KR101470161B1 - 컨버터의 전압 센싱 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 센싱회로만으로 컨버터의 입력전압과 출력전압을 모두 센싱할 수 있도록 하여, 컨버터 제어기의 부품수 저감과 부피 축소가 가능하여 원가를 저감할 수 있도록 하며, DCM 진입 여부의 검출이 가능하여, DCM 시의 별도 제어 알고리즘 적용이 가능하도록 한다.

Description

컨버터의 전압 센싱 회로{VOLTAGE SENSING CIRCUIT FOR CONVERTER}

본 발명은 컨버터의 전압 센싱 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 DC-DC 컨버터의 입력 및 출력 전압을 센싱하는 회로의 구성에 관한 기술이다.

하이브리드 차량 및 전기차 등에는 DC-DC 컨버터(이하, 컨버터)가 탑재되어, 입력전압을 원하는 전기부하에 맞는 출력전압으로 변압할 수 있도록 하는 바, 상기 컨버터를 제어하는 제어기에서는 상기 컨버터의 출력전압 제어기능 및 입력전압 보호기능을 수행하기 위해 상기 컨버터의 입력전압과 출력전압을 센싱해야 한다.

도 1은 종래 컨버터 회로에서 입력전압 및 출력전압을 센싱하는 회로 구성을 도시한 것으로서, 컨버터의 입력단에 입력전압 센싱회로(500)를 구비하고, 컨버터의 출력단에 출력전압 센싱회로(502)를 도시된 바와 같이 별도로 구비하고 있다.

따라서, 종래에는 상기와 같이 컨버터의 입력단과 출력단에 전압을 센싱하기 위한 센싱회로가 중복되어 제어기의 크기가 확대되고 단가의 상승이 필연적이게 된다. 또한, 컨버터가 저 부하에서 동작 시, 상기한 바와 같은 센싱회로에서는 전류불연속모드(DCM: Discontinuous Mode) 진입 여부의 검출이 불가능하여, DCM 시의 별도 제어 알고리즘 적용이 불가하다.

상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 1010280240000 B1

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하나의 센싱회로만으로 컨버터의 입력전압과 출력전압을 모두 센싱할 수 있도록 하여, 컨버터 제어기의 부품수 저감과 부피 축소가 가능하여 원가를 저감할 수 있도록 하며, DCM 진입 여부의 검출이 가능하여, DCM 시의 별도 제어 알고리즘 적용이 가능하도록 한 컨버터의 전압 센싱 회로를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 컨버터의 전압 센싱 회로는

컨버터의 인덕터 양단의 전압을 검출할 수 있도록, 상기 인덕터 양단에 연결되는 오피앰프;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 하나의 센싱회로만으로 컨버터의 입력전압과 출력전압을 모두 센싱할 수 있도록 하여, 컨버터 제어기의 부품수 저감과 부피 축소가 가능하여 원가를 저감할 수 있도록 하며, DCM 진입 여부의 검출이 가능하여, DCM 시의 별도 제어 알고리즘 적용이 가능하도록 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 컨버터의 전압 센싱 회로를 설명한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 컨버터의 전압 센싱 회로를 설명한 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 컨버터의 전압 센싱 회로의 실시예를 도시한 도면,
도 4는 도 3의 오피앰프 출력단에서 시간에 따른 전압과 전류를 표시한 그래프,
도 5는 본 발명을 검증하기 위한 PSPICE 시뮬레이션 구성을 도시한 도면,
도 6은 도 5의 PSPICE 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프로서, 시간에 따른 컨버터 출력전압과 오피앰프 출력전압을 함께 표시한 것이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명 컨버터의 전압 센싱 회로의 실시예는 컨버터의 인덕터(L) 양단의 전압을 검출할 수 있도록, 상기 인덕터(L) 양단에 연결되는 오피앰프(OP)를 포함하여 구성된다.

즉, 종래 컨버터의 입력단과 출력단에 각각 별도로 구비되던 센싱회로를 대신하여, 컨버터를 구성하는 인덕터(L)의 양단에 오피앰프(OP)를 연결하여 입력전압 및 출력전압을 시분할적으로 센싱할 수 있도록 한 것이다.

도 3에서, 상기 컨버터는 인덕터(L)와 다이오드(D)가 입력단과 출력단 사이에 직렬로 연결되는 부스트 컨버터(BOOST CONVERTER)이며, 상기 인덕터(L)와 오피앰프(OP) 사이에는 전파정류 브릿지(BR)가 개재되어, 상기 오피앰프(OP)는 상기 전파정류 브릿지(BR)에 두 입력단이 연결된 구성이다.

이와 같이 구성하면, 컨버터의 스위칭 특성을 이용하여 1주기당 스위치 온 및 스위치 오프 구간 동안에, 상기 오피앰프(OP) 출력단에는 도 4에 도시된 바와 같이 전압의 최대값과 최소값이 교번하여 출력되는데, 이때 상기 최대값은 컨버터의 출력전압에 비례하고, 최소값은 컨버터의 입력전압에 비례하므로, 이와 같은 관계를 이용하여, 상기 오피앰프(OP)의 출력전압에 의해 상기 컨버터의 입력전압과 출력전압을 교번하여 센싱할 수 있게 되는 것이다.

참고로, 도 6의 PSPICE 시뮬레이션 결과 중 오피앰프(OP) 출력을 확대하여 표시하고 있는 지점에서, 컨버터 출력전압은 325.57V이고, 이때 오피앰플 출력 최대값은 8.66V이며, 최소값은 5.296V인데, 이들을 다음 수식에 대입하면 컨버터 입력전압을 추정할 수 있는 바, 325.57V : 8.66V = X(입력전압) : 5.296V 로부터, X = 199.1V 가 계산되며, 이때 오차는 -0.9V로서 센싱된 오피앰프(OP) 출력전압으로부터 만족할만한 수준의 정확도로 컨버터 입력전압을 계산할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 컨버터의 스위치 온 오프 동작에 의해, 오피앰프(OP) 출력이 스위치 온 구간과 스위치 오프구간에서 도시된 바와 같이 명확한 변화를 나타내며, 특히 스위치 오프 구간 중 DCM 구간에서는 도시된 바와 같이 오피앰프(OP) 출력 전압 및 전류가 모두 0가 되어 이를 통해 DCM 구간의 진입 여부를 검출할 수 있어서, 이를 기반으로 하여 제어기는 별도의 제어 알고리즘 적용이 가능하게 되는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

L; 인덕터
OP; 오피앰프
BR; 전파정류 브릿지

Claims (3)

1. 컨버터의 인덕터(L) 양단의 전압을 검출할 수 있도록, 상기 인덕터(L) 양단에 연결되는 오피앰프(OP);를 포함하고,
   상기 인덕터(L)와 오피앰프(OP) 사이에는 전파정류 브릿지(BR)가 개재되어, 상기 오피앰프(OP)는 상기 전파정류 브릿지(BR)에 두 입력단이 연결된 것
   을 특징으로 하는 컨버터의 전압 센싱 회로.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 컨버터는 인덕터(L)와 다이오드(D)가 입력단과 출력단 사이에 직렬로 연결되는 부스트 컨버터인 것
   을 특징으로 하는 컨버터의 전압 센싱 회로.

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