KR101164544B1 - 트랜스리스 배터리 충방전 제어회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 충방전 제어회로는, 3상 또는 단상의 교류로 공급되는 교류전원을 외부로부터 인가받아 회로에 교류전원을 공급하는 전원부와, 교류전원을 정류하여 회로의 구동에 필요한 직류 전원으로 변환하는 변환부와, 직류 전원을 인가받으며, 내부에 포함하는 커패시터(C3)로의 충전 및 방전을 제어하여 정전압을 출력하되, 게이트에 일정 전압을 초과하는 전압이 인가되는 경우, 커패시터(C3)와 직렬로 접속된 제너 다이오드(ZD)로 전류를 도통하여 커패시터(C3)를 충전하도록 스위칭 동작하는 스위칭 소자(Q1)를 포함하는 정전압 컨트롤부와, 커패시터(C3)와 병렬로 접속되는 배터리(BT)와, 외부의 부하의 접속을 위한 소켓(SO)을 포함하여 부하로 전원을 공급하는 배터리 충전부를 포함한다.

Description

트랜스리스 배터리 충방전 제어회로{TRANSLESS CIRCUIT FOR CONTROLLING CHARGING AND DISCHARGING BATTERY}
본 발명은 트랜스리스 배터리 충방전 제어회로에 관한 것이다. 보다 상세하게는 외부의 부하로 안정적인 정전압을 출력할 수 있으며, 인가되는 교류 전원의 불안정으로 인한 과도 전류 및 역전류를 안정적으로 제어하여 배터리의 수명을 향상시킬 수 있는 트랜스리스 배터리 충방전 제어회로에 관한 것이다.
휴대용 전원 공급기는 배터리가 내장되어 있어 가정용 전원을 이용하여 충전한 후 야외활동 등에서 휴대용으로 전원을 공급하는 장치이다. 휴대용 전원 공급기는 밤 낚시, 소형 선박용, 오토 캠핑장, 야간 캠핑장 등은 물론, 천재지변으로 인한 정전시에도 유용하게 사용할 수 있으며, 용도가 매우 광범위하다.
한편, 배터리는 화학에너지를 전기에너지로 변환하여 직류전원을 공급하는 장치로, 충전과 방전을 반복할 경우 전극의 구조 변화, 메모리 효과 등으로 인하여 수명과 성능이 열화되는 특성을 가지고 있다.
일반적으로 휴대용 전원 공급기 등에 이용되는 배터리 충방전 제어회로의 배터리 충전은 트랜스 방식에 의해 이루어지고 있다. 트랜스 방식은 1차 권선과 2차 권선의 코일 권선수를 달리하여 전압을 변화시킴으로써 배터리에 일정한 전압과 전류를 공급한다.
그러나, 이러한 트랜스 방식은 배터리의 충전상태를 고려함이 없이 일정한 전압과 일정한 전류를 충전전원으로 출력함으로써, 과충전, 과열 등의 문제를 일으킬 우려가 있어 초급속 충전이 어려우며, 배터리의 성능을 급격히 저하시켜 수명을 단축시키는 문제점이 있다.
또한, 이러한 트랜스 방식은 배터리 충방전 제어회로의 중량을 증가시켜 휴대성을 떨어뜨리고, 제조비용이 높아 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 부하에 전원을 공급하는 데 있어서, 외부의 부하로 안정적인 정전압을 출력할 수 있는 배터리 충방전 제어회로를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 외부로부터 인가되는 교류 전원으로 인한 과도 전류 및 역전류를 안정적으로 제어하여 회로의 수명이 향상된 배터리 충방전 제어회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 배터리 충방전 제어회로는, 3상 또는 단상의 교류로 공급되는 교류전원을 외부로부터 인가받아 회로에 교류전원을 공급하는 전원부와, 교류전원을 정류하여 회로의 구동에 필요한 직류 전원으로 변환하는 변환부와, 직류 전원을 인가받으며, 내부에 포함하는 커패시터(C3)로의 충전 및 방전을 제어하여 정전압을 출력하되, 게이트에 일정 전압을 초과하는 전압이 인가되는 경우, 커패시터(C3)와 직렬로 접속된 제너 다이오드(ZD)로 전류를 도통하여 커패시터(C3)를 충전하도록 스위칭 동작하는 스위칭 소자(Q1)를 포함하는 정전압 컨트롤부와, 커패시터(C3)와 병렬로 접속되는 배터리(BT)와, 외부의 부하의 접속을 위한 소켓(SO)을 포함하여 부하로 전원을 공급하는 배터리 충전부를 포함한다.
