KR20100064480A - 차량용 인버터 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 인버터 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 차량용 인버터 장치에 있어서, 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하에 출력전압을 공급하는 인버터부와; 인버터부에 직류전원을 공급하는 전원공급부와; 직류전원의 초기 공급시 인버터부를 제어하는 제어신호의 듀티비를 기본듀티비보다 낮은 초기듀티비로 시작하여 제어신호의 듀티비가 기준 범위에 도달할 때까지 단계적으로 상승시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 인버터 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

차량용 인버터 장치 및 그 제어방법{INVERTER DEVICE FOR VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 차량용 인버터 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 인버터의 초기 동작 및 부하가 연결됐을 시 발생하는 돌입전류에 대한 충격을 최소화 할 수 있는 차량용 인버터 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

종래의 차량용 인버터에서는 초기 동작할 때나 재동작시 부하가 연결과 관계없이 일정한 출력전압을 얻기 위한 듀티비로 출력을 시킨다. 이때, 부하연결로 인하여 돌입전류가 발생한다. 과도한 돌입전류가 흐를 경우를 대비하여 과전류 검출 회로나, 바리스타를 사용함으로써 인버터를 보호하기도 한다. 그러나 부하가 사용유무와 상관없이 인버터의 초기 동작, 재동작시마다 순간적인 전류가 흐른다. 따라서 사용 횟수가 늘어나고, 시간이 장기화됨에 따라 인버터 장치의 내구성은 조금씩 떨어질 수 있다.

예컨대, 차량용 필라멘트 전구 등은 소등이 되어 온도가 내려가면 필라멘트 코일의 저항값도 함께 낮아지기 때문에, 점등 시에는 순간적으로 매우 큰 돌입전류 가 흐르게 되고, 소등 시에는 필라멘트 코일의 온도가 갑자기 내려가게 되므로 필라멘트 코일의 정격특성이 변환되게 된다. 이로 인해 자동차용 전구의 수명이 짧아지게 되는 문제점이 있다. 또한 전원을 공급하는 인버터의 내구성도 떨어지게 되는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 차량용 인버터가 초기 동작 및 부하가 연결 됐을 시에 발생하는 돌입전류를 감소시킴으로써 과전류 및 돌입전류에 대한 스트레스를 줄이고, 그에 따라 인버터 장치의 내구성을 향상 시키는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 차량용 인버터 장치에 있어서, 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하에 출력전압을 공급하는 인버터부와; 인버터부에 직류전원을 공급하는 전원공급부와; 직류전원의 초기 공급시 인버터부를 제어하는 제어신호의 듀티비를 기본듀티비보다 낮은 초기듀티비로 시작하여 제어신호의 듀티비가 기준 범위에 도달할 때까지 단계적으로 상승시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

차량용 인버터 장치는 출력전압 검출부를 더 포함하고, 제어부는 출력전압이 기준전압 이하인 경우, 직류전원의 초기 공급 상태로 판단할 수 있다.

또한 제어부는 출력전압이 기준전압 이상이고 제어신호의 듀티비가 기준범위 에 도달한 경우, 출력전압이 일정하게 유지되도록 제어신호의 듀티비를 조절할 수 있다.

기준전압은 0.5V이고, 초기듀티비는 5%이고, 상기 기준범위는 25%~45%이면 바람직하다.

전원공급부는 직류전원을 일정하게 공급하는 SMPS부 및 SMPS부를 제어하는 SMPS제어부를 포함한다.

한편, 본 발명은, 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하에 출력전압을 공급하는 인버터부를 포함하는 차량용 인버터 장치의 제어방법에 있어서, 직류전원의 초기 공급 여부를 판단하는 단계와; 직류전원의 초기 공급시 인버터부를 제어하는 제어신호의 듀티비를 기본듀티비보다 낮은 초기듀티비로 시작하여 제어신호의 듀티비가 기준범위에 도달할 때까지 단계적으로 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 인버터 장치의 제어방법에 의해서도 상기 목적을 달성할 수 있다.

판단하는 단계는, 출력전압이 기준전압 이하인 경우, 직류전원의 초기 공급 상태로 판단할 수 있다.

또한 차량용 인버터 장치의 제어방법은, 출력전압이 기준전압 이상이고 제어신호의 듀티비가 기준범위에 도달한 경우, 출력전압이 일정하게 유지되도록 제어신호의 듀티비를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 인버터 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 관하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 차량용 인버터 장치(100)는 전원공급부(110), 인버터부(120) 및 제어부(150)를 포함한다. 그리고 전원공급부(110)는 SMPS부(111) 및 SMPS제어부(112)를 포함할 수 있으며, 차량용 인버터 장치(100)는 부하(130), 출력전압 검출부(140)를 더 포함할 수 있다.

