KR20190048131A - 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터 - Google Patents

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Abstract

복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터에 관한 기술이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터는, 각각, 입력 전원에 의해 에너지가 충전되는 인덕터와 상기 인덕터의 일 단에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자를 이용하여 상기 입력 전원의 전압을 소정 출력 전압으로 변환하는 N(단, N은 2 이상의 정수) 개의 전압 변환 회로; 및 상기 N 개의 전압 변환 회로에 각각 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 전달하여 상기 N 개의 전압 변환 회로의 스위치 소자들을 제어하는 PWM 제어 회로를 포함하고, 상기 N 개의 전압 변환 회로는, 상호 병렬 연결되고, 상기 PWM 제어 회로는, 순차적으로 (360/N)도의 위상 차를 가지도록 구성된 N 개의 PWM 제어 신호를 상기 N 개의 전압 변환 회로에 각각 분배하여 전달하여, 스너버 회로나 필터 등과 같은 별도의 회로 없이 컨버터에서 발생하는 링잉 전압을 최소화하고 컨버터의 EMC(Electro Magnetic Compatibility)를 개선함은 물론, 컨버터 회로 구성을 간소화하고 제조 효율을 향상시킨다.

Description

복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터{Converter including a plurality of voltage conversion circuits}
본 발명은 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 복수의 전압 변환 회로를 이용하여 DC-DC 전압 변환을 수행하면서 스너버 회로나 필터 등과 같은 별도의 회로 없이 링잉 전압을 최소화하고 EMC를 개선하는 컨버터에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 컨버터는 차량의 배터리 등과 같은 차량 전원의 전압을 차량에서 사용되는 전자 기기들의 동작 전압으로 변환하는 장치를 말한다. 이러한 차량용 컨버터는 상시 전원을 제공하거나 차량의 ACC 모드에서 ACC 전류를 출력하여 AVN(Audio Video Navigation)이나 오디오 등과 같은 액세서리 기기들에 제공한다.
그러나, 한국 공개특허공보 제10-2004-0000719호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술들은 단일한 전압 변환 회로를 이용하여 컨버터를 구성하기 때문에, 컨버터 내부에 흐르는 전류가 집중되어 회로 손상이 쉽고 내구성이 떨어지는 문제가 있다.
더욱이, 한국 공개특허공보 제10-2016-0118580호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술들은 스너버 회로(snubber circuit)나 그 밖에 필터(filter) 등을 사용하여 컨버터의 스위칭 동작으로 발생하는 링잉 전압을 감소시키기 때문에, 컨버터 회로 구성이 복잡해지고 제조 효율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 스너버 회로나 필터 등과 같은 별도의 회로 없이 컨버터에서 발생하는 링잉 전압을 최소화하여, 컨버터의 EMC(Electro Magnetic Compatibility)를 개선하면서도 컨버터 회로 구성을 간소화하고 제조 효율을 향상시키는 컨버터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터는, 각각, 입력 전원에 의해 에너지가 충전되는 인덕터와 상기 인덕터의 일 단에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자를 이용하여 상기 입력 전원의 전압을 소정 출력 전압으로 변환하는 N(단, N은 2 이상의 정수) 개의 전압 변환 회로; 및 상기 N 개의 전압 변환 회로에 각각 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 전달하여 상기 N 개의 전압 변환 회로의 스위치 소자들을 제어하는 PWM 제어 회로를 포함하고, 상기 N 개의 전압 변환 회로는, 상호 병렬 연결되고, 상기 PWM 제어 회로는, 순차적으로 (360/N)도의 위상 차를 가지도록 구성된 N 개의 PWM 제어 신호를 상기 N 개의 전압 변환 회로에 각각 분배하여 전달할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 N 개의 전압 변환 회로는, 입력 전원의 전압을 상승시키는 부스트 모드(boost mode) 또는 입력 전원의 전압을 강하시키는 벅 모드(buck mode) 중 어느 한 모드로 함께 동작할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 컨버터는, 두 개의 전압 변환 회로를 포함하고, 상기 PWM 제어 회로는, 상기 두 개의 전압 변환 회로에 상호 180도의 위상 차를 가지는 두 개의 PWM 제어 신호를 각각 분배하여 전달할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 컨버터는, 상기 컨버터의 동작을 전반적으로 제어하는 MCU((Micro Controller Unit); 및 상기 MCU의 제어 신호에 따라 상기 입력 전원의 전류를 상기 컨버터의 출력단에 직접 전달하는 바이패스 회로를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 바이패스 회로는, 상기 MCU의 제어 신호에 따라 턴 온(turn on)되어 상기 입력 전원이 입력되는 상기 컨버터의 입력단과 상기 컨버터의 출력단을 연결하는 스위치 소자를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 컨버터는, 차량에 설치되어 상기 입력 전원으로서 상기 차량의 전원을 입력받는 차량용 컨버터일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상호 병렬 연결된 복수의 전압 변환 회로를 통해 컨버터 내부에 흐르는 전류량을 분산시킴으로써, 컨버터의 손상을 방지하고 컨버터의 내구성을 개선할 수 있다.
