KR102505605B1 - 누설 전류를 보상하는 보상 장치 - Google Patents

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다니엘 슈페서
플로리안 마이어
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독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은, 차동 전류 측정 장치(22), 공급 네트워크 검출 장치(42; 45), 제어 장치(26), 증폭기(28), 보상 전류 선택 장치(36), 및 급전 장치(39, 41)를 구비한, 누설 전류를 보상하기 위한 보상 장치(20)에 관한 것이다. 공급 네트워크 검출 장치(42; 45)는, 활성 도체들(51, 52, 53, 54)과 연결된 공급 네트워크(L1, L2, L3, N)를 특성화하는 제2 신호(V_GRID; V_ES)를 발생시켜 제어 장치(26)에 공급하도록 구성된다. 보상 전류 선택 장치(36)는, 상기 공급을 위해 연결된 공급 네트워크에 적합한 하나 이상의 활성 도체(51, 54)를 선택하기 위해, 제3 신호(V_SEL)에 기반하여 적어도 2개의 상이한 활성 도체(51, 54) 중 적어도 하나에 보상 전류(I_COMP)를 공급하도록 구성되고, 상기 제3 신호(V_SEL)는 제2 신호(V_GRID; V_ES)에 좌우된다.

Description

누설 전류를 보상하는 보상 장치{COMPENSATION DEVICE FOR COMPENSATING FOR LEAKAGE CURRENTS}
본 발명은, 특히 차량의 충전 장치에 사용하기 위한 누설 전류를 보상하는 보상 장치에 관한 것이다.
누설 전류는, 통상의 작동 조건에서 예를 들어 외부 도체(L1 내지 L3) 중 하나로부터 보호 도체(PE)까지의 바람직하지 않은 전류 경로에서 흐르는 전류이다. 이와 같은 누설 전류는 실제로 예를 들어, 일측으로는 DC 전압 경로와 연결되고 타측으로는 보호 도체(PE)와 연결되는, 네트워크 필터의 필터 커패시터들에 의해 발생한다.
US 2004/0189337 A1호에는, 집적 회로를 위한 누설 전류 모니터가 개시되어 있다.
US 2011/0057707 A1호에는, 누설 전류 감지 기능을 가진 멀티플렉서가 개시되어 있다.
US 2014/0327371 A1호에는, 위상각 제어 및 보상 기능을 가진 LED용 전원 장치가 개시되어 있다.
US 2016/0154047 A1호에는, 테스트 회로를 이용한 누설 전류 감지가 개시되어 있다.
US 2013/0043880 A1호에는, 고장 전류를 결정하고 보상하기 위한 장치가 개시되어 있다.
본 발명의 과제는, 누설 전류를 보상하기 위한 신규 보상 장치 및 이와 같은 보상 장치를 구비한 차량을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제1항의 대상에 의해 해결된다.
누설 전류를 보상하는 보상 장치는 차동 전류 측정 장치, 공급 네트워크 검출 장치, 제어 장치, 증폭기, 보상 전류 선택 장치, 및 급전 장치(current feeding device)를 구비한다. 차동 전류 측정 장치는 활성 도체들의 차동 전류를 특성화하는 제1 신호를 검출하여 이를 제어 장치에 공급하도록 구성된다. 공급 네트워크 검출 장치는 활성 도체들과 연결된 공급 네트워크를 특성화하는 제2 신호를 발생시켜 제어 장치에 공급하도록 구성된다. 제어 장치는 제1 신호로부터 보상에 적합한 미리 설정된 보상 신호를 발생시켜 증폭기에 공급하도록 구성된다. 증폭기는 미리 설정된 보상 신호에 기반하여 보상 전류를 발생시키도록 구성된다. 급전 장치는 적어도 2개의 상이한 활성 도체에 보상 전류를 공급할 수 있게 하도록 구성된다. 보상 전류 선택 장치는, 제3 신호에 기반하여 적어도 2개의 상이한 활성 도체 중 적어도 하나에 보상 전류를 공급하도록 구성되고, 제어 장치는 전류공급을 위해 상기 연결된 공급 네트워크에 적합한 하나 이상의 활성 도체를 선택하기 위해, 제2 신호에 기반하여 제3 신호를 발생시키도록 구성된다. 연결된 공급 네트워크에 따라 보상 전류 선택 장치에 영향이 미침으로써, 적합한 활성 도체로 보상 전류를 공급할 수 있게 된다.
