KR101816363B1 - 무손실 에너지 회생 회로 - Google Patents

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KR101816363B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로는 배터리 충전기에 연결되는 수신단과 상기 배터리 충전기로부터 전류를 공급받아 배터리로 전달하는 충전 모드와, 상기 배터리를 방전시키는 방전 모드를 제어하는 제어부와 적어도 하나의 스위치를 포함하고, 상기 방전모드에서 적어도 하나의 커패시터에 저장된 에너지를 상기 충전모드에서 회생하여, 상기 저장된 에너지를 상기 배터리에 전달하는 에너지 회생부와 상기 배터리에 연결되고, 상기 배터리 충전기로부터 공급받은 전류를 상기 배터리에 제공하는 송신단을 포함할 수 있다.

Description

무손실 에너지 회생 회로{LOSSLESS ENERGY RECOVERY CIRCUIT}
본 발명은 무손실 에너지 회생 회로에 관한 분야에 속하며, 특히 펄스형 배터리 충전기용 무손실 에너지 회생 회로에 관한 분야에 속한다.
최근 배터리 충전 시스템이 급속도로 발전하고 있다. 그런데 기존 배터리 충전 시스템은 일정한 전류만을 인가하여 충전 시 여러 가지 단점들이 발생한다. 기존 배터리 충전 시스템은 시간 경과에 따라 일정한 변동이 없는 전류만을 인가하고 있다. 이와 같이 일정한 전류를 인가하게 되면, 충전 시 배터리에 이온층이 형성된다. 그리고 이러한 이온층이 형성되면, 배터리에서 발열이 발생하거나 에너지의 손실이 발생하여, 충전되는 전류를 높일 수 없는 단점이 발생한다. 따라서 이러한 단점들을 해소하기 위하여, 최근 펄스형 충전기가 개발되고 있다.
그런데, 기존에는 방전 모드에서 펄스 형태로 상기 적어도 하나의 커패시터에 충전된 전압이 저항을 통해 방전됨으로써, 전력 손실이 발생하여, 전체적인 효율이 감소하고, 발열이 발생하는 문제점이 있었다. 즉 기존의 펄스형 충전기에는 일반적으로 저항이 결합되어, 방전 모드에서 상기 저항을 통해 에너지가 방전됨으로써 전력 손실이 발생하는 문제점이 있다. 따라서 기존의 펄스형 충전기는 상기 저항으로 인하여 전체적인 효율이 감소하고 발열이 발생하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기 저항을 무손실 에너지 회생 회로로 대체하여, 에너지 방전을 통한 충전 효율이 감소하는 문제점을 해결하고자 한다.
본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로는, 전력손실이 발생하지 않고 전체적인 충전 효율이 향상되며 발열 문제도 발생하지 않는 펄스형 배터리 충전기용 회로를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로는 배터리 충전기에 연결되는 수신단과 상기 배터리 충전기로부터 전류를 공급받아 배터리로 전달하는 충전 모드와, 상기 배터리를 방전시키는 방전 모드를 제어하는 제어부와 적어도 하나의 스위치를 포함하고, 상기 방전모드에서 적어도 하나의 커패시터에 저장된 에너지를 상기 충전모드에서 회생하여, 상기 저장된 에너지를 상기 배터리에 전달하는 에너지 회생부와 상기 배터리에 연결되고, 상기 배터리 충전기로부터 공급받은 전류를 상기 배터리에 제공하는 송신단을 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서 상기 적어도 하나의 스위치는 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조) 동작을 수행할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서 상기 적어도 하나의 스위치는 한 쌍의 스위치인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서 상기 한 쌍의 스위치는 동시에 턴온 또는 턴오프되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서, 상기 에너지 회생부는 트랜스포머를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서, 상기 트랜스포머는, 제1차 측과 제2차 측을 포함하고, 상기 제1차 측은 상기 적어도 하나의 스위치에 연결되고, 상기 제2차 측은 상기 송신단에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서, 상기 에너지 회생부는 상기 적어도 하나의 스위치와 상기 트랜스포머의 제1차 측이 상기 커패시터의 방전 루프를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서, 상기 에너지 회생부는 상기 트랜스포머의 제1차 측의 일단과 타단에 각각 연결되어 상기 트랜스포머의 자화전류를 밸런싱하기 위한 한 쌍의 프리휠링 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서, 상기 에너지 회생부는 상기 방전 모드시 상기 트랜스포머의 제2차측과 연결을 끊어주고, 상기 충전모드시 상기 트랜스포머의 제1차측 에너지를 배터리에 흘려주기 위해 상기 트랜스포머의 제 2차측의 일단에 연결되는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 따르면, 상기 적어도 하나의 커패시터에 상기 방전모드에서 저장된 에너지를 상기 송신단을 통하여 상기 배터리에 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 따르면, 방전 모드에서 커패시터에 저장된 에너지를 충전 모드에서 배터리로 공급함으로써 전력손실이 발생하지 않아 전체적인 충전 효율이 향상되고 발열 문제도 발생하지 않는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로가 배터리 충전기 및 배터리에 연결된 회로를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서, 충전 모드와 방전 모드에 따라 스위치들의 턴온과 턴오프 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서, 충전 모드와 방전 모드에 따라 스위치들의 턴온과 턴오프 동작을 나타내는 타이밍도이다..
