KR102431864B1 - 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터 - Google Patents

복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터 Download PDF

Info

Publication number
KR102431864B1
KR102431864B1 KR1020170142687A KR20170142687A KR102431864B1 KR 102431864 B1 KR102431864 B1 KR 102431864B1 KR 1020170142687 A KR1020170142687 A KR 1020170142687A KR 20170142687 A KR20170142687 A KR 20170142687A KR 102431864 B1 KR102431864 B1 KR 102431864B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage conversion
converter
conversion circuits
voltage
circuit
Prior art date
Application number
KR1020170142687A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190048131A (ko
Inventor
천명식
송진영
오민석
Original Assignee
엘에스오토모티브테크놀로지스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘에스오토모티브테크놀로지스 주식회사 filed Critical 엘에스오토모티브테크놀로지스 주식회사
Priority to KR1020170142687A priority Critical patent/KR102431864B1/ko
Publication of KR20190048131A publication Critical patent/KR20190048131A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102431864B1 publication Critical patent/KR102431864B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터에 관한 기술이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터는, 각각, 입력 전원에 의해 에너지가 충전되는 인덕터와 상기 인덕터의 일 단에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자를 이용하여 상기 입력 전원의 전압을 소정 출력 전압으로 변환하는 N(단, N은 2 이상의 정수) 개의 전압 변환 회로; 및 상기 N 개의 전압 변환 회로에 각각 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 전달하여 상기 N 개의 전압 변환 회로의 스위치 소자들을 제어하는 PWM 제어 회로를 포함하고, 상기 N 개의 전압 변환 회로는, 상호 병렬 연결되고, 상기 PWM 제어 회로는, 순차적으로 (360/N)도의 위상 차를 가지도록 구성된 N 개의 PWM 제어 신호를 상기 N 개의 전압 변환 회로에 각각 분배하여 전달하여, 스너버 회로나 필터 등과 같은 별도의 회로 없이 컨버터에서 발생하는 링잉 전압을 최소화하고 컨버터의 EMC(Electro Magnetic Compatibility)를 개선함은 물론, 컨버터 회로 구성을 간소화하고 제조 효율을 향상시킨다.

Description

복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터{Converter including a plurality of voltage conversion circuits}
본 발명은 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 복수의 전압 변환 회로를 이용하여 DC-DC 전압 변환을 수행하면서 스너버 회로나 필터 등과 같은 별도의 회로 없이 링잉 전압을 최소화하고 EMC를 개선하는 컨버터에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 컨버터는 차량의 배터리 등과 같은 차량 전원의 전압을 차량에서 사용되는 전자 기기들의 동작 전압으로 변환하는 장치를 말한다. 이러한 차량용 컨버터는 상시 전원을 제공하거나 차량의 ACC 모드에서 ACC 전류를 출력하여 AVN(Audio Video Navigation)이나 오디오 등과 같은 액세서리 기기들에 제공한다.
그러나, 한국 공개특허공보 제10-2004-0000719호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술들은 단일한 전압 변환 회로를 이용하여 컨버터를 구성하기 때문에, 컨버터 내부에 흐르는 전류가 집중되어 회로 손상이 쉽고 내구성이 떨어지는 문제가 있다.
