KR102537472B1 - Three phase and single phase compatible charger - Google Patents
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Abstract
본 기술은 삼상 및 단상 겸용의 충전기가 개시된다. 본 발명의 구체적인 예에 따르면, 신뢰성 및 충전 효율을 저하시키는 전해 캐패시터 없이 단상 및 삼상 겸용의 단일단 구조의 배터리 충전기를 구현함에 따라 단상 및 삼상의 외부 전원에 대해 호환 가능하고, 감소된 스위칭 소자의 수와 스위칭 소자의 소프트 스위칭 동작으로 충전 효율 및 넓은 입출력 전압 범위의 성능을 향상시킬 수 있으며, 신뢰성 및 수명을 향상시킬 수 있고, 배터리 충전기의 리플 제거용 인덕터와 변압기의 1차측 및 2차측과 노이즈 제거용 인덕터 중 적어도 둘을 하나로 코어로 통합함에 따라 경량의 충전기를 구현할 수 있다.The present technology discloses a charger for both three-phase and single-phase use. According to a specific example of the present invention, by implementing a battery charger with a single-phase and three-phase single-phase structure without an electrolytic capacitor that deteriorates reliability and charging efficiency, it is compatible with single-phase and three-phase external power supplies and reduces the number of switching elements. The soft switching operation of the number and switching elements can improve charging efficiency and the performance of a wide input/output voltage range, and can improve reliability and lifespan. A lightweight charger can be implemented by integrating at least two of the removal inductors into one core.
Description
본 발명은 삼상 및 단상 겸용 충전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해 커패시터가 없는 단일단 회로 및 통합형 코어를 구비하여 전기 차량용 배터리 충전기의 가격 및 부피를 감소시키고 충전 효율을 향상시킬 수 있도록 한 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a charger for both three-phase and single-phase, and more particularly, to a technology capable of reducing the price and volume of a battery charger for an electric vehicle and improving charging efficiency by having a single-stage circuit and an integrated core without an electrolytic capacitor. it's about
최근 전기자동차의 국제 시장이 본격적으로 활성화됨에 따라, 국가별 다양한 계통 전압과 형태를 만족하기 위한 넓은 전압범위의 단상/3상 겸용에 대한 개발의 필요성이 늘고 있다. Recently, as the international market for electric vehicles has been activated in earnest, the need for development of single-phase/three-phase combined use with a wide voltage range to satisfy various system voltages and types of each country is increasing.
전기자동차 탑재용 충전기의 구조로는 modular 2-stage 구조로 현재 널리 사용되는 형태이나, 많은 소자수로 인한 전력밀도 및 효율의 한계가 있으며 단상/3상 동작을 위한 전해 커패시터 사용으로 부피가 크고 및 수명이 짧은 문제가 있다. 이러한 종래의 회로적 한계로 인해 최근 전해 커패시터가 없는 단일단 구조의 회로가 제안되었다. The structure of the electric vehicle charger is a modular 2-stage structure, which is currently widely used, but has limitations in power density and efficiency due to the large number of elements, and is bulky and There are short-lived problems. Due to these conventional circuit limitations, a circuit having a single-stage structure without an electrolytic capacitor has recently been proposed.
최근 단상/3상 OBC(On Board Charger)의 전해 커패시터 없는 단일단 구조의 방식의 전기자동차 탑재용 충전기는 적은 소자 수로 높은 효율 및 전력밀도를 달성하였다. 그러나 단일단 Dual-active-bridge 회로의 특성 상 넓은 입출력 전압범위에서 성능이 좋지 않고, 단상 동작에서 별도의 디커플링 회로가 필요하다. Recently, single-phase/three-phase OBC (On Board Charger) chargers for electric vehicles with a single-stage structure without electrolytic capacitors have achieved high efficiency and power density with a small number of devices. However, due to the characteristics of the single-stage dual-active-bridge circuit, performance is not good in a wide input/output voltage range, and a separate decoupling circuit is required for single-phase operation.
또한 기존의 충전기는 도 1에 도시된 바와 같이, 리플 제거부(110)의 인덕터(Ls1))(Ls2), 변압기(141), 노이즈 제거부(142)의 인덕터(Lg1)(Lg2) 등 많은 자성체가 필요하며, 이에 충전기의 부피와 제조 단가가 높아지는 단점이 있다.In addition, as shown in FIG. 1, the conventional charger includes an inductor (L s1 ) (L s2 ) of the
본 발명은 전해 커패시터가 없는 AC-DC 변환부를 단일단 회로로 구현함에 따라 스위칭 소자의 수가 감소되고, 고효율, 고밀도 및 높은 신뢰성을 가지는 삼상 및 단상 겸용의 충전기를 제공하고자 함에 있다.An object of the present invention is to provide a three-phase and single-phase combined charger having a reduced number of switching elements and high efficiency, high density, and high reliability by implementing an AC-DC conversion unit without an electrolytic capacitor as a single-stage circuit.
이에 기존의 단일단 회로와 달리 넓은 입출력 전압범위에서도 높은 성능을 가지며, 별도의 추가 스위칭 소자의 없이 파워 디커플링 회로가 구성되어 배터리의 DC 충전이 가능하다.Therefore, unlike the existing single-stage circuit, it has high performance even in a wide input/output voltage range, and a power decoupling circuit is configured without an additional switching device, enabling DC charging of the battery.
이에 삼상 및 단상 겸용의 충전기의 복수개의 코어를 하나의 플레이트 상에 통합 형성함에 따라, 삼상 및 단상 겸용의 AC-DC 변환기가 적용되는 전기 차량의 충전기의 가격 및 부피를 줄일 수 있고 이에 경량의 충전기를 제공할 수 있다.Accordingly, as a plurality of cores of a charger for both three-phase and single-phase are integrally formed on one plate, the price and volume of a charger for an electric vehicle to which an AC-DC converter for both three-phase and single-phase is applied can be reduced, and thus a lightweight charger. can provide.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and other objects and advantages of the present invention not mentioned above can be understood by the following description and will be more clearly understood by the examples of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by means of the instrumentalities and combinations thereof set forth in the claims.
본 발명의 일 실시예에 따른 삼상 및 단상 겸용 충전기는,Three-phase and single-phase combined charger according to an embodiment of the present invention,
삼상의 외부 전원 각각을 고전압의 직류 형태로 변환한 다음 배터리에 충전하는 제1 내지 제3 모듈을 구비하고,First to third modules for converting each of the three-phase external power sources into a high-voltage direct current form and then charging the battery;
단상의 외부 전원을 상기 제2 모듈로 전달하기 위한 제1 릴레이 스위치와,A first relay switch for transmitting single-phase external power to the second module;
단상의 외부 전원이 상기 제3 모듈로 전달되는 것을 차단하는 제2 릴레이 스위치를 더 포함하는 것을 일 특징으로 한다.It is characterized in that it further comprises a second relay switch for blocking the transmission of single-phase external power to the third module.
바람직하게 상기 삼상 및 단상 겸용의 충전기는Preferably, the three-phase and single-phase combined charger
삼상의 외부 전원에 대해, 상기 제1 릴레이 스위치의 열림 제어되고 제2 릴레이 스위치의 닫힘 제어됨에 따라, 각 삼상의 외부 전원이 제1 내지 제3 모듈로 각각 공급되도록 구비되고,Regarding the three-phase external power, as the opening of the first relay switch is controlled and the closing of the second relay switch is controlled, the three-phase external power is supplied to the first to third modules, respectively,
단상의 외부 전원에 대해, 제1 릴레이 스위치가 닫힘 제어되고 제2 릴레이 스위치가 열림 제어되어 단상의 외부 전원이 제1 모듈과 제2 모듈로 각각 공급되고, 상기 제3 모듈로 공급되는 것을 차단하도록 구비될 수 있다.For single-phase external power, the first relay switch is controlled to close and the second relay switch is controlled to open so that the single-phase external power is supplied to the first module and the second module, respectively, and to block supply to the third module. may be provided.
