KR20100093779A - 페일/세이프가 추가된 고전류용 부스트 컨버터 - Google Patents

페일/세이프가 추가된 고전류용 부스트 컨버터 Download PDF

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Abstract

인가전압을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터에 있어서, 인가전압이 인가되는 입력단과 출력전압이 출력되는 출력단 사이에 병렬 연결되는 스위칭 제어부와 페일/세이프 제어부를 포함하며, 상기 스위칭 제어부는 MCU로부터 공급되는 스위칭 신호에 의해 승압 및 차단동작을 수행하고, 상기 스위칭 신호 자체의 이상으로 상기 차단 동작을 수행하지 못하는 경우, 상기 페일/세이프 제어부는 MCU로부터 공급되는 페일/세이프 신호에 의해 상기 출력전압을 차단하는 페일/세이프가 추가된 고전류용 부스트 컨버터가 개시된다.
승압, 부스트, fail, safe, 고전류, 신뢰성, 안전성

Description

페일/세이프가 추가된 고전류용 부스트 컨버터{High current Boost converter}
본 발명은 부스트 컨버터에 관한 것이다.
차량 등에 적용되는 부스트 컨버터(boost converter)는 인가된 낮은 전압을 승압하여 출력함으로써 성능 향상을 위한 목적으로 사용된다.
도 1은 종래 부스트 컨버터의 일 예를 나타내는 회로도이다.
인가전압 Vin이 인가되면, 인덕터 L1에서 전류 충전이 되고, 커패시터 C1에서 전압 충전이 이루어지며, 충전된 전류와 저항에 의한 전압과 커패시터 C1에 충전된 전압의 합이 승압된 전압 Vboost으로 출력된다.
이때, 트랜지스터 Q는 베이스에 인가되는 스위칭 신호에 의해 온·오프 제어되어 승압 전압 Vboost의 출력을 온·오프 제어할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 구조에 의하면, 컨버터 출력에 대한 모든 제어를 스위칭 트랜지스터에 주고 있기 때문에 스위칭 자체에 문제가 발생하는 경우에는 컨버터 출력을 제어할 수 없다는 문제점이 있다.
가령, 차량의 경우 발생하는 다양한 페일/세이프(fail/safe) 상황에 대해 스 위칭 자체에 문제가 있는 경우, 승압 전압의 출력을 효과적으로 차단할 수 없는 경우도 발생한다.
또한, 전류 사용의 효율성을 위해 고전류를 적용하는 경우, 트랜지스터는 도통 전류 용량의 부족으로 사용하지 못한다. 따라서, 이를 해결하기 위해서는 트랜지스터 대신에 MOSFET의 사용을 고려할 수 있다. 그러나, MOSFET은 턴-온 전압이 높기 때문에 MCU(Micro Controller Unit)가 직접 턴-온 시킬 수 없다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 스위칭 신호와 페일/세이프 신호 각각에 의한 출력전압의 차단이 가능한 부스트 컨버터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고전류 사용을 위해 MOSFET을 적용하면서 MCU에 의한 제어가 가능한 부스트 컨버터를 제공하는 것이다.
상기의 목적은, 인가전압을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터에 있어서, 인가전압이 인가되는 입력단과 출력전압이 출력되는 출력단 사이에 병렬 연결되는 스위칭 제어부와 페일/세이프 제어부를 포함하며, 상기 스위칭 제어부는 MCU로부터 공급되는 스위칭 신호에 의해 승압 및 차단동작을 수행하고, 상기 스위칭 신호 자체의 이상으로 상기 차단 동작을 수행하지 못하는 경우, 상기 페일/세이프 제어부는 MCU로부터 공급되는 페일/세이프 신호에 의해 상기 출력전압을 차단하는 페일/세이프가 추가된 고전류용 부스트 컨버터에 의해 달성된다.
상기의 구조에 의하면, 스위칭 신호와 페일/세이프 신호 각각에 의해서 이중으로 출력전압의 차단이 가능하므로 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 고전류 사용을 위해 MOSFET을 적용하면서 MCU에 의한 제어가 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 부스트 컨버터를 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 인가전압 Vin이 인가되는 입력단과 승압된 전압 Vboost가 출력되는 출력단 사이에 스위칭 제어부(10)와 페일/세이프 제어부(20)가 병렬로 연결된다.
