KR20180076829A - 이중전원을 가지는 48v 컨버터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 48V 전원으로부터 전위가 분리된 12V와 전위가 분리되지 않은 12V로 이루어진 이중의 출력전원을 구비하고 48V 전원이 발생되는 부분이 적어도 둘 이상이 되는 점을 감안하여 전력 구성부를 포함하도록 한 이중전원을 가지는 48V 컨버터에 관한 것으로, DC/DC 컨버터(21)는 48V 리튬이온 배터리(11)와 12V 배터리(31) 사이에 연결되어 절연형 12V와 비절연형 12V를 동시에 출력하고, 상기 DC/DC 컨버터(21)는 48V의 기준전위(AGND)와 동일한 기준전위를 가지는 12V전원과, 48V의 기준전위(AGND)와 상이한 기준전위(GND)를 가지는 12V전원을 생성하여 출력하는 것을 특징으로 한다.

Description

이중전원을 가지는 48V 컨버터{48V converter having bidirectional power supply}
본 발명은 이중전원을 가지는 48V 컨버터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 48V 전원으로부터 전위가 분리된 12V와 전위가 분리되지 않은 12V로 이루어진 이중의 출력전원을 구비하고 48V 전원이 발생되는 부분이 적어도 둘 이상이 되는 점을 감안하여 전력 구성부를 포함하도록 한 이중전원을 가지는 48V 컨버터에 관한 것이다.
이 분야에 속한 종래기술을 살펴보도록 한다.
2015년 03월 13일자로 출원되고, 2016년 09월 21일자로 공개된 공개번호 10-2016-0109829호(차량용 이중 전원 시스템)에 따르면, "차량용 이중 전원 시스템은 DC-DC 컨버터의 내부에 병렬로 구성되며, 각각이 온도 센서를 포함하는 복수의 상 컨버터들(phase converters) 및 상기 복수의 상 컨버터들 각각의 상기 온도 센서로부터 전송된 센싱 값과 외부 명령 신호에 기초하여, 상기 복수의 상 컨버터들 각각의 동작을 제어하는 제어 회로를 포함할 수 있다."라고 개시된 바가 있다.
공개번호 10-2016-0109829호(차량용 이중 전원 시스템)
그러나, 종래의 48V 컨버터에는 둘 이상의 기준전위가 제공되지 않기 때문에 고전압혼촉이 발생하는 경우가 종종 있었는데, 이러한 고전압혼촉은 그 자체가 사고로 여겨질 정도로 반드시 극복해야 할 과제가 아닐 수 없었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 48V 전원으로부터 전위가 분리된 12V와 전위가 분리되지 않은 12V로 이루어진 이중의 출력전원을 구비하고 48V 전원이 발생되는 부분이 적어도 둘 이상이 되는 점을 감안하여 전력 구성부를 포함하도록 한 이중전원을 가지는 48V 컨버터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 DC/DC 컨버터를 구비하고, 상기 DC/DC 컨버터가 적어도 둘 이상의 48V 입력전원과, 적어도 둘 이상의 12V 출력전원을 가진 이중전원을 가지는 48V컨버터에 적용된다.
상기 DC/DC 컨버터(21)는 48V 리튬이온 배터리(11)와 12V 배터리(31) 사이에 연결되어 절연형 12V와 비절연형 12V를 동시에 출력하고, 상기 DC/DC 컨버터(21)는 48V의 기준전위(AGND)와 동일한 기준전위를 가지는 12V전원과, 48V의 기준전위(AGND)와 상이한 기준전위(GND)를 가지는 12V전원을 생성하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 48V 리튬이온배터리(11) 뿐만 아니라, 후륜측 모터발전기인 RD-ISG Machine(41), 그 인버터인 PWM인버터(42)와, 전륜측 모터발전기인 BAS Machine(43), 그 인버터인 PWM인버터(44)로부터 생성된 48V전원으로부터 전원을 입력받고, 적어도 둘 이상의 48V 전원을 입력받아서 입력된 전원을 기준치 범위 이내로 안정화시켜서 배전하기 위한 PDU(101)가 구비된 DC/DC 컨버터(21)에 적용한다.
