KR20180124895A - Dc-dc 전압 컨버터 회로를 제어하는 제어 시스템 - Google Patents

Dc-dc 전압 컨버터 회로를 제어하는 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 전압 컨버터 회로를 제어하는 제어 시스템이 제공된다. 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로는 고전압 단자, 저전압 단자 및 입력 제어 단자를 구비한다. 상기 고전압 단자는 고전압 소스와 전기적으로 연결된다. 상기 저전압 단자는 저전압 소스와 연결된다. 상기 제어 시스템은 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 저전압 단자 및 상기 입력 제어 단자와 전기적으로 연결되는 출력 전압 컨트롤러를 포함한다. 상기 출력 전압 컨트롤러는 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 저전압 단자 및 상기 입력 제어 단자와 전기적으로 연결된다. 상기 출력 전압 컨트롤러는 상기 저전압 소스로부터 저전압을 수신한다. 상기 출력 전압 컨트롤러는 상기 저전압이 출력 기준 전압 미만이면, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 스위칭 듀티 사이클을 증가시키기 위해 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압을 입력 제어 단자로 출력한다.

Description

DC-DC 전압 컨버터 회로를 제어하는 제어 시스템
본 발명은 DC-DC 전압 컨버터 회로를 제어하는 제어 시스템에 관한 것이다.
본 출원은 2017년 5월 10일자로 출원된 미국가출원번호 제62/504,147호 및 2018년 1월 25일자로 출원된 미국정규출원번호 제 및 15/879,970호를 우선권 주장하며, 그에 대한 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
DC-DC 전압 컨버터는 전력을 입력받아 레벨을 가지는 전력을 생성하여 출력하는 장치로서, 일반적으로 적어도 하나의 스위치를 포함한다. 이때, 상기 DC-DC 전압 컨버터는 외부의 지령에 대응하여 스위치의 듀티 사이클을 변경함으로써, 입력되는 전력과 출력되는 전력의 전압 및 전류를 제어한다. 이러한, DC-DC 전압 컨버터는 지령에 따라 설정된 최대 입력 전압, 최대 출력 전압 및 최대 출력 전류 각각에 입력 전력과 출력 전력이 초과하지 않도록 스위치를 제어한다. 하지만, 하나의 제어 모드를 통해 스위치를 제어하는 경우, 입력 전력과 출력 전력이 최대 입력 전압, 최대 출력 전압 및 최대 출력 전류를 초과하여, DC-DC 전압 컨버터의 내부 회로 및 전기 부하가 파손되는 문제점이 있다.
본 발명의 발명자들은 최대 요구 출력 전압 레벨 보다 낮은 출력 전압을 유지하고, 최대 요구 출력 전류 레벨 보다 낮은 출력 전류를 유지하고, 최대 요구 입력 전압 레벨 보다 낮은 입력 전압을 유지하는 DC-DC 전압 컨버터 회로를 제어하는 제어 시스템의 필요성을 인식하였다.
이에 따라, 본 발명은 출력 전압 컨트롤러를 이용하여 요구되는 전압 레벨 범위 내에서 출력 전압을 유지하고, 출력 전류 컨트롤러를 이용하여 요구되는 전류 레벨 범위로 출력 전류를 유지하며, 입력 전압 컨트롤러를 이용하여 요구되는 전압 레벨 범위의 입력 전압을 유지하는 DC-DC 전압 컨버터 회로를 제어하는 제어 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 전압 컨버터 회로를 제어하는 제어 시스템이 제공된다.
상기 DC-DC 전압 컨버터 회로는 고전압 단자, 저전압 단자 및 입력 제어 단자를 구비한다. 상기 고전압 단자는 고전압 소스와 전기적으로 연결된다. 상기 저전압 단자는 저전압 소스와 연결된다.
상기 제어 시스템은 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 저전압 단자 및 상기 입력 제어 단자와 전기적으로 연결되는 출력 전압 컨트롤러를 포함한다. 상기 출력 전압 컨트롤러는 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 저전압 단자 및 상기 입력 제어 단자와 전기적으로 연결된다. 상기 출력 전압 컨트롤러는 상기 저전압 소스로부터 저전압을 수신한다. 상기 출력 전압 컨트롤러는 상기 저전압이 출력 기준 전압 미만이면, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 스위칭 듀티 사이클을 증가시키기 위해 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압을 입력 제어 단자로 출력한다.
상기 제어 시스템은 제1 캐소드 및 제1 애노드를 구비하는 제1 다이오드를 더 포함한다. 상기 제1 애노드는 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자와 전기적으로 연결된다.
상기 제어 시스템은 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 고전압 단자와 전기적으로 연결되고, 상기 고전압 소스로부터 고전압을 수신하는 입력 전압 컨트롤러를 더 포함한다. 상기 입력 전압 컨트롤러는 입력 기준 전압을 더 수신한다. 상기 입력 전압 컨트롤러는 상기 제1 다이오드의 상기 제1 캐소드와 전기적으로 더 연결된다. 상기 입력 전압 컨트롤러는 상기 고전압이 상기 입력 기준 전압 미만이면, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 스위칭 듀티 사이클을 감소시키기 위해 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자에서 상기 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압을 감소시킨다.
상기 출력 전압 컨트롤러는 제1 입력 노드, 제2 입력 노드 및 출력 노드를 구비한다. 상기 출력 전압 컨트롤러의 상기 제1 입력 노드는 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 저전압 단자와 전기적으로 연결되고, 상기 저전압 소스로부터 상기 저전압을 수신한다. 상기 출력 전압 컨트롤러의 상기 제2 입력 노드는 마이크로컨트롤러와 전기적으로 연결되고, 상기 출력 기준 전압을 수신한다. 상기 출력 전압 컨트롤러의 상기 출력 노드는 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자와 전기적으로 연결된다. 상기 출력 전압 컨트롤러는 상기 저전압이 상기 출력 기준 전압 미만이면, 상기 출력 노드로 상기 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압을 출력한다.
상기 입력 전압 컨트롤러는 제1 입력 노드, 제2 입력 노드 및 출력 노드를 구비한다. 상기 입력 전압 컨트롤러의 상기 제1 입력 노드는 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 고전압 단자와 전기적으로 연결되고, 상기 고전압 소스로부터 상기 고전압을 수신한다. 상기 입력 전압 컨트롤러의 상기 제2 입력 노드는 마이크로컨트롤러와 전기적으로 연결되고, 상기 입력 기준 전압을 수신한다. 상기 입력 전압 컨트롤러의 상기 출력 노드는 상기 제1 다이오드의 상기 제1 캐소드와 전기적으로 연결된다.
상기 입력 전압 컨트롤러는 상기 고전압이 상기 입력 기준 전압 이상이면, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 스위칭 듀티 사이클을 감소시키지 않기 위해 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자의 상기 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압을 감소시키지 않는다.
상기 출력 기준 전압은 최대 요구 출력 기준 전압에 대응한다.
상기 출력 전압 컨트롤러는 상기 저전압이 상기 출력 기준 전압 이상이면, 상기 출력 노드로 상기 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압을 출력하지 않는다.
상기 출력 전압 컨트롤러는 비반전 입력 단자, 반전 입력 단자 및 출력 단자를 구비하는 연산 증폭기 및 서로 직렬 연결되고, 상기 연산 증폭기의 상기 출력 단자와 접지 사이에 전기적으로 더 연결되는 저항 및 커패시터를 포함한다.
상기 반전 입력 단자는 상기 저전압을 수신하는 상기 출력 전압 컨트롤러의 상기 제1 입력 노드에 대응한다. 상기 반전 입력 단자는 상기 출력 기준 전압을 수신하는 상기 출력 전압 컨트롤러의 상기 제2 입력 노드에 대응한다. 상기 연산 증폭기의 상기 출력 단자는 상기 출력 전압 컨트롤러의 상기 출력 노드에 대응한다.
