KR20230044828A - 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치 및 그 방법 - Google Patents

저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 배터리와 저전압 부하를 연결하는 저전압 직류 변환장치에 구비되고, 턴오프 시 배터리로부터 저전압 부하에 인가되는 암전류를 차단하는 암전류 차단부와, 배터리와 고전압 부하를 연결하는 통합 중앙 제어 유닛에 연결되고, 통합 중앙 제어 유닛의 암전류 차단 동작 여부에 따라 상기 암전류 차단부를 제어하는 제어 회로부를 구비함으로써, 통합 중앙 제어 유닛에서 암전류 차단 동작을 수행하면, 저전압 직류 변환장치에 구비된 암전류 차단부가 턴오프되어, 배터리로부터 저전압 부하에 인가되는 암전류를 차단할 수 있다.

Description

저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치 및 그 방법{Apparatus and method for cutting off dark current of low voltage DC-DC converter}
본 발명은 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 통합형 ISG LDC는 통합 중앙 제어 유닛(Integrated Central control Unit, ICU)과 저전압 직류 변환장치(Low Voltage DC-DC Converter, LDC)를 포함하여 구성되는데, 통합 중앙 제어 유닛은 배터리로부터 직접 전원을 공급받아 고전압 부하에 공급하며, 저전압 직류 변환장치는 배터리로부터 공급되는 전원을 저전압 부하에 공급하고 있다.
여기서, 통합 중앙 제어 유닛에는 적어도 2개의 차단 릴레이가 구비되어 고전압 부하로 연결되는 전원 라인을 개폐할 수 있기 때문에, 자동차의 시동이 오프되었을 때 암전류 차단을 위한 2차 차단 로직에 따라 하나의 차단 릴레이가 동작하여 고압전 부하 중에서 숏텀(Short Term) 부하를 차단할 수 있고, 3차 차단 로직에 따라서 2개의 차단 릴레이가 함께 동작하여 고전압 부하 중에서 롱텀(Long Term) 부하와 숏텀 부하를 모두 차단할 수 있다.
한편, 저전압 직류 변환장치의 경우에는 배터리에 직접 연결되어 있음에도 불구하고 별도의 차단 릴레이가 구비되어 있지 않고, 암전류 차단을 위한 다른 수단이 구비된 것도 아니어서, 자동차의 시동이 오프되더라도 배터리 전압이 계속 공급되어 저전압 직류 변환장치에 연결된 저전압 부하로 흐르는 암전류가 발생하는 문제점이 있다.
특히, 저전압 직류 변환장치는 회로 구조상 바이패스용 모스펫의 바디 다이오드(body diode)가 순방향으로 배치되어 있기 때문에, 저전압 직류 변환장치의 입력단으로 공급된 배터리 전압이 바이패스용 모스펫의 바디 다이오드를 통해 저전압 직류 변환장치의 출력단으로 출력되어 저전압 직류 변환장치에 연결된 저전압 부하에 공급되는 문제점이 있다.
아울러, 바이패스용 모스펫에 구비되는 바디 다이오드의 방향을 역방향으로 변경하여 암전류를 차단할 수도 있으나, 이 경우, 저전압 직류 변환장치의 입력단에서 전압이 낮아지는 상황이 발생할 시 바이패스용 모스펫의 바디 다이오드에서 역전류가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 암전류 차단 로직에 따라 동작하여 저전압 직류 변환장치에서 저전압 부하로 흐르는 암전류를 차단하는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 배터리와 저전압 부하를 연결하는 저전압 직류 변환장치(Low Voltage DC-DC Converter, LDC)에 구비되고, 턴오프 시 배터리로부터 저전압 부하에 인가되는 암전류를 차단하는 암전류 차단부; 및 배터리와 고전압 부하를 연결하는 통합 중앙 제어 유닛(Integrated Central control Unit, ICU)에 연결되고, 상기 통합 중앙 제어 유닛의 암전류 차단 동작 여부에 따라 상기 암전류 차단부를 제어하는 제어 회로부;를 포함하는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 암전류 차단부는, 하이 신호가 인가되면 턴오프되는 반도체 스위칭 소자이고, 상기 제어 회로부는, 암전류 차단 동작에 의해 상기 통합 중앙 제어 유닛의 차단 릴레이가 턴오프되어 상기 차단 릴레이로부터 로우 신호가 수신되면, 상기 차단 릴레이의 로우 신호를 하이 신호로 반전하여 상기 암전류 차단부에 인가하는 신호 반전 회로이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 반도체 스위칭 소자는, P채널 모스펫이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 P채널 모스펫은, 상기 저전압 직류 변환장치에 구비되는 바이패스용 모스펫(MOSFET)의 출력단에 소스가 연결되고, 상기 저전압 직류 변환장치의 출력단에 드레인이 연결되며, 상기 제어 회로부에 게이트가 연결된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 암전류 차단부는, 로우 신호가 인가되면 턴오프되는 반도체 스위칭 소자이고, 상기 제어 회로부는, 암전류 