KR200270857Y1 - 전기자동차의 직류전압 변환장치 - Google Patents

전기자동차의 직류전압 변환장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 전기자동차의 직류전압 변환장치에 관한 것으로, 입력된 전압에러신호에 따라 가변되는 듀티폭을 갖는 PWM신호를 NMOS트랜지스터(NM2)의 게이트에 인가하는 PMM제어부(30)와; 정류회로(35)를 통하여 인가되는 직류전압(V1)과 기준전압(5V)간의 전압차를 감지하여 구동신호를 출력하는 전압에러검출부(36)와; 그 전압에러검출부(36)로부터의 구동신호에 따라 구동되어 전압차에 해당하는 전위의 전압에러신호를 상기 PWM제어부(30)에 공급하는 제1포토커플러(PC1)와; 상기 직류전압(V1)의 레벨에 따라 구동되는 제너다이오드(ZD1)와; 그 제너다이오드(ZD1)의 구동에 의하여 구동되어 상기 PWM제어부(30)의 출력을 리세트시키는 제2포토커플러(PC2);를 포함한다. 본 고안은 트랜스포머(T1) 및 정류회로(35)를 통하여 얻어지는 직류전압(V1)의 레벨에 따라, PWM제어부(30)로부터 출력되는 PWM신호의 듀티폭을 가변시킴으로써, 안정적인 직류전압(V1)이 발생되도록 한다. 또한 본 고안은 직류전압(V1)이 설정전압보다 높을 경우 이를 제너다이오드(ZD1)를 통하감지하여 PWM제어부(30)로부터 출력되는 PWM신호를 리세트시킴으로써, 모터제어부(10)에 고압의 직류전압(V1)이 공급되는 것을 차단할 수 있다.

Description

전기자동차의 직류전압 변환장치
본 고안은 전기자동차용 직류전압에 관한 것으로, 특히 배터리전압을 직류전압을 변환하여 전기자동차용 모터제어부에 공급할 때, PWM제어부로부터 출력되는 PWM신호의 듀티폭을 그 변환된 직류전압의 레벨에따라 가변시킴으로써, 안정적인 직류전압이 상기 모터제어부에 공급되도록 하고, 또한 상기 모터제어부에 고압의 직류전압이 공급되는 것을 차단하는 전기자동차의 직류전압 변환장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차에 있어서는, 배터리로부터 공급되는 직류전원을 이용하여 인버터회로를 구동시켜 모터를 회전시키고 그 모터의 회전력에 의하여 전기자동차를 주행시킨다.
이러한 전기자동차용 모터를 구동하는 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 직류전압(V1),(V2),(V3)을 공급받아 모터(14)의 구동을 위한 제어신호를 출력하는 모터제어부(10)와, 그 모터제어부(10)로부터 출력되는 제어신호에 따라 게이트구동신호를 각각 발생하는 게이트구동부(11),(12)와, 그 게이트구동부(11),(12)로부터 출력된 게이트구동신호에 의하여 구동되는 상위 트랜지스터(Q1),(Q3),(Q5) 및 하위 트랜지스터(Q2),(Q4),(Q6)를 구비하여 3상의 교류전원을 상기 모터(14)에 공급하는 인버터(13)로 구성된다.
상기 인버터(13)에 구비된 트랜지스터(Q1-Q6)는 IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor)로 각각 구성된다.
이와같이 구성되는 전기자동차용 모터 구동장치에 있어서, 모터제어부(10)는 서로 다른 전위를 갖는 직류전압(V1),(V2),(V3)을 공급받아 제어신호를 게이트구동부(11),(12)에 인가한다.
게이트구동부(11)는 인버터(13)의 상위 트랜지스터(Q1),(Q3),(Q5)를 구동하고, 또한 게이트구동부(11)는 인버터(13)의 하위 트랜지스터(Q2),(Q4),(Q6)를 구동하며, 이에 따라 인버터(13)는 모터(14)에 3상의 교류전원을 공급한다.