바람직하게 상기 각 모듈은,Preferably, each module,
상기 제1 및 제2 릴레이 스위치를 통해 제공된 외부 전원의 일단에 병렬로 접속된 인덕터로 구비되어 외부 전원의 리플 성분을 제거하는 리플 제거부; a ripple removal unit provided as an inductor connected in parallel to one end of the external power supplied through the first and second relay switches to remove a ripple component of the external power;
상기 각 리플 제어부의 출력단에 접속되어 저주파 성분의 외부 전원을 고주파 성분의 교류 형태로 변환하는 인버터;an inverter connected to an output terminal of each of the ripple controllers to convert low-frequency external power to high-frequency alternating current;
상기 인버터의 출력신호의 교류 성분을 반파 정류시키는 캐패시터;a capacitor for half-wave rectifying the AC component of the output signal of the inverter;
상기 캐패시터의 출력단에 접속되어 캐패시터의 출력 신호를 통과하는 변압기; a transformer connected to an output terminal of the capacitor and passing an output signal of the capacitor;
상기 변압기의 2차측의 일단과 타단에 각각 연결된 인덕터로 구비되어 상기 변압기의 2차측 출력신호에 포함된 노이즈 성분을 제거하는 노이즈 제거부;a noise removal unit provided with inductors connected to one end and the other end of the secondary side of the transformer to remove noise components included in the secondary side output signal of the transformer;
상기 노이즈 제거부의 각 인덕터의 출력단에 접속되어 상기 인덕터의 출력신호를 직류 형태로 변환하는 AC-DC 변환부; 및an AC-DC conversion unit connected to the output terminal of each inductor of the noise removal unit and converting the output signal of the inductor into a direct current form; and
상기 AC-DC 변환부의 일단과 타단 사이에 연결되는 캐패시터로 구비되어 AC-DC 변환부의 출력신호에 포함된 노이즈 성분을 제거한 다음 고주파 성분의 출력신호를 배터리에 충전하는 필터부를 포함할 수 있다.A filter unit provided as a capacitor connected between one end and the other end of the AC-DC conversion unit to remove noise components included in the output signal of the AC-DC conversion unit and then charge the output signal of the high-frequency component to the battery.
바람직하게 제3 모듈은,Preferably the third module,
필터부의 출력신호를 단속하는 디커플링부를 더 포함하고, Further comprising a decoupling unit for regulating the output signal of the filter unit,
상기 디커플링부는, The decoupling part,
상기 변압기의 2차측 중간텝에 직렬로 연결되어 단상의 외부 전원 차단 시 상기 변압기의 2차측 출력단과 배터리를 디커플링하는 제3 릴레이 스위치; 및a third relay switch connected in series to the middle step of the secondary side of the transformer and decoupling the secondary side output terminal of the transformer and the battery when a single-phase external power is cut off; and
상기 필터부의 출력신호의 저주파 성분을 충방전하는 에너지 단속용 캐패시터를 더 포함할 수 있다.An energy regulation capacitor for charging and discharging low frequency components of the output signal of the filter unit may be further included.
바람직하게 상기 디커플링부는,Preferably the decoupling unit,
삼상의 외부 전원에 대해, 외부로부터 공급되는 제어신호에 의거 제3 릴레이 스위치가 열림 제어됨에 따라 상기 제3 모듈의 필터부의 출력신호가 배터리로 공급될 수 있다.Regarding the three-phase external power supply, as the third relay switch is controlled to open based on a control signal supplied from the outside, the output signal of the filter unit of the third module may be supplied to the battery.
바람직하게 상기 디커플링부는 Preferably the decoupling unit
단상의 외부 전원에 대해, 외부로부터 공급되는 제어신호에 의거 제3 릴레이 스위치가 닫힘 제어됨에 따라 상기 필터부의 출력신호가 상기 에너지 단속용 캐패시터로 전달될 수 있다.Regarding single-phase external power, as the third relay switch is controlled to be closed based on a control signal supplied from the outside, an output signal of the filter unit may be transmitted to the energy regulation capacitor.
바람직하게 상기 각 모듈은,Preferably, each module,
상기 리플 제거용 인덕터와, 변압기의 1차측 및 2차측과, 노이즈 제거부의 인덕터 중 적어도 둘을 자성체 재질의 한 쌍의 플레이트에 통합하여 하나의 코어로 구비될 수 있다.At least two of the ripple removal inductor, the primary side and the secondary side of the transformer, and the inductor of the noise removal unit may be integrated into a pair of plates made of a magnetic material and provided as one core.
바람직하게 상기 코어는,Preferably the core,
양측과 중앙에 각각 설치된 양측 레그 및 중앙 레그가 일체로 성형된 하부 플레이트와 상기 중앙 레그에 부착되어 상기 하부 플레이트와 연결되어 자성체를 형성하는 상부 플레이트를 포함하는 한 쌍의 플레이트로 구비되고,It is provided as a pair of plates including a lower plate integrally molded with both side legs and a central leg installed on both sides and in the center, and an upper plate attached to the central leg and connected to the lower plate to form a magnetic body,
상기 리플 제거부의 인덕터가 하부 플레이트의 양측 레그의 하측에 각각 권선되고, 상기 변압기의 1차측 및 2차측이 하부 플레이트의 양측 레그의 상측에 권선되도록 구비될 수 있다.The inductor of the ripple removing unit may be wound on lower sides of both legs of the lower plate, and the primary side and the secondary side of the transformer may be wound on upper sides of both legs of the lower plate.
바람직하게 상기 코어는Preferably the core
양측 레그, 중앙 레그, 및 양측 레그와 중앙 레그 사이의 권선 레그가 일체로 성형된 하부 플레이트와 상기 중앙 레그에 부착되어 상기 하부 플레이트와 연결된 상부 플레이트를 포함하여 자성체를 형성하는 한 쌍의 플레이트로 구비되고, Provided as a pair of plates forming a magnetic body including a lower plate integrally molded with both legs, a central leg, and a winding leg between both legs and the central leg, and an upper plate attached to the central leg and connected to the lower plate become,
상기 리플 제거부의 인덕터가 하부 플레이트의 권선 레그의 하측에 각각 권선되고, 상기 변압기의 1차측 및 2차측이 하부 플레이트의 권선 레그의 상측에 권선되도록 구비될 수 있다.The inductor of the ripple remover may be wound on lower sides of the winding legs of the lower plate, and the primary and secondary sides of the transformer may be wound on upper sides of the winding legs of the lower plate.
바람직하게 상기 코어는, Preferably the core,
전면 양측 레그, 후면 양측 레그, 하나의 중앙 레그가 일체로 성형된 하부 플레이트와 상기 중앙 레그에 부착되어 상기 하부 플레이트와 연결된 상부 플레이트를 포함하는 한 쌍의 플레이트로 구비되고, It is provided as a pair of plates including a lower plate integrally molded with both front legs, both rear legs, and one central leg and an upper plate attached to the central leg and connected to the lower plate,
상기 리플 제거부 인덕터가 하부 플레이트의 전면 양측 레그의 하측에 각각 권선되고, 상기 변압기의 1차측 및 2차측이 하부 플레이트의 전면 양측 레그의 상측에 권선되며, 상기 변압기의 2차측에 연결된 노이즈 제거부 인덕터가 하부 플레이트의 후면 양측 레그에 각각 권선될 수 있다.The ripple remover inductor is wound on the lower side of both legs of the front side of the lower plate, the primary side and the secondary side of the transformer are wound on the upper side of both legs of the front side of the lower plate, and the noise canceling unit is connected to the secondary side of the transformer. An inductor may be wound on both legs of the rear surface of the lower plate, respectively.
