KR20170081497A - Control method and system of converter for vehicle - Google Patents

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이학철
최승훈
이용희
박준영
정영석
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삼보모터스주식회사
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Abstract

복수개의 스위치를 포함하는 컨버터에 있어서, 제어부에서 부스트모드, 벅모드, 프리휠링모드를 포함하는 컨버터의 동작모드를 도출하는 단계; 제어부에서 상기 동작모드에 따라 구동되는 스위치의 듀티비를 결정하는 단계; 및 제어부에서 상기 듀티비를 가지는 PWM신호를 구동되는 스위치 게이트단에 인가되도록 제어하는 단계;를 포함하는 차량용 컨버터 제어방법이 소개된다.A converter including a plurality of switches, the method comprising: deriving an operation mode of a converter including a boost mode, a buck mode, and a freewheeling mode in a control unit; Determining a duty ratio of a switch driven in accordance with the operation mode in a control unit; And controlling the PWM signal having the duty ratio to be applied to the switch gate terminal to be driven by the control unit.

Description

차량용 컨버터 제어방법 및 시스템{CONTROL METHOD AND SYSTEM OF CONVERTER FOR VEHICLE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 차량용 컨버터내에 마련되는 인덕터에서 발생하는 전류리플을 감소시켜 컨버터의 인덕터 전류 및 출력전압 제어성을 향상시킬 수 있는 차량용 컨버터 제어방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicular converter control method and system capable of reducing current ripple generated in an inductor provided in a vehicular converter to improve inductor current and output voltage controllability of the converter.

최근 차량용 48V 시스템이 보급됨에 따라 기존의 12V시스템과 48V 시스템의 전기 흐름을 제어하기 위한, 양방향 DC-DC 컨버터의 필요성이 대두되었다. 상기 양방향 DC-DC 컨버터는 지령 신호에 따라 스위치가 제어되어, 부스트 모드(boost mode) 또는 벅 모드(buck mode)로 동작한다.With the recent introduction of 48V systems for automobiles, there has been a need for a bidirectional DC-DC converter to control the flow of electricity from existing 12V systems and 48V systems. The bidirectional DC-DC converter is controlled in accordance with a command signal to operate in a boost mode or a buck mode.

한편 차량에서는 각각 상이한 전압 값 예를 들면 고압측 전압 및 저압측 전압을 갖는 배터리를 이용하는 2개의 직류 전원계를 갖는다. 그 때문에 고효율을 요구하는 차량에서 2개의 직류 전원계간 즉 저압에서 고압 혹은 고압측 전압에서 저압측 전압으로의 전압 변환을 상호 수행하여 한정된 에너지를 효율적으로 이용하는 방법이 제안되고 있다. 그리고 상호 전력을 융통하는 경우 일반적으로 직류 전원계간에 직류 승압 회로와 직류 강압 회로를 병렬로 배치하고, 이들을 적절하게 사용하는 양방향의 DC-DC 컨버터 구성이 채용되어 왔다.On the other hand, the vehicle has two direct current power systems using batteries having different voltage values, for example, a high voltage side voltage and a low voltage side voltage. Therefore, a method has been proposed in which, in a vehicle requiring high efficiency, voltage conversion between two DC power systems, that is, voltage conversion from a high voltage or a high voltage side voltage to a low voltage side voltage at low voltage is performed to efficiently use limited energy. In the case of mutual power, a bi-directional DC-DC converter configuration in which a DC boosting circuit and a DC boosting circuit are arranged in parallel between a DC power supply system and used appropriately has been employed.

이러한 종래의 승압형 컨버터는 PWM(Pulse Width Modulation) 듀티비 및 변압기의 변압비를 이용하여 승압하는 방식으로 개발되었다. 이 중 단일 컨버터는 스위칭 소자의 정격 전압 및 전류에 따른 소자선정과 변압기의 코어 선정 및 제작이 어려운 단점을 안고 있다. 이 문제를 해결하기 위해 종래에는 병렬로 구성된 2개의 컨버터를 사용하는 방법이 개발되었으나 입력전류 및 출력 전압 리플이 크게 나타나는 문제가 있었다.Such a conventional step-up converter was developed in such a manner that the step-up voltage is increased by using a PWM (Pulse Width Modulation) duty ratio and a transformer ratio of the transformer. Among these, single converter has a disadvantage that it is difficult to select the device according to the rated voltage and current of the switching device and to select and manufacture the core of the transformer. In order to solve this problem, conventionally, a method of using two converters configured in parallel has been developed, but there has been a problem that input current and output voltage ripple are largely generated.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 공개특허공보 2011-0120518 "양방향 DC/DC 컨버터 PWM제어 시스템"에서는 시간이 증가할수록 오류 상태를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 작용점에 구애 받지 않는 양방향 DC/DC 컨버터 제어 시스템을 제공하고 있다.In order to solve such a problem, the bi-directional DC / DC converter PWM control system disclosed in Patent Publication No. 2011-0120518 is capable of reducing the error state as time goes by and also providing a control system of the bidirectional DC / .