즉, 상위 트랜지스터(Q1),(Q3),(Q5) 및 하위 트랜지스터(Q2),(Q4),(Q6)로 이루어진 한쌍의 트랜지스터가 교대로 구동되면, 전원전압(+HVDC)에 의한 전류가 상위 트랜지스터(Q1),(Q3),(Q5)의 턴온된 트랜지스터와 모터(14) 그리고 하위 트랜지스터(Q2),(Q4),(Q6)의 턴온된 트랜지스터를 통하여 저위전압(-HVDC)단자측으로 흐른다.
한편, 도 1의 모터제어부(10)에 직류전압(V1),(V2),(V3)을 공급하기 위한 전기자동차의 직류전압 변환장치는 도 2에 도시된 바와같이, 펄스폭변조(이하, PWM이라 칭함)신호를 발생시키는 PMM제어부(20)와, 그 PMM제어부(20)로부터의 PWM신호에 의하여 구동되어 배터리전압(VIN)에 의한 전류를 도통시키는 NMOS트랜지스터(NM1)와, 그 NMOS트랜지스터(NM1)의 구동에 의하여 공급된 배터리전압(VIN)을 승/강압시키는 트랜스포머(T1)를 포함한다.
또한, 종래의 전기자동차의 직류전압 변환장치는 상기 트랜스포머(T1)에 의하여 승압된 전압을 정류하는 정류회로(21)와, 그 정류회로(21)에 의하여 정류된 전압을 공급받아 +15V의 정전압(V3)을 상기 모터제어부(10)에 인가하는 레귤레이터(22)와, 상기 트랜스포머(T1)에 의하여 승압된 전압을 정류하는 정류회로(23)와, 그 정류회로(23)에 의하여 정류된 전압을 공급받아 +12V의 정전압(V2)을 모터제어부(10)에 인가하는 레귤레이터(24)와, 상기 트랜스포머(T1)에 의하여 강압된 전압을 정류하여 +5V의 직류전압(V1)을 인덕터(L1)를 거쳐 모터제어부(10)에 인가하는 정류회로(25)를 포한한다.
도 2에서 'G1-G3'는 접지단자를 나타낸 것이고, 'R', 'R1', 'R2'는 저항이며, 'C'는 콘덴서 그리고 'D'는 다이오드이다.
이와같이 구성되는 종래의 전기자동차의 직류전압 변환장치에 있어서, PWM제어부(20)는 PWM제어신호를 NMOS트랜지스터(NM1)의 게이트에 인가하여 그 구동시간을 제어한다.
NMOS트랜지스터(NM1)가 구동되면, 배터리전압(VIN)에 의한 전류가 NMOS트랜지스터(NM1) 및 저항(R)을 통하여 접지측으로 흐르게 되어, 배터리전압(VIN)이 트랜스포머(T1)에 공급된다.
그러므로 트랜스포머(T1)는 배터리전압(VIN)을 1차/2차 코일의 권선비에 따라 승압 또는 강압하여 정류회로(21),(23),(25)에 공급한다. 레귤레이터(22)는 정류회로(21)로부터 인가된 전압이 일정한 레벨을 갖는 정전압이 되도록 하여 +15V의 직류전압(V3)을 모터제어부(10)에 공급한다. 또한 레귤레이터(24)는 정류회로(23)로부터 인가된 전압이 일정한 레벨을 갖는 정전압이 되도록 하여 +12V의 직류전압(V2)을 모터제어부(10)에 공급한다. 그리고, 정류회로(23)로부터 인가된 전압은 인덕터(L1)에 의하여 +5V의 직류전압(V1)으로 유도되어 모터제어부(10)에 공급된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 전기자동차의 직류전압 변환장치는 배터리전압(VIN)을 전기자동차의 제어기, 즉 모터제어부(10)에서 필요한 +15V, +12V, +5V의 직류전압(V3),(V2),(V1)으로 단순히 변환시켜주기만 하였다. 그러므로, 레귤레이터(22),(24) 및 인덕터(L1)을 통하여 출력되는 직류전압(V3),(V2),(V1)의 레벨이 회로내부 또는 외부조건에 의하여 목표 레벨(+15V, +12V, +5V)과 다르게 될 경우, 모터제어부(10)에 안정적인 전원공급이 이루어지지 않아 모터제어부(10)가 오동작될 우려가 있었다.
