KR101853600B1 - 충전 공용 인버터 - Google Patents

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시게하루 야마가미
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

배터리(70)의 정극이 접속되는 상부 아암의 스위칭 소자(21, 31, 41)와, 배터리(70)의 부극이 접속되는 하부 아암의 스위칭 소자(22, 32, 42)가 접속되는 아암 회로와, 배터리(70)의 정극에 일단부를 접속하는 제1 콘덴서(10)와, 제1 콘덴서(10)의 타단부와 배터리(70)의 부극 사이에 접속되는 제2 콘덴서(11)와, 상부 아암과 하부 아암의 스위칭 소자의 접속점에 캐소드 전극을 접속하는 제1 다이오드(12)와, 제1 콘덴서(10)의 타단부에 캐소드 전극을 접속하는 제2 다이오드(13)를 구비하고, 제1 다이오드(12)의 애노드 전극과 제2 다이오드(13)의 애노드 전극에 외부 전원(80)으로부터 전력이 공급된다.

Description

충전 공용 인버터
본 발명은 충전 수단으로서도 사용할 수 있는 충전 공용 인버터에 관한 것이다.
종래의 전기 자동차나 하이브리드카의 전동 차량은, 인버터를 구비하고, 인버터로 모터의 구동을 제어하고 있었다. 이 인버터에는, 모터의 구동 제어와 배터리의 충전 제어를 행하는(공용하는) 것이 있다.
이 충전 공용 인버터는, 외부 전원으로부터의 급전을 받고, 인버터의 스위칭 동작에 의해 외부 전원의 전압을 승압하여 전동 차량의 배터리에 전력을 충전하고 있다. 종래, 충전 공용 인버터와 외부 전원의 사이는, 코일을 포함하는 리액턴스를 통해 접속되어 있다(특허문헌 1).
일본 특허 공개 제2002-223559호 공보
충전 공용 인버터의 급전점을 전기적으로 안정화하기 위해서는, 충전 공용 인버터와 외부 전원을, 리액턴스를 통해 접속할 필요가 있다. 그 리액턴스는, 종래의 충전 공용 인버터를 대형화시키는 원인이 된다.
본 발명은 이 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그의 목적은, 대형 리액턴스를 불필요하게 하여 소형화가 가능한 충전 공용 인버터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태에 관한 충전 공용 인버터는, 아암 회로, 제1 콘덴서, 제2 콘덴서, 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 구비한다. 아암 회로는, 배터리에 접속되는 상부 아암 및 하부 아암의 스위칭 소자를 갖는다. 제1 콘덴서의 일단부는, 배터리의 정극에 접속한다. 제2 콘덴서는, 제1 콘덴서의 타단부와 배터리의 부극 사이에 접속한다. 제1 다이오드는, 상부 아암과 하부 아암의 스위칭 소자의 접속점에 캐소드 전극을 접속한다. 제2 다이오드의 캐소드 전극은, 제1 콘덴서의 타단부에 접속한다. 그리고, 본 발명의 일 형태에 관한 충전 공용 인버터는, 제1 다이오드의 애노드 전극과 제2 다이오드의 애노드 전극에 외부 전원으로부터 전력이 공급된다.
도 1은 제1 실시 형태의 충전 공용 인버터(1)의 구성예를 나타내는 도면.
도 2는 충전 공용 인버터(1)의 스위칭 제어부(50)의 기능 구성예를 나타내는 도면.
도 3은 스위칭 제어부(50)가 행하는 스위칭 제어의 타임차트의 예를 나타내는 도면.
도 4는 제2 실시 형태의 충전 공용 인버터(2)의 구성예를 나타내는 도면.
도 5는 제1 다이오드(12)와 제1 스위칭 소자(20)의 전압-전류 특성을 나타내는 도면.
도 6은 제1 다이오드(12)와 제1 스위칭 소자(20)를 온으로 하는 타이밍을 나타내는 도면.
도 7은 제3 실시 형태의 충전 공용 인버터(3)의 구성예를 나타내는 도면.
도 8은 제4 실시 형태의 충전 공용 인버터(4)의 구성예를 나타내는 도면.
도 9는 충전 공용 인버터(4)의 스위칭 제어부(54)가 행하는 스위칭 제어의 타임차트의 예를 나타내는 도면.
도 10은 충전 공용 인버터(4)를 변형한 충전 공용 인버터(5)의 구성예를 나타내는 도면.
도 11은 제5 실시 형태의 충전 공용 인버터(6)의 구성예를 나타내는 도면.
도 12는 도 12의 (a)는 충전 공용 인버터(6)의 스위칭 제어부(56)가 행하는 스위칭 제어를 장시간의 타임차트의 예로 나타내고, 도 12의 (b)는 단시간의 예로 나타내는 도면.
도 13은 제6 실시 형태의 충전 공용 인버터(7)의 구성예를 나타내는 도면.
도 14는 제7 실시 형태의 충전 공용 인버터(8)의 구성예를 나타내는 도면.
도면을 참조하여, 실시 형태를 설명한다. 도면의 기재에 있어서 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고 설명을 생략한다.
(제1 실시 형태)
도 1에, 제1 실시 형태의 충전 공용 인버터(1)의 구성예를 나타낸다. 충전 공용 인버터(1)는, 예를 들어 삼상 영구 자석형 동기 전동기(이후, 모터)(60)에 공급하는 모터 전류에 의해, 모터(60)가 발생하는 구동 토크를 제어함과 함께, 외부 전원(80)의 전력을 배터리(70)에 충전하는 제어를 행한다.
충전 공용 인버터(1)는, 제1 콘덴서(10), 제2 콘덴서(11), 제1 다이오드(12), 제2 다이오드(13), 상부 아암의 스위칭 소자(21, 31, 41) 및 하부 아암의 스위칭 소자(22, 32, 42)를 구비한다. 이 예는, 상부 아암과 하부 아암이 접속되는 아암 회로(U상, V상, W상)를 복수 구비한다.
상부 아암의 스위칭 소자(21, 31, 41)에는, 배터리(70)의 정극이 각각 접속된다. 하부 아암의 스위칭 소자(22, 32, 42)에는, 배터리(70)의 부극이 각각 접속된다.
상부 아암의 스위칭 소자(21)와 하부 아암의 스위칭 소자(22)가 접속되어 U상 아암 회로를 구성한다. 상부 아암의 스위칭 소자(31)와 하부 아암의 스위칭 소자(32)가 접속되어 V상 아암 회로를 구성한다. 상부 아암의 스위칭 소자(41)와 하부 아암의 스위칭 소자(42)가 접속되어 W상 아암 회로를 구성한다.
제1 콘덴서(10)의 일단부는, 배터리(70)의 정극에 접속한다. 제2 콘덴서(11)는, 제1 콘덴서(10)의 타단부와 배터리(70)의 부극 사이를 접속한다.
