WO2020027502A1 - 직류-직류 컨버터 및 이를 포함하는 광원 구동 장치 - Google Patents

직류-직류 컨버터 및 이를 포함하는 광원 구동 장치 Download PDF

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WO2020027502A1
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한재현
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엘지이노텍 주식회사
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Definitions

  • Embodiments relate to a DC-DC converter and a light source driving apparatus including the same.
  • Light emitting diodes are widely used as light sources.
  • light emitting diodes are emerging as promising markets in the vehicle and lighting industry.
  • Light emitting diodes are semi-permanently available and have high brightness and high power, and thus, have recently been actively developed as light sources for vehicles.
  • the light emitting diode In order to use a light emitting diode as a light source for a vehicle, the light emitting diode should emit light with a constant luminance. In this case, in order for the light emitting diode to emit light with a constant brightness, a constant current circuit designed in the form of an integrated circuit (IC) is provided.
  • IC integrated circuit
  • the electric field of the vehicle has been intensified, and the emission regulation of each country has become strict, and the 48V electric system has attracted attention. This is because it can meet the increasing power demand in the vehicle and contribute to the improvement of fuel efficiency.
  • the 48V means a voltage inside the car. In other words, most electronic devices use voltages that are four times higher compared to 12V.
  • the current is inversely proportional to the magnitude of the voltage even with the same power. Accordingly, as the voltage inside the vehicle is increased from 12V to 48V, the magnitude of the current decreases to 1/4 under the condition of generating the same power. do. In addition, as the current decreases, the thickness of the wire becomes thinner, which can reduce the weight of the vehicle electronics and reduce the power loss while reducing the current, thereby increasing the efficiency of the electronic device.
  • a light emitting diode used for a vehicle or lighting is composed of a multi-channel structure in which a plurality of arrays are connected in parallel with each other, and therefore, an additional IC type device must be provided for individual control of the multi-channel LED.
  • the method of driving the LED using the bidirectional power of 12V or 48V is extremely limited, and thus, the LED is efficiently driven in a battery hybrid method in which a 48V battery system is coupled to a 12V system. There is a need for a way to do this.
  • a DC-DC converter capable of stably driving light emitting diodes requiring different voltages and a light source driving apparatus including the same are provided.
  • an embodiment according to the present invention to provide a DC-DC converter and a light source driving device including the same that can stably drive a load having a high input voltage and a low forward voltage using a floating ground.
  • a DC-DC converter includes: a first converter unit generating a first output voltage by adjusting a level of an input voltage according to a pulse control signal applied to a first switch element; A first light emitting part disposed at an output end of the first converter part; A second converter unit connected to an output terminal of the first converter unit and generating a second output voltage by adjusting a level of the input voltage or the first output voltage according to a pulse control signal applied to a second switch element; A second light emitting part disposed at an output end of the second converter part; And generating a pulse control signal to be applied to the first switch element and the second switch element, respectively, in accordance with a driving mode of the first and second light emitting units, and generating the pulse control signal according to the generated pulse control signal. And a control unit for controlling a switching operation, wherein the first output voltage is greater than the input voltage, and the second output voltage is smaller than the first output voltage and the input voltage.
  • the apparatus may further include a third switching element disposed between an input terminal of the first converter unit to which the input voltage is applied and an output terminal of the second light emitting unit.
  • the first converter may include a first inductor to which the input voltage is applied through one terminal, a first terminal to another terminal of the first inductor, and a second terminal to an output terminal of the first light emitting unit.
  • the first switch device having a third terminal connected to the control unit, the first diode having an anode terminal connected to the other terminal of the inductor and the first terminal of the first switch device, and the cathode of the first diode It comprises a first capacitor connected to one terminal to the terminal.
  • the second converter may include the second switch device having a first terminal connected to a cathode terminal of the first diode and a terminal of the first capacitor, and a third terminal connected to the control unit, and the second switch unit.
  • a second diode having a cathode terminal connected to a second terminal of the switch element, and an anode terminal connected to the other terminal of the first capacitor; and a cathode terminal of the second diode and a second terminal of the second switch element.
  • a second inductor having a terminal connected thereto, and a second capacitor having one terminal connected to the other terminal of the second inductor and the other terminal connected to the anode terminal of the second diode.
  • the driving mode may include a first driving mode in which both the first and second light emitting parts are turned on, a second driving mode in which the first light emitting part is turned on, and the second light emitting part is turned off, and the first driving mode is turned on. And a third driving mode in which the light emitting part is turned off and the second light emitting part is turned on.
  • the third switch element may be operated in a turn-on state and a turn-off state according to a section in the first driving mode, and the turn-off state is maintained in the second and third driving modes.
  • the light source driving apparatus includes a battery unit including a first battery for supplying a first input voltage and a second battery for supplying a second input voltage less than the first input voltage;
  • the input unit receives one of the first and second input voltages from the battery unit, and outputs a first output voltage to be supplied to the first light emitting unit based on the applied input voltage according to a driving mode.
  • a DC-DC converter for outputting a second output voltage to be supplied to the second light emitting unit based on one of a first output voltage and the applied input voltage;
  • a switch disposed between the battery unit and the DC-DC converter, the switch connecting between one of the first and second batteries and the DC-DC converter, wherein the DC-DC converter includes the battery.
  • a boost converter disposed between the unit and the first light emitting unit, the boost converter configured to boost the applied input voltage to output the first output voltage according to a switching operation of a first switch element, an output terminal of the boost converter, and the second converter; And a buck converter disposed between the light emitting units and stepping down the applied input voltage or the first output voltage output through the boost converter according to a switching operation of the second switch element to output a second output voltage.
  • the first output voltage is greater than the first and second input voltages, and the second output voltage is smaller than the first output voltage, the first input voltage, and the second input voltage.
  • the boost converter may be disposed between an input terminal of the boost converter to which the first or second input voltage is applied and an output terminal of the second light emitting unit, and selectively turn on according to the driving mode to move the output terminal of the second light emitting unit to the boost converter. It further comprises a third switching element connected to the input terminal of the.
  • the boost converter may include a first inductor having one terminal connected to the switch and receiving the first or second input voltage, a first terminal connected to the other terminal of the first inductor, and the first light emission.
  • a second diode connected to a negative output terminal, a first diode connected to a third terminal connected to the controller, and a first diode connected to an anode terminal of another terminal of the inductor and a first terminal of the first switch device
  • a first capacitor having one terminal connected to the cathode terminal of the first diode, wherein the buck converter has a first terminal connected to the cathode terminal of the first diode and one terminal of the first capacitor, A cathode terminal is connected to the second switch element having a third terminal connected to the controller, a second terminal of the second switch element, and an anode to the other terminal of the first capacitor;
  • a second diode connected to the self, a second inductor having one terminal connected to the cathode terminal of the second diode and the
  • the driving mode may include a first driving mode in which both the first and second light emitting parts are turned on, a second driving mode in which the first light emitting part is turned on, and the second light emitting part is turned off, and the first driving mode is turned on. And a third driving mode in which the light emitting part is turned off and the second light emitting part is turned on.
  • the third switch element is operated in a turn on state and a turn off state according to a section in the first driving mode. The turn off state is maintained in the second and third drive modes.
  • the switch connects the first battery and the DC-DC converter in the first and second drive modes, and connects the second battery and the DC-DC converter in the third drive mode.
  • an integrated DC-DC converter capable of driving a plurality of loads under load conditions requiring different voltages. That is, the DC-DC converter includes a first converter unit connected to a power input unit, a first load disposed at an output end of the first converter unit, a second converter unit disposed at an output end of the first converter unit, and the second converter unit. And a second load disposed at the output of the converter section.
  • a plurality of converters are integrated into one, thereby stably driving a plurality of loads requiring different voltages. Accordingly, in the present invention, the space in which the converter unit is disposed may be minimized by integrating the plurality of converter units into one.
  • the required parts can be drastically reduced, thereby reducing the product cost.
  • an embodiment according to the present invention provides a DC-DC converter connected to a 48V battery and a 12V battery, to stably provide a driving voltage to each load according to an input voltage.
  • a battery for providing the input voltage is selected according to a load to be driven among a plurality of loads. That is, the DC-DC converter according to the present invention may be applied to a bidirectional battery system including both 12V and 48V batteries, or to a separate battery system including only one battery. Accordingly, in the present invention, by selecting a battery to provide the input voltage among the plurality of batteries according to the load condition, it is possible to increase the power conversion efficiency, thereby increasing the efficiency of the electronic device.
  • the present invention by using a floating ground, it is possible to stably drive a load having a high input voltage and a low forward voltage.
  • the switching element by controlling the switching element based on the high duty ratio, it is possible to increase the stability of the driving circuit and increase the efficiency.
  • the output noise may be minimized by using the L-C output filter, thereby enhancing the L-C filter at a load requiring a high voltage.
  • FIG. 1 is a view showing a light source driving apparatus according to a comparative example.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a light source driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a detailed circuit diagram of the DC-DC converter shown in FIG. 2.
  • 4 to 7 are diagrams showing an operating state of the switching element in the first driving mode of the DC-DC converter of the present invention.
  • FIG 8 and 9 are views showing an operating state of the switching element in the third driving mode of the DC-DC converter of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining a light source driving method of the light source driving apparatus according to the embodiment of the present invention step by step.
  • FIG. 1 is a view showing a light source driving apparatus according to a comparative example.
  • the light source driving apparatus may be configured as a first type of converter as in (a) according to the magnitude of the input power and the output power, and as in (b) It can be configured as a converter.
  • the first type of converter may be a buck type converter and the second type of converter may be a boost type converter.
  • the light source driving apparatus includes a battery 10, a buck converter 20, and a first light emitting device 30.
  • the light source driving apparatus includes a battery 40, a boost converter 50, and a second light emitting device 60.
  • the batteries 10 and 40 may be 12V batteries that provide a voltage of 12V, and 48V batteries that provide a voltage of 48V.
  • the first light emitting device 30 may be a load requiring a voltage lower than the voltages provided by the batteries 10 and 40.
  • the first light emitting device 30 may be a load requiring a driving voltage of 3V.
  • the second light emitting device 60 may be a load requiring a voltage higher than the voltage provided by the batteries 10 and 40.
  • the second light emitting device 60 may be a load requiring a driving voltage of 60V.
  • the conventional light source driving apparatus is designed to receive an input voltage for only one battery of a 12V battery and a 48V battery, an operation may be limited in the hybrid method, and thus the light emitting device may be limited. There is a problem that can not be driven stably.
  • the first load and the second load require different conditions. Accordingly, the first load is supplied with a driving voltage through a buck converter, and the second load is supplied with a boost converter through a boost converter. do.
  • a buck converter and a boost converter that are separated from each other are required.
  • the product charge space increases due to the separation arrangement of the buck converter and the boost converter, and thus, the product volume increases.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a light source driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the light source driving apparatus 100 includes a battery unit 130 and a DC-DC converter.
  • the DC-DC converter includes a first light emitting unit 110, a second light emitting unit 120, a switch 160, a converter unit 170, and a controller 180.
  • the first light emitting unit 110 and the second light emitting unit 120 receive a driving voltage from the converter unit 170 to emit light.
  • the first and second light emitting units 110 and 120 may configure a brake lamp, tail lamp, backup lamp, or turn signal lamp of the vehicle. That is, the first and second light emitting units 110 and 120 may have a configuration in which at least two light sources of the braking, taillight, backward light, and turn signal of the vehicle are connected in parallel to each other.
  • the number of light emitting devices may vary according to respective sizes or light output intensities required by each of the light emitting units constituting the first and second light emitting units 110 and 120.
  • any one of the light emitting units constituting the first and second light emitting units 110 and 120 may include only one light emitting element, and the other light emitting unit may include at least two light emitting elements.
  • each of the light emitting units constituting the first and second light emitting units 110 and 120 may include only one light emitting device.
  • each of the light emitting units constituting the first and second light emitting units 110 and 120 may include at least two light emitting devices.
  • the battery unit 130 provides input power for supplying power required for the load.
  • the battery unit 130 may be changed in size according to a product to which the DC-DC converter is applied.
  • the DC-DC converter may be applied to a vehicle, and the battery unit 130 may be a battery provided in the vehicle.
  • the battery unit 130 may include a battery A 140 that outputs a first voltage, and a battery B 150 that outputs a second voltage.
  • the first voltage may be any one of 12V and 48V
  • the second voltage may be the other one of the 12V and 48V.
  • the battery A 140 is a 48V battery
  • the battery B 150 will be described as being composed of a 12V battery. However, this is only an embodiment of the present disclosure, and the specifications of the battery A 140 and the battery B 150 may vary.
  • the switch 160 is connected to any one of a plurality of batteries constituting the battery unit 130, thereby supplying a voltage output from the connected battery to the converter unit 170.
  • the switch 160 is connected to the battery A 140, thereby providing a voltage of 48V to the converter unit 170.
  • the switch 160 may be connected to the battery B 150, thereby providing a voltage of 12V to the converter unit 170.
  • the first light emitting unit 110 is a load requiring a voltage higher than the voltages of the battery A 140 and the battery B 150
  • the second light emitting unit 120 is the battery A 140.
  • the first light emitting unit 110 may include a light emitting device that emits light using a driving voltage of 60V
  • the second light emitting unit 120 emits light using a driving voltage of 3V. It may include a light emitting device.
  • each of the first light emitting unit 110 and the second light emitting unit 120 may include at least one light emitting device.
  • each of the first light emitting unit 110 and the second light emitting unit 120 may include a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode (LED) or a light emitting device package or a light emitting device in which the semiconductor light emitting device is adopted. This is not limitative.
  • the converter unit 170 is connected to any one of the battery A 140 and the battery B 150 through the switch 160, and thus the first light emitting unit 110 and the second light emitting unit ( 120 is optionally supplied with a driving voltage.
  • the converter unit 170 may operate in a plurality of driving modes, respectively.
  • the driving mode may include a first driving mode in which both the first light emitting unit 110 and the second light emitting unit 120 operate, a second driving mode in which only the first light emitting unit 110 operates, and the second driving mode.
  • the light emitting unit 120 may include a third driving mode in which only the light emitting unit 120 operates.
  • the converter 170 supplies a driving voltage to the first light emitting unit 110 and the second light emitting unit 120 in the first driving mode. In addition, the converter unit 170 selectively supplies a driving voltage to the first light emitting unit 110 in the second driving mode. In addition, the converter 170 selectively supplies a driving voltage only to the second light emitting unit 120 in the third driving mode.
  • the converter unit 170 may include a first converter unit (described later) connected to the switch 160 and a second converter unit connected to an output terminal of the first converter unit.
  • the first converter may boost the output voltage of the battery connected through the switch 160 and supply the same to the first light emitting unit 110.
  • the second converter is connected to a node between the output terminal of the first converter unit and the cathode terminal of the first light emitting unit 110 to step down the voltage applied to the node to supply to the second light emitting unit 120. Can be.
  • Each of the first converter unit and the second converter unit may include a switching element, and the operation of each of the first converter unit and the second converter unit may be controlled according to the operation of the switching element.
  • the first converter unit may be configured as a boost type
  • the second converter unit may be configured as a buck type.
  • the boost type converter has a characteristic that an output voltage is higher than an input voltage
  • the buck type converter has a characteristic that an output voltage is lower than an input voltage.
  • the controller 180 controls the battery of any one of the battery A 140 and the battery B 150 and the converter 170 according to driving conditions of the first light emitting unit 110 and the second light emitting unit 120. Can be connected. In other words, the controller 180 may control the switch 160 to select a battery connected to the converter unit 170. The connected battery may vary depending on the driving mode.
  • the controller 180 may control the switch 160 so that the converter unit 170 is connected to the battery A 140 in the first driving mode. In addition, the controller 180 may control the switch 160 to be connected to the battery A 140 in the second driving mode. In addition, the controller 180 may control the switch 160 so that the converter unit 170 is connected to the battery B 150 in the third driving mode.
  • controller 180 may control the first converter unit and the second converter unit, respectively, according to the driving mode.
  • controller 180 controls the switching operation of each switching element constituting the first converter unit and the second converter unit according to the driving mode.
  • the battery unit 130 of the present invention includes a battery A 140 and a battery B 150.
  • a switch 160 is disposed between the output terminals of the battery A 140 and the battery B 150 and the input terminal of the converter unit 170 to select an input power to supply power to the converter unit 170.
  • the first light emitting unit 110 and the second light emitting unit 120 which require different conditions as described above, are commonly connected to one converter unit 170, thereby operating each light emitting unit.
