KR101629997B1 - 전기자동차 충전기를 위한 ｄｃ-링크 캐패시터 방전 장치 - Google Patents

전기자동차 충전기를 위한 ｄｃ-링크 캐패시터 방전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따라 교류전원을 변환하여 고전압 배터리를 충전하기 위한 전기자동차용 충전장치가 개시되며, 상기 교류전원을 입력받아 직류 전원으로 정류하기 위한 정류기; 상기 정류된 직류 전원을 입력받되, 상기 충전장치의 역률을 보상하기 위한 부스트 PFC(power factor control) 회로; 상기 부스트 PFC 회로의 출력에 접속하여 전압을 충전하는 DC-링크 캐패시터; 및 상기 DC-링크 캐패시터에 충전된 전압을 변환하여 상기 고전압 배터리를 충전하기 위한 DC-DC 컨버터를 포함하고, 상기 충전장치는 상기 정류기, 상기 부스트 PFC 회로, 및 상기 DC-DC 컨버터를 제어하기 위한 제어기; 및 상기 DC-링크 캐패시터의 출력단에 연결되어 상기 DC-링크 캐패시터에 충전된 전원을 변환하여 상기 제어기에 전원을 공급하기 위한 보조전원부를 더 포함할 수 있다.

Description

전기자동차 충전기를 위한 ＤＣ-링크 캐패시터 방전 장치{AN APPARATUS FOR DISCHARHING DC-LINK CAPACITOR FOR ELECTRIC VEHICLE CHARGER}
본 발명은 전기자동차 충전기를 위한 DC-링크 캐패시터(DC-link capacitor) 방전 장치에 관한 것이다.
전기자동차용 충전기를 포함한 역률 보상을 위해 부스트 PFC(power factor control) 회로를 채용한 전자 장치는 초기에 부스트 PFC 출력단의 캐패시터(Capacitor)에 충전된 고전압을 방전하기 위한 방안이 필요하다.
종래의 기술에서는, 상기 전기자동차 충전장치의 동작 중에 이상 발생시에 상기 부스트 PFC 회로의 출력단에 충전된 고전압을 그대로 유지하고 있어, 이 충전전압이 방전되기까지 수분 내지 수십분을 기다려야 하거나 또는 별도의 방전 회로를 만들어 방전을 수행하게 된다. 이로 인해, 상기 기다리는 시간에 대한 비용 발생과, 추가 구성요소를 위한 비용 발생이 필연적이다.
종래문헌 : 공개특허번호 10-2010-0136086호(2010.12.28)
따라서, 본 발명에서는 상기 부스트 PFC 회로의 출력단의 DC-링크 캐패시터에 충전된 전압을 방전하기 위한 더욱 안정적이고 적은 비용이 투입되는 장치를 제안하고자 한다.
본 발명은 상기 부스트 PFC 회로의 출력단의 DC-링크 캐패시터에 충전된 전압을 방전하기 위한 더욱 안정적이고 적은 비용이 투입되는 장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 교류전원을 변환하여 고전압 배터리를 충전하기 위한 전기자동차용 충전장치로서, 상기 충전장치는 상기 교류전원을 입력받아 직류 전원으로 정류하기 위한 정류기; 상기 정류된 직류 전원을 입력받되, 상기 충전장치의 역률을 보상하기 위한 부스트 PFC(power factor control) 회로; 상기 부스트 PFC 회로의 출력에 접속하여 전압을 충전하는 DC-링크 캐패시터; 및 상기 DC-링크 캐패시터에 충전된 전압을 변환하여 상기 고전압 배터리를 충전하기 위한 DC-DC 컨버터를 포함하고, 상기 충전장치는 상기 정류기, 상기 부스트 PFC 회로, 및 상기 DC-DC 컨버터를 제어하기 위한 제어기; 및 상기 DC-링크 캐패시터의 출력단에 연결되어 상기 DC-링크 캐패시터에 충전된 전원을 변환하여 상기 제어기에 전원을 공급하기 위한 보조전원부를 더 포함할 수 있다.
상기 보조전원부는 SMPS(Switching Mode Power Supply)일 수 있고, 상기 보조전원부는 상기 DC-링크 캐패시터의 양단에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 충전장치가 비정상적으로 동작하는 경우, 상기 제어기는 상기 정류기, 상기 부스트 PFC 회로, 및 상기 DC-DC 컨버터의 동작을 중지하고, 상기 DC-링크 캐패시터에 충전된 전원을 상기 보조전원부를 통해 공급받을 수 있다.
또한, 상기 충전장치가 비정상적으로 동작하는 경우, 상기 보조전원부는 상기 DC-링크 캐패시터에 충전된 전원을 변환하여 상기 제어기로 제공할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 DC-링크 캐패시터가 완충되기전까지 상기 제어기에 연결된 저전압배터리로부터 전원을 공급받고, 상기 DC-링크 캐패시터가 완충되면 상기 보조전원부로부터 전원을 공급받을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 대용량 부스트 PFC 회로에서 정상 동작 이외에 보호 회로 동작이나 유사 사고 발생시 모든 스위칭 소자들의 동작이 일시적으로 멈춘 상태로 있을 경우, 상기 부스트 PFC 회로의 출력단에 연결된 DC-링크 캐패시터에 약 400Vdc 정도의 고전압이 인가되어 있는 상태에서 보조전원부의 동작으로 자연스럽게 상기 DC-링크 캐패시터의 방전 루프를 형성하여 추가 회로 없이 유사시 전기적 안정성 확보할 수 있는 장점을 가진다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기자동차용 충전장치의 구성을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 충전장치의 구성을 도시한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기자동차용 충전장치의 구성을 도시한다. 상기 충전장치는 교류전원을 고전압 배터리를 충전하기 위한 직류 전원으로 변환하기 위한 전력변환부(110, 120, 130, 140)와 상기 전력변환부를 제어하기 위한 제어기(150) 및 상기 제어기에 전원을 공급하기 위한 전원부(160) 및 저전압 배터리를 포함할 수 있다.
도 1에 표시된 화살표들은 상기 제어기(150)가 정류기(110), 부스트 PFC(power factor control) 회로(120) 및 DC-DC 컨버터(140)를 제어할 수 있음을 의미한다.
