JP2020516169A - 電源供給装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、電気自動車に備えられたバッテリーから各種部品に電源を供給する電源供給装置に係り、特に、電気自動車充電設備と電気自動車とがコネクタを介して接続されたことを確認するための電流検出を可能にし且つEMI(Electro−Magnetic Interference)ノイズを低減させる電源供給装置に関する。本発明の電源供給装置によって、提案された発明が解決しようとする一つの課題は、電気自動車の電装部品に安定的な電圧を供給するとともに、バッテリーの充電、電源供給装置の自体スイッチングなどによるEMI(Electro−Magnetic Interference)ノイズを低減させることである。【選択図】 図8

Description

本発明は、電気自動車に備えられたバッテリーから各種部品に電源を供給する電源供給装置に係り、特に、電気自動車充電設備と電気自動車とがコネクタを介して接続されたことを確認するための電流検出を可能にし且つEMI(Electro−Magnetic Interference)ノイズを低減させる電源供給装置に関する。
電気自動車は、駆動に必要なエネルギーを従来の自動車のように化石燃料の燃焼ではなく、電気エネルギーから得る自動車である。よって、このような電気自動車は、電気エネルギーをバッテリーに充電することにより、駆動力を確保する。
電気自動車に装着されるバッテリーから電気自動車のモーターだけでなく、電気自動車の通信コントローラ(Communication Controller of Electric Vehicle;EVCC)で必要とする安定的な電圧を供給する必要がある。
この際、電気自動車の電装部品に安定的な電圧を供給しながらもEMI(Electro−Magnetic Interference)ノイズを低減させる必要がある。
また、電気自動車充電設備と電気自動車とがコネクタを介して接続されたことを確認するための電流検出を可能にしながらEMI(Electro−Magnetic Interference)ノイズ低減のための第2キャパシタを使用することを可能にする必要がある。
さらに、電源供給装置に搭載される回路基板に、互いに絶縁されたPEグラウンド及びシャーシグラウンドの2ポイントグラウンドを実現し、前記第2キャパシタを前記シャーシグラウンドに接続させてEMI(Electro−Magnetic Interference)ノイズをシャーシグラウンドへ放出させる必要がある。
本発明が解決しようとする一つの課題は、電気自動車の電装部品に安定的な電圧を供給するとともに、バッテリーの充電、電源供給装置の自体スイッチングなどによるEMI(Electro−Magnetic Interference)ノイズを低減させることである。
本発明が解決しようとする一つの課題は、電気自動車充電設備と電気自動車とがコネクタを介して接続されたことを確認するための電流検出を可能にしながらEMI(Electro−Magnetic Interference)ノイズ低減のための第2キャパシタを使用することができるようにすることである。
本発明が解決しようとする一つの課題は、電源供給装置に搭載される回路基板に、互いに絶縁されたPEグラウンド及びシャーシグラウンドの2ポイントグラウンドを実現し、前記第2キャパシタを前記シャーシグラウンドに接続させてEMI(Electro−Magnetic Interference)ノイズをシャーシグラウンドへ放出させることである。
一方、本発明が解決しようとする技術的課題は、上述した技術的課題に限定されず、以下で説明する内容から通常の技術者に自明な範囲内で様々な技術的課題が含まれ得る。
本発明の一態様によれば、一端がバッテリーの(+)端に接続され、他端が電気自動車充電設備(Electric Vehicle Supply Equipment、EVSE)のグラウンドであるPE(Potential Earth)グラウンドに接続される第1キャパシタ、及び一端が前記第1キャパシタの他端に接続され、他端が電気自動車のシャーシに接地されるシャーシグラウンドに接続される第2キャパシタを含むCM(Common Mode)フィルタ部と;インダクタ及び第3キャパシタを含み、前記第3キャパシタの一端が前記PEグラウンドに接続されるDM(Differential Mode)フィルタ部と;を含む、電源供給装置が提供される。
前記第1キャパシタは、第1Xキャパシタ及び第2Xキャパシタを含み、前記第2キャパシタは、一端が第1Xキャパシタの他端に接続され、他端がシャーシグラウンドに接続される第1Yキャパシタ、及び一端が第2Xキャパシタの他端に接続され、他端がシャーシグラウンドに接続される第2Yキャパシタを含み、前記CMフィルタ部は、第1Xキャパシタと第2Xキャパシタとの間に位置するCMコアと、一端が第1Yキャパシタの他端に接続され、他端がシャーシグラウンドに接続されるRCフィルタとをさらに含む。
前記CMフィルタ部は、一端がバッテリーの(+)端に接続され、他端がPEグラウンドに接続されるDCブロックキャパシタをさらに含む。
前記CMフィルタ部は、コンバータを経由して前記DMフィルタに接続される。
前記インダクタは前記コンバータの出力端に接続され、前記第3キャパシタの他端は前記インダクタに接続される。
前記第2Xキャパシタはコンバータから1〜5mm離隔している。
前記電源供給装置は、DMフィルタに接続される第2コンバータをさらに含み、前記第2コンバータの出力端の(+)ラインは、シャーシグラウンド及び/又は前記PEグラウンドから0.3mm以上離隔している。
電源供給装置は、電源が供給される電源ラインが形成された第2層;前記PEグラウンド及び前記シャーシグラウンドを含むグラウンド層;前記PEグラウンドと前記第2層とを接続する第1貫通電極;前記シャーシグラウンドと前記第2層とを接続する第2貫通電極;及び前記シャーシグラウンドとシャーシケースとを接続するシャーシ電極;を含み、前記第1貫通電極を介して前記PEグラウンドに接続された前記第2層のいずれかの一部領域と、第2貫通電極を介して前記シャーシグラウンドに接続された前記第2層の別の一部領域とは電気的に絶縁される回路基板;をさらに含み、前記CMフィルタ部及び前記DMフィルタ部は前記第2層上に配置される。
