KR20090008754A - Emergency drive method in switch fail for dc/dc converter - Google Patents

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Abstract

An emergency operation method in switch malfunction of a DC/DC converter is provided to perform the emergency operation of a LDC(Low-voltage DC Converter) by using a pair of switches of steady- state among four switches in switch open trouble. A controller delivers signals for switch fault diagnostics to a switch trouble detector in the abnormal operation of a LDC(ST1). According to the signal of the controller, the switch trouble detector authorizes PWM(Pulse Width Modulation) signal for checkup in a switch(ST2). The switch trouble detector makes the diagnosis of malfunction and type of the switch based on the current value detected from a current sensor connected to a switching unit input terminal. When one or two between a pair of switches among four switches operating to a pair are in open trouble and a remaindering pair of switches are steady, the PWM signal for drive is applied at the two steady switches(ST8). The emergency operation of the LDC is performed by on/OFF operation of the two steady switches.

Description

디씨/디씨 컨버터의 스위치 고장시 비상동작 방법{Emergency drive method in switch fail for DC/DC converter}Emergency drive method in switch fail for DC / DC converter}

본 발명은 디씨/디씨 컨버터의 스위치 고장시 비상동작 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량 및 연료전지 차량 등에 장착된 저전압 디씨/디씨 컨버터의 스위치 고장시 비상동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an emergency operation method when the switch failure of the DC / DC converter, and more particularly to an emergency operation method when the switch failure of the low-voltage DC / DC converter mounted on a hybrid vehicle and a fuel cell vehicle.

알려진 자동차의 전기장치로는 엔진전기장치(시동장치, 점화장치, 충전장치)와 등화장치가 일반적이나, 최근에는 차량이 보다 전자제어화됨으로써 샤시전기장치를 포함한 대부분의 시스템들이 전기전자화되고 있는 추세이다. Engine electric devices (starters, ignition devices, charging devices) and lighting devices are generally known as electric vehicles. However, in recent years, as vehicles become more electronically controlled, most systems including chassis electric devices are becoming electronic. to be.

자동차에 설치되는 램프, 오디오, 히터, 에어컨 등의 각종 전장품들은 자동차 정지시에는 배터리로부터 전원을 공급받고, 주행시에는 발전기로부터 전원을 공급받도록 되어 있는데, 이때 통상의 전원 전압으로 14V계 전원 시스템의 발전용량이 사용되고 있다. Various electric appliances such as lamps, audio, heaters, and air conditioners installed in automobiles are supplied with power from the battery when the vehicle is stopped, and from the generator when driving the vehicle. Capacity is being used.

최근 들어 정보기술 산업의 발달과 더불어 자동차의 편의성 증대를 목적으로 하는 다양한 신기술(모터식 파워 스티어링, 인터넷 등)들이 차량에 접목되고 있으며, 앞으로도 현 자동차 시스템을 최대한 이용할 수 있는 신기술의 개발이 계속될 전망이다.Recently, with the development of the information technology industry, a variety of new technologies (motor-powered steering, the Internet, etc.) aimed at increasing the convenience of automobiles have been applied to vehicles, and the development of new technologies that can make the most of the current automobile system will continue. It is a prospect.

알려진 대로 현재의 하이브리드 차량(HEV)이나, 연료전지 차량, 연료전지 하이브리드 차량 등의 전기자동차에는 알터네이터를 대신하여 12V 배터리(보조 배터리)의 충전 및 12V 전장부하에 전력을 공급하는 저전압 디씨/디씨 컨버터(Low Voltage DC/DC Converter,LDC)가 설치되어 있다.As is known, low-voltage DC / DC converters charge 12V batteries (secondary batteries) and power 12V electric loads on behalf of alternators in electric vehicles such as hybrid vehicles (HEV), fuel cell vehicles, and fuel cell hybrid vehicles. (Low Voltage DC / DC Converter, LDC) is installed.

첨부한 도 1은 하이브리드 차량에서 저전압 디씨/디씨 컨버터의 연결상태도로서, 일반 가솔린 차량의 알터네이터 역할을 하는 저전압 디씨/디씨 컨버터(LDC)(3)는 메인 배터리(보통 144V 이상의 고전압 배터리)(2)의 고전압을 다운시켜 전압 12V를 공급하며, 메인 배터리(2) 혹은 구동모터(1)에 의한 회생에너지의 고전압(DC)을 12V(DC)로 변환하여 보조 배터리(12V 배터리)(4)를 충전시키거나 전장부하에 전력을 공급한다.1 is a connection diagram of a low voltage DC / DC converter in a hybrid vehicle, wherein a low voltage DC / DC converter (LDC) 3 serving as an alternator of a general gasoline vehicle is a main battery (usually a high voltage battery of 144 V or more). The high voltage of the battery is lowered to supply a voltage of 12 V. The high voltage (DC) of the regenerative energy of the main battery (2) or the driving motor (1) is converted into 12 V (DC) to charge the auxiliary battery (12 V battery) (4). Or power the electrical load.

첨부한 도 2는 하이브리드 차량용 저전압 디씨/디씨 컨버터(이하, 'LDC'라 칭함)의 전력변환회로와 동작상태를 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a power conversion circuit and an operating state of a low voltage DC / DC converter (hereinafter, referred to as 'LDC') for a hybrid vehicle.

도시된 바와 같이, 하이브리드 차량용 LDC는 전력 변환을 위해 풀브리지(full-bridge) 타입의 전력회로구조를 채택하고 있고, 이러한 전력회로구조에서는 4개의 스위칭 소자(S1~S4)를 사용하고 있다.As shown, the hybrid vehicle LDC employs a full-bridge type power circuit structure for power conversion, and uses four switching elements S1 to S4 in the power circuit structure.

도 2를 참조하면, 입력인턱터(Lin)와 입력커패시터(Cin)를 포함하는 입력필터 부(10), 스위칭 소자(S1~S4)를 포함하는 스위칭부(DC→AC 변환)(20), 트랜스포머(T)를 포함하여 전력 변환(감압)을 수행하는 변환부(변압작용)(30), 다이오드(Do1,Do2)를 포함하는 정류부(정류작용)(40), 출력인덕터(Lo)와 출력커패시터(Co)를 포함하여 출력필터부(평활작용)(50)로 구성된다. 2, an input filter unit 10 including an input inductor L in and an input capacitor C in , and a switching unit (DC-to-AC conversion) 20 including switching elements S1 to S4. , A transformer (transformer) 30 for performing power conversion (decompression), including the transformer T, a rectifier (rectifier) 40 including a diode (D o1 , D o2 ), and an output inductor (L) o ) and an output capacitor (C o ), including an output filter unit (smoothing action) 50.

이 중에서 스위칭부(20)는 스위칭 소자로서 풀브리지 구조의 반도체 스위치(S1~S4) 4개를 포함하여 구성되며, 반도체 스위치로는 MOSFET이 사용되고 있다.Among these, the switching unit 20 includes four full-bridge semiconductor switches S1 to S4 as switching elements, and a MOSFET is used as the semiconductor switch.

상기한 풀브리지 구조에서 스위칭 동작을 위해 각 스위치(S1~S4)는 PWM 발생기(미도시)로부터 인가되는 PWM 신호에 의해 온/오프 동작하며, PWM 발생기는 각 스위치(S1~S4)의 스위칭 동작을 위한 PWM 신호를 발생 및 출력하여 각 스위치에 대해 스위칭 제어를 수행하는 구성부로서, 4개의 스위치(S1~S4)가 일정 주기로 온/오프되도록 하는 4개의 PWM 신호를 발생시키는 PWM IC와, 상기 PWM IC로부터 전달되는 각 PWM 신호를 해당하는 스위치에 인가하는 스위칭 구동회로부를 포함하여 구성된다.In the full bridge structure, the switches S1 to S4 operate on / off by a PWM signal applied from a PWM generator (not shown), and the PWM generator switches the switches S1 to S4. Generating and outputting a PWM signal for each component to perform switching control for each switch, a PWM IC for generating four PWM signals for turning on / off four switches S1 to S4 at regular intervals; It comprises a switching driving circuit unit for applying each PWM signal transmitted from the PWM IC to the corresponding switch.

상기한 구성의 LDC에서는 스위칭 방식으로서 풀브리지 타입의 위상 시프트(phase shift) 제어방식을 적용하여 각 스위치(S1~S4)를 동작시키고 있는데, 정상동작하는 상태에서 위상 시프트 스위칭 방식을 첨부한 도 3a 및 도 3b에 나타내었다.In the LDC having the above-described configuration, each switch S1 to S4 is operated by applying a full bridge type phase shift control method as a switching method, and FIG. 3A is attached to the phase shift switching method in a normal operation state. And in Figure 3b.

도 3a을 참조하면, LDC의 정상동작시 스위치 동작상태를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 스위치 S1 및 S4 그리고 스위치 S2 및 S3가 쌍으로 동작하도록 되 어 있다. Referring to FIG. 3A, the switch operation state is shown in the normal operation of the LDC. As illustrated, the switches S1 and S4 and the switches S2 and S3 operate in pairs.

