KR102413234B1 - 장애 검출이 가능한 다상 컨버터 및 다상 컨버터의 장애 검출방법 - Google Patents

장애 검출이 가능한 다상 컨버터 및 다상 컨버터의 장애 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 장애 검출이 가능한 다상 컨버터에 관한 것으로, 적어도 하나 이상의 상에서 입력되는 전압을 변환하여 출력하는 복수개의 상별 컨버터부; 상별 컨버터부에 각각 연결되어, 각 상별 컨버터부의 온도를 측정하는 복수개의 온도 측정부; 및 온도 측정부에 연결되고, 온도 측정부를 통해 측정된 각 상별 컨버터부의 온도를 비교하여 각 상의 고장 여부를 판단하는 장애 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

장애 검출이 가능한 다상 컨버터 및 다상 컨버터의 장애 검출방법{Poly phase Converter with Fault Detection}
본 발명은 장애 검출이 가능한 다상 컨버터 및 그 다상 컨버터의 장애 검출 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 다상의 컨버터 회로로 이루어진 다상 컨버터에서 각 상의 고장 상황을 확인할 수 있는 장애 검출이 가능한 다상 컨버터 및 장애 검출 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 컨버터는 48V 마일드 하이브리드 시스템에 적용되되, 전장품에 전력을 전달하는 48V의 배터리와 전장 보조부품에 전력을 전달하는 12V 배터리 사이에 배치된다.
마일드 하이브리드 시스템에서의 컨버터는 12V의 전력을 이용하는 전장 보조부품의 전장부하 증가 시, 블록 모드(Buck mode)로 동작하여 48V 입력전압을 14V 출력전압으로 변환하여 전장품에 전력을 공급하고, 48V 전장품에 전력이 부족할 경우, 부스트 모드(Boost Mode)로 동작하여 12V 입력전압을 48V 출력전압으로 변환하여 48V 전장품에 전력을 공급하는 역할을 한다.
그러나, 전장품의 증가로 인해 컨버터는 용량의 증대가 요구되는데 반해, 설계는 경량화가 요구되고 있어, 컨버터를 냉각시키기 위한 수냉 및 강제 공냉을 위한 구성들은 제외된 상태로 자연적인 공냉 사양에 만족하여 설계되고 있다.
이중, 다상 컨버터는, 6상의 인터리브 2병렬 구조로 총 12상의 컨버터 회로로 구성되어 있다.
이러한, 종래 다상 컨버터는 상당 전류량이 단상대비 1/12로 감소함으로써, PCB 패턴을 이용한 설계가 가능하고, 12상으로 발열 분산하여 자연 공냉 조건을 만족할 수 있으며, 6상 언터리브드 회로를 통한 리플 감소로 단상 대비 저용량 출력 커패시터의 사용이 가능하며, 12상 2400W 구조로 상당 200이며u, 상수에 따라 전략량 원가 조정이 가능한 장점이 있다.
그러나 종래 다상 컨버터는 다상 중 고장상을 확인하기 위해 12개의 전류센서가 필요하기 때문에 고가의 전류센서가 이용됨에 따라 컨버터의 원가가 상승하고, 12상의 전류 센서 적용 시 컨버터의 크기가 증가하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다상으로 이루어진 컨버터의 고장상을 확인하기 위해 다상 각각에 전류 센서를 적용하지 않고 각 상의 온도를 측정하는 회로를 각각 적용함으로써, 전류를 검출을 통해 각 상의 고장 여부를 판단하는 종래 기술에 비하여 원가가 절감되면서도 다상으로 이루어진 컨버터의 고장여부를 판단할 수 있는 장애 검출이 가능한 다상 컨버터 및 그 다상 컨버터의 장애 검출 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 장애 검출이 가능한 다상 컨버터는 적어도 하나 이상의 상에서 입력되는 전압을 변환하여 출력하는 복수개의 상별 컨버터부; 상기 상별 컨버터부에 각각 연결되어, 상기 상별 컨버터부의 온도를 측정하는 복수개의 온도 측정부; 및 상기 온도 측정부에 연결되고, 상기 온도 측정부를 통해 측정된 각 상별 컨버터부의 온도를 비교하여 각 상의 고장 여부를 판단하는 장애 판단부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일면에 따른 다상 컨버터의 장애 검출 방법은 적어도 하나 이상의 상에서 입력되는 전압을 변환하여 출력하는 복수개의 상별 컨버터부에 각각 연결되어, 상기 상별 컨버터부의 온도를 측정하는 단계; 상기 온도 측정부를 통해 측정된 각 상별 컨버터부의 온도 중 상이한 온도가 측정된 상별 컨버터부가 존재하는지를 판단하는 단계; 및 상기 