low-capacity MOSFET and the second low-capacity MOSFET in parallel.
이때 , 상기 제 1 커패시터는 슈퍼 커패시터인 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the first capacitor may be characterized in that it is a super capacitor.
이때, 상기 제 1 저용량 MOSFET가 턴-오프되면 상기 제 1 커패시터를 충전하는 안전 부스트 모드로 동작되는 것을 특징으로 할 수 있다. At this time, when the first low-capacity MOSFET is turned off, it may be characterized in that it operates in a safe boost mode for charging the first capacitor.
이때, 상기 제 2 저용량 MOSFET가 턴-오프되면 상기 저전압 배터리를 충전하는 안전 벅 모드로 동작되는 것을 특징으로 할 수 있다. At this time, when the second low-capacity MOSFET is turned off, it may be characterized in that it operates in a safety buck mode for charging the low-voltage battery.
이때, 상기 제 1 저용량 MOSFET 및 제 2 저용량 MOSFET가 둘 다 턴-온되면 정상 모드 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작되는 것을 특징으로 할 수 있다. In this case, when both the first low-capacity MOSFET and the second low-capacity MOSFET are turned on, it may be characterized in that they are operated in a normal mode buck mode or a boost mode.
이때, 상기 인덕터는 역전류 유입 여부 확인을 위한 인덕터 전류를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다. At this time, the inductor may be characterized in that it generates an inductor current for checking whether the reverse current flows.
다른 한편으로 본 발명의 다른 실시예는, 초기 기동이 시작됨에 따라 부스트 모드인 지를 판단하는 부스트 모드 판단 단계;On the other hand, another embodiment of the present invention, a boost mode determination step of determining whether the boost mode as the initial startup is started;
상기 부스트 모드 판단 결과, 부스트 모드가 아니면 안전 벅 모드를 실행하는 안전 벅 모드 실행 단계;A result of determining the boost mode, if the boost mode is not, a safety buck mode execution step of executing the safety buck mode;
상기 부스트 모드 판단 결과, 부스트 모드이면 안전 부스트 모드를 실행하는 안전 부스트 모드 실행 단계;A safe boost mode execution step of executing a safe boost mode if the boost mode is determined as a result of the boost mode;
역전류가 유입되는 지를 여부를 판단하는 역전류 유입 여부 판단 단계;Determining whether or not reverse current is introduced to determine whether reverse current is introduced;
상기 역전류 유입 여부 판단 결과, 역전류 유입이 있으면 동작을 중지하는 동작 중지 단계; 및 As a result of determining whether the reverse current flows, the operation stopping step of stopping the operation when there is a reverse current flow; And
상기 역전류 유입 여부 판단 결과, 역전류 유입이 없으면 정상 벅 모드 또는 정상 부스트 모드로 동작하는 정상 모드 동작 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 기동시 역전류 방지 방법을 제공한다. It provides a method for preventing a reverse current during initial startup, comprising: a normal mode operation step of operating in a normal buck mode or a normal boost mode if there is no reverse current flow as a result of determining whether the reverse current flows.
이때, 상기 안전 모드는 병렬로 연결된 2개의 MOSFET 중 하나가 턴-오프되어 비동기 방식으로 기동되며 상기 MOSFET에 연결되는 바디 다이오드의 손실에 의한 상기 MOSFET의 과열을 방지하기 위해 전류 제어가 정격 출력이 아닌 제 1 기준값인 것을 특징으로 할 수 있다. At this time, in the safe mode, one of two MOSFETs connected in parallel is turned off and started in an asynchronous manner, and current control is not rated to prevent overheating of the MOSFET due to loss of a body diode connected to the MOSFET. It may be characterized in that it is the first reference value.