각 스위치의 동작 및 제어는 PWM 발생기가 발생시켜 각 스위치의 게이트단에 인가하게 되는 PWM 신호에 의한 것으로, 상술한 LDC의 회로구조에서 각 스위치(S1~S4)의 온/오프 제어용 PWM 발생기로부터 인가되는 위상 시프트된 PWM 신호에 의해 각 스위치의 온 및 오프 시점이 제어되도록 되어 있다. The operation and control of each switch is caused by the PWM signal generated by the PWM generator and applied to the gate terminal of each switch, and applied from the PWM generator for on / off control of each switch S1 to S4 in the above-described LDC circuit structure. The on-off timing of each switch is controlled by the phase shifted PWM signal.

도 3b는 LDC의 정상동작상태에서 온/오프 제어를 위해 각 스위치(S1~S4)에 인가되는 위상 시프트된 PWM 신호를 나타낸 것으로, 각 스위치(S1~S4)의 온 및 오프 시점을 제어하기 위해 4개의 위상 시프트된 PWM 신호(S1~S4 PWM)가 인가되어진다.3B illustrates a phase shifted PWM signal applied to each of the switches S1 to S4 for on / off control in the normal operation state of the LDC, and to control on and off timings of the switches S1 to S4. Four phase shifted PWM signals S1 to S4 PWM are applied.

그러나, 전력변환장치인 상기 LDC의 회로구조에서 가장 민감하고 고장이 많이 발생하는 부품이 바로 파워소자, 즉 반도체 스위치(S1~S4)로서, 종래에는 풀브리지 구조의 4개 스위치 중에 한 개의 소자라도 고장이라도 발생한 경우에 LDC를 바로 오프시키므로 차량의 정상 운행이 불가해지는 단점이 있었다.However, in the circuit structure of the LDC, which is a power converter, the most sensitive and failure-prone components are power devices, that is, semiconductor switches S1 to S4. In the past, even one of four switches having a full bridge structure is used. In the event of a failure, the LDC immediately turns off, so that the normal operation of the vehicle is impossible.

즉, 종래의 LDC에서 사용하고 있는 풀브리지 구조는 4개의 반도체 스위치를 사용하고 있으며, 이 중에 한 개의 스위치 고장이라도 발생한다면 차량 운행 자체가 불가하도록 설계되어 있는 바, 이에 스위치 고장시 고장 유형을 판별하여 그 고장 유형에 따라 가능한 경우라면 LDC를 비상동작시키고, 이러한 LDC의 비상동작에 의해 차량 운행이 가능하도록 하는 방안이 필요하게 되었다.In other words, the full bridge structure used in the conventional LDC uses four semiconductor switches, and if any one switch failure occurs, the vehicle is not designed to operate itself. Therefore, if it is possible according to the type of failure, emergency operation of the LDC, it is necessary to have a way to enable the vehicle operation by the emergency operation of such LDC.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 스위치 고장시에 그 고장 유형을 판별하여 고장 유형에 따라 스위치 오픈 고장이면서 쌍으로 동작하는 4개의 스위치 중 어느 한 쌍의 스위치가 정상일 때 그 정상의 스위치들을 이용하여 LDC를 비상동작시키고, LDC의 비상동작에 의해 차량 운행이 가능하도록 하는 LDC의 스위치 고장시 비상동작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been invented to solve the above problems, it is determined that the type of failure at the time of switch failure, switch open failure according to the failure type of any one of the four switches of the switch operating in pairs is normal It is an object of the present invention to provide an emergency operation method in case of a switch failure of an LDC, which makes the LDC emergency by using normal switches and enables vehicle operation by the emergency operation of the LDC.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 하이브리드 차량 및 연료전지 차량에서 메인 배터리의 고전력을 저전력으로 변환하여 보조 배터리 및 전장부하에 제공하는 LDC(저전압 디씨/디씨 컨버터)에서 스위칭부를 구성하고 있는 스위치의 고장시에 LDC를 비상동작시키는 방법으로서,In order to achieve the above object, the present invention, in the hybrid vehicle and fuel cell vehicle, the switching unit is configured in the low voltage DC / DC converter (LDC) for converting the high power of the main battery to low power to provide a secondary battery and electric load As a method of emergency operation of the LDC in the event of a switch failure,

상기 LDC의 정상동작 중 출력상태의 이상으로 경고신호를 발생할 시에 제어기가 스위치고장검출부에 스위치 고장진단을 수행하도록 하는 신호를 전달하는 단계와; 상기 스위치고장검출부가 제어기의 신호를 전달받아 진단용 PWM 신호를 발생시켜 스위치에 인가하는 동시에 상기 스위칭부 입력단에 연결된 전류센서의 검출값을 전달받아 검출된 전류센서의 전류값을 토대로 스위치의 고장 여부 및 유형을 진단하는 고장진단 단계와; 상기 스위칭부를 구성하면서 쌍으로 동작하도록 된 스위 치 S1 및 S4 그리고 S2 및 S3에서 스위치고장검출부의 진단 결과에 따라 어느 한 쌍의 스위치 중 하나 또는 둘 모두가 오픈 고장상태이면서 나머지 한 쌍의 스위치가 모두 정상상태이면, 정상 판별된 두 스위치에 구동용 PWM 신호가 인가되도록 하여 상기 정상의 두 스위치가 온, 오프 동작함에 의해 LDC가 비상동작되도록 하는 비상동작 단계;를 포함하는 디씨/디씨 컨버터의 스위치 고장시 비상동작 방법을 제공한다.Transmitting a signal for causing the controller to perform switch failure diagnosis to a switch failure detection unit when a warning signal is generated due to an abnormal output state during the normal operation of the LDC; The switch failure detection unit receives a signal from the controller, generates a diagnostic PWM signal, applies the switch to the switch, and simultaneously receives a detection value of the current sensor connected to the input of the switching unit, and determines whether the switch has failed. A troubleshooting step of diagnosing the type; The switches S1 and S4 configured to operate in the switching unit and the switch failure detection unit in S2 and S3 are one or both of the pairs of open faults according to the diagnosis result of the switch fault detection unit, and the other pair of switches In a normal state, an emergency operation step of applying a driving PWM signal to two normally determined switches, such that the LDC is emergency operated by turning on and off the two normal switches; Provides emergency operation methods.

여기서, 바람직하게는, 상기 고장진단 단계의 진단 결과에 따라 단락 회로가 발생한 것으로 진단되는 경우에 상기 스위치고장검출부가 제어기로 신호 출력하여 제어기에 의해 LDC가 오프되도록 하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, preferably, when it is diagnosed that a short circuit occurs in accordance with the diagnosis result of the fault diagnosis step, the switch failure detection unit outputs a signal to the controller so that the LDC is turned off by the controller; It is done.

그리고, 상기 고장진단 단계는, (a) 상기 스위치고장검출부가 쌍으로 동작하는 스위치 S1 및 S4에 진단용 PWM 신호를 우선 인가하여 이때 검출된 전류센서의 전류값을 미리 설정된 최대제한값 및 최소제한값과 비교하는 단계와; (b) 여기서 전류센서의 전류값이 최소제한값보다 작으면, 상기 스위치 S1 및 S4 중 하나 또는 둘 모두의 오픈 고장으로 판단하고, 이어 상기 스위치고장검출부가 쌍으로 동작하는 스위치 S2 및 S3에 진단용 PWM 신호를 인가하여 이때 검출된 전류센서의 전류값을 미리 설정된 최대제한값 및 최소제한값과 비교하는 단계와; (c) 여기서 전류센서의 전류값이 최소제한값 이상이면서 최대제한값 이하이면, 상기 스위치 S2 및 S3의 정상상태로 판단하는 것을 특징으로 한다.In the fault diagnosis step, (a) the switch fault detection unit first applies a diagnostic PWM signal to the switches S1 and S4 operating in pairs, and compares the current value of the detected current sensor with a preset maximum limit value and minimum limit value. Making a step; (b) If the current value of the current sensor is less than the minimum limit value, it is determined that one or both of the switches S1 and S4 are open faults, and then the PWM for diagnostics is applied to the switches S2 and S3 in which the switch fault detection unit operates in pairs. Applying a signal and comparing the detected current value of the current sensor with a preset maximum limit value and minimum limit value; (c) Here, if the current value of the current sensor is more than the minimum limit and less than the maximum limit, it is determined that the normal state of the switches S2 and S3.

여기서, 바람직하게는, (d) 상기 (a)단계로부터 전류센서의 전류값이 최대제한값보다 크면, 단락 회로가 발생한 것으로 진단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특 징으로 한다.Here, preferably, (d) if the current value of the current sensor from the step (a) is greater than the maximum limit value, diagnosing that a short circuit has occurred; characterized in that it further comprises a.

