KR20190067993A - 전원 장치 - Google Patents

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KR20190067993A
KR20190067993A KR1020170167931A KR20170167931A KR20190067993A KR 20190067993 A KR20190067993 A KR 20190067993A KR 1020170167931 A KR1020170167931 A KR 1020170167931A KR 20170167931 A KR20170167931 A KR 20170167931A KR 20190067993 A KR20190067993 A KR 20190067993A
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switch
boost converter
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phase non
power supply
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KR1020170167931A
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정민재
채준영
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주식회사 한중엔시에스
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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
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Abstract

전원 장치가 개시된다. 2상 전원 경로 사이에 전자기 결합하는 결합 인덕터를 사용한 2상 비반전 벅-부스트 컨버터; 2상 비반전 벅-부스트 컨버터에 입력되는 전원과 출력 부하의 전압과 전류를 감지하는 센서; 및 센서에 의해 감지된 전원과 출력 부하의 전압 값과 전류 값에 따라 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 스위치를 전원과 출력 부하의 플러스 구간과 마이너스 구간을 고려하여 모드 제어하는 제어부를 포함한다. 따라서 제1권선과 제2권선이 감겨 전자기 유도되는 사각틀에 에어갭을 두고 결합되는 ㄷ자형 틀을 가지는 결합 인덕터를 사용하는 장점이 있고, 2상 비반전 벅-부스트 컨버터는 결합 인덕터에 직렬 연결되는 제1인덕터와 제2인덕터를 포함하고, 결합 인덕터의 제1권선과 제2권선의 전기 선로의 도통을 제어하는 스위치를 가지고, 제어부는 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 스위치를 모드 제어하여 입력 전원을 벅-부스트 변환하여 출력 부하를 구동할 수 있고, 출력 부하 예측치와 출력 부하 실측치 사이에 차이가 큰 경우 에러를 발생시켜 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 오류를 판단하고 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 동작을 정지시킬 수 있고, 시스템이 가지는 전원에 비해 전압 또는 전류가 큰 전원을 필요로 하는 분야에 전원 장치가 사용될 수 있다.

Description

전원 장치{POWER APPARATUS}
본 발명은 전원 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입력 전원을 벅-부스트 변환하여 출력 부하를 구동하는 전원 장치에 관한 것이다.
전원 장치는 각종 전기기기에 구성되어, 각각의 전기 장치에 전원을 공급한다. 일례로, 전원 장치는 2상 비반전 벅-부스트 컨버터를 이용하여 입력전원을 스위칭 전력 변환해서 출력전원을 출력한다. 이때, 2상 비반전 벅-부스트 컨버터는 입력 전원을 2상 전기 경로로 벅-부스트 변환하여 출력 부하를 구동한다. 2상 비반전 벅-부스트 컨버터는 입력 전원과 출력 전원 간에 반전이 없는 비반전 변환한다. 이러한 전원 장치는 고유의 전원 특성상 운전자 콘솔, 배터리 관리와 제어, 에어 컨디셔닝, 인포테인먼트에 사용되며 그 적용 분야가 다양하다.
시스템에서 요구되는 전원 장치는 입력 전원과 출력 전원 간에 변환 효율이 좋을수록 에너지 효율이 높아야 시스템에 있어서 전원 이용 비용이 절감될 수 있다. 종래 2상 비반전 벅-부스트 컨버터를 이용하는 전원 장치는 변환 효율이 낮아 에너지 효율이 높지 않은 문제점이 있다. 이로 인해 전원 장치를 이용하는 가정이나 공장에서 전원 이용 비용이 상승하는 문제점이 있다.
등록번호: 10-1379047, 다상 비반전 벅 부스트 전압 컨버터
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 전원 변환 효율을 증가시키는 전원 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 2상 전원 경로 사이에 전자기 결합하는 결합 인덕터를 사용한 2상 비반전 벅-부스트 컨버터; 2상 비반전 벅-부스트 컨버터에 입력되는 전원과 출력 부하의 전압과 전류를 감지하는 센서; 및 센서에 의해 감지된 전원과 출력 부하의 전압 값과 전류 값에 따라 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 스위치를 전원과 출력 부하의 플러스 구간과 마이너스 구간을 고려하여 모드 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 결합 인덕터는 제1권선과 제2권선이 감겨 전자기 유도되는 사각틀; 및 제1권선과 제2권선의 바깥쪽 양면에 에어갭을 두고 사각틀에 결합되는 ㄷ자형 틀을 포함한다.