다만 이에 따르더라도 입출력 리플 성분을 감소시키기 위해서는 커패시터의 용량을 크게 하거나 주파수를 증가시켜 주기를 짧게 하는 방법 즉 주파수를 높게 하여야 한다. 그러나 커패시터의 용량을 너무 크게 할 경우 시정수 증가로 인한 응답성이 현저하게 줄어드는 문제가 있으며 컨버터의 크기가 커지는 문제점이 있다. 또한 주파수를 높이면 높일수록 스위칭 손실과 스트레스가 커지는 문제점이 있다.However, in order to reduce the input / output ripple component, it is necessary to increase the capacity of the capacitor or to increase the frequency to shorten the cycle by increasing the frequency. However, if the capacitance of the capacitor is excessively large, the responsiveness due to an increase in time constant is remarkably reduced, and the size of the converter is increased. Also, as the frequency is increased, the switching loss and stress increase.

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.It should be understood that the foregoing description of the background art is merely for the purpose of promoting an understanding of the background of the present invention and is not to be construed as an admission that the prior art is known to those skilled in the art.

KR 2011-0120518 AKR 2011-0120518 A

본 발명은 컨버터 내에 마련되는 스위치의 듀티비를 조절하여 컨버터의 전류와 전압에서 발생하는 리플을 저감시킬 수 있는 차량용 컨버터 제어방법 및 시스템을 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a vehicular converter control method and system capable of reducing a ripple occurring in a current and a voltage of a converter by adjusting a duty ratio of a switch provided in the converter.

복수개의 스위치를 포함하는 컨버터에 있어서 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 컨버터 제어방법은 제어부에서 부스트모드, 벅모드, 프리휠링모드를 포함하는 컨버터의 동작모드를 도출하는 단계; 제어부에서 상기 동작모드에 따라 구동되는 스위치의 듀티비를 결정하는 단계; 및 제어부에서 상기 듀티비를 가지는 PWM신호를 구동되는 스위치 게이트단에 인가되도록 제어하는 단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a converter for a vehicle, the method comprising: deriving an operation mode of a converter including a boost mode, a buck mode, and a freewheeling mode; Determining a duty ratio of a switch driven in accordance with the operation mode in a control unit; And controlling the PWM signal having the duty ratio to be applied to the switch gate terminal to be driven.

상기 동작모드를 도출하는 단계는, 제어부에서 차량의 주행상태를 이용하여 컨버터의 동작모드를 도출하는 것을 특징으로 한다.The step of deriving the operation mode is characterized in that the control unit derives the operation mode of the converter by using the running state of the vehicle.

상기 듀티비를 결정하는 단계는, 컨버터 동작모드가 부스트모드인 경우 제어부에서 컨버터 입력단과 인덕터 일측을 연결하는 제1스위치의 듀티비를 이용하여 컨버터 출력 커패시터 일측과 인덕터 타측을 연결하는 제2스위치와 출력 커패시터 타측과 인덕터 타측을 연결하는 제3스위치의 듀티비를 결정하는 것을 특징으로 한다.The step of determining the duty ratio may include a second switch that connects one side of the converter output capacitor and the other side of the inductor using the duty ratio of the first switch that connects the converter input terminal and one side of the inductor in the control mode when the converter operation mode is the boost mode, The duty ratio of the third switch connecting the other side of the output capacitor and the other side of the inductor is determined.

제2스위치와 제3스위치의 듀티비는 하기의 수식을 이용하여 결정하는 것을 특징으로 한다.And the duty ratio of the second switch and the third switch is determined by using the following equation.

D2 = 1-D1, D3 = D1 D 2 = 1-D 1 , D 3 = D 1

D1: 제1스위치의 듀티비, D2: 제2스위치의 듀티비, D3: 제3스위치의 듀티비D 1 : Duty ratio of the first switch, D 2 : Duty ratio of the second switch, D 3 : Duty ratio of the third switch

이 경우 제1스위치의 듀티비는 0.5를 초과하는 것을 특징으로 한다.In this case, the duty ratio of the first switch is more than 0.5.

컨버터 동작모드가 벅모드인 경우 제어부에서 컨버터 입력단과 인덕터 일측을 연결하는 제1스위치의 듀티비를 이용하여 컨버터 출력 커패시터 일측과 인덕터 타측을 연결하는 제2스위치와 출력 커패시터 타측과 인덕터 일측을 연결하는 제4스위치의 듀티비를 결정하는 것을 특징으로 한다.A second switch that connects one side of the converter output capacitor and the other side of the inductor by using the duty ratio of the first switch that connects the converter input terminal and one side of the inductor in the control mode when the converter operation mode is the buck mode, And the duty ratio of the fourth switch is determined.

제2스위치와 제4스위치의 듀티비는 하기의 수식을 이용하여 결정하는 것을 특징으로 한다.And the duty ratio of the second switch and the fourth switch is determined using the following equation.

