KR20140018488A - Apparatus and method for estimating output voltage of single dc/dc buck converter - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a device and a method for estimating an output voltage of a single phase DC/DC buck converter. The device for estimating an output voltage of a single phase DC/DC buck converter according to an aspect of the present invention comprises a single DC/DC buck converter being modeled by including a switch which has one end connected to input power and turns on/off according to a pulse width modulation signal, a diode which has one end connected to the other end of the switch and the other end grounded, an inductor which has one end connected to the other end of the switch, a capacitor which has one end electrically connected to the other end of the inductor and the other end grounded, and load resistance connected to the capacitor in parallel; a current sensor unit for measuring a current flowing in the inductor; a current sampling unit for setting a sampling time point based on the pulse width modulation signal and acquiring the size of a current value of the current flowing in the inductor with regards to the sampling time point; and an estimation unit for calculating an estimation value of an output voltage by multiplying the predetermined load resistance value with the size of the current value of the current flowing in the inductor. [Reference numerals] (300) Current sampling unit; (400) Estimation unit

Description

단상 디씨／디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING OUTPUT VOLTAGE OF SINGLE DC/DC BUCK CONVERTER}Apparatus and method for output voltage estimating of single-phase DC / DC buck converters {APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING OUTPUT VOLTAGE OF SINGLE DC / DC BUCK CONVERTER}

본 발명은 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 단상 디씨/디씨 벅 컨버터에 있어서 출력 전압을 직접적으로 측정하는 센서 없이 출력 전압을 추정하는 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for estimating an output voltage of a single-phase DC / DC buck converter, and more particularly, to a single-phase DC / estimate for an output voltage without a sensor for directly measuring the output voltage in a single-phase DC / DC buck converter. An apparatus and method for estimating an output voltage of a DC buck converter are provided.

단상 디씨/디씨 벅 컨버터(Single DC/DC Buck Converter)는 임의의 직류전원을 부하가 요구하는 형태의 직류전원으로 변환시키는 전력 변환기이다. 단상 디씨/디씨 벅 컨버터는 입력 전압에 대한 출력 전압의 비에 해당하는 듀티(Duty) 값에 따라 입력전압에 대한 출력전압의 크기를 제어하게 된다. 단상 디씨/디씨 벅 컨버터는 듀티값이 0 부터 1 사이의 값을 가지며 출력전압이 입력전압보다 작은 강압형 컨버터이다.Single DC / DC Buck Converter (Single DC / DC Buck Converter) is a power converter that converts arbitrary DC power into DC power of the type required by the load. The single-phase DC / DC buck converter controls the magnitude of the output voltage to the input voltage according to the duty value corresponding to the ratio of the output voltage to the input voltage. Single-phase DC / DC buck converters are step-down converters whose duty value is between 0 and 1 and whose output voltage is less than the input voltage.

도 4는 전술한 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 회로도를 나타낸다. 이러한, 단상 디씨/디씨 벅 컨버터를 제어하기 위해서는 제어의 기준이 되는 레퍼런스 전류와 입력전압, 출력전압 그리고 인덕터 전류에 대한 정보가 필수적이다. 그러므로 입력전압을 측정하기 위한 전압센서, 인덕터 전류를 측정하기 위한 전류센서 그리고 출력전압을 측정하기 위한 전압센서 총 3개의 센서가 요구된다.4 shows a circuit diagram of the single-phase DC / DC buck converter described above. In order to control the single-phase DC / DC buck converter, information on the reference current, input voltage, output voltage, and inductor current, which are the basis of control, are essential. Therefore, three sensors, a voltage sensor for measuring input voltage, a current sensor for measuring inductor current, and a voltage sensor for measuring output voltage are required.

