KR101203882B1 - Insulated Bi-Directional Charging System - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An insulated bidirectional charging system is provided to maintain high efficiency by using a voltage multiplier rectification switch instead of a buck boost converter in a charging or discharging mode. CONSTITUTION: A converter(100) converts an AC input voltage into a DC voltage. A DC/DC converter(300) converts the converted DC voltage into DC voltage by a zero voltage switch. A voltage multiplier condenser(33) charges the converted DC voltage by the DC/DC converter. A voltage multiplier rectification switch(500) is located between the DC/DC converter and a voltage multiplier terminal. The voltage multiplier rectification switch includes two switching devices with reverse parallel diodes.

Description

절연형 양방향 충전 시스템{Insulated Bi-Directional Charging System}Insulated Bi-Directional Charging System

본 발명은 절연형 양방향 충전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일반적인 충전장치의 주요 회로 구조에서 효율을 높이기 위해 배압정류 절환기를 사용하여 효율을 향상시킨 충전장치에 관한 것이다. The present invention relates to an insulated bidirectional charging system, and more particularly, to a charging device having improved efficiency by using a back pressure rectifier to increase the efficiency in the main circuit structure of a general charging device.

지구의 온난화로 인해 이상 기후가 가져오는 막대한 피해에 신음하는 있는 지구촌은 그 어느 때보다 그린 에너지에 대한 관심이 높아졌다. 지구의 온난화의 주범은 이산화탄소 배출이라 할 수 있는데 그 중에서도 자동차에 의한 배기가스는 가장 심각한 문제 중의 하나이다. Global warming is more concerned with green energy than ever before, moaning the enormous damage caused by unusual climates. The main culprit of global warming is carbon dioxide emissions, among which automobile exhaust is one of the most serious problems.

그 때문에 세계 각국은 석유를 대신할 대체 에너지 개발에 몰두하고 있으며, 자동차의 경우도 예외가 아니어서 휘발유가 아닌 청정 에너지로 구동이 가능한 자동차 개발에 박차를 가하고 있다. 그러한 가시적인 성과 중의 하나가 하이브리드 자동차이고, 종국에는 전기자동차가 가장 유력한 대안으로 떠오르고 있는 중이다. As a result, countries around the world are concentrating on developing alternative energy to replace oil, and automobiles are no exception and are spurring the development of vehicles that can be driven by clean energy instead of gasoline. One such visible achievement is hybrid vehicles, and eventually electric vehicles are emerging as the most viable alternatives.

전기자동차의 핵심 중의 하나는 모터 구동과 더불어 배터리라 할 수 있는데, 전기자동차의 배터리는 평소 구동 시 방전이 되고 동시에 브레이킹 동작 때는 충전모드로 절환될 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. One of the core of the electric vehicle is a battery in addition to the motor drive, the battery of the electric vehicle can be discharged when driving normally and at the same time can be switched to the charging mode during the braking operation has the advantage of increasing the energy efficiency.

비단 전기자동차 뿐 아니라 대용량의 배터리는 스마트 그리드를 실현하는데 있어서도 상당히 중요한 기술이다. 대용량 배터리를 구현하는데 있어서 전력 반도체들로 이루어진 컨버터 기술이 필요하며 또한, 최대한 컨버터의 스위칭 효율을 높이는 것이 전체적인 에너지 효율을 높이기 위해서 필수적이다. In addition to electric vehicles, large-capacity batteries are a very important technology for realizing smart grids. Converter technology consisting of power semiconductors is needed to implement large capacity batteries, and it is essential to increase the switching efficiency of the converter as much as possible to increase the overall energy efficiency.

도 1은 종래의 단방향 충전기의 회로구조를 나타낸다. 전기자동차에도 이러한 단방향 충전기가 사용될 수 있는 것은 이론의 여지가 없다. 1 shows a circuit structure of a conventional unidirectional charger. It is indisputable that such unidirectional chargers can be used in electric vehicles.

종래의 단방향 충전기의 회로구조는 도 1에 나타난 바와 같이 크게 입력단 PFC(Power Factor Correction, 역률 보상) 컨버터(100)와 단방향 DC/DC 컨버터(200), 출력단 LC필터(21, 22)로 구성된다. 단상 교류 전원(1)은 입력단 PFC용 인덕터(2, 3)와 입력단 PFC용 FET(4, 5, 6, 7)및 입력단 PFC용 출력필터 콘덴서(8)로 구성된 양방향 입력단 PFC 컨버터(100)에 의해서 가변 직류 전압의 형태로 전압전류의 역률이 1로 유지된다. 또한, 이 가변 직류 전압은 DC/DC 1차측 FET(9, 10, 11, 12)와 DC/DC용 고주파 변압기(13), DC/DC용 정류다이오드(24, 25, 26, 27) 및 출력단 LC필터(21, 22)로 구성된 단방향 DC/DC 컨버터(200)에 의해서 절연된 가변전압, 가변전류의 형태로 배터리(23)를 충전하게 된다. 여기서, 단방향 DC/DC 컨버터(200)는 영전압 스위칭을 통해 고효율을 유지하게 된다. 그러한 영전압 스위칭은 위상천이 제어(Phase Shift Control)을 통한 소프트웨어와 하드웨어의 기법과 회로를 구성하는 DC/DC용 고주파변압기(13)의 누설인덕턴스와 권선 커패시턴스, DC/DC용 정류다이오드(24, 25, 26, 27)의 등가 커패시턴스 등의 요소가 결합된 공진조건에 의해 달성되게 된다. 즉, 고효율을 유지하기 위한 조건을 만족시키도록 여러 가지 측면에서 조율이 필요하다. The circuit structure of the conventional unidirectional charger is largely composed of an input stage PFC (Power Factor Correction) converter 100, a unidirectional DC / DC converter 200, and an output stage LC filter 21, 22. . The single-phase AC power supply 1 is connected to a bidirectional input stage PFC converter 100 composed of an input stage PFC inductor (2, 3), an input stage PFC FET (4, 5, 6, 7), and an input stage PFC output filter capacitor (8). As a result, the power factor of the voltage current is maintained at 1 in the form of a variable DC voltage. In addition, the variable DC voltage includes the DC / DC primary side FETs 9, 10, 11, and 12, the high frequency transformer 13 for DC / DC, the rectifier diodes 24, 25, 26, 27 for DC / DC, and the output stage. The battery 23 is charged in the form of a variable voltage and a variable current insulated by the unidirectional DC / DC converter 200 composed of the LC filters 21 and 22. Here, the unidirectional DC / DC converter 200 maintains high efficiency through zero voltage switching. Such zero voltage switching is achieved through leakage shift inductance and winding capacitance of DC / DC high frequency transformers 13, which constitute software and hardware techniques and circuits through phase shift control, and rectification diodes 24 and 24 for DC / DC. 25, 26, and 27 are achieved by a resonance condition in which elements such as equivalent capacitance are coupled. In other words, tuning is necessary in various aspects to satisfy the conditions for maintaining high efficiency.

도 2 는 종래기술에 의한 양방향 충전기의 회로도를 나타낸다. 2 shows a circuit diagram of a bidirectional charger according to the prior art.

