KR20080034569A - Power supply device for inner circuit in dc-dc converter - Google Patents

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Abstract

A power supply device for an inner circuit in a DC-DC converter is provided to allow a controller to report a trouble state to a superior controller by applying an auxiliary voltage from a battery from an input terminal of a transforming unit generating a controller driving voltage of the DC-DC converter. A power supply device for an inner circuit in a DC-DC converter includes a first conversion unit(10), a second conversion unit(20), and a third conversion unit(30). The first conversion unit includes a step down switching regulator(12). The first conversion unit includes a diode(D1) and a capacitor(C1). The diode is connected to an output terminal of the step down switching regulator from a negative input terminal of a source voltage(Vs). One terminal of the capacitor is connected to the negative input terminal of the source voltage and the other terminal of the capacitor is connected to an output terminal of the step down switching regulator. The second conversion unit boosts the source voltage to an FET(Field Effect Transistor) driving voltage for inverse connection and short protection.

Description

직류 직류 컨버터의 내부회로를 위한 전원공급장치 {Power supply device for inner circuit in DC-DC converter} Power supply device for internal circuit of DC DC converter

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 직류 컨버터의 내부회로를 위한 전원공급장치의 회로구성도.1 is a circuit diagram of a power supply for an internal circuit of a direct current direct current converter according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 요부의 전류 및 전압 파형도.FIG. 2 is a current and voltage waveform diagram of the main part shown in FIG. 1; FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10: 제1 변압부 12: 스텝 다운 스위칭 레귤레이터10: first transformer 12: step down switching regulator

20: 제2 변압부 22: 변압기20: second transformer 22: transformer

30: 제3 변압부 32: 스위칭 레귤레이터 30: third transformer 32: switching regulator

본 발명은 직류 직류 컨버터의 내부회로를 위한 전원공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조비용을 절감할 수 있는 직류 직류 컨버터의 내부회로를 위한 전원공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply for an internal circuit of a direct current direct current converter, and more particularly, to a power supply for an internal circuit of a direct current direct current converter that can reduce manufacturing costs.

일반적으로, 차량용 직류 직류 컨버터(DC-DC converter)는, 직류 형태의 소스 전압(예컨대, 42볼트 정도)을 FET(Field Effect Transistor) 등의 스위칭소자를 펄스폭변조방식으로 제어하여 차량의 각 구성부에 필요한 직류 전압으로 강압하여 출력하는 장치이다.In general, a vehicle DC-DC converter controls each switching element such as a field effect transistor (FET) using a pulse width modulation method to control a DC source voltage (for example, about 42 volts) in a pulse width modulation scheme. It is a device that outputs by stepping down to DC voltage necessary for negative.

기존에는, 직류 직류 컨버터의 입출력 전원단에 역접속 및 단락 보호용으로 휴즈를 사용했었는데, 휴즈는 파단되는 순간까지 상당시간 동안 과전류가 흐를 수 있고 이 과전류에 의해 상기한 FET 등의 스위칭소자가 파손될 우려가 크다. 이에 최근에는, 입출력 전원단에 기존 휴즈를 대신하여 역접속 및 단락 보호용의 FET를 설치하고 있다.In the past, fuses were used for the reverse connection and short-circuit protection at the input / output power terminals of the DC-DC converter. However, fuses may cause overcurrent for a considerable time up to the moment of breakage, which may damage the switching elements such as FETs. Is large. Recently, FETs for reverse connection and short-circuit protection have been installed in the input / output power supply stages instead of the existing fuses.

여기서, 직류 직류 컨버터의 소스전압의 레벨이 대개 42볼트 정도이므로, 역접속 및 단락 보호용의 FET의 소스단 전압이 42볼트가 되기 때문에, 접속 및 단락 보호용의 FET의 게이트 단은 42볼트 보다 높은 전압이 인가되어야만 상기 FET가 동작하게 된다.Since the source voltage level of the direct current DC converter is usually about 42 volts, the source terminal voltage of the FET for reverse connection and short circuit protection is 42 volts, so that the gate terminal of the FET for connection and short circuit protection is higher than 42 volts. It must be applied for the FET to operate.

이에 종래의 직류 직류 컨버터의 내부 회로용 전원공급장치에서는, 상기 역접속 및 단락 보호용의 FET의 게이트 단으로 인가하기 위해 소스 전압보다 12볼트 정도 높은 42볼트 + 12 볼트 = 54 볼트 정도의 전압을 발생하여 출력하는 전압 발생부를 포함하고 있다.In the conventional DC power converter, the internal circuit power supply generates a voltage of about 42 volts + 12 volts = 54 volts, which is about 12 volts higher than the source voltage, to be applied to the gate terminal of the FET for reverse connection and short circuit protection. And a voltage generator for outputting the same.