제1 다이오드(12)의 캐소드 전극은, U상 상부 아암의 스위칭 소자(21)와 U상 하부 아암의 스위칭 소자(22)의 접속점에 접속한다. 제2 다이오드(13)의 캐소드 전극은, 제1 콘덴서(10)의 타단부에 접속한다. 제1 다이오드(12)의 애노드 전극과 제2 다이오드(13)의 애노드 전극이 접속된 급전점 A에, 외부 전원(80)의 정류 브리지(81)가 접속한다.
정류 브리지(81)는, 외부 전원(80)의 교류를 정류하는 일반적인 것이다. 외부 전원(80)은, 삼상 교류 전원이어도 되고, 단상 교류 전원이어도 된다.
상부 아암의 스위칭 소자(21, 31, 41)와 하부 아암의 스위칭 소자(22, 32, 42)는, 각각이 예를 들어 NMOSFET로 구성된다. 각각의 스위칭 소자(21, 31, 41, 22, 32, 42)는, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 GTO(Gate Turn Off thyristor) 등으로 구성해도 된다. 각각의 스위칭 소자(21, 22, 31, 32, 41, 42)에는, 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6)가 각각 역병렬의 방향으로 접속한다.
U상 상부 아암의 스위칭 소자(21)의 게이트 전극에는, 스위칭 제어부(50)가 출력하는 신호 PU가 입력된다. 동일 U상 하부 아암의 스위칭 소자(22)의 게이트 전극에는, 스위칭 제어부(50)가 출력하는 신호 NU가 입력된다.
V상 상부 아암의 스위칭 소자(31)의 게이트 전극에는, 스위칭 제어부(50)가 출력하는 신호 PV가 입력된다. 동일 V상 하부 아암의 스위칭 소자(32)의 게이트 전극에는, 스위칭 제어부(50)가 출력하는 신호 NV가 입력된다.
W상 상부 아암의 스위칭 소자(41)의 게이트 전극에는, 스위칭 제어부(50)가 출력하는 신호 PW가 입력된다. 동일 W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)의 게이트 전극에는, 스위칭 제어부(50)가 출력하는 신호 NW가 입력된다.
U상 아암 회로를 구성하는 스위칭 소자(21)와 스위칭 소자(22)의 접속점은, 모터(60)의 U상의 모터 코일(60u)에 접속한다. V상 아암 회로를 구성하는 스위칭 소자(31)와 스위칭 소자(32)의 접속점은, 모터(60)의 V상의 모터 코일(60v)에 접속한다. W상 아암 회로를 구성하는 스위칭 소자(41)와 스위칭 소자(42)의 접속점은, 모터(60)의 W상의 모터 코일(60w)에 접속한다.
스위칭 제어부(50)는, 예를 들어 전동 차량의 동작을 제어하는 도시되지 않은 차량 컨트롤러로부터의 동작 전환 신호에 기초하여, 제어 논리를 전환한다. 스위칭 제어부(50)의 제어 논리는, 배터리(70)에 축적된 직류 전력으로 모터(60)를 구동하는 부하 제어 논리와, 외부 전원(80)으로부터 공급되는 전력을 배터리(70)에 충전하는 충전 제어 논리의 두가지가 있다.
스위칭 제어부(50)의 동작을, 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는, 스위칭 제어부(50)를, 예를 들어 마이크로컴퓨터로 실현한 경우의 논리 구성을 나타낸 것이다. 마이크로컴퓨터의 연산 처리 장치로 구성되는 스위칭 제어부(50)는, 부하 제어 논리부(51), 충전 제어 논리부(52), 및 논리 전환부(53)를 구비한다.
부하 제어 논리부(51)는, 모터(60)의 각 상에 흐르는 부하 전류를 관측하고, 도시가 생략된 차량 컨트롤러로부터의 전류 명령에 대응하는 부하 전류가 흐르도록, 각 상의 구동 전압을 제어하는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성한다. PWM 신호란, 상기의 신호 PU, NU, 신호 PV, NV, 및 신호 PW, NW를 가리킨다.
또한, 충전 제어 논리부(52)는, 외부 전원(80)의 교류를 정류하는 정류 브리지(81)의 출력 전압에 대응시켜, 외부 전원으로부터의 전력을 배터리(70)에 충전하는 PWM 신호를 생성한다. 충전은, 모터(60)의 각 모터 코일(60u, 60v, 60w)을 사용하여 정류 브리지(81)의 출력 전압을 승압하여 행한다.
논리 전환부(53)는, 동작 전환 신호가 모터(60)의 구동 상태인 경우에, 부하 제어 논리부(51)가 생성되는 PWM 신호를 선택한다. 또한, 부하 제어 논리부(51)가 생성되는 PWM 신호는, 종래의 인버터가 모터를 구동할 때의 PWM 신호와 동일하다.
도 3을 참조하여, 충전 제어 논리부(52)가 출력하는 PWM 신호에 대해 설명한다. 도 3의 상부로부터, 충전 제어 논리부(52)(스위칭 제어부(50))가 출력하는 PWM 신호의 신호 NW, 동일하게 PWM 신호인 신호 PU, 제1 다이오드(12)의 캐소드 전극이 접속된 U상 전압, 제1 다이오드(12)의 동작 상태 및 충전 제어 논리의 충전 모드를 나타낸다. 도 3의 가로 방향은 시간이다. 세로 방향의 진폭은, 높은 구간(High: 「1」)이 각 스위칭 소자를 온하는 구간을 나타내며, 낮은 구간(Low: 「0」)이 각 스위칭 소자를 오프하는 구간을 나타낸다. 또한, 도면 중의 Vdc/n과 Vdc는 전압값을 나타낸다. Vdc는 배터리(70)의 정극의 전압이다.
신호 NW가 「1」인 구간 t1은, W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)(도 1)만이 온이며, 다른 스위칭 소자는 모두 오프이다. 이 구간 t1의 U상 전압은 Vdc/n이 된다. Vdc/n은, 이 예에서는 Vdc를, 제1 콘덴서(10)와 제2 콘덴서(11)로 분압한 전압이다. 제1 콘덴서(10)와 제2 콘덴서(11)의 용량이 동일하면 그의 전압은 Vdc/2이다.
구간 t1에 있어서, U상 전압이 Vdc/2가 되는 이유를 설명한다. 정류 브리지(81)의 출력은, 정류 다이오드(82)를 통해 급전점 A인 제1 다이오드(12)와 제2 다이오드(13)의 애노드 전극에 접속되어 있다.
이 구성에 있어서, 정류 브리지(81)의 출력 전압이 Vdc/2보다도 높은 경우는, 정류 다이오드(82)와 제2 다이오드(13)와 제2 콘덴서(11)에 전류가 흐른다. 그 결과, 제2 다이오드(13)의 전압 클램프 작용에 의해, 제2 다이오드(13)의 애노드 전극의 전압은 Vdc/2에 클램프(clamp)된다.