상기 입력 전압 컨트롤러는 비반전 입력 단자, 반전 입력 단자 및 출력 단자를 구비하는 연산 증폭기; 및 서로 직렬 연결되고, 상기 연산 증폭기의 상기 출력 단자와 접지 사이에 전기적으로 더 연결되는 저항 및 커패시터를 포함한다.
상기 반전 입력 단자는 상기 고전압을 수신하는 제1 저항과 전기적으로 연결된다. 상기 비반전 입력 단자는 상기 입력 기준 전압을 수신하는 상기 입력 전압 컨트롤러의 상기 제2 입력 노드에 대응한다. 상기 연산 증폭기의 상기 출력 단자는 상기 입력 전압 컨트롤러의 상기 출력 노드에 대응한다.
상기 입력 전압 컨트롤러는 상기 고전압이 상기 입력 기준 전압 미만이면, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 스위칭 듀티 사이클을 감소시키기 위해 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자의 상기 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압이 감소되도록 상기 제1 다이오드를 통해 전류를 접지로 전도시킨다.
상기 제어 시스템은 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 저전압 단자와 전기적으로 연결되고, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 저전압 단자로부터 흐르는 전류의 크기를 나타내는 전류 모니터링 전압을 출력하는 전류 센서; 제2 캐소드 및 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자와 전기적으로 연결된 제2 애노드를 구비하는 제2 다이오드; 및 상기 전류 센서와 전기적으로 연결되고, 상기 전류 모니터링 전압을 수신하는 출력 전류 컨트롤러를 더 포함한다.
상기 출력 전류 컨트롤러는 출력 기준 전류 신호를 더 수신하고, 상기 제2 다이오드의 상기 제2 캐소드와 전기적으로 연결되고, 상기 전류 모니터링 전압이 상기 출력 기준 전류 신호를 초과하면, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 스위칭 듀티 사이클을 감소시키기 위해 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자에서 상기 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압을 감소시킨다.
상기 출력 전류 컨트롤러는 제1 입력 노드, 제2 입력 노드 및 출력 노드를 구비한다. 상기 출력 전류 컨트롤러의 상기 제1 입력 노드는 상기 전류 센서와 전기적으로 연결되고, 상기 전류 모니터링 전압을 수신한다. 상기 출력 전류 컨트롤러의 상기 제2 입력 노드는 마이크로컨트롤러와 전기적으로 연결되고, 상기 출력 기준 전류 신호를 수신한다. 상기 출력 전류 컨트롤러의 상기 출력 노드는 상기 제2 다이오드의 상기 제2 캐소드와 전기적으로 연결된다.
상기 출력 전류 컨트롤러는 상기 전류 모니터링 전압이 상기 출력 기준 전류 신호 이하이면, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 스위칭 듀티 사이클을 감소시키지 않기 위해 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자의 상기 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압을 감소시키지 않는다.
상기 출력 전류 컨트롤러는 비반전 입력 단자, 반전 입력 단자 및 출력 단자를 구비하는 연산 증폭기 및 서로 직렬 연결되고, 상기 연산 증폭기의 상기 반전 입력 단자와 상기 연산 증폭기의 상기 출력 단자 사이에 전기적으로 연결되는 저항 및 커패시터를 포함한다.
상기 반전 입력 단자는 상기 전류 센서와 전기적으로 더 연결된 제1 저항과 전기적으로 연결된다. 상기 비반전 입력 단자는 상기 출력 전류 컨트롤러의 상기 제2 입력 노드에 대응하고, 상기 출력 기준 전류 신호를 수신한다. 상기 연산 증폭기의 상기 출력 단자는 상기 출력 전류 컨트롤러의 상기 출력 노드에 대응한다.
상기 출력 전류 컨트롤러는 상기 전류 모니터링 전압이 상기 출력 기준 전류 신호를 초과하면, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 스위칭 듀티 사이클을 감소시키기 위해 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자의 상기 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압이 감소되도록 상기 제2 다이오드를 통해 전류를 전도시킨다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 따르면, DC-DC 전압 컨버터를 제어하는 제어 시스템은 출력 전압 컨트롤러를 이용하여 요구되는 전압 레벨 범위 내에서 출력 전압을 유지하고, 출력 전류 컨트롤러를 이용하여 요구되는 전류 레벨 범위로 출력 전류를 유지하며, 입력 전압 컨트롤러를 이용하여 요구되는 전압 레벨 범위의 입력 전압을 유지할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DC-DC 전압 컨버터를 제어하는 제어 시스템을 포함하는 자동차의 회로도이다.
도 2는 도 1의 DC-DC 전압 컨버터 회로의 일부의 회로도이다.
도 3은 도 1의 제어 시스템의 일부인 출력 전압 컨트롤러, 출력 전류 컨트롤러, 입력 전압 컨트롤러를 도시한 회로도이다.
도 4는 입력 전압 제어 모드 동안 도 3의 제어 시스템에 의해 이용되는 출력 기준 전압(LV_REF_BUCK), 출력 전류 신호(I_REF_BUCK) 및 입력 기준 전압(HV_REF_BUCK)을 도시한 그래프이다.
도 5는 입력 전압 제어 모드 동안 도 3의 제어 시스템에 의해 이용되는 고전압(HV_SENSE), 전류 모니터링 전압(I_SENSE) 및 저전압(LV_SENSE)을 도시한 그래프이다.
도 6은 입력 전압 제어 모드 동안 도 3의 제어 시스템에 의해 이용되는 도 3의 출력 전류 컨트롤러의 출력 전압(C), 도 3의 입력 전압 컨트롤러의 출력 전압(B) 및 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 도시한 그래프이다.
도 7은 출력 전류 제어 모드 동안 도 3의 제어 시스템에 의해 이용되는 출력 기준 전압(LV_REF_BUCK), 출력 전류 신호(I_REF_BUCK) 및 입력 기준 전압(HV_REF_BUCK)을 도시한 그래프이다.
도 8은 출력 전류 제어 모드 동안 도 3의 제어 시스템에 의해 이용되는 고전압(HV_SENSE), 전류 모니터링 전압(I_SENSE) 및 저전압(LV_SENSE)을 도시한 그래프이다.
도 9는 출력 전류 제어 모드 동안 도 3의 제어 시스템에 의해 이용되는 도 3의 출력 전류 컨트롤러의 출력 전압(C), 도 3의 입력 전압 컨트롤러의 출력 전압(B) 및 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 도시한 그래프이다.
도 10은 출력 전압 제어 모드 동안 도 3의 제어 시스템에 의해 이용되는 출력 기준 전압(LV_REF_BUCK), 출력 전류 신호(I_REF_BUCK) 및 입력 기준 전압(HV_REF_BUCK)을 도시한 그래프이다.
도 11은 출력 전압 제어 모드 동안 도 3의 제어 시스템에 의해 이용되는 고전압(HV_SENSE), 전류 모니터링 전압(I_SENSE) 및 저전압(LV_SENSE)을 도시한 그래프이다.
도 12는 출력 전압 제어 모드 동안 도 3의 제어 시스템에 의해 이용되는 도 3의 출력 전류 컨트롤러의 출력 전압(C), 도 3의 입력 전압 컨트롤러의 출력 전압(B) 및 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 도시한 그래프이다.