前記グラウンド層は一つの層である。
前記グラウンド層は、前記PEグラウンドを含む第3層、及び前記シャーシグラウンドを含む第4層を含む。
また、本発明の他の態様によれば、電気自動車のバッテリーを充電する充電制御装置において、充電ステーションに接続されるコネクタと、前記充電制御装置に動作電源を供給する電源供給回路とを含み、前記コネクタは、電力入力ポート;コントロールパイロット信号の入力を受けるCP(control Pilot)ポート;及び前記充電ステーションのPE(Potential Earth)グラウンドに接続されるPE(Potential Earth)ポートを含み、前記電源供給回路は、電力信号が印加される電源入力端;前記電力信号の共通モード(Common Mode)ノイズを除去する第1フィルタ;及び前記電力信号の差動モード(Differential Mode)ノイズを除去する第2フィルタ;を含み、前記第1フィルタは電気自動車のシャーシグラウンドに接続され、前記第2フィルタはPE(Potential Earth)グラウンドに接続される、充電制御装置が提供される。
前記第1フィルタから出力される電力信号の電圧を変換する変換器をさらに含み、前記電圧が変換された電力信号は前記第2フィルタに入力される。
前記変換器は、前記第1フィルタに接続される入力端子、及び前記第2フィルタに接続される出力端子を含み、前記出力端子には少なくとも一つのチョークインダクタが接続され、前記チョークインダクタは前記PEグラウンド及び/又はシャーシグラウンドから0.3mm以上離隔する。
前記第1フィルタは、一端が前記PEグラウンドに接続され、他端が前記シャーシグラウンドに接続される第2キャパシタを含む。
前記第1フィルタは、一端が第2キャパシタに接続され、他端がシャーシグラウンドに接続されるRCフィルタをさらに含む。
本発明は、電気自動車の電装部品に安定的な電圧を供給するとともに、バッテリーの充電、電源供給装置の自体スイッチングなどによるEMI(Electro−Magnetic Interference)ノイズを低減させるものである。
本発明は、電気自動車充電設備と電気自動車とがコネクタを介して接続されたことを確認するための電流検出を可能にしながら、EMI(Electro−Magnetic Interference)ノイズ低減のための第2キャパシタを使用することができるようにするものである。
本発明は、電源供給装置に搭載される回路基板に、互いに絶縁されたPEグラウンド及びシャーシグラウンドの2ポイントグラウンドを実現し、前記第2キャパシタを前記シャーシグラウンドに接続させてEMI(Electro−Magnetic Interference)ノイズをシャーシグラウンドへ放出させるものである。
本発明の効果は上述した効果に限定されず、以下で説明する内容から通常の技術者に自明な範囲内で様々な効果が含まれ得る。
電気自動車及びEVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)を示す図である。 電気自動車充電制御装置(EVCC)の詳細構成及びバッテリーを示すブロック図である。 電源供給装置の詳細構成及びバッテリーを示すブロック図である。 一実施形態による電源供給装置の詳細構成を示すブロック図である。 別の実施形態による電源供給装置の詳細構成を示すブロック図である。 別の実施形態による電源供給装置の詳細構成を示すブロック図である。 別の実施形態による電源供給装置の詳細構成を示すブロック図である。 別の実施形態による電源供給装置の詳細構成を示すブロック図である。 シャーシグラウンド領域とPEグラウンド領域に区分されたプリント回路基板の上面を示す図である。 一実施形態による回路基板の断面を示す図である。 別の実施形態による回路基板の断面を示す図である。 従来のEMI(Electro−Magnetic Interference)伝導性エミッション(Conducted Emission、CE)ノイズを示すグラフである。 本発明に係るEMI(Electro−Magnetic Interference)伝導性エミッション(Conducted Emission、CE)ノイズを示すグラフである。 従来のEMI(Electro−Magnetic Interference)放射性エミッション(Radiated emission、RE)ノイズを示すグラフである。 本発明に係るEMI(Electro−Magnetic Interference)放射性エミッション(radiated emission、RE)ノイズを示すグラフである。
前述した、及び追加的な様相は、添付図面を参照して説明する実施形態を介して具体化される。各実施形態の構成要素は、他の言及又は相互間に矛盾がない限り、実施形態内で様々な組み合わせが可能であると理解される。さらに、本発明は、さまざまな異なる形態で実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。
図面で提案された発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略し、明細書全体にわたって、類似する部分については類似する符号を付した。また、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
また、明細書全体において、ある部分が他の部分に「接続」されているとき、これは、「直接接続」されている場合だけではなく、それらの間に別の素子を介在して「電気的に接続」されている場合も含む。さらに、明細書全体において、信号は電圧や電流などの電気量を意味する。
明細書で記述した「部」とは、「ハードウェア又はソフトウェアのシステムを変更又はプラグイン可能に構成したブロック」を意味するものであり、すなわち、ハードウェア又はソフトウェアにおいて特定の機能を行う一つの単位又はブロックを意味する。
