KR100299861B1

KR100299861B1 - 밧데리 충전기

Info

Publication number: KR100299861B1
Application number: KR1019990020992A
Authority: KR
Inventors: 이진수
Original assignee: 이종훈; 한국전력공사; 이진수; 화인테크기전 주식회사
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2001-10-29
Also published as: KR20010001634A

Abstract

본 발명은 밧데리 충전기에 관한 것으로 3상의 AC 380V가 TNR소자 거쳐 SCR 브릿지 및 DC-DC 컨버터를 경유하는 중에 적정치의 DC전압으로 바뀌어 다수개의 DC 2V 축전지 단자로 인가되는 동시에 전압강하부를 경유하면서 정격의 DC전압으로 부하에 출력되도록 하되,

내부콘트롤러에서는 상기의 SCR브릿지를 제어하면서 내부의 동작에 따른 상태를 감시하는 중에 내부의 동작을 콘트롤하고, IGBT와 트랜스 및 다수의 다이오드로 구성되는 DC-DC컨버터는 IGBT제어부의 제어신호에 의해 다수개의 IGBT가 선택적으로 동작되면서 상기의 SCR 브릿지로 부터의 DC전원을 적정치의 DC전원으로 변환시키도록 하며, 전압 전류 변화 디스플레이 콘트롤러는 그래픽 LCD구동부를 통해 그래픽 LCD에 전류의 변화치와 전압의 변화치를 표시하도록 하고, 전압강하부는 트랜지스터와 릴레이를 선택적으로 구동시켜 정격의 DC125V 전압이 부하로 공급되도록 하고, 접점신호검출부는 입력전압이나 부하전압의 과전압, 과전류 및 IGBT의 고온에 따른 접점의 트립신호에 의해 그래픽 LCD를 통해 과전압 및 과전류의 상태를 시각적으로 표시하여 주도록 구성함으로서 전하강하부를 트랜지스터 모듈로 소형화하여 충전기의 전체적인 크기도 줄일 수 있으면서 안정된 동작을 할 수 있도록 한 것이다.

Description

밧데리 충전기 {Battery charger}

본 발명은 밧데리 충전기에 관한 것으로 특히 축전지의 전압에 따라 부동운전과 균등운전이 자동으로 절체되는 자동모드와 사용자가 예약한 시간에 의해 균등운전으로 절환되는 수동모드를 임의로 선택하면서 연축전지의 충전은 물론 125V의 부하전원 안정된 출력이 가능하도록 한 충전기의 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 충전기는 주위온도 -25˚C 이상 40˚C 이하의 상태에서 다수의 축전지를 부동운전방식(Floating)과 균등운전방식(Equalizing)으로 충전시키는데 사용하는 것으로서 평상시에는 부동운전 상태로 운전해야하며, 정전되었다가 다시 전원을 인가할 때에는 균등운전을 수행하고 충전후에는 다시 부동운전상태로 전환되어야 한다.

그리고 부동충전전압은 하나의 축전지당 2.17V ∼2.18V 로서 60개의 축전지를 충전시킬 때 130V∼131V의 전압이 필요하고 균등충전 전압은 하나의 축전지당 2.25V∼2.30V로서 60개의 축전지를 충전시킬때 135∼138V의 전압이 필요하다.

그러므로 종래에는 3상의 AC 380V가 각각 트랜스에서 전압강하되고 SCR브릿지를 경유하는 중에 직류의 정격전압으로 바뀌어 축전지 단자에 공급되도록 한 상태에서, 상기 SCR브릿지의 게이트를 콘트롤하면서 위상을 제어하도록 하였었다.

그러나 상기와 같은 종래 충전기의 제어장치에 의하여서는 부동운전과 균등운전 및 타이머에 의한 수동운동시간을 스위치로서 일일이 선택조정하여야 함은 물론 부동운전시와 균등운전 및 타이머에 의한 수동운전에 따른 전압치를 가변저항을 통해 조절하여야 하였으므로, 숙련된 기술자가 아니면 충전기를 조작할 수 없으며 숙련된 기술자라 하더라도 축전지의 충전된 상태 및 방전된 상태를 수시로 확인하면서 운전방법을 선택조정하여야하는 번거로움이 있었다.

따라서 본 출원인은 특허출원 제98-18767호(충전기의 제어장치)를 제안하였는 바, 도 1에 도시한 바와 같이 AC 380V의 3상 전압(R)(S)(T) 및 접지전압(N)이 3상의 노퓨우즈 브래커(NFB : No fuse Breaker)(1)를 거쳐 메인트랜스(2)의 1차측에 인가되도록 하고,

상기 메인 트랜스(2)의 2차측에서 서지(Surge) 제거용 TNR 소자(3)와 퓨우즈(4)를 거쳐 3개의 SCR과 3개의 다이오드로 이루어진 SCR 브릿지(5)에 의해 적정치의 DC전원이 되도록 하고,

상기의 SCR 브릿지(5)로 부터의 DC전원을 평탄용 초크코일(6)과 NFB(7)를 경유한 후 다시 NFB(8)를 거쳐 다수의 축전지 단자에 인가되도록 하고,

다수의 다이오드(D11∼1D1n)를 경유하는 중에 전압강하된 전압이 정격의 DC 125V의 정격전압으로 NFB(9)∼(9b)를 거쳐 다수의 부하(LOAD11)∼(LOAD13)로 각각 동시에 공급되도록 하고,