또한 (b') 상기 (a)단계로부터 전류센서의 전류값이 최소제한값 이상이면서 최대제한값 이하이면, 상기 스위치 S1 및 S4의 정상상태로 판단하고, 이어 상기 스위치고장검출부가 쌍으로 동작하는 스위치 S2 및 S3에 진단용 PWM 신호를 인가하여 이때 검출된 전류센서의 전류값을 미리 설정된 최대제한값 및 최소제한값과 비교하는 단계와; (c') 여기서 전류센서의 전류값이 최소제한값보다 작으면, 상기 스위치 S2 및 S3 중 하나 또는 둘 모두의 오픈 고장으로 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.(B ') From the step (a), if the current value of the current sensor is greater than or equal to the minimum limit and less than or equal to the maximum limit, it is determined that the switches S1 and S4 are in a normal state, and the switch failure detection unit operates in pairs. And applying a diagnostic PWM signal to S3 and comparing the detected current value of the current sensor with a preset maximum limit value and minimum limit value. (c ') wherein if the current value of the current sensor is smaller than the minimum limit value, determining that one or both of the switches S2 and S3 are open faults.

여기서, 바람직하게는, (d') 상기 (b')단계로부터 전류센서의 전류값이 최대제한값보다 크면, 단락 회로가 발생한 것으로 진단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, preferably, (d ') diagnosing that a short circuit occurs when the current value of the current sensor is greater than the maximum limit value from the step (b').

그리고, 상기 구동용 PWM 신호는, PWM 발생기가 출력하는 위상 시프트된 각 스위치별 PWM 신호를, PWM 비상제어부가 상기 스위치고장검출부로부터 전달된 스위치 고장정보 신호를 토대로 정상 판별된 두 스위치를 일정 주기로 동시 턴온, 턴오프시키도록 변환한 PWM 신호이고; 상기 PWM 비상제어부는 상기 스위치고장검출부의 스위치 고정정보 신호를 토대로 정상 판별된 두 스위치를 선택하여 상기 구동용 PWM 신호를 인가하는 것을 특징으로 한다.The driving PWM signal includes a phase-shifted PWM signal for each switch output by a PWM generator, and simultaneously switches between two switches normally determined based on a switch failure information signal transmitted from the switch failure detection unit by a PWM emergency controller. A PWM signal converted to turn on and off; The PWM emergency control unit may select the two normally determined switches based on the switch fixed information signal of the switch failure detection unit to apply the driving PWM signal.

상기한 특징을 갖는 본 발명의 스위치 고장시 비상동작 방법에 의하면, 스위 치 고장 발생시에 고장 유형을 판별하고, 고장난 스위치의 위치를 파악한 뒤, 스위치 오픈 고장시에 스위치 4개를 이용하는 풀브리지 방식에서 정상상태의 스위치 2개를 이용하는 하프브리지 방식으로 동작되도록 스위치 구동 및 제어용 PWM 신호를 조정하여 컨버터를 비상동작시키고, 결국 이러한 컨버터의 비상동작에 의해 차량 운행이 가능해지는 효과가 있게 된다.According to the emergency operation method of the switch failure of the present invention having the above characteristics, in the full-bridge method using the four switches at the time of switch open failure after determining the type of failure, determine the location of the failed switch when the switch failure occurs The inverter is operated by adjusting the PWM signal for driving and controlling the switch to operate in a half-bridge method using two switches in the steady state, and thus, the vehicle can be operated by the emergency operation of the converter.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 하이브리드 차량 및 연료전지 차량 등에 장착된 저전압 디씨/디씨 컨버터의 스위치 고장시 비상동작 방법에 관한 것으로서, 메인 배터리(고전압 배터리) 및 구동모터에 의한 회생에너지의 고전압(DC)을 저전압(DC)으로 전력 변환하여 보조 배터리(12V 배터리)의 충전 및 전장부하(12V 전장부하)에 제공하는 저전압 디씨/디씨 컨버터(Low Voltage DC/DC Converter,이하 'LDC'라 칭함)의 비상동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an emergency operation method in the case of a switch failure of a low voltage DC / DC converter installed in a hybrid vehicle and a fuel cell vehicle, and includes a high voltage (DC) of regenerative energy by a main battery (high voltage battery) and a driving motor. To emergency operation of low voltage DC / DC converter (hereinafter referred to as 'LDC') that converts power to a secondary battery (12V battery) and provides it to the electric field load (12V electric field load). will be.

특히, 본 발명은 LDC에서 스위칭부를 구성하고 있는 반도체 스위치 4개 중에 1개 혹은 2개의 스위치에 오픈 고장(open circuit)이 발생하는 경우 차량 운행이 가능하도록 LDC를 비상동작시키는 기술에 관한 것이다.In particular, the present invention relates to a technology for emergency operation of the LDC so that the vehicle can be driven when an open circuit occurs in one or two of the four semiconductor switches constituting the switching unit in the LDC.

본 발명에서는 스위치 고장 발생시에 고장 유형(open or short circuit)을 판별하고, 고장난 스위치의 위치를 파악한 뒤, 스위치 오픈 고장시에 스위치 4개를 이용하는 풀브리지(full-bridge) 방식에서 정상상태의 스위치 2개를 이용하는 하프브리지(half-bridge) 방식으로 동작될 수 있도록 스위치 구동 및 제어신호인 PWM 신호를 조정하게 된다. In the present invention, a switch in a normal state in a full-bridge method using four switches in case of a switch open failure is determined after determining a type of failure (open or short circuit) when a switch failure occurs. The PWM signal, which is a switch driving and control signal, is adjusted to operate in a half-bridge manner using two.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 LDC 비상동작을 수행하는 과정에서 스위치 고장을 진단하기 위한 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 LDC 비상동작 과정을 나타낸 순서도이다.4 is a configuration diagram for diagnosing a switch failure in the process of performing the LDC emergency operation according to the present invention, and FIG. 5 is a flowchart illustrating the LDC emergency operation process according to the present invention.

그리고, 첨부한 도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 LDC 비상동작시 스위치 동작상태(정상 판별된 스위치의 동작상태)를 나타낸 상태도로서, 본 발명에서는 스위치 고장 검출시 LDC 비상동작을 위해 수행되는 별도 스위칭 기능(하드(hard) 스위칭 기능)이 추가되며, 도 6a 및 도 6b는 스위치 고장 검출시 비상동작을 위한 상기 별도 스위칭 기능에 의해 정상 판별된 스위치가 턴온된 상태를 나타낸 도면이다. 6A and 6B are state diagrams showing a switch operation state (operation state of a normally determined switch) during an LDC emergency operation according to the present invention. In the present invention, a separate operation performed for the LDC emergency operation upon detecting a switch failure is performed. A switching function (hard switching function) is added, and FIGS. 6A and 6B illustrate a state in which a switch normally determined by the separate switching function for emergency operation is turned on when a switch failure is detected.

도 6a의 예는 LDC의 스위칭부에서 스위치 S2와 S3 중 어느 하나 또는 둘 모두의 고장 검출시에 정상상태로 판별된 스위치 S1 및 S4의 턴온 동작이 이루어진 상태를, 도 6b의 예는 스위치 S1과 S4 중 어느 하나 또는 둘 모두의 고장 검출시에 정상상태로 판별된 스위치 S2 및 S3의 턴온 동작이 이루어진 상태를 각각 나타낸 것이다.The example of FIG. 6A illustrates a state in which the turn-on operation of the switches S1 and S4 determined to be normal when the failure of any one or both of the switches S2 and S3 is detected in the switching unit of the LDC is performed. The state where the turn-on operation of the switches S2 and S3 determined as the normal state at the time of detecting the failure of any one or both of S4 is shown.

그리고, 첨부한 도 7은 본 발명에 따른 LDC 비상동작시 각 스위치 구동 및 제어를 위해 인가되는 PWM 신호(하드 스위치 PWM 신호)를 나타낸 도면으로, 각 PWM 신호는 LDC 비상동작을 위해 PWM 발생기의 출력신호로부터 변환된 PWM 신호(비상동작시 스위칭 제어신호)이며, 도면에서 'S1 PWM' 및 'S4 PWM'은 스위치 S2 및 S3 중 어느 하나 또는 둘 모두의 고장 검출시에 정상 판별된 스위치 S1 및 S4에 인가되는 PWM 신호를, 'S2 PWM' 및 'S3 PWM'는 스위치 S1 및 S4 중 어느 하나 또는 둘 모두의 고장 검출시에 정상 판별된 스위치 S2 및 S3에 인가되는 PWM 신호를 나타낸다.7 is a view showing a PWM signal (hard switch PWM signal) applied for driving and controlling each switch during an LDC emergency operation according to the present invention, wherein each PWM signal is output of a PWM generator for an LDC emergency operation. PWM signal converted from the signal (switching control signal in emergency operation), and in the drawing, 'S1 PWM' and 'S4 PWM' are the switches S1 and S4 normally determined at the time of detecting the failure of one or both of the switches S2 and S3. For the PWM signal applied to, 'S2 PWM' and 'S3 PWM' represent the PWM signal applied to the switches S2 and S3 which are normally determined at the time of detecting the failure of either or both of the switches S1 and S4.

