KR20200067311A - 저전압 컨버터 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

저전압 컨버터 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 저전압 컨버터 제어 시스템은 전력 반도체 소자를 포함하며 차량의 고전압 배터리로부터 공급된 전력을 저전압으로 변환하는 저전압 컨버터부; 상기 전력 반도체 소자의 스위칭 주파수를 변경하는 스위칭 주파수 변경부; 상기 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압 값 및 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력전압 값에 따라, 상기 입력전압에 따른 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 임시 PWM 신호의 듀티 값 및 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압에 따른 인자 값을 도출하며, 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호를 생성하여 최대 듀티 지령 전압을 PWM IC에 인가하는 마이컴; 및 상기 마이컴으로부터 인가된 최대 듀티 지령 전압에 기반하여 상기 전력 반도체 소자가 최대 듀티 이내로 구동되도록 PWM 전압을 상기 전력 반도체 소자에 인가하는 PWM IC를 포함할 수 있다.

Description

저전압 컨버터 제어 시스템 및 방법{CONTROL SYSTEM AND METHOD OF LOW VOLTAGE DC-DC CONVERTER}
본 발명은 저전압 컨버터 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외란 등에 의한 제어 이상 발생 시 저전압 컨버터 내의 클램프 커패시터 및 전력 반도체가 소손되지 않도록 하는 저전압 컨버터 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
친환경 차량의 보조 배터리 및 전장 부하에 전원을 공급하는 저전압 컨버터(LDC: Low Voltage DC-DC Converter)는 차량 내부의 엔진 룸에 탑재되기 때문에 높은 전력 밀도가 요구되고 있고, 저전압 컨버터의 효율이 차량의 연비에 직접적으로 영향을 주기 때문에 높은 효율이 요구되고 있어 그에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
종래에 저전압 컨버터의 높은 전력밀도와 효율을 만족하기 위한 다양한 토폴로지들이 연구되었는데, 최근 들어 도 1과 같은 ACF(Active Clamp Forward) 컨버터가 적은 소자수와 ZVS(Zero Volt Switching) 특성 및 낮은 도통 손실로 각광받고 있다. 하지만, 종래의 ACF 컨버터는 Active Clamp의 구조로 인해 입력전압과 클램프 커패시터(Cc)의 전압이 스위칭 소자에 인가되어 높은 전압 스트레스를 갖게 된다. 더욱이 외란 등으로 인한 제어 이상으로 스위칭 소자(S1, S2)의 스위칭 듀티가 증가할 시, 클램프 커패시터의 전압이 증가하게 되고, 클램프 커패시터와 스위칭 소자에 인가된 전압이 내압을 초과하여 저전압 컨버터의 소손을 발생시킨다는 문제점이 있다.
한편, 종래의 경우 ACF 컨버터의 클램프 커패시터 및 스위칭 소자를 보호하기 위해 스위칭 소자의 최대 스위칭 듀티를 제한하는 방법이 사용되었다. 하지만, 종래의 방식에 따르면 입력 전압 등의 변동에도 최대 듀티 제한 값이 고정되기 때문에 높은 입력 전압에서 외란 등에 의해 제어 오동작이 발생할 시 스위칭 소자가 최대 듀티로 동작할 수 있고, 그에 따라 클램프 커패시터 및 스위칭 소자의 내압을 초과하여 해당 소자들이 소손될 수 있다는 문제점이 있었다. 이에 따라, 외란 등에 의한 제어 이상 발생 시에도 저전압 컨버터 내의 클램프 커패시터 및 스위칭 소자가 소손되지 않도록 하는 기술 개발이 필요한 실정이다.
KR 10-2018-0066697
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압 및 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압에 기반하여 저전압 컨버터의 전력 반도체 소자 스위칭의 최대 듀티를 제한함으로써, 외란 등에 의한 제어 이상 발생 시에도 저전압 컨버터 내의 클램프 커패시터 및 전력 반도체가 소손되지 않도록 하는 저전압 컨버터 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 저전압 컨버터 제어 시스템은 전력 반도체 소자를 포함하며 차량의 고전압 배터리로부터 공급된 전력을 저전압으로 변환하는 저전압 컨버터부; 상기 전력 반도체 소자의 스위칭 주파수를 변경하는 스위칭 주파수 변경부; 상기 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압 값 및 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력전압 값에 기반하여 최종 PWM 신호를 생성하여 최대 듀티 지령 전압을 PWM IC에 인가하는 마이컴; 및 상기 마이컴으로부터 인가된 최대 듀티 지령 전압에 기반하여 상기 전력 반도체 소자가 최대 듀티 이내로 구동되도록 PWM 전압을 상기 전력 반도체 소자에 인가하는 PWM IC를 포함할 수 있다.