차단 동작에 의해 상기 통합 중앙 제어 유닛의 차단 릴레이가 턴오프되어 상기 차단 릴레이로부터 로우 신호가 수신되면, 상기 암전류 차단부에 로우 신호를 인가하는 스위칭 소자 구동회로이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 반도체 스위칭 소자는, N채널 모스펫, IGBT 및 BJT 중 어느 하나이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 N채널 모스펫은, 상기 저전압 직류 변환장치에 구비되는 바이패스용 모스펫의 출력단에 소스가 연결되고, 상기 저전압 직류 변환장치의 출력단에 드레인이 연결되며, 상기 제어 회로부에 게이트가 연결된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 IGBT 및 상기 BJT는, 상기 저전압 직류 변환장치에 구비되는 바이패스용 모스펫의 출력단에 컬렉터가 연결되고, 상기 저전압 직류 변환장치의 출력단에 이미터가 연결되며, 상기 제어 회로부에 게이트 또는 베이스가 연결된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 통합 중앙 제어 유닛은, 고압전 부하 중 숏텀(Short Term) 부하를 차단하는 제1 차단 릴레이와, 고전압 부하 중 롱텀(Long Term) 부하를 차단하는 제2 차단 릴레이를 포함하고, 상기 제어 회로부는, 상기 제2 차단 릴레이가 턴오프되면, 상기 암전류 차단부를 턴오프하여 상기 저전압 직류 변환장치에서 저전압 부하로 인가되는 전원 및 암전류를 차단한다.
또한, 본 발명은 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치에서 수행되는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 방법으로서, 배터리와 고전압 부하를 연결하는 통합 중앙 제어 유닛(Integrated Central control Unit, ICU)에 연결된 제어 회로부가, 상기 통합 중앙 제어 유닛으로부터 암전류 차단 동작 여부에 따른 하이 신호 또는 로우 신호를 수신하는 수신 단계; 상기 제어 회로부가, 상기 수신한 하이 신호 또는 로우 신호에 기반하여, 배터리와 저전압 부하를 연결하는 저전압 직류 변환장치(Low Voltage DC-DC Converter, LDC)에 구비된 암전류 차단부의 제어를 위한 신호를 인가하는 신호 인가 단계; 및 상기 암전류 차단부가, 상기 제어 회로부의 신호에 따라 턴오프되어, 배터리로부터 저전압 부하에 인가되는 암전류를 차단하는 암전류 차단 단계;를 포함하는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 암전류 차단부는, 하이 신호가 인가되면 턴오프되는 반도체 스위칭 소자이고, 상기 신호 인가 단계는, 암전류 차단 동작에 의해 상기 통합 중앙 제어 유닛의 차단 릴레이가 턴오프되어 상기 차단 릴레이로부터 로우 신호가 수신되면, 상기 차단 릴레이의 로우 신호를 하이 신호로 반전하여 상기 암전류 차단부에 인가한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 암전류 차단부는, 로우 신호가 인가되면 턴오프되는 반도체 스위칭 소자이고, 상기 신호 인가 단계는, 암전류 차단 동작에 의해 상기 통합 중앙 제어 유닛의 차단 릴레이가 턴오프되어 상기 차단 릴레이로부터 로우 신호가 수신되면, 상기 암전류 차단부에 로우 신호를 인가한다.
전술한 과제해결 수단에 의해 본 발명은 배터리와 고전압 부하를 연결하는 통합 중앙 제어 유닛에서 암전류 차단 동작을 수행하면, 배터리와 저전압 부하를 연결하는 저전압 직류 변환장치에 구비된 암전류 차단부가 턴오프되어, 배터리로부터 저전압 부하에 인가되는 암전류를 차단하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 저전압 직류 변환장치에 구비되는 바이패스용 모스펫의 구조를 변경하지 않으므로, 저전압 직류 변환장치의 입력단에서 전압이 낮아지는 상황이 발생하더라도 바이패스용 모스펫의 바디 다이오드에서 역전류가 발생할 우려가 없는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 암전류 차단을 위한 반도체 스위칭 소자와, 반도체 스위칭 소자의 온오프를 위한 신호 반전 회로 또는 스위칭 소자 구동회로를 추가하는 간단한 구조로 구성되므로, 통합 중앙 제어 유닛과 저전압 직류 변환장치를 포함하는 통합형 ISG LDC의 사이즈를 증대시킬 우려가 없고, 자동차의 전원 체계를 변경할 필요가 없으며, 원가 경쟁력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치의 세부 구성을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치에 구비되는 제어 회로부를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 암전류 차단 장치를 설명하기 위한 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 암전류 차단 장치의 암전류 차단부를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 방법을 설명하기 위한 도면.
