KR101459453B1

KR101459453B1 - 차량용 온보드 충전기

Info

Publication number: KR101459453B1
Application number: KR1020130012542A
Authority: KR
Inventors: 정지혜; 나정환; 성현욱
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2014-11-20
Also published as: KR20140099750A

Abstract

실시예는 하이브리드 차량 또는 전기 차량에서 배터리를 충전하는 온보드 충전기에 있어서, 교류 입력 전압을 센싱하여 출력하는 입력전압센싱부를 포함하고, 상기 입력전압센싱부는 상기 교류 입력 전압이 인가되는 비반전입력단, 반전입력단, 그리고 출력단을 가지는 연산증폭기를 포함하며, 상기 입력 교류 전압과 병렬로 오프셋전압을 상기 비반전입력단에 인가하는 온보드 충전기를 제공한다. 따라서, 교류 입력 전압 센싱에 대한 디지털 아날로그 데이터 변환 시, 본 발명의 연산증폭기의 사용으로 내성 및 증폭이 가능하며, 전 영역의 전압 센싱이 가능하다.

Description

차량용 온보드 충전기{The on-board battery charger for vehicle}

본 발명은 차량용 온보드 충전기에 대한 것이다.

차량용 충전기는 온보드 충전기 또는 오프보드 충전기로 구분된다.

온보드 충전기를 구비한 충전장치는 교류 전원단자를 통해 입력되는 교류전원이 온보드 충전기를 거쳐 배터리에 인가되도록 구성된다.

오프보드 충전기는 교류 전원단자를 통해 입력되는 교류전원이 오프보드 충전기를 거쳐 배터리에 인가되도록 구성된다.

일반적으로, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에는 전원충전을 위해 온보드 충전기와 배터리를 구비하고 있다.

이와 같은 전기 자동차의 전원충전을 위한 방법은 가정용 교류전원을 교류 전원단자를 통해 차량 내에 설치되어 있는 온보드 충전기에 인가되도록 하고, 상기 온보드 충전기에 의해 교류전원이 직류전원으로 변환되어 충전전류가 생성되도록 하여, 배터리에 상기 온보드 충전기에서 생성된 충전전류가 인가되도록 하는 것이다.

상기에서 오프보드 충전기는 온보드 충전기에 비해 대용량이며 급속충전이 가능하다. 따라서, 통상의 차량 사용자는 충전시간 등의 이유로 전원 충전소에서 오프보드 충전기에 의해 차량 배터리에 직접 충전전류가 인가되도록 하는 것이 일반적이나, 부득이한 경우 차량내의 온보드 충전기에 의해 전원충전 되도록 할 수도 있다.

이와 같이 온보드 충전기를 사용하는 경우, 온보드 충전기의 교류 입력 전압을 센싱하기 위하여 내성 및 증폭을 목적으로 OPAMP를 사용하고 있다.

그러나, 이러한 OPAMP는 저전압 출력신호 소실의 문제가 발생하여 교류 전압이 입력될 때 저전압 영역에서는 센싱이 불가능하다.

실시예는 온보드 충전장치에서 저전압 센싱이 가능한 회로를 제공한다.

실시예는 하이브리드 차량 또는 전기 차량에서 배터리를 충전하는 온보드 충전기에 있어서, 교류 입력 전압을 센싱하여 출력하는 입력전압센싱부를 포함하고, 상기 입력전압센싱부는 상기 교류 입력 전압이 인가되는 비반전입력단, 반전입력단, 그리고 출력단을 가지는 연산증폭기를 포함하며, 상기 입력 교류 전압과 병렬로 오프셋전압을 상기 비반전입력단에 인가하는 온보드 충전기를 제공한다.

상기 입력전압센싱부는 상기 비반전입력단과 상기 교류 입력 전압 사이에 제1 저항, 그리고 상기 비반전입력단과 상기 오프셋전압 사이에 제2 저항을 포함할 수 있다.

상기 입력전압센싱부는 상기 반전입력단과 접지 사이에 제3 저항, 그리고 상기 반전입력단과 상기 출력단 사이에 제4 저항을 포함할 수 있다.

상기 입력전압센싱부는 상기 연산증폭기의 출력단과 상기 입력전압센싱부의 출력단자 사이에 제5 저항을 포함할 수 있다.