도 7은 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서, 충전 모드 시의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서, 충전 모드 시에 한 쌍의 에너지회생회로 스위치가 턴온된 경우의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서, 충전 모드 시에 한 쌍의 에너지회생회로 스위치가 턴오프된 경우의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이다.
이하 본 발명에 다른 바람직한 실시예를 첨부한 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어 본 발명의 범위는 이하의 실시예들에 한정되지 아니한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로가 배터리 충전기 및 배터리에 연결된 회로를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서, 전류 펄스 발생 회로(100)는 무손실 에너지 회생 회로를 포함할 수 있다. 그리고 상기 전류 펄스 발생 회로(100)는 배터리 충전기(140)에 연결되는 수신단(110)과, 상기 배터리 충전기(140)로부터 전류를 공급받아 배터리(150)로 전달하는 충전 모드와, 상기 배터리(150)를 방전시키는 방전 모드를 제어하는 전류펄스발생회로 제어부와, 상기 배터리(150)에 연결되고, 상기 배터리 충전기(140)로부터 공급받은 전류를 상기 배터리(150)에 제공하는 송신단(120)을 포함할 수 있다.
이때, 전원(130)은 배터리(140)에 전기적으로 연결되어 전력을 공급한다. 예를 들어 상기 전원(130)은 배터리(140)에 교류 전력을 공급하여, 상기 배터리 충전기(140)는 상기 전원(130)으로부터 교류 전력을 공급받을 수 있다. 이때, 상기 배터리 충전기(140)는 공급 받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다. 그리고 상기 배터리 충전기(140)는 배터리(150)와 전기적으로 연결되어 상기 배터리에 전력을 공급하여 충전시킬 수 있다.
그리고 상기 전류 펄스 발생 회로(100)의 수신단(110)은 배터리 충전기(140)의 송신단에 연결될 수 있다. 이때, 상기 전류 펄스 발생 회로(100)의 수신단(110)은 배터리 충전기(140)의 송신단에 병렬로 연결될 수 있다. 그리고 상기 수신단(110)을 통하여 상기 배터리 충전기(140)로부터 전력을 공급받을 수 있다.
또한, 상기 전류펄스발생회로 제어부는 상기 배터리 충전기(140)로부터 전류를 공급받아 배터리(150)로 전달하는 충전 모드와, 상기 배터리(150)를 방전시키는 방전 모드를 제어할 수 있다. 이때, 상기 전류펄스발생회로 제어부는 충전모드에서는 양의 전류를 흐르게 하고 방전모드에서는 음의 전류를 흐르게 하는 전류 펄스를 생성할 수 있다. 즉, 상기 전류펄스발생회로 제어부는 상기 배터리 충전기(140)로부터 공급받은 전력을 이용하여, 상기 충전모드에서는 상기 배터리(150)에 양의 전류를 흐르게 하여 상기 배터리(150)를 충전시키고, 상기 방전모드에서는 음의 전류를 흐르게 하여 상기 배터리(150)를 방전시켜 상기 배터리(150)에 전류를 흐르게 할 수 있다.
이때, 상기 전류펄스발생회로 제어부는 상기 배터리(150)에 상기 충전모드와 상기 방전모드를 반복하여 펄스 전류를 흐르게 할 수 있다. 이와 같이 상기 전류펄스발생회로 제어부가 상기 배터리(150)에 펄스 전류를 흐르게 하여 상기 배터리(150)를 충전시키면, 충전 시에 형성된 이온층을 전해질로 확산 분해되도록 하여, 충전시의 내부 저항의 증가를 막고 결과적으로 충전되는 전류를 증가시켜 급속 충전이 가능하게 하는 효과가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로를 구체적으로 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 무손실 에너지 회생 회로(200)는 펄스형 배터리 충전기용 회로(100)에 포함될 수 있다. 그리고 상기 펄스형 배터리 충전기용 회로(100)에는 양방향 스위치(230), 적어도 하나의 커패시터(242, 244), 방전 스위치(250)를 포함할 수 있다.
상기 양방향 스위치(230)의 일단은 상기 수신단의 양극(210)에 연결되고, 타단은 상기 송신단의 양극(220)에 연결될 수 있다. 그리고 상기 양방향 스위치(230)는 상기 충전모드에서는 턴온(turn-on)되고 상기 방전모드에서는 턴오프(turn-off)될 수 있다. 따라서 상기 충전모드에서는 상기 양방향 스위치(230)가 턴온되어 상기 배터리 충전기로부터 공급된 전류를 상기 배터리에 전달하여 상기 배터리를 충전시킬 수 있고, 상기 방전모드에서는 상기 양방향 스위치(230)가 턴오프되어 배터리(150)의 전압이 배터리 충전기(140)로 흘러들어가는 것을 방지할 수 있다.