하기의 설명에서 본 발명의 특정 상세들이 본 발명의 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하되, 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치(100)는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 탑재되는 통합형 ISG LDC(1)의 저전압 직류 변환장치(Low Voltage DC-DC Converter, LDC, 10)에 구비될 수 있다.
여기서, 전술한 저전압 직류 변환장치(10)는 배터리(2)의 전압을 약 12V의 저전압으로 변환하여 제어기 및 전장품을 포함하는 저전압 부하(3)에 공급한다.
본 발명의 일실시예에 따른 암전류 차단 장치(100)는 저전압 직류 변환장치(10)에 설치되어, 자동차의 시동 오프 시 암전류 차단 로직에 따른 암전류 차단 동작을 수행함으로써, 저전압 직류 변환장치(10)로부터 저전압 부하(3)로 흐르는 암전류를 차단할 수 있다.
한편, 통합형 ISG LDC(1)는 구동모터 및 에어컨 컴프레셔를 포함하는 고전압 부하와 저전압 부하(3)에 배터리(2)의 전원을 공급하기 위해 구비되는 것으로, 전술한 저전압 직류 변환장치(10) 이외에도, 배터리(2)와 고전압 부하를 연결하는 통합 중앙 제어 유닛(Integrated Central control Unit, ICU, 20)을 포함하여 구성된다.
통합 중앙 제어 유닛(20)은 자동차의 시동이 켜져 있는 동안에는 고전압 부하에 약 360V의 전원을 공급하고, 자동차의 시동 오프 시 암전류 차단 로직에 따른 암전류 차단 동작을 수행한다.
이러한, 통합 중앙 제어 유닛(20)은 고압전 부하 중 숏텀(Short Term) 부하(4)에 배터리(2)의 전원을 공급하거나, 암전류 차단 로직에 따라 숏텀 부하(4)를 차단하는 제1 차단 릴레이(21)와, 고전압 부하 중 롱텀(Long Term) 부하(5)에 배터리(2)의 전원을 공급하거나, 암전류 차단 로직에 따라 롱텀 부하(5)를 차단하는 제2 차단 릴레이(22)를 포함하여 구성될 수 있다.
아울러, 본 발명의 일실시예에 따른 암전류 차단 장치(100)는 통합 중앙 제어 유닛(20)에 구비된 제2 차단 릴레이(22)의 출력단에 연결되어, 제2 차단 릴레이(22)의 온오프 여부에 따른 하이 신호 또는 로우 신호를 수신하며, 수신한 신호를 근거로 암전류 차단 동작의 수행 여부가 결정되도록 구비될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치(100)의 구성요소에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치에 구비되는 제어 회로부를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치(100)는 저전압 직류 변환장치(10)에 설치되어 자동차의 시동 오프 시 저전압 직류 변환장치(10)로부터 저전압 부하(3)로 흐르는 암전류를 차단하며, 암전류 차단부(110) 및 제어 회로부(120)를 포함하여 구성된다.
여기서, 전술한 저전압 직류 변환장치(10)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치(100) 이외에도, 배터리(2)의 전압을 저전압으로 변환하는 부스트 컨버터(11)와, 배터리(2)와 저전압 부하(3) 간의 바이패스 경로를 형성하는 바이패스용 모스펫(12)과, 바이패스용 모스펫(12)의 제어를 위한 MCU(13)와, MCU(13)의 제어에 따라 바이패스용 모스펫(12)의 게이트(G)에 전압을 출력하는 차지 펌프(14)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 암전류 차단부(110)는 저전압 직류 변환장치(10)에 구비되어, 턴온 시 저전압 직류 변환장치(10)에서 변환된 전원을 저전압 부하(3)에 공급하고, 턴오프 시 배터리(2)로부터 저전압 부하(3)에 인가되는 암전류를 차단한다.
이러한, 암전류 차단부(110)는 하이 신호가 인가되면 턴오프되는 반도체 스위칭 소자로서, 특히, P채널 모스펫으로 구비될 수 있다.
