KR20190001588A - 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치 및 방법 - Google Patents

양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 각각 저전압 전원을 갖는 메인 배터리 및 서브 배터리, 메인 배터리의 양극 단자와 일 단자가 연결되는 제1 스위치, 제1 스위치의 타 단자 및 메인 배터리의 음극 단자 사이에 연결되는 제2 스위치, 제1 및 제2 스위치의 연결 노드와 일 단자가 연결되는 인덕터, 인덕터의 타 단자 및 서브 배터리의 양극 단자 사이에 연결되는 제3 스위치, 인덕터와 제3 스위치의 연결 노드 및 서브 배터리의 음극 단자 사이에 연결되는 제4 스위치, 및 인덕터에 흐르는 전류를 센싱하는 전류센서를 포함하는 양방향 컨버터, 및 제1 내지 제4 스위치 중 어느 하나로 결정되는 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단하는 제어부를 포함하되, 제어부는, 메인 배터리 및 서브 배터리 중 하나 이상의 배터리와 고장 판단 대상 스위치를 연결하는 루프가 형성되도록 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 어느 하나를 턴 온시키고, 턴 온되는 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 발생하는 돌입전류에 기초하여 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

Description

양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치 및 방법{APPARATUS FOR DETERMINING SWITCH ERROR IN BI-DIRECTIONAL CONVERTER AND METHOD THEREOF}
본 발명은 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양방향 컨버터에 포함된 스위치의 고장 여부를 판단하는 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 신재생 에너지, 친환경 자동차, UPS(Uninterruptible Power Supply) 시스템, 및 에너지 저장 장치 등의 응용 분야에서 양방향 저전압 DC-DC 컨버터에 대한 개발 요구가 증대되고 있다. 이러한 양방향 저전압 컨버터는 고용량을 수용하고 전력 변환의 빠른 응답성을 확보하며, 전류를 분담하여 효율성을 향상시키기 위해 멀티페이즈 구조로 사용되고 있다.
양방향 저전압 컨버터가 멀티페이즈 구조로 개발됨에 따라 전력 변환 시스템에 포함되는 스위치의 개수가 증가하게 되어 스위치의 고장이 발생할 확률이 증가하게 된다. 일반적으로 양방향 저전압 컨버터에서 스위치 고장이 발생하면 해당 스위치는 단락 상태가 된다. 고장 스위치가 단락된 상태에서 또 다른 스위치가 턴 온되는 경우, 양방향 저전압 컨버터는 전원과 폐루프를 형성하여 단락 전류가 발생할 가능성이 있으며, 단락 전류가 지속적으로 폐루프를 흐르게 되는 경우 컨버터가 소손되는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 단락 전류에 의해 발생한 전류 및 전압은 순간적으로 크게 변하기 때문에, 스위치 고장을 판단하기 위해서는 전류 및 전압에 대하여 정밀한 검출이 가능한 고가의 센서를 필요로 하는 문제점이 존재하며, 또한 멀티페이즈로 구현되는 양방향 저전압 컨버터에 포함된 다수의 스위치에 대하여 고장 판단을 하기 위해서 복잡한 알고리즘을 필요로 하는 문제점이 존재한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0072013호(2011. 06. 29 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 양방향 컨버터가 동작하기 전에 스위치의 고장을 체크함으로써 컨버터 동작의 안정성을 향상시키고, 스위치 고장 판단을 위한 고가의 센서 또는 복잡한 알고리즘을 제거하여 스위치 고장 판단의 용이성을 향상시키기 위한 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치는, 각각 저전압 전원을 갖는 메인 배터리 및 서브 배터리, 상기 메인 배터리의 양극 단자와 일 단자가 연결되는 제1 스위치, 상기 제1 스위치의 타 단자 및 상기 메인 배터리의 음극 단자 사이에 연결되는 제2 스위치, 상기 제1 및 제2 스위치의 연결 노드와 일 단자가 연결되는 인덕터, 상기 인덕터의 타 단자 및 상기 서브 배터리의 양극 단자 사이에 연결되는 제3 스위치, 상기 인덕터와 상기 제3 스위치의 연결 노드 및 상기 서브 배터리의 음극 단자 사이에 연결되는 제4 스위치, 및 상기 인덕터에 흐르는 전류를 센싱하는 전류센서를 포함하는 양방향 컨버터, 및 상기 제1 내지 제4 스위치 중 어느 하나로 결정되는 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 메인 배터리 및 상기 서브 배터리 중 하나 이상의 배터리와 상기 고장 판단 대상 스위치를 연결하는 루프가 형성되도록 