  • the driving mode of the converter 170 may be distinguished according to a condition.
  • a plurality of converters are integrated into one, thereby stably driving a plurality of loads requiring different voltages. Accordingly, in the present invention, the space in which the converter unit is disposed may be minimized by integrating the plurality of converter units into one. In addition, in the present invention, by sharing at least a portion of the first converter unit and the second converter unit, the required parts can be drastically reduced, thereby reducing the product cost.
  • an embodiment according to the present invention provides a DC-DC converter connected to a 48V battery and a 12V battery, to stably provide a driving voltage to each load according to an input voltage.
  • a battery for providing the input voltage is selected according to a load to be driven among a plurality of loads. That is, the DC-DC converter according to the present invention may be applied to a bidirectional battery system including both 12V and 48V batteries, or to a separate battery system including only one battery. Accordingly, in the present invention, by selecting a battery to provide the input voltage among the plurality of batteries according to the load condition, it is possible to increase the power conversion efficiency, thereby increasing the efficiency of the electronic device.
  • FIG. 3 is a detailed circuit diagram of the DC-DC converter shown in FIG. 2.
  • the DC-DC converter includes a first light emitting unit 110, a second light emitting unit 120, a switch 160, a converter unit 170, and a controller 180.
  • the converter unit 170 includes a first converter unit 172 and a second converter unit 174.
  • the first converter unit 172 includes a first inductor L1, a first switch element Q1, a third diode D3, a first capacitor C1, and a first resistor R1.
  • the second converter unit 174 includes a second switch element Q2, a second inductor L2, a second capacitor C2, a second resistor R2, and a third switch element Q3.
  • the switch 160 includes a first switch SW1 and a second switch SW2.
  • One terminal of the first switch SW1 is connected to an output terminal of the battery A 140, and the other terminal of the first switch SW1 is connected to an input terminal of the converter unit 170.
  • one terminal of the second switch SW2 is connected to the output terminal of the battery B 150, and the other terminal of the second switch SW2 is connected to the input terminal of the converter unit 170.
  • the input terminal of the converter unit 170 may be the first node N1 shown in FIG. 3.
  • the controller 180 may control on / off operations of the first switch SW1 and the second switch SW2, and select a battery to supply an input voltage to the converter 170.
  • the basic condition for the selection of the battery may be determined according to the charging capacities of the battery A 140 and the battery B 150.
  • the battery selection condition may be determined according to driving conditions of the first light emitting unit 110 and the second light emitting unit 120.
  • the selection condition of the battery may be determined according to the driving mode of the DC-DC converter.
  • the first switch (SW1) and the second switch (SW2) may operate complementary to each other within the condition that the DC-DC converter operates.
  • the first switch SW1 when the first switch SW1 is turned on, the second switch SW2 may be turned off.
  • the first switch SW1 when the first switch SW1 performs an off operation, the second switch SW2 may perform an on operation.
  • both the first switch SW1 and the second switch SW2 may perform an off operation.
  • a diode may be further disposed between the first switch SW1 and the second switch SW2 and the DC-DC converter to prevent current from flowing in the reverse direction.
  • a first diode D1 is disposed between the first switch SW1 and the DC-DC converter
  • a second diode D2 is disposed between the second switch SW2 and the DC-DC converter.
  • the first diode D1 may have an anode terminal connected to the other terminal of the first switch SW1 and a cathode terminal connected to the first node N1 which is an input terminal of the DC-DC converter. Accordingly, one terminal of the first switch SW1 may be connected to the output terminal of the battery A 140, and the other terminal of the first switch SW1 may be connected to the anode terminal of the first diode D1.
  • the second diode D2 may have an anode terminal connected to the other terminal of the second switch SW2 and a cathode terminal connected to the first node N1 which is an input terminal of the DC-DC converter.
  • one terminal of the second switch SW2 may be connected to the output terminal of the battery B 150, and the other terminal of the second switch SW2 may be connected to the anode terminal of the second diode D2.
  • the DC-DC converter supplies power for driving the first light emitting unit 110 (LED A) and the second light emitting unit 120 (LED B).
  • the DC-DC converter includes the first light emitting unit 110 (LED A) and the second light emitting unit 120 (LED B) corresponding to a large load, and the converter unit 170 supplying power to the load.
  • the converter unit 170 includes a first converter unit 172 for generating an output voltage boosted by an input voltage and a second converter unit 174 for generating an output voltage stepped down an input voltage.
  • the converter unit 170 includes a boost type first converter unit 172 and a buck type second converter unit 174.
  • the first converter unit 172 may include a first inductor L1, a first switch element Q1, a third diode D3, a first capacitor C1, and a first resistor R1. .
  • One terminal of the first inductor L1 may be connected to the first node N1, and the other terminal of the first inductor L1 may be connected to the second node N2.
  • a first terminal may be connected to the second node N2, a second terminal may be connected to the sixth node N6, and a third terminal may be connected to the controller 180.
  • the first terminal of the first switch element Q1 may be a drain terminal
  • the second terminal may be a source terminal
  • the third terminal may be a gate terminal.
  • the first switch element Q1 may be a field effect transistor (FET) of an N channel.
  • FET field effect transistor
  • an anode terminal may be connected to the second node N2, and a cathode terminal may be connected to the third node N3.
  • one terminal of the first capacitor C1 may be connected to the third node N3, and the other terminal of the first capacitor C1 may be connected to the fourth node N4.
  • one terminal of the first resistor R1 may be connected to the fifth node N5, and the other terminal of the first resistor R1 may be connected to an input terminal of the first light emitting unit 110 (A).
  • the first inductor (L1), the first switch element (Q1) and the third diode (D3) of the components constituting the first converter unit 172 is a power conversion function for boosting the output voltage
  • the first capacitor (C1) is a component that performs a filter function to remove the AC component included in the output voltage
  • the first resistor (R1) is the first light emitting unit 110
  • LED A It is a component to protect the output current supplied to the circuit.
  • the second converter unit 174 includes a second inductor L2, a second switch element Q2, a fourth diode D4, a second capacitor C2, a third switch element Q3, and a second It may include a resistor (R2).
  • a first terminal may be connected to a fifth node N5, a second terminal may be connected to a seventh node N7, and a third terminal may be connected to the controller 180.
  • the first terminal of the first switch element Q1 may be a drain terminal
  • the second terminal may be a source terminal
  • the third terminal may be a gate terminal.
  • the second switch element Q2 may be a field effect transistor (FET) of an N channel.
  • FET field effect transistor
  • One terminal of the second inductor L2 may be connected to the seventh node N7, and the other terminal of the second inductor L2 may be connected to the eighth node N8.
  • an anode terminal may be connected to the fourth node N4, and a cathode terminal may be connected to the seventh node N7.
  • one terminal of the second capacitor C2 may be connected to the fourth node N4, and the other terminal of the second capacitor C2 may be connected to the eighth node N8.
  • one terminal of the second resistor R2 may be connected to the eighth node N8, and the other terminal of the second resistor R2 may be connected to an input terminal of the second light emitting part 120 (LED B).
  • a first terminal may be connected to a ninth node N9, a second terminal may be connected to a second node N2, and a third terminal may be connected to the controller 180.
  • the first terminal of the third switch element Q3 may be a drain terminal
  • the second terminal may be a source terminal
  • the third terminal may be a gate terminal.
  • the third switch element Q3 may be a field effect transistor (FET) of an N channel.
  • FET field effect transistor
  • the second inductor L2, the second switch element Q2, and the fourth diode D4 step down an input voltage and output a power conversion function.
  • the second capacitor (C2) is a component that performs a filter function to remove the AC component included in the output voltage
  • the second resistor (R2) is the second light emitting unit 120
  • the third switch element Q3 has a floating ground function to ensure the reliability of the on-off operation of the second switch element Q2. It is a component.
  • the first switch element Q1 and the second switch element Q2 repeat the on or off operation by the pulse width modulation signal PWM supplied from the controller 180, thereby providing the first inductor L1.
  • the magnitude of the current supplied to the first light emitting unit 110 (LED A) and the second light emitting unit 120 (LED B) from the second inductor L2 may be controlled.
  • each of the first switch element Q1, the second switch element Q2, and the third switch element Q3 is not limited thereto, but is labeled as a power MOSFET for convenience. It can be configured as an on-off controllable element.
  • the DC-DC converter receives an input voltage from the battery A 140 or the battery B 150.
  • the first converter 172 may generate a first output voltage to the fifth node N5 according to an on-off operation of the first switch element Q1.
  • the second converter unit 174 may change the magnitude of the first output voltage applied to the fifth node N5 according to the on-off operation of the second switch element Q2 to make the eighth node N8. Can generate a second output voltage.
  • the first output voltage may be greater than the input voltage (voltage output from the battery A 140 or the battery B 150), and the second output voltage may be smaller than the input voltage.
  • the third switch element Q3 selectively turns on according to the voltage applied to the fifth node N5, thereby floating the output terminal of the second light emitting part 120 (LED B). Let's do it.
  • the second light emitting part 120 operates under a condition that a voltage lower than an input voltage is required.
  • the input voltage may already be boosted through the first converter unit 172, and the second converter unit 174 may step down the boosted voltage to generate the second output voltage.
  • the third switch element Q3 is turned on in response to the voltage applied to the fifth node N5, and as the third switch element Q3 is turned on, the third switch element Q3 is turned on.
  • the potential increases.
  • the duty ratio of the pulse width modulated signal supplied to the second switch element Q2 increases.
  • the second switch element Q2 may be stably driven. This will be described in more detail below.
  • the driving mode of the DC-DC converter in the present invention can be largely divided into three modes.
  • the driving mode includes a first driving mode for driving both the first light emitting unit 110 (LED A) and the second light emitting unit 120 (LED B), and the first light emitting unit 110 (LED).
  • a second driving mode for driving only A) and a third driving mode for driving only the second light emitting unit 120 (LED B) may be included.
  • 4 to 7 are diagrams showing an operating state of the switching element in the first driving mode of the DC-DC converter of the present invention.
  • the DC-DC converter may include a first section for charging the first inductor L1 in the first driving mode, a second section for outputting energy accumulated in the first inductor L1, and the second inductor. And a fourth section for charging L2 and a fourth section for outputting energy accumulated in the second inductor L2.
  • a driving current may be supplied to the first light emitting unit 110 (LED A) to perform light emission of the first light emitting unit 110 (LED A).
  • a driving current may be supplied to the second light emitting unit 120 (LED B) to perform light emission of the second light emitting unit 120 (LED B).
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an operating state and a current flow of the switch elements in the first section.
  • the first switch element Q1 is turned on during the first period, and the second switch element Q2 and the third switch element Q3 are turned off.
  • any one of the first switch SW1 and the second switch SW2 may be turned on to apply an input voltage to the DC-DC converter.
  • the first switch SW1 of the first switch SW1 and the second switch SW2 is turned on and the second switch SW2 is turned off. Accordingly, an input voltage of 48V may be applied to the input terminal of the DC-DC converter (preferably, the first node N1).
  • the current in the first section is the first switch SW1, the first diode D1, the first node N1, the inductor L1, the first switch element Q1, and the sixth node N6. It flows through. In addition, the current charges the first inductor L1 so that the first inductor L1 accumulates energy.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an operating state and a current flow of the switch elements in the second section.
  • the first switch element Q1 is turned off and the second switch element Q2 and the third switch element Q3 remain turned off during the second period. That is, in the second section, the first switch element Q1 which is turned on in the first section is turned off. Thus, the voltage at the first terminal side of the first switch element Q1 becomes zero voltage. The energy accumulated in the first inductor L1 is charged in the first capacitor C1 through the third diode D3 to form a voltage higher than the input voltage.
  • the energy charged in the first capacitor C1 is supplied to the first light emitting unit 110 (LED A) through the fifth node N5.
  • the current in the second section is the first light emission through the third diode (D3), the third node (N3), the first capacitor (C1), the fifth node (N5), the first resistor (R1).
  • the unit 110 is supplied to the LED A.
  • the output voltage of the first converter unit 172 across the fifth node N5 is determined by the gate duty ratio of the first switch element Q1. That is, the output voltage may be determined by Equation 1 below.
  • Vout is an output voltage of the first converter unit 172 across the fifth node N5
  • D is a gate duty ratio of the first switch element Q1
  • Vin is a battery A 140.
  • the first light emitting unit 110 (LED A) has 20 light emitting elements connected in series, and when the forward voltage (Vf, Forward voltage) of each light emitting element is 3V, the first converter unit ( The output voltage of 172 is required 60V.
  • the gate duty ratio may be determined as 0.7, and a pulse width modulated signal having an on time of 70% corresponding to the determined duty ratio is generated through the controller 180 to generate the first switch. It may be provided as element Q1.
  • the duty ratio of the pulse width modulated signal supplied to the first switch element Q1. May be determined as 0.2, and thus the pulse width modulated signal may have an on time of 20%.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an operating state and current flow of switch elements in the third section.
  • the first switch element Q1 remains turned off during the third period, and the second switch element Q2 and the third switch element Q3 are turned on.
  • the current in the third section is provided through the fifth node N5 through the first converter unit 172, which is the second switch element Q2, the second inductor L2, and the second inductor L2. 2 flows through the capacitor (C2).
  • the current charges the second inductor L2 and the second capacitor C2 so that the second inductor L2 and the second capacitor C2 accumulate energy.
  • the first switch element Q1 operates in the turn-off state in the third section in the first driving mode
  • current is continuously supplied to the first light emitting unit 110 (LED A). That is, the first light emitting unit 110 and the LED A in the third section in which the first switch element Q1 operates in the turn-off state are the battery voltage and the first voltage input from the battery A 140. It can be driven by the current limit according to the resistor (R1).
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an operating state and a current flow of the switch elements in the fourth section.
  • the first switch element Q1 maintains the turn-off state during the fourth period
  • the third switch element Q3 maintains the turn-on state
  • the second switch element Q2 Is turned off. Accordingly, the energy accumulated in the second capacitor C2 in the third section is discharged to the second light emitting part 120 (LED B), thereby emitting light of the second light emitting part 120 (LED B). Operation can be made.
  • the third switch element Q3 is turned on during the third and fourth sections. This is to stably convert the first output voltage of the first converter unit 172 across the fifth node N5 to the second output voltage in the second converter unit 174.
  • the second light emitting part 120 may include one light emitting device, and the light emitting device may have a forward voltage of 3V.
  • the fifth node N5 receives a voltage of 60V, and accordingly, the second converter 174 needs to convert the voltage of 60V into a voltage of 3V.
  • the conversion is performed by the control of the second switch element Q2 constituting the second converter unit 174.
  • the second output voltage of the second converter unit 174 is determined according to the duty ratio of the pulse width modulated signal supplied to the second switch element Q2.
  • the second output voltage may be as shown in Equation 2 below.
  • Vout is the second output voltage output from the second converter unit 174
  • D is the duty of the pulse width signal supplied to the second switch element (Q2)
  • Vin is the second
  • the first output voltage of the first converter unit 172 (in other words, this may be referred to as a voltage input to the second converter unit 174 and may also be expressed as a voltage applied to the fifth node N5). it means.
  • the duty of the pulse width modulation signal has a 0.05.
  • the on time in the pulse width modulated signal supplied to the second switch element Q2 has 5%.
  • the second converter unit 174 operates with a pulse width modulated signal having an on time of 5% as described above, energy is not sufficiently transferred because the on time is relatively too short. Therefore, stable driving of the second converter unit 174 is difficult.
  • the third switch element Q3 is disposed at the output terminal of the second light emitting part 120 and the LED B, and the floating ground can be formed according to the third switch element Q3.
  • the third switch element Q3 when the third switch element Q3 is turned on in the third section and the fourth section, which are operating sections of the second converter section 174, the second light emitting section 120 (LED B).
  • the potential at the output terminal of N) increases. That is, when the third switch element Q3 is turned on, the potential of the output terminal of the second light emitting part 120 (LED B) is increased by the battery voltage.
  • the second converter unit 174 performs the conversion operation based on a voltage remaining by subtracting 48V corresponding to the offset from 60V, which is the first output voltage of the first converter unit 172 corresponding to the input voltage. Will perform.
  • the second converter unit 174 may convert the input voltage of 12V minus the 48V into 3V.
  • the duty of the pulse width modulated signal supplied to the second switch element Q2 is 0.25, and thus has an on time of 25%.
  • the second converter unit 174 performs a switching operation based on the pulse width modulated signal having the 25% on time, thereby forming a stable driving condition of the second converter unit 174.