또한, 2상 비반전 벅-부스트 컨버터는 제1권선과 제2권선 사이에 전자기 유도되는 결합 인덕터; 제1권선의 플러스측에 직렬 연결되는 제1인덕터; 제1인덕터의 플러스측을 전원 단자 또는 접지로 연결하는 제1과 제3스위치; 제1권선의 마이너스측을 출력 단자 또는 접지로 연결하는 제5와 제7스위치; 제2권선의 마이너스 측에 직렬 연결되는 제2인덕터; 제2인덕터의 플러스측을 전원 단자 또는 접지로 연결하는 제2와 제4스위치; 및 제2권선의 플러스측을 출력 단자 또는 접지로 연결하는 제6과 제8스위치를 포함한다.
또한, 제어부는 제1스위치, 제4스위치, 제6스위치 및 제7스위치를 턴 온하여 제1모드 제어하고, 제3스위치, 제4스위치, 제5스위치 및 제6스위치를 턴 온하여 제2모드 제어하고, 제2스위치, 제3스위치, 제5스위치 및 제8스위치를 턴 온하여 제3모드 제어하고, 제3스위치, 제4스위치, 제5스위치 및 제6스위치를 턴 온하여 제4모드 제어하고, 제1모드, 제2모드, 제3모드 및 제4모드 순으로 반복 제어한다.
또한, 제어부는 제1,2,3,4모드 별로 센서에 의해 감지된 전원 실측치에 대응한 센서의 출력 부하 예측치를 계산하고, 출력 부하 예측치와 센서에 의해 측정된 출력 부하 실측치 사이의 차이가 미리 설정한 기준값보다 큰 경우 에러를 발생시켜 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 오류를 판단하고, 오류에 대처한다.
또한, 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)는 출력 4kW와 스위칭 주파수 25khz를 요구하는 전기자동차용 운전자 콘솔, 배터리 관리와 제어, 에어 컨디셔닝, 인포테인먼트 중 어느 하나에 사용된다.
상기와 같은 본 발명에 따른 전원 장치를 이용할 경우에는 결합 인덕터를 사용하는 2상 비반전 벅-부스트 컨버터를 이용하여 입력 전원을 벅-부스트 변환하여 출력 부하를 구동할 수 있다.
또한, 제1권선과 제2권선이 감겨 전자기 유도되는 사각틀에 에어갭을 두고 결합되는 ㄷ자형 틀을 가지는 결합 인덕터를 사용하는 장점이 있다.
또한, 2상 비반전 벅-부스트 컨버터는 결합 인덕터에 직렬 연결되는 제1인덕터와 제2인덕터를 포함하고, 결합 인덕터의 제1권선과 제2권선의 전기 선로의 도통을 제어하는 스위치를 가진다.
또한, 제어부는 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 스위치를 모드 제어하여 입력 전원을 벅-부스트 변환하여 출력 부하를 구동할 수 있다.
또한, 출력 부하 예측치와 출력 부하 실측치 사이에 차이가 큰 경우 에러를 발생시켜 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 오류를 판단하고 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 동작을 정지시킬 수 있다.
또한, 시스템이 가지는 전원에 비해 전압 또는 전류가 큰 전원을 필요로 하는 분야에 전원 장치가 사용될 수 있다.
또한, 종래 컨버터를 사용한 경우보다 인덕터 전류 리플이 대폭 줄어들어, 이를 채용한 전기차량용 제어 모듈은 동작 온도를 낮춰 신뢰성을 강화하고, 열 부하를 낮춰 히트 싱크, 래디에이터, 냉각액, 기타 별도의 냉각 구조를 통해 소산시켜야 하는 열의 감소가 가능하며, 열과 관련된 요구나 제약을 줄일 수 있으므로 패키징시 유연성을 강화시킬 수 있다.
도 1은 전원 장치의 구성을 보인 블록도이다.