상기 적어도 하나의 커패시터(242, 244)의 일단은 상기 양방향 스위치(230)에 연결되고, 타단은 상기 방전 스위치(250)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 적어도 하나의 커패시터(242, 244)는 상기 방전모드에서 에너지를 저장할 수 있다. 즉, 상기 방전모드에서는 상기 양방향 스위치(230)가 턴오프되어, 방전전류가 상기 송신단(220)으로부터 흘러 들어와 상기 적어도 하나의 커패시터에 흐르면서 에너지가 저장될 수 있다. 이때, 상기 적어도 하나의 커패시터는 복수개일 수 있으며, 상기 송신단과 수신단에 병렬로 연결될 수 있다.
방전 스위치(250)의 일단(310)은 상기 커패시터(242, 244)에 연결되고, 타단(320)은 상기 수신단의 음극(212)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 방전 스위치(250)는 턴온 및 턴오프 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 방전 스위치(250)는 충전 모드에서 턴 오프되고, 방전모드에서 턴온된다. 여기서, 상기 방전 스위치(250)는 상기 방전모드에서 상기 배터리(150)에 펄스 형태의 방전 전류를 흐르게 할 수 있다.
그리고 상기 무손실 에너지 회생 회로(200)는 적어도 하나의 스위치(260, 262)를 포함하고, 상기 방전모드에서 상기 적어도 하나의 커패시터(242, 244)에 저장된 에너지를 상기 충전모드에서 회생하여, 상기 저장된 에너지를 상기 배터리(150)에 전달하는 에너지 회생부를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 스위치의 일단(304)은 상기 적어도 하나의 커패시터의 일단(302)에 연결될 수 있고, 타단(314)은 상기 적어도 하나의 커패시터의 타단(312)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 적어도 하나의 스위치는 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조) 동작을 수행할 수 있다. 상기 PWM 동작은 예를 들어, 0과 1을 주기적으로 반복하는 스위칭 동작을 의미할 수 있다. 그리고 상기 적어도 하나의 스위치는 한 쌍의 스위치일 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이, 상기 적어도 하나의 스위치는 한 쌍의 스위치(260, 262)로써, 제1 스위치(260)의 일단(304)은 상기 적어도 하나의 커패시터의 일단(302)에 연결되고 타단은 트랜스포머(270)의 일단(318)에 연결될 수 있고, 제2 스위치(262)의 일단은 상기 적어도 하나의 커패시터의 타단(312)에 연결되고 타단은 상기 트랜스포머(270)의 일단(316)에 연결될 수 있다.
그리고 상기 한 쌍의 스위치(260, 262)는 동시에 턴온 또는 턴오프될 수 있다. 즉 상기 한 쌍의 스위치(260, 262)가 동시에 턴온되면, 상기 한 쌍의 스위치(260, 262)와 상기 트랜스포머(270)와 상기 적어도 하나의 커패시터(242, 244)가 하나의 루프(방전 루프)를 형성하여 전류가 흐를 수 있다. 즉, 상기 적어도 하나의 스위치와 상기 트랜스포머의 제1차 측이 상기 커패시터의 방전 루프를 형성할 수 있다. 반대로 상기 한 쌍의 스위치(260, 262)가 동시에 턴오프되면, 상기 방전 루프에는 전류가 흐르지 않을 수 있다.
또한 상기 에너지 회생부는 트랜스포머(270)를 포함할 수 있다. 이때 상기 트랜스포머(270)는 제1차 측과 제2 차측을 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1차 측은 상기 적어도 하나의 스위치에 연결되고, 상기 제2차 측은 상기 송신단에 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이, 상기 트랜스포머(270)의 제1차 측의 일단(318)은 상기 제1 스위치(260)의 일단에 연결되고, 상기 제2차 측의 일단(316)은 상기 제2 스위치(262)의 일단에 연결될 수 있다. 그리고, 상기 트랜스포머(270)의 제2차 측의 일단은 상기 송신단의 양극(220)에 연결되고, 상기 제2차 측의 타단(322)은 상기 송신단의 음극(222)에 연결될 수 있다.
