KR100761584B1 - 차량의 배터리 충전용 직류-직류 컨버터 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 배터리 충전용 DC-DC 컨버터의 제어 방법으로서,

DC-DC 컨버터측으로 배터리 전압신호 인가 단계;

전류센서를 통해 입력되는 펄스전류 검출 단계;

검출된 입력 펄스전류를 이용하여 신호변환부에서 출력 전류신호 생성 단계;

PWM제어부에서 상기 출력 전류신호 및 입력 펄스전류를 입력받는 단계;

상기 출력 전류신호 판단 결과, 과전류인 경우 정전류 제어를 이루지만, 과전류가 아닌 경우에는 정전압 제어 수행 단계;

상기 입력 펄스전류 판단 결과, 서지전류인 경우 경고 신호를 발생하지만, 서지전류가 아닌 경우에는 정상 신호 발생 단계;

상기 PWM제어부를 통해 출력 전류신호 및 입력 펄스전류의 상태에 따른 제어신호 출력 단계; 및

PWM제어부로부터 출력된 제어 신호를 DC-DC 파워부에서 입력받아 출력전압을 일정하게 유지시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

배터리, DC-DC 컨버터, 전압, 전류, 정전압, 정전류

Description

차량의 배터리 충전용 직류-직류 컨버터 제어 방법 {A control method of DC-DC converter for charging battery}

도 1은 종래 DC-DC 컨버터의 제어 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터의 제어 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터의 제어 방법 흐름도.

<도면부호의 설명>

10 DC-DC 파워부 20 전류센서

30 PWM 제어부 40 신호변환부

본 발명은 차량의 배터리 충전용 DC-DC 컨버터 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 차량의 시동시와 같은 배터리 충전 및 과방전 등과 같은 상황에서 안정적인 동작을 이루고, 내부 스위칭소자 등을 보호하기 위한 차량의 배터리 충전용 DC-DC 컨버터 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 배터리 충전용 DC-DC 컨버터는 42V 시스템 및 하이브리드 차량 등에 적용되는데, 차량에서 고전압의 입력 배터리전압을 변환하여 저전압 의 배터리(주로, 12V)를 충전하고, 차량의 전장품(헤드램프, 오디오 및 각종 ECU 등)에 안정적인 전력을 공급하는 역할을 한다. 이러한, DC-DC 컨버터를 통해 출력전압을 일정하게 유지시키는 것이 컨버터 제어의 목표인데, 이는 입,출력 배터리의 수명과 이를 이용한 차량의 전장품 등에서의 안정적인 동작을 위해 매우 중요하기 때문이다.

이를 위해, 종래에는 도 1에서 보는 바와 같이, DC-DC 컨버터의 PWM제어부(30)에서는 전류센서(20)를 통해 검출된 출력 전류신호(Io)를 입력받아 과부하 상태인 경우 즉, 검출된 출력전류가 기설정된 과전류 이상인 경우 DC-DC 파워부(10)를 통해 DC-DC 컨버터의 동작을 오프시켜 컨버터를 과전류로부터 보호한다. 한편, 상기 PWM제어부(30)에서 판단 결과 과전류가 아닌 경우에는 피드백제어를 통해 일정한 출력전압을 유지시키는 정전압 제어를 수행한다. 참고로, 상기 도 1에서, 'IFB' 신호는 검출된 전류신호를 의미하며, 'VFB' 신호는 검출된 전압신호를 의미한다.

그러나, 상기 종래 구조를 통한 방식에서, 배터리 상태가 양호하지 않은 초기 충전시나 과방전시와 같이 많은 전류가 유입될 때 DC-DC 컨버터에서는 이를 과전류로 인식하여 컨버터의 온/오프 동작을 이루게 되어, 차량의 초기 시동시 불안정한 제어가 이루어지는 문제점을 갖고 있다.