전압강하부(10)의 다이오드(D11∼D1n)는 자동 드롭 콘트롤러(11)에 의해 마그네트 스위치(MS11)∼(MS1n)가 선택적으로 온되는 상태에 의해 전압강하의 정도가 제어되도록 하여 DC 125V의 정격전압으로 NFB(9)∼(9b)를 거쳐 다수의 부하(LOAD11)∼(LOAD13)로 각각 동시에 공급되도록 하고,

상기 3상의 AC 380V가 1차측에 연결된 전압트랜스(12)의 2차측에는 AC전압계(13)를 연결하여 입력전압을 측정할 수 있도록 하며,

상기 SCR 브릿지(5)와 NFB(7)의 사이와 두 NFB(7),(8)의 사이에는 전류계 (14)(15)를 접속하여 공급되는 전류의 세기와 축전지의 충방전상태를 알 수 있도록 하고,

상기 NFB(1)(7)(8)(9)(9a)(9b)들의 양단에는 이의 트립 상태를 인식하는 알람센서(ALS11)들을 각각 병렬로 접속하면서 SCR 브릿지(5)의 보호용인 퓨우즈(4)의 양단에는 이의 단락을 인식하는 알람센서(ALS12)를 접속하고,

상기 메인 트랜스(2)의 1차측에서 AC 전원을 입력받는 내부 콘트롤러(16)에서는 상기의 SCR브릿지(5)를 제어하면서 내부의 동작에 따른 상태를 감시하는 중에 내부의 동작을 콘트롤하도록 하고,

상기의 내부 콘트롤러(16)와 연결되어 데이터를 주고 받는 전면판 콘트롤러 (17)에서는 사용자의 선택 사양을 입력받으면서 내부의 동작상태를 사용자에게 알려주도록 한 충전기의 제어장치를 제안하였다.

그러나 상기와 같은 충전기의 제어장치에 있어서는 자동드롭 콘트롤러에 의해 마그네트 스위치가 선택적으로 온되는 상태에 의해 다수의 다이오드를 경유하는 중에 전압강하된 전압이 부하로 공급되도록 함으로서 소자의 수가 많아져 회로가 복잡해지는 단점이 있었다.

그리고 상기의 내부 콘트롤러 및 전면판 콘트롤러가 완전한 회로로 구성되어 있지 못하여 동작의 안정성이 저하됨은 물론 부품의 수가증가됨에 따라 충전기의 전체적인 크기가 커지는 문제점이 있었다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 전하강하부를 트랜지스터 모듈로 소형화하면서 부품수를 줄여 충전기의 전체적인 크기도 작아지도록 하면서 보다 안정된 동작을 할 수 있도록 한 밧데리 충전기를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 가지는 본 발명은 3상의 AC 380V가 TNR소자 거쳐 SCR 브릿지 및 DC-DC 컨버터를 경유하는 중에 적정치의 DC전압으로 바뀌어 다수개의 DC 2V 축전지 단자로 인가되는 동시에 전압강하부를 경유하면서 정격의 DC전압으로 부하에 출력되도록 하되,

내부콘트롤러에서는 상기의 SCR브릿지를 제어하면서 내부의 동작에 따른 상태를 감시하는 중에 내부의 동작을 콘트롤하고,

IGBT로 구성되는 DC-DC컨버터는 IGBT제어부의 제어신호에 의해 다수개의 IGBT가 선택적으로 동작되면서 상기의 SCR 브릿지로 부터의 DC전원을 적정치의 DC전원으로 변환시키도록 하고,

전압 전류 변화 디스플레이 콘트롤러는 그래픽 LCD구동부를 통해 그래픽 LCD에 전류의 변화치와 전압의 변화치를 표시하도록 하고,

전압강하부는 트랜지스터와 릴레이를 선택적으로 구동시켜 DC125V의 정격전압이 부하로 공급되도록 하고,

접점신호검출부는 입력전압이나 부하전압의 과전압, 과전류 및 IGBT의 고온에 따른 접점의 트립신호에 의해 그래픽 LCD를 통해 과전압 및 과전류의 상태를 시각적으로 표시하여 주도록 구성함으로서 전하강하부를 트랜지스터 모듈로 소형화하여 충전기의 전체적인 크기도 줄일 수 있으면서 안정된 동작을 할 수 있도록 한 것이다.

도 1은 종래 충전기 제어장치의 전체적인 구성을 나타낸 블럭도.

도 2는 본 발명의 전체적인 구성을 나타낸 블럭도.

도 3은 본 발명의 내부 콘트롤러의 구성을 나타낸 블럭도.

도 4의 a,b는 본 발명의 IGBT 제어부의 구성을 나타낸 회로도.

도 5는 본 발명의 전압 전류 변화 디스플레이 콘트롤러의 구성을 나타낸 회로도.

도 6은 본 발명의 전압강하부의 구성을 나타낸 회로도.

도 7은 본 발명의 접점신호검출부의 구성을 나타낸 회로도.

도 8은 본 발명의 램프표시부의 구성을 나타낸 회로도.

도 9는 본 발명의 키입력부의 구성을 나타낸 회로도.