  • the third switch element Q3 may be formed in order to determine whether to apply the offset of the floating ground according to the on / off control of the second light emitting part 120 (LED B) or the input battery voltage.
  • an integrated DC-DC converter capable of driving a plurality of loads under load conditions requiring different voltages. That is, the DC-DC converter includes a first converter unit connected to a power input unit, a first load disposed at an output end of the first converter unit, a second converter unit disposed at an output end of the first converter unit, and the second converter unit. And a second load disposed at the output of the converter section.
  • a plurality of converters are integrated into one, thereby stably driving a plurality of loads requiring different voltages. Accordingly, in the present invention, the space in which the converter unit is disposed may be minimized by integrating the plurality of converter units into one.
  • the required parts can be drastically reduced, thereby reducing the product cost.
  • an embodiment according to the present invention provides a DC-DC converter connected to a 48V battery and a 12V battery, to stably provide a driving voltage to each load according to an input voltage.
  • a battery for providing the input voltage is selected according to a load to be driven among a plurality of loads. That is, the DC-DC converter according to the present invention may be applied to a bidirectional battery system including both 12V and 48V batteries, or to a separate battery system including only one battery. Accordingly, in the present invention, by selecting a battery to provide the input voltage among the plurality of batteries according to the load condition, it is possible to increase the power conversion efficiency, thereby increasing the efficiency of the electronic device.
  • the DC-DC converter may operate in a second driving mode for driving only the first light emitting unit 110 (LED A).
  • the DC-DC converter includes a first section in which the first inductor L1 is charged in the second driving mode, and a second section in which energy accumulated in the first inductor L1 is output.
  • a driving current may be supplied to the first light emitting unit 110 (LED A) to perform light emission of the first light emitting unit 110 (LED A).
  • first section and the second section in the second driving mode are substantially the same as the first section and the second section in the first driving mode, illustration of the drawings will be omitted.
  • the first switch element Q1 In the first section in the second driving mode, the first switch element Q1 is turned on, and the second switch element Q2 and the third switch element Q3 are turned off.
  • any one of the first switch SW1 and the second switch SW2 may be turned on to apply an input voltage to the DC-DC converter.
  • the first switch SW1 of the first switch SW1 and the second switch SW2 is turned on and the second switch SW2 is turned off. Accordingly, an input voltage of 48V may be applied to the input terminal of the DC-DC converter (preferably, the first node N1).
  • the current in the first section is the first switch SW1, the first diode D1, the first node N1, the inductor L1, the first switch element Q1, and the sixth node N6. It flows through. In addition, the current charges the first inductor L1 so that the first inductor L1 accumulates energy.
  • the first switch element Q1 is turned off, and the second switch element Q2 and the third switch element Q3 are maintained in a turn off state. . That is, in the second section in the second driving mode, the first switch element Q1 turned on in the first section is turned off. Thus, the voltage at the first terminal side of the first switch element Q1 becomes zero voltage. The energy accumulated in the first inductor L1 is charged in the first capacitor C1 through the third diode D3 to form a voltage higher than the input voltage.
  • the energy charged in the first capacitor C1 is supplied to the first light emitting unit 110 (LED A) through the fifth node N5.
  • the current in the second section is the first light emission through the third diode (D3), the third node (N3), the first capacitor (C1), the fifth node (N5), the first resistor (R1).
  • the unit 110 is supplied to the LED A.
  • the DC-DC converter may operate in a third driving mode for driving only the second light emitting part 120 (LED B).
  • the DC-DC converter may include a first section in which the second inductor L2 and the second capacitor C2 are charged in the third driving mode, and a second section in which energy accumulated in the second capacitor C2 is output. It includes two sections. In the second section, a driving current may be supplied to the second light emitting unit 120 (LED B) to perform light emission of the second light emitting unit 120 (LED B).
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an operating state and current flow of switch elements in a first section of a third driving mode
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an operating state and currents of switch elements in a second section of a third driving mode. It is a figure which shows the flow.
  • the first switch element Q1 and the third switch element Q3 are turned off and the second switch element Q2 is turned on.
  • any one of the first switch SW1 and the second switch SW2 may be turned on to apply an input voltage to the DC-DC converter.
  • the first switch SW1 of the first switch SW1 and the second switch SW2 is turned on and the second switch SW2 is turned off. Accordingly, an input voltage of 48V may be applied to the input terminal of the DC-DC converter (preferably, the first node N1).
  • the current in the first section of the third driving mode includes a first switch SW1, a first diode D1, a first node N1, a first inductor L1, a first capacitor C1, It flows through the 3rd node, the 5th node, the 2nd switch element Q2, the 2nd inductor L2, the 8th node N8, and the 2nd capacitor C2.
  • the current charges the second inductor L2 and the second capacitor C2 so that the second inductor L2 and the second capacitor C2 accumulate energy.
  • the input voltage of the battery is applied to the fifth node N5 in the third driving mode as it is.
  • the first switch element Q1 of the first converter unit 172 is substantially inoperative.
  • a current flows in the second converter unit 174 in the third driving mode via the first inductor L1 and the first capacitor C1 of the first converter unit 172.
  • the first inductor L1 and the first capacitor C1 function as L-C filters, thereby removing noise included in the input voltage.
  • the first inductor L1 and the first capacitor C1 of the first converter unit 172 may be connected to the second light emitting unit 120 (LED B).
  • LED B light emitting unit
  • the first switch element Q1 and the third switch element Q3 maintain a turn-off state, and the second switch element Q2 is turned off. Accordingly, the energy accumulated in the second capacitor C2 is supplied to the second light emitting part 120 (LED B) through the eighth node N8.
  • the current in the second section is supplied to the second light emitting part 120 (LED B) through the second capacitor C2, the eighth node N8, and the second resistor R2.
  • the output noise may be minimized by using the L-C output filter, and thus, the L-C filter may be strengthened at a load requiring a high voltage.
  • the third switch element (Q3) is turned on only in the condition that the second converter unit 174 operates in the first driving mode as described above, and is turned off in the second driving mode and the third driving mode. State is maintained. That is, the third switch element Q3 may operate when the input voltage is higher than the battery voltage under the condition that the second converter unit 174 operates.
  • the third switch element Q3 is turned on when the second converter unit 174 is operated under the condition that a 60V voltage higher than the battery voltage is input to the second converter unit 174. It can work.
  • the boost type first converter unit 172 is preferentially disposed among the converter units 170 constituting the DC-DC converter as described above, and the first converter unit 172 is disposed at the rear end of the first converter unit 172. 2 converter unit 170 is arranged.
  • the second switch element Q2 performs an on operation and an off operation according to a pulse width modulation signal, but a situation may occur in which the current is not supplied to the rear end during the off operation. Therefore, in the present invention, the boost type first converter 172 is preferentially disposed as described above. In addition, in the power conversion operation of the second converter unit 174, as described above, stable driving is performed by adjusting the offset of the floating ground.
  • the battery unit 130 is composed of a plurality of batteries supplying different input voltages, respectively, and thus can be applied to a battery hybrid method in which a bus of 48V batteries is coupled to a recently developed 12V system. do.
  • the present invention can be used independently of the hybrid method, a battery method using only 12V, or a battery method using a 48V battery, respectively.
  • the controller 180 may select a battery to which the input voltage is applied according to the driving mode.
  • the controller 180 controls the operations of the first and second switches SW1 and SW2 according to the first to third driving modes, so that the battery connected to the DC-DC converter can be determined.
  • the controller 180 turns on the first switch SW1 and turns off the second switch SW2 in the first driving mode.
  • an input voltage of 48V is applied to the DC-DC converter. That is, in the first driving mode, both the first converter unit 172 and the second converter unit 174 operate.
  • an input voltage is applied from the battery A 140 that is not significantly different from the output voltage of 60V of the first converter unit 172. .
  • the 60V voltage applied to the fifth node N5 should be converted to a voltage of 3V regardless of the input voltage of the battery, thereby causing an offset to the floating ground.
  • the larger the offset the more stable the second switch element Q2 of the second converter unit 174 can be driven.
  • the input voltage of the DC-DC converter is applied from the battery A 140 in the first driving mode.
  • the controller 180 turns on the first switch SW1 and turns off the second switch SW2 in the second driving mode.
  • an input voltage of 48V is applied to the DC-DC converter. That is, the first converter unit 172 operates in the second driving mode.
  • an input voltage is applied from the battery A 140 that is not significantly different from the output voltage of 60V of the first converter unit 172. .
  • the controller 180 turns off the first switch SW1 and turns on the second switch SW2 in the third driving mode.
  • the third driving mode an input voltage of 12 V is applied to the DC-DC converter. That is, the second converter unit 174 operates in the third driving mode.
  • an input voltage is applied from the battery B 150 that is not largely different from 3V, which is an output voltage of the second converter unit 174.
  • the third switch element Q3 maintains the off state, and thus no offset occurs in the floating ground. Accordingly, in order to secure stable on time of the pulse width modulated signal supplied to the second switch element Q2, the input voltage of 12V from the battery B 150 is applied to the DC-DC converter.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining a light source driving method of the light source driving apparatus according to the embodiment of the present invention step by step.
  • the controller 180 determines a light emitting unit to emit light from among a plurality of light emitting units according to a driving state of the vehicle (step 110).
  • the first light emitting unit 110 (LED A) may be a brake light
  • the second light emitting unit 120 (LED B) may be a tail light, so that the current driving state of the vehicle should be braked at night.
  • the first and second light emitting units may be determined as the light emitting units to perform the light emitting operation.
  • the controller 180 may determine only the first light emitting unit 110 (LED A) as the light emitting unit to perform the light emitting operation.
  • the second light emitting unit may be determined as the light emitting unit to perform the light emitting operation.
  • the controller 180 determines a driving mode of the DC-DC converter according to the determined light emitting unit, and applies an input voltage among a plurality of batteries according to the determined driving mode.
  • the battery is determined (step 120). That is, the controller 180 determines the driving mode as the first driving mode when the first and second light emitting units are determined as the light emitting units to perform the light emitting operation, and accordingly, the battery A 140 sets the input voltage. Determine the battery to be applied.
  • the controller 180 determines that the driving mode is the second driving mode when only the first light emitting unit is determined as the light emitting unit to perform the light emitting operation, and accordingly, the battery A 140 sets the input voltage. Determine the battery to be applied.
  • the controller 180 determines that the driving mode is the second driving mode when only the second light emitting unit is determined as the light emitting unit to perform the light emitting operation, and accordingly, the controller B may apply the input voltage to the battery B 150. Determined by the battery.
  • the controller 180 controls operations of the first switch SW1 and the second switch SW2 according to the determined battery (step 130). That is, when it is determined that the input voltage is applied by the battery A 140, the controller 180 turns on the first switch SW1 and turns off the second switch SW2. In addition, when it is determined that the input voltage is applied from the battery B 150, the controller 180 turns off the first switch SW1 and turns on the second switch SW2.
  • the controller 180 outputs a control signal to adjust the magnitude of an input voltage applied from the battery to the DC-DC converter according to the determined driving mode (step 140). That is, the controller 180 outputs a pulse width modulated signal for controlling switching operations of the first switch element Q1, the second switch element Q2, and the third switch element Q3, respectively.
  • the first light emitting unit 110 (LED A) according to the determined driving mode according to the switching operation of the first switch element Q1, the second switch element Q2, and the third switch element Q3 and / or Alternatively, a current is supplied to the second light emitting unit 120 (LED B), thereby performing a light emitting operation.
  • an integrated DC-DC converter capable of driving a plurality of loads under load conditions requiring different voltages. That is, the DC-DC converter includes a first converter unit connected to a power input unit, a first load disposed at an output end of the first converter unit, a second converter unit disposed at an output end of the first converter unit, and the second converter unit. And a second load disposed at the output of the converter section.
  • a plurality of converters are integrated into one, thereby stably driving a plurality of loads requiring different voltages. Accordingly, in the present invention, the space in which the converter unit is disposed may be minimized by integrating the plurality of converter units into one.
  • the required parts can be drastically reduced, thereby reducing the product cost.
  • an embodiment according to the present invention provides a DC-DC converter connected to a 48V battery and a 12V battery, to stably provide a driving voltage to each load according to an input voltage.
  • a battery for providing the input voltage is selected according to a load to be driven among a plurality of loads. That is, the DC-DC converter according to the present invention may be applied to a bidirectional battery system including both 12V and 48V batteries, or to a separate battery system including only one battery. Accordingly, in the present invention, by selecting a battery to provide the input voltage among the plurality of batteries according to the load condition, it is possible to increase the power conversion efficiency, thereby increasing the efficiency of the electronic device.
  • the present invention by using a floating ground, it is possible to stably drive a load having a high input voltage and a low forward voltage.
  • the switching element by controlling the switching element based on the high duty ratio, it is possible to increase the stability of the driving circuit and increase the efficiency.
  • the output noise may be minimized by using the L-C output filter, thereby enhancing the L-C filter at a load requiring a high voltage.

Landscapes

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Abstract

실시 예에 따른 직류-직류 컨버터는 제 1 스위치소자에 인가되는 펄스 제어 신호에 따라 입력 전압의 레벨을 조절하여 제 1 출력 전압을 발생하는 제 1 컨버터부; 상기 제 1 컨버터부의 출력단에 배치된 제 1 발광부; 상기 제 1 컨버터부의 출력단에 연결되고, 제 2 스위치소자에 인가되는 펄스 제어 신호에 따라 상기 입력 전압 또는 상기 제 1 출력 전압의 레벨을 조절하여 제 2 출력 전압을 발생하는 제 2 컨버터부; 상기 제 2 컨버터부의 출력단에 배치된 제 2 발광부; 및 상기 제 1 및 2 발광부의 구동 모드에 따라 상기 제 1 스위치소자 및 상기 제 2 스위치소자에 인가될 펄스 제어 신호를 각각 생성하고, 상기 생성된 펄스 제어 신호에 따라 상기 제 1 및 2 스위치소자의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

직류-직류 컨버터 및 이를 포함하는 광원 구동 장치
실시 예는 직류-직류 컨버터 및 이를 포함하는 광원 구동 장치에 관한 것이다.
광원으로 발광다이오드(LED)가 널리 사용되고 있다. 특히, 발광 다이오드는 차량 및 조명 업계에서 유망 시장으로 부상하고 있다. 발광다이오드는 반영구적으로 사용 가능하고 고휘도와 고출력이 구현되므로, 최근 들어 차량용 광원으로 활발하게 개발되고 있다.
차량용 광원으로 발광다이오드가 사용되기 위해서는 일정한 휘도로 발광다이오드가 발광해야 한다. 이때, 발광다이오드가 일정한 휘도로 발광하기 위해서는 IC(Integrated Circuit) 형태로 설계된 정전류회로가 구비된다.
또한, 최근에는 차량의 전장화가 심화되고 각국의 배출규제가 엄격해지면서 48V 전기시스템이 주목받고 있다. 이는, 증가하고 있는 차량 내부의 전력 수요를 충당하고 연료 효율 개선에 기여할 수 있기 때문이다. 여기에서, 상기 48V는 차 내부의 전압을 의미한다. 다시 말해서, 기존 전자 장치들이 대부분 12V 전압을 쓰는 것과 비교해 4배 높은 전압을 사용하는 것을 의미한다.
따라서, 동일 전력을 내더라도 전압의 크기에 비해 전류는 반비례하며, 이에 따라, 상기 차량 내부의 전압을 12V에서 48V로 증가시킴에 따라 동일 전력을 발생하는 조건에서 전류의 크기는 1/4로 감소하게 된다. 또한, 전류가 감소할수록 전선 굵기가 얇아지며, 이는 차량 전장품의 무게를 줄일 수 있음과 동시에 전류가 감소하면서 동력 손실을 줄일 수 있어 전자장치의 효율도 높일 수 있다.
한편, 차량용이나 조명용으로 사용되는 발광다이오드는 다수의 어레이가 서로 병렬로 연결된 구조의 다채널로 구성되며, 이에 따라 상기 다채널의 발광 다이오드의 개별적 제어를 위해서는 추가적인 IC 형태의 소자가 구비되어야만 한다.
상기와 같이, 다채널 발광 다이오드를 개별적으로 제어하기 위해서는, 구동 회로의 채널 수 및 필요 부품이 증가하고, 이에 따른 구동회로의 점유 면적이 커지면서 구동이 복잡해지는 문제가 있다.
