KR101221971B1

KR101221971B1 - Ｄｃ-ｄｃ 컨버터

Info

Publication number: KR101221971B1
Application number: KR1020100013745A
Authority: KR
Inventors: 김종오
Original assignee: (주)그린시스에이오씨
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2013-01-16
Also published as: KR20110094406A

Abstract

본 발명은 배터리 고압전원을 저압전원으로 변환하기 위한 DC-DC 컨버터에 돌입전류(inrush current)의 흐름을 지연, 차단 방지하도록 하는 돌입전류 방지부를 구비하도록 함으로써 회로의 안전성을 높히고. 장치를 소형화시키도록 하며 제조원가를 낮추도록 하는 것이다.

Description

ＤＣ-ＤＣ 컨버터{DC-DC converter}

본 발명은 DC 직류전원을 다른 전압의 DC 직류전원으로 변환하기 위한 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.

전기자동차의 배터리의 전원은 통상적으로 72V DC 의 고압 전원으로 이루어지고, 이 고압 전원은 기기의 동작전원인 DC 12V 전원을 인출하기 위해서 DC-DC 컨버터가 사용되며, 고압전원이 컨버터에 공급되는 시점에 회로에 고장을 초래할 수도 있는 돌입전류가 흐르기 때문에 이에 대한 방지기술이 다양하게 개발되고 있다.
이러한 돌입전류를 제한하기 위하여 특허출원제10-2005-74881호(발명의명칭:하이브리드전기자동차의돌입전류방지장치)와 같이 고전압배터리로부터 인버터와 커패시터에 전원이 공급되는 시점에는 회로에 고장을 초래할 수 있는 급작스러운 돌입전류가 흐르기 때문에 커패시터를 완만하게 충전시키기 위하여 저전압 배터리를 사용하여 커패시터를 일정전압 이상으로 충전시키고, 커패시터의 충전전압과 고전압배터리의 전압차이가 설정값 이하인 경우에 고전압배터리로부터 인버터에 전원이공급되도록하는 기술구성이 개발되었다.
그러나 이러한 기술구성에서는 돌입전류를 사용하기위하여 고전압 배터리와 별도의 저전압배터리를 구비하여야 하며, 커패시터를 충전하기위한 전원을 고전압배터리와 저전압배터리로 교체하여야하는 동작이 이루어져야 하기때문에 릴레이구동회로가 필요하여 이중적인 회로구성이 필요하기 때문에 장치의 크기가 커질 수 밖에 없으며, 제조원가가 높아지게 된다.
또한 이러한 구성은 고장빈도가 높은 릴레이구성을 채용함으로써 돌입전류가 회로전체에 흐르게 되어 중요부품들이 소손되어 안전성을 해칠 우려가 있다.

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본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 배터리 고압전원을 저압전원으로 변환하기 위한 컨버터에서 직접 돌입전류의 흐름을 방지하도록 함으로써 회로의 안전성을 높히고. 장치를 소형화시키도록 하며 제조원가를 낮추도록 하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 해결수단은 +, - 선에 인가되는 직류전원(Vin)으로부터 유입되는 돌입전류(inrush current)를 방지하기 위한 돌입전류방지부를 구비하는 DC-DC 컨버터에서: 상기 돌입전류 방지부는 상기 직류전원(Vin)의 전압을 감지하는 전압감지부; 상기 전압감지부의 전압이 기설정된 전압 이상이면 오프(off)되고, 기설정된 전압 미만이면 온(on)되는 스위칭부; 상기 스위칭부가 오프될 때 상기 Vin에 의하여 충전되는 커패시터로 이루어지는 지연부; 상기 -선과 접지사이에 설치되고, 상기 스위칭부가 온 될 때 같이 온 되어 상기 -선과 접지사이를 연결시키고, 상기 스위칭부가 오프 될 때 같이 오프 됨으로써 상기 -선과 접지사이를 분리시키는 돌입전류필터를 포함하는 것이다.