상기 입력전압센싱부는 상기 입력전압센싱부의 출력단자와 접지 사이에 서로 병렬 연결되어 있는 제6 저항과 제1 커패시터를 포함할 수 있다.

상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 작은 크기를 가질 수 있다.

상기 제5 저항은 상기 제6 저항에 대하여 같거나 작은 크기를 가질 수 있다.

상기 입력전압세싱부는 1 내지 5V를 왕복하는 출력 전압을 생성할 수 있다.

상기 입력전압세싱부는 상기 교류 입력 전압을 정류하는 브릿지 정류기를 더포함할 수 있다.

상기 입력전압세싱부는 200V의 상기 교류 입력 전압에 대하여 1 내지 5V를 왕복하는 상기 출력 전압을 출력할 수 있다.

실시예에 따르면, 교류 입력 전압 센싱에 대한 디지털 아날로그 데이터 변환 시, 본 발명의 연산증폭기의 사용으로 내성 및 증폭이 가능하며, 전 영역의 전압 센싱이 가능하다.

도 1은 하이브리드 차량에서 배터리 충전을 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 온보드 충전기의 교류 전압 센싱회로이다.
도 3a는 교류 입력 전압을 도시한 것이고, 도 3b는 도 2의 회로에서 센싱된 출력 전압을 도시한 것이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에는 전원충전을 위해 온보드 충전기(20)와 배터리(30)를 구비하고 있다.

온보드 충전기(20)를 구비한 충전장치는 교류 전원단자(10)를 통해 입력되는 교류전원이 온보드 충전기(20)를 거쳐 배터리(30)에 인가되도록 구성된다.

이와 같은 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 전원충전을 위한 방법은 가정용 교류전원을 교류 전원단자를 통해 차량 내에 설치되어 있는 온보드 충전기(20)에 인가되도록 하고, 상기 온보드 충전기(20)에 의해 교류전원이 직류전원으로 변환되어 충전전류가 생성되도록 하여, 배터리(30)에 상기 온보드 충전기(20)에서 생성된 충전전류가 인가된다.

이러한 온보드 충전기(20)는 도 2와 같은 온보드 충전기(20)의 교류 입력 전압을 센싱하기 위하여 내성 및 증폭을 위하여 입력전압센싱부(21)를 포함한다.

도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 입력전압센싱부(21)는 연산증폭기(AMP)를 포함한다.

상기 입력전압센싱부(21)는 반전입력단(-), 비반전입력단(+) 및 출력단을 포함하며, 상기 비반전입력단(+)과 입력 교류전원(Vin) 사이에 제1 저항(R1), 오프셋전압(Vost)과 상기 비반전입력단(+) 사이에 제2 저항(R2)이 형성되어 있다.

상기 반전입력단(-)과 접지 사이에는 제3 저항(R3)이 형성되어 있으며, 출력단은 제5 저항(R5)과 연결되어 있다.

상기 비반전입력단(+)과 출력단 사이에는 제4 저항(R4)이 연결되어 있으며, 제5 저항(R5)의 타단으로 제6 저항(R6)과 제1 커패시터(C1)가 병렬연결되어 있다.

상기 입력전압센싱부(21)의 출력단자(OUT)는 제5 저항(R5)의 타단과 연결된다.

이러한 입력전압센싱부(21)는 입력되는 교류 전압(Vin)을 낮은 레벨, 바람직하게는 1 내지 5V의 레벨로 증폭하여 출력한다.

제1 및 제3 저항(R1, R3)은 동일한 크기를 가질 수 있으며, 제2 저항(R2)은 제1 저항(R1)보다 작은 크기를 갖는다.

제4 및 제5 저항(R4, R5) 또한 제1 저항(R1)보다 작은 크기를 가지며, 제5 저항(R5)은 제6 저항(R6)보다 작거나 같은 크기를 가질 수 있다.

상기 오프셋 전압(Vost)은 직류 전압으로서, 입력 교류 전압(Vin)보다 매우 작은 값을 가지고, 상기 연산증폭기(AMP)의 VDD 값과 동일한 크기일 수 있다.

이때, 상기 입력전압센싱부(21)는 교류입력전압(Vin)과 병렬로 연결되어 오프셋전압을 비반전입력단(+)에 오프셋전압(Vost)을 인가함으로써 상기 교류입력전압(Vin)이 매우 낮은 레벨로 천이하더라도 상기 연산증폭기(AMP)의 비반전입력단(+)의 전압 갑을 올려 연산증폭기(AMP)의 동작을 진행시킨다.

