KR20140044017A - Synchronous low voltage dc-dc converter - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a synchronous low voltage DC-DC converter. The synchronous low voltage DC-DC converter comprises a primary side metal oxide silicon field effect transistor (MOSFET) module which is switched by a first pulse width modulation (PWM) switching signal; a secondary side MOSFET module which is switched by a second PWM switching signal; a signal generator which generates the first and second PWM switching signals for independently activating or deactivating each of the primary and secondary side MOSFET modules; and a controller which, when an output current measured at an input terminal of the primary side MOSFET module is smaller than a predetermined threshold value, controls the signal generator so that the second PWM switching signal is not generated and the first PWM switching signal for driving the primary side MOSFET module is generated. Therefore, the synchronous low voltage DC-DC converter according to the present invention improves the power efficiency by not driving the secondary side MOSFET module while performing rectification by using a body diode inside the MOSFET. [Reference numerals] (140) Signal generator; (150) Controller; (AA) Output current; (BB) High-voltage battery; (CC) Gate driver on/off control signal

Description

동기형 저전압 직류직류 컨버터{SYNCHRONOUS LOW VOLTAGE DC-DC CONVERTER}Synchronous Low Voltage DC DC Converters {SYNCHRONOUS LOW VOLTAGE DC-DC CONVERTER}

본 발명은 차량에 이용되는 저전압 직류-직류 컨버터에 관한 것으로, 구체적으로는 동기형 저전압 직류직류컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a low voltage DC-DC converter for use in a vehicle, and more particularly, to a synchronous low voltage DC DC converter.

차량 등은 보통 고압의 직류전원을 저압의 직류전원으로 낮추기 위한 동기형 저전압 직류직류컨버터를 구비하고 있다. 종래 동기형 동기형 저전압 직류직류컨버터는 DA변환을 위한 1차측 MOSFET와 출력단의 정류를 위한 2차측 MOSFET를 적용한다. 일반적으로 종래 동기형 저전압 직류직류컨버터는 게이트 구동을 위한 Enable/Disable 제어신호가 1차측 및 2차측 MOSFET에 동시에 인가된다.A vehicle or the like is usually provided with a synchronous low voltage DC DC converter for lowering a high voltage DC power supply to a low voltage DC power supply. Conventional synchronous synchronous low voltage DC DC converter applies a primary MOSFET for DA conversion and a secondary MOSFET for rectifying the output stage. In general, in the conventional synchronous low voltage DC DC converter, enable / disable control signals for gate driving are simultaneously applied to the primary side and the secondary side MOSFETs.

그러나, 종래 동기형 저전압 직류직류컨버터의 2차측 MOSFET는 저부하 영역에서 종래 다이오드 정류기에 비해 효율이 저감되는 문제를 가진다.However, the secondary side MOSFET of the conventional synchronous low voltage direct current DC converter has a problem that the efficiency is reduced in comparison with the conventional diode rectifier in the low load region.

또한 종래 동기형 저전압 직류직류컨버터는 일반적으로 부하의 높고 낮음에 관계없이 사전에 정해진 고정된 주파수를 기반으로 1차측 및 2차측 MOSFET의 스위칭을 수행하기 때문에 저부하 영역에서는 불필요한 고속 스위칭에 의한 손실이 발생하는 문제가 있다.In addition, the conventional synchronous low voltage DC DC converter generally performs switching of the primary and secondary MOSFETs based on a predetermined fixed frequency regardless of whether the load is high or low. There is a problem that occurs.

KR 10-2012-0021140 A, 2012. 03. 08, 도면 1KR 10-2012-0021140 A, 2012. 03. 08, drawing 1