D2 = 1-D1, D4 - 1-D1 D 2 = 1 - D 1 , D 4 - 1 - D 1

D1: 제1스위치의 듀티비, D2: 제2스위치의 듀티비, D4: 제4스위치의 듀티비D 1 is the duty ratio of the first switch, D 2 is the duty ratio of the second switch, D 4 is the duty ratio of the fourth switch,

이 경우 제1스위치의 듀티비는 0.5미만인 것을 특징으로 한다.In this case, the duty ratio of the first switch is less than 0.5.

컨버터 동작모드가 프리휠링모드인 경우 제어부에서 컨버터 입력단과 인덕터 일측을 연결하는 제1스위치의 듀티비를 이용하여 인덕터 타측에 연결되는 제3스위치와 인버터 일측과 제3스위치를 연결하는 제4스위치의 듀티비를 결정하는 것을 특징으로 한다.A third switch connected to the other side of the inductor using the duty ratio of the first switch for connecting the converter input terminal and one side of the inductor, and a fourth switch for connecting one side of the inverter and the third switch, And the duty ratio is determined.

제3스위치와 제4스위치의 듀티비는 하기의 수식을 이용하여 결정하는 것을 특징으로 한다.And the duty ratio of the third switch and the fourth switch is determined by using the following equation.

D3 = D1, D4 = 1-D1 D 3 = D 1 , D 4 = 1 -D 1

D1: 제1스위치의 듀티비, D3: 제3스위치의 듀티비, D4: 제4스위치의 듀티비D 1 : Duty ratio of the first switch, D 3 : Duty ratio of the third switch, D 4 : Duty ratio of the fourth switch

본 발명에 따른 차량용 컨버터 제어시스템은 복수개의 스위치를 포함하는 컨버터; 및 컨버터의 동작모드를 도출하고, 상기 동작모드에 따라 구동되는 스위치의 듀티비를 결정하여 상기 듀티비를 가지는 PWM 신호를 구동되는 스위치 게이트단에 인가하는 제어부;를 포함한다.A vehicle converter control system according to the present invention includes: a converter including a plurality of switches; And a controller for deriving an operation mode of the converter and determining a duty ratio of the switch driven according to the operation mode and applying the PWM signal having the duty ratio to the driven switch gate terminal.

상술한 바와 같이 이용하면 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.The following effects can be obtained by using as described above.

첫째, 컨버터 내에 마련되는 인덕터에 발생하는 전류 리플을 감소시킬 수 있어 컨버터 제어의 안정성이 향상된다.First, the current ripple generated in the inductor provided in the converter can be reduced, and stability of the converter control is improved.

둘재, 컨버터의 승압 또는 강압조건을 따로 구분하지 않고 컨버터 스위치 제어가 가능하게 되므로 제어부 구성이 간단해진다.It is possible to control the converter switch without separately discriminating the step-up or step-down conditions of the converter, thereby simplifying the configuration of the control unit.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 컨버터의 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 컨버터 제어방법의 순서도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 부스트모드시 차량용 컨버터의 회로구성도
도4는 본 발명의 실시예에 따른 벅모드시 차량용 컨버터의 회로구성도
도5는 본 발명의 실시예에 따른 프리휠링모드시 차량용 컨버터의 회로구성도
도6은 본 발명의 실시예에 따른 부스트모드에서의 컨버터 스위치 듀티비
도7은 본 발명의 실시예에 따른 종래기술과 본기술의 인덕터 전류리플 비교 그래프1 is a configuration diagram of a vehicle converter according to an embodiment of the present invention;
2 is a flowchart of a method for controlling a converter for a vehicle according to an embodiment of the present invention
3 is a circuit diagram of a vehicle converter in a boost mode according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram of a converter for a vehicle in a buck mode according to an embodiment of the present invention
5 is a circuit diagram of a vehicle converter in a freewheeling mode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the converter switch duty ratio in the boost mode according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the inductor current ripple comparison graph of the prior art and the present technology according to an embodiment of the present invention

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명에서 사용되는 컨버터(10)는 부스트모드와 벅모드 모두 동작이 가능한 양방향 컨버터(10)로서 컨버터(10)내에 마련되는 스위치 소자를 제어하여 사용자가 원하는 컨버터(10) 모드로 동작 할 수 있다. 도1에서 본 발명에 따른 차량용 컨버터(10)의 구성도를 도시하고 있는데, 이는 부스트모드와 벅모드로 모두 동작할 수 있는 벅-부스트 컨버터(10)의 다양한 형태 중 하나에 해당한다. 도1을 보면 알 수 있듯이 본 발명에 따른 컨버터(10)는 인덕터(16)의 일단과 입력전원간에 연결되어 있는 1차측에는 제1스위치(11)와 제4스위치(14)가 마련되며 인덕터(16)와 타단과 출력 커패시터(18)간에 연결되어 있는 2차측에는 제2스위치(12)와 제3스위치(13)가 마련된다. 따라서 상기 제1스위치(11) 내지 제4스위치(14)의 제어를 통하여 필요에 따라 컨버터(10)를 부스트모드 또는 벅모드로 동작하게 하는 것이다.The converter 10 used in the present invention is a bi-directional converter 10 that can operate in both a boost mode and a buck mode and can operate in a desired converter 10 mode by controlling switch elements provided in the converter 10 . FIG. 1 shows a configuration of a vehicle converter 10 according to the present invention, which corresponds to one of various forms of a buck-boost converter 10 that can operate in both a boost mode and a buck mode. 1, the converter 10 according to the present invention includes a first switch 11 and a fourth switch 14 on the primary side connected to one end of the inductor 16 and the input power source, 16 and the output capacitor 18, the second switch 12 and the third switch 13 are provided on the secondary side. Accordingly, the converter 10 is operated in the boost mode or the buck mode, if necessary, through the control of the first to fourth switches 11 to 14.