판단단계에서 상이한 온도가 측정된 상별 컨버터부가 존재하면 해당 컨버터부를 장애로 판단하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 다상의 컨버터의 고장을 검출하기 위해 컨버터의 전류를 감지하지 않고, 각 컨버터의 온도를 감지하고 그 온도 정보를 비교함으로써, 컨버터의 고장 상을 검출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애 검출이 가능한 다상 컨버터를 설명하기 위한 구조도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 정상 상태를 설명하기 위한 참고도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 일부 상별 컨버터에 장애가 발생한 상태를 설명하기 위한 참고도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 채용된 온도 측정부의 세부 구성을 설명하기 위한 구조도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 컨버터 장애 검출 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 장애 검출이 가능한 다상 컨버터를 설명하기 위한 기능블럭도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에서 일부 상별 컨버터에 장애가 발생한 상태를 설명하기 위한 참고도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애 검출이 가능한 다상 컨버터를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 장애 검출이 가능한 다상 컨버터는 복수개의 상별 컨버터부(100-1 내지 100-n), 복수개의 온도 측정부(200-1 내지 200-n) 및 장애 판단부(300)를 포함하여 이루어진다.
복수개의 상별 컨버터부(100-1 내지 100-n)는 적어도 하나 이상의 상에서, 입력되는 전압을 변환하여 출력하는 역할을 한다.
그리고 온도 측정부(200-1 내지 200-n)는 상기 상별 컨버터부(100-1 내지 100-n)에 각각 연결되어, 상기 상별 컨버터부(100-1 내지 100-n)의 온도를 측정하는 역할을 한다.
또한 장애 판단부(300)는 상기 온도 측정부(200-1 내지 200-n)에 연결되고, 상기 온도 측정부(200-1 내지 200-n)를 통해 측정된 각 상별 컨버터부의 온도를 비교하여 각 상의 고장 여부를 판단하는 역할을 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단상 대비 각상별 컨버팅 전류량이 감소함으로써 PCB 패턴을 용이하게 설계할 수 있고, 다상 중 고장이 발생한 상의 컨버터를 검출함에 있어 전류를 감지하기 위한 전류 센서 장착시의 문제점인 컨버터의 원가 상승 문제와 컨버터의 크기가 증가되는 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다상으로 동작하는 컨버터의 각 상별 컨버터부의 동작 상황을 모니터링할 수 있어 제품의 강건성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
이하, 하기에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애 검출이 가능한 다상 컨버터의 동작 과정에 대하여 설명하기로 한다. 본 실시예에서는 12상으로 이루어진 12개의 상별 컨버터부(100-1 내지 100-12)를 통해 2400W의 컨버팅를 실시예로 설명하기로 한다.
먼저, 복수개의 상별 컨버터부(100-1 내지 100-12)는 각 위상에 맞춰 DC-DC 컨버팅을 수행하되, 각 200W 전류가 이용되어 2400Wfh 동작될 수 있다. 이러한 상별 컨버터부(100-1 내지 100-12)는 12V의 제2 배터리의 전력을 이용하는 제2 전장장치의 부하 증가 시, 블록 모드(Buck mode)로 동작하여 48V의 제2 배터리로부터 인가되는 입력전압을 14V 출력전압으로 변환하여 제2 전장장치에 전력을 공급하고, 48V 제1 배터리의 전력이 부족할 경우, 부스트 모드(Boost Mode)로 동작하여 12V의 제2 배터리의 입력전압을 48V 출력전압으로 변환하여 48V를 이용하는 제1 전장장치에 전력을 공급하는 역할을 한다.
각 온도 측정부(200-1 내지 200-12)는 각 상별 컨버터부 (100-1 내지 100-12)의 온도를 각각 측정하게 된다.