본 발명의 목적은 1차측과 2차측 MOSFET를 독립적으로 구동할 수 있고, 부하의 높고 낮음에 따라 MOSFET의 구동 주파수를 가변할 수 있어, 저부하 영역에서 정류효율을 높임과 동시에 스위칭 손실을 줄임으로써, 전체적인 전력변환효율을 향상시킬 수 있는 동기형 저전압 직류직류컨버터를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to independently drive the primary and secondary MOSFETs, and to vary the drive frequency of the MOSFETs as the load is high and low, thereby increasing the rectification efficiency in the low load region and reducing switching losses. In addition, the present invention provides a synchronous low voltage DC DC converter capable of improving the overall power conversion efficiency.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 동기형 저전압 직류직류컨버터는 외부로부터 입력된 제1 PWM스위칭신호에 의해 스위칭되는 복수 개의 제1 스위칭소자들을 이용하여 외부로부터 입력된 직류 고전압을 교류 고전압으로 변환하는 1차측 모스펫모듈; 상기 1차측 모스펫모듈에 의해 변환된 교류 고전압이 주변압부에 의해 변압된 경우, 외부로부터 입력된 제2 PWM스위칭신호에 의해 스위칭되는 복수개의 제2 스위칭소자들을 이용하여 상기 주변압부에 의해 변압된 전압을 정류하여 부하에 공급하는 2차측 모스펫모듈; 외부의 제어에 대응하여 상기 1차측 및 2차측 모스펫모듈 각각을 독립적으로 활성화 또는 비활성화하기 위해 상기 제1 및 제2 PWM스위칭신호를 각각 생성하는 신호생성기; 및 상기 1차측 모스펫모듈의 입력단에서 측정된 출력전류의 값이 사전에 정해진 임계값 보다 작은 경우 상기 1차측 모스펫모듈의 입력단에서 측정된 출력전류의 값이 사전에 정해진 임계값 보다 작은 경우 상기 제2 PWM스위칭신호가 생성되지 않도록 상기 신호생성기를 제어함과 동시에 상기 제1 PWM스위칭신호가 생성되어 상기 1차측 모스펫모듈을 구동하도록 상기 신호생성기를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 2차측 모스펫모듈에서 제2 스위칭소자들은 2개의 MOSFET소자로 이루어질 수 있다.According to an aspect of the present invention, a synchronous low voltage DC DC converter according to an aspect of the present invention uses a plurality of first switching elements switched by a first PWM switching signal input from the outside to exchange a DC high voltage input from the outside. Primary MOSFET module to convert to high voltage; When the AC high voltage converted by the primary MOSFET module is transformed by the peripheral voltage unit, the voltage transformed by the peripheral voltage unit using a plurality of second switching elements switched by a second PWM switching signal input from the outside. Secondary MOSFET module to rectify the supply to the load; A signal generator configured to generate the first and second PWM switching signals, respectively, to independently activate or deactivate the primary and secondary MOSFET modules in response to external control; And when the value of the output current measured at the input terminal of the primary MOSFET module is smaller than a predetermined threshold, when the value of the output current measured at the input terminal of the primary MOSFET module is smaller than a predetermined threshold value. And a controller for controlling the signal generator so as not to generate a PWM switching signal and controlling the signal generator to generate the first PWM switching signal to drive the primary MOSFET module. In the secondary MOSFET module, the second switching devices may be composed of two MOSFET devices.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 동기형 저전압 직류직류컨버터는 외부로부터 입력된 제1 PWM스위칭신호에 의해 스위칭되는 복수 개의 제1 스위칭소자들을 이용하여 외부로부터 입력된 직류 고전압을 교류 고전압으로 변환하는 1차측 모스펫모듈; 상기 1차측 모스펫모듈에 의해 변환된 교류 고전압이 주변압부에 의해 변압된 경우, 외부로부터 입력된 제2 PWM스위칭신호에 의해 스위칭되는 복수개의 제2 스위칭소자들을 이용하여 상기 주변압부에 의해 변압된 전압을 정류하여 부하에 공급하는 2차측 모스펫모듈; 외부의 제어에 대응하여 상기 1차측 및 2차측 모스펫모듈을 독립적으로 인에이블(enable) 또는 디제이블(disable)하기 위한 온(ON)/오프(OFF) 제어신호를 각각 생성하는 신호생성기; 외부의 제어에 의해 발생된 PWM신호를 변압하기 위한 펄스트랜스를 포함하고, 상기 펄스트랜스에 의해 변압된 PWM신호에 의해 상기 제1 및 제2 PWM스위칭신호를 독립적으로 생성하여 상기 1차측 및 2차측 모스펫모듈로 각각 제공하는 가변생성기; 및 상기 1차측 모스펫모듈의 입력단에서 측정된 출력전류의 값이 사전에 정해진 임계값 보다 작은 경우 상기 1차측 모스펫모듈을 인에이블시키고 상기 2차측 모스펫모듈을 디제이블시키도록 상기 신호생성기를 제어함과 동시에, 상기 제2 PWM스위칭신호가 생성되지 않도록 상기 가변생성기를 제어하면서 상기 제1 PWM스위칭신호가 생성되어 상기 인에이블된 1차측 모스펫모듈을 구동하도록 상기 가변생성기를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 2차측 모스펫모듈에서 제2 스위칭소자들은 2개의 MOSFET소자로 이루어질 수 있다.According to another aspect of the present invention, a synchronous low voltage DC DC converter according to another aspect of the present invention uses a plurality of first switching elements that are switched by a first PWM switching signal input from the outside. Primary MOSFET module for converting the AC into high voltage; When the AC high voltage converted by the primary MOSFET module is transformed by the peripheral voltage unit, the voltage transformed by the peripheral voltage unit using a plurality of second switching elements switched by a second PWM switching signal input from the outside. Secondary MOSFET module to rectify the supply to the load; A signal generator for generating an ON / OFF control signal for independently enabling or disabling the primary and secondary MOSFET modules in response to external control; And a pulse transformer for transforming a PWM signal generated by an external control, and independently generating the first and second PWM switching signals by the PWM signal transformed by the pulse transformer to independently generate the primary and secondary sides. Variable generators each provided as a MOSFET module; And controlling the signal generator to enable the primary MOSFET module and to disable the secondary MOSFET module when the value of the output current measured at the input terminal of the primary MOSFET module is smaller than a predetermined threshold value. And simultaneously controlling the variable generator so as to drive the enabled primary MOSFET module while the first PWM switching signal is generated to control the variable generator such that the second PWM switching signal is not generated. It is done. In the secondary MOSFET module, the second switching devices may be composed of two MOSFET devices.

상기 제어기에서, 상기 조정된 가변주파수는 상기 주변압부와 상기 펄스트랜스의 자속밀도값이 포화되지 않는 영역에서 정해질 수 있다.In the controller, the adjusted variable frequency may be determined in a region where the magnetic flux density values of the peripheral pressure unit and the pulse transformer are not saturated.

상기 제어기에서, 상기 조정된 가변주파수는 상기 주변압부와 상기 펄스트랜스의 자속밀도값이 포화되지 않는 영역에서 정해진 자속포화주파수에 안전마진값을 더하여 정해질 수 있다.In the controller, the adjusted variable frequency may be determined by adding a safety margin value to a magnetic flux saturation frequency determined in a region where the magnetic flux density values of the peripheral pressure unit and the pulse transformer are not saturated.