더욱이, 한국 공개특허공보 제10-2016-0118580호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술들은 스너버 회로(snubber circuit)나 그 밖에 필터(filter) 등을 사용하여 컨버터의 스위칭 동작으로 발생하는 링잉 전압을 감소시키기 때문에, 컨버터 회로 구성이 복잡해지고 제조 효율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 스너버 회로나 필터 등과 같은 별도의 회로 없이 컨버터에서 발생하는 링잉 전압을 최소화하여, 컨버터의 EMC(Electro Magnetic Compatibility)를 개선하면서도 컨버터 회로 구성을 간소화하고 제조 효율을 향상시키는 컨버터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터는, 각각, 입력 전원에 의해 에너지가 충전되는 인덕터와 상기 인덕터의 일 단에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자를 이용하여 상기 입력 전원의 전압을 소정 출력 전압으로 변환하는 N(단, N은 2 이상의 정수) 개의 전압 변환 회로; 및 상기 N 개의 전압 변환 회로에 각각 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 전달하여 상기 N 개의 전압 변환 회로의 스위치 소자들을 제어하는 PWM 제어 회로를 포함하고, 상기 N 개의 전압 변환 회로는, 상호 병렬 연결되고, 상기 PWM 제어 회로는, 순차적으로 (360/N)도의 위상 차를 가지도록 구성된 N 개의 PWM 제어 신호를 상기 N 개의 전압 변환 회로에 각각 분배하여 전달할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 N 개의 전압 변환 회로는, 입력 전원의 전압을 상승시키는 부스트 모드(boost mode) 또는 입력 전원의 전압을 강하시키는 벅 모드(buck mode) 중 어느 한 모드로 함께 동작할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 컨버터는, 두 개의 전압 변환 회로를 포함하고, 상기 PWM 제어 회로는, 상기 두 개의 전압 변환 회로에 상호 180도의 위상 차를 가지는 두 개의 PWM 제어 신호를 각각 분배하여 전달할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 컨버터는, 상기 컨버터의 동작을 전반적으로 제어하는 MCU((Micro Controller Unit); 및 상기 MCU의 제어 신호에 따라 상기 입력 전원의 전류를 상기 컨버터의 출력단에 직접 전달하는 바이패스 회로를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 바이패스 회로는, 상기 MCU의 제어 신호에 따라 턴 온(turn on)되어 상기 입력 전원이 입력되는 상기 컨버터의 입력단과 상기 컨버터의 출력단을 연결하는 스위치 소자를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 컨버터는, 차량에 설치되어 상기 입력 전원으로서 상기 차량의 전원을 입력받는 차량용 컨버터일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상호 병렬 연결된 복수의 전압 변환 회로를 통해 컨버터 내부에 흐르는 전류량을 분산시킴으로써, 컨버터의 손상을 방지하고 컨버터의 내구성을 개선할 수 있다.
특히, 스너버 회로나 필터 등과 같은 별도의 회로 없이, N 개의 전압 변환 회로에 360/N 도의 위상차를 가지는 N 개의 PWM 제어 신호를 각각 전달하여 상기 N 개의 전압 변환 회로의 스위치 소자들로 하여금 인터리브드(interleaved) 방식으로 스위칭 동작을 수행하도록 함으로써, 컨버터에서 발생하는 링잉 전압을 최소화하고 컨버터의 EMC를 개선하면서도, 컨버터 회로 구성을 간소화하고 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 여러 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 컨버터를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 컨버터의 전압 변환 회로를 나타낸 회로도이다.
도 3은 기존의 PWM 제어 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 4는 기존의 PWM 제어 신호를 사용한 경우 발생하는 컨버터 회로 상태의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량용 컨버터를 나타낸 도면이다.
도 6은 인터리브드 방식이 적용된 PWM 제어 신호 파형의 일례를 나타낸 도면이다.