상기 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 어느 하나를 턴 온시키고, 상기 턴 온되는 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 발생하는 돌입전류에 기초하여 상기 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 어느 하나를 턴 온시키기 이전에, 상기 제1 내지 제4 스위치를 각각 턴 오프시켜 초기화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 어느 하나를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하여 턴 온시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 고장 판단 대상 스위치는 상기 제1 및 제2 스위치 중 어느 하나이고, 상기 제어부는, 상기 제3 스위치를 턴 온시키고, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 고장 판단 대상 스위치의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 고장 판단 대상 스위치는 상기 제3 및 제4 스위치 중 어느 하나이고, 상기 제어부는, 상기 제1 스위치를 턴 온시키고, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 고장 판단 대상 스위치의 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 양방향 컨버터가 복수 개 병렬 접속된 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단하되, 상기 멀티페이즈 컨버터를 구성하는 각 양방향 컨버터에 포함된 스위치의 고장 여부를 상기 각 양방향 컨버터별로 순차적으로 판단하여 상기 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 방법은, 제어부가, 상기 제1 내지 제4 스위치를 각각 턴 오프시켜 초기화하는 단계, 상기 제어부가, 상기 메인 배터리 및 상기 서브 배터리 중 하나 이상의 배터리와 고장 판단 대상 스위치를 연결하는 루프가 형성되도록 상기 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 어느 하나를 턴 온시키는 단계로서, 상기 고장 판단 대상 스위치는 상기 제1 내지 제4 스위치 중 어느 하나인, 단계, 및 상기 제어부가, 상기 턴 온되는 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 발생하는 돌입전류에 기초하여 상기 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 제어부가, 상기 양방향 컨버터가 복수 개 병렬 접속된 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단하되, 상기 멀티페이즈 컨버터를 구성하는 각 양방향 컨버터에 포함된 스위치의 고장 여부를 상기 각 양방향 컨버터별로 순차적으로 판단하여 상기 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단을 위한 고가의 센서 또는 복잡한 알고리즘을 제거하여 원가를 절감하고 전력 변환 시스템을 단순화시킬 수 있으며, 고장 스위치에 대한 신속한 교체 및 보수를 가능하게 함으로써 전력 변환 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치에서 스위치 고장으로 인해 형성되는 폐루프를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치에서 멀티페이즈 컨버터로 구현된 양방향 컨버터를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치 및 방법의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치를 설명하기 위한 회로도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치에서 스위치 고장으로 인해 형성되는 폐루프를 설명하기 위한 예시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치에서 멀티페이즈 컨버터로 구현된 양방향 컨버터를 나타낸 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치는 각각 저전압 전원(예: 12V)을 갖는 메인 배터리(MB) 및 서브 배터리(SB), 메인 배터리(MB) 및 서브 배터리(SB) 사이에 위치하여 전력 변환 흐름을 제어하는 양방향 컨버터(BC), 및 양방향 컨버터(BC)에 구비되는 제1 내지 제4 스위치(SW1 - SW4)에 대한 고장 여부를 판단하는 제어부(ECU)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하여 본 실시예에 따른 양방향 컨버터(BC)의 회로 구성을 구체적으로 설명하면, 양방향 컨버터(BC)는 제1 내지 제4 스위치(SW1 - SW4), 인덕터(L) 및 전류센서(ISEN)를 포함할 수 있다.