종래의 전기 자동차용 양방향 충전기의 회로구조는 크게 입력단 PFC 컨버터(100)와 양방향 DC/DC 컨버터(300), 벅 부스트 컨버터(400)로 구성된다. The circuit structure of the conventional bidirectional charger for an electric vehicle is largely composed of an input stage PFC converter 100, a bidirectional DC / DC converter 300, and a buck boost converter 400.

도 2의 단상 교류 전원(1)은 입력단 PFC용 인덕터(2, 3)와 입력단 PFC용 FET(4, 5, 6, 7)및 입력단 PFC용 출력필터 콘덴서(8)로 구성된 양방향 입력단 PFC 컨버터(100)에 의해서 가변 직류 전압의 형태로 전압전류의 역률이 1로 유지된다. 또한, 이 가변 직류 전압은 DC/DC 1차측 FET(9, 10, 11, 12)와 DC/DC용 고주파 변압기(13), DC/DC 2차측 FET(14, 15, 16, 17) 및 DC/DC용 출력필터 콘덴서(18)로 구성된 양방향 DC/DC 컨버터(300)에 의해서 절연된 가변전압, 가변전류의 형태로 출력필터 콘덴서의 전압을 충전 또는 방전하게 된다. 그리고, 벅 부스트(Buck Boost) FET(19, 20), 출력단 LC필터(21, 22)로 구성된 벅 부스트 컨버터(400, 강압 승압 컨버터, Buck Boost Converter)는 충전모드일 때는 벅Buck, 강압(전압을 낮춤) 컨버터로 동작하여 절연된 가변전압, 가변전류의 형태로 배터리(23)를 충전하며, 방전모드일 때는 부스트Boost,승압(전압을 높임) 컨버터로 동작하여 배터리(23)를 방전시킨다.The single-phase AC power supply 1 of FIG. 2 is a bidirectional input stage PFC converter composed of an input stage PFC inductor (2, 3), an input stage PFC FET (4, 5, 6, 7) and an input stage PFC output filter capacitor (8). 100), the power factor of the voltage current is maintained at 1 in the form of a variable DC voltage. In addition, the variable DC voltage includes DC / DC primary side FETs 9, 10, 11 and 12, high frequency transformer 13 for DC / DC, DC / DC secondary side FETs 14, 15, 16 and 17 and DC. The voltage of the output filter capacitor is charged or discharged in the form of a variable voltage and a variable current insulated by the bidirectional DC / DC converter 300 configured of the / DC output filter capacitor 18. The buck boost converter 400 (buck boost converter) including a buck boost FET (19, 20) and an output LC filter (21, 22) has a buck buck and a step down (voltage) in the charging mode. The battery 23 is charged in the form of an insulated variable voltage and a variable current by operating as a converter, and in a discharge mode, the battery 23 is discharged by operating as a boost boost and a boost (voltage raising) converter.

충전 모드에 대해 좀더 구체적으로 살펴보기 위해 도 3을 참조한다. 도 3 은 종래의 양방향 충전기가 충전모드일 때 동작을 설명하기 위한 회로도를 나타낸다. See FIG. 3 to look at the charging mode in more detail. 3 is a circuit diagram illustrating an operation when a conventional bidirectional charger is in a charging mode.

도 3에 표시한 것처럼, 충전모드일 때 입력단 PFC 컨버터(100)에서 입력단 PFC용 FET(4, 5, 6, 7)중에서 5번과 7번 FET는 연속 스위칭동작을 하고 4번과 6번 FET는 바디 다이오드(Body Diode)만 동작한다. 또한, 양방향 DC/DC 컨버터(300)에서 DC/DC 1차측 FET(9, 10, 11, 12)는 연속 스위칭동작을 하고, DC/DC 2차측 FET(14, 15, 16, 17)는 바디 다이오드만 동작한다. As shown in FIG. 3, FETs 5 and 7 of the input stage PFC FETs 4, 5, 6, and 7 in the input stage PFC converter 100 perform continuous switching operations and the FETs 4 and 6 in the charging mode. Only body diode operates. In addition, in the bidirectional DC / DC converter 300, the DC / DC primary side FETs 9, 10, 11, and 12 perform a continuous switching operation, and the DC / DC secondary side FETs 14, 15, 16, and 17 have a body. Only diodes work.

그리고, 벅 부스트 컨버터(400)의 벅 부스트 FET(19, 20)중에서 19번 FET는 연속 스위칭동작을 하고 20번 FET는 바디 다이오드만 동작한다. 이는 도 1의 종래의 전기 자동차용 단방향 충전기의 회로구조와 유사한 형태가 된다.Among the buck boost FETs 19 and 20 of the buck boost converter 400, the FET 19 performs a continuous switching operation and the FET 20 operates only a body diode. This is similar to the circuit structure of the conventional unidirectional charger of FIG.

종래의 양방향 충전기가 충전모드일 때 동작을 도 3을 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다. 단상 교류 전원(1)은 입력단 PFC용 인덕터(2, 3)와 입력단 PFC용 FET(5, 7)와 입력단 PFC용 FET(4, 6)의 바디 다이오드 및 입력단 PFC용 출력필터 콘덴서(8)로 구성된 양방향 입력단 PFC 컨버터(100)에 의해서 가변 직류 전압의 형태로 전압전류의 역률이 1로 유지된다. 또한, 이 가변 직류 전압은 DC/DC 1차측 FET(9, 10, 11, 12)와 DC/DC용 고주파 변압기(13), DC/DC 2차측 FET(14, 15, 16, 17)의 바디 다이오드 및 DC/DC용 출력필터 콘덴서(18)로 구성된 양방향 DC/DC 컨버터(300)에 의해서 절연된 가변전압, 가변전류의 형태로 출력필터 콘덴서(18)의 전압을 충전하게 된다. 그리고, 출력필터 콘덴서(18)에 충전된 전압은 벅 FET(19), 부스트 FET(20)의 바디 다이오드, 출력단 LC필터(21, 22)로 구성된 벅 부스트 컨버터(400)에 의해서 벅 컨버터로 동작하여 절연된 가변전압, 가변전류의 형태로 배터리(23)를 충전하게 된다.The operation of the conventional bidirectional charger in the charging mode will be described in more detail with reference to FIG. 3. The single-phase AC power supply 1 is a body diode of an input stage PFC inductor (2, 3), an input stage PFC FET (5, 7), and an input stage PFC FET (4, 6) and an input stage PFC output filter capacitor (8). The power factor of the voltage current is maintained at 1 in the form of a variable DC voltage by the configured bidirectional input stage PFC converter 100. In addition, the variable DC voltage is applied to the bodies of the DC / DC primary side FETs 9, 10, 11, and 12, the high frequency transformer 13 for DC / DC, and the DC / DC secondary side FETs 14, 15, 16, and 17. The voltage of the output filter capacitor 18 is charged in the form of a variable voltage and a variable current insulated by a bidirectional DC / DC converter 300 composed of a diode and an output filter capacitor 18 for DC / DC. The voltage charged in the output filter capacitor 18 is operated as a buck converter by the buck boost converter 400 including the buck FET 19, the body diode of the boost FET 20, and the output stage LC filters 21 and 22. Thus, the battery 23 is charged in the form of insulated variable voltage and variable current.