図1は電気自動車80(Electric Vehicle、EV)及びEVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)を示す。
電気自動車80は、電気自動車充電設備90であるEVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)から充電できる。EVSEに接続された充電ケーブルは、電気自動車80の注入口に接続できる。電気自動車80は、電気自動車充電設備90にさまざまな方法で接続でき、これに基づいて、電気自動車80の充電モード(charging mode)は決定される。
電気自動車充電設備90は、AC又はDCを供給する設備であり、充電ステーション又は家庭内に配置されてもよく、携帯可能に実現されてもよい。すなわち、電気自動車充電設備90は、充電ステーション(supply)、AC充電ステーション(AC supply)、DC充電ステーション(DC supply)、ソケット−アウトレット(socket−outlet)などと混用できる。
電気自動車充電制御装置70(Electric Vehicle Communication Controller、EVCC)は、電気自動車80内に含まれてECU110(Electronic Control Unit)及びバッテリー100に接続される。ECU110は、自動車のエンジン、自動変速機、ABSなどのさまざまな構成を制御する。電気自動車80がEVSEに接続される場合、電気自動車充電制御装置70(Electric Vehicle Communication Controller、EVCC)を介してバッテリー100に電気エネルギーが充電される。
図2は電気自動車充電制御装置70(EVCC)の詳細構成及びバッテリー100を示すブロック図である。
電気自動車80のバッテリー100を充電する電気自動車充電制御装置70は、電気自動車80の充電ステーションに接続されるコネクタ1000と、前記電気自動車充電制御装置70に動作電源を供給する電源供給回路10とを含む。また、電気自動車充電制御装置(EVCC)は、コントローラ50をさらに含む。
前記コネクタ1000は、電力入力ポート;コントロールパイロット信号の入力を受けるCP(Control Pilot)ポート;及び前記電気自動車80の充電ステーションのPE(Potential Earth)グラウンドに接続されるPE(Potential Earth)ポートを含む。そして、コネクタ1000は、PD(Proximity Detection)ポートをさらに含む。
CPポート1100は、EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)に接続される充電ケーブルを介して伝達されるCP(Control Pilot)信号の入力を受けるポートである。PDポート1200は、コネクタ1000のEVSEに近接するか否かを検出するポートである。PEポート1300は、EVSEの接地に接続されるポートである。
コントローラ50は、バッテリー100の充電を制御する。電気コントローラ50は、CPポート1100を介して受信されるパイロット機能(pilot function)を処理するPF(Pilot Function)ロジックを含むことができる。また、コントローラ50は、PDポート1200を介して受信される信号を用いてEVSEのコネクタ1000の注入か否かを検出するPD(Proximity Detection)ロジックを含むことができる。
コントローラ50は、CPポート1100を介して受信される信号、及びPDポート1200を介して受信される信号が入力されると、電源入力ポート1400に接続されるスイッチ40(SW)を制御する。スイッチ40はリレースイッチ40であってもよい。バッテリー100は、スイッチ40を経由してEVSEから充電電力を受信する。
電源供給装置10は、充電されたバッテリー100から供給された電圧を、電気自動車充電制御装置70に含まれている各構成が必要とする電圧に変換して供給する。図2によれば、コントローラ50は、バッテリーから電源供給装置10を介して電源の供給を受ける。すなわち、マイクロコントローラユニット(Micro controller unit;MCU)のメイン電圧又はマイクロコントローラユニットのコア電圧を供給する。
前記電気自動車充電制御装置70は、CAN(Controller Area Network)伝送器をさらに含むことができる。すなわち、電源供給装置10は、CAN(Controller Area Network)伝送器に、必要とする電圧を供給する。本発明に係る電源供給装置10は、PEポート1300を介してPEグラウンドに接続される。また、電源供給装置10はシャーシグラウンド30とも接続される。
図3は電源供給装置10の詳細構成及びバッテリー100を示すブロック図である。
電源供給装置10は、共通モードフィルタ部、コンバータ300及び差動モードフィルタ部を含む。図3に示すように、バッテリー100、コンバータ300及び差動モードフィルタ部はPEグラウンド20に接地される。共通モードフィルタ部は、PEグラウンド20及びシャーシグラウンド30の両方に接地される。共通モードフィルタ部が含む第2キャパシタ220の一端はPEグラウンド20に接続され、第2キャパシタの他端はシャーシグラウンド30に接続される。
電気自動車80のバッテリー100から電気自動車充電制御装置70のMCUなどの構成へ電力が供給される過程で、EMI(Electro−Magnetic Interference)ノイズが発生する。EMI(Electro−Magnetic Interference)は、電気電子機器から放射される電磁波が他の機器の電磁気受信機能に障害を与えるものであって、伝導性エミッション(Conducted Emission、CE)と放射性エミッション(Radiated Emission、RE)に分けることができる。
このうち、伝導性エミッション(CE)は、電磁波が信号線又は電源線などの媒質を介して伝達されるものである。放射性エミッションREは、空気中に輻射して伝達される電磁波ノイズである。
