KR20110121215A

KR20110121215A - 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로 및 검출 방법

Info

Publication number: KR20110121215A
Application number: KR1020100040710A
Authority: KR
Inventors: 손호인
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-11-07
Also published as: KR101580337B1

Abstract

본 발명은 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로 및 검출 방법에 관한 것으로, 제1인덕터의 전압인 제1인덕터 전압과 제2인덕터의 전압인 제2인덕터 전압을 측정하고, 제1인덕터 전압과 제2인덕터 전압의 편차가 일정 전압 이상일 경우, LDC 출력 전류가 불 평형 이루는 것으로 판단하고 LDC의 구동을 정지시킴으로써 LDC를 보호할 수 있으므로, LDC의 안전성을 확보할 수 있다.

Description

저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로 및 검출 방법{UNBALANCED DETECTION CIRCUIT OF LOW DC/DC CONVERTER OUTPUT AND THE DETECTION METHOD THEREOF}

본 발명은 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로 및 검출 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 제1인덕터 전압과 제2인덕터 전압을 통해서 LDC 출력 전류의 불 평형을 검출하여 LDC의 구동을 제어함으로써, LDC의 안전성을 확보할 수 있는 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로 및 검출 방법에 관한 것이다.

일반적으로 연료 전지 차량은 연료 전지인 고전압의 메인 배터리와, 차량의 각 전장 부하들에 전압을 공급하기 위한 저전압의 보조 배터리를 구비한다.

그리고 고전압을 메인 배터리와 저전압의 보조 배터리 사이에는 메인 배터리에서 출력되는 전압의 변환(감압)하거나, 보조 배터리에서 출력되는 전압을 변환(승압)하기 위해서 양방향으로 전압을 변환할 수 있는 저저전압 직류 변환 장치(Low-voltage DC-DC converter, "이하 LDC")가 구비된다.

이와 같은 LDC는 도 1a에 도시된 바와 하나의 인덕터가 저전압 출력 단자에 구비된 센터 탑(Center Tap) 방식을 이용할 수 있다. 그러나 이와 같은 센터 탑 방식의 LDC는 변압기를 통해 변압된 저 전압(Vt)에 비해서, 정류 및 평활 후의 전압인 출력 전압(Vo)이 더 감소하여, LDC의 효율이 저감된다. 예를 들어, 200V의 고 전압이 변압기를 통해서 40V의 저 전압(Vt)로 변압된 후에, 상기 저 전압(Vt)이 접 촉 저항에 의한 문제로 인한 효율 저감으로 14V의 출력 전압(Vo)이 출력된다.

그리고 이러한 출력 효율 저감을 방지하기 위한 LDC는 도 1b에 도시된 바와 같이 두 개의 인덕터가 출력 단자에 구비된 커런트 더블러(Current doubler) 방식을 이용할 수 있다. 그러나 이와 같은 커런트 더블러 방식의 LDC는 2개의 인덕터의 접촉 저항의 편차로 인해서, 출력 전류의 불 평형이 발생될 수 있으며, 이러한 출력 전류의 불 평형은 변압기(T)의 1차측 트랜스포머로 인가되어 트랜지스터(Q1, Q2, Q3, Q4)의 파손이 발생될 수 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 제1인덕터 전압과 제2인덕터 전압의 편차가 일정 전압 이상일 경우, LDC 출력 전류가 불 평형 이루는 것으로 판단하고 LDC의 구동을 정지시킴으로써, LDC를 보호할 수 있으므로 안전성을 확보할 수 있는 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로 및 검출 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로 및 검출 방법은 입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변경하는 스위치부와, 상기 스위치부와 전기적으로 연결되어, 상기 교류 전압을 저전압으로 변환하는 변압기 및 상기 변압기와 전기적으로 연결되어 상기 저전압을 정류하는 제1다이오드 및 제2다이오드를 포함하는 저전압 직류 변환 장치의 출력 전류 불 평형 검출 회로에 있어서, 상기 제1다이오드 및 상기 변압기와 전기적으로 연결된 제1인덕터의 양단의 전압인 제1인덕터 전압을 측정하는 제1센서와, 상기 제2다이오드 및 상기 변압기와 전기적으로 연결된 제2인덕터의 양단의 전압인 제2인덕터 전압을 측정하는 제2센서 및 상기 제1센서 및 제2센서와 전기적으로 연결되어, 상기 제1인덕터 전압과 상기 제2인덕터 전압의 편차인 전압 편차가 발생될 경우 불 평형 검출 신호를 출력하는 비교기를 포함할 수 있다.

