KR101004498B1

KR101004498B1 - 충전장치

Info

Publication number: KR101004498B1
Application number: KR1020100006702A
Authority: KR
Inventors: 양천석; 이재호
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2010-12-31
Also published as: CN102136746A; CN102136746B; US20110181236A1; US8912750B2; EP2348605A1; EP2348605B1; ES2569028T3

Abstract

본 발명은 3상 전동기 및 3상 전동기를 구동시키는 인버터를 이용하여 고압 배터리에 전력을 충전시키고, 고압 배터리에 충전된 전력을 이용하여 저압 배터리에 전력을 충전시키는 충전장치에 관한 것으로서 Y 결선된 3상 전동기와, 교류전력을 정류하여 상기 3상 전동기의 중성점으로 출력하는 제 1 정류부와, 충전 모드일 경우에 상기 제 1 정류부의 출력전력을 고압 배터리에 충전시키고, 운전 모드일 경우에 상기 고압 배터리의 충전전력을 스위칭시켜 상기 3상 전동기를 구동시키는 제 2 정류부/인버터와, 충전 모드일 경우에 상기 제 1 정류부 및 상기 제 2 정류부/인버터를 제어하여 상기 고압 배터리에 전력을 충전시키게 제어하는 고압 충전 제어부와, 운전 모드일 경우에 상기 제 2 정류부/인버터를 제어하여 상기 3상 전동기를 구동시키게 하고, 충전 모드일 경우에 상기 고압 충전 제어부를 제어하여 상기 고압 배터리에 전력을 충전하게 제어하는 DSP(Digital Signal Processor)를 포함한다.

Description

충전장치{Charger}

본 발명은 전기 자동차에 구비된 3상 전동기로 구동전력을 공급하는 고압 배터리와 전기 자동차에 구비된 전자부품들 및 등화장치 등에 동작전력을 공급하는 저압 배터리에 전력을 충전시키는 충전장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 벅(Buck) 타입의 단상 정류기와 3상 전동기 및 인버터로 벅-부스트(Buck-Boost) 동작시켜 입력되는 상용 교류전력의 역률을 1에 가깝게 제어하면서, 고압 배터리에 전력을 충전시키고, 고압 배터리에 충전된 전력을 이용하여 저압 배터리에 전력을 충전시키며, 또한 인버터, 고압 충전기 및 저압 충전기를 통합하여 배선상의 이점을 가지고, 하나의 DSP를 이용하여 제어 및 통신을 통합할 수 있는 충전장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차는 예를 들면, 약 72V의 고압이 충전되어 있는 고압 배터리와, 상기 고압 배터리에 충전되어 있는 전력으로 구동되어 자동차를 주행시키는 3상 전동기와, 3상 전동기를 구동시키기 위한 인버터가 구비되어 있다.

상기 고압 배터리의 충전 전력으로 상기 3상 전동기를 구동시키는 데에는 한계가 있는 것으로서 고압 배터리에 충전되어 있는 전력이 소정의 전력 이상으로 방전될 경우에는 더 이상 3상 전동기를 구동시킬 수 없게 된다.

그러므로 전기 자동차는 고압 충전기를 구비하고, 고압 충전기의 출력전력을 상기 고압 배터리에 충전시킬 수 있도록 하고 있다.

또한 전기 자동차는 3상 전동기 이외에 전자장치 및 등화장치들을 비롯하여 저압 예를 들면, 12V의 전력을 사용하는 각종 부하들이 구비되어 있는 것으로서 이들 저압을 사용하는 부하들을 동작시키기 위하여 저압 배터리가 장착되어 있고, 저압 배터리에 저압을 충전시키기 위한 저압 충전기가 구비되어 있다.

그러나 상기 인버터, 고압 충전기 및 저압 충전기들 각각은 상호간에 분리된 상태로 구비되어 있는 것으로서 인버터, 고압 충전기 및 저압 충전기들 각각을 전기 자동차에 장착할 수 있도록 설계하는데 많은 시간과 인력이 소모되었다.

그러므로 본 발명이 해결하려는 과제는 3상 전동기 및 인버터를 이용하여 고압 배터리에 전력을 충전하는 충전장치를 제공한다.

또한 본 발명은 고압 배터리에 충전되어 있는 전력을 이용하여 저압 배터리에 전력을 충전시키는 충전장치를 제공한다.

또한 본 발명은 인버터, 고압 충전기 및 저압 충전기들 일체로 구비하는 충전장치를 제공한다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않고, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 충전장치는 벅 타입 정류기를 추가하고, 이를 Y 결선된 3상 전동기의 인덕터와 인버터의 스위칭을 이용하여 벅-부스트 동작시킴으로써 입력되는 상용 교류전력의 역률을 1에 가깝게 제어하면서 고압 배터리에 전력을 충전시킨다.

그러므로 본 발명의 충전장치는 Y 결선된 3상 전동기와, 교류전력을 정류하여 상기 3상 전동기의 중성점으로 출력하는 제 1 정류부와, 충전 모드일 경우에 상기 제 1 정류부의 출력전력을 고압 배터리에 충전시키고, 운전 모드일 경우에 상기 고압 배터리의 충전전력을 스위칭시켜 상기 3상 전동기를 구동시키는 제 2 정류부/인버터와, 충전 모드일 경우에 상기 제 1 정류부 및 상기 제 2 정류부/인버터를 제어하여 상기 고압 배터리에 전력을 충전시키게 제어하는 고압 충전 제어부와, 운전 모드일 경우에 상기 제 2 정류부/인버터를 제어하여 상기 3상 전동기를 구동시키게 하고, 충전 모드일 경우에 상기 고압 충전 제어부를 제어하여 상기 고압 배터리에 전력을 충전하게 제어하는 DSP(Digital Signal Processor)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 제 1 정류부는 상기 3상 전동기와 결합하여 벅 타입으로 상기 교류전력을 정류하는 벅 타입 단상 정류기인 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 정류부는 입력되는 교류전력을 브리지 정류하는 정류기와, 상기 고압충전 제어부의 제어에 따라 상기 정류기의 출력전력을 스위칭시켜 상기 3상 전동기의 중성점으로 출력하며 인버터와 동시에 동작하여 입력되는 상용 교류전력의 역률을 1에 근접되게 제어하는 스위칭 소자를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한 상기 제 1 정류부는 스위칭 동작에 따라 발생하는 리플 전류를 필터링하여 리플이 감쇄된 입력 교류전력을 상기 정류기로 출력하는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제 1 정류부는 상기 3상 전동기에 축적된 전력을 상기 제 2 정류부/인버터가 상기 고압 배터리에 충전시킬 경우에 폐회로 루프를 형성하기 위한 프리 휠링용 다이오드를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 제 2 정류부/인버터는 상기 고압 배터리의 양 단자 사이에, 각기 2개씩 쌍을 이루어 직렬 접속되는 복수 개의 스위칭 소자와, 상기 복수 개의 스위칭 소자들 각각에 병렬 연결되는 복수 개의 다이오드를 포함하고, 상기 2개씩 쌍을 이루어 직렬 접속된 스위칭 소자들 사이의 접속점에 상기 3상 전동기의 각 상의 단자가 접속됨을 특징으로 한다.