이 컨버터를 제어하기 위해서는 직류 입력 전원에 대한 정보가 필수적인데, 이는 입력전압 측의 전압센서로부터 획득한다. 또한, 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 전류 제어를 위해서는 인덕터에 흐르는 전류정보를 알아야 하고, 이 전류정보는 인덕터 측에 설치한 전류센서로부터 획득 한다. 그리고 단상 디씨/디씨 벅 컨버터 스위칭 소자의 온/오프(On/Off) 시간을 조절하기 위한 듀티값을 얻기 위해서는 출력 측의 전압값을 알아야만 한다. 출력전압의 전압값은 출력 측에 설치한 전압센서로부터 획득이 가능하다.In order to control the converter, information on the DC input power is essential, which is obtained from the voltage sensor on the input voltage side. In addition, to control the current of the single-phase DC / DC buck converter, the current information flowing through the inductor must be known, and the current information is obtained from the current sensor installed on the inductor side. In order to obtain the duty value for adjusting the on / off time of the single-phase DC / DC buck converter switching element, it is necessary to know the voltage value of the output side. The voltage value of the output voltage can be obtained from the voltage sensor installed at the output side.

하지만, 종래기술에 따르면, 출력전압을 측정하기 위한 전압센서가 없거나 오동작하는 경우 컨버터의 정상적인 제어가 불가능해진다는 문제가 있었다.However, according to the prior art, there is a problem that the normal control of the converter becomes impossible when there is no voltage sensor or malfunctions for measuring the output voltage.

본 발명의 목적은, 출력 전압을 측정하기 위한 전압 센서 없이도 출력 전압의 추정이 가능하도록 하는 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an apparatus and method for estimating an output voltage of a single phase DC / DC buck converter, which enables estimation of an output voltage without a voltage sensor for measuring an output voltage.

즉, 본 발명의 목적은 단상 디씨/디씨 벅 컨버터에 있어서, 출력전압 측 센서의 동작이 정확하지 못하거나, 고장으로 인해 전압 정보를 정확히 파악할 수 없을 경우에 대비하여 센서를 사용하지 않고도 출력 전압을 알아 낼 수 있는 방안을 제시하는데 있다. 또한, 센서의 수 증가는 가격의 증가뿐만 아니라 추가적인 회로 구현이 요구되므로 센서의 수를 감소시키기 위한 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.In other words, an object of the present invention is to provide an output voltage without using a sensor in the case of a single phase DC / DC buck converter, in which the operation of the output voltage sensor is not accurate or the voltage information cannot be accurately determined due to a failure. It is to suggest a way to find out. In addition, an increase in the number of sensors requires an additional circuit implementation as well as an increase in price, thereby providing an apparatus and method for estimating an output voltage of a single-phase DC / DC buck converter to reduce the number of sensors.

본 발명의 다른 목적은, 펄스폭 변조(PULSE WIDTH MODULATION, PWM)의 듀티(Duty)를 고려하여 인덕터 전류의 폴링(Falling) 구간의 중간점을 샘플링하며 샘플링한 전류값에 기초하여 출력 전압을 추정하는 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to estimate the output voltage on the basis of the sampled current value by sampling the midpoint of the falling section of the inductor current in consideration of the duty of the pulse width modulation (PULSE WIDTH MODULATION, PWM). To provide an apparatus and method for estimating the output voltage of a single-phase DC / DC buck converter.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood from the following description.

전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일면에 따른 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치는 입력 전원과 일단이 연결되며 펄스폭 변조 신호에 따라 온 및 오프되는 스위치와, 일단이 스위치의 타단에 연결되며 타단은 접지되는 다이오드와, 일단이 스위치의 타단에 연결되는 인덕터와, 일단이 인덕터의 타단과 전기적으로 연결되며 타단이 접지되는 커패시터와, 커패시터와 병렬로 접속되는 부하 저항으로 모델링되어 이루어지는 단상 디씨/디씨 벅 컨버터와, 인덕터에 흐르는 전류를 측정하는 전류 센서부와, 펄스폭 변조 신호에 기초하여 샘플링 시점을 설정하고, 샘플링 시점에 있어서 인덕터에 흐르는 전류의 전류값의 크기를 획득하는 전류 샘플링부와, 기설정된 부하 저항값과 인덕터에 흐르는 전류의 전류값의 크기를 곱하여 출력 전압의 추정값을 산출하는 추정부를 포함한다.In order to achieve the above object, an output voltage estimating apparatus of a single phase DC / DC buck converter according to an aspect of the present invention includes a switch having one end connected to an input power source and being turned on and off according to a pulse width modulated signal, and one end of the switch. It is modeled as a diode connected to the other end and grounded at the other end, an inductor connected at one end to the other end of the switch, a capacitor connected at the other end of the inductor to the other end and grounded at the other end, and a load resistor connected in parallel with the capacitor. A single phase DC / DC buck converter, a current sensor unit for measuring the current flowing through the inductor, a sampling time point is set based on the pulse width modulated signal, and the magnitude of the current value of the current flowing through the inductor is obtained at the sampling time point. Outputs the current sampling unit by multiplying the preset load resistance value by the magnitude of the current value of the current flowing through the inductor. It comprises estimating section for calculating an estimated value of the pressure.