상기 제1센서, 상기 제2센서, 상기 비교기와 전기적으로 연결되어, 상기 전압 편차를 산출하여 상기 비교기로 인가하는 가산기를 더 포함할 수 있다.

상기 비교기는 상기 전압 편차가 4V보다 더 클 경우에 불 평형 검출 신호를 산출할 수 있다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로 및 검출 방법은 입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변경하는 스위치부와, 상기 스위치부와 전기적으로 연결되어 상기 교류 전압을 저전압으로 변경하는 변압기, 상기 변압기와 전기적으로 연결되어 상기 저전압을 정류하는 제1다이오드 및 제2다이오드, 상기 제1다이오드 및 상기 변압기와 전기적으로 연결된 제1인덕터 및 상기 제2다이오드 및 상기 변압기와 전기적으로 연결된 제2인덕터를 포함하는 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 방법에 있어서, 상기 제1인덕터의 양단의 전압을 측정하는 제1인덕터 전압 측정 단계와, 상기 제2인덕터의 양단의 전압을 측정하는 제2인덕터 전압 측정 단계와, 상기 제1인덕터 전압과 상기 제2인덕터 전압의 편차를 산출하는 전압 편차 산출 단계 및 상기 전압 편차가 일정 전압 이상인지 여부를 비교기를 통해 확인하여, 전압 편차가 일정 전압이상일 경우 불 평형 검출 신호를 출력하는 불 평형 확인 단계를 포함할 수 있다.

상기 불 평형 확인 단계에서 상기 일정 전압은 4V일 수 있다.

본 발명에 의한 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로 및 검출 방법은 제1인덕터 전압과 제2인덕터 전압의 편차가 일정 전압 이상일 경우, LDC 출력 전류가 불 평형 이루는 것으로 판단하고 LDC의 구동을 정지시킴으로써, LDC를 보호할 수 있으므로 안전성을 확보할 수 있게 된다.

도 1a 및 도 1b는 일반적인 LDC를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로를 도시한 회로도이다
도 3은 도 2의 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로에서 불 평형 검출 하는 방법을 도시한 순서도이다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결(electrically coupled)되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로를 도시한 회로도가 도시되어 있다. 그리고 도 3을 참조하면, 도 2의 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로에서 불 평형 검출 하는 방법을 도시한 순서도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 2와 도 3을 참조하여 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로의 구성과 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 방법을 설명하고자 한다.

우선, 저전압 직류 변환 장치(이하 "LDC":Low DC/DC Convertor)는 고 전압의 직류 전압(VDC)을 교류 전압으로 변환하여 출력하는 스위치부(MF)와, 상기 스위치부(MF)와 전기적으로 연결되어 상기 스위치부(MF)에서 출력되는 교류전압을 저전압으로 변환하여 출력하는 변압기(T)와, 상기 변압기(T)와 전기적으로 연결되어, 상기 변압기(T)에서 출력되는 저전압을 정류하기 위한 제1다이오드(D1) 및 제2다이오드(D2)를 포함한다.

또한, LDC는 제1다이오드(D1) 및 제2다이오드(D2)에 의해서 정류된 저전압을 평활하여 직류 전압으로 출력하기 위한 제1인덕터(L1), 제2인덕터(L2), 커패시터(Cout) 및 저항(Rout)을 포함한다.