도 10은 본 발명의 DC-DC컨버터의 동작상태를 나타내는 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

31 : 전압강하부 40 : 내부 콘트롤러

42 : 마이크로 프로세서 45 : 릴레이 구동부

60 : IGBT 제어부 80 : 전압 전류 변화 디스플레이 콘트롤러

110 : 접점신호검출부 120 : 램프표시부

130 : 키입력부

이하 본 발명을 첨부도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 전체적인 구성를 나타낸 것으로서,

AC 380V의 3상 전압(R)(S)(T) 및 접지전압(N)이 3상의 노퓨우즈 브래커(NFB : No fuse Breaker)(21)를 거치면서 서지(Surge) 제거용 TNR 소자(22)에 의해 서지전압이 제거되도록 하고,

상기 서지전압이 제거된 3상 전압(R)(S)(T)은 3개의 SCR과 3개의 다이오드로 이루어진 SCR 브릿지(23)에 의해 적정치의 DC전원이 되도록 하고,

상기의 SCR 브릿지(23)로 부터의 DC전원은 평탄용 초크코일(24)을 경유한 후 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)와 트랜스(T1) 및 다수의 다이오드(D5,D6,DS1,DS2,DS3)와 콘덴서(CS1,CS2)로 구성된 DC-DC컨버터(25)에 인가되어 적정치의 DC전원으로 변환되도록 하되, IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)의 스위칭작용에 의한 전압은 트랜스(T1)를 거치면서 적정치의 전압으로 변환되어 정류다이오드(D5,D6)에 의해 정류되도록 하고, 다이오드(DS1,DS2,DS3)와 콘덴서(CS1,CS2)로 형성된 회생스너버의 소자용량은 다이오드(D4)에 의해 반으로 절감되도록 하고,

상기의 DC-DC컨버터(25)에 의해 변환된 DC전원을 평탄용 초크코일(26)과 NFB(27)를 경유한 후 다시 NFB(28)를 거쳐 다수의 축전지 단자에 인가되도록 하고,

상기 3상의 AC 380V가 1차측에 연결된 전압트랜스(29)의 2차측에는 AC전압계(30)를 연결하여 입력전압을 측정할 수 있도록 하고,

상기의 DC전원은 전압강하부(31)를 경유하는 중에 전압강하된 전압이 정격의 DC 125V의 정격전압으로 NFB(32)∼(32a)를 거쳐 다수의 부하(LOAD1)∼(LOAD2)로 각각 동시에 공급되도록 하고,

상기 전압강하부(31)의 트랜지스터(TR)는 도 6의 제어부(100)에 의해 제어되어 선택적으로 온되는 상태에 따라 DC 125V의 정격전압이 NFB(32)∼(32a)를 거쳐 다수의 부하(LOAD1)∼(LOAD2)로 각각 동시에 공급되도록 하고, 출력전압이 DC125V 이하로 되면 릴레이접점(MS2)을 온시켜 출력전압이 DC125V를 유지하도록 하고,

상기 DC-DC컨버터(25)와 NFB(27)의 사이와 두 NFB(27),(28)의 사이에는 전류계(33)(34)를 접속하여 공급되는 전류의 세기와 축전지의 충방전상태를 알 수 있도록 하고,

상기 NFB(21)(27)(28)(32)(32a)들의 양단에는 이의 트립 상태를 인식하는 알람센서(ALS11)들을 각각 병렬로 접속하고,

내부 콘트롤러(40)에서는 상기의 SCR브릿지(23)를 제어하면서 내부의 동작에 따른 상태를 감시하는 중에 내부의 동작을 콘트롤하도록 한 것이다.

도 3은 상기 내부 콘트롤러(40)의 구성을 도시한 것으로서,

리세트 IC(41)에 의해 초기 전원을 공급하면 리세트신호가 리세트단자에 입력되어 초기화되는 마이크로 프로세서(42)의 출력단(D0)∼(D7)에서 출력되는 데이터신호를 입력받는 그래픽 LCD구동부(43)는 그래픽 LCD(44)를 통해 전류치와 전압치의 변화된 상태를 비롯한 내부의 동작상태를 숫자와 그림으로 표시하도록 하고,

상기 마이크로 프로세서(42)로 부터의 데이터신호는 릴레이 구동부(45)를 동작시키면서 내부경보용 부저(46)를 구동시키는 동시에 릴레이(48)(48a)를 선택적으로 동작시켜 각각 저경보와 중경보의 외부경보를 발생시키도록 하면서 발광다이오드(47)를 점등시켜 마이크로 프로세서(42)가 정상적으로 동작됨을 표시하여 주고,

상기 마이크로 프로세서(42)의 통신신호는 통신포트(49)를 통하여 외부로 제어신호를 전송하거나 외부의 중앙콘트롤러로부터 제어신호를 수신하도록 하고,

상기 마이크로 프로세서(42)의 통신신호는 또 다른 통신포트(50)를 통하여 외부의 충전기와 병렬로 연결되어 밧데리의 충전상태를 감시하도록 하고,

롬(51)에 저장된 프로그램에 의해 충전기의 동작을 제어하는 마이크로 프로세서는 동작중의 데이터를 램(52)에 일시 저장하도록 하고,

EEPROM(53)에는 사용자가 설정한 밧데리의 충전전압, 충전전류 및 과전압, 과전류등의 동작설정값을 저장하도록 하고,

리얼타임클럭IC(54)는 정전시 내부 밧데리(54a)의 전원을 공급받아 동작하면서 크리스탈 발진기(54b)로부터의 펄스를 분주하여 시간을 나타내 주는 시계기능을 하도록 구성한 것이다.