상기 PDU(101)에는 일정 전류량을 초과하면 전류흐름을 차단하는 FUSE, 전원 단속을 위한 Pre-charge Relay, 48V 전력연결부인 BUSBAR가 구비되고; 기준전위가 상기 48V 전원의 기준전위와 동일한 전위(AGND)의 12V 전원을 출력함과 동시에 12V 배터리(31)를 충전시키는 양방향 비절연형 DC/DC 컨버터(102)가 구비되며; 기준전위가 상기 48V 전원의 기준전위와 상이한 전위(GND)의 12V 전원을 출력하는 단방향 절연형 DC/DC 컨버터(103)가 구비된 것을 특징으로 한다.
실시예에서, 상기 단방향 절연형 DC/DC컨버터(103)는 스위칭소자 Q1의 소스와 스위칭소자 Q2의 드레인이 연결되고, 다이오드 D1이 상기 스위칭소자 Q1과 병렬로 연결되며, 다이오드 D2가 상기 스위칭소자 Q2와 병렬로 연결되며; 스위칭소자 Q3의 소스와 스위칭소자 Q4의 드레인이 연결되고, 다이오드 D3가 상기 스위칭소자 Q3와 병렬로 연결되며, 다이오드 D4가 상기 스위칭소자 Q4와 병렬로 연결되며; 상기 스위칭소자 Q1의 드레인과 상기 스위칭소자 Q3의 드레인이 연결되며, 상기 스위칭소자 Q2의 소스는 상기 스위칭소자 Q4의 소스와 연결된 것이다.
실시예에서, 상기 단방향 절연형 DC/DC컨버터(103)는 트랜스포머의 입력측 일단은 상기 스위칭소자 Q1의 소스와 스위칭소자 Q2의 드레인에 연결되며, 트랜스포머의 입력측 타단은 상기 스위칭소자 Q3의 소스와 스위칭소자 Q4의 드레인에 연결되는 것이다.
실시예에서, 상기 단방향 절연형 DC/DC컨버터(103)는 트랜스포머의 출력측 일단에는 다이오드 D5 및 인덕터 L이 직렬로 연결되고, 트랜스포머의 출력측 타단에는 다이오드 D6이 직렬로 연결되며, 상기 출력측 양단에는 콘덴서 C 및 저항 R이 병렬로 각각 연결된 것이다.
본 발명의 바람직한 효과에 따르면, 48V 전원으로부터 전위가 분리된 12V와 전위가 분리되지 않은 12V로 이루어진 이중의 출력전원을 구비함으로써 고전압혼촉을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있고, 자동차의 어떠한 부위에서도 48V전원을 입력받을 수 있도록 전력 구성부를 구비함으로써 전원장치의 개발효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 출력측을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 입력측을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 세부구성을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 양방향, 동기정류에 대한 회로구성을 나타낸 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 단방향, 절연형, 비동기정류에 대한 회로구성을 나타낸 회로도.
도 6은 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 실물 구성을 예시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 출력측을 나타낸 블록도로서, DC/DC 컨버터(21)는 48V 리튬이온 배터리(11)와 12V 배터리(31) 사이에 연결되어 직류 48V를 직류 12V로 변환하는 기능을 수행하는데, 특히 DC/DC 컨버터(21)는 절연형 12V와 비절연형 12V를 동시에 출력한다. 이때, 상기 DC/DC 컨버터(21)는 48V의 기준전위(AGND)와 동일한 기준전위를 가지는 12V전원과, 48V의 기준전위(AGND)와 상이한 기준전위(GND)를 가지는 12V전원을 생성하여 출력한다.
따라서, 효율이 높기 때문에 대세적으로 사용하는 비절연형의 장점과, 기준전위를 분리함으로써 고전압혼촉을 방지할 수 있는 장점을 동시에 적용하는 작용효과를 가진다.
참고로, 도면에 도시된 GND는 48V와 다른 기준전위를 나타내고, AGND는 48V와 동일한 기준전위를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 입력측을 나타낸 블록도로서, DC/DC 컨버터(21)는 48V 리튬이온배터리(11) 뿐만 아니라, 전륜휠 혹은 후륜휠에 장착된 모터발전기로부터 생성된 48V전원으로부터 전원을 입력받는다.