도 13 내지 도 17은 다른 실시예에 따른 DC-DC 전압 컨버터 회로를 제어하는 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판정되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1을 참조하면, 자동차(10)이 제공된다. 자동차(10)은 배터리(40), 접촉기(42), 커패시터(44, 45), 능동 정류기(46), 모터 제너레이터 유닛(60), DC-DC 전압 컨버터(62), 배터리(70), 저항(72, 74), 전기 부하(76), 통신 버스(78), 자동차 컨트롤러(80), 전기 라인(90, 92, 94, 96, 98, 100, 102)을 포함한다.
DC-DC 전압 컨버터(62)의 장점은 최대 요구 출력 전압 레벨 보다 낮은 출력 전압을 유지하기 위해 출력 전압 컨트롤러(482)를 이용하고, 최대 요구 출력 전류 레벨 보다 낮은 출력 전류를 유지하기 위해 출력 전류 컨트롤러(484)를 이용하고, 최대 요구 입력 전압 레벨 보다 낮은 입력 전압을 유지하기 위해 입력 전압 컨트롤러(488)를 이용하는 제어 시스템(214)을 구비하는 것이다.
이해를 돕기 위하여, 본 명세서에서 이용되는 용어에 대해 설명하도록 한다.
노드, 전기 노드 또는 전기 단자는 본 명세서에서 상호 교환적으로 이용될 수 있으며, 전기 회로의 일 영역이거나 위치일 수 있다.
신호는 전압 또는 전류이다.
저전압 소스는 고전압 소스에 의해 출력되는 전압 레벨 미만의 전압 레벨을 출력하는 전압 소스이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 배터리(70)는 12Vdc를 출력하고, 배터리(70)에 병렬 연결된 저항 네트워크는 12Vdc에 비례하는 전압을 출력하며 저전압 소스로 간주된다.
고전압 소스는 저전압 소스에 의해 출력되는 전압 레벨을 초과하는 전압 레벨을 출력하는 전압 소스이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 48Vdc를 출력하는 배터리(40)는 고전압 소스이다.
벅 동작 모드는 DC-DC 전압 컨버터(62)가 배터리(70)에 전압을 인가하는 DC-DC 전압 컨버터(62)의 동작 모드이다. 일 실시예에서, DC-DC 전압 컨버터(62)가 벅 동작 모드이면, 접촉기(42)는 폐쇄 동작 상태이고, 고전압 FET 스위치(200)는 폐쇄 동작 상태이고, 하이 사이드 FET IC(380) 및 로우 사이드 FET IC(382) 내의 FET 스위치는 요청에 따라 스위치되고, 저전압 FET 스위치(210, 212)는 폐쇄 동작 상태이다.
출력 전압 제어 모드는 출력 전압 컨트롤러(482)가 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 출력 전압을 최대 요구 출력 전압 레벨 미만으로 유지하는 벅 동작 모드 동안 DC-DC 전압 컨버터(62)의 동작 모드이다.
출력 전류 제어 모드는 출력 전류 컨트롤러(484)가 DC-DC 전류 컨버터 회로(204)의 출력 전류를 최대 요구 출력 전류 레벨 미만으로 유지하는 벅 동작 모드 동안 DC-DC 전류 컨버터(62)의 동작 모드이다.
입력 전압 제어 모드는 입력 전압 컨트롤러(488)가 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 입력 전압을 최대 요구 입력 전압 레벨 미만으로 유지하는 벅 동작 모드 동안 DC-DC 전압 컨버터(62)의 동작 모드이다.
FET는 전계 효과 트렌지스터이고, IC는 직접 회로이다.
자동차(10)에 대해 설명하도록 한다.
배터리(40)는 양극 단자(150)와 음극 단자(152)를 포함한다. 일 실시예에서, 배터리(40)는 양극 단자(150)와 음극 단자(152) 사이에서 48Vdc를 생성한다. 양극 단자(150)는 접촉기(42)의 제1 측면 상의 제1 전기 노드(164)에 전기적으로 연결된다. 음극 단자(152)는 접지에 전기적으로 연결된다.
접촉기(42)는 접촉기 코일(160), 접점(162), 제1 전기 노드(164) 및 제2 전기 노드(166)를 포함한다. 제1 전기 노드(164)는 배터리(40)의 양극 단자(150)에 전기적으로 연결된다. 제2 전기 노드(166)는 능동 정류기(46) 및 고전압 FET 스위치(200) 모두에 전기적으로 연결된다.　마이크로컨트롤러(496)가 전압 드라이버(492, 494) 각각에 의해 수신되는 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하면, 접촉기 코일(160)이 통전되어 접점(162)이 폐쇄 동작 상태로 변경된다. 반대로, 마이크로컨트롤러(496)가 전압 드라이버(802, 804) 각각에 의해 수신되는 제3 제어 신호 및 제4 제어 신호를 생성하면, 접촉기 코일(160)이 비통전되어 접점(162)이 개방 동작 상태로 변경된다. 일 실시예에서, 제3 제어 신호 및 제4 제어 신호는 각각 접지 전압 레벨일 수 있다.
능동 정류기(46)는 모터 제너레이터 유닛(60), 배터리(40) 및 DC-DC 전압 컨버터(62)로부터의 전기 에너지를 저장 및 방출하는데 이용된다. 능동 정류기(46)는 전기 라인(94)을 통해 접촉기(42)의 전기 노드(166)에 전기적으로 연결된다. 능동 정류기(46)는 전기 라인(98, 100, 102)을 이용하여 모터 제너레이터 유닛(60)에 전기적으로 더 연결된다. 커패시터(44)는 전기 라인(94, 96) 사이에 전기적으로 연결된다.
모터 제너레이터 유닛(60)은 전기 라인(98, 100, 102)을 통해 능동 정류기(46)에 의해 수신되는 AC 전압을 생성하도록 제공된다. 능동 정류기(46)은 모터 제너레이터 유닛(6)으로부터 수신되는 AC 전압에 대응하여 전기 라인(94, 96) 사이에 DC 전압을 출력한다.
DC-DC 전압 컨버터(62)는 고전압 FET 스위치(200), DC-DC 전압 컨버터 회로(204), 인덕터(206), 커패시터(208), 저전압 FET 스위(210, 212), 제어 시스템(214) 및 전기 라인(220, 222, 224, 226, 227, 228, 230)을 포함한다.
고전압 FET 스위치(200)는 컨택터(42)의 노드(166)와 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 고전압 단자(390) 사이에 전기적으로 연결된다. 마이크로컨트롤러(496)가 고전압 FET 스위치(200)에 의해 수신되는 제1 제어 신호를 생성하면, 고전압 FET 스위치(200)는 폐쇄 동작 상태로 변경되고, 노드(166)와 DC-DC 전압 컨버터 회로(2014)의 고전압 단자(390)를 전기적으로 연결시킨다. 이후, 능동 정류기(46)(또는 접촉기(40)가 폐쇄 동작 상태일 때의 배터리(40))로부터 전기 노드(390)에 전압이 인가된다. 반대로, 마이크로컨트롤러(496)가 고전압 FET 스위치(200)에 의해 수신되는 제1 제어 신호(예를 들어 전지 전압 레벨)를 생성하면, 고전압 FET 스위치(200)는 개방 동작 상태로 변경된다. 일 실시예에서, 고전압 FET 스위치(200)에 인가되는 제2 제어 신호는 접지 전압 레벨일 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, DC-DC 전압 컨버터 제어 회로(204)는 벅 동작 모드 동안 고전압 단자(390)에 수신되는 DC 전압을 다른 DC 전압으로 변압하여 저전압 단자(392)로 출력할 수 있다. 반대로, DC-DC 전압 컨버터 제어 회로(204)는 부스트 동작 모드 동안 저전압 단자(392)에 수신되는 DC 전압을 다른 DC 전압으로 변압하여 고전압 단자(390)로 출력할 수 있다. DC-DC 전압 컨버터 제어 회로(204)는 하이 사이드 FET IC(380), 로우 사이드 FET IC(382), 벅 모드 IC(384), 고전압 단자(390), 저전압 단자(392), 입력 제어 단자(394), 접지 단자(396), 접지 단자(398), 노드(400, 402, 404) 및 저항(406)을 포함한다.
