KR20040000719A - 양방향 ｄｃ/ｄｃ 컨버터 암-쇼트 방지 및 감지방법 - Google Patents

양방향 ｄｃ/ｄｃ 컨버터 암-쇼트 방지 및 감지방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전압원과 저전압원 사이에 전기적으로 연결되어 양자 사이의 에너지 전달을 수행하는 양방향 DC/DC 컨버터의 암-쇼트 방지 및 감지방법에 관한 것으로,
양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류를 모니터링하는 모니터링 단계;
상기 모니터링된 출력전류가 양의 전류인지를 판단하는 제1판단단계;
상기 출력전류가 양의 전류인 것으로 판단되면, 부스트 스위칭 소자에 오프 게이팅 신호를 유지하고 벅 스위칭 소자에 턴-온 게이팅 신호를 인가하는 단계;
양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 양의 방향으로 증가하는지를 판단하는 제2판단단계; 및
상기 양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 양의 방향으로 증가하지 아니하는 것으로 판단되면, 부스트 스위칭 소자 또는 벅 다이오드 중 어느 하나 이상이 단락된 것으로 판정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

양방향 ＤＣ/ＤＣ 컨버터 암-쇼트 방지 및 감지방법{A METHOD FOR PREVENTING AND DIAGNOSING AN ARM-SHORT OF BI-DIRECTIONAL DC/DC CONVERTER}
본 발명은 연료전지 하이브리드 전기자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 하이브리드 전기자동차에 사용되는 이종의 동력원인 연료전지와 배터리 사이에서 전력의 변환 및 전달을 담당하는 양방향 DC/DC 컨버터(converter)에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 연료전지 하이브리드 전기자동차는 저전압원인 연료전지와 고전압원인 배터리를 동시에 사용함으로써 전력 효율의 극대화 및 차량의 가속성능을 위한 안정적인 에너지 공급을 동시에 도모하고 있다.
도1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 연료전지 하이브리드 전기자동차는 보조 동력원인 배터리(10)와 주동력원으로 사용되는 연료전지(20) 사이에 배치되는 양방향 DC/DC 컨버터(30)를 구비한다.
DC/DC 컨버터(30)는 상위 제어부(미도시)에서 인가되는 제어신호에 따라 내부의 스위칭 소자인 트랜지스터 T1과 T2(31a 및 33a)가 스위칭 되어 다이오드 D1과 D2(31b 및 33b)를 통한 전류 패스의 형성으로 고전압원인 배터리(10)에서 저전압원인 연료전지(20)로 동력을 전달하는 기능(Buck Operation)과 저전압원인 연료전지(20)에서 고전압원인 배터리(10)로 동력을 전달하는 기능(Boost Operation )을 수행한다.
이때, 트랜지스터 T1(31a)과 다이오드 D2(33b)는 고전압원인 배터리(10)에서 저전압원인 연료전지(20)로 동력을 전달하는 기능을 수행하고, 트랜지스터 T2(33a)와 다이오드 D1(31b)은 저전압원인 연료전지(20)에서 고전압원인 배터리(10)로 동력을 전달하는 기능을 수행한다.
따라서, 상기 트랜지스터 T1(31a)과 다이오드 D2(33b)를 각각 벅 스위칭 소자(buck switching device)와 벅 다이오드(buck diode)라고도 하며, 상기 트랜지스터 T2(33a)와 상기 다이오드 D1(31b)을 각각 부스트 스위칭 소자(boost switching device)와 부스트 다이오드(boost diode)라고도 한다.
도2 및 도3은 고전압원인 배터리(10)에서 저전압원인 연료전지(20)로 동력을 전달하는 벅 오퍼레이션(Buck Operation)의 동작원리를 도시하고 있다.
도2에 도시된 바와 같이, 상위 제어부의 제어에 의해 트랜지스터 T1(31a)이 온(on)되고 트랜지스터 T2(33a)는 오프(off) 되면 ⓐ와 같이 고전압원인 배터리 (10)에서 저전압원인 연료전지(20)로의 전류 패스가 형성된다.
고전압원인 배터리(10)와 저전압원인 연료전지(20)의 전위차는 인덕터 L(35)에 인가되고, 인덕터(35)를 도통하는 전류가 증가하게 된다. 이때, 인덕터(35)를 도통하는 전류의 증가분은 인덕터 에너지를 증가시키게 된다.
