KR101203734B1 - Integrated module of inverter and charger circuit - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인버터 및 충전 회로 통합 모듈에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 모듈은 2개의 암 스위치(ARM SWITCH)로 구성되고 제1 단자 및 제2 단자를 가지며, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하거나 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 제1 내지 제3 암(arm); 상기 제1 암 및 제2 암의 제1 단자와 계통 전원의 연결을 제어하는 제1 제어부; 상기 제1 암 내지 제3 암의 제1 단자와 모터의 연결을 제어하는 제2 제어부; 상기 제3 암의 제1 단자 또는 제2 단자와 배터리의 연결을 제어하는 제3 제어부; 및 상기 제1 제어부, 제2 제어부 및 제3 제어부의 동작 상태를 결정하는 신호를 출력하는 제어 신호 발생부를 포함하며, 상기 2개의 암 스위치는 직렬로 연결되고, 상기 제1 단자는 상기 암 스위치간 연결점에 형성되며, 상기 제2 단자는 상기 2개 암 스위치의 일단에 형성된다.The present invention relates to an inverter and a charging circuit integrated module, specifically, the inverter and the charging circuit integrated module of the present invention is composed of two arm switches (ARM SWITCH) and has a first terminal and a second terminal, and the direct current voltage First to third arms converting a voltage or converting an AC voltage into a DC voltage; A first control unit controlling a connection between a first terminal of the first arm and the second arm and a system power source; A second control unit controlling the connection of the first terminals of the first to third arms and the motor; A third controller which controls the connection of the battery with the first terminal or the second terminal of the third arm; And a control signal generator for outputting a signal for determining an operating state of the first controller, the second controller, and the third controller, wherein the two female switches are connected in series, and the first terminal is connected between the female switches. The second terminal is formed at one end of the two arm switches.

Description

인버터 및 충전 회로 통합 모듈{Integrated module of inverter and charger circuit}Integrated module of inverter and charger circuit

본 발명은 인버터 및 충전 회로를 통합한 전력변환 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion device incorporating an inverter and a charging circuit.

근래의 전기자동차용 전력변환 장치 PCU(Power Converter Unit)는 인버팅 기능이 통합화되어 한 모듈에 집적되는 추세이다. 전기자동차에 적용되기 위해서는 작은 부피와 무게를 요구되고 고효율 운전 특성을 만족해야 하기 때문이다. 또한, 전기자동차용 배터리를 외부에서 충전하기 위해서는 차량 내부에 온보드(Onboard) 충전기가 필요하다. 온보드 충전기는 상용전원(AC)을 DC전압으로 변환하고 충전 전류량을 조절하는 기능을 한다.
In recent years, power converter units (PCUs) for electric vehicles have been integrating inverting functions into one module. In order to be applied to an electric vehicle, it requires a small volume and weight and satisfies high efficiency driving characteristics. In addition, in order to charge the battery for the electric vehicle from the outside, an onboard charger is required inside the vehicle. The onboard charger converts AC into DC voltage and regulates the amount of charging current.

도 1은 종래의 전기자동차용 충전 및 구동 장치의 통합 구성도를 나타낸 것이다.Figure 1 shows an integrated configuration of a conventional charging and driving device for an electric vehicle.

도 1을 참조하면, 종래의 전기 자동차용 충전 및 구동 장치는 크게 고압 배터리 유닛(HIGH VOLTAGE BATTERY UNIT)(1), 직류-직류 변환기 유닛(DC-DC CONVERTER UNIT)(2), 전동기 구동 유닛(3), 3상 유도 전동기(5)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a conventional charging and driving device for an electric vehicle includes a high voltage battery unit 1, a DC-DC converter unit 2, and an electric motor driving unit. 3) and a three-phase induction motor (5).

전동기 구동 유닛(3)은 고압 배터리(BH)의 충전 전압(직류 전압)을 교류 전압으로 변환하여 제공하는 3쌍의 암 스위치(ARM SWITCH)(Qap, Qan; Qbp, Qbn; Qcp, Qcn)와, 암 스위치(Qap, Qan; Qbp, Qbn; Qcp, Qcn)를 구동 제어하는 인버터 구동회로(3a)를 포함하여 구성된다.The motor drive unit 3 includes three pairs of ARM SWITCHs (Qap, Qan; Qbp, Qbn; Qcp, Qcn) for converting the charging voltage (direct current) of the high voltage battery BH into an AC voltage and providing the same. And an inverter drive circuit 3a for driving control of the arm switches Qap, Qan; Qbp, Qbn; Qcp, Qcn.