이러한 차량용 컨버터(10)의 특성을 고려하여 본 발명에서는 컨버터(10)의 동작모드를 이용해 컨버터(10) 내부에 마련되는 인덕터(16)의 전류리플을 저감시킬 수 있는 방법을 제시하고 있는데, 도2의 순서도가 바로 이에 해당한다. 도2를 보면 알 수 있듯이 본 발명에 따른 차량용 컨버터(10) 제어방법은 제어부에서 부스트모드, 벅모드, 프리휠링모드를 포함하는 컨버터(10)의 동작모드를 도출하는 단계(S10); 제어부에서 상기 동작모드에 따라 구동되는 스위치의 듀티비를 결정하는 단계(S20); 및 제어부에서 상기 듀티비를 가지는 PWM신호를 구동되는 스위치 게이트단에 인가되도록 제어하는 단계(S30);를 포함한다.Considering the characteristics of the vehicle converter 10, the present invention proposes a method of reducing the current ripple of the inductor 16 provided in the converter 10 by using the operation mode of the converter 10, This is the flow chart of Fig. As shown in FIG. 2, the method for controlling the converter 10 for a vehicle according to the present invention includes: (S10) deriving an operation mode of the converter 10 including a boost mode, a buck mode, and a freewheeling mode; (S20) of determining a duty ratio of a switch driven in accordance with the operation mode in a control unit; And controlling the PWM signal having the duty ratio to be applied to the switch gate terminal to be driven (S30).

동작모드 도출단계(S10)에서 컨버터(10)의 동작모드는 컨버터(10)의 입력전압과 출력전압을 비교하는 등 다양한 방식을 통하여 도출할 수 있을 것이다. 본 발명에서는 이에 대한 일례로 차량의 주행상태를 이용하여 컨버터(10)의 동작모드를 도출하는 방법을 제시하고 있다.In the operation mode deriving step S10, the operation mode of the converter 10 may be derived through various methods such as comparing the input voltage of the converter 10 with the output voltage. In the present invention, for example, a method of deriving the operation mode of the converter 10 using the running state of the vehicle is proposed.

앞서 언급한 바와 같이 본 발명에 따른 컨버터(10)의 동작모드는 부스트모드, 벅모드, 프리휠링모드를 포함하게 된다. 대부분의 차량 주행상태에서는 컨버터(10)는 정방향으로 동작할 것이므로 부스트모드가 될 것이다. 그러나 회생제동과 같이 컨버터(10)가 역방향으로 동작하는 경우에 컨버터(10)는 벅모드가 될 것이다. 반면 프리휠링 모드는 차량이 오버드라이브로 동작하기 전과 오버드라이브를 해제한 상태에서 차량이 관성 주행시 컨버터(10) 모드를 의미하는데, 이 경우 컨버터(10)에서 승강압을 하는 것은 오히려 전력손실이 되므로 별도의 동작모드를 마련한 것이다. 따라서 본 발명에 따른 제어부는 차량의 주행상태가 회생제동인 경우에는 컨버터(10)의 동작모드를 벅모드로 도출하고, 관성주행상태인 경우에는 프리휠링모드로 도출하며, 이외의 주행상태에서는 부스트모드로 도출하게 될 것이다.As described above, the operation mode of the converter 10 according to the present invention includes a boost mode, a buck mode, and a freewheeling mode. In most vehicle driving conditions, the converter 10 will operate in the forward direction and therefore will be in the boost mode. However, when converter 10 operates in the reverse direction, such as regenerative braking, converter 10 will be in buck mode. On the other hand, the free-wheeling mode means the mode of the converter 10 when the vehicle is in inertia before the vehicle is operated as an overdrive and the overdrive is released. In this case, when the converter 10 is stepped up or down, A separate operation mode is provided. Therefore, the control unit according to the present invention derives the operation mode of the converter 10 into the buck mode when the running state of the vehicle is regenerative braking, derives the free wheeling mode when the vehicle is in the inertial running state, Mode.