상기와 같이 인덕터 L(35)에 전류증가가 이루어진 상태에서 상위 프로세서의 제어에 의해서 트랜지스터 T1(31a)이 오프(off)되면 도4에 도시된 ⓑ와 같은 전류 패스가 형성된다. 즉, 인덕터 L(35)을 도통하던 전류는 다이오드 D2(33b)를 통하여 환류하게 되고 인덕터(35)에 저장된 에너지는 저전압원인 연료전지(20)로 전달된다.
도4 및 도5는 저전압원인 연료전지(20)에서 고전압원인 배터리(10)로 동력을전달하는 부스트 오퍼레이션(Boost Operation)의 동작원리를 도시하고 있다.
도4에 도시된 바와 같이, 상위 프로세서의 제어에 의해 트랜지스터 T1(31a)이 오프(off)되고 트랜지스터 T2(33a)는 온(on) 되면 ⓒ와 같은 전류 패스가 형성되어 저전압원인 연료전지(20)의 출력 전압이 인덕터 L(35)에 인가되어 인덕터 L(35)의 전류가 증가되며, 인덕터 L(35)의 도통 전류의 증가분은 인덕터 L(35)의 에너지 증가를 발생시키게 된다.
상기와 같이 인덕터 L(35)에 전류 증가가 이루어진 상태에서 상위 프로세서의 제어에 의해 온 상태를 유지하던 트랜지스터 T2(33a)가 오프(off)되면 도 5에 도시된 ⓓ와 같은 전류 패스가 형성된다.
따라서, 인덕터 L(35)을 도통하던 전류는 다이오드 D1(31b)을 통해 환류하게 되며, 이로 인하여 인덕터 L(35)에 저장된 에너지는 고전압원인 배터리(10)측으로 전달된다.
상기와 같이 작용하는 양방향 DC/DC 컨버터의 암-쇼트(arm-short)란 스위칭 소자 또는 다이오드의 오동작에 의한 양방향 DC/DC 컨버터의 레그(leg)에 쇼트(short) 상황이 발생되는 경우를 의미한다.
양방향 DC/DC 컨버터의 암-쇼트가 발생하면, 고전압원인 배터리(10)와 저전압원인 연료전지(20)에 큰 쇼트전류가 도통하여 양방향 DC/DC 컨버터는 물론이고 배터리와 연료전지의 수명에 치명적인 악영향을 주게 된다.
도6 내지 도13을 참고하여 양방향 DC/DC 컨버터의 암-쇼트 발생경로에 대해서 설명하기로 한다.
도6 및 도7은 고전압원인 배터리(10)에서 저전압원인 연료전지(20)로 에너지가 전달되는 기능(Boost Operation)을 수행하는 상태에서 스위칭 소자인 트랜지스터 T1(31a; 벅 스위칭 소자(buck switching device)) 또는 다이오드 D1(31b; 부스트 다이오드(boost diode))이 단락(short)된 경우를 도시하고 있다.
도6은 트랜지스터 T1(31a) 또는 다이오드 D1(31b)이 단락(short)된 상태에서 트랜지스터 T2(33a)가 오프(off) 상태를 유지하고 있는 경우를 도시하고 있다. 이때, 고전압원인 배터리(10)에 저전압원인 연료전지(20) 방향으로 전류패스ⓔ가 형성된다.
이러한 상태에서 트랜지스터 T2(33a)가 온(on) 되면 도7에 도시된 바와 같이 급격한 암-쇼트(arm-short) 전류 ⓖ가 형성된다. 정상적인 동작 상태에서는 고전압원인 배터리(10)에서 저전압원인 연료전지(20)로 도통하는 전류 ⓕ가 감소하여야 하나, 이러한 경우에는 계속 증가하게 된다.
도8 및 도9는 고전압원인 배터리(10)에서 저전압원인 연료전지(20)로 에너지가 전달되는 기능(Buck Operation)을 수행하는 상태에서 스위칭 소자인 트랜지스터 T2(33a) 또는 다이오드 D2(33b)가 단락(short)된 경우를 도시하고 있다.
도8은 트랜지스터 T2(33a) 또는 다이오드 D2(33b)가 단락(short)된 상태에서 트랜지스터 T1(31a)이 오프(off) 상태를 유지하고 있는 경우를 도시하고 있다. 이때, 형성된 전류 ⓗ는 점차 감소하게 된다.
