KR20220168798A - 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치 - Google Patents

고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 검출 대상이 되는 직류 전압을 실시간 입력받아 제1 전압으로 변경하는 전압 분배기, 상기 전압 분배기로부터 입력된 시간에 따른 제1 전압 신호 및 외부로부터 피드백받은 제2 전압 신호를 실시간 비교하여 펄스 신호를 발생하는 제1 비교기, 제1 입력단을 통해 입력된 상기 펄스 신호를 제1 경로를 통하여 제1 출력단으로 출력 후 다시 제2 입력단을 통해 입력받아 상기 제1 경로와는 반대 방향으로 동작하는 제2 경로를 통하여 제2 출력단으로 출력하는 아이솔레이터, 상기 아이솔레이터의 제2 출력단에서 출력된 펄스 신호를 DC 전압으로 변환하여 상기 제2 전압 신호를 출력하고 상기 제1 비교기로 피드백하는 제1 LPF, 및 상기 아이솔레이터의 제1 출력단에서 출력된 펄스 신호를 DC 전압으로 변환하여 검출 전압 신호를 출력하는 제2 LPF를 포함하며, 제2 전압 신호의 피드백 동작에 따라 상기 제2 LFP에서 출력되는 검출 전압은 상기 전압 분배기에서 출력되는 제1 전압의 크기를 실시간으로 추종하는 절연 피드백 전압 검출 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 입력 전압의 크기에 비례하는 선형적인 검출 전압을 고전압 제어기로 전달하며 입력 전압에 대한 검출 전압의 선형성을 보장할 수 있다.

Description

고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치{Insulation feedback voltage detecting apparatus for high voltage controller}
본 발명은 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입력된 직류 전압의 크기에 비례하는 선형적인 검출 전압을 고전압 제어기로 전달할 수 있는 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치에 관한 것이다.
현재 개발 및 판매되고 있는 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 하이브리드 자동차는 자동 변속기에 변속 및 기어 윤활, 구동모터 냉각을 위하여 고전압 전동식 오일 펌프(EOP)를 사용하여 차량 운전 조건에 따라 EOP 속도를 조절하여 필요한 오일을 변속기에 공급하여 차량을 구동 한다.
고전압 EOP는 펌프, 모터, 제어기로 구성되며, 상위 제어기인 TCU에서 속도 지령 명령을 받아서 EOP 모터가 목표 속도를 유지하도록 속도 제어를 한다. EOP 모터 구동은 마이크로 프로세서를 이용하여 차량에 고전압 DC 전압을 3상 Vector 제어로 모터를 구동한다. 모터 제어를 위하여 EOP MCU에서 12V 전원을 감시하여 전원 변동에 따라서 EOP를 운전/정지하는 기능이 요구된다.
여기서, 12V 전원이 저전압인 경우 EOP 구동을 정지 및 CAN 통신을 유지하고, 16V 이상 과전압인 경우에는 모터를 정지하고 CAN 통신 유지하며, 전원 노이즈에 의해서 전압이 순간 변동하여도 CAN 통신이 정상 동작하면 EOP 동작을 유지하도록 되어야 한다.
고전압 EOP 절연전압 검출 방식은 아날로그 절연 Amp IC(일반 공개 회로), 삼각파 발진기를 이용하고 있으며 검출 전압 비교를 통한 전압을 PWM 주기로 변환하는 방식을 주로 사용하지만, 2차 절연측에 피드백 기능이 없는 Open Loop 회로 만을 적용하고 있어 모터 제어 MCU에 입력되는 전압의 안정성이 낮다. 따라서 피드백 기능의 개선이 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-1808711호(2017.12.14 공고)에 개시되어 있다.