하이 사이드 FET IC(380)는 벅 모드 IC(384)로부터 FET 스위치(430, 432, 434)에 의해 수신되는 제어 전압에 의해 동작 상태(예를 들어, 폐쇄 동작 상태 또는 개방 동작 상태)가 제어되는 FET 스위치(430, 432, 434)를 내부에 포함한다. 일 실시예에서, FET 스위치(430, 432, 434)는 제1 단부에서 고전압 단자(390)에 전기적으로 연결된다.
FET 스위치(430)는 고전압 단자(390)와 노드(400) 사이에 전기적으로 연결되고, 또한 로우 사이드 FET IC(382)의 FET 스위치(460)와 직렬로 연결된다.
FET 스위치(432)는 고전압 단자(390)와 노드(402) 사이에 전기적으로 연결되고, 또한 로우 사이드 FET IC(382)의 FET 스위치(462)와 직렬로 연결된다.
FET 스위치(434)는 고전압 단자(390)와 노드(404) 사이에 전기적으로 연결되고, 또한 로우 사이드 FET IC(382)의 FET 스위치(464)와 직렬로 연결된다.
로우 사이드 FET IC(382)는 벅 모드 IC(384)로부터 FET 스위치(460, 462, 464)에 의해 수신되는 제어 전압에 의해 동작 상태(예를 들어, 폐쇄 동작 상태 또는 개방 동작 상태)가 제어되는 FET 스위치(460, 462, 464)를 내부에 포함한다. 일 실시예에서, FET 스위치(460, 462, 464)는 FET 스위치(430, 432, 434) 각각에 직렬로 연결된다. FET 스위치(460, 462, 464)는 접지에 전기적으로 더 연결된 저항(406)에 전기적으로 더 연결된다.
벅 모드 IC(384)는 DC-DC 컨버터 회로(204)의 벅 모드 동안 하이 사이드 FET IC(380)의 FET 스위치(430,432,434) 및 로우 사이드 FET IC(382)의 FET 스위치(460,462,464)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다. 특히, FET 스위치(430, 432, 434) 및 FET 스위치(460,462,464)에 인가되는 제어 신호의 듀티 사이클은 입력 제어 단자(394)에 수신된 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)의 전압 레벨에 비례한다. 예를 들어, DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)의 전압 레벨이 증가되면, FET 스위치에 인가되는 제어 신호의 듀티 사이클 또한 비례 방식으로 증가한다. 반대로, DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)의 전압 레벨이 감소되면, FET 스위치에 인가되는 제어 신호의 듀티 사이클 또한 비례 방식으로 감소한다.
도 1을 참조하면, 인덕터(206)는 전기 노드(222, 224)를 이용하여 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 저전압 단자(392)와 전류 센서(480) 사이에 전기적으로 연결된다. 커패시터(208)는 전기 라인(226)와 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 접지 단자(398) 사이에 전기적으로 연결된다.
저전압 FET 스위치(210)는 전기 라인(226, 227)을 이용하여 전류 센서(480)와 저전압 FET 스위치(212) 사이에 전기적으로 연결된다. 저전압 FET 스위치(212)는 저전압 FET 스위치(212)와 전기 노드(94) 사이에 전기적으로 연결된다. 마이크로컨트롤러(496)가 저전압 FET 스위치(210, 212)에 의해 수신되는 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하면, 저전압 FET 스위치(210, 212) 각각은 폐쇄 동작 상태로 변경되고, 인덕터(206)를 배터리(70) 및 전기 부하(76) 전기적으로 연결시킨다. 반대로, 마이크로컨트롤러(496)가 저전압 FET 스위치(210, 212)에 의해 수신되는 제3 제어 신호 및 제4 제어 신호(예를 들어, 제3 접지 전압 레벨, 제4 접지 전압 레벨)를 생성하면, 저전압 FET 스위치(210, 212) 각각은 개방 동작 상태로 변경되고, 인덕터(206)를 배터리(70) 및 전기 부하(76) 전기적으로 분리시킨다.
DC-DC 전압 컨버터 회로(204)를 제어하는 제어 시스템(214)를 설명하기 전에 이해를 돕기 위하여 자동차(10)의 몇가지 부가적인 구조에 대해 설명하기로 한다.
배터리(70)는 양극 단자(660)와 음극 단자(662)를 포함한다. 일 실시예에서, 배터리(70)는 양극 단자(660)와 음극 단자(662) 사이에서 12Vdc를 생성한다. 양극 단자(660)는 전기 노드(94)에 전기적으로 연결된다. 음극 단자(662)는 전기 노드(96)과 접지 단자(398)에 전기적으로 연결된다.
저항(72, 74)은 서로 직렬 연결되고, 배터리(70)와 전기 부하(76)에 병렬 연결된다. 특히, 저항(72)은 전기 노드(94)와 전기 노드(95) 사이에 전기적으로 연결된다. 또한, 저항(74)은 전기 노드(95)와 전기 노드(96) 사이에 전기적으로 연결된다. 전기 노드(95)의 전압(LV_SENSE)은 배터리(70)와 전기 부하(76)에 인가된 전압에 비례하고, 전기 라인(500)을 통해 출력 전압 컨트로런(482)에 의해 수신된다.
전기 부하(76)는 전기 노드(94)와 전기 노드(96) 사이에 전기적으로 연결된다. 일 실시예에서, 전기 부하(76)는 전기 모터에 전기적으로 연결된 인버터를 포함한다.
도 1 및 도 3을 참조하여 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)를 제어하는 제어 시스템(214)을 설명하도록 한다. 제어 시스템(214)는 전류 센서(480), 출력 전압 컨트롤러(482), 출력 전류 컨트롤러(484), 다이오드(486), 입력 전압 컨트롤러(488), 다이오드(490), 전압 드라이버(492, 494), 마이크로컨트롤러(496) 및 전기 라인(500, 502, 504, 506, 508, 510, 512, 514, 516, 518, 520, 522, 524)을 포함한다.
전류 센서(480)는 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 저전압 단자(392)로부터 인턱터(206)을 통해 흐르는 전류의 양 또는 크기에 비례하는 전압 레벨을 갖는 전류 모니터링 전압(I_SENSE)을 생성하도록 제공된다. 특히, 전류 센서(480)은 전기 라인(222, 224) 및 인덕터(206)을 이용하여 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 저전압 단자(392)와 전기적으로 연결된다.
출력 전압 컨트롤러(482)는 배터리(70)의 열화 또는 전기 부하(76)의 열화를 방지하기 위해 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)로부터의 출력 전압을 최대 요구 출력 전압 레벨 미만으로 유지하도록 제공된다. 　특히, 출력 전압 컨트롤러(482)는 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 조정하고, 저전압(LV_SENSE)이 출력 기준 전압(LV_REF_BUCK)을 초과하는 것을 방지하기 위해 벅 모드 IC(384)가 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 이용하여 하이 사이드 FET IC(380) 및 로우 사이드 FET IC(382) 내의 FET 스위치의 듀티 사이클을 비례적으로 조정한다.
출력 전압 컨트롤러(482)는 연산 증폭기(550), 저항(552) 및 커패시터(554, 556)를 포함한다. 연산 증폭기(550)는 비반전 입력 단자, 반전 입력 단자 및 출력 단자를 포함한다.