여기서 각각의 암 스위치(Qap, Qan; Qbp, Qbn; Qcp, Qcn)는 잘 알려진 바와 같이 게이트(GATE) 구동신호에 의해 온 또는 오프 제어 가능한 반도체 스위치, 예컨대 싸이리스터(Thyristor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등으로 구성될 수 있다.Each arm switch (Qap, Qan; Qbp, Qbn; Qcp, Qcn) is a semiconductor switch that can be controlled on or off by a gate drive signal, as is well known, such as a thyristor and an IGBT (Insulated Gate). Bipolar Transistor) and the like.

전동기 구동 유닛(3)은 상기 암 스위치에 병렬로 접속되는 프리 휠링 다이오드(Dap, Dan; Dbp, Dbn; Dcp, Dcn)를 포함한다. 이들 프리 휠링 다이오드(Dap, Dan; Dbp, Dbn; Dcp, Dcn)는 기본적으로 암 스위치(Qap, Qan; Qbp, Qbn; Qcp, Qcn)가 오프(OFF) 될 때 방전 경로를 제공하는 프리 휠링(FRRE WHEELING) 기능을 수행하며, 여기에 상기 전기 자동차용 충전 및 구동 장치의 충전 동작 시 외부 교류 전원으로부터의 교류를 정류하여 고압 배터리 (BH)측으로 공급하는 정류 기능도 수행한다.The motor drive unit 3 comprises free wheeling diodes (Dap, Dan; Dbp, Dbn; Dcp, Dcn) connected in parallel to the female switch. These free wheeling diodes (Dap, Dan; Dbp, Dbn; Dcp, Dcn) are basically freewheeling (Dap, Dan; Dbp; Dcp, Dcn) that provide a discharge path when the arm switches (Qap, Qan; Qbp, Qbn; Qcp, Qcn) are turned OFF. FRRE WHEELING) and performs a rectification function of rectifying AC from an external AC power supply to the high voltage battery BH during charging and driving of the electric vehicle.

직류-직류 변환기 유닛(2)은 고압 배터리 유닛(1)과 전동기 구동 유닛(3) 사이에 접속 설치되어, 고압 배터리 유닛(1)의 충전전압을 최소한 고압 배터리(BH)의 충전전압으로부터 미리 결정된 배율로 상승된 전압까지 범위에서 전동기 구동 유닛(3)에 제공한다.The DC-DC converter unit 2 is installed between the high voltage battery unit 1 and the motor drive unit 3 so that the charging voltage of the high voltage battery unit 1 is determined at least from the charging voltage of the high voltage battery BH. It is provided to the motor drive unit 3 in the range up to the voltage raised by the magnification.

그런데, 전동기 구동 유닛(3)이 충전 동작을 수행 시에는 3개 암 중에서 2개의 암만 PFC(Power factor correction)회로 사용해서 AC전력을 DC전력으로 바꾸고 후단의 직류-직류 변환기 유닛에서 DC전압을 배터리 충전 전압으로 바꾼다. However, when the motor driving unit 3 performs the charging operation, only two of the three arms use a PFC (Power factor correction) circuit to change the AC power to DC power and the DC voltage in the DC-DC converter unit in the rear stage is the battery. Change to charging voltage.

따라서, 종래의 전기자동차용 충전 및 구동 장치는 후단의 직류-직류 변환기 유닛(2)에 필요한 2개의 암 스위치가 추가되어야 하고, 직류-직류 변환기 유닛(2)을 상시 운전해야 함으로 전력손실이 지속적으로 발생되는 문제점이 있다.Therefore, in the conventional electric vehicle charging and driving device, two arm switches required for the DC-DC converter unit 2 in the rear stage should be added, and the DC-DC converter unit 2 should be operated at all times, so that the power loss continues. There is a problem that occurs.

상기 문제를 해결하기 위한 본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 모듈은 모터 구동을 위한 인버터 회로 및 배터리 충전을 위한 충전 회로를 효과적으로 통합한 모듈을 제안하는 것을 목적으로 한다.The inverter and charging circuit integrated module of the present invention for solving the above problems is to propose a module that effectively integrates the inverter circuit for driving the motor and the charging circuit for battery charging.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 인버터 및 충전 회로 통합 모듈은 2개의 암 스위치(ARM SWITCH)로 구성되고 제1 단자 및 제2 단자를 가지며, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하거나 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 제1 내지 제3 암(arm); 상기 제1 암 및 제2 암의 제1 단자와 계통 전원의 연결을 제어하는 제1 제어부; 상기 제1 암 내지 제3 암의 제1 단자와 모터의 연결을 제어하는 제2 제어부; 상기 제3 암의 제1 단자 또는 제2 단자와 배터리의 연결을 제어하는 제3 제어부; 및 상기 제1 제어부, 제2 제어부 및 제3 제어부의 동작 상태를 결정하는 신호를 출력하는 제어 신호 발생부를 포함하며, 상기 2개의 암 스위치는 직렬로 연결되고, 상기 제1 단자는 상기 암 스위치간 연결점에 형성되며, 상기 제2 단자는 상기 2개 암 스위치의 일단에 형성될 수 있다.Inverter and charging circuit integrated module according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is composed of two arm switch (ARM SWITCH) having a first terminal and a second terminal, and converts a DC voltage into an AC voltage First to third arms for converting an AC voltage into a DC voltage; A first control unit controlling a connection between a first terminal of the first arm and the second arm and a system power source; A second control unit controlling the connection of the first terminals of the first to third arms and the motor; A third controller which controls the connection of the battery with the first terminal or the second terminal of the third arm; And a control signal generator for outputting a signal for determining an operating state of the first controller, the second controller, and the third controller, wherein the two female switches are connected in series, and the first terminal is connected between the female switches. It is formed at the connection point, the second terminal may be formed at one end of the two female switch.