특히, 스너버 회로나 필터 등과 같은 별도의 회로 없이, N 개의 전압 변환 회로에 360/N 도의 위상차를 가지는 N 개의 PWM 제어 신호를 각각 전달하여 상기 N 개의 전압 변환 회로의 스위치 소자들로 하여금 인터리브드(interleaved) 방식으로 스위칭 동작을 수행하도록 함으로써, 컨버터에서 발생하는 링잉 전압을 최소화하고 컨버터의 EMC를 개선하면서도, 컨버터 회로 구성을 간소화하고 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 여러 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 컨버터를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 컨버터의 전압 변환 회로를 나타낸 회로도이다.
도 3은 기존의 PWM 제어 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 4는 기존의 PWM 제어 신호를 사용한 경우 발생하는 컨버터 회로 상태의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량용 컨버터를 나타낸 도면이다.
도 6은 인터리브드 방식이 적용된 PWM 제어 신호 파형의 일례를 나타낸 도면이다.
도 7은 인터리브드 방식이 적용된 PWM 제어 신호를 사용한 경우 발생하는 컨버터 회로 상태의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 대한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 컨버터(10)가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 컨버터(10)는 차량에 설치되어 입력 전원으로서 상기 차량의 전원을 입력받을 수 있으며, 전압 변환 회로(12) 및 PWM 제어 회로(14)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 차량용 컨버터(10)는 바이패스 회로(16), MCU(Micro Controller Unit)(18), 전류 제한 회로(20) 등을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 차량용 컨버터(10)는 차량의 전원으로부터 전류를 입력받는 입력 단자(INPUT_B+), 차량의 전원 모드 중 IGN 모드 및 ACC 모드에서 각각 외부 장치로부터 소정 컨버터 출력 제어 신호를 입력받는 IGN 단자(IGN) 및 ACC 단자(INPUT_ACC), 차량의 ISG(Idle Stop & Go) 모드에서 외부 장치로부터 소정 컨버터 출력 제어 신호를 입력받는 ISG 단자(ISG_START), 그라운드 단자(GND), B+ 전류를 외부 장치로 출력하는 B+ 출력 단자(OUTPUT_B+), 및 ACC 전류를 외부 장치로 출력되는 ACC 출력 단자(OUTPUT_ACC) 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 차량용 컨버터(10)는 입력 전원으로서 배터리 등과 같은 차량 전원을 입력받아 차량 전원의 전압을 상승시킬 수 있으며, 실시예에 따라 차량 전원의 전압을 강하시키도록 구성될 수도 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 전압 변환 회로(12)는, 입력 단자(INPUT_B+)를 통해 입력되는 입력 전류의 전압을 변환하여 B+ 전류 또는 ACC 전류를 출력할 수 있다. 일반적으로 배터리 등과 같은 차량 전원의 전압은 12V이나, 외부 요인 등으로 인해 차량 전원의 전압이 순간적으로 강하되는 경우가 발생할 수 있다. 예컨대, 차량의 엔진 시동이 걸릴 때, 차량 전원의 전압은 순간적으로 7V까지 강하될 수 있다. 이때, 차량 전원에 연결된 다양한 전자 기기들 또는 부하들은 정상적인 동작을 할 수 없거나 동작을 중단하게 된다. 이를 방지하기 위해, 상기 차량용 컨버터(10)는 강하된 차량 전원의 전압을 12V로 변환 또는 유지시키는 역할을 수행한다. 이를 위해, 상기 차량용 컨버터(10)의 전압 변환 회로(12)는 전압을 승압하는 부스트 회로(boost circuit)로 구성될 수 있다. 즉, 상기 차량용 컨버터(10)는 입력 전압을 상승시켜 승압된 전압을 출력하는 부스터 컨버터(boost converter)로 구성될 수 있다. 