그리고 이와 같은 저항(Rout)의 양단자에서 측정되는 출력 전압(Vout)은 제1다이오드(D1) 및 제1인덕터(L1)를 통해 출력 되는 제1인덕터 전압(VL1)과 제2다이오드(D2) 및 제2인덕터(L2)를 통해 출력 되는 제1인덕터 전압(VL1) 사이에 편차가 발생될 경우에, 출력 전류의 불 평형으로 인해서 출력 전압(V)을 일정하게 유지시킬 수 없기 때문에, 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로(10)를 통해서, LDC의 출력 전류의 불 평형 여부를 검출한다.

이러한 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로(10)는 제1인덕터(L1)의 양단의 전압인 제1인덕터 전압(VL1)을 측정하는 제1센서(Vsen1)와, 제2인덕터(L2)의 양단의 전압인 제2인덕터 전압(VL2)을 측정하는 제2센서(Vsen2) 및 제1인덕터 전압(VL1)과 제2인덕터 전압(VL2)의 편차인 전압 편차가 발생될 경우 불 평형 검출 신호(f)를 출력하는 비교기(COMP)를 포함한다. 그리고 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로(10)는 제1인덕터 전압(VL1)과 제2인덕터 전압(VL2)의 전압 차인 전압 편차를 산출하기 위한 가산기(SUM)를 더 포함한다.

그리고 제1센서(Vsen1)의 제1입력단자와 제2입력단자가 제1인덕터(L1)의 제1전극과 제2전극에 각각 전기적으로 연결되어, 제1센서(Vsen1)가 제1인덕터 전압(VL1)을 측정하여 출력단자로 출력하는 제1인덕터 전압 측정 단계(S1)를 실행한다. 즉, 제1인덕터 전압 측정 단계(S1)에서는 제1센서(Vsen1)가 제1인덕터(L1)에서 측정된 제1인덕터 전압(VL1)을 출력단자로 출력한다.

그리고 제2인덕터 전압 측정 단계(S2)에서는 제2센서(Vsen2)의 제1입력단자와 제2입력단자가 제2인덕터(L2)의 제1전극과 제2전극에 각각 전기적으로 연결되어, 제2센서(Vsen2)가 제2인덕터 전압(VL2)을 측정하여 출력 단자로 출력한다. 즉, 제2인덕터 전압 측정 단계(S2)에서는 제2센서(Vsen2)가 제2인덕터(L2)에서 측정된 제2인덕터 전압(VL2)을 출력단자로 출력한다.

그리고 제1인덕터 전압 측정 단계(S1)에서 측정된 제1인덕터 전압(VL1)과 제2인덕터 전압 측정 단계(S2)에서 측정된 제2인덕터 전압(VL2)의 편차인 전압 편차(Va)를 가산기(SUM)를 통해서 산출하는 전압 편차 산출 단계(S3)를 실행한다. 이러한 전압 편차 산출 단계(S3)에서, 전압 편차(Va)는 제1인덕터 전압(VL1)의 부호를 변환한 후 제2인덕터 전압(VL2)을 더해서 산출하거나, 제2인덕터 전압(VL2)의 부호를 변환한 후 제1인덕터 전압(VL1)을 더해서 산출한다.

그리고 전압 편차 산출 단계(S3)에서 산출된 전압 편차(Va)가 일정전압 이상인지 여부를 비교기(COMP)에서 확인하는 전압 비교 단계(S4)를 실행한다. 여기서 일정 전압은 전압 편차(Va)가 LDC의 출력 전류의 불 평형에 영향을 주는 전압으로, 4V로 설정한다. 즉, 전압 비교 단계(S4)에서는 전압 편차(Va)가 4V보다 더 큰지 여부를 확인한다.