각 스위치에 대한 도 7의 변환된 PWM 신호는 후술하는 PWM 비상제어부가 LDC 비상동작시 PWM 발생기(60)가 출력한 기존 위상 시프트된 PWM 신호를 변환하여 정상상태의 스위치에 인가하게 되는 스위치 구동 및 제어신호이다. The converted PWM signal of FIG. 7 for each switch is a switch driving to which the PWM emergency control unit, which will be described later, converts the existing phase shifted PWM signal output by the PWM generator 60 during the LDC emergency operation to be applied to the switch in the steady state. This is a control signal.

첨부한 도 8은 본 발명에 따른 비상동작 과정을 수행하기 위한 PWM 비상제어부의 구성 예를 나타낸 개략도이고, 도 9는 본 발명에서 스위치 정상상태일 때 각 스위치의 게이트단에 최종 인가되는 위상 시프트된 PWM 신호와, 스위치 고장 판정시에 상기 위상 시프트된 PWM 신호를 인가받아 PWM 비상제어부가 하드 스위칭 방식으로 변환하여 각 스위치의 게이트단으로 최종 인가하는 비상상태에서의 PWM 신호(하드 스위치 PWM 신호)를 함께 나타낸 도면이다. 8 is a schematic view showing an example of a configuration of a PWM emergency control unit for performing an emergency operation process according to the present invention, and FIG. 9 is a phase shifted final applied to a gate end of each switch when the switch is in a normal state. The PWM signal and the phase shifted PWM signal when the switch failure is determined are converted into a hard switching method by the PWM emergency control unit to convert the PWM signal in the emergency state (hard switch PWM signal) which is finally applied to the gate terminal of each switch. It is shown together.

이하, 본 발명에 대해 첨부한 각 도면을 참조하여 좀더 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings for the present invention will be described in more detail.

본 발명에 따른 LDC 비상동작시에는 4개의 스위치(S1~S4)에 도 7의 'S1 PWM', 'S2 PWM', 'S3 PWM', 'S4 PWM' 신호가 동시에 인가되지 않으며, 스위치 고장시에 고장 유형을 판별하여 그 고장 유형에 따라 스위치 오픈 고장이면서 쌍으로 동작하는 4개 스위치 중 어느 한 쌍의 스위치가 정상일 때 그 정상의 스위치들을 이용하여 LDC를 비상동작시키게 된다.In the LDC emergency operation according to the present invention, the signals 'S1 PWM', 'S2 PWM', 'S3 PWM', and 'S4 PWM' of FIG. 7 are not simultaneously applied to the four switches S1 to S4. The failure type is determined and the LDC is emergency operated by using the normal switches when any one of the four switches operating in pairs is normal with the switch open failure according to the failure type.

이를 위해 본 발명에서는 스위치 고장 검출 기능 및 LDC 비상동작을 위한 하 드 스위칭 기능이 추가되며, 도 4 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 스위치 고장 여부 및 유형을 검출하는 스위치고장검출부(80)와, 스위치 고장정보를 나타내는 상기 스위치고장검출부(80)의 출력신호를 바탕으로 PWM 발생기(60)가 출력한 위상 시프트된 각 스위치별 PWM 신호를 비상동작을 위한 스위칭 제어신호, 즉 하드 스위치 PWM 신호로 변환하여 정상 판별된 스위치의 게이트단에 인가하게 되는 PWM 비상제어부(61)가 추가된다.To this end, in the present invention, a switch failure detection function and a hard switching function for the LDC emergency operation are added. As shown in FIGS. 4 and 8, a switch failure detection unit 80 for detecting a switch failure type and a switch, and a switch On the basis of the output signal of the switch fault detection unit 80 indicating fault information, the PWM signal for each phase shifted switch output by the PWM generator 60 is converted into a switching control signal for emergency operation, that is, a hard switch PWM signal. The PWM emergency control unit 61 to be applied to the gate terminal of the normally determined switch is added.

또한 상기 스위치고장검출부(80)의 고장 검출 및 진단 수행을 위해 LDC 스위칭부의 입력단에는 전류센서(70)가 구비되며, 이 전류센서(70)는 그 출력신호, 즉 전류 검출신호가 입력될 수 있도록 스위치고장검출부(80)에 연결된다.In addition, a current sensor 70 is provided at an input terminal of the LDC switching unit for detecting and diagnosing a failure of the switch failure detection unit 80, and the current sensor 70 may input an output signal, that is, a current detection signal. It is connected to the switch failure detection unit (80).

본 발명에서는 스위치고장검출부(80)가 4개의 스위치(S1~S4) 중 고장상태의 스위치를 판별하게 되면, 정상동작하는 스위치 2개만을 이용하는 하프브리지(half-bridge) 방식으로 동작시키기 위하여, PWM 비상제어부(61)가 PWM 발생기(60)로부터 인가된 위상 시프트된 PWM 신호를 도 7 및 도 9와 같은 비상동작을 위한 PWM 신호로 변환하여 정상상태의 스위치 2개에만 인가하게 된다.In the present invention, when the switch failure detection unit 80 determines the switch of the failure state of the four switches (S1 ~ S4), in order to operate in a half-bridge (half-bridge) method using only two normally operating switches, PWM The emergency control unit 61 converts the phase shifted PWM signal applied from the PWM generator 60 into a PWM signal for emergency operation as shown in FIGS. 7 and 9 and applies it to only two switches in the steady state.

여기서, PWM 발생기(60)는 스위치 고장에 의한 비상동작시 경우에도 기존 정상동작시와 동일한 위상 시프트된 4개의 PWM(phase shifted PWM) 신호를 비상동작시에 발생시키고, PWM 발생기(60)가 출력한 PWM 신호가 PWM 비상제어부(61)로 인가되어 도 7 및 도 9와 같은 비상동작시 PWM 신호로 변환되어지는 바, PWM 비상제어부(61)에서는 스위치고장검출부(80)의 출력신호로부터 스위치 고장상태를 판단하여 PWM 발생기(60)의 PWM 신호를 비상동작을 위한 PWM 신호로 변환하고, 또한 스위치 고장검출부(80)의 출력신호로부터 정상상태의 스위치를 선택하여 변환된 PWM 신호를 인가하게 된다.Here, the PWM generator 60 generates four phase shifted PWM (PWD) signals, which are the same as in the conventional normal operation, during the emergency operation, even in an emergency operation due to a switch failure, and the PWM generator 60 outputs the same. A PWM signal is applied to the PWM emergency control unit 61 and converted into a PWM signal during emergency operation as shown in FIGS. 7 and 9. In the PWM emergency control unit 61, a switch failure is detected from an output signal of the switch failure detection unit 80. After determining the state, the PWM signal of the PWM generator 60 is converted into a PWM signal for emergency operation, and the switch of the steady state is selected from the output signal of the switch fault detection unit 80 to apply the converted PWM signal.

LDC에서 풀브리지 구조의 반도체 스위치(S1~S4) 4개를 가지는 스위칭부에서는 스위치 S1 및 S4 그리고 스위치 S2 및 S3가 쌍으로 동작하며, 이러한 동작원리를 이용하여, 스위치고장검출부(80)에 의해 스위치 S1 및 S4 중 어느 하나 또는 둘 모두의 고장을 검출하게 되면, 정상상태의 다른 스위치 쌍, 즉 스위치 S2 및 S3에 도 7 및 도 9의 비상동작을 위한 해당 PWM 신호가 인가되고, 반대로 스위치 S2 및 S3 중 어느 하나 또는 둘 모두의 고장을 검출하게 되면, 스위치 S1 및 S4에 도 7 및 도 9의바상동작을 위한 해당 PWM 신호가 인가된다.In the switching unit having four full-bridge semiconductor switches S1 to S4 in the LDC, the switches S1 and S4 and the switches S2 and S3 operate in pairs, and by using the operation principle, the switch failure detection unit 80 If a failure of either or both of the switches S1 and S4 is detected, the corresponding PWM signal for emergency operation of FIGS. 7 and 9 is applied to another switch pair in the normal state, that is, the switches S2 and S3, and vice versa. And detecting a failure of any one or both of S3 and S3, a corresponding PWM signal for the phase operation of FIGS. 7 and 9 is applied to the switches S1 and S4.

도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 스위치 고장 검출 과정 및 비상동작 과정을 순서대로 설명하면, 우선 LDC가 정상상태로 동작하다가 LDC 출력 파형에 이상이 발생하는 등 이상 현상 발생시에는 종래와 마찬가지로 LDC 전용 제어기(90)가 외부 제어기, 예컨대 HCU 등에 경고(warn)신호를 출력하고(ST1), 이와 동시에 제어기(90)는 고장검출 모드로 전환하여 스위치고장검출부(80)에 각 스위치 고장진단(고장 발생 여부 및 유형, 고장 발생한 스위치 검출) 수행을 위한 신호를 전달한다. Referring to Figure 5, when the switch failure detection process and the emergency operation process according to the present invention will be described in order, first, when the LDC is operating in a normal state, when an abnormal phenomenon occurs, such as abnormality in the LDC output waveform, LDC dedicated The controller 90 outputs a warning signal to an external controller such as an HCU (ST1), and at the same time, the controller 90 switches to the failure detection mode and diagnoses each switch failure in the switch failure detection unit 80 (failure occurs. Status, type, and detection of faulty switch).