또한, 차량에 적용되는 발광 다이오드는 12V 또는 48V의 양방향 전력을 이용하여 구동하는 방식이 극히 제한되어 있으며, 이에 따라 12V 시스템에 48V의 배터리 시스템을 결합하는 배터리 하이브리드 방식에서 상기 발광다이오드를 효율적으로 구동시킬 수 있는 방식이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명에 따른 실시 예에서는, 서로 다른 전압을 요구하는 발광다이오드를 안정적으로 구동시킬 수 있는 직류-직류 컨버터 및 이를 포함하는 광원 구동 장치를 제공하도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 벅 타입의 컨버터 및 부스트 타입의 컨버터를 하나로 통합한 직류-직류 컨버터 및 이를 포함하는 광원 구동 장치를 제공하도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 부동 접지를 사용하여 높은 입력 전압과 낮은 순방향 전압을 가진 부하를 안정적으로 구동시킬 수 있는 직류-직류 컨버터 및 이를 포함하는 광원 구동 장치를 제공하도록 한다.
제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시 예에 따른 직류-직류 컨버터는 제 1 스위치소자에 인가되는 펄스 제어 신호에 따라 입력 전압의 레벨을 조절하여 제 1 출력 전압을 발생하는 제 1 컨버터부; 상기 제 1 컨버터부의 출력단에 배치된 제 1 발광부; 상기 제 1 컨버터부의 출력단에 연결되고, 제 2 스위치소자에 인가되는 펄스 제어 신호에 따라 상기 입력 전압 또는 상기 제 1 출력 전압의 레벨을 조절하여 제 2 출력 전압을 발생하는 제 2 컨버터부; 상기 제 2 컨버터부의 출력단에 배치된 제 2 발광부; 및 상기 제 1 및 2 발광부의 구동 모드에 따라 상기 제 1 스위치소자 및 상기 제 2 스위치소자에 인가될 펄스 제어 신호를 각각 생성하고, 상기 생성된 펄스 제어 신호에 따라 상기 제 1 및 2 스위치소자의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제 1 출력 전압은, 상기 입력 전압보다 크고, 상기 제 2 출력 전압은, 상기 제 1 출력 전압 및 상기 입력 전압보다 작다.
또한, 상기 입력 전압이 인가되는 상기 제 1 컨버터부의 입력단 및 상기 제 2 발광부의 출력단 사이에 배치되는 제 3 스위칭 소자를 더 포함한다.
또한, 상기 제 1 컨버터부는, 일 단자를 통해 상기 입력전압이 인가되는 제 1 인덕터와, 상기 제 1 인덕터의 타 단자에 제 1 단자가 연결되고, 상기 제 1 발광부의 출력단에 제 2 단자가 연결되며, 상기 제어부에 제 3 단자가 연결되는 상기 제 1 스위치소자와, 상기 인덕터의 타 단자 및 상기 제 1 스위치소자의 제 1 단자에 애노드 단자가 연결되는 제 1 다이오드와, 상기 제 1 다이오드의 캐소드 단자에 일 단자가 연결되는 제 1 커패시터를 포함한다.
또한, 상기 제 2 컨버터부는, 상기 제 1 다이오드의 캐소드 단자 및 상기 제 1 커패시터의 일 단자에 제 1 단자가 연결되고, 상기 제어부에 제 3 단자가 연결되는 상기 제 2 스위치소자와, 상기 제 2 스위치소자의 제 2 단자에 캐소드 단자가 연결되고, 상기 제 1 커패시터의 타 단자에 애노드 단자가 연결되는 제 2 다이오드와, 상기 제 2 다이오드의 캐소드 단자와 상기 제 2 스위치소자의 제 2 단자에 일 단자가 연결되는 제 2 인덕터와, 상기 제 2 인덕터의 타 단자에 일 단자가 연결되고, 상기 제 2 다이오드의 애노드 단자에 타 단자가 연결되는 제 2 커패시터를 포함한다.
또한, 상기 구동 모드는, 상기 제 1 및 2 발광부가 모두 온 동작하는 제 1 구동 모드와, 상기 제 1 발광부가 온 동작하고, 상기 제 2 발광부가 오프 동작하는 제 2 구동 모드와, 상기 제 1 발광부가 오프 동작하고, 상기 제 2 발광부가 온 동작하는 제 3 구동 모드를 포함한다.
또한, 상기 제 3 스위치소자는, 상기 제 1 구동 모드에서의 구간에 따라 턴온 상태 및 턴오프 상태로 동작하고, 상기 제 2 및 3 구동 모드에서 턴오프 상태가 유지된다.
한편, 실시 예에 따른 광원 구동 장치는 제 1 입력 전압을 공급하는 제 1 배터리 및 제 1 입력 전압보다 작은 제 2 입력 전압을 공급하는 제 2 배터리를 포함하는 배터리부; 상기 배터리부로부터 상기 제 1 및 2 입력 전압 중 어느 하나의 입력 전압을 인가받고, 구동 모드에 따라 상기 인가된 입력 전압을 토대로 제 1 발광부에 공급될 제 1 출력 전압을 출력하고, 상기 출력되는 제 1 출력 전압 및 상기 인가된 입력 전압 중 어느 하나의 전압을 토대로 제 2 발광부에 공급될 제 2 출력 전압을 출력하는 직류-직류 컨버터; 및 상기 배터리부와 상기 직류-직류 컨버터 사이에 배치되고, 상기 제 1 및 2 배터리 중 어느 하나의 배터리와 상기 직류-직류 컨버터 사이를 연결하는 스위치를 포함하며, 상기 직류-직류 컨버터는, 상기 배터리부와 상기 제 1 발광부 사이에 배치되고, 제 1 스위치소자의 스위칭 동작에 따라 상기 인가된 입력 전압을 승압하여 상기 제 1 출력 전압을 출력하는 부스트 컨버터와, 상기 부스트 컨버터의 출력단과 상기 제 2 발광부 사이에 배치되고, 제 2 스위치소자의 스위칭 동작에 따라 상기 인가된 입력 전압 또는 상기 부스트 컨버터를 통해 출력되는 상기 제 1 출력 전압을 강압하여 제 2 출력 전압을 출력하는 벅 컨버터를 포함한다.
또한, 상기 제 1 출력 전압은, 상기 제 1 및 2 입력 전압보다 크고, 상기 제 2 출력 전압은, 상기 제 1 출력 전압, 상기 제 1 입력 전압 및 상기 제 2 입력 전압보다 작다.
또한, 상기 제 1 또는 2 입력 전압이 인가되는 상기 부스트 컨버터의 입력단 및 상기 제 2 발광부의 출력단 사이에 배치되고, 상기 구동 모드에 따라 선택적으로 턴온 동작을 하여 상기 제 2 발광부의 출력단을 상기 부스트 컨버터의 입력단에 연결하는 제 3 스위칭 소자를 더 포함한다.
또한, 상기 부스트 컨버터는, 일 단자가 상기 스위치와 연결되어 상기 제 1 또는 제 2 입력전압이 인가되는 제 1 인덕터와, 상기 제 1 인덕터의 타 단자에 제 1 단자가 연결되고, 상기 제 1 발광부의 출력단에 제 2 단자가 연결되며, 상기 제어부에 제 3 단자가 연결되는 상기 제 1 스위치소자와, 상기 인덕터의 타 단자 및 상기 제 1 스위치소자의 제 1 단자에 애노드 단자가 연결되는 제 1 다이오드와, 상기 제 1 다이오드의 캐소드 단자에 일 단자가 연결되는 제 1 커패시터를 포함하고, 상기 벅 컨버터는, 상기 제 1 다이오드의 캐소드 단자 및 상기 제 1 커패시터의 일 단자에 제 1 단자가 연결되고, 상기 제어부에 제 3 단자가 연결되는 상기 제 2 스위치소자와, 상기 제 2 스위치소자의 제 2 단자에 캐소드 단자가 연결되고, 상기 제 1 커패시터의 타 단자에 애노드 단자가 연결되는 제 2 다이오드와, 상기 제 2 다이오드의 캐소드 단자와 상기 제 2 스위치소자의 제 2 단자에 일 단자가 연결되는 제 2 인덕터와, 상기 제 2 인덕터의 타 단자에 일 단자가 연결되고, 상기 제 2 다이오드의 애노드 단자에 타 단자가 연결되는 제 2 커패시터를 포함한다.
또한, 상기 구동 모드는, 상기 제 1 및 2 발광부가 모두 온 동작하는 제 1 구동 모드와, 상기 제 1 발광부가 온 동작하고, 상기 제 2 발광부가 오프 동작하는 제 2 구동 모드와, 상기 제 1 발광부가 오프 동작하고, 상기 제 2 발광부가 온 동작하는 제 3 구동 모드를 포함하고, 상기 제 3 스위치소자는, 상기 제 1 구동 모드에서의 구간에 따라 턴온 상태 및 턴오프 상태로 동작하고, 상기 제 2 및 3 구동 모드에서 턴오프 상태가 유지된다.
또한, 상기 스위치는 상기 제 1 및 2 구동 모드에서 상기 제 1 배터리와 상기 직류-직류 컨버터를 연결하고, 상기 제 3 구동 모드에서 상기 제 2 배터리와 상기 직류-직류 컨버터를 연결한다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 서로 다른 전압이 요구되는 부하 조건에서, 복수의 부하를 각각 구동시킬 수 있는 통합된 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다. 즉, 직류-직류 컨버터는 전원 입력부와 연결되는 제 1 컨버터부와, 상기 제 1 컨버터부의 출력단에 배치되는 제 1 부하와, 상기 제 1 컨버터부의 출력단에 배치되는 제 2 컨버터부와, 상기 제 2 컨버터부의 출력단에 배치되는 제 2 부하를 포함한다. 본 발명에서는 상기와 같이 복수의 컨버터부를 하나로 통합하고, 이에 따라 서로 다른 전압이 요구되는 복수의 부하를 안정적으로 구동시키도록 한다. 이에 따라, 본 발명에서는 복수의 컨버터부를 하나로 통합함에 따라 컨버터부가 배치되는 공간을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 상기 제 1 컨버터부와 제 2 컨버터부의 적어도 일부를 상호 공용화함으로써, 필요 부품을 획기적으로 줄일 수 있으며, 이에 따른 제품 단가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는 48V 배터리와 12V의 배터리에 연결되어, 입력 전압에 따라 각각의 부하에 안정적으로 구동 전압을 제공하는 직류-직류 컨버터를 제공한다. 더 나아가, 본 발명에서는 복수의 부하 중 구동될 부하에 따라 상기 입력 전압을 제공할 배터리를 선택하도록 한다. 즉, 본 발명에서의 직류-직류 컨버터는, 12V와 48V의 배터리를 모두 포함하는 양방향 배터리 시스템이나, 이 중 하나의 배터리만을 포함하는 분리 배터리 시스템에 모두 적용이 가능하다. 이에 따라, 본 발명에서는 부하 조건에 따라 상기 복수의 배터리 중 상기 입력 전압을 제공할 배터리를 선택함으로써, 전력 변환 효율을 증가시킬 수 있으며, 이에 따른 전자장치의 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 부동 접지(Floating ground)를 사용함으로써, 높은 입력 전압과 낮은 순방향 전압을 가진 부하를 안정적으로 구동시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서는 높은 듀티 비를 토대로 스위칭 소자를 제어함으로써, 구동 회로의 안정성을 높일 수 있음과 동시에 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서는 L-C 출력 필터를 이용하여 출력 노이즈를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 높은 전압이 요구되는 부하에서의 L-C 필터를 강화할 수 있다.
도 1은 비교 예에 따른 광원 구동 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광원 구동 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 직류-직류 컨버터의 상세 회로도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 직류-직류 컨버터의 제 1 구동 모드 시의 스위칭 소자의 동작 상태를 보여주는 도면이다.
도 8 및 9는 본 발명의 직류-직류 컨버터의 제 3 구동 모드 시의 스위칭 소자의 동작 상태를 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 광원 구동 장치의 광원 구동 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 비교 예에 따른 광원 구동 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 비교 예에 따른 광원 구동 장치는 입력 전원 및 출력 전원의 크기에 따라 (a)에서와 같이 제 1 타입의 컨버터로 구성될 수 있고, (b)에서와 같이 제 2 타입의 컨버터로 구성될 수 있다.
예를 들어, 제 1 타입의 컨버터는 벅 타입의 컨버터일 수 있고, 제 2 타입의 컨버터는 부스트 타입의 컨버터일 수 있다.
도 1의 (a)를 참조하면, 광원 구동 장치는 배터리(10), 벅-컨버터(20) 및 제 1 발광 소자(30)를 포함한다.
그리고, 도 1의 (b)를 참조하면, 광원 구동 장치는 배터리(40), 부스트 컨버터(50) 및 제 2 발광 소자(60)를 포함한다.
상기 배터리(10, 40)는, 12V의 전압을 제공하는 12V 배터리일 수 있고, 48V의 전압을 제공하는 48V 배터리일 수 있다.
그리고, 제 1 발광 소자(30)는 상기 배터리(10, 40)에서 제공되는 전압보다 낮은 전압이 요구되는 부하일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 발광 소자(30)는 3V의 구동 전압이 요구되는 부하일 수 있다.
또한, 제 2 발광 소자(60)는 상기 배터리(10, 40)에서 제공되는 전압보다 높은 전압이 요구되는 부하일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 발광 소자(60)는 60V의 구동 전압이 요구되는 부하일 수 있다.
한편, 최근에는 12V의 배터리 시스템에 48V의 배터리 시스템을 결합하는 배터리 하이브리드 방식이 개발 또는 고안되고 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 광원 구동 장치는, 12V의 배터리 및 48V의 배터리 중 어느 하나의 배터리에 대해서만 입력 전압을 제공받도록 설계되었기 때문에, 상기 하이브리드 방식에서는 동작이 제한될 수 있으며, 이에 따라 발광소자를 안정적으로 구동하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같이 제 1 부하와 제 2 부하는 서로 다른 조건을 요구하고 있으며, 이에 따라 상기 제 1 부하에는 벅 컨버터를 통해 구동 전압이 공급되고, 제 2 부하에는 부스트 컨버터를 통해 구동 전압이 공급된다.
따라서, 비교 예에 따르면, 상기 제 1 및 2 부하에 각각 구동 전압을 공급하기 위해서는 서로 분리되어 있는 벅 컨버터 및 부스트 컨버터가 각각 필요하다. 그리고, 비교 예에서는 상기 벅 컨버터와 부스트 컨버터의 분리 배치에 따른 제품 차지 공간이 증가하며, 이에 따른 제품 부피가 커지는 문제점이 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광원 구동 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 광원 구동 장치(100)는 배터리부(130) 및 직류-직류 컨버터를 포함한다. 그리고, 상기 직류-직류 컨버터는 제 1 발광부(110), 제 2 발광부(120), 스위치(160), 컨버터부(170) 및 제어부(180)를 포함한다.
제 1 발광부(110) 및 제 2 발광부(120)는 컨버터부(170)로부터 구동 전압을 공급받아 발광 동작을 한다.
상기 제 1 및 2 발광부(110, 120)는 차량의 제동등(Break Lamp), 미등(Tail Lamp), 후진등(Backup Lamp) 또는 방향지시등(Turn Signal Lamp)을 구성할 수 있다. 즉, 상기 제 1 및 2 발광부(110, 120)는 차량의 제동동, 미등, 후진등, 방향 지시등 중 적어도 2개의 광원이 상호 병렬로 연결된 구성을 가질 수 있다.
그리고, 상기 제 1 및 2 발광부(110, 120)를 구성하는 각 발광부는 제동등, 미등, 후진등 또는 방향지시등에서 요구되는 각각의 사이즈나 광 출력 세기에 따라 발광소자의 개수가 달라질 수 있다.
즉, 상기 제 1 및 2 발광부(110, 120)를 구성하는 각 발광부 중 어느 하나는 1개의 발광 소자만을 포함할 수 있고, 다른 하나의 발광부는 적어도 2개의 발광 소자를 포함할 수 있다. 이와 다르게 상기 제 1 및 2 발광부(110, 120)를 구성하는 각 발광부는 모두 1개의 발광 소자만을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 이와 다르게 상기 제 1 및 2 발광부(110, 120)를 구성하는 각 발광부는 모두 적어도 2개 이상의 발광소자를 포함할 수 있다.
배터리부(130)는 부하에 필요한 전원을 공급하기 위한 입력 전원을 제공한다. 상기 배터리부(130)는 상기 직류-직류 컨버터가 적용되는 제품에 따라 규격이 변경될 수 있다. 바람직하게, 직류-직류 컨버터는 차량에 적용될 수 있으며, 상기 배터리부(130)는 상기 차량 내에 구비된 배터리일 수 있다.