도 4는 종래의 양방향 충전기가 방전모드일 때 동작을 설명하기 위한 회로도를 나타낸다. 도 4에 표시한 것처럼, 방전모드일 때 양방향 DC/DC 컨버터(300)에서 DC/DC 1차측 FET(9, 10, 11, 12)의 바디 다이오드만 동작한다. 그리고, 벅 부스트 컨버터(400)의 벅 부스트 FET(19, 20)중에서 20번 부스트 FET는 연속동작을 하고 19번 벅 FET는 바디 다이오드만 동작한다. 이는 도 1의 종래의 전기 자동차용 단방향 충전기의 회로구조와 좌우가 대칭인 형태가 된다.4 is a circuit diagram illustrating an operation when a conventional bidirectional charger is in a discharge mode. As shown in FIG. 4, only the body diodes of the DC / DC primary side FETs 9, 10, 11, and 12 operate in the bidirectional DC / DC converter 300 in the discharge mode. In the buck-boost FETs 19 and 20 of the buck-boost converter 400, the boost 20 FET continuously operates and the buck 19 FET only operates the body diode. This becomes a form symmetrical with the circuit structure of the conventional unidirectional charger of FIG.

종래의 양방향 충전기가 방전모드일 때 동작은 다음과 같다. 도 4의 배터리(23)에 충전되었던 전압은 벅 FET(19)의 바디 다이오드, 부스트 FET(20), 출력단 LC필터(21, 22)로 구성된 벅 부스트 컨버터(400)에 의해서 부스트 컨버터로 동작하여 절연된 가변전압, 가변전류의 형태로 배터리(23)의 전력을 DC/DC용 출력필터 콘덴서(18)로 방전하게 된다. DC/DC용 출력필터 콘덴서(18)의 전압은 DC/DC 2차측 FET(14, 15, 16, 17)와 DC/DC용 고주파 변압기(13), DC/DC 1차측 FET(9, 10, 11, 12)의 바디 다이오드 및 입력단 PFC용 출력필터 콘덴서(8)로 구성된 양방향 DC/DC 컨버터(300)에 의해서 절연된 가변전압의 형태로 입력단 PFC용 출력필터 콘덴서(8)의 전압을 충전하게 된다. 입력단 PFC용 출력필터 콘덴서(8)의 전압은 입력단 PFC용 FET(4, 5, 6, 7)와 입력단 PFC용 인덕터(2, 3)로 구성된 양방향 입력단 PFC 컨버터(100)에 의해서 가변 직류 전압의 형태로 전압전류의 역률이 1로 유지하면서 단상 교류 전원(1)으로 방전하게 된다.When the conventional bidirectional charger is in the discharge mode, the operation is as follows. The voltage charged in the battery 23 of FIG. 4 is operated as a boost converter by the buck boost converter 400 composed of the body diode of the buck FET 19, the boost FET 20, and the output LC filters 21 and 22. The power of the battery 23 is discharged to the output filter capacitor 18 for DC / DC in the form of insulated variable voltage and variable current. The voltages of the DC / DC output filter capacitors 18 are DC / DC secondary side FETs 14, 15, 16 and 17, DC / DC high frequency transformers 13 and DC / DC primary side FETs 9, 10, 11, 12) to charge the voltage of the input filter PFC output filter capacitor (8) in the form of a variable voltage insulated by a bidirectional DC / DC converter (300) consisting of the body diode and input filter PFC output filter capacitor (8). do. The voltage of the output filter capacitor 8 for the input stage PFC is controlled by a bidirectional input stage PFC converter 100 composed of the input stage PFC FETs 4, 5, 6, 7 and the input stage PFC inductors 2, 3 In this manner, the power is discharged to the single-phase AC power supply 1 while maintaining the power factor of the voltage and current at 1.

종래의 전기 자동차용 양방향 충전기의 시스템 구성은 크게 파워부와 제어부로 구성되며, 그 상세구조를 살펴보면, 도 5와 같다. 즉, 도 5 는 종래의 양방향 충전기의 제어 시스템의 동작을 설명하기 위한 시스템 구성도를 나타낸다. The system configuration of the conventional bidirectional charger for an electric vehicle is largely composed of a power unit and a controller, and the detailed structure thereof is shown in FIG. 5. That is, Figure 5 shows a system configuration for explaining the operation of the conventional control system of the two-way charger.

도 5의 단상 교류 전원(1)은 파워부인 입력단 PFC 컨버터(100)와 양방향 DC/DC 컨버터(300), 벅 부스트 컨버터(400)에 의해 배터리(23)로 연결된다. 또한, 제어부는 입력 전압/전류 검출부(51), 운전 지령 검출부(52), 출력 전압/전류 검출부(53), 양방향 충전기 운전제어 시스템(54), PFC PWM(Pulse Width Modulation) 발생부(55), DCDC PWM 발생부(56), Buck Boost PWM 발생부(57)로 구성된다.The single-phase AC power supply 1 of FIG. 5 is connected to the battery 23 by an input stage PFC converter 100 which is a power unit, a bidirectional DC / DC converter 300, and a buck boost converter 400. The control unit may include an input voltage / current detector 51, an operation command detector 52, an output voltage / current detector 53, a bidirectional charger operation control system 54, and a PFC pulse width modulation (PWM) generation unit 55. , DCDC PWM generator 56, Buck Boost PWM generator 57 is composed of.

종래의 전기 자동차용 양방향 충전기의 제어 시스템 동작은 다음과 같다. 우선, 사용자가 운전지령을 내리고 이 운전지령을 운전 지령 검출부(52)에서 감지하게 되면, 양방향 충전기 운전제어 시스템(54)은 입력 전압/전류 검출부(51)와 출력 전압/전류 검출부(53)로 부터 얻은 정보를 통해 각각의 구성요소별 제어목표값을 계산하여 양방향 충전기 운전제어 시스템(54)에 전달하게 된다. PFC PWM 발생부(55)는 전달받은 PFC 전압/전류 목표값을 통해 PFC PWM 값을 계산한 후 입력단 PFC 컨버터(100)에 전달한다. DCDC PWM 발생부(56)는 전달받은 DCDC 전압/전류 목표값을 통해 DCDC PWM 값을 계산한 후 양방향 DC/DC 컨버터(300)에 전달한다. Buck Boost PWM 발생부(57)는 전달받은 배터리 전압 목표값을 통해 벅(Buck) 부스트(Boost) PWM 값을 계산한 후 벅 부스트 컨버터(400)에 전달한다. 이렇게 제어 시스템에서 각각의 구성요소별 PWM 값을 파워부에 전달하면, 입력 교류전원(1)이 배터리(23)로 충전되거나, 배터리(23) 전압이 입력교류전원(1)으로 방전되게 된다. The control system operation of a conventional two-way charger for an electric vehicle is as follows. First, when a user gives a driving command and detects the driving command in the driving command detecting unit 52, the bidirectional charger driving control system 54 passes through the input voltage / current detecting unit 51 and the output voltage / current detecting unit 53. From the information obtained from the control target value for each component is calculated and transmitted to the two-way charger operation control system 54. The PFC PWM generator 55 calculates the PFC PWM value based on the received PFC voltage / current target value and transfers the PFC PWM value to the input stage PFC converter 100. The DCDC PWM generator 56 calculates a DCDC PWM value through the received DCDC voltage / current target value and transfers the DCDC PWM value to the bidirectional DC / DC converter 300. The buck boost PWM generator 57 calculates a buck boost PWM value based on the received battery voltage target value and transmits the calculated buck boost PWM value to the buck boost converter 400. When the PWM value for each component is transmitted to the power unit in the control system as described above, the input AC power source 1 is charged with the battery 23, or the battery 23 voltage is discharged with the input AC power source 1.