도 2는 결합 인덕터의 구성을 보인 예시도이다.
도 3은 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 구성을 보인 예시도이다.
도 4는 전원 장치의 동작 방법을 보인 흐름도이다.
도 5는 전원 장치가 2상 비반전 벅-부스트 컨버터를 교체하는 구성을 보인 예시도이다.
도 6은 결합 인덕터를 사용할 때와 비결합 인덕터를 사용할 때의 인덕터 전류의 리플을 비교한 예시도이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 전원 장치의 구성을 보인 블록도이다.
2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)는2상 전원 경로 사이에 전자기 결합하는 결합 인덕터를 사용한다. 결합 인덕터(11)는 제1권선(L1)과 제2권선(L2)이 감겨 전자기 유도된다.
2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)는 결합 인덕터(11)를 이용하여 입력 전원을 벅-부스트 변환하여 출력 부하를 구동한다.
센서(20)는 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)에 입력되는 전원과 출력 부하의 전압과 전류를 감지한다. 센서(20)는 전원과 출력 부하의 전압과 전류 실측치를 제어부(30)에 제공한다.
제어부(30)는 센서(20)에 의해 감지된 전원과 출력 부하의 전압 값과 전류 값에 따라 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)의 스위치를 전원과 출력 부하의 플러스 구간과 마이너스 구간을 고려하여 모드 제어한다.
제어부(30)는 스위치를 턴 온 또는 턴 오프하는 제1,2,3,4모드로 제어한다.
전원 장치는 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)를 이중화하여 구성할 수 있다. 전원 장치는 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)를 이중화하고, 둘 중 하나의 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)가 고장났을 때 정상 동작하는 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)를 통해 출력 부하를 구동할 수 있다.
전원 장치는 고장난 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)를 정상 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)로 교체하고, 이중화된 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)를 제어한다. 전원 장치는 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)의 교체를 자동화할 수 있다. 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)는 전자 부품 모듈로 구성되어 전원 장치가 고장난 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)를 여분의 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)로 자동 교체할 수 있다.
전원 장치는 이중화된 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)와 여분의 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)를 통해 고장에 대비해서 중단 없는 출력 부하 구동을 달성할 수 있다.
도 2는 결합 인덕터의 구성을 보인 예시도이다.
결합 인덕터(11)는 제1권선(L1)과 제2권선(L2)이 감겨 전자기 유도되는 사각틀(12); 및 제1권선(L1)과 제2권선(L2)의 바깥쪽 양면에 에어갭을 두고 사각틀에 결합되는 ㄷ자형 틀(13)을 포함한다.
사각틀(12)에는 제1권선(L1)과 제2권선(L2)이 감겨 전자기 유도한다.
ㄷ자형 틀(13)은 제1권선(L1)과 제2권선(L2)의 바깥쪽 양면에 에어갭을 두고 사각틀(12)에 결합된다.
결합 인덕터(11)는 자체 인덕턴스의 릴럭턴스 관계식
Figure pat00001
과, 상호 인덕턴스의 관계식
Figure pat00002
과 누설 인덕턴스의 관계식
Figure pat00003
의 특성을 가진다. 여기서, 코어의 릴럭턴스를
Figure pat00004
이고, air-gap의 릴럭턴스를
Figure pat00005
이다.
Figure pat00006
에 대입하면,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
및
Figure pat00009
이다.
도 3은 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 구성을 보인 예시도이다.
2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)는 제1권선(L1)과 제2권선(L2) 사이에 전자기 유도되는 결합 인덕터(11); 제1권선(L1)의 플러스측에 직렬 연결되는 제1인덕터(Lik1); 제1인덕터(Lik1)의 플러스측을 전원 단자 또는 접지로 연결하는 제1(S1)과 제3스위치(S3); 제1권선(L1)의 마이너스측을 출력 단자 또는 접지로 연결하는 제5(S5)와 제7스위치(S7); 제2권선(L2)의 마이너스 측에 직렬 연결되는 제2인덕터(Lik2); 제2인덕터(Lik2)의 플러스측을 전원 단자 또는 접지로 연결하는 제2(S2)와 제4스위치(S4); 및 제2권선(L2)의 플러스측을 출력 단자 또는 접지로 연결하는 제6(S6)과 제8스위치(S8)를 포함한다.