제1 스위치(SW1)는 메인 배터리(MB)의 양극 단자(+ 단자)와 그 일 단자가 연결된다. 제2 스위치(SW2)는 제1 스위치(SW1)의 타 단자 및 메인 배터리(MB)의 음극 단자(- 단자) 사이에 연결된다. 인덕터(L)는 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)의 연결 노드와 그 일 단자가 연결된다. 제3 스위치(SW3)는 인덕터(L)의 타 단자 및 서브 배터리(SB)의 양극 단자(+ 단자) 사이에 연결된다. 제4 스위치(SW4)는 인덕터(L)와 제3 스위치(SW3)의 연결 노드 및 서브 배터리(SB)의 음극 단자(- 단자) 사이에 연결된다. 전류센서(ISEN)는 인덕터(L)에 흐르는 전류를 센싱하도록 구성된다. 제1 내지 제4 스위치(SW1 - SW4)는 FET(Field Effect Transistor)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 스위치가 채용될 수 있다.
한편, 후술할 멀티페이즈 컨버터는 복수 개의 양방향 컨버터(BC)가 병렬 접속된 구조로서, 각 양방향 컨버터(BC)는 멀티페이즈 컨버터에서 순차적으로 전력 변환을 수행하는 하나의 페이즈를 구성한다.
전류센서(ISEN)는 인덕터(L)에 흐르는 전류를 센싱하여 제어부(ECU)로 전달할 수 있다. 본 실시예에서 전류센서(ISEN)는 후술할 것과 같이 고장 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 발생하는 돌입전류를 센싱하여 제어부(ECU)로 전달할 수 있다. 이에 따라 제어부(ECU)는 돌입전류 발생 여부를 판단하여 해당 스위치의 고장을 판단할 수 있는데, 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
전술한 회로 구성을 기반으로, 제어부(ECU)는 제1 내지 제4 스위치(SW1 - SW4) 중 어느 하나로 결정되는 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 제어부(ECU)는 메인 배터리(MB) 및 서브 배터리(SB) 중 하나 이상의 배터리와 고장 판단 대상 스위치를 연결하는 루프가 형성되도록 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 어느 하나를 턴 온시키고, 턴 온되는 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 발생하는 돌입전류에 기초하여 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단할 수 있다.
즉, 고장 스위치는 스위치 양단을 단락시키게 되므로, 제어부(ECU)는 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 어느 하나를 턴 온시킴으로써 배터리-고장 판단 대상 스위치를 연결하는 루프를 형성한 후, 전류센서(ISEN)에 의해 돌입전류가 센싱되면, 고장 스위치의 단락으로 인하여 폐루프가 형성된 것으로 판단할 수 있으므로, 제어부(ECU)는 고장 판단 대상 스위치가 고장인 것으로 판단할 수 있다.
한편, 제어부는 제1 내지 제4 스위치(SW1 - SW4)로 각각 제어신호(SIG<1:4>)를 인가하여 각 스위치를 턴 온/턴 오프시킬 수 있다.
제어부(ECU)는 스위치의 고장 여부를 판단하기에 앞서, 제1 내지 제4 스위치(SW1 - SW4)를 각각 턴 오프시켜 초기화한 후 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단할 수 있다. 즉, 후술할 것과 같이 제어부(ECU)는 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 어느 하나를 턴 온시켜 폐루프가 형성되는지를 판단하기 때문에, 모든 스위치를 턴 오프시켜 초기화한 후, 폐루프 형성에 필요한 해당 스위치만 턴 온시킴으로써 폐루프 형성에 따른 돌입전류 발생 여부를 명확히 판단하여 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단할 수 있다.