도 4는 IGBT제어부(60)의 내부구성을 도시한 것으로,

부하에 충전되는 전압이 저항(R17)(R24)에 의해 분할된 전압과 마이크로 프로세서(42)가 사용되지 않을 때에 저항(R36)(R38)에 의해 설정된 자체 기준전압 또는 마이크로 프로세서(42)가 사용될 때에 마이크로 프로세서(42)로 부터의 설정전압이 아날로그 스위치(61)(62)를 통해 버퍼(63)를 거쳐 제너다이오드(ZD)에 의한 3V이하의 전압이 제어IC(64)에 입력되도록 하고,

비교기(65)는 상기 분할된 전압을 비반전입력단으로 입력받으면서 저항(R32)과 가변저항(R39)에 의해 설정된 기준전압을 입력받아 두 전압을 비교하여 그 결과치에 따른 과전압의 여부에 따른 신호를 에러검출IC(68)에 입력되도록 하고,

밧데리에 충전되는 전류는 전류증폭부(66)를 거쳐 소정의 크기로 증폭된 후 비교기(67)의 반전입력단으로 입력되도록 하고,

상기 비교기(67)는 입력되는 신호를 저항(R47)과 가변저항(R53)에 의해 설정된 기준전류치와 비교하여 그 결과치에 따른 과전류의 여부에 따른 신호를 에러검출IC(68)에 입력되도록 하고,

상기 비교기(65)(67)로부터 과전압, 과전류의 여부에 따른 신호를 입력받는 동시에 포토커플러(71c)(72c)(73c)(74c)에 의한 구동부(71)(72)(73)(74)의 에러신호를 NAND게이트(75)를 거쳐 입력받는 에러검출IC(68)는 과전압, 과전류 및 구동부(71)(72)(73)(74)의 에러에 따른 신호를 출력하여 표시부(69)의 발광다이오드를 점등하여 외부에서 인식할 수 있도록 하면서 출력신호를 NAND게이트(76)를 거쳐 제어IC(64)에 입력시키면서 그 신호로 릴레이(77)의 접점을 구동시켜 도 8의 램프표시부(120)에 입력함으로써 그에 따른 램프를 점등시켜 사용자가 에러신호를 인식할 수 있도록 하고, 또한 상기 포토커플러(71c)(72c)(73c)(74c)에 의한구동부(71)(72)(73) (74)의 에러신호를 구동부 AND게이트(70)(70a)(70b)(70c)의 일측단으로 출력하여 AND게이트(70)(70a)(70b)(70c)에 의한 제어신호에 의해 구동IC(71b)(72b)(73b)(74b)를 제어함으로써 IGBT(Q1)(Q2)(Q3) (Q4)를 차단하여 충전을 정지시키도록 하고,

상기 NAND게이트(76)의 출력신호를 입력받는 제어IC(64)는 과전압, 과전류 및 구동부(71)(72)(73)(74)의 에러에 따른 제어신호를 AND게이트(70)(70a)(70b) (70c)의 다른 일측단으로 출력하여 AND게이트(70)(70a)(70b)(70c)에 의한 제어신호에 구동IC(71b)(72b) (73b)(74b)를 제어함으로써 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)를 차단하여 충전을 정지시키도록 하고,

외부의 교류전원을 입력받는 구동부(71)(72)(73)(74)에서는 이 교류전원을 브리지다이오드(D4)(D9)(D17)(D21)와 콘덴서(C8)(C18)(C24)(C30)에서 전파정류하여 직류전원으로 변환한 후 정전압IC(71a)(72a)(73a)(74a)에서 소정의 DC전압으로 다운시켜 상기 구동IC(71b)(72b)(73b)(74b)의 구동전원으로 인가되도록 하고,

상기 AND게이트(70)(70a)(70b)(70c)의 출력신호에 의해 제어되는 구동IC (71b)(72b)(73b)(74b)는 온시에는 15V, 오프시에는 -5V의 제어신호를 IGBT(Q1) (Q2)(Q3)(Q4)의 게이트단자로 출력하여 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)의 온,오프를 콘트롤하도록 구성한 것이다.

도 5는 전압 전류 변화 디스플레이 콘트롤러(80)의 내부 구성을 도시한 것으로,

입력교류전압을 정류부(81)에서 전파정류되어 서지제거기(TVS1)에 의해 서지전압이 제거된 후 가변저항(VR1) 및 콘덴서(C3)(C4)등에 의해 소정의 DC전압으로 변환되어 버퍼(82)를 거쳐 멀티플렉서(83)로 입력되도록 하고,

밧데리전압은 서지제거기(TVS2)에 의해 서지전압이 제거된 후 가변저항(VR2) 및 콘덴서(C5)(C6)로 구성된 과전압검출부(84)에 검출되어 버퍼(82a)를 거쳐 멀티플렉서(83)로 입력되도록 하고,

로드전압은 서지제거기(TVS3)에 의해 서지전압이 제거된 후 가변저항(VR3) 및 콘덴서(C10)(C11)로 구성된 출력전압검출부(85)에 검출되어 버퍼(82b)를 통해 멀티플렉서(83)로 입력되도록 하고,

밧데리 전류검출부(86)는 밧데리측에 흐르는 전류를 검출하여 증폭부(82c)에서 어느정도 증폭시킨 후 이 증폭된 값을 멀티플렉서(83)로 입력시키도록 하고,

전류검출부(87)는 전압강하부(31)의 출력전류를 검출하여 증폭부(82d)에서 증폭시킨 후 멀티플렉서(83)로 입력시키도록 하고,

온도감지부(88)에서는 내부온도의 상승에 따라 온도센서(89)에 의해 변화되는 전압값을 증폭부(82e)를 통해 증폭한 후 멀티플렉서(83)에 입력시키도록 하고,

상기 입력전압, 밧데리에 인가되는 과전압, 전압강하부(31)의 출력전압, 밧데리측에 흐르는 전류, 전압강하부(31)의 출력전류 및 내부온도의 상승에 따라 온도센서(89)에 의해 변화되는 전압값을 버퍼(82)(82a)(82b) 및 증폭부(82c)(82d) (82e)를 통해 전달받는 멀티플렉서(83)는 각각의 상태에 따른 데이터를 아날로그/디지털 변환기(90)를 거쳐 상기 내부콘트롤러에 입력시켜 그래픽 LCD(44)를 통해 전류치와 전압치의 변화된 상태를 표시하도록 하고,

상기 마이크로 프로세서(42)로 부터의 데이터신호(D0)∼(D7)는 3상태 래치(91)를 거쳐 디지탈-아날로그 변환기(92)에서 아날로그신호로 변환되어 증폭기 (93)를 거쳐 상기 IGBT제어부(60)의 아날로그스위치(62)를 통해 버퍼(63)의 반전입력단에 기준전압으로 입력되도록 한 것이다.