前述したEMIノイズを低減させるために、電源供給装置10は、フィルタを含む必要がある。すなわち、バッテリー100から供給された電圧を電気自動車充電制御装置70のMUCのような負荷が必要とする電圧に変換して供給する電源供給装置10は、EMIノイズ低減のためのフィルタを含む。
このとき、電源供給装置10が第2キャパシタ220を含む場合、EMIノイズを改善することができる。第2キャパシタ220が、電気自動車充電設備90の接地であるPEグラウンドに接続される場合、電気自動車充電制御装置70は、電気自動車充電設備90から電流値を正確に検出することができない。
電気自動車充電設備90と電気自動車とがコネクタ1000を介して接続されたことを確認するために、電気自動車充電制御装置70は、電気自動車充電設備90から電流値を検出する。このとき、第2キャパシタ220がPEグラウンドに接続される場合、第2キャパシタ220の寄生抵抗(Equivalent Serial Resistance、ESR)成分により電流値を正確に検出することができない。
結局、電気自動車充電設備90から電流値を正確に検出しながらEMIノイズも低減させるために、電源供給装置10は、一端がシャーシグラウンドに接続された第2キャパシタ220を含む。
図4は一実施形態による電源供給装置10の詳細構成を示すブロック図である。
電源供給装置10は、一端がバッテリー100の(+)端に接続され、他端が電気自動車80充電設備(Electric Vehicle Supply Equipment、EVSE)のグラウンドであるPE(Potential Earth)グラウンドに接続される第1キャパシタ210と、一端が第1キャパシタ210の他端に接続され、他端が電気自動車80のシャーシに接地されるシャーシグラウンド30に接続される第2キャパシタ220とを含む共通モード(Common Mode、CM)フィルタ部;及びインダクタと第3キャパシタを含み、第3キャパシタの他端が前記PEグラウンドに接続されるΠ型フィルタである差動モード(Differential Mode、DM)フィルタ部;を含む。
共通モードフィルタ部は、第1キャパシタ210及び第2キャパシタ220を含む。共通モードフィルタ部は、CM(Common mode)ノイズを低減させる。CMノイズは、バッテリー100電源のプラス端とマイナス端のノイズ流れが互いに同じ方向に流れるものである。
第1キャパシタ210は、一端がバッテリー100の(+)端に接続され、他端は電気自動車80充電設備(Electric Vehicle Supply Equipment、EVSE)のグラウンドであるPE(Potential Earth)グラウンドに接続される。
第1キャパシタ210は、バッテリー100の(+)端と(−)端(又はグラウンド)に接続されるキャパシタである。図4に示されている(+)ラインは、バッテリー100の(+)端に接続されたラインであって、第1キャパシタ210の一端が接続される。図4に示されている第1キャパシタ210は、2つ又は3つのキャパシタが並列接続された形態であるが、これに限定されるものではない。
第1キャパシタ210は、コンバータ300のスイッチング動作によるスイッチングピークノイズを改善させる。
第2キャパシタ220は、一端が第1キャパシタ210の他端に接続され、他端が電気自動車80のシャーシに接地されるシャーシグラウンド30に接続される。第2キャパシタ220は、グラウンドとグラウンドとの間に接続されるキャパシタである。第2キャパシタ220の一端は、第1キャパシタ210の他端であるPEグラウンド20に接続される。第2キャパシタ220の他端はシャーシグラウンド30に接続される。シャーシは、自動車に含まれている金属材質の部品であり得る。シャーシは、例えば、車体、ホイールベアリング、駆動軸、ホイールアンバランス(wheel unbalance)、ボールジョイント(ball joint)、ホイールアライメント(wheel alignment)、リンクフラクチャー(link fracture)、ダンパーなどであってもよい。
図4に示されている第1キャパシタ210は、2つ又は3つのキャパシタが並列接続されている形態であるが、これに限定されるものではない。第2キャパシタ220はグラウンドノイズを改善させる。グラウンドノイズは、グラウンドに存在するノイズである。
差動モード(Differential Mode、DM)フィルタ部は、インダクタと第3キャパシタを含み、第3キャパシタの他端が前記PEグラウンドに接続される。差動モードフィルタ部は差動モードノイズを低減させる。差動モードノイズは、電源のプラス端とマイナス端のノイズ流れが互いに反対の方向に流れるものである。
図4に示されているように、差動モードフィルタ部はΠ型フィルタを含むことができる。Π型フィルタはΠ型インダクタ及びキャパシタがΠ状に結合したフィルタである。図4に示されているΠ型フィルタに限定されるものではない。差動モードフィルタ部は、PEグラウンドに接続される。
図5は別の実施形態による電源供給装置10の詳細構成を示すブロック図である。図5の電源供給装置10は、図4の実施形態においてRCフィルタ240をさらに含む。
前記第1キャパシタ210は、第1Xキャパシタ211、210及び第2Xキャパシタ212、210を含み、前記第2キャパシタ220は、一端が第1Xキャパシタ211、210の他端に接続され、他端がシャーシグラウンド30に接続される第1Yキャパシタ221、220と、一端が第2Xキャパシタ212、210の他端に接続され、他端がシャーシグラウンド30に接続される第2Yキャパシタ222、220とを含み、前記CMフィルタ部は、第1Xキャパシタ211、210と第2Xキャパシタ212、210との間に位置するCMコアと、一端が第1Yキャパシタ221、220の他端に接続され、他端がシャーシグラウンド30に接続されるRCフィルタとをさらに含む。