즉, 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터(21)는 적어도 둘 이상으로부터 48V전원이 입력되는데, 대표적인 입력수단인 전륜측(43)(44)과 후륜측(41)(42)이 도 2에 예시되어 있는데, 후륜측 모터발전기인 RD-ISG Machine(41), 그 인버터인 PWM인버터(42)와, 전륜측 모터발전기인 BAS Machine(43), 그 인버터인 PWM인버터(44)가 그것이다.
이와같이, 적어도 둘 이상으로부터 48V전원이 입력되면 이를 효율적으로 관리하기 위한 48V NET 관리부가 필요한데, 본 명세서에서는 이를 PDU(Power Distribution Unit; 전원 배전 유닛)라고 지칭하도록 한다.
상술한 PDU, 12V 출력 전위가 상이한 DC/DC 컨버터가 통합된 구성을 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 세부구성을 나타낸 블록도로서, 적어도 둘 이상의 48V 전원을 입력받아서 입력된 전원을 기준치 범위 이내로 안정화시켜서 배전하기 위한 PDU(101)가 구비된다. 이때, 상기 PDU(101)에는 일정 전류량을 초과하면 전류흐름을 차단하는 FUSE, 전원 단속을 위한 Pre-charge Relay, 48V 전력연결부인 BUSBAR등이 포함될 수 있다.
또한, 기준전위가 상기 48V 전원의 기준전위와 동일한 전위(AGND)의 12V 전원을 출력함과 동시에 12V 배터리(31)를 충전시키는 양방향 비절연형 DC/DC 컨버터(102)가 구비된다.
그리고, 기준전위가 상기 48V 전원의 기준전위와 상이한 전위(GND)의 12V 전원을 출력하는 단방향 절연형 DC/DC 컨버터(103)가 구비되어 있다.
도시된 바와 같이, 상술한 DC/DC 컨버터는 좌측에는 전륜 및 후륜측과 연결되고, 상측에는 48V 부하가 연결되며, 하측에는 48V 배터리와 연결되며, 우측에는 12V 배터리 및 스페셜로드와 연결되는데, 특히 상기 스페셜로드는 절연형 12V 전원이 특별히 필요한 전장부품으로 절연형 12V 전원을 공급하기 위한 출력단을 의미한다.
즉, 비절연형 12V는 통상적인 대부분의 자동차부품으로 공급되는 것이고, 절연형 12V는 고전압혼촉 등이 우려되어 기준전위를 분리할 필요가 있는 전장부품으로 공급된다고 볼 수 있다.
상술한 바와 같은 DC/DC 컨버터는 이중전원출력기능을 가진다고 할 수 있고, 이로 인해서 회로구성이 상이한데, 이를 살펴보면 다음과 같다.
1)비절연형 회로구성
먼저, 비절연형 12V 출력을 위한 회로구성을 살펴본다.
도 4는 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 양방향, 동기정류에 대한 회로구성을 나타낸 회로도로서, 고전압소스와 저전압 배터리 및 부하 사이에는, 병렬로 연결된 스위칭소자 M1, M7과, 병렬로 연결된 스위칭소자 M2, M8과, 병렬로 연결된 스위치소자 M3, M9와, 병렬로 연결된 스위칭소자 M4, M10과, 병렬로 연결된 스위칭소자 M5, M11과, 병렬로 연결된 스위칭소자 M6, M12가 구비된다.
