KR102422113B1 - 보조 전원이 개선된 양방향 dc-dc 컨버터 - Google Patents

보조 전원이 개선된 양방향 dc-dc 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보조 전원이 개선된 양방향 DC-DC 컨버터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고전압 배터리와 저전압 배터리 사이에서 양방향 전압 변환을 수행하며, 개선된 보조 전원을 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터는, 스위칭 신호에 응답하여 부스트 모드 또는 벅 모드로 스위칭되는 한 쌍의 스위칭 소자인 고전압 스위치와 저전압 스위치, 상기 고전압 스위치와 상기 저전압 스위치와 연결되는 인덕터를 포함하는 DC-DC 컨버터 유닛; 상기 저전압 배터리 또는 상기 고전압 배터리에서 발생한 전원을 제1경로 또는 제2경로를 경유시켜 제1전압 전원 및 제2전압 전원으로 조정하고, 상기 조정된 제1전압 전원과 제2전압 전원을 컨트롤러 유닛으로 제공하는 보조 전원부 및 상기 보조 전원부로부터 공급받은 제2전압 전원을 통해 동작되고, 상기 보조 전원부로 공급받은 제1전압 전원을 주변 구성품으로 제공하며, 상기 DC-DC 컨버터 유닛으로 상기 스위칭 신호를 발생시키고 상기 제2경로의 이용 여부를 결정하는 컨트롤러 유닛을 포함한다.

Description

보조 전원이 개선된 양방향 DC-DC 컨버터{Bidirectional DC-DC converter with improved auxiliary power}
본 발명은 DC-DC 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보조 전원이 개선된 양방향 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.
최근 차량용 48V 시스템이 보급됨에 따라, 기존의 12V 시스템과 48V 시스템의 전기 흐름을 제어하기 위한, 양방향 DC-DC 컨버터의 필요성이 대두되었다. 상기 양방향 DC-DC는 지령 신호에 따라 스위치가 제어되어, 부스트 모드(boost mode) 또는 벅 모드(buck mode)로 동작한다. 아래의 특허문헌은 양방향 DC-DC 컨버터 및 그의 제어방법에 대해서 개시한다.
부스트 모드 또는 벅 모드로 양방향 DC-DC 컨버터를 제어하기 위해서는, 우선 MCU(Micro Controller Unit)에 보조 전원이 공급되고 이 보조 전원을 통해서 MCU가 구동되고 더불어 주변회로(예컨대, 센서)로 전원이 공급되여야 한다.
도 1은 종래의 양방향 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 양방향 DC-DC 컨버터(100)는 MCU(170)가 각 스위치(121, 122)의 동작을 제어하여, 양방향 DC-DC 컨버터(100)의 동작 모드를 결정한다. 상기 MCU(170)는 제1전압 조정기(141)로부터 5V 전압을 공급받고, 이 5V 전압을 주변회로 즉, 센서(111, 112, 113) 등으로 공급한다. 또한, MCU(170)는 제2전압 조정기(142)로부터 3.3V의 전압을 공급받아, 이 3.3V의 전압을 MCU(170)의 전원으로서 이용한다. 상기 제2전압 조정기(142)는 제1전압 조정기(141)로부터 5V의 전압을 공급받고, 상기 5V의 전압을 3.3V의 전압으로 조정하여 MCU(170)로 제공한다.
그런데 도 1에 도시된 바와 같이, PWM IC(160) 및 변압기(150)를 통해서, 요구되는 전압이 제1전압 조정기(141)로 제공되고, 제1전압 조정기(141)는 공급받은 전압을 조정하여 MCU(170) 및 제2전압 조정기(142)로 제공한다. MCU(170)로 전원이 제공되는 원리를 순서에 따라 설명하면, 저전압 배터리(131)가 활성화되어 공급되면, PWM IC(160)에서 PWM 신호가 발생되어 변압기(150)로 인가된다. 그리고 변압기(150)는 상기 PWM 신호를 토대로 소정의 전압을 가지는 전원을 발생시키고, 이 전원이 제1전압 조정기(141)로 인가된다. 그러면, 제1전압 조정기(141)는 변압기(150)로부터 인가된 전원을 5V 전압으로 조정하여 MCU(170) 및 제2전압 조정기(142)로 인가한다. 또한, 제1전압 조정기(141)는 5V의 전압을 3.3V로 조정하여, 이 3.3V의 전압을 MCU(170)로 인가하고, MCU(170)는 3.3V의 전원을 공급받아 구동되고, 제1전압 조정기(141)로부터 제공받은 5V 전압을 각 센서(111, 112, 113) 등으로 제공하여 센서와 같은 구성품이 구동되게 제어한다.