또한, 이 경우(구간 t1에 있어서 정류 브리지(81)의 출력 전압이 Vdc/2보다도 높은 경우)는, 정류 다이오드(82), 제1 다이오드(12), 모터 코일(60u), 모터 코일(60w), 및 스위칭 소자(42)를 경유하여 전류가 흐른다. 이 경우의 제1 다이오드(12)의 동작 상태는, 외부 전원(80)으로부터 모터(60)에 전류가 흐르는 통류 상태이다. 따라서 구간 t1에 있어서의 충전 제어 논리의 충전 모드는, 「통류 모드」라고 칭한다. 이 「통류 모드」의 전류에 의한 자기 에너지는, 모터 코일(60u, 60w)에 축적된다.
또한, 정류 브리지(81)의 출력 전압이 Vdc/2보다도 낮은 경우는, 정류 다이오드(82)와 제2 다이오드(13)는 역 바이어스가 된다. 따라서, 정류 다이오드(82)는 역류 방지 다이오드로서 작용한다. 그 결과, 정류 브리지(81)의 출력과 제2 콘덴서(11)는 절연되어, 제2 다이오드(13)의 애노드 전극의 전압은, 제2 다이오드(13)에서 클램프된 Vdc/2로 유지된다.
즉, 본 실시 형태의 충전 공용 인버터(1)에 의하면, 정류 브리지(81)의 출력 전압이 변화해도 제2 다이오드(13)의 애노드 전극의 전압을, Vdc/2로 안정화할 수 있다. 제2 다이오드(13)의 애노드 전극의 전압은, 실제로는 Vdc/2+VF(제2 다이오드(13)의 순전압)이다. 따라서, U상 전압은, 제1 다이오드(12)의 순전압 VF분 강하된 Vdc/2가 된다.
이와 같이 본 실시 형태의 충전 공용 인버터(1)는, 외부 전원(80)의 전력이 공급되는 급전점 A의 전위를, 대형 리액턴스를 사용하지 않고 안정화할 수 있다.
구간 t2에 있어서, 신호 NW가 「1」내지 「0」으로 변화되면 W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)는 오프로 된다. 스위칭 소자(42)가 오프로 되면, 구간 t1에서, 정류 다이오드(82), 제1 다이오드(12), 모터 코일(60u), 모터 코일(60w), 및 스위칭 소자(42)를 경유하여 흐르던 전류는, 스위칭 소자(42)로 차단된다.
이 때, 구간 t1에 있어서 모터 코일(60u, 60w)에 축적된 자기 에너지는, 자기 유도 작용에 의한 자기 유도 기전력으로서 회수할 수 있다. 모터 코일(60u, 60w)에 축적된 자기 에너지는, 구간 t2가 된 순간에, 그의 에너지에 상당하는 승압 전압 파형(자기 유도 기전력)을, U상 전압에 발생시킨다.
U상에 생긴 승압 전압 파형(자기 유도 기전력)은, 다이오드 D1을 통해 배터리(70)를 충전한다. 이 승압 전압 파형에 대해 제1 다이오드(12)는, 역류 방지 다이오드로서 작용한다. 따라서, 그 승압 전압 파형에 의해 흐르는 충전 전류는, 다이오드 D1을 통해 배터리(70)에만 흐른다.
구간 t2에서의 제1 다이오드(12)의 동작 상태는, 승압 전압 파형에 대해 역류 방지 다이오드로서 작용하므로, 저지 상태이다. 또한, 구간 t2에서의 충전 제어 논리의 충전 모드는, 승압 전압 파형이 생기므로 「승압 모드」라고 칭한다. 또한, 구간 t2의 시간 폭은, 구간 t1의 시간 폭에 대해 짧은 시간 폭이면 된다.
다음에, 신호 NW가 「0」이고 신호 PU가 「1」이 되는 구간 t3은, U상 상부 아암의 스위칭 소자(21)가 온한다. U상 상부 아암의 스위칭 소자(21)가 온하면, 승압 전압 파형은 스위칭 소자(21)를 통해 배터리(70)를 충전한다. 또한, 스위칭 소자(21)가 온하면, U상 전압은 배터리(70)의 정극 전압인 Vdc가 된다.
U상 상부 아암의 스위칭 소자(21)를 온으로 함으로써, U상 전압을 Vdc로 리셋한다. 즉, 구간 t3에 있어서, 스위칭 소자(21)를 온으로 함으로써, U상 전압이 승압 전압 파형으로 불안정해지는 것을 방지한다. 따라서 구간 t3에 있어서의 신호 PU는, 리셋 펄스라고 칭해도 된다.
이와 같이 충전 공용 인버터(1)에 의하면, W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)를 온으로 한 후에, U상 상부 아암의 스위칭 소자(21)를 온으로 할 때까지의 위상차를 제어함으로써 승압 전압을 제어할 수 있다. 여기서, W상 하부 아암을 온으로 하고 나서, U상 상부 아암을 온으로 할 때까지의 위상차로 하고 있는 것은, 상기한 바와 같이 구간 t2의 시간 폭이 짧아도 되기 때문이다. 이 위상차를 크게 함으로써 승압 전압 파형(자기 유도 기전력)을 크게 할 수 있다.
구간 t3에 있어서의 제1 다이오드(12)의 동작 상태는, 스위칭 소자(21)가 온하여 U상 전압을 Vdc로 리셋하므로 역류 방지 다이오드로서 작용하는 저지 상태이다. 또한, 구간 t3에 있어서의 충전 제어 논리의 충전 모드는, 구간 t2에서 생긴 승압 전압 파형(자기 유도 기전력)을 배터리(70)에 환류하므로, 「환류 모드」라고 칭한다.
충전 제어 논리부(52)는, 상기의 구간 t1 내지 t3을 반복하는 PWM 신호를 생성한다. 구간 t4는 구간 t1과 동일하다. 구간 t5는 구간 t2와 동일하다. 구간 t6은 구간 t3과 동일하다. 충전 제어 논리부(52)는, t7 이후도 구간 t1 내지 t3을 반복한다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시 형태의 충전 공용 인버터(1)에 의하면, 대형 리액턴스를 사용하지 않고 급전점 A의 전위를 안정화할 수 있다. 따라서, 충전 공용 인버터(1)를 소형으로 할 수 있다.
또한, 도 1에서는, W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)와 U상 상부 아암의 스위칭 소자(21)를 소정 주기로 온 오프했지만, 이 예에 한정되지 않는다. V상 하부 아암의 스위칭 소자(32)와 U상 상부 아암의 스위칭 소자(21)를 온 오프해도 된다.
또한, 제1 다이오드(12)의 캐소드 전극은, V상 상부 아암의 스위칭 소자(31)와 V상 하부 아암의 스위칭 소자(32)의 접속점에 접속해도 된다. 이 경우는, V상 상부 아암의 스위칭 소자(31)와, 예를 들어 U상 하부 아암의 스위칭 소자(22)를 온 오프한다.