상기 복수 개의 스위칭 소자들은 운전 모드일 경우에 복수 개의 스위칭 소자들을 상기 DSP가 스위칭시키고, 충전모드일 경우에 상기 3상 전동기의 각 상의 단자와 상기 고압 배터리의 마이너스 단자의 사이에 접속된 복수 개의 스위칭 소자들을 상기 고압 충전 제어부가 스위칭시키는 것을 특징으로 한다.

상기 고압충전 제어부는 상기 고압 배터리의 충전상태를 검출하는 충전상태 검출부와, 상기 충전상태 검출부 및 상기 정류기의 출력전압을 이용하여 충전 기준전압을 발생하는 충전 기준전압 발생부와, 상기 제 1 정류부에서 출력되는 상기 고압 배터리의 충전전류를 검출하는 충전전류 검출부와, 상기 충전 기준전압 발생부 및 상기 충전전류 검출부의 출력신호에 따라 스위칭 신호를 발생하여 상기 제 1 정류부 및 상기 제 2 정류부/인버터로 출력하는 스위칭 신호 발생부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 제 1 정류부는 입력되는 교류전력을 브리지 정류하여 상기 3상 전동기의 중성점으로 출력하는 정류기와, 상기 고압 충전 제어부의 제어에 따라 상호간에 교대로 스위칭되면서 상기 정류기가 상기 입력되는 교류전력을 브리지 정류하는 것을 스위칭하는 복수 개의 스위칭 소자를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한 상기 제 1 정류부는 상기 입력되는 교류전력을 필터링하여 상기 정류기로 출력하는 필터를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 고압 충전 제어부는 상기 고압 배터리의 충전상태를 검출하는 충전상태 검출부와, 상기 충전상태 검출부 및 상기 정류기의 출력전압을 이용하여 충전 기준전압을 발생하는 충전 기준전압 발생부와, 상기 제 1 정류부에서 출력되는 상기 고압 배터리의 충전전류를 검출하는 충전전류 검출부와, 상기 충전 기준전압 발생부 및 상기 충전전류 검출부의 출력신호에 따라 스위칭 신호를 발생하여 상기 제 2 정류부/인버터로 출력하는 스위칭 신호 발생부와, 상기 입력되는 교류전력의 극성을 판단하는 극성 판단부와, 상기 스위칭 신호 발생부가 발생하는 스위칭 신호를 반전시키는 인버터와, 상기 극성 판단부의 출력신호에 따라 스위칭되면서 상기 스위칭 신호 발생부가 발생하는 스위칭 신호 및 상기 인버터의 출력신호를 복수 개의 스위칭 소자의 게이트에 선택적으로 출력하는 복수 개의 절환 스위치를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 충전상태 검출부는 상기 고압 배터리의 충전전압을 분압하는 복수 개의 저항과, 상기 복수 개의 저항이 분압한 전압과 미리 설정된 상기 고압 배터리의 플로팅 충전 기준전압을 연산 증폭하는 연산 증폭기와, 상기 연산 증폭기의 출력전압과 미리 설정된 기준전류의 평균전압의 레벨을 비교하여 최소 값을 선택하는 최소 값 선택부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 충전 기준전압 발생부는 상기 정류기의 출력전압을 미리 설정된 이득으로 감쇄시키는 감쇄기와, 상기 감쇄기의 출력전압에 상기 충전상태 검출부의 출력전압을 곱셈하는 곱셈기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 충전전류 검출부는 상기 제 1 정류부가 출력하는 충전전류를 검출하는 전류 트랜스포머와, 상기 전류 트랜스포머가 검출한 충전전류를 적분하는 적분기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한 상기 충전전류 검출부는 상기 전류 트랜스포머가 충전전류를 검출하지 않을 경우에 상기 전류 트랜스포머에 축적되어 있는 마그네틱 에너지를 제거하는 리세트부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한 상기 충전전류 검출부는 상기 스위칭 신호 발생부가 발생하는 스위칭 신호에 따라 상기 적분기에 축적되어 있는 적분 전류를 제거하는 스위칭 소자를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 스위칭 신호 발생부는 상기 충전 기준전압 발생부 및 상기 충전전류 검출부의 출력전압을 비교하는 비교기와, 클럭신호에 따라 세트되고, 상기 비교기의 출력신호에 따라 리세트되면서 스위칭 신호를 발생하여 상기 충전전류 검출부, 상기 제 1 정류부 및 상기 제 2 정류부/인버터로 출력하는 플립플롭을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 충전장치는 상기 고압 배터리의 충전전력을 저압 배터리에 충전시키는 저압 충전부와, 상기 DSP의 제어에 따라 상기 저압 충전부를 제어하여 상기 고압 배터리의 충전전력을 상기 저압 배터리에 충전시키게 하는 저압충전 제어부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 저압 충전부는 상기 고압 배터리에 충전된 전력을 스위칭시켜 교류전력으로 변환하는 교류전력 변환부와, 상기 교류전력 변환부가 변환한 교류전력의 전압 레벨을 강압하는 전압 강압부와, 상기 전압 강압부에서 강압된 교류전력을 정류하고 직류전력으로 변환하여 상기 저압 배터리에 충전시키는 직류전압 변환부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 저압충전 제어부는 상기 저압 충전부에서 상기 저압 배터리로 흐르는 전류를 검출하는 전류 트랜스포머와, 상기 전류 트랜스포머의 검출 전류 및 상기 저압 배터리(BAT2)의 충전전압에 따라 스위칭 신호를 발생하여 상기 교류전력 변환부로 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 충전장치는 벅 타입의 단상 정류기를 추가하고, Y 결선된 3상 전동기와, 인버터를 이용하여 벅-부스트 동작시킴으로써 회로의 구성을 단순화할 수 있으며, 인버터, 고압 충전기 및 저압 충전기들 각각을 전기 자동차에 장착하도록 설계해야 되는 종래의 기술에 비하여 전기 자동차의 설계가 간편하다.