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상기 제어 신호 발생부는 상기 제1 제어부가 연결 상태가 되고, 상기 제2 제어부가 단절 상태가 되며, 상기 제3 제어부가 상기 제3암의 제1 단자 및 상기 배터리를 연결하도록 하는 제1 제어 신호; 및 상기 제1 제어부가 단절 상태가 되고, 상기 제2 제어부가 연결 상태가 되며, 상기 제3 제어부가 상기 제3암의 제2 단자 및 상기 배터리를 연결하도록 하는 제2 제어 신호를 발생한다.The control signal generation unit may include a first control signal for allowing the first control unit to be in a connected state, the second control unit to be in a disconnected state, and the third control unit to connect the first terminal of the third arm and the battery; And the first controller is in a disconnected state, the second controller is in a connected state, and generates a second control signal for allowing the third controller to connect the second terminal of the third arm and the battery.

상기 전기자동차용 인버터 및 충전 회로 통합 모듈은 상기 제1암 내지 제3암의 제2 단자와 연결되는 평활 캐패시터를 더 포함한다.The electric vehicle inverter and charging circuit integration module further includes a smoothing capacitor connected to the second terminals of the first to third arms.

상기 전기자동차용 인버터 및 충전 회로 통합 모듈은 상기 제1 제어부와 상기 제1 외부 장치 사이에 인덕터를 더 포함한다.The electric vehicle inverter and charging circuit integration module further includes an inductor between the first control unit and the first external device.

상기 전기자동차용 인버터 및 충전 회로 통합 모듈은 상기 제3 제어부와 상기 제3 외부 장치 사이에 인덕터를 더 포함한다.The electric vehicle inverter and charging circuit integration module further includes an inductor between the third controller and the third external device.

상기 배터리는 충전을 위한 정격 전압이 상기 계통전원의 전압의 피크치보다 높다.The battery has a rated voltage for charging higher than the peak value of the voltage of the grid power supply.

상기 해결 수단에 의한 본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 모듈에 따르면, 직류-직류 변환기 회로가 별도로 집적되지 않아 통합 모듈의 제작 단가를 낮출 수 있고, 모듈의 부피 및 무게를 줄일 수 있다.According to the inverter and the charging circuit integrated module of the present invention by the above solution, the DC-DC converter circuit is not integrated separately can reduce the manufacturing cost of the integrated module, it is possible to reduce the volume and weight of the module.

도 1은 종래의 전기자동차용 충전 및 구동 장치의 통합 구성도를 나타낸 것이다.
도 2는 인버터 회로의 구성을 도시한 회로도이다.
도 3은 충전기 회로의 일반적인 구성을 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 모듈의 구성을 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제1 내지 제3 제어부의 구성을 도시한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 모듈(100)이 인버터로 동작할 경우의 연결 관계를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 모듈(100)이 인버터로 동작할 경우의 연결 관계를 도시한 도면이다.Figure 1 shows an integrated configuration of a conventional charging and driving device for an electric vehicle.
2 is a circuit diagram showing the configuration of an inverter circuit.
3 is a circuit diagram showing a general configuration of a charger circuit.
4 is a configuration diagram showing the configuration of the inverter and the charging circuit integrated module of the present invention.
5 is a configuration diagram showing the configuration of the first to the third control unit of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a connection relationship when the inverter and the charging circuit integration module 100 of the present invention operate as an inverter.
FIG. 7 is a diagram illustrating a connection relationship when the inverter and the charging circuit integration module 100 of the present invention operate as an inverter.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing in detail the operating principle of the preferred embodiment of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and like parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.

도 2는 인버터 회로의 구성을 도시한 회로도이다.2 is a circuit diagram showing the configuration of an inverter circuit.