연산 증폭기(550)의 반전 입력 단자는 전원 라인(500)을 통해 자전압(LV_SENSE)을 수신하는 출력 전압 컨트롤러(482)의 제1 입력 노드에 대응한다. 특히, 연산 증폭기(550)의 반전 입력 단자는 저항(72), 스위치(210,212), 전류 센서(480) 및 인덕터(206)를 통해 DC-DC 전압 컨버터 회로(392)의 저전압 단자에 전기적으로 연결되고, 전기 라인(500)을 통해 저전압 소스(예를 들어, 배터리(70)에 병렬 연결된 저항(72, 74))로부터 저전압(LV_SENSE)을 수신한다.
연산 증폭기(550)의 비반전 입력 단자는 전기 라인(502)을 통해 마이크로컨트롤러(496)로부터 출력 기준 전압(LV_REF_BUCK)을 수신하는 출력 전압 컨트롤러(482)의 제2 입력 노드에 대응한다. 연산 증폭기(550)의 비반전 입력 단자는 전기 라인(502)을 통해 마이크로컨트롤러(520)에 전기적으로 연결된다.
연산 증폭기(550)의 출력 단자는 출력 전압 컨트롤러(482)의 출력 노드에 대응하고 전기 라인(504)을 통해 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 입력 제어 단자(394)에 전기적으로 연결된다.
저항(552)과 커패시터(556)는 서로 직렬 연결되고, 전기 라인(504)과 전기 접지 사이에 전기적으로 연결된다. 저항(552) 및 커패시터(556)는 연산 증폭기(550)의 출력 단자와 전기 접지 사이에 전기적으로 더 연결된다. 커패시터(554)는 저항(552)과 커패시터(556)의 직렬 결합에 병렬 연결된다.
동작 동안, 연산 증폭기(550)는 저전압(LV_SENSE)이 출력 기준 전압(LV_REF_BUCK) 미만이면, DC-DC 전압 컨버터 회로(204) 내의 FET 스위치의 스위칭 듀티 사이클을 증가시키기 위해 출력 단자에 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 출력한다. DC-DC 전압 컨버터 회로(204) 내의 FET 스위치의 스위칭 듀티 사이클이 증가함으로써, 저전압(LV_SENSE)이 출력 기준 전압(LV_REF_BUCK)을 향해 증가한다는 것을 유의해야 한다.
출력 전류 컨트롤러(484)는 배터리(70)의 열화 또는 전기 부하(76)의 열화를 방지하기 위해 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)로부터의 출련 전류를 최대 요구 출련 전류 레벨 미만으로 유지하도록 제공된다. 　특히, 출력 전류 컨트롤러(484)는 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 감소시킬 수 있고, 전류 모니터링 전압(I_SENSE)가 출력 기준 전류 신호(I_REF_BUCK)를 초과하면, DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)은 벅 모드 IC(384)가 하이 사이드 FET IC(380) 및 로우 사이드 FET IC(382) 내의 FET 스위치의 듀티 사이클을 비례적으로 감소시키도록 유도한다.
출력 전류 컨트롤러(484)는 연산 증폭기(600), 저항(602, 604) 및 커패시터(606)를 포함한다. 연산 증폭기(600)는 비반전 입력 단자, 반전 입력 단자 및 출력 단자를 포함한다.
연산 증폭기(600)의 반전 입력 단자는 전기 라인(508)을 통해 전류 센서(480)로부터 전류 모니터링 전압(I_SENSE)을 수신하는 출력 전류 컨트롤러(484)의 입력 노드에 대응한다.
연산 증폭기(600)의 반전 입력 단자는 전기 라인(508)을 통해 전류 센서(480)로부터 전류 모니터링 전압(I_SENSE)을 수신하는 출력 전류 컨트롤러(484)의 입력 노드에 대응한다.
연산 증폭기(600)의 비반전 입력 단자는 전기 라인(510)을 통해 마이크로컨트롤러(496)로부터 출력 기준 전류 신호(I_REF_BUCK)를 수신하는 출력 전류 컨트롤러(484)의 입력 노드에 대응한다.
연산 증폭기(600)의 출력 단자는 출력 전류 컨트롤러(484)의 출력 노드에 대응하고, 다이오드(486)의 캐소드에 전기적으로 연결되고, 신호 "C"를 출력한다. 다이오드(486)의 애노드는 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 입력 제어 단자(394)에 전기적으로 연결된다.
저항(602)은 전기 라인(508)과 연산 증폭기(600)의 반전 단자 사이에 전기적으로 연결된다. 저항(604)과 커패시터(606)는 서로 직렬 연결되고, 연산 증폭기(600)의 반전 단자와 연산 증폭기(600)의 출력 단자 사이에 전기적으로 연결된다.
동작 동안, 출력 전류 제어 모드에서, 출력 전류 컨트롤러(484)는 전류 모니터링 전압(I_SENSE)이 출력 기준 전류 신호(LREF_BUCK)를 초과하면, 출력 전압 컨트롤러(482)에 의해 생성된 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 입력 제어 단자(394)에서 감소시키고, 인덕터(206)를 통해 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)로부터 흐르는 전류를 감소시킬 DC-DC 전압 컨버터 회로(204) 내의 FET의 스위칭 듀티 사이클을 감소시키기 위해, 다이오드(486)을 통해 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 입력 제어 단자(394)로 전류를 전도한다.
입력 전압 컨트롤러(488)는 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)에 인가되는 입력 전압 레벨을 최대 요구 입력 전압 레벨 미만으로 유지하기 위해 제공된다. 특히, 입력 전압 컨트롤러(488)는 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 감소시킬 수 있고, 고전압(HV_SENSE)이 입력 기준 전압(HV_REF_BUCK) 미만이면, DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)은 벅 모드 IC(384)가 하이 사이드 FET IC(380) 내의 FET 스위치 및 로우 사이드 FET IC(382) 내의 FET 스위치의 듀티 사이클을 비례적으로 감소시키도록 유도한다. 그 결과 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)이 감소하고 고전압(HV_SENSE)이 입력 기준 전압(HV_REF_BUCK)을 향하여 증가할 수 있다.
입력 전압 컨트롤러(488)는 연산 증폭기(640), 저항(642, 644) 및 커패시터(646)를 포함한다. 연산 증폭기(640)는 비반전 입력 단자, 반전 입력 단자 및 출력 단자를 포함한다.
연산 증폭기(640)의 반전 입력 단자는 전기 라인(512)을 통해 마이크로컨트롤러(496)로부터 입력 기준 전압(HV_REF_BUCK)을 수신하는 입력 전압 컨트롤러(488)의 입력 노드에 대응한다.
연산 증폭기(640)의 비반전 입력 단자는 전기 라인(524)을 통해 고전압 소스(예를 들어, 능동 정류기 또는 배터리(40))로부터 고전압(HV_SENSE)을 수신하는 입력 전압 컨트롤러(488)의 입력 노드에 대응한다.
연산 증폭기(640)의 출력 단자는 입력 전압 컨트롤러(488)의 출력 노드에 대응하고, 다이오드(490)의 캐소드에 전기적으로 결합되고, 신호 "B"를 출력한다. 다이오드(490)의 애노드는 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 입력 제어 단자(394)에 전기적으로 연결된다.
저항(642)은 전기 라인(512)과 연산 증폭기(640)의 반전 단자 사이에 전기적으로 결합된다. 저항(644)과 커패시터(646)는 서로 직렬 연결되고, 연산 증폭기(640)의 반전 단자와 연산 증폭기(640)의 출력 단자 사이에 전기적으로 연결된다.