상기한 역접속 및 단락 보호용의 FET 구동용 전압 발생부로는, 통상 정전압 레귤레이터를 사용되는데, 이러한 정전압 레귤레이터가 비교적 고가의 부품으로써, 직류 직류 컨버터의 제조 비용을 증가시키는 문제점이 있었다.As the above-described FET driving voltage generator for reverse connection and short-circuit protection, a constant voltage regulator is usually used. However, such a constant voltage regulator is a relatively expensive component, which has a problem of increasing the manufacturing cost of the direct current DC converter.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것 으로, 저가의 아날로그 소자로서 역접속 및 단락 보호용의 FET 구동용 전압을 발생하도록 구성되어 제조비용을 절감할 수 있는 직류 직류 컨버터의 내부회로를 위한 전원공급장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems of the prior art, a low-cost analog device is configured to generate a FET driving voltage for reverse connection and short-circuit protection DC DC converter which can reduce the manufacturing cost Its purpose is to provide a power supply for the internal circuit of the circuit.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 직류 컨버터의 내부회로를 위한 전원공급장치는, 소스 전압을 스위칭하여 강압하는 스텝 다운 스위칭 레귤레이터와 이 스위칭 레귤레이터의 출력측에 병렬로 연결된 다이오드와 캐패시터를 포함하는 제1 변압부와, 1차권선이 상기 스위칭 레귤레이터의 출력측에 연결되고 2차권선이 소스전압 입력측에 연결되는 변압기와 이 변압기의 2차권선에 연결된 다이오드와 캐패시터를 포함하는 제2 변압부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, a power supply for an internal circuit of a direct current direct current (DC) converter includes a step-down switching regulator for switching down a source voltage and a diode connected in parallel to an output side of the switching regulator; A first transformer including a capacitor, a transformer having a primary winding connected to an output side of the switching regulator, a secondary winding connected to a source voltage input side, and a second including a diode and a capacitor connected to the secondary winding of the transformer. It characterized in that it comprises a transformer.

또한, 본 발명은, 상기 제1 변압부에서 출력되는 전압과 배터리로부터 입력되는 보조 전압을 각각 입력받아 이를 스위칭하여 강압하는 스위칭 레귤레이터를 포함하고 이 스위칭 레귤레이터에서 강압된 전압을 직류 직류 컨버터의 제어부로 인가하는 제3 변압부를 더 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.In addition, the present invention includes a switching regulator for receiving the voltage output from the first transformer and the auxiliary voltage input from the battery, respectively switching and stepping down the voltage reduced by the switching regulator to the control unit of the direct current DC converter It is another feature that further includes a third transformer for applying.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류 직류 컨버터의 내부회로를 위한 전원공급장치의 회로구성도로서, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명은, 제1 변압부(10)와 제2 변압부(20) 및 제3 변압부(30)를 포함하여 구성된다.1 is a circuit configuration diagram of a power supply device for an internal circuit of a direct current DC converter according to a preferred embodiment of the present invention. As can be seen from the same drawing, the present invention includes a first transformer 10 and a first transformer. It is comprised including the 2 transformer part 20 and the 3rd transformer part 30. As shown in FIG.

상기 제1 변압부(10)는 소스 전압(Vs)(본 발명에서는 42볼트를 예시하기로 한다)을 변압하여 센서 신호 처리용 전압(본 발명에서는 15볼트를 예시하기로 한다)으로 강압하여 출력하는 것으로, 소스전압(Vs)의 정(+) 입력단에 연결된 스텝 다운 스위칭 레귤레이터(Step Down Switcing Regulator)(12)를 포함한다.The first transformer 10 transforms the source voltage Vs (in the present invention, 42 volts) to step down to a sensor signal processing voltage (in the present invention, 15 volts). A step down switching regulator 12 connected to the positive input terminal of the source voltage Vs is included.

또한, 제1 변압부(10)는, 소스전압(Vs)의 부(-) 입력단으로부터 스텝 다운 스위칭 레귤레이터(12)의 출력측으로 순방향 연결된 다이오드(D1)과, 일단이 소스전압(Vs)의 부(-) 입력단에 연결되고 타단이 스텝 다운 스위칭 레귤레이터(12)의 출력측에 캐패시터(C1)을 포함한다.In addition, the first transformer 10 includes a diode D1 connected forward from the negative input terminal of the source voltage Vs to the output side of the step-down switching regulator 12 and one end of the source voltage Vs is negative. It is connected to the negative input terminal and the other end includes a capacitor C1 at the output side of the step-down switching regulator 12.