상기 마이컴은,
상기 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압에 따른 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 임시 PWM 신호의 듀티를 생성하는 임시 PWM 신호 생성부; 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력전압 값에 따라 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압에 따른 조정 인자 값을 생성하는 PWM 조정인자 생성부; 상기 임시 PWM 신호 발생부에서 발생한 임시 PWM 신호의 듀티와 상기 PWM 조정인자 생성부에서 생성된 조정 인자 값을 곱하는 멀티플라이어; 및 상기 멀리플라이어를 통해 곱연산된 결과에 기반하여 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호 생성부;를 포함할 수 있다.
상기 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압별로 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 PWM 신호의 듀티 정보 및 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력전압에 따른 상기 전력 반도체 소자의 최대 듀티 변동분을 제거하기 위한 인자(factor) 값 정보가 저장된 저장부;를 더 포함할 수 있다.
상기 마이컴은 상기 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압 값, 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압 값 및 상기 저장부에 저장된 정보에 기반하여, 상기 입력전압에 따른 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 임시 PWM 신호의 듀티 값 및 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압에 따른 인자 값을 도출하며, 상기 도출된 임시 PWM 신호의 듀티 및 인자 값에 기반하여 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호를 생성하여 최대 듀티 지령 전압을 PWM IC에 인가할 수 있다.
최대 듀티 지령 전압은 상기 전력 반도체 소자가 온(on)이 되는 최대 듀티를 제한하기 위한 전압 값일 수 있다.
상기 마이컴과 상기 PWM IC 사이에 상기 마이컴으로부터 출력된 전압을 평활화하는 필터부;를 더 포함할 수 있다.
상기 고전압 배터리로부터 입력되는 전압과 상기 스위칭 주파수 변경부로부터 출력되는 전압을 센싱하는 전압 센서;를 더 포함할 수 있다.
상기 마이컴은 상기 입력전압에 따른 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 임시 PWM 신호의 듀티 값과 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압에 따른 인자 값을 곱하여 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호를 생성할 수 있다.
상술한 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 저전압 컨버터 제어 방법은 고전압 배터리로부터 입력되는 전압과 스위칭 주파수 변경부로부터 출력되는 전압을 센싱하는 단계; 상기 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압 값 및 저장부에 저장된 정보에 기반하여, 상기 입력전압 값에 따른 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 임시 PWM 신호의 듀티 값을 도출하는 단계; 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압 값 및 상기 저장부에 저장된 정보에 기반하여, 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압에 따른 인자(factor) 값을 도출하는 단계; 상기 도출된 임시 PWM 신호의 듀티 및 인자 값에 기반하여 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호를 생성하고 최대 듀티 지령 전압을 PWM IC에 인가하는 단계; 및 상기 인가된 최대 듀티 지령 전압에 기반하여 전력 반도체 소자가 최대 듀티 이내로 구동되도록 하는 단계;를 포함할 수 있다.
고전압 배터리로부터 입력되는 전압과 스위칭 주파수 변경부로부터 입력되는 전압을 센싱하는 단계 이전에,
상기 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압별로 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 PWM 신호의 듀티 정보, 및 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력전압에 따른 상기 전력 반도체 소자의 최대 스위칭 듀티 변동분을 제거하기 위한 인자(factor) 값 정보를 저장하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 최종 PWM 신호를 생성하는 단계에서는,
상기 입력전압에 따른 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 임시 PWM 신호의 듀티 값과 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압에 따른 인자 값을 곱하여 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호를 생성할 수 있다.
본 발명에 따르면 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압 및 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압에 기반하여 저전압 컨버터의 전력 반도체 소자 스위칭의 최대 듀티를 제한함으로써, 외란 등에 의한 제어 이상 발생 시에도 저전압 컨버터 내의 클램프 커패시터 및 전력 반도체가 소손되지 않도록 할 수 있다.