이러한 상태에서 트랜지스터 T1(31a)이 온(on) 되면 도9에 도시된 바와 같이 급격한 암-쇼트(arm-short) 전류 ⓙ가 형성된다. 정상적인 동작 상태에서는 출력전류 ⓘ가 증가하여야 하나, 이러한 경우에는 계속 감소하게 된다.
도10 및 도11은 저전압원 연료전지(20)에서 고전압원인 배터리(10)로 에너지가 전달되는 기능(Boost Operation)을 수행하는 상태에서 트랜지스터 T1(31a) 또는 다이오드 D1(31a)이 단락(short)된 경우를 도시하고 있다.
도10은 트랜지스터 T1(31a) 또는 다이오드 D1(31b)이 단락(short)된 상태에서 트랜지스터 T2(33a)가 오프(off) 상태를 유지하고 있는 경우를 도시하고 있다. 이때, 저전압원인 연료전지(20)에서 고전압원인 배터리(10) 방향으로 전류 ⓚ가 형성되며, 출력전류는 점차 감소하게 된다.
이러한 상태에서 트랜지스터 T2(33a)가 온(on) 되면 도11에 도시된 바와 같이 급격한 암-쇼트(arm-short) 전류 ⓜ이 형성된다. 정상적인 동작 상태에서는 전류 ⓛ이 감소하여야 하나, 이러한 경우에는 계속 증가하게 된다.
도12 및 도13은 저전압원인 연료전지(20)에서 고전압원인 배터리(10)로 에너지가 전달되는 기능(Boost Operation)을 수행하는 상태에서 스위칭 소자인 트랜지스터 T2(33a) 또는 다이오드 D2(33b)가 단락(short)된 경우를 도시하고 있다.
도12는 트랜지스터 T2(33a) 또는 다이오드 D2(33b)가 단락(short)된 상태에서 트랜지스터 T1(31a)이 오프(off) 상태를 유지하고 있는 경우를 도시하고 있다. 이때, 형성된 전류 ⓝ은 점차 감소하게 된다.
이러한 상태에서 트랜지스터 T1(31a)이 온(on) 되면 도13에 도시된 바와 같이 급격한 암-쇼트(arm-short) 전류 ⓟ가 형성된다. 정상적인 동작 상태에서는 출력전류 ⓞ가 감소하여야 하나, 이러한 경우에는 계속 증가하게 된다.
상기한 바와 같은 양방향 DC/DC 컨버터에서 발생하는 암-쇼트 현상을 방지하기 위한 종래의 스위칭 기법에서는 양방향 DC/DC 컨버터의 동작 모드에 관계없이 트랜지스터 T1 및 T2의 온/오프 스위칭을 상호 보완적으로 수행한다.
즉, 트랜지스터 T1이 온(on)되면 T2는 오프(off)되고 트랜지스터 T1이 오프(off) 되면 T2는 온(on) 되도록 하는 게이팅 신호가 인가된다.
그러나, 이와 같은 종래의 암-쇼트 방지를 위한 스위칭 기법에 의하는 경우에는 암-쇼트의 발생을 원천적으로 방지할 수 없을 뿐 아니라, 암-쇼트가 발생한 경우에 이를 감지하여 신속한 대응을 할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 양방향 DC/DC 컨버터의 암-쇼트 발생 방지 및 감지방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도1은 본 발명에 의한 암-쇼트 방지 및 감지방법이 적용되는 양방향 DC/DC 컨버터의 회로도이다.
도2 및 도3은 도1의 양방향 DC/DC 컨버터의 벅-오퍼레이션의 동작원리를 보여주는 도면이다.
도4 및 도5는 도1의 양방향 DC/DC 컨버터의 부스트-오퍼레이션의 동작원리를 보여주는 도면이다.
도6 내지 도9는 양방향 DC/DC 컨버터의 벅-오퍼레이션 상태에서 암-쇼트 발생경로를 보여주는 도면이다.
도10 내지 도13은 양방향 DC/DC 컨버터의 부스트-오퍼레이션 상태에서 암-쇼트 발생경로를 보여주는 도면이다.
도14는 본 발명에 의한 양방향 DC/DC 컨버터의 암-쇼트 방지 및 감지방법이 적용되는 시스템을 보여주는 회로도이다.