또한, 상기 종래 제어 구조는, DC-DC 컨버터의 DC-DC파워부(10) 내 스위칭소자 보호에 취약한 문제점을 갖고 있다. 즉, DC-DC 컨버터에서는 스위칭동작을 위해 입력되는 DC 전원을 듀티제어와 트랜스포머를 통해 AC 전원으로 변환하고, 변환된 AC 전원을 LC필터를 통해 DC 전원으로 출력하는데, 이때 출력되는 전류는 DC전류이지만 상기 스위칭소자에 흐르는 전류는 펄스전류이므로 DC-DC 컨버터에서 출력되는 DC전류의 과전류 감지를 이룰 수는 있으나, 스위칭소자에 흐르는 서지전류는 감지할 수 없다. 따라서, 상기 서지전류로 인해 스위칭소자에 무리가 가해져 스위칭소자의 파손을 초래하는 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 시동시와 같은 배터리 충전 및 과방전 등과 같은 상황에서 안정적인 DC-DC 컨버터의 동작을 이루기 위해 PWM제어부에서는 정전압제어뿐 아니라 출력전류가 과전류로 검출시에는 정전류제어를 선택하여 수행하도록 한 차량의 배터리 충전용 DC-DC 컨버터 제어 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 PWM제어부에서 판단 결과, 전류센서를 통해 검출되어 입력되는 전류의 펄스신호 피크치가 기준치를 벗어나는 서지전류인 경우 경고신호(fault signal)를 발생시켜 DC-DC 컨버터의 DC-DC파워부 내 스위칭소자 등을 서지전류로부터 보호하도록 하는데 있다.

상기 목적을 이루기 위한, 본 발명에 따른 DC-DC 컨버터의 제어 방법은,

DC-DC 컨버터측으로 배터리 전압신호 인가 단계;

전류센서를 통해 입력되는 펄스전류 검출 단계;

검출된 입력 펄스전류를 이용하여 신호변환부에서 출력 전류신호 생성 단계;

PWM제어부에서 상기 출력 전류신호 및 입력 펄스전류를 입력받는 단계;

상기 출력 전류신호 판단 결과, 과전류인 경우 정전류 제어를 이루지만, 과전류가 아닌 경우에는 정전압 제어 수행 단계;

상기 입력 펄스전류 판단 결과, 서지전류인 경우 경고 신호를 발생하지만, 서지전류가 아닌 경우에는 정상 신호 발생 단계;

상기 PWM제어부를 통해 출력 전류신호 및 입력 펄스전류의 상태에 따른 제어신호 출력 단계; 및

PWM제어부로부터 출력된 제어 신호를 DC-DC 파워부에서 입력받아 출력전압을 일정하게 유지시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

본 실시예에 따른 차량의 배터리 충전용 DC-DC 컨버터를 통한 출력전압 안정화를 위한 제어 방법을 흐름도인 도 3을 중심으로 도 2를 참조하여 설명한다. 참고로, 도 2에 도시된 제어 블록 구성도의 구성수단 중 도 1에 도시된 종래 제어 블록 구성도의 구성수단과 일치하는 구성수단은 동일부호를 사용한다.

도 3의 흐름도에서 보는 바와 같이, 차량의 배터리 충전용 DC-DC 컨버터측으로 배터리 전압신호(Vi)가 인가된 후[S10], 전류센서(20)를 통해 입력되는 펄스전류를 검출하고 검출된 입력 펄스전류를 이용하여 신호변환부(40) 즉, 아날로그 신호변환부를 통해 출력 전류신호(Io)를 산출한다[S20, S30]. 상기에서, 신호변환부(40)를 통한 출력 전류신호(Io)의 산출은 아래 수학식 1과 같이 산출되는데, 하기 의 수학식에서 'K'는 당업자에게 알려진 바와 같이, 컨버터의 토폴로지(topology)에 따라 설정되는 상수값이다.

Io = K * Iin

상기에서, Io는 출력 전류

K는 신호 변환 상수

Iin은 전류센서를 통해 검출된 입력 전류를 의미한다.

다시 도 3의 흐름도로 돌아가서, PWM제어부(30)에서는 상기 S30 단계에서 산출된 출력 전류신호 및 S20 단계에서 전류센서를 통해 검출된 입력 펄스전류 값을 입력받는다[S40].