이때, 상기 정상 모드는 병렬로 연결된 2개의 MOSFET 중 하나가 턴-온되어 동기 방식으로 기동되며 전류 제어가 정격 출력인 제 2 기준값인 것을 특징으로 할 수 있다. At this time, the normal mode may be characterized in that one of the two MOSFETs connected in parallel is turned on and started in a synchronous manner, and the current control is a second reference value that is a rated output.
이때, 상기 역전류 유입 여부 판단 단계는,At this time, the step of determining whether the reverse current flows,
상기 벅 모드에서는 역전류 값이 제 3 기준값보다 크면 정상 전류 방향으로 판단하는 단계; 및 In the buck mode, if the reverse current value is greater than the third reference value, determining in the normal current direction; And
상기 부스트 모드에서 역전류 값이 제 3 기준값보다 작으면 정상 전류 방향으로 판단하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. In the boost mode, if the reverse current value is less than the third reference value, the method may further include determining in the normal current direction.
본 발명에 따르면, 동기정류방식을 적용할 경우에도, 초기 기동시 역전류 현상이 발생하지 않는 제어가 더 안정적인 마이크로 하이브리드용 컨버터의 구현이 가능하다. According to the present invention, even when the synchronous rectification method is applied, it is possible to implement a converter for a micro-hybrid that is more stable in control that does not generate a reverse current phenomenon during initial startup.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 고가의 대용량 MOSFET를 사용하지 않고서도 역전류 현상을 방지함으로써 자동차 배터리 충전용 DC-DC 컨버터의 원가가 상승하지 않는다는 점을 들 수 있다. In addition, another effect of the present invention is that the cost of a DC-DC converter for charging an automobile battery is not increased by preventing a reverse current phenomenon without using an expensive high-capacity MOSFET.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차 배터리 충전용 DC-DC 컨버터를 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초기 기동시 역전류 방지를 위한 마이크로 하이브리드용 컨버터(200)를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초기 기동시 역전류 방지를 위한 방법을 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 2에 도시된 마이크로 하이브리드용 컨버터(200)의 등가 회로도로서 정상 벅 또는 부스트 모드를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2에서 비동기 정류형 벅 컨버터로서 안전 벅 모드(Safe Buck Mode)를 보여주는 등가 회로도이다.
도 6은 도 5에서 에 도시된 벅 컨버터의 동작 원리를 보여주는 등가회로 및 이의 동작을 설명하는 그래프이다.
도 7은 도 3에서 비동기 정류형 부스트 컨버터로서 안전 부스트 모드(Safe Boost Mode)를 보여주는 등가 회로도이다.
도 8은 도 6에 도시된 부스트 컨버터의 동작 원리를 보여주는 등가회로 및 이의 동작을 설명하는 그래프이다. 1 is a circuit diagram showing a DC-DC converter for charging a vehicle battery according to the prior art.
2 is a circuit diagram illustrating a
3 is a circuit diagram showing a method for preventing reverse current during initial startup according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing a safe buck mode as an asynchronous rectifying buck converter in FIG. 2.
6 is a graph illustrating an equivalent circuit showing the operating principle of the buck converter shown in FIG. 5 and its operation.
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram showing a safe boost mode as an asynchronous rectifying boost converter in FIG. 3.