위와 같은 방식으로 컨버터(10)의 동작모드가 도출되었다면 도출된 동작 모드를 바탕으로 듀티비 결정단계(S20)를 수행하게 되는데 컨버터(10) 동작모드가 부스트모드인 경우에는 제어부에서 컨버터(10) 입력단과 인덕터(16) 일측을 연결하는 제1스위치(11)의 듀티비를 이용하여 컨버터(10) 출력 커패시터(18) 일측과 인덕터(16) 타측을 연결하는 제2스위치(12)와 출력 커패시터(18) 타측과 인덕터(16) 타측을 연결하는 제3스위치(13)의 듀티비를 결정하게 된다.If the operation mode of the converter 10 is derived in the above manner, the duty ratio decision step S20 is performed based on the derived operation mode. If the operation mode of the converter 10 is the boost mode, A second switch 12 for connecting one side of the output capacitor 18 of the converter 10 and the other side of the inductor 16 using the duty ratio of the first switch 11 connecting the input terminal and one side of the inductor 16, The duty ratio of the third switch 13 connecting the other side of the inductor 16 and the other side of the inductor 16 is determined.

이를 더 구체적으로 살펴보기 위해 도3의 부스트모드에서의 차량용 컨버터(10)의 회로 구성도를 살펴볼 필요가 있다. 부스트모드에서는 제4스위치(14)가 동작하지 않으므로 제4스위치(14)는 점선으로 표시하였다. 즉 본 발명에서 제시하고 있는 컨버터(10) 회로 구성으로 부스트모드를 동작시키기 위해서는 도3에서 도시한 바와 같이 회로 구성이 되어야 한다. 이와 같은 회로 구성에서 컨버터(10) 제어와 가장 깊은 관련이 있는 변수는 각 스위치의 듀티비이다. 듀티비는 일정주기를 가지는 PWM신호에서 턴온시간을 주기로 나눈값을 말하는데 PWM신호가 어떤 듀티비를 가지고 스위치의 게이트단에 인가되느냐에 따라 컨버터(10)의 출력전압 및 전류가 다양한 값으로 변화할 수 있다.In order to examine this more specifically, it is necessary to consider the circuit configuration of the vehicle converter 10 in the boost mode of FIG. In the boost mode, since the fourth switch 14 does not operate, the fourth switch 14 is indicated by a dotted line. That is, in order to operate the boost mode in the circuit configuration of the converter 10 proposed in the present invention, the circuit configuration should be as shown in Fig. In this circuit configuration, the most relevant parameter to control the converter 10 is the duty ratio of each switch. The duty ratio is a value obtained by dividing a turn-on time period of a PWM signal having a constant period by a period. Depending on a duty ratio of the PWM signal and a gate terminal of the switch, the output voltage and current of the converter 10 change to various values .

따라서 본 발명에서는 각 스위치의 듀티비 제어를 통하여 컨버터(10) 내의 인덕터(16)전류 및 출력전압에 발생하는 리플을 줄일 수 있는 방법을 제시하고 있는데, 앞서 언급한 바와 같이 컨버터(10)내에 마련되는 스위치의 듀티비를 각각 따로 도출하는 것이 아니라 제1스위치(11) 듀티비를 결정함으로써 자동적으로 제2스위치(12), 제3스위치(13)와 제4스위치(14)의 듀티비가 결정될 수 있도록 하는 방법을 제시하고 있는 것이다.Therefore, the present invention proposes a method of reducing the ripple occurring in the inductor 16 current and output voltage in the converter 10 through the duty ratio control of each switch. As described above, The duty ratios of the second switch 12, the third switch 13 and the fourth switch 14 can be automatically determined by determining the duty ratio of the first switch 11 instead of separately deriving the duty ratios of the switches This is a way to make sure

본 발명에서는 부스트모드의 경우 제2스위치(12)와 제3스위치(13)의 듀티비는 하기의 수식을 이용하여 결정되며 여기서 제1스위치(11)의 듀티비는 0.5를 초과하는 값일 것이다. 왜냐하면 제1스위치(11)의 듀티비가 0.5 미만이라면 컨버터(10)의 동작모드가 벅모드임을 의미하기 때문이다.In the present invention, in the boost mode, the duty ratios of the second switch 12 and the third switch 13 are determined using the following equation, where the duty ratio of the first switch 11 is a value exceeding 0.5. This is because if the duty ratio of the first switch 11 is less than 0.5, it means that the operation mode of the converter 10 is the buck mode.