본 발명의 다른 면에 따른 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 방법은 입력 전원과 일단이 연결되며 펄스폭 변조 신호에 따라 온 및 오프되는 스위치와, 일단이 스위치의 타단에 연결되며 타단은 접지되는 다이오드와, 일단이 스위치의 타단에 연결되는 인덕터와, 일단이 인덕터의 타단과 전기적으로 연결되며 타단이 접지되는 커패시터와, 커패시터와 병렬로 접속되는 부하 저항으로 모델링되어 이루어지는 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 인덕터에 흐르는 전류를 전류 센서를 통해 측정하는 단계와, 펄스폭 변조 신호에 기초하여 샘플링 시점을 설정하고, 샘플링 시점에 있어서 전류 센서를 통하여 인덕터에 흐르는 전류의 전류값의 크기를 획득하는 단계와, 기설정된 부하 저항값과 전류값의 크기를 곱하여 출력 전압의 추정값을 산출하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a method of estimating an output voltage of a single phase DC / DC buck converter includes a switch connected at one end to an input power supply and turned on and off according to a pulse width modulated signal, and one end connected to the other end of the switch and the other end to ground. A single-phase DC / DC buck converter modeled by a diode, an inductor connected to the other end of the switch, a capacitor connected to the other end of the inductor and grounded at the other end, and a load resistor connected in parallel with the capacitor. Measuring a current flowing through the inductor through the current sensor, setting a sampling time point based on the pulse width modulated signal, and obtaining a magnitude of the current value of the current flowing through the inductor through the current sensor at the sampling time point; To calculate the estimated value of the output voltage by multiplying the predetermined load resistance value and the current value; .

본 발명에 따르면, 단상 디씨/디씨 벅 컨버터에 있어서, 출력 전압을 측정하기 위한 전압 센서 없이도 출력 전압의 추정이 가능하다는 장점이 있다.According to the present invention, in the single-phase DC / DC buck converter, there is an advantage that the output voltage can be estimated without a voltage sensor for measuring the output voltage.

따라서, 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 동작을 위한 회로를 구현하는데 있어서, 필요한 소자수를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 종래 회로 대비 전력 소모가 감소될 수 있다.Therefore, in implementing a circuit for the operation of the single-phase DC / DC buck converter, it is possible to reduce the number of elements required, thereby reducing the power consumption compared to the conventional circuit.

또한, 본 발명에 따르면, 전압 센서를 포함하는 단상 디씨/디씨 벅 컨버터에 적용되는 경우에 있어서 전압 센서에 고장이 발생되는 경우에도 정상적으로 컨버터를 동작시킬 수 있다는 이점이 있다.In addition, according to the present invention, when applied to a single-phase DC / DC buck converter including a voltage sensor there is an advantage that the converter can be normally operated even if a failure occurs in the voltage sensor.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 방법을 나타내는 순서도.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치 및 방법에 있어서, 인덕터에 흐르는 전류값과 펄스폭 변조 신호를 나타내는 예시도.
도 4는 종래 기술에 따른 출력 전압을 측정하기 위한 전압센서를 포함하는 단상 디씨/디씨 벅 컨버터를 설명하는 도면.1 is a view for explaining an output voltage estimation apparatus of a single-phase DC / DC buck converter according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of estimating an output voltage of a single phase DC / DC buck converter according to another embodiment of the present invention.
3 is an exemplary view showing a current value and a pulse width modulated signal flowing through an inductor in the apparatus and method for output voltage estimation of a single-phase DC / DC buck converter according to embodiments of the present invention.
4 illustrates a single phase DC / DC buck converter including a voltage sensor for measuring an output voltage according to the prior art.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 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 것이다. 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. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in various different forms, and these embodiments are not intended to be exhaustive or to limit the scope of the present invention to the precise form disclosed, It is provided to inform the person completely of the scope of the invention. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