하이브리드 차량 및 연료전지 차량에 사용되는 LDC는 자체적으로 출력의 상태를 모니터링하여 이상이 발생한 경우에 전용 제어기(90)가 경고신호를 발생시켜 외부 제어기에 전달하고, 경고신호 발생과 동시에 LDC를 자동 오프시키는 기능을 가지고 있다.The LDC used in the hybrid vehicle and the fuel cell vehicle monitors the state of the output by itself, and when an abnormality occurs, the dedicated controller 90 generates a warning signal and transmits it to an external controller, and automatically turns off the LDC at the same time as the warning signal is generated. It has a function to make it.

본 발명에서는 이러한 기능을 이용하되, 고장 발생시에 LDC의 경고신호에 의해 LDC를 바로 오프시키지 않고 고장검출 모드로 전환한 뒤 스위치고장검출부(80)로 하여금 스위치 고장진단을 수행하도록 하는 것이다.In the present invention, such a function is used, but when a failure occurs, the switch failure detection unit 80 performs the switch failure diagnosis after switching to the failure detection mode without immediately turning off the LDC by the warning signal of the LDC.

스위치 고장 검출을 위한 스위치고장검출부(80)의 진단 로직에 대해 설명하면, 고장검출 모드로 전환된 후 상기 스위치고장검출부(80)는 진단용 PWM 신호를 발생시켜 우선 스위치 S1 및 S4에 각각 인가하며(ST2), 이때 상기 전류센서(70)가 검출하여 출력하는 전류값(I)(또는 이하 전압값)을 미리 설정된 최대제한값(Imax) 및 최소제한값(Imin)과 비교하게 된다(ST3).Referring to the diagnosis logic of the switch failure detection unit 80 for detecting switch failure, after switching to the failure detection mode, the switch failure detection unit 80 first generates a diagnostic PWM signal and applies it to the switches S1 and S4, respectively ( ST2) At this time, the current value I (or lower voltage value) detected and output by the current sensor 70 is compared with a preset maximum limit value Imax and minimum limit value Imin (ST3).

여기서, 검출된 전류값(I)이 최대제한값(Imax)보다 클 경우(Imax<I)에 상기 스위치고장검출부(80)는 단락 회로(short circuit) 발생으로 인식하여, 이때는 LDC 오프 기능을 가지는 제어기(90)에 스위치 S1 및 S4의 PWM 스위칭 제어가 불가한 단락 회로 발생을 알리는 신호를 출력함으로써 상기 제어기(90)에 의해 LDC를 바로 오프시킨다(LDC STOP)(ST11).Here, when the detected current value I is larger than the maximum limit value Imax (Imax <I), the switch fault detection unit 80 recognizes that a short circuit occurs, and in this case, a controller having an LDC off function The controller 90 immediately turns off the LDC by outputting a signal indicating the occurrence of a short circuit in which the PWM switching control of the switches S1 and S4 is impossible (LDC STOP) (ST11).

그리고, 검출된 전류값(I)이 최소제한값(Imin)보다 작을 경우(I<Imin)에는 스위치 오픈 고장(open circuit)으로 인식하여 다음 스위치 부분을 검색하여 사용 가능한 스위치 부분을 찾아서 비상운전 가능 여부를 판단한다.If the detected current value I is smaller than the minimum limit value Imin (I <Imin), it is recognized as a switch open fault and searches for the next switch portion to find an available switch portion to determine whether emergency operation is possible. Judge.

즉, 진단용 PWM 신호를 스위치 S2 및 S3에 각각 인가하며(ST4), 이후 상기 전류센서(70)가 검출하여 출력하는 전류값(I)(또는 이하 전압값)을 미리 설정된 최대제한값(Imax) 및 최소제한값(Imin)과 비교하게 된다(ST5). That is, the diagnostic PWM signal is applied to the switches S2 and S3, respectively (ST4), and then the current value I (or below voltage value) detected and output by the current sensor 70 is set in advance to the maximum limit value Imax and The minimum limit value Imin is compared (ST5).

여기서, 전류센서(70)에 의해 검출된 전류값(I)이 최소제한값(Imin) 이상이 면서 최대제한값(Imax) 이하인 경우(Imin≤I≤Imax)에는 상기 스위치 S2 및 S3는 정상상태이나 상기 스위치 S1 및 S4 중 어느 하나 또는 둘 모두의 고장이 발생한 것으로 판단하여 스위치 고장정보 신호를 발생시키고(ST6), 이러한 스위치 고장정보 신호를 PWM 비상제어부(61)로 출력한다.Here, when the current value I detected by the current sensor 70 is greater than or equal to the minimum limit value Imin and less than or equal to the maximum limit value Imax (Imin ≦ I ≦ Imax), the switches S2 and S3 may be in a normal state. It is determined that a failure of any one or both of the switches S1 and S4 has occurred, and generates a switch failure information signal (ST6), and outputs this switch failure information signal to the PWM emergency control unit 61.

이때, PWM 비상제어부(61)는 스위치고장검출부(80)에서 출력된 스위치 고장정보 신호를 토대로 그 이후 PWM 발생기(60)가 인가하는 위상 시프트된 PWM 신호를 도 7 및 도 9에 나타낸 바와 같은 PWM 신호로 변환하는 동시에(ST7), 정상상태의 스위치를 선택하여 각 변환된 PWM 신호를 선택된 스위치 S2 및 S3로 인가하게 된다(ST8).At this time, the PWM emergency control unit 61 based on the switch failure information signal output from the switch failure detection unit 80, the PWM signal applied by the PWM generator 60 after that phase shifted PWM signal as shown in Figs. At the same time as the signal is converted (ST7), a steady state switch is selected to apply each converted PWM signal to the selected switches S2 and S3 (ST8).

이와 같이 스위치 S2 및 S3에 인가되는 PWM 신호에 의해 스위치 S2 및 S3는 일정 주기로 반복적으로 온, 오프 동작되며, 이때 두 스위치의 동시 턴온, 동시 턴오프가 연속적으로 반복되는 바, 턴온 동작시에 도 6b와 같은 상태가 된다.As described above, the switches S2 and S3 are repeatedly turned on and off at regular intervals by the PWM signals applied to the switches S2 and S3. In this case, the simultaneous turn-on and simultaneous turn-off of the two switches are repeatedly performed. It will be in the same state as 6b.

결국, 스위치 S2 및 S3의 온/오프 동작이 반복되는 스위칭부에서 인가된 AC 전력이 종래와 마찬가지로 변환부를 통해 감압된 후 정류부와 출력필터부를 거치면서 필요한 12V DC 전력으로 최종 변환되어 12V 배터리로 제공되게 된다.As a result, the AC power applied from the switching unit in which the on / off operation of the switches S2 and S3 is repeated is decompressed through the converter as in the prior art, and finally converted into the necessary 12V DC power through the rectifying unit and the output filter unit to be provided as a 12V battery. Will be.

상기와 같이 회로 단락이 발생한 상태에서는 LDC를 오프시키나, 스위치 고장에 의한 회로 오픈이 발생한 상태에서는 LDC를 비상동작시켜 12V 배터리에 정상적인 전력을 공급하고, 이렇게 스위치의 고장시에도 정상 판별된 2개의 스위치만을 이용하는 하프브리지 방식으로 LDC가 비상동작되면서 차량 운행이 가능해지게 한다. As described above, the LDC is turned off when a short circuit occurs, but when the circuit is opened due to a switch failure, the LDC is emergency operated to supply normal power to the 12V battery. The half-bridge method using the bay allows the LDC to operate as an emergency operation.

물론, 진단용 PWM 신호에 의해 스위치 S1 및 S4가 턴온 동작된 상태와, 진단용 PWM 신호에 의해 스위치 S2 및 S3가 턴온 동작된 상태도 도 6a와 도 6b의 상태와 각각 같으며, 이때 회로를 따라 흐르는 전류값을 상기 전류센서(70)가 검출하게 되는 것이다.Of course, the state in which the switches S1 and S4 are turned on by the diagnostic PWM signal, and the state in which the switches S2 and S3 are turned on by the diagnostic PWM signal are the same as those of FIGS. 6A and 6B, respectively. The current sensor 70 will detect the current value.

만약, 상기 ST6에서, 검출된 전류값(I)이 최소제한값(Imin)보다 작거나(I<Imin) 최대제한값(Imax)보다 클 경우(I>Imax), 스위치 S1 및 S4와 마찬가지로, 스위치 S2 및 스위치 S3의 경우에도 둘 중 어느 하나 또는 둘 모두가 고장 발생한 상태이므로, 이때는 스위치고장검출부(80)가 LDC 오프 기능을 가지는 제어기(90)에 스위치의 PWM 스위칭 제어가 불가함을 나타내는 신호를 출력함으로써 LDC를 바로 오프시킨다(LDC STOP)(ST11).If, in ST6, the detected current value I is less than the minimum limit value Imin (I <Imin) or greater than the maximum limit value Imax (I> Imax), like the switches S1 and S4, the switch S2 And in the case of switch S3 either or both of the failure state, at this time, the switch failure detection unit 80 outputs a signal indicating that the PWM switching control of the switch is not possible to the controller 90 having the LDC off function This immediately turns off the LDC (LDC STOP) (ST11).