종래의 양방향 충전기는 크게 입력단 PFC 컨버터(100)와 양방향 DC/DC 컨버터(300), 벅 부스트 컨버터(400)로 구성된다. 이 중에서 벅 부스트 컨버터(400)가 필요한 이유는 다른 구성요소 대비해서 배터리(23)의 전압범위가 상대적으로 넓기 때문에 양방향 DC/DC 컨버터(300)의 출력과 배터리(23) 사이의 전압차를 보정하는 용도로 사용되어야 하기 때문이다. 그러나, 이러한 벅 부스트 컨버터(400)를 이용하는 방식은 폭넓은 전압을 가변시킬 수 있다는 장점은 있으나, 충전모드일 때나 방전모드일 때 언제나 스위치 하나는 연속 스위칭(하드 스위칭, Hard Switching)을 해야 하므로 발생하는 스위칭 손실은 전체 시스템의 고효율화를 저해하는 단점을 가지고 있다. 따라서, 충전장치로서의 기능을 유지하면서 스위칭 손실을 저감시킬 수 있는 구조가 요구된다. The conventional bidirectional charger is largely composed of an input stage PFC converter 100, a bidirectional DC / DC converter 300, and a buck boost converter 400. The reason why the buck boost converter 400 is required is that the voltage range of the battery 23 is relatively wide compared to other components, so that the voltage difference between the output of the bidirectional DC / DC converter 300 and the battery 23 is corrected. This is because it must be used for the purpose. However, the method using the buck boost converter 400 has the advantage of being able to vary a wide range of voltages, but it occurs because one switch must be continuously switched (hard switching) during charging or discharging mode. Switching loss has the disadvantage of inhibiting the efficiency of the entire system. Therefore, there is a need for a structure that can reduce switching loss while maintaining a function as a charging device.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 스위칭 손실이 발생하는 벅 부스트 컨버터(400) 대신 영전압 스위칭(소프트 스위칭, soft switching)을 통해 고효율을 유지하는 양방향 DC/DC 컨버터(300)의 순수기능에 배압정류 절환기를 사용하여 충전 시스템 효율을 높이는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention was created to solve this problem, and an object of the present invention is to provide high efficiency through bi-directional DC / soft switching instead of the buck boost converter 400 in which switching loss occurs. The back pressure rectifier is used in the pure function of the DC converter 300 to increase the efficiency of the charging system.

본 발명의 다른 목적은, 벅 부스트 컨버터(400)의 제어에 필요한 전압/전류 검출부를 제거하고, 양방향 DC/DC 컨버터(300)의 소프트웨어 기능을 확장하여 양방향 충전기 제어시스템의 회로를 간략하게 함에 있다. Another object of the present invention is to simplify the circuit of the bidirectional charger control system by removing the voltage / current detector required for the control of the buck boost converter 400 and extending the software function of the bidirectional DC / DC converter 300. .

본 발명의 또 다른 목적은, 불필요한 벅 부스트 컨버터(400)를 삭제하도록 하여 효율 향상을 이루고, 양방향 충전 시스템의 소형 경량화를 이루는 데 있다. Still another object of the present invention is to eliminate unnecessary buck-boost converter 400 to improve efficiency, and to achieve a compact and lightweight bidirectional charging system.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 충전장치는 교류 입력 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터, DC/DC 변압기를 포함하면서 상기 변환된 직류 전압을 영전압 스위칭을 통해 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터, 상기 DC/DC 컨버터에 의해 변환된 직류 전압을 충전하는 배압정류 콘덴서를 포함하되, 상기 배압정류 콘덴서는 직류 전압이 배압되는 배압단을 기준으로 상단 콘덴서와 하단 콘덴서로 나누어지고, 및 상기 배압단과 상기 DC/DC 컨버터 사이에 위치하며 상기 DC/DC 컨버터의 출력을 상기 상단 콘덴서와 하단 콘덴서에 번갈아서 충전하도록 스위칭하는 배압정류 절환기를 포함하되, 상기 AC/DC 배압정류 절환기는 역병렬 다이오드가 각각 구비된 2개의 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to solve the above problems, the charging device according to an embodiment of the present invention includes a converter for converting an AC input voltage into a DC voltage, a DC / DC transformer and converting the converted DC voltage into a DC voltage through zero voltage switching. A DC / DC converter for converting, and a back pressure rectifying capacitor for charging the DC voltage converted by the DC / DC converter, wherein the back voltage rectifying capacitor is divided into an upper capacitor and a lower capacitor based on the back pressure stage in which the DC voltage is backed up. And a back pressure rectifier switching device positioned between the back pressure stage and the DC / DC converter and switching to alternately charge the output of the DC / DC converter to the upper capacitor and the lower capacitor. It characterized in that it comprises two switching elements each provided with an anti-parallel diode.

바람직하게는 상기 컨버터는 상기 컨버터로부터 출력되는 직류 전압 및 전류 역률이 1이 되도록 하는 역률 보상 컨버터인 것을 특징으로 한다. Preferably, the converter is a power factor correction converter such that the DC voltage and the current power factor output from the converter are 1.

바람직하게는 상기 배압정류 절환기의 상기 2개의 스위칭 소자는 각각의 역병렬 다이오드의 애노드 또는 캐소드가 서로 직렬로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 한다. Preferably the two switching elements of the back-pressure rectifier are characterized in that the anode or cathode of each anti-parallel diode is arranged facing each other in series.

바람직하게는 상기 배압정류 절환기의 상기 2개의 스위칭 소자는 Transistor, MOSFET(전계효과 트랜지스터), iGBT(insulated Bi-Polar Transistor) 및 GTO 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다. Preferably, the two switching elements of the back pressure rectifier are any one of a transistor, a field effect transistor (MOSFET), an insulated bi-polar transistor (IGBT), and a GTO.

바람직하게는 상기 충전장치가 방전모드일 때는 상기 배압정류 절환기의 상기 2개의 스위칭 소자는 오프(OFF) 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다. Preferably, when the charging device is in the discharge mode, the two switching elements of the back pressure rectifier are maintained in an OFF state.