본 발명은 입력된 직류 전압의 크기에 비례하는 선형적인 검출 전압을 고전압 제어기로 안정적으로 전달할 수 있는 입력 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 검출 대상이 되는 직류 전압을 실시간 입력받아 제1 전압으로 변경하는 전압 분배기와, 상기 전압 분배기로부터 입력된 시간에 따른 제1 전압 신호 및 외부로부터 피드백받은 제2 전압 신호를 실시간 비교하여 펄스 신호를 발생하는 제1 비교기와, 제1 입력단을 통해 입력된 상기 펄스 신호를 제1 경로를 통하여 제1 출력단으로 출력 후 다시 제2 입력단을 통해 입력받아 상기 제1 경로와는 반대 방향으로 동작하는 제2 경로를 통하여 제2 출력단으로 출력하는 아이솔레이터와, 상기 아이솔레이터의 제2 출력단에서 출력된 펄스 신호를 DC 전압으로 변환하여 상기 제2 전압 신호를 출력하고 상기 제1 비교기로 피드백하는 제1 LPF, 및 상기 아이솔레이터의 제1 출력단에서 출력된 펄스 신호를 DC 전압으로 변환하여 검출 전압 신호를 출력하는 제2 LPF를 포함하며, 상기 제2 전압 신호의 피드백 동작에 따라 상기 제2 LFP에서 출력되는 검출 전압은 상기 전압 분배기에서 출력되는 제1 전압의 크기를 실시간으로 추종하는 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치를 제공한다.
또한, 상기 제1 비교기는, (+) 단자 및 (-) 단자에 각각 상기 제1 전압 신호 및 상기 제2 전압 신호가 입력되어, 상기 제1 전압 신호가 상기 제2 전압 신호보다 크면 하이 레벨을 갖고 상기 제2 전압 신호 이하이면 로우 레벨을 갖는 펄스 신호를 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치는, 상기 아이솔레이터의 제1 출력단에서 출력된 펄스 신호를 DC 전압으로 변환하는 제3 LPF, 및 상기 제3 LPF에서 변환된 DC 전압 신호와 상기 제2 LPF에서 변환된 검출 전압 신호를 실시간 비교하여 펄스 신호를 발생시켜 상기 아이솔레이터의 제2 입력단으로 입력하는 제2 비교기를 더 포함하고, 상기 제2 LPF는, 상기 변환한 검출 전압 신호를 출력 포트로 제공하는 동시에 상기 제2 비교기로 피드백할 수 있다.
또한, 상기 제1 LPF와 상기 제3 LPF의 차단 주파수는 서로 동일하며, 상기 제2 LPF의 차단 주파수는 상기 제1 LPF의 차단 주파수보다 1/5에 해당하는 주파수 이하의 주파수로 설정될 수 있다.
또한, 상기 제2 비교기는, (+) 단자 및 (-) 단자에 각각 상기 제3 LPF에서 출력된 DC 전압 신호 및 상기 제2 LPF에서 출력된 검출 전압 신호가 입력될 수 있다.
또한, 상기 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치는, 상기 아이솔레이터의 제1 출력단에 연결된 워치독 타이머(WDT)를 이용하여 상기 제1 출력단에서 출력되는 펄스 신호의 펄스 주기를 감시하여 아이솔레이터의 오작동 여부를 모니터링하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 LPF는, 직렬 저항 및 병렬 커패시터를 포함한 RC 저역 통과 필터로 구현될 수 있다.
또한, 상기 아이솔레이터는 갈바닉(Galvanic) 아이솔레이터로 구현될 수 있다.
본 발명에 따르면, 저전압 회로로부터 검출 대상이 되는 직류 전압을 입력받아 입력된 직류 전압을 전기적 절연시켜 고전압 회로로 전달할 수 있으며 입력 전압의 크기에 비례하는 선형적인 검출 전압을 고전압 제어기로 지속적으로 전달할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 입력 전압에 대한 검출 전압의 선형성을 지속적으로 유지할 뿐만 아니라 소자 열화 등에 의한 에러를 즉각적으로 보상할 수 있어 고전압 회로로 전달되는 검출 전압의 선형성을 보장함은 물론 검출 회로의 신뢰성을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 장치에 대응된 회로 구성도이다.
도 4는 도 2의 각 지점 별 신호 파형을 예시적으로 설명한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 절연 피드백 전압 검출 장치의 성능 시험 결과를 설명하는 도면이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치(100)는 전압 분배기(110), 제1 LPF(120), 제1 비교기(130), 아이솔레이터(140), 제2 LPF(150), WDT(160)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 절연 피드백 전압 검출 장치(100)는 외부 회로(저전압 회로)로부터 검출(감시) 대상이 되는 직류 전압을 입력받아 그에 대한 검출 전압을 고전압 회로(고전압 제어기)로 전기적 절연시켜 전달한다. 절연 피드백 전압 검출 장치(100)는 저전압 회로와 고전압 회로 사이에 연결되어 동작할 있고, 고전압 회로의 구성 요소에 포함될 수도 있다.
