KR101145637B1

KR101145637B1 - 전압변환기의 진단장치 및 방법

Info

Publication number: KR101145637B1
Application number: KR1020100059782A
Authority: KR
Inventors: 김성규; 이재원; 정태환; 이기종; 임종경
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2012-05-23
Also published as: KR20110139612A; US20110316524A1; US8587291B2; CN102299634A

Abstract

본 발명은 전압변환기의 진단장치 및 방법이 개시된다. 본 발명은 출력포트의 일측에 배치되어 전력 스위치소자의 온/오프 동작에 따라 전류 변화를 발생시키는 전류변환기, 전류변환기로부터 정방향 전류를 검출하는 제1전류검출기, 전류변환기로부터 역방향 전류를 검출하는 제2전류검출기, 제1전류검출기에 검출된 정방향 전류를 정방향 전압으로 변환하는 제1전압변환기, 제2전류검출기에 검출된 역방향 전류를 역방향 전압으로 변환하는 제2전압변환기, 정방향 전압과 역방향 전압을 비교하여 오프셋 발생여부를 진단하는 진단부, 진단부에서 진단된 결과를 설정된 방식으로 표시하는 표시부를 포함한다.

Description

전압변환기의 진단장치 및 방법{APPARATUS FOR DIAGNOSIS DC-DC CONVERTER AND METHOD THEREOF}

본 발명은 전압변환기의 진단장치 및 방법에 관한 것이다.

DC-DC 컨버터는 DC전압을 입력받아 DC전압으로 출력하는 전압변환기로 방식에 따라서 여러 가지로 나눌 수 있다.

예를 들어, 절연방법에 따라 절연형과 비절연형으로 구분되고, 변경되는 전압 레벨에 따라 강압방식, 승압방식, 승강압 방식으로 구분된다.

대칭 회로 구조를 갖는 DC-DC 컨버터의 동작은 일정한 레벨로 입력되는 DC전압을 일정한 레벨의 DC전압으로 출력하게 되는데, 출력단으로의 전력 전달은 전류 변화에 의해 이루어진다.

전류 변화를 위해 전류의 흐름을 온/오프 할 수 있는 스위치가 구비되며, 스위치의 온/오프 동작에 의해 전류의 방향이 정방향과 역방향으로 흐르게 된다.

이와 같이 스위치의 온/오프 동작에 의해 서로 다른 방향으로 결정되는 전류가 서로 같은 변화 모양을 가지면 대칭 회로 구조를 갖는 DC-DC 컨버터라 한다.

대칭 회로 구조를 갖는 DC-DC 컨버터의 대표적으로 풀 브리지 컨버터(Full Bridge Converter)와 하프 브리지 컨버터(Half Bridge Converter)등이 있다.

이러한 구조의 DC-DC 컨버터는 출력되는 전류의 대칭이 유지되어 전류가 어느 한 쪽으로 치우치지 않도록 전류 오프셋이 "0"으로 유지되어야 한다.

만일 대칭이 이루어지지 않으면 전류 오프셋이 발생되며 이러한 경우 정상적인 전압을 출력할 수 없을 뿐만 아니라 동작 정지, 심지어 스위치 소손의 위험이 발생한다.

따라서, 전류 대칭성을 유지하여 전류 오프셋이 생기지 않도록 설계하는 것이 매우 중요하다.

그러나, 설계 혹은 제조상의 어떠한 이유로 인해 전류 오프셋이 발생하게 되더라도 동작중인 상태에서는 전류 대칭성 또는 전류 오프셋을 판단하기가 매우 어려운 문제점이 있다.

따라서, 전류 오프셋의 발생이 의심되는 경우 파형을 측정할 수 있는 별도의 측정장치, 예를 들어 오실로스코프 등을 DC-DC 컨버터의 출력단에 접속한 다음 DC-DC 컨버터를 작동시키면서 직접 전류를 측정하여 전류 오프셋의 발생 여부를 판정하여야 한다.