단상 DC/DC Buck 컨버터가 매우 이상적일 경우 출력전압이 일정하고, 커패시터(C)의 용량이 매우 크다면 커패시터 전압은 일정전압으로 가정할 수 있고, 따라서, 커패시터 전류(iC)는 0이 되고, 부하에 흐르는 전류는 iR=iL로 표현 할 수 있다. 하지만 실제의 회로에서의 출력전압은 일정하지 않고, 리플성분을 포함한다. 출력전압에 리플성분이 포함될 경우 커패시터의 전류(iC)는 0이 아니고 iC=iL-iR로 표현되고, 출력전압의 리플성분 값이 작아 출력전압의 변동이 매우 미미하다고 가정 한다면, 커패시터 전류 iC는 iC=iL-iR=iL-VC/R=iL-IL로 표현 할 수 있다.If the single-phase DC / DC Buck converter is very ideal, the output voltage is constant, and if the capacitor C is very large, the capacitor voltage can be assumed to be a constant voltage, thus the capacitor current i C is zero. , The current flowing through the load can be expressed as i R = i L. However, the actual output voltage in the circuit is not constant and includes a ripple component. If the output voltage includes a ripple component, the current (i C ) of the capacitor is represented by i C = i L -i R instead of 0, and it is assumed that the variation of the output voltage is very small because the ripple component value of the output voltage is small. The capacitor current i C can be expressed as i C = i L -i R = i L -V C / R = i L -I L.

출력전압에 리플성분이 존재하고 이 리플성분의 값이 미미하여 출력전압의 변동이 매우 작을 경우, 위의 식으로부터 인덕터 전류는 교류 성분과 직류 성분으로 나눌 수 있고, 이때 교류 성분은 커패시터의 전류, 직류 성분은 부하 저항(R)의 전류, 즉 출력 측 전류를 나타냄을 알 수가 있다.If there is a ripple component in the output voltage and the value of the ripple component is so small that the variation of the output voltage is very small, the inductor current can be divided into an AC component and a DC component from the above equation, where the AC component is a capacitor current or a direct current. It can be seen that the component represents the current of the load resistance R, that is, the output side current.

출력 측 전압을 전압센서를 사용하지 않고 알아내기 위해서는 부하(R)에 흐르는 직류 전류 값을 알아야만 한다. 저항(R)에 흐르는 직류 전류 값을 알기 위해서는 인덕터에 흐르는 전류 값을 전류센서를 통하여 획득하고, 이때 획득한 인덕터 전류의 폴링(Falling) 구간의 중간지점을 샘플링하게 되면 직류로 나타나는 부하 측 전류(IR)를 획득할 수가 있다.
In order to find the output voltage without using a voltage sensor, it is necessary to know the value of the direct current flowing through the load (R). In order to know the value of the DC current flowing through the resistor R, the current value flowing through the inductor is obtained through the current sensor.At this time, when sampling the mid-point of the falling section of the inductor current, the load-side current (DC) I R ) can be obtained.

도 1 및 도 3을 참조하여 전술한 바에 기초한 본 발명의 실시예에 따른 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치 및 방법을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 방법을 나타내는 순서도이며, 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치 및 방법에 있어서, 인덕터에 흐르는 전류값과 펄스폭 변조 신호를 나타내는 예시도이다. 도 3에 있어서, 가로축은 시간이며, 세로축은 각각 인덕터 전류의 크기 및 펄스폭 변조 신호의 출력값을 나타낸다.An apparatus and method for estimating an output voltage of a single phase DC / DC buck converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 3. 1 is a view illustrating an output voltage estimating apparatus of a single phase DC / DC buck converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating an output voltage estimation of a single phase DC / DC buck converter according to another embodiment of the present invention. 3 is a flowchart illustrating a method, and FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating a current value flowing through an inductor and a pulse width modulated signal in an apparatus and method for output voltage estimation of a single phase DC / DC buck converter according to embodiments of the present invention. In Fig. 3, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the magnitude of the inductor current and the output value of the pulse width modulated signal, respectively.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치(10)는 단상 디씨/디씨 벅 컨버터(100)와, 전류 센서부(200)와, 전류 샘플링부(300)와, 추정부(400)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an output voltage estimating apparatus 10 of a single phase DC / DC buck converter according to an embodiment of the present invention may include a single phase DC / DC buck converter 100, a current sensor unit 200, and current sampling. The unit 300 and the estimator 400 are included.