이하의 본 발명의 실시예에서 고전압 회로는 고전압 전동식 오일 펌프(EOP)를 위한 고전압 EOP 제어기를 대표 예시로 한다. 고전압 EOP 제어기는 12V DC 전원을 감시하여 전원 변동에 따라 전동식 오일 펌프(EOP)를 운전 및 정지시킬 수 있다. 물론, 본 발명이 적용되는 고전압 회로가 반드시 고전압 EOP 제어기로 한정되지 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 절연 피드백 전압 검출 장치(100)는 입력되는 DC 전원의 크기 변동을 그대로 반영한 검출 전압을 제공한다. 따라서 절연 피드백 전압 검출 장치(100)는 저전압 회로로부터 입력되는 DC 전압의 크기에 비례하는 선형적인 검출 전압을 고전압 제어기로 전달할 수 있다.
예를 들어 절연 피드백 전압 검출 장치(100)의 입력 포트에 들어오는 12V 직류 전원은 12V 크기로 일정하지 않고 대략 4V 내지 16V 사이에서 시간에 따라 변동할 수 있는데, 절연 피드백 전압 검출 장치(100)는 입력된 직류 전압과는 스케일(크기)이 상이하면서 해당 직류 전압의 변동에 선형적으로 움직이는 검출 전압을 생성하여 고전압 제어기로 실시간 제공할 수 있다.
이에 따라 고전압 제어기는 절연 피드백 전압 검출 장치(100)의 입력 전원과 스케일(크기)은 상이하면서 선형성을 가지는 검출 전압을 실시간 전달받으며 전달받은 전압 크기를 기준 범위와 비교하고 모니터링하면서 제어 대상 기기(모터 등)를 제어할 수 있다.
여기서 절연 피드백 전압 검출 장치(100)는 갈바닉 아이솔레이터를 포함한다. 이에 따라 고전압 제어기는 저전압 회로와는 절연(전기적 분리)된 상태에서 저전압 회로에서 제공한 직류 전압과 선형성을 가진 검출 전압을 절연 피드백 전압 검출 장치(100)로부터 전달받을 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에서 검출 전압은 입력 포트(Pin)에 입력된 직류 전압에 비례 상수(k; 0<k<1)를 곱한 값에 해당하며 이에 따라 입력된 직류 전압보다는 작은 스케일을 갖게 된다. 이하에서는 도 1을 바탕으로 본 발명의 제1 실시예에 따른 절연 피드백 전압 검출 장치(100)의 구성을 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 전압 분배기(110)는 외부로부터 검출 대상이 되는 직류 전압을 실시간으로 입력받으며 입력된 직류 전압을 전압 분배 회로를 통하여 그보다 낮은 크기의 제1 전압으로 변경한다. 예를 들어 입력 전압은 12V이고 전압 분배 회로에 포함된 두 개의 저항(R1,R2)에 의한 비례 상수 k=0.17인 경우 제1 전압은 약 2V 크기로 변환된다. 변환된 제1 전압은 제1 비교기(130)의 비반전 단자로 입력된다.
여기서 입력 포트(Pin)를 통하여 들어오는 입력 전압은 12V DC 전압으로 가정하며, 들어오는 DC 전압은 상황에 따라 4V 내지 16V 사이에서 변동할 수 있다. 본 발명의 경우, 변동하는 DC 전압을 스케일만 다르게 하여 과전압 제어기로 전달할 수 있다.
제1 비교기(130)는 전압 분배기로부터 입력된 시간에 따른 제1 전압 신호 및 제1 LFP(120)로부터 피드백되어 들어오는 제2 전압 신호를 실시간 비교하여 펄스 신호를 발생한다.
여기서 제1 비교기(130)는 (+) 단자 및 (-) 단자에 각각 제1 전압 신호 및 제2 전압 신호가 입력되며, 이에 따라, 제1 전압 신호가 제2 전압 신호보다 클때는 하이 레벨을 갖고 제2 전압 신호 이하일 때는 로우 레벨을 갖는 형태의 펄스 신호를 발생시킨다.
