KR20130128700A - 정전압 공급 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정전압 공급 장치 및 방법에 대하여 개시한다. 본 발명의 일면에 따른 정전압 공급 장치는, 차량 배터리로부터의 차량 전원이 기설정된 임계전압 이상인지를 확인하는 전압 검출기; 입력받은 상기 차량 전원을 상향 조절하여 출력하는 부스터 컨버터(Booster Converter); 및 상기 차량 전원이 상기 임계전압 미만이면, 상기 부스터 컨버터가 상기 차량 전원을 상기 임계전압 이상으로 상향 조절(Boost)하도록 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 부스터 컨버터의 출력은 차량 전자부품의 동작 전원에 맞추어 상기 차량 전원을 하향 조절하여 상기 전자부품에 공급하는 전압 변환기에 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

정전압 공급 장치 및 방법{Apparatus and Method for Maintaining Constant Voltage}
본 발명은 차량 안전 회로에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 차량 시동 온 시에 차량 전자부품에 안정적인 전원을 공급하도록 제어하는 정전압 공급 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량은 리니어 레귤레이터(Linear Regulator) 또는 벅 변환기(Buck Converter)를 사용하여 12V 이상의 배터리 전압의 레벨을 5V 정도로 낮추어 마이컴, CPU 및 메모리 등에 공급하였다.
그런데, 차량은 시동을 걸 때와 같이 저전압 환경에서는 배터리 전압이 일정 시간(예컨대, 30ms) 동안 5V 이하로 낮아지는(Drop) 문제가 있다. 이 경우, 리니어 레귤레이터 또는 벅 변환기의 입력전압은 출력전압보다 낮아지므로, 리니어 레귤레이터 또는 벅 변환기는 정상동작하지 못해 전원을 출력할 수 없었다.
따라서, 차량은 저전압 환경에서 리니어 레귤레이터(Linear Regulator) 또는 벅 변환기의 출력 전원을 이용하는 IC들이 오동작하거나, 고장 나는 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 차량 시동 온시에 부스터 컨버터를 동작시킴에 따라 리니어 레귤레이터 등에 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 정전압 공급 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일면에 따른 정전압 공급 장치는, 차량 배터리로부터의 차량 전원이 기설정된 임계전압 이상인지를 확인하는 전압 검출기; 입력받은 상기 차량 전원을 상향 조절하여 출력하는 부스터 컨버터(Booster Converter); 및 상기 차량 전원이 상기 임계전압 미만이면, 상기 부스터 컨버터가 상기 차량 전원을 상기 임계전압 이상으로 상향 조절(Boost)하도록 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 부스터 컨버터의 출력은 차량 전자부품의 동작 전원에 맞추어 상기 차량 전원을 하향 조절하여 상기 전자부품에 공급하는 전압 변환기에 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 면에 따른 정전압 공급 장치는, 차량 배터리로부터의 차량 전원이 기설정된 임계전압 미만인지를 확인하는 전압 검출기; 차량 전자부품의 동작 전원에 맞추어 상기 차량 전원을 하향 조절하여 상기 전자부품에 공급하는 전압 변환기; 및 상기 차량 전원이 상기 임계전원 미만일 때, 상기 차량 전원을 상향 조절하여 상기 전압 변환기에 공급하는 부스터 컨버터(Booster Converter)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 면에 따른 정전압 공급 장치에 의한 정전압 공급 방법은, 차량 배터리로부터의 차량 전원이 기설정된 임계전압 미만인지를 확인하는 단계; 상기 차량 전원이 상기 임계전압 미만이면, 상기 차량 전원을 상기 임계전압 이상으로 상향 조절(Boost)하는 단계; 및 상향 조절된 상기 차량 전원을, 차량 전자부품의 동작전압에 맞추어 입력전원을 하향 조절하여 상기 전자부품으로 공급하는, 전압 변환기에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 차량 시동을 온하는 순간과 같은 차량 저전압 조건에서도 내부 전원을 셧 다운(Shut Down)하지 않고 유지시킬 수 있어, 저전압 조건에서도 차량 전자부품을 안정적으로 동작시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 이그니션 온 상태에서 사용자가 차량 블루투스를 이용한 통화 중이거나, 음악/영화 감상 중일 때 차량 시동을 걸더라도, AV의 출력을 연속적으로 제공할 수 있어 차량 사용자 만족도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전압 공급 장치를 도시한 구성도.