상기 제어기는 상기 1차측 모스펫모듈의 입력단에서 측정된 출력전류의 값이 사전에 정해진 임계값 이상이거나 상기 동기형 저전압 직류직류컨버터에 의해 이미 가변제어절차가 수행 중인 경우에는 상기 출력전류의 값을 측정하는 초기상태를 유지할 수 있다.The controller measures the value of the output current when the value of the output current measured at the input of the primary MOSFET module is greater than or equal to a predetermined threshold or when a variable control procedure is already being performed by the synchronous low voltage DC DC converter. Can maintain the initial state.

상기 제어기는 상기 측정된 출력전류의 값이 사전에 정해진 임계값 보다 작고 상기 동기형 저전압 직류직류컨버터에 의해 가변제어절차가 수행 중이 아닌 경우, 상기 제1 및 제2 PWM스위칭신호의 주파수를 조정하기 전에, 상기 1차측 모스펫모듈과 상기 2차측 모스펫모듈을 정지시킬 수 있다.The controller is configured to adjust the frequencies of the first and second PWM switching signals when the value of the measured output current is smaller than a predetermined threshold and a variable control procedure is not being performed by the synchronous low voltage direct current converter. Before, the primary MOSFET module and the secondary MOSFET module can be stopped.

상기 제어기는 상기 1차측 모스펫모듈과 상기 2차측 모스펫모듈을 정지시킨 후 상기 제1 및 제2 PWM스위칭신호의 주파수를 조정하기 위한 상기 제1 및 제2 PWM스위칭신호 주기의 조정연산을 수행할 수 있다.The controller may perform the adjustment operation of the first and second PWM switching signal period for adjusting the frequency of the first and second PWM switching signal after stopping the primary MOSFET module and the secondary MOSFET module. have.

이에 의해 본 발명은 측정된 출력전류에 대응하여 2차측 모스펫모듈이 구동되지 않고 모스펫 내부의 Body diode를 통해서 정류가 이루어지기 때문에 종래 2차측 모스펫모듈의 스위칭에 의한 정류방식에 비해 전력효율을 향상시킬 수 있다.Accordingly, in the present invention, since the secondary MOSFET module is not driven in response to the measured output current and rectification is performed through the body diode inside the MOSFET, the power efficiency is improved compared to the conventional rectification method by switching the secondary MOSFET module. Can be.

또한, 본 발명은 측정된 출력전류에 대응하여 1차측 모스펫모듈과 2차측 모스펫모듈의 구동을 위한 PWM스위칭신호의 주파수를 변경함으로써 저부하 영역에서의 스위칭 손실을 줄일 수 있다.In addition, the present invention can reduce the switching loss in the low load region by changing the frequency of the PWM switching signal for driving the primary MOSFET module and the secondary MOSFET module corresponding to the measured output current.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 동기형 저전압 직류직류컨버터의 회로도이다.
도 2은 본 발명의 제2 실시예에 따른 동기형 저전압 직류직류컨버터의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 동기형 저전압 직류직류컨버터의 제어절차도이다.1 is a circuit diagram of a synchronous low voltage direct current converter according to a first embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram of a synchronous low voltage direct current converter according to a second embodiment of the present invention.
3 is a control flowchart of a synchronous low voltage direct current converter according to a second embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 동기형 저전압 직류직류컨버터에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기형 저전압 직류직류컨버터의 회로도이다.Hereinafter, a synchronous low voltage DC DC converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 is a circuit diagram of a synchronous low voltage direct current converter according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 동기형 저전압 직류직류컨버터(100)는 1차측 모스펫모듈(120), 2차측 모스펫모듈(130), 신호생성기(140), 제어기(150)로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 1, the synchronous low voltage DC DC converter 100 may include a primary MOSFET module 120, a secondary MOSFET module 130, a signal generator 140, and a controller 150.

1차측 모스펫모듈(120)은 신호생성기(140)로부터 입력된 제1 PWM스위칭신호에 의해 스위칭되는 복수 개의 제1 스위칭소자들(22)로 이루어져, 고전압 배터리(110)로부터 입력되는 직류 고전압을 교류 고전압으로 변환할 수 있다.The primary MOSFET module 120 includes a plurality of first switching elements 22 that are switched by the first PWM switching signal input from the signal generator 140 to exchange DC high voltage input from the high voltage battery 110. Can be converted to high voltage.

제1 스위칭소자들(122)은 제1 PWM스위칭신호에 의해 스위칭되는 4개의 MOSFET소자로 구성된 풀브리지(Full-Bridge) 회로를 포함할 수 있다.The first switching elements 122 may include a full-bridge circuit composed of four MOSFET elements switched by the first PWM switching signal.

2차측 모스펫모듈(130)은 1차측 모스펫모듈(120)에 의해 변환된 교류 고전압이 주변압부(132)에 의해 변압된 경우, 신호생성기(140)로부터 입력된 제2 PWM스위칭신호에 의해 스위칭되는 복수개의 제2 스위칭소자들(134)을 이용하여 주변압부(132)에 의해 변압된 전압을 정류하여 부하에 공급한다.The secondary MOSFET module 130 is switched by the second PWM switching signal input from the signal generator 140 when the AC high voltage converted by the primary MOSFET module 120 is transformed by the peripheral voltage unit 132. The voltage transformed by the peripheral voltage unit 132 is rectified using the plurality of second switching elements 134 and supplied to the load.

신호생성기(140)에 의해 제2 PWM스위칭신호가 생성되지 않아 2차측 모스펫모듈(130)이 구동되지 않은 경우, 2차측 모스펫모듈(130)은 모스펫 내부의 Body diode를 통해서 정류가 이루어진다.When the secondary MOSFET module 130 is not driven because the second PWM switching signal is not generated by the signal generator 140, the secondary MOSFET module 130 is rectified through the body diode inside the MOSFET.

