KR19990048457A - 직류/직류 컨버터의 폴드백 전류 제한 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PWM(Pulse Width modulation)을 사용하는 전기 자동차의 DC/DC 컨버터에서 출력의 크기에 관계없이 적용가능하도록 출력 전류를 제한하는 폴드백 전류 제한 회로에 관한 것으로서,

입력 전압(Vin)을 받아 그 펄스 폭을 변조시키는 PWM 컨버터 회로(10)와, 상기 PWM 컨버터 회로(10)의 출력단에서 그 출력 전류를 센싱하는 전류 센서(12)와, 상기 PWM 컨버터 회로(10)의 출력 전압을 인가받는 부하(14)와,

상기 PWM 컨버터 회로(10)에 게이트 신호를 출력하며, 출력 전압 제어를 위한 비교기(U1)와, PWM 펄스를 발생시키기 위한 비교기(U2)를 포함하는 PWM 컨트롤부(16)로 구성된 DC/DC 컨버터의 전류 제한 회로에 있어서,

상기 PWM 컨트롤부(16)는 상기 전류 센서(12)를 통한 전류(Is)를 입력받아 기준 전류와 비교하여 폴드백 전류 제한을 시키는 폴드백 전류 제한 회로(20)에 의해서 그 출력 신호인 게이트 시그널이 제어되는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, PWM 컨트롤부의 소신호 레벨에서 PWM 컨버터 회로의 제어가 이루어짐으로써 출력 전류의 대소에 관계없이 적용가능하고, 큰 용량의 트랜지스터가 필요없으며 값싼 OP 앰프만으로 처리되므로 단가와 신뢰성이 증대된다.

Description

직류/직류 컨버터의 폴드백 전류 제한 회로 ( FOLD BACK CURRENT LIMIT CIRCUIT OF DC/DC CONVERTER )

본 발명은 전기 자동차에 사용되는 DC/DC 컨버터의 폴드백 전류 제한 회로에 관한 것이며, 보다 상세히는 PWM(Pulse Width modulation)을 사용하는 전기 자동차의 DC/DC 컨버터에서 출력의 크기에 관계없이 적용가능하도록 출력 전류를 제한하는 폴드백 전류 제한 회로에 관한 것이다.

종래의 경우를 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 종래의 DC/DC 컨버터의 전류 제한 회로는 전압 레귤레이터(5)의 출력단에 직렬로 트랜지스터(Q1)를 접속시켜 전류를 제한하였다. 부하 전류가 크짐에 따라 저항(R1)에 걸리는 전압이 증가하여 트랜지스터(Q1)의 베이스와 이미터간의 전압이 감소하여 트랜지스터(Q1)가 턴오프되어 전류가 제한된다.

그러나, 이러한 트랜지스터 응용 방식은 모든 부하 전류가 항상 트랜지스터를 통하여 흐름으로 인하여 소자에서의 전력 소모가 발생된다. 따라서, 부하 전류가 큰 시스템에는 응용이 불가능하다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 부하의 용량과 무관하게 항상 전류를 효과적으로 제한하고, 전류를 계속 흘리면서 전압을 낮추어 전류를 계속적으로 흘리게하여 전체 시스템이 계속적으로 동작하게 하는 DC/DC 컨버터의 폴드백 전류 제한 회로를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 DC/DC 컨버터의 폴드백 전류 제한 회로의 일예로서,

입력 전압을 받아 그 펄스 폭을 변조시키는 PWM 컨버터 회로와, 상기 PWM 컨버터 회로의 출력단에서 그 출력 전류를 센싱하는 전류 센서와, 상기 PWM 컨버터 회로의 출력 전압을 인가받는 부하와,

상기 PWM 컨버터 회로에 게이트 신호를 출력하며, 출력 전압 제어를 위한 비교기와, PWM 펄스를 발생시키기 위한 비교기를 포함하는 PWM 컨트롤부로 구성된 DC/DC 컨버터의 전류 제한 회로에 있어서,

상기 PWM 컨트롤부는 상기 전류 센서를 통한 전류를 입력받아 기준 전류와 비교하여 폴드백 전류 제한을 시키는 폴드백 전류 제한 회로에 의해서 그 출력 신호인 게이트 시그널이 제어되는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의해, PWM 컨트롤부의 소신호 레벨에서 PWM 컨버터 회로의 제어가 이루어짐으로써 출력 전류의 대소에 관계없이 적용가능하다. 또한, 큰 용량의 트랜지스터가 필요없으며 값싼 OP 앰프만으로 처리되므로 단가와 신뢰성이 증대된다.