도 7은 인터리브드 방식이 적용된 PWM 제어 신호를 사용한 경우 발생하는 컨버터 회로 상태의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 대한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 컨버터(10)가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 컨버터(10)는 차량에 설치되어 입력 전원으로서 상기 차량의 전원을 입력받을 수 있으며, 전압 변환 회로(12) 및 PWM 제어 회로(14)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 차량용 컨버터(10)는 바이패스 회로(16), MCU(Micro Controller Unit)(18), 전류 제한 회로(20) 등을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 차량용 컨버터(10)는 차량의 전원으로부터 전류를 입력받는 입력 단자(INPUT_B+), 차량의 전원 모드 중 IGN 모드 및 ACC 모드에서 각각 외부 장치로부터 소정 컨버터 출력 제어 신호를 입력받는 IGN 단자(IGN) 및 ACC 단자(INPUT_ACC), 차량의 ISG(Idle Stop & Go) 모드에서 외부 장치로부터 소정 컨버터 출력 제어 신호를 입력받는 ISG 단자(ISG_START), 그라운드 단자(GND), B+ 전류를 외부 장치로 출력하는 B+ 출력 단자(OUTPUT_B+), 및 ACC 전류를 외부 장치로 출력되는 ACC 출력 단자(OUTPUT_ACC) 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 차량용 컨버터(10)는 입력 전원으로서 배터리 등과 같은 차량 전원을 입력받아 차량 전원의 전압을 상승시킬 수 있으며, 실시예에 따라 차량 전원의 전압을 강하시키도록 구성될 수도 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 전압 변환 회로(12)는, 입력 단자(INPUT_B+)를 통해 입력되는 입력 전류의 전압을 변환하여 B+ 전류 또는 ACC 전류를 출력할 수 있다. 일반적으로 배터리 등과 같은 차량 전원의 전압은 12V이나, 외부 요인 등으로 인해 차량 전원의 전압이 순간적으로 강하되는 경우가 발생할 수 있다. 예컨대, 차량의 엔진 시동이 걸릴 때, 차량 전원의 전압은 순간적으로 7V까지 강하될 수 있다. 이때, 차량 전원에 연결된 다양한 전자 기기들 또는 부하들은 정상적인 동작을 할 수 없거나 동작을 중단하게 된다. 이를 방지하기 위해, 상기 차량용 컨버터(10)는 강하된 차량 전원의 전압을 12V로 변환 또는 유지시키는 역할을 수행한다. 이를 위해, 상기 차량용 컨버터(10)의 전압 변환 회로(12)는 전압을 승압하는 부스트 회로(boost circuit)로 구성될 수 있다. 즉, 상기 차량용 컨버터(10)는 입력 전압을 상승시켜 승압된 전압을 출력하는 부스터 컨버터(boost converter)로 구성될 수 있다. 실시예에 따라, 상기 차량용 컨버터(10)의 전압 변환 회로(12)는 입력 전압을 강하시키는 벅 회로(buck circuit)로 구성될 수도 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 컨버터(10)의 전압 변환 회로(12)가 회로도로 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 전압 변환 회로(12)는 입력 전원에 의해 에너지가 충전되는 인덕터(Lc)와 상기 인덕터(Lc)의 일 단에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자(SW)를 이용하여 상기 입력 전원의 전압(VIN)을 소정 출력 전압(VOUT)으로 변환할 수 있다. 예컨대, 상기 전압 변환 회로(12)는 도 2와 같이 입력 전원의 전압을 일정한 전압(예컨대, 12V)까지 상승시키는 부스트 회로로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 인덕터(Lc)는 상기 차량 전원에 의한 전류가 통과되며 에너지를 축적할 수 있다. 상기 스위치 소자(SW)는 상기 인덕터(Lc)의 출력단과 그라운드 사이에 연결되어 스위칭 동작을 수행함으로써 상기 인덕터(Lc)의 출력단에서 출력되는 전류를 그라운드와 부하 측에 교번하여 전달할 수 있다. 즉, 일 단이 상기 전압 변환 회로(12)의 입력단(VIN)에 연결되고 타 단이 스위치 소자(SW)의 스위칭 동작에 따라 접지 또는 상기 전압 변환 회로(12)의 출력단(VOUT) 측에 접속되는 인덕터(Lc)에 에너지를 축적하여 인덕터(Lc)를 일종의 전압원으로 구동시킴으로써, 상기 출력단(VOUT) 측에 승압된 전압을 전달할 수 있다. 이 경우, 스위치 소자(SW)는 MOSFET 등의 트랜지스터 소자로 구성될 수 있으며, 상기 PWM 제어 회로(14)에서 전달되는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호에 따라 턴 온(turn on) 또는 턴 오프(turn off)되는 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 한편, 상기 인덕터(Lc)와 전압 변환 회로(12)의 출력단(VOUT) 간에는 역전압이나 역전류를 방지하는 다이오드(Dc)가 연결된다.
또한, 상기 전압 변환 회로(12)는 입력단(VIN) 측에서 입력 전압을 안정화하는 전압 안정화 회로(Ci), 출력단(VOUT) 측에서 출력 전압을 안정화하는 전압 안정화 회로(Co1)와 출력 전압의 노이즈를 필터링하는 주파수 필터 회로(Lo, Co2) 등을 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, RC 직렬 회로로 구성되어 상기 스위치 소자(SW)에 병렬 연결되는 스너버 회로(snubber circuit)(R21, C21)와, RC 직렬 회로로 구성되어 상기 다이오드(Dc)에 병렬 연결되는 스너버 회로(R22, C22) 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 스너버 회로는 PWM 제어 신호에 따른 스위칭 동작으로 인해 발생하는 링잉(rining) 노이즈를 흡수하여 감소시킬 수 있다.
