KR102673281B1 - Dc 링크 커패시터의 전압을 방전하기 위한 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Dc 링크 커패시터의 전압을 방전하기 위한 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 DC 링크에 설치되는 DC 링크 커패시터에 충전된 DC 링크 전압을 저항을 통해 방전하기 위한 제어 장치에 있어서, 주변 온도에 비례하는 온도전압을 출력하는 온도 센서부, 기준전압과 상기 온도전압의 차이에 기초하여 생성한 보상전압을 출력하는 보상 회로부, 상기 보상전압과 피드백 전압을 입력받아 게이트 전압을 출력하는 게이트 제어부 및 상기 게이트 제어부와 연결되는 게이트 단자, 상기 DC 링크 커패시터와 연결되는 드레인 단자, 상기 저항과 연결되는 소스 단자를 구비하고, 상기 게이트 단자를 통해 입력되는 상기 게이트 전압에 기초하여 상기 DC 링크 커패시터의 방전 전류량을 결정하는 트랜지스터를 포함하고, 상기 피드백 전압은 상기 소스 단자의 전압일 수 있다.

Description

DC 링크 커패시터의 전압을 방전하기 위한 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DISCHARGING VOLTAGE OF DC LINK CAPACITOR}
본 발명은 차량용 인버터의 DC 링크 커패시터의 전압을 방전하기 위한 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 DC 링크 커패시터의 전압을 안전 온도 영역 내에서 신속하게 방전시키기 위한 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
지구 온난화와 환경 오염 등의 문제가 심각하게 대두되면서, 자동차 산업 분야에서도 환경 오염을 감소시킬 수 있는 친환경 차량에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있으며, 그 시장도 점차 확대되고 있다.
친환경 차량으로서, 기존의 화석 연료를 연소시켜 구동력을 발생시키는 엔진을 대신하여 전기 에너지를 이용하여 구동력을 생성하는 모터를 적용한 전기 차량, 하이브리드 차량 및 플러그인 하이브리드 차량이 세계적으로 출시되고 있는 상황이다. 이러한 전기 에너지를 이용한 친환경 차량들은 저장된 직류의 전기 에너지를 모터 구동을 위한 복수의 상의 교류 전기 에너지로 변환하기 위한 인버터를 구비한다.
인버터의 입력단에는 에너지 저장 장치 등으로부터 제공되는 직류 전기 에너지가 일정 전압으로 인가되게 하기 위한 고용량의 DC 링크 커패시터가 구비되며, 인버터의 출력단으로는 DC 링크 커패시터의 양단 전압을 변환한 복수의 상의 교류 전압이 출력된다. 즉, 차량 구동용 인버터의 입력단에는 충전에 의해 고압의 전압을 유지하기 위한 DC 링크 커패시터가 구비되므로, 에너지 저장 장치에서 인버터 사이의 전기적 연결이 차단되는 경우에도 인버터의 입력단에는 DC 링크 커패시터의 충전에 의해 고전압 상태가 유지될 수 있고, 이에 따른 다양한 안전 사고가 발생할 수 있다.
예를 들어, 차량의 키오프(key-off) 이후 차량 정비 등을 목적으로 운전자나 정비사가 고전압 라인을 터치하는 경우 DC 링크 커패시터에 충전된 고전압으로 인하여 감전 사고가 발생할 수 있다. 또 다른 예로, 에어백이 전개될 정도의 큰 충격의 사고가 발생한 경우 인버터와 연결된 고전압 커넥터가 분리되면서 DC 링크 커패시터에 충전된 고전압이 차체 또는 다른 면에 접촉되어 감전 등의 사고가 발생할 수도 있다.