第1キャパシタ210についての説明は前述した。第1キャパシタ210は、第1Xキャパシタ211、210及び第2Xキャパシタ212、210を含む。第1Xキャパシタ211、210及び第2Xキャパシタ212、210のそれぞれが含むキャパシタの個数は、図5に示されている実施形態に限定されるものではない。第1Xキャパシタ211、210及び第2Xキャパシタ212、210は、一端がバッテリー100の(+)端に接続され、他端はPEグラウンド20に接続される。
前記第2キャパシタ220は、一端が第1Xキャパシタ211、210の他端に接続され、他端がシャーシグラウンド30に接続される第1Yキャパシタ221、220と、一端が第2Xキャパシタ212、210の他端に接続され、他端がシャーシグラウンド30に接続される第2Yキャパシタ222、220とを含む。
第2キャパシタ220についての説明は前述した。第2キャパシタ220は、第1Yキャパシタ221、220及び第2Yキャパシタ222、220を含む。第1Yキャパシタ221、220及び第2Yキャパシタ222、220のそれぞれが含むキャパシタの個数は、図5に示されている実施形態に限定されるものではない。
第1Yキャパシタ221、220は、後述するRCフィルタ240を経由してシャーシグラウンド30に接続される。
前記CMフィルタ部は、第1Xキャパシタ211、210と第2Xキャパシタ212、210との間に位置するCMコアをさらに含む。図5に示されているように、CMコア230は、インダクタを含み、グラウンドノイズを改善させる。
前記CMフィルタ部は、一端が第1Yキャパシタ221、220の他端に接続され、他端がシャーシグラウンド30に接続されるRCフィルタをさらに含む。RCフィルタ240は抵抗とキャパシタを含む。RCフィルタ240は、ピーク性ノイズ及びグラウンドノイズをシャーシグラウンド30へ放出させる。
図6aは別の実施形態による電源供給装置10の詳細構成を示すブロック図である。前記CMフィルタ部は、一端がバッテリー100の(+)端に接続され、他端がPEグラウンドに接続されるDCブロックキャパシタ250をさらに含む。図6aの電源供給装置は、図5の実施形態においてDCブロックキャパシタ250をさらに含む。
DCブロックキャパシタ250は、バッテリー100に流入できるピーク性電流を遮断する。前記ピーク性電流は、コネクタ1000を介して電気自動車80と電気自動車80充電設備とが電気的に接続されるときに発生することができる。ピーク性電流が発生する場合は、前述した例に限定されるものではない。
図4乃至図6aによる電源供給装置10は、コンバータ300を含むが、前記CMフィルタ部は、コンバータ300を経由して前記DMフィルタに接続される。コンバータ300は、セピック(SEPIC)コンバータ300やフライバックコンバータ300などであり得るが、種類及び個数に限定されない。
前記第2Xキャパシタ212は、コンバータから1〜5mm離隔する。詳しくは、第2Xキャパシタ212は、コンバータから1〜3mm離隔する。コンバータから発生するスイッチングノイズをフィルタリングするために、第2Xキャパシタ212は、コンバータの近くに配置される必要があり、3mm以内の距離に配置される。第2Xキャパシタ212とコンバータとがあまり近く配置されると、物理的な接触が発生するおそれがあり、製作時の信頼性を考慮して1mm以上に配置される。
DMフィルタ部が含むインダクタは前記コンバータの出力端に接続され、前記第3キャパシタの他端は前記インダクタに接続される。図4乃至図6aに示されているように、一つのインダクタ及び第3キャパシタはΠ状に結合する。
図6bは別の実施形態による電源供給装置10の詳細構成を示すブロック図である。図6cは別の実施形態による電源供給装置10の詳細構成を示すブロック図である。
前記電源供給装置は、DMフィルタに接続される第2コンバータをさらに含み、前記第2コンバータの出力端の(+)ラインは、シャーシグラウンド及び前記PEグラウンドから0.1mm以上離隔する。好ましくは、0.3mm以上離隔する。0.3mm以上に離隔してこそ、カップリングを防止してコンバータ又は第2コンバータのスイッチングによるスイッチングノイズを低減させることができる。ここで、カップリングとは、隣接線路同士で互いに放出された信号エネルギーが相手の線路に直接又は間接的に流入する現象である。
図6bに示されているように、第2コンバータ350は、コンバータ300とDMフィルタ部400との間に位置することができる。これに限定されるものではなく、図6cに示されているように、DMフィルタ部400がコンバータと第2コンバータ350との間に位置することができる。
第2コンバータ350は、コンバータ300が出力した電圧を変換してCAN伝送器へ供給する。第2コンバータ350の出力端の(+)ラインはシャーシグラウンド及び前記PEグラウンドから0.3mm以上離隔する。
図7はシャーシグラウンド領域520とPEグラウンド領域510に区分されたプリント回路基板の上面を示す。
図7に示されているように、プリント回路基板の上面は、シャーシグラウンド領域520とPEグラウンド領域510に区分されている。プリント回路基板自体におけるシャーシグラウンド領域520とPEグラウンド領域510とは電気的に絶縁されている。
プリント回路基板上に電源供給装置10の各構成が配置される。前述したように、共通モードフィルタ部はシャーシグラウンド領域520を介してシャーシグラウンド30に接続される。共通モードフィルタ部は、図7に示されているシャーシ500と直接接触してシャーシグラウンド30に接続されてもよい。また、共通モードフィルタ部は、PEグラウンド領域510を介してPEグラウンド20に接続される。
コンバータ300及び差動モードフィルタ部は、PEグラウンド領域510を介してPEグラウンド20に接続される。
プリント回路基板上のシャーシグラウンド領域520とPEグラウンド領域510は、様々な形で存在することができる。
図8は一実施形態による回路基板の断面を示す。