실시예에 따라, 상기 차량용 컨버터(10)의 전압 변환 회로(12)는 입력 전압을 강하시키는 벅 회로(buck circuit)로 구성될 수도 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 컨버터(10)의 전압 변환 회로(12)가 회로도로 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 전압 변환 회로(12)는 입력 전원에 의해 에너지가 충전되는 인덕터(Lc)와 상기 인덕터(Lc)의 일 단에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자(SW)를 이용하여 상기 입력 전원의 전압(VIN)을 소정 출력 전압(VOUT)으로 변환할 수 있다. 예컨대, 상기 전압 변환 회로(12)는 도 2와 같이 입력 전원의 전압을 일정한 전압(예컨대, 12V)까지 상승시키는 부스트 회로로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 인덕터(Lc)는 상기 차량 전원에 의한 전류가 통과되며 에너지를 축적할 수 있다. 상기 스위치 소자(SW)는 상기 인덕터(Lc)의 출력단과 그라운드 사이에 연결되어 스위칭 동작을 수행함으로써 상기 인덕터(Lc)의 출력단에서 출력되는 전류를 그라운드와 부하 측에 교번하여 전달할 수 있다. 즉, 일 단이 상기 전압 변환 회로(12)의 입력단(VIN)에 연결되고 타 단이 스위치 소자(SW)의 스위칭 동작에 따라 접지 또는 상기 전압 변환 회로(12)의 출력단(VOUT) 측에 접속되는 인덕터(Lc)에 에너지를 축적하여 인덕터(Lc)를 일종의 전압원으로 구동시킴으로써, 상기 출력단(VOUT) 측에 승압된 전압을 전달할 수 있다. 이 경우, 스위치 소자(SW)는 MOSFET 등의 트랜지스터 소자로 구성될 수 있으며, 상기 PWM 제어 회로(14)에서 전달되는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호에 따라 턴 온(turn on) 또는 턴 오프(turn off)되는 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 한편, 상기 인덕터(Lc)와 전압 변환 회로(12)의 출력단(VOUT) 간에는 역전압이나 역전류를 방지하는 다이오드(Dc)가 연결된다.
또한, 상기 전압 변환 회로(12)는 입력단(VIN) 측에서 입력 전압을 안정화하는 전압 안정화 회로(Ci), 출력단(VOUT) 측에서 출력 전압을 안정화하는 전압 안정화 회로(Co1)와 출력 전압의 노이즈를 필터링하는 주파수 필터 회로(Lo, Co2) 등을 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, RC 직렬 회로로 구성되어 상기 스위치 소자(SW)에 병렬 연결되는 스너버 회로(snubber circuit)(R21, C21)와, RC 직렬 회로로 구성되어 상기 다이오드(Dc)에 병렬 연결되는 스너버 회로(R22, C22) 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 스너버 회로는 PWM 제어 신호에 따른 스위칭 동작으로 인해 발생하는 링잉(rining) 노이즈를 흡수하여 감소시킬 수 있다.
상기 차량용 컨버터(10)는 이러한 전압 변환 회로(12)를 N(단, N은 2 이상의 정수) 개 포함할 수 있으며, N 개의 전압 변환 회로(12)는 상호 병렬로 연결될 수 있다. 또한, N 개의 전압 변환 회로(12)는 입력 전원의 전압을 상승시키는 부스트 모드(boost mode) 또는 입력 전원의 전압을 강하시키는 벅 모드(buck mode) 중 어느 한 모드로 함께 동작할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 PWM 제어 회로(14)는, 상기 N 개의 전압 변환 회로(12)에 각각 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 전달하여 상기 N 개의 전압 변환 회로(12)의 스위치 소자들을 제어할 수 있다. 상기 PWM 제어 회로(14)는 기존과 같이 N 개의 전압 변환 회로(12)에 각각 동일 패턴과 동일 위상을 가지는 PWM 제어 신호를 전달할 수 있다. 아래에서 다시 설명하겠지만, 본 발명에서 상기 PWM 제어 회로(14)는, 순차적으로 (360/N)°의 위상 차(phase difference)를 가지도록 구성된 N 개의 PWM 제어 신호를, 상기 N 개의 전압 변환 회로(12)에 각각 분배하여 전달할 수 있다.