그리고 상기 에너지 회생부는 상기 트랜스포머의 제1차 측의 일단과 타단에 각각 연결되어 상기 트랜스포머의 자화전류를 밸런싱하기 위한 한 쌍의 프리휠링 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이, 상기 트랜스포머의 제1차 측의 일단(316)은 상기 한 쌍의 다이오드 중에서 제1 다이오드(280)의 일단(316)과 연결되고, 상기 트랜스포머의 제1차 측의 타단(318)은 상기 한 쌍의 다이오드 중에서 제2 다이오드(282)의 일단(318)과 연결될 수 있다. 그리고 상기 제1 다이오드(280)의 타단(306)은 상기 송신단의 양극(220)과 연결되고 상기 제2 다이오드(282)의 타단(314)은 상기 제2 스위치(262)의 일단(314)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 한 쌍의 다이오드는 상기 트랜스포머(270)의 자화전류를 밸런싱할 수 있다. 즉 상기 한 쌍의 다이오드는 각각 상기 송신단의 양극(220)과 상기 제2 스위치(262)에 연결되어 상기 트랜스포머(270)의 제1차 측에 흐르는 자화전류를 밸런싱하여 흐르게 할 수 있다.
또한 상기 에너지 회생부는 상기 방전 모드시 상기 트랜스포머의 제2차측과 연결을 끊어주고, 상기 충전모드시 상기 트랜스포머의 제1차측 에너지를 배터리에 흘려주기 위해 상기 트랜스포머의 제 2차측의 일단에 연결되는 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이, 상기 다이오드는 제3 다이오드(290)일 수 있고, 상기 제3 다이오드(290)의 일단은 상기 트랜스포머(270)에 연결되고 상기 제3 다이오드의 타단은 상기 송신단의 양극(220)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 제3 다이오드(290)는 상기 적어도 하나의 커패시터(242, 244)가 충전모드에서 에너지를 회생하여 상기 트랜스포머(270)의 제2차 측으로 공급할 수 있다. 즉, 상기 제3 다이오드(290)는, 상기 적어도 하나의 커패시터(242, 244)가 저장한 에너지를 상기 트랜스포머를 통하여 제공받아, 상기 트랜스포머의 제2차 측에 흐르는 전류를 상기 송신단으로 연결하여 흐르게 할 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 따르면, 상기 적어도 하나의 커패시터에 상기 방전모드에서 저장된 에너지를 상기 송신단을 통하여 상기 배터리에 제공할 수 있는 효과가 있다. 기존에는 방전 모드에서 펄스 형태로 상기 적어도 하나의 커패시터에 충전된 전압이 저항을 통해 방전됨으로써, 전력 손실이 발생하여, 전체적인 효율이 감소하고, 발열이 발생하는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 따르면, 방전 모드에서 커패시터에 저장된 에너지를 충전 모드에서 배터리로 공급함으로써 전력손실이 발생하지 않아 전체적인 충전 효율이 향상되고 발열 문제도 발생하지 않는 효과가 있다.
도 3을 통하여, 본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로의 동작을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서, 충전 모드와 방전 모드에 따라 스위치들의 턴온과 턴오프 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 3을 참조하면, 도 3은 충전 모드(350, 352)와 방전모드(360)에 따라, 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 포함된 복수개의 스위치들이 턴온 또는 턴오프되는 과정을 시간에 따라 나타내고 있다
상기 충전 모드(350, 352)에서는 상기 양방향 스위치(230, Q1)이 턴온되며, 상기 방전 스위치(250, Q2)는 턴오프되며, 상기 트랜스포머(270)에 연결된 상기 적어도 하나의 스위치(260(Q3), 262(Q4))는 PWM 스위칭 동작을 수행한다.
상기 충전 모드(350, 352)에서 상기 양방향 스위치(230)이 턴온되어 전류가 흐르고, 상기 트랜스포머(270)에 연결된 상기 적어도 하나의 스위치(260, 262)는 PWM 스위칭 동작을 수행하여, 상기 적어도 하나의 커패시터(242,244)에 저장된 에너지를 2차측으로 전달한다.
여기서, 상기 양방향 스위치(230, Q1)가 턴온되어 상기 배터리 충전기(140)로부터 제공된 전류가 상기 수신단(210)으로부터 흐르게 되나, 상기 방전 스위치(250, Q2)는 턴오프되므로 상기 상기 방전 스위치(250, Q2)에는 전류가 흐르지 않는다. 이때, 상기 수신단(210)으로부터 제공된 전류는 상기 배터리(150)에 연결된 송신단(220)으로 흘러 상기 배터리(150)를 충전시킬 수 있다.
그리고 상기 트랜스포머(270)에 연결된 상기 적어도 하나의 스위치(260(Q3), 262(Q4))는 PWM 스위칭 동작을 수행하므로, 상기 적어도 하나의 스위치(260(Q3), 262(Q4))가 한 쌍의 스위치를 이루어 동시에 턴온되면, 상기 한 쌍의 스위치(260, 262)와 상기 트랜스포머(270)와 상기 적어도 하나의 커패시터(242,244)가 하나의 루프(방전 루프)를 형성하여 전류가 흐를 수 있다. 즉, 상기 적어도 하나의 스위치와 상기 트랜스포머의 제1차 측이 상기 커패시터의 방전 루프를 형성할 수 있다. 반대로, 상기 적어도 하나의 스위치(260(Q3), 262(Q4))가 한 쌍의 스위치를 이루어 동시에 턴오프되면, 상기 방전 루프에는 전류가 흐르지 않을 수 있다.