그리고, 장애 판단부(300)는 각 온도 측정부(200-1 내지 200-12)를 통해 측정된 상별 컨버터부(100-1 내지 100-12)의 온도를 비교하여 각 상별의 컨버터부의 장애를 판단하게 된다.
예를 들어, 장애 판단부(300)는 제1 상별 컨버터부(100-1) 내지 제12 상별 컨버터부(100-12)에 장애가 발생하지 않은 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 12상의 온도산포가 10℃ 내외로 유지되어 장애가 발생한 상별 컨버터부가 존재하지 않는 것으로 판단한다.
만약, 제1 상별 컨버터부(100-1) 내지 제12 상별 컨버터부(100-12) 중 제10 상별 컨버터부(100-10)에 장애가 발생한 경우, 장애 판단부(300)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 상별 컨버터부(100-1) 내지 제9 상별 컨버터부(100-9), 제11 상별 컨버터부(100-11)와 제12 상별 컨버터부(100-12)의 온도가 140℃이고, 제10 상별 컨버터부(100-10)의 온도가 70℃임을 확인할 수 있다.
따라서, 장애 판단부(300)는 제10 상별 컨버터부(100-10)와 다른 상별 컨버터부 간의 온도산포의 온도 차이가 10℃ 이상 발생한 것을 검출함으로써, 제10 상별 컨버터부(100-10)에 장애가 발생한 것으로 판단한다.
본 발명의 일 실시예에 채용된 상기 온도 측정부(200-1 내지 200-n)는, 온도가 높아지면 저항 값이 감소하는 부저항 온도계수의 특성을 갖는 소자를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 온도 측정부(200-1 내지 200-n)는 도 4에 도시된 바와 같이, 부저항 온도계수의 특정을 갖는 서미스터(210), 열저항부(220), 외기온도 조건설정부(230) 및 측정부(240)를 포함하여 이루어진다.
즉, 상기 온도 측정부(200-1 내지 200-n)는 상별 컨버터부(100-1)에 서미스터(210)와 열저항부(220)가 병렬로 연결되고, 상기 병렬로 연결된 서미스트(210)와 열저항부(220)에 외기온도 조건부(230)가 직렬로 연결되고, 상기 서미스트(210)와 열저항부(220)의 출력전압을 검출하는 검출부(240)를 포함하여 이루어진다.
따라서, 온도 측정부(200-1 내지 200-n)는 상별 컨버터부(100-1)의 전류값(W)*열저항부(℃/W)+외기온도 조건부(230)의 외기온도 조건(℃)에 의해 발열온도가 결정된다. 그리고 서미스트(210)는 온도상승 시간 조건을 조절하는 역할을 한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 채용된 온도 측정부에 따르면, 전류 센서에 대비하여 솔더링 자동화를 통해 PCB에 자동 공정으로 삽입할 수 있고, 컨버터를 경량화할 수 있으며, 제품의 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 컨버터 장애 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 하기에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 다상 컨버터의 장애 검출방법에 대하여 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 적어도 하나 이상의 상에서 입력되는 전압을 변환하여 출력하는 복수개의 상별 컨버터부에 각각 연결되어, 상기 상별 컨버터부의 온도를 측정한다(S100). 본 발명의 일 실시예에 채용된 온도 측정하는 단계(S100)는, 상기 상별 컨버터부에 대응되는 개수로 이루어지는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 온도 측정부를 통해 측정된 각 상별 컨버터부의 온도 중 상이한 온도가 측정된 상별 컨버터부가 존재하는지를 판단한다(S200).
상기 판단단계(S200)에서 상이한 온도가 측정된 상별 컨버터부가 존재하면(YES), 해당 컨버터부를 장애로 판단한다(S300).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단상 대비 각상별 컨버팅 전류량이 감소함으로써 PCB 패턴을 용이하게 설계할 수 있고, 다상 중 고장이 발생한 상의 컨버터를 검출함에 있어 전류를 감지하기 위한 전류 센서 장착시의 문제점인 컨버터의 원가 상승 문제와 컨버터의 크기가 증가되는 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 장애 검출이 가능한 다상 컨버터를 설명하기 위한 기능블럭도이다.