이러한 특징에 따르면, 신뢰성 및 충전 효율을 저하시키는 전해 캐패시터 없이 단상 및 삼상 겸용의 단일단 구조의 배터리 충전기를 구현함에 따라 단상 및 삼상의 외부 전원에 대해 호환 가능하고, 감소된 스위칭 소자의 수와 스위칭 소자의 소프트 스위칭 동작으로 충전 효율 및 넓은 입출력 전압 범위의 성능을 향상시킬 수 있고, 신뢰성 및 수명을 향상시킬 수 있다.According to these features, by implementing a battery charger with a single-phase and three-phase single-phase structure without an electrolytic capacitor that deteriorates reliability and charging efficiency, it is compatible with single-phase and three-phase external power supplies, and the number of switching elements and switching reduced. The soft switching operation of the device can improve charging efficiency and performance of a wide input/output voltage range, and improve reliability and lifespan.
또한 배터리 충전기의 리플 제거용 인덕터와 변압기의 1차측 및 2차측과 노이즈 제거용 인덕터를 하나로 코어로 통합함에 따라, 경량의 충전기를 구현할 수 있는 효과가 있다. In addition, as the inductor for removing ripple of the battery charger, the primary side and the secondary side of the transformer, and the inductor for removing noise are integrated into one core, it is possible to realize a lightweight charger.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일반적인 충전기의 코어를 보인 도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 충전기의 전체 회로도이다.
도 3은 일 실시예의 충전기의 삼상 외부전원에 대한 개념도이다.
도 4는 도 3의 각 부의 출력 파형도이다.
도 5는 일 실시예의 충전기의 단상 외부전원에 대한 개념도이다.
도 6은 도 5의 충전기의 제3 모듈의 등가 회로도이다.
도 7은 도 5의 각 부의 출력 파형도이다
도 8은 일 실시예의 충전기의 코어의 예시도이다.
도 9은 일 실시예의 충전기의 코어의 다른 예시도이다.
도 10는 일 실시예의 충전기의 코어의 또 다른 예시도이다.
도 11은 일 실시예의 충전기의 코어의 또 다른 예시도이다. The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention serve to further understand the technical idea of the present invention, the present invention is the details described in such drawings should not be construed as limited to
1 is a view showing the core of a general charger.
2 is an overall circuit diagram of a charger according to an embodiment.
3 is a conceptual diagram of a three-phase external power supply of a charger according to an embodiment.
4 is an output waveform diagram of each unit of FIG. 3 .
5 is a conceptual diagram of a single-phase external power supply of a charger according to an embodiment.
6 is an equivalent circuit diagram of a third module of the charger of FIG. 5 .
7 is an output waveform diagram of each unit of FIG. 5
8 is an exemplary view of a core of a charger in one embodiment.
9 is another exemplary view of a core of a charger according to an embodiment.
10 is another exemplary view of a core of a charger according to an embodiment.
11 is another exemplary view of a core of a charger according to an embodiment.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the embodiments described below in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to completely inform the person who has the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. The terms used in the present invention have been selected from general terms that are currently widely used as much as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention of a person skilled in the art or precedent, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in a specific case, there is also a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, not simply the name of the term.
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 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.When it is said that a certain part "includes" a certain component throughout the specification, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated. Also, the term "unit" used in the specification means a hardware component such as software, FPGA or ASIC, and "unit" performs certain roles. However, "unit" is not meant to be limited to software or hardware. A “unit” may be configured to reside in an addressable storage medium and may be configured to reproduce on one or more processors.
따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다. Thus, as an example, “unit” refers to components such as software components, object-oriented software components, components and task components, processes, functions, properties, procedures, sub routines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays and variables. Functionality provided within components and "parts" may be combined into fewer components and "parts" or further separated into additional components and "parts".
본 명세서에 대한 설명에 앞서, 본 명세서에서 사용되는 몇 가지 용어들에 대하여 명확하게 하기로 한다. 본 명세서에서 전기 차량용의 배터리 용량(일 례로 3kW)에 의거 정해지는 고주파 성분은 150kHz로 설정되고, 저주파 성분은 60Hz로 설정될 수 있으며, 출력 신호는 전압 및 전류를 의미하며 이에 출력 전압, 출력 전류, 및 출력 신호를 혼용하여 기재하기로 한다. Prior to the description of this specification, some terms used in this specification will be clarified. In this specification, the high frequency component determined based on the battery capacity (eg 3 kW) of the electric vehicle may be set to 150 kHz and the low frequency component may be set to 60 Hz, and the output signal means voltage and current, whereby the output voltage and output current , and output signals will be mixed and described.
여기서, 삼상의 외부 전원에 대해 각 상의 모듈을 구비하는 것을 일 례로 설명하고 있으나, 다상의 외부 전원과 동일한 수의 모듈로 구비될 수 있으며, 이에 외부 전원의 상의 수와 모듈의 수는 한정하지 않는다. Here, although having modules of each phase for a three-phase external power source is described as an example, it may be provided with the same number of modules as a multi-phase external power source, and thus the number of phases and modules of the external power source is not limited. .
첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.With reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted.
일 례로 일 실시예는 복수개의 모듈이 삼당 및 단상의 단일단 구조로 구비된 배터리 충전기를 삼상 또는 단상의 외부 전원에 대해 호환 가능하도록 구현함에 따라 단상 또는 삼상의 교류 형태의 외부 전원을 직류 형태로 변환하여 배터리에 충전한다. For example, in one embodiment, as a plurality of modules implement a battery charger equipped with a three-phase and single-phase single-stage structure to be compatible with three-phase or single-phase external power, single-phase or three-phase AC external power in DC form converted to charge the battery.
이하 첨부된 도면을 참조하여 일 실시예의 단상 및 삼상 겸용 배터리 충전기에 대해 설명한다.Hereinafter, a single-phase and three-phase combined battery charger according to an embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 일 실시예에 따른 충전기의 전체 구성도이고, 도 3은 도 2의 충전기의 삼상의 외부 전원에 대한 동작을 설명하기 위한 도이며, 도 4는 도 3의 각 부의 출력 파형도이고, 도 5는 도 2의 충전기의 단상의 외부 전원에 대한 동작을 설명하기 위한 도이며, 도 6은 도 5의 충전기의 제3 모듈의 등가 회로도이고, 도 7은 도 5의 각 부의 출력 파형도이다.Figure 2 is an overall configuration diagram of a charger according to an embodiment, Figure 3 is a diagram for explaining the operation of the three-phase external power supply of the charger of Figure 2, Figure 4 is an output waveform diagram of each part of Figure 3, 5 is a diagram for explaining the operation of the single-phase external power supply of the charger of FIG. 2, FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of a third module of the charger of FIG. 5, and FIG. 7 is an output waveform diagram of each unit of FIG. .