스위칭 제어부(10)는 MCU로부터 공급되는 스위칭 신호에 의해 MOSFET(12)를 온·오프 제어하여 승압 및 차단 동작을 수행한다.
이에 대해, 페일/세이프 제어부(20)는 스위칭 제어부(10)에 부가하여 MCU로부터 공급되는 페일/세이프 신호에 의해 MOSFET(22)를 온·오프 제어함으로써 스위칭 자체에 문제가 발생하여 스위칭 제어부(10)가 제 기능을 수행하지 못하는 경우에도 출력전압 Vboost를 차단할 수 있다.
이하, 각 구성을 상세히 설명한다.
스위칭 제어부(10)
다이오드 D1의 캐소드는 인덕터 L1의 출력단에 연결되고 애노드는 트랜지스터 Q1의 컬렉터에 연결된다. 트랜지스터 Q1의 베이스에는 MCU로부터 공급되는 스위칭 신호가 인가되고, 에미터는 접지에 연결된다.
또한, N채널 MOSFET(12)의 게이트는 다이오드 D1의 애노드와 트랜지스터 Q1의 컬렉터 사이에 연결되고, 소오스와 드레인은 각각 접지와 인덕터 L1의 출력단에 연결된다.
스위칭 제어부(10)의 동작을 살펴보면, 페일/세이프 제어부(20)가 정상적으로 동작하고 있다고 가정하는 경우, 정상적인 상태에서 스위칭 신호가 하이(High) 이면 트랜지스터 Q1이 온 되어 접지전압이 N채널 MOSFET(12)의 게이트에 인가되며, 이에 따라 N채널 MOSFET(12)은 오프(OFF) 된다. 따라서, 인가전압 Vin은 승압되어 정상적인 승압 전압 Vboost로 출력된다.
반면, 이상이 발생하여 스위칭 신호가 로우(Low) 이면, 트랜지스터 Q1이 오프 되고 인가전압 Vin이 N채널 MOSFET(12)의 게이트에 인가되며, 이에 따라 N채널 MOSFET(12)은 온(ON) 된다. 따라서, 승압 전압 Vboost의 출력이 차단된다.
상기한 바와 같이, 스위칭 제어부(10)에 의하면, 고전류에 적합한 MOSFET를 사용할 수 있어 안전성을 확보할 수 있으며, MCU로부터 공급되는 스위칭 신호에 의해 N채널 MOSFET를 직접 온·오프 제어함으로써 승압 동작을 수행할 수 있다.
페일 /세이프 제어부(20)
다이오드 D2의 캐소드는 인덕터 L1의 출력단에 연결되고 애노드는 트랜지스터 Q2의 컬렉터에 연결된다. 트랜지스터 Q2의 베이스에는 MCU로부터 공급되는 페일/세이프 신호가 인가되고, 에미터는 접지에 연결된다.
또한, P채널 MOSFET(22)의 게이트는 다이오드 D2의 애노드와 트랜지스터 Q2의 컬렉터 사이에 연결되고, 소오스와 드레인은 각각 인덕터 L1의 출력단과 승압 전압 Vboost 출력단에 연결된다.
페일/세이프 제어부(20)의 동작을 살펴보면, 스위칭 신호에 문제가 있어서 스위칭 제어부(10)의 역할을 하지 못한다고 가정하고, 페일이 발생하면, 페일/세이프 신호는 로우(Low)가 인가된다. 이에 따라, 트랜지스터 Q2는 오프되고 인가전압 Vin이 N채널 MOSFET(22)의 게이트에 인가되어 P채널 MOSFET(22)은 오프(OFF) 된다. 따라서, 승압 전압 Vboost의 출력이 차단된다.
반면, 세이프 상태에서는 페일/세이프 신호가 하이(High) 이고, 트랜지스터 Q2는 온되어 접지전압이 N채널 MOSFET(22)의 게이트에 인가되어 P채널 MOSFET(22)은 온(ON) 된다.
상기한 바와 같이, 페일/세이프 제어부(20)에 의하면, MCU로부터 공급되는 페일/세이프 신호에 의해 P채널 MOSFET를 온·오프 제어함으로써 차단 동작을 수행할 수 있기 때문에, 스위칭 신호 자체의 문제로 MCU가 페일 상태임을 감지하여도 출력전압을 차단하지 못하는 경우 MCU로부터의 페일/세이프 신호에 기초하여 출력전압을 직접 차단할 수 있다.
따라서, 스위칭 신호와 페일/세이프 신호에 기초하여 이중으로 출력전압의 차단을 수행할 수 있기 때문에 신뢰성을 확보할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시 예에 한정되어 해석될 수 없으며, 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해 해석되어야 한다.
도 1은 종래 부스트 컨버터의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명에 의한 부스트 컨버터를 나타내는 회로도이다.