결합 인덕터(11)는 제1권선(L1)과 제2권선(L2) 사이에 전자기 유도된다.
제1인덕터(Lik1)는 제1권선(L1)의 플러스측에 직렬 연결된다.
제1(S1)과 제3스위치(S3)는 제1인덕터(Lik1)의 플러스측을 전원 단자 또는 접지로 연결한다.
제4(S4)와 제7스위치(S7)는 제1권선(L1)의 마이너스측을 출력 단자 또는 접지로 연결한다.
제2인덕터(Lik2)는 제2권선(L2)의 마이너스 측에 직렬 연결된다.
제2(S2)와 제4스위치(S4)는 제2인덕터(Lik2)의 플러스측을 전원 단자 또는 접지로 연결한다.
제6(S6)과 제8스위치(S8)는 제2권선(L2)의 플러스측을 출력 단자 또는 접지로 연결한다.
제어부(30)는 제1스위치(S1), 제4스위치(S4), 제6스위치(S6) 및 제7스위치(S7)를 턴 온하여 제1모드 제어한다.
제어부(30)는 제3스위치(S3), 제4스위치(S4), 제5스위치(S5) 및 제6스위치(S6)를 턴 온하여 제2모드 제어한다.
제어부(30)는 제2스위치(S2), 제3스위치(S3), 제5스위치(S5) 및 제8스위치(S8)를 턴 온하여 제3모드 제어한다.
제어부(30)는 제3스위치(S3), 제4스위치(S4), 제5스위치(S5) 및 제6스위치(S6)를 턴 온하여 제4모드 제어한다.
제어부(30)는 제1모드, 제2모드, 제3모드 및 제4모드 순으로 반복 제어한다.
제어부(30)는 제1,2,3,4모드 별로 센서(20)에 의해 감지된 전원 실측치에 대응한 센서(20)의 출력 부하 예측치를 계산한다. 제어부(30)는 전원 실측치에 대응하는 출력 부하 예측치를 계산하는 것이다.
제어부(30)는 출력 부하 예측치와 센서(20)에 의해 측정된 출력 부하 실측치 사이의 차이가 미리 설정한 기준값보다 큰 경우 에러를 발생시켜 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)의 오류를 판단하고, 오류에 대처한다. 제어부는 출력 부하 예측치와 출력 부하 실측치 사이에 차이가 큰 경우 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)에 이상이 발생함을 감지하고, 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)의 동작을 정지시킬 수 있다. 기준값의 경우, 미리 설정한 임계값일 수 있고, 사용자가 설정 가능하도록 할 수도 있다. 또한, 에러의 경우, 차이에 대한 임계값 등으로 형성된 기준값만을 사용하는 것이 아니라 단위시간의 흐름에 따라 모니터링되는 예측치와 실측치 사이의 차이값의 변동값을 기준으로 판단하거나, 예측치와 실측치 사이의 차이값의 변동값의 누적된 값을 기준으로 판단할 수도 있다.
전원 장치는 출력 4kW, 25khz의 적용에 적합한 운전자 콘솔, 배터리 관리와 제어, 에어 컨디셔닝, 인포테인먼트 중 어느 하나에 사용된다. 전원 장치는 시스템이 가지는 전원에 비해 전압 또는 전류가 큰 전원을 필요로 하는 분야에 사용될 수 있다.
도 4는 전원 장치의 동작 방법을 보인 흐름도이다.
전원 장치의 동작 방법에 대해 설명한다.
전원 장치는 프로그램을 저장하는 프로그램 메모리, 데이터를 저장하는 데이터 메모리, 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함한다.
프로그램 메모리에 저장된 데이터를 살펴보면, 프로그램 메모리는 2상 전원 경로 사이에 전자기 결합하는 결합 인덕터를 사용하고 결합 인덕터를 이용하여 입력 전원을 벅-부스트 변환하여 출력 부하를 구동하는 단계(S41); 2상 비반전 벅-부스트 컨버터에 입력되는 전원과 출력 부하의 전압과 전류를 감지하는 단계(S42); 및 센서에 의해 감지된 전원과 출력 부하의 전압 값과 전류 값에 따라 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 스위치를 전원과 출력 부하의 플러스 구간과 마이너스 구간을 고려하여 모드 제어하는 단계(S43)를 포함한다.