단상 디씨/디씨 벅 컨버터(100)는 입력 전원(E)과 일단이 연결되며 펄스폭 변조 신호에 따라 온 및 오프되는 스위치(S)와, 일단이 스위치(S)의 타단에 연결되며 타단은 접지되는 다이오드(D)와, 일단이 스위치(S)의 타단에 연결되는 인덕터(L)와, 일단이 인덕터(L)의 타단과 전기적으로 연결되며 타단이 접지되는 커패시터(C)와, 커패시터(C)와 병렬로 접속되는 부하 저항(R)으로 모델링되어 이루어진다.Single phase DC / DC buck converter 100 is connected to the input power source (E) and the switch (S) is turned on and off according to the pulse width modulation signal, one end is connected to the other end of the switch (S) and the other end is grounded The diode D, the inductor L having one end connected to the other end of the switch S, the capacitor C having one end electrically connected to the other end of the inductor L and the other end being grounded, and the capacitor C Modeled as a load resistance (R) connected in parallel with

전류 센서부(200)는 단상 디씨/디씨 벅 컨버터(100)의 인덕터(L)와 직렬 접속되어 인덕터(L)에 흐르는 전류(IL)를 측정한다.The current sensor unit 200 is connected in series with the inductor L of the single phase DC / DC buck converter 100 to measure the current I L flowing through the inductor L.

전류 샘플링부(300)는 펄스폭 변조 신호에 기초하여 샘플링 시점을 설정하고, 샘플링 시점에 있어서 인덕터(L)에 흐르는 전류의 전류값의 크기를 획득한다.The current sampling unit 300 sets a sampling time point based on the pulse width modulation signal, and acquires the magnitude of the current value of the current flowing through the inductor L at the sampling time point.

한편, 전류 샘플링부(300)는, 펄스폭 변조 신호의 하강 엣지를 시작점으로하고 펄스폭 변조 신호의 상승 엣지를 종료점으로 하며 펄스폭 변조 신호의 크기가 기설정된 값 이하인 경우를 인덕터에 흐르는 전류의 폴링 구간으로 설정하고, 폴링 구간의 중간 지점에 있어서 전류 센서부(200)로부터 인덕터에 흐르는 전류의 전류값의 크기를 획득하는 것일 수 있다.On the other hand, the current sampling unit 300, the falling edge of the pulse width modulated signal as the starting point, the rising edge of the pulse width modulated signal as the end point and the case where the magnitude of the pulse width modulated signal is less than the predetermined value of the current flowing through the inductor It may be set to a polling period, and the magnitude of the current value of the current flowing through the inductor from the current sensor unit 200 may be obtained at an intermediate point of the polling period.

예를 들어, 도 3과 같이 인덕터 전류와 펄스폭 변조 신호(PWM)가 출력되는 경우에 있어서, 펄스폭 변조 신호가 온이되면, 인덕터 전류은 상승(라이징 구간)하고 펄스폭 변조 신호가 오프가 되면, 인덕터 전류는 하강(폴링 구간)하는 것을 알 수 있다. 이 때, 전류 샘플링부(300)는 펄스폭 변조 신호의 크기가 기설정된 값 이하인 경우(예를 들어서, 0V), 즉, 오프가 되는 구간을 인덕터에 흐르는 전류의 폴링 구간으로 설정하고, 폴링 구간의 중간 지점에 있어서 전류 센서부(200)로부터 인덕터에 흐르는 전류의 전류값의 크기(도 3에 있어서는 iL=IL)를 획득한다.For example, in the case where the inductor current and the pulse width modulated signal PWM are output as shown in FIG. 3, when the pulse width modulated signal is turned on, the inductor current rises (rising period) and the pulse width modulated signal is turned off. , It can be seen that the inductor current falls (polling interval). In this case, when the magnitude of the pulse width modulated signal is equal to or less than a predetermined value (for example, 0V), the current sampling unit 300 sets the period to be turned off as a polling period of current flowing through the inductor, and the polling period. At the midpoint of, the magnitude (i L = I L in FIG. 3) of the current value of the current flowing through the inductor from the current sensor unit 200 is obtained.