또한 본 발명은 하나의 DSP로 제어가 가능하므로 외부와 연결되는 통신 라인을 단순화할 수 있다.

또한 본 발명은 3상 전동기 및 인버터를 이용하여 고압 배터리에 간단히 전력을 충전할 수 있음은 물론 고압 배터리에 충전되어 있는 전력을 이용하여 저압 배터리에 간단히 전력을 충전시킬 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 일부 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여한다.
도 1은 본 발명의 충전장치의 전체 구성을 개략적으로 보인 블록도,
도 2는 본 발명의 충전장치에서 제 1 정류부 및 제 2 정류부/인버터의 바람직한 일 실시 예의 구성을 보인 상세 회로도,
도 3은 본 발명의 충전장치에서 고압 충전 제어부의 바람직한 일 실시 예의 구성을 보인 상세 회로도,
도 4의 (a) 내지 (f)는 도 2 및 도 3의 각 부위의 파형도,
도 5는 본 발명의 충전장치에서 제 1 정류부 및 고압 충전 제어부의 바람직한 다른 실시 예의 구성을 보인 상세 회로도,
도 6은 본 발명의 충전장치에서 저압 충전 제어부 및 저압 충전부의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 회로도이다.

이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.

따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.

도 1은 본 발명의 충전장치의 바람직한 일 실시 예의 구성을 보인 회로도이다. 여기서, 부호 100은 3상 전동기이다. 상기 3상 전동기(100)는 코일이 Y 결선되어 있다.

부호 110은 제 1 정류부이다. 예를 들면, 상기 제 1 정류부(110)는 상기 3상 전동기(100)와 결합되어 벅(Buck) 타입으로 단상 교류전력(AC)을 정류하는 벅(Buck) 타입 단상 정류기로서 입력되는 단상 교류전력(AC)을 정류하여 상기 3상 전동기(100)의 중성점으로 출력하며, 후술하는 인버터의 스위칭과 동시에 동작하여, 입력되는 상용 교류전력의 역률을 1에 가깝게 제어하면서 고압 배터리(BAT1)에 전력을 충전시킨다.

부호 120은 제 2 정류부/인버터이다. 상기 제 2 정류부/인버터(120)는 충전모드일 경우에 상기 제 1 정류부(110)와 동시에 스위칭되면서 Y 결선된 3상 전동기(100)에 전력을 축적 및 부스트(Boost)하여 고압 배터리(BAT1)에 충전한다. 또한 상기 제 2 정류부/인버터(120)는 운전 모드일 경우에 상기 고압 배터리(BAT1)에 충전된 전력으로 3상 전력을 발생하여 상기 3상 전동기(100)를 구동시킨다.

부호 130은 고압충전 제어부이다. 상기 고압충전 제어부(130)는 충전모드일 경우에 상기 제 1 정류부(110) 및 상기 제 2 정류부/인버터(120)를 제어하여 상기 고압 배터리(BAT1)에 고압이 충전되게 한다.

부호 140은 DSP(Digital Signal Processor)이다. 상기 DSP(140)는 충전 모드일 경우에 상기 고압충전 제어부(130)가 상기 제 1 정류부(110) 및 상기 제 2 정류부/인버터(120)를 제어하여 상기 고압 배터리(BAT1)에 고압을 충전시키게 한다. 또한 상기 DSP(140)는 운전 모드일 경우에 상기 제 2 정류부/인버터(120)를 제어하여 상기 고압 배터리(BAT1)의 충전 전력으로 상기 3상 전동기(100)를 구동시키게 한다.

부호 150은 저압 충전부이다. 상기 저압 충전부(150)는 상기 고압 배터리(BAT1)에 충전되어 있는 전력으로 저압 배터리(BAT2)에 저압을 충전시킨다.

부호 160은 저압충전 제어부이다. 상기 저압 충전 제어부(160)는 상기 DSP(140)의 제어에 따라 상기 저압 충전부(150)를 제어하여 상기 고압 배터리(BAT1)에 충전되어 있는 전력으로 저압 배터리(BAT2)에 저압을 충전시키게 한다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 충전장치는 충전모드일 경우에 DSP(140)의 제어에 따라 고압충전 제어부(130)가 제 1 정류부(110) 및 제 2 정류부/인버터(120)를 제어하여, 입력되는 상용 교류전력(AC)을 제 1 정류부(110)가 정류하고, 정류한 전력은 제 1 정류부(110)의 스위칭과 3상 전동기(100) 및 제 2 정류부/인버터(120)를 이용하여, 입력되는 상용 교류전력(AC)의 역률을 1에 가깝게 제어하며, 동시에 고압 배터리(BAT1)에 전력을 충전시킨다.

그리고 저압 충전 제어부(160)는 상기 DSP(140)의 제어에 따라 저압 배터리(BAT2)에 충전되어 있는 전력 상태를 판단하고, 판단한 전력 상태에 따라 저압 충전부(150)를 제어하여, 상기 고압 배터리(BAT1)에 충전되어 있는 전력으로 상기 저압 배터리(BAT2)에 저압을 충전한다.

도 2는 본 발명의 충전장치에서 제 1 정류부 및 제 2 정류부/인버터의 바람직한 일 실시 예의 구성을 보인 상세 회로도이다. 도 2를 참조하면, 상기 제 1 정류부(110)는 인덕터(L1) 및 커패시터(C1)로 입력되는 교류전력(AC)을 필터링하는 필터(112)와, 상기 필터(112)의 출력전력을 다이오드(D1∼D4)로 정류하는 정류기(114)와, 상기 다이오드(D1∼D4)의 출력전력을 상기 고압 충전 제어부(130)에서 출력되는 제어신호에 따라 스위칭시켜 상기 3상 전동기(100)의 중성점으로 출력하는 스위칭 소자(SW1)와, 상기 스위칭 소자(SW1)가 차단상태로 되었을 경우에 상기 3상 전동기(100)에 축적되어 있는 전력이 상기 제 2 정류부/인버터(120)를 통해 상기 고압 배터리(BAT1)에 충전되게 하는 프리 휠링(Free Wheeling)용 다이오드(D5)를 포함한다.

상기 제 2 정류부/인버터(120)는, 상기 고압 배터리(BAT)에 병렬 연결되는 복수 개의 스위칭 소자(SW2, SW3)(SW4, SW5)(SW6, SW7)와, 상기 복수 개의 스위칭 소자(SW2∼SW7)들 각각의 드레인 및 소스의 사이에 연결되는 복수 개의 다이오드(D6∼D11)와, 과도전압을 억제하는 과도전압 억제부(122)를 구비하고, 상기 복수 개의 스위칭 소자(SW3, SW5, SW7)의 게이트에는 상기 고압충전 제어부(130)에서 출력되는 제어신호가 인가된다.