도 2a는 종래의 부스터 컨버터를 도시한 회로도.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 부스터 컨버터를 도시한 회로도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전압 공급 방법을 도시한 흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이제 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전압 공급 장치를 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 정전압 공급 장치(10)는 전압 검출기(110), 전원 제어기(120), 컨버터 제어기(140) 및 부스터 컨버터(130)를 포함한다.
전압 검출기(110)는 차량 전원이 임계전압 미만인지를 확인하고, 임계전압 미만이면 전원 제어기(120)에 알린다. 여기서, 임계전압은 정전압 공급 장치(10)의 출력을 입력받는 전압 변환기(20)의 출력전압보다 적어도 일정전압 높은 전압이어서, 전압 변환기(20)의 전원 하향 조절 기능이 제대로 수행될 수 있는 전압일 수 있다.
예컨대, 전압 검출기(110)는 차량 전원이 임계전압 미만일 때와 이상일 때에 각기 다른 레벨의 신호를 출력하는 비교기일 수 있으며, 이 경우 전원 제어기(120)는 전압 검출기(110)의 출력 레벨을 인지하여 차량 전원이 임계전압 이상인지 아니면 미만인지를 확인할 수 있다.
전원 제어기(120)는 전압 검출기(110)의 출력에 의해 차량 전원이 임계전압 미만인지 아니면 임계전압 이상인지를 인지한다.
전원 제어기(120)는 차량 전원이 임계전압 미만이면, 컨버터 제어기(140)를 구동시키고, 차량 전원이 임계전압 이상이면, 컨버터 제어기(140)를 동작시키지않고, 부스터 컨버터(130)의 내부 스위칭 소자를 제어하여 부스터 컨버터(130)로 입력된 차량 전원이 바이패스(Bypass)되어 출력되도록 한다.
컨버터 제어기(140)는 차량 전원이 임계전압 미만일 때 전원 제어기(120)의 지시에 따라 구동되어, 부스터 컨버터(130)가 차량 전원을 상향 조절하도록 제어한다.
컨버터 제어기(140)는 차량 전원이 임계전압 이상이면, 부스터 컨버터(130)가 차량 전원을 바이패스하여 출력하도록 제어한다.
부스터 컨버터(130)는 컨버터 제어기(140) 또는 전원 제어기(120)에 의해 제어되어, 차량 전원이 임계전압 이상이면, 입력받은 차량 전원을 바이패스하여 출력하며, 차량 전원이 임계전압 미만이면, 차량 전원을 임계전압 이상으로 상향 조절하여 출력한다.
부스터 컨버터(130)의 출력은 리니어 레귤레이터나, 벅 변환기 등과 같이 입력 전원을 하향 조절하여 출력하는 전압 변환기에 공급된다. 이때, 전압 변환기의 출력은 IC, CPU 및 메모리 등과 같이 12V 미만의 전압을 동작전압으로 이용하는 차량 전자부품에 공급될 수 있다.
한편, 전술한 예에서는 컨버터 제어기(140)와 전원 제어기(120)가 별개의 장치로 구성된 경우를 예로 들어 설명하였지만, 컨버터 제어기(140)와 전원 제어기(120)는 하나의 장치로 구성될 수도 있음은 물론이다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 정전압 공급 장치(10)는 전술한 구성에 의해 부스터 컨버터(130)의 출력을 임계전압 이상으로 유지할 수 있어, 차량 저전압 조건에서도 차량 전장부품의 안정적 성능을 보장할 수 있다.
이하, 도 2a 및 2b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 부스터 컨버터를 보다 상세히 설명한다. 도 2a는 종래의 부스터 컨버터를 도시한 회로도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 부스터 컨버터를 도시한 회로도이다.
도 2a와 같이, 종래의 부스터 컨버터(130')는 인덕터(Lr), 다이오드(DB), FET(Qr) 및 커패시터(Cr)를 포함하고, 입력 전원을 상향 조절하여 출력한다.
구체적으로, 종래의 부스터 컨버터(130')는 FET의 게이트에 컨버터 제어기로부터의 PWM 신호를 공급받아, FET가 턴온(Turn-On)/턴오프(Turn-Off) 되면서 입력 전원을 증폭하여 다이오드(DB)로 공급하고, 다이오드(DB)를 통과한 차량 전원이 커패시터(Cr)에 충전 후 방전됨에 따라 입력 전원을 상향 조절하여 출력하였다.