도15는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 양방향 DC/DC 컨버터의 암-쇼트 방지 및 감지방법을 보여주는 순서도이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양방향 DC/DC 컨버터 암-쇼트 방지 및 감지방법은,
양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류를 모니터링하는 모니터링 단계;
상기 모니터링된 출력전류가 양의 전류인지를 판단하는 제1판단단계;
상기 출력전류가 양의 전류인 것으로 판단되면, 부스트 스위칭 소자에 오프 게이팅 신호를 유지하고 벅 스위칭 소자에 턴-온 게이팅 신호를 인가하는 단계;
양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 양의 방향으로 증가하는지를 판단하는제2판단단계; 및
상기 양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 양의 방향으로 증가하지 아니하는 것으로 판단되면, 부스트 스위칭 소자 또는 벅 다이오드 중 어느 하나 이상이 단락된 것으로 판정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의한 양방향 DC/DC 컨버터 암-쇼트 방지 및 감지방법은
상기 제2판단단계에서 상기 양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 양의 방향으로 증가하는 것으로 판단되면, 벅 스위칭 소자에 턴-오프 게이팅 신호를 인가하는 단계;
양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 양의 방향으로 감소하는지를 판단하는 제3판단단계; 및
상기 제3판단단계에서 출력전류가 양의 방향으로 감소하지 아니하는 것으로 판단되면, 벅 스위칭 소자 또는 부스트 다이오드 중 어느 하나 이상이 단락된 것으로 판정하는 단계
를 더 포함하는 것이 바람직하다.
나아가, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의한 양방향 DC/DC 컨버터 암-쇼트 방지 및 감지방법은
상기 제1판단단계에서 출력전류가 양이 아닌 것으로 판단되면, 벅 스위칭 소자에 오프 게이팅 신호를 유지하고 부스트 스위칭 소자엔 턴-온 게이팅 신호를 인가하는 단계;
양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 음의 방향으로 감소하는지를 판단하는 제4판단단계; 및
상기 제4판단단계에서 출력전류가 음의 방향으로 감소하지 아니하는 것으로 판단되면, 벅 스위칭 소자 또는 부스트 다이오드 중 어느 하나 이상이 단락된 것으로 판정하는 단계
를 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의한 양방향 DC/DC 컨버터 암-쇼트 방지 및 감지방법은
상기 제4판단단계에서 상기 양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 음의 방향으로 감소하는 것으로 판단되면, 부스트 스위칭 소자에 턴-오프 신호를 인가하는 단계;
양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 음의 방향으로 감소하는지를 판단하는 제5판단단계; 및
상기 제5판단단계에서 상기 양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 음의 방향으로 감소하지 아니하는 것으로 판단되면, 부스트 스위칭 소자 또는 벅 다이오드 중 어느 하나 이상이 단락된 것으로 판정하는 단계
를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양방향 DC/DC 컨버터의 암-쇼트 발생을 방지 및 감지방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도14에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 양방향 DC/DC 컨버터 암-쇼트 방지 및 감지방법이 적용되는 시스템은 고전압원(100), 저전압원(200), 고전압원 (100)과 저전압원(200)에 전기적으로 연결되는 양방향 DC/DC 컨버터(300), 및 양방향 DC/DC 컨버터(300)의 작동을 제어하는 양방향 DC/DC 컨버터 제어유닛(400)을 포함한다.
양방향 DC/DC 컨버터(300)는 스위칭 소자인 트랜지스터 T1 및 T2(301 및 305)와, 트랜지스터 T1 및 T2와 각각 역병렬로 결합되는 다이오드 D1 및 D2(303 및 307)를 포함한다.
이 트랜지스터 T1과 T2는 양방향 DC/DC 컨버터 제어유닛(400)의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호에 의해 온/오프 작동되는 스위치 소자이다.
또한, 양방향 DC/DC 컨버터(300)는 에너지 축적 소자인 인덕터(309)를 포함하는데, 이 인덕터(309)를 지나는 전류를 양방향 DC/DC 컨버터(300)의 출력전류라고 정의하며, 이 출력전류의 방향이 고전압원(100)에서 저전압원(200)으로 향하는 경우에는 양(positive)으로, 저전압원(200)에서 고전압원(100)으로 향하는 경우에 음(negative)이라고 정의한다. 이 출력전류는 일반적인 전류센서에 의해 검출될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기한 양방향 DC/DC 컨버터의 작동을 살펴보면 다음과 같은 사실을 알 수 있다.