상기 제어기(150)는 전원부(160)로부터 동작을 위한 전원을 제공받을 수 있다. 상기 전원부(160)는 상기 저전압 배터리에서 공급되는 전원을 스위칭 또는 레귤레이팅할 수 있고, 이러한 스위칭 또는 레귤레이팅된 전원을 상기 제어기(150)로 제공할 수 있다.
한편, 상기 충전장치 또는 상기 충전장치의 전력변환부가 비정상적으로 동작하는 경우에, 상기 제어기(150)는 회로 보호 동작을 수행하여 상기 전력변환부의 모든 소자를 턴-오프(turn-off)시킬 수 있다. 이 경우에, 상기 부스트 PFC 회로(120)의 출력단에 연결된 DC-링크 캐패시터(130)에는 고전압의 전원이 충전되어 있다.
따라서, 상기 전력변환부가 정상적인 동작을 수행하려면, 상기 DC-링크 캐패시터(130)의 양단의 고전압이 방전될 때까지 대기하여야 할 것이다. 또한, 이렇게 고전압의 전원이 상기 DC-링크 캐패시터(130)의 양단에 유지되면 감전과 같은 안전 사고가 발생할 염려도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 충전장치의 구성을 도시한다. 상기 충전장치는 교류전원을 변환하여 고전압 배터리를 충전하기 위한 전기자동차용 충전장치로서, 상기 교류전원을 입력받아 직류 전원으로 변환하기 위한 정류기(210); 상기 정류된 직류 전원을 입력받되, 상기 충전장치의 역률을 보상하기 위한 부스트 PFC(power factor control) 회로(220); 상기 부스트 PFC 회로의 출력에 접속하여 전압을 충전하는 DC-링크 캐패시터(230); 및 상기 DC-링크 캐패시터에 충전된 전압을 변환하여 상기 고전압 배터리를 충전하기 위한 DC-DC 컨버터(240)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 충전장치는 상기 정류기, 상기 부스트 PFC 회로, 및 상기 DC-DC 컨버터를 제어하기 위한 제어기(250); 및 상기 DC-링크 캐패시터의 출력단에 연결되어 상기 DC-링크 캐패시터에 충전된 전원을 변환하여 상기 제어기에 전원을 공급하기 위한 보조전원부(260)를 더 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 충전장치의 제어기(250)는 저전압 배터리를 주전원으로 이용하고, 상기 보조전원부(260)를 보조전원으로 이용할 수 있다. 다시 말하면, 상기 충전장치가 정상적으로 동작하는 경우, 상기 제어기(250)는 상기 저전압 배터리로부터 전원을 제공받을 수 있고; 상기 충전장치가 비정상적으로 동작하는 경우, 상기 제어기(250)는 상기 DC-링크 캐패시터(230)에 충전된 고전압을 자신의 동작전원으로서 제공받을 수 있다.
또한, 상기 충전장치가 동작의 초기 단계에 있는 경우, 상기 제어기(250)는 상기 저전압 배터리로부터 전원을 제공받을 수 있고; 상기 충전장치가 초기 단계를 벗어나 정상적으로 동작하는 경우나 상기 충전장치가 비정상적으로 동작하는 경우에 상기 DC-링크 캐패시터(230)에 충전된 고전압을 자신의 동작전원으로서 제공받을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 충전장치의 동작을 좀더 상세하게 설명하도록 한다. 상기 충전장치의 제어기(250)는 상기 부스트 PFC 회로(220)의 출력단에 연결된 DC-링크 캐패시터(230)의 양단의 전압을 자신의 동작전원으로서 이용할 수 있다. 다시 말하면, 상기 제어기(250)는 상기 DC-링크 캐패시터(230)의 양단에 연결된 보조전원부(260)로부터 전원을 공급받을 수 있다.
한편, 상기 DC-링크 캐패시터(230)의 양단 전압은 완충되기까지 일정 시간이 필요하므로, 상기 충전장치의 초기 동작 단계에서는, 상기 제어기(250)는 상기 저전압배터리로부터 동작전원을 제공받을 수 있다. 또한, 이렇게 초기 동작 단계에서만 상기 저전압배터리를 사용한다면, 상기 저전압배터리의 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고 나서, 상기 DC-링크 캐패시터(230)의 양단의 전압이 완충되면, 즉 초기 동작 단계를 벗어나면, 상기 제어기(250)는 상기 보조전원부(260)로부터 전원을 공급받을 수 있다. 상기 보조전원부(260)는 상기 DC-링크 캐패시터(230) 양단에 충전된 전원을 공급받아 이를 스위칭 또는 레귤레이팅하여 상기 제어기(250)로 제공할 수 있다.
상기 충전장치의 동작이 오동작 또는 비정상적인 동작을 하게 되면, 상기 제어기(250)는 상기 충전장치의 동작을 중지할 수 있다. 다시 말하면, 이 경우에 상기 제어기(250)는 상기 정류기(210), 상기 부스트 PFC 회로(220) 및 DC-DC 컨버터(240)의 동작을 중지시킬 수 있다.
상기 충전장치의 동작이 중지되면, 상기 DC-링크 캐패시터(230)의 양단에는 약 400Vdc 정도의 전압이 충전되어 있을 수 있다. 종래 기술에 따르면 상기 DC-링크 캐패시터(230) 양단에 충전된 고전압은 감전 등의 안전사고를 유발할 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 DC-링크 캐패시터(230)의 양단은 상기 보조전원부(260)에도 연결되어 있으므로, 상기 DC-링크 캐패시터(230) 양단의 고전압은 상기 보조전원부(260)의 전압변환 동작에 의해 수초 내로 완전히 방전될 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전장치는 상기 충전장치가 오동작 또는 비정상적 동작을 해서 상기 충전장치의 동작을 중단한 경우에도 상기 DC-링크 캐패시터(230) 양단의 고전압을 신속하게 방전시킬 수 있으므로 안전사고의 유발 가능성을 최소화할 수 있다.
위에서 본 발명의 실시예들이 설명되었으며, 당해 기술 분야에 속한 통상의 지식을 가진 자는 이러한 실시예들은 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 예시적인 것임을 인식할 수 있고, 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않고 변형, 수정 등이 가능함을 인식할 것이다.
210: 정류기 220: 부스트 PFC 회로
230: DC-링크 캐패시터 240: DC-DC 컨버터
250: 제어기 260: 보조전원부