8 is a graph illustrating an equivalent circuit showing the operating principle of the boost converter shown in FIG. 6 and its operation.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.The present invention can be variously modified and have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may be referred to as a first component. The term “and / or” includes a combination of a plurality of related described items or any one of a plurality of related described items.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms, such as those defined in a commonly used dictionary, should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Should not.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 초기 기동시 역전류 방지를 위한 마이크로 하이브리드용 컨버터 및 그 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, a micro hybrid converter and method for preventing reverse current during initial startup according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초기 기동시 역전류 방지를 위한 마이크로 하이브리드용 컨버터(200)를 나타내는 회로도이다. 도 2를 참조하면, 상기 마이크로 하이브리드용 컨버터(200)는 초기 기동시 역전류 유입 및 제어 불안성정을 해소하는 초기 기동시 역전류 방지를 수행한다. 2 is a circuit diagram illustrating a micro
도 2를 참조하면, 상기 마이크로 하이브리드용 컨버터(200)는, 시동 발전기와 연결되는 제 1 커패시터(201); 상기 제 1 커패시터(201)와 병렬 연결되며 턴-온 또는 오프되어 고전압 배터리(210)로부터의 전류를 차단 또는 도통하는 제 1 저용량 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)(203-1); 상기 제 1 저용량 MOSFET와 직렬로 연결되며 턴-온 또는 오프되어 저전압 배터리로부터의 전류를 차단 또는 도통하는 제 2 저용량 MOSFET(203-2); 및 상기 제 1 저용량 MOSFET(203-1)와 제 2 저용량 MOSFET(203-2) 사이와 상기 저전압 배터리(220)를 연결하는 인덕터(205);를 포함하는 것을 특징으로 한다. Referring to FIG. 2, the micro
제 1 및 제 2 저용량 MOSFET(203-1,203-2)는 병렬로 연결되며, 저용량이다. 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOS field-effect transistor)는 디지털 회로와 아날로그 회로에서 가장 일반적인 전계효과 트랜지스터(FET)이다. The first and second low-capacity MOSFETs 203-1 and 203-2 are connected in parallel and are low-capacity. Metal oxide semiconductor field effect transistors (MOS field-effect transistors) are the most common field effect transistors (FETs) in digital and analog circuits.
MOSFET는 N형 반도체나 P형 반도체 재료(반도체소자 참조)의 채널로 구성되어 있고, 이 재료에 따라서 크게 NMOSFET나 PMOSFET, 두 가지 특성을 모두 가진 소자를 cMOSFET(complementary MOSFET)으로 분류한다. 또는, nMOSFET, pMOSFET, NMOS FET, PMOS FET, nMOS FET, pMOS FET. etc..라고도 하다. The MOSFET is composed of a channel of an N-type semiconductor or a P-type semiconductor material (refer to a semiconductor device), and according to this material, a device having both characteristics of NMOSFET or PMOSFET is classified as a complementary MOSFET (cMOSFET). Or, nMOSFET, pMOSFET, NMOS FET, PMOS FET, nMOS FET, pMOS FET. etc ..
또한, 제 1 및 제 2 저용량 MOSFET에는 제 1 및 제 2 바디 다이오드(203-1',203-2')가 병렬로 연결된다. 이 제 1 및 제 2 바디 다이오드(203-1',203-2')는 정전류 특성이 있어서 일방향으로만 전류를 도통시킨다. 따라서, 역전류를 차단하는 기능을 수행한다. Further, first and second body diodes 203-1 'and 203-2' are connected in parallel to the first and second low-capacity MOSFETs. The first and second body diodes 203-1 'and 203-2' have a constant current characteristic to conduct current only in one direction. Therefore, it performs a function of blocking reverse current.
인덕터(205)는 역전류 유입 여부 확인을 위한 인덕터 전류를 생성한다. The
또한, 제 1 커패시터(201)는 슈퍼 커패시터가 되며, 커패시터(콘덴서)의 성능 중 특히 전기 용량의 성능을 중점적으로 강화한 것으로서, 전지의 목적으로 사용하도록 한 부품이다. In addition, the
일반적으로, DC-DC 컨버터는 저전압 배터리(220) 충전 및 전장 부하 공급하거나, 비상시 슈퍼 커패시터(201)를 충전하는 기능을 수행한다. In general, the DC-DC converter performs a function of charging the
즉, 벅 모드(Step-Down, 고전압을 저전압으로 전력 변환)를 수행거나 부스트 모드(Step-Up, 저전압을 고전압으로 전력변환)를 수행한다. That is, a buck mode (Step-Down, high voltage to low voltage power conversion) or a boost mode (Step-Up, low voltage to high voltage power conversion) is performed.