다시 도 3을 참조하여 상기 방전 모드를 설명한다. 상기 방전 모드에서는 상기 양방향 스위치(230, Q1)는 턴오프되어 전류가 흐르지 않고, 상기 적어도 하나의 스위치(260(Q3), 262(Q4))도 턴오프되어 전류가 흐르지 않는다. 그러나 상기 방전 스위치(250, Q2)는 턴온 및 턴오프 동작(540)을 수행한다. 이때, 상기 제어부는 복수의 방전 모드들 사이에 동일한 시간의 휴지기간을 가지도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 3과 같이, 제1 충전 모드(350) 이후에, 제1 휴지기간(372), 제1 방전 모드(362), 제2 휴지기간(374), 제2 방전 모드(364), 제 3 휴지기간(376)을 순차적으로 진행하고, 다시 제2 충전 모드(352)가 진행되도록 제어할 수 있다. 이때 상기 방전 스위치(250)는 상기 방전 모드에서 상기 배터리(450)에 펄스 형태의 방전 전류를 흐르게 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로를 구체적으로 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 무손실 에너지 회생 회로(200)는 펄스형 배터리 충전기용 회로(100)에 포함될 수 있다. 그리고 상기 펄스형 배터리 충전기용 회로(100)에는 양방향 스위치(230), 적어도 하나의 커패시터, 방전 스위치(250)를 포함할 수 있다.
상기 양방향 스위치(230)의 일단은 상기 수신단의 양극(210)에 연결되고, 타단은 상기 송신단의 양극(220)에 연결될 수 있다. 그리고 상기 양방향 스위치(230)는 상기 충전모드에서는 턴온(turn-on)되고 상기 방전모드에서는 턴오프(turn-off)될 수 있다. 따라서 상기 충전모드에서는 상기 양방향 스위치(230)가 턴온되어 상기 배터리 충전기로부터 공급된 전류를 상기 배터리에 전달하여 상기 배터리를 충전시킬 수 있고, 상기 방전모드에서는 상기 양방향 스위치(230)가 턴오프되어 배터리(150)의 전압이 배터리 충전기(140)로 흘러들어가는 것을 방지 할 수 있다
상기 적어도 하나의 커패시터(240)의 일단은 다이오드(248)와 연결된 인덕터(246)에 연결되고 타단(422)은 상기 수신단은 음극(212)에 연결될 수 있다. 즉, 상기 적어도 하나의 커패시터(240)의 일단(412)은 상기 다이오드(248)의 일단과 연결되고, 상기 다이오드(248)의 타단(410)은 상기 인덕터의 일단(410)와 연결되며, 상기 인턱터의 타단(400)은 상기 양방향 스위치(230)의 일단과 연결될 수 있다. 이때, 상기 적어도 하나의 커패시터(240)는 상기 방전모드에서 에너지를 저장할 수 있다. 즉, 상기 방전모드에서는 상기 양방향 스위치(230)가 턴오프되어, 방전전류가 상기 송신단(220)으로부터 흘러 들어와서, 상기 인덕터(240)와 상기 적어도 하나의 커패시터(240)에 흐르면서 에너지가 저장될 수 있다. 이때, 상기 적어도 하나의 커패시터는 상기 송신단과 수신단에 병렬로 연결될 수 있다.
상기 방전 스위치(250)의 일단(410)은 상기 인덕터(246)에 연결되고, 타단(420)은 상기 수신단의 음극(212)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 방전 스위치(250)는 PWM 동작을 수행할 수 있다. 이와 같이 PWM 동작에 의해, 상기 방전모드에서 상기 배터리(450)에 펄스 형태의 방전 전류를 흐르게 할 수 있다.
그리고 상기 무손실 에너지 회생 회로(200)는 적어도 하나의 스위치(260, 262)를 포함하고, 상기 방전모드에서 상기 적어도 하나의 커패시터(240)에 저장된 에너지를 상기 충전모드에서 회생하여, 상기 저장된 에너지를 상기 배터리(150)에 전달하는 에너지 회생부를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 스위치(260, 262)의 일단(412)은 상기 적어도 하나의 커패시터의 일단(412)에 연결될 수 있고, 타단(424)은 상기 적어도 하나의 커패시터의 타단(422)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 적어도 하나의 스위치는 PWM 동작을 수행할 수 있다. 상기 PWM 동작은 예를 들어, 0과 1을 주기적으로 반복하는 스위칭 동작을 의미할 수 있다. 그리고 상기 적어도 하나의 스위치는 한 쌍의 스위치일 수 있다. 예를 들어, 도 4와 같이, 상기 적어도 하나의 스위치는 한 쌍의 스위치(260, 262)로써, 제1 스위치(260)의 일단(412)은 상기 적어도 하나의 커패시터의 일단(412)에 연결되고 타단은 트랜스포머(270)의 일단(414)에 연결될 수 있고, 제2 스위치(262)의 일단(424)은 상기 적어도 하나의 커패시터의 타단(422)에 연결되고 타단은 상기 트랜스포머(270)의 일단(416)에 연결될 수 있다.