하지만, MCU(170)와 센서(111, 112, 113)로 전원을 공급하기 위하여, PWM IC(160)를 구비시키는 종래의 양방향 DC-DC 컨버터(100)는, PWM IC(160)의 방열을 방지하기 위하여, PWM IC(160)의 사용 면적을 넓게 설정해야 하는 문제점이 있다. 또한, DC-DC 컨버터의 전원(131, 132)을 확장해야 되는 경우, 상기 PWM IC(160)를 추가하거나 PWM IC(160)와 연결선을 추가해야 되기 때문에, DC-DC 컨버터의 확장이 제약되는 문제점도 있다.
한국공개특허 제10-2010-0115087호 (2010.10.27 공개)
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, PWM IC를 제거하여 소형화에 용이하고 제조단가가 하락된 양방향 DC-DC 컨버터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고전압 배터리와 저전압 배터리 사이에서 양방향 전압 변환을 수행하며, 개선된 보조 전원을 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터는, 스위칭 신호에 응답하여 부스트 모드 또는 벅 모드로 스위칭되는 한 쌍의 스위칭 소자인 고전압 스위치와 저전압 스위치, 상기 고전압 스위치와 상기 저전압 스위치와 연결되는 인덕터를 포함하는 DC-DC 컨버터 유닛; 상기 저전압 배터리 또는 상기 고전압 배터리에서 발생한 전원을 제1경로 또는 제2경로를 경유시켜 제1전압 전원 및 제2전압 전원으로 조정하고, 상기 조정된 제1전압 전원과 제2전압 전원을 컨트롤러 유닛으로 제공하는 보조 전원부; 및 상기 보조 전원부로부터 공급받은 제2전압 전원을 통해 동작되고, 상기 보조 전원부로 공급받은 제1전압 전원을 주변 구성품으로 제공하며, 상기 DC-DC 컨버터 유닛으로 상기 스위칭 신호를 발생시키고 상기 제2경로의 이용 여부를 결정하는 컨트롤러 유닛을 포함한다.
상기 보조 전원부는 상기 저전압 배터리 또는 상기 고전압 배터리와 전압 조정부 사이에 배치되어 상기 제1경로를 형성하는 경로전환 스위치; 상기 제2경로를 형성하며, 상기 저전압 배터리 또는 상기 고전압 배터리와 연결되고 컨트롤러 유닛과 연결되는 포토커플러; 상기 제2경로를 형성하며 상기 포토커플러에서 발생한 전원을 소정의 전압으로 변화시켜 상기 전압 조정부로 제공하는 변압기; 및 상기 제1경로의 경로전환 스위치 또는 상기 제2경로의 변압기로부터 제공받은 전원을 제1전원 및 제2전원으로 조정하여 상기 컨트롤러 유닛으로 제공하는 상기 전압 조정부를 포함할 수 있다.
상기 제1경로는 상기 컨트롤러 유닛이 동작하기 전까지 이용되고 상기 컨트롤러 유닛이 동작되면 상기 제2경로가 이용될 수 있다.
상기 경로전환 스위치는, 상기 컨트롤러 유닛으로부터 제어신호가 인가되지 않으면 턴 온 상태를 유지하여 상기 저전압 배터리 또는 상기 고전압 배터리의 전원을 상기 전압 조정부로 제공할 수 있다. 또한 상기 컨트롤러 유닛은, 상기 전압 조정부로부터 전원을 제공받아 동작되면, 상기 포토커플러로 신호를 인가하여 상기 포토커플러를 동작시켜 제2경로를 통해서 전원이 공급되게 제어하고, 상기 경로전환 스위치를 턴 오프할 수 있다.