아울러, 스위칭 주파수 변경부의 출력전압에 따른 전력 반도체 소자의 최대 듀티 변동분을 제거하고 저전압 컨버터의 동작 듀티를 증가시킴으로써, 보다 높은 출력을 확보할 수 있다.
더 나아가, 차종별 고전압 배터리의 전압범위가 변동될 시 저전압 컨버터 및 전력반도체 소자의 재설계가 필요하지 않아 다차종에 일원화된 저전압 컨버터로 대응 가능하며 그에 따라 제조 원가를 절감할 수 있다.
도 1은 종래의 ACF 컨버터의 회로도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 컨버터 제어 시스템의 구성을 개략적으로 블록도로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 컨버터 제어 시스템에서, 스위칭 주파수 변경부의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 컨버터 제어 시스템에서, 저장부에 저장된 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압별로 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 PWM 신호의 듀티 정보를 포함하는 테이블이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 컨버터 제어 시스템에서, 저장부에 저장된 스위칭 주파수 변경부의 출력전압에 따른 전력 반도체 소자의 최대 듀티 변동분을 제거하기 위한 인자(factor) 값 정보를 포함하는 테이블이다.
도 6은 종래의 저전압 컨버터 제어 시스템에서 전력변환 소자의 스위칭 주파수의 변동에 따른 PWM IC의 출력 최대 제한 듀티, 전력변환 소자의 최대 제한 듀티 및 전력변환 소자의 기준동작 듀티를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 컨버터 제어 시스템에서 전력변환 소자의 스위칭 주파수의 변동에 따른 PWM IC의 출력 최대 제한 듀티, 전력변환 소자의 최대 제한 듀티 및 전력변환 소자의 기준동작 듀티를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 컨버터 제어 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저전압 컨버터 제어 시스템 및 방법에 대해 살펴본다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 컨버터 제어 시스템의 구성을 개략적으로 블록도로 나타낸 도면이고, 도 3은 스위칭 주파수 변경부의 회로도이며, 도 4는 저장부에 저장된 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압별로 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 PWM 신호의 듀티 정보를 포함하는 테이블이고, 도 5는 저장부에 저장된 스위칭 주파수 변경부의 출력전압에 따른 전력 반도체 소자의 최대 듀티 변동분을 제거하기 위한 인자(factor) 값 정보를 포함하는 테이블이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 컨버터 제어 시스템은 저전압 컨버터부(100), 스위칭 주파수 변경부(300), 마이컴(500) 및 PWM IC(600)를 포함하여 구성될 수 있으며, 저장부(400)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 저전압 컨버터부(100)는 전력 반도체 소자(110)를 포함하며 차량의 고전압 배터리(200)로부터 공급된 전력을 저전압으로 변환하는 역할을 한다. 이때, 전력 반도체 소자(110)는 실시예에 따라 FET(Field Effect Transistor)일 수 있으며, 이외의 다른 전력 반도체 소자가 본 발명에서의 전력 반도체로 사용될 수 있다. 또한, 여기서, 고전압 배터리(200)는 고출력 대용량 배터리로 모터가 구동되기 위한 전력을 공급하며, 보조 배터리의 충전과 차량의 전장부하에 전력을 공급하는 에너지 공급원 역할을 한다. 아울러, 고전압 배터리(200)는 복수개의 배터리 셀을 포함하여 구성될 수 있으며, 각 배터리 셀의 총 출력전압의 합을 출력전압으로 가짐으로써 수백 볼트 이상의 고전압의 전력을 출력할 수 있다.
보다 구체적으로, 저전압 컨버터부(100)는 차량의 보조 배터리(미도시) 및 전장부하(미도시) 중 적어도 하나 이상에 전력을 제공하기 위해 고전압 배터리(200)로부터 공급된 전력을 저전압으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 차량에서 12V의 보조 배터리 및 전장부하를 사용하는 경우, 저전압 컨버터부(100)는 고전압 배터리(200)로부터 공급되는 고전압의 전력을 12V의 전압으로 감압하여 보조 배터리 및 전장부하에 제공할 수 있다.
