KR102657320B1 - 컨버터 제어 장치 - Google Patents

Abstract

PWM 제어되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 컨버터의 제어 장치로서, 상기 컨버터의 전류의 크기에 기반하여 상기 스위칭 소자를 PWM 제어하기 위한 PWM 신호가 인가되는 게이트 단의 저항을 가변하는 효율 결정부를 포함하는 컨버터 제어 장치가 개시된다.

Description

컨버터 제어 장치{APPARATUS OF CONTROLLING CONVERTER}

본 발명은 컨버터 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부하량에 따라 컨버터 내의 스위칭 소자의 게이트 저항을 가변함으로써 컨버터 효율을 향상시킬 수 있는 컨버터 제어 장치에 관한 것이다.

전기 자동차, 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 연료전지 자동차 등과 같은 친환경 자동차는 고전압의 메인 배터리에 저장된 전기 에너지를 이용하여 차량을 구동한다. 또한, 친환경 자동차는 낮은 전압으로 구동되는 저전압 전장부하에 전원 전력을 공급하기 위해 메인 배터리에서 출력되는 고전압 전력을 저전압으로 변환하는 저전압 직류-직류 컨버터(Low voltage DC-DC Converter: LDC, 이하 'LDC' 라고도 함)을 포함한다.

통상, LDC에는 PWM 제어에 의해 온/오프 제어되는 스위칭 소자로서 FET(Field Effect Transistor)가 적용되고 있는데, 이 FET의 온/오프를 제어하기 위한 PWM 신호가 인가되는 FET의 게이트 저항을 감소 시킬수록 스위칭 손실이 작아진다. 이러한 특징을 이용하여 FET의 게이트 저항을 감소시키는 것은 LDC의 효율을 개선할 수 있는 한가지 방법이 될 수 있다.

그러나 게이트 저항을 줄이는 방법은 LDC가 중부하로 동작하는데 대응하기 어려운 문제가 있다. 이는, 작은 크기의 게이트 저항을 사용하면 높은 부하로 갈수록 FET의 드레인과 소스 사이의 전압이 상승되며 이로 인해 FET가 소손될 수 있기 때문이다.

또한, LDC의 설계 시 게이트 저항의 크기가 설정되면, 차량 운행 중 부하에 따른 효율 곡선이 변동될 수 없다. 즉, 종래의 LDC는 운전자의 부하 패턴에 따라 최적화된 효율 곡선을 반영하기 어렵다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-1500201 B1 KR 10-2007-0054125 A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 부하량에 따라 컨버터 내의 스위칭 소자의 게이트 저항을 가변함으로써 컨버터 효율을 향상시킬 수 있는 컨버터 제어 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,

PWM 제어되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 컨버터의 제어 장치에 있어서,

상기 컨버터의 전류의 크기에 기반하여 상기 스위칭 소자를 PWM 제어하기 위한 PWM 신호가 인가되는 게이트 단의 저항을 가변하는 효율 결정부를 포함하는 컨버터 제어 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 효율 결정부는, 상기 컨버터의 전류의 크기를 검출하고 상기 컨버터 전류의 크기를 사전 설정된 기준값과 비교하여 상기 컨버터의 부하량이 중부하인지 경부하인지 판단하는 부하량 판단부; 및 상기 부하량 판단부에 의해 판단된 부하량이 중부하인 경우 상기 게이트 단의 저항을 증가시키고, 상기 부하량 판단부에 의해 판단된 부하량이 경부하인 경우 상기 게이트 단의 저항을 감소시키는 게이트 저항 설정부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 부하량 판단부는, 상기 컨버터의 전류의 크기에 대응하는 전류를 출력하는 변류기와, 상기 변류기의 출력 전류의 크기에 대응하는 검출 전압을 생성하는 저항 및 상기 검출 전압과 사전 설정된 기준 전압을 비교한 결과를 출력하는 비교기를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 게이트 저항 설정부는, 상기 게이트 단에 일단이 연결된 제1 저항과 상호 직렬 연결된 제2 저항 및 스위치를 포함하고, 상기 제2 저항과 상기 스위치의 직렬 연결 구조는 상기 제1 저항과 병렬 연결되며, 상기 제1 저항의 타단으로 상기 PWM 신호가 입력되고, 상기 스위치는 상기 부하량 판단부의 중부하 및 경부하 판단 결과에 따라 단락 및 개방 상태가 결정될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스위치는, 상기 부하량 판단부에 의해 판단된 부하량이 중부하인 경우 개방되고, 상기 부하량 판단부에 의해 판단된 부하량이 경부하인 경우 단락될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스위치는 드레인과 소스가 각각 상기 제1 저항과 상기 제2 저항에 연결된 p-MOSFET이며, 상기 게이트 저항 설정부는, 상기 p-MOSFET의 게이트에 콜렉터가 연결되고 음 전압값이 인가된 이미터를 갖는 제1 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터의 베이스에 콜렉터가 연결되고 이미터가 접지되며, 베이스로 상기 부하량 판단부의 출력이 인가되는 제2 트랜지스터를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨버터의 전류의 크기와 상관 없이 상기 게이트 단의 저항이 일정 주기로 반복적으로 가변하도록 상기 효율 결정부를 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨버터의 전류의 크기와 상관 없이 상기 스위치가 일정 주기로 반복적으로 단락/개방되도록 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,