이러한 고전압에 따른 안전 설계의 일환으로 종래에는 저항을 연결하여 DC 링크 커패시터의 전압을 방전하였다. 그러나, 종래의 DC 링크 커패시터의 전압을 방전하는 방법에 의하면, 저항을 DC 링크 커패시터에 병렬로 연결하여 DC 링크 커패시터의 전압을 방전시킴에 따라, 저항 자체에 발열 현상이 발생하고, 단순히 저항을 이용하여 DC 링크 커패시터의 전압을 방전하는 데에는 상대적으로 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 차량용 인버터의 DC 링크 커패시터의 전압을 안전 온도 영역 내에서 보다 신속하게 방전시키기 위한 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 DC 링크에 설치되는 DC 링크 커패시터에 충전된 DC 링크 전압을 저항을 통해 방전하기 위한 제어 장치에 있어서, 주변 온도에 비례하는 온도전압을 출력하는 온도 센서부, 기준전압과 상기 온도전압의 차이에 기초하여 생성한 보상전압을 출력하는 보상 회로부, 상기 보상전압과 피드백 전압을 입력받아 게이트 전압을 출력하는 게이트 제어부 및 상기 게이트 제어부와 연결되는 게이트 단자, 상기 DC 링크 커패시터와 연결되는 드레인 단자, 상기 저항과 연결되는 소스 단자를 구비하고, 상기 게이트 단자를 통해 입력되는 상기 게이트 전압에 기초하여 상기 DC 링크 커패시터의 방전 전류량을 결정하는 트랜지스터를 포함하고, 상기 피드백 전압은 상기 소스 단자의 전압일 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 피드백 전압을 센싱하고, 센싱된 상기 피드백 전압이 미리 결정된 임계 전압보다 작거나 같은 경우 상기 게이트 전압이 상기 게이트 단자에 인가되지 않도록 제어하는 스위칭 회로부를 더 포함할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 온도 센서부는 상기 주변 온도가 임계 온도를 초과하는 경우, 미리 설정한 최대 전압 값으로 상기 온도전압을 생성하여 상기 보상 회로부로 전달할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 게이트 제어부는 상기 보상전압과 상기 피드백 전압의 차이에 기초하여 상기 게이트 전압을 생성할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 트랜지스터는 상기 게이트 단자를 통해 입력되는 상기 게이트 전압에 기초하여 상기 DC 링크 커패시터의 방전 전류량을 증가시키거나 또는 감소시킬 수 있다.
추가로, 상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 차량용 배터리의 DC 링크에 설치되는 DC 링크 커패시터에 충전된 DC 링크 전압을 방전하기 위한 제어 방법으로서, 주변 온도에 비례하는 온도전압을 획득하는 동작, 기준전압과 상기 온도전압 차이에 기초하여 보상전압을 생성하는 동작, 네거티브 피드백 연산 증폭기(negative feedback Operational Amplifier)를 이용하여 상기 보상전압과 피드백 전압에 기초하여 게이트 전압을 생성하는 동작, 상기 게이트 전압에 기초하여 상기 DC 링크 커패시터의 방전 전류량을 증가시키거나 또는 감소시키는 동작 및 상기 DC 링크 커패시터의 방전 전류량에 기초하여 상기 피드백 전압을 결정하는 동작을 포함할 수 있다.
또한, 다른 실시 예에 따르면, 상기 피드백 전압을 센싱하고, 센싱된 상기 피드백 전압이 미리 설정된 임계 전압보다 작거나 같은 경우, 상기 게이트 전압이 트랜지스터의 게이트 단자에 인가되지 않도록 제어하는 동작을 더 포함할 수 있다.
또한, 다른 실시 예에 따르면, 상기 온도전압을 획득하는 동작은, 상기 주변 온도가 임계 온도를 초과하는 경우, 미리 설정한 최대 전압 값으로 상기 온도전압을 획득하는 동작을 포함할 수 있다.
또한, 다른 실시 예에 따르면, 상기 게이트 전압을 생성하는 동작은, 상기 보상전압에서 상기 피드백 전압의 차이에 기초하여 상기 게이트 전압을 생성하는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 DC 링크 커패시터의 전압을 방전하기 위한 제어 장치 및 방법에 의하면, 주변 온도의 영향으로 인해 DC 링크 커패시터의 전압을 방전하는 데에 시간이 과도하게 소요되는 것을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 안전 온도 영역 내에서 보다 신속하게 DC 링크 커패시터의 전압을 방전시킬 수 있다.