벅 모드에서 전기 에너지 흐름은 다음과 같다. In buck mode, the electrical energy flow is:
시동발전기 -> 인버터 -> 슈퍼 커패시터 -> DC/DC 컨버터 -> 12V 배터리Starter Generator-> Inverter-> Super Capacitor-> DC / DC Converter-> 12V Battery
부스트 모드에서 전기 에너지 흐름은 다음과 같다. The electrical energy flow in boost mode is as follows.
12V 배터리 -> DC/DC 컨버터 -> 슈퍼 커패시터12V battery-> DC / DC converter-> Super capacitor
따라서, 상기 제 1 저용량 MOSFET(203-1) 및 제 2 저용량 MOSFET(203-2)가 둘 다 턴-온되면 정상 모드 벅 모드 또는 부스트 모드로 동작된다. 이를 보여주는 도면이 도 4에 도시된다. 도 4에 대하여는 후술하기로 한다. Therefore, when both of the first low-capacity MOSFET 203-1 and the second low-capacity MOSFET 203-2 are turned on, they are operated in a normal mode buck mode or a boost mode. A diagram showing this is shown in FIG. 4. 4 will be described later.
또한, 상기 제 2 저용량 MOSFET(203-2)가 턴-오프되면 상기 저전압 배터리(207)를 충전하는 안전 벅 모드로 동작된다. 이러한 안전 벅 모드를 보여주는 도면이 도 5에 도시되며, 후술하기로 한다. In addition, when the second low-capacity MOSFET 203-2 is turned off, it operates in a safety buck mode for charging the low-
또한, 상기 제 1 저용량 MOSFET(203-1)가 턴-오프되면 상기 슈퍼 커패시터(201)를 충전하는 안전 부스트 모드로 동작한다. 이를 보여주는 도면이 도 7에 도시된다. 이에 대하여는 후술하기로 한다. In addition, when the first low-capacity MOSFET 203-1 is turned off, the
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초기 기동시 역전류 방지를 위한 방법을 나타내는 회로도이다. 도 3을 참조하면, 초기 기동이 시작됨에 따라 컨버터(도 2의 200)가 동작을 시작하고, 부스트 모드인 지를 판단한다(단계 S310). 즉, 모드 결정이 이루어지면, 벅 모드는 저전압 배터리(220)를 충전한다. 이와 달리, 부스트 모드는 제 1 커패시터(201)인 슈퍼 커패시터의 방전에 의한 비상 충전을 수행한다. 3 is a circuit diagram showing a method for preventing reverse current during initial startup according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, as the initial start-up starts, the converter (200 in FIG. 2) starts operation, and it is determined whether it is in the boost mode (step S310). That is, when the mode is determined, the buck mode charges the
상기 부스트 모드 판단 결과, 부스트 모드가 아니면 안전 벅 모드가 실행된다(단계 S320). As a result of the boost mode determination, if it is not the boost mode, the safety buck mode is executed (step S320).
상기 부스트 모드 판단 결과, 부스트 모드이면 안전 부스트 모드가 실행된다(단계 S330). 안전 모드의 경우, 제 1 및 제 2 저용량 MOSFET(203-1,203-2)를 비동기 방식으로 기동하고, 즉 PWM OFF하고, MOSFET(203-1,203-2)의 바디 다이오드(203-1',203-2')를 활용하여 다이오드 사용으로 인한 역전류 발생을 없앤다. As a result of the boost mode determination, if it is the boost mode, the safe boost mode is executed (step S330). In the case of the safe mode, the first and second low-capacity MOSFETs 203-1 and 203-2 are started asynchronously, that is, PWM OFF, and the body diodes 203-1 'and 203- of the MOSFETs 203-1 and 203-2 2 ') to eliminate the occurrence of reverse current due to the use of diodes.