하기 표 1은 고장 판단 대장 스위치(고장), 폐루프 형성에 필요한 턴 온 스위치(PWM-후술), 턴 온 스위치에 따라 형성되는 폐루프를 나타낸 것이다.
항목 제1 스위치
(SW1) 		제2 스위치
(SW2) 		제3 스위치
(SW3) 		제4 스위치
(SW4) 		폐루프
1 고장 OFF PWM OFF ①
2 OFF 고장 PWM OFF ②
3 PWM OFF 고장 OFF ①
4 PWM OFF OFF 고장 ③
표 1을 참조하여 제어부(ECU)가 제1 내지 제4 스위치(SW1 - SW4)의 고장 여부를 판단하는 과정을 구체적으로 설명한다.먼저, 고장 판단 대상 스위치가 제1 스위치(SW1)인 경우, 제어부(ECU)는 제3 스위치(SW3)를 턴 온시키고, 전류센서(ISEN)에 의해 돌입전류가 센싱되면 제1 스위치(SW1)의 고장으로 판단할 수 있다.
즉, 제1 스위치(SW1)가 고장으로 단락 상태인 경우, 제2 및 제4 스위치(SW2, SW4)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에, 제3 스위치(SW3)를 턴 온시키면 도 2의 ①과 같은 폐루프가 형성된다. 이에 따라 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)를 통해 돌입전류를 센싱하여 제1 스위치(SW1)의 고장을 판단할 수 있다.
만약 제1 스위치(SW1)가 고장이 아닐 경우, 제1 스위치(SW1)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에 도 2의 ①과 같은 폐루프가 형성되지 않는다. 따라서 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)에서 돌입전류가 센싱되지 않기 때문에 제1 스위치(SW1)는 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.
제어부(ECU)가 제3 스위치(SW3)를 턴 온시킬때, PWM 제어를 통해 제3 스위치(SW3)를 턴 온시킬 수 있다. 즉, 제어부(ECU)가 High-Level 유지되는 제어신호를 통해 제3 스위치(SW3)를 턴 온시키는 경우, 폐루프에 따른 지속적인 돌입전류에 따라 스위치를 비롯한 컨버터 소자의 소손 가능성이 있으므로, High-Level(턴 온) 및 Low-Level(턴 오프)이 스위칭되는 PWM 펄스 신호를 통해 제3 스위치(SW3)를 턴 온시킴으로써 지속적인 돌입전류에 따른 컨버터 소자의 소손을 방지할 수 있다. PWM 제어를 통해 스위치를 턴 온시키는 상기한 과정은 이하에서 설명하는, 제어부(ECU)가 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치를 턴 온시키는 동작에 동일하게 적용될 수 있다.
다음으로, 고장 판단 대상 스위치가 제2 스위치(SW2)인 경우, 제어부(ECU)는 제3 스위치(SW3)를 턴 온시키고, 전류센서(ISEN)에 의해 돌입전류가 센싱되면 제2 스위치(SW2)의 고장으로 판단할 수 있다.
즉, 제2 스위치(SW2)가 고장으로 단락 상태인 경우, 제1 및 제4 스위치(SW1, SW4)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에, 제3 스위치(SW3)를 턴 온시키면 도 2의 ②와 같은 폐루프가 형성된다. 이에 따라 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)를 통해 돌입전류를 센싱하여 제2 스위치(SW2)의 고장을 판단할 수 있다.
만약 제2 스위치(SW2)가 고장이 아닐 경우, 제2 스위치(SW2)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에 도 2의 ②와 같은 폐루프가 형성되지 않는다. 따라서 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)에서 돌입전류가 센싱되지 않기 때문에 제2 스위치(SW2)는 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.
다음으로, 고장 판단 대상 스위치가 제3 스위치(SW3)인 경우, 제어부(ECU)는 제1 스위치(SW1)를 턴 온시키고, 전류센서(ISEN)에 의해 돌입전류가 센싱되면 제3 스위치(SW3)의 고장으로 판단할 수 있다.