D2 = 1-D1, D3 = D1 D 2 = 1-D 1 , D 3 = D 1

D1: 제1스위치(11)의 듀티비, D2: 제2스위치(12)의 듀티비, D3: 제3스위치(13)의 듀티비D 1: the first switching duty ratio, D 2 of a 11: duty ratio, D 3 of the second switch 12 is the duty of the third switch 13 is non-

컨버터(10) 동작모드가 벅모드인 경우에도 부스트모드인 경우와 유사하게 제어가 되는데 도4에서 벅모드시 차량용 컨버터(10)의 회로 구성도를 도시하고 있다. 따라서 이 경우에는 제어부에서 컨버터(10) 입력단과 인덕터(16) 일측을 연결하는 제1스위치(11)의 듀티비를 이용하여 컨버터(10) 출력 커패시터(18) 일측과 인덕터(16) 타측을 연결하는 제2스위치(12)와 출력 커패시터(18) 타측과 인덕터(16) 일측을 연결하는 제4스위치(14)의 듀티비를 결정하게 된다. 이 경우 제2스위치(12)와 제4스위치(14)의 듀티비는 하기의 수식을 이용하여 결정되며 앞서 언급한 바와 동일한 이유로 제1스위치(11)의 듀티비는 0.5미만이어야 할 것이다.Even when the operation mode of the converter 10 is the buck mode, it is controlled similarly to the case of the boost mode. Fig. 4 shows the circuit configuration of the vehicle converter 10 in the buck mode. In this case, the control unit connects one side of the output capacitor 18 of the converter 10 and the other side of the inductor 16 using the duty ratio of the first switch 11 connecting the input terminal of the converter 10 and one side of the inductor 16 The duty ratio of the fourth switch 14 connecting the other side of the second switch 12 and the output capacitor 18 and the other side of the inductor 16 is determined. In this case, the duty ratios of the second switch 12 and the fourth switch 14 are determined using the following equation, and the duty ratio of the first switch 11 should be less than 0.5 for the same reason as mentioned above.

D2 = 1-D1, D4 - 1-D1 D 2 = 1 - D 1 , D 4 - 1 - D 1

D1: 제1스위치(11)의 듀티비, D2: 제2스위치(12)의 듀티비, D4: 제4스위치(14)의 듀티비D 2 is the duty ratio of the second switch 12, D 4 is the duty ratio of the fourth switch 14, D 1 is the duty ratio of the first switch 11, D 2 is the duty ratio of the second switch 12,

컨버터(10) 동작모드가 프리휠링모드인 경우에는 도5에서 도시한 바와 같이 회로가 구성되게 된다. 앞서 언급하였듯이 프리휠링모드에서는 차량이 관성주행상태에 있는 경우이므로 컨버터(10)가 승강압 동작을 하지 않는 것이 유리하므로 제2스위치(12)는 구동시키지 않아 컨버터(10) 출력 커패시터(18)에 전원이 인가되지 않도록 제어한다. 따라서 이 경우에는 제어부에서 컨버터(10) 입력단과 인덕터(16) 일측을 연결하는 제1스위치(11)의 듀티비를 이용하여 인덕터(16) 타측에 연결되는 제3스위치(13)와 인버터 일측과 제3스위치(13)를 연결하는 제4스위치(14)의 듀티비를 결정하게 된다. 제3스위치(13)와 제4스위치(14)의 듀티비는 하기의 수식을 이용하여 결정할 수 있다.When the operation mode of the converter 10 is the free wheeling mode, the circuit is constituted as shown in Fig. As described above, in the free-wheeling mode, since the vehicle 10 is in the inertial running state, it is advantageous that the converter 10 does not operate in the step-up and step-down operation. Therefore, the second switch 12 is not driven, So that power is not applied. The third switch 13 connected to the other side of the inductor 16 using the duty ratio of the first switch 11 connecting the input terminal of the converter 10 and one side of the inductor 16, The duty ratio of the fourth switch 14 connecting the third switch 13 is determined. The duty ratios of the third switch 13 and the fourth switch 14 can be determined using the following equations.

D3 = D1, D4 = 1-D1 D 3 = D 1 , D 4 = 1 -D 1

D1: 제1스위치(11)의 듀티비, D3: 제3스위치(13)의 듀티비, D4: 제4스위치(14)의 듀티비D 1: the first switch 11, a duty ratio, D 3 of: a third switch 13, the duty ratio, D 4 of the duty of the fourth switch 14 is non-

지금까지 언급한 방식을 이용하여 컨버터를 제어하게 되는 경우 앞서 설명한 바와 같이 인덕터 전류 리플을 감소시킬 수 있게 되는데, 인덕터 리플이 감소되게 되면 그만큼 인덕터의 인덕턴스 값을 줄일 수 있게 되므로 컨버터의 효율 및 장치적 특성면에서는 매우 유용하다. 왜냐하면 컨버터를 구성하는 복수개의 소자 중 가장 큰 부피를 차지하는 것이 인덕터이면서 가장 효율이 떨어지는 소자가 인덕터이기 때문이다. 따라서 이러한 인덕터의 인덕턴스 값을 줄일 수 있다는 것은 컨버터의 효율을 상승시킬 수 있는 가장 큰 요소인 것이다.When the converter is controlled using the above-mentioned method, as described above, the inductor current ripple can be reduced. If the inductor ripple is reduced, the inductance value of the inductor can be reduced accordingly. It is very useful in terms of characteristics. This is because the inductor is the inductor and the inductor is the most inefficient element among the plurality of elements constituting the converter. Therefore, reducing the inductance of these inductors is the biggest factor that can increase the efficiency of the converter.