또한, 상기 배터리부(130)는 제 1 전압을 출력하는 배터리 A(140)와, 제 2 전압을 출력하는 배터리 B(150)를 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 제 1 전압은 12V 및 48V 중 어느 하나일 수 있고, 상기 제 2 전압은 상기 12V 및 48V 중 다른 하나일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 상기 배터리 A(140)는 48V 배터리이고, 상기 배터리 B(150)는 12V 배터리로 구성되는 것으로 설명한다. 다만, 이는 본 발명의 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 배터리 A(140) 및 상기 배터리 B(150)의 규격은 변화할 수 있다.
스위치(160)는 상기 배터리부(130)를 구성하는 복수의 배터리 중 어느 하나의 배터리와 연결되고, 그에 따라 상기 연결된 배터리로부터 출력되는 전압을 상기 컨버터부(170)에 공급한다.
바람직하게, 상기 스위치(160)는 상기 배터리 A(140)와 연결되고, 그에 따라 상기 컨버터부(170)에 48V의 전압을 제공할 수 있다. 또한, 이와 다르게 상기 스위치(160)는 상기 배터리 B(150)와 연결되고, 그에 따라 상기 컨버터부(170)에 12V의 전압을 제공할 수 있다.
이때, 상기 제 1 발광부(110)는 상기 배터리 A(140) 및 상기 배터리 B(150)의 전압보다 높은 전압이 요구되는 부하이고, 상기 제 2 발광부(120)는 상기 배터리 A(140) 및 상기 배터리 B(150)의 전압보다 낮은 전압이 요구되는 부하일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 발광부(110)는 60V의 전압을 구동전압으로 발광 동작을 하는 발광소자를 포함할 수 있고, 상기 제 2 발광부(120)는 3V의 전압을 구동 전압으로 발광 동작을 하는 발광 소자를 포함할 수 있다.
한편, 상기 제 1 발광부(110) 및 제 2 발광부(120) 각각은 적어도 하나의 발광 소자를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제 1 발광부(110) 및 제 2 발광부(120) 각각은 발광다이오드(LED)와 같은 반도체 발광소자나 그 반도체 발광소자가 채택된 발광소자패키지나 발광 디바이스를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
컨버터부(170)는 상기 스위치(160)를 통해 상기 배터리 A(140) 및 배터리 B(150) 중 어느 하나의 배터리와 연결되고, 그에 따라 상기 제 1 발광부(110) 및 제 2 발광부(120)에 선택적으로 구동 전압을 공급한다.
컨버터부(170)는 복수의 구동 모드 내에서 각각 동작할 수 있다.
상기 구동 모드는, 제 1 발광부(110) 및 제 2 발광부(120)가 모두 동작하는 제 1 구동 모드와, 상기 제 1 발광부(110)만이 동작하는 제 2 구동 모드와, 상기 제 2 발광부(120)만이 동작하는 제 3 구동 모드를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 컨버터부(170)는 상기 제 1 구동 모드 내에서, 상기 제 1 발광부(110) 및 상기 제 2 발광부(120)에 각각 구동 전압을 공급한다. 그리고, 상기 컨버터부(170)는 상기 제 2 구동 모드 내에서 상기 제 1 발광부(110)에만 선택적으로 구동 전압을 공급한다. 또한, 상기 컨버터부(170)는 제 3 구동 모드 내에서 상기 제 2 발광부(120)에만 선택적으로 구동 전압을 공급한다.
이를 위해, 상기 컨버터부(170)는 상기 스위치(160)와 연결되는 제 1 컨버터부(추후 설명)와, 상기 제 1 컨버터부의 출력단에 연결되는 제 2 컨버터부를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 컨버터부는 상기 스위치(160)를 통해 연결된 배터리의 출력 전압을 승압하여, 상기 제 1 발광부(110)에 공급할 수 있다. 또한, 상기 제 2 컨버터부는 상기 제 1 컨버터부의 출력단과 상기 제 1 발광부(110)의 캐소드 단자 사이의 노드에 연결되어, 상기 노드에 걸리는 전압을 강압하여 상기 제 2 발광부(120)에 공급할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 컨버터부 및 제 2 컨버터부 각각은 스위칭 소자를 포함하며, 상기 스위칭 소자의 동작에 따라 상기 제 1 컨버터부 및 제 2 컨버터부 각각의 동작이 제어될 수 있다. 이때, 상기 제 1 컨버터부는 부스트 타입으로 구성될 수 있고, 상기 제 2 컨버터부는 벅 타입으로 구성될 수 있다. 상기 부스트 타입의 컨버터는 출력 전압이 입력 전압보다 높게 나타나는 특성을 가지며, 상기 벅 타입의 컨버터는 출력 전압이 입력 전압보다 낮게 나타나는 특성을 가진다.
제어부(180)는 상기 제 1 발광부(110) 및 제 2 발광부(120)의 구동 조건에 따라 상기 배터리 A(140) 및 배터리 B(150) 중 어느 하나의 배터리와 상기 컨버터부(170)가 연결되도록 할 수 있다. 다시 말해서, 상기 제어부(180)는 상기 스위치(160)를 제어하여, 상기 컨버터부(170)에 연결되는 배터리를 선택할 수 있다. 상기 연결되는 배터리는 상기 구동 모드에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(180)는 상기 제 1 구동 모드에서 상기 컨버터부(170)가 상기 배터리 A(140)와 연결되도록 상기 스위치(160)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(180)는 상기 제 2 구동 모드에서 상기 컨버터부(170)가 상기 배터리 A(140)와 연결되도록 상기 스위치(160)를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(180)는 상기 제 3 구동 모드에서 상기 컨버터부(170)가 상기 배터리 B(150)와 연결되도록 상기 스위치(160)를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(180)는 상기 구동 모드에 따라 상기 제 1 컨버터부 및 제 2 컨버터부를 각각 제어할 수 있다. 바람직하게, 상기 제어부(180)는 상기 구동 모드에 따라 상기 제 1 컨버터부 및 제 2 컨버터부를 구성하는 각각의 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어한다.
상기와 같이 본 발명에서의 배터리부(130)는 배터리 A(140) 및 배터리 B(150)를 포함한다. 그리고, 상기 배터리 A(140) 및 배터리 B(150)의 출력단과 상기 컨버터부(170)의 입력단 사이에는 스위치(160)가 배치되어, 상기 컨버터부(170)에 전원을 공급할 입력전원을 선택할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에서는 상기와 같이 서로 다른 조건이 요구되는 제 1 발광부(110) 및 제 2 발광부(120)를 하나의 컨버터부(170)와 공통 연결되도록 하고, 그에 따라 각각의 발광부의 동작 조건에 따라 상기 컨버터부(170)의 구동 모드를 구분할 수 있도록 한다.
본 발명에서는 상기와 같이 복수의 컨버터부를 하나로 통합하고, 이에 따라 서로 다른 전압이 요구되는 복수의 부하를 안정적으로 구동시키도록 한다. 이에 따라, 본 발명에서는 복수의 컨버터부를 하나로 통합함에 따라 컨버터부가 배치되는 공간을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 상기 제 1 컨버터부와 제 2 컨버터부의 적어도 일부를 상호 공용화함으로써, 필요 부품을 획기적으로 줄일 수 있으며, 이에 따른 제품 단가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는 48V 배터리와 12V의 배터리에 연결되어, 입력 전압에 따라 각각의 부하에 안정적으로 구동 전압을 제공하는 직류-직류 컨버터를 제공한다. 더 나아가, 본 발명에서는 복수의 부하 중 구동될 부하에 따라 상기 입력 전압을 제공할 배터리를 선택하도록 한다. 즉, 본 발명에서의 직류-직류 컨버터는, 12V와 48V의 배터리를 모두 포함하는 양방향 배터리 시스템이나, 이 중 하나의 배터리만을 포함하는 분리 배터리 시스템에 모두 적용이 가능하다. 이에 따라, 본 발명에서는 부하 조건에 따라 상기 복수의 배터리 중 상기 입력 전압을 제공할 배터리를 선택함으로써, 전력 변환 효율을 증가시킬 수 있으며, 이에 따른 전자장치의 효율을 높일 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 도 2에 도시된 직류-직류 컨버터의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 도 2에 도시된 직류-직류 컨버터의 상세 회로도이다.
도 3을 참조하면, 직류-직류 컨버터는 제 1 발광부(110), 제 2 발광부(120), 스위치(160), 컨버터부(170) 및 제어부(180)를 포함한다.
그리고, 상기 컨버터부(170)는 제 1 컨버터부(172) 및 제 2 컨버터부(174)를 포함한다.
상기 제 1 컨버터부(172)는 제 1 인덕터(L1), 제 1 스위치소자(Q1), 제 3 다이오드(D3), 제 1 커패시터(C1), 및 제 1 저항(R1)을 포함한다.
그리고, 제 2 컨버터부(174)는 제 2 스위치소자(Q2), 제 2 인덕터(L2), 제 2 커패시터(C2), 제 2 저항(R2) 및 제 3 스위치소자(Q3)를 포함한다.
한편, 스위치(160)는 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)를 포함한다.
상기 제 1 스위치(SW1)는 일 단자가 상기 배터리 A(140)의 출력 단자에 연결되고, 타 단자가 컨버터부(170)의 입력 단자에 연결된다.
또한, 제 2 스위치(SW2)는 일 단자가 상기 배터리 B(150)의 출력 단자에 연결되고, 타 단자가 상기 컨버터부(170)의 입력 단자에 연결된다.
여기에서, 상기 컨버터부(170)의 입력 단자는 도 3에 도시된 제 1 노드(N1)일 수 있다.
제어부(180)는 상기 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)의 온 오프 동작을 제어하고, 그에 따라 상기 컨버터부(170)에 입력 전압을 공급할 배터리를 선택할 수 있다.
이때, 상기 배터리의 선택에 대한 기본 조건은 상기 배터리 A(140) 및 배터리 B(150)의 충전 용량에 따라 결정될 수 있다. 또한, 상기 배터리 선택의 조건에는 상기 제 1 발광부(110) 및 제 2 발광부(120)의 구동 조건에 따라 결정될 수 있다. 바람직하게, 상기 배터리의 선택 조건은 상기 직류-직류 컨버터의 구동 모드에 따라 결정될 수 있다.
한편, 상기 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)는 상기 직류-직류 컨버터가 동작하는 조건 내에서 서로 상보적으로 동작할 수 있다. 다시 말해서, 상기 제 1 스위치(SW1)가 온 동작을 하면, 상기 제 2 스위치(SW2)는 오프 동작을 할 수 있다. 이와 반대로, 상기 제 1 스위치(SW1)가 오프 동작을 하면, 상기 제 2 스위치(SW2)는 온 동작을 할 수 있다. 또한, 상기 직류-직류 컨버터가 동작하지 않는 조건에서는 상기 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)가 모두 오프 동작을 할 수 있다.
바람직하게, 상기 제 1 스위치(SW1) 및 상기 제 2 스위치(SW2)와 상기 직류-직류 컨버터 사이에는 역방향으로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 다이오드가 추가로 배치될 수 있다.
즉, 상기 제 1 스위치(SW1)와 상기 직류-직류 컨버터 사이에는 제 1 다이오드(D1)가 배치되고, 상기 제 2 스위치(SW2)와 상기 직류-직류 컨버터 사이에는 제 2 다이오드(D2)가 배치될 수 있다.
상기 제 1 다이오드(D1)는 애노드 단자가 상기 제 1 스위치(SW1)의 타 단자와 연결되고, 캐소드 단자가 상기 직류-직류 컨버터의 입력 단자인 상기 제 1 노드(N1)에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 스위치(SW1)는 일 단자가 상기 배터리 A(140)의 출력 단자에 연결되고, 타 단자가 상기 제 1 다이오드(D1)의 애노드 단자에 연결될 수 있다.
또한, 상기 제 2 다이오드(D2)는 애노드 단자가 상기 제 2 스위치(SW2)의 타 단자와 연결되고, 캐소드 단자가 상기 직류-직류 컨버터의 입력 단자인 상기 제 1 노드(N1)에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 스위치(SW2)는 일 단자가 상기 배터리 B(150)의 출력 단자에 연결되고, 타 단자가 상기 제 2 다이오드(D2)의 애노드 단자에 연결될 수 있다.
상기 직류-직류 컨버터는 제 1 발광부(110, LED A) 및 제 2 발광부(120, LED B)를 구동시키기 위한 전원을 공급한다. 이를 위해, 직류-직류 컨버터는 크게 부하에 해당하는 상기 제 1 발광부(110, LED A) 및 제 2 발광부(120, LED B)와, 상기 부하에 전원을 공급하는 컨버터부(170)를 포함한다. 그리고, 상기 컨버터부(170)는 입력 전압을 승압한 출력 전압을 발생시키는 제 1 컨버터부(172)와, 입력 전압을 강압한 출력 전압을 발생시키는 제 2 컨버터부(174)를 포함한다.
다시 말해서, 상기 컨버터부(170)는 부스트 타입의 제 1 컨버터부(172)와, 벅 타입의 제 2 컨버터부(174)를 포함한다.
상기 제 1 컨버터부(172)는 제 1 인덕터(L1), 제 1 스위치소자(Q1), 제 3 다이오드(D3), 제 1 커패시터(C1), 및 제 1 저항(R1)을 포함할 수 있다.
제 1 인덕터(L1)는 일 단자가 제 1 노드(N1)에 연결되고, 타 단자가 제 2 노드(N2)에 연결될 수 있다.
그리고, 제 1 스위치소자(Q1)는 제 1 단자가 제 2 노드(N2)에 연결되고, 제 2 단자가 제 6 노드(N6)에 연결되며, 제 3 단자가 제어부(180)에 연결될 수 있다. 여기에서, 상기 제 1 스위치소자(Q1)의 제 1 단자는 드레인 단자일 수 있고, 제 2 단자는 소스 단자일 수 있으며, 제 3 단자는 게이트 단자일 수 있다. 바람직하게, 상기 제 1 스위치소자(Q1)는 N 채널의 FET(Field Effect Transistor)일 수 있다. 다만, 이는 본 발명의 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 제 1 스위치소자(Q1)는 상기 N 채널의 FET를 제외한 다른 타입의 트랜지스터로 구현될 수 있을 것이다.
제 3 다이오드(D3)는 애노드 단자가 제 2 노드(N2)에 연결되고, 캐소드 단자가 제 3 노드(N3)에 연결될 수 있다.
그리고, 제 1 커패시터(C1)는 일 단자가 제 3 노드(N3)에 연결되고, 타 단자가 제 4 노드(N4)에 연결될 수 있다.
또한, 제 1 저항(R1)은 일 단자가 제 5 노드(N5)에 연결되고, 타 단자가 상기 제 1 발광부(110, LED A)의 입력 단자에 연결될 수 있다.
여기에서, 상기 제 1 컨버터부(172)를 구성하는 구성요소 중 상기 제 1 인덕터(L1), 제 1 스위치소자(Q1) 및 제 3 다이오드(D3)는 입력 전압을 승압하여 출력하는 전력 변환 기능을 하는 구성요소이고, 상기 제 1 커패시터(C1)는 출력 전압에 포함된 교류성분을 제거하는 필터 기능을 하는 구성요소이며, 상기 제 1 저항(R1)은 상기 제 1 발광부(110, LED A)에 공급되는 출력 전류를 제한하기 위한 보호 기능을 하는 구성요소이다.
또한, 상기 제 2 컨버터부(174)는 제 2 인덕터(L2), 제 2 스위치소자(Q2), 제 4 다이오드(D4), 제 2 커패시터(C2), 제 3 스위치소자(Q3) 및 제 2 저항(R2)을 포함할 수 있다.
제 2 스위치소자(Q2)는 제 1 단자가 제 5 노드(N5)에 연결되고, 제 2 단자가 제 7 노드(N7)에 연결되며, 제 3 단자가 제어부(180)에 연결될 수 있다. 여기에서, 상기 제 1 스위치소자(Q1)의 제 1 단자는 드레인 단자일 수 있고, 제 2 단자는 소스 단자일 수 있으며, 제 3 단자는 게이트 단자일 수 있다. 바람직하게, 상기 제 2 스위치소자(Q2)는 N 채널의 FET(Field Effect Transistor)일 수 있다. 다만, 이는 본 발명의 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 제 2 스위치소자(Q2)는 상기 N 채널의 FET를 제외한 다른 타입의 트랜지스터로 구현될 수 있을 것이다.
제 2 인덕터(L2)는 일 단자가 제 7 노드(N7)에 연결되고, 타 단자가 제 8 노드(N8)에 연결될 수 있다.