즉, 제3 스위치(SW3)가 고장으로 단락 상태인 경우, 제2 및 제4 스위치(SW2, SW4)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에, 제1 스위치(SW1)를 턴 온시키면 도 2의 ①과 같은 폐루프가 형성된다. 이에 따라 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)를 통해 돌입전류를 센싱하여 제3 스위치(SW3)의 고장을 판단할 수 있다.
만약 제3 스위치(SW3)가 고장이 아닐 경우, 제3 스위치(SW3)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에 도 2의 ①과 같은 폐루프가 형성되지 않는다. 따라서 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)에서 돌입전류가 센싱되지 않기 때문에 제3 스위치(SW3)는 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.
다음으로, 고장 판단 대상 스위치가 제4 스위치(SW4)인 경우, 제어부(ECU)는 제1 스위치(SW1)를 턴 온시키고, 전류센서(ISEN)에 의해 돌입전류가 센싱되면 제4 스위치(SW4)의 고장으로 판단할 수 있다.
즉, 제4 스위치(SW4)가 고장으로 단락 상태인 경우, 제2 및 제3 스위치(SW2, SW3)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에, 제1 스위치(SW1)를 턴 온시키면 도 2의 ③과 같은 폐루프가 형성된다. 이에 따라 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)를 통해 돌입전류를 센싱하여 제4 스위치(SW4)의 고장을 판단할 수 있다.
만약 제4 스위치(SW4)가 고장이 아닐 경우, 제4 스위치(SW4)는 전술한 초기화 동작에 따라 턴 오프 상태로 유지되고 있기 때문에 도 2의 ③과 같은 폐루프가 형성되지 않는다. 따라서 제어부(ECU)는 전류센서(ISEN)에서 돌입전류가 센싱되지 않기 때문에 제4 스위치(SW4)는 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.
도 2의 폐루프 ① 내지 ③을 흐르는 돌입전류는 인덕터(L)를 경유한다. 일반적으로 회로 단자가 단락되어 발생하는 돌입전류는 순간적으로 크게 변하기 때문에, 순간적으로 변하는 전류를 검출하기 위해서는 고가의 전류센서(ISEN)를 필요로 하는 문제점이 존재한다. 그러나 본 실시예에서 폐루프 ① 내지 ③을 흐르는 전류는 인덕터(L)를 경유하므로, 전류의 순간적인 변화를 억제할 수 있다.(vL = L·di/dt, vL: 인덕터 양단의 전압, L: 인덕턴스, i: 인덕터에 흐르는 전류) 이에 따라 기존의 전력 변환 시스템에 구비된 전류센서(ISEN)만으로 스위치의 고장을 안정적으로 판단할 수 있다.
한편, 고장 판단 대상 스위치가 고장인 것으로 판단된 경우, 제어부(ECU)는 고장이 아닌 스위치를 제어하여 돌입전류의 지속적인 흐름으로 인한 컨버터 소자의 소손을 방지할 수 있다. 표 1의 1번 항목을 예로 들면, 전류센서(ISEN)에 의해 돌입전류가 센싱되어 제1 스위치(SW1)의 고장으로 판단된 경우, 제어부(ECU)는 제3 스위치(SW3)를 턴 오프시켜(또는 PWM 제어하여) 폐루프 ①을 개루프로 변경하여 지속적인 돌입전류를 제거함으로써 컨버터 소자의 소손을 방지할 수 있다.