상기 차량용 컨버터(10)는 이러한 전압 변환 회로(12)를 N(단, N은 2 이상의 정수) 개 포함할 수 있으며, N 개의 전압 변환 회로(12)는 상호 병렬로 연결될 수 있다. 또한, N 개의 전압 변환 회로(12)는 입력 전원의 전압을 상승시키는 부스트 모드(boost mode) 또는 입력 전원의 전압을 강하시키는 벅 모드(buck mode) 중 어느 한 모드로 함께 동작할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 PWM 제어 회로(14)는, 상기 N 개의 전압 변환 회로(12)에 각각 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 전달하여 상기 N 개의 전압 변환 회로(12)의 스위치 소자들을 제어할 수 있다. 상기 PWM 제어 회로(14)는 기존과 같이 N 개의 전압 변환 회로(12)에 각각 동일 패턴과 동일 위상을 가지는 PWM 제어 신호를 전달할 수 있다. 아래에서 다시 설명하겠지만, 본 발명에서 상기 PWM 제어 회로(14)는, 순차적으로 (360/N)°의 위상 차(phase difference)를 가지도록 구성된 N 개의 PWM 제어 신호를, 상기 N 개의 전압 변환 회로(12)에 각각 분배하여 전달할 수 있다.
상기 MCU(18)는, 시리얼 통신, CAN(Controller Area Network) 통신 등을 통해 외부 장치와 통신을 수행할 수 있으며, 상기 차량용 컨버터(10)의 전반적인 동작을 제어하여 관리할 수 있다.
상기 바이패스 회로(16)는, 상기 MCU(18)의 제어 신호에 따라 입력 전원의 전류를 차량용 컨버터(10)의 출력단에 직접 전달할 수 있다. 즉, 상기 MCU(18)의 제어 신호에 따라 상기 바이패스 회로(16)는 입력 단자(INPUT_B+)를 통해 입력되는 입력 전류를 상기 B+ 출력 단자(OUTPUT_B+)에 직접 전달하거나, ACC 전류로서 상기 차량 ACC 전류 제한 회로(100)에 직접 전달할 수 있다. 예컨대, 차량이 주행 중일 경우 차량 전원의 전압은 보통 12V로 유지되기 때문에, 상기 바이패스 회로(16)는 차량용 컨버터(10)의 입력 단자(INPUT_B+)를 통해 입력된 입력 전류를 상기 B+ 출력 단자(OUTPUT_B+) 또는 전류 제한 회로(100)에 직접 전달할 수 있다. 이를 위해, 상기 바이패스 회로(16)는 상기 MCU(18)의 제어 신호에 따라 턴 온(turn on)되어 입력 전원이 입력되는 차량용 컨버터(10)의 입력단과 상기 차량용 컨버터(10)의 출력단을 연결하는 스위치 소자를 포함할 수 있다. 이러한 스위치 소자는 MOSFET 등으로 구성될 수 있다.
상기 전류 제한 회로(20)는, ACC 출력 단자(OUTPUT_ACC)로 출력되는 ACC 전류를 제한할 수 있다. 이를 위해, 전류 제한 회로(20)는 ACC 출력단에 연결되는 저항이나, IPS(Intelligent Power Switch) 등을 포함할 수 있다.
도 3에는 기존의 PWM 제어 신호 파형이 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 PWM 제어 회로(14)는, 상기 N 개의 전압 변환 회로(12)에 동일 패턴과 동일 위상을 가지는 PWM 제어 신호를 전달할 수 있다. 예컨대, 상기 차량용 컨버터(10)가 제1 및 제2 전압 변환 회로를 병렬 연결하여 사용하는 경우 제1 전압 변환 회로의 스위치 소자를 제어하는 PWM 제어 신호(300a)와 제2 전압 변환 회로의 스위치 소자를 제어하는 PWM 제어 신호(300b)는 동일 패턴과 동일 위상을 가지며, 해당 스위치 소자들을 동시에 온/오프 시킬 수 있다.