고전압원에서 저전압원으로 동력을 전달하는 기능(Buck Operation)이 수행되는 중에는 트랜지스터 T1(301)이 턴온(turn-on)되었을 때 양(positive)의 전류가도통되며, 트랜지스터 T2(305)에는 전류가 도통되지 아니한다. 또한, 트랜지스터 T1(301)이 오프(off) 되었을 경우에 다이오드 D2(307)에 환류 전류가 도통되며, 다이오드 D1(303)에는 전류가 도통되지 아니한다.
이와 같은 이유로, 트랜지스터 T1(301)을 벅 스위칭 소자(buck switching device)라고 하며, 다이오드 D2(307)를 벅 다이오드(buck diode)라고 한다.
이와는 반대로, 저전압원에서 고전압원으로 동력을 전달하는 기능(Boost Operation)이 수행되는 중에는 트랜지스터 T2(305)가 턴온(turn-on) 되었을 때 음(negative)의 전류가 도통되며, 트랜지스터 T1(301)에는 전류가 도통되지 아니한다. 또한, 트랜지스터 T2(305)가 오프(off) 되었을 경우에 다이오드 D1(303)에 환류 전류가 도통되며, 다이오드 D2(307)에는 전류가 도통되지 아니한다.
이와 같은 이유로, 트랜지스터 T2(305)를 부스트 스위칭 소자(boost switching device)라고 하며, 다이오드 D1(303)을 부스트 다이오드(boost diode)라고 한다.
결국, 고전압원에서 저전압원으로 동력을 전달하는 벅 오퍼레이션(Buck Operation)은 스위칭 소자인 트랜지스터 T1(31a)의 온/오프만으로도 전류 제어 가능하며, 저전압원에서 고전압원으로 동력을 전달하는 부스트 오퍼레이션(Boost Operation)은 스위칭 소자인 트랜지스터 T2(33a)의 온/오프만으로도 전류 제어가 가능하다는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 두 가지의 기능 중 어느 하나의 기능을 수행하도록 하기 위하여 해당 스위치 소자에만 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 인가하여도 양방향 DC/DC 컨버터의 출력 전류 제어가 가능하다.
따라서, 종래 스위칭 기법 적용시 발생할 수 있는 암-쇼트(arm-short) 경로중 도8과 도14의 경우는 스위칭 기법에 의하여 발생경로를 원천적으로 차단할 수 있으며, 또한 양방향 DC/DC 컨버터의 정상적인 동작 상태에서의 출력 전류의 증감과 암-쇼트(arm-short)가 발생한 경우의 비정상적인 출력 전류의 증감 현상이 서로 다른 특성을 보이는 점을 이용하여 암-쇼트(arm-short) 발생여부를 신속히 감지할 수 있다.
상기 양방향 DC/DC 컨버터 제어유닛(400)은 양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류를 감지하고, 감지된 출력전류를 기초로 현재 양방향 DC/DC 컨버터의 작동 모드를 판단한다. 그리고, 판단된 작동모드에 따라 양방향 DC/DC 컨버터의 암-쇼트(arm-short)를 방지할 수 있도록 스위칭 소자를 온/오프 제어한다.
이하에서, 도15를 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 양방향 DC/DC 컨버터의 암-쇼트 방지 및 감지방법에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 양방향 DC/DC 컨버터 제어유닛(400)은 양방향 DC/DC 컨버터(300)의 출력전류를 검출하여, 검출된 출력전류가 양의 방향인지를 판단한다(S12).
검출된 출력전류가 양이면, 양방향 DC/DC 컨버터(300)가 고전압원(100)에서 저전압원(200)으로 동력이 전달되도록 하는 벅 오퍼레이션(Buck Operation)을 수행하고 있는 것으로 판단한다(S14).
양방향 DC/DC 컨버터 제어유닛(400)은 트랜지스터 T2(305)에 오프 게이팅 신호를 유지하고, 트랜지스터 T1(301)에 턴온 게이팅 신호를 인가한다(S16 및 S18).
그리고 나서, 상기 양방향 DC/DC 컨버터 제어유닛(400)은 출력전류가 양(positive)의 방향으로 증가되는지를 판단한다(S20).
S20 단계에서, 출력전류가 양의 방향으로 증가하지 아니하는 것으로 판단되면, 상기 양방향 DC/DC 컨버터 제어유닛(400)은 트랜지스터 T2(305) 또는 다이오드 D2(307)가 단락(short)인 것으로 판정한다.