PWM 제어를 위한 PWM 신호가 인가되는 게이트 단을 갖는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 컨버터의 제어 장치에 있어서,

상기 컨버터의 전류의 크기에 대응하는 전류를 출력하는 변류기와, 상기 변류기의 출력 전류의 크기에 대응하는 검출 전압을 생성하는 저항 및 상기 검출 전압과 사전 설정된 기준 전압을 비교한 결과를 출력하는 비교기를 갖는 부하량 판단부; 및

상기 게이트 단에 일단이 연결된 제1 저항과, 상호 직렬 연결된 제2 저항 및 스위치를 포함하고, 상기 제2 저항과 상기 스위치의 직렬 연결 구조는 상기 제1 저항과 병렬 연결되며, 상기 제1 저항의 타단으로 상기 PWM 신호가 입력되고, 상기 스위치는 상기 비교기의 출력에 따라 단락 및 개방 상태가 결정되는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 비교기는, 상기 검출 전압이 상기 기준 전압보다 큰 경우 제1 판단신호를 출력하고 상기 검출 전압이 상기 기준 전압보다 작은 경우 제2 판단신호를 출력하며, 상기 스위치는, 상기 비교기에서 상기 제1 판단신호가 출력되는 경우 개방되고 상기 제2 판단신호가 출력되는 경우 단락될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스위치는 드레인과 소스가 각각 상기 제1 저항과 상기 제2 저항에 연결된 p-MOSFET이며, 상기 게이트 저항 설정부는, 상기 p-MOSFET의 게이트에 콜렉터가 연결되고 음 전압값이 인가된 이미터를 갖는 제1 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터의 베이스에 콜렉터가 연결되고 이미터가 접지되며, 베이스로 상기 제1 판단신호 및 제2 판단신호가 인가되는 제2 트랜지스터를 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서 본 발명은,

PWM 제어를 위한 PWM 신호가 인가되는 게이트 단을 갖는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 컨버터의 제어 장치에 있어서,

상기 게이트 단에 일단이 연결되고 상기 PWM 신호가 타단으로 입력되는 제1 저항과, 상호 직렬 연결된 제2 저항 및 스위치를 포함하고, 상기 제2 저항과 상기 스위치의 직렬 연결 구조는 상기 제1 저항과 병렬 연결되며, 상기 제1 저항의 타단으로 상기 PWM 신호가 입력되는 게이트 저항 설정부; 및

상기 스위치가 일정 주기로 반복적으로 단락/개방되도록 제어하는 컨트롤러를 포함하는 컨버터 제어 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스위치는 드레인과 소스가 각각 상기 제1 저항과 상기 제2 저항에 연결된 p-MOSFET이며, 상기 게이트 저항 설정부는, 상기 p-MOSFET의 게이트에 콜렉터가 연결되고 음 전압값이 인가된 이미터를 갖는 제1 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터의 베이스에 콜렉터가 연결되고 이미터가 접지되며, 베이스로 상기 컨트롤러의 제어신호가 입력될 수 있다.