만약, 상기 ST3에서, 검출된 전류값(I)이 최소제한값(Imin) 이상이면서 최대제한값(Imax) 이하인 경우(Imin≤I≤Imax)에도 역시 진단용 PWM 신호를 발생시켜 스위치 S2 및 S3에 각각 인가하며(ST9), 이후 상기 전류센서(70)에 의해 검출된 전류값(I)을 다시 최대제한값(Imax) 및 최소제한값과 비교하게 된다(ST10). In ST3, when the detected current value I is above the minimum limit value Imin and below the maximum limit value Imax (Imin≤I≤Imax), a diagnostic PWM signal is also generated and applied to the switches S2 and S3, respectively. Next, the current value I detected by the current sensor 70 is then compared with the maximum limit value Imax and the minimum limit value (ST10).

상기 ST10에서 최대제한값(Imax)보다 클 경우(I>Imax)에는 고장검출회로부가 LDC 오프 기능을 가지는 제어기(90)에 스위치 S2 및 S3의 PWM 스위칭 제어가 불가한 단락 회로 발생을 알리는 신호를 출력함으로써 LDC를 바로 오프시킨다(LDC STOP)(ST11). If greater than the maximum limit value Imax in the ST10 (I> Imax), the fault detection circuit unit outputs a signal indicating that a short circuit occurs that PWM switching control of the switches S2 and S3 is impossible to the controller 90 having the LDC off function. This immediately turns off the LDC (LDC STOP) (ST11).

여기서, 전류센서(70)에 의해 검출된 전류값(I)이 최소제한값(Imin)보다 작을 경우(I<Imin)에는 상기 스위치 S1 및 S4는 정상상태이나 상기 스위치 S2 및 S3 중 어느 하나 또는 둘 모두의 고장이 발생한 것으로 판단하여 스위치 고장정보 신호를 발생시키고(ST12), 이러한 스위치 고장정보 신호를 PWM 비상제어부(61)로 출력한다.Here, when the current value I detected by the current sensor 70 is smaller than the minimum limit value Imin (I <Imin), the switches S1 and S4 are in a steady state or any one or two of the switches S2 and S3. It is determined that all of the failures have occurred, generates a switch failure information signal (ST12), and outputs this switch failure information signal to the PWM emergency control unit 61.

이때, PWM 비상제어부(61)는 스위치고장검출부(80)에서 출력된 스위치 고장정보 신호를 토대로 그 이후 PWM 발생기(60)가 인가하는 위상 시프트된 PWM 신호를 도 7 및 도 9에 나타낸 바와 같은 PWM 신호로 변환하는 동시(ST13)에, 정상상태의 스위치를 선택하여 각 변환된 PWM 신호를 선택된 스위치 S1 및 S4로 인가하게 된다(ST14). At this time, the PWM emergency control unit 61 based on the switch failure information signal output from the switch failure detection unit 80, the PWM signal applied by the PWM generator 60 after that phase shifted PWM signal as shown in Figs. At the same time of converting to a signal (ST13), a switch in a steady state is selected and each converted PWM signal is applied to the selected switches S1 and S4 (ST14).

이와 같이 스위치 S1 및 S4에 인가되는 PWM 신호에 의해 스위치 S1 및 S4는 일정 주기로 반복적으로 온, 오프 동작되며, 이때 두 스위치의 동시 턴온, 동시 턴오프가 연속적으로 반복되는 바, 턴온 동작시에 도 6a와 같은 상태가 된다.As described above, the switches S1 and S4 are repeatedly turned on and off at regular intervals by the PWM signals applied to the switches S1 and S4. In this case, the simultaneous turn-on and simultaneous turn-off of the two switches are repeatedly performed. It will be in the same state as 6a.

결국, 스위치 S1 및 S4의 온/오프 동작이 반복되는 스위칭부에서 인가된 AC 전력이 종래와 마찬가지로 변환부를 통해 감압된 후 정류부와 출력필터부를 거치면서 필요한 12V DC 전력으로 최종 변환되어 12V 배터리로 제공되게 된다.As a result, the AC power applied from the switching unit in which the on / off operation of the switches S1 and S4 is repeated is decompressed through the converter as in the prior art, and finally converted into the necessary 12V DC power through the rectifying unit and the output filter unit and provided as a 12V battery. Will be.

상기와 같이 회로 단락이 발생한 상태에서는 LDC를 오프시키나, 스위치 고장에 의한 회로 오픈이 발생한 상태에서는 LDC를 비상동작시켜 12V 배터리에 정상적인 전력을 공급하고, 이렇게 스위치의 고장시에도 정상 판별된 2개의 스위치만을 이용하는 하프브리지 방식으로 LDC가 비상동작되면서 차량 운행이 가능해지게 한다. As described above, the LDC is turned off when a short circuit occurs, but when the circuit is opened due to a switch failure, the LDC is emergency operated to supply normal power to the 12V battery. The half-bridge method using the bay allows the LDC to operate as an emergency operation.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 LDC 비상동작 과정에서는, LDC가 출력하 는 경고신호에 의해 스위치고장검출부(80)가 고장검출 모드로 전환되고 나면, LDC에서 풀브리지 구조의 반도체 스위치 4개가 쌍으로 동작하는 원리를 이용하여, 상기 스위치고장검출부(80)가 진단용 PWM 신호를 스위치 S1 및 S4, 그리고 S2 및 S3로 구분하여 순차적으로 인가한 뒤 전류센서(70)에 의해 검출된 전류값을 설정치와 비교함으로써, 스위치 S1 및 S4 중 어느 하나 또는 둘의 고장상태를 판단하거나, 스위치 S2 및 S3 중 어느 하나 또는 둘의 고장상태를 판단할 수 있게 된다.As described above, in the LDC emergency operation process according to the present invention, after the switch failure detection unit 80 is switched to the failure detection mode by the warning signal output from the LDC, four full-bridge semiconductor switches are paired in the LDC. By using the principle that the switch failure detection unit 80 is divided into the switch S1 and S4, and S2 and S3 by sequentially applying the diagnostic PWM signal to the set value of the current value detected by the current sensor 70 By comparing with, it is possible to determine a failure state of any one or two of the switches S1 and S4, or to determine a failure state of any one or both of the switches S2 and S3.

이와 같이 스위치 고장진단 과정이 완료되면, 도 8에 도시된 PWM 비상제어부(61)의 구성 예에서와 같이, 스위치고장검출부(80)는 PWM 비상제어부(61)에 신호 출력하여 PWM 비상제어부(61)로 하여금 PWM 발생기(60)로부터 인가된 위상 시프트된 정상상태의 PWM 신호를 비상동작을 위한 PWM 신호로 변환하도록 하고, 또한 정상 판별된 스위치를 선택하여 변환된 PWM 신호를 인가하도록 하게 된다.When the switch failure diagnosis process is completed as described above, as in the configuration example of the PWM emergency control unit 61 shown in FIG. 8, the switch failure detection unit 80 outputs a signal to the PWM emergency control unit 61 to output the PWM emergency control unit 61. ) Converts the phase shifted steady state PWM signal applied from the PWM generator 60 into a PWM signal for emergency operation, and selects a normally determined switch to apply the converted PWM signal.

이와 같이 PWM 비상제어부(61)는 스위치고장검출부(80)의 출력신호를 바탕으로 정상상태의 PWM 신호를 비상동작을 위한 PWM 신호를 변환시키는 동시에 정상 판별된 스위치(S1 및 S4 혹은 S2 및 S3가 됨)를 선택하여 변환된 PWM 신호를 해당 스위치에 인가하며, 이렇게 인가된 변환된 PWM 신호에 의해 정상 판별된 스위치가 일정 주기로 온, 오프 동작됨으로써 LDC의 비상동작이 수행되게 된다.As such, the PWM emergency control unit 61 converts the PWM signal in the normal state based on the output signal of the switch failure detection unit 80 to convert the PWM signal for emergency operation, and at the same time, the switches S1 and S4 or S2 and S3 which are normally determined are And the converted PWM signal is applied to the corresponding switch, and the switch normally determined by the applied converted PWM signal is turned on and off at a predetermined period so that emergency operation of the LDC is performed.

도 8의 예는 비상시 PWM 동작회로로서 PWM 비상제어부(61)의 구성을 하나의 예로 든 것이며, PWM 발생기(60)는 종래와 동일하게 각 스위치에 대한 위상 시프트된 PWM 신호를 출력하고, 이러한 위상 시프트된 PWM 신호를 스위치고장검출부(80)의 출력신호를 토대로 상기 PWM 비상제어부(61)가 도 7 및 도 9에 나타낸 바와 같 은 PWM 신호로 변환하는 동시에 정상 판별된 스위치를 선택하여 해당 각 스위치에 변환된 PWM 신호를 인가하는 비상동작을 수행하게 된다.8 shows an example of a configuration of the PWM emergency control unit 61 as an emergency PWM operation circuit, and the PWM generator 60 outputs a phase shifted PWM signal for each switch in the same manner as in the prior art, and this phase The PWM emergency control unit 61 converts the shifted PWM signal into a PWM signal as shown in FIGS. 7 and 9 based on the output signal of the switch failure detection unit 80, and simultaneously selects a switch that is normally determined, and then switches each of the corresponding switches. The emergency operation of applying the converted PWM signal is performed.