상기 MCU(18)는, 시리얼 통신, CAN(Controller Area Network) 통신 등을 통해 외부 장치와 통신을 수행할 수 있으며, 상기 차량용 컨버터(10)의 전반적인 동작을 제어하여 관리할 수 있다.
상기 바이패스 회로(16)는, 상기 MCU(18)의 제어 신호에 따라 입력 전원의 전류를 차량용 컨버터(10)의 출력단에 직접 전달할 수 있다. 즉, 상기 MCU(18)의 제어 신호에 따라 상기 바이패스 회로(16)는 입력 단자(INPUT_B+)를 통해 입력되는 입력 전류를 상기 B+ 출력 단자(OUTPUT_B+)에 직접 전달하거나, ACC 전류로서 상기 차량 ACC 전류 제한 회로(100)에 직접 전달할 수 있다. 예컨대, 차량이 주행 중일 경우 차량 전원의 전압은 보통 12V로 유지되기 때문에, 상기 바이패스 회로(16)는 차량용 컨버터(10)의 입력 단자(INPUT_B+)를 통해 입력된 입력 전류를 상기 B+ 출력 단자(OUTPUT_B+) 또는 전류 제한 회로(100)에 직접 전달할 수 있다. 이를 위해, 상기 바이패스 회로(16)는 상기 MCU(18)의 제어 신호에 따라 턴 온(turn on)되어 입력 전원이 입력되는 차량용 컨버터(10)의 입력단과 상기 차량용 컨버터(10)의 출력단을 연결하는 스위치 소자를 포함할 수 있다. 이러한 스위치 소자는 MOSFET 등으로 구성될 수 있다.
상기 전류 제한 회로(20)는, ACC 출력 단자(OUTPUT_ACC)로 출력되는 ACC 전류를 제한할 수 있다. 이를 위해, 전류 제한 회로(20)는 ACC 출력단에 연결되는 저항이나, IPS(Intelligent Power Switch) 등을 포함할 수 있다.
도 3에는 기존의 PWM 제어 신호 파형이 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 PWM 제어 회로(14)는, 상기 N 개의 전압 변환 회로(12)에 동일 패턴과 동일 위상을 가지는 PWM 제어 신호를 전달할 수 있다. 예컨대, 상기 차량용 컨버터(10)가 제1 및 제2 전압 변환 회로를 병렬 연결하여 사용하는 경우 제1 전압 변환 회로의 스위치 소자를 제어하는 PWM 제어 신호(300a)와 제2 전압 변환 회로의 스위치 소자를 제어하는 PWM 제어 신호(300b)는 동일 패턴과 동일 위상을 가지며, 해당 스위치 소자들을 동시에 온/오프 시킬 수 있다.
도 4에는 기존의 PWM 제어 신호를 사용한 경우 발생하는 컨버터 회로 상태의 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 부스트 회로로 구성된 제1 및 제2 전압 변환 회로를 병렬 연결하여 사용하는 차량용 컨버터(10)에서, 전압 변환 회로들의 스위치 소자들이 도 3의 PWM 제어 신호에 따라 동시에 스위칭 동작을 수행하게 되면, 제1 전압 변환 회로의 인덕터(Lc1)를 통과하는 전류(IL1)의 파형(400c)과 제2 전압 변환 회로의 인덕터(Lc2)를 통과하는 전류(IL2)의 파형(400c)이 동일하게 나타나게 된다. 즉, 제1 전압 변환 회로의 인덕터(Lc1)를 통과하는 전류(IL1)와 제2 전압 변환 회로의 인덕터(Lc2)를 통과하는 전류(IL2)는 동일한 리플(3A)을 가지며 동일한 시간에 상승 및 하강하게 된다. 그 결과, 병렬 연결된 제1 및 제2 전압 변환 회로의 입력단 측에 흐르는 전류(Iin)의 파형(400e)에는 인덕터 전류 리플(3A)의 두 배에 이르는 리플(6A)이 발생하게 되며, 컨버터 출력 전류의 파형(400f)에도 큰 리플(0.417A)이 발생하게 된다. 또한, 제1 전압 변환 회로의 다이오드(Dc1) 전압 파형(400a)과 제2 전압 변환 회로의 다이오드(Dc2) 전압 파형(400b)에는 각각 다이오드 오프 시마다 높은 링잉 전압(26.6V)이 발생하게 된다. 이러한 결과는 노이즈 등으로 나타나 컨버터 자체는 물론 컨버터에 연결된 기기들에 악영향을 주게 된다.