제2 스위칭소자들(134)은 제2 PWM스위칭신호에 의해 스위칭되는 2개의 MOSFET소자로 구성될 수 있다. 2개의 MOSFET소자에 의해 정류된 전압은 인덕턴스소자 L1(136) 및 커패시턴스소자 Cout(138)에 의해 평활되어 부하로 제공될 수 있다.The second switching elements 134 may be composed of two MOSFET devices switched by the second PWM switching signal. The voltage rectified by the two MOSFET elements may be smoothed by the inductance element L1 136 and the capacitance element Cout 138 and provided to the load.

신호생성기(140)는 제어기(150)의 제어에 대응하여 발생된 PWM신호를 변압하기 위한 펄스트랜스(도시되지 않음)를 포함한다. 가변생성기(40)는 제어기(150)의 제어에 의해 펄스트랜스에 의해 변압된 PWM신호를 이용하여 제1 및 제2 PWM스위칭신호를 독립적으로 각각 생성하여 1차측 모스펫모듈(120) 및 2차측 모스펫모듈(130)로 출력한다.The signal generator 140 includes a pulse transformer (not shown) for transforming the PWM signal generated in response to the control of the controller 150. The variable generator 40 independently generates the first and second PWM switching signals using the PWM signal transformed by the pulse transformer under the control of the controller 150 to independently generate the primary MOSFET module 120 and the secondary MOSFET. Output to module 130.

신호생성기(140)는 제어기(150)의 제어에 따라 1차측 모스펫모듈(120) 또는 2차측 모스펫모듈(130)을 선택적으로 활성화 또는 비활성화 시킬 수 있다.The signal generator 140 may selectively activate or deactivate the primary MOSFET module 120 or the secondary MOSFET module 130 under the control of the controller 150.

제어기(150)는 1차측 모스펫모듈(120)의 입력단에서 측정된 출력전류의 값이 사전에 정해진 임계값 보다 작은 경우 제2 PWM스위칭신호가 생성되지 않도록 신호생성기(140)를 제어한다. 동시에 제어기(150)는 제1 PWM스위칭신호가 생성되어 1차측 모스펫모듈(120)을 구동하도록 신호생성기(140)를 제어한다.The controller 150 controls the signal generator 140 such that the second PWM switching signal is not generated when the value of the output current measured at the input terminal of the primary MOSFET module 120 is smaller than a predetermined threshold value. At the same time, the controller 150 controls the signal generator 140 to generate a first PWM switching signal to drive the primary MOSFET module 120.

이에 의해 본 실시예에 따른 동기형 저전압 직류직류컨버터(100)는 2차측 모스펫모듈(130)이 구동되지 않고 모스펫 내부의 Body diode를 통해서 정류가 이루어지기 때문에 2차측 모스펫모듈(130)의 스위칭에 의한 정류동작 때에 비해 전력효율이 향상된다.As a result, in the synchronous low voltage DC DC converter 100 according to the present embodiment, since the secondary MOSFET module 130 is not driven and rectification is performed through the body diode inside the MOSFET, the secondary MOSFET module 130 is switched. Power efficiency is improved compared with the rectification operation.

이하 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 동기형 저전압 직류직류컨버터에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기형 저전압 직류직류컨버터의 회로도이다.Hereinafter, a synchronous low voltage direct current converter according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3. 2 is a circuit diagram of a synchronous low voltage direct current converter according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 동기형 저전압 직류직류컨버터(200)는 1차측 모스펫모듈(220), 2차측 모스펫모듈(230), 신호생성기(245), 가변생성기(240), 제어기(250)로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 2, the synchronous low voltage DC DC converter 200 includes a primary MOSFET module 220, a secondary MOSFET module 230, a signal generator 245, a variable generator 240, and a controller 250. Can be.

1차측 모스펫모듈(220)은 가변생성기(240)로부터 입력된 제1 PWM스위칭신호에 의해 스위칭되는 복수 개의 제1 스위칭소자들(222)로 이루어져, 고전압 배터리(210)로부터 입력되는 직류 고전압을 교류 고전압으로 변환할 수 있다.The primary MOSFET module 220 includes a plurality of first switching elements 222 that are switched by a first PWM switching signal input from the variable generator 240 to exchange DC high voltage input from the high voltage battery 210. Can be converted to high voltage.

또한, 1차측 모스펫모듈(220)은 신호생성기(245)로부터 입력된 온(ON)/오프(OFF) 신호에 의해 인에이블(enable) 또는 디제이블(disabale) 될 수 있다. In addition, the primary MOSFET module 220 may be enabled or disabled by an ON / OFF signal input from the signal generator 245.

제1 스위칭소자들(222)은 제1 PWM스위칭신호에 의해 스위칭되는 4개의 MOSFET소자로 구성된 풀브리지(Full-Bridge) 회로를 포함할 수 있다.The first switching elements 222 may include a full-bridge circuit composed of four MOSFET elements switched by the first PWM switching signal.

2차측 모스펫모듈(230)은 1차측 모스펫모듈(220)에 의해 변환된 교류 고전압이 주변압부(232)에 의해 변압된 경우, 가변생성기(240)로부터 입력된 제2 PWM스위칭신호에 의해 스위칭되는 복수개의 제2 스위칭소자들(234)을 이용하여 주변압부(32)에 의해 변압된 전압을 정류하여 부하에 공급한다.The secondary MOSFET module 230 is switched by the second PWM switching signal input from the variable generator 240 when the AC high voltage converted by the primary MOSFET module 220 is transformed by the peripheral voltage unit 232. The voltage transformed by the peripheral voltage unit 32 is rectified using the plurality of second switching elements 234 and supplied to the load.