상기 PWM 비상제어부(61)는, 도 8의 예에서 복수의 AND게이트가 사용된 구성이 제시되고 있으나, 앞서 설명한 바와 같이 스위치고장검출부(80)의 신호를 토대로 PWM 발생기(60)로부터 출력된 위상 시프트된 PWM 신호를 비상동작을 위한 PWM 신호로 변환한 뒤 정상 판별된 스위치로 선택 인가하는 비상동작 수행 기능을 가지는 회로 또는 로직의 구성이라면 다양하게 변경 실시가 가능하다.The PWM emergency controller 61 has a configuration in which a plurality of AND gates are used in the example of FIG. 8, but the phase output from the PWM generator 60 based on the signal of the switch failure detection unit 80 as described above. Various configurations can be implemented if the circuit or logic is configured to have an emergency operation function of converting the shifted PWM signal into a PWM signal for emergency operation and then selectively applying the switch to a normally determined switch.

도시한 예에서 PWM 비상제어부(61)는, 종래와 동일하게 인가되는 위상 시프트된 PWM 신호를 스위치고장검출부(80)의 스위치 고장정보 신호를 토대로 하드(hard) 스위치 PWM 방식으로 변환시켜 각 스위치별로 도 7 및 도 9에 나타낸 바와 같은 변환된 PWM 신호로 출력하는 PWM 변환 로직부(62)와, 스위치고장검출부(80)의 스위치 고장정보 신호(고장:0, 정상:1)를 토대로 정상 판별된 스위치를 선택하여 해당 스위치에 PWM 변환 로직부(62)의 PWM 신호를 최종 인가하는 스위치 선택 로직부(63)를 포함하여 구성되고 있다.In the illustrated example, the PWM emergency control unit 61 converts a phase shifted PWM signal, which is applied in the same manner as in the prior art, into a hard switch PWM method based on the switch failure information signal of the switch failure detection unit 80 for each switch. Normally determined based on the PWM conversion logic unit 62 outputting the converted PWM signal as shown in FIGS. 7 and 9 and the switch failure information signal (fault: 0, normal: 1) of the switch failure detection unit 80 The switch selection logic unit 63 selects a switch and finally applies a PWM signal of the PWM conversion logic unit 62 to the switch.

도 9에서 상측으로는 정상상태에서 각 스위치에 최종 인가되는 정상상태에서의 위상 시프트된 PWM 신호가 도시되어 있고, 하측으로는 비상상태에서의 하드 스위칭 방식으로 변환된 PWM 신호, 즉 고장 검출시에 LDC 비상동작을 위해 각 스위치에 최종 인가되는 PWM 신호가 도시되어 있다. 9 shows a phase shifted PWM signal in a steady state which is finally applied to each switch in a steady state on the upper side, and a PWM signal converted to a hard switching method in an emergency state, that is, at the time of failure detection, on the lower side. The PWM signal that is last applied to each switch for LDC emergency operation is shown.

상기 스위치고장검출부(80)는 스위치 S2 및 S3 중 어느 하나 또는 둘 모두가 고장상태인 것으로 판단한 경우에 PWM 비상제어부(61)의 스위치 선택 로직부(63)에 서 스위치 S2 및 S3의 게이트단에 연결된 각 AND게이트로 고장상태를 나타내는 로우신호(O)를 인가하는 동시에, 스위치 S1 및 S4의 게이트단에 연결된 각 AND게이트로는 정상상태를 나타내는 하이신호("1")를 인가하여, 결국 스위치 S1 및 S4에만 하이, 로우신호가 주기적으로 반복되는 PWM 신호(비상상태에서의 하드 스위칭 방식으로 변환된 PWM 신호)가 인가되도록 한다. The switch failure detection unit 80 is connected to the gate terminals of the switches S2 and S3 by the switch selection logic unit 63 of the PWM emergency control unit 61 when it is determined that any one or both of the switches S2 and S3 are in a failure state. A low signal (O) indicating a fault condition is applied to each connected AND gate, while a high signal ("1") indicating a steady state is applied to each AND gate connected to the gate terminals of switches S1 and S4. A PWM signal (a PWM signal converted to hard switching in an emergency state) is applied to only S1 and S4 periodically and repeatedly.

또한 상기 스위치고장검출부(80)는 스위치 S1 및 S4 중 어느 하나 또는 둘 모두가 고장상태인 것으로 판단한 경우에 스위치 PWM 비상제어부(61)의 스위치 선택 로직부(63)에서 스위치 S1 및 S4의 게이트단에 연결된 각 AND게이트로 고장상태를 나타내는 로우신호("0")를 인가하는 동시에, 스위치 S2 및 S3의 게이트단에 연결된 각 AN게이트로는 정상상태를 나타내는 하이신호("1")를 인가하여, 결국 스위치 S2 및 S3에만 하이, 로우신호가 주기적으로 반복되는 PWM 신호(비상상태에서의 하드 스위칭 방식으로 변환된 PWM 신호)가 인가되도록 한다. In addition, the switch failure detection unit 80 determines that any one or both of the switches S1 and S4 is in a failure state, and the gate terminals of the switches S1 and S4 in the switch selection logic unit 63 of the switch PWM emergency control unit 61. A low signal ("0") indicating a fault condition is applied to each AND gate connected to the gate, and a high signal "1" indicating a steady state is applied to each AN gate connected to the gate terminals of the switches S2 and S3. In the end, a PWM signal (a PWM signal converted to a hard switching method in an emergency state) is applied to the switches S2 and S3 periodically.

물론, 전술한 바와 같이, 상기 스위치고장검출부(80)에 의해 스위치 S2 또는 S3의 고장이 검출된 상태에서 스위치 S1 또는 S4가 함께 고장나는 경우에는 스위치고장검출부(80)의 신호에 따라 제어기(90)가 LDC를 오프시키게 된다. Of course, as described above, when the switch S1 or S4 fails together in a state where a failure of the switch S2 or S3 is detected by the switch failure detection unit 80, the controller 90 according to the signal of the switch failure detection unit 80. ) Will turn off the LDC.

이와 같이 하여, 본 발명에서는 스위치 고장시에 고장 유형을 판별하여 그 고장 유형에 따라 스위치 오픈 고장이면서 쌍으로 동작하는 4개 스위치 중 어느 한 쌍의 스위치가 정상일 때 그 정상의 스위치들을 이용하여 LDC를 비상동작시키고, LDC의 비상동작에 의해 차량 운행이 가능해지도록 한다.In this way, in the present invention, the failure type is determined at the time of the switch failure, and the LDC is used by using the normal switches when any one of the four switches operating as a pair is normal with the switch open failure according to the failure type. Emergency operation is made, and vehicle operation is enabled by the emergency operation of the LDC.

도 1은 하이브리드 차량에서 저전압 디씨/디씨 컨버터의 연결상태도,1 is a connection diagram of a low voltage DC / DC converter in a hybrid vehicle,

도 2는 하이브리드 차량용 저전압 디씨/디씨 컨버터의 전력변환회로와 동작상태를 나타낸 도면,2 is a view showing a power conversion circuit and an operating state of a low-voltage DC / DC converter for a hybrid vehicle,

도 3a는 하이브리드 차량용 저전압 디씨/디씨 컨버터의 스위치 동작상태도,3A is a diagram illustrating a switch operation state of a low voltage DC / DC converter for a hybrid vehicle;

도 3b는 하이브리드 차량용 저전압 디씨/디씨 컨버터의 각 스위치에 인가되는 위상 시프트된 PWM 신호를 나타낸 도면,3B is a diagram illustrating a phase shifted PWM signal applied to each switch of a low voltage DC / DC converter for a hybrid vehicle;

도 4는 본 발명에 따른 저전압 디씨/디씨 컨버터의 비상동작 과정에서 반도체 스위치 고장을 진단하기 위한 구성도, 4 is a configuration diagram for diagnosing a semiconductor switch failure during an emergency operation of a low voltage DC / DC converter according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 저전압 디씨/디씨 컨버터의 비상동작 과정을 나타낸 순서도,5 is a flow chart showing an emergency operation of the low voltage DC / DC converter according to the present invention,

도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 저전압 디씨/디씨 컨버터의 비상동작시 스위치 동작상태를 나타낸 상태도, 6A and 6B are state diagrams showing a switch operation state during an emergency operation of a low voltage DC / DC converter according to the present invention;

도 7은 본 발명에 따른 비상동작시에 각 스위치에 인가되는 PWM 신호를 나타낸 도면, 7 is a view showing a PWM signal applied to each switch in the emergency operation according to the present invention,

도 8은 본 발명에 따른 비상동작 과정을 수행하기 위한 PWM 비상제어부의 구성 예를 나타낸 개략도, 8 is a schematic diagram showing a configuration example of a PWM emergency control unit for performing an emergency operation process according to the present invention;

도 9는 본 발명에서 스위치 정상상태일 때 각 스위치의 게이트단에 최종 인가되는 위상 시프트된 PWM 신호와, 스위치 고장 판정시 위상 시프트된 PWM 신호를 하드 스위칭 방식으로는 변환한 비상상태에서의 PWM 신호를 나타낸 도면.9 is a phase shifted PWM signal which is finally applied to the gate terminal of each switch when the switch is in a normal state, and a PWM signal in an emergency state in which a phase shifted PWM signal is converted to a hard switching method when determining a switch failure. The figure which shows.