여기서, 스텝 다운 스위칭 레귤레이터(12)로는 주지된 집적회로칩(예컨대, National Semiconductor사의 LM5007이 사용될 수 있음)이 사용되며, 차량의 이그니션 키 스위치(도시되지 않음)로부터 입력되는 이그니션 신호(IG)에 따라 동작하며, 그 내장된 메인스위치(S1)가 소스전압(Vs)을 스위칭하여 15볼트 전압으로 강압하여 출력한다.Here, as the step-down switching regulator 12, a well-known integrated circuit chip (for example, National Semiconductor's LM5007 may be used) is used, and the ignition signal IG input from an ignition key switch (not shown) of the vehicle is used. It operates in accordance with, the main switch (S1) built-in switches the source voltage (Vs) to step down to 15 volts voltage and outputs.

예컨대, 제1 변압부(10)에서 출력되는 15볼트 전압은, 직류 직류 컨버터의 내부회로에서 센서 신호 처리를 담당하는 연산증폭기(OPerational Amplifier; "OP AMP") 구동용 전원으로 사용될 수 있다.For example, the 15-volt voltage output from the first transformer 10 may be used as a power source for driving an operational amplifier (“OP AMP”) that is responsible for processing sensor signals in the internal circuit of the DC converter.

상기 제2 변압부(20)는 소스 전압(Vs)(본 발명에서는 42볼트를 예시하기로 한다)을 역접속 및 단락 보호용의 FET 구동용 전압(본 발명에서는 42볼트 + 12볼트 전압 즉, 54볼트 전압을 예시하기로 한다)으로 승압하여 출력하는 것으로, 1차권선(22a)이 스위칭 레귤레이터(12)의 출력측에 연결되고 2차권선(22b)이 소스전 압(Vs)의 정(+) 입력단에 연결되는 변압기(22)를 포함한다.The second transformer 20 is the source voltage (Vs) (42 volts in the present invention will be exemplified) for the FET driving voltage for reverse connection and short-circuit protection (42 volts + 12 volts voltage in the present invention, that is 54 The voltage is boosted by the volt voltage), and the primary winding 22a is connected to the output side of the switching regulator 12 and the secondary winding 22b is positive (+) of the source voltage Vs. A transformer 22 is connected to the input terminal.

또한, 제2 변압부(20)는, 변압기(22)의 2차권선(22b)로부터 소스전압(Vs)의 정(+) 입력단에 순방향 연결되는 다이오드(D2)와, 일단이 소스전압(Vs)의 정(+) 입력단에 연결되고 타단이 다이오드(D2)에 연결되는 캐패시터(C2)를 포함한다.In addition, the second transformer 20 includes a diode D2 connected forward from the secondary winding 22b of the transformer 22 to the positive input terminal of the source voltage Vs, and one end of the source voltage Vs. It includes a capacitor (C2) is connected to the positive (+) of the input terminal and the other end is connected to the diode (D2).

상기 제3 변압부(30)는, 제2 변압부(20)로부터 출력되는 15볼트 전압을 직류 직류 컨버터의 내부회로 중 제어기 구동용 전압(본 발명에서는 5볼트 전압을 예시하기로 한다)으로 강압하여 출력하는 것으로, 제2 변압부(20)의 출력측에 연결된 전압 레귤레이터(32)를 포함한다.The third transformer 30 steps down the 15 volt voltage output from the second transformer 20 to a controller driving voltage (in the present invention, 5 volts voltage) of the internal circuit of the DC converter. And a voltage regulator 32 connected to an output side of the second transformer unit 20.

또한, 제3 변압부(30)는, 제2 변압부(20)의 출력측으로부터 전압 레귤레이터(32)의 입력측으로 순방향 연결된 다이오드(D3)와, 일단이 전압 레귤레이터(32)의 입력측에 연결되고 타단이 소스전압(Vs) 부(-) 입력단에 연결된 캐패시터(C3) 및, 일단이 전압 레귤레이터(32)의 출력측에 연결되고 타단이 소스전압(Vs) 부(-) 입력단에 연결된 캐패시터(C4)를 포함한다.In addition, the third transformer unit 30 includes a diode D3 forward connected from the output side of the second transformer unit 20 to the input side of the voltage regulator 32, and one end thereof is connected to the input side of the voltage regulator 32 and the other end thereof. The capacitor C3 connected to the negative input terminal of the source voltage Vs and the capacitor C4 connected to the output side of the voltage regulator 32 and the other end of the capacitor C4 connected to the negative input terminal of the source voltage Vs are connected. Include.