상기 포토커플러의 컬렉터는 상기 저전압 배터리 또는 상기 고전압 배터리와 연결되고, 상기 포토커플러의 이미터는 상기 변압기와 연결되며, 상기 포토커플러의 애노드는 상기 컨트롤러 유닛과 연결될 수 있다.
상기 전압 조정부는 상기 제1경로 또는 제2경로를 통해서 제공받은 전원을 제1전압 전원으로 조정하는 제1전압 조정기; 및 상기 제1경로 또는 제2경로를 통해서 제공받아 전원을 제2전압 전원으로 조정하는 제2전압 조정기를 포함할 수 있다.
본 발명은 양방향 DC-DC 컨버터에 PWM IC를 제거함으로써, 양방향 DC-DC 컨버터를 소형화하고 제조 단가를 낮춘 장점이 있다.
또한, 본 발명은 포토커플러와 스위치를 이용하여, 보조 전원부의 구조를 단순화함으로써, 양방향 DC-DC 컨버터의 확장을 용이하게 하는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 양방향 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 보조 전원이 개선된 양방향 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 보조 전원이 개선된 양방향 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 양방향 DC-DC 컨버터(200)는 저전압 배터리(221), 고전압 배터리(222), 복수의 전압 센서(211, 212), 전류 센서(213), 복수의 커패시터(223, 224) 및 고전압 단자와 저전압 단자를 연결하는 컨버터 유닛(230), 보조 전원부(250) 및 각 스위치의 온/오프를 제어하는 MCU(Micro Controller Unit)(240)를 포함한다.
저전압 배터리(221)는 고전압 배터리(222)보다 낮은 전압을 가지며 충방전이 가능한 전원 장치로서, 12V 배터리가 채택될 수 있다. 상기 저전압 배터리(221)는 컨버터 유닛(230)과 전기적으로 연결되어, 저전압 배터리(221)를 사용하는 부하 장치로 전원을 인가하거나 고전압 배터리(222)를 충전시킨다.
고전압 배터리(222)는 저전압 배터리(221)보다 높은 전압을 가지며 충방전이 가능한 전원 장치로서, 48V 배터리가 채택될 수 있으며, 울트라 커패시터가 채택될 수도 있다. 상기 고전압 배터리(222)는 컨버터 유닛(230)과 전기적으로 연결되어, 고전압 배터리(222)를 사용하는 부하 장치로 전원을 인가하거나 저전압 배터리(221)를 충전시킨다.
전압 센서(211, 212)는 고전압 배터리(222), 저전압 배터리(221) 각각에 연결되어, 고전압 배터리(222)의 입/출력 전압 또는 저전압 배터리(221)의 입/출력 전압을 측정하고, 이 측정된 전압 값을 MCU(240)로 전달한다. 즉, 고전압 배터리(222)에 연결된 전압 센서(211, 212)는 상기 고전압 배터리(222)의 입력 전압 또는 출력 전압을 센싱하여, 센싱한 결과값을 MCU(240)로 전달하고, 저전압 배터리(221)에 연결된 전압 센서(211, 212)는 상기 저전압 배터리(221)에서 발생하는 입력 전압 또는 출력 전압을 센싱하여, 센싱한 결과값을 MCU(240)로 전달한다.
전류 센서(213)는 DC-DC 컨버터 유닛(230)에서 발생되는 전류를 센싱하여 MCU(240)로 전달한다.
각각의 센서(211, 212, 213)는 MCU(240)를 통해서 전원을 공급받는다.
커패시터(223, 224)는 고전압 배터리(222), 저전압 배터리(221) 각각에 연결되며, 출력 평활용 커패시터가 사용될 수 있다.
컨버터 유닛(230)은 인덕터(233) 및 서로 상보적으로 동작하는 한 쌍의 스위치(231, 232)를 포함한다.