도 4에는 기존의 PWM 제어 신호를 사용한 경우 발생하는 컨버터 회로 상태의 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 부스트 회로로 구성된 제1 및 제2 전압 변환 회로를 병렬 연결하여 사용하는 차량용 컨버터(10)에서, 전압 변환 회로들의 스위치 소자들이 도 3의 PWM 제어 신호에 따라 동시에 스위칭 동작을 수행하게 되면, 제1 전압 변환 회로의 인덕터(Lc1)를 통과하는 전류(IL1)의 파형(400c)과 제2 전압 변환 회로의 인덕터(Lc2)를 통과하는 전류(IL2)의 파형(400c)이 동일하게 나타나게 된다. 즉, 제1 전압 변환 회로의 인덕터(Lc1)를 통과하는 전류(IL1)와 제2 전압 변환 회로의 인덕터(Lc2)를 통과하는 전류(IL2)는 동일한 리플(3A)을 가지며 동일한 시간에 상승 및 하강하게 된다. 그 결과, 병렬 연결된 제1 및 제2 전압 변환 회로의 입력단 측에 흐르는 전류(Iin)의 파형(400e)에는 인덕터 전류 리플(3A)의 두 배에 이르는 리플(6A)이 발생하게 되며, 컨버터 출력 전류의 파형(400f)에도 큰 리플(0.417A)이 발생하게 된다. 또한, 제1 전압 변환 회로의 다이오드(Dc1) 전압 파형(400a)과 제2 전압 변환 회로의 다이오드(Dc2) 전압 파형(400b)에는 각각 다이오드 오프 시마다 높은 링잉 전압(26.6V)이 발생하게 된다. 이러한 결과는 노이즈 등으로 나타나 컨버터 자체는 물론 컨버터에 연결된 기기들에 악영향을 주게 된다.
이러한 악영향을 방지하기 위해, 본 발명에 따른 차량용 컨버터(10)의 PWM 제어 회로(14)는, 순차적으로 (360/N)°의 위상 차(phase difference)를 가지도록 구성된 N 개의 PWM 제어 신호를, N 개의 전압 변환 회로(12)에 각각 분배하여 전달하여, 상기 N 개의 전압 변환 회로(12)의 스위치 소자들로 하여금 인터리브드(interleaved) 방식으로 스위칭 동작을 수행하도록 할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량용 컨버터(500)가 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량용 컨버터(500)는 인터리브드 스위칭 방식에 의한 링잉 전압을 감소 효과를 높이기 위해, 병렬 연결된 두 개의 전압 변환 회로(510)와 상기 두 개의 전압 변환 회로(510)의 스위치 소자들을 제어하는 제1 PWM 제어 회로(520a) 및 제2 PWM 제어 회로(520b)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 차량용 컨버터(500)는 바이패스 회로(530), MCU(540), 전류 제한 회로(550) 등을 더 포함할 수 있으며, 이들은 도 1에 도시된 차량용 컨버터(10)의 대응 구성들과 동일하게 설명될 수 있다.
상기 두 개의 전압 변환 회로(510)는, 상호 병렬로 연결되어, 입력 전원의 전압을 상승시키는 부스트 모드 또는 입력 전원의 전압을 강하시키는 벅 모드 중 어느 한 모드로 함께 동작할 수 있다.
상기 제1 PWM 제어 회로(520a)와 제2 PWM 제어 회로(520b)는, 상기 두 개의 전압 변환 회로(510)에 각각 대응하며, 상호 180° 위상 차를 가지는 PWM 제어 신호를 생성하여 해당 전압 변환 회로에 전달할 수 있다.
상기 제1 PWM 제어 회로(520a)와 제2 PWM 제어 회로(520b)는, 하나의 통합형 PWM 제어 회로로 구성될 수도 있다. 이 경우, 통합형 PWM 제어 회로는 상호 180° 위상 차를 가지는 두 개의 PWM 제어 신호를 생성하고, 생성된 PWM 제어 신호들을 상기 두 개의 전압 변환 회로(510)에 각각 분배하여 전달할 수 있다.
도 6에는 인터리브드 방식이 적용된 PWM 제어 신호 파형의 일례가 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 PWM 제어 회로(520a)와 제2 PWM 제어 회로(520b)는, 상기 두 개의 전압 변환 회로(510)에 동일 패턴을 가지되 상호 180° 위상 차를 가지는 PWM 제어 신호들(600a, 600b)을 분배하여 전달할 수 있다. 이 경우, 제1 전압 변환 회로의 제1 스위치 소자(SW1)와 제2 전압 변환 회로의 제2 스위치 소자(SW2)는, 인터리브드 방식으로 스위칭 동작을 수행하게 된다. 즉, 제2 스위치 소자(SW2)가 턴 오프되어 있는 동안 제1 스위치 소자(SW1)가 턴 온되고, 제1 스위치 소자(SW1)가 턴 오프되어 있는 동안 제2 스위치 소자(SW2)가 턴 온된다.