인덕터 전류의 폴링 구간의 중간지점 샘플링은 스위치 On/Off 시간을 제어하는 펄스폭 변조 신호의 각 주기 지점마다 이루어 진다. 만약, 펄스폭 변조 신호에 의한 제어 주기가 100us일 경우, 도 3과 같이 펄스폭 변조 신호를 제어주기의 절반 지점에 대칭이 되게 인가 해준다면, 펄스폭 변조 신호의 한 주기시작 지점이 인덕터 전류 폴링 구간 직선의 중간지점이 된다. 따라서, 전류 샘플링부(300)는 펄스폭 변조 신호의 주기 시작지점에서 전류를 샘플링하게 되므로, 이 때 샘플링되는 전류값은 폴링 구간 직선의 중간점이 되게 된다. 아래의 도 3과 같이 제어 주기의 절반값을 기준으로 대칭하여 펄스폭 변조 신호가 존재한다면, 제어 주기가 변하여 150us, 200us가 되어도 인덕터 전류의 폴링 구간의 중간점을 샘플링 할 수 있다. The midpoint sampling of the polling period of the inductor current is performed at each periodic point of the pulse width modulated signal that controls the switch on / off time. If the control period of the pulse width modulated signal is 100us, as shown in FIG. 3, if the pulse width modulated signal is applied symmetrically to half of the control period, one cycle start point of the pulse width modulated signal is the inductor current polling. It is the middle point of the section line. Therefore, since the current sampling unit 300 samples the current at the cycle start point of the pulse width modulation signal, the current value sampled at this time becomes the midpoint of the polling period straight line. If there is a pulse width modulation signal symmetrically based on the half value of the control period as shown in FIG. 3 below, even if the control period is changed to 150us and 200us, the midpoint of the polling period of the inductor current may be sampled.

추정부(400)는 기설정된 부하 저항값과 전류값의 크기를 곱하여 출력 전압의 추정값을 산출한다.The estimator 400 calculates an estimated value of the output voltage by multiplying a predetermined load resistance value and a current value.

즉, 추정부(400)는 하기의 수학식1에 따라 출력 전압의 추정값을 산출한다.That is, the estimator 400 calculates an estimated value of the output voltage according to Equation 1 below.

(수학식 1)(1)

Vout=IL _ sampling×RV out = I L _ sampling × R

여기서, Vout은 출력 전압의 추정값이고, IL _ sampling은 인덕터 전류의 폴링 구간의 중간점을 샘플링한 전류값의 크기이며, R은 부하 저항값이다.
Where V out is an estimate of the output voltage, I L _ sampling is the magnitude of the current value sampled from the midpoint of the polling period of the inductor current, and R is the load resistance value.

이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치(10)에 의해 수행되는 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of estimating an output voltage of a single phase DC / DC buck converter performed by the output voltage estimating apparatus 10 of the single phase DC / DC buck converter according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 입력 전원과 일단이 연결되며 펄스폭 변조 신호에 따라 온 및 오프되는 스위치(S)와, 일단이 스위치(S)의 타단에 연결되며 타단은 접지되는 다이오드(D)와, 일단이 스위치(S)의 타단에 연결되는 인덕터(L)와, 일단이 인덕터(L)의 타단과 전기적으로 연결되며 타단이 접지되는 커패시터(C)와, 커패시터(C)와 병렬로 접속되는 부하 저항(R)으로 모델링되어 이루어지는 단상 디씨/디씨 벅 컨버터(100)의 인덕터(L)에 흐르는 전류(IL)를 전류 센서(CT)를 통해 측정한다(S101).First, a switch S, one end of which is connected to an input power source and turned on and off according to a pulse width modulation signal, a diode D of which one end is connected to the other end of the switch S and the other end is grounded, and one end of the switch ( Inductor L connected to the other end of S), a capacitor C having one end electrically connected to the other end of the inductor L, and the other end being grounded, and a load resistor R connected in parallel with the capacitor C. The current IL flowing through the inductor L of the single phase DC / DC buck converter 100 which is modeled as is measured through the current sensor CT (S101).