도 2 내지 도 7을 참조하면, 일 실시예의 단상 및 삼상 겸용 배터리 충전기는 삼상의 외부 전원 vga, vgb, vgc의 각 상에 병렬로 모듈(1)(2)(3)이 각각 접속되어 각 상의 외부 전원을 직류 형태로 변환하도록 구비되며, 이에 모듈(1)(2)(3) 각각은 제1 릴레이스위치(Relay1), 제2 릴레이 스위치(Relay2), 리플 제거부(110)(210)(310), 인버터(120)(220)(320), 정류부(130)(230)(330), 변압기(141)(241)(341), 노이즈 제어부(142)(242)(342), AC-DC 변환부(150)(250)(350), 및 필터부(160)(260)(360)를 포함한다.2 to 7, in the single-phase and three-phase combined battery charger of one embodiment,
삼상의 외부 전원 vga, vgb, vgc의 일단에 연결된 각 상의 모듈(1)(2)(3)의 입력단은 a,b,c 3개의 입력 포트와 중성점 n으로 구비되고, 각 상의 모듈(1)(2)(3)의 출력단은 배터리(VB)가 연결된다. 또한 단상 및 삼상 겸용 배터리 충전기의 제2 모듈(2)은 외부 전원의 일단에 접속되는 제1 릴레이스위치(Relay1)를 더 포함한다.The input terminal of the module (1) (2) (3) of each phase connected to one end of the three-phase external power supply v ga , v gb , v gc is provided with three input ports a, b, c and a neutral point n, and each phase module The output terminal of (1)(2)(3) is connected to the battery (V B ). In addition, the
그리고, 제3 모듈(3)은 단상 또는 삼상의 외부 전원의 일단에 접속되는 제2 릴레이 스위치(Relay2)와, 변압기의 2차측 중앙텝에 접속되는 제3 릴레이스위치(Relay3)와 에너지 단속용 캐패시터(Cpd)를 포함하는 디커플링부(351) 더 포함할 수 있다. 여기서, 삼상의 외부 전원 vga, vgb, vgc 각각은 120도 위상 차로 공급되는 교류 전원이다.In addition, the
이에 일 실시예는 삼상의 외부 전원 vga, vgb, vgc에 대해 닫힘 제어되는 제2 릴레이스위치(Relay2)와 열림 제어되는 제1 릴레이스위치(Relay1) 및 제3 릴레이스위치(Relay3) 및 캐패시터(Cpd)에 의거 변압기의 중앙텝과 배터리 간의 디커플링되어 각 상의 외부 전원을 각 상의 직류 형태로 변환한 다음 배터리(VB)에 충전할 수 있다.Accordingly, in one embodiment, the second relay switch ( Relay2 ) and the first relay switch (Relay1) and the third relay switch (Relay3) and the capacitor Based on (C pd ), the center tap of the transformer and the battery are decoupled to convert the external power of each phase into direct current, and then the battery (V B ) can be charged.
또한 일 실시예는 단상의 외부 전원 vga에 대해, 닫힘 제어되는 제1 릴레이스위치(Relay1) 및 제3 릴레이스위치(Relay3)와 열림 제어되는 제2 릴레이 스위치(Relay2)에 의거 중압텝의 변압기와 배터리 간의 디커플링 동작하여 단상의 외부 전원을 직류 형태로 변환한 다음 배터리(VB)에 충전할 수 있다. In addition, in one embodiment, for single-phase external power supply v ga , the first relay switch (Relay1) and the third relay switch (Relay3) controlled to close and the second relay switch (Relay2) controlled to open are applied to the medium voltage step transformer and Decoupling between batteries converts single-phase external power into direct current, and then the battery (V B ) can be charged.
즉, 제1 릴레이스위치(Relay1)는 단상의 외부 전원의 일단과 제2 모듈(2)에 사이에 연결되어 단상의 교류 전원을 제2 모듈(2)에 공급한다.That is, the first relay switch (Relay1) is connected between one end of the single-phase external power source and the second module (2) to supply single-phase AC power to the second module (2).
한편, 제2 릴레이스위치(Relay2)는 외부 전원의 타단과 제3 모듈(3)에 사이에 연결되어 단상의 외부 전원을 제3 모듈(3)에 공급한다.Meanwhile, the second relay switch (Relay2) is connected between the other end of the external power source and the third module (3) to supply single-phase external power to the third module (3).
각 모듈(1)(2)(3)은 외부로부터 공급되는 각 상의 외부 전원 vga, vgb, vgc에 대해 각각 제1 릴레이스위치(Relay1) 및 제2 릴레이스위치(Relay2)을 통해 전달받아 직류 형태로 변환하는 구성을 갖춘다. Each module (1) (2) (3) receives the external power v ga , v gb , v gc of each phase supplied from the outside through the first relay switch (Relay1) and the second relay switch (Relay2), respectively. Equipped with a configuration that converts to direct current.
상기 모듈(1)의 리플 제거부(110)는 각 외부 전원 vga, vgb, vgc에 병렬로 접속된 인덕터 Lg1, Lg2의 구성을 갖추며, 이에 각 상의 외부 전원 vga, vgb, vgc에 포함된 리플 성분을 제거한다.The
인덕터 Lg1, Lg2의 출력단은 모듈(1)의 인버터(120)가 접속되며, 인버터(120)는 인덕터 Lg1, Lg2의 출력단에 병렬로 다수의 스위칭 소자 S1~ S6로 구비되고, 제1 및 제2 스위칭 소자 S1, S2와 제3 및 제4 스위칭 소자 S3, S4와 제5 및 제6 스위칭 소자 S5, S6 각각은 상호 상보적으로 스위칭한다. 여기서, 다수의 스위칭 소자 S1~ S6의 연결 구조는 배터리 충전기에서 이미 적용하고 있으며 본 명세서 상에서 다수의 스위칭 소자 S1~ S6의 연결 구조에 대해 구체적으로 명시하지 않지만, 당업자 수준에서 이해되어야 할 것이다.The output terminals of the inductors L g1 and L g2 are connected to the
그리고, 인버터(120)의 입력단과 출력단 사이에 병렬로 모듈(1)의 정류부(130)가 각 접속되고, 각 정류부(130)는 캐패시터 Ca로 구비되고, 정류용 캐패시터 Ca는 인버터(120)의 출력신호에 포함된 AC(교류) 성분을 클램핑(Clamping)하여 반파 정류시킨다. In addition, the rectifying
한편, 인버터(120)의 각 출력단은 모듈(1)의 변압기(141)의 1차측과 접속되고 이에 변압기(141)는 정류용 캐패시터 Ca의 출력신호를 통과한 다음 노이즈 제거부(142)로 전달되며, 노이즈 제거부(142)는 변압기(141)의 출력신호에 포함된 노이즈 성분을 제거한다. 여기서, 변압기(141)은 1 : 1의 권선비의 변압기(141)와 각 변압기(141) 일단과 타단에 각각 접속되는 노이즈 제거부(142)의 인덕터(Ls1)(Ls2)로 구비된다. 다른 례로 변압기(141)의 1차측 코일과 2차측 코일의 권선비에 따라 정류용 캐패시터 Ca의 출력신호는 증폭될 수 있다.On the other hand, each output terminal of the
각 노이즈 제거부(142) 인덕터(Ls1)(Ls2)의 출력단에는 각 모듈(1)의 AC-DC 변환부(150)가 연결되고, AC-DC 변환부(150)는 변압부(140)의 출력신호를 직류 형태로 변환한다. The AC-
여기서, AC-DC 변환부(150)는 스위칭 소자 S7~S10로 구비되고, 제7 및 제8 스위칭 소자 S7, S8과 제9 및 제10 스위칭 소자 S9, S10 각각은 제어기(미도시됨)의 스위칭 신호에 의거 상호 상보적으로 스위칭된다. 여기서, 제어기의 스위칭 신호는 이미 적용하고 있는 배터리로 공급되는 전류 및 전압을 전달받아 각 인버터의 스위칭 소자 및 AC-DC 변환부의 스위칭 소자를 동작하기 위한 스위칭 신호를 적용할 수 있으며, 본 명세서 상에서 제어기의 스위칭 신호를 도출하는 과정들을 구체적으로 명시하지 않지만, 당업자 수준에서 이해되어야 할 것이다.Here, the AC-
모듈(1)의 AC-DC 변환부(150)의 각 출력단은 모듈(1)의 필터부(160)가 접속되며, 필터부(160)은 AC-DC 변환부(150)의 일단과 타단 사이에 연결되는 캐패시터 C0로 구비되며, AC-DC 변환부(150)의 출력신호에 포함된 노이즈 성분을 제거한 다음 배터리(VB)로 전달한다.Each output terminal of the AC-
한편, 모듈(2)는 제1 릴레이스위치(Relay1)의 열림 제어로 전달받은 삼상의 외부 입력 vgb를 직류 형태로 변환하여 배터리(VB)로 전달하도록 모듈(1)과 동일한 구조의 리플 제거부(210), 인버터(220), 정류부(230), 변압기(241), 노이즈 제거부(242), AC-DC 변환부(250), 및 필터부(260)를 포함한다.On the other hand, the
모듈(3)은 제2 릴레이스위치(Relay2)의 닫힘 제어로 전달받은 삼상의 외부 입력 vgc를 직류 형태로 변환하여 배터리(VB)로 전달하도록 모듈(1)과 동일한 구조의 리플 제거부(310), 인버터(320), 정류부(330), 변압기(341), 노이즈 제거부(342), AC-DC 변환부(350), 및 필터부(360)를 갖춘다. The
이에 본 명세서 상에서 모듈(2)(3)에 대한 연결 구조는 구체적으로 명시하지 아니하였으나 당업자 수준에서 이해되어야 할 것이다.Accordingly, although the connection structure for the modules (2) and (3) is not specifically specified in this specification, it should be understood at the level of those skilled in the art.