도 2를 참조하면, 인버터 회로는 제1 내지 제3 암(arm), 평활 캐패시터 및 인덕터를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the inverter circuit may include first to third arms, smoothing capacitors, and inductors.

제1 내지 제3 암은 각각 2개의 암 스위치(arm switch)로 구성될 수 있고, 제1 단자 및 제2 단자를 가질 수 있다. 각 암 스위치는 IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor)와 같은 반도체 스위치로 구성된 스위칭 소자 모듈을 이용해 구현될 수 있다. 또한, 각 스위칭 소자 모듈은 프리 휠링을 위한 프리 휠링 다이오드와 상기 반도체 스위치를 병렬로 구성하여 구현할 수 있다.Each of the first to third arms may be configured with two arm switches, and may have a first terminal and a second terminal. Each female switch can be implemented using a switching device module consisting of a semiconductor switch, such as an Insulated-Gate Bipolar Transistor (IGBT). In addition, each switching device module may be implemented by configuring a freewheeling diode for free wheeling and the semiconductor switch in parallel.

인버터 회로는 일정한 배터리 전압을 PWM(Pulse Width Modulation)을 통해서 모터 회전에 필요한 공간 벡터 전압으로 변환할 수 있다. 즉, 인버터 회로는 3상 모터를 동작시키기 위해서 배터리의 직류 전압을 서로 120도 위상차가 나는 3개의 교류 전압으로 변환하여 모터를 구동시킬 수 있다.
The inverter circuit converts a constant battery voltage into a space vector voltage required for motor rotation through pulse width modulation (PWM). That is, the inverter circuit may drive the motor by converting the DC voltages of the batteries into three AC voltages having a phase difference of 120 degrees from each other in order to operate the three-phase motor.

도 3은 충전기 회로의 일반적인 구성을 도시한 회로도이다.3 is a circuit diagram showing a general configuration of a charger circuit.

도 3을 참조하면, 충전기 회로는 계통으로부터 교류의 상용 전원을 공급받아 배터리를 충전할 수 있는 직류의 충전 전압으로 변환한다. 즉, 도 3에 도시된 충전기 회로는 교류-직류 변환기 회로이다.Referring to FIG. 3, the charger circuit receives AC commercial power from a system and converts the DC into a DC charging voltage capable of charging the battery. That is, the charger circuit shown in FIG. 3 is an AC-DC converter circuit.

도 3을 참조하면, 충전기 회로는 역률 보정기(power factor correction, PFC) 및 직류-직류 변환기를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3, the charger circuit may include a power factor correction (PFC) and a DC-DC converter.

역률 보정기(PFC)는 역률 규제 강화에 대응하기 위해 입력 전압의 역률을 보정하는 기능을 수행하며, 부스트(boost) 변환기로써 입력 전압보다 높은 레벨의 출력 전압을 제공할 수 있다. 때문에, 역률 보정기에서 출력되는 전압은 계통에서 제공되는 전압의 피크치보다 높게 된다.The power factor corrector (PFC) corrects the power factor of the input voltage in order to cope with tightening power factor regulation, and may provide an output voltage having a level higher than the input voltage as a boost converter. Therefore, the voltage output from the power factor corrector becomes higher than the peak value of the voltage provided from the system.

역률 보정기(PFC)는 2개의 암으로 구성될 수 있고, 각 암 스위치의 게이트 전압을 조정하여 입력 전압 및 전류 간의 위상을 조정하고 출력 전압의 크기를 변경할 수 있다.The power factor corrector (PFC) can be composed of two arms, and can adjust the gate voltage of each arm switch to adjust the phase between the input voltage and the current and change the magnitude of the output voltage.

직류-직류 변환기는 1개의 암으로 구성될 수 있고, 각 암 스위치의 게이트 전압을 조정하여 입력 전압 대비 출력 전압의 비를 조정할 수 있다.The DC-DC converter may be composed of one arm, and the ratio of the output voltage to the input voltage may be adjusted by adjusting the gate voltage of each arm switch.

배터리 정격 전압이 계통의 제공 전압의 피크치보다 낮은 경우, 역률 보정기의 전압이 그대로 배터리에 인가되면 배터리에 충격을 가할 수 있기 때문에 전압 레벨을 낮추기 위해서 사용될 수 있다. 예를 들어, 계통의 제공 전압이 220V인 경우 역률 보정기의 출력전압은 300V가 넘게 된다. If the battery's rated voltage is lower than the system's peak voltage, it can be used to lower the voltage level because the power factor corrector's voltage can be applied to the battery as it is, which can impact the battery. For example, if the supply voltage of the system is 220V, the output voltage of the power factor corrector will be over 300V.