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

10 : 입력필터부 20 : 스위칭부10: input filter unit 20: switching unit

30 : 변환부 40 : 정류부30: converter 40: rectifier

50 : 출력필터부 60 :PWM 발생기50: output filter 60: PWM generator

61 : 비상제어부 62 : PWM 변환 로직부61: emergency control unit 62: PWM conversion logic unit

63 : 스위치 선택 로직부 70 : 전류센서63: switch selection logic section 70: current sensor

80 : 스위치고장검출부 90 : 제어기80: switch failure detection unit 90: controller

S1~S4 : 스위치S1 ~ S4: Switch

Claims (7)

하이브리드 차량 및 연료전지 차량에서 메인 배터리의 고전력을 저전력으로 변환하여 보조 배터리 및 전장부하에 제공하는 LDC(저전압 디씨/디씨 컨버터)에서 스위칭부를 구성하고 있는 스위치의 고장시에 LDC를 비상동작시키는 방법으로서,As a method of emergency operation of the LDC in the event of a switch failure in a low voltage DC / DC converter (LDC) which converts the high power of the main battery into low power in a hybrid vehicle and a fuel cell vehicle and provides the auxiliary battery and the electric load. , 상기 LDC의 정상동작 중 출력상태의 이상으로 경고신호를 발생할 시에 제어기가 스위치고장검출부에 스위치 고장진단을 수행하도록 하는 신호를 전달하는 단계와;Transmitting a signal for causing the controller to perform switch failure diagnosis to a switch failure detection unit when a warning signal is generated due to an abnormal output state during the normal operation of the LDC; 상기 스위치고장검출부가 제어기의 신호를 전달받아 진단용 PWM 신호를 발생시켜 스위치에 인가하는 동시에 상기 스위칭부 입력단에 연결된 전류센서의 검출값을 전달받아 검출된 전류센서의 전류값을 토대로 스위치의 고장 여부 및 유형을 진단하는 고장진단 단계와;The switch failure detection unit receives a signal from the controller, generates a diagnostic PWM signal, applies the switch to the switch, and simultaneously receives a detection value of the current sensor connected to the input of the switching unit, and determines whether the switch has failed. A troubleshooting step of diagnosing the type; 상기 스위칭부를 구성하면서 쌍으로 동작하도록 된 스위치 S1 및 S4 그리고 S2 및 S3에서 스위치고장검출부의 진단 결과에 따라 어느 한 쌍의 스위치 중 하나 또는 둘 모두가 오픈 고장상태이면서 나머지 한 쌍의 스위치가 모두 정상상태이면, 정상 판별된 두 스위치에 구동용 PWM 신호가 인가되도록 하여 상기 정상의 두 스위치가 온, 오프 동작함에 의해 LDC가 비상동작되도록 하는 비상동작 단계;According to the diagnosis result of the switch failure detection unit in the switches S1 and S4 and S2 and S3 configured to operate the switching unit, either or both of the pairs of switches are open and the other pair of switches are normal. A state in which the driving PWM signal is applied to two normally determined switches so that the LDC is emergency operated by turning on and off the two normal switches; 를 포함하는 디씨/디씨 컨버터의 스위치 고장시 비상동작 방법.Emergency operation when the switch failure of the DC / DC converter comprising a. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 고장진단 단계의 진단 결과에 따라 단락 회로가 발생한 것으로 진단되는 경우에는 상기 스위치고장검출부가 상기 제어기로 신호 출력하여 제어기에 의해 LDC가 오프되도록 하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디씨/디씨 컨버터의 스위치 고장시 비상동작 방법.When it is diagnosed that a short circuit occurs according to the diagnosis result of the fault diagnosis step, the switch fault detection unit outputs a signal to the controller to turn off the LDC by the controller; Emergency operation in case of switch failure of the converter. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 고장진단 단계는,The fault diagnosis step, (a) 상기 스위치고장검출부가 쌍으로 동작하는 스위치 S1 및 S4에 진단용 PWM 신호를 우선 인가하여 이때 검출된 전류센서의 전류값을 미리 설정된 최대제한값 및 최소제한값과 비교하는 단계와;(a) first applying a diagnostic PWM signal to the switches S1 and S4 operating as a pair of switch failure detection units, and comparing the current value of the detected current sensor with a preset maximum limit value and minimum limit value; (b) 여기서 전류센서의 전류값이 최소제한값보다 작으면, 상기 스위치 S1 및 S4 중 하나 또는 둘 모두의 오픈 고장으로 판단하고, 이어 상기 스위치고장검출부가 쌍으로 동작하는 스위치 S2 및 S3에 진단용 PWM 신호를 인가하여 이때 검출된 전류센서의 전류값을 미리 설정된 최대제한값 및 최소제한값과 비교하는 단계와;(b) If the current value of the current sensor is less than the minimum limit value, it is determined that one or both of the switches S1 and S4 are open faults, and then the PWM for diagnostics is applied to the switches S2 and S3 in which the switch fault detection unit operates in pairs. Applying a signal and comparing the detected current value of the current sensor with a preset maximum limit value and minimum limit value; (c) 여기서 전류센서의 전류값이 최소제한값 이상이면서 최대제한값 이하이면, 상기 스위치 S2 및 S3의 정상상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 디씨/디씨 컨버터의 스위치 고장시 비상동작 방법.(c) where the current value of the current sensor is greater than or equal to the minimum limit and less than or equal to the maximum limit value, determining that the switches S2 and S3 are in a normal state. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, (d) 상기 (a)단계로부터 전류센서의 전류값이 최대제한값보다 크면, 단락 회로가 발생한 것으로 진단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디씨/디씨 컨버터의 스위치 고장시 비상동작 방법.and (d) diagnosing that a short circuit has occurred if the current value of the current sensor is greater than the maximum limit value from step (a). 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, (b') 상기 (a)단계로부터 전류센서의 전류값이 최소제한값 이상이면서 최대제한값 이하이면, 상기 스위치 S1 및 S4의 정상상태로 판단하고, 이어 상기 스위치고장검출부가 쌍으로 동작하는 스위치 S2 및 S3에 진단용 PWM 신호를 인가하여 이때 검출된 전류센서의 전류값을 미리 설정된 최대제한값 및 최소제한값과 비교하는 단계와;(b ') From the step (a), if the current value of the current sensor is greater than or equal to the minimum limit and less than the maximum limit, it is determined that the switches S1 and S4 are in a normal state, and then the switch S2 and the switch fault detection unit operate in pairs. Applying a diagnostic PWM signal to S3 and comparing the current value of the detected current sensor with a preset maximum limit value and minimum limit value; (c') 여기서 전류센서의 전류값이 최소제한값보다 작으면, 상기 스위치 S2 및 S3 중 하나 또는 둘 모두의 오픈 고장으로 판단하는 단계;(c ') where the current value of the current sensor is less than the minimum limit value, determining that one or both of the switches S2 and S3 are open faults; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디씨/디씨 컨버터의 스위치 고장시 비상동작 방법.Emergency operation method when the switch failure of the DC / DC converter, characterized in that it further comprises. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, (d') 상기 (b')단계로부터 전류센서의 전류값이 최대제한값보다 크면, 단락 회로가 발생한 것으로 진단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디씨/디씨 컨버터의 스위치 고장시 비상동작 방법.and (d ') diagnosing that a short circuit occurs if the current value of the current sensor is greater than the maximum limit value from step (b'). . 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 구동용 PWM 신호는, PWM 발생기가 출력하는 위상 시프트된 각 스위치별 PWM 신호를, PWM 비상제어부가 상기 스위치고장검출부로부터 전달된 스위치 고장정보 신호를 토대로 정상 판별된 두 스위치를 일정 주기로 동시 턴온, 턴오프시키도록 변환한 PWM 신호이고; The driving PWM signal is a phase-shifted PWM signal for each switch output by the PWM generator, and the PWM emergency control unit simultaneously turns on two switches normally determined based on the switch failure information signal transmitted from the switch failure detection unit at regular intervals, A PWM signal converted to turn off; 상기 PWM 비상제어부는 상기 스위치고장검출부의 스위치 고정정보 신호를 토대로 정상 판별된 두 스위치를 선택하여 상기 구동용 PWM 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 디씨/디씨 컨버터의 스위치 고장시 비상동작 방법. And said PWM emergency control unit selects two normally determined switches based on the switch fixed information signal of said switch failure detection unit and applies said driving PWM signal.
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