상기 과도전압 억제부(122)는 고압 배터리(BAT1)의 양 단자 사이에 저항(R3) 및 과도전압 억제용 다이오드(TVS)가 직렬 접속된다.

도 3은 본 발명의 충전장치에서 고압 충전 제어부의 바람직한 일 실시 예의 구성을 보인 상세 회로도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 고압 충전 제어부(130)는, 상기 고압 배터리(BAT1)의 충전상태를 검출하는 충전상태 검출부(300)와, 상기 충전상태 검출부(300) 및 상기 정류기(114)의 출력전압(Vac)을 이용하여 충전 기준전압을 발생하는 충전 기준전압 발생부(310)와, 상기 제 1 정류부(110)에서 출력되는 상기 고압 배터리(BAT1)의 충전전류를 검출하는 충전전류 검출부(320)와, 상기 충전 기준전압 발생부(310) 및 상기 충전전류 검출부(320)의 출력신호에 따라 상기 스위칭 소자(SW1, SW3, SW5, SW7)들의 스위칭 신호를 발생하는 스위칭 신호 발생부(330)를 포함한다.

상기 충전상태 검출부(300)는 상기 고압 배터리(BAT1)의 양 단자에 저항(R1, R2)이 직렬 접속되고, 상기 저항(R1, R2)의 접속점이 저항(R4)을 통해 연산증폭기(302)의 반전 입력단자(-)에 접속되며, 상기 연산증폭기(302)의 비반전 입력단자(+)에는 미리 설정된 플로팅 충전 기준전압(Vflo_ref)이 인가되어 상기 연산증폭기(302)의 출력단자가 임피던스(Z)를 통해 그의 반전 입력단자(-)에 궤환 접속된다. 그리고 상기 연산증폭기(302)의 출력단자가 최소 값 선택부(304)의 일측 입력단자에 접속되고, 최소 값 선택부(304)의 타측 입력단자에는 미리 설정된 기준전류의 평균전압(Iref)이 인가되게 접속된다.

상기 충전 기준전압 발생부(310)는 상기 정류기(114)의 출력전압(Vac)을 미리 설정된 이득만큼 감쇄시키는 감쇄기(312)와, 상기 감쇄기(312)의 출력전압에 상기 충전상태 검출부(300)의 출력신호를 곱셈하여 충전 기준전압을 발생하는 곱셈기(314)를 포함한다.

상기 충전전류 검출부(320)는 상기 스위칭 소자(SW1)가 스위칭하여 출력하는 전류를 검출하는 전류 트랜스포머(CT1)의 양 단자의 사이에 저항(R5) 및 다이오드(D12)가 직렬 접속되어 전류 트랜스포머(CT1)에 잔류하는 마그네틱 에너지를 제거하는 리세트부(322)와, 상기 전류 트랜스포머(CT1)의 양 단자의 사이에 다이오드(D13) 및 커패시터(C2)가 직렬 접속되어 상기 전류 트랜스포머(CT1)의 검출전류를 적분하는 적분기(324)와, 상기 적분기(324)의 적분 전류를 제거하는 스위칭 소자(SW8)를 포함한다.

상기 스위칭 신호 발생부(330)는 상기 충전전류 검출부(320)의 출력전압과 상기 충전 기준전압 발생부(310)의 출력전압을 비교하는 비교기(332)와, 클럭신호에 따라 세트되고 상기 비교기(332)의 출력신호에 따라 리세트되면서 출력단자(Q)로 상기 스위칭 소자(SW1, SW3, SW5, SW7)들의 스위칭 신호를 발생함과 아울러 출력단자(/Q)로 상기 스위칭 소자(SW8)의 스위칭 신호를 발생하는 플립플롭(334)을 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명은 고압 배터리(BAT1)의 충전전압이 충전상태 검출부(300)의 저항(R1, R2)에 의해 분압되고, 분압된 전압이 저항(R4)을 통해 연산증폭기(302)의 반전 입력단자(-)에 인가된다.

그리고 상기 연산증폭기(302)의 비반전 입력단자(+)에는 미리 설정된 상기 고압 배터리(BAT1)의 플로팅 충전 기준전압(Vflo_ref)이 인가된다.

상기 연산 증폭기(302)는 상기 고압 배터리(BAT1)에 충전된 전압 레벨과 상기 플로팅 충전 기준전압(Vflo_ref)의 레벨을 연산 증폭하여 최소 값 선택부(304)의 일측 입력단자로 입력되고, 상기 최소 값 선택부(304)의 타측 입력단자에는 미리 설정된 기준전류의 평균전압(Iref)이 입력된다.

상기 최소 값 선택부(304)는 상기 연산 증폭기(302)의 출력전압과 상기 미리 설정된 기준전류의 평균전압(Iref)의 레벨을 비교하고, 비교 결과 크기가 작은 전압을 충전상태 검출신호로 출력한다.

그리고 상기 정류기(114)의 출력전압(Vac)이 충전 기준전압 발생부(310)의 감쇄기(312)로 입력되어 감쇄되고, 감쇄기(312)의 출력신호는 곱셈기(314)에서 상기 충전상태 검출부(300)가 출력하는 충전상태 검출신호가 곱셈되어 예를 들면, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 반파 정류된 사인파의 충전 기준전압을 발생하며, 발생한 사인파의 충전 기준전압이 스위칭 신호 발생부(330)의 비교기(332)의 반전 입력단자(-)로 입력된다.

한편, 상기 충전전류 검출부(320)는 상기 스위칭 소자(SW1)가 도통 상태일 경우에 상기 스위칭 소자(SW1)를 통해 출력되는 충전전류를 전류 트랜스포머(CT1)가 검출한다. 그리고 상기 스위칭 소자(SW1)가 차단 상태일 경우에 상기 전류 트랜스포머(CT1)에 축적되어 있는 마그네틱 에너지는 리세트부(322)의 저항(R5) 및 다이오드(D12)를 통해 제거되며, 상기 스위칭 소자(SW1)가 다시 도통 상태로 될 경우에 상기 스위칭 소자(SW1)를 통해 출력되는 충전전류를 전류 트랜스포머(CT1)가 검출한다.

상기 전류 트랜스포머(CT1)가 검출한 충전전류는 적분기(324)의 다이오드(D13)를 통해 커패시터(C2)에 충전되어 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 적분되며, 적분기(324)의 출력전압이 상기 스위칭 신호 발생부(330)의 비교기(332)의 비반전 입력단자(+)로 입력된다.