또한, 제1 다이오드(12)의 캐소드 전극은, W상 상부 아암의 스위칭 소자(41)와 W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)의 접속점에 접속해도 된다. 이 경우는, W상 상부 아암의 스위칭 소자(41)와, 예를 들어 V상 하부 아암의 스위칭 소자(32)를 온 오프한다. 이와 같이, 온 오프하는 상부 아암과 하부 아암이 상이하면 된다.
요컨대, 충전 공용 인버터(1)는, 제1 다이오드(12)가 접속되지 않은 상의 하부 아암의 스위칭 소자와, 제1 다이오드(12)가 접속된 상의 상부 아암의 스위칭 소자를 온으로 하는 위상차를 제어함으로써, 배터리(70)를 충전할 수 있다. 또한, 충전 공용 인버터(1)는, 대형 리액턴스를 사용하지 않아도 급전점 A의 전위가 안정되므로, 대형 리액턴스가 불필요해지고, 충전 공용 인버터(1)를 소형으로 할 수 있다. 또한, 급전점 A의 전위가 안정되므로, 충전 공용 인버터(1)는, 배터리(70)의 신뢰성이나 수명에 악영향을 미치지 않는다.
(제2 실시 형태)
도 4에, 제2 실시 형태의 충전 공용 인버터(2)의 구성예를 나타낸다. 본 실시 형태의 충전 공용 인버터(2)는, 제1 다이오드(12)에 병렬로 접속되는 제1 스위칭 소자(20)를 구비하는 점에서 충전 공용 인버터(1)(도 1)와 상이하다.
도 5를 참조하여 제1 스위칭 소자(20)의 작용 효과를 설명한다. 도 5의 횡축은 전압 V, 종축은 전류 I이다. 굵은 실선으로 제1 다이오드(12)의 V-I 특성을 나타낸다. 가는 실선으로 제1 스위칭 소자(20)의 V-I 특성을 나타낸다.
제1 다이오드(12)에, 전류I1을 흐르게 하는 데 요하는 전압은 V2이다. 제1 스위칭 소자(20)에 동일한 전류I1을 흐르게 하는 데 요하는 전압은 V1이다. 제1 다이오드(12)는, 0.7V 정도의 순전압 VF를 가지므로, 반드시 V2>V1의 관계가 된다.
이 전압차에 의한 전력(I1×(V2-V1))은, 손실이 된다. 이 손실을 없애기 위해서는, 제1 다이오드(12)가 역류 방지 다이오드로서 작용하지 않는 구간 t1(통류 모드)에 있어서, 제1 스위칭 소자(20)를 도통(온)시키면 된다.
충전 제어 논리의 충전 모드가 「통류 모드」일 때에, 제1 스위칭 소자(20)를 온으로 한다. 제1 스위칭 소자(20)를 온으로 함으로써, 제1 다이오드(12)의 순전압 VF분의 전압 강하를 충전 전류의 경로로부터 배제할 수 있다. 충전 공용 인버터(2)는, 그 배제한 전압 강하만큼, 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 6에, W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)와, 제1 스위칭 소자(20)를 온시키는 타이밍을 나타낸다. 도 6의 가로 방향은 시간, 세로 방향은 신호의 진폭이다. 진폭 「1」에서, W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)와 제1 스위칭 소자(20)를 온으로 한다.
W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)와 제1 스위칭 소자(20)를 동시에 온시키기 위해서는, 제1 스위칭 소자(20)의 게이트 전극에 입력하는 신호를 신호 NW와 동일하게 한다. 신호 NW의 진폭이 「0」(구간 t2)이 되면, U상 전압에 승압 전압 파형(자기 유도 기전력)이 발생하고, 배터리(70)를 충전한다.
또한, 제1 스위칭 소자(20)의 온 시간을, W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)의 온 시간보다도 길게 함으로써, 자기 유도 기전력의 발생을 안정화할 수 있다. 자기 유도 기전력은, 스위칭 소자(42)를 오프로 한 순간의 전류 변화량이 클수록 커진다.
신호 NW와, 제1 스위칭 소자(20)의 온/오프를 제어하는 신호를 동일 신호로 하면, 미묘한 신호의 지연에 의해 전류의 변화량이 작아져 버리는 경우가 있다. 예를 들어, 제1 스위칭 소자(20)가 빨리 오프해버리면, W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)에 흐르는 전류는, 제1 다이오드(12)의 순전압 VF분, 감소되어 버린다. 그 결과, 스위칭 소자(42)를 오프한 순간의 전류 변화량도 감소되므로 자기 유도 기전력도 감소한다.
자기 유도 기전력의 감소를 방지하기 위해서는, 스위칭 소자(42)가 오프할 때에, 제1 스위칭 소자(20)를 확실하게 도통(온)시켜 두면 된다. 도 6에, 자기 유도 기전력의 발생을 안정화하는 신호를, 안정화 신호로서 나타낸다. 안정화 신호는, 제1 스위칭 소자(20)의 온 시간을, W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)의 온 시간보다도 α 시간 길게 한 것이다.
이와 같이, 제1 스위칭 소자(20)를 오프로 하는 타이밍을, 하부 아암의 스위칭 소자(42)를 오프로 하는 타이밍보다도 지연시킴으로써, 안정된 승압 전압 파형(자기 유도 기전력)을 얻을 수 있다. 또한, U상 하부 아암의 스위칭 소자(22)를 온 오프하는 경우, 또한, V상 하부 아암의 스위칭 소자(32)를 온 오프하는 경우도, 그들의 스위칭 소자의 온 시간보다도 제1 스위칭 소자(20)의 온 시간을 길게 하면, 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 제1 스위칭 소자(20)에는 각종 디바이스를 사용할 수 있다. 예를 들어 IGBT나 MOSFET를 사용할 수 있다. 또한, 접점을 갖는 릴레이를 사용해도 된다. 제1 스위칭 소자(20)를, NMOSFET로 구성한 경우는, 제1 다이오드(12)를 삭감할 수 있다. 그것에 대해서는 다음 실시 형태에서 설명한다.
(제3 실시 형태)
도 7에, 제3 실시 형태의 충전 공용 인버터(3)의 구성예를 나타낸다. 본 실시 형태의 충전 공용 인버터(3)는, 제1 다이오드(12)와 제1 스위칭 소자(20)를, 하나의 디바이스(30)로 구성한 점에서 충전 공용 인버터(2)(도 4)와 상이하다.
디바이스(30)는, NMOSFET이다. 디바이스(30)는, NMOSFET(30a)와, 제1 기생 다이오드(30b)를 구비한다. 제1 기생 다이오드(30b)는, NMOSFET의 반도체 구조에 의해 필연적으로 구비하게 되는 다이오드이다. 제1 기생 다이오드(30b)는, 제1 다이오드(12)와 동일하게 작용한다.
제1 기생 다이오드(30b)의 애노드 전극은, NMOSFET(30a)의 소스 전극과 동일 전위로 바이어스 되는 반도체 기판(p형)이다. 또한, 그의 캐소드 전극은, n형 반도체의 드레인 전극이다.