또한, 이때, 전류 제어(C.C: Current Control) 다이오드 손실에 의한 MOSFET의 과열을 방지하기 위해 정격 출력이 아닌 제 1 기준값(예를 들면, 50A)이 된다. In addition, at this time, the current control (C.C: Current Control) is the first reference value (for example, 50A) rather than the rated output to prevent overheating of the MOSFET due to diode loss.
안전모드(안전 벅 모드 또는 안전 부스트 모드) 상에서 역전류가 유입되는 지를 여부를 판단한다(단계 S321,S331).It is determined whether or not reverse current flows in the safe mode (safe buck mode or safe boost mode) (steps S321 and S331).
상기 역전류 유입 여부 판단 결과, 역전류 유입이 있으면 동작을 중지한다(단계 S340). 부연하면, 인덕터 전류(IL)가 상기 벅 모드에서 제 3 기준값(예를 들면, 0을 들 수 있음)보다 크면 정상 전류 방향으로 판단하고, 정상 벅 모드를 실행한다(단계 S350). As a result of determining whether the reverse current flows, if there is a reverse current flow, the operation is stopped (step S340). Incidentally, if the inductor current IL is greater than the third reference value (for example, 0 may be included) in the buck mode, it is determined in the normal current direction, and the normal buck mode is executed (step S350).
한편으로, 만일 인덕터 전류(IL)이 상기 부스트 모드에서 제 3 기준값(예를 들면, 0을 들 수 있음)보다 작으면 정상 전류 방향으로 판단하고, 정상 부스트 모드를 실행한다(단계 S360). On the other hand, if the inductor current IL is smaller than the third reference value (for example, 0 may be included) in the boost mode, the current is determined in the normal current direction, and the normal boost mode is executed (step S360).
부연하면, 상기 역전류 유입 여부 판단 결과, 역전류 유입이 없으면 정상 벅 모드 또는 정상 부스트 모드로 동작한다. Incidentally, as a result of determining whether the reverse current flows, if there is no reverse current flow, it operates in a normal buck mode or a normal boost mode.
이때, 정상 벅 모드 또는 정상 부스트 모드에서, 제 1 및 제 2 저용량 MOSFET(203-1,203-2)는 동기 정류 방식으로 작동하고, 즉 PWM ON이고, 전류 제어(C.C)는 정격 출력인 제 2 기준값(예를 들면 110A가 됨)이 된다. At this time, in the normal buck mode or the normal boost mode, the first and second low-capacity MOSFETs 203-1 and 203-2 operate in a synchronous rectification method, that is, PWM ON, and the current control (CC) is a second reference value that is rated output. (For example, it becomes 110A).
도 4는 도 2에 도시된 마이크로 하이브리드용 컨버터(200)의 등가 회로도로서 정상 벅 또는 부스트 모드를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 제 1 저용량 MOSFET(203-1)의 베이스에는 펄스폭 변조 신호(PWM_Q1)가 인가되고, 제 2 저용량 MOSFET(203-2)의 베이스에는 펄스폭 변조(PWM_Q2)가 인가된다. FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the
여기서, Q1 및 Q2는 MOSFET로 바디 드레인 다이오드가 포함되어 있는 제품을 나타내며, 소스쪽의 전압을 드레인쪽으로 공급/차단하는 회로이다. Here, Q1 and Q2 are MOSFETs that include a body drain diode, and are circuits that supply / disconnect the voltage on the source side to the drain side.
도 5는 도 2에서 비동기 정류형 벅 컨버터로서 안전 벅 모드(Safe Buck Mode)를 보여주는 등가 회로도이다. 도 5를 참조하면, 제 2 저용량 MOSFET(203-2)가 턴-오프된 상태로 바디 다이오드만이 동작한다. 따라서, 전류가 화살표 방향처럼 좌에서 우측으로 진행한다.FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing a safe buck mode as an asynchronous rectifying buck converter in FIG. 2. Referring to FIG. 5, only the body diode operates with the second low-capacity MOSFET 203-2 turned off. Thus, the current proceeds from left to right as in the direction of the arrow.