도 1은 종래의 DC/DC 컨버터의 전류 제한 회로를 도시한 회로도

도 2는 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 폴드백 전류 제한 회로를 도시한 회로도

도 3은 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 폴드백 전류 제한 회로에 따라 출력 전압에 따른 출력 전류의 제한을 도시한 그래프

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

5 : 전압 레귤레이터 10 : PWM 컨버터 회로

12 : 전류 센서 14 : 부하

16 : PWM 컨트롤부 20 : 폴드백 전류 제한 회로

U : 비교기 Q : 트랜지스터

R : 저항 C : 커패시티

이하, 본 발명의 실시예를 도 2를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

DC/DC 커버터 시스템은 입력 전압(Vin)을 받아 그 펄스 폭을 변조시키는 PWM 컨버터 회로(10)와, 상기 PWM 컨버터 회로(10)의 출력단에서 그 출력 전류를 센싱하는 전류 센서(12)와, 상기 PWM 컨버터 회로(10)의 출력 전압을 인가받는 부하(14)를 포함한다.

상기 PWM 컨버터 회로(10)는 PWM 컨트롤부(16)에 의해서 제어되는데, 출력 전압 제어를 위한 비교기(U1)와, PWM 펄스를 발생시키기 위한 비교기(U2)를 포함한다.

상기 PWM 컨트롤부(16)는 폴드백 전류 제한 회로(20)에 의해서 그 출력 신호인 게이트 시그널이 제어된다.

상기 폴드백 전류 제한 회로(20)는 상기 전류 센서로부터 전류(Is)를 받아 비교기(U3)의 -단자에 입력되고, 상기 비교기(U3)의 + 단자에는 저항(R2)을 통하여 전원(Vcc) 및 저항(R3, R4)를 통한 전원(Vf)을 받아 서로 비교하여, 저항(R5, R6)을 통하여 비교기(U4)의 + 단자로 입력된다. 비교기(U4)의 - 단자는 폴드백 전류 제한 회로(20)의 출력 전압(V1)을 피드백 받는다.

상기 비교기(U4)의 출력은 트랜지스터(Q3)의 베이스로 인가되고, 이 트랜지스터(Q3)의 에미터를 통하여 출력 전압(V1)이 발생되고, 콜렉터는 접지된다.

상기 출력 전압(V1)은 비교기(U1)의 - 단자로 저항(R8), 커패시티(C2)를 통하여 입력되고, + 단자에는 레퍼런스 전압이 걸리게 된다.

상기 비교기(U1)의 출력은 비교기(U2)의 + 단자로 입력되고, 비교기(U2)의 - 단자에는 레퍼런스 펄스가 입력된다.

상기 비교기(U2)의 출력은 트랜지스터(Q1, Q2)를 통하여 게이트 시그널을 발생시켜, PWM 컨버터 회로(10)를 제어하게 된다.

상기와 같은 구성에 의해서 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 폴드백 전류 제한 회로는 다음과 같이 작동한다.

PWM 컨버터 회로(10)의 출력측에 과도한 전류가 요구될 때, PWM 컨트롤부(16)의 출력은 최대의 펄스를 내기 위해 포화되어 있다. 즉, 출력이 Vcc에 가깝게 유지된다. 여기서, 출력 센싱 전류(Is)가 저항(R1)에 흘러 전압(Vi = Is*R1)이 비교기(U3)에서 그 + 단자 전압과 비교된다. 이 때, + 단자 전압은 다음과 같이 주어진다.

Vu3 = R3//R4(R2+R3//R4)*Vcc + R4//R2/(R3+R2//R4)*Vf (여기서 //는 병렬 연결을 뜻함)

그러면, 비교기(U3)의 출력은 다음과 같이 변한다.

Vu3(출력) = 0 : Is*R1 > Vu3

Vcc : Is*R1< Vu3

상기 전압 Vu3(출력)에 따른 회로의 동작은 다음과 같다.

전압(Vu3)이 0이면, 트랜지스터(Q3)가 턴온되어 폴드백 전류 제한 회로(20)의 출력 전압인 V1은 O가 되어 게이트 시그널은 오프가 된다.