본 발명에 의하면 외부의 부하로 안정적인 정전압을 출력할 수 있으며, 인가되는 교류 전원의 불안정으로 인한 과도 전류 및 역전류를 안정적으로 제어하여 회로의 수명이 향상된 배터리 충방전 제어회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 충방전 제어회로는 커패시터로부터의 급속 방전에 따른 높은 토크와 배터리의 출력에 따른 안정적인 전원 공급이 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 충방전 제어회로를 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 충방전 제어회로를 나타내는 회로도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
한편, 후술하는 모든 경우에 있어서, 연결이라는 의미는 물리적인 연결 및 전기적인 연결을 포함하는 개념으로 이해되어야 할 것이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 충방전 제어회로(10)를 설명한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 충방전 제어회로(10)를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 전기회로에 따라 구체화된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 충방전 제어회로(10)를 설명하기 위한 회로도이다.
여기서, 도 1에 도시된 구성요소와 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 도 2에서 동일한 도면 부호를 사용하도록 한다.
도 1을 참조하면, 배터리 충방전 제어회로(10)는 전원부(100), 스위칭부(200), 보호부(300), 변환부(400), 정전압 컨트롤부(500) 및 배터리 충전부(600)를 포함하여, 상시 전원을 인가받아 외부의 부하로 안정적인 전원을 공급한다.
전원부(100)는 3상 또는 단상의 교류로 공급되는 교류전원(AC)을 외부로부터 인가받아 회로에 공급한다. 여기서, 교류전원(AC)는 가정 또는 공장에 공급되는 100 내지 240V의 50 내지 60HZ의 전원일 수 있다.
스위칭부(200)는 타이머 및 타이머에서 설정되는 시간에 따라 온 및 오프로 동작하는 스위치(T1)를 포함하여 교류전원(AC)을 공급 및 차단하며, 충전경로 또는 공급경로가 형성되도록 스위칭 동작한다.
즉, 타이머에서 소정의 시간(예를 들어, 12시간)을 설정하여 동안 설정된 시간 동안 교류전원(AC)을 공급하도록 할 수 있다.
한편, 충전경로와 공급경로는 전류의 공급 및 차단을 위해 스위칭 동작하는 스위칭부(200)에 의해 서로 상이한 시간 동안에 형성된다.
보호부(300)는 교류전원(AC)의 공급에 따라 회로를 보호한다. 보호부(300)는 임계 전류 이상에서 전류 도통을 차단하는 퓨즈(F1)로 이루어질 수 있다.
변환부(400)는 교류전원(AC)을 정류하여 회로의 구동에 필요한 적정 직류 전원으로 변환한다.
여기서, 변환부(400)는 교류전원(AC)을 직류 전원으로 변환하기 위한 브리지 다이오드(410)와, 교류전원(AC)를 제공받도록 교류전원(AC)과 일단이 연결되는 필터코일(L1)과, 일단이 필터코일(L1)의 타단과 연결되며, 타단이 브리지 다이오드(410)의 입력에 연결되어 교류전원(AC)의 고주파 리플 성분을 차단하고 안정적인 전압공급을 유도하는 커패시터(C1, C2)를 포함할 수 있다.