이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 DC 링크 커패시터의 전압을 방전하기 위한 제어 장치의 기능적 블록도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 DC 링크 커패시터의 전압을 방전하기 위한 제어 방법을 설명하기 위한 순서도를 도시한다.
도 3 내지 도 6은 주변 온도 및 방열 효과에 따른 DC 링크 커패시터의 방전 전압과 제어 장치 구성요소 각각의 전압과 전류 특성을 나타내는 그래프를 도시한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 DC 링크 커패시터의 전압을 방전하기 위한 제어 장치(100)의 기능적 블록도를 도시한다.
이하의 본 명세서에서 기술되는 DC 링크 커패시터의 전압을 방전하기 위한 제어 장치(100)는 주변 온도 영향으로 인하여 DC 링크 커패시터의 방전 시간이 과도하게 길어지는 것을 개선하고, 안전한 온도 영역 내에서 DC 링크 커패시터의 전압을 보다 신속하게 방전시키기 위한 장치일 수 있다.
예를 들어, DC 링크 커패시터의 전압을 방전하기 위한 제어 장치(100)는, DC 링크 커패시터와 전기적으로 연결되고, 저온 영역에서는 DC 링크 커패시터의 방전 전류량을 증가시키도록 제어하고, 고온 영역에서는 DC 링크 커패시터의 방전 전류량을 감소시키도록 제어하여 주변 온도가 과열되는 것을 방지하면서 동시에 제한된 온도 영역 내에서 DC 링크 커패시터의 전압을 신속하게 방전시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, DC 링크 커패시터의 전압을 방전하기 위한 제어 장치(100)는 온도 센서부(110), 보상 회로부(120), 게이트 제어부(130), 트랜지스터(140), 스위칭 회로부(150) 및 저항(160)을 포함할 수 있다.
온도 센서부(110)는 주변 온도에 비례하는 온도전압(Vtemp)을 검출하여 보상 회로부(120)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 온도 센서부(110)는 주변 온도가 영하 40도인 경우에 0V의 온도전압을 검출하여 보상 회로부(120)에 전달하고, 주변 온도가 임계 온도(예: 영상 150도)인 경우에는 2V의 온도전압을 검출하여 보상 회로부(120)에 전달할 수 있다.
일 실시 예들에 따르면, 온도 센서부(110)는 주변 온도가 임계 온도를 초과하는 경우 미리 설정한 전압 값(예: 2V)을 갖는 온도전압(Vtemp)을 생성하여 보상 회로부(120)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 온도 센서부(110)는 주변 온도가 임계 온도를 초과하는 경우에 임계 온도에 대응하는 전압 값(예를 들어, 2V)을 생성하여 보상 회로부(120)에 전달할 수 있다.
보상 회로부(120)는 기준전압(Vref)과 온도전압(Vtemp)을 입력받아 보상전압을 생성하여 게이트 제어부(130)의 입력단에 출력할 수 있다. 실시 예들에 따라, 보상 회로부(120)는 기준전압(Vref)에서 온도전압(Vtemp)을 차감한 값에 기 설정된 보상 게인(gain)을 곱하여 생성되는 보상전압을 게이트 제어부(130)의 입력단으로 출력할 수 있다.
기준전압(Vref)은 온도전압(Vtemp)과의 비교를 통해 보상 회로부(120)의 출력단과 연결된 게이트 제어부(130)의 입력단으로 보상전압을 출력하기 위해 설정되는 전압일 수 있다. 기준전압(Vref)은 온도전압(Vtemp)의 최대 값보다 커야 하며, 기준전압(Vref)과 추후 설명할 저항(160)에 기초하여 DC 링크 커패시터의 최대 방전 전류량 및 최소 방전 전류량이 결정될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 온도전압의 범위가 0V에서 2V인 경우, 기준전압(Vref)은 2.5V일 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
게이트 제어부(130)는 보상전압과 피드백 전압(Vfb)을 입력받아 게이트 전압을 생성하여 트랜지스터(140)의 게이트 단자로 출력할 수 있다. 게이트 제어부(130)는 네거티브 피드백 연산 증폭기(negative feedback Operational Amplifier)를 사용하여 게이트 전압을 생성할 수 있다. 예를 들어, 게이트 제어부(130)는 연산 증폭기의 양의 입력단자(+)를 통해 보상전압을 입력받고, 반전 입력단자(-)를 통해 피드백 전압(Vfb)을 입력받아 네거티브 피드백 연산 증폭기를 형성할 수 있고, 보상전압과 피드백 전압(Vfb)을 비교하여 게이트 전압을 생성하고, 생성된 게이트 전압을 트랜지스터(140)의 게이트 단자에 전달할 수 있다. 이때, 연산 증폭기는 피드백 전압(Vfb)이 보상전압과 일치하도록 하는 게이트 전압을 생성하여 출력할 수 있다.