전원공급부(110)는 인버터부(120)에 직류전원을 공급한다. 전원공급부(110)는 SMPS부(111) 및 SMPS제어부(112)를 포함할 수 있다. SMPS부(111)는 직류전원을 일정하게 공급하고 SMPS제어부(112)는 SMPS부(111)를 제어한다.

전원공급부(110)는 상용 교류전원을 직류전원으로 변환하는데 SMPS(SWITCHING MODE POWER SUPPLY)의 형태로 마련될 수 있다. SMPS는 전력용 MOSFET 등 반도체 소자를 스위치로 사용하여 직류입력 전원을 일단 구형파 형태의 전원으로 변환한 후, 필터를 통하여 직류전원을 얻는 장치이다.

SMPS부(111)는 트랜스포머(미도시)와 다이오드(미도시)와 콘덴서(미도시)를 포함할 수 있다. 트랜스포머의 1차측은 스위칭신호에 의해 1차측에 공급되는 직류전원을 2차측으로 펄스형태로 변환하여 공급한다. 펄스형태로 변환된 전원은 트랜스포머 2차측에 연결된 다이오드와 콘덴서로 구성된 필터부를 거치며 직류전원으로 변환되고, 변환된 직류전원은 인버터부(120)로 공급된다.

보통 안전상의 문제로 트랜스포머를 기준으로 1차측과 2차측 회로를 절연을 시킨다. 그리고 1차측은 SMPS제어부(112)에 의해, 2차측은 제어부(150)에 의해 제어된다.

인버터부(120)는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하(130)에 출력전압을 공급한다. 인버터부(120)는 다수의 스위칭소자(미도시)를 포함하여 전원공급부(110)로부터 공급되는 직류전원을 제어부(150)의 제어신호에 따른 스위칭동작에 의해 교류전원으로 변환하여 부하(130)에 공급한다. 인버터부(120)는 H브릿지 회로 등으로 구현될 수 있으며, 부하(130)는 차량용 필라멘트 전구 등일 수 있다.

출력전압 검출부(140)는 인버터부(120)에서 출력되는 출력전압을 피드백하여 이에 대한 정보를 제어부(150)에 제공한다.

제어부(150)는 직류전원의 초기 공급시 인버터부(120)를 제어하는 제어신호의 듀티비를 기본듀티비보다 낮은 초기듀티비로 시작하여 제어신호의 듀티비가 기준 범위에 도달할 때까지 단계적으로 상승시킨다. 여기서, 초기듀티비는 5%이고 기준범위는 25%~45%인 것이 바람직하다.

또한 제어부(150)는 출력전압이 기준전압 이하인 경우, 직류전원의 초기 공급 상태로 판단할 수 있다. 여기서 기준전압은 0.5V인 것이 바람직하다.

종래에는 전원이 입력되고 제어부(150)가 ON이 되어서 초기 일정듀티비로 출력을 내보낼때 초기에 과도한 돌입전류가 흐를 수 있게 된다. 물론, 돌입전류에 대한 보호회로가 있을 수 있지만, 인버터가 동작을 할때, 또는 보호회로가 동작을 하여서 인버터가 일시 정지하였다가 다시 재동작을 할때등은 매번 돌입전류가 흐르게 된다.

상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일실시예에 따른 제어부(150)는 다음과 같이 동작한다. 초기 전원이 입력되어 인버터가 동작을 할때, 출력전압은 0V 이다. 이를 이용하여 제어부(150)는 ON이 되고 기본듀티비의 출력파형을 지속적으로 보내기 전에 출력전압을 피드백 받아서 0.5V 이하이면 제어부(150)는 초기 동작 상태로 인식하여서 듀티비를 줄여서 제어신호를 출력한다. 초기 동작시 뿐만 아니라, 인버터가 과부하, 과전류에 대해 보호기능이 동작하였을 경우, 인버터는 일시적으로 동작을 멈추고, 일정시간 후 재동작을 하여 보호 기능이 재동작을 하지 않게 되면 정상적으로 동작을 하게 된다.

이때에도, 인버터가 초기 동작하는 경우와 같이 돌입전류가 흐를 수 있기 때문에, 제어부(150)는 초기 동작할 때와 마찬가지로, 출력전압을 피드백 받아서 제어신호의 듀티비를 줄여서 출력한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 장치가 인버터를 제어하는 제어신호의 출력파형을 나타낸 그래프이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(150)는 제어신호의 초기듀티비를 5% 상태에서 파형을 보내기 시작하여 20ms 마다 2% 씩 듀티비를 넓힌다. 정상 듀티비 구간인 25~45% 인 구간이 될 때부터는 피드백 출력전압을 확인하여 일정한 출력전압을 만들기 위해 실시간 듀티비 가변을 한다.