Claims (6)

  1. 교류전원을 변환하여 고전압 배터리를 충전하기 위한 전기자동차용 충전장치로서,
    상기 교류전원을 입력받아 직류 전원으로 변환하기 위한 정류기; 상기 정류된 직류 전원을 입력받되, 상기 충전장치의 역률을 보상하기 위한 부스트 PFC(power factor control) 회로; 상기 부스트 PFC 회로의 출력에 접속하여 전압을 충전하는 DC-링크 캐패시터; 및 상기 DC-링크 캐패시터에 충전된 전압을 변환하여 상기 고전압 배터리를 충전하기 위한 DC-DC 컨버터를 포함하고, 상기 충전장치는
    상기 정류기, 상기 부스트 PFC 회로, 및 상기 DC-DC 컨버터를 제어하기 위한 제어기; 및 상기 DC-링크 캐패시터의 출력단에 연결되어, 상기 DC-링크 캐패시터에 충전된 전원을 변환하여 상기 제어기에 전원을 공급하기 위한 보조전원부를 더 포함하고,
    상기 충전장치가 비정상적으로 동작하는 경우, 상기 보조전원부는 상기 DC-링크 캐패시터에 충전된 전원을 변환하여 상기 제어기로 제공하는, 전기자동차용 충전장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보조전원부는 SMPS(Switching Mode Power Supply)인, 전기자동차용 충전장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보조전원부는 상기 DC-링크 캐패시터의 양단에 전기적으로 연결되는, 전기자동차용 충전장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 충전장치가 비정상적으로 동작하는 경우,
    상기 제어기는 상기 정류기, 상기 부스트 PFC 회로, 및 상기 DC-DC 컨버터의 동작을 중지하고, 상기 DC-링크 캐패시터에 충전된 전원을 상기 보조전원부를 통해 공급받는, 전기자동차용 충전장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어기는:
    상기 DC-링크 캐패시터가 완충되기전까지 상기 제어기에 연결된 저전압배터리로부터 전원을 공급받고, 상기 DC-링크 캐패시터가 완충되면 상기 보조전원부로부터 전원을 공급받는, 전기자동차용 충전장치.
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