그런데, 종래의 부스터 컨버터(130')를 본 발명의 실시예에 따른 정전압 공급 장치(10)에 장착하면, 차량 전원이 임계전압 미만인지 여부에 관계없이 항상 입력 전원을 상향 조절한다. 따라서, 차량 전원이 정상적으로 동작할 때는 노이즈 발생원으로 작용함에 따라 라디오 수신 등에 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 본 발명의 정전압 공급 장치(10)는 이러한 문제를 방지하고자, 부스트 기능 및 바이패스 기능을 제공하는 부스터 컨버터(130)를 사용한다.
구체적으로, 도 2b와 같이, 본 발명의 부스터 컨버터(130)는 인덕터(Lp), 제1 스위칭 소자(Q1), 제2 스위칭 소자(Q2) 및 커패시터(Cp)를 포함한다. 여기서, 제1 및 제2 스위칭 소자(Q1, Q2)는 게이트에 인가되는 신호에 따라 개방 또는 단락되는 FET일 수 있다.
인덕터(Lp)는 차량 전원에 직렬로 연결되며, 일단으로 차량 전원을 입력받아 제1 스위칭 소자(Q1)의 일단으로 전달한다.
제1 스위칭 소자(Q1)의 일단은 인덕터(Lp)의 타단과 연결되며, 타단은 전압 변환기(20)에 연결되어, 컨버터 제어기(140) 또는 전원 제어기(120)의 제어에 따라 온(On) 되어, 인덕터(Lp)의 타단에 인가되는 전원을 전압 변환기(20)에 공급한다.
커패시터(Cp)는 제1 스위칭 소자(Q1)의 타단 및 그라운드에 연결되며, 제1 스위칭 소자(Q1)의 온 시에 제1 스위칭 소자(Q1)를 지나는 차량 전원을 충전하였다가 방전한다.
제2 스위칭 소자(Q2)는 온(On) 시에 인덕터(Lp)의 타단과 그라운드를 단락한다.
본 발명의 부스터 컨버터(130)는 차량 전원이 임계전압 이상일 때, 전원 제어기(120)에 의해 제어되어, 입력되는 차량 전원을 바이패스하여 출력한다.
구체적으로, 전원 제어기(120)는 차량 전원이 임계전압 이상일 때, 컨버터 제어기(140)를 오프하고 제1 스위칭 소자(Q1)를 온시켜 부스터 컨버터(130)가 입력되는 차량 전원을 바이패스하여 출력하도록 한다. 이때, 컨버터 제어기(140)는 오프되면, 제2 스위칭 소자(Q2)를 오프시킨다.
반면, 본 발명의 부스터 컨버터(130)는 차량 전원이 임계전압 미만일 때, 컨버터 제어기(140)에 의해 제어되어, 입력되는 차량 전원을 상향 조절하여 출력한다.
구체적으로, 컨버터 제어기(140)는 전원 제어기(120)에 의해 구동되어, 부스터 컨버터(130)의 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자를 교대로 온시켜, 부스터 컨버터(130)가 임계전압 미만의 차량 전원을 커패시터(Cp)에 충전 후 방전함에 따라, 임계전압 이상으로 상향 조절하여 출력하도록 한다.
이와 같이, 본 발명은 입력을 바이패스하거나 상향 조절할 수 있는 부스터 컨버터에 의해 전압 변환기(20)에 공급되는 전원의 크기를 어느 정도 일정하게 유지하고, 그에 따라 차량 저전압 환경에서 차량 전자부품이 안정적으로 동작하도록 할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 정전압 공급 방법에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전압 공급 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 전압 검출기(110)는 차량 전원이 기설정된 임계전압 미만인지 여부를 확인한다(S310).
부스터 컨버터(130)는 차량 전원이 임계전압 미만이면, 컨버터 제어기(140)의 제어에 따라 차량 전원을 임계전압 이상으로 상향 조절(Boost)한다(S320).
반면, 부스터 컨버터(130)는 차량 전원이 임계전압 이상이면, 전원 제어기(120)의 제어에 따라 차량 전원을 바이패스(Bypass)하여 출력한다(S330).
부스터 컨버터(130)는 상향 조절되거나, 바이패스된 차량 전원을 전압 변환기(20)에 공급한다(S340).
