KR20140002057U - Ｉｓｇ용 ｄｃ-ｄｃ 부스트 컨버터 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터는 입력단과 직렬로 연결되고, 인가되는 직류 전압을 소정 레벨로 승압하기 위한 인덕터; 상기 인덕터와 병렬로 연결되고, 제어 신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프 동작하여 상기 인덕터에 역기전력을 유도하는 스위칭부; 및 캐소드가 상기 인덕터에 연결되고, 애노드가 출력단에 연결되어 전류의 역류를 방지하는 다이오드를 포함하되, 상기 스위칭부의 턴 오프와 함께 상기 다이오드는 상기 직류 전압의 바이패스 경로를 형성한다.

Description

ＩＳＧ용 ＤＣ-ＤＣ 부스트 컨버터{DC-DC Boost Converter for ISG}
본 고안은 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터 에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 ISG(Idle Stop & Go) 시스템을 탑재한 자동차의 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터에 관한 것이다.
ISG(Idle Stop & Go) 시스템은 교통 신호 중에 자동차가 정지할 경우, 자동적으로 자동차의 엔진이 멈추는 시스템이다. 구체적으로, 교통 신호나 기타 이유로 자동차가 정지되어 있을 경우 즉, ISG 기능의 요구 조건이 충족 되는 경우, 엔진이 자동으로 꺼지고, 특정 조건이 되었을 경우 엔진 시동이 자동으로 걸리는 기능이다.
ISG 시스템의 ISG기능은 잠시 정차 중 재운행시 짧게는 1초 내지 최대 5초 이내로 동작을 하게 되며, 대부분의 주행 시에는 바이패스 모드를 통하여 전류가 흐르게 된다.
일반적으로, ISG 컨버터는 ISG 기능이 작동하지 않을 때, 부하에 전원을 공급하기 위해 바이패스 회로가 구성되어 있다. 종래의 ISG시스템에 구비되는 DC-DC컨버터는 회로 구성이 바이패스 구간과, ISG동작구간 이렇게 2가지로 구성되어 있다. 그리고, 바이패스 구간으로 보통 릴레이를 사용하고 있다.
상기 릴레이를 사용하여 바이패스 구간에는 컨버터가 동작하지 않으면서 전류를 흐르게 하여, 암전류를 줄이며 ISG동작을 할 때에만 릴레이를 구동시켜 바이패스 구간을 오프시키고, boost 컨버터 회로를 통하여 전압을 승압시켜 출력으로 내보내게 한다.
그러나, 릴레이를 사용할 경우 릴레이 ON/OFF시 소음이 발생하여 사용자에게 불편함을 줄 수 있으며, 또한 릴레이 및 구동회로가 필요하여 제품가격 상승 요인이 발생하는 문제점이 있다.
본 고안의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 목적은 릴레이를 제거하여 소음을 방지하고, 제조 단가를 낮출 수 있는 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터를 제공하는 것이다.
상기한 본 고안의 목적을 실현하기 위한 일 실시 예에 의한 자동차의 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터는 입력단과 직렬로 연결되고, 인가되는 직류 전압을 소정 레벨로 승압하기 위한 인덕터; 상기 인덕터와 병렬로 연결되고, 제어 신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프 동작하여 상기 인덕터에 역기전력을 유도하는 스위칭부; 및 캐소드가 상기 인덕터에 연결되고, 애노드가 출력단에 연결되어 전류의 역류를 방지하는 다이오드를 포함하되, 상기 스위칭부의 턴 오프와 함께 상기 다이오드는 상기 직류 전압의 바이패스 경로를 형성한다.
일 실시예에서, 상기 스위칭부에 제어 신호를 인가하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 자동차의ISG모드가 동작하는 경우 상기 스위칭부를 교번적으로 턴 온 및 턴 오프시키고, 바이패스 모드가 동작하는 경우 상기 스위칭부의 턴 오프 상태를 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 자동차의 아이들 스톱(IDLE STOP) 후 가속 시에 발생하는ISG 신호가 입력될 경우, ISG모드가 동작하는 것으로 판단하고 상기 직류 전압을 소정 레벨로 승압하도록 상기 스위칭부를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 인덕터와 병렬로 연결되고, 상기 직류 전압의 충전 및 방전을 위한 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다이오드에 접하고 방열이 용이한 재질로 구성된 케이스를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 고안에 따르면, ISG용 DC-DC 부스트 컨버터 내부 회로에 구비되는 다이오드를 이용하여 바이패스 경로를 형성하도록 함으로써, 릴레이와 별도의 바이패스 회로를 제거할 수 있고, 이로 인하여, 릴레이 소음이 방지되며, 제조 단가를 낮출 수 있다.
또한, 방열이 용이한 재질로 구성된 케이스에 다이오드가 접하도록 하여, 다이오드의 발열이 용이하도록 할 수 있다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 의한 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터의 구성도이다.
본 고안은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 고안을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 고안의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 고안을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함한다” 또는 “이루어진다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 고안의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 의한 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터(10)의 구성도이다.
도 1을 참조하면, ISG용 DC-DC 부스트 컨버터(10)는 인덕터(L), 스위칭부(SW) 및 다이오드(D)를 포함하며, 입력단(IN)과 출력단(OUT) 사이에 구비된다.
본 실시예의 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터(10)는 ISG시스템이 탑재된 자동차 내에서 입력 전압을 승압시켜 안정된 출력 전압을 발생시키는 DC-DC 부스트 컨버터인 것으로 한다. 이러한 부스트 컨버터는 승압형 컨버터라고도 하며, 입력단(IN)과 출력단(OUT)의 접지가 동일하다.
ISG는 신호 대기 시 및 자동차 정지 시에 엔진을 정지시키고, 자동차 기동 시에는 다시 엔진시동이 가동되게 하여 연비 및 효율을 높일 수 있게 한 자동차 시스템이다.