여기서, 브리지 다이오드(410)는 입출력 단자로 각각 2포트를 구비하고, 교류 전원을 정류하며, 출력 단자에서는 직류 전원을 제공한다. 브리지 다이오드(410)에는 교류 전원을 정류하기 위한 다이오드(미도시)가 포함될 수 있다.
변환부(400)는 커패시터(C1, C2)에 병렬로 접속되되, 회로에서 부하로 전원을 공급하지 않는 경우에 있어서, 커패시터(C1, C2)에 충전된 전하를 소모하기 위한 보호 저항(R1)을 더 포함할 수 있다. 따라서, 과전류 및 회로의 손상을 방지할 수 있다.
한편, 커패시터(C1, C2)에 충전된 전하를 소모하는 데 있어서, 소모 시간과 소모되는 전하량은 보호 저항(R1) 및 커패시터(C1, C2)의 값에 의한 시정수에 따라 변경될 수 있다.
정전압 컨트롤부(500)는 브리지 다이오드(410)로부터 직류 전원을 인가받아 내부에 포함하는 커패시터(C3)로의 충전 및 방전을 제어하여 외부의 부하로 안정적인 정전압을 출력한다.
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이를 위해, 정전압 컨트롤부(500)는 브리지 다이오드(410)로부터 직류 전원과 연결되어 스위칭 동작하는 스위칭 소자(Q1)를 포함한다. 스위칭 소자(Q1)는 애노드, 캐소드, 게이트로 이루어지는 실리콘 제어 정류소자(Silicon Controlled Rectifier, SCR)일 수 있다.
더욱 상세하게는, 스위칭 소자(Q1)에 있어서, 애노드는 직류 전원의 양(+) 단자와 연결되며, 캐소드는 직류 전원의 음(-) 단자와 연결된다.
또한, 스위칭 소자(Q1)의 게이트는 소정의 전압 이상(예를 들어: 문턱전압)에서 스위칭 소자(Q1)가 동작될 수 있도록 하는 저항값을 가지는 일단이 접지되는 저항(R2, R3) 타단과 연결될 수 있다. 한편, 저항 R2 및 저항 R3는 등가저항 성분으로 대체될 수 있으며, 전체 또는 일부가 가변 저항으로 이루어져, 스위칭 소자(Q1)의 동작점을 설정하는 것일 수 있다.
따라서, 사용자의 선택에 따른 커패시터(C3) 및 배터리(BT) 충전 조건의 설정이 가능하다.
또한, 정전압 컨트롤부(500)는 직류 전원의 양(+) 단자와 일단이 연결되며, 타단이 직류 전원의 음(-) 단자와 일단이 연결되는 커패시터(C3)의 타단과 직렬 연결되는 다이오드(D1)를 포함하며, 일단이 스위칭 소자(Q1)의 게이트와 연결되며, 타단이 다이오드(D1)와 직렬 연결되되, 직류 전원의 양(+) 단자로부터 스위칭 소자(Q1)의 게이트 방향으로 흐르는 전류를 차단하는 제너 다이오드(ZD)를 포함한다.
전술한 바에 따른 정전압 컨트롤부(500)는 스위칭 소자(Q1)가 게이트단의 전압에 따라 온 및 오프를 반복하여 작동되게 되므로 일정한 구형파의 출력 전압을 얻을 수 있어 안정적인 정전압을 출력할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 일정 전압에서 동작하는 스위칭 소자(Q1)와 제너 다이오드(ZD) 및 커패시터(C3)로 이루어진 간단한 구조를 채택할 수 있어, 종래 기술에 비해 소자수를 감소시키고 전력소모를 줄일 수 있다는 이점이 있다.
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또한, 정전압 컨트롤부(500)는 외부로부터 인가되는 교류 전원으로 인한 과도 전류 및 역전류를 안정적으로 제어할 수 있다는 이점이 있다.
배터리 충전부(600)는 배터리(BT) 및 외부로부터의 부하 접속을 위한 소켓(SO)을 포함하여 외부의 부하로 전원을 공급한다.