여기서, 전압 레귤레이터(12)로는 주지된 집적회로칩(예컨대, National Semiconductor사의 LM78이 사용될 수 있음)이 사용되고, 입력 전압을 스위칭하여 5볼트 전압으로 강압하여 출력한다.Here, as the voltage regulator 12, a well-known integrated circuit chip (for example, National Semiconductor's LM78 may be used) is used, and the input voltage is switched to step down to a 5 volt voltage and output.

이에 더불어, 제3 변압부(30)는, 차량의 배터리(도시되지 않음)으로부터 보조 전압(본 발명에서는 12볼트를 예시하기로 한다)이 입력되는 12볼트 전압 입력단으로부터 전압 레귤레이터(32)의 입력측으로 순방향 연결된 다이오드(D3)를 더 포함한다.In addition, the third transformer 30 may input the voltage regulator 32 from a 12-volt voltage input terminal to which an auxiliary voltage (12 volts will be illustrated in the present invention) is input from a battery (not shown) of the vehicle. It further comprises a diode (D3) forward connected to the side.

즉, 소스 전압(Vs)의 입력에 이상이 발생하였거나 스텝 다운 스위칭 레귤레이터(12)에 고장이 발생하여 제1 변압부(10)로부터 15볼트 전압이 출력되지 않는 경우에는, 차량 배터리로부터의 보조전압인 12볼트 전압에 의해 전압 레귤레이터(12)가 동작하여 직류 직류 컨버터의 제어기로 동작전원을 계속 인가할 수 있는 것이다.That is, when an abnormality occurs in the input of the source voltage Vs or a failure occurs in the step-down switching regulator 12, and the 15-volt voltage is not output from the first transformer 10, the auxiliary voltage from the vehicle battery. The voltage regulator 12 is operated by the 12 volts voltage to continue to apply the operating power to the controller of the direct current DC converter.

따라서, 상기 제어기는, 소스 전압(Vs)의 입력에 이상이 발생하였거나 스텝 다운 스위칭 레귤레이터(12)에 고장이 발생하여 직류 직류 컨버터의 다른 구성부품들이 동작되지 않는 상태에서도, 구동될 수 있게 되므로, 고장상태를 감지하여 차량 내의 상위 제어기(예컨대, 차량의 메인 콘트롤 유닛 등)로 고장을 보고할 수 있게 된다.Thus, the controller can be driven even when an abnormality occurs in the input of the source voltage Vs or a failure occurs in the step-down switching regulator 12 so that other components of the DC converter are not operated. The failure state can be detected and the failure can be reported to a higher level controller (eg, the vehicle's main control unit, etc.) in the vehicle.

상기 상위 제어기는, 표시부 등을 통해 운전자에게도 고장상태를 보고할 수 있을 것이다.The host controller may report a fault condition to the driver through a display unit or the like.

이제 상기와 같이 구성된 본 발명의 동작에 대해 설명하기로 한다.The operation of the present invention configured as described above will now be described.

차량의 이그니션 키 스위치로부터 이그니션 온(ON) 신호가 제1 변압부(10)의 스텝 다운 스위칭 레귤레이터(12)로 입력되면, 스위칭 레귤레이터(12)의 메인 스위치(S1)가 단속적인 스위칭동작을 수행하여 15볼트 전압으로 강압하여 출력한다.When the ignition ON signal is input from the vehicle's ignition key switch to the step-down switching regulator 12 of the first transformer 10, the main switch S1 of the switching regulator 12 performs an intermittent switching operation. Step down to 15 volts and output.

이와 더불어, 제3 변압부(30)의 전압 레귤레이터(32)가 제1 변압부(10)로부터 출력된 입력 전압을 스위칭하여 5볼트 전압으로 강압하여 출력한다.In addition, the voltage regulator 32 of the third transformer unit 30 switches the input voltage output from the first transformer unit 10 to step down and output the voltage to 5 volts.

또한, 제2 변압부(20)에서는, 변압기(22)의 2차 권선(22b)에 소스전압(42V)보다 높은 전압이 유도된다.In the second transformer 20, a voltage higher than the source voltage 42V is induced in the secondary winding 22b of the transformer 22. As shown in FIG.

여기서, 스텝 다운 스위칭 레귤레이터(12)의 메인 스위치(S1)의 동작 파형과, 변압기(22)의 1차 권선(22a)를 흐르는 전류(IL1)의 파형, 변압기(22)의 2차 권선(22b)를 흐르는 전류(IL2)의 파형, 15볼트 전압의 파형, 42볼트 + 12볼트의 전압 파형은 도 2에 도시한 바와 같다.Here, the operation waveform of the main switch S1 of the step-down switching regulator 12, the waveform of the current I L 1 flowing through the primary winding 22a of the transformer 22, and the secondary winding of the transformer 22. The waveform of the current I L 2 flowing through the 22b, the waveform of the 15 volt voltage, and the voltage waveform of 42 volts + 12 volts are as shown in FIG.