동작 동안, 입력 전압 제어 모드에서, 입력 전압 컨트롤러(488)는 고전압(HV_SENSE)가 입력 기준 전압(HV_REF_BUCK) 미만이면, DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 입력 제어 단자(394)에서 출력 전압 컨트롤러(482)에 의해 생성된 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 감소시킨다. 그 결과 고전압(HV_SENSE)이 입력 기준 전압(HV_REF_BUCK)을 향하여 증가할 수 있다.
도 1을 참조하면, 전압 드라이버(492)는 마이크로컨트롤러(496)와 접촉기 코일(160)의 제1 단부 사이에 전기적으로 연결된다. 전압 드라이버(492)는 마이크로컨트롤러(496)와 접촉기 코일(160)의 제2 단부 사이에 전기적으로 연결된다. 마이크로컨트롤러(496)가 전압 드라이버(492, 494)에 의해 수신되는 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하면, 접촉기 코일(160)이 통전되어 접점(162)이 폐쇄 동작 상태로 변경된다. 반대로, 마이크로컨트롤러(496)가 전압 드라이버(802, 804) 각각에 의해 수신되는 제3 제어 신호 및 제4 제어 신호를 생성하면, 접촉기 코일(160)이 비통전되어 접점(162)이 개방 동작 상태로 변경된다.
마이크로컨트롤러(496)는 출력 전압 컨트롤러(482), 출력 전류 컨트롤러(484), 입력 전압 컨트롤러(488), 통신 버스(78), 전압 드라이버(492, 494), 고전압 스위치(200) 및 저전압 스위치(210, 212)와 동작 가능하게 연결된다. 마이크로컨트롤러(496)는 마이크로프로세서(670) 및 메모리 장치(672)를 포함한다. 메모리 장치(672)는 마이크로컨트롤러(496)와 관련된 동작 단계를 구현하기 위해 마이크로프로세서(670)에 의해 이용되는 데이터 및 소프트웨어 프로그램을 저장한다. 마이크로컨트롤러(496)는 통신 버스(80)를 이용하여 자동차 컨트롤러(80)과 통신 가능하게 결합된다. 특히, 자동차 컨트롤러(80)는(HV_REF_BUCK), (I_REF_BUCK) 및(LV_REF_BUCK)의 전압 레벨을 나타내고, DC-DC 전압 컨버터(62)가 동작될 제어 모드를 나타내는 메세지를 마이크로컨트롤러(496)에 송신할 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 그래프(700, 710, 720)는 벅 모드 동작 동안 DC-DC 전압 컨버터(62)가 입력 전압 제어 모드에서 동작할 때, 예시적인 신호를 도시한다. 특히, 그래프(700)는(LV_REF_BUCK), (I_REF_BUCK) 및(HV_REF_BUCK)와 같은 예시적인 신호를 도시한다. 그래프(710)는(HV_SENSE), (I_SENSE) 및(LV_SENSE)와 같은 예시적인 신호를 도시한다. 또한, 그래프(720)는(C), (B) 및(CTRL)와 같은 예시적인 신호를 도시한다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 그래프(730, 740, 750)는 벅 모드 동작 동안 DC-DC 전압 컨버터(62)가 출력 전류 제어 모드에서 동작할 때, 예시적인 신호를 도시한다. 특히, 그래프(730)는(LV_REF_BUCK), (I_REF_BUCK) 및(HV_REF_BUCK)와 같은 예시적인 신호를 도시한다. 그래프(740)는(HV_SENSE), (I_SENSE) 및(LV_SENSE)와 같은 예시적인 신호를 도시한다. 또한, 그래프(750)는(C), (B) 및(CTRL)와 같은 예시적인 신호를 도시한다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 그래프(760, 770, 780)는 벅 모드 동작 동안 DC-DC 전압 컨버터(62)가 출력 전압 제어 모드에서 동작할 때, 예시적인 신호를 도시한다. 특히, 그래프(760)는(LV_REF_BUCK), (I_REF_BUCK) 및(HV_REF_BUCK)와 같은 예시적인 신호를 도시한다. 그래프(770)는(HV_SENSE), (I_SENSE) 및(LV_SENSE)와 같은 예시적인 신호를 도시한다. 또한, 그래프(780)는(C), (B) 및(CTRL)와 같은 예시적인 신호를 도시한다.
도 1 및 도 13 내지 도 17을 참조하여 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)를 제어하는 방법의 흐름도를 설명하도록 한다.
단계 830에서, 마이크로컨트롤러(496)는 DC-DC 전압 컨버터(62)를 벅 동작 모드로 동작시키는 명령 메세지를 자동차 컨트롤러(80)로부터 수신한다. 단계 830 이후, 단계 832로 진행한다.
단계 832에서, 마이크로컨트롤러(496)는 DC-DC 전압 컨버터(62)를 출력 전압 제어 모드로 동작시킬지 여부를 결정한다. 단계 832의 값이 "예"이면, 상기 방법은 단계 834로 진행하고, 그렇지 않으면, 상기 방법은 단계 858로 진행한다.
단계 834에서, 마이크로컨트롤러(496)는 출력 기준 전압(LV_REF_BUCK)을 명령된 전압 레벨과 동일하게 설정한다. 단계 834 이후, 상기 방법은 단계 836로 진행한다.
단계 836에서, 마이크로컨트롤러(496)는 입력 기준 전압(HV_REF_BUCK)을 최소 요구 전압 레벨과 동일하게 설정한다. 단계 836 이후, 상기 방법은 단계 838로 진행한다.
단계 838에서, 마이크로컨트롤러(496)는 출력 기준 전류 신호(I_REF_BUCK)를 최대 요구 신호 레벨과 동일하게 설정한다. 단계 838 이후, 상기 방법은 단계 840으로 진행한다.
단계 840에서, 출력 전압 컨트롤러(482)는 저전압 소스로부터 저전압(LV_SENSE)을 수신하고, 마이크로컨트롤러(496)로부터 출력 기준 전압(LV_REF_BUCK)을 수신한다. 단계 840 이후, 상기 방법은 단계 842로 진행한다.
단계 842에서, 출력 전압 컨트롤러(482)는 저전압(LV_SENSE)이 출력 기준 전압(LV_REF_BUCK) 미만인지 여부를 결정한다. 단계 842의 값이 "예"이면, 상기 방법은 단계 844로 진행한다. 그렇지 않으면, 상기 방법은 단계 832로 복귀한다.
단계 844에서, 출력 전압 컨트롤러(482)는 DC-DC 전압 컨버터 회로(204) 내의 스위칭 듀티 사이클을 증가시키기 위해 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 입력 제어 단자(394)로 출력한다. 단계 844 이후, 상기 방법은 단계 850으로 진행한다.
단계 850에서, 입력 전압 컨트롤러(488)는 고전압 소스로부터 고전압(HV_SENSE)을 수신하고, 마이크로컨트롤러(496)로부터 입력 기준 전압(HV_REF_BUCK)을 수신한다. 단계 850 이후, 상기 방법은 단계 852로 진행한다.
단계 852에서, 입력 전압 컨트롤러(488)는 고전압(HV_SENSE)이 입력 기준 전압(HV_REF_BUCK) 미만인지 여부를 결정한다. 단계 852의 값이 "예"이면, 상기 방법은 단계 854로 진행한다. 그렇지 않으면, 상기 방법은 단계 856으로 진행한다.
단계 854에서, 입력 전압 컨트롤러(488)는 DC-DC 전압 컨버터 회로(204) 내의 스위칭 듀티 사이클을 감소시키기 위해 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 입력 제어 단자(394)에서 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 감소시킨다. 단계 854 이후, 상기 방법은 단계 832로 되돌아 간다.
다시 단계 852를 참조하면, 단계 852의 값이 "아니오"이면, 상기 방법은 단계 856으로 진행한다. 단계 856에서, 입력 전압 컨트롤러(488)는 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 입력 제어 단자(394)에서 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압 (CTRL)을 감소시키지 않는다. 단계 856 이후, 상기 방법은 단계 832로 복귀한다.