이상에서는 단상 양방향 컨버터의 스위치의 고장 여부를 판단하는 과정을 설명하였다. 전술한 방법은 도 3에 도시된 멀티페이즈 컨버터로 구성된 양방향 컨버터(BC)에 포함된 스위치의 고장 여부를 판단하는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다. 즉, 제어부(ECU)는 양방향 컨버터(BC)가 복수 개 병렬 접속된 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단할 수 있으며, 자세히는 멀티페이즈 컨버터를 구성하는 각 양방향 컨버터(BC)에 포함된 스위치의 고장 여부를 각 양방향 컨버터(BC)별로 순차적으로 판단하여 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단할 수 있다. 도 3은 2 페이즈 양방향 컨버터를 예시로서 도시하고 있으나, 본 실시예는 4 페이즈, 6 페이즈 및 8 페이즈 등의 멀티페이즈 컨버터에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 방법을 설명하면, 먼저 제어부(ECU)는 제1 내지 제4 스위치(SW1 - SW4)를 각각 턴 오프시켜 초기화한다(S10).
이어서, 제어부(ECU)는 메인 배터리(MB) 및 서브 배터리(SB) 중 하나 이상의 배터리와 고장 판단 대상 스위치를 연결하는 루프가 형성되도록 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 어느 하나를 턴 온시킨다(S20). 이때, 제어부(ECU)는 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 어느 하나를 PWM 제어하여 턴 온시킬 수 있다.
이어서, 제어부(ECU)는 S20 단계에서 턴 온되는 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 발생하는 돌입전류에 기초하여 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단한다(S30). 제어부(ECU)가 고장 판단 대상 스위치별로 스위치의 고장을 판단하는 과정은 전술한 것이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이어서, 제어부(ECU)는 양방향 컨버터(BC)가 복수 개 병렬 접속된 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단한다(S40). 즉, 멀티페이즈 컨버터를 구성하는 각 양방향 컨버터(BC)에 포함된 스위치의 고장 여부를 각 양방향 컨버터(BC)별로 순차적으로 판단하여 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단한다.
이와 같이 본 실시예는 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단을 위한 고가의 센서 또는 복잡한 알고리즘을 제거하여 원가를 절감하고 전력 변환 시스템을 단순화시킬 수 있으며, 고장 스위치에 대한 신속한 교체 및 보수를 가능하게 함으로써 전력 변환 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
MB: 메인 배터리
SB: 서브 배터리
BC: 양방향 컨버터
SW1: 제1 스위치
SW2: 제2 스위치
SW3: 제3 스위치
SW4: 제4 스위치
L: 인덕터
ISEN: 전류센서
ECU: 제어부

Claims (2)

  1. 각각 저전압 전원을 갖는 메인 배터리 및 서브 배터리;
    상기 메인 배터리의 양극 단자와 일 단자가 연결되는 제1 스위치, 상기 제1 스위치의 타 단자 및 상기 메인 배터리의 음극 단자 사이에 연결되는 제2 스위치, 상기 제1 및 제2 스위치의 연결 노드와 일 단자가 연결되는 인덕터, 상기 인덕터의 타 단자 및 상기 서브 배터리의 양극 단자 사이에 연결되는 제3 스위치, 상기 인덕터와 상기 제3 스위치의 연결 노드 및 상기 서브 배터리의 음극 단자 사이에 연결되는 제4 스위치, 및 상기 인덕터에 흐르는 전류를 센싱하는 전류센서를 포함하는 양방향 컨버터; 및