도 6은 전압강하부(31)의 구성을 도시한 것으로 제어부(100)에서는 상기의 DC-DC컨버터(35)에 의해 변환된 DC전원을 검출하여 트랜지스터(Q1)(Q2)를 구동시켜 정격의 DC125V 전원이 밧데리에 입력되도록 하되, 출력전압이 DC125V 이하로 되면 릴레이(101)를 구동시켜 접점을 변환함으로서 입력전원이 트랜지스터(Q1)(Q2)를 거치지 않고 바로 밧데리측으로 공급되도록 함으로써 정전에 의해 다운되는 전압을 보상하도록 하고,

전류검출부(102)에서 부하측에 흐르는 전류를 검출하면 제어부(100)에서 이를 인식하여 전류제한부(103)에서 설정된 전류치 이상이면 설정된 전류치 이상 못흐르도록 구성한 것이다.

도 7은 접점신호검출부(110)의 내부구성을 도시한 것으로,

입력전압이나 부하전압의 과전압, 과전류 및 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)의 고온에 따른 접점의 트립신호는 포토커플러(111)를 거쳐 3상태래치(112)(113)로 입력되고, 그에따른 3상태래치(112)(113)의 출력신호는 내부콘트롤러의 마이크로 프로세서 (42)로 입력되어 그래픽 LCD(44)를 통해 접점의 상태를 시각적으로 표시하여 주도록 한 것이다.

도 8은 램프표시부(120)의 구성을 도시한 것으로 내부콘트롤러(40)로부터의데이터신호는 3상태버퍼(121)를 거쳐 3상태래치(122)(123)(124)를 통해 교류입력의 저전압, 축전지의 과전압과 과방전 및 과전류, 부하의 과전류, 부하의 연결관계, 온도, 부동운전, 균등운전 및 수동운전등에 해당하는 램프(LED1)∼(LED24)를 선택적으로 점등시켜 관리자가 에러신호 및 사용상태를 시각적으로 판단할 수 있도록 한 것이다.

도 9는 키입력부(130)의 구성을 도시한 것으로 출력전압 올림스위치, 출력전압 내림스위치, 시간조절과 예약시간 및 전압조절의 모드를 선택하는 모드선택 스위치, 균등운전과 부동운전 및 수동운전의 운전방법을 선택하는 시프트 스위치들을 통한 사용자의 선택사양은 드롭 마이크로프로세서(131)를 통해 상기의 내부콘트롤러(40)로 입력되어 그에따른 동작을 수행하도록 한 것이다.

이와 같이 구성한 본 발명의 밧데리 충전기는 고주파 변압기 후단의 2차측 정류부와 평활용 출력측 고주파 인덕터 사이에 3개의 Fast Recovery Diode와 두개의 공진캐패시터(C_S1, C_S2)로 구성되는 에너지 회생스너버를 삽입시킨 고주파 소프트스위칭 FB DC-DC컨버터(25)를 사용하여 고주파 변압기의 도통손실이 크게 줄이며, 고주파 2차측 정류부도 소프트 스위칭 되고, 또한 스위칭 손실흡수분을 부하로 회생할 수 있도록 한 것으로서, 입력측의 AC전원을 정확하게 결선하면서 축전지와 부하로 공급되는 DC전원의 극성이 틀리지 않게 결선한 후 다음의 축전지측 NFB(21)를 온시키면 내부 콘트롤러(40)에서 정상적으로 전원이 공급되는 가를 검출하면서 SCR 브릿지(23) 및 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)를 제어하고, 키입력부(130)에서의 사용자의선택사양을 입력받으면서 내부의 동작상태를 숫자와 그림으로 사용자에게 알려준다.

리세트 IC(41)에 의해 초기 전원을 공급하면 리세트신호가 리세트단자에 입력되어 초기화되는 마이크로 프로세서(42)의 출력단(D0)∼(D7)에서 출력되는 데이터신호를 입력받는 그래픽 LCD구동부(43)는 그래픽 LCD(44)를 통해 전류치와 전압치의 변화된 상태를 표시한다.

상기 마이크로 프로세서(42)로 부터의 데이터신호는 릴레이 구동부(45)를 동작시키면서 내부경보용 부저(46)를 구동시키는 동시에 릴레이(48)(48a)를 선택적으로 동작시켜 각각 저경보와 중경보의 외부경보를 발생시키도록 하면서 발광다이오드(47)를 점등시켜 마이크로 프로세서(42)가 정상적으로 동작됨을 표시하여 준다.

상기 마이크로 프로세서(42)의 통신신호는 통신포트(49)를 통하여 외부로 제어신호를 전송하거나 외부의 중앙콘트롤러로부터의 제어신호를 수신하면서 또 다른 통신포트(50)를 통하여 외부의 충전기와 병렬로 연결되어 밧데리의 충전상태를 감시한다.