상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여, 본 고안은 배터리전압을 직류전압을 변환하여 전기자동차용 모터제어부에 공급할 때, 트랜스포머 및 정류회로를 통하여 얻어지는 상기 직류전압의 레벨에따라, PWM제어부로부터 출력되는 PWM신호의 듀티폭을 가변시킴으로써, 안정적인 직류전압이 상기 모터제어부에 공급되도록 하는 전기자동차의 직류전압 변환장치를 제공함을 목적으로 한다.
또한 본 고안은 상기 직류전압이 설정전압보다 높을 경우 이를 제너다이오드를 통하감지하여 상기 PWM제어부로부터 출력되는 PWM신호를 리세트시킴으로써, 상기 모터제어부에 고압의 직류전압이 공급되는 것을 차단하는 전기자동차의 직류전압 변환장치를 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은 입력된 PWM신호에 의하여 구동되는 NMOS트랜지스터와, 그 NMOS트랜지스터의 구동에 의하여 공급된 배터리전압을 승/강압시키는 트랜스포머와, 그 트랜스포머로부터의 공급전압을 정류하여 직류전압을 모터제어부에 공급하는 직류전압 변환장치에 있어서, 입력된 전압에러신호에 따라 가변되는 듀티폭을 갖는 PWM신호를 상기 NMOS트랜지스터의 게이트에 인가하는 PMM제어부와; 상기 정류회로를 통하여 인가되는 직류전압과 기준전압간의 전압차를 감지하여 구동신호를 출력하는 전압에러검출부와; 그 전압에러검출부로부터의 구동신호에 따라 구동되어 전압차에 해당하는 전위의 전압에러신호를 상기 PWM제어부에 공급하는 제1포토커플러와; 상기 직류전압의 레벨에 따라 구동되는 제너다이오드와; 그 제너다이오드의 구동에 의하여 구동되어 상기 PWM제어부의 출력을 리세트시키는 제2포토커플러;를 구비함을 특징으로 한다.
도 1은 일반적인 전기자동차용 모터 구동장치에 관한 블럭도.
도 2는 종래의 전기자동차의 직류전압 변환장치의 회로도.
도 3은 본 고안에 따른 전기자동차의 직류전압 변환장치의 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
30 : PWM제어부 31,32,35 : 정류회로
36 : 전압에러검출부 PC1,PC2 : 포토커플러
T1 : 트랜스포머 NM2 : MOS트랜지스터
VIN : 배터리전압
이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 고안에 따른 전기자동차의 직류전압 변환장치는 도 3에 도시된 바와같이, 입력된 전압에러신호에 따라 가변되는 듀티(duty)폭을 갖는 PWM신호를 발생시키는 PMM제어부(30)와, 그 PMM제어부(30)로부터의 PWM신호에 의하여 구동되어 배터리전압(VIN)에 의한 전류를 도통시키는 NMOS트랜지스터(NM2)와, 그 NMOS트랜지스터(NM2)의 구동에 의하여 공급된 배터리전압(VIN)을 승/강압시키는 트랜스포머(T1)를 포함한다.
또한, 본 고안에 따른 전기자동차의 직류전압 변환장치는 상기 트랜스포머(T1)에 의하여 승압된 전압을 정류하는 정류회로(31)와, 그 정류회로(31)에 의하여 정류된 전압을 공급받아 +15V의 정전압(V3)을 도 1의 모터제어부(10)에 인가하는 레귤레이터(32)와, 상기 트랜스포머(T1)에 의하여 승압된 전압을 정류하는 정류회로(33)와, 그 정류회로(33)에 의하여 정류된 전압을 공급받아 +12V의 정전압(V2)을 상기 모터제어부(10)에 인가하는 레귤레이터(34)와, 상기 트랜스포머(T1)에 의하여 강압된 전압을 정류하여 +5V의 직류전압(V1)을 인덕터(L1)를 거쳐 상기 모터제어부(10)에 인가하는 정류회로(35)를 포한한다.