트랜지스터 T2(305)가 오프(off)인 상태에서 트랜지스터 T1(301)이 온(on) 되면, 고전압원(100)에서 저전압원(200)으로 향하는 전류가 형성되어, 출력전류가 양의 방향으로 증가되어야 한다. 그런데, 트랜지스터 T2(305)를 오프(off)로 되게 하는 게이팅 신호가 유지되는 상태에서 트랜지스터 T1(301)을 온(on)하여도 출력전류가 증가되지 아니한다는 것은 트랜지스터 T2(305)가 오프 게이팅 신호에 의해 오프(off)되지 아니하는 단락된 상태이거나, 또는 다이오드 D2(307)가 단락된 상태를 의미한다.
한편, S20 단계에서, 출력전류가 양의 방향으로 증가하고 있는 것으로 판단되면, 트랜지스터 T1(301)에 턴-오프 게이팅 신호를 인가하고(S22), 출력전류가 양의 방향으로 감소하는지를 판단한다(S24).
S24 단계에서 출력전류가 양의 방향으로 감소하면 과정을 종료하고, 출력전류가 양의 방향으로 감소하지 아니하면 트랜지스터 T1(301) 또는 다이오드 D1(303)이 단락인 것으로 판정한다(S28).
트랜지스터 T1(301)은 온(on)이고 트랜지스터 T2(303)는 오프(off)이면 고전압원(100)에서 저전압원(200) 방향으로의 전류가 형성되어 인덕터(309) 에너지를 증가시키게 되고, 이 상태에서 트랜지스터 T1(301)이 오프(off) 되면 인덕터(309)를 도통하던 전류는 다이오드 D2(307)를 통하여 환류하게 되고 인덕터에 저장된 에너지가 저전압원(200)으로 저장되면서 출력전류가 양의 방향으로 감소하게 된다.
따라서, 출력전류가 양의 방향으로 감소되지 아니한다는 것은 트랜지스터 T1(301)을 오프(off)시키기 위한 게이팅 신호에 의해 트랜지스터 T1(301)이 오프(off)되지 아니하였다는 것을 의미한다. 이는 트랜지스터 T1(301)이 단락상태이거나, 또는 다이오드 D1(303)이 단락상태인 것을 의미한다.
한편, S12 단계에서, 양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 양(positive)이 아닌 것을 판단되면, 상기 양방향 DC/DC 컨버터 제어유닛(400)은 양방향 DC/DC 컨버터(300)가 저전압원(200)에서 고전압원(100)으로 동력이 전달되도록 하는 부스트 오퍼레이션(Boost Operation)을 수행하고 있는 것으로 판단한다(S30).
따라서, 양방향 DC/DC 컨버터 제어유닛(400)은 트랜지스터 T1(301)에 오프 게이팅 신호를 유지하고, 트랜지스터 T2(305)에 턴-온 게이팅 신호를 인가한다(S32 및 S34).
그리고 나서, 상기 양방향 DC/DC 컨버터 제어유닛(400)은 출력전류가 음(negative)의 방향으로 감소되는지를 판단한다(S36).
S36 단계에서, 출력전류가 음의 방향으로 감소하지 아니하는 것으로 판단되면, 상기 양방향 DC/DC 컨버터 제어유닛(400)은 트랜지스터 T1(301) 또는 다이오드 D1(303)이 단락(short)인 것으로 판정한다.
트랜지스터 T1(301)이 오프(off)인 상태에서 트랜지스터 T2(305)가 온(on) 되면, 고전압원(100)에서 저전압원(200)으로 향하는 전류가 형성되어, 출력전류가양의 방향으로 증가되어야 한다. 그런데, 트랜지스터 T2(305)를 오프(off)로 되게 하는 게이팅 신호가 유지되는 상태에서 트랜지스터 T1(301)을 온(on)하여도 출력전류가 증가되지 아니한다는 것은 트랜지스터 T2(305)가 오프 게이팅 신호에 의해 오프(off)되지 아니하는 단락된 상태이거나, 또는 다이오드 D2(307)가 단락된 상태를 의미한다.
한편, S20 단계에서, 출력전류가 양의 방향으로 증가하고 있는 것으로 판단되면, 트랜지스터 T1(301)에 턴-오프 게이팅 신호를 인가하고(S22), 출력전류가 양의 방향으로 감소하는지를 판단한다(S24).