전원 장치는 프로세서에 의해 프로그램 메모리에 저장된 프로그램을 실행하며 이러한 동작을 설명하면 다음과 같다.
전원 장치에서 실행되는 절차를 시계열 순으로 설명한다.
전원 장치는2상 전원 경로 사이에 전자기 결합하는 결합 인덕터를 사용한다. 결합 인덕터는 제1권선과 제2권선이 감겨 전자기 유도된다.
전원 장치는 결합 인덕터를 이용하여 입력 전원을 벅-부스트 변환하여 출력 부하를 구동한다.
전원 장치는 2상 비반전 벅-부스트 컨버터에 입력되는 전원과 출력 부하의 전압과 전류를 감지한다. 전원 장치는 전원과 출력 부하의 전압과 전류 실측치를 제공한다.
전원 장치는 센서에 의해 감지된 전원과 출력 부하의 전압 값과 전류 값에 따라 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 스위치를 전원과 출력 부하의 플러스 구간과 마이너스 구간을 고려하여 모드 제어한다.
전원 장치는 스위치를 턴 온 또는 턴 오프하는 제1,2,3,4모드로 제어한다.
결합 인덕터는 제1권선과 제2권선이 감겨 전자기 유도되는 사각틀; 및 제1권선과 제2권선의 바깥쪽 양면에 에어갭을 두고 사각틀에 결합되는 ㄷ자형 틀을 포함한다.
사각틀에는 제1권선과 제2권선이 감겨 전자기 유도한다.
ㄷ자형 틀은 제1권선과 제2권선의 바깥쪽 양면에 에어갭을 두고 사각틀에 결합된다.
2상 비반전 벅-부스트 컨버터는 제1권선과 제2권선 사이에 전자기 유도되는 결합 인덕터; 제1권선의 플러스측에 직렬 연결되는 제1인덕터; 제1인덕터의 플러스측을 전원 단자 또는 접지로 연결하는 제1과 제3스위치; 제1권선의 마이너스측을 출력 단자 또는 접지로 연결하는 제5와 제7스위치; 제2권선의 마이너스 측에 직렬 연결되는 제2인덕터; 제2인덕터의 플러스측을 전원 단자 또는 접지로 연결하는 제2와 제4스위치; 및 제2권선의 플러스측을 출력 단자 또는 접지로 연결하는 제6과 제8스위치를 포함한다.
결합 인덕터는 제1권선과 제2권선 사이에 전자기 유도된다.
제1인덕터는 제1권선의 플러스측에 직렬 연결된다.
제1과 제3스위치는 제1인덕터의 플러스측을 전원 단자 또는 접지로 연결한다.
제4와 제7스위치는 제1권선의 마이너스측을 출력 단자 또는 접지로 연결한다.
제2인덕터는 제2권선의 마이너스 측에 직렬 연결된다.
제2와 제4스위치는 제2인덕터의 플러스측을 전원 단자 또는 접지로 연결한다.
제6과 제8스위치는 제2권선의 플러스측을 출력 단자 또는 접지로 연결한다.
전원 장치는 제1스위치, 제4스위치, 제6스위치 및 제7스위치를 턴 온하여 제1모드 제어한다.
전원 장치는 제3스위치, 제4스위치, 제5스위치 및 제6스위치를 턴 온하여 제2모드 제어한다.
전원 장치는 제2스위치, 제3스위치, 제5스위치 및 제8스위치를 턴 온하여 제3모드 제어한다.
전원 장치는 제3스위치, 제4스위치, 제5스위치 및 제6스위치를 턴 온하여 제4모드 제어한다.
전원 장치는 제1모드, 제2모드, 제3모드 및 제4모드 순으로 반복 제어한다.
전원 장치는 제1,2,3,4모드 별로 센서에 의해 감지된 전원 실측치에 대응한 센서의 출력 부하 예측치를 계산한다. 전원 장치는 전원 실측치에 대응하는 출력 부하 예측치를 계산하는 것이다.