도 2를 참조하면 알 수 있듯이, 스텝 다운 스위칭 레귤레이터(12)의 메인 스위치(S1)가 일정한 듀티를 가지고 ON/OFF 동작을 하면 변압기(22)의 1차 권선(22a)를 흐르는 전류(IL1)의 파형은 도시된 바와 같이 톱니파의 형태를 갖는다. Referring to FIG. 2, when the main switch S1 of the step-down switching regulator 12 performs ON / OFF operation with a constant duty, the current I L flowing through the primary winding 22a of the transformer 22 is performed. The waveform of 1) has the form of a sawtooth wave as shown.

이때, 변압기 코일에 유도되는 전류 파형은 변압기(22)의 2차 권선(22b)를 흐르는 전류(IL2)의 파형이 도 2에 도시한 바와 같은 형태를 나타내는 바, 다이오드(D2)를 통해 42볼트 + 12볼트의 전압이 발생하며 그 파형은 도 2에 도시한 바와 같다.At this time, the current waveform induced in the transformer coil is a waveform of the current I L 2 flowing through the secondary winding 22b of the transformer 22, as shown in FIG. 2, through the diode D2. A voltage of 42 volts + 12 volts is generated and its waveform is as shown in FIG.

상술한 바와 같이 본 발명은, 역접속 및 단락 보호용의 FET 구동용 전압을 발생하는 변압부가 저가의 아날로그 소자인 변압기. 다이오드, 캐패시터로 구성됨으로써, 제조비용을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention is a transformer in which the transformer for generating the FET driving voltage for reverse connection and short-circuit protection is a low-cost analog device. Being composed of a diode and a capacitor, there is an effect that can significantly reduce the manufacturing cost.

또한, 본 발명에 따르면, 직류 직류 컨버터의 제어기 구동용 전압을 발생하는 변압부의 입력측에 배터리로부터의 보조 전압을 인가함으로써, 소스 전압의 입력에 이상이 발생하였거나 전원장치 내부에 고장이 발생하여 직류 직류 컨버터의 다른 구성부품들이 동작되지 않는 상태에서도, 제어기를 구동될 수 있게 함으로써, 제어기가 고장상태를 감지하여 차량 내의 상위 제어기로 고장을 보고할 수 있도록 하는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, by applying an auxiliary voltage from the battery to the input side of the transformer for generating the controller driving voltage of the DC DC converter, an abnormality occurs in the input of the source voltage or a failure occurs in the power supply device, By allowing the controller to be driven even when the other components of the converter are not in operation, there is an effect that the controller can detect the fault condition and report the fault to a higher controller in the vehicle.

Claims (2)

직류 직류 컨버터의 내부회로를 위한 전원공급장치에 있어서,In the power supply for the internal circuit of the direct current DC converter, 소스 전압을 스위칭하여 강압하는 스텝 다운 스위칭 레귤레이터와 이 스위칭 레귤레이터의 출력측에 병렬로 연결된 다이오드와 캐패시터를 포함하는 제1 변압부와,A first transformer section including a step-down switching regulator for switching down the source voltage and a diode and a capacitor connected in parallel to the output side of the switching regulator; 1차권선이 상기 스위칭 레귤레이터의 출력측에 연결되고 2차권선이 소스전압 입력측에 연결되는 변압기와 이 변압기의 2차권선에 연결된 다이오드와 캐패시터를 포함하는 제2 변압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 직류 컨버터의 내부회로를 위한 전원공급장치.DC direct current comprising a transformer having a primary winding connected to the output side of the switching regulator, a secondary winding connected to the source voltage input side, and a second transformer including a diode and a capacitor connected to the secondary winding of the transformer. Power supply for the internal circuit of the converter. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 변압부에서 출력되는 전압과 배터리로부터 입력되는 보조 전압을 각각 입력받아 이를 스위칭하여 강압하는 스위칭 레귤레이터를 포함하고 이 스위칭 레귤레이터에서 강압된 전압을 직류 직류 컨버터의 제어부로 인가하는 제3 변압부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 직류 컨버터의 내부회로를 위한 전원공급장치.The control circuit of claim 1, further comprising a switching regulator configured to receive a voltage output from the first transformer and an auxiliary voltage input from a battery, switch the voltage, and reduce the voltage. The power supply for the internal circuit of the DC converter further comprises a third transformer for applying.
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