상기 비교기(332)는 상기 곱셈기(314)가 출력하는 사인파의 충전 기준전압과 상기 적분기(324)의 출력전압을 비교하여 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 펄스신호를 발생하고, 상기 비교기(332)가 발생한 펄스신호는 플립플롭(334)의 리세트 단자(R)에 인가되며, 상기 플립플롭(334)의 세트단자(S)에는 도 4의 (d)에 도시된 바와 같은 클럭신호(CLK)가 인가된다.

그러면, 상기 플립플롭(334)은 상기 클럭신호(CLK)에 따라 세트되고, 상기 비교기(332)의 출력신호에 따라 리세트되면서 출력단자(Q)로 도 4의 (e)에 도시된 바와 같이 스위칭 신호를 발생하여 스위칭 소자(SW1, SW3, SW5, SW7)들을 스위칭시킨다.

상기 플립플롭(334)이 리세트되어 출력단자(/Q)로 논리 1의 고전압을 출력할 경우에 출력한 논리 1의 고전압이 스위칭 소자(SW8)의 게이트에 인가되므로 스위칭 소자(SW8)가 도통 상태로 되고, 상기 적분기(324)의 커패시터(C2)에 충전되어 있던 전압은 상기 스위칭 소자(SW8)를 통해 제거된 후 상기 전류 트랜스포머(CT1)가 검출하는 전류를 적분기(324)가 적분하여 적분기(324)는 상술한 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 펄스신호를 출력하게 된다.

상기 플립플롭(324)이 세트되어 출력단자(Q)로 논리 1의 고전압을 출력할 경우에 제 1 정류부(110)의 스위칭 소자(SW1)와, 제 2 정류부/인버터(120)의 스위칭 소자(SW3, SW5, SW7)가 모두 도통 상태로 된다.

상기 스위칭 소자(SW1, SW3, SW5, SW7)가 도통 상태로 되면, 외부에서 입력되는 상용 교류전력(AC)이 제 1 정류부(110)의 필터(112)에서 인덕터(L1) 및 커패시터(C1)를 통해 필터링되어 잡음신호 등이 제거되고, 정류기(114)에서 브리지 정류되어 맥류전력으로 변환된다.

상기 정류기(114)에서 변환된 맥류전력은 도 4의 (f)에 도시된 바와 같이 스위칭 소자(SW1)를 통해 3상 전동기(100)의 중성점으로 입력되어 3상 전동기(100)의 각 상의 단자로 출력된다.

상기 3상 전동기(100)의 각 상의 단자로 출력되는 충전전류는 상기 스위칭 소자(SW3, SW5, SW7)를 통해 상기 정류기(114)로 흐르게 되어 상기 3상 전동기(100)에 맥류 전력이 축적된다. 즉, 상기 정류기(114)에서 출력되는 맥류 전력이 스위칭 소자(SW1), 3상 전동기(100) 및 스위칭 소자(SW3, SW5, SW7)를 통해 다시 상기 정류기(114)로 흐르게 되어 상기 3상 전동기(100)에 맥류 전력이 축적된다.

그리고 상기 플립플롭(324)이 리세트되어 출력단자(Q)로 논리 0의 저전압을 출력할 경우에 제 1 정류부(110)의 스위칭 소자(SW1)와, 제 2 정류부/인버터(120)의 스위칭 소자(SW3, SW5, SW7)가 모두 차단 상태로 된다.

상기 스위칭 소자(SW1, SW3, SW5, SW7)가 모두 차단상태로 되면, 상기 3상 전동기(100)에 축적되어 있던 전력이 다이오드(D6, D8, D10), 고압 배터리(BAT1) 및 프리 휠링용 다이오드(D5)를 통해 상기 3상 전동기(100)로 흐르면서 상기 고압 배터리(BAT1)에 전력이 충전된다.

여기서, 스위칭 소자(SW1, SW3, SW5, SW7)가 모두 차단상태로 되어 3상 전동기(100)에 축적되어 있던 전력이 프리 휠링용 다이오드(D5)를 통해 프리 휠링되면서 고압 배터리(BAT1)에 전력이 충전될 경우에 상기 3상 전동기(100)의 어느 하나의 상이 결선되어 전류의 흐름이 갑자기 차단되면, 스위칭 소자(SW3, SW5, SW7)에 과도 전압이 걸려 손상될 수 있다.

이러한 경우에 본 발명에서는 과도전압 억제부(122)의 과도전압 억제용 다이오드(TVS)가 턴 온되고, 상기 스위칭 소자(SW3, SW5, SW7)가 과도 전압에 의해 손상되는 것을 방지한다.

도 5는 본 발명의 충전장치에서 제 1 정류부 및 고압 충전 제어부의 바람직한 다른 실시 예의 구성을 보인 회로도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 1 정류부(110)의 다른 실시 예는 입력되는 외부 교류전력(AC)을 인덕터(L1) 및 커패시터(C1)로 필터링하는 필터(112)와, 상기 필터(112)의 출력전력을 다이오드(D1∼D4)로 브리지 정류하여 상기 3상 전동기(100)의 중성점으로 출력하는 정류기(114)와, 상기 다이오드(D1, D3)와 각기 직렬 연결되어 정류기(114)가 브리지 정류하는 것을 스위칭하는 복수 개의 스위칭 소자(SW9, SW10)를 포함한다.

그리고 본 발명의 고압 충전 제어부의 다른 실시 예는 상기 필터(112)가 출력하는 교류전력의 극성을 판단하는 극성 판단부(500)와, 상기 플립플롭(334)의 출력단자(Q)의 출력신호를 반전시키는 인버터(510)와, 상기 극성 판단부(500)의 출력신호에 따라 스위칭되어 상기 플립플롭(334)의 출력단자(Q)의 출력신호를 상기 스위칭 소자(SW9, SW10)의 게이트에 선택적으로 인가하는 제 1 절환 스위치(520)와, 상기 극성 판단부(500)의 출력신호에 따라 스위칭되어 상기 인버터(510)의 출력신호를 상기 스위칭 소자(SW9, SW10)의 게이트에 선택적으로 인가하는 제 2 절환 스위치(530)를 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 정류부 및 고압 충전 제어부의 다른 실시 예는 상기 플립플롭(334)이 출력단자(Q)로 출력하는 스위칭 신호가 제 1 절환 스위치(520)의 가동단자에 인가됨과 아울러 상기 플립플롭(334)이 출력단자(Q)로 출력하는 스위칭 신호가 인버터(510)를 통해 반전되어 제 2 절환 스위치(530)의 가동단자에 인가된다.