이와 같이, 본 발명은 차량 시동을 온하는 순간과 같은 차량 저전압 조건에서도 내부 전원을 셧 다운(Shut Down)하지 않고 유지시킬 수 있어, 저전압 조건에서도 차량 전자부품을 안정적으로 동작시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 이그니션 온 상태에서 사용자가 차량 블루투스를 이용한 통화 중이거나, 음악/영화 감상 중일 때 차량 시동을 걸더라도, AV의 출력을 연속적으로 제공할 수 있어 차량 사용자 만족도를 높일 수 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 차량 배터리로부터의 차량 전원이 기설정된 임계전압 이상인지를 확인하는 전압 검출기;
    입력받은 상기 차량 전원을 상향 조절하여 출력하는 부스터 컨버터(Booster Converter); 및
    상기 차량 전원이 상기 임계전압 미만이면, 상기 부스터 컨버터가 상기 차량 전원을 상기 임계전압 이상으로 상향 조절(Boost)하도록 제어하는 제어기를 포함하며,
    상기 부스터 컨버터의 출력은 차량 전자부품의 동작 전원에 맞추어 상기 차량 전원을 하향 조절하여 상기 전자부품에 공급하는 전압 변환기에 공급되는 것인 정전압 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부스터 컨버터는,
    상기 차량 전원에 직렬로 연결되어, 일단으로 상기 차량 전원을 입력받는 인덕터;
    일단은 상기 인덕터의 타단과 연결되며, 타단은 상기 전압 변환기에 연결되어, 온(On)시에 상기 인덕터의 타단과 상기 전압 변환기를 단락하는 제1 스위칭 소자;
    상기 제1 스위칭 소자의 타단 및 그라운드에 연결되며, 상기 제1 스위칭 소자를 통과하는 상기 차량 전원을 충전 및 방전하는 커패시터; 및
    온(On)시에 상기 인덕터의 타단과 상기 그라운드를 단락하는 제2 스위치 소자
    를 포함하는 것인 정전압 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 차량 전원이 상기 임계전압 이상이면, 상기 부스터 컨버터의 상기 제2 스위칭 소자를 오프(Off)하고, 상기 제1 스위칭 소자를 온하여 상기 차량 전원이 상기 제1 스위칭 소자를 통과하여 상기 전압 변환기에 공급되도록 하는 것인 정전압 공급 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 차량 전원이 상기 임계전압 미만이면, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자를 교대로 온시켜 상기 차량 전원이 상기 커패시터에 충전 후 방전됨에 따라 상기 임계전압 이상으로 상향 조절되도록 하는 것인 정전압 공급 장치.
  5. 차량 배터리로부터의 차량 전원이 기설정된 임계전압 미만인지를 확인하는 전압 검출기;
    차량 전자부품의 동작 전원에 맞추어 상기 차량 전원을 하향 조절하여 상기 전자부품에 공급하는 전압 변환기; 및
    상기 차량 전원이 상기 임계전원 미만일 때, 상기 차량 전원을 상향 조절하여 상기 전압 변환기에 공급하는 부스터 컨버터(Booster Converter)
    를 포함하는 정전압 공급 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 부스터 컨버터는,
    상기 차량 전원이 상기 임계전압 이상이면, 상기 차량 전원을 상향 조절하지 않는 것인 정전압 공급 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 전압 변환기는,
    리니어 레귤레이터(Linear Regulator) 및 벅 변환기(Buck Converter) 중 적어도 하나를 포함하는 것인 정전압 공급 장치.
  8. 정전압 공급 장치에 의한 정전압 공급 방법으로서,
    차량 배터리로부터의 차량 전원이 기설정된 임계전압 미만인지를 확인하는 단계;
    상기 차량 전원이 상기 임계전압 미만이면, 상기 차량 전원을 상기 임계전압 이상으로 상향 조절(Boost)하는 단계; 및
    상향 조절된 상기 차량 전원을, 차량 전자부품의 동작전압에 맞추어 입력전원을 하향 조절하여 상기 전자부품으로 공급하는, 전압 변환기에 공급하는 단계
    를 포함하는 정전압 공급 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 상향 조절하는 단계는,
    상기 차량 전원이 상기 임계전압 미만이면, 부스터 컨버터의 부스트(Boost) 기능에 의해 입력받은 상기 차량 전원을 상향 조절하는 단계
    를 포함하는 것인 정전압 공급 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 차량 전원이 상기 임계전압 이상이면, 부스터 컨버터의 바이패스(Bypass) 기능에 의해 입력받은 상기 차량 전원을 그대로 출력하는 단계를 더 포함하면,
    상기 공급하는 단계는, 상기 그대로 출력된 상기 차량 전원을 상기 전압 변환기에 공급하는 단계를 포함하는 것인 정전압 공급 방법.

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