충전 공용 인버터(3)는, 개별 부품(discrete part)인 제1 다이오드(12)(도 4)를 삭감할 수 있으므로, 충전 공용 인버터(2)를 소형화, 저비용화하는 효과를 발휘한다. 또한, 충전 공용 인버터(3)는, 충전 공용 인버터(2)와 동일한 작용 효과를 발휘한다.
즉, NMOSFET(30a)를, 충전 공용 인버터(2)에서 설명한 제1 스위칭 소자(20)와 마찬가지로 온으로 함으로써, 제1 기생 다이오드(30b)의 빌트 인 전압을 충전 전류의 경로로부터 배제할 수 있다. 빌트 인 전압이란, pn 접합의 공핍층 영역 내의 전계에 의해 발생하는 전위차이며, 상기의 순전압 VF와 등가인 전압이다.
(제4 실시 형태)
도 8에, 제4 실시 형태의 충전 공용 인버터(4)의 구성예를 나타낸다. 본 실시 형태의 충전 공용 인버터(4)는, 외부 전원(80)으로부터 전력이 공급되는 급전점을 복수 구비하는 점과, 스위칭 제어부(54)를 구비하는 점에서, 충전 공용 인버터(1)(도 1)와 상이하다.
충전 공용 인버터(4)는, 제3 다이오드(33)와 제4 다이오드(34)를 구비한다. 제3 다이오드(33)는, 제1 다이오드(12)가 접속되는 접속점과 다른 아암 회로(상)의 접속점에 캐소드 전극을 접속한다. 이 예에서는, V상 아암 회로의 접속점에, 제3 다이오드(33)의 캐소드 전극을 접속한다.
제4 다이오드(34)는, 제1 콘덴서(10)와 제3 다이오드(33) 사이에 접속된다. 제4 다이오드(34)의 애노드 전극은, 제3 다이오드(33)의 애노드 전극에 접속되고, 외부 전원(80)으로부터 전력이 공급되는 급전점 B를 구성한다. 제4 다이오드(34)의 캐소드 전극은, 제1 콘덴서(10)의 타단부 Vdc/2의 전압에 접속된다.
급전점 B에는, 급전점 A와 같은 외부 전원(80)의 정류 브리지(81)의 출력 신호가, 정류 다이오드(82)를 통해 접속된다. 따라서 급전점 A와 마찬가지로, 급전점 B의 전압을, 대형 리액턴스를 사용하지 않고 안정화할 수 있다.
급전점 A, B에 외부 전원(80)으로부터 급전한 경우의 충전 동작을, 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9에 나타내는 신호 NW 내지 충전 모드까지의 타임차트의 기재는, 설명 완료된 도 3과 동일하다. 충전 공용 인버터(4)에 있어서는, 제1 다이오드(12)와 제3 다이오드(33)가 동일한 충전 모드로 동작한다.
급전점 B에 급전된 전력은, W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)와, V상 상부 아암의 스위칭 소자(31)를 온 오프함으로써, 배터리(70)를 충전한다. 이 경우, V상 상부 아암의 스위칭 소자(31)를 온 오프하는 신호 PV는, 상기의 리셋 펄스이다.
급전점 B로부터의 전류의 경로를 설명한다. 구간 t1에 있어서 정류 브리지(81)의 출력 전압이 Vdc/2보다도 높은 경우는, 정류 다이오드(82), 제3 다이오드(33), 모터 코일(60v), 모터 코일(60w), 및 스위칭 소자(42)를 경유하여 전류가 흐른다.
이와 같이 충전 공용 인버터(4)의 제1 다이오드(12)와 제3 다이오드(33)는, 구간 t1에서 각각 「통류 모드」로 동작한다. 제1 다이오드(12)와 제3 다이오드(33)가 「통류 모드」로 동작하므로, 외부 전원(80)으로부터 모터(60)에 흐르는 전류가 증가한다.
이 「통류 모드」의 전류에 의한 자기 에너지는, 모터 코일(60u와 60w), 및 모터 코일(60v와 60w)에 축적된다. 이 축적되는 에너지는, 전류가 증가되는 만큼, 충전 공용 인버터(1)보다도 증가한다. 이 자기 에너지는, 구간 t2가 된 순간에, U상 전압과 V상 전압에 각각의 에너지에 상당하는 승압 전압 파형(자기 유도 기전력)을 발생시킨다. 이후의 동작은 충전 공용 인버터(1)와 동일하다.
이상 설명한 바와 같이, 급전점을 복수 구비하는 충전 공용 인버터(4)는, 급전점이 하나의 충전 공용 인버터(1)에 비해 충전 전력을 증가시킬 수 있다. 또한, 급전점 A, B의 조합 이외의 구성도 생각할 수 있다. 이어서, 충전 공용 인버터(4)의 변형예를 설명한다.
(변형예)
도 10에, 충전 공용 인버터(4)를 변형한 충전 공용 인버터(5)의 구성예를 나타낸다. 본 실시 형태의 충전 공용 인버터(5)는, 충전 공용 인버터(4)의 급전점 A 대신에 급전점 C를 구비하는 점에서 상이하다. 또한, 스위칭 제어부(55)를 구비하는 점에서 충전 공용 인버터(4)와 상이하다.
급전점 C는, 캐소드 전극을 W상 아암 회로의 접속점에 접속한 제5 다이오드(43)의 애노드 전극과, 캐소드 전극을 제1 콘덴서(10)의 타단부에 접속한 제6 다이오드(44)의 애노드 전극이 접속되어 구성된다. 외부 전원(80)으로부터 급전점 C에 공급되는 전류는, 제5 다이오드(43), 모터 코일(60w), 모터 코일(60u) 및 U상 하부 아암의 스위칭 소자(22)를 경유하여 흐른다.
외부 전원(80)으로부터 급전점 B에 공급되는 전류는, 제3 다이오드(33), 모터 코일(60v), 모터 코일(60u) 및 U상 하부 아암의 스위칭 소자(22)를 경유하여 흐른다. 이와 같이, 충전 공용 인버터(5)는, 전류를 흐르게 하는 하부 아암의 스위칭 소자가, U상 하부 아암의 스위칭 소자(22)인 점에서 충전 공용 인버터(4)와 상이하다. 충전 공용 인버터(4)에서는, W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)를 온 오프한다.
충전 공용 인버터(5)는, U상 하부 아암의 스위칭 소자(22)의 게이트 전극에 입력하는 신호를, 도 9의 U 신호 NW와 동일하게 한다. 또한, V상 상부 아암의 스위칭 소자(31)와 W상 상부 아암의 스위칭 소자(41)의 게이트 전극에 입력하는 신호를, 도 9의 신호 PU와 동일하게 한다. U상 하부 아암의 스위칭 소자(22)와, V상 상부 아암의 스위칭 소자(31)와, W상 상부 아암의 스위칭 소자(41)를 각각 온 오프하는 제어 방법은, 충전 공용 인버터(4)와 동일하다.