입력단(IN)은 전원에 연결되어 직류 전압을 입력받는다. 전원은 배터리로 구현될 수 있다. 예컨대, 본 고안의 배터리는 비교적 높은 동력을 저장할 수 있는 배터리들 중 가장 일반적이고 저렴한 형태로서 납/황산 배터리를 포함할 수 있다.
출력단(OUT)은 부하에 연결되어, ISG용 DC-DC 부스트 컨버터(10)를 거쳐 승압된 직류 전압을 출력한다. 예컨대, 부하는 차량의 실내등 및 계기판 조명 등의 램프를 포함하고, 히터 및 에어컨을 포함할 수 있다.
인덕터(L)는 입력단(IN)과 직렬로 연결되고, 인가되는 직류 전압을 소정 레벨로 승압하기 위한 구성이다.
스위칭부(SW)는 상기 인덕터(L)와 병렬로 연결되고, 제어 신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프 동작하여 인덕터(L)에 역기전력을 유도한다. 스위칭부(SW)는 MOSFET 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구성될 수 있다.
상기 스위칭부(SW)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 스위칭부(SW)에는 게이트 제어 전압에 응답하여 변화하는 전류가 흐르며, 스위칭부(SW)가 턴 온 동작하면, 턴 온 동작하는 동안은 직류 전압이 인덕터(L) 양단에 연결되어 전압의 충전이 이루어지고, 인덕터(L)를 통과한 전류는 스위칭부(SW)의 드레인(Drain : D)단으로 유입된다. 만약, 스위칭부(SW)가 턴 오프 동작하면, 인덕터(L)에 충전된 전압이 다이오드(D)를 통해 출력된다.
일부 실시예에서, ISG용 DC-DC 부스트 컨버터(10)는 상기 인덕터와 병렬로 연결되고, 상기 직류 전압의 충전 및 방전을 위한 적어도 하나의 커패시터(C1, C2)를 포함할 수 있다. 본 고안에서 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터(10)는 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)가 포함됨을 예시한다.
다이오드(D)는 캐소드가 상기 인덕터(L)에 연결되고, 애노드가 출력단(OUT)에 연결되어 전류의 역류를 방지한다. 여기서, 다이오드(D)는 상기 스위칭부(SW)의 턴 오프 동작과 함께 직류 전압의 바이패스 경로를 형성하게 된다.
예컨대, 스위칭부(SW)가 온 되면, 인덕터(L)에 전류가 흐르며 에너지가 축적된다. 이때, 출력단(OUT)으로는 제2 커패시터(C2)에 축적된 에너지가 출력된다. 스위칭부(SW)가 온 일 때, 다이오드(D)는 제2 커패시터(C2)에 충전된 전하가 스위칭부(SW) 및 인덕터(L) 측으로 흐르는 것을 차단한다.
스위칭부(SW)가 오프 되면, 입력 전압에 인덕터(L)에 축적된 에너지가 더해져 다이오드(D)를 통과하는 직류 전압이 인덕터(L)에 축적된 에너지의 전압만큼 승압된다. 그러나, 스위칭부(SW)의 오프가 유지되어 축적된 에너지가 모두 방전되면, 직류 전압은 승압되지 않고 전압 레벨의 변화없이 바이패스된다.
도면에 도시되지는 않았으나, ISG용 DC-DC 부스트 컨버터(10)는 스위칭부(SW)에 제어 신호를 인가하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어부는 DC-DC 부스트 컨버터(10) 내부에 구비될 수도 있고, 외부에 구비되어 별도의 제어선을 통해 스위칭부(SW)를 제어할 수도 있다.
상기 제어부는 자동차의ISG모드가 동작하는 경우 스위칭부(SW)를 교번적으로 턴 온 및 턴 오프시키고, 바이패스 모드가 동작하는 경우 스위칭부(SW)의 턴 오프 상태를 유지시킨다. 여기서, 제어부는 자동차의 아이들 스톱(IDLE STOP) 후 가속 시에 발생하는ISG 신호가 입력될 경우, ISG모드가 동작하는 것으로 판단하고 직류 전압을 소정 레벨로 승압하도록 상기 스위칭부(SW)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 아이들 스톱(IDLE STOP)이란, 차량 정차 중 연비 향상을 위하여 엔진 시동을 자동으로 정지시키는 모드로서 동작하는 차량 운전 모드를 말한다. 일반적으로 차량조건이 브레이크 페달의 조작 신호 입력과 차속이 0Km/h일 때이고, 온도 조건이 냉각수 온도와 배터리 온도가 설정치 범위 내 영역일 때 아이들 스톱으로서 동작된다. 그리고, 시동을 걸기 위한 특정 조건이 만족되면 엔진 시동이 자동으로 걸리게 된다. 이때, ISG 신호가 발생한다. 이 ISG 신호를 제어부가 받아서 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터(10)의 스위칭부(SW)를 동작시켜 입력되는 직류 전압을 승압시킨다.
예컨대, ISG기능이 장착된 차량에서는 시내 주행 시 ISG 동작이 빈번하게 나타난다. ISG 동작 시에는 입력전압이 6V ~7V까지 떨어지게 된다. 이때, 제어부는 감지된 입력전압이 기준전압인 15V 미만이므로, 입력전압을 15V로 상승시키도록 스위칭부(SW)를 제어한다.
한편, 제어부는 입력전압이 기준전압 이상일 경우, 입력전압을 바이패스 시키도록 스위칭부(SW)를 제어할 수 있다. 즉, 입력전압의 전압레벨이 정상치인 것으로 판단되면, ISG용 DC-DC 부스트 컨버터(10)를 통한 승압을 수행할 필요가 없으므로, 스위칭부(SW)의 턴 오프 상태를 유지시킨다.
일부 실시예에서, 도면에 도시되지는 않았으나, ISG용 DC-DC 부스트 컨버터(10)는 다이오드(D)에 접하고 방열이 용이한 재질로 구성된 케이스를 더 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 발열을 줄이기 위해 다이오드(D)를 DIP타입의 다이오드를 사용하고 이를 케이스와 접촉을 시켜 케이스를 방열판으로 쓰는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, ISG용 DC-DC 부스트 컨버터 내부 회로에 구비되는 다이오드를 이용하여 바이패스 경로를 형성하도록 함으로써, 릴레이와 별도의 바이패스 회로를 제거할 수 있고, 이로 인하여, 릴레이 소음이 방지되며, 제조 단가를 낮출 수 있다.
또한, 방열이 용이한 재질로 구성된 케이스에 다이오드가 접하도록 하여, 다이오드의 발열이 용이하도록 할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 실용신안등록 청구의 범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 고안은 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터에 관한 것으로, 내부 회로에 구비되는 다이오드를 이용하여 바이패스 경로를 형성하도록 함으로써, 릴레이와 별도의 바이패스 회로를 제거할 수 있고, 이로 인하여, 릴레이 소음이 방지되며, 제조 단가를 낮출 수 있는 산업상 이용가능성을 가진다.
10: ISG용 DC-DC 부스트 컨버터
IN: 입력단 OUT: 출력단
L: 인덕터 D: 다이오드
SW: 스위칭부 C1, C2: 커패시터