상기 컨버터 제어 장치에 따르면, 컨버터의 부하 상태에 따라 컨버터 내 포함된 스위칭 소자의 게이트 단 저항을 가변함으로써, 경부하 시에는 게이트 단 저항을 감소시켜 효율을 향상시키고 중부하 시에는 게이트 단 저항을 증가시켜 전압 안정화를 도모할 수 있다.

특히, 상기 컨버터 제어 장치에 따르면, 컨버터가 경부하 상태인 경우, 컨버터에 포함된 스위칭 소자의 게이트 단 저항을 감소시킴으로써 스위칭 소자가 신속하게 턴온/턴오프할 수 있어 스위칭 손실이 감소됨에 따라 경부하 상태에서 높은 효율을 갖는 곡선에 의하여 결정되는 효율로 동작할 수 있도록 할 수 있다. 반면, 상기 컨버터 제어 장치에 따르면, 컨버터가 중부하 상태인 경우, 컨버터에 포함된 스위칭 소자의 게이트 단 저항을 증가시킴으로써 스위칭 소자가 턴온/턴오프 속도는 느려지면서 효율이 다소 감소하지만, 대신 출력 리플을 감소시키고 스위칭 소자의 양단 전압(드레인-소스 전압)을 상승시키는 전압 안정화를 통해 스위칭 소자의 소손을 방지할 수 있게 된다.

또한, 상기 컨버터 제어 장치에 따르면, 컨트롤러의 제어에 의해 컨버터 내 스위칭 소자의 게이트 단 저항을 주기에 따라 크고 작은 값으로 반복적으로 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 스위칭 소자의 턴온/턴오프의 속도가 느림과 빠름을 반복하게 되어 스위칭 소자의 양단 전압(드레인-소스 전압)의 피크값이 반복적으로 변동됨으로써 컨버터의 EMI의 평균값을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치와 이를 적용한 차량 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치의 효율 결정부를 도시한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치의 효율 결정부 내 부하량 판단부의 상세 회로도 및 부하량 판단부와 컨버터의 연결관계를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치의 효율 결정부 내 게이트 저항 설정부의 상세 회로도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치의 작용을 설명하기 위한 그래프이다.

이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치와 이를 적용한 차량 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치가 적용되는 차량 시스템은, 고전압 출력을 갖는 메인 배터리(11)와, 메인 배터리(11)의 고전압을 저전압으로 변환하는 저전압 직류-직류 컨버터(LDC)(13)와 LDC(13)에서 변환된 저전압 전력으로 작동하는 전장 부하(15)를 포함한다.

일반적으로, 전기 에너지에 의해 구동되는 모터를 통해 구동력을 생성하는 친환경 차량은 모터 구동 및 고전압 전장부하에 고전압의 전력을 제공하기 위한 메인 배터리(11)와 저전압의 전원으로 동작하는 저전압 전장부하(15)에 전력을 공급하기 위해 메인 배터리(11)의 전압을 저전압으로 변환하는 LDC(13)를 포함한다. 도시하지는 않았지만, 친환경 차량은 저전압 전장부하(15)에 전력을 공급하기 위한 또 다른 수단으로 보조 배터리를 포함할 수 있으며, 보조 배터리는 LDC(13)에 의한 전압 변환이 이루어질 수 없는 상태에서 저전압 전장부하(15)로 제공되기 위한 전기 에너지를 저장하며, LDC(13)에 의해 변환되어 출력되는 전력을 제공받아 충전될 수 있다.