그리고 상기 한 쌍의 스위치(260, 262)는 동시에 턴온 또는 턴오프될 수 있다. 즉 상기 한 쌍의 스위치(260, 262)가 동시에 턴온되면, 상기 한 쌍의 스위치(260, 262)와 상기 트랜스포머(270)와 상기 적어도 하나의 커패시터(240)가 하나의 루프(방전 루프)를 형성하여 전류가 흐를 수 있다. 즉, 상기 적어도 하나의 스위치와 상기 트랜스포머의 제1차 측이 상기 커패시터의 방전 루프를 형성할 수 있다. 반대로 상기 한 쌍의 스위치(260, 262)가 동시에 턴오프되면, 상기 방전 루프에는 전류가 흐르지 않을 수 있다.
또한 상기 에너지 회생부는 트랜스포머(270)를 포함할 수 있다. 이때 상기 트랜스포머(270)는 제1차 측과 제2차 측을 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1차 측은 상기 적어도 하나의 스위치에 연결되고, 상기 제2차 측은 상기 송신단에 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 4와 같이, 상기 트랜스포머(270)의 제1차 측의 일단(414)은 상기 제1 스위치(260)의 일단에 연결되고, 상기 제2차 측의 일단(416)은 상기 제2 스위치(262)의 일단에 연결될 수 있다. 그리고 상기 트랜스포머(270)의 제2차 측의 일단은 상기 송신단의 양극(220)에 연결되고, 상기 제2차 측의 타단(428)은 상기 송신단의 음극(222)에 연결될 수 있다.
그리고 상기 에너지 회생부는 상기 트랜스포머의 제1차 측의 일단과 타단에 각각 연결되어 상기 트랜스포머의 자화전류를 밸런싱하기 위한 한 쌍의 프리휠링 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4와 같이, 상기 트랜스포머의 제1차 측의 일단(414)은 상기 한 쌍의 다이오드 중에서 제1 다이오드(284)의 일단(414)과 연결되고, 상기 트랜스포머의 제1차 측의 타단(416)은 상기 한 쌍의 다이오드 중에서 제2 다이오드(286)의 일단(416)과 연결될 수 있다. 그리고 상기 제1 다이오드(284)의 타단(426)은 상기 제2 스취치(262)의 타단(424)과 연결되고 상기 제2 다이오드(286)의 타단(406)은 상기 송신단의 양극(220)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 한 쌍의 다이오드는 상기 트랜스포머(270)의 자화전류를 밸런싱할 수 있다. 즉 상기 한 쌍의 다이오드는 각각 상기 송신단의 양극(220)과 상기 제2 스위치(262)에 연결되어 상기 트랜스포머(270)의 제1차 측에 흐르는 자화전류를 밸런싱하여 흐르게 할 수 있다.
또한 상기 에너지 회생부는 상기 방전 모드시 상기 트랜스포머의 제2차측과 연결을 끊어주고, 상기 충전모드시 상기 트랜스포머의 제1차측 에너지를 배터리에 흘려주기 위해 상기 트랜스포머의 제 2차측의 일단에 연결되는 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4와 같이, 상기 다이오드는 제3 다이오드(290)일 수 있고, 상기 제3 다이오드(290)의 일단은 상기 트랜스포머(270)에 연결되고 상기 제3 다이오드의 타단은 상기 송신단의 양극(220)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 제3 다이오드(290)는 상기 적어도 하나의 커패시터(240)가 상기 방전모드에서 저장한 에너지를 상기 트랜스포머(270)의 제2차 측으로 공급할 수 있다. 즉, 상기 제3 다이오드(290)는, 상기 적어도 하나의 커패시터(240)가 저장한 에너지를 상기 트랜스포머를 통하여 제공받아, 상기 트랜스포머의 제2차 측에 흐르는 전류를 상기 송신단으로 연결하여 흐르게 할 수 있다.
따라서 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 따르면, 상기 적어도 하나의 커패시터에 상기 방전모드에서 저장된 에너지를 상기 송신단을 통하여 상기 배터리에 제공할 수 있는 효과가 있다. 즉 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 따르면, 방전 모드에서 커패시터에 저장된 에너지를 충전 모드에서 배터리로 공급함으로써 전력손실이 발생하지 않아 전체적인 충전 효율이 향상되고 발열 문제도 발생하지 않는 효과가 있다.