한 바람직한 실시예에 따르면, 공급 네트워크 검출 장치는 하나 이상의 전압 측정 장치를 구비하며, 연결된 공급 네트워크를 검출하기 위해 하나 이상의 전압 측정 장치를 사용하여 하나 이상의 활성 도체 상의 전압을 측정하도록 구성된다. 연결된 공급 네트워크는 전압 측정을 통해 비교적 신뢰할 수 있게 검출될 수 있다.
한 바람직한 실시예에 따르면, 보상 장치는 증폭기과 연결된 제1 라인과 입력측에서 연결되는 스위치를 가진 안전 장치를 구비하고, 상기 스위치는 제1 라인을 선택적으로 제1 상태에서 제2 라인과 연결하거나 제2 상태에서 제3 라인과 연결하도록 구성되며, 상기 제2 라인은 보호 도체 단자와 연결되고, 상기 제3 라인은 보상 전류 선택 장치와 연결되며, 상기 스위치는 제어 장치에 의해 제어될 수 있다. 제1라인을 보호 도체 단자와 연결할 수 있는 가능성을 가진 스위치가 제공됨으로써, 증폭기를 테스트할 수 있게 된다.
한 바람직한 실시예에 따르면, 스위치는 계전기로서 형성된다. 계전기는 전도 상태에서는 낮은 저항을 가지고 비전도 상태에서는 높은 절연 저항을 갖기 때문에, 스위치로서 매우 적합하다. 또한, 사용 중에 고속 스위칭이 요구되지 않는다.
한 바람직한 실시예에 따르면, 제어 장치는 기능 테스트를 가능하게 하도록 구성되고, 기능 테스트 시 제어 장치는 스위치가 제1 상태에 있도록 스위치를 제어하며, 기능 테스트 시 제어 장치는 증폭기에 미리 설정된 보상 신호를 공급하고, 상기 보상 신호가 보상 전류를 야기함에 따라, 급전 장치를 통해 보상 전류를 공급할 필요 없이 증폭기의 기능을 검사할 수 있다. 이러한 진단 가능성은 보상 장치의 검사 성능 및 안전성을 증대시킨다.
한 바람직한 실시예에 따르면, 공급 네트워크가 활성 도체들과 연결되기 전에, 제어 장치가 스위치를 제1 상태로 전환하고, 제어 장치는 미리 정의된 조건에서만 스위치를 제2 상태로 전환하며, 상기 미리 정의된 조건은,
- 공급 네트워크가 활성 도체들과 연결되어 있을 것, 그리고
- 제3 신호가 제2 신호에 기반하여 발생할 것
을 포함한다.
이러한 미리 정의된 조건들로 인해 더 안전한 작동이 가능하다.
한 바람직한 실시예에 따르면, 제1 라인이 커패시터를 통해 제3 라인과 연결됨으로써, 스위치의 제1 상태에서도 제3 라인 상에서 발생하는 펄스를 제1 라인에 전달할 수 있게 된다. 이러한 조치를 통해, 보상 장치는 스위치의 제1 상태에서도 측정을 수행할 수 있고, 급전 장치가 위상과 연결되어 있는지 아니면 중성 도체와 연결되어 있는지를 검사할 수 있다.
한 바람직한 실시예에 따르면, 보상 장치는 보상 전류 측정 장치를 구비하며, 이 보상 전류 측정 장치는 보상 전류를 측정하고, 이 보상 전류를 특성화하는 제4 신호를 발생시키며, 상기 제4 신호를 제어 장치에 공급하도록 구성된다. 보상 전류 측정을 통해 제어 장치는 보상이 제대로 기능하는지의 여부를 검사할 수 있다. 제대로 기능하지 않는 경우, 보상 장치는 예를 들어 보상 전류를 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 이를 통해 신뢰성이 증대된다.
한 바람직한 실시예에 따르면, 보상 장치는, 공급 네트워크 검출 장치에 의해 중성 도체를 구비한 공급 네트워크가 검출되는 경우, 급전 장치에 의해 중성 도체가 연결되어 있는 활성 도체에 보상 전류가 공급되는 방식으로, 보상 전류 선택 장치를 제어하도록 구성된다. 중성 도체 상의 전압이 위상들/외부 도체들 상의 전압에 비해 낮기 때문에, 중성 도체로의 전류공급이 바람직하다. 더 낮은 전압은, 필요 전압을 발생시키기 위한 전원 장치를 더 소형으로 그리고 더 비용효율적으로 만들 수 있게 한다.
상기 과제는 청구항 제10항의 대상에 의해서도 해결된다.