이러한, 친환경 차량의 전기 시스템에 적용되는 본 발명의 일 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치는, LDC(13)에 포함된 스위칭 소자의 게이트 단의 저항을 LDC(13)의 전류에 기반하여 가변 제어하기 위한 효율 결정부(20)를 포함한다. 효율 결정부(20)는 LDC(13)에 포함된 스위칭 소자의 게이트 단의 저항을 가변하여 LDC(13)의 부하 상태에 따라 적용되는 효율 곡선을 변경함으로써 넓은 동작 범위에서 LDC(13)의 효율을 개선할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치의 효율 결정부를 도시한 블록 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치의 효율 결정부(20)는, 컨버터의 전류의 크기를 검출하고 컨버터 전류의 크기를 사전 설정된 기준값과 비교하여 컨버터의 부하량이 중부하인지 경부하인지 판단하는 부하량 판단부(21)와, 부하량 판단부(21)에 의해 판단된 부하량이 중부하인 경우 LDC(13) 내 스위칭 소자의 게이트 단의 저항을 증가시키고, 부하량 판단부(21)에 의해 판단된 부하량이 경부하인 경우 LDC(13) 내 스위칭 소자의 게이트 단의 저항을 감소시키는 게이트 저항 설정부(23)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치에 포함된 효율 결정부는, 부하량 판단부(21)를 이용하여 LDC(13)의 전류의 크기를 기반으로 LDC(13)의 부하가 중부하인지 경부하인지 판단한다. LDC(13)은 컨트롤러(30)에 의해 결정된 듀티를 갖는 펄스 신호인 PWM 신호에 따라 온/오프 됨으로써 PWM 제어 되는 스위칭 소자를 포함하며, PWM 신호의 듀티는 LDC(13)의 부하 상태에 따라 컨트롤러(30)에 의해 결정될 수 있다. 즉, 컨트롤러(30)는 LDC(13)로부터 전원전력을 공급받는 전장부하(15)에서 요구하는 전력에 따라 PWM 신호의 듀티를 제어하여 LDC(13) 전류를 결정하는데, 전장부하(15)에서 많은 전력을 요구하는 중부하 상태일 때 LDC(13)의 전류가 커지고 전력을 적게 요구하는 경부하 상태일 때 LDC(13)의 전류가 작아진다.

따라서, 부하량 판단부(21)는 LDC(13)의 전류를 검출함으로써 LDC(13)의 부하 상태를 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치에 포함된 효율 결정부는, 게이트 저항 설정부(23)는 부하량 판단부(21)에서 판단된 LDC(13)의 부하 상태에 따라 LDC 내 스위칭 소자의 게이트 단 저항을 결정한다. 게이트 저항 설정부(23)는 부하량 판단부(21)에 의해 판단된 부하량이 경부하인 경우 LDC(13) 내 스위칭 소자의 게이트 단의 저항을 감소시켜 스위칭 소자의 턴온 스피드를 상승시킴으로써 경부하시 LDC(13)의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 게이트 저항 설정부(23)는 부하량 판단부(21)에 의해 판단된 부하량이 중부하인 경우 LDC(13) 내 스위칭 소자의 게이트 단의 저항을 증가시켜 스위칭 소자의 전압 스트레스를 감소시켜 스위칭 소자의 소손을 방지하고 안정적인 동작을 가능하게 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치의 효율 결정부 내 부하량 판단부의 상세 회로도 및 부하량 판단부와 컨버터의 연결관계를 도시한 회로도이다.

도 3을 참조하면, 부하량 판단부(21)는 LDC(13)의 전류를 검출하는 변류기(211)와, 변류기(211)에서 검출된 전류의 크기에 대응하는 검출 전압을 생성하는 저항(213-216) 및 상기 저항(213-216)의 검출 전압과 사전 설정된 기준 전압(Vref)을 비교한 결과를 출력하는 비교기(217)을 포함할 수 있다.

변류기(211)는 LDC(13)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 것으로, 도 3에서는 LDC(13)의 두 스위칭 소자(Q1, Q3)의 사이에 배치된 것으로 도시되나, 다양하게 위치 변경되어 설치될 수 있다. 변류기(211)는 LDC(13) 전류에 의해 유도되는 유도 전류를 출력하는 것이다. 즉, 변류기(211)는 LDC(13)에 흐르는 전류의 크기에 해당하는 전류를 출력할 수 있다.