따라서, 배터리의 정격 전압이 300V보다 높다면 직류-직류 변환기가 필요 없을 수 있다. 즉, 배터리의 정격 전압과 계통의 제공 전압 간의 관계를 조정하면 직류-직류 변환기의 사용 없이 충전기 회로를 구성할 수 있다.
Thus, if the rated voltage of the battery is higher than 300V, a DC-DC converter may not be needed. That is, by adjusting the relationship between the battery's rated voltage and the system's provided voltage, the charger circuit can be configured without the use of a DC-DC converter.

도 4는 본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 모듈의 구성을 도시한 구성도이다.4 is a configuration diagram showing the configuration of the inverter and the charging circuit integrated module of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 모듈은 제1 내지 제3 암(110, 120, 130), 제1 내지 제3 제어부(140, 150, 160)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 평활 캐패시터(170)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the inverter and charging circuit integration module of the present invention may include first to third arms 110, 120, and 130, and first to third controllers 140, 150, and 160. . In addition, a smoothing capacitor 170 may be further included.

제1 내지 제3암(110~130)은 각각 2개의 암 스위치 쌍(111, 115, 121, 125, 131, 135)으로 구성될 수 있다. 각 암스위치 쌍(111, 115, 121, 125, 131, 135)에 대한 자세한 설명은 상기한 바 생략한다.The first to third arms 110 to 130 may be composed of two arm switch pairs 111, 115, 121, 125, 131, and 135, respectively. Detailed description of each arm switch pair (111, 115, 121, 125, 131, 135) will be omitted as described above.

상기에서 살펴본 바와 같이 충전기 회로 및 인버터 회로는 모두 3개의 암으로 구성될 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 암(110~130)을 이용하여 충전기 회로 및 인버터 회로를 구성할 수 있다. 다만, 충전기로 동작할 때와 인버터로 동작할 때 약간의 회로 연결의 차이가 있다. 하지만, 상기의 연결의 차이는 제1 내지 제3 제어부(140~160)를 이용해 구현할 수 있다.As described above, the charger circuit and the inverter circuit may be all composed of three arms. Therefore, the charger circuit and the inverter circuit may be configured using the first to third arms 110 to 130. However, there is a slight difference in circuit connection when operating as a charger and when operating as an inverter. However, the above connection difference may be implemented using the first to third controllers 140 to 160.

제1 암 내지 제3암은 제1 단자(N11, N21, N31) 및 제2 단자(N12, N22, N32)를 가지며, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하거나 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있다. 이를 통해, 계통전원(400)으로부터 제공받은 전력을 배터리(200)로 전달하거나, 배터리(200)로부터 제공받은 전력을 모터(300)로 전달할 수 있다.The first to third arms have first terminals N11, N21, and N31 and second terminals N12, N22, and N32, and may convert a DC voltage into an AC voltage or an AC voltage into a DC voltage. . Through this, the power provided from the system power source 400 may be transferred to the battery 200, or the power provided from the battery 200 may be transferred to the motor 300.

제1 제어부(140)는 제1 암(110) 및 제2 암(120)의 제1 단자(111, 121)와 제1 외부 장치의 연결을 제어할 수 있다. 즉, 제1 암(110) 및 제2 암(120)의 제1 단자(111, 121)로 전력을 전달할 지 유무를 제어할 수 있다.The first controller 140 may control a connection between the first terminals 111 and 121 of the first arm 110 and the second arm 120 and the first external device. That is, whether the power is transferred to the first terminals 111 and 121 of the first arm 110 and the second arm 120 can be controlled.

상기 제1 외부 장치는 계통 전원(400)일 수 있으며, 계통 전원(400)과 본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 모듈(100)간의 EMI 차단을 위한 EMI 필터(180)가 계통 전원과 제1 제어부(140)사이에 배치될 수 있다. 또한, 상기 EMI 필터(180)와 제1 제어부(140) 사이에 인덕터(L1)가 배치될 수 있다.The first external device may be a grid power supply 400, and an EMI filter 180 for shielding EMI between the grid power supply 400 and the inverter and charging circuit integration module 100 of the present invention may include a grid power supply and a first control unit. It may be disposed between the (140). In addition, an inductor L1 may be disposed between the EMI filter 180 and the first controller 140.

제2 제어부(150)는 제1암 내지 제3 암(110~130)의 제1 단자(111, 121, 131)와 제2 외부 장치의 연결을 제어할 수 있다. 즉, 제1 암 내지 제3 암(110~130)의 제1 단자(N11, N21, N31)에서 출력되는 전력을 제2 외부 장치로 전달 여부를 제어할 수 있다.The second controller 150 may control a connection between the first terminals 111, 121, and 131 of the first to third arms 110 to 130 and the second external device. That is, it is possible to control whether or not the power output from the first terminals N11, N21, and N31 of the first to third arms 110 to 130 is transmitted to the second external device.