또한, 암전류 차단부(110)는 저전압 직류 변환장치(10)에 구비되는 바이패스용 모스펫(12)(MOSFET)의 출력단에 소스(S)가 연결되고, 저전압 직류 변환장치(10)의 출력단에 드레인(D)이 연결되며, 후술하는 제어 회로부(120)에 게이트(G)가 연결되도록 구비될 수 있다. 이때, 암전류 차단부(110)의 바디 다이오드(body diode)는 드레인(D)에서 소스(S) 방향으로 배치되어, 배터리에서 저전압 부하로 이어지는 전류 흐름과 반대가 되도록 구비될 수 있다.
아울러, 암전류 차단부(110)는 제어 회로부(120)로부터 게이트(G)에 하이 신호가 인가되면 턴오프되어 저전압 직류 변환장치(10)로부터 전원이 출력되지 않도록 차단함으로써, 저전압 부하(3)에 인가되는 암전류를 차단하는 암전류 차단 동작을 수행하고, 제어 회로부(120)로부터 게이트(G)에 로우 신호가 인가되면 턴온되어 저전압 직류 변환장치(10)와 저전압 부하(3)를 연결함으로써, 저전압 직류 변환장치(10)에서 변환된 전원을 저전압 부하(3)에 공급되도록 할 수 있다.
참고로, 저전압 직류 변환장치(10)에 구비되는 바이패스용 모스펫(12)은 턴오프되더라도 바디 다이오드를 통해 배터리(2)의 전원이 흐르는 것을 차단할 수는 없기 때문에 암전류가 발생하게 되는데, 암전류 차단부(110)를 턴오프하여 저전압 직류 변환장치(10)의 전원 공급 경로를 폐쇄함으로써, 배터리(2)로부터 저전압 직류 변환장치(10)를 통해 저전압 부하(3)로 흐르는 암전류를 차단할 수 있게 된다.
이때, 암전류 차단부(110)의 바디 다이오드는 전류 흐름과 반대 방향으로 구비되어 있으므로, 암전류 차단부(110)의 바디 다이오드에 의한 암전류 발생을 우려할 필요가 없다.
상기 제어 회로부(120)는 통합 중앙 제어 유닛(20)의 암전류 차단 동작 여부에 따라 암전류 차단부(110)를 제어한다.
또한, 제어 회로부(120)는 통합 중앙 제어 유닛(20)의 제2 차단 릴레이(22)에 연결되어 제2 차단 릴레이(22)의 턴온 시 하이 신호를 수신하고 제2 차단 릴레이(22)의 턴오프 시 로우 신호를 수신하며, 암전류 차단부(110)의 게이트(G)에 연결되어 암전류 차단부(110)의 제어를 위한 하이 신호 또는 로우 신호를 출력하도록 구비될 수 있다.
특히, 제어 회로부(120)는 제2 차단 릴레이(22)의 로우 신호를 하이 신호로 반전하여 암전류 차단부(110)에 인가하거나, 제2 차단 릴레이(22)의 하이 신호를 로우 신호로 반전하여 암전류 차단부(110)에 인가하는 신호 반전 회로로 구비될 수 있다.
참고로, 암전류 차단부(110)는 P채널 모스펫으로 구비되어, 하이 신호가 인가되면 턴오프되고 로우 신호가 인가되면 턴온된다.
즉, 제어 회로부(120)는 통합 중앙 제어 유닛(20)의 제2 차단 릴레이(22)가 턴온되어 있는 동안에는 하이 신호를 수신하여 로우 신호로 반전하여 출력함으로써, 암전류 차단부(110)를 턴온하여 저전압 직류 변환장치(10)에서 변환된 전원이 저전압 부하(3)로 공급되도록 하고, 암전류 차단 동작에 의해 통합 중앙 제어 유닛(20)의 제2 차단 릴레이(22)가 턴오프되어 제2 차단 릴레이(22)로부터 로우 신호가 수신되면, 수신한 로우 신호를 하이 신호로 반전하여 출력함으로써, 암전류 차단부(110)를 턴오프하여 저전압 직류 변환장치(10)에서 저전압 부하(3)로 인가되는 전원 및 암전류를 차단할 수 있다.
이러한, 제어 회로부(120)는 제2 차단 릴레이(22)의 신호가 수신되는 입력단에 구비되어 정전기의 발생을 방지하는 ESD 방지부(121)와, ESD 방지부(121)에 연결되는 다이오드로 구비되어 역전류의 발생을 방지하는 역전류 방지부(122) 및 역전류 방지부(122)와 암전류 차단부(110)의 게이트(G)에 연결되어 역전류 방지부(122)를 통해 입력되는 신호를 반전하여 암전류 차단부(110)의 게이트(G)에 출력하는 신호 반전부(123)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 신호 반전부(123)는 베이스가 역전류 방지부(122)에 연결되고 이미터는 접지에 연결되며 콜렉터에는 일정한 전압을 공급하는 전압원이 연결되는 트랜지스터를 포함하여 구성되며, 콜렉터와 전압원의 사이에는 암전류 차단부(110)의 게이트(G)로 연결되는 출력단이 구비된다.