차량은 트랙션 배터리용 충전 장치를 구비하고, 상기 충전 장치는 정류기 및 이 정류기에 직접 또는 간접적으로 연결된 트랙션 배터리를 구비하며, 상기 트랙션 배터리는 활성 도체들에 갈바닉 연결되고, 상기 충전 장치는 전술한 보상 장치를 구비한다. 갈바닉 연결이 구현되는 차량의 경우, 차량 내부에 발생하는 누설 전류가 차량 외부에서도 측정될 수 있고, 공급 네트워크의 퓨즈의 트립을 초래할 수 있다. 따라서, 이러한 경우에 보상 장치의 사용이 특히 유리하다.
본 발명의 다른 세부사항 및 바람직한 개선사항들은 이하에 기술되고 도면에 도시된 실시예들 및 종속항들에 명시되어 있으며, 이들은 어떠한 방식으로든 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
도 1은 보상 장치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 보상 전류를 위한 전원 장치의 도면이다.
도 3은 도 1의 보상 장치의 증폭기의 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 보상 전류 측정 장치의 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 안전 장치의 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1의 보상 전류 선택 장치의 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 차량에서의 도 1의 보상 장치의 사용을 도시한 도면이다.
도 1은 보상 장치(20)의 실시예를 도시한다. 5개의 도체(51, 52, 53, 54, 55)가 제공된다. 3상 네트워크의 경우, 도체들(51 내지 53)은 예를 들어 외부 도체들(위상들; L1, L2, L3)과 연결될 수 있다. 도체(54)는 중성 도체(N)와 연결되고, 도체(55)는 보호 도체(PE)와 연결된다. 전류 전도를 위해 필요한 도체들, 예를 들어 공급 네트워크의 외부 도체들(L1, L2, L3)을 위한 도체들(51 내지 53) 및 공급 네트워크의 중성 도체(N)를 위한 도체(54)를 활성 도체라고 지칭한다. 차동 전류 측정 장치가 활성 도체들(51 내지 54)의 차동 전류를 측정한다. 차동 전류 측정 장치(22)는 예를 들어 활성 도체들(51 내지 54) 주위에 권선 형태의 합산 변류기(summation current transformer)로서 구성될 수 있다. 고장 전류 또는 누설 전류가 발생하지 않는 경우, 도체들(51 내지 54)을 통과하는 전류 및 그에 따라 권선을 통과하는 전류의 합은 영(0)이 된다. 이와 달리, 예를 들어 네트워크 필터의 Y 커패시터를 통해 누설 전류가 위상(L1)으로부터 보호 도체(PE)로 흐르는 경우, 차동 전류 측정 장치(22)는 그 결과로 생기는 차동 전류를 도출한다. 예를 들어, 한편으론 도체들(51 내지 53)을 통과하는 합산 전류와, 다른 한편으론 도체(54)를 통과하는 합산 전류를 각각 측정한 후, 각각의 권선 방향에 기반하여 두 값의 합 또는 차를 계산하는 것도 가능하다. 차동 전류 측정 장치(22)의 신호(I_DIFF)가 라인(23)을 통해 신호 처리 장치(24)에 공급된다. 신호 처리 장치(24)에서 예를 들어 A/D 변환이 수행된다. 신호 처리 장치(24)는 상응하는 신호를 라인(25)을 통해 제어 장치(26)에 전달한다. 예를 들어 마이크로컨트롤러 또는 연산 장치로서 형성된 제어 장치(26)는, 산출된 차동 전류를 토대로 적합한 보상 전류를 위한 값 또는 신호(I_COMP_S)를 계산한다. 이 값(I_COMP_S)은 라인(27)을 통해 증폭기(28)에 공급되고, 증폭기(28)는 상응하는 보상 전류(I_COMP)를 생성한다. 이를 위해, 증폭기(28)는 보호 도체(99)로(부터)의 전류를 이네이블(enable)하기 위해 보호 도체(99)와 연결된다. 증폭기(28)는 라인(29)을 통해 보상 전류 측정 장치(30)와 연결된다. 보상 전류 측정 장치(30)는 보상 전류를 측정하고, 라인(31)을 통해 제어 장치(26)에 값 또는 신호(I_COMP_I)를 송출한다. 보상 전류는 라인(32)을 통해 안전 장치(33)에 도달한다. 안전 장치(33)는 라인(34)을 통해 신호(V_CON)를 이용하여 제어 장치(26)에 의해 제어될 수 있다. 또한, 안전 장치(33)는 보호 도체(99)와 연결되어, 보호 도체(99)로(부터)의 전류 흐름을 이네이블한다. 안전 장치(33)는 라인(35)을 통해 보상 전류 선택 장치(36)와 연결된다. 보상 전류 선택 장치(36)는, 신호(V_SEL)를 전달할 수 있게 하는 라인(37)을 통해 제어 장치(26)에 의해 제어될 수 있다. 보상 전류 선택 장치(36)는 라인(38)을 통해 제1 급전 장치(39)에 보상 전류를 공급할 수 있고, 그리고/또는 라인(40)을 통해 제2 급전 장치(41)에 보상 전류를 공급할 수 있다.