이후, 펄스폭 변조 신호에 기초하여 샘플링 시점을 설정하고(S103), 샘플링 시점에 있어서 전류 센서(CT)를 통하여 인덕터(L)에 흐르는 전류의 전류값의 크기를 획득한다(S105).Thereafter, a sampling time point is set based on the pulse width modulation signal (S103), and at the sampling time point, the magnitude of the current value of the current flowing through the inductor L is obtained through the current sensor CT (S105).

이 때, 펄스폭 변조 신호의 하강 엣지를 시작점으로하고 펄스폭 변조 신호의 상승 엣지를 종료점으로 하며 펄스폭 변조 신호의 크기가 기설정된 값 이하(예를 들어서 0V)인 경우를 인덕터(L)에 흐르는 전류의 폴링 구간으로 설정하고, 폴링 구간의 중간 지점에 있어서 인덕터(L)에 흐르는 전류의 전류값의 크기를 획득할 수 있다. At this time, the falling edge of the pulse width modulated signal as the starting point, the rising edge of the pulse width modulated signal as the end point, and the case where the magnitude of the pulse width modulated signal is equal to or less than a predetermined value (for example, 0 V) is applied to the inductor L. The current value of the current flowing through the inductor L may be obtained at a middle point of the polling period.

이후, 기설정된 부하 저항값과 전류값의 크기를 곱하여 출력 전압의 추정값을 산출한다(S107).
Thereafter, the estimated load resistance value is multiplied by the magnitude of the current value to calculate an estimated value of the output voltage (S107).

전술한 바에 따라, 본 발명의 실시예들에 따른 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치 및 방법은 단상 디씨/디씨 벅 컨버터에 있어서, 출력 측에 전압센서를 사용하지 않더라도 컨버터의 제어가 가능할 수 있으며, 전압센서를 사용하지 않아 추가적 회로가 불필요하고 비용을 절감할 수 있다는 이점이 있다.
As described above, the apparatus and method for estimating the output voltage of a single phase DC / DC buck converter according to embodiments of the present invention may be controlled in a single phase DC / DC buck converter without the use of a voltage sensor at the output side. In addition, the use of a voltage sensor eliminates the need for additional circuitry and reduces costs.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (4)