급전점을 복수 구비하는 충전 공용 인버터(4, 5)의 스위칭 제어부(54, 55)는, 급전하지 않는 아암 회로의 하부 아암의 스위칭 소자와, 급전하는 아암 회로의 상부 아암의 스위칭 소자의 온 타이밍의 위상차를 제어하여 배터리(70)를 충전한다. 또한, U상 아암 회로에 급전하는 급전점 A와, W상 아암 회로에 급전하는 급전점 C를 조합한 구성에서도 동일한 작용 효과를 발휘한다. 또한, 급전점 A와 급전점 C를 조합한 충전 공용 인버터 기능 구성예의 표기는 생략한다.
(제5 실시 형태)
도 11에, 제5 실시 형태의 충전 공용 인버터(6)의 구성예를 나타낸다. 본 실시 형태의 충전 공용 인버터(6)는, U상과 V상과 W상에, 외부 전원(80)으로부터 전력이 공급되는 급전점 A, B, C를 각각 구비하는 점과, 스위칭 제어부(56)를 구비하는 점에서, 충전 공용 인버터(1)(도 1)와 상이하다.
스위칭 제어부(56)는, 제1 다이오드(12)가 접속된 U상 하부 아암의 스위칭 소자(22)와, 제3 다이오드(33)가 접속된 V상 하부 아암의 스위칭 소자(32)와, 제5 다이오드(43)가 접속된 W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)를 온 오프한다. 스위칭 제어부(56)는, 각각의 스위칭 소자(22, 32, 42)에 흐르는 전류가 단락하지 않는 시간 폭의 온 시간에서, 스위칭 소자(22, 32, 42)를 온 오프한다.
여기에서 단락하지 않는 시간 폭이란, 외부 전원(80)으로부터 각 급전점 A, B, C에 전력을 공급하는 급전선의 인덕턴스 성분에 의해, 스위칭 소자(22, 32, 42) 가 온해도 단락 전류가 흐르지 않는 시간 폭이다. 그의 인덕턴스 성분은, 기생 인덕턴스여도 되고, 유한의 인덕턴스 성분이어도 된다. 유한의 인덕턴스 성분은, 개별 부품의 인덕턴스를, 각 급전점 A, B, C와 정류 다이오드(82) 사이에 삽입하여 부가한다.
도 12에, 스위칭 제어부(56)가 스위칭 소자(22, 32, 42)에 출력하는 신호의 파형예인 신호 NU, 신호 NV, 및 신호 NW를 나타낸다. 도 12의 (a)는, 가로 방향의 시간이 긴(장시간의) 파형을 나타낸다. 도 12의 (b)는, 가로 방향의 시간이 짧은(단시간의) 파형을 나타낸다.
도 12의 (a)는, 상부에서부터, U상 하부 아암의 스위칭 소자(22)의 게이트 전극에 입력되는 신호 NU, V상 하부 아암의 스위칭 소자(32)의 게이트 전극에 입력되는 신호 NV, 및 W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)의 게이트 전극에 입력되는 신호 NW이다. 이와 같이, 스위칭 제어부(56)는, 각 상의 하부 아암의 스위칭 소자를, 각 스위칭 소자에 흐르는 전류가 단락 전류가 되지 않는 짧은 시간 폭의 데드 타임을 설치한 다음에 온 오프한다. 또한, 도 12에 있어서는, 각각의 상의 위상을 정렬시켜 기재하고 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 위상차를 설치한 것으로 해도 된다.
각 상의 하부 아암의 스위칭 소자(22, 32, 42)를 오프로 한 순간에, 각 상 전압에 승압 전압 파형(자기 유도 기전력)이 발생한다. 이 각 상에 생긴 승압 전압 파형은, 다이오드 D1, D3, D5를 통해 배터리(70)를 충전한다.
또한, 각 상의 하부 아암의 스위칭 소자(22, 32, 42)를 오프로 했을 때에, 각 상의 상부 아암의 스위칭 소자(21, 31, 41)를 도통(온)시켜도 된다. 그 경우의 타임 차트를 도 12의 (b)에 나타낸다.
도 12의 (b)는, 상부에서부터, 신호 NU, PU, 신호 NV, PV, 및 신호 NW, PW이다. 신호 PU, PV, PW는, 신호 NU, NV, NW를 반전시킨 신호이다.
신호 PU가 「1」오부터 「0」으로 변화된 순간(β)에, U상 아암 회로에 승압 전압 파형(자기 유도 기전력)이 발생한다. 이 승압 전압 파형이 발생하는 것과 동시에, 신호 PU가 「0」으로부터 「1」로 변화되므로, U상 상부 아암의 스위칭 소자(21)가 온이 된다. 그 결과, 승압 전압 파형은, 다이오드 D1의 순전압 VF에 의한 손실을 발생시키지 않고 배터리(70)를 충전할 수 있다. 다른 상(V상, W상)에 있어서도 마찬가지로 동작한다.
이와 같이 3상의 모든 아암 회로에 급전점 A, B, C를 설치한 구성에서는, 각 상의 하부 아암의 스위칭 소자(22, 32, 42)를 짧은 시간 폭으로 온 오프한다. 짧은 시간 폭으로 하부 아암의 스위칭 소자(22, 32, 42)를 온 오프함으로써, 외부 전원(80)에서 3상의 모두에 급전해도 배터리(70)의 충전이 가능하다.
(제6 실시 형태)
도 13에, 제6 실시 형태의 충전 공용 인버터(7)의 구성예를 나타낸다. 본 실시 형태의 충전 공용 인버터(7)는, 스위칭 제어부(57)를 구비하는 점과, 삼상 교류 전원의 교류를 위상마다 정류하여 출력하는 외부 전원(90)을 구비하는 점에서, 충전 공용 인버터(6)(도 11)와 상이하다.
외부 전원(90)은, 정류부(91)를 구비한다. 정류부(91)는, 삼상 교류 전원의 각 상을 정류한 출력 전압을 출력한다. 다이오드(92)는, U상의 교류를 정류한 출력 전압을 급전점 A에 공급한다. 다이오드(93)는, V상의 교류를 정류한 출력 전압을 급전점 B에 공급한다. 다이오드(94)는, W상의 교류를 정류한 출력 전압을 급전점 C에 공급한다.
정류부(91)가 출력하는 출력 전압은, 각 상이 독립된 상태에서 출력된다. 즉, U상의 정류 파형이 출력되고 있을 때는, V상과 W상의 출력 전압은 0이다. V상의 정류 파형이 출력되고 있을 때는, U상과 W상의 출력 전압은 0이다. W상의 정류 파형이 출력되고 있을 때는, U상과 V상의 출력 전압은 0이다.
스위칭 제어부(57)는, U상의 출력 전압에 대응시켜 아암 회로의 스위칭 소자를 온 오프하는 U상 제어부(570), V상의 출력 전압에 대응하는 V상 제어부(571), 및 W상의 출력 전압에 대응하는 W상 제어부(572)를 구비한다. U상 제어부(570)는, 제1 다이오드(12)로부터 모터(60)에 전류를 공급 가능한 위상에 있어서, U상 상부 아암의 스위칭 소자(21)와, 예를 들어 W상 하부 아암의 스위칭 소자(42)의 온 타이밍의 위상차를 제어한다. 또한, U상 상부 아암과 V상 하부 아암을 온 오프해도 된다.