상기 제2 외부 장치는 모터(300)일 수 있으며, 모터(300)는 동작의 안정성을 위해서 3상 모터로 구현될 수 있다. 3상 모터의 동작을 위해서 제1 암 내지 제3 암(110~130)에서 출력되는 전력은 각각 120도의 위상차를 가질 수 있다.The second external device may be a motor 300, the motor 300 may be implemented as a three-phase motor for the stability of the operation. For the operation of the three-phase motor, the power output from the first to third arms 110 to 130 may have a phase difference of 120 degrees, respectively.

제3 제어부(160)는 제3 암(130)의 제1 단자(N31) 또는 제2 단자(N32)와 제3 외부 장치의 연결을 제어할 수 있다. 즉, 제3암(130)의 제1 단자(N31)로부터 출력되는 전력을 제3 외부 장치로 전달하거나 제3 외부 장치에서 출력되는 전력을 제2 단자(N12, N22, N32)를 통해 제1 암 내지 제3 암(110~130)으로 전달할 수 있다.The third controller 160 can control a connection between the first terminal N31 or the second terminal N32 of the third arm 130 and the third external device. That is, the power output from the first terminal N31 of the third arm 130 is transferred to the third external device or the power output from the third external device is transmitted through the second terminals N12, N22, and N32. Cancer to the third arm (110 ~ 130) can be delivered.

상기 제3 외부 장치는 배터리(200)일 수 있다. 제3 제어부(160)는 배터리로 충전 전력을 전달하거나, 충전된 전력을 제1 암 내지 제3 암(110~130)으로 전달하도록 전력 전달 경로를 변경할 수 있다. 또한, 제3 제어부와 배터리 사이에 인덕터(L2)가 배치될 수 있다.
The third external device may be a battery 200. The third control unit 160 may transfer the charging power to the battery or change the power transfer path to transfer the charged power to the first to third arms 110 to 130. In addition, an inductor L2 may be disposed between the third controller and the battery.

제1 제어부 내지 제3 제어부(140~160)는 제어 신호 발생부(190)에서 출력되는 제어 신호에 따라 연결 동작을 달리할 수 있다. 제어 신호 발생부(190)는 출력되는 제어 신호를 달리하여 인버터 및 충전 회로 통합 모듈(100)의 동작 모드를 충전기 또는 인버터로 제어할 수 있다.The first to third controllers 140 to 160 may change the connection operation according to the control signal output from the control signal generator 190. The control signal generator 190 may control the operation mode of the inverter and the charging circuit integration module 100 by a charger or an inverter by changing the output control signal.

또한, 도시하지는 않았으나, 각 암 스위치(111, 115, 121, 125, 131, 135)에 PWM된 제어 신호를 전달하는 암 스위치 제어 유닛이 더 포함될 수 있다.
In addition, although not shown, each of the arm switch (111, 115, 121, 125, 131, 135) may further include an arm switch control unit for transmitting a PWM control signal.

도 5는 본 발명의 제1 내지 제3 제어부의 구성을 도시한 구성도이다.5 is a configuration diagram showing the configuration of the first to the third control unit of the present invention.

도 5를 참조하면, 제1 내지 제3 제어부(140~160)는 스위칭 회로로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 5, the first to third controllers 140 to 160 may be implemented as switching circuits.

도 5(a)를 참조하면, 제1 제어부(140)는 계통전원(400)의 평행 전력 라인과 제1 암 및 제2 암의 제1 단자(N11, N21)의 연결을 제어할 수 있다. 즉, 인버터 및 충전 회로 통합 모듈(100)이 충전기로 동작할 때는 계통전원(400)의 평행 전력 라인과 제1 암 및 제2 암의 제1 단자(N11, N21)가 연결되도록 하여 전력이 전달되게 한다. 반대로, 인버터 및 충전 회로 통합 모듈(100)이 인버터로 동작할 때는 계통전원(400)의 평행 전력 라인과 제1 암 및 제2 암의 제1 단자(N11, N21)가 단절되도록 하여 모터로 충전 전력이 모두 전달될 수 있도록 할 수 있다.
Referring to FIG. 5A, the first controller 140 may control the connection between the parallel power line of the system power supply 400 and the first terminals N11 and N21 of the first arm and the second arm. That is, when the inverter and the charging circuit integration module 100 operates as a charger, the power is transferred by connecting the parallel power line of the grid power supply 400 and the first terminals N11 and N21 of the first and second arms. To be. On the contrary, when the inverter and the charging circuit integrated module 100 operate as an inverter, the parallel power line of the grid power supply 400 and the first terminals N11 and N21 of the first and second arms are disconnected to charge the motor. You can make sure that all the power is delivered.