도 6은 도 5에서 에 도시된 벅 컨버터의 동작 원리를 보여주는 등가회로 및 이의 동작을 설명하는 그래프이다. 도 6을 참조하면, 좌측은 등가회로(600,610)를 보여주며, 우측 그래프(620)는 동작을 설명한다.6 is a graph illustrating an equivalent circuit showing the operating principle of the buck converter shown in FIG. 5 and its operation. Referring to FIG. 6, the left side shows
도 7은 도 3에서 비동기 정류형 부스트 컨버터로서 안전 부스트 모드(Safe Boost Mode)를 보여주는 등가 회로도이다. 도 7을 참조하면, 제 1 저용량 MOSFET(203-1)가 턴-오프된 상태로 바디 다이오드만이 동작한다. 따라서, 전류가 화살표 방향과 같이 우에서 좌측으로 진행한다. FIG. 7 is an equivalent circuit diagram showing a safe boost mode as an asynchronous rectifying boost converter in FIG. 3. Referring to FIG. 7, only the body diode operates while the first low-capacity MOSFET 203-1 is turned off. Therefore, the current travels from right to left as in the direction of the arrow.
도 8은 도 6에 도시된 부스트 컨버터의 동작 원리를 보여주는 등가회로 및 이의 동작을 설명하는 그래프이다. 도 8을 참조하면, 좌측은 등가회로(800,810)를 보여주며, 우측 그래프(820)는 동작을 설명한다. 8 is a graph illustrating an equivalent circuit showing the operating principle of the boost converter shown in FIG. 6 and its operation. 8, the left side shows the
100: 역전류 방지 회로
111: 고용량 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)
112: 비교기
200: 마이크로 하이브리드용 컨버터
201: 제 1 커패시터
203-1: 제 1 저용량 MOSFET
203-2: 제 2 저용량 MOSFET
205: 인덕터
207: 제 2 커패시터
210: 고전압 배터리
600, 610, 800, 810: 마이크로 하이브리드용 컨버터의 등가회로100: reverse current prevention circuit
111: High-capacity MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)
112: comparator
200: micro hybrid converter
201: first capacitor
203-1: 1st low-capacity MOSFET
203-2: Second low-capacity MOSFET
205: inductor
207: second capacitor
210: high voltage battery
600, 610, 800, 810: equivalent circuit of micro hybrid converter
Claims (7)
상기 제 1 커패시터와 병렬 연결되며 턴-온 또는 오프되어 고전압 배터리로부터의 전류를 차단 또는 도통하는 제 1 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor);
상기 제 1 MOSFET와 직렬로 연결되며 턴-온 또는 턴-오프되어 저전압 배터리로부터의 전류를 차단 또는 도통하는 제 2 MOSFET;
상기 제 1 MOSFET 및 제 2 MOSFET 사이와 상기 저전압 배터리를 연결하는 인덕터; 및
상기 인덕터와 연결되는 제 2 커패시터;를 포함하며,
상기 제 1 MOSFET 및 제 2 MOSFET에는 병렬로 바디 다이오드가 연결되며, 상기 제 1 커패시터는 슈퍼 커패시터이며,
상기 인덕터는 역전류 유입 여부 확인을 위한 인덕터 전류를 생성하며,
초기 기동 시 상기 제 1 및 제 2 MOSFET 중 하나가 턴-오프되어 비동기 방식으로 기동되며 상기 MOSFET에 연결되는 바디 다이오드의 손실에 의한 상기 MOSFET의 과열을 방지하기 위해 전류 제어가 정격 출력이 아닌 제 1 기준값인 것을 특징으로 하는 초기 기동시 역전류 방지를 위한 마이크로 하이브리드용 컨버터.