스위칭 주파수 변경부(300)는 저전압 컨버터부(100) 내의 전력 반도체 소자(110)의 스위칭 노이즈를 저감시키기 위해 전력 반도체 소자(110)의 스위칭 주파수를 변경하는 역할을 한다. 구체적으로, 본 발명에서의 스위칭 주파수 변경부(300)는 도 3에 도시된 바와 같이 비교기 회로를 이용한 발진 회로(Relaxation Oscillator)로 구성될 수 있으며, 실시예에 따라 스위칭 주파수 변경부(300)는 분산 스펙트럼 주파수 변조 장치(SSFM: Spread Spectrum Frequency Modulation)일 수 있다. 분산 스펙트럼 주파수 변조 장치나 발진 회로는 기 공지된 기술이므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
저장부(400)는 고전압 배터리(200)로부터 입력되는 입력전압 별로 PWM IC(600)에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 PWM 신호의 듀티 정보 및 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력전압에 따른 전력 반도체 소자(110)의 최대 듀티 변동분을 제거하기 위한 인자(factor)값 정보가 저장될 수 있다.
구체적으로, 저장부(400)에는 도 4에 도시된 바와 같이 고전압 배터리(200)로부터 입력되는 입력전압 별로 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 PWM 신호의 듀티 정보가 저장될 수 있다. 여기서 저장부(300)에 저장된 고전압 배터리(200)로부터 입력되는 입력전압 별로 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 PWM 신호의 듀티 정보가 포함된 테이블은, 제어 듀티 마진을 고려할 시 저전압 컨버터부(100) 내의 클램프 커패시터(미도시) 및 전력 반도체 소자(110)의 내압 사양을 초과하지 않는 조건하에서 최대 출력 또는 정격 출력이 가능한 전력 반도체 소자(110)의 최대 동작 듀티를 선정하고, PWM IC(600)와 전력 반도체 소자(110) 간의 듀티로스를 포함하여 입력전압 별 PWM IC(600)의 최종 최대 출력 듀티를 도출하며, 고전압 배터리(200)로부터의 입력전압 별 PWM IC(600)에 인가되는 최대 듀티 지령 전압 값을 도출한 것에 기반하여 생성될 수 있다.
아울러, 본 발명에서의 최대 듀티 지령 전압은 전력 반도체 소자(110)가 온(on)이 되는 최대 듀티를 제한하기 위한 전압 값일 수 있다.
더 나아가, 저장부(500)에는 도 5에 도시된 바와 같이 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력전압에 따른 전력 반도체 소자(110)의 최대 듀티 변동분을 제거하기 위한 인자(factor)값 정보가 저장될 수 있다. 구체적으로, 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력전압에 따라 전력 반도체 소자(110)의 스위칭 주파수는 변경될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력전압이 큰 경우, 전력 반도체 소자(110)의 스위칭 주파수는 낮아질 수 있으며, 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력전압이 작은 경우, 전력 반도체 소자(110)의 스위칭 주파수는 높아질 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력전압이 변경되면 전력 반도체 소자(110)의 스위칭 주파수가 변경될 수 있고, 전력 반도체 소자(110)의 스위칭 주파수가 변경됨에 따라 전력 반도체 소자(110)가 온(on)이 되는 최대 듀티 값이 변경될 수 있다. 다시 말해, 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력전압이 변경됨에 따라 전력 반도체 소자(110)가 온(on)이 되는 최대 듀티 값이 변경될 수 있으며, 그 결과 저전압 컨버터부(100) 내의 전력 반도체 소자(110) 및 클램프 커패시터(미도시)에 인가되는 전압에 영향을 미칠 수 있고, 심한 경우에는 전력 반도체 소자 및 클램프 커패시터 등이 소손될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력전압 값에 따른 전력 반도체 소자(110)의 최대 듀티 변동분을 제거하기 위한 인자(factor) 값을 저장부(400)에 저장하고, 저장된 인자 값은 추후 설명한 마이컴(500)에서 최종 PWM 신호를 생성할 시 사용될 수 있다.
마이컴(500)은 고전압 배터리(200)로부터 입력되는 입력전압 값 및 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력전압 값에 기반하여 최종 PWM 신호를 생성하여 최대 듀티 지령 전압을 PWM IC에 인가할 수 있다.