전압(Vu3)이 Vcc 전압이 되면, 트랜지스터(Q3)가 턴오프되어 폴드백 전류 제한 회로(20)의 출력 전압인 V1은 Vcc가 되어게 이트 시그널은 온 된다.

이 과정이 시작되어 PWM 컨버터 회로(10)의 출력쪽에서 계속적으로 과도한 전류를 요구하는 상황이 되면, 전압(Vf)의 값 즉 출력 전압이 낮아지게 되므로 비교기(U3)의 출력 전압(Vu3)의 값도 낮아지게 되므로 전류값도 줄어들게 된다.

결국은 출력 전압(V1)이 O이되면 그 때의 비교기(U3)의 출력 전압(Vu3)의 값에 해당하는 출력 전류로 제한되게 한다.

전류가 제한되는 것을 도 3을 통하여 알수 있는데, I limit 1값 이하에서는 출력 전압을 일정하게 유지하게 하고, 이 이상의 전류를 요구하면 앞에서 설명한 과정이 되풀이되면서 전압과 전류는 감소하기 시작한다. 이런 전류 전압 특성을 가지고 제한하는 방식을 폴드백 전류 제어라 한다.

각각의 리미트값 설정은 다음과 같이 할 수 있다.

V limit 1 = R3//R4(R2+R3//R4)*Vcc + R2//R4/(R3+R2//R4)*Vref

V limit 2 = R3//R4(R2+R3//R4)*Vcc

I limit 1 = (V limit 1/R1)*N

I limit 2 = (V limit 2/R1)*N

상술한 바와 같이 종래의 리니어 레귤레이션 방식에서는 트랜지스터를 직렬로 출력에 접속하여 출력 전류를 제한함으로써 대용량의 적용은 불가능하였다. 이에 비하여 제안된 방식은 PWM 컨트롤부의 소신호 레벨에서 PWM 컨버터 회로의 제어가 이루어짐으로써 출력 전류의 대소에 관계없이 적용가능하다. 또한, 큰 용량의 트랜지스터가 필요없으며 값싼 OP 앰프만으로 처리되므로 단가와 신뢰성이 증대된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 폴드백 전류 제한 회로 를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (2)

1. 입력 전압(Vin)을 받아 그 펄스 폭을 변조시키는 PWM 컨버터 회로(10)와, 상기 PWM 컨버터 회로(10)의 출력단에서 그 출력 전류를 센싱하는 전류 센서(12)와, 상기 PWM 컨버터 회로(10)의 출력 전압을 인가받는 부하(14)와,

   상기 PWM 컨버터 회로(10)에 게이트 신호를 출력하며, 출력 전압 제어를 위한 비교기(U1)와, PWM 펄스를 발생시키기 위한 비교기(U2)를 포함하는 PWM 컨트롤부(16)로 구성된 DC/DC 컨버터의 전류 제한 회로에 있어서,

   상기 PWM 컨트롤부(16)는 상기 전류 센서(12)를 통한 전류(Is)를 입력받아 기준 전류와 비교하여 폴드백 전류 제한을 시키는 폴드백 전류 제한 회로(20)에 의해서 그 출력 신호인 게이트 시그널이 제어되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터의 폴드백 전류 제한 회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 폴드백 전류 제한 회로(20)는 상기 전류 센서로부터 전류(Is)를 받아 비교기(U3)의 -단자에 입력되고, 상기 비교기(U3)의 + 단자에는 저항(R2)을 통하여 전원(Vcc) 및 저항(R3, R4)를 통한 전원(Vf)을 받아 서로 비교하여, 저항(R5, R6)을 통하여 비교기(U4)의 + 단자로 입력되고, 비교기(U4)의 - 단자는 폴드백 전류 제한 회로(20)의 출력 전압(V1)을 피드백 받으며,

   상기 비교기(U4)의 출력은 트랜지스터(Q3)의 베이스로 인가되고, 이 트랜지스터(Q3)의 에미터를 통하여 출력 전압(V1)이 발생되고, 콜렉터는 접지되며,

   상기 출력 전압(V1)은 비교기(U1)의 - 단자로 저항(R8), 커패시티(C2)를 통하여 입력되고, + 단자에는 레퍼런스 전압이 걸리게 되는 것을 특징으로 하는 DC/DC 컨버터의 폴드백 전류 제한 회로.