    상기 제1 내지 제4 스위치 중 어느 하나로 결정되는 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는, 상기 메인 배터리 및 상기 서브 배터리 중 하나 이상의 배터리와 상기 고장 판단 대상 스위치를 연결하는 루프가 형성되도록 상기 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 어느 하나를 턴 온시키고, 상기 턴 온되는 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 발생하는 돌입전류에 기초하여 상기 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단하고,
    상기 제어부는,
    상기 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 어느 하나를 턴 온시키기 이전에, 상기 제1 내지 제4 스위치를 각각 턴 오프시켜 초기화하고,
    상기 제어부는,
    고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 및 제2 스위치 중 어느 하나인 경우로서 상기 제3 스위치를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하여 턴 온시키는 경우, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 제1 및 제2 스위치 중 어느 하나에 해당하는 고장 판단 대상 스위치의 고장으로 판단한 후, 상기 제3 스위치를 턴 오프시켜 돌입전류를 제거하되,
    고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 스위치인 경우, 상기 제3 스위치를 PWM 제어하여 턴 온시킴에 따라 형성되는 제1 폐루프를 흐르는 돌입전류가 상기 전류센서에 의해 센싱되면 상기 제1 스위치의 고장으로 판단하고,
    고장 판단 대상 스위치가 상기 제2 스위치인 경우, 상기 제3 스위치를 PWM 제어하여 턴 온시킴에 따라 형성되는 제2 폐루프를 흐르는 돌입전류가 상기 전류센서에 의해 센싱되면 상기 제2 스위치의 고장으로 판단하며,
    고장 판단 대상 스위치가 상기 제3 및 제4 스위치 중 어느 하나인 경우로서 상기 제1 스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키는 경우, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 제3 및 제4 스위치 중 어느 하나에 해당하는 고장 판단 대상 스위치의 고장으로 판단한 후, 상기 제1 스위치를 턴 오프시켜 돌입전류를 제거하되,
    고장 판단 대상 스위치가 상기 제3 스위치인 경우, 상기 제1 스위치를 PWM 제어하여 턴 온시킴에 따라 형성되는 상기 제1 폐루프를 흐르는 돌입전류가 상기 전류센서에 의해 센싱되면 상기 제3 스위치의 고장으로 판단하고,
    고장 판단 대상 스위치가 상기 제4 스위치인 경우, 상기 제1 스위치를 PWM 제어하여 턴 온시킴에 따라 형성되는 제3 폐루프를 흐르는 돌입전류가 상기 전류센서에 의해 센싱되면 상기 제4 스위치의 고장으로 판단하며,
    상기 제1 폐루프는 상기 메인 배터리, 상기 제1 스위치, 상기 인덕터, 상기 제3 스위치 및 상기 서브 배터리를 연결하는 폐루프이고,
    상기 제2 폐루프는 상기 제2 스위치, 상기 인덕터, 상기 제3 스위치 및 상기 서브 배터리를 연결하는 폐루프이며,
    상기 제3 폐루프는 상기 메인 배터리, 상기 제1 스위치, 상기 인덕터 및 상기 제4 스위치를 연결하는 폐루프이고,
    상기 제어부는, 상기 양방향 컨버터가 복수 개 병렬 접속된 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단하되,
    상기 멀티페이즈 컨버터를 구성하는 각 양방향 컨버터에 포함된 스위치의 고장 여부를 상기 각 양방향 컨버터별로 순차적으로 판단하여 상기 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단하는 것을 특징으로 하는 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 장치.