도체들(51 내지 55)에 연결된 공급 네트워크를 검출하고, 라인을 통해 제어 장치(26)에 신호(V_GRID)를 송출하는 제1 공급 네트워크 검출 장치(42)가 제공된다. 이를 위해, 공급 네트워크 검출 장치(42)는 예를 들어 연결부들(51 내지 55)에서 전압을 측정한다. 이는 예를 들어 공급 네트워크 검출 장치(42)에서 직접 수행되거나, 제어 장치(26)에서 수행될 수 있다. 따라서 바람직하게 전압 측정 장치(42, 26)가 제공된다. 중앙 유럽 3상 네트워크의 경우, 예를 들어 도체들(51 내지 55)은 좌측에 도시된 단자들(L1, L2, L3, N, PE)과 연결된다. US 분상 네트워크(US split-phase network)의 경우에는, 단자(HOT1)가 도체(51)와 연결되고, 180° 위상 천이된 단자(HOT2)가 도체(54)와 연결되며, 보호 도체(PE)가 도체(55)와 연결된다. 중앙 유럽 단상 네트워크의 경우, 도체(51)가 L1과 연결되고, 도체(54)가 N과 연결되거나; 도체(51)가 N과 연결되고, 도체(54)가 L1과 연결된다. 즉, 상기 할당은 강제적인 것이 아니다. 제1 공급 네트워크 검출 장치(42)에 대한 대안으로 또는 그에 추가로, 도 5에 도시된 제2 공급 네트워크 검출 장치(45)가 제공되며, 이 제2 공급 네트워크 검출 장치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 실시예에서 안전 장치(33)에 통합되어, 라인(44)을 통해 제어 장치(26)에 신호(V_ES)를 송출한다. 안전성 증대를 위해, 제1 공급 네트워크 검출 장치(42)와 제2 공급 네트워크 검출 장치(45; 도 5 참조)가 모두 제공될 수도 있다.
급전 장치들(39, 41)은 예를 들어 용량성 결합 또는 유도성 결합에 의해 전류공급을 수행할 수 있다.
중성 도체(N)를 구비한 공급 네트워크의 경우, 중성 도체(N) 상의 전압이 보통 낮기 때문에 전류공급이 바람직하게 중성 도체 내로 수행되고, 그에 따라 전류공급을 위한 공급 전압은 위상들에서의 전압에 비해 낮을 수 있다. 공급 네트워크(L1, N; 또는 L1, L2, L3, N, PE; 또는 HOT1, HOT2)가 활성 도체들(51 내지 54)에 연결되기 전에, 제어 장치(26)는 바람직하게 도 5의 스위치(84)를 제1 상태로 전환한다. 이를 통해, 예를 들어 위상(L1)이 단자(54)에 연결될 때, 위상 전압이 안전 장치(33)보다 더 멀리까지 도달하는 것을 방지한다. 제어 장치(26)는 바람직하게 미리 정의된 조건에서만 도 5의 스위치(84)를 제2 상태로 전환하는데, 미리 정의된 조건은 하기 사항을 포함한다:
- 공급 네트워크(L1, L2, L3, N, PE)가 활성 도체들(51 내지 54)에 연결될 것, 그리고
- 신호(V_SEL)가 신호(V_GRID, V_ES)에 기반하여 발생할 것.
공급 네트워크의 접속은 우선 공급 네트워크의 검출만을 가능하게 하며, 신호(V_SEL)가 발생한 후에 비로소 보상 전류 선택 장치(36)를 통해 정확한 급전 장치가 선택되는 점이 보장된다.
보상 전류(I_COMP)를 위한 신호(I_COMP_S)의 계산은 예를 들어 차동 전류 또는 신호(I_DIFF)의 주파수 스펙트럼의 결정을 통해 수행되며, 이때 예를 들어 20Hz 내지 300kHz의 주파수 범위면 충분할 수 있다. 상응하는 보상을 구현하기 위해, 주파수 스펙트럼은 상응하는 진폭을 포함하고, 신호(I_COMP_S)는 180°의 위상 천이(역위상)로 발생한다. 적분을 계산하는 다른 계산들도 가능하다.