또한, 2차측 모스펫모듈(230)은 신호생성기(245)로부터 입력된 온(ON)/오프(OFF) 신호에 의해 인에이블(enable) 또는 디제이블(disabale) 될 수 있다. 2차측 모스펫모듈(230)이 디제이블되어 구동되지 않은 경우 않고 모스펫 내부의 Body diode를 통해서 정류가 이루어진다.In addition, the secondary MOSFET module 230 may be enabled or disabled by an ON / OFF signal input from the signal generator 245. The secondary MOSFET module 230 is disabled and rectified through the body diode inside the MOSFET without being driven.

제2 스위칭소자들(234)은 제2 PWM스위칭신호에 의해 스위칭되는 2개의 MOSFET소자로 구성될 수 있다. 2개의 MOSFET소자에 의해 정류된 전압은 인덕턴스소자 L1(236) 및 커패시턴스소자 Cout(238)에 의해 평활되어 부하로 제공될 수 있다.The second switching elements 234 may be composed of two MOSFET devices switched by the second PWM switching signal. The voltage rectified by the two MOSFET devices can be smoothed by the inductance element L1 236 and the capacitance element Cout 238 to be provided to the load.

신호생성기(245)는 제어기(250)의 제어에 대응하여 1차측 모스펫모듈(220) 및 2차측 모스펫모듈(230)를 독립적으로 인에이블(Enalbe) 또는 디제이블(disable) 하기 위한 1차측 MOSFET 온(ON)/오프(OFF) 제어신호 및 2차측 MOSFET 온/오프 제어신호를 각각 생성하여 1차측 모스펫모듈(220) 및 2차측 모스펫모듈(230)로 인가한다.The signal generator 245 may turn on the primary MOSFET to independently enable or disable the primary MOSFET module 220 and the secondary MOSFET module 230 in response to the control of the controller 250. An ON / OFF control signal and a secondary MOSFET on / off control signal are generated and applied to the primary MOSFET module 220 and the secondary MOSFET module 230, respectively.

가변생성기(240)는 제어기(250)의 제어에 대응하여 발생된 PWM신호를 변압하기 위한 펄스트랜스(도시되지 않음)를 포함한다. 가변생성기(40)는 제어기(250)의 제어에 의해 펄스트랜스에 의해 변압된 PWM신호를 이용하여 제1 및 제2 PWM스위칭신호를 독립적으로 각각 생성하여 1차측 모스펫모듈(220) 및 2차측 모스펫모듈(230)로 출력한다.The variable generator 240 includes a pulse transformer (not shown) for transforming the PWM signal generated in response to the control of the controller 250. The variable generator 40 independently generates the first and second PWM switching signals by using the PWM signal transformed by the pulse transformer under the control of the controller 250 to independently convert the primary MOSFET module 220 and the secondary MOSFET. Output to module 230.

제어기(250)는 1차측 모스펫모듈(220)의 입력단에서 측정된 출력전류의 값이 사전에 정해진 임계값 보다 작은 경우 1차측 모스펫모듈(220)을 인에이블시키고 2차측 모스펫모듈(230)은 디제이블시키도록 신호생성기(245)를 제어할 수 있다.The controller 250 enables the primary MOSFET module 220 when the value of the output current measured at the input terminal of the primary MOSFET module 220 is smaller than a predetermined threshold value, and the secondary MOSFET module 230 is the DJ. The signal generator 245 can be controlled to make it clear.

또한 제어기(250)는 입력단에서 측정된 출력전류의 값이 사전에 정해진 임계값 보다 작은 경우에 주변압부(232)와 펄스트랜스(도시되지 않음)의 자속밀도값에 기초하여 제1 PWM스위칭신호의 주파수를 조정한다.In addition, the controller 250 may determine the first PWM switching signal based on the magnetic flux density values of the peripheral voltage unit 232 and the pulse transformer (not shown) when the value of the output current measured at the input terminal is smaller than a predetermined threshold value. Adjust the frequency.

그리고 제어기(250)는 조정된 주파수에 대응하는 제1 PWM스위칭신호가 생성되어 신호생성기(245)에 의해 인에이블된 1차측 모스펫모듈(220)로 제공되도록 가변생성기(240)를 제어한다.The controller 250 controls the variable generator 240 such that a first PWM switching signal corresponding to the adjusted frequency is generated and provided to the primary MOSFET module 220 enabled by the signal generator 245.

제어기(250)는 출력전류를 센싱하고, 출력전류의 값을 임계값과 비교함으로써 저부하 제어여부를 판단하는 전력제어부(252)와 포화자속밀도값을 계산하여 가변주파수를 선정하는 주파수제어부(254)로 구분될 수 있다.The controller 250 senses the output current, compares the value of the output current with a threshold value, and determines the low load control. The power controller 252 calculates the saturation magnetic flux density and selects the variable frequency 254. ) Can be separated.

위에서 언급한 조정된 가변주파수는 주변압부(232)와 펄스트랜스(도시되지 않음)의 자속밀도값이 포화되지 않는 영역에서 정해질 수 있다.The above-described adjusted variable frequency may be determined in a region where the magnetic flux density values of the peripheral pressure unit 232 and the pulse transformer (not shown) are not saturated.