즉, 신호 반전부(123)에는 ESD 방지부(121)와 역전류 방지부(122)를 통과한 제2 차단 릴레이(22)의 신호가 베이스에 입력되는데, 그 신호가 하이 신호인 경우 턴온되어 전압원에서 공급되는 전압을 접지에 출력하고, 로우 신호인 경우 턴오프되어 전압원에서 공급되는 전압이 콜렉터와 전압원의 사이에 연결된 출력단으로 출력되도록 한다.
이로 인해, 신호 반전부(123)가 제2 차단 릴레이(22)의 하이 신호를 수신하여 턴온되면, 전압원의 전압이 접지로 흐르면서 전압이 낮아진 로우 신호가 암전류 차단부(110)의 게이트(G)에 출력되고, 신호 반전부(123)가 제2 차단 릴레이(22)의 로우 신호를 수신하여 턴오프되면, 전압원의 전압이 제어 회로부(120)의 출력단으로 흐르면서 전압이 높아진 하이 신호가 암전류 차단부(110)의 게이트(G)에 출력될 수 있다.
이러한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치(100)는 통합 중앙 제어 유닛(20)에서 암전류 차단 동작을 수행하면, 배터리(2)와 저전압 부하(3)를 연결하는 저전압 직류 변환장치(10)에 구비된 암전류 차단부(110)가 턴오프됨으로써, 배터리(2)로부터 저전압 부하(3)로 흐르는 암전류를 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치(100)는 저전압 직류 변환장치(10)에 구비되는 바이패스용 모스펫(12)의 구조를 변경하지 않으므로, 저전압 직류 변환장치(10)의 입력단에서 전압이 낮아지는 상황이 발생하더라도, 바이패스용 모스펫(12)의 구조 변경으로 인한 역전류 발생을 우려할 필요가 없다.
아울러, 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치(100)는 반도체 스위칭 소자와 신호 반전 회로를 추가하는 간단한 구조로 구성할 수 있으므로, 통합형 ISG LDC(1)의 사이즈를 증대시킬 우려가 없고, 자동차의 전원 체계를 변경할 필요가 없으며, 원가 경쟁력을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치(100)와 다르게, 저전압 직류 변환장치(10)의 입력단에 래치 릴레이를 구비하고, 암전류 차단 동작에 의해 통합 중앙 제어 유닛(20)의 제2 차단 릴레이(22)가 턴오프될 때 전술한 래치 릴레이를 턴오프하여, 배터리(2)로부터 저전압 부하(3)로 흐르는 암전류를 차단할 수 있는데, 이 경우, 저전압 직류 변환장치(10)의 부스트 모드 동작 시 래치 릴레이의 정격 용량인 25A를 초과할 수 있으며, 이로 인해, 래치 릴레이가 강제로 턴오프되어 저전압 직류 변환장치(10)의 정상 동작이 불가능해질 수 있다.
또한, 반도체 스위칭 소자에 비해 상대적으로 비용 소모가 큰 래치 릴레이를 추가해야 하므로, 원가적인 측면에서 부담이 크게 발생할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치(100)와 다르게, 통합 중앙 제어 유닛(20)에 구비되는 제2 차단 릴레이(22)의 출력단에 저전압 직류 변환장치(10)를 연결하여, 암전류 차단 동작에 의해 통합 중앙 제어 유닛(20)의 제2 차단 릴레이(22)가 턴오프되면 저전압 직류 변환장치(10)에 공급되는 전원이 차단되도록 할 수도 있다.
이 경우에도, 배터리(2)로부터 저전압 부하(3)로 흐르는 암전류를 차단할 수는 있지만, 제2 차단 릴레이(22)에서 롱텀 부하(5)와 저전압 부하(3)의 소모전류를 모두 감당해야 하므로, 저전압 직류 변환장치(10)에 연결된 저전압 부하(3)의 소모전류가 극히 미소한 경우가 아니라면, 실질적으로 제2 차단 릴레이(22)의 정격 용량이 초과되는 상황이 빈번하게 발생할 수 있으며, 정격 용량의 초과로 인해 제2 차단 릴레이(22)가 턴오프되어 롱텀 부하(5)와 저전압 직류 변환장치(10)에 공급되어야 할 전원이 불필요하게 차단될 수 있다.