A first capacitor connected to the high voltage battery;
A first metal oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) connected in parallel with the first capacitor and turned on or off to block or conduct current from a high voltage battery;
A second MOSFET connected in series with the first MOSFET and turned on or off to block or conduct current from a low voltage battery;
An inductor connecting between the first MOSFET and the second MOSFET and the low voltage battery; And
And a second capacitor connected to the inductor.
A body diode is connected in parallel to the first MOSFET and the second MOSFET, and the first capacitor is a super capacitor,
The inductor generates an inductor current for checking whether a reverse current flows,
During the initial start-up, one of the first and second MOSFETs is turned off to start in an asynchronous manner, and the current control is not the rated output to prevent overheating of the MOSFET due to loss of a body diode connected to the MOSFET. Micro-hybrid converter for preventing reverse current at initial start, characterized in that the reference value.
상기 제 1 MOSFET가 턴-오프되면 상기 제 1 커패시터를 충전하는 제 1 부스트 모드로 동작되는 것을 특징으로 하는 초기 기동시 역전류 방지를 위한 마이크로 하이브리드용 컨버터.
According to claim 1,
A converter for micro-hybrid for preventing reverse current during initial start-up, wherein the first MOSFET is operated in a first boost mode for charging the first capacitor when the first MOSFET is turned off.
상기 제 2 MOSFET가 턴-오프되면 상기 저전압 배터리를 충전하는 제 1 벅 모드로 동작되는 것을 특징으로 하는 초기 기동시 역전류 방지를 위한 마이크로 하이브리드용 컨버터.
According to claim 1,
A converter for micro-hybrid for preventing reverse current during initial start-up, wherein the second MOSFET is operated in a first buck mode for charging the low-voltage battery when the second MOSFET is turned off.
상기 제 1 MOSFET 및 제 2 MOSFET가 동기 방식으로 기동되면 제 2 벅 모드 또는 제 2 부스트 모드로 동작되는 것을 특징으로 하는 초기 기동시 역전류 방지를 위한 마이크로 하이브리드용 컨버터.
According to claim 1,
When the first MOSFET and the second MOSFET are started in a synchronous manner, the converter for micro-hybrid for preventing reverse current during initial startup, characterized in that it operates in a second buck mode or a second boost mode.
고전압 배터리와 연결되는 제 1 커패시터;
상기 제 1 커패시터와 병렬 연결되며 턴-온 또는 오프되어 고전압 배터리로부터의 전류를 차단 또는 도통하는 제 1 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor);
상기 제 1 MOSFET와 직렬로 연결되며 턴-온 또는 턴-오프되어 저전압 배터리로부터의 전류를 차단 또는 도통하는 제 2 MOSFET;
상기 제 1 MOSFET 및 제 2 MOSFET 사이와 상기 저전압 배터리를 연결하는 인덕터; 및
상기 인덕터와 연결되는 제 2 커패시터;를 포함하며,
상기 제 1 MOSFET 및 제 2 MOSFET에는 병렬로 바디 다이오드가 연결되며, 상기 제 1 커패시터는 슈퍼 커패시터이며,
상기 인덕터는 역전류 유입 여부 확인을 위한 인덕터 전류를 생성하며,
상기 방법은,
초기 기동이 시작됨에 따라 부스트 모드인 지를 판단하는 부스트 모드 판단 단계;
상기 부스트 모드 판단 결과, 부스트 모드가 아니면, 상기 제 2 MOSFET를 턴-오프하고 상기 저전압 배터리를 충전하는 제 1 벅 모드를 실행하는 제 1 벅 모드 실행 단계;
상기 부스트 모드 판단 결과, 부스트 모드이면, 상기 제 1 MOSFET를 턴-오프하고 상기 제 1 커패시터를 충전하는 제 1 부스트 모드를 실행하는 제 1 부스트 모드 실행 단계;
역전류가 유입되는 지를 여부를 판단하는 역전류 유입 여부 판단 단계;
상기 역전류 유입 여부 판단 결과, 역전류 유입이 있으면 동작을 중지하는 동작 중지 단계; 및
상기 역전류 유입 여부 판단 결과, 역전류 유입이 없으면, 상기 제 1 및 제 2 MOSFET를 동기 방식으로 기동시키는 제 2 벅 모드 또는 제 2 부스트 모드로 동작하는 단계;를 포함하며,
초기 기동 시 상기 제 1 및 제 2 MOSFET 중 하나가 턴-오프되어 비동기 방식으로 기동되며 상기 MOSFET에 연결되는 바디 다이오드의 손실에 의한 상기 MOSFET의 과열을 방지하기 위해 전류 제어가 정격 출력이 아닌 제 1 기준값인 것을 특징으로 하는 초기 기동시 역전류 방지 방법.