이러한 제1 비교기(130)의 출력단에서 출력된 펄스 신호는 아이솔레이터(140)의 제1 입력단에 인가된다.
아이솔레이터(140)는 양쪽의 회로를 서로 전기적으로 절연한다. 이때, 우측 방향으로의 신호 전달 동작과 좌측 방향으로의 신호 피드백 동작이 모두 가능하기 위하여, 두 개의 경로(제1 경로 및 제2 경로)를 포함한다.
본 발명의 실시예에서 아이솔레이터(140)는 갈바닉(Galvanic) 디지털 아이솔레이터로 구현될 수 있다.
아이솔레이터(140) 내의 제1 경로 및 제2 경로는 서로 분리되며 서로 반대 방향으로 신호를 전달하도록 동작한다. 제1 경로는 좌측에서 우측 방향으로, 제2 경로는 우측에서 좌측 방향으로 신호를 전달한다. 제1 경로는 제1 비교기(130)에서 출력된 펄스 신호가 이동하는 경로이고, 제2 경로는 다시 역방향으로 피드백되어 들어오는 펄스 신호가 제1 LPF(120)로 이동하는 경로이다.
여기서, 도 1에 나타낸 본 발명의 제1 실시예의 경우 아이솔레이터(140)는 제1 입력단을 통해 입력된 제1 비교기(130)의 펄스 신호를 제1 경로를 통하여 제1 출력단으로 출력한 후, 다시 제2 입력단을 통해 입력받아 제2 경로를 통하여 제2 출력단으로 출력한다.
여기서, 아이솔레이터(140)의 제1 출력단에서 출력된 펄스 신호는 제2 LPF(150)의 입력단으로도 입력된다.
제1 LFP(120)는 아이솔레이터의 제2 출력단에서 출력된 펄스 신호를 DC 전압으로 변환하여, 변환된 DC 전압인 제2 전압 신호를 출력하고, 이를 제1 비교기(130)로 피드백한다.
제2 LPF(150)는 아이솔레이터의 제1 출력단에서 출력된 펄스 신호를 DC 전압으로 변환하여 검출 전압 신호를 출력한다. 제2 LPF(150)에서 변환된 검출 전압 신호는 출력 포트(Pout)를 통해 고전압 제어기로 제공된다.
이러한 구성에 따르면, 제1 LPF(120)에서 제1 비교기(130)로 제2 전압 신호를 지속적으로 피드백해 줌으로써, 제2 LPF(150)에서 최종 출력되는 검출 전압은 전압 분배기(110)에서 출력되는 제1 전압의 크기를 실시간으로 동일한 값으로 추종하게 된다.
즉, 제2 LPF(150)에서 출력되는 검출 전압은 제1 전압(예: 2V)과 동일한 크기를 가지며 제1 전압이 시간에 따라 가변하는 경우 그에 대응하여 검출 전압도 가변하게 된다. 이러한 점은 후술하는 도 4를 통해서도 알 수 있다.
물론, 앞서 설명한 것과 같이, 제1 전압은 전압 분배 회로에 의해 실제 입력 전압에 비례 상수 k를 적용하여 스케일이 조정된 신호이므로, 입력 전압의 크기가 변동하는 경우 제1 전압도 그에 비례하여 변동하게 되고 검출 전압은 이러한 변동하는 제1 전압의 크기를 그대로 추종하게 된다.
또한 검출 전압의 피드백과 이를 통한 검출 전압과 입력 전압 간의 지속적인 비교를 통하여 회로 구성 소자의 열화 등에 따른 에러를 즉각적으로 보상할 수 있어, 고전압 회로로 전달되는 검출 전압의 선형성을 유지하고 검출 회로의 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서, 제2 LPF(150)의 차단 주파수(컷오프 주파수)는 제1 LPF(120)의 차단 주파수보다 1/5 이하의 주파수로 설정될 수 있다. 제1 LPF(120)의 경우 입력되는 신호에 빠르게 반응해야 하기 때문에 제2 LPF(150)에 비해 높은 차단 주파수를 가지며 이 경우 추출되는 DC 성분에 일정 부분의 맥동(리플)이 존재한다.
이와 달리, 제2 LPF(150)는 최종 검출 전압을 고전압 제어기로 전달하는 부분으로 이때에는 더욱 낮은 컷오프 주파수를 적용하여 이를 통해 DC 성분에 실리는 리플을 대부분 제거하고 맥동이 거의 없는 깨끗한 상태의 DC 전압을 출력해낼 수 있다.
이러한 제1 LPF(120)와 제2 LPF(150) 각각은 직렬 저항 및 병렬 커패시터를 포함한 RC 저역 통과 필터로 구현될 수 있다.
도 1에서 WDT(160)는 워치독 타이머로서, 아이솔레이터(140)의 제1 출력단에 연결된다. 본 발명의 실시예는 이러한 WDT(160)의 감지 정보를 수집하고 모니터링하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
제어부는 WDT(160)를 이용하여 제1 출력단에서 출력되는 펄스 신호의 펄스 주기를 감시함으로써 아이솔레이터(140)의 오작동 여부를 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 펄스 주기가 기준 범위를 이탈한 것으로 판단되면 오작동으로 판단하고 그에 대한 즉각적인 대응이 가능하게 한다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치의 구성을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 장치에 대응된 회로 구성도이며, 도 4는 도 2의 각 지점 별 신호 파형을 예시적으로 설명한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치(100)는 전압 분배기(110), 제1 LPF(120), 제1 비교기(130), 아이솔레이터(140), 제2 LPF(150), WDT(160), 제2 비교기(180) 및 제3 LPF(170)를 포함한다.
이러한 본 발명의 제2 실시예에 따른 구성은 도 1의 구성에서 제2 비교기(180) 및 제3 LPF(170)가 추가된 형태이다. 이러한 제2 실시예의 경우, 아이솔레이터(140)의 제1 출력단으로 출력된 펄스 신호가 제3 LPF(170)로 입력된다.
제1 실시예와 마찬가지로, 전압 분배기(110)는 검출 대상이 되는 직류 전압(예: 12V DC 전압)을 실시간 입력받아 제1 전압으로 변경한다. 이때 전압 분배 회로 내 두 저항(R1,R2)에 의한 비례 상수 k=0.17인 경우에 입력된 12V DC는 대략 2V DC 크기로 변경된다.
제1 비교기(130)는 전압 분배기(110)로부터 입력된 시간에 따른 제1 전압 신호 및 제1 LPF(120)로부터 피드백받은 제2 전압 신호를 실시간 비교하여 펄스 신호를 발생한다.
아이솔레이터(140)는 제1 입력단을 통해 입력된 펄스 신호를 제1 경로를 통하여 제1 출력단으로 출력하여 제3 LPF(170)로 전달한다. 또한 제2 비교기(180)에서 출력된 펄스 신호를 제2 입력단을 통해 입력받아 제1 경로와는 반대 방향으로 동작하는 제2 경로를 통하여 제2 출력단으로 출력한다.
제1 LPF(120)는 아이솔레이터(140)의 제2 출력단에서 출력된 펄스 신호를 DC 전압으로 변환하여 제2 전압 신호를 출력하고 이를 제1 비교기(130)로 피드백해준다.
제2 LPF(150)는 아이솔레이터의 제1 출력단에서 출력된 펄스 신호를 DC 전압으로 변환하여 검출 전압 신호를 출력한다. 제2 LPF(150)에서 변환된 검출 전압 신호는 출력 포트(Pout)를 통해 고전압 제어기로 제공된다.
제2 실시예에 추가된 제3 LPF(170) 및 제2 비교기(180)의 동작은 다음과 같다.
제3 LPF(170)는 아이솔레이터(140)의 제1 출력단에서 출력된 펄스 신호를 DC 전압으로 변환한다. 여기서 제3 LPF(170)는 제1 LFP(120)와 동일한 차단 주파수로 설계되며 그 이유는 앞서 설명한 바와 같다.
제2 비교기(180)는 제3 LPF(170)에서 변환된 DC 전압 신호와 제2 LPF(150)에서 변환된 검출 전압 신호를 실시간 비교하여 펄스 신호를 발생시키고, 이를 아이솔레이터(140)의 제2 입력단으로 입력한다.
여기서 제2 LPF(150)는 변환한 검출 전압 신호를 출력 포트(Pout)로 제공하는 동시에, 제2 비교기(180)로 피드백하는 것을 알 수 있다.
이때, 제2 비교기(180)는 (+) 단자 및 (-) 단자에 각각 제3 LPF(170)에서 출력된 DC 전압 신호 및 제2 LPF(150)에서 출력된 검출 전압 신호가 함께 입력된다. 제2 비교기(180)에서는 제1 비교기(130)와 마찬가지로, (+) 단자로 입력된 신호가 (-) 단자로 입력된 신호보다 클 때는 하이 레벨, 그렇지 않을 때는 로우 레벨을 갖는 펄스 신호가 출력된다.
제2 비교기(180)의 출력은 아이솔레이터(140)의 제2 입력단으로 입력된 후 제2 경로를 통하여 제1 LPF(120)로 전달된다. 이후의 동작은 앞서 제1 실시예에서 설명한 것과 동일하다.
이러한 본 발명의 제2 실시예에 따른 구성은 도 1의 아이솔레이터(140)와 제2 LPF(150) 사이 부분에 제2 비교기(180) 및 제3 LPF(170)에 의한 경로가 더 부가된 것으로, 신호 비교 동작과 DC 성분 추출 동작이 추가로 반복됨으로써 장치 신뢰성을 더욱 높일 수 있다.
도 4의 경우 입력 포트(Pin)로 들어오는 DC 입력 전압이 대략 4V 내지 16V 사이에서 시간에 따라 변동하는 상황을 예시한 것이다. 여기서 DC 입력 전압은 전압 분배기(110)를 거쳐 제1 전압으로 레벨 다운된 ⓐ와 같은 상태로 제1 비교기(130)에 입력된 것을 알 수 있다.
제1 비교기(130) 및 제2 비교기(180)의 출력 ⓑ와 ⓓ는 펄스 형태를 가지는 것을 알 수 있다. 여기서 물론 입력 전압의 크기 변동에 대응하여 펄스 폭이 변동하게 된다. 또한, 제1 LPF(120)의 출력 ⓕ는 제3 LPF(170)의 출력 ⓒ 보다는 DC에 실린 리플이 감소한 것을 알 수 있는데 그 이유는 제1 LPF(120)의 출력 ⓕ의 경우 컷오프 주파수가 훨씬 낮은 제2 LPF(150)를 한 번 거친 신호에 해당하기 때문이다.
그리고 제2 LPF(150)에서 최종 출력되는 검출 전압 ⓔ는 전압 분배기(110)에서 출력되는 제1 전압 ⓐ의 크기를 실시간으로 추종한다. 즉, 검출 전압 ⓔ의 파형은 제1 전압의 파형 ⓐ와 동일한 크기로 출력된다.
즉, 제2 LPF(150)에서 출력되는 검출 전압은 제1 전압 ⓐ와 동일한 크기를 가지며 제1 전압 ⓐ가 시간에 따라 가변하는 경우 그에 대응하여 검출 전압 ⓔ도 가변하는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 경우, 시간에 따라 변동하는 DC 입력 전압을 스케일만 다르게 하여 도 4의 ⓔ와 같이 과전압 제어기로 전달할 수 있다. 아울러, 갈바닉 아이솔레이터를 사용하여 DC 입력 전압에 대한 검출 전압을 저전압 회로와는 전기적 절연시켜 이를 필요로 하는 고전압 회로로 전달할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 절연 피드백 전압 검출 장치의 성능 시험 결과를 설명하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b에서 ①는 전압 분배기(110)에 들어오는 DC 입력 전압(약 12V)이고 ⓔ는 제2 LPF(150)를 통과한 검출 전압(약 2V)을 나타내며, ⓑ와 ⓓ는 각각 제1 비교기(130) 및 제2 비교기(180)의 출력 펄스 파형을 나타낸다.
도 5b에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 초기에 입력 전압이 서서히 들어온 후 회로 동작이 어느 정도 안정화된 이후부터는 전압 검출 장치(100)의 최종 출력되는 검출 전압 ⓔ가 입력 전압 ①의 크기를 실시간 추종하는 것을 알 수 있다.
이러한 본 발명에 따르면, 저전압 회로로부터 검출 대상이 되는 직류 전압을 입력받아 입력된 직류 전압을 전기적 절연시켜 고전압 회로로 전달할 수 있으며 입력 전압의 크기에 비례하는 선형적인 검출 전압을 고전압 제어기로 지속적으로 전달할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 입력 전압에 대한 검출 전압의 선형성을 지속적으로 유지할 뿐만 아니라 소자 열화 등에 의한 에러를 즉각적으로 보상할 수 있어 고전압 회로로 전달되는 검출 전압의 선형성을 보장함은 물론 검출 회로의 신뢰성을 보장할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 절연 피드백 전압 검출 장치
110: 전압 분배기 120: 제1 LPF
130: 제1 비교기 140: 아이솔레이터
150: 제2 LPF 160: WDT
170: 제3 LPF 180: 제2 비교기

Claims (8)

  1. 검출 대상이 되는 직류 전압을 실시간 입력받아 제1 전압으로 변경하는 전압 분배기;
    상기 전압 분배기로부터 입력된 시간에 따른 제1 전압 신호 및 외부로부터 피드백받은 제2 전압 신호를 실시간 비교하여 펄스 신호를 발생하는 제1 비교기;
    제1 입력단을 통해 입력된 상기 펄스 신호를 제1 경로를 통하여 제1 출력단으로 출력 후 다시 제2 입력단을 통해 입력받아 상기 제1 경로와는 반대 방향으로 동작하는 제2 경로를 통하여 제2 출력단으로 출력하는 아이솔레이터;
    상기 아이솔레이터의 제2 출력단에서 출력된 펄스 신호를 DC 전압으로 변환하여 상기 제2 전압 신호를 출력하고 상기 제1 비교기로 피드백하는 제1 LPF; 및
    상기 아이솔레이터의 제1 출력단에서 출력된 펄스 신호를 DC 전압으로 변환하여 검출 전압 신호를 출력하는 제2 LPF를 포함하며,
    상기 제2 전압 신호의 피드백 동작에 따라 상기 제2 LFP에서 출력되는 검출 전압은 상기 전압 분배기에서 출력되는 제1 전압의 크기를 실시간으로 추종하는 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 비교기는,
    (+) 단자 및 (-) 단자에 각각 상기 제1 전압 신호 및 상기 제2 전압 신호가 입력되어, 상기 제1 전압 신호가 상기 제2 전압 신호보다 크면 하이 레벨을 갖고 상기 제2 전압 신호 이하이면 로우 레벨을 갖는 펄스 신호를 발생시키는 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 아이솔레이터의 제1 출력단에서 출력된 펄스 신호를 DC 전압으로 변환하는 제3 LPF; 및
    상기 제3 LPF에서 변환된 DC 전압 신호와 상기 제2 LPF에서 변환된 검출 전압 신호를 실시간 비교하여 펄스 신호를 발생시켜 상기 아이솔레이터의 제2 입력단으로 입력하는 제2 비교기를 더 포함하고,
    상기 제2 LPF는,
    상기 변환한 검출 전압 신호를 출력 포트로 제공하는 동시에 상기 제2 비교기로 피드백하는 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 LPF와 상기 제3 LPF의 차단 주파수는 서로 동일하며,
    상기 제2 LPF의 차단 주파수는 상기 제1 LPF의 차단 주파수보다 1/5에 해당하는 주파수 이하의 주파수로 설정되는 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 비교기는,
    (+) 단자 및 (-) 단자에 각각 상기 제3 LPF에서 출력된 DC 전압 신호 및 상기 제2 LPF에서 출력된 검출 전압 신호가 입력되는 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 아이솔레이터의 제1 출력단에 연결된 워치독 타이머(WDT)를 이용하여 상기 제1 출력단에서 출력되는 펄스 신호의 펄스 주기를 감시하여 아이솔레이터의 오작동 여부를 모니터링하는 제어부를 더 포함하는 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 LPF는,
    직렬 저항 및 병렬 커패시터를 포함한 RC 저역 통과 필터로 구현되는 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 아이솔레이터는 갈바닉(Galvanic) 아이솔레이터로 구현되는 고전압 제어기를 위한 절연 피드백 전압 검출 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000116163A (ja) * 1998-10-02 2000-04-21 Taida Electronic Ind Co Ltd 始動回路及び始動方法
JP2003092889A (ja) * 2001-09-18 2003-03-28 Yaskawa Electric Corp 電圧検出方法および装置
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