상기의 또 다른 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차는 교류 입력 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터, DC/DC 변압기를 포함하면서 상기 변환된 직류 전압을 영전압 스위칭을 통해 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터, 상기 DC/DC 컨버터에 의해 변환된 직류 전압을 충전하는 배압정류 콘덴서를 포함하되, 상기 배압정류 콘덴서는 직류 전압이 배압되는 배압단을 기준으로 상단 콘덴서와 하단 콘덴서로 나누어지고, 및 상기 배압단과 상기 DC/DC 컨버터 사이에 위치하며 상기 DC/DC 컨버터의 출력을 상기 상단 콘덴서와 하단 콘덴서에 번갈아서 충전하도록 스위칭하는 배압정류 절환기를 포함하되, 상기 AC/DC 배압정류 절환기는 역병렬 다이오드가 각각 구비된 2개의 스위칭 소자를 포함하되 상기 배압정류 절환기의 상기 2개의 스위칭 소자는 각각의 역병렬 다이오드의 애노드 또는 캐소드가 서로 직렬로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 충전장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to solve the above another problem, an electric vehicle according to an embodiment of the present invention includes a converter for converting an AC input voltage into a DC voltage and a DC / DC transformer, while converting the converted DC voltage through zero voltage switching. A DC / DC converter for converting a voltage, comprising a back-pressure rectifying capacitor for charging the DC voltage converted by the DC / DC converter, wherein the back-pressure rectifying capacitor is an upper capacitor and a lower capacitor based on the back pressure stage in which the DC voltage is backed up And a back pressure rectifier switching device positioned between the back pressure stage and the DC / DC converter and switching to alternately charge the output of the DC / DC converter to the upper capacitor and the lower capacitor, wherein the AC / DC back pressure rectifier is included. The switch includes two switching elements each provided with an anti-parallel diode, wherein the two switches of the back-pressure rectifier are Ching device is characterized by including a two-way charging device characterized in that the anode or the cathode of each of the anti-parallel diode disposed to face each other in series.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 양방향 충전 시스템에서 충전모드일 때나 방전모드일 때, 언제나 연속 스위칭(하드 스위칭, Hard Switching)을 해야 하는 벅 부스트 컨버터(400) 대신 배압정류 절환기(500)를 사용함으로써 자연 배압 정류에 선택적 운전에 의한 고효율 운전을 달성하는 효과가 있다. 즉, 일반적인 양방향 충전기에 비해 스위칭 소자의 필요 숫자가 적어지고, 충전 및 방전 모드에서 모두 고효율을 유지할 수 있으며, 제어요소가 줄어들게 되어 전력밀도 향상 및 소형 경량화를 이룰 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, when the charging mode or the discharge mode in the bidirectional charging system, the back pressure rectifier 500 is used instead of the buck boost converter 400 that should always be continuous switching (hard switching, Hard Switching). By doing so, there is an effect of achieving high efficiency operation by selective operation for natural back pressure rectification. In other words, the number of switching elements is reduced compared to the general two-way charger, the high efficiency can be maintained in both the charging and discharging modes, and the control elements are reduced, thereby improving power density and miniaturization.

도 1은 종래기술에 의한 단방향 충전기의 회로구조를 나타낸다.
도 2 는 종래기술에 의한 양방향 충전기의 회로도를 나타낸다.
도 3 은 종래의 양방향 충전기가 충전모드일 때 동작을 설명하기 위한 회로도를 나타낸다.
도 4 는 종래의 양방향 충전기가 방전모드일 때 동작을 설명하기 위한 회로도를 나타낸다.
도 5 는 종래의 양방향 충전기의 제어 시스템의 동작을 설명하기 위한 시스템 구성도를 나타낸다.
도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 충전장치의 구조를 설명하기 위한 회로도를 나타낸다.
도 7 은 본 발명의 일실시예에 따fms 양방향 충전기가 충전모드일 때 DC/DC 변압기 2차측 양의 전압 형성시 동작을 설명하기 위한 회로 구성도를 나타낸다.
도 8 은 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 충전기가 충전모드일 때 DC/DC 변압기 2차측 음의 전압 형성시 동작을 설명하기 위한 회로 구성도를 나타낸다.
도 9 는 본 발명의 일실시예에 따라 양방향 충전기가 충전모드일 때 동작을 설명하기 위한 회로 구성도를 나타낸다.
도 10 는 본 발명의 일실시예에 따라 양방향 충전기가 방전모드일 때 동작을 설명하기 위한 회로 구성도를 나타낸다.
도 11 은 본 발명의 일실시예에 따fms 양방향 충전기의 제어 시스템의 동작을 설명하기 위한 시스템 구성도를 나타낸다. 1 shows a circuit structure of a unidirectional charger according to the prior art.
2 shows a circuit diagram of a bidirectional charger according to the prior art.
3 is a circuit diagram illustrating an operation when a conventional bidirectional charger is in a charging mode.
4 is a circuit diagram illustrating an operation when a conventional bidirectional charger is in a discharge mode.
5 shows a system configuration for explaining the operation of the control system of a conventional two-way charger.
6 is a circuit diagram illustrating a structure of a bidirectional charging device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram illustrating an operation of forming a positive voltage of a DC / DC transformer secondary side when the fms bidirectional charger is in a charging mode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram illustrating an operation of forming a negative voltage of a DC / DC transformer secondary side when the bidirectional charger is in a charging mode according to an embodiment of the present invention.
9 is a circuit diagram illustrating an operation when a bidirectional charger is in a charging mode according to an embodiment of the present invention.
10 is a circuit diagram illustrating an operation when a bidirectional charger is in a discharge mode according to an embodiment of the present invention.
11 is a system configuration diagram for explaining the operation of the control system of the fms bi-directional charger according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐를 수 있다고 판단된 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다. 같은 참조번호는 같은 구성을 지칭한다. Specific features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims are to be interpreted in accordance with the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can properly define the concept of the term in order to explain his invention in the best way. It should be interpreted in terms of meaning and concept. In addition, when it is determined that the detailed description of the known function and the configuration related to the present invention may unnecessarily flow the gist of the present invention, it should be noted that the detailed description is omitted. Like reference numerals refer to like configurations.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 양방향 충전기가 충전모드일 때 변압기 2차측 양의 전압 형성시 동작을 설명하기 위한 회로 구성도를 나타낸다. FIG. 7 is a circuit diagram illustrating an operation of forming a positive voltage of a secondary side of a transformer when the bidirectional charger is in a charging mode according to an embodiment of the present invention.

도 7 내지 도 10에 도시된 모든 시스템의 스위칭 소자는 일실시예로서, 시스템 특성이나 필요에 따라 FET, IGBT, GTO, 싸이리스터, 트랜지스터 등을 포함하는 전력용 스위칭 반도체 소자 어느 하나로 대체/절환될 수 있다. 7 to 10, the switching elements of all the systems shown in FIG. 7 may be replaced or switched to any one of power switching semiconductor elements including FETs, IGBTs, GTOs, thyristors, transistors, and the like, according to system characteristics or needs. Can be.

도 7에 표시한 것처럼, 충전모드일 때 변압기 2차측 양의 전압 형성시 입력단 PFC용 FET(4, 5, 6, 7)중에서 5번과 7번 FET는 연속 스위칭동작을 하고 4번과 6번 FET는 바디 다이오드(Body Diode)만 동작한다. As shown in Fig. 7, FETs 5 and 7 in the input stage PFC FETs 4, 5, 6, and 7 perform continuous switching operations when the positive voltage of the transformer secondary is formed in the charging mode. The FET operates only body diodes.

또한, 양방향 DC/DC 컨버터(300)에서 DC/DC 1차측 FET(9, 10, 11, 12)는 연속 스위칭동작을 하고, DC/DC 2차측 FET(14)는 바디 다이오드만 동작한다. 변압기 2차측 양의 전압은 DC/DC 2차측 FET(14)의 바디 다이오드를 거쳐, AC/DC 배압정류 콘덴서(33)을 거쳐, AC/DC 배압정류 절환 FET(32)와 FET(31)의 바디 다이오드를 거쳐 폐루프를 이루며, AC/DC 배압정류 콘덴서(상단 콘덴서, 33)에 전압이 충전된다.In addition, in the bidirectional DC / DC converter 300, the DC / DC primary side FETs 9, 10, 11, and 12 perform a continuous switching operation, and the DC / DC secondary side FET 14 operates only a body diode. The positive voltage on the transformer secondary side passes through the body diode of the DC / DC secondary side FET 14 and through the AC / DC back pressure rectifying capacitor 33 to the AC / DC back voltage rectifying switching FET 32 and the FET 31. A closed loop is formed through the body diode, and a voltage is charged to the AC / DC back-pressure rectifier capacitor (upper capacitor, 33).