변류기(211)에서 출력되는 전류는 저항(213-216)에 의해 전압으로 변환될 수 있다. 즉, 변류기(211)가 출력하는 전류에 비례하는 전압이 저항(213-216)에 인가될 수 있다. 저항(213-216)의 개수는 필요에 따라 적절하게 구현될 수 있으며, 저항(213-216) 중 어느 하나의 일단에서 분압 되는 전압이 비교기(217)로 입력될 수 있다.

비교기(217)은 저항(213-216)에 인가되는 검출 전압과 사전 설정된 기준 전압(Vref)를 비교하여 그 결과를 출력할 수 있다. 예를 들어, 저항(213-216)에 인가되는 검출 전압이 기준전압(Vref)보다 작은 경우 하이(High)에 해당하는 값을 갖는 전압 신호가 출력되고 저항(213-216)에 인가되는 검출 전압이 기준전압(Vref)보다 큰 경우 로우(Low)에 해당하는 신호가 출력될 수 있다. 즉, 검출 전압이 기준전압(Vref)보다 큰 경우는 LDC(13)에 큰 전류가 흐르는 상태로서 비교기(217)가 로우를 출력하면 중부하 상태로 판단될 수 있다. 또한, 검출 전압이 기준전압(Vref)보다 작은 경우는 LDC(13)에 작은 전류가 흐르는 상태로서 비교기(217)가 하이를 출력하면 경부하 상태로 판단될 수 있다.

한편, LDC(13)는 스위칭 소자(Q1-Q4)와 변압기(Tr)을 갖는 절연형 컨버터로 구현될 수 있으며, 스위칭 소자(Q1, Q2)와 스위칭 소자(Q3, Q4)는 상호 상보적인 관계로 개방/단락 되도록 PWM 제어될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치의 효율 결정부 내 게이트 저항 설정부의 상세 회로도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치의 효율 결정부(21) 내에 구비되는 게이트 저항 설정부(23)는, LDC(13) 내 스위칭 소자(131)의 게이트 단에 일단이 연결된 제1 저항(233)과, 상호 직렬 연결된 제2 저항(234) 및 스위치(235)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 저항(234)과 스위치(235)의 직렬 연결 구조는 제1 저항(233)과 병렬 연결되며, 제1 저항(233)의 타단으로 스위칭 소자(131)을 PWM 제어하기 위한 PWM 신호가 입력된다. 또한, 스위치(235)는 부하량 판단부(21)의 중부하 및 경부하 판단 결과에 따라 단락 및 개방 상태가 결정되도록 구성될 수 있다.

즉, 전술한 것과 같은 회로 구성을 갖는 부하량 판단부(21)의 비교기(217)에서 하이가 출력되는 경부하 상태이면, 게이트 저항 설정부(23)의 스위치(235)가 온되면서 스위칭 소자(131)의 게이트 단에는 제1 저항(233)과 제2 저항(234)의 병렬 연결에 의한 합산 저항값, 즉 작은 저항값이 인가된다. 반대로, 비교기(217)에서 로우가 출력되는 중부하 상태이면, 게이트 저항 설정부(23)의 스위치(235)가 오프되면서 스위칭 소자(131)의 게이트 단에는 제1 저항(233)에 의한 저항값, 즉 큰 저항값이 인가된다.

이와 같이, 게이트 저항 설정부(23)는 LDC(13)의 경부하/중부하 상태에 따라 스위칭 소자(131)의 게이트 단에 인가된 저항값의 크기를 가변 제어할 수 있다. 이러한 게이트 저항 설정부(23)의 작동에 따라, LDC(13)의 부하량이 경부하인 경우 게이트 단의 저항을 감소시켜 스위칭 소자의 턴온 스피드를 상승시킴으로써 경부하시 LDC(13)의 효율을 향상시키고, LDC(13)의 부하량이 중부하인 경우 LDC(13) 내 스위칭 소자의 게이트 단의 저항을 증가시켜 스위칭 소자의 전압 스트레스를 감소시켜 스위칭 소자의 소손을 방지하고 안정적인 동작을 가능하게 한다.