컨버터 유닛(230)에 포함된 한 쌍의 스위치(231, 232)는 고전압 스위치(231)와 저전압 스위치(232)로 구분되며, 각 스위치(231, 232)는 MCU(240)의 제어에 따라 턴 온되거나 턴 오프된다. 바람직하게, 스위치(231, 232)는 MCU(240)에서 생성된 PWM(Pulse Width Modulation)에 근거하여 턴 온되거나 턴 오프된다. 특히, 저전압 스위치(232)와 고전압 스위치(231)는 서로 상보적으로 동작한다. 즉, 저전압 스위치(232)가 턴 온되면, 고전압 스위치(231)는 턴 오프되고, 또한 고전압 스위치(231)가 턴 온되면 저전압 스위치(232)는 턴 오프된다.
한편, 저전압 배터리(221)에서 고전압 배터리(222)로 전류가 이동될 때, 저전압 스위치(232)가 메인 스위치로서 작동하고, 반대로 고전압 배터리(222)에서 저전압 배터리(221)로 전류가 이동될 때, 고전압 스위치(231)가 메인 스위치로 작동한다. 각각의 스위치(231, 232)는 반도체 스위치로서 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect) 트랜지스터가 이용될 수 있으며, 이 경우 게이트 단자가 MCU(240)와 연결될 수 있다.
인덕터(233)는 전류가 흐를 때 에너지를 축적하며, 전류 센서(213)는 상기 인덕터(233)에서 발생하는 출력 전류를 센싱하여, MCU(240)로 전달하는 기능을 수행한다. 상기 전류 센서(213)는 양방향 전류의 측정할 수 있는 센서로, 전류 흐름 방향에 따라 플러스 전류 또는 마이너스 전류를 센싱할 수 있다. 예컨대, 전류 센서(213)는 벅 모드에서 플러스 전류를 센싱하고, 반대로 부스트 모드에서 마이너스 전류를 센싱할 수 있다. 상기 전류 센서(213)는 역방향 전류(즉, 마이너스 전류)가 센싱될 때에는 이 마이너스 전류를 나타내는 전류 센싱값을 MCU(240)로 전달한다. 전류 센서(213)로는 홀(hall) 센서가 채용될 수 있다.
MCU(240)는 컨트롤러 유닛으로서, 각 센서(211, 212, 213) 등과 같은 양방향 DC-DC 컨버터(200)의 주변회로로 전원을 공급하고, 스위칭 신호를 컨버터 유닛(230)으로 인가하여 컨버터 유닛(230)에 포함된 스위치(231, 232)의 상태를 제어하고, 또한 경로전환 스위치(254)의 상태를 제어한다. 상기 MCU(240)는 각 센서(211, 212, 213)로부터 수신된 센싱값을 모니터링하여, 이 센싱값을 토대로 모드 제어 등과 같이 양방향 DC-DC 컨버터(200)를 제어하고, 오류를 검출하기도 한다. 또한, MCU(240)는 보조 전원부(250)의 전압 조정부(251)와 연결되어, 제2전압 조정기(251b)로부터 제2전압 전원(예컨대, 3.3V 전원)을 공급받아 MCU(240)의 전원으로서 이용하고, 제1전압 조정기(251a)로부터 제1전압 전원(예컨대, 5V 전원)을 공급받아 센서와 같은 주변회로로 상기 제1전압 전원을 공급한다.
특히, MCU(240)는 포토커플러(photocoupler)(252)의 애노드와 연결되고, 또한 경로전환 스위치(254)와 연결된다. 또한, MCU(240)는 포토커플러(252)로 PWM 신호를 출력하여 포토커플러(252)를 동작시켜, 포토커플러(252)에서 발생되는 PWM 신호가 변압기(253)로 공급되어 소정의 전압이 발생되게 한다.
한편, MCU(240)는 PWM 신호를 포토커플러(252)로 발생시키면, 경로전환 스위치(254)가 턴 오프되도록 제어하여, 제1경로 대신에 제2경로 즉, 포토커플러(252)와 변압기(253)를 통해서 제1전압 조정기(251a)로 전원이 공급되도록 제어한다.
보조 전원부(250)는 제1경로를 형성하는 경로전환 스위치(254), 제2경로를 형성하는 포토커플러(252)와 변압기(253)를 포함하고, 또한 전압 조정부(251)를 포함한다.