또한 모듈(3)은 열림 제어되는 제3 릴레이스위치(Relay3) 및 캐패시터(Cpd)에 의거 변압기의 중앙텝과 상기 필터부(360) 간에 디커플링 동작하는 구성을 갖춘다.In addition, the
이하에서 외부 전원이 삼상인 경우 도 2 및 도 3을 참조하여 단상 및 삼상 겸용 충전기의 동작 과정을 설명한다.Hereinafter, an operation process of a single-phase and three-phase combined charger will be described with reference to FIGS. 2 and 3 when the external power supply is three-phase.
즉, 외부로부터 공급되는 외부 전원 vga, vgb, vgc이 삼상인 경우 제어기(미도시됨)의 제어에 의거 제1 릴레이스위치(Relay1) 및 제3 릴레이스위치(Relay3)는 열림 제어되고, 제2 릴레이스위치(Relay2)는 닫힘 제어된다.That is, when the external power supply v ga , v gb , v gc supplied from the outside is three-phase Under the control of a controller (not shown), the first relay switch (Relay1) and the third relay switch (Relay3) are controlled to open, and the second relay switch (Relay2) is controlled to be closed.
이에 각 상의 외부 전원 vga, vgb, vgc 각각은 각 모듈(1)(2)(3)에 전달되며, 각 모듈(1)(2)(3)의 출력 신호는 중첩되어 배터리(VB)에 충전된다. 모듈(1)의 동작 과정을 설명하면, 외부 전원 vga는 리플 제거부(110)에 의거 리플 성분이 제거된 다음 인버터(120)로 전달된다. 이때 리플 성분이 제거된 외부 전원 vga는 저주파 성분이다.Accordingly, each of the external power sources v ga , v gb , and v gc of each phase is delivered to each module (1) (2) (3), and the output signals of each module (1) (2) (3) are superimposed and the battery (V B ) is charged. Describing the operation process of the
그리고 인버터(120)는 리플이 제거된 저주파 성분의 외부 전원 vga를 고주파 성분으로 변환하고 변환된 고주파 성분의 출력신호는 정류부(130)로 전달되고, 이에 인버터(120)의 고주파 성분의 출력신호는 정류부(130)의 캐패시터 Ca에 의해 반파 정류된다.In addition, the
정류부(130)의 각 출력신호는 각 모듈(1)의 변압부(140)의 변압기(T1)의 1차측으로 전달된 다음 2차측으로 여기되며, 이에 정류부(130)의 출력신호는 변압기(T1)를 경유하여 노이즈 제거용 인덕터(Ls1)(Ls2)로 전달된다.Each output signal of the rectifying
변압기(141)의 출력 신호는 노이즈 제거부(142) 인덕터(Ls1)(Ls2)에 의거 노이즈 성분이 제거되고, 노이즈 성분이 제거된 고주파 성분의 인덕터(Ls1)(Ls2)의 출력 신호는 AC-DC 변환부(150)로 전달된다.In the output signal of the
상기 AC-DC 변환부(150)는 외부로부터 공급되는 제어기(미도시됨)의 스위칭 신호에 의한 스위칭 소자(S7~S10)의 동작에 의거 고주파 성분의 인덕터(Ls1)(Ls2)의 출력 신호를 직류 형태로 변환한다. 여기서 직류 형태의 고주파 성분의 출력신호는 필터부(160)의 캐패시터(CO)에 의거 노이즈 성분이 제거되고, 필터부(160)의 캐패시터(CO)의 출력 신호는 배터리(VB)에 공급된다. 본 명세서 상에서 구체적으로 명시하지 아니하였으나 모듈(2)(3)은 모듈(1)과 동일하게 동작된다. The AC-
그리고, 모듈(3)의 디커플링부(351)는 제어기의 제어신호에 의거 열림 제어된 릴레이스위치(Relay3)에 의거 변압기(141)의 2차측의 중간텝과 필터부(360)의 캐패시터(C0)가 디커플링된다. In addition, the
도 4을 참조하면, 150 kHz의 고주파 성분의 배터리(VB)의 전류 iB는 각 모듈(1)(2)(3) 별의 출력 전류 ioa(DC), iob(DC), ioc(DC)의 중첩됨을 알 수 있다. 이때 배터리의 충전 전압은 저주파 영역에서 240V이고, 고주파 영역에서 400~ 800V일 수 있다. Referring to FIG. 4, the current i B of the battery (V B ) of the high-frequency component of 150 kHz is the output current i oa (DC) , i ob (DC) , i of each module (1) (2) (3) You can see the overlap of oc(DC) . In this case, the charging voltage of the battery may be 240V in a low frequency region and 400 to 800V in a high frequency region.