전술한 것과 같은 게이트 저항 설정부(23)의 동작을 위해, 게이트 저항 설정부(23)는 스위치(235)를 p-MOSFET으로 구현하고 p-MOSFET의 드레인과 소스를 각각 제1 저항(233)과 제2 저항(234)에 연결하며, p-MOSFET의 게이트에 콜렉터가 연결되고 음 전압값(예를 들어, 전원전압과 동일한 크기를 갖는 음전압)이 인가된 이미터를 갖는 트랜지스터(232)와 트랜지스터(232)의 베이스에 콜렉터가 연결되고 이미터가 접지되며, 베이스로 부하량 판단부(21)의 출력이 인가되는 트랜지스터(231)를 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, LDC(13)가 경부하 모드인 경우, 하이 신호가 트랜지스터(231)의 베이스로 인가되어 턴온 되고, 트랜지스터(231)의 턴온에 의해 트랜지스터(232)가 턴온된다. 스위치(235)를 구현한 p-MOSFET의 게이트에는 음의 전압이 인가되어 턴온되고 제1 저항(233) 및 제2 저항(234)의 병렬 합성 저항이 스위칭 소자(131)의 게이트 단에 인가되어 제1 저항(233)이 인가된 상태일 때보다 스위칭 소자(131)의 게이트 단 저항이 감소한다. 특히, 스위칭 소자(131)의 게이트 단 저항이 감소에 의해 스위칭 소자(131)의 턴온 속도가 빨라질 뿐만 아니라, 턴 오프시 게이트 단에는 음의 전압이 인가됨에 따라 턴 오프의 속도 또한 향상될 수 있다. 따라서, 스위칭 소자(131)의 턴온 및 턴오프 속도가 모두 빨라지는 효과를 얻을 수 있으며, 이에 따라 스위칭 주파수가 감소하여 컨버터의 효율, 특히 경부하에서의 효율을 현저하게 향상시킬 수 있다.

또한, LDC(13)가 중부하 모드인 경우, 로우 신호가 트랜지스터(231)의 베이스로 인가되어 턴오프 되고, 트랜지스터(231)의 턴오프에 의해 트랜지스터(232)가 턴오프 된다. 이에 의해 스위치(235)를 구현한 p-MOSFET도 턴 오프 되어 스위칭 소자(131)의 게이트 단에는 저항(233)에 의한 저항값만 인가되어 제1 저항(233)과 제2 저항의 병렬 합성 저항이 인가된 상태일 때보다 스위칭 소자(131)의 게이트 단 저항이 증가한다. 이에 따라, 스위칭 소자(131)의 온/오프 속도는 느려지지만, 전압 스트레스가 감소하여 리플이 감소하고 스위칭 전압을 안정화 시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 컨버터 제어 장치의 작용을 설명하기 위한 그래프이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태는, LDC(13)의 전류가 작은 상태, 즉 경부하 상태인 경우(53), LDC(13)에 포함된 스위칭 소자의 게이트 단 저항을 감소시킴으로써 스위칭 소자가 신속하게 턴온/턴오프할 수 있어 스위칭 손실이 감소됨에 따라 경부하 상태에서 높은 효율을 갖는 곡선(51)에 의해 결정되는 효율로 동작할 수 있도록 할 수 있다. 반면, LDC(13)의 전류가 큰 상태, 즉 중부하 상태인 경우(57), LDC(13)에 포함된 스위칭 소자의 게이트 단 저항을 증가시킴으로써 스위칭 소자가 턴온/턴오프 속도는 느려지면서 효율이 다소 감소하지만(55), 대신 출력 리플을 감소시키고 스위칭 소자의 양단 전압(드레인-소스 전압)을 상승시키는 전압 안정화를 통해 스위칭 소자의 소손을 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 일 실시형태는, 게이트 저항 설정부(23)에서 설정되는 LDC(13) 내 스위칭 소자의 게이트 단 저항을 LDC(13) 부하량과 관계없이 임의 제어함에 따라 EMI(Electro Magnetic Interference) 성능을 향상시키는데 적용할 수도 있다. 즉, 컨트롤러(30)가 게이트 저항 설정부(23)의 트랜지스터(231)의 베이스로 하이/로우를 일정한 주기로 반복하는 제어 신호를 입력하는 경우, 트랜지스터(231, 232) 및 스위치(235)가 이 주기에 따라 턴온/턴오프를 반복하게 되고 이에 따라 LDC(13) 내 스위칭 소자의 게이트 단 저항이 주기에 따라 크고 작은 값으로 반복적으로 변화하게 된다.