V상 제어부(571)는, 제3 다이오드(33)로부터 모터(60)에 전류를 공급 가능한 위상에 있어서, V상 상부 아암의 스위칭 소자(31)와 예를 들어 U상 하부 아암의 스위칭 소자(22)의 온 타이밍의 위상차를 제어한다. 또한, V상 상부 아암과 W상 하부 아암을 온 오프해도 된다.
W상 제어부(572)는, 제5 다이오드(43)로부터 모터(60)에 전류를 공급 가능한 위상에 있어서, W상 상부 아암의 스위칭 소자(41)와 예를 들어 V상 하부 아암의 스위칭 소자(32)의 온 타이밍의 위상차를 제어한다. 또한, W상 상부 아암과 U상 하부 아암을 온 오프해도 된다.
이와 같이 각 상의 정류 파형의 위상에 대응하여 각 아암 회로의 스위칭 소자를 온 오프함으로써, 충전 시에 생기는 전원 고주파 성분을 저감할 수 있다. 그 결과, 충전 시에 배터리(70)에 부여하는 노멀 모드 노이즈를 저감할 수 있다.
또한, 충전 공용 인버터(7)는, 모터(60)의 로터가 회전하지 않도록 제어하는 것도 가능하다. 예를 들어, U상 제어부(570)와 V상 제어부(571)를 조합함으로써, 승압 전압 파형을 상쇄하는 제어를 행할 수 있으므로, 충전 시에 로터를 기계적으로 고정하지 않아도 된다.
(제7 실시 형태)
도 14에, 제7 실시 형태의 충전 공용 인버터(8)의 구성예를 나타낸다. 충전 공용 인버터(8)는, 3 레벨의 PWM 제어를 행할 수 있는 인버터이다. 본 실시 형태의 충전 공용 인버터(8)는, 각 급전점 A, B, C를 구성하는 다이오드에, 각각 병렬로 접속되는 스위칭 소자를 구비하는 점에서, 충전 공용 인버터(6)(도 11)와 상이하다.
제1 다이오드(12)에 병렬로 제1 스위칭 소자(20)가 접속된다. 제2 다이오드(13)에 병렬로 제2 스위칭 소자(92)가 접속된다. 제3 다이오드(33)에 병렬로 제3 스위칭 소자(93)가 접속된다. 제4 다이오드(34)에 병렬로 제4 스위칭 소자(94)가 접속된다. 제5 다이오드(43)에 병렬로 제5 스위칭 소자(95)가 접속된다. 제6 다이오드(44)에 병렬로 제6 스위칭 소자(96)가 접속된다.
제1 다이오드(12)에 병렬로 접속되는 제1 스위칭 소자(20)와, 제2 다이오드(13)에 병렬로 접속되는 제2 스위칭 소자(92)를 동시에 도통(온)함으로써, 충전 공용 인버터(8)의 U상에, 제2 콘덴서(11)의 양단 전압인 Vdc/2의 전압을 공급할 수 있다. 다른 상에 대해서도 마찬가지이다.
V상에는, 제3 스위칭 소자(93)와 제4 스위칭 소자(94)를 동시에 도통함으로써 Vdc/2의 전위를 공급할 수 있다. 또한, W상에 Vdc/2의 전위를 공급하기 위해서는, 제5 스위칭 소자(95)와 제6 스위칭 소자(96)를 동시에 도통하면 된다.
이와 같이, 충전 공용 인버터(8)에 의하면 인버터의 교류측에, 배터리(70)의 정극 전압(Vdc)과 부극의 전압의 2개 이외에도, 세번째 전압인 Vdc/2를 공급할 수 있다. 따라서, 충전 공용 인버터(8)는 3 레벨의 PWM 제어를 가능하게 한다.
제1 스위칭 소자(20), 및 제2 스위칭 소자(92) 내지 제6 스위칭 소자(96)의 온/오프 제어는, 스위칭 제어부(58) 내의 부하 제어 논리부(도 2에 나타내는 부하 제어 논리부(51)에 상당)가 행한다. 그의 제어 방법에는, 종래의 3 레벨 인버터의 방법을 이용할 수 있다.
충전 공용 인버터(8)는, 3 레벨의 직류 전압을 사용하여 교류 파형을 생성하므로, 보다 매끄러운 교류 파형을 생성할 수 있다. 그 결과, 모터(60)의 진동을 저감시켜 소음도 저감시킨다. 또한, 충전 공용 인버터(8)는, 충전 공용 인버터(6)(도 11)와 마찬가지로, 급전점의 전위를 안정화할 목적의 대형 리액턴스를 불필요하게 하는 작용 효과도 발휘한다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태에 따르면, 이하의 작용 효과가 얻어진다.
제1 실시 형태의 충전 공용 인버터(1)(도 1)에 의하면, 종래 사용하던 대형 리액턴스를 사용하지 않고 급전점 A의 전위를 안정화할 수 있다. 따라서, 충전 공용 인버터를 소형으로 할 수 있다.
제2 실시 형태의 충전 공용 인버터(2)(도 4)에 의하면, 충전 모드가 「통류 모드」일 때에, 제1 스위칭 소자(20)를 온으로 함으로써, 제1 다이오드(12)의 순전압 VF분의 전압 강하를 충전 전류의 경로로부터 배제하여, 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
제3 실시 형태의 충전 공용 인버터(3)(도 7)에 의하면, 제1 다이오드(12)와 제1 스위칭 소자(20)를, 하나의 디바이스(30)(NMOSFET)로 구성할 수 있다. 따라서, 충전 공용 인버터(3)는, 충전 공용 인버터(2)에 비해 소형화하는 효과를 발휘한다.
제4 실시 형태의 충전 공용 인버터(4, 5)(도 8, 도 10)에 의하면, 급전점을 복수 구비하므로, 급전점이 하나의 충전 공용 인버터(1 내지 3) 중 어느 것보다도, 외부 전원(80)으로부터 배터리(70)에 충전하는 충전 전력을 증가시킬 수 있다. 또한, 충전 공용 인버터(4)에 제2 실시 형태, 또는 제3 실시 형태를 조합하는 것도 가능하다.
제5 실시 형태의 충전 공용 인버터(6)(도 11)에 의하면, 외부 전원(80)으로부터 복수의 상의 모두에 급전하고, 각 상의 하부 아암의 스위칭 소자(22, 32, 42)를 짧은 시간 폭으로 온 오프한다. 짧은 시간 폭으로 온 오프함으로써, 3상 모두에 외부 전원(80)으로부터 급전해도, 스위칭 소자(22, 32, 42)에 흐르는 전류가 단락 전류가 되지 않고, 배터리(70)의 충전이 가능해진다.