도 5(b)를 참조하면, 제2 제어부(150)는 제1 암 내지 제3 암의 제1 단자(N11, N21, N31)와 모터(300)의 3상 전력 라인 간의 연결을 제어할 수 있다. 즉, 인버터 및 충전 회로 통합 모듈(100)이 인버터로 동작할 때는 모터(300)의 3상 전력 라인과 제1 암 내지 제3 암의 제1 단자(N11, N21, N31)가 연결되도록 하여 전력이 전달되게 한다. 반대로, 인버터 및 충전 회로 통합 모듈(100)이 충전기로 동작할 때는 모터(300)의 3상 전력 라인과 제1 암 내지 제3 암의 제1 단자(N11, N21, N31)가 단절되도록 하여 배터리로 계통 전력이 모두 전달될 수 있도록 할 수 있다.
Referring to FIG. 5B, the second controller 150 may control a connection between the first terminals N11, N21, and N31 of the first to third arms and the three-phase power line of the motor 300. have. That is, when the inverter and the charging circuit integrated module 100 operates as an inverter, the three-phase power line of the motor 300 and the first terminals N11, N21, and N31 of the first to third arms are connected to each other so that the power is connected. Let this be passed On the contrary, when the inverter and the charging circuit integration module 100 operate as a charger, the three-phase power line of the motor 300 and the first terminals N11, N21, and N31 of the first to third arms are disconnected to operate the battery. This allows all system power to be delivered.

도 5(c)를 참조하면, 제 3제어부(150)는 제3 암의 제1 단자(N31) 또는 제2 단자(N32)와 배터리 간의 연결을 제어할 수 있다. 도 2 및 도3을 참조하면, 제어 신호에 따라 배터리(200)와 제1 단자(N31)를 연결하여 인버터 및 충전 회로 통합 모듈(100)이 충전기로 동작하게 하거나, 배터리(200)와 제2 단자(N32)를 연결하여 인버터 및 충전 회로 통합 모듈(100)이 인버터로 동작하게 할 수 있다.
Referring to FIG. 5C, the third controller 150 may control a connection between the first terminal N31 or the second terminal N32 of the third arm and the battery. 2 and 3, the inverter 200 and the charging circuit integrated module 100 operate as a charger by connecting the battery 200 and the first terminal N31 according to a control signal, or the battery 200 and the second battery. The terminal N32 may be connected to allow the inverter and the charging circuit integrated module 100 to operate as an inverter.

제어 신호 발생부(190)는 인버터 및 충전 회로 통합 모듈(100)가 충전기로 동작하도록 하는 제1 제어 신호 및 인버터로 동작하도록 하는 제2 제어 신호를 생성하여 제1 제어부 내지 제3 제어부(140~160)로 전달할 수 있다.The control signal generator 190 generates a first control signal for allowing the inverter and the charging circuit integrated module 100 to operate as a charger and a second control signal for operating as an inverter to generate the first to third controllers 140 to 140. 160).

표 1은 제1 제어 신호 및 제 2 제어 신호에 따른 제1 제어부 내지 제3 제어부(140~160)의 동작을 정리한 것이다.Table 1 summarizes the operations of the first control unit to the third control unit 140 to 160 according to the first control signal and the second control signal.

제1 제어부First control unit 제2 제어부Second control unit 제3 제어부Third control unit 제1 제어 신호First control signal 연결connect 단절Disconnection 제1 단자와 연결Connect with the first terminal 제2 제어 신호Second control signal 단절Disconnection 연결connect 제2 단자와 연결Connect with 2nd terminal

도 6은 본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 모듈(100)이 인버터로 동작할 경우의 연결 관계를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a connection relationship when the inverter and the charging circuit integration module 100 of the present invention operate as an inverter.

도 6을 참조하면, 본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 모듈(100)은 제어 신호 발생부(190)가 제2 제어 신호를 출력하여 연결 상태를 제어하여 인버터로 동작할 수 있다. Referring to FIG. 6, the inverter and charging circuit integration module 100 of the present invention may operate as an inverter by controlling the connection state by the control signal generator 190 outputting a second control signal.

제1 암 내지 제3 암(110~130)에서는 120도의 위상차를 가지는 교류 전압을 출력하며, 이를 이용해 모터(300)를 동작시킬 수 있다.
The first to third arms 110 to 130 output an AC voltage having a phase difference of 120 degrees, and may operate the motor 300 by using the same.

도 7은 본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 모듈(100)이 인버터로 동작할 경우의 연결 관계를 도시한 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating a connection relationship when the inverter and the charging circuit integration module 100 of the present invention operate as an inverter.