도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 양방향 충전기가 충전모드일 때 변압기 2차측 음의 전압 형성시 동작을 설명하기 위한 회로 구성도이다. FIG. 8 is a circuit diagram illustrating an operation of forming a negative voltage of a transformer secondary side when the bidirectional charger is in a charging mode according to an embodiment of the present invention.

도 8에 표시한 것처럼, 충전모드일 때 변압기 2차측 음의 전압 형성시, 변압기 2차측 양의 전압은 AC/DC 배압정류 절환 FET(31)와 FET(32)의 바디 다이오드를 거쳐, AC/DC 배압정류 콘덴서(34)을 거쳐, DC/DC 2차측 FET(15)의 바디 다이오드를 거쳐 폐루프를 이루며, AC/DC 배압정류 콘덴서(하단 콘덴서, 34)에 전압이 충전된다.As shown in Fig. 8, when the transformer secondary negative voltage is formed in the charging mode, the transformer secondary positive voltage passes through the AC / DC back-pressure rectifying switching FET 31 and the body diode of the FET 32, and the AC / A DC loop is formed through the DC back voltage rectifying capacitor 34 and the body diode of the DC / DC secondary side FET 15 to form a closed loop, and a voltage is charged to the AC / DC back voltage rectifying capacitor (lower capacitor 34).

도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 양방향 충전기가 충전모드일 때의 동작을 설명하기 위한 회로 구성도이다. 9 is a circuit diagram illustrating an operation when the bidirectional charger is in the charging mode according to an embodiment of the present invention.

도 9에 표시한 것처럼, 충전기가 충전모드일 때 변압기 2차측 교류 전압은 DC/DC 2차측 FET(14, 15)의 바디 다이오드와 AC/DC 배압정류 절환 FET(31, 32)에 의해 AC/DC 배압정류 콘덴서(33, 34)에 두배의 배압으로 충전된다. 이는, 양(+)의 반주기 동안 AC/DC 배압정류 콘덴서(33)에 충전된 전압과 음의 반주기 동안 AC/DC 배압정류 콘덴서(33)에 충전된 전압의 합을 의미한다. 출력단 LC필터(21, 22)은 AC/DC 배압정류 콘덴서(33, 34)에 충전된 전압을 고주파 필터링하여 가변전압, 가변전류의 형태로 배터리(23)를 충전하게 된다.As shown in Fig. 9, when the charger is in the charging mode, the transformer secondary side AC voltage is controlled by the body diode of the DC / DC secondary side FETs 14 and 15 and the AC / DC back voltage rectifying switching FETs 31 and 32. The DC back pressure rectifier capacitors 33 and 34 are charged with double back pressure. This means the sum of the voltage charged in the AC / DC backpressure rectifier capacitor 33 during the positive half cycle and the voltage charged in the AC / DC backpressure rectifier capacitor 33 during the negative half cycle. The output stage LC filters 21 and 22 perform high frequency filtering on the voltage charged in the AC / DC back pressure rectifier capacitors 33 and 34 to charge the battery 23 in the form of variable voltage and variable current.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 양방향 충전기가 방전모드일 때 동작을 설명하기 위한 회로 구성도를 나타낸다. 10 is a circuit diagram illustrating an operation when the bidirectional charger is in the discharge mode according to an embodiment of the present invention.

도 10에 표시한 것처럼, 방전모드일 때 AC/DC 배압정류 절환 FET(31, 32)는 모두 OFF시켜 바디 다이오드로 동작되며, 서로 대칭으로 연결되므로 회로에서 무시된다. 양방향 DC/DC 컨버터(300)에서 DC/DC 1차측 FET(9, 10, 11, 12)의 바디 다이오드만 동작한다. 이는 도 1의 종래의 전기 자동차용 단방향 충전기의 회로구조와 좌우가 대칭인 형태가 된다.As shown in Fig. 10, in the discharge mode, the AC / DC back voltage rectifying switching FETs 31 and 32 are all turned off and operated as body diodes, and are ignored in the circuit because they are connected symmetrically to each other. In the bidirectional DC / DC converter 300, only the body diodes of the DC / DC primary side FETs 9, 10, 11, and 12 operate. This becomes a form symmetrical with the circuit structure of the conventional unidirectional charger of FIG.

본 발명의 일실시예에 따라 양방향 충전기가 방전모드일 때 동작은 다음과 같다. 도 10의 배터리(23)에 충전되었던 전압은 AC/DC 배압정류 콘덴서(33, 34)에 충전된다, AC/DC 배압정류 콘덴서(33, 34)의 전압은 DC/DC 2차측 FET(14, 15, 16, 17)와 DC/DC용 고주파 변압기(13), DC/DC 1차측 FET(9, 10, 11, 12)의 바디 다이오드 및 입력단 PFC용 출력필터 콘덴서(8)로 구성된 양방향 DC/DC 컨버터(300)에 의해서 절연된 가변전압의 형태로 입력단 PFC용 출력필터 콘덴서(8)의 전압을 충전하게 된다. 입력단 PFC용 출력필터 콘덴서(8)의 전압은 입력단 PFC용 FET(4, 5, 6, 7)와 입력단 PFC용 인덕터(2, 3)로 구성된 양방향 입력단 PFC 컨버터(100)에 의해서 가변 직류 전압의 형태로 전압전류의 역률이 1로 유지하면서 단상 교류 전원(1)으로 방전하게 된다.According to an embodiment of the present invention, the operation when the bidirectional charger is in the discharge mode is as follows. The voltage charged in the battery 23 of FIG. 10 is charged in the AC / DC back pressure rectifying capacitors 33 and 34. The voltage of the AC / DC back pressure rectifying capacitors 33 and 34 is the DC / DC secondary side FET 14, 15, 16, 17), DC / DC high-frequency transformer (13), DC / DC primary side FETs (9, 10, 11, 12) body diode and input stage PFC output filter capacitor (8) The voltage of the input filter PFC output filter capacitor 8 is charged in the form of a variable voltage insulated by the DC converter 300. The voltage of the output filter capacitor 8 for the input stage PFC is controlled by a bidirectional input stage PFC converter 100 composed of the input stage PFC FETs 4, 5, 6, 7 and the input stage PFC inductors 2, 3 In this manner, the power is discharged to the single-phase AC power supply 1 while maintaining the power factor of the voltage and current at 1.

도 7 내지 도 10에서 보든 AC/DC 배압정류 절환 FET(31, 32)는 스위칭 소자로서 역병렬 다이오드를 구비하여야 하며 각각의 역병렬 다이오드의 캐소드가 마주보거나 애노드가 마주보는 형태로 배치되어야만 한다. As shown in FIGS. 7 to 10, the AC / DC back-voltage rectifier switching FETs 31 and 32 should be provided with anti-parallel diodes as switching elements, and should be arranged in the form of a cathode facing each other or an anode facing each other.

본 발명의 일실시예에 따른 양방향 충전기의 시스템 구성은 크게 파워부와 제어부로 구성되며, 그 상세구조를 살펴보면 도 11과 같다. System configuration of the bi-directional charger according to an embodiment of the present invention is largely composed of a power unit and a control unit, the detailed structure thereof is as shown in FIG.