이러한 전압 비교 단계(S4)에서 전압 편차(Va)가 4V 보다 더 크다면, 제1인덕터(L1)와 제2인덕터(L2)를 통해 출력되는 제1인덕터 전압(VL1)과 제2인덕터 전압(VL2)의 전압 편차로 인해서 LDC 출력 전류의 불 평형 영향을 주는 것으로 판단하여, 불 평형 검출 신호(f)를 출력하는 불 평형 검출 신호 출력 단계(S5)를 실행한다. 즉, 전압 편차(Va)가 4V 보다 더 크다면, 불 평형 검출 신호 출력 단계(S5)에서 비교기(COMP)는 불 평형 검출 신호(f)를 출력한다.

그리고 비교기(COMP)에서 불 평형 검출 신호(f)가 출력 되면, 제어기(미도시)는 LDC의 출력 전류의 불 평형 이루는 것으로 판단하고 LDC의 스위치부의 파손을 방지하기 위해서 LDC의 동작을 정지시킨다. 즉, 비교기(COMP)에서 불 평형 검출 신호(f)가 출력 되면, LDC에서 불 평형 전류가 출력되는 것을 방지하기 위해서 LDC의 구동을 정지시킨다.

즉 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로 및 검출 방법은 제1인덕터 전압(VL1)과 제2인덕터 전압(VL2)을 통해서 LDC 출력 전류의 불 평형 검출하여, LDC의 구동을 제어함으로써, LDC의 안전성을 확보할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로 및 검출 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Vsen1; 제1센서 Vsen2; 제2센서
L1; 제1인덕터 L2; 제2인덕터

Claims

입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변경하는 스위치부와, 상기 스위치부와 전기적으로 연결되어, 상기 교류 전압을 저전압으로 변환하는 변압기 및 상기 변압기와 전기적으로 연결되어 상기 저전압을 정류하는 제1다이오드 및 제2다이오드를 포함하는 저전압 직류 변환 장치의 출력 전류 불 평형 검출 회로에 있어서,
상기 제1다이오드 및 상기 변압기와 전기적으로 연결된 제1인덕터의 양단의 전압인 제1인덕터 전압을 측정하는 제1센서;
상기 제2다이오드 및 상기 변압기와 전기적으로 연결된 제2인덕터의 양단의 전압인 제2인덕터 전압을 측정하는 제2센서; 및
상기 제1센서 및 제2센서와 전기적으로 연결되어, 상기 제1인덕터 전압과 상기 제2인덕터 전압의 편차인 전압 편차가 발생될 경우 불 평형 검출 신호를 출력하는 비교기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로.
청구항 1에 있어서,
상기 제1센서, 상기 제2센서, 상기 비교기와 전기적으로 연결되어, 상기 전압 편차를 산출하여 상기 비교기로 인가하는 가산기를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로.
청구항 1에 있어서,
상기 비교기는 상기 전압 편차가 4V보다 더 클 경우에 불 평형 검출 신호를 산출하는 것을 특징으로 하는 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 회로.
입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변경하는 스위치부와, 상기 스위치부와 전기적으로 연결되어 상기 교류 전압을 저전압으로 변경하는 변압기, 상기 변압기와 전기적으로 연결되어 상기 저전압을 정류하는 제1다이오드 및 제2다이오드, 상기 제1다이오드 및 상기 변압기와 전기적으로 연결된 제1인덕터 및 상기 제2다이오드 및 상기 변압기와 전기적으로 연결된 제2인덕터를 포함하는 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 방법에 있어서,
상기 제1인덕터의 양단의 전압을 측정하는 제1인덕터 전압 측정 단계;
상기 제2인덕터의 양단의 전압을 측정하는 제2인덕터 전압 측정 단계;
상기 제1인덕터 전압과 상기 제2인덕터 전압의 편차를 산출하는 전압 편차 산출 단계; 및
상기 전압 편차가 일정 전압 이상인지 여부를 비교기를 통해 확인하여, 전압 편차가 일정 전압이상일 경우 불 평형 검출 신호를 출력하는 불 평형 확인 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 불 평형 확인 단계에서 상기 일정 전압은 4V인 것을 특징으로 하는 저전압 직류 변환 장치의 불 평형 검출 방법.