상기 S40 단계에서, PWM제어부에서는 출력 전류신호 및 입력 펄스전류 값이 과전류(surge current)인지 여부를 판단하는데[S50, S60], 산출된 출력 전류신호 값(Io)이 기설정된 과전류보다 작은 경우에는 기존의 제어 방법과 같이 출력되는 전압(VFB)을 피드백하여 정전압 제어를 수행하지만[S70], 만일 상기 산출된 출력 전류신호 값(Io)이 기설정된 과전류 이상인 경우에는 정전압 제어를 수행하지 않고 신호변환부(40)를 통해 산출된 출력 전류(IFB)를 이용하여 정전류 제어를 수행한다[S80].

한편, 상기 S60 단계에서 판단 결과, 전류센서를 통해 검출되어 입력된 펄스전류의 피크치(peak value)가 기설정된 기준치보다 큰 경우 즉, 서지전류가 발생한 경우에는 경고 신호(fault signal)를 발생하지만[S90], 서지전류가 발생하지 않은 경우에는 정상 신호를 발생한다[S100].

이렇게, 상기 S70 ~ S100 단계를 통한 PWM제어부의 제어신호는 컨버터 내 DC-DC파워부(10)로 인가된 후[S110], 그에 따른 DC-DC 컨버터의 동작으로 충전 및 과방전시에도 출력전압(Vo)이 항상 일정하게 유지되게 된다[S120].

이와 같이, 본 발명에서는 DC-DC 컨버터 내 PWM제어부에서 과전류 발생여부에 따라 정전압제어뿐 아니라 정전류제어를 선택하여 수행하도록 함으로써, DC-DC 컨버터를 통한 출력전압이 항상 일정하게 유지될 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 기술적 범위를 해석함에 있어서는, 상기에서 설명된 실시예에 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항의 합리적 해석에 의해 결정되어져야 한다.

본 발명의 차량의 배터리 충전용 DC-DC 컨버터 제어 방법에 따르면, 과전류(surge current) 발생여부에 따라 정전압제어 또는 정전류제어를 수행함으로써 DC-DC 컨버터를 통해 출력되는 전압이 항상 일정하게 유지될 수 있으며, 또한 전류센서를 통해 검출된 입력 펄스전류가 서지전류인 경우 경고신호(fault signal)가 발생되도록 함으로써 DC-DC 컨버터 내 스위칭소자 등을 서지전류로부터 보호할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (4)

1. 차량의 배터리 충전용 DC-DC 컨버터의 제어 방법에 있어서,

   DC-DC 컨버터측으로 배터리 전압신호 인가 단계;

   전류센서를 통해 입력되는 펄스전류 검출 단계;

   검출된 입력 펄스전류를 이용하여 신호변환부에서 출력 전류신호 생성 단계;

   PWM제어부에서 상기 출력 전류신호 및 입력 펄스전류를 입력받는 단계;

   상기 출력 전류신호 판단 결과, 과전류인 경우 정전류 제어를 이루지만, 과전류가 아닌 경우에는 정전압 제어 수행 단계;

   상기 입력 펄스전류 판단 결과, 서지전류인 경우 경고 신호를 발생하지만, 서지전류가 아닌 경우에는 정상 신호 발생 단계;

   상기 PWM제어부를 통해 출력 전류신호 및 입력 펄스전류의 상태에 따른 제어신호 출력 단계; 및

   PWM제어부로부터 출력된 제어 신호를 DC-DC 파워부에서 입력받아 출력전압을 일정하게 유지시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 충전용 DC-DC 컨버터 제어 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 출력 전류신호 판단에 있어서,

   생성된 출력 전류신호 값이 기설정된 과전류보다 작은 경우 정전압 제어를 수행하지만, 상기 생성된 출력 전류신호 값이 기설정된 과전류 이상인 경우에는 정 전류 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 충전용 DC-DC 컨버터 제어 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 입력 펄스전류 판단에 있어서,

   전류센서를 통해 검출되어 입력된 펄스전류의 피크치(peak value)가 기설정된 기준치보다 큰 경우 서지전류 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 충전용 DC-DC 컨버터 제어 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 신호변환부에서 출력 전류신호 생성은 아래의 수식을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 충전용 DC-DC 컨버터 제어 방법.

   Io = K * Iin

   상기에서, Io는 출력 전류

   K는 신호 변환 상수

   Iin은 전류센서를 통해 검출된 입력 전류

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