As a method for preventing a reverse current during the initial start-up of the micro-hybrid converter, the micro-hybrid converter,
A first capacitor connected to the high voltage battery;
A first MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) connected in parallel with the first capacitor and turned on or off to block or conduct current from a high voltage battery;
A second MOSFET connected in series with the first MOSFET and turned on or off to block or conduct current from a low voltage battery;
An inductor connecting between the first MOSFET and the second MOSFET and the low voltage battery; And
And a second capacitor connected to the inductor.
A body diode is connected in parallel to the first MOSFET and the second MOSFET, and the first capacitor is a super capacitor,
The inductor generates an inductor current for checking whether a reverse current flows,
The above method,
A boost mode determination step of determining whether it is in the boost mode as the initial startup starts;
A first buck mode execution step of turning off the second MOSFET and executing a first buck mode for charging the low voltage battery if the boost mode is not determined as a boost mode;
A result of determining the boost mode, if it is a boost mode, a first boost mode execution step of turning off the first MOSFET and executing a first boost mode for charging the first capacitor;
Determining whether or not reverse current is introduced to determine whether reverse current is introduced;
As a result of determining whether the reverse current flows, the operation stopping step of stopping the operation when there is a reverse current flow; And
It includes the step of operating in a second buck mode or a second boost mode for starting the first and second MOSFETs in a synchronous manner if there is no reverse current flow as a result of determining whether the reverse current flows.
During initial start-up, one of the first and second MOSFETs is turned off to start in an asynchronous manner, and the current control is not a rated output to prevent overheating of the MOSFET due to loss of a body diode connected to the MOSFET. A method of preventing reverse current at initial startup, characterized in that it is a reference value.
상기 제 2 벅 모드 및 제 2 부스트 모드의 경우, 상기 제 1 및 제 2 MOSFET는 동기 전류 방식으로 기동되며 전류 제어가 정격 출력인 제 2 기준값인 것을 특징으로 하는 초기 기동시 역전류 방지 방법.
The method of claim 5,
In the case of the second buck mode and the second boost mode, the first and second MOSFETs are started in a synchronous current method, and the current control is a second reference value that is a rated output.
상기 역전류 유입 여부 판단 단계는,
상기 제 1 벅 모드에서는 역전류 값이 제 3 기준값보다 크면 정상 전류 방향으로 판단하는 단계; 및
상기 제 1 부스트 모드에서 역전류 값이 제 3 기준값보다 작으면 정상 전류 방향으로 판단하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 기동시 역전류 방지 방법.The method of claim 5,
The determining whether the reverse current flows,
In the first buck mode, if the reverse current value is greater than the third reference value, determining in the normal current direction; And
In the first boost mode, when the reverse current value is less than the third reference value, the method further comprising determining in the normal current direction.
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Mamadou BaIlo Camara et al.,Design and New Control of DC/DC Converters to Share Energy Between Supercapacitors and Batteries in Hybrid Vehicles, IEEE Trans. on Vehicular Tech.,vo.57,Iss.5(2008.9.30) |
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A201 | Request for examination | ||
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