상기 전압 조정부(251)는 제1경로 또는 제2경로를 통해서 전원을 공급받고, 이 전원을 제1전압 전원(예컨대, 5V 전원), 제2전압 전원(예컨대, 3.3V 전원)으로 각각 조정하여 MCU(240)로 공급한다. 상기 전압 조정부(251)는 공급된 전원을 제1전압 전원으로 조정하는 제1전압 조정기(251a) 및 공급된 전원을 제2전압 전원으로 조정하는 제2전압 조정기(251b)를 포함한다.
경로전환 스위치(254)는 저전압 배터리(221)와 전압 조정부(251)의 제1전압 조정기(251a) 사이에 배치되어 제1경로를 형성하고, MCU(240)가 동작되지 않은 경우에 턴 온되어, 상기 저전압 배터리(221)와 전압 조정부(251) 사이를 연결시킨다. 즉, 경로전환 스위치(254)는 MCU(240)가 동작되지 않은 경우에 턴 온되어, 제1경로를 통해서 제1전압 조정기(251a)로 전원(즉, 저전압 배터리의 전원)을 제공한다.
한편, 경로전환 스위치(254)는 MCU(240)가 동작되어 제어신호가 발생되는 경우, 턴 오프되어 제1경로 폐쇄하고, 저전압 배터리(221)의 전원이 제2경로로 경유되게 유도한다.
도 2에 도시된 실시에에서는, 경로전환 스위치(254)로서 PNP 트랜지스터가 이용되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 MCU(240)의 제어에 따라 턴 온 또는 턴 오프가 제어되는 스위치라면 제한되지 않고 채택 가능함을 분명히 해 둔다. 상기 경로전환 스위치(254)가 PNP 트랜지스터인 경우, 경로전환 스위치(254)의 베이스는 MCU(240)와 연결되고, 경로전환 스위치(254)의 에미터는 저전압 배터리(221)와 연결되고, 경로전환 스위치(254)의 컬렉터는 제1전압 조정기(251a)와 연결된다.
포토커플러(252)는 제2경로를 형성하며, 발광부와 수광부로 이루어져 발광부에선 전기신호(즉, PWM 신호)를 광신호로 변환하고, 수광부에서 발광부의 광신호를 다시 전기신호(즉, PWM 신호)로 변환하여, 이렇게 변환된 PWM 신호를 변압기(253)로 공급한다. 이를 위하여, 포토커플러(252)는 컬렉터가 저전압 배터리(221)와 전기적으로 연결되고, 이미터가 변압기(253)와 전기적으로 연결된다. 또한, 포토커플러(252)의 애노드가 MCU(240)와 연결된다. 이러한 연결 구조에 의해서 MCU(240)에서 PWM 신호를 발생시키는 경우, 포토커플러(252)에서 상기 PWM 신호를 광신호로 변환하고, 다시 상기 광신호를 PWM 신호로 변환하여, 이렇게 변환된 PWM 신호가 변압기(253)로 공급한다.
변압기(253)는 제2경로를 형성하며, 포토커플러(252)로부터 공급받은 PWM 신호의 전압을 변화시켜, 소정의 전압을 가지는 전원을 발생시킨다. 상기 변압기에서 발생시킨 전원은 제1전압 조정기(251a)로 제공된다.
상기 제1전압 조정기(251a)는 변압기(253) 또는 경로전환 스위치(254)를 통해 제공받은 전원의 전압을, 제1전압으로 조정하고, 이렇게 조정된 제1전압은 제2전압 조정기(251b)와 MCU(240) 각각으로 제공된다. 제1전압 조정기(251a)에서 MCU(240)로 제공된 제1전압 전원(예컨대, 5V 전원)은 센서와 같은 보조회로의 전원으로서 이용된다.
제2전압 조정기(251b)는 제1전압 조정기(251a)로부터 제공받은 제1전압 전원을 제2전압 전원으로 조정하고, 상기 조정한 제2전압을 MCU(240)로 제공한다. 제1전압 조정기(251a)에서 MCU(240)로 제공된 제2전압 전원(예컨대, 3.3V 전원)은 MCU(240)에서 자체적으로 이용된다. 즉, 제2전압 전원은 MCU(240)의 전원으로서 이용된다.