電源供給装置10は、データラインが形成された第1層620;電源ラインが形成された第2層630;前記PEグラウンド641及び前記シャーシグラウンド642を含むグラウンド層640;前記PEグラウンド641と前記第2層630とを接続する第1貫通電極651;前記シャーシグラウンド642と前記第2層630とを接続する第2貫通電極652;及び前記シャーシグラウンド642とシャーシケースとを接続するシャーシ電極650;を含むが、前記第1貫通電極651を介して前記PEグラウンド641に接続された前記第2層630のいずれかの一部領域と、第2貫通電極652を介して前記シャーシグラウンド642に接続された前記第2層630の別の一部領域とは電気的に絶縁される回路基板;をさらに含み、前記CMフィルタ部及び前記DMフィルタ部は、前記第2層630上に配置される。
回路基板は、データラインが形成された第1層620;電源ラインが形成された第2層630;前記PEグラウンド641及び前記シャーシグラウンド642を含むグラウンド層640;前記PEグラウンド641と前記第2層630とを接続する第1貫通電極651;前記シャーシグラウンド642と前記第2層630とを接続する第2貫通電極652;及び前記シャーシグラウンド642とシャーシケースとを接続するシャーシ電極650;を含むが、前記第1貫通電極651を介して前記PEグラウンド641に接続された前記第2層630のいずれかの一部領域と、第2貫通電極652を介して前記シャーシグラウンド642に接続された前記第2層630の別の一部領域とは電気的に絶縁される。
回路基板は、樹脂系のプリント回路基板150(PCB:Printed Circuit Board)、メタルコア(Metal Core)PCB、フレキシブル(Flexible)PCB、セラミックPCB、及びFR−4基板を含むことができる。
第1層620には、データ信号を伝送するデータラインが形成される。回路基板上に存在する任意の素子は、前記第1層620を介してデータを送受信することができる。
第2層630には電源ラインが形成される。前記電源ラインを介して、回路基板上に存在する任意の素子は電源の印加を受けることができる。
グラウンド層640は、前記PEグラウンド641及び前記シャーシグラウンド642を含む。前記PEグラウンド641と前記シャーシグラウンド642とは、グラウンド層640で互いに電気的に絶縁される。
第1貫通電極651は、前記PEグラウンド641と前記第2層630とを接続する。第1貫通電極を介してPEグラウンド641に接続された第2層630には、PEグラウンド領域510が存在することができる。
第2貫通電極652は、前記シャーシグラウンド642と前記第2層630とを接続する。第2貫通電極652を介してシャーシグラウンド642に接続された第2層には、シャーシグラウンド領域520が存在することができる。
シャーシ電極650は、前記シャーシグラウンド642と、電気自動車80のボディであるシャーシケースとを接続する。シャーシグラウンド642は、シャーシケースに接続されて安定的な接地面積を確保することができる。
前記第1貫通電極651を介して前記PEグラウンド641に接続された前記第2層630のいずれかの一部領域と、第2貫通電極652を介して前記シャーシグラウンド642に接続された前記第2層630の別の一部領域とは電気的に絶縁される。
前記共通モードフィルタ部200及び前記差動モードフィルタ部400は、前記第2層630上に配置される。共通モードフィルタ部200は、PEグラウンド641及びシャーシグラウンド642の両方に接続されることは前述した。共通モードフィルタ部200は、第1貫通電極651を介して前記PEグラウンド641に接続された前記第2層630のいずれかの一部領域と、第2貫通電極652を介して前記シャーシグラウンド642に接続された前記第2層630の別の一部領域の両方に接続される。
差動モードフィルタ部400がPEグラウンド641に接続されることは前述した。差動モードフィルタ部400は、第1貫通電極651を介して前記PEグラウンド641に接続された前記第2層630のいずれかの一部領域に接続される。
第1層620、第2層630及びグラウンド層640のうち、互いに同じ又は互いに異なる少なくとも2つの層の間には、絶縁層610が配置される。前述した第1貫通電極651、第2貫通電極652、シャーシ電極650は、絶縁層610を貫通して、互いに異なる二つの層を電気的に接続する。
第1層620は、高周波ノイズを発生させるので、放射を最小限に抑えるためにグラウンド層640の下部に配置できる。グラウンド層640は、第1層620から放射されたノイズを遮蔽するシールドの役割を果たすことができる。第2層630は、低周波ノイズを発生させることができ、これによりグラウンド層640の上部に配置できる。
グラウンド層640は、第1層620と第2層630との間に配置できる。しかし、各層の配置は、必ずしもこれに限定されるものではなく、さまざまに変形してもよい。第1層620は、回路パターンの設計に基づいて複数の層から構成されてもよい。第2層630上には、ICチップが直接実装される表面層がさらに配置できる。
シャーシ電極650の直径は2cm〜5cmであり得る。シャーシ電極650と第1貫通電極651又は第2貫通電極652とは、少なくとも3〜5mmだけ離隔して配置できる。シャーシ電極650と第1貫通電極651又は第2貫通電極652とは、3mm未満の近くに配置された場合、過電流がシャーシ電極650を介して外部へ放出されず、第1貫通電極651又は第2貫通電極652を介して基板に再び回帰することができる。
シャーシ電極650と第1貫通電極651又は第2貫通電極652との最小離隔距離は、シャーシ電極650の直径の0.1〜0.25倍であり得る。
図8によれば、前記グラウンド層は一つの層である。一つの層に互いに電気的に絶縁されてPEグラウンド641とシャーシグラウンド642が存在する。
図9は別の実施形態による回路基板の断面を示す。
前記グラウンド層640は、前記PEグラウンド641を含む第3層660、及び前記シャーシグラウンド642を含む第4層670を含む。すなわち、グラウンド層640は、互いに異なる二つの層である第3層660及び第4層670を含む。互いに異なる二つの層は互いに絶縁され、それぞれは互いに異なるグラウンドを含む。一つのグラウンドはPEグラウンド20であり、もう一つのグラウンドはシャーシグラウンド642である。