제 4 다이오드(D4)는 애노드 단자가 제 4 노드(N4)에 연결되고, 캐소드 단자가 제 7 노드(N7)에 연결될 수 있다.
그리고, 제 2 커패시터(C2)는 일 단자가 제 4 노드(N4)에 연결되고, 타 단자가 제 8 노드(N8)에 연결될 수 있다.
또한, 제 2 저항(R2)은 일 단자가 제 8 노드(N8)에 연결되고, 타 단자가 상기 제 2 발광부(120, LED B)의 입력 단자에 연결될 수 있다.
그리고, 제 3 스위치소자(Q3)는 제 1 단자가 제 9 노드(N9)에 연결되고, 제 2 단자가 제 2 노드(N2)에 연결되며, 제 3 단자가 제어부(180)에 연결될 수 있다. 여기에서, 상기 제 3 스위치소자(Q3)의 제 1 단자는 드레인 단자일 수 있고, 제 2 단자는 소스 단자일 수 있으며, 제 3 단자는 게이트 단자일 수 있다. 바람직하게, 상기 제 3 스위치소자(Q3)는 N 채널의 FET(Field Effect Transistor)일 수 있다. 다만, 이는 본 발명의 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 제 3 스위치소자(Q3)는 상기 N 채널의 FET를 제외한 다른 타입의 트랜지스터로 구현될 수 있을 것이다.
여기에서, 상기 제 1 컨버터부(172)를 구성하는 구성요소 중 상기 제 2 인덕터(L2), 제 2 스위치소자(Q2) 및 제 4 다이오드(D4)는 입력 전압을 강압하여 출력하는 전력 변환 기능을 하는 구성요소이고, 상기 제 2 커패시터(C2)는 출력 전압에 포함된 교류성분을 제거하는 필터 기능을 하는 구성요소이며, 상기 제 2 저항(R2)은 상기 제 2 발광부(120, LED B)에 공급되는 출력 전류를 제한하기 위한 보호 기능을 하는 구성요소이며, 상기 제 3 스위치소자(Q3)는 상기 제 2 스위치소자(Q2)의 온-오프 동작의 신뢰성을 확보하기 위한 부동 접지 기능을 하는 구성요소이다.
여기에서, 상기 제 1 스위치소자(Q1) 및 제 2 스위치소자(Q2)는 제어부(180)로부터 공급되는 펄스 폭 변조신호(PWM)에 의해 온 또는 오프 동작을 반복함으로써, 제 1 인덕터(L1) 또는 제 2 인덕터(L2)로부터 상기 제 1 발광부(110, LED A) 및 제 2 발광부(120, LED B)에 공급되는 전류의 크기를 제어할 수 있다.
또한, 상기 설명한 바와 같이, 제 1 스위치소자(Q1), 제 2 스위치소자(Q2) 및 제 3 스위치소자(Q3) 각각은 편의상 전력용 MOSFET으로 표기되어 있을 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 이는 전력 용량에 따라 온-오프 제어 가능한 소자로 구성될 수 있다.
직류-직류 컨버터는 배터리 A(140) 또는 배터리 B(150)로부터 입력 전압을 인가받는다. 그리고, 상기 제 1 컨버터부(172)는 상기 제 1 스위치소자(Q1)의 온-오프 동작에 따라 제 5 노드(N5)로 제 1 출력 전압을 발생할 수 있다.
또한, 상기 제 2 컨버터부(174)는 상기 제 2 스위치소자(Q2)의 온-오프 동작에 따라 상기 제 5 노드(N5)에 걸리는 제 1 출력 전압의 크기를 변화시켜 제 8 노드(N8)로 제 2 출력 전압을 발생할 수 있다.
이때, 상기 제 1 출력 전압은 상기 입력 전압(배터리 A(140) 또는 배터리 B(150)로부터 출력된 전압)보다 클 수 있고, 상기 제 2 출력 전압은 상기 입력 전압보다 작을 수 있다.
또한, 상기 제 3 스위치소자(Q3)는 상기 제 5 노드(N5)에 걸리는 전압에 따라 선택적으로 온 동작을 하여, 상기 제 2 발광부(120, LED B)의 출력단을 부동 접지(Floating ground)시킨다.
즉, 상기 제 2 발광부(120, LED B)는 입력 전압보다 낮은 전압이 요구되는 조건에서 동작한다. 이때, 상기 입력 전압은 상기 제 1 컨버터부(172)를 통해 이미 승압될 수 있으며, 상기 제 2 컨버터부(174)는 상기 승압된 전압을 강압하여 상기 제 2 출력 전압을 발생한다. 이때, 상기 제 1 출력 전압과 상기 제 2 출력 전압 사이의 차이가 큰 경우, 상기 제 2 스위치소자(Q2)의 안정적인 구동이 힘들 수 있다. 따라서, 상기 제 3 스위치소자(Q3)는 상기 제 5 노드(N5)에 걸리는 전압에 따라 온 동작을 하며, 상기 제 3 스위치소자(Q3)가 온 동작을 함에 따라 상기 제 8 노드(N8)의 전위가 증가한다. 그리고, 상기 제 8 노드(N8)의 전위가 증가함에 따라 상기 제 2 스위치소자(Q2)에 공급되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티 비(duty ratio)는 증가한다. 그리고, 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티 비의 증가에 따라 상기 제 2 스위치소자(Q2)는 안정적으로 구동될 수 있다. 이에 대해서는 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
이하에서는 직류-직류 컨버터의 구동 모드에 따른 상기 제 1 스위치소자(Q1), 제 2 스위치소자(Q2) 및 상기 제 3 스위치소자(Q3)의 스위칭 동작에 대해 설명하기로 한다.
본 발명에서의 상기 직류-직류 컨버터의 구동 모드는 크게 3개의 모드로 구분될 수 있다.
바람직하게, 상기 구동 모드는, 상기 제 1 발광부(110, LED A) 및 제 2 발광부(120, LED B)를 모두 구동시키기 위한 제 1 구동 모드와, 상기 제 1 발광부(110, LED A)만을 구동시키기 위한 제 2 구동 모드와, 상기 제 2 발광부(120, LED B)만을 구동시키기 위한 제 3 구동 모드를 포함할 수 있다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 직류-직류 컨버터의 제 1 구동 모드 시의 스위칭 소자의 동작 상태를 보여주는 도면이다.
상기 직류-직류 컨버터는, 상기 제 1 구동 모드에서 상기 제 1 인덕터(L1)를 충전시키는 제 1 구간과, 상기 제 1 인덕터(L1)에 축적된 에너지가 출력되는 제 2 구간, 상기 제 2 인덕터(L2)를 충전시키는 제 3 구간, 및 상기 제 2 인덕터(L2)에 축적된 에너지가 출력되는 제 4 구간을 포함한다. 그리고, 상기 제 2 구간에서는 상기 제 1 발광부(110, LED A)에 구동 전류가 공급되어 상기 제 1 발광부(110, LED A)의 발광 동작이 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제 4 구간에서는 상기 제 2 발광부(120, LED B)에 구동 전류가 공급되어 상기 제 2 발광부(120, LED B)의 발광 동작이 이루어질 수 있다.
도 4는 상기 제 1 구간에서의 스위치소자들의 동작 상태 및 이에 따른 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 제 1 구간 동안 상기 제 1 스위치소자(Q1)는 턴온되고, 제 2 스위치소자(Q2) 및 제 3 스위치소자(Q3)는 턴오프된다.
이때, 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2) 중 어느 하나는 온 되어 상기 직류-직류 컨버터에 입력 전압을 인가할 수 있다. 여기에서, 설명의 편의상 상기 제 1 스위치(SW1) 및 상기 제 2 스위치(SW2) 중 제 1 스위치(SW1)가 온 되고, 상기 제 2 스위치(SW2)가 오프된 것으로 설명하기로 한다. 이에 따라, 상기 직류-직류 컨버터의 입력 단자(바람직하게, 제 1 노드(N1))로는 48V의 입력 전압이 인가될 수 있다.
그리고, 상기 제 1 구간에서의 전류는 제 1 스위치(SW1), 제 1 다이오드(D1), 제 1 노드(N1), 인덕터(L1), 제 1 스위치소자(Q1) 및 제 6 노드(N6)를 경유하여 흐르게 된다. 그리고, 상기 전류는 상기 제 1 인덕터(L1)를 충전함으로써, 상기 제 1 인덕터(L1)는 에너지를 축적하게 된다.
도 5는 상기 제 2 구간에서의 스위치소자들의 동작 상태 및 이에 따른 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 제 2 구간 동안 상기 제 1 스위치소자(Q1)는 턴오프되고, 상기 제 2 스위치소자(Q2) 및 제 3 스위치소자(Q3)는 턴 오프 상태를 유지한다. 즉, 상기 제 2 구간에서는 상기 제 1 구간에서 턴 온 상태였던 제 1 스위치소자(Q1)가 턴오프된다. 이에 따라, 상기 제 1 스위치소자(Q1)의 제 1 단자 측의 전압은 제로 전압이 된다. 그리고, 상기 제 1 인덕터(L1)에 축적된 에너지는 제 3 다이오드(D3)를 통해 제 1 커패시터(C1)에 충전되어 입력 전압보다 높은 전압을 형성한다.
또한, 상기 제 1 커패시터(C1)에 충전된 에너지는 제 5 노드(N5)를 통해 제 1 발광부(110, LED A)에 공급된다.
즉, 상기 제 2 구간에서의 전류는 제 3 다이오드(D3), 제 3 노드(N3), 제 1 커패시터(C1), 제 5 노드(N5), 제 1 저항(R1)을 통해 상기 제 1 발광부(110, LED A)에 공급된다.
이때, 상기 제 5 노드(N5)에 걸리는 제 1 컨버터부(172)의 출력 전압은 상기 제 1 스위치소자(Q1)의 게이트 듀티 비에 의해 결정된다. 즉, 상기 출력 전압은 아래의 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.
Figure PCTKR2019009294-appb-M000001
이때, Vout은 상기 제 5 노드(N5)에 걸리는 상기 제 1 컨버터부(172)의 출력 전압이고, 상기 D는 상기 제 1 스위치소자(Q1)의 게이트 듀티 비이며, 상기 Vin은 배터리 A(140)로부터 출력되는 입력 전압이다.
이때, 상기 제 1 발광부(110, LED A)는 20개의 발광 소자가 직렬로 연결되어 있고, 각각의 발광 소자의 순방향 전압(Vf, Forward voltage)이 3V인 경우에, 상기 제 1 컨버터부(172)의 출력 전압은 60V가 필요하게 된다.
그리고, 상기와 같은 조건에서 상기 게이트 듀티 비는 0.7로 결정될 수 있으며, 상기 결정된 듀티 비에 대응하는 70%의 온 타임을 갖는 펄스 폭 변조 신호가 상기 제어부(180)를 통해 생성되어 상기 제 1 스위치소자(Q1)로 제공될 수 있다.
또한, 상기와 동일한 조건 내에서, 상기 배터리 A(140)가 아닌 배터리 B(150)로부터 12V의 입력 전압이 공급되는 경우, 상기 제 1 스위치소자(Q1)에 공급되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티 비는 0.2로 결정될 수 있고, 이에 따라 상기 펄스 폭 변조 신호는 20%의 온 타임을 가질 수 있다.
도 6은 상기 제 3 구간에서의 스위치소자들의 동작 상태 및 이에 따른 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 제 3 구간 동안 상기 제 1 스위치소자(Q1)는 턴오프 상태를 유지하게 되며, 상기 제 2 스위치소자(Q2) 및 제 3 스위치소자(Q3)는 턴온 상태가 된다.
그리고, 상기 제 3 구간에서의 전류는 상기 제 1 컨버터부(172)를 통해 상기 제 5 노드(N5)를 통해 제공되며, 이는 상기 제 2 스위치소자(Q2), 제 2 인덕터(L2) 및 제 2 커패시터(C2)를 경유하여 흐르게 된다. 그리고, 상기 전류는 상기 제 2 인덕터(L2) 및 상기 제 2 커패시터(C2)를 충전함으로써, 상기 제 2 인덕터(L2) 및 제 2 커패시터(C2)는 에너지를 축적하게 된다.
이때, 상기 제 1 구동 모드에서의 제 3 구간에 상기 제 1 스위치소자(Q1)가 턴 오프 상태로 동작하지만, 상기 제 1 발광부(110, LED A)에는 지속적으로 전류가 공급된다. 즉, 상기 제 1 스위치소자(Q1)가 턴 오프 상태로 동작하는 상기 제 3 구간에서의 상기 제 1 발광부(110, LED A)는 상기 배터리 A(140)로부터 입력되는 배터리 전압과 상기 제 1 저항(R1)에 따른 전류 제한에 의해 구동될 수 있다.
도 7은 상기 제 4 구간에서의 스위치소자들의 동작 상태 및 이에 따른 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 제 4 구간 동안 상기 제 1 스위치소자(Q1)는 턴오프 상태를 유지하게 되고, 제 3 스위치소자(Q3)는 턴온 상태를 유지하게 되며, 상기 제 2 스위치소자(Q2)는 턴 오프 상태가 된다. 이에 따라, 상기 제 3 구간에서 상기 제 2 커패시터(C2)에 축적된 에너지는 상기 제 2 발광부(120, LED B)로 방전되며, 이에 따라 상기 제 2 발광부(120, LED B)의 발광 동작이 이루어질 수 있다.
한편, 상기와 같이 제 3 구간 및 제 4 구간 동안, 상기 제 3 스위치소자(Q3)는 턴온 상태가 된다. 이는, 상기 제 5 노드(N5)에 걸리는 상기 제 1 컨버터부(172)의 제 1 출력 전압을 상기 제 2 컨버터부(174)에서 제 2 출력 전압으로 안정적으로 변환하기 위해서이다.
예를 들어, 상기 제 2 발광부(120, LED B)는 1개의 발광 소자를 포함할 수 있고, 상기 발광 소자는 3V의 순방향 전압을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제 5 노드(N5)에는 60V의 전압이 걸리며, 이에 따라 상기 제 2 컨버터부(174)는 상기 60V의 전압을 3V의 전압으로 변환해야 한다.
그리고, 상기 변환은 상기 제 2 컨버터부(174)를 구성하는 제 2 스위치소자(Q2)의 제어에 의해 이루어진다. 다시 말해서, 상기 제 2 스위치소자(Q2)에 공급되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티 비에 따라 상기 제 2 컨버터부(174)의 제 2 출력 전압이 결정된다. 이때, 상기 제 2 출력 전압은 아래의 수학식 2와 같을 수 있다.
Figure PCTKR2019009294-appb-M000002
여기에서, 상기 Vout은 상기 제 2 컨버터부(174)에서 출력되는 상기 제 2 출력 전압이고, 상기 D는 상기 제 2 스위치소자(Q2)에 공급되는 펄스 폭 신호의 듀티이고, 상기 Vin은 상기 제 1 컨버터부(172)의 제 1 출력 전압(다시 말해서, 이는 상기 제 2 컨버터부(174)에 입력되는 전압이라고도 할 수 있고, 또한 상기 제 5 노드(N5)에 걸리는 전압이라고도 표현할 수 있다)을 의미한다.
이때, 상기와 같이, 60V의 입력 전압을 3V의 출력 전압으로 변환하기 위해서는, 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티는 0.05를 가진다. 다시 말해서, 상기와 같은 변환을 위해서, 상기 제 2 스위치소자(Q2)에 공급되는 펄스 폭 변조 신호에서의 온 타임은 5%를 가진다.
그러나, 상기와 같이 5%의 온 타임을 가지는 펄스 폭 변조 신호를 가지고 상기 제 2 컨버터부(174)가 동작하는 경우, 상기 온 타임이 상대적으로 너무 짧기 때문에 에너지의 전달이 충분히 이루어지지 않게 되고 이에 따른 상기 제 2 컨버터부(174)의 안정적인 구동이 힘들다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기 제 2 발광부(120, LED B)의 출력단에 제 3 스위치소자(Q3)를 배치하고, 상기 제 3 스위치소자(Q3)에 따라 부동 접지가 형성될 수 있도록 한다.
다시 말해서, 상기 제 2 컨버터부(174)의 동작 구간인 상기 제 3 구간 및 제 4 구간에서, 상기 제 3 스위치소자(Q3)가 턴온 상태가 되는 경우, 상기 제 2 발광부(120, LED B)의 출력단의 전위는 증가하게 된다. 즉, 상기 제 3 스위치소자(Q3)가 턴온 상태가 되는 경우, 상기 제 2 발광부(120, LED B)의 출력단의 전위는 배터리 전압만큼 증가하게 된다.