도 11의 단상 교류 전원(1)은 파워부인 입력단 PFC 컨버터(100)와 양방향 DC/DC 컨버터(300), AC/DC 배압정류 절환기(500)에 의해 배터리(23)로 연결된다. 또한, 제어부는 입력 전압/전류 검출부(51), 운전 지령 검출부(52), 출력 전압/전류 검출부(53), 양방향 충전기 운전제어 시스템(54), PFC PWM 발생부(55), DCDC PWM 발생부(56), AC/DC 배압정류 절환부(58)로 구성된다.The single phase AC power supply 1 of FIG. 11 is connected to the battery 23 by an input stage PFC converter 100, a bidirectional DC / DC converter 300, and an AC / DC back pressure rectifier 500. The control unit also includes an input voltage / current detector 51, an operation command detector 52, an output voltage / current detector 53, a bidirectional charger operation control system 54, a PFC PWM generator 55, and a DCDC PWM generator. 56, the AC / DC back pressure rectifier switching section 58 is provided.

본 발명에서 제안하는 전기 자동차용 양방향 충전기의 제어 시스템 동작은 다음과 같다. 우선, 사용자의 운전지령을 운전 지령 검출부(52)에서 감지하게 되면, 양방향 충전기 운전제어 시스템(54)은 입력 전압/전류 검출부(51)와 출력 전압/전류 검출부(53)로 부터 얻은 정보를 통해 각각의 구성요소별 제어목표값을 계산하여 전달하게 된다. PFC PWM 발생부(55)는 전달받은 PFC 전압/전류 목표값을 통해 PFC PWM 값을 계산한 후 입력단 PFC 컨버터(100)에 전달한다. DCDC PWM 발생부(56)는 전달받은 DCDC 전압/전류 목표값을 통해 DCDC PWM 값을 계산한 후 양방향 DC/DC 컨버터(300)에 전달한다. AC/DC 배압정류 절환부(58)는 전달받은 배터리 전압 목표값을 통해 충전모드 및 방전모드에 대한 절환여부를 AC/DC 배압정류 절환기(500)로 전달한다. 이렇게 제어 시스템에서 각각의 구성요소별 PWM 값을 파워부에 전달하면, 입력 교류전원(1)이 배터리(23)로 충전되거나, 배터리(23) 전압이 입력교류전원(1)로 방전되게 된다. The control system operation of the bidirectional charger for an electric vehicle proposed by the present invention is as follows. First, when the driving command of the user is sensed by the driving command detector 52, the bidirectional charger driving control system 54 receives information from the input voltage / current detector 51 and the output voltage / current detector 53. The control target value for each component is calculated and delivered. The PFC PWM generator 55 calculates the PFC PWM value based on the received PFC voltage / current target value and transfers the PFC PWM value to the input stage PFC converter 100. The DCDC PWM generator 56 calculates a DCDC PWM value through the received DCDC voltage / current target value and transfers the DCDC PWM value to the bidirectional DC / DC converter 300. The AC / DC back pressure rectifier switching unit 58 transfers the switching of the charging mode and the discharge mode to the AC / DC back pressure rectifier switching unit 500 through the received battery voltage target value. When the PWM value for each component is transmitted to the power unit in the control system in this way, the input AC power source 1 is charged with the battery 23 or the battery 23 voltage is discharged with the input AC power source 1.

본 발명의 일실시예에 따른 양방향 충전기는 크게 입력단 PFC 컨버터(100)와 양방향 DC/DC 컨버터(300), AC/DC 배압정류 절환기(500)로 구성되는데, 이중에서 AC/DC 배압정류 절환기(500)가 필요한 이유는 벅 부스트 컨버터(400)가 사용될 경우 스위칭 손실로 인해 효율이 저하되기 때문이다. 또는, 변압기에 별도의 단자를 추가하지 않고, 충전모드일 때나 방전모드일 때, 자연 배압 정류에 선택적 운전에 의한 고효율 운전을 달성하기 위해서이다.Bi-directional charger according to an embodiment of the present invention is largely composed of the input stage PFC converter 100, bi-directional DC / DC converter 300, AC / DC back-pressure rectifier switching device 500, double AC / DC back-pressure rectification section The reason why the ventilation 500 is required is that the efficiency is lowered due to switching losses when the buck boost converter 400 is used. Alternatively, in order to achieve high efficiency operation by selective operation for natural back pressure rectification in the charging mode or the discharge mode without adding a separate terminal to the transformer.

결국, 본 발명의 일실시예에 따른 AC/DC 배압정류 절환기(500)를 구비한 충전장치는 충전모드일 때나 방전모드일 때, 언제나 연속 스위칭(하드 스위칭, Hard Switching)을 해야 하는 벅 부스트 컨버터(400) 대신 두 개의 스위치가 연결된 AC/DC 배압정류 절환기(500)를 사용함으로써 자연 배압 정류에 선택적 운전에 의한 고효율 운전을 달성할 수 있도록 하였다. As a result, the charging device having the AC / DC back-pressure rectifier switch 500 according to the embodiment of the present invention, when in the charging mode or discharge mode, buck boost that must always be continuous switching (hard switching, Hard Switching) Instead of the converter 400, by using the AC / DC back pressure rectifier switching unit 500 is connected to achieve a high efficiency operation by selective operation to the natural back pressure rectification.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 양방향 충전 시스템은, 영전압 스위칭을 통해 고효율을 유지하는 양방향 DC/DC 컨버터(300)의 순수기능에 새로운 회로 및 제어방법을 추가함으로써 충전 및 방전 모드에서 모두 시스템 효율을 높였고, 소프트웨어 기능을 확장하여 양방향 충전기 제어시스템을 간략하게 하였고, 전력밀도 향상 및 소형 경량화를 이루어, 충전장치를 사용하는 모든 산업, 특히 대형 충전장치가 필요한 전기 자동차 산업에 이바지할 것으로 판단된다.As described above, the bi-directional charging system according to the present invention, by adding a new circuit and control method to the pure function of the bi-directional DC / DC converter 300 to maintain high efficiency through zero voltage switching, both in the charge and discharge mode Increased system efficiency, expanded software functionality, simplified two-way charger control system, improved power density and compact weight, contributing to all industries that use chargers, especially those that require large chargers. do.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시 하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.As described above and described with reference to a preferred embodiment for illustrating the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as described above, the deviation from the scope of the technical idea It will be understood by those skilled in the art that many modifications and variations can be made to the invention without departing from the scope of the invention. Accordingly, all such appropriate modifications and changes, and equivalents thereof, should be regarded as within the scope of the present invention.