다시 단계 832를 참조하면, 단계 832의 값이 "아니오"이면, 상기 방법은 단계 858로 진행한다.
단계 858에서, 마이크로컨트롤러(496)는 DC-DC 전압 컨버터(62)를 출력 전류 제어 모드로 동작시킬지 여부를 결정한다. 단계 858의 값이 "예"이면, 상기 방법은 단계 860으로 진행한다. 그렇지 않으면, 상기 방법은 단계 890으로 진행한다.
단계 860에서, 마이크로컨트롤러(496)는 출력 기준 전압(LV_REF_BUCK)을 최대 요구 전압 레벨과 동일하게 설정한다. 단계 860 이후, 상기 방법은 단계 862로 진행한다.
단계 862에서, 마이크로컨트롤러(496)는 입력 기준 전압(HV_REF_BUCK)을 최소 요구 전압 레벨과 동일하게 설정한다. 단계 862 이후, 상기 방법은 단계 870으로 진행한다.
단계 870에서, 마이크로컨트롤러(496)는 출력 기준 전류 신호(I_REF_BUCK)를 명령된 신호 레벨과 동일하게 설정한다. 단계 870 이후, 상기 방법은 단계 872로 진행한다.
단계 872에서, 출력 전압 컨트롤러(482)는 DC-DC 전압 변환기 제어 전압(CTRL)을 DC-DC 전압 변환기 회로(204)의 입력 제어 단자(394)에 출력한다. 단계 872 이후, 상기 방법은 단계 874로 진행한다.
단계 874에서, 전류 센서(480)는 DC-DC 전압 변환 회로(204)의 저전압 단자(392)로부터 흐르는 전류의 크기를 나타내는 전류 모니터링 전압(I_SENSE)을 출력한다. 단계 874 이후, 상기 방법은 단계 876으로 진행한다.
단계 876에서, 출력 전류 컨트롤러(484)는 전류 센서(480)로부터의 전류 모니터링 전압(I_SENSE)을 수신하고, 마이크로컨트롤러(496)로부터의 출력 기준 전류 신호(I_REF_BUCK)를 수신한다. 단계 876 이후, 상기 방법은 단계 878로 진행한다.
단계 878에서, 출력 전류 컨트롤러(484)는 전류 모니터링 전압(I_SENSE)이 출력 기준 전류 신호(I_REF_BUCK)를 초과하는지 여부를 결정한다. 단계 878의 값이 "예"이면, 상기 방법은 단계 880으로 진행한다. 그렇지 않으면, 상기 방법은 단계 882로 진행한다.
단계 880에서, 출력 전류 컨트롤러(484)는 DC-DC 전압 컨버터 회로(204) 내의 스위칭 듀티 사이클을 감소시키기 위해 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 입력 제어 단자(394)에서 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 감소시킨다. 단계 880 이후, 상기 방법은 단계 832로 되돌아 간다.
다시 878 단계를 참조하면, 단계 878의 값이 "아니오"이면, 상기 방법은 단계 882로 진행한다. 단계 882에서, 출력 전류 컨트롤러(484)는 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 감소시키지 않는다. 단계 882 이후, 상기 방법은 단계 832로 되돌아 간다.
다시 858 단계를 참조하면, 단계 858의 값이 "아니오"이면, 상기 방법은 단계 890로 진행한다. 단계 890에서, 마이크로컨트롤러(496)는 DC-DC 전압 컨버터(62)를 입력 전압 제어 모드로 동작시킬지 여부를 결정한다. 단계 890의 값이 "예"이면, 상기 방법은 단계 892로 진행한다. 그렇지 않으면, 상기 방법은 단계 832로 복귀한다.
단계 892에서, 마이크로컨트롤러(496)는 출력 기준 전압(LV_REF_BUCK)을 최대 요구 전압 레벨과 동일하게 설정한다. 단계 892 이후, 상기 방법은 단계 894로 진행한다.
단계 894에서, 마이크로컨트롤러(496)는 입력 기준 전압(HV_REF_BUCK)을 명령된 전압 레벨과 동일하게 설정한다. 단계 894 이후, 상기 방법은 단계 896으로 진행한다.
단계 896에서, 마이크로컨트롤러(496)는 출력 기준 전류 신호(I_REF_BUCK)를 최대 요구 신호 레벨과 동일하게 설정한다. 단계 896 이후, 상기 방법은 단계 898로 진행한다.
단계 898에서, 출력 전압 컨트롤러(482)는 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 입력 제어 단자(394)로 출력한다. 단계 898 이후, 상기 방법은 단계 900으로 진행한다.
단계 900에서, 입력 전압 컨트롤러(488)는 고전압 소스로부터 고전압(HV_SENSE)를 수신하고, 마이크로컨트롤러(496)로부터 입력 기준 전압(HV_REF_BUCK)을 수신한다. 단계 900 이후, 상기 방법은 단계 902로 진행한다.
단계 902에서, 입력 전압 컨트롤러(488)는 고전압(HV_SENSE)이 입력 기준 전압(HV_REF_BUCK) 미만인지 여부를 결정한다. 단계 902의 값이 "예"이면, 상기 방법은 단계 904로 진행한다. 그렇지 않으면, 상기 방법은 단계 910으로 진행한다.
단계 904에서, 입력 전압 컨트롤러(488)는 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 스위칭 듀티 사이클을 감소시키기 위해 DC-DC 전압 컨버터 회로(204)의 입력 제어 단자(394)에서 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 감소시킨다. 단계 904 이후, 상기 방법은 단계 832로 되돌아 간다.
다시 902 단계를 참조하면, 단계 902의 값이 "아니오"이면, 상기 방법은 단계 910으로 진행한다. 단계 910에서, 입력 전압 컨트롤러(488)는 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압(CTRL)을 감소시키지 않는다. 단계 910 이후, 상기 방법은 단계 832로 복귀한다.
상기 DC-DC 전압 컨버터 회로를 제어하는 제어 시스템은 다른 제어 시스템 보다 실적적인 장점을 제공한다. 특히, 제어 시스템은 출력 전압 컨트롤러를 이용하여 요구되는 전압 레벨 범위 내에서 출력 전압을 유지하고, 출력 전류 컨트롤러를 이용하여 요구되는 전류 레벨 범위로 출력 전류를 유지하며, 입력 전압 컨트롤러를 이용하여 요구되는 전압 레벨 범위의 입력 전압을 유지한다.