S24 단계에서 출력전류가 양의 방향으로 감소하면 과정을 종료하고, 출력전류가 양의 방향으로 감소하지 아니하면 트랜지스터 T1(301) 또는 다이오드 D1(303)이 단락인 것으로 판정한다(S28).
트랜지스터 T1(301)은 온(on)이고 트랜지스터 T2(303)는 오프(off)이면 고전압원(100)에서 저전압원(200) 방향으로의 전류가 형성되어 인덕터(309) 에너지를 증가시키게 되고, 이 상태에서 트랜지스터 T1(301)이 오프(off) 되면 인덕터(309)를 도통하던 전류는 다이오드 D2(307)를 통하여 환류하게 되고 인덕터에 저장된 에너지가 저전압원(200)으로 저장되면서 출력전류가 양의 방향으로 감소하게 된다.
따라서, 출력전류가 양의 방향으로 감소되지 아니한다는 것은 트랜지스터 T1(301)을 오프(off)시키기 위한 게이팅 신호에 의해 트랜지스터 T1(301)이 오프(off)되지 아니하였다는 것을 의미한다. 이는 트랜지스터 T1(301)이 단락상태이거나, 또는 다이오드 D1(303)이 단락상태인 것을 의미한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 양방향 DC/DC 컨버터 암-쇼트 방지 및 감지방법에 의하면 암-쇼트가 방지되도록 스위칭 동작을 수행하며, 또한 양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류에 기하여 암-쇼트 발생여부를 감지할 수 있게 되어, 양방향 DC/DC 컨버터의 암-쇼트 단락으로 인한 문제를 예방할 수 있다.

Claims (4)

  1. 고전압원과 저전압원 사이에 전기적으로 연결되어 양자 사이의 에너지 전달을 수행하는 양방향 DC/DC 컨버터의 암-쇼트 방지 및 감지방법에 있어서,
    양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류를 모니터링하는 모니터링 단계;
    상기 모니터링된 출력전류가 양의 전류인지를 판단하는 제1판단단계;
    상기 출력전류가 양의 전류인 것으로 판단되면, 부스트 스위칭 소자에 오프 게이팅 신호를 유지하고 벅 스위칭 소자에 턴-온 게이팅 신호를 인가하는 단계;
    양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 양의 방향으로 증가하는지를 판단하는 제2판단단계; 및
    상기 양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 양의 방향으로 증가하지 아니하는 것으로 판단되면, 부스트 스위칭 소자 또는 벅 다이오드 중 어느 하나 이상이 단락된 것으로 판정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터의 암-쇼트 방지 및 감지방법.
  2. 제1항에서,
    상기 제2판단단계에서 상기 양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 양의 방향으로 증가하는 것으로 판단되면, 벅 스위칭 소자에 턴-오프 게이팅 신호를 인가하는 단계;
    양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 양의 방향으로 감소하는지를 판단하는 제3판단단계; 및
    상기 제3판단단계에서 출력전류가 양의 방향으로 감소하지 아니하는 것으로 판단되면, 벅 스위칭 소자 또는 부스트 다이오드 중 어느 하나 이상이 단락된 것으로 판정하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터 암-쇼트 방지 및 감지방법.
  3. 제1항에서,
    상기 제1판단단계에서 출력전류가 양이 아닌 것으로 판단되면, 벅 스위칭 소자에 오프 게이팅 신호를 유지하고 부스트 스위칭 소자엔 턴-온 게이팅 신호를 인가하는 단계;
    양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 음의 방향으로 감소하는지를 판단하는 제4판단단계; 및
    상기 제4판단단계에서 출력전류가 음의 방향으로 감소하지 아니하는 것으로 판단되면, 벅 스위칭 소자 또는 부스트 다이오드 중 어느 하나 이상이 단락된 것으로 판정하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터의 암-쇼트 방지 및 감지방법.
  4. 제3항에서,
    상기 제4판단단계에서 상기 양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 음의 방향으로 감소하는 것으로 판단되면, 부스트 스위칭 소자에 턴-오프 신호를 인가하는 단계;
    양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 음의 방향으로 감소하는지를 판단하는 제5판단단계; 및
    상기 제5판단단계에서 상기 양방향 DC/DC 컨버터의 출력전류가 음의 방향으로 감소하지 아니하는 것으로 판단되면, 부스트 스위칭 소자 또는 벅 다이오드 중 어느 하나 이상이 단락된 것으로 판정하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터의 암-쇼트 방지 및 감지방법.
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