이는, 상기 제 3 스위치소자(Q3)가 턴온 상태가 되는 경우, 입력 전압의 전위만큼 부동 접지에 오프셋(offset)이 발생하는 것을 의미한다. 이때, 상기 제 1 스위치(SW1)가 온 상태이고, 그에 따라 배터리 A(140)로부터 입력 전압이 인가되는 경우, 상기 오프셋은 48V만큼 발생하게 된다.
따라서, 상기 제 2 컨버터부(174)는 상기 입력 전압에 해당하는 상기 제 1 컨버터부(172)의 제 1 출력 전압인 60V에서 상기 오프셋에 대응하는 48V를 뺀 나머지 전압을 기준으로 상기 변환 동작을 수행하게 된다. 다시 말해서, 상기 제 3 스위치소자(Q3)의 턴온 동작에 따라 상기 오프셋이 발생함에 따라 상기 제 2 컨버터부(174)는 상기 60V에서 상기 48V를 뺀 12V의 입력 전압을 3V로 변환하면 된다. 이와 같은 경우, 상기 제 2 스위치소자(Q2)에 공급되는 펄스 폭 변조 신호의 듀티는 0.25이며, 이에 따라 25%의 온 타임을 가지게 된다. 따라서, 상기 제 2 컨버터부(174)는 상기 25%의 온 타임을 가지는 펄스 폭 변조 신호를 토대로 스위칭 동작을 하게 되며, 이에 따라 상기 제 2 컨버터부(174)의 안정적인 구동 조건을 형성할 수 있다. 결론적으로, 상기 제 3 스위치소자(Q3)는 상기 제 2 발광부(120, LED B)의 온오프 제어 또는 입력 배터리 전압에 따른 부동 접지의 오프셋 적용 유무를 결정하기 위해 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 서로 다른 전압이 요구되는 부하 조건에서, 복수의 부하를 각각 구동시킬 수 있는 통합된 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다. 즉, 직류-직류 컨버터는 전원 입력부와 연결되는 제 1 컨버터부와, 상기 제 1 컨버터부의 출력단에 배치되는 제 1 부하와, 상기 제 1 컨버터부의 출력단에 배치되는 제 2 컨버터부와, 상기 제 2 컨버터부의 출력단에 배치되는 제 2 부하를 포함한다. 본 발명에서는 상기와 같이 복수의 컨버터부를 하나로 통합하고, 이에 따라 서로 다른 전압이 요구되는 복수의 부하를 안정적으로 구동시키도록 한다. 이에 따라, 본 발명에서는 복수의 컨버터부를 하나로 통합함에 따라 컨버터부가 배치되는 공간을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 상기 제 1 컨버터부와 제 2 컨버터부의 적어도 일부를 상호 공용화함으로써, 필요 부품을 획기적으로 줄일 수 있으며, 이에 따른 제품 단가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는 48V 배터리와 12V의 배터리에 연결되어, 입력 전압에 따라 각각의 부하에 안정적으로 구동 전압을 제공하는 직류-직류 컨버터를 제공한다. 더 나아가, 본 발명에서는 복수의 부하 중 구동될 부하에 따라 상기 입력 전압을 제공할 배터리를 선택하도록 한다. 즉, 본 발명에서의 직류-직류 컨버터는, 12V와 48V의 배터리를 모두 포함하는 양방향 배터리 시스템이나, 이 중 하나의 배터리만을 포함하는 분리 배터리 시스템에 모두 적용이 가능하다. 이에 따라, 본 발명에서는 부하 조건에 따라 상기 복수의 배터리 중 상기 입력 전압을 제공할 배터리를 선택함으로써, 전력 변환 효율을 증가시킬 수 있으며, 이에 따른 전자장치의 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 부동 접지(Floating ground)를 사용함으로써, 높은 입력 전압과 낮은 순방향 전압을 가진 부하를 안정적으로 구동시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서는 높은 듀티 비를 토대로 스위칭 소자를 제어함으로써, 구동 회로의 안정성을 높일 수 있음과 동시에 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 직류-직류 컨버터는 상기 제 1 발광부(110, LED A)만을 구동시키기 위한 제 2 구동 모드로 동작할 수 있다.
상기 직류-직류 컨버터는, 상기 제 2 구동 모드에서 상기 제 1 인덕터(L1)를 충전시키는 제 1 구간과, 상기 제 1 인덕터(L1)에 축적된 에너지가 출력되는 제 2 구간을 포함한다. 그리고, 상기 제 2 구간에서는 상기 제 1 발광부(110, LED A)에 구동 전류가 공급되어 상기 제 1 발광부(110, LED A)의 발광 동작이 이루어질 수 있다.
이때, 상기 제 2 구동 모드 내에서의 제 1 구간 및 제 2 구간은 상기 제 1 구동 모드에서의 제 1 구간 및 제 2 구간과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 도면의 도시는 생략하기로 한다.
상기 제 2 구동 모드에서의 제 1 구간에서는, 상기 제 1 스위치소자(Q1)는 턴온되고, 제 2 스위치소자(Q2) 및 제 3 스위치소자(Q3)는 턴오프된다.
이때, 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2) 중 어느 하나는 온 되어 상기 직류-직류 컨버터에 입력 전압을 인가할 수 있다. 여기에서, 설명의 편의상 상기 제 1 스위치(SW1) 및 상기 제 2 스위치(SW2) 중 제 1 스위치(SW1)가 온 되고, 상기 제 2 스위치(SW2)가 오프된 것으로 설명하기로 한다. 이에 따라, 상기 직류-직류 컨버터의 입력 단자(바람직하게, 제 1 노드(N1))로는 48V의 입력 전압이 인가될 수 있다.
그리고, 상기 제 1 구간에서의 전류는 제 1 스위치(SW1), 제 1 다이오드(D1), 제 1 노드(N1), 인덕터(L1), 제 1 스위치소자(Q1) 및 제 6 노드(N6)를 경유하여 흐르게 된다. 그리고, 상기 전류는 상기 제 1 인덕터(L1)를 충전함으로써, 상기 제 1 인덕터(L1)는 에너지를 축적하게 된다.
또한, 상기 제 2 구동 모드에서의 제 2 구간에는, 상기 제 1 스위치소자(Q1)는 턴오프되고, 상기 제 2 스위치소자(Q2) 및 제 3 스위치소자(Q3)는 턴 오프 상태를 유지한다. 즉, 상기 제 2 구동 모드에서의 제 2 구간에서는 상기 제 1 구간에서 턴 온 상태였던 제 1 스위치소자(Q1)가 턴오프된다. 이에 따라, 상기 제 1 스위치소자(Q1)의 제 1 단자 측의 전압은 제로 전압이 된다. 그리고, 상기 제 1 인덕터(L1)에 축적된 에너지는 제 3 다이오드(D3)를 통해 제 1 커패시터(C1)에 충전되어 입력 전압보다 높은 전압을 형성한다.
또한, 상기 제 1 커패시터(C1)에 충전된 에너지는 제 5 노드(N5)를 통해 제 1 발광부(110, LED A)에 공급된다.
즉, 상기 제 2 구간에서의 전류는 제 3 다이오드(D3), 제 3 노드(N3), 제 1 커패시터(C1), 제 5 노드(N5), 제 1 저항(R1)을 통해 상기 제 1 발광부(110, LED A)에 공급된다.
또한, 상기 직류-직류 컨버터는 상기 제 2 발광부(120, LED B)만을 구동시키기 위한 제 3 구동 모드로 동작할 수 있다.
상기 직류-직류 컨버터는, 상기 제 3 구동 모드에서 상기 제 2 인덕터(L2) 및 제 2 커패시터(C2)를 충전시키는 제 1 구간과, 상기 제 2 커패시터(C2)에 축적된 에너지가 출력되는 제 2 구간을 포함한다. 그리고, 상기 제 2 구간에서는 상기 제 2 발광부(120, LED B)에 구동 전류가 공급되어 상기 제 2 발광부(120, LED B)의 발광 동작이 이루어질 수 있다.
도 8은 제 3 구동 모드의 제 1 구간에서의 스위치소자들의 동작 상태 및 이에 따른 전류 흐름을 나타낸 도면이고, 도 9는 제 3 구동 모드의 제 2 구간에서의 스위치소자들의 동작 상태 및 이에 따른 전류 흐름을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 제 3 구동 모드에서의 제 1 구간에서는, 상기 제 1 스위치소자(Q1) 및 제 3 스위치소자(Q3)는 턴오프되고, 제 2 스위치소자(Q2)는 턴온된다.
이때, 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2) 중 어느 하나는 온 되어 상기 직류-직류 컨버터에 입력 전압을 인가할 수 있다. 여기에서, 설명의 편의상 상기 제 1 스위치(SW1) 및 상기 제 2 스위치(SW2) 중 제 1 스위치(SW1)가 온 되고, 상기 제 2 스위치(SW2)가 오프된 것으로 설명하기로 한다. 이에 따라, 상기 직류-직류 컨버터의 입력 단자(바람직하게, 제 1 노드(N1))로는 48V의 입력 전압이 인가될 수 있다.
그리고, 상기 제 3 구동 모드의 제 1 구간에서의 전류는 제 1 스위치(SW1), 제 1 다이오드(D1), 제 1 노드(N1), 제 1 인덕터(L1), 제 1 커패시터(C1), 제 3 노드, 제 5 노드, 제 2 스위치소자(Q2), 제 2 인덕터(L2), 제 8 노드(N8) 및 제 2 커패시터(C2)를 경유하여 흐르게 된다. 그리고, 상기 전류는 상기 제 2 인덕터(L2) 및 제 2 커패시터(C2)를 충전함으로써, 상기 제 2 인덕터(L2) 및 제 2 커패시터(C2)는 에너지를 축적하게 된다.
이때, 상기 제 1 구동 모드 및 제 2 구동 모드와는 다르게, 상기 제 3 구동 모드에서의 상기 제 5 노드(N5)에는 배터리의 입력 전압이 그대로 걸리게 된다. 그리고, 상기 제 1 컨버터부(172)의 제 1 스위치소자(Q1)는 실질적으로 동작을 하지 않게 된다. 여기에서, 상기 제 3 구동 모드에서의 상기 제 2 컨버터부(174)에는 상기 제 1 컨버터부(172)의 제 1 인덕터(L1) 및 제 1 커패시터(C1)를 경유하여 전류가 흐르게 된다. 이에 따라, 상기 제 3 구동 모드에서 상기 제 1 인덕터(L1) 및 제 1 커패시터(C1)는 L-C 필터 역할을 하게 되며, 이에 따라 입력 전압에 포함된 노이즈를 제거하게 된다.
이는, 차량의 구조상 와이어 하니스(wire harness)가 길어질 경우, 상기 제 1 컨버터부(172)의 상기 제 1 인덕터(L1) 및 제 1 커패시터(C1)가 상기 제 2 발광부(120, LED B)의 필터 역할을 하도록 하여, 상기 직류-직류 컨버터의 신뢰성을 증가시킬 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 상기 제 3 구동 모드에서의 제 2 구간에는, 상기 제 1 스위치소자(Q1)와 제 3 스위치소자(Q3)는 턴오프 상태를 유지하게 되고, 상기 제 2 스위치소자(Q2)는 턴 오프 상태가 된다. 이에 따라, 상기 제 2 커패시터(C2)에 축적된 에너지는 제 8 노드(N8)를 통해 제 2 발광부(120, LED B)에 공급된다.
즉, 상기 제 2 구간에서의 전류는 제 2 커패시터(C2), 제 8 노드(N8), 제 2 저항(R2)을 통해 상기 제 2 발광부(120, LED B)에 공급된다.
상기와 같이, 본 발명에서는 L-C 출력 필터를 이용하여 출력 노이즈를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 높은 전압이 요구되는 부하에서의 L-C 필터를 강화할 수 있다.
한편, 상기 제 3 스위치소자(Q3)는 상기와 같이 제 1 구동 모드에서 상기 제 2 컨버터부(174)가 동작하는 조건에서만 턴온 상태가 유지되고, 제 2 구동 모드 및 제 3 구동 모드에서는 턴오프 상태를 유지하게 된다. 즉, 상기 제 3 스위치소자(Q3)는 상기 제 2 컨버터부(174)가 동작하는 조건이면서, 입력 전압이 배터리 전압보다 높은 경우에 동작할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 3 스위치소자(Q3)는 상기 제 2 컨버터부(174)가 동작하는 조건이면서, 상기 제 2 컨버터부(174)에 배터리 전압보다 높은 60V 전압이 입력되는 경우에 턴온 상태로 동작할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 상기와 같이 직류-직류 컨버터를 구성하는 컨버터부(170) 중 부스트 타입의 제 1 컨버터부(172)가 우선적으로 배치되도록 하고, 상기 제 1 컨버터부(172)의 후단에 제 2 컨버터부(170)가 배치되도록 하였다.
이는, 상기 제 1 컨버터부(172) 및 제 2 컨버터부(174)를 구성하는 구성요소의 배치에 따라 결정된 것이다. 즉, 상기 부스트 타입의 제 1 컨버터부(172)는 입력단에 제 1 인덕터(L1)가 배치된다. 그리고, 상기 벅 타입의 제 2 컨버터부(174)는 입력단에 제 2 스위치소자(Q2)가 배치된다. 이때, 본 발명에서는 각각의 구동 모드에 따라 상기 스위치 소자들의 스위칭 동작이 이루어진다. 여기에서, 상기 제 1 컨버터부(172)와 제 2 컨버터부(174)의 위치가 변경되는 경우, 상기 제 2 컨버터부(174)를 구성하는 제 2 스위치소자(Q2)가 배터리의 입력 전압을 수신하게 된다. 이때, 상기 제 2 스위치소자(Q2)는 펄스 폭 변조 신호에 따라 온 동작 및 오프 동작을 하게 되는데, 상기 오프 동작을 하는 중에는 후단으로 전류가 공급되지 않는 상황이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기와 같이 부스트 타입의 제 1 컨버터부(172)를 우선적으로 배치하도록 한다. 또한, 제 2 컨버터부(174)의 전력 변환 동작에 대해서는 상기와 같이 부동 접지의 오프셋 조절을 통해 안정적인 구동이 이루어지도록 한다.
한편, 본 발명에서는 상기 배터리부(130)가 서로 다른 입력 전압을 각각 공급하는 복수의 배터리로 구성되며, 이에 따라 최근 개발되고 있는 12V 시스템에 48V 배터리의 버스를 결합하는 배터리 하이브리드 방식에서도 적용될 수 있도록 한다. 또한, 본 발명은 상기 하이브리드 방식뿐 아니라, 12V만을 사용하는 배터리 방식이나, 48V 배터리를 사용하는 배터리 방식에서도 각각 독립적으로 사용될 수 있다.
이때, 본 발명에서의 직류-직류 컨버터가 배터리 하이브리드 방식에 적용되는 경우, 상기 제어부(180)는 상기 구동 모드에 따라 상기 입력 전압을 인가할 배터리를 선택할 수 있도록 한다.
즉, 상기 제어부(180)는 상기 제 1 내지 3 구동 모드에 따라 상기 제 1 및 2 스위치(SW1, SW2)의 동작을 제어하여, 상기 직류-직류 컨버터와 연결되는 배터리를 결정할 수 있도록 한다.
이때, 상기 제어부(180)는 상기 제 1 구동 모드에서 상기 제 1 스위치(SW1)를 온 동작으로 하고, 상기 제 2 스위치(SW2)를 오프 동작으로 한다. 그리고, 상기 제 1 구동 모드에서는 상기 직류-직류 컨버터에 48V의 입력 전압이 인가된다. 즉, 상기 제 1 구동 모드에서는 상기 제 1 컨버터부(172) 및 제 2 컨버터부(174)가 모두 동작한다. 이때, 상기 제 1 컨버터부(172)의 전력 변환 효율을 증가시키기 위해, 상기 제 1 컨버터부(172)의 출력 전압인 60V과 차이가 크지 않는 상기 배터리 A(140)로부터 입력 전압이 인가되도록 한다.
또한, 상기 제 1 구동 모드에서는 상기 배터리의 입력 전압과는 무관하게 상기 제 5 노드(N5)에 걸리는 60V 전압을 3V의 전압으로 변환해야 하며, 이에 따라 상기 부동 접지에 대한 오프셋이 발생하도록 한다. 이때, 상기 오프셋이 크면 클수록 상기 제 2 컨버터부(174)의 제 2 스위치소자(Q2)를 안정적으로 구동할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 제 1 구동 모드에서 상기 배터리 A(140)로부터 상기 직류-직류 컨버터의 입력 전압이 인가되도록 한다.