반면에, 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치(100)는 제2 차단 릴레이(22) 또는 저전압 직류 변환장치(10)의 소모전류를 증가시키지 않으므로, 정격 용량의 초과로 인해 제2 차단 릴레이(22)가 턴오프되거나 저전압 직류 변환장치(10)가 턴오프될 우려가 없는 이점이 있다.
이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 암전류 차단 장치(100)의 구성요소에 대해 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 암전류 차단 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 암전류 차단 장치의 암전류 차단부를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 암전류 차단 장치(200)는 저전압 직류 변환장치(10)에 설치되며, 암전류 차단부(210) 및 제어 회로부(220)를 포함하여 구성된다.
여기서, 전술한 바와 같이, 저전압 직류 변환장치(10)는 배터리(2)의 전압을 저전압으로 변환하는 부스트 컨버터(11)와, 배터리(2)와 저전압 부하(3) 간의 바이패스 경로를 형성하는 바이패스용 모스펫(12)과, 바이패스용 모스펫(12)의 제어를 위한 MCU(13)와, MCU(13)의 제어에 따라 바이패스용 모스펫(12)의 게이트(G)에 전압을 출력하는 차지 펌프(14)를 포함하여 구성된다.
상기 암전류 차단부(210)는 턴온 시 저전압 직류 변환장치(10)에서 변환된 전원을 저전압 부하(3)에 공급하고, 턴오프 시 배터리(2)로부터 저전압 부하(3)에 인가되는 암전류를 차단하도록 구비된다.
다만, 암전류 차단부(210)는 로우 신호가 인가되면 턴오프되는 반도체 스위칭 소자로 구비되는 점에서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 암전류 차단 장치(100)의 암전류 차단부(110)와 차이가 있다.
이러한, 암전류 차단부(210)는 N채널 모스펫, IGBT 및 BJT 중 어느 하나로 구비될 수 있으며, N채널 모스펫으로 구비될 경우, 저전압 직류 변환장치(10)에 구비되는 바이패스용 모스펫(12)의 출력단에 소스(S)가 연결되고, 저전압 직류 변환장치(10)의 출력단에 드레인(D)이 연결되며, 제어 회로부(120)에 게이트(G)가 연결되는 형태로 설치될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 암전류 차단부(210)를 IGBT로 구비할 수도 있는데, 이 경우, 암전류 차단부(210)는 저전압 직류 변환장치(10)에 구비되는 바이패스용 모스펫(12)의 출력단에 컬렉터가 연결되고, 저전압 직류 변환장치(10)의 출력단에 이미터(E)가 연결되며, 제어 회로부(220)에 게이트(G)가 연결되도록 설치될 수 있다.
아울러, 도 6에 도시된 바와 같이, 암전류 차단부(210)를 BJT로 구비하는 경우, 저전압 직류 변환장치(10)에 구비되는 바이패스용 모스펫(12)의 출력단에 컬렉터가 연결되고, 저전압 직류 변환장치(10)의 출력단에 이미터(E)가 연결되며, 제어 회로부(220)에 베이스(B)가 연결되도록 설치된다.
이러한, 암전류 차단부(210)는 제어 회로부(220)로부터 로우 신호가 인가되면 턴오프되어 저전압 직류 변환장치(10)로부터 전원이 출력되지 않게 함으로써, 암전류를 차단하는 암전류 차단 동작을 수행하고, 제어 회로부(220)로부터 하이 신호가 인가되면 턴온되어 저전압 직류 변환장치(10)와 저전압 부하(3)를 연결하게 된다.
다시 도 4를 참조하면, 상기 제어 회로부(220)는 통합 중앙 제어 유닛(20)의 암전류 차단 동작 여부에 따라 암전류 차단부(210)를 제어한다.
즉, 제어 회로부(220)는 통합 중앙 제어 유닛(20)의 제2 차단 릴레이(22)가 턴온되어 있는 동안에는 하이 신호를 암전류 차단부(210)에 출력함으로써, 암전류 차단부(210)를 턴온하여 저전압 직류 변환장치(10)에서 변환된 전원이 저전압 부하(3)로 공급되도록 하고, 암전류 차단 동작에 의해 통합 중앙 제어 유닛(20)의 제2 차단 릴레이(22)가 턴오프되면, 로우 신호를 암전류 차단부(210)에 출력함으로써, 암전류 차단부(210)를 턴오프하여 저전압 직류 변환장치(10)에서 저전압 부하(3)로 인가되는 전원 및 암전류를 차단할 수 있다.