도 2는 입력부들(61, 62)의 DC 전압으로부터 출력부들(63, 64)의 DC 전압을 발생시키기 위한 전원 장치(60)를 도시한다. 입력부들(61, 62) 사이의 전압은 예를 들어 12V이다. 출력부(63)의 전압은 예를 들어 +15V이고, 출력부(64)의 전압은 예를 들어 -15V이다. 전원 장치(60)는 보호 도체(99)와 연결되어, 이 보호 도체에 대한 전위 기준(potential reference)을 가능케 한다.
도 3은 증폭기(28)의 실시예를 도시한다. 본 실시예에서 증폭기(28)는 차동 증폭기의 형태이며, 양의(비반전) 입력부(67)와 음의(반전) 입력부(68) 및 출력부(71)를 가진 연산 증폭기(66)를 구비한다. 전압 공급을 위해, 연산 증폭기(66)는 도 2의 전원 장치(60)의 단자들(63, 64)과 연결된다. 라인(27)은 저항(69)을 통해 양의 입력부(67)와 연결된다. 음의 입력부(68)는 저항(70)을 통해 접지(GND; 98)와 연결된다. 또한, 음의 입력부(68)는 저항(72)을 통해 출력부(71)와 연결된다. 출력부(71)는 라인(29)과 연결된다. 증폭기(28)의 이득(gain)은 신호(I_COMP_S)에 기반하여 선택되어야 하며, 본 실시예에서는 10배의 이득이 사용되었다.
하기의 컴포넌트 값들은 예시일 뿐, 제한적인 것은 아니다:
저항(69): 13kΩ
저항(70): 330Ω
저항(72): 3300Ω
도시된 증폭기의 대안으로, 디지털/아날로그 컨버터 또는 클래스 D 증폭기(Class D Amplifier)가 있다.
도 4는 보상 전류 측정 장치(30)를 도시한다. 보상 전류(I_COMP)를 갖는 라인(29)은 병렬 접속된 2개의 저항(75, 76; 예를 들어, 각각 100Ω)을 통해 라인(77)과 연결된다. 라인(77) 상에는 전류 센서(78), 예를 들어 홀 프로브를 가진 자기 전류 센서 또는 자기저항 효과를 이용하는 전류 센서가 제공된다. 예를 들어 전압 신호인, 보상 전류(I_COMP)를 특성화하는 신호(I_COMP_I)가 라인(31)을 통해 도 1의 제어 장치(26)에 공급된다. 라인(77)은 다이오드(79)를 통해 전원 장치(60)의 단자(63)와 연결되고, 다이오드(80)를 통해 전원 장치(60)의 단자(64)와 연결된다. 다이오드(79)의 캐소드가 단자(63)를 향하고, 다이오드(80)의 애노드가 단자(64)를 향한다.
저항들(75, 76)은 전류를 제한하는 데 이용되며, 다이오드들(79, 80)도 마찬가지이다. 라인(77) 상의 전압이 단자(63)의 전압보다 높아지면, 전류는 단자(63) 쪽으로 흐르고, 라인(77) 상의 전압이 단자(64)의 전압보다 낮아지면, 전류는 단자(64)로부터 라인(77)으로 흐른다. 이는 라인(77) 상의 전압을 단자들(63, 64)의 전압으로 제한한다.
이후, 보상 전류는 라인(32)을 통해 출력된다.
도 5는 안전 장치(33)를 도시한다. 라인(32)은 스위치(84)와 연결된다. 라인(34) 상의 신호(V_CON)에 기반하여, 스위치(84)는 (제1) 라인(32)을 (제2) 라인(85) 또는 (제3) 라인(86)과 연결할 수 있게 한다. 제2 라인(85)과의 결선은 제1 상태(Z1)로 지칭될 수 있고, 제3 라인(86)과의 결선은 제2 상태(Z2)로 지칭될 수 있다. 라인(32)은 제너 다이오드(82)를 통해 보호 도체(99)와 연결되고, 라인(85)은 저항(83)을 통해 보호 도체(99)와 연결된다. 라인(32)은 커패시터(89)를 통해 라인(86)과 연결된다. 라인(86)은 병렬 연결된 2개의 PTC 서미스터(87, 88)를 통해 라인(35)과 연결된다.