이와 같은 상태에서 상기 필터(112)가 필터링하여 출력하는 교류전력(AC)의 극성을 극성 판단부(500)가 판단하고, 판단한 극성에 따라 제어신호를 발생하여 제 1 및 제 2 절환 스위치(520, 530)의 제어단자에 인가된다.

그러면, 상기 제 1 및 제 2 절환 스위치(520, 530)는 상기 극성 판단부(500)의 출력신호에 따라 가동단자에 인가되어 있는 스위칭 신호가 스위칭 소자(SW9, SW10)의 게이트에 선택적으로 인가된다.

예를 들면, 인덕터(L1) 및 커패시터(C1)의 접속점에 인가되는 교류전력(AC)의 극성이 플러스 극성일 경우에 상기 극성 판단부(500)는 제 1 및 제 2 절환 스위치(520, 530)의 가동단자를 일측 고정단자(a1, a2)에 접속시킨다.

그러면, 상기 플립플롭(334)이 출력단자(Q)로 출력하는 스위칭 신호가 제 1 절환 스위치(520)를 통해 스위칭 소자(SW9)의 게이트에 인가되고, 또한 상기 플립플롭(334)이 출력단자(Q)로 출력하는 스위칭 신호가 인버터(510)를 통해 반전된 후 제 2 절환 스위치(530)를 통해 스위칭 소자(SW10)의 게이트에 인가되어 스위칭 소자(SW9, SW10)는 선택적으로 도통 상태 및 차단상태가 된다.

또한 인덕터(L1) 및 커패시터(C1)의 접속점에 인가되는 교류전력(AC)의 극성이 마이너스 극성일 경우에 상기 극성 판단부(500)는 제 1 및 제 2 절환 스위치(520, 530)의 가동단자를 타측 고정단자(b1, b2)에 접속시킨다.

그러면, 상기 플립플롭(334)이 출력단자(Q)로 출력하는 스위칭 신호가 제 1 절환 스위치(520)를 통해 스위칭 소자(SW10)의 게이트에 인가되고, 또한 상기 플립플롭(334)이 출력단자(Q)로 출력하는 스위칭 신호가 인버터(510)를 통해 반전된 후 제 2 절환 스위치(530)를 통해 스위칭 소자(SW9)의 게이트에 인가되어 스위칭 소자(SW9, SW10)는 선택적으로 도통 상태 및 차단상태가 된다.

이와 같은 상태에서 상기 플립플롭(334)이 출력단자(Q)로 논리 1의 고전압을 출력하고, 인덕터(L1) 및 커패시터(C1)의 접속점에 인가되는 교류전력(AC)의 극성이 플러스 극성일 경우에 상기 스위칭 소자(SW9)가 도통 상태로 됨과 아울러 스위칭 소자(SW3, SW5, SW7)가 도통 상태로 된다.

그러면, 상기 필터(112)에서 필터링된 교류전력(AC)이 스위칭 소자(SW9) 및 다이오드(D1)를 통해 3상 전동기(100)의 중성점으로 입력되어 3상 전동기(100)의 각 상의 단자로 출력되고, 3상 전동기(100)의 각 상의 단자로 출력되는 전력은 스위칭 소자(SW3, SW5, SW7) 및 다이오드(D4)를 통해 필터(112)로 흐르게 되어 3상 전동기(100)에 전력이 축적된다.

이와 같은 상태에서 상기 플립플롭(334)이 출력단자(Q)로 논리 0의 저전압을 출력하고, 인덕터(L1) 및 커패시터(C1)의 접속점에 인가되는 교류전력(AC)의 극성이 마이너스 극성일 경우에 스위칭 소자(SW3, SW5, SW7, SW9)가 차단상태로 되고, 스위칭 소자(SW10)가 도통 상태로 된다.

그러면, 상기 3상 전동기(100)에 축적된 전력이 다이오드(D6, D8, D10), 고압 배터리(BAT1), 다이오드(D4), 스위칭 소자(SW10) 및 다이오드(D3)를 통해 상기 3상 전동기(100)의 중성점으로 흐르면서 상기 고압 배터리(BAT1)에 전력이 충전된다.

도 6은 본 발명의 충전장치에서 저압 충전 제어부 및 저압 충전부의 바람직한 실시 예의 구성을 보인 회로도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 저압 충전부(150)는 고압 배터리(BAT1)에 충전된 전력을 스위칭시켜 교류전력으로 변환하는 커패시터(C3∼C6), 스위칭 소자(SW11, SW12) 및 다이오드(D14, D14)로 구성된 교류전력 변환부(600)와, 상기 교류전력 변환부(600)가 변환한 교류전력의 전압 레벨을 강압하는 커패시터(C7), 인덕터(L2) 및 트랜스포머(T)로 구성된 전압 강압부(610)와, 상기 전압 강압부(610)에서 강압된 교류전력을 정류하고 직류전력으로 변환하여 저압 배터리(BAT2)에 충전시키는 다이오드(D16, D17), 인덕터(L3) 및 커패시터(C8)로 구성된 직류전압 변환부(620)를 포함한다.

그리고 본 발명의 저압충전 제어부(160)는 상기 직류전압 변환부(620)에서 상기 저압 배터리(BAT)로 흐르는 전류를 검출하는 전류 트랜스포머(CT2)와, 상기 전류 트랜스포머(CT2)의 검출 전류 및 상기 저압 배터리(BAT2)의 충전전압에 따라 스위칭 신호를 발생하여 상기 교류전력 변환부(600)의 스위칭 소자(SW11, SW12)의 게이트에 인가하는 스위칭 제어부(630)를 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명은 전류 트랜스포머(CT2)가 직류전압 변환부(620)에서 저압 배터리(BAT)로 흐르는 전류를 검출하여 스위칭 제어부(630)로 입력되고, 또한 저압 배터리(BAT2)의 충전전압이 상기 스위칭 제어부(630)로 입력된다.

그러면, 상기 스위칭 제어부(630)는 상기 전류 트랜스포머(CT2)의 검출전류와 상기 저압 배터리(BAT2)의 충전전압으로 상기 저압 배터리(BAT2)에 전력을 충전시켜야 되는지의 여부를 판단한다.

상기 저압 배터리(BAT2)에 전력을 충전시켜야 될 경우에 상기 스위칭 제어부(630)는 스위칭 신호를 발생하여 교류전력 변환부(600)의 스위칭 소자(SW11, SW12)의 게이트에 인가된다.