제어부(150)는 출력전압이 기준전압 이상이고 제어신호의 듀티비가 기준범위에 도달한 경우, 출력전압이 일정하게 유지되도록 제어신호의 듀티비를 조절할 수 있다. 예컨대, 제어부(150)가 ON이 되고, 출력전압의 피드백이 0.5V 이상이라면, 이는 인버터가 초기 동작 상태에 있지 않은 것으로 판단하여 출력전압에 설정된 기 본듀티비로 출력한다.

즉, 입력전압이 변동하거나, 부하에 따라 변해지는 출력전압을 일정한 출력전압으로 만들기 위해 듀티비를 가변하기 위함이다. 출력전압이 낮아졌을 때는 듀티비를 넓혀서 이를 보상하고, 반대로 출력전압이 높아졌을때는 듀티비를 줄여서 항상 일정한 출력전압을 유지하게 된다.

이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 인버터 장치(100)의 제어방법을 설명한다.

먼저, 초기 전원이 입력된다(S10). 다음으로, 제어부(150)는 기본듀티비로 제어신호를 출력한다(S20). 인버터부(120)는 제어부(150)의 제어신호에 따라 스위칭하여 출력전압을 출력한다.

그리고 출력전압 검출부(140)는 인버터부(12)에서 출력되는 출력전압을 검출한다(S30). 다음으로, 제어부(150)는 출력전압이 기준전압 이하인지 여부를 판단한다(S40).

단계 S40에서 출력전압이 기준전압보다 작은 경우, 제어부(150)는 제어신호의 초기듀티비를 5%부터 25%~45% 구간까지 단계적으로 상승시킨다. 그리고 단계 S30을 실행하면서 출력전압 검출과 그에 따른 듀티비 제어 루틴이 반복된다.

단계 S40에서 출력전압이 기준전압보다 큰 경우, 제어부(150)는 출력전압을 일정하게 유지하도록 듀티비를 변화시킨다.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 장치의 구성을 도시한 블록도이며,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 장치가 인버터를 제어하는 제어신호의 출력파형을 나타낸 그래프이고,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 장치의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 인버터 장치 110 : 전원공급부

120 : 인버터부 130 : 부하

140 : 출력전압 검출부 150 : 제어부

Claims (9)

1. 차량용 인버터 장치에 있어서,

   직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하에 출력전압을 공급하는 인버터부와;

   상기 인버터부에 상기 직류전원을 공급하는 전원공급부와;

   상기 직류전원의 초기 공급시 상기 인버터부를 제어하는 제어신호의 듀티비를 기본듀티비보다 낮은 초기듀티비로 시작하여 상기 제어신호의 듀티비가 기준범위에 도달할 때까지 단계적으로 상승시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 인버터 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 출력전압을 검출하는 출력전압 검출부를 더 포함하고,

   상기 제어부는 상기 출력전압이 기준전압 이하인 경우, 상기 직류전원의 초기 공급 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 인버터 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 출력전압이 상기 기준전압 이상이고 상기 제어신호의 듀티비가 상기 기준범위에 도달한 경우, 상기 출력전압이 일정하게 유지되도록 상기 제어신호의 듀티비를 조절하는 것을 특징으로 하는 차량용 인버터 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 기준전압은 0.5V인 것을 특징으로 하는 차량용 인버터 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 초기듀티비는 5%이고 상기 기준범위는 25%~45%인 것을 특징으로 하는 차량용 인버터 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 전원공급부는 상기 직류전원을 일정하게 공급하는 SMPS부 및 상기 SMPS부를 제어하는 SMPS제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 인버터 장치.
7. 직류전원을 교류전원으로 변환하여 부하에 출력전압을 공급하는 인버터부를 포함하는 차량용 인버터 장치의 제어방법에 있어서,

   상기 직류전원의 초기 공급 여부를 판단하는 단계와;

   상기 직류전원의 초기 공급시 상기 인버터부를 제어하는 제어신호의 듀티비를 기본듀티비보다 낮은 초기듀티비로 시작하여 상기 제어신호의 듀티비가 기준범위에 도달할 때까지 단계적으로 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 인버터 장치의 제어방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 판단하는 단계는, 상기 출력전압이 기준전압 이하인 경우, 상기 직류전원의 초기 공급 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 인버터 장치의 제어방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 출력전압이 상기 기준전압 이상이고 상기 제어신호의 듀티비가 상기 기준범위에 도달한 경우, 상기 출력전압이 일정하게 유지되도록 상기 제어신호의 듀티비를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 인버터 장치의 제어방법.

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