電気自動車80のバッテリー100を充電する充電制御装置70は、電気自動車80の充電ステーションに接続されるコネクタ1000;及び前記電気自動車充電制御装置70に動作電源を供給する電源供給回路10;を含み、前記コネクタ1000は、電力入力ポート;コントロールパイロット信号の入力を受けるCP(control Pilot)ポート;及び前記電気自動車80の充電ステーションのPE(Potential Earth)グラウンドに接続されるPE(Potential Earth)ポート;を含み、前記電源回路10は、電力信号が印加される電源入力端;前記電力信号の共通モード(Common Mode)ノイズを除去する第1フィルタ;及び前記電力信号の差動モード(Differential Mode)ノイズを除去する第2フィルタ;を含み、前記第1フィルタは電気自動車80のシャーシグラウンドに接続され、前記第2フィルタはPE(Potential Earth)グラウンドに接続される。
コネクタ1000、電源供給回路10、電力入力ポート、CP(Control Pilot)ポート、PE(Potential Earth)ポートについての説明は前述した。電源供給回路10は、前述した電源供給装置である。
電源供給回路10が含む電力信号が印加される電源入力端は、バッテリー100から電源が入力される入力端である。
前記電力信号の共通モード(Common Mode)ノイズを除去する第1フィルタは、前述した共通モードフィルタである。
前記第1フィルタから出力される電力信号の電圧を変換する直流−直流変換器は、前述したコンバータ300である。
電源入力端から印加される電力信号の差動モード(Differential Mode)ノイズを除去する第2フィルタは、前述した差動モードフィルタである。
前記第1フィルタは、電気自動車80のシャーシグラウンドに接続され、前記第2フィルタは、PE(Potential Earth)グラウンドに接続される。さらに、第1フィルタはPEグラウンドとも接続される。
充電制御装置は、前記第1フィルタから出力される電力信号の電圧を変換する変換器をさらに含み、前記電圧が変換された電力信号は、前記第2フィルタに入力される。前記第2フィルタは、前記変換器から出力される電力信号の差動モードノイズを除去する。
前記変換器は、前記第1フィルタに接続される入力端子、及び前記第2フィルタに接続される出力端子を含み、前記出力端子には少なくとも一つのチョークインダクタが接続され、前記チョークインダクタは前記PEグラウンド及び/又はシャーシグラウンドから0.1mm以上離隔する。好ましくは、0.3mm以上離隔する。0.3mm以上離隔してこそ、カップリングを防止してコンバータ又は第2コンバータのスイッチングによるスイッチングノイズを低減させることができる。ここで、カップリングとは、隣接線路同士で互いに放出された信号エネルギーが相手の線路に直接又は間接的に流入する現象である。
前記第1フィルタは、一端が前記PEグラウンドに接続され、他端が前記シャーシグラウンドに接続される第2キャパシタを含む。第2キャパシタは、Yキャパシタであり、これについての詳細な説明は前述した。
前記第1フィルタは、一端が第2キャパシタに接続され、他端がシャーシグラウンドに接続されるRCフィルタをさらに含む。RCフィルタについての詳細な説明は前述した。
図10は従来のEMI(Electro−Magnetic Interference)伝導性エミッション(Conducted Emission、CE)ノイズを示すグラフである。図11は本発明に係るEMI(Electro−Magnetic Interference)伝導性エミッション(Conducted Emission、CE)ノイズを示すグラフである。
伝導性エミッション(CE)は、電磁波が信号線又は電源線などの媒質を介して伝達されるノイズである。図10及び図11を比較すると、図10の周波数帯域別のノイズレベルに比べて図11の周波数帯域別のノイズレベルが減少したことが分かる。緑色グラフは周波数によるノイズの平均値であり、青色グラフは周波数によるピークノイズ値を示す。特にピークノイズ値が改善されることを確認することができる。
図12は従来のEMI(Electro−Magnetic Interference)放射性エミッション(Radiated emission、RE)ノイズを示すグラフである。図13は本発明に係るEMI(Electro−Magnetic Interference)放射性エミッション(radiated emission、RE)ノイズを示すグラフである。
放射性エミッション(RE)は、空気中に輻射して伝達される電磁波ノイズ(noise)である。
図12及び図13を比較すると、図12の周波数帯域別のノイズレベルに比べて図13の周波数帯域別のノイズレベルが減少したことが分かる。ノイズの平均値及びピークノイズ値の両方が改善されることを確認することができる。
このように、本明細書では、その提示された具体的な用語によって本発明を制限しようとする意図ではない。したがって、以上で記述した実施形態を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、本実施形態についての改造、変更及び変形を加えることができる。
本発明の範囲は、上述した詳細な説明よりは、後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその等価概念から導き出されるすべての変更又は変形形態が本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
10 電源供給装置又は電源供給回路
20 PEグラウンド
30 シャーシグラウンド
40 スイッチ
50 マイクロコントローラユニット
70 電気自動車充電制御装置
80 電気自動車
90 電気自動車充電設備(EVSE)
100 バッテリー
110 ECU
200 共通モードフィルタ部(CMフィルタ部)
210 第1キャパシタ
211 第1Xキャパシタ
212 第2Xキャパシタ
220 第2キャパシタ
221 第1Yキャパシタ
222 第2Yキャパシタ(222)
230 CMコア
240 RCフィルタ
250 DCブロックキャパシタ
300 コンバータ
320 第2コンバータ
400 差動モードフィルタ部(DMフィルタ部)
500 シャーシ
510 PEグラウンド領域
520 シャーシグラウンド領域
610 絶縁層
620 第1層
630 第2層
640 グラウンド層
641 PEグラウンド
642 シャーシグラウンド
650 シャーシ電極
651 第1貫通電極
652 第2貫通電極
660 第3層
670 第4層
1000 コネクタ
1100 CPポート
1200 PDポート
1300 PEポート
1400 電源入力ポート

Claims (15)

  1. 一端がバッテリーの(+)端に接続され、他端が電気自動車充電設備(Electric Vehicle Supply Equipment、EVSE)のグラウンドであるPE(Potential Earth)グラウンドに接続される第1キャパシタ、及び一端が前記第1キャパシタの他端に接続され、他端が電気自動車のシャーシに接地されるシャーシグラウンドに接続される第2キャパシタを含むCM(Common Mode)フィルタ部と;
    インダクタ及び第3キャパシタを含み、前記第3キャパシタの一端が前記PEグラウンドに接続されるDM(Differential Mode)フィルタ部と;を含む、電源供給装置。
  2. 前記第1キャパシタは、第1Xキャパシタ及び第2Xキャパシタを含み、
    前記第2キャパシタは、
    一端が第1Xキャパシタの他端に接続され、他端がシャーシグラウンドに接続される第1Yキャパシタと、一端が第2Xキャパシタの他端に接続され、他端がシャーシグラウンドに接続される第2Yキャパシタとを含み、
    前記CMフィルタ部は、
    前記第1Xキャパシタと前記第2Xキャパシタとの間に位置するCMコアと、一端が前記第1Yキャパシタの他端に接続され、他端がシャーシグラウンドに接続されるRCフィルタとをさらに含む、請求項1に記載の電源供給装置。
  3. 前記CMフィルタ部は、
    一端がバッテリーの(+)端に接続され、他端がPEグラウンドに接続されるDCブロックキャパシタをさらに含む、請求項2に記載の電源供給装置。
  4. 前記CMフィルタ部はコンバータを経由して前記DMフィルタに接続される、請求項1に記載の電源供給装置。
  5. 前記インダクタは前記コンバータの出力端に接続され、前記第3キャパシタの他端は前記インダクタに接続される、請求項4に記載の電源供給装置。
  6. 前記第2Xキャパシタはコンバータから1〜5mm離隔している、請求項2に記載の電源供給装置。
  7. 前記電源供給装置は、DMフィルタに接続される第2コンバータをさらに含み、前記第2コンバータの出力端の(+)ラインは、シャーシグラウンド及び/又は前記PEグラウンドから0.3mm以上離隔している、請求項4に記載の電源供給装置。
  8. 電源が供給される電源ラインが形成された第2層;
    前記PEグラウンド及び前記シャーシグラウンドを含むグラウンド層;
    前記PEグラウンドと前記第2層とを接続する第1貫通電極;
    前記シャーシグラウンドと前記第2層とを接続する第2貫通電極;及び
    前記シャーシグラウンドとシャーシケースとを接続するシャーシ電極;を含み、
    前記第1貫通電極を介して前記PEグラウンドに接続された前記第2層のいずれかの一部領域と、第2貫通電極を介して前記シャーシグラウンドに接続された前記第2層の別の一部領域とは電気的に絶縁される回路基板;をさらに含み、
    前記CMフィルタ部及び前記DMフィルタ部は前記第2層上に配置される、請求項1に記載の電源供給装置。
  9. 前記グラウンド層は一つの層である、請求項8に記載の電源供給装置。
  10. 前記グラウンド層は、
    前記PEグラウンドを含む第3層、及び前記シャーシグラウンドを含む第4層を含む、請求項8に記載の電源供給装置。
  11. 電気自動車のバッテリーを充電する充電制御装置であって、
    充電ステーションに接続されるコネクタと、
    前記充電制御装置に動作電源を供給する電源供給回路とを含み、
    前記コネクタは、
    電力入力ポートと、
    コントロールパイロット信号の入力を受けるCP(Control Pilot)ポートと、
    前記充電ステーションのPE(Potential Earth)グラウンドに接続されるPE(Potential Earth)ポートとを含み、
    前記電源供給回路は、
    電力信号が印加される電源入力端と、
    前記電力信号の共通モード(Common Mode)ノイズを除去する第1フィルタと、
    前記電力信号の差動モード(Differential Mode)ノイズを除去する第2フィルタとを含み、
    前記第1フィルタは電気自動車のシャーシグラウンドに接続され、前記第2フィルタはPE(Potential Earth)グラウンドに接続される、充電制御装置。
  12. 前記第1フィルタから出力される電力信号の電圧を変換する変換器をさらに含み、前記電圧が変換された電力信号は前記第2フィルタに入力される、請求項11に記載の充電制御装置。
  13. 前記変換器は、前記第1フィルタに接続される入力端子、及び前記第2フィルタに接続される出力端子を含み、
    前記出力端子には少なくとも一つのチョークインダクタが接続され、
    前記チョークインダクタは前記PEグラウンド及び/又はシャーシグラウンドから0.3mm以上離隔する、請求項12に記載の充電制御装置。
  14. 前記第1フィルタは、
    一端が前記PEグラウンドに接続され、他端が前記シャーシグラウンドに接続される第2キャパシタを含む、請求項13に記載の電源供給装置。
  15. 前記第1フィルタは、一端が第2キャパシタに接続され、他端がシャーシグラウンドに接続されるRCフィルタをさらに含む、請求項13に記載の電源供給装置。
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