마이크로 프로세서(42)는 충전기의 동작에 필요한 모든 프로그램들을 저장한 롬(51)에서 프로그램을 읽어들여 그에따른 동작을 수행면서 동작중에 발생되는 모든 데이터를 램(52)에 일시 저장하고, 사용자가 설정한 밧데리의 충전전압 및 충전전류등을 EEPROM(53)에 저장된 동작설정값과 비교하여 그에따른 변화량을 그래픽 LCD(44)에 표시한다.

IGBT제어부(60)의 에러검출IC(68)는 저항(R17)(R24)에 의해 분할된 부하의충전전압과 저항(R32)과 가변저항(R39)에 의해 설정된 기준전압을 입력받는 비교기(65)의 출력을 받아들이고, 전류증폭부(66)를 거쳐 소정의 크기로 증폭된 충전전류와 저항(R47)과 가변저항(R53)에 의해 설정된 기준전류치를 입력받는 비교기(67)의 출력을 받아들이는 동시에 포토커플러(71c)(72c)(73c)(74c)에 의한 구동부(71)(72)(73) (74)의 에러신호를 NAND게이트(75)를 거쳐 입력받아 표시부(69)의 LED을 점등시켜 사용자가 과전압, 과전류 및 구동부(71)(72)(73)(74)의 에러를 확인할 수 있도록 하면서 출력을 NAND게이트(77)를 거쳐 제어IC(64)에 입력시킴과 동시에 그 신호로 릴레이(77)의 접점을 구동시켜 램프표시부(120)에 입력함으로써 그에 따른 램프를 점등시켜 사용자가 에러신호를 인식할 수 있도록 한다. 또한 상기 구동부(71)(72)(73)(74)의 에러에 의한 신호를 입력받는 NAND게이트 (75)의 출력은 AND게이트(70)(70a)(70b)(70c)의 일측단으로 출력되어 AND게이트 (70)(70a)(70b)(70c)에 의한 제어신호에 의해 구동IC(71b)(72b)(73b)(74b)를 제어함으로써 IGBT (Q1)(Q2)(Q3)(Q4)를 차단하여 충전을 정지시킨다.

부하에 충전되는 전압이 저항(R17)(R24)에 의해 분할된 전압과 마이크로 프로세서(42)가 사용되지 않을 때에 저항(R36)(R38)에 의해 설정된 자체 기준전압 또는 마이크로 프로세서(42)가 사용될 때에 마이크로 프로세서(42)로 부터의 설정전압이 아날로그 스위치(61)(62)를 통해 버퍼(63)를 거친 3V이하의 전압 및 상기 에러검출IC(68)로부터의 신호를 입력받는 제어IC(64)는 과전압, 과전류 및 구동부 (71)(72)(73)(74)의 에러에 따른 제어신호를 AND게이트(70)(70a)(70b)(70c)의 일측단으로 출력하여 AND게이트(70)(70a)(70b)(70c)에 의한 제어신호에 구동IC(71b)(72b)(73b)(74b)를 제어함으로써 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)를 차단하여 충전을 정지시킨다.

외부의 교류전원을 입력받는 구동부(71)(72)(73)(74)는 이 교류전원을 브리지다이오드(D4)(D9)(D17)(D21)와 콘덴서(C8)(C18)(C24)(C30)에서 전파정류하여 직류전원으로 변환한 후 정전압IC(71a)(72a)(73a)(74a)에서 소정의 DC전압으로 다운시켜 상기 구동IC(71b)(72b)(73b)(74b)의 구동전원으로 인가된다.

상기 AND게이트(70)(70a)(70b)(70c)를 거쳐 신호를 입력받는 구동IC(71b) (72b)(73b)(74b)는 온시에는 15V, 오프시에는 -5V의 제어신호를 IGBT(Q1)(Q2) (Q3)(Q4)의 게이트단자로 출력하여 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)의 온,오프를 제어한다.

상기와 같이 구동부(71)(72)(73)(74)에 의해 제어되는 DC-DC컨버터(25)의 동작상태를 도 10에 도시한 동작파형을 참고로 간략하게 설명하면, 도통 모우드 동안(t₀-t₂, t₅-t₇) 에너지회생 공진캐패시터(C_S1, C_S2)에 출적된 에너지가 고주파 변압기 2차측 전압이 제로로 되는 Freewheeling 구간(t₂-t₄, t₇-t₉)동안 구간에 공진 캐패시터(C_S1, C_S2)의 방전에 따라 출력 정류다이오드(D₅, D₆)는 역바이어스되고 고주파 변압기의 2차측권선은 오픈된다. 그러므로, 고주파변압기의 1차전류와 2차전류는 제로로되고, 단지 매우 적은 자화전류가 Freewheeling구간(t₃-t₄, t₈-t₉)동안 순환한다. 그러므로 고주파변압기와 스위칭소자에 대한 RMS전류 스트레스는 매우 감소된다. 즉, IGBT(Q1,Q3)는 변환구간(t₂-t₃, t₇-t₈) 동안 1차측으로 반영된 출력전류에 따라 영전압 스위칭을 이룰 수 있고 IGBT(Q2,Q4)는 변환구간(t₄-t₅, t₉-t₁₀) 동안 매우 저감된 순환전류에 따라 거의 영전류 스위칭을 얻을 수 있다. 그러므로 영전압과 영전류 스위칭동작을 확보함으로써 DC-DC컨버터(25) 1차측 주회로에 고주파 변압기 누설인덕턴스 증가 및 추가적인 직렬인덕터 삽입없이 안정된 소프트 스위칭 동작영역이 확보되며 특히, 츨력측 인덕터(L₂) 전류의 순환전류 경로가 차단되어 DC-DC컨버터(25) 1차측 주회로 스위칭소자와 고주파 변압기의 도통손실이 크게 줄어들며, 고주파 2차측 정류부(D₅, D₆)도 소프트 스위칭 되고, 또한 스위칭 손실흡수분을 부하로 회생할 수 있다.