전원 장치는 출력 부하 예측치와 센서에 의해 측정된 출력 부하 실측치 사이의 차이가 큰 경우 에러를 발생시켜 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 오류를 판단하고, 오류에 대처한다. 전원 장치는 출력 부하 예측치와 출력 부하 실측치 사이에 차이가 큰 경우 2상 비반전 벅-부스트 컨버터에 이상이 발생함을 감지하고, 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 동작을 정지시킬 수 있다.
전원 장치는 출력 4kW, 25khz의 적용에 적합한 운전자 콘솔, 배터리 관리와 제어, 에어 컨디셔닝, 인포테인먼트 중 어느 하나에 사용된다. 전원 장치는 시스템이 가지는 전원에 비해 전압 또는 전류가 큰 전원을 필요로 하는 분야에 사용될 수 있다.
도 5는 전원 장치가 2상 비반전 벅-부스트 컨버터를 교체하는 구성을 보인 예시도이다.
전원 장치는 이중화된 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)와 여분의 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)를 포함하고, 이송 장치(40)가 여분의 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)를 이송하여 이중화된 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10) 중 고장난 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)를 교체한다.
전원 장치의 제어부(30)는 고장 발생을 판단하면 이송 장치(40)를 제어하여 여분의 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)를 고장난 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10) 위에 위치시킨 후 하강시켜 고장난 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)를 밀어서 밖으로 배출시키고 여분의 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)를 고장난 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)가 있던 전원 장치의 회로 모듈에 위치시킨다.
이송 장치(40)는 여분의 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)를 이중화된 각각의 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)에 위치시키는 x축 이송부와 이중화된 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)의 위치로 이동해서 고장난 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)를 교체하는 y축 이송부를 포함한다.
이상 정리하면, 전원 장치는 결합 인덕터를 사용하는 2상 비반전 벅-부스트 컨버터를 이용하여 입력 전원을 벅-부스트 변환하여 출력 부하를 구동할 수 있다.
전원 장치는 제1권선과 제2권선이 감겨 전자기 유도되는 사각틀에 에어갭을 두고 결합되는 ㄷ자형 틀을 가지는 결합 인덕터를 사용한다.
2상 비반전 벅-부스트 컨버터는 결합 인덕터에 직렬 연결되는 제1인덕터와 제2인덕터를 포함하고, 결합 인덕터의 제1권선과 제2권선의 전기 선로의 도통을 제어하는 스위치를 가진다.
전원 장치는 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 스위치를 모드 제어하여 입력 전원을 벅-부스트 변환하여 출력 부하를 구동할 수 있다.
전원 장치는 출력 부하 예측치와 출력 부하 실측치 사이에 차이가 큰 경우 에러를 발생시켜 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 오류를 판단하고 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 동작을 정지시킬 수 있다.
시스템이 가지는 전원에 비해 전압 또는 전류가 큰 전원을 필요로 하는 분야에 전원 장치가 사용될 수 있다.
전원 장치는 이중화된 2상 비반전 벅-부스트 컨버터와 여분의 2상 비반전 벅-부스트 컨버터를 통해 고장에 대비해서 중단 없는 출력 부하 구동을 달성할 수 있다.
도 6은 결합 인덕터를 사용할 때와 비결합 인덕터를 사용할 때의 인덕터 전류의 리플을 비교한 예시도이다.
같은 시비율(
Figure pat00010
)를 가질 때 결합 계수(
Figure pat00011
) 가 클수록 인덕터 전류 리플이 줄어드는 것을 알 수 있다. 출력 전류는
Figure pat00012
,
Figure pat00013
를 통해 흐르는 전류의 합과 같고 출력 전류 리플은 인덕터 전류의 최대값을 가진다.
제어부는 센서에 의해 감지된 전원과 출력 부하의 전압 값과 전류 값을 참조하여 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 고장을 판단할 수 있다. 제어부가 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 고장을 판단하면 에러를 발생시키고, 사용자에게 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 교환을 요청한다. 제어부는 2상 비반전 벅-부스트 컨버터를 제조하는 제조사에 A/S를 요청하고, 부품 넘버를 확인해서 부품 판매처에 해당 부품을 주문할 수 있다. 제어부는 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 고장에 따른 일련의 수리 작업을 수행할 수 있다.