도 5 내지 도 9를 통하여, 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로를 보다 구체적으로 설명한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서, 충전 모드와 방전 모드에 따라 스위치들의 턴온과 턴오프 동작을 나타내는 타이밍도이다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서, 충전 모드 시의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서, 충전 모드 시에 한 쌍의 스위치가 턴온된 경우의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서, 충전 모드 시에 한 쌍의 스위치가 턴오프된 경우의 전류의 흐름을 나타내는 회로도이다. 여기서 도 7 내지 도 9에 도시된 회로도의 회로 소자들은 이미 설명한 도 4와 동일한 내용으로 자세한 설명은 생략한다.
먼저 도 5를 참조하면, 도 5는 충전 모드(500, 520)와 방전모드(510)에 따라, 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 포함된 복수개의 스위치들이 턴온 또는 턴오프되는 과정을 시간에 따라 나타내고 있다
상기 충전 모드(500, 520)에서는 상기 양방향 스위치(230, Q1)이 턴온되며, 상기 방전 스위치(250, Q2)는 턴오프되며, 상기 트랜스포머(270)에 연결된 상기 적어도 하나의 스위치(260(Q3), 262(Q4))는 PWM 스위칭 동작을 수행한다.
도 6은 상기 적어도 하나의 스위치(260, 262)가 PWM 스위칭 동작을 수행하는 과정을 시간에 따라 나타내고 있다. 도 6을 참조하면, 상기 충전 모드(500, 520)에서 상기 양방향 스위치(230)이 턴온되어 전류가 흐르고, 상기 트랜스포머(270)에 연결된 상기 적어도 하나의 스위치(260, 262)는 PWM 스위칭 동작을 수행하여, 상기 하나의 커패시터(240)에 저장된 에너지를 2차측으로 전달한다.
상기 충전 모드(500, 520)에서의 전류의 흐름을 도 7을 참조하여 설명한다. 상기 충전 모드(500, 520)에서는, 상기 양방향 스위치(230, Q1)가 턴온되어 상기 배터리 충전기(140)으로부터 제공된 전류가 상기 수신단(210)으로부터 흐르게 되나, 상기 방전 스위치(250, Q2)는 턴오프되므로 상기 인덕터(246)와 상기 방전 스위치(250, Q2)에는 전류가 흐르지 않는다. 이때, 상기 수신단(210)으로부터 제공된 전류는 상기 배터리(150)에 연결된 송신단(220)으로 흘러 상기 배터리(150)를 충전시킬 수 있다.
그리고 상기 트랜스포머(270)에 연결된 상기 적어도 하나의 스위치(260(Q3), 262(Q4))는 PWM 스위칭 동작을 수행하므로, 상기 적어도 하나의 스위치(260(Q3), 262(Q4))가 한 쌍의 스위치를 이루어 동시에 턴온되면, 상기 한 쌍의 스위치(260, 262)와 상기 트랜스포머(270)와 상기 적어도 하나의 커패시터(240)가 하나의 루프(방전 루프)를 형성하여 전류가 흐를 수 있다. 즉, 상기 적어도 하나의 스위치와 상기 트랜스포머의 제1차 측이 상기 커패시터의 방전 루프를 형성할 수 있다. 도 8은 상기 충전 모드에서 상기 방전 루프가 형성된 모습을 나타내고 있다. 도 8을 참조하면, 상기 적어도 하나의 스위치(260, 262)와 상기 트랜스포머(270)의 제1차 측이 상기 커패시터의 방전 루프를 형성하여 전류가 흐르고 있다. 그리고 상기 방전 루프에서 형성된 전류는 상기 트랜스포머의 제2차 측을 통하여 상기 다이오드(290, D3)를 통하여 상기 송신으로 흐를 수 있다. 따라서 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 커패시터(240)에 저장된 에너지가 상기 방전 루프에 흐르는 전류에 의해 상기 트랜스포머를 통하여 상기 송신단에 연결된 상기 배터리로 제공될 수 있는 효과가 있다.
반대로, 상기 적어도 하나의 스위치(260(Q3), 262(Q4))가 한 쌍의 스위치를 이루어 동시에 턴오프되면, 상기 방전 루프에는 전류가 흐르지 않을 수 있다. 도 9는 상기 충전 모드에서 상기 적어도 하나의 스위치(260(Q3), 262(Q4))가 한 쌍의 스위치를 이루어 동시에 턴오프된 전류의 흐름을 나타내고 있다. 도 9를 참조하면, 상기 적어도 하나의 스위치(260(Q3), 262(Q4))가 턴오프되어, 도 8에서 설명한 상기 방전 루프에는 전류가 흐르지 않고, 상기 송신단에 연결된 한 쌍의 다이오드인 제1 다이오드(284)와 제2 다이오드(286)에 전류가 흐르게 되어 상기 송신단으로 흐르게 된다.