전압 전류 변화 디스플레이 콘트롤러(80)의 정류부(81)에서 전파정류된 입력교류전압은 가변저항(VR1) 및 콘덴서(C3)(C4)등에 의해 소정의 DC전압으로 변환되어 버퍼(82)를 거쳐 멀티플렉서(83)로 입력되고, 가변저항(VR2) 및 콘덴서(C5)(C6)로 구성된 과전압검출부(84)는 밧데리에 인가되는 전압을 검출하여 버퍼(82a)를 거쳐 멀티플렉서(83)로 입력시키도록 하며, 가변저항(VR3) 및 콘덴서(C10)(C11)로 구성된 출력전압검출부(85)는 전압강하부(31)의 출력전압을 검출하여 버퍼(82b)를 통해 멀티플렉서(83)로 입력시키도록 하고, 밧데리 전류검출부(86)는 밧데리측에 흐르는 전류를 검출하여 증폭부(82c)에서 어느정도 증폭시킨 후 이 증폭된 값을 멀티플렉서(83)로 입력시키도록 하며, 전류검출부(87)는 전압강하부(31)의 출력전류를 검출하여 증폭부(82d)에서 증폭시킨 후 멀티플렉서(83)로 입력시키도록 하고, 온도감지부(88)에서는 내부온도의 상승에 따라 온도센서(89)에 의해 변화되는 전압값을증폭부(82e)를 통해 증폭한 후 멀티플렉서(83)에 입력시킨다.

상기 입력전압, 밧데리에 인가되는 과전압, 전압강하부(31)의 출력전압, 밧데리측에 흐르는 전류, 전압강하부(31)의 출력전류 및 내부온도의 상승에 따라 온도센서(89)에 의해 변화되는 전압값을 버퍼(82)(82a)(82b) 및 증폭부(82c)(82d) (82e)를 통해 전달받는 멀티플렉서(83)는 각각의 상태에 따른 데이터를 아날로그/디지털 변환기(90)를 거쳐 상기 내부콘트롤러에 입력시켜 그래픽 LCD(44)를 통해 전류치와 전압치의 변화되는 상태를 숫자와 그림으로 표시한다.

전압강하부(31)의 제어부(100)에서는 상기의 DC-DC컨버터(35)에 의해 변환된 DC전원을 검출하여 트랜지스터(Q1)(Q2)를 구동시켜 정격의 DC125V 전원이 밧데리에 입력되도록 하되, 출력전압이 DC125V 이하로 될때에는 릴레이(101)를 구동시켜 접점을 변환함으로서 입력전원이 트랜지스터(Q1)(Q2)를 거치지 않고 바로 밧데리측으로 공급되도록 함으로써 정전에 의해 다운되는 전압을 보상하도록 한다.

접점신호검출부(110)에서는 입력전압이나 부하전압의 과전압, 과전류 및 충전기 내부의 고온에 따른 접점의 트립신호를 포토커플러(111)를 거쳐 3상태래치 (112)(113)로 입력시키고, 그에따른 3상태래치(112)(113)의 출력신호를 내부콘트롤러의 마이크로 프로세서(42)로 입력되도록 하여 그래픽 LCD(44)를 통해 과전압 및 과전류의 상태를 시각적으로 표시하여 준다.

램프표시부(120)는 내부콘트롤러(40)로부터의 데이터신호를 3상태버퍼(121)를 거쳐 3상태래치(122)(123)(124)를 통해 입력받아 교류입력의 저전압, 축전지의 과전압과 과방전 및 과전류, 부하의 과전류, 부하의 연결관계, 온도, 부동운전, 균등운전 및 수동운전등에 해당하는 램프(LED1)∼(LED24)를 선택적으로 점등시켜 관리자가 에러신호 및 사용상태를 시각적으로 판단할 수 있도록 한다.

키입력부(130)는 출력전압 올림스위치, 출력전압 내림스위치, 시간조절과 예약시간 및 전압조절의 모드를 선택하는 모드선택 스위치, 균등운전과 부동운전 및 수동운전의 운전방법을 선택하는 시프트 스위치들을 통한 사용자의 선택사양을 드롭 마이크로프로세서(131)를 통해 상기의 내부콘트롤러(40)로 입력하여 그에따른 동작을 수행하도록 한 것이다.

따라서 본 발명의 밧데리 충전기에 의하여서는 종래에서와 같이 자동드롭 콘트롤러에 의해 마그네트 스위치가 선택적으로 온되는 상태에 의해 다수의 다이오드를 경유하는 중에 전압강하된 전압이 부하로 공급되도록 하는 것에 비해 트랜지스터 모듈로 소형화함으로서 부품수를 줄여 회로를 간단히하면서 충전기의 전체적인 크기도 줄이고 고주파 변압기의 도통손실을 크게 줄여 동작의 안정성도 한층 높아지는 효과가 있는 것이다.