제6 실시 형태의 충전 공용 인버터(7)(도 13)에 의하면, 스위칭 제어부(57)는, 교류 전원의 각 상의 출력 전압에 대응시켜 아암 회로의 스위칭 소자를 온 오프시키는 U상 제어부(570), V상 제어부(571), 및 W상 제어부(572)를 구비한다. U상 제어부(570), V상 제어부(571), 및 W상 제어부(572)가, 각각 독립적으로 스위칭 소자를 온 오프하므로, 충전 시에 발생하는 전원 고주파 성분을 저감시킬 수 있고, 배터리(70)에 부여하는 노멀 모드 노이즈를 저감할 수 있다.
제7 실시 형태의 충전 공용 인버터(8)(도 14)에 의하면, 상기 실시 형태가 발휘하는 대형 리액턴스를 불필요하게 하는 작용 효과 외에도, 3 레벨의 PWM 제어를 가능하게 한다. 3 레벨의 PWM 제어는, 모터(60)의 진동을 저감시켜 소음도 저감시킬 수 있다.
이상, 실시예에 따라 본 발명의 내용을 설명했지만, 본 발명은 이들 기재에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형 및 개량이 가능한 것은, 당업자에게는 자명하다.
예를 들어, 제4 실시 형태의 충전 공용 인버터(4)의 변형예로서, V상과 W상에 충전 공용 인버터(5)만을 나타내서 설명을 행했지만, U상과 W상에 급전해도 된다. 또한, Vdc/n의 구체예로서 Vdc/2의 예를 나타냈지만, n은 2 이상의 정수이어도 된다.
또한, 상부 아암의 스위칭 소자(21, 31, 41) 및 하부 아암의 스위칭 소자(22, 32, 42)의 NMOSFET에 역병렬의 방향으로 접속되는 다이오드 D1 내지 D6은, 상기한 기생 다이오드이어도 된다. 또한, 다른 제1 다이오드(12) 내지 제6 다이오드(44)에 대해서도 마찬가지이다.
이상 설명한 본 발명의 실시예는, 부하 제어와 충전 제어의 양쪽을 행하는 충전 공용 인버터에 널리 적용하는 것이 가능하다.
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8: 충전 공용 인버터
10: 제1 콘덴서
11: 제2 콘덴서
12: 제1 다이오드
13: 제2 다이오드
20: 제1 스위칭 소자
21: U상 상부 아암의 스위칭 소자
22: U상 하부 아암의 스위칭 소자
30: 디바이스
31: V상 상부 아암의 스위칭 소자
32: V상 하부 아암의 스위칭 소자
33: 제3 다이오드
34: 제4 다이오드
41: W상 상부 아암의 스위칭 소자
42: W상 하부 아암의 스위칭 소자
43: 제5 다이오드
44: 제6 다이오드
50, 54, 55, 57, 58: 스위칭 제어부
60: 모터
70: 배터리
80, 90: 외부 전원

Claims (10)

  1. 배터리의 정극이 접속되는 상부 아암의 스위칭 소자와, 상기 배터리의 부극이 접속되는 하부 아암의 스위칭 소자가 접속되는 아암 회로와,
    상기 정극에 일단부를 접속하는 제1 콘덴서와,
    상기 제1 콘덴서의 타단부와 상기 부극 사이에 접속되는 제2 콘덴서와,
    상기 상부 아암과 상기 하부 아암의 스위칭 소자의 접속점에 캐소드 전극을 접속하는 제1 다이오드와,
    상기 제1 콘덴서의 타단부에 캐소드 전극을 접속하는 제2 다이오드
    를 구비하고,
    상기 제1 다이오드의 애노드 전극과 상기 제2 다이오드의 애노드 전극에 외부 전원으로부터 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는 충전 공용 인버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 다이오드에 병렬로 접속되는 제1 스위칭 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 충전 공용 인버터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 다이오드와 상기 제1 스위칭 소자는, 하나의 디바이스로 구성되는 것을 특징으로 하는 충전 공용 인버터.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 아암 회로를 복수 구비하고,
    상기 제1 다이오드가 접속된 아암 회로의 상부 아암의 스위칭 소자와, 해당 아암 회로와 다른 아암 회로의 하부 아암의 스위칭 소자를, 각각 소정 주기로 온 오프하는 스위칭 제어부를 구비하고,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 상부 아암의 스위칭 소자와 상기 하부 아암의 스위칭 소자의 온 타이밍의 위상차를 제어하여 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 충전 공용 인버터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는, 상기 제1 스위칭 소자도 온 오프하는 것으로서,
    상기 제1 스위칭 소자의 온 시간보다도, 상기 하부 아암의 스위칭 소자의 온 시간을 길게 한 것을 특징으로 하는 충전 공용 인버터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 아암 회로를 복수 구비하고,
    상기 제1 다이오드가 접속되는 상과 다른 아암 회로의 접속점에 캐소드 전극을 접속하는 제3 다이오드와,
    상기 제1 콘덴서의 타단부에 캐소드 전극을 접속하는 제4 다이오드
    를 구비하고,
    상기 제3 다이오드의 애노드 전극과 상기 제4 다이오드의 애노드 전극에 외부 전원으로부터 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는 충전 공용 인버터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 다이오드 및 상기 제3 다이오드가 접속되는 상과 다른 아암 회로의 접속점에 캐소드 전극을 접속하는 제5 다이오드와,
    상기 제1 콘덴서의 타단부에 캐소드 전극을 접속하는 제6 다이오드
    를 구비하고,
    상기 제5 다이오드의 애노드 전극과 상기 제6 다이오드의 애노드 전극에 외부 전원으로부터 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는 충전 공용 인버터.
  8. 제7항에 있어서, 각각의 아암 회로의 하부 아암에 구비되는 스위칭 소자를 온 오프하는 스위칭 제어부를 구비하고,
    상기 스위칭 제어부는,
    각각의 상기 스위칭 소자에 흐르는 전류가 단락하지 않는 시간 폭의 온 시간으로, 상기 스위칭 소자를 온 오프하는 것을 특징으로 하는 충전 공용 인버터.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 다이오드의 애노드 전극, 상기 제3 다이오드의 애노드 전극, 및 상기 제5 다이오드의 애노드 전극의 각각에는 다른 위상의 전력이 공급되고,
    상기 아암 회로의 스위칭 소자를, 상기 위상에 대응하여 온 오프하는 스위칭 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 충전 공용 인버터.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제1 다이오드에 병렬로 접속되는 제1 스위칭 소자와,
    상기 제2 다이오드에 병렬로 접속되는 제2 스위칭 소자와,
    상기 제3 다이오드에 병렬로 접속되는 제3 스위칭 소자와,
    상기 제4 다이오드에 병렬로 접속되는 제4 스위칭 소자와,
    상기 제5 다이오드에 병렬로 접속되는 제5 스위칭 소자와,
    상기 제6 다이오드에 병렬로 접속되는 제6 스위칭 소자
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 충전 공용 인버터.
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