한편, 상기 스위칭소자들의 전단에는 입력 콘덴서(Ci)가 병렬로 연결되고, 상기 스위칭소자들의 후단에는 출력콘덴서(Co)가 병렬로 연결되며, 제 1 인덕터(L1)의 제 1 단자가 상기 스위칭소자 M1의 소스 및 M7의 드레인에 연결되며, 제 1 인덕터(L1)의 제 2 단자가 상기 스위칭소자 M2의 소스 및 M8의 드레인에 연결되며, 제 2 인덕터(L2)의 제 1 단자가 상기 스위칭소자 M3의 소스 및 M9의 드레인에 연결되며, 제 2 인덕터(L2)의 제 2 단자가 상기 스위칭소자 M4의 소스 및 M10의 드레인에 연결되며, 제 3 인덕터(L3)의 제 1 단자가 상기 스위칭소자 M5의 소스 및 M11의 드레인에 연결되며, 제 3 인덕터(L3)의 제 2 단자가 상기 스위칭소자 M6의 소스 및 M12의 드레인에 연결되며, 상기 제 1 내지 제 3 인덕터(L1)(L2)(L3)의 제 3 단자는 저전압배터리 및 부하의 플러스단자에 모두 공통접속된다.
이때, 상기 고전압소스는 전륜측 및 후륜측으로부터 입력되는 48V전원과 48V 리튬이온배터리가 포함되고, 상기 저전압소스는 DC/DC 컨버터에서 출력되는 12V 전원과 12V 배터리가 포함되며, 상기 스위칭소자는 MOSFET가 포함되며, DC/DC 컨버터에는 상기 MOSFET로 게이트신호를 인가하고 동기정류를 수행할 제어부가 포함되지만, 통상적인 기술로 구현 가능하므로 도 4의 회로구성에서는 생략하였다.
또한, 하기 그림과 같은 커플인덕터가 구비되는데, 1상당 인덕터를 1개씩 사용할 경우 6상일 경우 6개의 인덕터가 필요하고, 인덕터는 자심(magnetic core)에 코일이 감겨있는 구조이고, 이 자심은 폐루프를 형성해야 한다.
Figure pat00001
따라서 6개의 인덕터를 구성하기 위하여 최소 6개 자심에 6개 코일이 필요하고, 그림에 나타낸 바와 같이 커플인덕터(couple inductor)는 1개 자심에 2개 코일을 감아둔 형태이고, 동일 자심에 2개 혹은 그 이상의 코일을 감을 수 있으며, 이때 상기 제어부에서는 자로의 자속이 평형이 되도록 제어하여야 한다.
2)절연형 회로구성
반면, 절연형 12V 출력을 위한 회로구성을 살펴본다.
도 5는 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 단방향, 절연형, 비동기정류에 대한 회로구성을 나타낸 회로도로서, 스위칭소자 Q1의 소스와 스위칭소자 Q2의 드레인이 연결되고, 다이오드 D1이 상기 스위칭소자 Q1과 병렬로 연결되며, 다이오드 D2가 상기 스위칭소자 Q2와 병렬로 연결된다.
또한, 스위칭소자 Q3의 소스와 스위칭소자 Q4의 드레인이 연결되고, 다이오드 D3가 상기 스위칭소자 Q3와 병렬로 연결되며, 다이오드 D4가 상기 스위칭소자 Q4와 병렬로 연결된다.
한편, 상기 스위칭소자 Q1의 드레인과 상기 스위칭소자 Q3의 드레인이 연결되며, 상기 스위칭소자 Q2의 소스는 상기 스위칭소자 Q4의 소스와 연결되며, 트랜스포머의 입력측 일단은 상기 스위칭소자 Q1의 소스와 스위칭소자 Q2의 드레인에 연결되며, 트랜스포머의 입력측 타단은 상기 스위칭소자 Q3의 소스와 스위칭소자 Q4의 드레인에 연결된다.
트랜스포머의 출력측 일단에는 다이오드 D5 및 인덕터 L이 직렬로 연결되고, 트랜스포머의 출력측 타단에는 다이오드 D6이 직렬로 연결되며, 상기 출력측 양단에는 콘덴서 C 및 저항 R이 병렬로 각각 연결된다.
6은 본 발명에 따른 DC/DC 컨버터의 실물 구성을 예시한 도면으로서, 회로구성이 상이하기 때문에, 양방향 비절연형 DC/DC 컨버터(102)와 단방향 절연형 DC/DC 컨버터(103)가 분리된 구성을 가지고 있다.