여기서, 상기 스위칭 제어부(630)가 상기 스위칭 소자(SW11, SW12)의 게이트로 출력하는 스위칭 신호는 상호간에 극성이 반대이다.

그러면, 상기 스위칭 소자(SW11, SW12)가 교대로 도통 상태 및 차단상태로 되는 것을 반복하면서 고압 배터리(BAT1)에 충전되어 있는 전력을 교류전력으로 변환한다.

즉, 상기 스위칭 소자(SW11)가 도통 상태로 되고, 상기 스위칭 소자(SW12)가 차단상태로 될 경우에 상기 고압 배터리(BAT1)에 충전되어 있는 전력이 스위칭 소자(SW11) 및 커패시터(C4)를 통해 상기 고압 배터리(BAT1)의 마이너스 단자로 흐르게 되고, 상기 스위칭 소자(SW11)가 차단 상태로 되고, 상기 스위칭 소자(SW12)가 도통상태로 될 경우에 상기 고압 배터리(BAT1)에 충전되어 있는 전력이 커패시터(C5) 및 스위칭 소자(SW12)를 통해 상기 고압 배터리(BAT1)의 마이너스 단자로 흐르게 되어 교류전력으로 변환된다.

상기 교류전력 변환부(600)에서 변환된 교류전력은 전압 강압부(610)의 커패시터(C7) 및 인덕터(L2)를 통해 트랜스포머(T)의 일차코일에 인가되어 이차코일로 강압 유도되고, 트랜스포머(T)의 이차코일로 강압 유도된 교류전력은 직류전압 변환부(620)의 다이오드(D16, D17)를 통해 양파 정류되고, 인덕터(L3) 및 커패시터(C8)에 의해 직류전압으로 변환된 후 저압 배터리(BAT2)에 인가되어 충전된다.

한편 전기 자동차를 운전하는 운전 모드일 경우에 상기 DSP(140)는 고압 충전 제어부(130)를 제어하여 제 1 정류부(110) 및 제 2 정류부/인버터(120)가 교류전력을 정류하지 못하도록 한다.

그리고 상기 DSP(140)는 상기 제 2 정류부/인버터(120)에 구비되어 있는 스위칭 소자(SW2∼SW7)들을 선택적으로 구동시켜 고압 배터리(BAT1)에 충전되어 있는 직류전력을 3상 교류전력으로 변환하고, 변환한 3상 교류전력은 3상 전동기(100)에 인가되어 3상 전동기(100)가 구동된다.

여기서, 상기 DSP(140)가 상기 제 2 정류부/인버터(120)에 구비되어 있는 스위칭 소자(SW2∼SW7)들을 선택적으로 구동시켜 3상 전동기(100)를 구동시키는 동작은 일반적인 것으로서 구체적인 동작은 생략한다.

100 : 3상 전동기 110 : 제 1 정류부
120 : 제 2 정류부 122 : 과도전압 억제부
130 : 고압충전 제어부
140 : DSP(Digital Signal Processor) 150 : 저압 충전부
160 : 저압 충전 제어부 302 : 연산 증폭기
304 : 최소 값 선택부 312 : 감쇄기
314 : 곱셈기 322 : 리세트부
324 : 적분기 332 : 비교기
334 : 플립플롭 500 : 극성 판단부
600 : 교류전력 변환부 610 : 전압 강압부
620 : 직류전압 변환부 630 : 스위칭 제어부
L1∼L3 : 인덕터 C1∼C8 : 커패시터
D1∼D17 : 다이오드 SW1∼SW12 : 스위칭 소자
CT1, CT2 : 전류 트랜스포머 R0∼R4 : 저항
CLK : 클럭신호 Iref : 기준전류의 평균전압
Vflo_ref : 고압 배터리의 플로팅 충전 기준전압
TVS : 과도전압 억제용 다이오드