  2. 각각 저전압 전원을 갖는 메인 배터리 및 서브 배터리; 및
    상기 메인 배터리의 양극 단자와 일 단자가 연결되는 제1 스위치, 상기 제1 스위치의 타 단자 및 상기 메인 배터리의 음극 단자 사이에 연결되는 제2 스위치, 상기 제1 및 제2 스위치의 연결 노드와 일 단자가 연결되는 인덕터, 상기 인덕터의 타 단자 및 상기 서브 배터리의 양극 단자 사이에 연결되는 제3 스위치, 상기 인덕터와 상기 제3 스위치의 연결 노드 및 상기 서브 배터리의 음극 단자 사이에 연결되는 제4 스위치, 및 상기 인덕터에 흐르는 전류를 센싱하는 전류센서를 포함하는 양방향 컨버터;를 포함하는 전력 변환 시스템에 포함된 스위치의 고장 여부를 판단하는 방법으로서,
    제어부가, 상기 제1 내지 제4 스위치를 각각 턴 오프시켜 초기화하는 단계;
    상기 제어부가, 상기 메인 배터리 및 상기 서브 배터리 중 하나 이상의 배터리와 고장 판단 대상 스위치를 연결하는 루프가 형성되도록 상기 고장 판단 대상 스위치 이외의 스위치 중 어느 하나를 턴 온시키는 단계로서, 상기 고장 판단 대상 스위치는 상기 제1 내지 제4 스위치 중 어느 하나인, 단계; 및
    상기 제어부가, 상기 턴 온되는 스위치로 인해 폐루프가 형성되어 발생하는 돌입전류에 기초하여 상기 고장 판단 대상 스위치의 고장 여부를 판단하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 턴 온시키는 단계에서, 상기 제어부는,
    (a)고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 및 제2 스위치 중 어느 하나인 경우에는 상기 제3 스위치를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하여 턴 온시키고,
    (b)고장 판단 대상 스위치가 상기 제3 및 제4 스위치 중 어느 하나인 경우에는 상기 제1 스위치를 PWM 제어하여 턴 온시키고,
    상기 판단하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 턴 온시키는 단계의 (a)의 경우, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 제1 및 제2 스위치 중 어느 하나에 해당하는 고장 판단 대상 스위치의 고장으로 판단한 후, 상기 제3 스위치를 턴 오프시켜 돌입전류를 제거하되,
    고장 판단 대상 스위치가 상기 제1 스위치인 경우, 상기 제3 스위치를 PWM 제어하여 턴 온시킴에 따라 형성되는 제1 폐루프를 흐르는 돌입전류가 상기 전류센서에 의해 센싱되면 상기 제1 스위치의 고장으로 판단하고,
    고장 판단 대상 스위치가 상기 제2 스위치인 경우, 상기 제3 스위치를 PWM 제어하여 턴 온시킴에 따라 형성되는 제2 폐루프를 흐르는 돌입전류가 상기 전류센서에 의해 센싱되면 상기 제2 스위치의 고장으로 판단하며,
    상기 턴 온시키는 단계의 (b)의 경우, 상기 전류센서에 의해 돌입전류가 센싱되면 상기 제3 및 제4 스위치 중 어느 하나에 해당하는 고장 판단 대상 스위치의 고장으로 판단한 후, 상기 제1 스위치를 턴 오프시켜 돌입전류를 제거하되,
    고장 판단 대상 스위치가 상기 제3 스위치인 경우, 상기 제1 스위치를 PWM 제어하여 턴 온시킴에 따라 형성되는 상기 제1 폐루프를 흐르는 돌입전류가 상기 전류센서에 의해 센싱되면 상기 제3 스위치의 고장으로 판단하고,
    고장 판단 대상 스위치가 상기 제4 스위치인 경우, 상기 제1 스위치를 PWM 제어하여 턴 온시킴에 따라 형성되는 제3 폐루프를 흐르는 돌입전류가 상기 전류센서에 의해 센싱되면 상기 제4 스위치의 고장으로 판단하며,
    상기 제1 폐루프는 상기 메인 배터리, 상기 제1 스위치, 상기 인덕터, 상기 제3 스위치 및 상기 서브 배터리를 연결하는 폐루프이고,
    상기 제2 폐루프는 상기 제2 스위치, 상기 인덕터, 상기 제3 스위치 및 상기 서브 배터리를 연결하는 폐루프이며,
    상기 제3 폐루프는 상기 메인 배터리, 상기 제1 스위치, 상기 인덕터 및 상기 제4 스위치를 연결하는 폐루프이고,
    상기 제어부가, 상기 양방향 컨버터가 복수 개 병렬 접속된 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단하되, 상기 멀티페이즈 컨버터를 구성하는 각 양방향 컨버터에 포함된 스위치의 고장 여부를 상기 각 양방향 컨버터별로 순차적으로 판단하여 상기 멀티페이즈 컨버터에 포함된 각 스위치의 고장 여부를 더 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 컨버터의 스위치 고장 판단 방법.
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