즉 다음 수학식 1로부터 주변압부(232)와 펄스트랜스(도시되지 않음)의 자속밀도값이 포화되지 않는 영역에서 정해진 자속포화주파수(fsw)를 계산할 수 있다. ΔB는 자속밀도 포화값이고, Vi는 입력측 전압, Dmax는 최대 듀티값, Np는 턴수, Ae는 코어의 유효단면적, fsw는 자속포화주파수를 의미한다. ΔB는 일반적으로 변압기의 코어 재질에 따라 값이 변경된다.That is, the magnetic flux saturation frequency fsw determined in the region in which the magnetic flux density values of the peripheral pressure unit 232 and the pulse transformer (not shown) are not saturated may be calculated from Equation 1 below. ΔB is the magnetic flux density saturation value, Vi is the input voltage, Dmax is the maximum duty value, Np is the number of turns, Ae is the effective cross-sectional area of the core, and fsw is the magnetic flux saturation frequency. ΔB is usually changed depending on the core material of the transformer.

Figure pat00001
Figure pat00001

가변주파수는 위에서 계산된 자속포화주파수(fsw)에 안전마진값, 대략 자속포화주파수(fsw)의 15%를 더하여 정해질 수 있다.The variable frequency may be determined by adding a safety margin value and approximately 15% of the magnetic flux saturation frequency fsw to the magnetic flux saturation frequency fsw calculated above.

예를 들면, 가변주파수는 1차측 모스펫모듈(220)의 입력단에서 측정된 출력전류의 값이 30A 이상인 경우 100kHz로 정해질 수 있고, 30A 미만인 경우 100kHz 미만의 영역에서 정해질 수 있다.For example, the variable frequency may be determined as 100 kHz when the value of the output current measured at the input terminal of the primary MOSFET module 220 is 30 A or more, and in the region of less than 100 kHz when less than 30 A.

이하에서는 도 3를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 동기형 저전압 직류직류컨버터(200)의 동작을 설명한다.Hereinafter, an operation of the synchronous low voltage DC DC converter 200 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.

먼저, 제어기(250)는 고정주파수에 의해 동기형 저전압 직류직류컨버터(200)의 동작이 수행되는 동안 1차측 모스펫모듈(220)의 직류입력단에서 출력된 출력전류의 값을 측정하고(S205), 이 측정된 출력전류의 값이 사전에 정해진 임계값, 예를 들면 30A 이상인 경우(S210) 본 실시예에 따른 동기형 저전압 직류직류컨버터(200)의 가변제어절차가 이미 수행된 상태인지 판단한다(S215).First, the controller 250 measures the value of the output current output from the DC input terminal of the primary MOSFET module 220 while the operation of the synchronous low voltage DC DC converter 200 is performed by a fixed frequency (S205). When the value of the measured output current is a predetermined threshold value, for example, 30 A or more (S210), it is determined whether the variable control procedure of the synchronous low voltage DC DC converter 200 according to the present embodiment is already performed ( S215).

S215단계의 판단결과 동기형 저전압 직류직류컨버터(200)의 가변제어절차가 이미 수행 중인 경우, 제어기(250)는 S205단계로 돌아가 1차측 모스펫모듈(220)의 직류입력단에서 출력된 출력값을 측정한다.As a result of the determination in step S215, when the variable control procedure of the synchronous low voltage DC DC converter 200 is already being performed, the controller 250 returns to step S205 and measures the output value output from the DC input terminal of the primary MOSFET module 220. .

S215단계의 판단결과 동기형 저전압 직류직류컨버터(200)의 가변제어절차가 수행 중이 아닌 경우, 제어기(250)는 이미 고정주파수에 의해 동작 중인 1차측 모스펫모듈(220)과 2차측 모스펫모듈(230)을 정지시킨다(S220).As a result of the determination in step S215, when the variable control procedure of the synchronous low voltage DC DC converter 200 is not being performed, the controller 250 is already operating by the fixed frequency, the primary MOSFET module 220 and the secondary MOSFET module 230. ) To stop (S220).

다음, 제어기(250)는 1차측 모스펫모듈(220)과 2차측 모스펫모듈(230)을 정지시킨 후 제1 및 제2 PWM스위칭신호의 주파수를 조정하기 위한 제1 및 제2 PWM스위칭신호 주기의 조정연산을 수행한다(S225).Next, the controller 250 stops the primary MOSFET module 220 and the secondary MOSFET module 230 and then adjusts the frequency of the first and second PWM switching signals. Perform the adjustment operation (S225).

다음, 제어기(250)는 주변압부(232)와 펄스트랜스(도시되지 않음)의 자속밀도값이 포화되는 영역을 판단함으로써(S230), 주변압부(232)와 펄스트랜스(도시되지 않음)의 자속밀도값이 포화되지 않는 영역에서 자속포화주파수(fsw)를 계산할 수 있다.Next, the controller 250 determines a region in which the magnetic flux density values of the peripheral pressure unit 232 and the pulse transformer (not shown) are saturated (S230), and thus the magnetic flux of the peripheral pressure unit 232 and the pulse transformer (not shown) is saturated. The magnetic flux saturation frequency fsw can be calculated in the region where the density value is not saturated.

다음, 제어기(250)는 신호생성기(245)를 제어하여 2차측 모스펫모듈(230)을 디제이블(disable)시키고(S240), 1차측 모스펫모듈(220)을 인에이블(enalbe)시킨다(S245).Next, the controller 250 controls the signal generator 245 to disable the secondary MOSFET module 230 (S240) and to enable the primary MOSFET module 220 (S245). .

다음, 제어기(50)는 S235단계에서 조정된 가변주파수에 대응하여 제1 PWM스위칭신호가 생성되어 1차측 모스펫모듈(2120)로 제공되도록 가변생성기(240)를 제어한다(S250).Next, the controller 50 controls the variable generator 240 so that a first PWM switching signal is generated and provided to the primary MOSFET module 2120 in response to the variable frequency adjusted in step S235 (S250).