입력 전원과 일단이 연결되며 펄스폭 변조 신호에 따라 온 및 오프되는 스위치와, 일단이 상기 스위치의 타단에 연결되며 타단은 접지되는 다이오드와, 일단이 상기 스위치의 타단에 연결되는 인덕터와, 일단이 상기 인덕터의 타단과 전기적으로 연결되며 타단이 접지되는 커패시터와, 상기 커패시터와 병렬로 접속되는 부하 저항으로 모델링되어 이루어지는 단상 디씨/디씨 벅 컨버터;
상기 인덕터에 흐르는 전류를 측정하는 전류 센서부;
상기 펄스폭 변조 신호에 기초하여 샘플링 시점을 설정하고, 상기 샘플링 시점에 있어서 상기 인덕터에 흐르는 전류의 전류값의 크기를 획득하는 전류 샘플링부; 및
기설정된 부하 저항값과 상기 전류값의 크기를 곱하여 출력 전압의 추정값을 산출하는 추정부;
를 포함하는 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치.A switch connected at one end to an input power source and turned on and off according to a pulse width modulation signal, a diode connected at one end to the other end of the switch and grounded at another end, an inductor connected at one end to the other end of the switch, and A single phase DC / DC buck converter modeled by a capacitor electrically connected to the other end of the inductor and grounded at the other end thereof, and a load resistor connected in parallel with the capacitor;
A current sensor unit measuring a current flowing in the inductor;
A current sampling unit for setting a sampling time point based on the pulse width modulation signal, and obtaining a magnitude of a current value of a current flowing through the inductor at the sampling time point; And
An estimator configured to calculate an estimated value of an output voltage by multiplying a predetermined load resistance value by the magnitude of the current value;
Output voltage estimation device of a single-phase DC / DC buck converter comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 샘플링부는,
상기 펄스폭 변조 신호의 하강 엣지를 시작점으로하고 상기 펄스폭 변조 신호의 상승 엣지를 종료점으로 하며 상기 펄스폭 변조 신호의 크기가 기설정된 값 이하인 경우를 상기 인덕터에 흐르는 전류의 폴링 구간으로 설정하고, 상기 폴링 구간의 중간 지점에 있어서 상기 전류 센서부로부터 상기 인덕터에 흐르는 전류의 전류값의 크기를 획득하는 것
인 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 장치.The method of claim 1, wherein the current sampling unit,
Setting a falling edge of the pulse width modulated signal as a starting point, a rising edge of the pulse width modulated signal as an end point, and a case where the magnitude of the pulse width modulated signal is equal to or less than a predetermined value as a polling period of current flowing through the inductor, Acquiring the magnitude of the current value of the current flowing from the current sensor unit to the inductor at the intermediate point of the polling period;
Output voltage estimator for single phase DC / DC buck converters. 입력 전원과 일단이 연결되며 펄스폭 변조 신호에 따라 온 및 오프되는 스위치와, 일단이 상기 스위치의 타단에 연결되며 타단은 접지되는 다이오드와, 일단이 상기 스위치의 타단에 연결되는 인덕터와, 일단이 상기 인덕터의 타단과 전기적으로 연결되며 타단이 접지되는 커패시터와, 상기 커패시터와 병렬로 접속되는 부하 저항으로 모델링되어 이루어지는 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 상기 인덕터에 흐르는 전류를 전류 센서를 통해 측정하는 단계;
상기 펄스폭 변조 신호에 기초하여 샘플링 시점을 설정하고, 상기 샘플링 시점에 있어서 전류 센서를 통하여 상기 인덕터에 흐르는 전류의 전류값의 크기를 획득하는 단계; 및
기설정된 부하 저항값과 상기 전류값의 크기를 곱하여 출력 전압의 추정값을 산출하는 단계;
를 포함하는 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 방법.A switch connected at one end to an input power source and turned on and off according to a pulse width modulation signal, a diode connected at one end to the other end of the switch and grounded at another end, an inductor connected at one end to the other end of the switch, and Measuring a current flowing through the inductor of the single-phase DC / DC buck converter modeled by a capacitor electrically connected to the other end of the inductor and grounded at the other end, and a load resistor connected in parallel with the capacitor;
Setting a sampling time point based on the pulse width modulated signal, and acquiring a magnitude of a current value of a current flowing through the inductor through a current sensor at the sampling time point; And
Calculating an estimated value of an output voltage by multiplying a predetermined load resistance value by the magnitude of the current value;
Output voltage estimation method of a single-phase DC / DC buck converter comprising a. 제 3 항에 있어서, 상기 획득하는 단계는,
상기 펄스폭 변조 신호의 하강 엣지를 시작점으로하고 상기 펄스폭 변조 신호의 상승 엣지를 종료점으로 하며 상기 펄스폭 변조 신호의 크기가 기설정된 값 이하인 경우를 상기 인덕터에 흐르는 전류의 폴링 구간으로 설정하고, 상기 폴링 구간의 중간 지점에 있어서 상기 인덕터에 흐르는 전류의 전류값의 크기를 획득하는 단계인 것
인 단상 디씨/디씨 벅 컨버터의 출력 전압 추정 방법.The method of claim 3, wherein the acquiring
Setting a falling edge of the pulse width modulated signal as a starting point, a rising edge of the pulse width modulated signal as an end point, and a case where the magnitude of the pulse width modulated signal is equal to or less than a predetermined value as a polling period of current flowing through the inductor, Acquiring a magnitude of a current value of a current flowing in the inductor at an intermediate point of the polling period;
Output voltage estimation method for single-phase DC / DC buck converters.
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