또한 본 발명에서 상기 돌입전류 방지부는 상기 Vin이 소멸될 때 상기 커패시터에 충전전압을 방전시키는 방전회로를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 전압감지부는 + 선과 - 선 사이에는 순차적으로 연결된 다이오드(D1), 저항(R2), (R3)과 저항(R3)에 병렬 연결되는 다이오드(D2)로 이루어지며, 상기 스위칭부는 상기 저항(R3)의 전압에 의하여 온되거나 오프되는 트랜지스터(T1)이고, 상기 커패시터는 상기 트랜지스터(T1)의 콜렉터와 에미터 사이에 연결되며, 상기 돌입전류필터는 소오스가 - 선에, 드레인이 접지에 연결되며, 상기 트랜지스터(T1)의 에미터에 저항(R4)을 통하여 게이트가 연결되는 FET인 것이 바람직하다.

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면, 고압의 배터리의 전원을 이용하는 전기자동차에서 키 입력이 있는 경우 갑작스러운 돌입전류가 흐르는 것을 커패시터가 지연시킴으로써 DC-DC 컨버터 및 연결된 전기소자를 보호하고, 키가 아크방전에 의하여 손상되는 것을 보호할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 전체적인 구성의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 돌입전류 방지부의 구체적인 회로도이다.
도 3은 본 발명의 돌입전류 방지부가 설치된 상태의 출력전압(a)과 돌입전류 방지부가 설치되지 않은 상태의 출력전압(b)을 도시한 실영상이다.

이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 전체적인 구성의 회로도이다.

도 1에 도시된 실시예는 +선, -선 사이에 인가되는 입력전원 Vin, 바람직하게는 DC-72V를 저압 전원Vout, 바람직하게는 DC-12V로 변환하는 DC-DC 변환부(10)와, 돌입전류(inrush current)가 DC-DC 변환부(10)에 유입되는 것을 방지하도록 돌입전류 방지부(20)로 이루어진다.

돌입전류 방지부(20)는 Vin 전압을 감지하는 전압감지부(210), 전압감지부(210)에 감지된 전압이 12V 이상일 때 오프(off)되며, 12V 미만일 일 때 온(on)되는 스위칭부(230)와, 스위칭부(230)의 오프신호에 의하여 충전되기 시작하는 커패시터를 구비하여 Vin 유입되는 돌입전류를 지연시키는 지연부(220), 스위칭부(230)가 온될 때 같이 온되며 오프될 때 같이 오프되는 FET 소자로 이루어져 -선을 접지에 연결하거나 분리시키는 돌입전류필터(240)로 이루어진다.

도 2는 본 발명의 일실시예의 돌입전류 방지부의 구체적인 회로도이다.

전압감지부(210)는 Vin의 + 선과 - 선 사이에는 순차적으로 연결된 다이오드(D1), 저항(R2), (R3)과 저항(R3)에 병렬 연결되는 다이오드(D2)로 이루어지며, 저항(R3)에는 저항(R2)에 대한 Vin의 분압전압(Vin * R3/(R2+R3))이 인가되게 된다. 즉, 저항R3에는 Vin에 비례되는 전압이 감지되게 된다. 또한, 다이오드(D1)의 캐소오드와 -선 사이에는 저항(R2), (R3)와 병렬로 저항(R1)과 트랜지스터(T1)가 연결된다. 이때 트랜지스터(T1)는 NPN 형으로 에미터는 저항(R1)에 콜렉터는 -선에 연결되고, 베이스는 저항(R2), (R3)의 접속점에 연결된다. 저항(R2), (R3)들은 저항(R2), (R3)의 접속점의 전위가 -선에 대하여 12V 상승되게 되면 트랜지스터(T1)가 불통되도록 설계된다.

또한 트랜지스터(T1)의 에미터와 콜렉터 사이에는 돌입전류 지연용 커패시터(C)와 커패시터(C)의 보호용 제너 다이오드(ZD)가 연결된다.

또한 - 선과 접지 사이에는 FET(F1)가 설치된다. 이때 FET(F1)의 소오스는 접지에 연결되고, 드레인은 -선에 연결되며 게이트와 트랜지스터(T1)의 에미터는 저항(R4)로 연결된다.