또한, 상기 제어부(180)는 상기 제 2 구동 모드에 상기 제 1 스위치(SW1)를 온 동작으로 하고, 상기 제 2 스위치(SW2)를 오프 동작으로 한다. 그리고, 상기 제 2 구동 모드에서는 상기 직류-직류 컨버터에 48V의 입력 전압이 인가된다. 즉, 상기 제 2 구동 모드에서는 상기 제 1 컨버터부(172)가 동작한다. 이때, 상기 제 1 컨버터부(172)의 전력 변환 효율을 증가시키기 위해, 상기 제 1 컨버터부(172)의 출력 전압인 60V과 차이가 크지 않는 상기 배터리 A(140)로부터 입력 전압이 인가되도록 한다.
또한, 상기 제어부(180)는 상기 제 3 구동 모드에 상기 제 1 스위치(SW1)를 오프 동작으로 하고, 상기 제 2 스위치(SW2)를 온 동작으로 한다. 그리고, 상기 제 3 구동 모드에서는 상기 직류-직류 컨버터에 12V의 입력 전압이 인가된다. 즉, 상기 제 3 구동 모드에서는 상기 제 2 컨버터부(174)가 동작한다. 이때, 상기 제 2 컨버터부(174)의 전력 변환 효율을 증가시키기 위해, 상기 제 2 컨버터부(174)의 출력 전압인 3V과 차이가 크지 않는 상기 배터리 B(150)로부터 입력 전압이 인가되도록 한다. 그리고, 상기 제 3 구동 모드에서 상기 제 3 스위치소자(Q3)는 오프 상태를 유지하게 되며, 이에 따라 부동 접지에 오프셋이 발생하지 않는다. 이에 따라, 상기 제 2 스위치소자(Q2)에 공급되는 펄스 폭 변조 신호의 안정적인 온 타임을 확보하기 위해, 상기 배터리 B(150)로부터 상기 12V의 입력 전압이 상기 직류-직류 컨버터에 인가되도록 한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 광원 구동 장치의 광원 구동 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 제어부(180)는 차량의 주행 상태에 따라 복수의 발광부 중 발광 동작을 할 발광부를 결정한다(110단계). 예를 들어, 제 1 발광부(110, LED A)는 제동등일 수 있고, 상기 제 2 발광부(120, LED B)는 미등일 수 있으며, 이에 따라 현재 차량의 주행 상태가 야간에 제동을 해야 하는 상태이면, 상기 제 1 및 2 발광부를 상기 발광 동작을 할 발광부로 결정할 수 있다. 또한, 상기 차량의 현재 주행 상태가 주간에 제동을 해야 하는 상태이면, 상기 제어부(180)는 상기 제 1 발광부(110, LED A)만을 상기 발광 동작을 할 발광부로 결정할 수 있다. 또한, 상기 차량의 현재 주행 상태가 야간에 일반 정속 주행을 하고 있는 상태이면, 상기 제 2 발광부를 상기 발광 동작을 할 발광부로 결정할 수 있다.
이어서, 상기 제어부(180)는 상기 발광 동작을 할 발광부가 결정되면, 상기 결정된 발광부에 따라 직류-직류 컨버터의 구동 모드를 결정하고, 상기 결정한 구동 모드에 따라 복수의 배터리 중 입력 전압을 인가할 배터리를 결정한다(120단계). 즉, 상기 제어부(180)는 상기 제 1 및 2 발광부가 상기 발광 동작을 할 발광부로 결정된 경우, 상기 구동 모드를 제 1 구동 모드로 결정하고, 그에 따라 상기 배터리 A(140)를 상기 입력 전압을 인가할 배터리로 결정한다.
또한, 상기 제어부(180)는 상기 제 1 발광부만이 상기 발광 동작을 할 발광부로 결정된 경우, 상기 구동 모드를 제 2 구동 모드로 결정하고, 그에 따라 상기 배터리 A(140)를 상기 입력 전압을 인가할 배터리로 결정한다.
상기 제어부(180)는 상기 제 2 발광부만이 상기 발광 동작을 할 발광부로 결정된 경우, 상기 구동 모드를 제 2 구동 모드로 결정하고, 그에 따라 상기 배터리 B(150)를 상기 입력 전압을 인가할 배터리로 결정한다.
이어서, 상기 제어부(180)는 상기 결정된 배터리에 따라 제 1 스위치(SW1) 및 제 2 스위치(SW2)의 동작을 제어한다(130단계). 즉, 상기 제어부(180)는 상기 배터리 A(140)에서 상기 입력 전압이 인가되도록 결정된 경우, 상기 제 1 스위치(SW1)를 온 상태로 하고, 상기 제 2 스위치(SW2)를 오프 상태로 한다. 또한, 상기 제어부(180)는 상기 배터리 B(150)에서 상기 입력 전압이 인가되도록 결정된 경우, 상기 제 1 스위치(SW1)를 오프 상태로 하고, 상기 제 2 스위치(SW2)를 온 상태로 한다.
이후, 상기 제어부(180)는 상기 결정된 구동 모드에 따라 상기 배터리로부터 상기 직류-직류 컨버터에 인가되는 입력 전압의 크기를 조절하도록 제어 신호를 출력한다(140단계). 즉, 상기 제어부(180)는 상기 제 1 스위치소자(Q1), 제 2 스위치소자(Q2) 및 상기 제 3 스위치소자(Q3)의 스위칭 동작을 각각 제어하기 위한 펄스 폭 변조 신호를 출력한다.
그리고, 상기 제 1 스위치소자(Q1), 제 2 스위치소자(Q2) 및 상기 제 3 스위치소자(Q3)의 스위칭 동작에 따라 상기 결정된 구동 모드에 따른 제 1 발광부(110, LED A) 및/또는 제 2 발광부(120, LED B)에 전류가 공급되며, 이에 따른 발광 동작이 이루어진다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 서로 다른 전압이 요구되는 부하 조건에서, 복수의 부하를 각각 구동시킬 수 있는 통합된 직류-직류 컨버터를 제공할 수 있다. 즉, 직류-직류 컨버터는 전원 입력부와 연결되는 제 1 컨버터부와, 상기 제 1 컨버터부의 출력단에 배치되는 제 1 부하와, 상기 제 1 컨버터부의 출력단에 배치되는 제 2 컨버터부와, 상기 제 2 컨버터부의 출력단에 배치되는 제 2 부하를 포함한다. 본 발명에서는 상기와 같이 복수의 컨버터부를 하나로 통합하고, 이에 따라 서로 다른 전압이 요구되는 복수의 부하를 안정적으로 구동시키도록 한다. 이에 따라, 본 발명에서는 복수의 컨버터부를 하나로 통합함에 따라 컨버터부가 배치되는 공간을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 상기 제 1 컨버터부와 제 2 컨버터부의 적어도 일부를 상호 공용화함으로써, 필요 부품을 획기적으로 줄일 수 있으며, 이에 따른 제품 단가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는 48V 배터리와 12V의 배터리에 연결되어, 입력 전압에 따라 각각의 부하에 안정적으로 구동 전압을 제공하는 직류-직류 컨버터를 제공한다. 더 나아가, 본 발명에서는 복수의 부하 중 구동될 부하에 따라 상기 입력 전압을 제공할 배터리를 선택하도록 한다. 즉, 본 발명에서의 직류-직류 컨버터는, 12V와 48V의 배터리를 모두 포함하는 양방향 배터리 시스템이나, 이 중 하나의 배터리만을 포함하는 분리 배터리 시스템에 모두 적용이 가능하다. 이에 따라, 본 발명에서는 부하 조건에 따라 상기 복수의 배터리 중 상기 입력 전압을 제공할 배터리를 선택함으로써, 전력 변환 효율을 증가시킬 수 있으며, 이에 따른 전자장치의 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 부동 접지(Floating ground)를 사용함으로써, 높은 입력 전압과 낮은 순방향 전압을 가진 부하를 안정적으로 구동시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서는 높은 듀티 비를 토대로 스위칭 소자를 제어함으로써, 구동 회로의 안정성을 높일 수 있음과 동시에 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서는 L-C 출력 필터를 이용하여 출력 노이즈를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 높은 전압이 요구되는 부하에서의 L-C 필터를 강화할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 제 1 스위치소자에 인가되는 펄스 제어 신호에 따라 입력 전압의 레벨을 조절하여 제 1 출력 전압을 발생하는 제 1 컨버터부;
    상기 제 1 컨버터부의 출력단에 배치된 제 1 발광부;
    상기 제 1 컨버터부의 출력단에 연결되고, 제 2 스위치소자에 인가되는 펄스 제어 신호에 따라 상기 입력 전압 또는 상기 제 1 출력 전압의 레벨을 조절하여 제 2 출력 전압을 발생하는 제 2 컨버터부;
    상기 제 2 컨버터부의 출력단에 배치된 제 2 발광부; 및
    상기 제 1 및 2 발광부의 구동 모드에 따라 상기 제 1 스위치소자 및 상기 제 2 스위치소자에 인가될 펄스 제어 신호를 각각 생성하고, 상기 생성된 펄스 제어 신호에 따라 상기 제 1 및 2 스위치소자의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제 1 출력 전압은,
    상기 입력 전압보다 크고,
    상기 제 2 출력 전압은,
    상기 제 1 출력 전압 및 상기 입력 전압보다 작은,
    직류-직류 컨버터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 입력 전압이 인가되는 상기 제 1 컨버터부의 입력단 및 상기 제 2 발광부의 출력단 사이에 배치되는 제 3 스위칭 소자를 더 포함하는
    직류-직류 컨버터.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 컨버터부는,
    일 단자를 통해 상기 입력전압이 인가되는 제 1 인덕터와,
    상기 제 1 인덕터의 타 단자에 제 1 단자가 연결되고, 상기 제 1 발광부의 출력단에 제 2 단자가 연결되며, 상기 제어부에 제 3 단자가 연결되는 상기 제 1 스위치소자와,
    상기 인덕터의 타 단자 및 상기 제 1 스위치소자의 제 1 단자에 애노드 단자가 연결되는 제 1 다이오드와,
    상기 제 1 다이오드의 캐소드 단자에 일 단자가 연결되는 제 1 커패시터를 포함하는
    직류-직류 컨버터.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 2 컨버터부는,
    상기 제 1 다이오드의 캐소드 단자 및 상기 제 1 커패시터의 일 단자에 제 1 단자가 연결되고, 상기 제어부에 제 3 단자가 연결되는 상기 제 2 스위치소자와,
    상기 제 2 스위치소자의 제 2 단자에 캐소드 단자가 연결되고, 상기 제 1 커패시터의 타 단자에 애노드 단자가 연결되는 제 2 다이오드와,
    상기 제 2 다이오드의 캐소드 단자와 상기 제 2 스위치소자의 제 2 단자에 일 단자가 연결되는 제 2 인덕터와,
    상기 제 2 인덕터의 타 단자에 일 단자가 연결되고, 상기 제 2 다이오드의 애노드 단자에 타 단자가 연결되는 제 2 커패시터를 포함하는
    직류-직류 컨버터.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 구동 모드는,
    상기 제 1 및 2 발광부가 모두 온 동작하는 제 1 구동 모드와,
    상기 제 1 발광부가 온 동작하고, 상기 제 2 발광부가 오프 동작하는 제 2 구동 모드와,
    상기 제 1 발광부가 오프 동작하고, 상기 제 2 발광부가 온 동작하는 제 3 구동 모드를 포함하는
    직류-직류 컨버터.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 3 스위치소자는,
    상기 제 1 구동 모드에서의 구간에 따라 턴온 상태 및 턴오프 상태로 동작하고,
    상기 제 2 및 3 구동 모드에서 턴오프 상태가 유지되는
    직류-직류 컨버터.
  7. 제 1 입력 전압을 공급하는 제 1 배터리 및 제 1 입력 전압보다 작은 제 2 입력 전압을 공급하는 제 2 배터리를 포함하는 배터리부;
    상기 배터리부로부터 상기 제 1 및 2 입력 전압 중 어느 하나의 입력 전압을 인가받고, 구동 모드에 따라 상기 인가된 입력 전압을 토대로 제 1 발광부에 공급될 제 1 출력 전압을 출력하고, 상기 출력되는 제 1 출력 전압 및 상기 인가된 입력 전압 중 어느 하나의 전압을 토대로 제 2 발광부에 공급될 제 2 출력 전압을 출력하는 직류-직류 컨버터; 및
    상기 배터리부와 상기 직류-직류 컨버터 사이에 배치되고, 상기 제 1 및 2 배터리 중 어느 하나의 배터리와 상기 직류-직류 컨버터 사이를 연결하는 스위치를 포함하며,
    상기 직류-직류 컨버터는,
    상기 배터리부와 상기 제 1 발광부 사이에 배치되고, 제 1 스위치소자의 스위칭 동작에 따라 상기 인가된 입력 전압을 승압하여 상기 제 1 출력 전압을 출력하는 부스트 컨버터와,
    상기 부스트 컨버터의 출력단과 상기 제 2 발광부 사이에 배치되고, 제 2 스위치소자의 스위칭 동작에 따라 상기 인가된 입력 전압 또는 상기 부스트 컨버터를 통해 출력되는 상기 제 1 출력 전압을 강압하여 제 2 출력 전압을 출력하는 벅 컨버터를 포함하는
    광원 구동 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 출력 전압은,
    상기 제 1 및 2 입력 전압보다 크고,
    상기 제 2 출력 전압은,
    상기 제 1 출력 전압, 상기 제 1 입력 전압 및 상기 제 2 입력 전압보다 작은,
    광원 구동 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 또는 2 입력 전압이 인가되는 상기 부스트 컨버터의 입력단 및 상기 제 2 발광부의 출력단 사이에 배치되고, 상기 구동 모드에 따라 선택적으로 턴온 동작을 하여 상기 제 2 발광부의 출력단을 상기 부스트 컨버터의 입력단에 연결하는 제 3 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 부스트 컨버터는,
    일 단자가 상기 스위치와 연결되어 상기 제 1 또는 제 2 입력전압이 인가되는 제 1 인덕터와,
    상기 제 1 인덕터의 타 단자에 제 1 단자가 연결되고, 상기 제 1 발광부의 출력단에 제 2 단자가 연결되며, 상기 제어부에 제 3 단자가 연결되는 상기 제 1 스위치소자와,
    상기 인덕터의 타 단자 및 상기 제 1 스위치소자의 제 1 단자에 애노드 단자가 연결되는 제 1 다이오드와,
    상기 제 1 다이오드의 캐소드 단자에 일 단자가 연결되는 제 1 커패시터를 포함하고,
    상기 벅 컨버터는,
    상기 제 1 다이오드의 캐소드 단자 및 상기 제 1 커패시터의 일 단자에 제 1 단자가 연결되고, 상기 제어부에 제 3 단자가 연결되는 상기 제 2 스위치소자와,
    상기 제 2 스위치소자의 제 2 단자에 캐소드 단자가 연결되고, 상기 제 1 커패시터의 타 단자에 애노드 단자가 연결되는 제 2 다이오드와,
    상기 제 2 다이오드의 캐소드 단자와 상기 제 2 스위치소자의 제 2 단자에 일 단자가 연결되는 제 2 인덕터와,
    상기 제 2 인덕터의 타 단자에 일 단자가 연결되고, 상기 제 2 다이오드의 애노드 단자에 타 단자가 연결되는 제 2 커패시터를 포함하는
    광원 구동 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 구동 모드는,
    상기 제 1 및 2 발광부가 모두 온 동작하는 제 1 구동 모드와,
    상기 제 1 발광부가 온 동작하고, 상기 제 2 발광부가 오프 동작하는 제 2 구동 모드와,
    상기 제 1 발광부가 오프 동작하고, 상기 제 2 발광부가 온 동작하는 제 3 구동 모드를 포함하고,
    상기 제 3 스위치소자는,
    상기 제 1 구동 모드에서의 구간에 따라 턴온 상태 및 턴오프 상태로 동작하고,
    상기 제 2 및 3 구동 모드에서 턴오프 상태가 유지되며,
    상기 스위치는,
    상기 제 1 및 2 구동 모드에서 상기 제 1 배터리와 상기 직류-직류 컨버터를 연결하고,
    상기 제 3 구동 모드에서 상기 제 2 배터리와 상기 직류-직류 컨버터를 연결하는
    광원 구동 장치.
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