구체적으로 마이컴(500)은, 고전압 배터리(200)로부터 입력되는 입력전압에 따른 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 임시 PWM 신호의 듀티를 생성하는 임시 PWM 신호 생성부(510), 스위칭 주파수 변경부(520)의 출력전압 값에 따라 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력 전압에 따른 조정 인자 값을 생성하는 PWM 조정인자 생성부(520), 임시 PWM 신호 발생부(510)에서 발생한 임시 PWM 신호의 듀티와 PWM 조정인자 생성부(520)에서 생성된 조정 인자 값을 곱하는 멀티플라이어(530) 및 멀리플라이어(530)를 통해 곱연산된 결과에 기반하여 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호 생성부(540)를 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 구성을 포함한 마이컴(500)은 고전압 배터리(200)로부터 입력되는 입력전압 값 및 저장부(400)에 저장된 정보에 기반하여 입력전압에 따른 PWM IC(600)에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 임시 PWM 신호의 듀티 값을 생성할 수 있다. 도 4를 참조하면, 예를 들어, 고전압 배터리(200)로부터 입력되는 입력전압이 180V인 경우 마이컴(500)에서는 PWM IC(600)에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 듀티가 38.1%인 PWM 신호를 생성할 수 있다. 다른 실시예에 따라 고전압 배터리(200)로부터 입력되는 입력전압이 310V인 경우 마이컴(500)에서는 PWM IC(600)에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 듀티가 56.2%인 PWM 신호를 생성할 수 있다.
아울러, 마이컴(500)은 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력전압 값 및 저장부(400)에 기 저장된 정보에 기반하여 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력 전압에 따른 조정 인자 값을 도출할 수 있다. 도 5를 참조하면, 예를 들어, 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력전압 값이 1.5V인 경우 마이컴(500)에서는 인자 값 1.06을 도출할 수 있으며, 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력전압 값이 3.5 V인 경우 마이컴(500)에서는 인자 값 0.94를 도출할 수 있다.
더 나아가, 마이컴(500)에서는 상술한 방식에 의해 도출된 임시 PWM 신호의 듀티 및 조정 인자 값에 기반하여 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호를 생성하여 최대 듀티 지령 전압을 PWM IC(600)에 인가할 수 있다. 여기서, 마이컴(600)은 입력전압에 따른 PWM IC(600)에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 임시 PWM 신호의 듀티 값과 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력 전압에 따른 조정 인자 값을 곱하여 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호를 생성할 수 있다.
PWM IC(600)는 마이컴(500)으로부터 인가된 최대 듀티 지령 전압에 기반하여 저전압 컨버터(100)의 전력 반도체 소자(110)가 최대 듀티 이내로 구동되도록 PWM 전압을 전력 반도체 소자(110)에 인가할 수 있다. 본 발명에서는, 고전압 배터리(200)로부터 입력되는 입력전압 및 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력전압에 기반하여 전력 반도체 소자(110)가 온(on)이 되는 최대 듀티를 제한하는 최대 듀티 지령 전압을 마이컴(500)에서 생성하여 PWM IC(600)에 인가해주고, PWM IC(600)는 인가된 최대 듀티 지령 전압에 기반하여 전력 반도체 소자(110)가 최대 듀티 이내로 구동되도록 함으로써, 고전압 배터리로부터의 높은 입력 전압에서 외란 등에 의해 제어 오동작이 발생할 시에도 전력 반도체 소자가 최대 듀티 이내에서 동작할 수 있고, 그 결과 저전압 컨버터 내의 클램프 커패시터 및 전력 반도체 소자가 내압을 초과하여 소손되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 컨버터 제어 시스템은, 마이컴(500)과 PWM IC(600) 사이에 마이컴(500)으로부터 출력되는 최대 듀티 지령 전압을 평활화하는 필터부(700)를 더 포함할 수 있다. 