이와 같이 구성되는 돌입전류 방지부는 +, - 선의 입력단자에 Vin 전압이 인가되게 되면 저항(R2), (R3)의 접속점에 분압전압이 발생되고, 분압전압이 기설정된 값(12V)을 넘기 전까지는 트랜지스터(T1)가 온 상태로 되어 커패시터(C)의 전하가 축적되지 않게 되고, FET(F1)의 게이트는 저전위를 유지하게 됨으로써 F1은 ON 상태를 이루게 되어 -선을 접지시키게 됨으로써 정상상태를 유지하게 된다. 그러나 Vin에 돌입전류가 유입되게 되면 저항(R2), (R3)의 접속점의 분압전압이 기설정된 값(12V)을 넘게 되므로 트랜지스터(T1)는 OFF 상태로 되기 때문에 돌입전류에 의하여 커패시터(C)는 충전되게 되고, FET(F1)는 OFF 상태로 되어 - 선과 접지가 분리되게 되어 Vin이 DC-DC 변환부(10)에 공급되지 않게 된다.

또한 본 발명의 DC-DC 컨버터는 전기자동차에 주로 사용되기 때문에 Vin은 자동차 키를 온 시켰을 때 배터리의 출력전압이 Vin으로 DC-DC 컨버터에 유입되게 되고, 키를 오프 시키게 되면, 저항(R2), (R3)의 접속점에는 커패시터(C)의 방전전압에 의하여 기설정된 전압보다 낮게 인가되게 되어 커패시터(C)의 전압은 저항(R1), (R2), (R3) 및 FET를 통하여 접지측으로 방전되게 됨으로써 돌입전류 방지부는 리세트(Reset) 되게 된다.

도 3은 본 발명의 돌입전류 방지부가 설치된 상태의 출력전압(a)과 돌입전류 방지부가 설치되지 않은 상태의 출력전압(b)을 도시한 실영상이다.

도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 돌입전류 방지부가 설치되지 않은 상태에서는 급작스러운 돌입전류가 흐르게 되고, 이와 같이 돌입전류가 흐르게 되면 DC-DC 변환부의 회로소자가 소손되게 되거나, 전기 자동차의 키의 입력 시에 돌입전류의 흐름에 의하여 키가 아크방전에 의한 손상되게 되어 키를 장기간 사용할 수 없게 된다. 돌입전류 방지부가 설치되게 되면 도 3의 (a)의 영상과 같이 돌입전류가 방지되어 전기 자동차의 키의 입력 시나 운행 중에도 균일한 전류가 흐르게 되어 회로소자의 손상이나 키의 손상을 방지할 수 있다.

10: DC-DC 변환부 20: 돌입전류 방지부
210: 전압감지부 230: 스위칭부
240: 돌입전류필터

Claims

+, - 선에 인가되는 직류전원(Vin)으로부터 유입되는 돌입전류(inrush current)를 방지하기 위한 돌입전류방지부를 구비하는 DC-DC 컨버터에서:
상기 돌입전류 방지부는
상기 직류전원(Vin)의 전압을 감지하는 전압감지부;
상기 전압감지부의 전압이 기설정된 전압 이상이면 오프(off)되고, 기설정된 전압 미만이면 온(on)되는 스위칭부;
상기 스위칭부가 오프될 때 상기 직류전원(Vin)에 의하여 충전되는 커패시터로 이루어지는 지연부;
상기 -선과 접지사이에 설치되고, 상기 스위칭부가 온 될 때 같이 온 되어 상기 -선과 접지사이를 연결시키고, 상기 스위칭부가 오프 될 때 같이 오프 됨으로써 상기 -선과 접지사이를 분리시키는 돌입전류필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.
청구항 1에서, 상기 돌입전류 방지부는 상기 직류전원(Vin)이 소멸될 때 상기 커패시터에 충전전압을 방전시키는 방전회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.
청구항 1에서, 상기 전압감지부는 + 선과 - 선 사이에는 순차적으로 연결된 다이오드(D1), 저항(R2), (R3)과 저항(R3)에 병렬 연결되는 다이오드(D2)로 이루어지며, 상기 스위칭부는 상기 저항(R3)의 전압에 의하여 온 되거나 오프 되는 트랜지스터(T1)이고, 상기 커패시터는 상기 트랜지스터(T1)의 콜렉터와 에미터 사이에 연결되며, 상기 돌입전류필터는 소오스가 - 선에, 드레인이 접지에 연결되며, 상기 트랜지스터(T1)의 에미터에 저항(R4)을 통하여 게이트가 연결되는 FET인 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.