Claims (6)

  1. 자동차의 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터에 있어서,
    입력단과 직렬로 연결되고, 인가되는 직류 전압을 소정 레벨로 승압하기 위한 인덕터;
    상기 인덕터와 병렬로 연결되고, 제어 신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프 동작하여 상기 인덕터에 역기전력을 유도하는 스위칭부; 및
    캐소드가 상기 인덕터에 연결되고, 애노드가 출력단에 연결되어 전류의 역류를 방지하는 다이오드를 포함하되,
    상기 스위칭부의 턴 오프와 함께 상기 다이오드는 상기 직류 전압의 바이패스 경로를 형성하는 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭부에 제어 신호를 인가하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 자동차의ISG모드가 동작하는 경우 상기 스위칭부를 교번적으로 턴 온 및 턴 오프시키고, 바이패스 모드가 동작하는 경우 상기 스위칭부의 턴 오프 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 자동차의 아이들 스톱(IDLE STOP) 후 가속 시에 발생하는ISG 신호가 입력될 경우, ISG모드가 동작하는 것으로 판단하고 상기 직류 전압을 소정 레벨로 승압하도록 상기 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인덕터와 병렬로 연결되고, 상기 직류 전압의 충전 및 방전을 위한 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다이오드에 접하고 방열이 용이한 재질로 구성된 케이스를 더 포함하는 ISG용 DC-DC 부스트 컨버터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210083718A (ko) * 2019-12-27 2021-07-07 주식회사 유라코퍼레이션 Ｉｓｇ용 ｄｃ-ｄｃ 컨버터의 제어 시스템 및 방법

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