따라서 본 발명의 효과를 확인해 보기 위하여 본 발명에서 제시하고 있는 제어방법에 따라 컨버터를 제어하였을 경우 인덕터 전류리플을 계산하여 보면 부스트모드의 경우에는 하기의 수식을 이용하여 인덕터 전류리플을 도출할 수 있다.Therefore, in order to check the effect of the present invention, when the converter is controlled according to the control method proposed in the present invention, the inductor current ripple can be calculated, and in the boost mode, the inductor current ripple can be derived using the following equation .

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 수식에서 iL이 인덕터 전류리플값을 의미하며, Ts는 PWM 신호의 1주기를 의미하고, L은 인덕터의 인덕턴스이며, Vi는 컨버터의 입력전압이고 Vo는 컨버터의 출력전압을 의미한다.In the above equation, i L means the inductor current ripple value, T s means one cycle of the PWM signal, L is the inductance of the inductor, V i is the input voltage of the converter and V o is the output voltage of the converter do.

마찬가지로 벅모드의 경우에는 하기의 수식을 이용하여 인덕터 전류리플을 도출할 수 있다.Similarly, in the case of the buck mode, the inductor current ripple can be derived using the following equation.

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 수식에서도 iL이 인덕터 전류리플값을 의미하며, Ts는 PWM 신호의 1주기를 의미하고, L은 인덕터의 인덕턴스이며, Vi는 컨버터의 입력전압이고 Vo는 컨버터의 출력전압을 의미한다.In the above equation, i L means the inductor current ripple value, T s means one period of the PWM signal, L is the inductance of the inductor, V i is the input voltage of the converter and V o is the output voltage of the converter do.

위의 수식을 이용하여 도출한 본 기술의 인덕터 전류리플과 본 기술이 적용되지 않은 종래기술에 따른 인덕터 전류리플을 비교한 그래프를 도7에서 도시하고 있다. 도7에서 도시하고 있는 컨버터는 48V 출력전압을 가지는 컨버터의 인덕터 전류리플을 도시한 그래프로써 종래기술 제어방법에 따른 인덕터 전류리플과 본 기술 제어방법에 따른 인덕터 전류리플을 도시하고 있다.FIG. 7 shows a graph comparing the inductor current ripple of the present technology derived using the above equation with the inductor current ripple according to the prior art to which this technology is not applied. The converter shown in FIG. 7 is a graph showing the inductor current ripple of a converter having a 48V output voltage, showing the inductor current ripple according to the prior art control method and the inductor current ripple according to the present technology control method.

본 발명에 따른 차량용 컨버터(10) 제어시스템은 복수개의 스위치를 포함하는 컨버터(10); 및 컨버터(10)의 동작모드를 도출하고, 상기 동작모드에 따라 구동되는 스위치의 듀티비를 결정하여 상기 듀티비를 가지는 PWM 신호를 구동되는 스위치 게이트단에 인가하는 제어부;를 포함할 수 있다.A control system for a vehicle converter (10) according to the present invention includes a converter (10) including a plurality of switches; And a controller 10 for determining the duty ratio of the switch driven according to the operation mode and applying the PWM signal having the duty ratio to the switch gate terminal to be driven.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 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.Although the present invention has been shown and described with respect to specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. It will be obvious to those who have knowledge of.

10: 컨버터 11: 제1스위치
12: 제2스위치 13: 제3스위치
14: 제4스위치 16: 인덕터
18: 출력 커패시터 S10: 동작모드 도출단계
S20: 듀티비 결정단계 S30: 스위치 게이트단 제어단계10: converter 11: first switch
12: second switch 13: third switch
14: fourth switch 16: inductor
18: Output capacitor S10: Derivation of the operation mode
S20: duty ratio decision step S30: switch gate step control step

Claims (11)