Claims

Y 결선된 3상 전동기;
교류전력을 정류하여 상기 3상 전동기의 중성점으로 출력하는 제 1 정류부;
충전 모드일 경우에 상기 제 1 정류부의 출력전력을 고압 배터리에 충전시키고, 운전 모드일 경우에 상기 고압 배터리의 충전전력을 스위칭시켜 상기 3상 전동기를 구동시키는 제 2 정류부/인버터;
충전 모드일 경우에 상기 제 1 정류부 및 상기 제 2 정류부/인버터를 제어하여 상기 고압 배터리에 전력을 충전시키게 제어하는 고압 충전 제어부; 및
운전 모드일 경우에 상기 제 2 정류부/인버터를 제어하여 상기 3상 전동기를 구동시키게 하고, 충전 모드일 경우에 상기 고압 충전 제어부를 제어하여 상기 고압 배터리에 전력을 충전하게 제어하는 DSP(Digital Signal Processor);를 포함하고,
상기 고압충전 제어부는;
상기 고압 배터리의 충전상태를 검출하는 충전상태 검출부;
상기 충전상태 검출부 및 상기 제 1 정류부의 출력전압을 이용하여 충전 기준전압을 발생하는 충전 기준전압 발생부;
상기 제 1 정류부에서 출력되는, 상기 고압 배터리의 충전전류를 검출하는 충전전류 검출부; 및
상기 충전 기준전압 발생부 및 상기 충전전류 검출부의 출력신호에 따라 스위칭 신호를 발생하여 상기 제 1 정류부 및 상기 제 2 정류부/인버터로 출력하는 스위칭 신호 발생부;를 포함하며,
상기 충전 기준전압 발생부는;
상기 정류기의 출력전압을 미리 설정된 이득으로 감쇄시키는 감쇄기; 및
상기 감쇄기의 출력전압에 상기 충전상태 검출부의 출력전압을 곱셈하는 곱셈기;를 포함하여 구성된 충전장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 정류부는;
상기 3상 전동기와 결합하여 벅 타입으로 상기 교류전력을 정류하는 벅 타입 단상 정류기인 것을 특징으로 하는 충전장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 정류부는;
입력되는 교류전력을 브리지 정류하여 상기 충전 기준전압 발생부로 출력하는 정류기;
상기 고압충전 제어부의 제어에 따라 상기 정류기의 출력전력을 스위칭시켜 상기 3상 전동기의 중성점으로 출력하는 스위칭 소자;
상기 입력되는 교류전력을 필터링하여 상기 정류기로 출력하는 필터; 및
상기 3상 전동기에 축적된 전력을 상기 제 2 정류부/인버터가 상기 고압 배터리에 충전시킬 경우에 폐회로 루프를 형성하기 위한 프리 휠링용 다이오드;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 충전장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 정류부/인버터는;
상기 고압 배터리의 양 단자 사이에, 각기 2개씩 쌍을 이루어 직렬 접속되는 복수 개의 스위칭 소자;
상기 복수 개의 스위칭 소자들 각각에 병렬 연결되는 복수 개의 다이오드; 및
과도전압을 억제하는 과도전압 억제부;를 포함하고,
상기 2개씩 쌍을 이루어 직렬 접속된 스위칭 소자들 사이의 접속점에 상기 3상 전동기의 각 상의 단자가 접속됨을 특징으로 하는 충전장치.
제 4 항에 있어서, 상기 복수 개의 스위칭 소자들은;
운전 모드일 경우에 복수 개의 스위칭 소자들을 상기 DSP가 스위칭시키고,
충전모드일 경우에 상기 3상 전동기의 각 상의 단자와 상기 고압 배터리의 마이너스 단자의 사이에 접속된 복수 개의 스위칭 소자들을 상기 고압 충전 제어부가 스위칭시키는 것을 특징으로 하는 충전장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 정류부는;
입력되는 교류전력을 브리지 정류하여 상기 3상 전동기의 중성점으로 출력하는 정류기;
상기 고압 충전 제어부의 제어에 따라 상호간에 교대로 스위칭되면서 상기 정류기가 상기 입력되는 교류전력을 브리지 정류하는 것을 스위칭하는 복수 개의 스위칭 소자; 및
상기 입력되는 교류전력을 필터링하여 상기 정류기로 출력하는 필터;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 충전장치.
Y 결선된 3상 전동기;
교류전력을 정류하여 상기 3상 전동기의 중성점으로 출력하는 제 1 정류부;
충전 모드일 경우에 상기 제 1 정류부의 출력전력을 고압 배터리에 충전시키고, 운전 모드일 경우에 상기 고압 배터리의 충전전력을 스위칭시켜 상기 3상 전동기를 구동시키는 제 2 정류부/인버터;
충전 모드일 경우에 상기 제 1 정류부 및 상기 제 2 정류부/인버터를 제어하여 상기 고압 배터리에 전력을 충전시키게 제어하는 고압 충전 제어부; 및
운전 모드일 경우에 상기 제 2 정류부/인버터를 제어하여 상기 3상 전동기를 구동시키게 하고, 충전 모드일 경우에 상기 고압 충전 제어부를 제어하여 상기 고압 배터리에 전력을 충전하게 제어하는 DSP(Digital Signal Processor);를 포함하고,
상기 고압 충전 제어부는;
상기 고압 배터리의 충전상태를 검출하는 충전상태 검출부;
상기 충전상태 검출부 및 상기 제 1 정류부의 출력전압을 이용하여 충전 기준전압을 발생하는 충전 기준전압 발생부;
상기 제 1 정류부에서 출력되는 상기 고압 배터리의 충전전류를 검출하는 충전전류 검출부;
상기 충전 기준전압 발생부 및 상기 충전전류 검출부의 출력신호에 따라 스위칭 신호를 발생하여 상기 제 2 정류부/인버터로 출력하는 스위칭 신호 발생부;
상기 입력되는 교류전력의 극성을 판단하는 극성 판단부;
상기 스위칭 신호 발생부가 발생하는 스위칭 신호를 반전시키는 인버터; 및
상기 극성 판단부의 출력신호에 따라 스위칭되면서 상기 스위칭 신호 발생부가 발생하는 스위칭 신호 및 상기 인버터의 출력신호를 복수 개의 스위칭 소자의 게이트에 선택적으로 출력하는 복수 개의 절환 스위치;를 포함하며,
상기 충전 기준전압 발생부는;
상기 정류기의 출력전압을 미리 설정된 이득으로 감쇄시키는 감쇄기; 및
상기 감쇄기의 출력전압에 상기 충전상태 검출부의 출력전압을 곱셈하는 곱셈기;를 포함하여 구성된 충전장치.
제 1 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 충전상태 검출부는;
상기 고압 배터리의 충전전압을 분압하는 복수 개의 저항;
상기 복수 개의 저항이 분압한 전압과 미리 설정된 상기 고압 배터리의 플로팅 충전 기준전압을 연산 증폭하는 연산 증폭기; 및
상기 연산 증폭기의 출력전압과 미리 설정된 평균전압의 레벨을 비교하여 최소 값을 선택하는 최소 값 선택부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 충전장치.
삭제
제 1 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 충전전류 검출부는;
상기 제 1 정류부가 출력하는 충전전류를 검출하는 전류 트랜스포머;
상기 전류 트랜스포머가 검출한 충전전류를 적분하는 적분기;
상기 전류 트랜스포머가 충전전류를 검출하지 않을 경우에 상기 전류 트랜스포머에 축적되어 있는 마그네틱 에너지를 제거하는 리세트부; 및
상기 스위칭 신호 발생부가 발생하는 스위칭 신호에 따라 상기 적분기에 축적되어 있는 적분 전류를 제거하는 스위칭 소자;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 충전장치.
제 1 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 스위칭 신호 발생부는;
상기 충전 기준전압 발생부 및 상기 충전전류 검출부의 출력전압을 비교하는 비교기; 및
클럭신호에 따라 세트되고, 상기 비교기의 출력신호에 따라 리세트되면서 스위칭 신호를 발생하여 상기 충전전류 검출부, 상기 제 1 정류부 및 상기 제 2 정류부/인버터로 출력하는 플립플롭;을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 충전장치.
제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 고압 배터리의 충전전력을 저압 배터리에 충전시키는 저압 충전부; 및
상기 DSP의 제어에 따라 상기 저압 충전부를 제어하여 상기 고압 배터리의 충전전력을 상기 저압 배터리에 충전시키게 하는 저압충전 제어부;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 충전장치.
제 13 항에 있어서, 상기 저압 충전부는;
상기 고압 배터리에 충전된 전력을 스위칭시켜 교류전력으로 변환하는 교류전력 변환부;
상기 교류전력 변환부가 변환한 교류전력의 전압 레벨을 강압하는 전압 강압부; 및
상기 전압 강압부에서 강압된 교류전력을 정류하고 직류전력으로 변환하여 상기 저압 배터리에 충전시키는 직류전압 변환부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 충전장치.
제 14 항에 있어서, 상기 저압충전 제어부는;
상기 저압 충전부에서 상기 저압 배터리로 흐르는 전류를 검출하는 전류 트랜스포머; 및
상기 전류 트랜스포머의 검출 전류 및 상기 저압 배터리(BAT2)의 충전전압에 따라 스위칭 신호를 발생하여 상기 교류전력 변환부로 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 제어부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 충전장치.