스위치(84)는 바람직하게 계전기로서 형성되는데, 그 이유는 계전기가 전도성으로 스위칭된 상태에서는 낮은 저항을 가지고, 비전도성으로 스위칭된 상태에서는 높은 절연 저항 및 높은 역전압(reverse voltage)을 가지기 때문이다.
제너 다이오드(82)는 라인(32) 상의 전압을 항복 전압에 상응하는 미리 정의된 값으로 제한한다. 라인(32)이 스위치(84)를 통해 라인(85)과 연결되면, 저항(83)을 통해 도체(32)와 보호 도체(99) 사이의 연결이 형성된다. 저항(83)은 예를 들어 10옴의 값을 갖는다. 이는, 도 1의 제어 장치(26)가 증폭기(28)를 통해 보상 전류(I_COMP)를 송출하되, 보상 전류(I_COMP)를 활성 도체들(51 내지 54)의 방향이 아닌 보호 도체(99)의 방향으로 흐르게 할 수 있음으로써, 상기 제어 장치(26)의 자가 진단을 가능하게 한다. 이로써, 예를 들어 도 1의 활성 도체들(51 내지 54)에 공급 네트워크가 연결되어 있지 않은 경우에도, 진단을 위해 전류 흐름이 발생할 수 있다. 또한, 공급 네트워크가 연결된 경우에도, 보상 전류(I_COMP)는 활성 도체들(L1, L2, L3, 또는 N)에 연결되지 않고, 진단 수행 시 퓨즈의 트립이 방지된다.
라인들(32, 86)이 스위치(84)에 의해 연결되지 않아도, 커패시터(89)를 통해 좌측으로부터 전류 펄스가 라인(32)에 도달할 수 있다. 전압의 레벨은 제너 다이오드(82)에 의해 제한된다. 라인(32)은 라인(44)을 통해 도 1의 제어 장치(26)와 연결되고, 제어 장치(26)에 신호(V_ES)를 송출할 수 있다. 신호(V_ES)의 전압은, 라인(35)에 인가되어 저항(83)을 통해 보호 도체(99)로 흐를 수 있는 전압 펄스 또는 AC 전압의 측정을 가능하게 한다. 전압을 평가하기 위해, 안전 장치(33) 또는 제어 장치(26) 내에 제공된 전압 측정 장치(33, 26), 예를 들어 A/D 컨버터 또는 비교기가 사용될 수 있다. 그 결과, 라인(35)이 보상 전류 선택 장치(36)를 통해 중성 도체(N)와 연결되어 있는지(전압 변동 없음), 아니면 위상(L1)과 연결되어 있는지(AC 전압 신호)를 결정할 수 있다. 이로써, 커패시터(89)는 스위치(84)와 함께 제2 공급 네트워크 검출 장치(45)를 형성한다.
PTC 서미스터(87, 88)는 추가적인 안전 조치이다. 대전류에서는 PTC 서미스터(87, 88)가 가열되어 이들의 저항값이 상승한다. 이는 대전류 시 추가적인 전류 제한으로 이어진다.
도 6은 도 1의 보상 전류 선택 장치(36)의 실시예를 도시한다. 스위치(110)가 제공되고, 이 스위치의 입력부가 보상 전류(I_COMP)를 공급하는 데 이용될 수 있는 라인(35)과 연결된다. 스위치(110)는 라인(37)을 통해 신호(V_SEL)를 이용하여 제어될 수 있고, 이 신호(V_SEL)에 따라 스위치(110)의 입력부가 라인(38)과 또는 라인(40)과 연결될 수 있다. 개별 공급에 대한 대안으로, 보상 전류(I_COMP)가 양 도체(38, 40) 모두로 통과될 수 있게 하는 스위치를 사용할 수도 있다.