이러한, 제어 회로부(220)는 암전류 차단 동작에 의해 통합 중앙 제어 유닛(20)의 제2 차단 릴레이(22)가 턴오프되어 제2 차단 릴레이(22)로부터 로우 신호가 수신되면, 암전류 차단부(210)에 로우 신호를 인가하는 스위칭 소자 구동회로로서 구비될 수 있다.
그리고, 제어 회로부(220)는 암전류 차단부(210)가 N채널 모스펫인 경우 경우에는 게이트 드라이버로 구비될 수 있고, 암전류 차단부(110)가 IGBT인 경우에는 게이트 구동 회로로서 구비되며, 암전류 차단부(110)가 BJT인 경우에는 BJT 구동 회로의 형태로 구비될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 암전류 차단 방법을 설명한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치에서 수행되는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 방법을 설명한다.
다만, 도 7에 도시된 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 방법에서 수행되는 기능은 모두 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치에서 수행되므로, 명시적인 설명이 없어도, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 모든 기능은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 방법에서 수행되고, 도 7을 참조하여 설명하는 모든 기능은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치에서 그대로 수행됨을 주의해야 한다.
먼저, 제어 회로부(120, 220)가 암전류 차단 동작 여부에 따른 신호를 수신한다(S100).
이때, 제어 회로부(120, 220)는 배터리(2)와 고전압 부하를 연결하는 통합 중앙 제어 유닛(Integrated Central control Unit, ICU, 20)에 연결되어, 통합 중앙 제어 유닛(20)의 암전류 차단 동작 여부에 따른 하이 신호 또는 로우 신호를 수신할 수 있다.
그 다음, 제어 회로부(120, 220)는 수신한 하이 신호 또는 로우 신호에 기반하여, 암전류 차단부(110, 210)의 제어를 위한 신호를 인가한다(S200).
여기서, 전술한 암전류 차단부(110, 210)는 반도체 스위칭 소자로 구비되어, 배터리(2)와 저전압 부하(3)를 연결하는 저전압 직류 변환장치(Low Voltage DC-DC Converter, LDC, 10)에 설치될 수 있다.
일 예로, 암전류 차단부(110)는 P채널 모스펫으로 구비되어 하이 신호가 인가되면 턴오프되고 로우 신호가 인가되면 턴온될 수 있다.
다른 예로, 암전류 차단부(210)는 N채널 모스펫, IGBT 및 BJT 중 어느 하나로 구비되어 로우 신호가 인가되면 턴오프되고 하이 신호가 인가되면 턴온될 수도 있다.
S200 단계에서, 암전류 차단부(110)가 P채널 모스펫으로 구비된 경우, 제어 회로부(120)는 암전류 차단 동작에 의해 통합 중앙 제어 유닛(20)의 차단 릴레이가 턴오프되어 차단 릴레이로부터 로우 신호가 수신되면, 차단 릴레이의 로우 신호를 하이 신호로 반전하여 암전류 차단부(110)에 인가할 수 있다.
또한, S200 단계에서, 암전류 차단부(210)가 N채널 모스펫, IGBT 및 BJT 중 어느 하나로 구비된 경우, 제어 회로부(220)는 암전류 차단 동작에 의해 통합 중앙 제어 유닛(20)의 차단 릴레이가 턴오프되어 차단 릴레이로부터 로우 신호가 수신되면, 암전류 차단부(210)에 로우 신호를 인가할 수도 있다.
그 다음, 암전류 차단부(110, 210)가 제어 회로부(120, 220)의 신호에 따라 턴오프되어 배터리(2)로부터 저전압 부하(3)에 인가되는 암전류를 차단한다(S300).