1: 단상 교류 전원 2,3: 입력단 PFC용 인덕터
4, 5, 6, 7: 입력단 PFC용 FET 8: 입력단 PFC용 출력필터 콘덴서
9, 10, 11, 12: DC/DC 1차측 FET 13: DC/DC용 고주파 변압기
14,15,16,17: DC/DC 2차측 FET 18: DC/DC용 출력필터 콘덴서
19, 20: 벅 부스트 FET 21, 22: 출력단 LC필터
23: 배터리
24, 25, 26, 27: DC/DC용 정류 다이오드
51: 입력 전압/전류 검출부 52: 운전지령 검출부
53: 출력 전압/전류 검출부 54: 양방향 충전기 운전제어 시스템
55: PFC PWM 발생부 56: DCDC PWM 발생부
57: Buck Boost PWM 발생부 58: ACDC 배압정류 절환부
100: PFC 컨버터 200: 단방향 DC/DC 컨버터
300: 양방향 DC/DC 컨버터
400: 벅 부스트 컨버터(Buck Boost Converter)
500: AC/DC 배압정류 절환기1: single-phase AC power supply 2, 3: inductor for input stage PFC
4, 5, 6, 7: FET for input stage PFC 8: output filter capacitor for input stage PFC
9, 10, 11, 12: DC / DC Primary Side FET 13: High Frequency Transformer for DC / DC
14,15,16,17: DC / DC secondary side FET 18: output filter capacitor for DC / DC
19, 20: buck-boost FET 21, 22: output stage LC filter
23: battery
24, 25, 26, 27: rectifier diodes for DC / DC
51: input voltage / current detector 52: operation command detector
53: output voltage / current detector 54: bidirectional charger operation control system
55: PFC PWM generator 56: DCDC PWM generator
57: Buck Boost PWM generator 58: ACDC back pressure rectifier switching unit
100: PFC converter 200: Unidirectional DC / DC converter
300: bidirectional DC / DC converter
400: Buck Boost Converter
500: AC / DC back pressure rectifier

Claims (7)

교류 입력 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터;
DC/DC 변압기를 포함하면서 상기 변환된 직류 전압을 영전압 스위칭을 통해 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터;
상기 DC/DC 컨버터에 의해 변환된 직류 전압을 충전하면서, 상기 직류 전압이 배압되는 배압단을 기준으로 상단 콘덴서와 하단 콘덴서로 나누어지는 배압정류 콘덴서; 및
상기 배압단과 상기 DC/DC 컨버터 사이에 위치하며 상기 DC/DC 컨버터의 출력을 상기 상단 콘덴서와 하단 콘덴서에 번갈아서 충전하도록 스위칭하는 배압정류 절환기를 포함하되,
상기 배압정류 절환기는 역병렬 다이오드가 각각 구비된 2개의 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 배압정류 절환기가 구비된 충전장치. A converter for converting an AC input voltage into a DC voltage;
A DC / DC converter including a DC / DC transformer and converting the converted DC voltage into a DC voltage through zero voltage switching;
A back pressure rectifying capacitor divided into an upper condenser and a lower condenser on the basis of the back pressure terminal on which the DC voltage is backed up while charging the DC voltage converted by the DC / DC converter; And
Located between the back pressure stage and the DC / DC converter and includes a back pressure rectifier for switching the output of the DC / DC converter to alternately charge the upper capacitor and the lower capacitor,
The back pressure rectifier switching device includes a charging device having a back pressure rectifier, characterized in that it comprises two switching elements each provided with an anti-parallel diode. 제1항에 있어서, 상기 컨버터는 상기 컨버터로부터 출력되는 직류 전압 및 전류 역률이 1이 되도록 하는 역률 보상 컨버터인 것을 특징으로 하는 배압정류 절환기가 구비된 충전장치. The charging device as set forth in claim 1, wherein the converter is a power factor correcting converter such that a DC voltage and a current power factor output from the converter are 1. 제1항에 있어서, 상기 배압정류 절환기의 상기 2개의 스위칭 소자는 각각의 역병렬 다이오드의 애노드 또는 캐소드가 서로 직렬로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배압정류 절환기가 구비된 충전장치.The charging device according to claim 1, wherein the two switching elements of the back voltage rectifier are arranged such that the anodes or cathodes of the respective anti-parallel diodes face each other in series. 제3항에 있어서, 상기 배압정류 절환기의 상기 2개의 스위칭 소자는
Transistor, MOSFET(전계효과 트랜지스터), iGBT(insulated Bi-Polar Transistor) 및 GTO 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배압정류 절환기가 구비된 충전장치. The switching device of claim 3, wherein the two switching elements of the back pressure rectifier are
A charging device with a back pressure rectifier, characterized in that any one of a transistor, a field effect transistor (MOSFET), an insulated bi-polar transistor (IGBT), and a GTO. 제3항에 있어서, 상기 충전장치가 방전모드일 때는 상기 배압정류 절환기의 상기 2개의 스위칭 소자는 오프(OFF) 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 배압정류 절환기가 구비된 충전장치. The charging device with a back pressure rectifier according to claim 3, wherein the two switching elements of the back pressure rectifier are maintained in an OFF state when the charging device is in a discharge mode. 제3항에 있어서, 충전모드일 때 상기 DC/DC 변압기의 2차측이 양의 전압일 때 상기 배압정류 절환기의 상기 2개의 스위치 중 하나만을 온(ON)하여 상기 상단 콘데서에 전기를 충전하고, 상기 DC/DC 변압기의 2차측이 음의 전압일 때는 상기 배압정류 절환기의 상기 2개의 스위치 중 다른 하나만을 온(ON)하여 상기 하단 콘덴서에 전기를 충전하는 것을 특징으로 하는 배압정류 절환기가 구비된 충전장치. 4. The method of claim 3, wherein in the charging mode, only one of the two switches of the back pressure rectifier is turned on to charge the upper capacitor when the secondary side of the DC / DC transformer is a positive voltage. When the secondary side of the DC / DC transformer is a negative voltage, only one of the two switches of the back-pressure rectifier is turned on (ON) to charge electricity to the lower capacitor, characterized in that the back-pressure rectifier Filling device provided. 교류 입력 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터;
DC/DC 변압기를 포함하면서 상기 변환된 직류 전압을 영전압 스위칭을 통해 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터;
상기 DC/DC 컨버터에 의해 변환된 직류 전압을 충전하면서, 상기 직류 전압이 배압되는 배압단을 기준으로 상단 콘덴서와 하단 콘덴서로 나누어지는 배압정류 콘덴서; 및
상기 배압단과 상기 DC/DC 컨버터 사이에 위치하며 상기 DC/DC 컨버터의 출력을 상기 상단 콘덴서와 하단 콘덴서에 번갈아서 충전하도록 스위칭하는 배압정류 절환기를 포함하되,
상기 배압정류 절환기는 역병렬 다이오드가 각각 구비된 2개의 스위칭 소자를 포함하되, 상기 배압정류 절환기의 상기 2개의 스위칭 소자는 각각의 역병렬 다이오드의 애노드 또는 캐소드가 서로 직렬로 마주보도록 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 충전장치를 포함하는 전기자동차.A converter for converting an AC input voltage into a DC voltage;
A DC / DC converter including a DC / DC transformer and converting the converted DC voltage into a DC voltage through zero voltage switching;
A back pressure rectifying capacitor divided into an upper condenser and a lower condenser on the basis of the back pressure terminal on which the DC voltage is backed up while charging the DC voltage converted by the DC / DC converter; And
Located between the back pressure stage and the DC / DC converter and includes a back pressure rectifier for switching the output of the DC / DC converter to alternately charge the upper capacitor and the lower capacitor,
The back-pressure rectifier includes two switching elements each provided with an anti-parallel diode, wherein the two switching elements of the back-pressure rectifier are arranged such that the anodes or cathodes of the respective anti-parallel diodes face each other in series. An electric vehicle comprising a two-way charging device characterized in that.
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