상술한 구조를 가지는 양방향 DC-DC 컨버터(200)에 있어서, 보조 전원부(250)가 MCU(240)로 전원이 제공되는 흐름을 설명한다.
MCU(240)가 동작되지 않은 상태(즉, MCU로 전원이 공급되지 않은 상태)에서 저전압 배터리(221)에서 초기에 전원이 인가되거나 저전압 배터리(211)와 컨버터 유닛(230) 사이에 연결된 릴레이(도면에 도시되지 않음)가 초기 구동되면, 경로전환 스위치(254)는 턴 온 상태를 유지한다. 즉, 경로전환 스위치(254)는 MCU(240)로부터 스위칭 신호를 인가받지 않으면 턴 온 상태를 유지하여 제1경로를 통해서 전원이 흐르게 한다. 이렇게 경로전환 스위치(254)가 턴 온되면, 저전압 배터리(221)의 전원이 경로전환 스위치(254)를 통해서 제1전압 조정기(251a)로 공급된다.
그러면, 제1전압 조정기(251a)는 저전압 배터리(예컨대, 12V 전원)의 전원이 제1전압 전원(예컨대, 5V 전원)이 되도록 조정하고, 이렇게 조정된 제1전압 전원을 제2전압 조정기(251b), MCU(240) 각각으로 공급한다. 또한, 제2전압 조정기(251b)는 상기 제1전압 조정기(251a)로부터 공급받은 제1전압 전원(예컨대, 5V 전원)을 제2전압 전원(예컨대, 3.3V 전원)으로 조정하고, 이렇게 조정된 제2전압 전원을 MCU(240)로 공급한다. 이렇게, 제1전압 조정기(251a)와 제2전압 조정기(251b) 각각으로부터 제1전압 전원과 제2전압 전원을 공급받은 MCU(240)는 제2전압 전원을 MCU 전원으로 이용하여 동작하고, 더불어 제1전압 전원을 각 센서(211, 212, 213)와 같은 주변회로로 제공하여 주변회로를 동작시킨다. 이렇게 MCU(240)가 동작되면, MCU(240)는 포토커플러(252)의 애노드로 PWM 신호를 발생시켜 포토커플러(252)를 동작시킨다. 또한, MCU(240)는 동작되면, 경로전환 스위치(254)를 턴 오프시켜, 제1경로를 통해서 전압 조정부(251)로 전원이 공급되지 않게 제어하고, 후술하는 바와 같이 제2경로를 통해서 전원이 공급되게 제어한다.
포토커플러(252)가 동작되면, 포토커플러(252)를 통해서 PWM 신호가 발생되고, 상기 PMW 신호가 변압기(253)로 공급된다. 그리고 변압기(253)는 상기 PWM 신호를 소정의 전압을 가지는 전원으로 변화시키고, 변화된 전원을 제1전압 조정기(251a)로 공급한다. 부연하면, MCU(240)가 동작되면, 제2경로를 통해서 전원이 제1전압 조정기(251a)로 공급된다.
제1전압 조정기(251a)는 변압기(253)로부터 공급받은 전원을 제1전압 전원(예컨대, 5V 전원)이 되도록 조정하고, 이렇게 조정된 제1전압 전원을 제2전압 조정기(251b), MCU(240) 각각으로 공급한다. 또한, 제2전압 조정기(251b)는 상기 제1전압 조정기(251a)로부터 공급받은 제1전압 전원(예컨대, 5V 전원)을 제2전압 전원(예컨대, 3.3V 전원)으로 조정하고, 이렇게 조정된 제2전압 전원을 MCU(240)로 제공한다.