한편, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 단상의 외부 전원 vga이 연결되면, 제어기(미도시됨)의 제어신호에 의거 제1 릴레이스위치(Relay1) 및 제3 릴레이스위치(Relay3)는 닫힘 제어되고, 제2 릴레이스위치(Relay2)는 열림 제어된다. 이에 단상의 외부 전원 vga은 제1 릴레이스위치(Relay1)를 경유하여 모듈(2)에 전달되며, 모듈(1)(2)는 단상의 외부 전원 vga을 고주파 성분의 직류 형태로 변환하고, 고주파 성분의 각 직류 형태의 각 모듈(1)(2)의 출력 신호는 중첩되어 배터리(VB)에 전달된다. On the other hand, referring to FIGS. 5 to 7, the single-phase external power supply v ga is When connected, the first relay switch (Relay1) and the third relay switch (Relay3) are controlled to be closed and the second relay switch (Relay2) is controlled to be opened based on a control signal from a controller (not shown). Accordingly, the single-phase external power v ga is transmitted to the
단상의 외부 전원 vga은 모듈(1)(2)의 각 리플 제거부(110)(210)에 전달되고, 각 리플 제거부(110)(210)는 단상의 외부 전원 vga에 포함된 리플 성분을 제거한다.Single-phase external power v ga silver It is transmitted to the respective
그리고, 리플 제거부(110)(210)의 각 출력신호는 인버터(120)(220)에 각각 전달되고, 인버터(120)(220)는 저주파 성분의 외부 전원 vga는 고주파 성분으로 변환되며, 고주파 성분의 외부 전원 vga는 각 정류부(130)(230)의 캐패시터 Ca, Cb 각각에 전달되며, 이에 반파 정류된다.In addition, each output signal of the
이러한 각 정류부(130)(230)의 캐패시터 Ca, Cb 각각의 출력신호는 변압기(141)(241)로 전달되며, 각 변압기(141)(241)는 각 정류부(130)(230)의 캐패시터 Ca, Cb 각각의 출력신호를 변압기(141)(241)의 1차측에서 2차측으로 경유하여 노이즈 제거부(142)(242)의 인덕터(Ls1)(Ls2)로 각각 전달하며, 이에 변압기의 출력 신호에 포함된 노이즈 성분이 제거된다.The output signals of the capacitors C a and C b of each of the
그리고 모듈(1)(2)의 각 변압기(141)(241)의 출력신호는 모듈(1)(2)의 상의 AC-DC 변환부(150)(250)에 의거 직류형태로 변환한 다음 고주파 성분의 AC-DC 변환부(150)(250)의 출력신호는 필터부(160)(260)로 전달되며, 필터부(160)(260)는 고주파 성분의 AC-DC 변환부(150)(250)의 출력신호에 포함된 노이즈 성분을 제거한 다음 출력신호 ioa(DC), iob(DC)를 배터리(VB)에 전달한다. In addition, the output signal of each
한편, 제3 릴레이스위치(Relay3)의 닫힘 제어에 의거 도 5에 도시된 바와 같이 필터부(360)의 캐패시터 C0의 충전 전압은 스위칭소자(S7)의 스위치 동작에 의거 변압기(341)의 2차측 중간텝을 경유하여 에너지 단속용 캐패시터(Cpd)로 방전되고, 스위칭소자(S10)의 스위칭 동작에 의거 에너지 단속용 캐패시터(Cpd)의 충전 전압은 변압기(341)의 2차측 중간텝을 경유하여 필터부(360)의 캐패시터 C0 에 충전된다. On the other hand, as shown in FIG. 5 based on the closing control of the third relay switch (Relay3), the charged voltage of the capacitor C 0 of the
이에 직류 형태 DC와 120Hz를 갖는 동상을 가지는 전류원으로 등가되어 모듈(1)(2)의 출력 신호는 ioa(DC)+iob(DC)이고, 닫힘 제어되는 제3 릴레이스위치(Relay3)에 의해 인버터(320)의 스위칭소자 S4와 S6는 쇼트됨에 따라 등가 임피던스가 0이되며, 변압기(341)는 비활성화되며, 따라서, 모듈 3의 AC-DC 변환부(350)은 2상 인터리브드 벅 컨버터로 등가된다. This is equivalent to a current source having an in-phase DC with 120 Hz, and the output signal of the modules (1) (2) is i oa (DC) + i ob (DC) , and to the third relay switch (Relay3) controlled to close As the switching elements S4 and S6 of the
따라서, 도 7을 참조하면, 150kHz의 고주파 성분의 배터리(VB)의 전류 iB는 각 모듈(1)(2)의 출력 전류 ioa(DC), iob(DC)의 합이다. 한편 저주파 성분의 필터부(360)의 충전 전압은 에너지 단속용 캐패시터(Cpd)에 의거 제거된다.Therefore, referring to FIG. 7, the current i B of the battery V B of the high-frequency component of 150 kHz is the sum of the output currents i oa(DC) and i ob(DC) of each
단상 외부 전원 vgc의 경우 모듈(3)의 변압기(341)의 2차측 인덕터(Ls1, Ls2)와 캐패시터 Cpd 와 제7 내지 제10 스위칭소자(S7~ S10)의 인터리브드 동작에 의거 캐패시터 Cpd의 전류 정격은 감소될 수 있다.In the case of single-phase external power v gc , based on the interleaved operation of the secondary inductors (L s1 , L s2 ) of the
또한 고주파 스위칭 동작에 제7 내지 제10 스위칭소자(S7~ S10)가 영전압 스위칭(ZVS)을 수행함에 따라 효율을 극대화할 수 있으며, 이에 3kW 동작에서 120Hz의 전류가 제거되므로 배터리의 직류 성분의 충전이 가능하다.In addition, efficiency can be maximized as the 7th to 10th switching elements (S7 to S10) perform zero voltage switching (ZVS) in the high-frequency switching operation, and as a result, the current of 120Hz is removed in 3kW operation, so that the DC component of the battery charging is possible
이에 일 실시예는, 신뢰성 및 충전 효율을 저하시키는 전해 캐패시터 없이 단상 및 삼상 겸용의 단일단 구조의 AC-DC 변환기로 충전기를 구현함에 따라 단상 및 삼상의 외부 전원에 대해 호환 가능하고, 소자의 수가 감소되므로 충전 효율 및 넓은 입출력 전압 범위의 성능, 신뢰성 및 수명을 향상시킬 수 있다.Accordingly, one embodiment implements a charger with a single-phase and three-phase AC-DC converter with a single-phase structure without an electrolytic capacitor that reduces reliability and charging efficiency, so that it is compatible with single-phase and three-phase external power sources, and the number of elements is This reduces the charging efficiency and the performance, reliability and lifetime of a wide input/output voltage range can be improved.
한편, 일 실시예는 각 모듈(1)의 리플 제거부(110)의 각 인덕터(Lg1)(Lg2)와, 변압기(141), 및 노이즈 제거부(142)의 인덕터(Ls1)(Ls2) 중 적어도 둘을 하나의 통합형 코어로 제작할 수 있다. On the other hand, in one embodiment, each inductor (L g1 ) (L g2 ) of the
도 8 내지 도 11은 모듈(1)의 리플 제거부(110)의 인덕터(Lg1)(Lg2)와 변압부(140)의 변압기(141)의 1차측 및 2차측 및 노이즈 제거부(142)의 인덕터(Ls1)(Ls2)를 하나의 통합 코어의 구성을 보인 도들이다. 8 to 11 are the inductors Lg1 and Lg2 of the
도 8을 참조하면, 일 례의 코어는, 양측 레그(501a)(501b)와 중앙 레그(503) 등의 3개의 레그가 일체로 성형된 하부 플레이트(510a)와 상기 중앙 레그(503)에 부착되어 하부 플레이트(510a)와 연결되는 상부 플레이트(510b)을 포함한다.Referring to FIG. 8, an example of the core is attached to a
그리고, 리플 제거부(110)의 인덕터(Lg1)(Lg2)는 양측 레그(501a)(501b)의 하면에 각각 권선되고, 변압기(141)의 1차측 및 2차측은 양측 레그(501a)(501b)의 저면에 각각 권선된다. 이에 리플 제거부(110) 인덕터(Lg1)(Lg2) 및 변압기(141) 1차측 및 2차측은 통합된 하나의 코어에 의해 구현될 수 있다. In addition, the inductors (L g1 ) (L g2 ) of the
그리고, 변압기(141)의 1차측 권선의 일단은 노드 a, o를 통해 인덕터(Lg1)의 출력단과 스위칭소자(S4)의 출력단에 연결되고, 변압기(141)의 1차측 권선의 타단은 노드 b, o를 통해 인덕터(Lg2)의 출력단과 스위칭소자(S6)의 입력단에 접속된다. 여기서, 노드 o는 외부 전원의 그라운드이다.And, one end of the primary winding of the