LDC(13) 내 스위칭 소자의 게이트 단 저항이 주기적으로 변화함에 따라 스위칭 소자의 턴온/턴오프의 속도도 느림과 빠름을 반복하게 되며, 스위칭 소자의 양단 전압(드레인-소스 전압)의 피크값이 도 6에 도시한 것과 같이 반복적으로 변동된다. 즉, 이는 스위칭 소자의 스위칭에 의한 EMI의 평균값을 감소시키는 효과를 가져올 수 있어 LDC(13)의 EMI 성능을 향상시키는 효과를 가져온다.

이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

11: 메인 배터리 13: 저전압 직류-직류 컨버터(LDC)
15: 전장부하 20: 효율 결정부
21: 부하량 판단부 23: 게이트 저항 설정부
30: 컨트롤러

Claims (13)

1. PWM 제어되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 컨버터의 제어 장치에 있어서,
   상기 컨버터의 전류의 크기에 기반하여 상기 스위칭 소자를 PWM 제어하기 위한 PWM 신호가 인가되는 게이트 단의 저항을 가변하는 효율 결정부
   를 포함하되, 상기 효율 결정부는,
   상기 컨버터의 전류의 크기를 검출하고 상기 컨버터 전류의 크기를 사전 설정된 기준값과 비교하여 상기 컨버터의 부하량이 중부하인지 경부하인지 판단하는 부하량 판단부; 및
   상기 부하량 판단부에 의해 판단된 부하량이 중부하인 경우 상기 게이트 단의 저항을 증가시키고, 상기 부하량 판단부에 의해 판단된 부하량이 경부하인 경우 상기 게이트 단의 저항을 감소시키는 게이트 저항 설정부
   를 포함하고, 상기 게이트 저항 설정부는,
   상기 게이트 단에 일단이 연결된 제1 저항;
   상호 직렬 연결된 제2 저항 및 스위치를 포함하고,
   상기 제2 저항과 상기 스위치의 직렬 연결 구조는 상기 제1 저항과 병렬 연결되며, 상기 제1 저항의 타단으로 상기 PWM 신호가 입력되고, 상기 스위치는 상기 부하량 판단부의 중부하 및 경부하 판단 결과에 따라 단락 및 개방 상태가 결정되고,
   상기 스위치는 드레인과 소스가 각각 상기 제1 저항과 상기 제2 저항에 연결된 p-MOSFET이며,
   상기 게이트 저항 설정부는, 상기 p-MOSFET의 게이트에 콜렉터가 연결되고 음 전압값이 인가된 이미터를 갖는 제1 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터의 베이스에 콜렉터가 연결되고 이미터가 접지되며, 베이스로 상기 부하량 판단부의 출력이 인가되는 제2 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 부하량 판단부는,
   상기 컨버터의 전류의 크기에 대응하는 전류를 출력하는 변류기;
   상기 변류기의 출력 전류의 크기에 대응하는 검출 전압을 생성하는 저항; 및
   상기 검출 전압과 사전 설정된 기준 전압을 비교한 결과를 출력하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 스위치는, 상기 부하량 판단부에 의해 판단된 부하량이 중부하인 경우 개방되고, 상기 부하량 판단부에 의해 판단된 부하량이 경부하인 경우 단락되는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 컨버터의 전류의 크기와 상관 없이 상기 게이트 단의 저항이 일정 주기로 반복적으로 가변하도록 상기 효율 결정부를 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 컨버터의 전류의 크기와 상관 없이 상기 스위치가 일정 주기로 반복적으로 단락/개방되도록 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는 컨버터 제어 장치.
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