서버는 전원 장치에서 발생하는 2상 비반전 벅-부스트 컨버터의 고장 데이터를 수집하고, 고장 발생률이 높은 2상 비반전 벅-부스트 컨버터에 대한 부품 정보를 분석해서 고장 발생율이 낮은 2상 비반전 벅-부스트 컨버터로 대체하도록 관리할 수 있다. 서버에 의해 분석된 2상 비반전 벅-부스트 컨버터에 대한 데이터는 전원 장치의 제작에 반영된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 2상 비반전 벅-부스트 컨버터 11: 결합 인덕터
12: 사각틀 13: ㄷ자형 틀
20: 센서 30: 제어부

Claims (6)

  1. 2상 전원 경로 사이에 전자기 결합하는 결합 인덕터(11)를 사용한 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10);
    상기 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)에 입력되는 전원과 출력 부하의 전압과 전류를 감지하는 센서(20); 및
    상기 센서(20)에 의해 감지된 전원과 출력 부하의 전압 값과 전류 값에 따라 상기 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)의 스위치를 전원과 출력 부하의 플러스 구간과 마이너스 구간을 고려하여 모드 제어하는 제어부(30)를 포함하는 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결합 인덕터(11)는 제1권선과 제2권선이 감겨 전자기 유도되는 사각틀(12); 및
    상기 제1권선과 상기 제2권선의 바깥쪽 양면에 에어갭을 두고 상기 사각틀(12)에 결합되는 ㄷ자형 틀(13)을 포함하는 전원 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)는 상기 제1권선과 상기 제2권선 사이에 전자기 유도되는 결합 인덕터(11);
    상기 제1권선(L1)의 플러스측에 직렬 연결되는 제1인덕터(Lik1);
    상기 제1인덕터(Lik1)의 플러스측을 전원 단자 또는 접지로 연결하는 제1(S1)과 제3스위치(S3);
    상기 제1권선(L1)의 마이너스측을 출력 단자 또는 접지로 연결하는 제5(S5)와 제7스위치(S7);
    상기 제2권선(L2)의 마이너스 측에 직렬 연결되는 제2인덕터(Lik2);
    상기 제2인덕터(Lik2)의 플러스측을 전원 단자 또는 접지로 연결하는 제2(S2)와 제4스위치(S4); 및
    상기 제2권선(L2)의 플러스측을 출력 단자 또는 접지로 연결하는 제6(S6)과 제8스위치(S8)를 포함하는 전원 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부(30)는 상기 제1스위치(S1), 상기 제4스위치(S4), 상기 제6스위치(S6) 및 상기 제7스위치(S7)를 턴 온하여 제1모드 제어하고,
    상기 제3스위치(S3), 상기 제4스위치(S4), 상기 제5스위치(S5) 및 상기 제6스위치(S6)를 턴 온하여 제2모드 제어하고,
    상기 제2스위치(S2), 상기 제3스위치(S3), 상기 제5스위치(S5) 및 상기 제8스위치(S8)를 턴 온하여 제3모드 제어하고,
    상기 제3스위치(S3), 상기 제4스위치(S4), 상기 제5스위치(S5) 및 상기 제6스위치(S6)를 턴 온하여 제4모드 제어하고,
    상기 제1모드, 상기 제2모드, 상기 제3모드 및 상기 제4모드 순으로 반복 제어하는 전원 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1,2,3,4모드 별로 상기 센서(20)에 의해 감지된 전원 실측치에 대응한 상기 센서(20)의 출력 부하 예측치를 계산하고, 출력 부하 예측치와 상기 센서(20)에 의해 측정된 출력 부하 실측치 사이의 차이가 미리 설정한 기준값보다 큰 경우 에러를 발생시켜 상기 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)의 오류를 판단하고, 오류에 대처하는 전원 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 2상 비반전 벅-부스트 컨버터(10)는 출력 4kW와 스위칭 주파수 25khz를 요구하는 전기자동차용 운전자 콘솔, 배터리 관리와 제어, 에어 컨디셔닝, 인포테인먼트 중 어느 하나에 사용되는 전원 장치.
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