따라서 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 따르면, 도 8과 같이 상기 충전 모드에서 상기 적어도 하나의 스위치(260(Q3), 262(Q4))가 한 쌍의 스위치를 이루어 동시에 턴온되면, 상기 방전 루프에 전류가 흐르게 되어, 상기 트랜스포머를 통하여 상기 송신단에 연결된 상기 배터리로 제공될 수 있다. 반대로 상기 적어도 하나의 스위치(260(Q3), 262(Q4))가 한 쌍의 스위치를 이루어 동시에 턴오프되면 상기 방전 루프에는 전류가 흐르지 않지만 상기 송신단에 연결된 한 쌍의 다이오드에 전류가 흐르게 되어 상기 송신단으로 전류가 흐르게 된다.
다시 도 5를 참조하여 상기 방전 모드를 설명한다. 상기 방전 모드에서는 상기 양방향 스위치(230, Q1)는 턴오프되어 전류가 흐르지 않고, 상기 적어도 하나의 스위치(260(Q3), 262(Q4))도 턴오프되어 전류가 흐르지 않는다. 그러나 상기 방전 스위치(250, Q2)는 PWM 스위칭 동작(540)을 수행한다. 이때, 상기 제어부는 복수의 방전 모드들 사이에 동일한 시간의 휴지기간을 가지도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 5와 같이, 제1 충전 모드(500) 이후에, 제1 휴지기간(530), 제1 방전 모드(512), 제2 휴지기간(532), 제2 방전 모드(514), 제 3 휴지기간(534)를 순차적으로 진행하고, 다시 제2 충전 모드(520)가 진행되도록 제어할 수 있다. 이때 PWM 스위치 동작을 수행하여, 상기 방전 모드에서 상기 배터리(450)에 펄스 형태의 방전 전류를 흐르게 할 수 있다. 즉, 상기 방전 모드에서, 상기 양방향 스위치(230)가 턴오프되어, 방전전류가 상기 송신단(220)으로부터 흘러 들어와서 PWM 스위치 동작에 따라, 상기 적어도 하나의 커패시터(240)에 에너지가 저장될 수 있다. 이렇게 저장된 에너지는 도 7 내지 도 9에서 설명한 바와 같이, 충전 모드에서 상기 트랜스포머를 통하여 상기 송신단에 연결된 상기 배터리에 제공될 수 있다.
따라서 본 발명의 다른 실시예인 무손실 에너지 회생 회로가 포함된 펄스형 배터리 충전기용 회로에 따르면, 방전 모드에서 커패시터에 저장된 에너지를 충전 모드에서 배터리로 공급함으로써 전력손실이 발생하지 않아 전체적인 충전 효율이 향상되고 발열 문제도 발생하지 않는 효과가 있다.
100 : 전류 펄스 발생 회로
200 : 무손실 에너지 회생 회로
260 및 262 : 적어도 하나의 스위치
270 : 트랜스포머

Claims (9)

  1. 펄스형 배터리 충전기용 회로에 있어서,
    배터리 충전기에 연결되는 수신단과;
    상기 배터리 충전기로부터 전류를 공급받아 배터리로 전달하는 충전 모드와, 상기 배터리를 방전시키는 방전 모드를 제어하는 제어부;
    트랜스포머와 적어도 하나의 스위치를 포함하고, 상기 방전모드에서 적어도 하나의 커패시터에 저장된 에너지를 상기 충전모드에서 회생하여, 상기 저장된 에너지를 상기 배터리에 전달하는 에너지 회생부; 및
    상기 배터리에 연결되고, 상기 배터리 충전기로부터 공급받은 전류를 상기 배터리에 제공하는 송신단을 포함하며,
    상기 트랜스포머는, 제1차 측과 제2차 측을 포함하고, 상기 제1차 측은 상기 적어도 하나의 스위치에 연결되고, 상기 제2차 측은 상기 송신단에 연결되며,
    상기 트랜스포머의 제1차 측의 일단과 타단에 각각 연결되어 상기 트랜스포머의 자화전류를 밸런싱하기 위한 한 쌍의 프리휠링 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 무손실 에너지 회생 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스위치는 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조) 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 무손실 에너지 회생 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스위치는 한 쌍의 스위치인 것을 특징으로 하는 무손실 에너지 회생 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 한 쌍의 스위치는 동시에 턴온 또는 턴오프되는 것을 특징으로 하는 무손실 에너지 회생 회로.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 회생부는 상기 적어도 하나의 스위치와 상기 트랜스포머의 제1차 측이 상기 커패시터의 방전 루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 무손실 에너지 회생 회로.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 회생부는 상기 방전 모드시 상기 트랜스포머의 제2차측과 연결을 끊어주고, 상기 충전모드시 상기 트랜스포머의 제1차측 에너지를 배터리에 흘려주기 위해 상기 트랜스포머의 제 2차측의 일단에 연결되는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 무손실 에너지 회생 회로.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007527683A (ja) * 2003-07-01 2007-09-27 ユニバーシティ オブ レイセスター 電池充電システム及び方法

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