한편, 변압기의 2차 권선의 일단과 타단 각각은 노드 c, d를 통해 인덕터(Ls1) 와 인덕터(Ls2)에 직렬로 결선되며, 하부 플레이트(510a)의 양측 레그(501a)(501b)와 중앙 레그(503) 중 적어도 하나에 에어갭(510c)이 형성될 수 있고, 에어갭에 의해 인덕턴스 조절 및 자성체의 상부 및 하부 플레이트(510a)(510b)의 자속 포화가 방지된다. On the other hand, one end and the other end of the secondary winding of the transformer are connected in series to the inductor L s1 and the inductor L s2 through nodes c and d, and both
이에 일 실시예는 리플 제거부(110)의 인덕터(Lg1)(Lg2)와 변압기(141)의 1차측 및 2차측은 하나의 통합형 코어로 제작됨에 따라 경량의 충전기를 제공할 수 있다.Accordingly, in one embodiment, the inductor (L g1 ) (L g2 ) of the
도 9를 참조하면, 다른 례로 코어는 양측 레그(531a)(531b), 중앙 레그(533), 및 양측 레그(531a)(531b)과 중앙 레그(533) 사이의 권선 레그(535a)(535b)가 일체로 성형된 하부 플레이트(530a)와 상기 중앙 레그(533)에 부착되어 상기 하부 플레이트(530a)와 연결된 상부 플레이트(530b)의 구성을 갖춘다.Referring to FIG. 9 , in another example, the core includes both
그리고, 리플 제거부(110)의 인덕터(Lg1)(Lg2)는 하부 플레이트(530a)의 권선 레그 권선 레그(535a)(535b)의 하측에 각각 권선되고, 변압기(141)의 1차측 및 2차측이 하부 플레이트(530a)의 권선 레그(535a)(535b)의 상측에 권선되며, 상부 및 하부 플레이트(530a)(530b)의 사이의 양측 레그(531a)(531b), 권선 레그(535a)(535b) 중 적어도 하나에 에어갭(530c)이 형성되고 에어갭(530c)에 의해 인덕턴스 조절 및 자성체의 상부 및 하부 플레이트(530a)(530b)의 자속 포화가 방지된다. In addition, the inductor (L g1 ) (L g2 ) of the
도 10을 참조하면, 또 다른 례에 의거 코어는 전면 양측 레그(551a)(551b), 후면 양측 레그(551c)(551d), 하나의 중앙 레그(553)가 일체로 성형된 하부 플레이트(550a)와 상기 중앙 레그(553)에 부착되어 하부 플레이트(550a)와 연결된 상부 플레이트(550b)를 포함한다.Referring to FIG. 10, according to another example, the core is a
하부 플레이트(550a)의 전면 양측 레그(551a)(551b)와 후면 양측 레그(551c)(551d), 중앙 레그(553), 중 적어도 하나에 에어갭(550c)이 형성됨에 따라 인덕턴스 조절 및 자성체의 상부 및 하부 플레이트(530a)(530b)의 자속 포화가 방지된다.As the
그리고 리플 제거부(110)의 인덕터(Lg1)(Lg2)는 하부 플레이트(550a)의 전면 양측 레그(551a)(551b)의 하측에 각각 권선되고, 변압기(141)의 1차측 및 2차측이 하부 플레이트(550a)의 전면 양측 레그(551a)(551b)의 상측에 권선되며, 상기 변압기의 2차측에 연결된 노이즈 제거부(142)의 인덕터(Ls1)(Ls2)는 하부 플레이트(550a)의 후면 양측 레그(551c)(551d)에 각각 권선될 수 있다.In addition, the inductor (L g1 ) (L g2 ) of the
변압기(141)의 1차측 권선의 일단은 노드 a, o를 통해 인덕터(Lg1)의 출력단과 스위칭소자(S4)의 출력단에 연결되고, 변압기(141)의 1차측 권선의 타단은 노드 b, o를 통해 인덕터(Lg2)의 출력단과 스위칭소자(S6)의 입력단에 접속된다. 여기서, 노드 o는 외부 전원의 그라운드이다.One end of the primary winding of the
한편, 변압기(141)의 2차 권선의 일단 c 과 타단 d 각각은 노드 e, f를 통해 인덕터(Ls1) 와 인덕터(Ls2)에 직렬로 결손됨에 따라 리플 제거부(110)의 인덕터(Lg1)(Lg2), 변압기(141) 및 노이즈 제거부(142)의 인덕터(Ls1)(Ls2)가 하나의 코어로 통합 형성된다. On the other hand, one end c and the other end d, respectively, of the secondary winding of the
도 11을 참조하면, 다른 례로 코어는 양측 레그(571a)(571b), 중앙 레그(573), 및 양측 레그(571a)(571b)과 중앙 레그(573) 사이의 전면 권선 레그(575a)(575b) 및 후면 권선 레그(575c)(575d) 가 일체로 성형된 하부 플레이트(570a)와 상기 중앙 레그(573)에 부착되어 상기 하부 플레이트(570a)와 연결된 상부 플레이트(570b)의 구성을 갖춘다.Referring to FIG. 11 , in another example, the core has both
그리고, 리플 제거부(110)의 인덕터(Lg1)(Lg2)는 하부 플레이트(570a)의 전면 권선 레그(575a)(575b)의 하측에 각각 권선되고, 변압기(141)의 1차측 및 2차측이 하부 플레이트(530a)의 전면 권선 레그(575a)(575b)의 상측과 전면 권선 레그(575c)(575d)에 권선되며, 상부 및 하부 플레이트(570a)(570b)의 사이의 양측 레그(571a)(571b), 중앙 레그(573), 전면 권선 레그(575a)(575b) 및 후면 권선 레그(575c)(575d) 중 적어도 하나에 에어갭(570c)이 형성되고 에어갭(570c)에 의해 인덕턴스 조절 및 자성체의 상부 및 하부 플레이트(570a)(570b)의 자속 포화가 방지된다.In addition, the inductors (L g1 ) (L g2 ) of the
일 실시예는 하나의 통합된 코어에 의거 가격과 부피 측면에서 경량의 충전기에 적용할 수 있는 장점을 얻을 수 있다.One embodiment can obtain the advantage of being applicable to a lightweight charger in terms of price and volume based on one integrated core.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but this is only exemplary, and those skilled in the art can make various modifications and equivalent other embodiments. will understand Therefore, the technical protection scope of the present invention should be defined by the claims below.
신뢰성 및 충전 효율을 저하시키는 전해 캐패시터 없이 단상 및 삼상 겸용의 단일단 구조의 배터리 충전기를 구현함에 따라 단상 및 삼상의 외부 전원에 대해 호환 가능하고, 감소된 스위칭 소자의 수와 스위칭 소자의 소프트 스위칭 동작으로 충전 효율 및 넓은 입출력 전압 범위의 성능을 향상시킬 수 있으며, 신뢰성 및 수명을 향상시킬 수 있고, 배터리 충전기의 리플 제거용 인덕터와 변압기의 1차측 및 2차측과 노이즈 제거용 인덕터 중 적어도 둘을 하나로 코어로 통합함에 따라 경량의 충전기를 구현할 수 있는 삼상 및 단상 겸용의 충전기에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 전기차량용 충전기의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.By realizing a battery charger with a single-phase and three-phase single-phase structure without an electrolytic capacitor that deteriorates reliability and charging efficiency, it is compatible with single-phase and three-phase external power supplies, and the number of switching elements reduced and the soft switching operation of the switching elements It can improve charging efficiency and performance of a wide input/output voltage range, improve reliability and lifespan, and at least two of the ripple removal inductor of the battery charger, the primary side and secondary side of the transformer, and the inductor for noise removal can be combined into one By integrating it into a core, it can bring about great progress in terms of operational accuracy and reliability, furthermore, performance efficiency, for three-phase and single-phase combined chargers that can implement lightweight chargers, and the possibility of commercialization or sales of electric vehicle chargers. It is an invention with industrial applicability because it is not only sufficient but also to the extent that it can be clearly implemented in practice.