도 7은 차량(10), 특히 전기차 또는 하이브리드 차량에서, 도체들(51 내지 55)이 개략적으로 도시된 보상 장치(20)와 함께 사용되는 실시예를 도시한다. 도체들(51 내지 53; 위상 도체들 또는 외부 도체들), 도체(54; 중성 도체), 및 도체(55; 보호 도체)가 정류기(AC/DC 컨버터; 100)와 연결되고, 정류기(100)의 출력부에 2개의 도체[101(+), 102(-)]가 제공되며, 이들 도체 상에는 DC 전압이 존재한다. 그에 따라, 상기 어셈블리가 충전 장치(12)로서 사용될 수 있다. 도체(101)는 커패시터(103)를 통해 보호 도체(99)와 연결되고, 도체(102)는 커패시터(104)를 통해 보호 도체(99)와 연결된다. 상기 도체들(101, 102)은 직접 또는 간접적으로(예를 들어, 추가 DC/DC 컨버터를 통해) 부하(105), 예를 들어 트랙션 배터리와 연결된다. 커패시터들(103, 104)은 EMC 필터 또는 네트워크 필터로 작용하고, Y 커패시터 또는 필터 커패시터라고도 지칭된다. 작동 중에, 커패시터들(103, 104)을 통해 전류가 보호 도체(99; PE)로 흐를 수 있다. 도체들(101, 102) 상의 전압이 활성 도체들(L1, L2, L3, N)을 통과하는 전류에 의해 발생하기 때문에, 보호 도체(99)로의 누설 전류는 활성 도체들에서의 차동 전류를 초래하고, 이 차동 전류는 미리 정의된 한계값을 초과할 경우 공급 단자의 누전 차단기 또는 퓨즈의 트립을 초래할 수 있다. 공급 네트워크 내 퓨즈들의 통상적인 한계값은 예를 들어 3.5mA 및 10mA 및 30mA이다.
보상 장치(20)는, 공급 네트워크의 퓨즈가 정상 작동 중에 누설 전류의 한계값 초과로 인해 트립되지 않을 정도까지, 누설 전류를 보상할 수 있다.
이는 DC 중간 회로(101, 102)와 도체들(51 내지 54) 사이 및/또는 부하(105)와 도체들(51 내지 54) 사이의 갈바닉 연결이 구현되는 전기차 또는 하이브리드 차량용 충전 장치(12)에서 특히 유리하다. 예를 들어 DC/DC 컨버터 또는 정류기(100) 내에 변압기들을 구비한 차량과 같이 갈바닉 절연이 구현되는 차량에서와 달리, 갈바닉 연결 시 누설 전류가 합산되어 공급 네트워크에서 식별될 수 있다. 따라서, 갈바닉 연결이 구현되는 차량에서 보상 장치(20)의 사용이 특히 유리하다.
물론, 본 발명의 범주 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능하다.
구체적으로 도시된 회로들은 청구된 요소들 외에도 안전성의 증대 또는 다른 기능들을 위해 또 다른 요소들을 포함한다. 본문에 기술된 이러한 요소들 각각은 그 자체로 바람직한 개선예일 수 있고 독자적으로 바람직하게 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 누설 전류를 보상하는 보상 장치(20)로서,
    상기 보상 장치(20)는, 차동 전류 측정 장치(22), 공급 네트워크 검출 장치(42, 45), 제어 장치(26), 증폭기(28), 보상 전류 선택 장치(36), 및 급전 장치(39, 41)를 구비하며,
    상기 차동 전류 측정 장치(22)는, 활성 도체들(51, 52, 53, 54)의 차동 전류를 특성화하는 제1 신호(I_DIFF)를 검출하여 제어 장치(26)에 공급하도록 구성되고,
    상기 공급 네트워크 검출 장치(42, 45)는, 활성 도체들(51, 52, 53, 54)과 연결된 공급 네트워크(L1, L2, L3, N)를 특성화하는 제2 신호(V_GRID, V_ES)를 발생시켜 제어 장치(26)에 공급하도록 구성되며,
    상기 제어 장치(26)는, 제1 신호(I_DIFF)로부터 보상에 적합한 미리 설정된 보상 신호(I_COMP_S)를 발생시켜 증폭기(28)에 공급하도록 구성되고,
    상기 증폭기(28)는 미리 설정된 보상 신호(I_COMP_S)에 기반하여 보상 전류(I_COMP)를 발생시키도록 구성되며,
    상기 급전 장치(39, 41)는 적어도 2개의 상이한 활성 도체(51, 54)에 보상 전류를 공급할 수 있도록 구성되고,
    상기 보상 전류 선택 장치(36)는, 제3 신호(V_SEL)에 기반하여 적어도 2개의 상이한 활성 도체(51, 54) 중 적어도 하나에 보상 전류(I_COMP)를 공급하도록 구성되며,
    상기 제어 장치(26)는, 전류공급을 위해 상기 연결된 공급 네트워크에 적합한 하나 이상의 활성 도체(51, 54)를 선택하기 위해, 제2 신호(V_GRID, V_ES)에 기반하여 제3 신호(V_SEL)를 발생시키도록 구성되고,
    상기 보상 장치는 스위치(84)를 갖는 안전 장치(33)를 구비하며, 상기 스위치(84)는 입력측에서 제1 라인(32)과 연결되고, 상기 제1 라인(32)은 증폭기(28)와 연결되며, 상기 스위치(84)는, 제1 라인(32)을 선택적으로 제1 상태(Z1)에서 제2 라인(85)과 연결하거나 제2 상태(Z2)에서 제3 라인(86)과 연결하도록 구성되며, 상기 제2 라인(85)은 보호 도체 단자(99)와 연결되고, 상기 제3 라인(86)은 보상 전류 선택 장치(36)와 연결되며, 상기 스위치(84)는 제어 장치(26)에 의해 제어될 수 있는, 보상 장치(20).