도 7에는 인터리브드 방식이 적용된 PWM 제어 신호를 사용한 경우 발생하는 컨버터 회로 상태의 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 부스트 회로로 구성된 제1 및 제2 전압 변환 회로의 스위치 소자들(SW1, SW2)이 도 6의 PWM 제어 신호에 따라 인터리브드 방식으로 스위칭 동작을 수행하게 되면, 제1 전압 변환 회로의 인덕터(Lc1)를 통과하는 전류(IL1')의 파형(700c)과 제2 전압 변환 회로의 인덕터(Lc2)를 통과하는 전류(IL2')의 파형(700c)은, 동일한 리플(3A)을 가지되 서로 다른 시간에 상승 및 하강하게 된다. 즉, 제1 전압 변환 회로의 인덕터 전류(IL1')가 하강하는 동안 제2 전압 변환 회로의 인덕터 전류(IL2')가 하강하게 되고, 제2 전압 변환 회로의 인덕터 전류(IL2')가 하강하는 동안 제1 전압 변환 회로의 인덕터 전류(IL1')가 상승하게 된다. 그 결과, 병렬 연결된 제1 및 제2 전압 변환 회로의 입력단 측에 흐르는 전류(Iin')의 파형(700e)에는 인덕터 전류 리플(3A)의 절반으로 감소된 리플(1.5A)이 발생하게 되며, 컨버터 출력 전류의 파형(700f)에도 현저히 감소된 리플(0.1A)만 발생하게 된다. 또한, 제1 전압 변환 회로의 다이오드(Dc1) 전압 파형(700a)과 제2 전압 변환 회로의 다이오드(Dc2) 전압 파형(700b)에도 각각 다이오드 오프 시마다 현저히 감소된 링잉 전압(16.3V)이 발생하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 상호 병렬 연결된 복수의 전압 변환 회로를 통해 컨버터 내부에 흐르는 전류량을 분산시킴으로써, 컨버터의 손상을 방지하고 컨버터의 내구성을 개선할 수 있다. 특히, 스너버 회로나 필터 등과 같은 별도의 회로 없이, N 개의 전압 변환 회로에 360/N 도의 위상차를 가지는 N 개의 PWM 제어 신호를 각각 전달하여 상기 N 개의 전압 변환 회로의 스위치 소자들로 하여금 인터리브드(interleaved) 방식으로 스위칭 동작을 수행하도록 함으로써, 컨버터에서 발생하는 링잉 전압을 최소화하고 컨버터의 EMC를 개선하면서도, 컨버터 회로 구성을 간소화하고 제조 효율을 향상시킬 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 차량용 컨버터 12 : 전압 변환 회로
14 : PWM 제어 회로 16 : 바이패스 회로
18 : MCU 20 : 전류 제한 회로
500 : 차량용 컨버터 510 : 전압 변환 회로
520a: 제1 PWM 제어 회로 520b: 제2 PWM 제어 회로
530 : 바이패스 회로 540 : MCU
550 : 전류 제한 회로

Claims (6)

  1. 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터로서,
    각각, 입력 전원에 의해 에너지가 충전되는 인덕터와 상기 인덕터의 일 단에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자를 이용하여 상기 입력 전원의 전압을 소정 출력 전압으로 변환하는 N(단, N은 2 이상의 정수) 개의 전압 변환 회로; 및
    상기 N 개의 전압 변환 회로에 각각 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 전달하여 상기 N 개의 전압 변환 회로의 스위치 소자들을 제어하는 PWM 제어 회로를 포함하고,
    상기 N 개의 전압 변환 회로는, 상호 병렬 연결되고,
    상기 N 개의 전압 변환 회로 각각은, 상기 인덕터와 출력단 간에 역전압, 역전류를 방지하는 다이오드를 더 포함하고,
    상기 스위치 소자 및 상기 다이오드 각각에는 링잉 노이즈 흡수를 위한 스너버 회로가 병렬 연결되며,
    상기 PWM 제어 회로는, 순차적으로 (360/N)도의 위상 차를 가지도록 구성된 N 개의 PWM 제어 신호를 상기 N 개의 전압 변환 회로에 각각 분배하여 전달하는, 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 N 개의 전압 변환 회로는, 입력 전원의 전압을 상승시키는 부스트 모드(boost mode) 또는 입력 전원의 전압을 강하시키는 벅 모드(buck mode) 중 어느 한 모드로 함께 동작하는 것을 특징으로 하는, 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터는, 두 개의 전압 변환 회로를 포함하고,
    상기 PWM 제어 회로는, 상기 두 개의 전압 변환 회로에 상호 180도의 위상 차를 가지는 두 개의 PWM 제어 신호를 각각 분배하여 전달하는 것을 특징으로 하는, 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터.