S300 단계에서, 암전류 차단부(110, 220)는 턴오프되어 저전압 직류 변환장치(10)의 전원 공급 경로를 폐쇄함으로써, 배터리(2)로부터 저전압 직류 변환장치(10)를 통해 저전압 부하(3)로 흐르는 암전류를 차단할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
100, 200 : 암전류 차단 장치
110, 210 : 암전류 차단부
120, 220 : 제어 회로부
121 : ESD 방지부
122 : 역전류 방지부
123 : 신호 반전부

Claims (12)

  1. 배터리와 저전압 부하를 연결하는 저전압 직류 변환장치(Low Voltage DC-DC Converter, LDC)에 구비되고, 턴오프 시 배터리로부터 저전압 부하에 인가되는 암전류를 차단하는 암전류 차단부; 및
    배터리와 고전압 부하를 연결하는 통합 중앙 제어 유닛(Integrated Central control Unit, ICU)에 연결되고, 상기 통합 중앙 제어 유닛의 암전류 차단 동작 여부에 따라 상기 암전류 차단부를 제어하는 제어 회로부;를 포함하는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 암전류 차단부는,
    하이 신호가 인가되면 턴오프되는 반도체 스위칭 소자이고,
    상기 제어 회로부는,
    암전류 차단 동작에 의해 상기 통합 중앙 제어 유닛의 차단 릴레이가 턴오프되어 상기 차단 릴레이로부터 로우 신호가 수신되면, 상기 차단 릴레이의 로우 신호를 하이 신호로 반전하여 상기 암전류 차단부에 인가하는 신호 반전 회로인 것을 특징으로 하는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 반도체 스위칭 소자는,
    P채널 모스펫인 것을 특징으로 하는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 P채널 모스펫은,
    상기 저전압 직류 변환장치에 구비되는 바이패스용 모스펫(MOSFET)의 출력단에 소스가 연결되고, 상기 저전압 직류 변환장치의 출력단에 드레인이 연결되며, 상기 제어 회로부에 게이트가 연결되는 것을 특징으로 하는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 암전류 차단부는,
    로우 신호가 인가되면 턴오프되는 반도체 스위칭 소자이고,
    상기 제어 회로부는,
    암전류 차단 동작에 의해 상기 통합 중앙 제어 유닛의 차단 릴레이가 턴오프되어 상기 차단 릴레이로부터 로우 신호가 수신되면, 상기 암전류 차단부에 로우 신호를 인가하는 스위칭 소자 구동회로인 것을 특징으로 하는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 반도체 스위칭 소자는,
    N채널 모스펫, IGBT 및 BJT 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 N채널 모스펫은,
    상기 저전압 직류 변환장치에 구비되는 바이패스용 모스펫의 출력단에 소스가 연결되고, 상기 저전압 직류 변환장치의 출력단에 드레인이 연결되며, 상기 제어 회로부에 게이트가 연결되는 것을 특징으로 하는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 IGBT 및 상기 BJT는,
    상기 저전압 직류 변환장치에 구비되는 바이패스용 모스펫의 출력단에 컬렉터가 연결되고, 상기 저전압 직류 변환장치의 출력단에 이미터가 연결되며, 상기 제어 회로부에 게이트 또는 베이스가 연결되는 것을 특징으로 하는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 통합 중앙 제어 유닛은,
    고압전 부하 중 숏텀(Short Term) 부하를 차단하는 제1 차단 릴레이와, 고전압 부하 중 롱텀(Long Term) 부하를 차단하는 제2 차단 릴레이를 포함하고,
    상기 제어 회로부는,
    상기 제2 차단 릴레이가 턴오프되면, 상기 암전류 차단부를 턴오프하여 상기 저전압 직류 변환장치에서 저전압 부하로 인가되는 전원 및 암전류를 차단하는 것을 특징으로 하는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치.
  10. 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 장치에서 수행되는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 방법으로서,
    배터리와 고전압 부하를 연결하는 통합 중앙 제어 유닛(Integrated Central control Unit, ICU)에 연결된 제어 회로부가, 상기 통합 중앙 제어 유닛으로부터 암전류 차단 동작 여부에 따른 하이 신호 또는 로우 신호를 수신하는 수신 단계;
    상기 제어 회로부가, 상기 수신한 하이 신호 또는 로우 신호에 기반하여, 배터리와 저전압 부하를 연결하는 저전압 직류 변환장치(Low Voltage DC-DC Converter, LDC)에 구비된 암전류 차단부의 제어를 위한 신호를 인가하는 신호 인가 단계; 및
    상기 암전류 차단부가, 상기 제어 회로부의 신호에 따라 턴오프되어, 배터리로부터 저전압 부하에 인가되는 암전류를 차단하는 암전류 차단 단계;를 포함하는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 암전류 차단부는,
    하이 신호가 인가되면 턴오프되는 반도체 스위칭 소자이고,
    상기 신호 인가 단계는,
    암전류 차단 동작에 의해 상기 통합 중앙 제어 유닛의 차단 릴레이가 턴오프되어 상기 차단 릴레이로부터 로우 신호가 수신되면, 상기 차단 릴레이의 로우 신호를 하이 신호로 반전하여 상기 암전류 차단부에 인가하는 것을 특징으로 하는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 암전류 차단부는,
    로우 신호가 인가되면 턴오프되는 반도체 스위칭 소자이고,
    상기 신호 인가 단계는,
    암전류 차단 동작에 의해 상기 통합 중앙 제어 유닛의 차단 릴레이가 턴오프되어 상기 차단 릴레이로부터 로우 신호가 수신되면, 상기 암전류 차단부에 로우 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 저전압 직류 변환장치의 암전류 차단 방법.
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