실시 예들에 따라, 게이트 제어부(130)는 보상전압에서 피드백 전압(Vfb)을 차감하여 생성되는 게이트 전압을 출력할 수 있다. 피드백 전압(Vfb)은 트랜지스터(140)의 소스 단자의 전압이다. 소스 단자의 전압은 게이트 전압에 의하여 결정되는 소스 단자에 흐르는 전류량과 이후 설명할 저항(160) 값의 곱으로 결정될 수 있다.
트랜지스터(140)는 게이트 단자가 게이트 제어부(130)의 출력단과 연결되고, 드레인 단자가 DC 링크 커패시터와 연결되고, 소스 단자가 저항(160)을 통해 그라운드와 연결될 수 있다. 즉, 트랜지스터(140)는 게이트 전압을 게이트 단자로 입력받아 게이트 전압의 크기에 비례하는 전류가 소스 단자를 통해 흐르도록 하는 NMOS 트랜지스터일 수 있다.
실시 예들에 따라, 트랜지스터(140)는 게이트 단자를 통해 입력되는 게이트 전압에 비례하여 DC 링크 커패시터의 방전 전류량을 결정할 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터(140)는 게이트 단자로 입력되는 게이트 전압이 상대적으로 큰 경우에는 DC 링크 커패시터의 방전 전류량을 증가시키고, 게이트 전압이 상대적으로 작은 경우에는 DC 링크 커패시터의 방전 전류량을 감소시킬 수 있다.
또한, 실시 예들에 따라, 트랜지스터(140)는 DC 링크 커패시터의 방전 전류량에 의해 결정되는 트랜지스터(140)의 소스 단자의 피드백 전압(Vfb)을 게이트 제어부(130)의 반전 입력단자(-)로 피드백(feedback)할 수 있다. 여기서, 소스 단자의 피드백 전압(Vfb)은 DC 링크 커패시터의 방전 전류량 또는 소스 단자에 흐르는 전류량에 저항(160) 값을 곱한 것일 수 있다.
저항(160)은 주변 온도에 따른 DC 링크 커패시터의 방전 전류량의 최대 값과 최소 값을 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 저항(160)은 고정된 값을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 네거티브 연산 증폭기의 동작에 의하여 피드백 전압(Vfb)은 보상전압을 팔로우(follow)하게 되고, 그에 따라 피드백 전압(Vfb)의 최대 값은 기준전압(Vref)-최소 온도전압(Vtemp)이고, 이에 따라 최대 방전 전류량은 [(기준전압(Vref)-최소 온도전압(Vtemp))/저항(160)]으로 구해질 수 있다. 피드백 전압(Vfb)의 최소 값은 기준전압(Vref)-최대 온도전압(Vtemp)이고, 이에 따라 최소 방전 전류량은 [(기준전압(Vref)-최대 온도전압(Vtemp))/저항(160)]으로 구해질 수 있다.