여기서, 배터리(BT)는 커패시터(C3)에 병렬로 접속되어 커패시터(C3)에 충전된 전하를 제공받아 충전될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 충방전 제어회로(10)는 부하에 전원을 공급하는 데 있어서, 커패시터(C3)와 배터리(BT)의 출력을 모두 이용할 수 있어, 커패시터(C3)로부터의 급속 방전에 따른 높은 토크와 배터리(BT)의 출력에 따른 안정적인 전원 공급의 효과를 가질 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 배터리 충방전 제어회로
100: 전원부
200: 스위칭부
300: 보호부
400: 변환부
500: 정전압 컨트롤부
600: 배터리 충전부

Claims (5)

  1. 3상 또는 단상의 교류로 공급되는 교류전원을 외부로부터 인가받아 회로에 상기 교류전원을 공급하는 전원부;
    기설정되는 시간에 따라 온 및 오프로 동작하는 스위치(T1)를 포함하여 상기 교류전원을 공급 및 차단하는 스위칭부;
    상기 교류전원을 정류하여 상기 회로의 구동에 필요한 직류 전원으로 변환하는 변환부;
    상기 직류 전원의 양(+) 단자와 일단이 연결되며, 타단이 직류 전원의 음(-) 단자와 일단이 연결되는 커패시터(C3)의 타단과 직렬 연결되는 다이오드(D1)와,
    애노드, 캐소드, 게이트로 이루어지는 실리콘 제어 정류소자이며, 상기 애노드는 상기 직류 전원의 양(+) 단자와 연결되며, 상기 캐소드는 상기 직류 전원의 음(-) 단자와 연결되고, 상기 게이트는 소정의 전압 이상에서 상기 스위칭 소자(Q1)가 동작될 수 있도록 하는 일단이 접지되는 저항(R2, R3) 타단과 연결되되, 상기 커패시터(C3)로의 충전 및 방전을 제어하는 스위칭 소자(Q1)와,
    일단이 상기 스위칭 소자(Q1)의 게이트와 연결되며, 타단이 상기 다이오드(D1)와 직렬 연결되되, 상기 직류 전원의 양(+) 단자로부터 상기 스위칭 소자(Q1)의 게이트 방향으로 흐르는 전류를 차단하는 제너 다이오드(ZD)를 포함하되,
    상기 저항은 가변 저항으로 이루어져 상기 스위칭 소자(Q1)의 동작점을 설정하는 것인 정전압 컨트롤부; 및
    상기 커패시터(C3)와 병렬로 접속되는 배터리(BT)와, 외부의 부하의 접속을 위한 소켓(SO)을 포함하여 상기 부하로 전원을 공급하는 배터리 충전부;
    를 포함하는 트랜스리스 배터리 충방전 제어회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 변환부는,
    상기 교류전원을 상기 직류 전원으로 변환하기 위한 브리지 다이오드;
    상기 교류전원과 일단이 연결되는 필터코일(L1); 및
    일단이 상기 필터코일(L1)의 타단과 연결되며 타단이 상기 브리지 다이오드의 입력에 연결되는 커패시터(C1, C2);
    를 포함하는 것인 트랜스리스 배터리 충방전 제어회로.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 변환부는,
    상기 커패시터(C1, C2)에 병렬로 접속되되, 상기 회로에서 상기 부하로 전원을 공급하지 않는 경우에 있어서, 상기 커패시터(C1, C2)에 충전된 전하를 소모하기 위한 보호 저항(R1)
    을 더 포함하는 것인 트랜스리스 배터리 충방전 제어회로.
  4. 삭제
  5. 삭제
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KR101802088B1 (ko) * 2016-09-09 2017-11-27 방문성 누설 변압기와 scr을 이용하여 충전전력을 제어하는 배터리 충전기 및 이를 이용한 충전방법

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