도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 채용된 장애 판단부는 기설정된 시간마다 상기 상별 컨버터부(100-1 내지 100-n)의 온도를 순차적으로 측정할 수 있도록, 측정 시간 정보가 설정된 타이머(400)를 더 포함하여 이루어지며, 상기 타이머(400)의 설정에 따라 상기 복수개의 상별 컨버터부(100-1 내지 100-n)의 온도를 순차적으로 측정한다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이 다상 컨버터부의 온도를 하나의 장애 판단부를 이용하여 측정하되, 상별 컨버터부의 상태를 전구간에 걸쳐 측정하지 않고, 부분적으로 측정하게 됨으로써, 장애 판단부는 온도 측정부를 통해 제공되는 온도를 처리하기 위한 정보 처리량이 일 실시예에서보다 감소하여 저성능의 저가형 MCU를 이용할 수도 있는 효과가 있고, 컨버터가 경량화되어 제작될 수 있다.
도 7에서 y축은 온도를 나타내고, x축은 상별 컨버터부의 측정 시간을 순차적으로 나타낸 그래프이다. 이와 같이, 본 발명의 다른 실시에에서는 12상을 예로 설명하고 있고, 제1 상별 컨버터부는 p1 시간, 제2 상별 컨버터부는 p2 시간, 순차적으로 제12 상별 컨버터부는 p12 시간에 측정되며 이후 다시 제1 상별 컨버터부로 돌아오는 순환 구조를 가진다.
이와 같이, 순차적으로 기설정된 시간만 측정하더라도 컨버터의 장애 여부를 검출할 수 있다. 예를 들어, 제10 컨버터부에 장애가 발생한 경우 도 7에 도시된 바와 같이, 다른 상별 컨버터부와 온도차가 발생함을 검출할 수 있어, 상별 장애 여부를 판단할 수 있는 효과가 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
100-1 내지 100-n : 상별 컨버터부 200-1 내지 200-n : 온도 측정부
210 : 서미스터 220 : 열저항부
230 : 외기온도 조건설정부 240 : 검출부
300 : 장애 판단부

Claims (8)

  1. 적어도 하나 이상의 상에서 입력되는 전압을 변환하여 출력하는 복수개의 상별 컨버터부;
    상기 상별 컨버터부에 각각 연결되어, 상기 상별 컨버터부의 온도를 측정하는 온도 측정부; 및
    상기 온도 측정부에 연결되고, 상기 온도 측정부를 통해 측정된 각 상별 컨버터부의 온도를 비교하여 각 상의 고장 여부를 판단하는 장애 판단부;를 포함하되,
    상기 장애 판단부는,
    기설정된 시간마다 상기 상별 컨버터부의 온도를 순차적으로 측정할 수 있도록, 측정 시간 정보가 설정된 타이머를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 타이머의 설정에 따라 상기 복수개의 상별 컨버터의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 장애 검출이 가능한 다상 컨버터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 온도 측정부는
    상기 상별 컨버터부에 부저항 온도계수의 특정을 갖는 서미스터와 저항으로 이루어진 열저항부가 병렬로 연결되고, 상기 병렬로 연결된 서미스트와 열저항부에 외기온도 조건부가 직렬로 연결되며, 상기 서미스트와 열저항부의 출력전압을 검출하는 검출부를 포함하여 이루어는 것을 특징으로 하는 장애 검출이 가능한 다상 컨버터.
  4. 적어도 하나 이상의 상에서 입력되는 전압을 변환하여 출력하는 복수개의 상별 컨버터부에 각각 연결되어, 상기 상별 컨버터부의 온도를 측정하는 단계;
    온도 측정부를 통해 측정된 각 상별 컨버터부의 온도 중 상이한 온도가 측정된 상별 컨버터부가 존재하는지를 판단하는 단계; 및
    상기 판단단계에서 상이한 온도가 측정된 상별 컨버터부가 존재하면 해당 컨버터부를 장애로 판단하는 단계;를 포함하되,
    상기 온도 측정하는 단계는,
    기설정된 시간마다 상기 상별 컨버터부의 온도를 순차적으로 측정할 수 있도록, 측정 시간 정보가 설정된 타이머의 설정에 따라 상기 복수개의 상별 컨버터의 온도를 순차적으로 측정하는 다상 컨버터의 장애 검출방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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