따라서, DC-DC 컨버터의 전류 오프셋 발생을 판정하는데 있어 번거롭고, 어려운 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 전압변환기의 전류 오프셋 발생 여부를 실시간으로 진단할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수개의 전력 스위치소자를 포함하는 전압변환기에 있어서, 출력포트의 일측에 배치되어 전력 스위치소자의 온/오프 동작에 따라 전류 변화를 발생시키는 전류변환기; 상기 전류변환기로부터 정방향 전류를 검출하는 제1전류검출기; 상기 전류변환기로부터 역방향 전류를 검출하는 제2전류검출기; 상기 제1전류검출기에 검출된 정방향 전류를 정방향 전압으로 변환하는 제1전압변환기; 상기 제2전류검출기에 검출된 역방향 전류를 역방향 전압으로 변환하는 제2전압변환기; 상기 정방향 전압과 역방향 전압을 비교하여 오프셋 발생여부를 진단하는 진단부; 상기 진단부에서 진단된 결과를 설정된 방식으로 표시하는 표시부를 포함하는 전압변환기의 진단장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 전류변환기는 1차측 코일과 2차측 코일로 구성되는 트랜스포머로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 진단부는 정방향 전압에 대해 반주기가 경과된 역방향 전압을 비교하여 오프셋 발생여부를 진단할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전압변환기의 작동에 따라 정방향 전압을 검출하는 과정; 전압 변환의 반주기가 경과하면 역방향 전압을 검출하는 과정; 정방향 전압과 역방향 전압을 비교하여 오프셋 발생을 판정하는 과정을 포함하는 전압변환기의 진단방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 정방향 전압과 역방향 전압이 서로 일치하지 않을 때 오프셋이 발생한 것으로 판정하며, 그 결과를 메시지로 출력할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 전압변환기의 오프셋 발생을 실시간으로 진단함으로써, 전압변환기의 개발단계에서 설계 변경 등의 적절한 조치를 취할 수 있어 제품에 신뢰성이 제공된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전압변환기의 양산 과정에서 오프셋 발생을 실시간 진단함으로써, 부품 사양의 변경 등을 통해 양산되는 제품에 신뢰성이 제공된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전압 변환기의 오프셋 발생을 실시간 진단을 통해 차량의 운행에서 발생될 수 있는 심각한 문제를 사전에 예방할 수 있어 차량의 운행에 안정성 및 신뢰성이 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전압변환기의 진단장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전압변환기의 진단절차를 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전압변환기의 출력 파형을 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전압변환기의 진단장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 전류변환기(30), 제1전류검출기(41), 제2전류검출기(42), 제1전압변환기(51), 제2전압변환기(52), 진단부(60) 및 표시부(70)를 포함한다.

전류변환기(30)는 전압변환기의 입력단(10)에서 출력포트 일측에 배치되어 전력 스위치소자(S1,S2,S3,S4)의 온/오프 동작에 따라 전류 변화를 발생시킨다.

상기 전력 스위치소자(S1,S2,S3,S4)는 트랜지스터, MOSFET, IGBT 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

상기 전류변환기(30)는 1차측 코일과 2차측 코일을 포함하는 트랜스포머로 구성된다.

제1전류검출기(41)는 상기 전류변환기(30)에서 변환되는 정방향 전류를 검출한다.

제2전류검출기(42)는 상기 전류변환기(30)에서 변환되는 역방향 전류를 검출한다.

제1전압변환기(51)는 상기 제1전류검출기(41)에서 검출되어 인가되는 정방향 전류를 정방향 전압으로 변환한다.

제2전압변환기(52)는 상기 제2전류검출기(42)에서 검출되어 인가되는 역방향 전류를 역방향 전압으로 변환한다.

진단부(60)는 상기 제1전압변환기(51)에서 인가되는 정방향 전압과 제2전압변환기(52)에서 인가되는 역방향 전압을 비교하여 오프셋이 발생되는지의 여부를 판정한다.

상기 진단부(60)는 정방향 전압에 대해 같은 시간에 대한 역방향 전압은 "0"을 가지므로 동시에 두 전압값을 비교하지 않고 스위칭 주기의 반이 지난 후의 값을 비교하여 오프셋이 발생되는지의 여부를 판정한다.

표시부(70)는 상기 진단부(60)에서 인가되는 제어신호에 따라 오프셋 발생 여부의 진단 결과를 설정된 방식으로 표시하여 준다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명에 따른 전압변환기의 고장 진단은 다음과 같이 실행된다.

본 발명에 따르는 DC-DC 컨버터에서 입력되는 DC전압(Vin)을 승압이나 강압 혹은 승/강압하여 출력단(Vout)으로 출력하는 동작은 통상적인 전압변환기의 동작과 동일하게 실행되므로, 이에 대한 설명은 생략한다.

본 발명에 따르는 DC-DC 컨버터의 동작이 실행되면 입력되는 DC전압(Vin)은 전력 스위치소자(S1,S2,S3,S4)의 온/오프 동작에 따라 승압 혹은 강압되어 출력포트로 흐르게 된다.

이때, 입력단의 출력포트 일측에 배치되는 전류변환기(30)는 전력 스위치소자(S1,S2,S3,S4)의 온/오프에 따라 정방향 전류 및 역방향 전류를 발생시킨다.