한편, 상술한 설명에서, 경로전환 스위치(254)와 포토커플러(252)가 저전압 배터리(221)와 연결되어 있는 것으로 설명되었지만, 경로전환 스위치(254)와 포토커플러(252)가 고전압 배터리(222)와 연결될 수도 있다. 즉, 포토커플러(252)의 컬렉터는 고전압 배터리(222)와 연결되고, 경로전환 스위치(254)도 고전압 배터리(222)와 연결될 수 있다. 이 경우, 고전압 배터리(222)의 전원이 포토커플러(252), 경로전환 스위치(254)로 제공된다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
200 : 양방향 DC-DC 컨버터
211, 212 : 전압 센서
213 : 전류 센서
221, 222 : 배터리
230 : DC-DC 컨버터 유닛
240 : MCU
250 : 보조 전원부
251 : 전압 조정부

Claims (8)

  1. 고전압 배터리와 저전압 배터리 사이에서 양방향 전압 변환을 수행하며, 개선된 보조 전원을 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터에 있어서,
    스위칭 신호에 응답하여 부스트 모드 또는 벅 모드로 스위칭되는 한 쌍의 스위칭 소자인 고전압 스위치와 저전압 스위치, 상기 고전압 스위치와 상기 저전압 스위치와 연결되는 인덕터를 포함하는 DC-DC 컨버터 유닛;
    상기 저전압 배터리 또는 상기 고전압 배터리에서 발생한 전원을 제1경로 또는 제2경로를 경유시켜 제1전압 전원 및 제2전압 전원으로 조정하고, 상기 조정된 제1전압 전원과 제2전압 전원을 컨트롤러 유닛으로 제공하는 보조 전원부; 및
    상기 보조 전원부로부터 공급받은 제2전압 전원을 통해 동작되고, 상기 보조 전원부로 공급받은 제1전압 전원을 보조회로에 제공하며, 상기 DC-DC 컨버터 유닛으로 상기 스위칭 신호를 발생시키고 상기 제2경로의 이용 여부를 결정하는 컨트롤러 유닛;을 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조 전원부는,
    상기 저전압 배터리 또는 상기 고전압 배터리와 전압 조정부 사이에 배치되어 상기 제1경로를 형성하는 경로전환 스위치;
    상기 제2경로를 형성하며, 상기 저전압 배터리 또는 상기 고전압 배터리와 연결되고 컨트롤러 유닛과 연결되는 포토커플러;
    상기 제2경로를 형성하며 상기 포토커플러에서 발생한 전원을 소정의 전압으로 변화시켜 상기 전압 조정부로 제공하는 변압기; 및
    상기 제1경로의 경로전환 스위치 또는 상기 제2경로의 변압기로부터 제공받은 전원을 제1전원 및 제2전원으로 조정하여 상기 컨트롤러 유닛으로 제공하는 상기 전압 조정부;를 포함하는 양방향 DC-DC 컨버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1경로는 상기 컨트롤러 유닛이 동작하기 전까지 이용되고 상기 컨트롤러 유닛이 동작되면 상기 제2경로가 이용되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-DC 컨버터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 경로전환 스위치는, 상기 컨트롤러 유닛으로부터 제어신호가 인가되지 않으면 턴 온 상태를 유지하여 상기 저전압 배터리 또는 상기 고전압 배터리의 전원을 상기 전압 조정부로 제공하고,
    상기 컨트롤러 유닛은, 상기 전압 조정부로부터 전원을 제공받아 동작되면, 상기 포토커플러로 신호를 인가하여 상기 포토커플러를 동작시켜 제2경로를 통해서 전원이 공급되게 제어하고, 상기 경로전환 스위치를 턴 오프하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-DC 컨버터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 경로전환 스위치는 PNP 트랜지스터이고, 베이스는 상기 컨트롤러 유닛과 연결되고, 에미터는 상기 저전압 배터리 또는 상기 고전압 배터리와 연결되며, 컬렉터는 상기 전압 조정부와 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-DC 컨버터.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 포토커플러의 컬렉터는 상기 저전압 배터리 또는 상기 고전압 배터리와 연결되고, 상기 포토커플러의 이미터는 상기 변압기와 연결되며, 상기 포토커플러의 애노드는 상기 컨트롤러 유닛과 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-DC 컨버터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 컨트롤러 유닛은,
    상기 애노드로 PWM 신호를 발생시켜 상기 포토커플러를 동작시키는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-DC 컨버터.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 전압 조정부는,
    상기 제1경로 또는 제2경로를 통해서 제공받은 전원을 제1전압 전원으로 조정하는 제1전압 조정기; 및
    상기 제1경로 또는 제2경로를 통해서 제공받아 전원을 제2전압 전원으로 조정하는 제2전압 조정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC-DC 컨버터.
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