Claims (10)
단상의 외부 전원에 대해, 단상의 외부 전원을 상기 제2 모듈로 전달하기 위한 제1 릴레이 스위치; 및
단상의 외부 전원에 대해, 단상의 외부 전원이 상기 제3 모듈로 전달되는 것을 차단하는 제2 릴레이 스위치를 더 포함하고,
상기 각 모듈은,
상기 제1 및 제2 릴레이 스위치를 통해 제공된 외부 전원의 일단에 병렬로 접속된 인덕터로 구비되어 외부 전원의 리플 성분을 제거하는 리플 제거부;
상기 각 리플 제거부의 출력단에 접속되어 저주파 성분의 외부 전원을 고주파 성분의 교류 형태로 변환하는 인버터;
상기 인버터의 출력신호의 교류 성분을 반파 정류시키는 캐패시터;
상기 캐패시터의 출력단에 접속되어 캐패시터의 출력 신호를 통과하는 변압기;
상기 변압기의 2차측의 일단과 타단에 각각 연결된 인덕터로 구비되어 상기 변압기의 2차측 출력신호에 포함된 노이즈 성분을 제거하는 노이즈 제거부;
상기 노이즈 제거부의 각 인덕터의 출력단에 접속되어 상기 인덕터의 출력신호를 직류 형태로 변환하는 AC-DC 변환부; 및
상기 AC-DC 변환부의 일단과 타단 사이에 연결되는 캐패시터로 구비되어 AC-DC 변환부의 출력신호에 포함된 노이즈 성분을 제거한 다음 고주파 성분의 출력신호를 배터리에 충전하는 필터부를 포함하며,
상기 제3 모듈은,
필터부의 출력신호를 단속하는 디커플링부를 더 포함하고,
상기 디커플링부는,
상기 변압기의 2차측 중간텝에 직렬로 연결되어 상기 변압기의 2차측 출력단과 배터리를 디커플링하는 제3 릴레이 스위치; 및
상기 필터부의 출력신호의 저주파 성분을 충방전하는 에너지 단속용 캐패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상 및 단상 겸용의 충전기.First to third modules for converting each of the three-phase external power sources into a high-voltage direct current form and then charging the battery;
A first relay switch for transferring the single-phase external power to the second module with respect to the single-phase external power; and
For single-phase external power, further comprising a second relay switch that blocks transmission of the single-phase external power to the third module,
Each of the above modules,
a ripple removal unit provided as an inductor connected in parallel to one end of the external power supplied through the first and second relay switches to remove a ripple component of the external power;
an inverter connected to an output terminal of each of the ripple removal units to convert low-frequency external power to high-frequency alternating current;
a capacitor for half-wave rectifying the AC component of the output signal of the inverter;
a transformer connected to an output terminal of the capacitor and passing an output signal of the capacitor;
a noise removal unit provided with inductors connected to one end and the other end of the secondary side of the transformer to remove noise components included in the secondary side output signal of the transformer;
an AC-DC conversion unit connected to the output terminal of each inductor of the noise removal unit and converting the output signal of the inductor into a direct current form; and
A filter unit provided with a capacitor connected between one end and the other end of the AC-DC conversion unit to remove noise components included in the output signal of the AC-DC conversion unit and then charge the output signal of the high-frequency component to a battery,
The third module,
Further comprising a decoupling unit for regulating the output signal of the filter unit,
The decoupling part,
a third relay switch connected in series to the middle step of the secondary side of the transformer and decoupling the secondary side output terminal of the transformer and the battery; and
Three-phase and single-phase combination charger, characterized in that it further comprises an energy regulation capacitor for charging and discharging the low-frequency component of the output signal of the filter unit.
삼상의 외부 전원에 대해, 외부로부터 공급되는 제어신호에 의거 상기 제3 릴레이 스위치가 열림 제어됨에 따라 상기 제3 모듈의 필터부의 출력신호가 배터리로 공급되는 것을 특징으로 하는 삼상 및 단상 겸용의 충전기.The method of claim 4, wherein the decoupling unit,
For a three-phase external power source, as the third relay switch is controlled to open based on a control signal supplied from the outside, the output signal of the filter unit of the third module is supplied to the battery. Charger for both three-phase and single-phase.
단상의 외부 전원에 대해, 외부로부터 공급되는 제어신호에 의거 제3 릴레이 스위치가 닫힘 제어됨에 따라 상기 필터부의 출력신호가 상기 에너지 단속용 캐패시터로 전달되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 삼상 및 단상 겸용의 충전기.The method of claim 4, wherein the decoupling unit
Regarding single-phase external power, as the third relay switch is controlled to close based on the control signal supplied from the outside, the output signal of the filter unit is transmitted to the energy regulation capacitor. Charger for both three-phase and single-phase .
상기 리플 제거부의 인덕터와, 변압기의 1차측 및 2차측과, 노이즈 제거부 인덕터 중 적어도 둘을 자성체 재질의 한 쌍의 플레이트에 통합하여 하나의 코어로 구비되는 것을 특징으로 하는 삼상 및 단상 겸용의 충전기.The method of claim 4, wherein each module,
Three-phase and single-phase combined use, characterized in that at least two of the inductor of the ripple removal unit, the primary side and the secondary side of the transformer, and the noise removal unit inductor are integrated into a pair of plates made of a magnetic material and provided as one core. charger.
양측과 중앙에 각각 설치된 양측 레그 및 중앙 레그가 일체로 성형된 하부 플레이트와 상기 중앙 레그에 부착되어 상기 하부 플레이트와 연결되어 자성체를 형성하는 상부 플레이트를 포함하는 한 쌍의 플레이트로 구비되고,
상기 리플 제거부의 인덕터가 하부 플레이트의 양측 레그의 하측에 각각 권선되고, 상기 변압기의 1차측 및 2차측이 하부 플레이트의 양측 레그의 상측에 권선되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 삼상 및 단상 겸용의 충전기.The method of claim 7, wherein the core,
It is provided as a pair of plates including a lower plate integrally molded with both side legs and a central leg installed on both sides and in the center, and an upper plate attached to the central leg and connected to the lower plate to form a magnetic body,
The inductor of the ripple removal unit is wound on the lower side of both legs of the lower plate, and the primary side and the secondary side of the transformer are wound on the upper side of both legs of the lower plate. .
양측 레그, 중앙 레그, 및 양측 레그와 중앙 레그 사이의 권선 레그가 일체로 성형된 하부 플레이트와 상기 중앙 레그에 부착되어 상기 하부 플레이트와 연결된 상부 플레이트를 포함하여 자성체를 형성하는 한 쌍의 플레이트로 구비되고,
상기 리플 제거부의 인덕터가 하부 플레이트의 권선 레그의 하측에 각각 권선되고, 상기 변압기의 1차측 및 2차측이 하부 플레이트의 권선 레그의 상측에 권선되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 삼상 및 단상 겸용의 충전기.The method of claim 7, wherein the core
Provided as a pair of plates forming a magnetic body including a lower plate integrally molded with both legs, a central leg, and a winding leg between both legs and the central leg, and an upper plate attached to the central leg and connected to the lower plate become,
The inductor of the ripple removal unit is wound on the lower side of the winding leg of the lower plate, respectively, and the primary side and the secondary side of the transformer are wound on the upper side of the winding leg of the lower plate. .
전면 양측 레그, 후면 양측 레그, 하나의 중앙 레그가 일체로 성형된 하부 플레이트와 상기 중앙 레그에 부착되어 상기 하부 플레이트와 연결된 상부 플레이트를 포함하는 한 쌍의 플레이트로 구비되고,
상기 리플 제거부의 인덕터가 하부 플레이트의 전면 양측 레그의 하측에 각각 권선되고, 상기 변압기의 1차측 및 2차측이 하부 플레이트의 전면 양측 레그의 상측에 권선되며, 상기 변압기의 2차측에 연결된 노이즈 제거부의 인덕터가 하부 플레이트의 후면 양측 레그에 각각 권선되는 것을 특징으로 하는 삼상 및 단상 겸용의 충전기.The method of claim 7, wherein the core,
It is provided as a pair of plates including a lower plate integrally molded with both front legs, both rear legs, and one central leg and an upper plate attached to the central leg and connected to the lower plate,
The inductor of the ripple removing unit is wound on the lower side of both legs of the front side of the lower plate, the primary side and the secondary side of the transformer are wound on the upper side of both legs of the front side of the lower plate, and the noise suppressor is connected to the secondary side of the transformer. A charger for both three-phase and single-phase, characterized in that the inductor of the rejection is wound on both legs of the rear surface of the lower plate, respectively.
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