Claims

AC 380V의 전압이 SCR 브릿지(35)를 거쳐 적정치의 DC전원으로 다수의 축전지 단자에 인가되도록 하고,

전압강하부(31)를 경유하는 중에 전압강하된 정격전압으로 다수의 부하 (LOAD1)∼(LOAD2)로 각각 동시에 공급되도록 한 밧데리 충전기에 있어서,

상기의 SCR브릿지(35)를 제어하면서 내부의 동작에 따른 상태를 감시하는 중에 내부의 동작을 콘트롤하는 내부콘트롤러(40)와,

IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)로 구성되며 상기의 SCR 브릿지(23)로 부터의 DC전원을 적정치의 DC전원으로 변환시키는 DC-DC컨버터(25)와,

상기 DC-DC컨버터(25)의 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)를 제어하는 IGBT제어부(60)와,

그래픽 LCD구동부(43)를 통해 그래픽 LCD(44)에 전류의 변화치와 전압의 변화치를 표시하도록 하는 전압 전류 변화 디스플레이 콘트롤러(80)와,

입력전압이나 부하전압의 과전압, 과전류 및 충전기 내부의 고온에 따른 접점의 트립신호에 의해 그래픽 LCD(44)를 통해 과전압 및 과전류의 상태를 시각적으로 표시하여 주는 접점신호검출부(110)와,

내부콘트롤러(40)로부터의 데이터신호를 3상태버퍼(121)를 거쳐 3상태래치 (122)(123)(124)를 통해 교류입력의 저전압, 축전지의 과전압과 과방전 및 과전류, 부하의 과전류, 부하의 연결관계, 온도, 부동운전, 균등운전 및 수동운전등에 해당하는 램프(LED1)∼(LED24)를 선택적으로 점등시키는 램프표시부(120)와,

출력전압 올림스위치, 출력전압 내림스위치, 시간조절과 예약시간 및 전압조절의 모드를 선택하는 모드선택 스위치, 균등운전과 부동운전 및 수동운전의 운전방법을 선택하는 시프트 스위치들을 통한 사용자의 선택사양을 드롭 마이크로프로세서(131)를 통해 상기의 내부콘트롤러(40)로 입력시키는 키입력부(130)로 구성됨을 특징으로 하는 밧데리 충전기.
제 1항에 있어서, 상기의 내부 콘트롤러(40)는 마이크로 프로세서(42)의 출력단(D0)∼(D7)에서 출력되는 데이터신호를 입력받는 그래픽 LCD구동부(43)와,

상기 그래픽 LCD구동부(43)에 의해 제어되며 전류치와 전압치의 변화된 상태를 비롯한 내부의 동작상태를 숫자와 그림으로 표시하는 그래픽 LCD(44)와,

상기 마이크로 프로세서(42)에 의해 제어되며 내부경보용 부저(46)를 구동시키는 동시에 릴레이(48)(48a)를 선택적으로 동작시켜 각각 저경보와 중경보의 외부경보를 발생시키도록 하면서 발광다이오드(47)를 점등시켜 마이크로 프로세서(42)가 정상적으로 동작됨을 표시하여 주는 릴레이 구동부(45)와,

외부로 제어신호를 전송하거나 외부의 중앙콘트롤러로부터 제어신호를 수신하는 통신포트(49)와,

외부의 충전기와 병렬로 연결되어 밧데리의 충전상태를 감시하도록 하는 통신포트(50)와,

사용자가 설정한 밧데리의 충전전압, 충전전류 및 과전압, 과전류등의 동작설정값을 저장하는 EEPROM(53)과,

시간을 나타내 주는 리얼타임클럭IC(54)로 구성됨을 특징으로 하는 밧데리 충전기.
제 1항에 있어서, IGBT제어부(60)는 저항(R17)(R24)에 분할된 부하전압 및 아날로그 스위치(61)(62)를 통한 전압을 입력받는 버퍼(63)와,

상기 저항(R17)(R24)에 분할된 전압을 비반전입력단으로 입력받으면서 저항(R32)과 가변저항(R39)에 의해 설정된 기준전압을 입력받아 두 전압을 비교하는 비교기(65)와,

전류증폭부(66)를 거쳐 소정의 크기로 증폭된 밧데리의 충전전류와 저항(R47)과 가변저항(R53)에 의해 설정된 기준전류치와 비교하는 비교기(67)와,

상기 비교기(65)(67)로부터 신호를 입력받아 과전압, 과전류에 따른 신호를 출력하여 표시부(69)의 발광다이오드를 점등하여 외부에서 인식할 수 있도록 하는 에러검출IC(68)와,

상기 에러검출IC(68)로부터 신호를 입력받아 그에 따른 제어신호를 AND게이트(70)(70a)(70b)(70c)를 거쳐 구동부(71)(72)(73)(74)의 구동IC(71b)(72b)(73b) (74b)로 출력하는 제어IC(64)와,

교류전원을 브리지다이오드(D4)(D9)(D17)(D21)와 콘덴서(C8)(C18)(C24)(C30)에서 전파정류하여 직류전원으로 변환한 후 정전압IC(71a)(72a)(73a)(74a)에서 소정의 DC전압으로 다운시켜 상기 구동IC(71b)(72b)(73b)(74b)의 구동전원으로 인가되도록 하여 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)의 온,오프를 제어하는 구동부(71)(72)(73)(74)와,

NAND게이트(73)에 상기 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4) 에러에 의한 신호를 입력하는 포토커플러(71c)(72c)(73c)(74c)로 구성됨을 특징으로 하는 밧데리 충전기.
제 1항에 있어서, 상기 전압강하부(31)는 DC-DC컨버터(35)에 의해 변환된 DC전원을 검출하여 트랜지스터(Q1)(Q2)를 구동시켜 정격의 DC125V 전원이 밧데리에 입력되도록 하는 제어부(100)와,

상기 제어부(100)에 의해 제어되며 출력전압이 DC125V 이하로 되면 입력전원이 트랜지스터(Q1)(Q2)를 거치지 않고 바로 밧데리측으로 공급되도록 하는 릴레이(101)와,

밧데리에 흐르는 전류의 제한치를 설정하는 전류제한부(103)로 구성됨을 특징으로 하는 밧데리 충전기.