  2. 제1항에 있어서, 공급 네트워크 검출 장치(42, 45)는 하나 이상의 전압 측정 장치((42, 26), (33, 26))를 구비하며, 상기 연결된 공급 네트워크를 검출하기 위해 하나 이상의 전압 측정 장치((42, 26), (33, 26))를 사용하여 하나 이상의 활성 도체(51, 52, 53, 54) 상의 전압을 측정하도록 구성되는, 보상 장치(20).
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 스위치(84)는 계전기로서 형성되는, 보상 장치(20).
  5. 제1항에 있어서, 제어 장치(26)는 기능 테스트를 가능하게 하도록 구성되고, 상기 기능 테스트 시 제어 장치는 스위치(84)가 제1 상태(Z1)에 있도록 상기 스위치를 제어하며, 상기 기능 테스트 시 제어 장치(26)는 증폭기(28)에 미리 설정된 보상 신호(I_COMP_S)를 공급하고, 상기 보상 신호가 보상 전류(I_COMP)를 야기함에 따라, 급전 장치(39, 41)를 통해 보상 전류를 공급할 필요 없이 증폭기(28)의 기능을 검사할 수 있는, 보상 장치(20).
  6. 제1항에 있어서, 공급 네트워크((L1, L2, L3, N, PE), (L1, N, PE), (HOT1, HOT2, PE))가 상기 활성 도체들(51 내지 54)과 연결되기 전에, 제어 장치(26)가 스위치(84)를 제1 상태로 전환하고, 상기 제1 상태에서 제어 장치(26)는 미리 정의된 조건에서만 스위치(84)를 제2 상태로 전환하며, 상기 미리 정의된 조건은 공급 네트워크(L1, L2, L3, N, PE)가 활성 도체들(51 내지 54)과 연결되는 것, 그리고 제3 신호(V_SEL)가 제2 신호(V_GRID)에 기반하여 발생하는 것을 포함하는, 보상 장치(20).
  7. 제1항에 있어서, 제1 라인(32)이 커패시터(89)를 통해 제3 라인(86)과 연결됨으로써, 스위치(84)의 제1 상태(Z1)에서도 제3 라인(86) 상에서 발생하는 펄스를 제1 라인(32)에 전달할 수 있게 되는, 보상 장치(20).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 누설 전류 보상 장치는 보상 전류 측정 장치(30)를 구비하고, 이 보상 전류 측정 장치(30)는, 보상 전류(I_COMP)를 측정하고, 상기 보상 전류(I_COMP)를 특성화하는 제4 신호(I_COMP_I)를 발생시키며, 상기 제4 신호(I_COMP_I)를 제어 장치에 공급하도록 구성되는, 보상 장치(20).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 누설 전류 보상 장치는, 공급 네트워크 검출 장치(42, 45)에 의해 중성 도체를 구비한 공급 네트워크(L1, L2, L3, N)가 검출될 때, 급전 장치에 의해 상기 중성 도체(N)가 연결되어 있는 활성 도체(51, 54)에 보상 전류(I_COMP)가 공급되는 방식으로, 보상 전류 선택 장치(36)를 제어하도록 구성되는, 보상 장치(20).
  10. 부하(105)를 위한 충전 장치(12)를 구비한 차량(10)으로서,
    상기 충전 장치(12)는 정류기(100) 및 상기 정류기(100)에 직접 또는 간접적으로 연결된 부하(105)를 구비하고, 상기 부하(105)는 활성 도체들(51 내지 54)에 갈바닉 연결되며, 상기 충전 장치(12)는 제1항 또는 제2항에 따른 보상 장치(20)를 구비하고, 상기 부하(105)는 트랙션 배터리인, 차량(10).
  11. 제10항에 있어서, 정류기(100)와 부하(105) 사이에 EMC 필터(103, 104)가 제공된, 차량(10).
KR1020200100260A 2019-08-15 2020-08-11 누설 전류를 보상하는 보상 장치 KR102505605B1 (ko)

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