또한, 출력단자(OUT)에 제5 저항(R5) 및 제6 저항(R6)을 직렬 연결하고, 상기 제6 저항(R6)과 제1 커패시터(C1)가 병렬 연결되어 제5 저항(R5)과 제6 저항(R6) 및 제1 커패시터(C1)의 전압 분배에 의해 출력단자(OUT)로 낮은 전압까지 출력될 수 있다.

이러한 출력단자(OUT)는 마이컴의 AD포트와 연결되어 마이컴 내부에서 옵셋 보정 연산을 통해 전 영역이 센싱되도록 제어한다.

이하에서는 도 2의 입력전압센싱부(21)의 출력을 시뮬레이션하여 설명한다.

도 3a는 교류 입력 전압을 도시한 것이고, 도 3b는 도 2의 회로에서 센싱된 출력 전압을 도시한 것이다.

이때, 입력 교류전압(Vin)은 200V, 주파수 60Hz, 제1 저항(R1)은 100KΩ, 제2 저항(R2)은 3KΩ, 제3 저항(R3)은 100KΩ, 제4 저항(R4)은 3KΩ, 제5 저항(R5)은 1KΩ, 제6저항(R6)은 2KΩ로 설정하였으며, 제1 커패시터(C1)는 47pF를 충족하도록 설정하였다.

또한, 입력 교류전압(Vin)의 뒷단에는 브릿지 정류기가 형성될 수 있으며, 상기 연산증폭기(AMP)의 VDD는 12V, VSS는 0V, 오프셋전압(Vost)은 12V로 설정하였다.

또한, 각각의 전압이 연결되는 영역에 노이즈 제거를 위한 커패시터가 형성될 수 있다.

200V, 60Hz의 입력 교류 전압(Vin)에 대하여 도 3a은 브릿지 정류기를 통과한 파형을 나타내는 것으로, 이에 대하여 도 3b의 출력단자(OUT)의 전압은 1 내지 5V를 왕복하는 파형손실 없이 출력됨을 볼 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

온보드 충전기 20 배터리 30
입력전압센싱부 21
연산증폭기 AMP

Claims

하이브리드 차량 또는 전기 차량에서 배터리를 충전하는 온보드 충전기에 있어서,
교류 입력 전압을 센싱하여 출력하는 입력전압센싱부를 포함하고,
상기 입력전압센싱부는 상기 교류 입력 전압이 인가되는 비반전입력단, 반전입력단, 그리고 출력단을 가지는 연산증폭기를 포함하며,
상기 입력 교류 전압과 병렬로 오프셋전압을 상기 비반전입력단에 인가하는 온보드 충전기로서,.
상기 입력전압센싱부는
상기 비반전입력단과 상기 교류 입력 전압 사이에 제1 저항,
상기 비반전입력단과 상기 오프셋전압 사이에 제2 저항,
상기 반전입력단과 접지 사이에 제3 저항, 그리고
상기 반전입력단과 상기 출력단 사이에 제4 저항을 포함하는
온보드 충전기.
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제1항에 있어서,
상기 입력전압센싱부는
상기 연산증폭기의 출력단과 상기 입력전압센싱부의 출력단자 사이에 제5 저항을 포함하는 온보드 충전기.
제4항에 있어서,
상기 입력전압센싱부는
상기 입력전압센싱부의 출력단자와 접지 사이에 서로 병렬 연결되어 있는 제6 저항과 제1 커패시터를 포함하는 온보드 충전기.
제5항에 있어서,
상기 제2 저항은 상기 제1 저항보다 작은 크기를 가지는 온보드 충전기.
제6항에 있어서,
상기 제5 저항은 상기 제6 저항에 대하여 같거나 작은 크기를 가지는 온보드 충전기.
제1항에 있어서,
상기 입력전압센싱부는 1 내지 5V를 왕복하는 출력 전압을 생성하는 온보드 충전기.
제1항에 있어서,
상기 입력전압센싱부는 상기 교류 입력 전압을 정류하는 브릿지 정류기를 더포함하는 온보드 충전기.
제9항에 있어서,
상기 입력전압센싱부는 200V의 상기 교류 입력 전압에 대하여 1 내지 5V를 왕복하는 출력 전압을 출력하는 온보드 충전기.