11 ; 48 리튬이온 배터리 21 ; DC/DC 컨버터
31 ; 12V 배터리 41 ; RD-ISG Mahine
42 ; PWM 인버터 43 ; BAS Machine
44 ; PWM 인버터 101; PDU
102; 양방향 비절연형 DC/DC컨버터 103; 단방향 절연형 DC/DC컨버터

Claims (5)

  1. DC/DC 컨버터를 구비하고, 상기 DC/DC 컨버터가 적어도 둘 이상의 48V 입력전원과, 적어도 둘 이상의 12V 출력전원을 가진 이중전원을 가지는 48V컨버터에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터(21)는 48V 리튬이온 배터리(11)와 12V 배터리(31) 사이에 연결되어 절연형 12V와 비절연형 12V를 동시에 출력하고, 상기 DC/DC 컨버터(21)는 48V의 기준전위(AGND)와 동일한 기준전위를 가지는 12V전원과, 48V의 기준전위(AGND)와 상이한 기준전위(GND)를 가지는 12V전원을 생성하여 출력하는 것을 특징으로 하는 이중전원을 가지는 48V컨버터.
  2. 48V 리튬이온배터리(11) 뿐만 아니라, 후륜측 모터발전기인 RD-ISG Machine(41), 그 인버터인 PWM인버터(42)와, 전륜측 모터발전기인 BAS Machine(43), 그 인버터인 PWM인버터(44)로부터 생성된 48V전원으로부터 전원을 입력받고, 적어도 둘 이상의 48V 전원을 입력받아서 입력된 전원을 기준치 범위 이내로 안정화시켜서 배전하기 위한 PDU(101)가 구비된 DC/DC 컨버터(21)에 있어서,
    상기 PDU(101)에는 일정 전류량을 초과하면 전류흐름을 차단하는 FUSE, 전원 단속을 위한 Pre-charge Relay, 48V 전력연결부인 BUSBAR가 구비되고;
    기준전위가 상기 48V 전원의 기준전위와 동일한 전위(AGND)의 12V 전원을 출력함과 동시에 12V 배터리(31)를 충전시키는 양방향 비절연형 DC/DC 컨버터(102)가 구비되며;
    기준전위가 상기 48V 전원의 기준전위와 상이한 전위(GND)의 12V 전원을 출력하는 단방향 절연형 DC/DC 컨버터(103)가 구비된 것을 특징으로 하는 이중전원을 가진 48V 컨버터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 단방향 절연형 DC/DC컨버터(103)는 스위칭소자 Q1의 소스와 스위칭소자 Q2의 드레인이 연결되고, 다이오드 D1이 상기 스위칭소자 Q1과 병렬로 연결되며, 다이오드 D2가 상기 스위칭소자 Q2와 병렬로 연결되며; 스위칭소자 Q3의 소스와 스위칭소자 Q4의 드레인이 연결되고, 다이오드 D3가 상기 스위칭소자 Q3와 병렬로 연결되며, 다이오드 D4가 상기 스위칭소자 Q4와 병렬로 연결되며; 상기 스위칭소자 Q1의 드레인과 상기 스위칭소자 Q3의 드레인이 연결되며, 상기 스위칭소자 Q2의 소스는 상기 스위칭소자 Q4의 소스와 연결된 것을 더 포함하는 이중전원을 가지는 48V 컨버터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 단방향 절연형 DC/DC컨버터(103)는 트랜스포머의 입력측 일단은 상기 스위칭소자 Q1의 소스와 스위칭소자 Q2의 드레인에 연결되며, 트랜스포머의 입력측 타단은 상기 스위칭소자 Q3의 소스와 스위칭소자 Q4의 드레인에 연결되는 것을 더 포함하는 이중전원을 가지는 48V 컨버터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 단방향 절연형 DC/DC컨버터(103)는 트랜스포머의 출력측 일단에는 다이오드 D5 및 인덕터 L이 직렬로 연결되고, 트랜스포머의 출력측 타단에는 다이오드 D6이 직렬로 연결되며, 상기 출력측 양단에는 콘덴서 C 및 저항 R이 병렬로 각각 연결된 것을 더 포함하는 이중전원을 가지는 48V 컨버터.






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