이때, 마이컴(500)으로부터 출력되는 최대 듀티 지령 전압은 실시예에 따라 최대 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호를 갖는 5V PWM 전압일 수 있다. 아울러, 마이컴(500)으로부터 출력되는 최종 PWM 신호를 갖는 5V PWM 전압은 필터부(700)를 통과하여 평활화되어 직류 전압으로 PWM IC(600)에 인가될 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 컨버터 제어 시스템은 고전압 배터리(200)로부터 입력되는 전압과 스위칭 주파수 변경부(300)로부터 출력되는 전압을 센싱하는 전압 센서(800)르 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 도 6은 종래의 저전압 컨버터 제어 시스템에서 전력변환 소자의 스위칭 주파수의 변동에 따른 PWM IC의 출력 최대 제한 듀티, 전력변환 소자의 최대 제한 듀티 및 전력변환 소자의 기준동작 듀티를 나타내는 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 컨버터 제어 시스템에서 전력변환 소자의 스위칭 주파수의 변동에 따른 PWM IC의 출력 최대 제한 듀티, 전력변환 소자의 최대 제한 듀티 및 전력변환 소자의 기준동작 듀티를 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 저전압 컨버터 제어 시스템에 따르면 고전압 배터리(200)로부터 입력되는 입력전압에 따라 전력 변환 소자(110)의 최대 듀티를 제한함으로써, 고전압 배터리로부터의 높은 입력전압이 입력될 시 외란 등에 의해 제어 오동작이 발생한 경우에도 전력 반도체 소자가 최대 듀티 이내에서 동작하여 저전압 컨버터 내의 클램프 커패시터 및 전력 반도체 소자가 내압을 초과하여 소손되는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 스위칭 주파수 변경부(300)의 출력전압에 따른 전력 반도체 소자(110)가 온(on)이 되는 최대 듀티 변동분을 제거하고 저전압 컨버터의 동작 가능 최대 듀티를 증가시킴으로써 종래 대비 높은 출력을 확보할 수 있고, 그에 따라 고전압 배터리의 전압이 낮은 상황에서 저전압 컨버터의 출력 확보가 가능하다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 컨버터 제어 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 컨버터 제어 방법은, 고전압 배터리로부터 입력되는 전압과 스위칭 주파수 변경부로부터 출력되는 전압을 센싱하는 단계; 상기 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압 값 및 저장부에 저장된 정보에 기반하여, 상기 입력전압 값에 따른 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 임시 PWM 신호의 듀티 값을 도출하는 단계; 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압 값 및 상기 저장부에 저장된 정보에 기반하여, 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압에 따른 인자(factor) 값을 도출하는 단계; 상기 도출된 임시 PWM 신호의 듀티 및 인자 값에 기반하여 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호를 생성하고 최대 듀티 지령 전압을 PWM IC에 인가하는 단계; 및 상기 인가된 최대 듀티 지령 전압에 기반하여 전력 반도체 소자가 최대 듀티 이내로 구동되도록 하는 단계;를 포함할 수 있다.
아울러, 고전압 배터리로부터 입력되는 전압과 스위칭 주파수 변경부로부터 입력되는 전압을 센싱하는 단계 이전에, 상기 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압별로 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 PWM 신호의 듀티 정보, 및 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력전압에 따른 상기 전력 반도체 소자의 최대 스위칭 듀티 변동분을 제거하기 위한 인자(factor) 값 정보를 저장하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 최종 PWM 신호를 생성하는 단계에서는, 상기 입력전압에 따른 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 임시 PWM 신호의 듀티 값과 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압에 따른 인자 값을 곱하여 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호를 생성할 수 있다.