이러한 악영향을 방지하기 위해, 본 발명에 따른 차량용 컨버터(10)의 PWM 제어 회로(14)는, 순차적으로 (360/N)°의 위상 차(phase difference)를 가지도록 구성된 N 개의 PWM 제어 신호를, N 개의 전압 변환 회로(12)에 각각 분배하여 전달하여, 상기 N 개의 전압 변환 회로(12)의 스위치 소자들로 하여금 인터리브드(interleaved) 방식으로 스위칭 동작을 수행하도록 할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량용 컨버터(500)가 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량용 컨버터(500)는 인터리브드 스위칭 방식에 의한 링잉 전압을 감소 효과를 높이기 위해, 병렬 연결된 두 개의 전압 변환 회로(510)와 상기 두 개의 전압 변환 회로(510)의 스위치 소자들을 제어하는 제1 PWM 제어 회로(520a) 및 제2 PWM 제어 회로(520b)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 차량용 컨버터(500)는 바이패스 회로(530), MCU(540), 전류 제한 회로(550) 등을 더 포함할 수 있으며, 이들은 도 1에 도시된 차량용 컨버터(10)의 대응 구성들과 동일하게 설명될 수 있다.
상기 두 개의 전압 변환 회로(510)는, 상호 병렬로 연결되어, 입력 전원의 전압을 상승시키는 부스트 모드 또는 입력 전원의 전압을 강하시키는 벅 모드 중 어느 한 모드로 함께 동작할 수 있다.
상기 제1 PWM 제어 회로(520a)와 제2 PWM 제어 회로(520b)는, 상기 두 개의 전압 변환 회로(510)에 각각 대응하며, 상호 180° 위상 차를 가지는 PWM 제어 신호를 생성하여 해당 전압 변환 회로에 전달할 수 있다.
상기 제1 PWM 제어 회로(520a)와 제2 PWM 제어 회로(520b)는, 하나의 통합형 PWM 제어 회로로 구성될 수도 있다. 이 경우, 통합형 PWM 제어 회로는 상호 180° 위상 차를 가지는 두 개의 PWM 제어 신호를 생성하고, 생성된 PWM 제어 신호들을 상기 두 개의 전압 변환 회로(510)에 각각 분배하여 전달할 수 있다.
도 6에는 인터리브드 방식이 적용된 PWM 제어 신호 파형의 일례가 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 PWM 제어 회로(520a)와 제2 PWM 제어 회로(520b)는, 상기 두 개의 전압 변환 회로(510)에 동일 패턴을 가지되 상호 180° 위상 차를 가지는 PWM 제어 신호들(600a, 600b)을 분배하여 전달할 수 있다. 이 경우, 제1 전압 변환 회로의 제1 스위치 소자(SW1)와 제2 전압 변환 회로의 제2 스위치 소자(SW2)는, 인터리브드 방식으로 스위칭 동작을 수행하게 된다. 즉, 제2 스위치 소자(SW2)가 턴 오프되어 있는 동안 제1 스위치 소자(SW1)가 턴 온되고, 제1 스위치 소자(SW1)가 턴 오프되어 있는 동안 제2 스위치 소자(SW2)가 턴 온된다.