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 동기형 저전압 직류직류컨버터(200)는 측정된 출력전류에 대응하여 1차측 모스펫모듈(220)과 2차측 모스펫모듈(230)의 구동을 위한 PWM스위칭신호의 주파수를 변경함으로써 저부하 영역에서의 스위칭 손실을 줄일 수 있다.As described above, the synchronous low voltage DC DC converter 200 according to the exemplary embodiment of the present invention has a PWM switching signal for driving the primary MOSFET module 220 and the secondary MOSFET module 230 in response to the measured output current. By changing the frequency, switching losses in the low load region can be reduced.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 동기형 저전압 직류직류컨버터(200)는 측정된 출력전류에 대응하여 2차측 모스펫모듈(230)이 구동되지 않고 모스펫 내부의 Body diode를 통해서 정류가 이루어지기 때문에 종래 2차측 모스펫모듈(230)의 스위칭에 의한 정류방식에 비해 전력효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the synchronous low voltage DC DC converter 200 according to the exemplary embodiment of the present invention is rectified through the body diode inside the MOSFET without driving the secondary MOSFET module 230 in response to the measured output current. Compared to the rectification method by switching the secondary MOSFET module 230, power efficiency can be improved.

100, 200: 동기형 저전압 직류직류컨버터
110, 210: 고전압 배터리
120, 220: 1차측 모스펫모듈
122, 222: 제1 스위칭소자들
130, 230: 2차측 모스펫모듈
132, 232: 주변압기
134, 234: 제2 스위칭소자들
136, 236: 리액턴스소자
138, 238: 컨덕턴스소자
140, 245: 신호생성기
240: 가변생성기
150, 250: 제어기
152, 252: 전력제어부
154, 254: 주파수제어부100, 200: Synchronous low voltage DC DC converter
110, 210: high voltage battery
120, 220: primary MOSFET module
122, 222: first switching elements
130, 230: secondary MOSFET module
132, 232: ambient pressure
134, 234: second switching elements
136 and 236: reactance elements
138 and 238: conductance element
140, 245: signal generator
240: variable generator
150, 250: controller
152, 252: power control unit
154, 254: frequency control unit

Claims (9)