Claims (5)

  1. 인가전압을 승압하여 출력하는 부스트 컨버터에 있어서,
    인가전압이 인가되는 입력단과 출력전압이 출력되는 출력단 사이에 병렬 연결되는 스위칭 제어부와 페일/세이프 제어부를 포함하며,
    상기 스위칭 제어부는 MCU로부터 공급되는 스위칭 신호에 의해 승압 및 차단동작을 수행하고,
    상기 스위칭 신호 자체의 이상으로 상기 차단 동작을 수행하지 못하는 경우, 상기 페일/세이프 제어부는 MCU로부터 공급되는 페일/세이프 신호에 의해 상기 출력전압을 차단하는 페일/세이프가 추가된 고전류용 부스트 컨버터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭 제어부와 페일/세이프 제어부는 각각 상기 스위칭 신호와 페일/세이프 신호에 의해 온·오프 제어되는 트랜지스터와 관련되어 설치되는 MOSFET를 구비하는 페일/세이프가 추가된 고전류용 부스트 컨버터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스위칭 제어부와 페일/세이프 제어부의 MOSFET은 각각 상기 트랜지스터의 온·오프와 동일하게 및 반대로 동작하는 페일/세이프가 추가된 고전류용 부스트 컨버터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는,
    전류충전용 인덕터의 출력단에 캐소드가 연결되는 다이오드;
    상기 다이오드의 애노드에 컬렉터가 연결되고, 상기 스위칭 신호를 베이스에 인가받고, 에미터는 접지에 연결되는 트랜지스터; 및
    게이트가 상기 다이오드의 애노드와 상기 트랜지스터의 컬렉터 사이에 연결되고, 소오스와 드레인은 각각 접지와 상기 인덕터의 출력단에 연결되는 MOSFET을 포함하며,
    상기 MOSFET는 상기 트랜지스터의 온·오프에 따라 오프·온하는 페일/세이프가 추가된 고전류용 부스트 컨버터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 페일/세이프 제어부는,
    전류충전용 인덕터의 출력단에 캐소드가 연결되는 다이오드;
    상기 다이오드의 애노드에 컬렉터가 연결되고, 상기 페일/세이프 신호를 베이스에 인가받고, 에미터는 접지에 연결되는 트랜지스터; 및
    게이트가 상기 다이오드의 애노드와 상기 트랜지스터의 컬렉터 사이에 연결되고, 소오스와 드레인은 각각 상기 인덕터의 출력단과 상기 출력전압의 출력단에 연결되는 MOSFET을 포함하며,
    상기 MOSFET는 상기 트랜지스터의 온·오프에 따라 온·오프하는 페일/세이프가 추가된 고전류용 부스트 컨버터.
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