본 발명에 따른 저전압 컨버터 제어방법의 세부 단계에서의 기술적 특징은 앞서 설명한 본 발명에 따른 저전압 컨버터 제어 시스템에서의 세부 구성의 기술적 특징과 그 내용이 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
100: 저전압 컨버터부 110: 전력 반도체
200: 고전압 배터리 300: 스위칭 주파수 변경부
400: 저장부 500: 마이컴
600: PWM IC 700: 필터부
800: 전압 센서 Vin: 고전압으로부터의 입력전압
Dtemp: 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압별로 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 PWM 신호의 듀티 정보
Vssfm: 스위칭 주파수 변경부의 출력전압

Claims (11)

  1. 전력 반도체 소자를 포함하며 차량의 고전압 배터리로부터 공급된 전력을 저전압으로 변환하는 저전압 컨버터부;
    상기 전력 반도체 소자의 스위칭 주파수를 변경하는 스위칭 주파수 변경부;
    상기 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압 값 및 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력전압 값에 기반하여 최종 PWM 신호를 생성하여 최대 듀티 지령 전압을 PWM IC에 인가하는 마이컴; 및
    상기 마이컴으로부터 인가된 최대 듀티 지령 전압에 기반하여 상기 전력 반도체 소자가 최대 듀티 이내로 구동되도록 PWM 전압을 상기 전력 반도체 소자에 인가하는 PWM IC를 포함하는 저전압 컨버터 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 마이컴은,
    상기 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압에 따른 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 임시 PWM 신호의 듀티를 생성하는 임시 PWM 신호 생성부;
    상기 스위칭 주파수 변경부의 출력전압 값에 따라 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압에 따른 조정 인자 값을 생성하는 PWM 조정인자 생성부;
    상기 임시 PWM 신호 발생부에서 발생한 임시 PWM 신호의 듀티와 상기 PWM 조정인자 생성부에서 생성된 조정 인자 값을 곱하는 멀티플라이어; 및
    상기 멀리플라이어를 통해 곱연산된 결과에 기반하여 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 컨버터 제어 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압별로 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 PWM 신호의 듀티 정보 및 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력전압에 따른 상기 전력 반도체 소자의 최대 듀티 변동분을 제거하기 위한 인자(factor) 값 정보가 저장된 저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 컨버터 제어 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 마이컴은 상기 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압 값, 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압 값 및 상기 저장부에 저장된 정보에 기반하여, 상기 입력전압에 따른 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 임시 PWM 신호의 듀티 값 및 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압에 따른 인자 값을 도출하며, 상기 도출된 임시 PWM 신호의 듀티 및 인자 값에 기반하여 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호를 생성하여 최대 듀티 지령 전압을 PWM IC에 인가하는 것을 특징으로 하는 저전압 컨버터 제어 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    최대 듀티 지령 전압은 상기 전력 반도체 소자가 온(on)이 되는 최대 듀티를 제한하기 위한 전압 값인 것을 특징으로 하는 저전압 컨버터 제어 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이컴과 상기 PWM IC 사이에 상기 마이컴으로부터 출력된 전압을 평활화하는 필터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 컨버터 제어 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 고전압 배터리로부터 입력되는 전압과 상기 스위칭 주파수 변경부로부터 출력되는 전압을 센싱하는 전압 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 컨버터 제어 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이컴은 상기 입력전압에 따른 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 임시 PWM 신호의 듀티 값과 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압에 따른 인자 값을 곱하여 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 저전압 컨버터 제어 시스템.
  9. 청구항 1의 저전압 컨버터 제어 시스템을 이용한 저전압 컨버터 제어 방법에 있어서,
    고전압 배터리로부터 입력되는 전압과 스위칭 주파수 변경부로부터 출력되는 전압을 센싱하는 단계;
    상기 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압 값 및 저장부에 저장된 정보에 기반하여, 상기 입력전압 값에 따른 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 임시 PWM 신호의 듀티 값을 도출하는 단계;
    상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압 값 및 상기 저장부에 저장된 정보에 기반하여, 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압에 따른 인자(factor) 값을 도출하는 단계;
    상기 도출된 임시 PWM 신호의 듀티 및 인자 값에 기반하여 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호를 생성하고 최대 듀티 지령 전압을 PWM IC에 인가하는 단계; 및
    상기 인가된 최대 듀티 지령 전압에 기반하여 전력 반도체 소자가 최대 듀티 이내로 구동되도록 하는 단계;를 포함하는 저전압 컨버터 제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    고전압 배터리로부터 입력되는 전압과 스위칭 주파수 변경부로부터 입력되는 전압을 센싱하는 단계 이전에,
    상기 고전압 배터리로부터 입력되는 입력전압별로 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 PWM 신호의 듀티 정보, 및 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력전압에 따른 상기 전력 반도체 소자의 최대 스위칭 듀티 변동분을 제거하기 위한 인자(factor) 값 정보를 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저전압 컨버터 제어 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 최종 PWM 신호를 생성하는 단계에서는,
    상기 입력전압에 따른 PWM IC에 입력되는 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 임시 PWM 신호의 듀티 값과 상기 스위칭 주파수 변경부의 출력 전압에 따른 인자 값을 곱하여 최대 듀티 지령 전압이 생성되도록 하는 최종 PWM 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 저전압 컨버터 제어 방법.
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