도 7을 참조하면, 본 발명의 인버터 및 충전 회로 통합 모듈(100)은 제어 신호 발생부(190)가 제1 제어 신호를 출력하여 연결 상태를 제어하여 충전기로 동작할 수 있다. Referring to FIG. 7, the inverter and charging circuit integration module 100 of the present invention may operate as a charger by controlling the connection state by the control signal generator 190 outputting a first control signal.

제1 암 및 제2 암(110, 120)에서는 정류된 직류 전압을 출력하며, 제 3암(130)은 직류-직류 변환기와 같이 동작하여, 배터리의 정격 전압에 맞도록 정류된 직류 전압을 레벨을 조절할 수 있다.
The first arm and the second arm 110 and 120 output a rectified DC voltage, and the third arm 130 operates as a DC-DC converter to level the rectified DC voltage to match the rated voltage of the battery. Can be adjusted.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.

Claims (7)

2개의 암 스위치(ARM SWITCH)로 구성되고 제1 단자 및 제2 단자를 가지며, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하거나 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 제1 내지 제3 암(arm);
상기 제1 암 및 제2 암의 제1 단자와 계통 전원의 연결을 제어하는 제1 제어부;
상기 제1 암 내지 제3 암의 제1 단자와 모터의 연결을 제어하는 제2 제어부;
상기 제3 암의 제1 단자 또는 제2 단자와 배터리의 연결을 제어하는 제3 제어부; 및
상기 제1 제어부, 제2 제어부 및 제3 제어부의 동작 상태를 결정하는 신호를 출력하는 제어 신호 발생부를 포함하며,
상기 2개의 암 스위치는 직렬로 연결되고, 상기 제1 단자는 상기 암 스위치간 연결점에 형성되며, 상기 제2 단자는 상기 2개 암 스위치의 일단에 형성되는 인버터 및 충전 회로 통합 모듈.
First to third arms comprising two arm switches (ARM SWITCH), each having a first terminal and a second terminal and converting a direct current voltage to an alternating voltage or converting an alternating voltage to a direct current voltage;
A first control unit controlling a connection between a first terminal of the first arm and the second arm and a system power source;
A second control unit controlling the connection of the first terminals of the first to third arms and the motor;
A third controller which controls the connection of the battery with the first terminal or the second terminal of the third arm; And
A control signal generator for outputting a signal for determining an operation state of the first controller, the second controller, and the third controller,
Wherein the two female switches are connected in series, the first terminal is formed at a connection point between the female switches, and the second terminal is formed at one end of the two female switches.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 제어 신호 발생부는
상기 제1 제어부가 연결 상태가 되고, 상기 제2 제어부가 단절 상태가 되며, 상기 제3 제어부가 상기 제3암의 제1 단자 및 상기 배터리를 연결하도록 하는 제1 제어 신호; 및
상기 제1 제어부가 단절 상태가 되고, 상기 제2 제어부가 연결 상태가 되며, 상기 제3 제어부가 상기 제3암의 제2 단자 및 상기 배터리를 연결하도록 하는 제2 제어 신호를 발생하는 인버터 및 충전 회로 통합 모듈.
The method of claim 1, wherein the control signal generator
A first control signal for allowing the first control unit to be in a connected state, the second control unit to be in a disconnected state, and the third control unit to connect the first terminal of the third arm and the battery; And
And an inverter configured to generate a second control signal for allowing the first controller to be disconnected, the second controller to be connected, and for the third controller to connect the second terminal of the third arm and the battery. Circuit integrated module.
제1항에 있어서, 상기 인버터 및 충전 회로 통합 모듈은
상기 제1암 내지 제3암의 제2 단자와 연결되는 평활 캐패시터를 더 포함하는 인버터 및 충전 회로 통합 모듈.
The module of claim 1, wherein the inverter and the charging circuit integration module are
And a smoothing capacitor connected to the second terminals of the first to third arms.
제1항에 있어서, 상기 인버터 및 충전 회로 통합 모듈은
상기 제1 제어부와 상기 계통 전원 사이에 인덕터를 더 포함하는 인버터 및 충전 회로 통합 모듈.
The module of claim 1, wherein the inverter and the charging circuit integration module are
And an inductor between the first control unit and the grid power supply.
제 1항에 있어서, 상기 인버터 및 충전 회로 통합 모듈은
상기 제3 제어부와 상기 배터리 사이에 인덕터를 더 포함하는 인버터 및 충전 회로 통합 모듈.
The module of claim 1, wherein the inverter and the charging circuit integration module are
And an inductor between the third controller and the battery.
제1항에 있어서, 상기 배터리는
충전을 위한 정격 전압이 상기 계통 전원의 전압의 피크치보다 높은 인버터 및 충전 회로 통합 모듈.The method of claim 1, wherein the battery
An inverter and charging circuit integrated module having a rated voltage for charging higher than the peak value of the voltage of the grid power supply.
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