스위칭 회로부(150)는 피드백 전압(Vfb)을 센싱하여 트랜지스터(140)의 게이트 단자로 게이트 전압이 출력되도록 제어하거나 또는 게이트 단자로의 게이트 전압의 출력이 차단되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 회로부(150)는 트랜지스터(140)의 소스 단자에 형성되는 피드백 전압(Vfb)을 센싱하고, 센싱된 피드백 전압(Vfb)과 미리 설정한 임계 전압을 비교하여 게이트 전압의 출력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 회로부(150)는 피드백 전압(Vfb)이 임계 전압보다 작거나 같으면 게이트 전압이 트랜지스터(140)의 게이트 단자로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
이하에서는, 상술한 제어 장치(100)를 이용하여 주변 온도가 과열되는 것을 방지하면서 DC 링크 커패시터에 충전된 DC 링크 전압을 방전하기 위한 제어 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
참고로, 본 발명의 DC 링크 커패시터의 전압을 방전하기 위한 제어 장치(100)는 본 발명의 DC 링크 커패시터의 전압을 방전하기 위한 제어 방법을 구성하는 각 단계들을 실행하도록 구성될 수 있으며, 예를 들어, 이하의 도 2에 예시적으로 도시되는 바와 같이, DC 링크 커패시터의 전압을 방전하기 위한 제어 방법(S200)의 각 단계들을 실행하도록 구성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제어 장치(100)는 차량용 배터리의 DC 링크에 설치되는 DC 링크 커패시터에 충전된 DC 링크 전압을 방전할 수 있다(S210). DC 링크 전압의 방전에 의해 트랜지스터(140)의 소스 단자에 흐르는 전류량이 증가하면, 트랜지스터(140)의 소스 단자의 전압이 증가하고, 따라서 피드백 전압(Vfb)이 증가한다(S220). 이 경우, 게이트 제어부(130)로부터 출력되는 게이트 전압은 연산 증폭기의 반전 입력단자(-)를 통해 피드백(feedback)되는 피드백 전압(Vfb)의 증가로 인해 감소한다(S230).
이후에, 트랜지스터(140)의 게이트 단자로 입력되는 게이트 전압이 감소됨에 따라, DC 링크 커패시터의 방전 전류량은 감소하고, 나아가 DC 링크 커패시터의 방전 전류량이 감소됨에 따라, 주변 온도는 더 이상 상승하지 않고, 트랜지스터(140)의 소스 단자의 전압인 피드백 전압(Vfb)도 감소하게 된다(S240).
그리고, 게이트 제어부(130)의 반전 입력단자(-)로 입력되는 피드백 전압(Vfb)의 감소에 의해 게이트 제어부(130)에서 출력되는 게이트 전압은 다시 증가하게 된다(S250).
제어 장치(100)는 이러한 과정을 반복하여 수행하되, 스위칭 회로부(150)를 통해 각 동작마다 피드백 전압(Vfb)을 센싱하고, 센싱된 피드백 전압(Vfb)과 미리 설정한 임계 전압(예를 들어, 60V)을 비교할 수 있다(S260).
실시 예에 따르면, 스위칭 회로부(150)는 피드백 전압(Vfb)이 미리 설정한 임계 전압(예를 들어, 60V)보다 작거나 같으면 게이트 전압이 트랜지스터(140)의 게이트 단자로 전달되는 것을 차단하여 DC 링크 커패시터의 방전을 중단하고, 피드백 전압(Vfb)이 미리 설정한 임계 전압을 초과하면 DC 링크 커패시터의 방전을 계속하여 수행하도록 제어할 수 있다.
즉, DC 링크 커패시터의 전압을 방전하기 위한 제어 장치(100)는 DC 링크 커패시터의 방전 전류량을 증가시키거나 또는 감소시키도록 제어함으로써, 고온에서 주변 온도가 더 이상 과열되지 않도록 하면서 제한된 온도 범위 내에서 DC 링크 커패시터의 방전을 계속하여 수행할 수 있다.
도 3 내지 도 6은 주변 온도 및 방열 효과에 따른 DC 링크 커패시터의 방전 전압과 제어 장치 구성요소 각각의 전압과 전류 특성을 나타내는 그래프를 각각 도시한다.