  4. 제1에 있어서,
    상기 컨버터는,
    상기 컨버터의 동작을 전반적으로 제어하는 MCU((Micro Controller Unit); 및
    상기 MCU의 제어 신호에 따라 상기 입력 전원의 전류를 상기 컨버터의 출력단에 직접 전달하는 바이패스 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 바이패스 회로는, 상기 MCU의 제어 신호에 따라 턴 온(turn on)되어 상기 입력 전원이 입력되는 상기 컨버터의 입력단과 상기 컨버터의 출력단을 연결하는 스위치 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터는, 차량에 설치되어 상기 입력 전원으로서 상기 차량의 전원을 입력받는 차량용 컨버터인 것을 특징으로 하는, 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터.
KR1020170142687A 2017-10-30 2017-10-30 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터 KR102431864B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170142687A KR102431864B1 (ko) 2017-10-30 2017-10-30 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170142687A KR102431864B1 (ko) 2017-10-30 2017-10-30 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190048131A KR20190048131A (ko) 2019-05-09
KR102431864B1 true KR102431864B1 (ko) 2022-08-10

Family

ID=66545910

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170142687A KR102431864B1 (ko) 2017-10-30 2017-10-30 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102431864B1 (ko)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5861624B2 (ja) * 2012-12-05 2016-02-16 株式会社豊田自動織機 電源回路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Analysis, Modeling, and Implementation of a Multidevice Interleaved DC/DC Converter for Fuel Cell Hybrid Electric Vehicles(IEEE, 2012.01.09.)*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190048131A (ko) 2019-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11245369B2 (en) Integrated circuit and related audio amplifier
JP4431405B2 (ja) 低コストｄｃ−ｄｃ電圧スイッチングコンバータレギュレータ装置
JP5329235B2 (ja) Ｌｅｄドライバ回路
CN104660041B (zh) 低损耗增压及减压电压转换器
EP1376295B1 (en) Power-supply device
US8716987B2 (en) Electrical power supply arrangement and use thereof
CN102077449B (zh) 电压转换器
JP6367337B2 (ja) 単一の制御ループを有するマルチ出力昇圧レギュレータ
US20100052638A1 (en) DC-DC Converter Circuits, and Methods and Apparatus Including Such Circuits
US8937466B2 (en) Voltage-converter arrangement and method for voltage conversion
US9331578B2 (en) Multi-phase buck DC converter
US20090015178A1 (en) LED driver and control method thereof
US20140368128A1 (en) Active capacitor circuit
CN103532378B (zh) 抑制输出电压过冲的电压转换器
CN109004812A (zh) 开关变换器及其控制电路和控制方法
KR20080102812A (ko) 신호 변환 장치 및 신호 변환 방법
KR102431864B1 (ko) 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터
CN212073944U (zh) 电压转换装置和车辆
JP2005533472A (ja) １２／４２ボルト直流ブラシ付きモーター制御システム
JP5584092B2 (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ
KR102516238B1 (ko) 차량 ａｃｃ 전류 제한 회로 및 이를 이용한 차량용 컨버터
US20090039856A1 (en) Stability enhancement apparatus and method for a self-clocking PWM buck converter
CN212086068U (zh) 一种基于移相全桥的新型混合控制电路
US8134329B2 (en) Buck converter with improved filter design
US20120293152A1 (en) Boost Converter

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant