KR20140077058A - Ｄｃ-ｄｃ컨버터의 고장검출 시스템 - Google Patents

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KR20140077058A
KR20140077058A KR1020120145783A KR20120145783A KR20140077058A KR 20140077058 A KR20140077058 A KR 20140077058A KR 1020120145783 A KR1020120145783 A KR 1020120145783A KR 20120145783 A KR20120145783 A KR 20120145783A KR 20140077058 A KR20140077058 A KR 20140077058A
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전신혜
곽헌영
임종경
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현대자동차주식회사
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Abstract

입력전류를 센싱하며 과전류 검출시 고장신호를 출력하는 검출부; 상기 고장신호에서 노이즈를 걸러내고 엣지트리거에 의해 검출부의 고장신호를 인지하며 리셋신호의 입력전까지 상태를 유지하는 래치부; 및 상기 래치부의 고장신호 인지시 PWM IC를 오프제어하고, 일정시간이 흐른 뒤 래치부를 리셋하며 PWM IC를 온제어하는 제어부;를 포함하는 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템이 소개된다.

Description

ＤＣ-ＤＣ컨버터의 고장검출 시스템 {FAULT DIAGNOSIS SYSTEM FOR DC-DC CONVERTER}
본 발명은 고전압 단락 상황이 발생하였을 경우에도 시스템을 빠르게 보호할 수 있는 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 절연형 DC-DC컨버터 구조에 있어서, 트랜스의 1차측에서 단락(과전류)이 발생하였을 경우 DC-DC컨버터를 보호하고 고전압(DC-Link)을 공유하는 타 시스템으로의 추가적인 영향을 줄이기 위한 것이다.
이러한 DC-DC컨버터의 전력변환을 위해 PWM 타입의 게이팅 신호 인가를 위해서는 아날로그 전용 IC를 사용할 수 있다. 일반적으로 PWM IC의 경우 제어하고자 하는 스위칭 단의 과전류를 감지하여 이를 빠르게 차단함으로써 시스템을 보호하는 기능을 제공하고 있다.
그러나 이러한 기능이 시스템의 특성과 미스 매칭 되는 경우에는 본연의 보호기능을 제대로 수행하지 못하게 된다. 본 발명은 이러한 특성을 개선하여 고전압 단락 상황이 발생하였을 경우에도 시스템을 빠르게 보호할 수 있는 방법을 제안하기 위함이다.
도 1은 종래의 PWM IC의 주요 기능도이고, 도 2는 종래의 PWM IC의 작동을 나타낸 그래프이다.
종래의 PWM IC 고유의 과전류 보호기능을 사용하여 고전압단의 단락 고장 보호시에는 응답성이 빠른 장점이 있으나, 도 2와 같이 SS단의 충분한 충전이 되지 않은 상태에서 연속적으로 과전류가 검출되면 수 ㎲ 이내 온/오프를 반복적으로 수행하게 된다(A).
이러한 경우 스위칭 소자는 짧은 시간에 연속적으로 과전류가 흐르게 되어 과열이 발생 최종적으로 부품 소손으로 이어질 수 있다.
이는 IC 자체의 과전류 보호 기능 수행시 오프 이후 재기동시 SS단의 전압으로 기동을 판단하게 되는데, 오프와 온을 하기 위한 기준에 대한 히스테리시스가 없는 구조적 문제와 초기 1회 검출 후 강제로 PWM 출력을 막기 위해 IC 외부적으로 회로를 구성하여도 회로의 응답성이 IC 자체의 빠른 응답성을 따라가지 못하는 문제점이 있었던 것이다.
즉, 종래기술의 경우 PWM IC 고유의 과전류 고장검출 기능을 사용함으로써 단발적인 고장에 있어서는 빠르게 고장을 감지하고 차단하는 장점이 있었으나, 연속적인 과전류 발생시(암쇼트 외) IC 내부의 빠른 응답성과 출력 온/오프를 관장하는 단자의 충/방전 특성에 의해 고장발생 및 해지가 반복되어 짧은 시간에 수차례 온/오프를 반복하는 현상이 있었으며 이는 최종적으로 전력소자(FET)의 과다 발열로 이어져 성능 이상을 초래할 수 있었던 것이다.
그러나, 이러한 문제를 해결하기 위해 PWM IC의 상태를 마이컴에서 모니터링하여 로직적으로 매칭시켜 해결하는 방법이 있을 것이나, IC 판단에 의해 오프 후 온까지의 수 ㎲ 이내에 처리되는 상황을 모니터링 하고 수 ㎱ 이내에 차단해야 하는 요건을 충족시키기에는 고성능(고가)의 마이컴이 필요할 수밖에 없고, 본 기능을 위해 요구 사양에 적합하게 커스트마이즈 된 PWM IC를 개발하기에는 비용의 문제가 따르게 된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2008-0095024 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 고전압 단락 상황이 발생하였을 경우에도 시스템을 빠르게 보호할 수 있는 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템은, 입력전류를 센싱하며 과전류 검출시 고장신호를 출력하는 검출부; 상기 고장신호에서 노이즈를 걸러내고 엣지트리거에 의해 검출부의 고장신호를 인지하며 리셋신호의 입력전까지 상태를 유지하는 래치부; 및 상기 래치부의 고장신호 인지시 PWM IC를 오프제어하고, 일정시간이 흐른 뒤 래치부를 리셋하며 PWM IC를 온제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는 PWM IC에 오프요청을 전달하는 요청부 및 래치부의 고장신호 인지시 요청부의 오프요청수행을 제어하고 일정시간이 흐른 후 래치부를 리셋하며 요청부의 오프요청해제를 제어하는 마이컴으로 구성될 수 있다.
상기 PWM IC는 DC-DC 컨버터의 전력변환을 위해 PWM 타입의 게이팅 신호 인가를 위한 아날로그전용 IC일 수 있다.
상기 일정시간은 PWM IC의 전력소자(FET)가 냉각될 수 있는 시간으로 미리 설정될 수 있다.
상기 제어부는 일정횟수 리트라이를 시도하고, 리트라이 후에도 과전류가 감지된 경우 고장 확정신호를 출력할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템에 따르면, 고장검출의 신뢰성을 향상시키고 단락시 빠른 보호를 하는 요건을 모두 충족시킬 수 있다.
이는 궁극적으로 고장발생시 DC-DC컨버터 뿐만 아니라 타 시스템으로의 영향을 줄이고, 12V계 전원을 공급하는 역할을 하는 장치에 있어서 차량의 안정적인 주행을 돕는다.
도 1은 종래의 PWM IC의 주요 기능도.
도 2는 종래의 PWM IC의 작동을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템을 나타낸 도면.
도 4는 도 3에 도시된 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템에 따른 작동을 나타낸 그래프.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템에 대하여 살펴본다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템에 따른 작동을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템은, 연속적인 과전류 상태에서 PMW IC 자체 과전류 보호와 보호해제를 통한 온/오프 반복현상과 같은 문제점을 해결하기 위해 IC 고유의 과전류 보호 검출 기능을 사용하지 않더라도 고장을 검출하여 빠르게 보호하는 것이다.
이를 위하여, 본 발명의 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템은, 입력전류를 센싱하며 과전류 검출시 고장신호를 출력하는 검출부(200); 상기 고장신호에서 노이즈를 걸러내고 엣지트리거에 의해 검출부(200)의 고장신호를 인지하며 리셋신호의 입력전까지 상태를 유지하는 래치부(300); 및 상기 래치부(300)의 고장신호 인지시 PWM IC(500)를 오프제어하고, 일정시간이 흐른 뒤 래치부(300)를 리셋하며 PWM IC(500)를 온제어하는 제어부(400);를 포함한다.
그리고, 상기 제어부(400)는 PWM IC(500)에 오프요청을 전달하는 요청부(440) 및 래치부(300)의 고장신호 인지시 요청부(440)의 오프요청수행을 제어하고 일정시간이 흐른 후 래치부(300)를 리셋하며 요청부(440)의 오프요청해제를 제어하는 마이컴(420)으로 구성될 수 있다. 상기 PWM IC(500)는 DC-DC 컨버터의 전력변환을 위해 PWM 타입의 게이팅 신호 인가를 위한 아날로그전용 IC일 수 있다.
본 발명은 기존의 PWM IC(500) 자체의 과전류 고장검출 기능을 삭제하고, 전류 센싱값(100)을 과전류 고장검출 회로인 검출부(200)에서 고장으로 판정하게 되면, 래치부(300)를 통해 일차적으로 스위치로 구성된 출력 오프 회로인 요청부(440)에 신호를 보내게 된다.
요청부(440)는 PWM IC(500) 출력을 제어할 수 있는 핀(SS/DISABLE)을 제어함으로써 최종적으로 PWM IC(500) 출력을 오프시킨다. 여기서 래치부(300)는 노이즈성 고장검출 신호를 걸러내고 엣지트리거에 의해 검출부(200)의 출력 신호를 인지하며 마이컴(420)에서 리셋 신호를 수신받기 전까지는 상태를 유지한다.
마이컴(420)에서는 래치부(300)의 안정적인 출력신호를 인가받아 고장신호를 우선으로 하는 인터럽트 처리를 하여 고장상태를 인지하고, PWM IC(500)의 과전류가 발생한 패스에 위치한 전력소자(FET)가 충분히 냉각될 수 있는 임의의 시간이 지난 후 래치부(300)를 리셋시킨다. 즉, 상기 일정시간은 PWM IC(500)의 전력소자(FET)가 냉각될 수 있는 시간으로 미리 설정하는 것이다.
마이컴(420)은 래치부(300)에 리셋신호를 인가하고 요청부(440)를 제어하여 동일하게 PWM IC(500)의 출력을 제어하며 임의의 조건 만족시 리트라이를 수행한다.
전력소자(FET)의 성능에 영향을 미치지 않고, 차량의 과도특성에 의한 단발적인 과전류 발생에 대해 과민하게 반응하지 않는 범위에서 리트라이 횟수를 결정하고, 복수 회의 리트라이를 마이컴(420)에서 카운트하여 수행한다. 상기 제어부(400)는 일정횟수 리트라이를 시도하고, 리트라이 후에도 과전류가 감지된 경우 고장 확정신호를 출력하는 것이다.
즉, 복수 회의 리트라이 후에도 과전류가 감지된다면 최종적으로 과전류 고장으로 확정하고 고장해제 조건(이그니션 신호 리셋, 차량 운전자가 KEY State로 제어) 이 인가되기 전까지는 오프상태를 유지하여 과전류 발생으로부터 DC-DC컨버터를 보호한다.
본 발명은 풀브릿지 방식의 현 차량용 DC-DC컨버터의 구조에 있어서 암쇼트와 같은 비이상적인 상황이 발생하게 되면 즉시 고장검출 및 보호를 하여 이차적인 소손 발생을 방지하는 데 궁극적인 목적이 있다.
이를 위해서는 고장검출 및 리액션을 위해 매우 빠른 응답성이 필요하며 요구수준은 전력소자(FET)의 사양에 따라 다르지만 일반적으로 수백 ㎱ 이내로 검출 및 차단이 되어야 한다. 또한 하드웨어(아날로그 회로)와 소프트웨어(고장검출 로직)의 시퀀스의 상호 매칭을 수행한다. 빠른 처리를 위해 하드웨어적으로 처리 후 소프트웨어에서 최종 판단하는 것이며, 또한 초기검출 후 휴지시간(고장타이머)과 최종고장검출 확정을 위한 리트라이 횟수(고장카운트) 조건의 적정한 선정을 통해 필요한 효과를 얻을 수 있는 것이다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템에 따르면, 고장검출의 신뢰성을 향상시키고 단락시 빠른 보호를 하는 요건을 모두 충족시킬 수 있다.
이는 궁극적으로 고장발생시 DC-DC컨버터 뿐만 아니라 타 시스템으로의 영향을 줄이고, 12V계 전원을 공급하는 역할을 하는 장치에 있어서 차량의 안정적인 주행을 돕는다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
200 : 검출기 300 : 래치부
400 : 제어부 420 : 마이컴
440 : 요청부 500 : PWM IC

Claims (5)

  1. 입력전류를 센싱하며 과전류 검출시 고장신호를 출력하는 검출부(200);
    상기 고장신호에서 노이즈를 걸러내고 엣지트리거에 의해 검출부(200)의 고장신호를 인지하며 리셋신호의 입력전까지 상태를 유지하는 래치부(300); 및
    상기 래치부(300)의 고장신호 인지시 PWM IC(500)를 오프제어하고, 일정시간이 흐른 뒤 래치부(300)를 리셋하며 PWM IC(500)를 온제어하는 제어부(400);를 포함하는 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(400)는 PWM IC(500)에 오프요청을 전달하는 요청부(440) 및 래치부(300)의 고장신호 인지시 요청부(440)의 오프요청수행을 제어하고 일정시간이 흐른 후 래치부(300)를 리셋하며 요청부(440)의 오프요청해제를 제어하는 마이컴(420)으로 구성된 것을 특징으로 하는 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 PWM IC(500)는 DC-DC 컨버터의 전력변환을 위해 PWM 타입의 게이팅 신호 인가를 위한 아날로그전용 IC인 것을 특징으로 하는 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 일정시간은 PWM IC(500)의 전력소자(FET)가 냉각될 수 있는 시간으로 미리 설정된 것을 특징으로 하는 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(400)는 일정횟수 리트라이를 시도하고, 리트라이 후에도 과전류가 감지된 경우 고장 확정신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 DC-DC컨버터의 고장검출 시스템.
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Citations (4)

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