참고로, 도 3은 주변 온도가 영하 40도인 경우에 대해 도시하고, 도 4는 주변 온도가 영상 25도인 경우에 대해 도시하며, 도 5 및 도 6은 주변 온도가 65도인 경우에 대해 도시한다. 특히, 도 6은는 도 5와 비교하여 주변 외부 기기에 의해 방열 효과가 적용되는 경우에 대해 도시한다.
먼저, 도 3을 참조하면, 제어 장치(100)는 DC 링크 커패시터에 충전된 DC 링크 전압(Link_Cap_V)을 905V에서 60V까지 방전시킬 수 있다. DC 링크 전압의 방전에 의하여, 주변 온도는 저온(예: 영하 40도)에서 임계 온도(예: 영상 150도)까지 상승할 수 있다. 제어 장치(100)는 DC 링크 전압(Link_Cap_V)을 60V까지 방전시키는 동안에 주변 온도가 임계 온도를 초과하지 않도록 제어 장치(100)를 구성하는 각각의 구성요소를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어 장치(100)의 온도 센서부(110)는, 도 3에 도시되는 바와 같이, 주변 온도가 임계 온도를 초과하는 경우 주변 온도가 더 이상 과열되지 않도록 미리 설정한 전압 값(예를 들어, 2V)을 갖는 온도전압(Vtemp)을 생성하여 보상 회로부(120)에 전달할 수 있다.
온도전압(Vtemp)과 보상전압이 고정된 값을 갖는 동안에 DC 링크 커패시터의 방전이 수행되면, DC 링크 커패시터의 방전 전류량은 점차 감소하고, DC 링크 커패시터의 방전 전류량에 의해 결정되는 피드백 전압(Vfb)도 감소한다.
즉, 제어 장치(100)는 주변 온도가 더 이상 과열되지 않도록 온도전압(Vtemp)의 전압 값을 제한하여 안전한 온도 영역 내에서 DC 링크 커패시터에 충전된 DC 링크 전압을 보다 신속하게 방전시킬 수 있다. 이 경우, DC 링크 전압을 60V까지 방전하는 데에 1.376s의 시간이 소요될 수 있다.
도 4는 주변 온도가 영상 25도인 경우의 방전 그래프를 나타낸다. 이 경우에도 제어 장치(100)는 상술한 과정을 거쳐 DC 링크 커패시터에 충전된 DC 링크 전압(Link_Cap_V)을 905V에서 60V까지 방전시킬 수 있다. 즉, 제어 장치(100)는 DC 링크 전압(Link_Cap_V)을 60V까지 방전시키는 동안에 주변 온도가 임계 온도(예: 영상 150도)를 초과하지 않도록 제어 장치(100)를 구성하는 각각의 구성요소를 제어할 수 있다. 이 경우, DC 링크 전압을 60V까지 방전하는 데에 1.62s의 시간이 소요될 수 있다.
즉, 도 3에서의 방전 시간과 도 4에서의 방전 시간을 비교해보면, DC 링크 커패시터에 충전된 DC 링크 전압(Link_Cap_V)은 저온 영역에서 제어 장치(100)에 의해 더 빠르게 방전되는 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 5 및 도 6은 모두 주변 온도가 영상 65도인 경우의 방전 그래프를 도시하되, 도 6은 도 5와 비교하여 주변의 외부 기기에 의해 방열 효과가 적용되는 경우의 방전 그래프를 나타낸다.