도 7에는 인터리브드 방식이 적용된 PWM 제어 신호를 사용한 경우 발생하는 컨버터 회로 상태의 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 부스트 회로로 구성된 제1 및 제2 전압 변환 회로의 스위치 소자들(SW1, SW2)이 도 6의 PWM 제어 신호에 따라 인터리브드 방식으로 스위칭 동작을 수행하게 되면, 제1 전압 변환 회로의 인덕터(Lc1)를 통과하는 전류(IL1')의 파형(700c)과 제2 전압 변환 회로의 인덕터(Lc2)를 통과하는 전류(IL2')의 파형(700c)은, 동일한 리플(3A)을 가지되 서로 다른 시간에 상승 및 하강하게 된다. 즉, 제1 전압 변환 회로의 인덕터 전류(IL1')가 하강하는 동안 제2 전압 변환 회로의 인덕터 전류(IL2')가 하강하게 되고, 제2 전압 변환 회로의 인덕터 전류(IL2')가 하강하는 동안 제1 전압 변환 회로의 인덕터 전류(IL1')가 상승하게 된다. 그 결과, 병렬 연결된 제1 및 제2 전압 변환 회로의 입력단 측에 흐르는 전류(Iin')의 파형(700e)에는 인덕터 전류 리플(3A)의 절반으로 감소된 리플(1.5A)이 발생하게 되며, 컨버터 출력 전류의 파형(700f)에도 현저히 감소된 리플(0.1A)만 발생하게 된다. 또한, 제1 전압 변환 회로의 다이오드(Dc1) 전압 파형(700a)과 제2 전압 변환 회로의 다이오드(Dc2) 전압 파형(700b)에도 각각 다이오드 오프 시마다 현저히 감소된 링잉 전압(16.3V)이 발생하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 상호 병렬 연결된 복수의 전압 변환 회로를 통해 컨버터 내부에 흐르는 전류량을 분산시킴으로써, 컨버터의 손상을 방지하고 컨버터의 내구성을 개선할 수 있다. 특히, 스너버 회로나 필터 등과 같은 별도의 회로 없이, N 개의 전압 변환 회로에 360/N 도의 위상차를 가지는 N 개의 PWM 제어 신호를 각각 전달하여 상기 N 개의 전압 변환 회로의 스위치 소자들로 하여금 인터리브드(interleaved) 방식으로 스위칭 동작을 수행하도록 함으로써, 컨버터에서 발생하는 링잉 전압을 최소화하고 컨버터의 EMC를 개선하면서도, 컨버터 회로 구성을 간소화하고 제조 효율을 향상시킬 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 차량용 컨버터 12 : 전압 변환 회로
14 : PWM 제어 회로 16 : 바이패스 회로
18 : MCU 20 : 전류 제한 회로
500 : 차량용 컨버터 510 : 전압 변환 회로
520a: 제1 PWM 제어 회로 520b: 제2 PWM 제어 회로
530 : 바이패스 회로 540 : MCU
550 : 전류 제한 회로

Claims (6)

  1. 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터로서,
    각각, 입력 전원에 의해 에너지가 충전되는 인덕터와 상기 인덕터의 일 단에 연결되어 스위칭 동작을 수행하는 스위치 소자를 이용하여 상기 입력 전원의 전압을 소정 출력 전압으로 변환하는 N(단, N은 2 이상의 정수) 개의 전압 변환 회로; 및
    상기 N 개의 전압 변환 회로에 각각 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 전달하여 상기 N 개의 전압 변환 회로의 스위치 소자들을 제어하는 PWM 제어 회로를 포함하고,
    상기 N 개의 전압 변환 회로는, 상호 병렬 연결되고,
    상기 PWM 제어 회로는, 순차적으로 (360/N)도의 위상 차를 가지도록 구성된 N 개의 PWM 제어 신호를 상기 N 개의 전압 변환 회로에 각각 분배하여 전달하는, 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 N 개의 전압 변환 회로는, 입력 전원의 전압을 상승시키는 부스트 모드(boost mode) 또는 입력 전원의 전압을 강하시키는 벅 모드(buck mode) 중 어느 한 모드로 함께 동작하는 것을 특징으로 하는, 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터는, 두 개의 전압 변환 회로를 포함하고,
    상기 PWM 제어 회로는, 상기 두 개의 전압 변환 회로에 상호 180도의 위상 차를 가지는 두 개의 PWM 제어 신호를 각각 분배하여 전달하는 것을 특징으로 하는, 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터.
  4. 제1에 있어서,
    상기 컨버터는,
    상기 컨버터의 동작을 전반적으로 제어하는 MCU((Micro Controller Unit); 및
    상기 MCU의 제어 신호에 따라 상기 입력 전원의 전류를 상기 컨버터의 출력단에 직접 전달하는 바이패스 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 바이패스 회로는, 상기 MCU의 제어 신호에 따라 턴 온(turn on)되어 상기 입력 전원이 입력되는 상기 컨버터의 입력단과 상기 컨버터의 출력단을 연결하는 스위치 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터는, 차량에 설치되어 상기 입력 전원으로서 상기 차량의 전원을 입력받는 차량용 컨버터인 것을 특징으로 하는, 복수의 전압 변환 회로를 가지는 컨버터.
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