특허 청구된 발명은 단지 제한된 수의 실시예들을 참조하여 자세하게 기술되었지만, 본 발명은 그러한 개시된 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 오히려, 특허 청구된 발명은 본 발명의 정신과 범위에 부합되는 범위 내에서 여기에서 설명되지 않은 변형예, 대안예, 대체예 또는 등가예를 포함하도록 변형될 수 있다. 또한, 특허 청구된 발명의 다양한 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 실시예들 중에서 오직 일부만을 포함할 수도 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 특허 청구된 발명은 전술한 설명에 의해 제한되는 것으로 간주되어서는 안 된다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

Claims (13)

  1. 고전압 단자, 저전압 단자 및 입력 제어 단자를 구비하고, 상기 고전압 단자는 고전압 소스와 전기적으로 연결되고, 상기 저전압 단자는 저전압 소스와 연결된 DC-DC 전압 컨버터 회로를 제어하는 제어 시스템에 있어서,
    상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 저전압 단자 및 상기 입력 제어 단자와 전기적으로 연결되고, 상기 저전압 소스로부터 저전압을 수신하고, 상기 저전압이 출력 기준 전압 미만이면, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 스위칭 듀티 사이클을 증가시키기 위해 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압을 입력 제어 단자로 출력하는 출력 전압 컨트롤러;
    제1 캐소드 및 제1 애노드를 구비하고, 상기 제1 애노드는 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자와 전기적으로 연결된 제1 다이오드; 및
    상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 고전압 단자와 전기적으로 연결되고, 상기 고전압 소스로부터 고전압을 수신하고, 입력 기준 전압을 더 수신하고, 상기 제1 다이오드의 상기 제1 캐소드와 전기적으로 더 연결되고, 상기 고전압이 상기 입력 기준 전압 미만이면, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 스위칭 듀티 사이클을 감소시키기 위해 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자에서 상기 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압을 감소시키는 입력 전압 컨트롤러를
    포함하는 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력 전압 컨트롤러는
    제1 입력 노드, 제2 입력 노드 및 출력 노드를 구비하고,
    상기 출력 전압 컨트롤러의 상기 제1 입력 노드는
    상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 저전압 단자와 전기적으로 연결되고, 상기 저전압 소스로부터 상기 저전압을 수신하고,
    상기 출력 전압 컨트롤러의 상기 제2 입력 노드는
    마이크로컨트롤러와 전기적으로 연결되고, 상기 출력 기준 전압을 수신하고,
    상기 출력 전압 컨트롤러의 상기 출력 노드는
    상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자와 전기적으로 연결되고,
    상기 출력 전압 컨트롤러는
    상기 저전압이 상기 출력 기준 전압 미만이면, 상기 출력 노드로 상기 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압을 출력하고,
    상기 입력 전압 컨트롤러는
    제1 입력 노드, 제2 입력 노드 및 출력 노드를 구비하고,
    상기 입력 전압 컨트롤러의 상기 제1 입력 노드는
    상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 고전압 단자와 전기적으로 연결되고, 상기 고전압 소스로부터 상기 고전압을 수신하고,
    상기 입력 전압 컨트롤러의 상기 제2 입력 노드는
    마이크로컨트롤러와 전기적으로 연결되고, 상기 입력 기준 전압을 수신하고,
    상기 입력 전압 컨트롤러의 상기 출력 노드는
    상기 제1 다이오드의 상기 제1 캐소드와 전기적으로 연결되는 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 입력 전압 컨트롤러는
    상기 고전압이 상기 입력 기준 전압 이상이면, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 스위칭 듀티 사이클을 감소시키지 않기 위해 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자의 상기 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압을 감소시키지 않는 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 출력 기준 전압은
    최대 요구 출력 기준 전압에 대응하는 제어 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 출력 전압 컨트롤러는
    상기 저전압이 상기 출력 기준 전압 이상이면, 상기 출력 노드로 상기 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압을 출력하지 않는 제어 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 출력 전압 컨트롤러는
    비반전 입력 단자, 반전 입력 단자 및 출력 단자를 구비하는 연산 증폭기 및
    서로 직렬 연결되고, 상기 연산 증폭기의 상기 출력 단자 및 접지 사이에 전기적으로 더 연결되는 저항 및 커패시터를 포함하고,
    상기 반전 입력 단자는
    상기 저전압을 수신하는 상기 출력 전압 컨트롤러의 상기 제1 입력 노드에 대응하고,
    상기 반전 입력 단자는
    상기 출력 기준 전압을 수신하는 상기 출력 전압 컨트롤러의 상기 제2 입력 노드에 대응하고,
    상기 연산 증폭기의 상기 출력 단자는
    상기 출력 전압 컨트롤러의 상기 출력 노드에 대응하는 제어 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 입력 전압 컨트롤러는
    비반전 입력 단자, 반전 입력 단자 및 출력 단자를 구비하는 연산 증폭기; 및
    서로 직렬 연결되고, 상기 연산 증폭기의 상기 출력 단자 및 접지 사이에 전기적으로 더 연결되는 저항 및 커패시터를 포함하고,
    상기 반전 입력 단자는
    상기 고전압을 수신하는 제1 저항과 전기적으로 연결되고,
    상기 비반전 입력 단자는
    상기 입력 기준 전압을 수신하는 상기 입력 전압 컨트롤러의 상기 제2 입력 노드에 대응하고,
    상기 연산 증폭기의 상기 출력 단자는
    상기 입력 전압 컨트롤러의 상기 출력 노드에 대응하는 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 입력 전압 컨트롤러는
    상기 고전압이 상기 입력 기준 전압 미만이면, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 스위칭 듀티 사이클을 감소시키기 위해 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자의 상기 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압이 감소되도록 상기 제1 다이오드를 통해 전류를 접지로 전도시키는 제어 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 저전압 단자와 전기적으로 연결되고, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 저전압 단자로부터 흐르는 전류의 크기를 나타내는 전류 모니터링 전압을 출력하는 전류 센서;
    제2 캐소드 및 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자와 전기적으로 연결된 제2 애노드를 구비하는 제2 다이오드; 및
    상기 전류 센서와 전기적으로 연결되고, 상기 전류 모니터링 전압을 수신하는 출력 전류 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 출력 전류 컨트롤러는
    출력 기준 전류 신호를 더 수신하고, 상기 제2 다이오드의 상기 제2 캐소드와 전기적으로 연결되고, 상기 전류 모니터링 전압이 상기 출력 기준 전류 신호를 초과하면, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 스위칭 듀티 사이클을 감소시키기 위해 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자에서 상기 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압을 감소시키는 제어 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 출력 전류 컨트롤러는
    제1 입력 노드, 제2 입력 노드 및 출력 노드를 구비하고,
    상기 출력 전류 컨트롤러의 상기 제1 입력 노드는
    상기 전류 센서와 전기적으로 연결되고, 상기 전류 모니터링 전압을 수신하고,
    상기 출력 전류 컨트롤러의 상기 제2 입력 노드는
    마이크로컨트롤러와 전기적으로 연결되고, 상기 출력 기준 전류 신호를 수신하고,
    상기 출력 전류 컨트롤러의 상기 출력 노드는
    상기 제2 다이오드의 상기 제2 캐소드와 전기적으로 연결되는 제어 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 출력 전류 컨트롤러는
    상기 전류 모니터링 전압이 상기 출력 기준 전류 신호 이하이면, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 스위칭 듀티 사이클을 감소시키지 않기 위해 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자의 상기 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압을 감소시키지 않는 제어 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 출력 전류 컨트롤러는
    비반전 입력 단자, 반전 입력 단자 및 출력 단자를 구비하는 연산 증폭기 및
    서로 직렬 연결되고, 상기 연산 증폭기의 상기 반전 입력 단자 및 상기 연산 증폭기의 상기 출력 단자 사이에 전기적으로 연결되는 저항 및 커패시터를 포함하고,
    상기 반전 입력 단자는
    상기 전류 센서와 전기적으로 더 연결된 제1 저항과 전기적으로 연결되고,
    상기 비반전 입력 단자는
    상기 출력 전류 컨트롤러의 상기 제2 입력 노드에 대응하고, 상기 출력 기준 전류 신호를 수신하고,
    상기 연산 증폭기의 상기 출력 단자는
    상기 출력 전류 컨트롤러의 상기 출력 노드에 대응하는 제어 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 출력 전류 컨트롤러는
    상기 전류 모니터링 전압이 상기 출력 기준 전류 신호를 초과하면, 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 스위칭 듀티 사이클을 감소시키기 위해 상기 DC-DC 전압 컨버터 회로의 상기 입력 제어 단자의 상기 DC-DC 전압 컨버터 제어 전압이 감소되도록 상기 제2 다이오드를 통해 전류를 전도시키는 제어 시스템.
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