복수개의 스위치를 포함하는 컨버터에 있어서,
제어부에서 부스트모드, 벅모드, 프리휠링모드를 포함하는 컨버터의 동작모드를 도출하는 단계;
제어부에서 상기 동작모드에 따라 구동되는 스위치의 듀티비를 결정하는 단계; 및
제어부에서 상기 듀티비를 가지는 PWM신호를 구동되는 스위치 게이트단에 인가되도록 제어하는 단계;를 포함하는 차량용 컨버터 제어방법.A converter comprising a plurality of switches,
Deriving an operation mode of the converter including a boost mode, a buck mode, and a freewheeling mode in a control unit;
Determining a duty ratio of a switch driven in accordance with the operation mode in a control unit; And
And controlling the PWM signal having the duty ratio to be applied to the switch gate terminal to be driven by the control unit. 청구항 1에 있어서,
상기 동작모드를 도출하는 단계는,
제어부에서 차량의 주행상태를 이용하여 컨버터의 동작모드를 도출하는 것을 특징으로 하는 차량용 컨버터 제어방법.The method according to claim 1,
Wherein deriving the operating mode comprises:
Wherein the control unit derives an operation mode of the converter using the running state of the vehicle. 청구항 1에 있어서,
상기 듀티비를 결정하는 단계는,
컨버터 동작모드가 부스트모드인 경우 제어부에서 컨버터 입력단과 인덕터 일측을 연결하는 제1스위치의 듀티비를 이용하여 컨버터 출력 커패시터 일측과 인덕터 타측을 연결하는 제2스위치와 출력 커패시터 타측과 인덕터 타측을 연결하는 제3스위치의 듀티비를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 컨버터 제어방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of determining the duty ratio comprises:
A second switch for connecting one side of the converter output capacitor and the other side of the inductor by using the duty ratio of the first switch for connecting the converter input terminal and the one side of the inductor in the control mode when the converter operation mode is the boost mode, And the duty ratio of the third switch is determined. 청구항 3에 있어서,
제2스위치와 제3스위치의 듀티비는 하기의 수식을 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 컨버터 제어방법.
D2 = 1-D1, D3 = D1
D1: 제1스위치의 듀티비, D2: 제2스위치의 듀티비, D3: 제3스위치의 듀티비The method of claim 3,
Wherein the duty ratio between the second switch and the third switch is determined using the following equation.
D 2 = 1-D 1 , D 3 = D 1
D 1 : Duty ratio of the first switch, D 2 : Duty ratio of the second switch, D 3 : Duty ratio of the third switch 청구항 4에 있어서,
제1스위치의 듀티비는 0.5를 초과하는 것을 특징으로 하는 차량용 컨버터 제어방법.The method of claim 4,
Wherein the duty ratio of the first switch is greater than 0.5. 청구항 1에 있어서,
컨버터 동작모드가 벅모드인 경우 제어부에서 컨버터 입력단과 인덕터 일측을 연결하는 제1스위치의 듀티비를 이용하여 컨버터 출력 커패시터 일측과 인덕터 타측을 연결하는 제2스위치와 출력 커패시터 타측과 인덕터 일측을 연결하는 제4스위치의 듀티비를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 컨버터 제어방법.The method according to claim 1,
A second switch that connects one side of the converter output capacitor and the other side of the inductor by using the duty ratio of the first switch that connects the converter input terminal and one side of the inductor in the control mode when the converter operation mode is the buck mode, And the duty ratio of the fourth switch is determined. 청구항 6에 있어서,
제2스위치와 제4스위치의 듀티비는 하기의 수식을 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 컨버터 제어방법.
D2 = 1-D1, D4 - 1-D1
D1: 제1스위치의 듀티비, D2: 제2스위치의 듀티비, D4: 제4스위치의 듀티비The method of claim 6,
And the duty ratio of the second switch and the fourth switch is determined using the following equation.
D 2 = 1 - D 1 , D 4 - 1 - D 1
D 1 is the duty ratio of the first switch, D 2 is the duty ratio of the second switch, D 4 is the duty ratio of the fourth switch, 청구항 7에 있어서,
제1스위치의 듀티비는 0.5미만인 것을 특징으로 하는 차량용 컨버터 제어방법.The method of claim 7,
Wherein the duty ratio of the first switch is less than 0.5. 청구항 1에 있어서,
컨버터 동작모드가 프리휠링모드인 경우 제어부에서 컨버터 입력단과 인덕터 일측을 연결하는 제1스위치의 듀티비를 이용하여 인덕터 타측에 연결되는 제3스위치와 인버터 일측과 제3스위치를 연결하는 제4스위치의 듀티비를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 컨버터 제어방법.The method according to claim 1,
A third switch connected to the other side of the inductor using the duty ratio of the first switch for connecting the converter input terminal and one side of the inductor, and a fourth switch for connecting one side of the inverter and the third switch, Duty ratio of the vehicle is determined. 청구항 9에 있어서,
제3스위치와 제4스위치의 듀티비는 하기의 수식을 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 컨버터 제어방법.
D3 = D1, D4 = 1-D1
D1: 제1스위치의 듀티비, D3: 제3스위치의 듀티비, D4: 제4스위치의 듀티비The method of claim 9,
Wherein the duty ratio of the third switch and the fourth switch is determined by using the following expression.
D 3 = D 1 , D 4 = 1 -D 1
D 1 : Duty ratio of the first switch, D 3 : Duty ratio of the third switch, D 4 : Duty ratio of the fourth switch 복수개의 스위치를 포함하는 컨버터; 및
컨버터의 동작모드를 도출하고, 상기 동작모드에 따라 구동되는 스위치의 듀티비를 결정하여 상기 듀티비를 가지는 PWM 신호를 구동되는 스위치 게이트단에 인가하는 제어부;를 포함하는 차량용 컨버터 제어시스템.A converter including a plurality of switches; And
And a control unit for deriving an operation mode of the converter and determining a duty ratio of a switch driven in accordance with the operation mode and applying a PWM signal having the duty ratio to a driven switch gate terminal.
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