외부로부터 입력된 제1 PWM스위칭신호에 의해 스위칭되는 복수 개의 제1 스위칭소자들을 이용하여 외부로부터 입력된 직류 고전압을 교류 고전압으로 변환하는 1차측 모스펫모듈;
상기 1차측 모스펫모듈에 의해 변환된 교류 고전압이 주변압부에 의해 변압된 경우, 외부로부터 입력된 제2 PWM스위칭신호에 의해 스위칭되는 복수개의 제2 스위칭소자들을 이용하여 상기 주변압부에 의해 변압된 전압을 정류하여 부하에 공급하는 2차측 모스펫모듈;
외부의 제어에 대응하여 상기 1차측 및 2차측 모스펫모듈 각각을 독립적으로 활성화 또는 비활성화하기 위해 상기 제1 및 제2 PWM스위칭신호를 각각 생성하는 신호생성기; 및
상기 1차측 모스펫모듈의 입력단에서 측정된 출력전류의 값이 사전에 정해진 임계값 보다 작은 경우 상기 1차측 모스펫모듈의 입력단에서 측정된 출력전류의 값이 사전에 정해진 임계값 보다 작은 경우 상기 제2 PWM스위칭신호가 생성되지 않도록 상기 신호생성기를 제어함과 동시에 상기 제1 PWM스위칭신호가 생성되어 상기 1차측 모스펫모듈을 구동하도록 상기 신호생성기를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기형 저전압 직류직류컨버터.A primary MOSFET module for converting a DC high voltage input from the outside into an AC high voltage using a plurality of first switching elements switched by a first PWM switching signal input from the outside;
When the AC high voltage converted by the primary MOSFET module is transformed by the peripheral voltage unit, the voltage transformed by the peripheral voltage unit using a plurality of second switching elements switched by a second PWM switching signal input from the outside. Secondary MOSFET module to rectify the supply to the load;
A signal generator for generating the first and second PWM switching signals, respectively, to independently activate or deactivate the primary and secondary MOSFET modules in response to external control; And
When the value of the output current measured at the input terminal of the primary MOSFET module is smaller than a predetermined threshold value The second PWM when the value of the output current measured at the input terminal of the primary MOSFET module is smaller than a predetermined threshold value And a controller for controlling the signal generator to control the signal generator such that a switching signal is not generated and simultaneously to generate the first PWM switching signal to drive the primary MOSFET module. Converter. 제1항에 있어서,
상기 2차측 모스펫모듈에서 제2 스위칭소자들은 2개의 MOSFET소자로 이루어진 것을 특징으로 하는 동기형 저전압 직류직류컨버터.The method of claim 1,
The second switching device in the secondary MOSFET module synchronous low voltage DC DC converter, characterized in that consisting of two MOSFET devices. 외부로부터 입력된 제1 PWM스위칭신호에 의해 스위칭되는 복수 개의 제1 스위칭소자들을 이용하여 외부로부터 입력된 직류 고전압을 교류 고전압으로 변환하는 1차측 모스펫모듈;
상기 1차측 모스펫모듈에 의해 변환된 교류 고전압이 주변압부에 의해 변압된 경우, 외부로부터 입력된 제2 PWM스위칭신호에 의해 스위칭되는 복수개의 제2 스위칭소자들을 이용하여 상기 주변압부에 의해 변압된 전압을 정류하여 부하에 공급하는 2차측 모스펫모듈;
외부의 제어에 대응하여 상기 1차측 및 2차측 모스펫모듈을 독립적으로 인에이블(enable) 또는 디제이블(disable)하기 위한 온(ON)/오프(OFF) 제어신호를 각각 생성하는 신호생성기;
외부의 제어에 의해 발생된 PWM신호를 변압하기 위한 펄스트랜스를 포함하고, 상기 펄스트랜스에 의해 변압된 PWM신호에 의해 상기 제1 및 제2 PWM스위칭신호를 독립적으로 생성하여 상기 1차측 및 2차측 모스펫모듈로 각각 제공하는 가변생성기; 및
상기 1차측 모스펫모듈의 입력단에서 측정된 출력전류의 값이 사전에 정해진 임계값 보다 작은 경우 상기 1차측 모스펫모듈을 인에이블시키고 상기 2차측 모스펫모듈을 디제이블시키도록 상기 신호생성기를 제어함과 동시에, 상기 제2 PWM스위칭신호가 생성되지 않도록 상기 가변생성기를 제어하면서 상기 제1 PWM스위칭신호가 생성되어 상기 인에이블된 1차측 모스펫모듈을 구동하도록 상기 가변생성기를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기형 저전압 직류직류컨버터.A primary MOSFET module for converting a DC high voltage input from the outside into an AC high voltage using a plurality of first switching elements switched by a first PWM switching signal input from the outside;
When the AC high voltage converted by the primary MOSFET module is transformed by the peripheral voltage unit, the voltage transformed by the peripheral voltage unit using a plurality of second switching elements switched by a second PWM switching signal input from the outside. Secondary MOSFET module to rectify the supply to the load;
A signal generator for generating an ON / OFF control signal for independently enabling or disabling the primary and secondary MOSFET modules in response to external control;
And a pulse transformer for transforming a PWM signal generated by an external control, and independently generating the first and second PWM switching signals by the PWM signal transformed by the pulse transformer to independently generate the primary and secondary sides. Variable generators each provided as a MOSFET module; And
When the value of the output current measured at the input terminal of the primary MOSFET module is less than a predetermined threshold value, while controlling the signal generator to enable the primary MOSFET module and to disable the secondary MOSFET module And a controller controlling the variable generator to drive the enabled primary MOSFET module while the first PWM switching signal is generated while controlling the variable generator so that the second PWM switching signal is not generated. Synchronous low voltage DC DC converter. 제3항에 있어서,
상기 2차측 모스펫모듈에서 제2 스위칭소자들은 2개의 MOSFET소자로 이루어진 것을 특징으로 하는 동기형 저전압 직류직류컨버터.The method of claim 3,
The second switching device in the secondary MOSFET module synchronous low voltage DC DC converter, characterized in that consisting of two MOSFET devices. 제3항에 있어서,
상기 제어기에서, 상기 조정된 가변주파수는 상기 주변압부와 상기 펄스트랜스의 자속밀도값이 포화되지 않는 영역에서 정해지는 것을 특징으로 하는 동기형 저전압 직류직류컨버터.The method of claim 3,
Wherein said adjusted variable frequency is determined in a region where the magnetic flux density values of said peripheral pressure section and said pulse transformer are not saturated. 제5항에 있어서,
상기 제어기에서, 상기 조정된 가변주파수는 상기 주변압부와 상기 펄스트랜스의 자속밀도값이 포화되지 않는 영역에서 정해진 자속포화주파수에 안전마진값을 더하여 정해지는 것을 특징으로 하는 동기형 저전압 직류직류컨버터.6. The method of claim 5,
And wherein said adjusted variable frequency is determined by adding a safety margin value to a specified magnetic flux saturation frequency in a region where said magnetic flux density values of said peripheral pressure section and said pulse transformer are not saturated. 제3항에 있어서,
상기 제어기는 상기 1차측 모스펫모듈의 입력단에서 측정된 출력전류의 값이 사전에 정해진 임계값 이상이거나 상기 동기형 저전압 직류직류컨버터에 의해 이미 가변제어절차가 수행 중인 경우에는 상기 출력전류의 값을 측정하는 초기상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 동기형 저전압 직류직류컨버터.The method of claim 3,
The controller measures the value of the output current when the value of the output current measured at the input of the primary MOSFET module is greater than or equal to a predetermined threshold or when a variable control procedure is already being performed by the synchronous low voltage DC DC converter. A synchronous low voltage direct current converter, characterized in that to maintain the initial state. 제7항에 있어서,
상기 제어기는 상기 측정된 출력전류의 값이 사전에 정해진 임계값 보다 작고 상기 동기형 저전압 직류직류컨버터에 의해 가변제어절차가 수행 중이 아닌 경우, 상기 제1 및 제2 PWM스위칭신호의 주파수를 조정하기 전에, 상기 1차측 모스펫모듈과 상기 2차측 모스펫모듈을 정지시키는 것을 특징으로 하는 동기형 저전압 직류직류컨버터.8. The method of claim 7,
The controller is configured to adjust the frequencies of the first and second PWM switching signals when the value of the measured output current is smaller than a predetermined threshold and a variable control procedure is not being performed by the synchronous low voltage direct current converter. Before, the primary MOSFET module and the secondary MOSFET module to stop the synchronous low voltage DC DC converter. 제8항에 있어서,
상기 제어기는 상기 1차측 모스펫모듈과 상기 2차측 모스펫모듈을 정지시킨 후 상기 제1 및 제2 PWM스위칭신호의 주파수를 조정하기 위한 상기 제1 및 제2 PWM스위칭신호 주기의 조정연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 동기형 저전압 직류직류컨버터.9. The method of claim 8,
The controller may be configured to perform adjustment operations of the first and second PWM switching signal periods for adjusting the frequencies of the first and second PWM switching signals after stopping the primary MOSFET module and the secondary MOSFET module. A synchronous low voltage direct current DC converter.
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