상기 전류변환기(30)에서 발생되는 전류 변화가 정방향 전류이면 제1전류검출기(41)에 검출되고, 역방향 전류이면 제2전류검출기(42)에 검출된다.

상기 제1전류검출기(41)에서 검출되는 정방향 전류는 제1전압변환기(51)에 의해 정방향 전압으로 변환되어 진단부(60)에 인가되고, 제2전류검출기(42)에서 검출되는 역방향 전류는 제2전압변환기(52)에 의해 역방향 전압으로 변환되어 진단부(60)에 인가된다.

따라서, 진단부(60)는 상기 제1전압변환기(51)에서 인가되는 정방향 전압과 제2전압변환기(52)에서 인가되는 역방향 전압을 비교하여 오프셋이 발생되는지의 여부를 판정한다.

이때, 상기 진단부(60)는 도 3에 도시된 바와 같이 정방향 전압에 대해 같은 시간에 대한 역방향 전압은 "0"을 가지므로 동시에 두 전압값을 비교하지 않고 스위치 주기의 반이 지난 후의 값을 비교하여 오프셋이 발생되는지의 여부를 진단하며, 진단 결과를 표시부(70)를 통해 설정된 방식으로 표시하여 준다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압변환기의 진단절차를 도시한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따르는 전압변환기, 예를 들어 DC-DC 컨버터의 작동이 실행되면(S101) 전력 스위치소자의 온/오프에 따라 변화되는 정방향 전압을 검출한다(S102).

그리고, 전압 변화에 대한 반주기가 경과되었는지 판단하여(S103), 반주기가 경과되었으면 전력 스위치소자의 역방향 전압을 검출한다(S104).

이후, 검출되는 정방향 전압과 역방향 전압을 비교하여 서로 일치하는지를 판단한다(S106).

상기 S106의 판단 결과 정방향 전압과 반주기 경과 후에 검출되는 역방향 전압이 서로 일치하면 정상 작동으로 판정한 다음 상기 S102의 과정으로 리턴되어 전술한 진단 동작을 반복적으로 실행한다(S107).

그러나, 상기 S106의 판단 결과 정방향 전압과 반주기 경과 후에 검출되는 역방향 전압이 서로 일치하지 않으면 하드웨어 혹은 소프트 웨어에 의한 오프셋 불량으로 판정하여(S108) 그에 대한 메시지를 출력한다(S109).

이상과 같이, 전압변환기의 오프셋 불량을 실시간으로 진단함으로써 전압변환기의 운용에 신뢰성을 제공한다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 추가, 삭제 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 포함된다고 할 것이다.

30 : 전류변환기 41,42 : 전류검출기
51,52 : 전압변환기 60 : 진단부

Claims

복수개의 전력 스위치소자를 포함하는 전압변환기에 있어서,
출력포트의 일측에 배치되어 전력 스위치소자의 온/오프 동작에 따라 전류 변화를 발생시키는 전류변환기;
상기 전류변환기로부터 정방향 전류를 검출하는 제1전류검출기;
상기 전류변환기로부터 역방향 전류를 검출하는 제2전류검출기;
상기 제1전류검출기에 검출된 정방향 전류를 정방향 전압으로 변환하는 제1전압변환기;
상기 제2전류검출기에 검출된 역방향 전류를 역방향 전압으로 변환하는 제2전압변환기;
상기 정방향 전압과 역방향 전압을 비교하여 오프셋 발생여부를 진단하는 진단부;
상기 진단부에서 진단된 결과를 설정된 방식으로 표시하는 표시부;
를 포함하는 전압변환기의 진단장치.
제1항이 있어서,
상기 전류변환기는 1차측 코일과 2차측 코일로 구성되는 트랜스포머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전압변환기의 진단장치.
제1항에 있어서,
상기 진단부는 정방향 전압에 대해 반주기가 경과된 역방향 전압을 비교하여 오프셋 발생여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 전압변환기의 진단장치.
전압변환기의 작동에 따라 정방향 전압을 검출하는 과정;
전압 변환의 반주기가 경과하면 역방향 전압을 검출하는 과정;
정방향 전압과 역방향 전압을 비교하여 오프셋 발생을 판정하는 과정;
을 포함하는 전압변환기의 진단방법.
제4항에 있어서,
상기 정방향 전압과 역방향 전압이 서로 일치하지 않을 때 오프셋이 발생한것으로 판정하며, 그 결과를 메시지로 출력하는 것을 특징으로 하는 전압변환기의 진단방법.