또한, 본 고안에 따른 전기자동차의 직류전압 변환장치는 상기 정류회로(35) 및 상기 인덕터(L1)를 통하여 인가되는 직류전압(V1)과 기준전압(5V)간의 전압차를 감지하여 구동신호를 출력하는 전압에러검출부(36)와, 그 전압에러검출부(36)로부터의 구동신호에 따라 구동되어 전압차에 해당하는 전위의 전압에러신호를 상기 PWM제어부(30)에 공급하는 제1포토커플러(PC1)와, 상기 직류전압(V1)이 소정의 설정전압보다 클 경우 구동되는 제너다이오드(ZD1)와, 그 제너다이오드(ZD1)의 구동에 의하여 구동되어 상기 PWM제어부(30)의 출력을 리세트시키는 제2포토커플러(PC2)를 포함한다.
상기 제2포토커플러(PC2)에는 각각 접지된 저항(R1) 및 콘덴서(C1)가 연결되고, 'G1-G3'는 접지단자를 나타낸 것이며, 'R'은 저항이고, 'C'는 콘덴서 그리고 'D'는 다이오드이다.
이와 같이 구성되는 본 고안에 따른 전기자동차의 직류전압 변환장치의 동작을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
정류회로(35) 및 인덕터(L1)를 통하여 출력된 직류전압(V1)이 기준전압(+5V)보다 낮을 경우, 전압에러검출부(36)는 그 전압차를 감지하여 전압차에 해당하는 전위를 갖는 구동신호를 제1포토커플러(PC1)로 출력한다.
전압에러검출부(36)로부터 인가되는 구동신호에 따라 제1포토커플러(PC1)가 구동되어 PWM제어부(30)에는 상기 전압차에 해당하는 전압에러신호가 인가된다.
PWM제어부(30)는 제1포토커플러(PC1)로부터 인가된 전압에러신호에 따라 상기 직류전압(V1)이 기준전압(+5V)보다 낮은가 또는 상기 직류전압(V1)이 기준전압(+5V)보다 높은가를 판단하여, NMOS트랜지스터(NM2)의 게이트로 출력되는 PWM신호를 출력한다.
PWM제어부(30)로부터의 PWM신호에 의하여 MOS트랜지스터(NM2)가 구동되면, 배터리전압(VIN)에 의한 전류가 NMOS트랜지스터(NM2) 및 저항(R)을 통하여 접지측으로 흐르게 되어, 배터리전압(VIN)이 트랜스포머(T1)의 1차코일에 인가된다.
그러므로 트랜스포머(T1)는 배터리전압(VIN)을 1차/2차 코일의 권선비에 따라 승압 또는 강압하여 정류회로(31),(33),(35)에 공급한다. 레귤레이터(32)는 정류회로(31)로부터 인가된 전압이 일정한 레벨을 갖는 정전압이 되도록 하여 +15V의 직류전압(V3)을 모터제어부(10)에 공급한다. 또한 레귤레이터(34)는 정류회로(33)로부터 인가된 전압이 일정한 레벨을 갖는 정전압이 되도록 하여 +12V의 직류전압(V2)을 모터제어부(10)에 공급한다. 그리고, 정류회로(23)로부터 인가된 전압은 인덕터(L1)에 의하여 +5V의 직류전압(V1)으로 유도되어 모터제어부(10)에 공급된다.