이 경우에도 제어 장치(100)는 상술한 과정을 거쳐 DC 링크 커패시터에 충전된 DC 링크 전압(Link_Cap_V)을 905V에서 60V까지 방전시킬 수 있다. 즉, 제어 장치(100)는 DC 링크 전압(Link_Cap_V)을 60V까지 방전시키는 동안에 주변 온도가 임계 온도를 초과하지 않도록 제어 장치(100)를 구성하는 각각의 구성요소를 제어할 수 있다. 이 때, 방열 효과가 적용되지 않는 도 5에서는 60V까지 방전하는 데에 1.76s의 시간이 소요되는 반면, 도 6에서는 주변의 외부 기기에서의 방열 효과에 의해 60V까지 방전하는 데에 1.46s의 시간이 소요될 수 있다. 즉, 차량 외부 기기에 의한 방열 효과를 이용하여 제어 장치(100)는 DC 링크 커패시터에 충전된 DC 링크 전압(Link_Cap_V)을 빠른 시간 내에 방전시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 DC 링크 커패시터의 전압을 방전하기 위한 제어 장치 및 방법에 의하면, 주변 온도의 영향으로 인해 DC 링크 커패시터의 전압을 방전하는 데에 시간이 과도하게 소요되는 것을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 안전 온도 영역 내에서 보다 신속하게 DC 링크 커패시터의 전압을 방전시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 제어 장치 110: 온도 센서부
120: 보상 회로부 130: 게이트 제어부
140: 트랜지스터 150: 스위칭 회로부
160: 저항

Claims (9)

  1. 차량용 배터리의 DC 링크에 설치되는 DC 링크 커패시터에 충전된 DC 링크 전압을 저항을 통해 방전하기 위한 제어 장치에 있어서,
    주변 온도에 비례하는 온도전압을 출력하는 온도 센서부;
    기준전압과 상기 온도전압의 차이에 기초하여 생성한 보상전압을 출력하는 보상 회로부;
    상기 보상전압과 피드백 전압을 입력받아 게이트 전압을 출력하는 게이트 제어부; 및
    상기 게이트 제어부와 연결되는 게이트 단자, 상기 DC 링크 커패시터와 연결되는 드레인 단자, 상기 저항과 연결되는 소스 단자를 구비하고, 상기 게이트 단자를 통해 입력되는 상기 게이트 전압에 기초하여 상기 DC 링크 커패시터의 방전 전류량을 결정하는 트랜지스터를 포함하고,
    상기 피드백 전압은 상기 소스 단자의 전압인, 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 전압을 센싱하고, 센싱된 상기 피드백 전압이 미리 결정된 임계 전압보다 작거나 같은 경우 상기 게이트 전압이 상기 게이트 단자에 인가되지 않도록 제어하는 스위칭 회로부를 더 포함하는, 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 온도 센서부는 상기 주변 온도가 임계 온도를 초과하는 경우, 미리 설정한 최대 전압 값으로 상기 온도전압을 생성하여 상기 보상 회로부로 전달하는, 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 제어부는 상기 보상전압과 상기 피드백 전압의 차이에 기초하여 상기 게이트 전압을 생성하는, 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 상기 게이트 단자를 통해 입력되는 상기 게이트 전압에 기초하여 상기 DC 링크 커패시터의 방전 전류량을 증가시키거나 또는 감소시키는, 제어 장치.
  6. 차량용 배터리의 DC 링크에 설치되는 DC 링크 커패시터에 충전된 DC 링크 전압을 방전하기 위한 제어 방법으로서,
    주변 온도에 비례하는 온도전압을 획득하는 동작;
    기준전압과 상기 온도전압 차이에 기초하여 보상전압을 생성하는 동작;
    네거티브 피드백 연산 증폭기(negative feedback Operational Amplifier)를 이용하여 상기 보상전압과 피드백 전압에 기초하여 게이트 전압을 생성하는 동작;
    상기 게이트 전압에 기초하여 상기 DC 링크 커패시터의 방전 전류량을 증가시키거나 또는 감소시키는 동작; 및
    상기 DC 링크 커패시터의 방전 전류량에 기초하여 상기 피드백 전압을 결정하는 동작을 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 피드백 전압을 센싱하고, 센싱된 상기 피드백 전압이 미리 설정된 임계 전압보다 작거나 같은 경우, 상기 게이트 전압이 트랜지스터의 게이트 단자에 인가되지 않도록 제어하는 동작을 더 포함하는, 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 온도전압을 획득하는 동작은,
    상기 주변 온도가 임계 온도를 초과하는 경우, 미리 설정한 최대 전압 값으로 상기 온도전압을 획득하는 동작을 포함하는, 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 게이트 전압을 생성하는 동작은,
    상기 보상전압과 상기 피드백 전압의 차이에 기초하여 상기 게이트 전압을 생성하는 동작을 포함하는, 방법.
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