그런데 상기 직류전압(V1)은 목표레벨인 +5V보다 낮거나 높아질 수 있는데, 이러한 경우를 대비하여 PWM제어부(30)는 NMOS트랜지스터(NM2)의 게이트로 출력되는 PWM신호의 듀티폭을 가변시킨다. 즉, 상기 직류전압(V1)이 기준전압(+5V)보다 낮을 경우 PWM제어부(30)는 PWM신호의 듀티폭을 크게하고, 반대로 상기 직류전압(V1)이 기준전압(+5V)보다 높을 경우 PWM제어부(30)는 PWM신호의 듀티폭을 작게한다.
PWM신호의 듀티폭이 크지면, NMOS트랜지스터(NM2)의 구동율이 길어지고 트랜스포머(T1)의 1차코일의 도통시간이 길어지게 되어, 정류회로(35) 및 인덕터(L1)를 통하여 출력되는 직류전압(V1)의 전위는 높아지게 된다.
반면에 PWM신호의 듀티폭이 작아지면, NMOS트랜지스터(NM2)의 구동율이 보다 짧아지고 이에 따라 트랜스포머(T1)의 1차코일의 도통시간도 짧게되어, 정류회로(35) 및 인덕터(L1)를 통하여 출력되는 직류전압(V1)의 전위는 낮아지게 된다.
한편, 상기 직류전압(V1)이 제너다이오드(ZD1)애 의하여 설정된 전압, 예를 들어 5.1V보다 높게될 경우, 제너다이오드(ZD1)이 도통되어 제2포토커플러(PC2)를 구동시킨다.
이와같이 제2포토커플러(PC2)가 구동되면, PWM제어부(30)로부터 출력되는 PWM신호의 하이레벨전위는 제2포토커플러(PC2)의 접지단자측으로 방전됨으로써 로우레벨로 리세트된다. 따라서 NMOS트랜지스터(NM2)는 턴오프되어 트랜스포머(T1)는 동작되지 않게 되고, 이에 따라 정류회로(35)는 동작되지 않아 직류전압(V1)의 공급이 차단된다.
상기와 같이 본 고안은 트랜스포머(T1) 및 정류회로(35)를 통하여 얻어지는 직류전압(V1)의 레벨에 따라, PWM제어부(30)로부터 출력되는 PWM신호의 듀티폭을 가변시킴으로써, 안정적인 직류전압(V1)이 발생되도록 한다. 또한 본 고안은 직류전압(V1)이 설정전압보다 높을 경우 이를 제너다이오드(ZD1)를 통하감지하여 PWM제어부(30)로부터 출력되는 PWM신호를 리세트시킴으로써, 모터제어부(10)에 고압의 직류전압(V1)이 공급되는 것을 차단할 수 있다.

Claims (3)

  1. 입력된 PWM신호에 의하여 구동되는 NMOS트랜지스터(NM2)와, 그 NMOS트랜지스터(NM2)의 구동에 의하여 공급된 배터리전압(VIN)을 승/강압시키는 트랜스포머(T1)와, 그 트랜스포머(T1)로부터의 공급전압을 정류하여 직류전압(V1)을 모터제어부(10)에 공급하는 직류전압 변환장치에 있어서,
    입력된 전압에러신호에 따라 가변되는 듀티폭을 갖는 PWM신호를 상기 NMOS트랜지스터(NM2)의 게이트에 인가하는 PMM제어부(30)와;
    상기 정류회로(35)를 통하여 인가되는 직류전압(V1)과 기준전압(5V)간의 전압차를 감지하여 구동신호를 출력하는 전압에러검출부(36)와;
    그 전압에러검출부(36)로부터의 구동신호에 따라 구동되어 전압차에 해당하는 전위의 전압에러신호를 상기 PWM제어부(30)에 공급하는 제1포토커플러(PC1)와;
    상기 직류전압(V1)의 레벨에 따라 구동되는 제너다이오드(ZD1)와;
    그 제너다이오드(ZD1)의 구동에 의하여 구동되어 상기 PWM제어부(30)의 출력을 리세트시키는 제2포토커플러(PC2);를 구비한 전기자동차의 직류전압 변환장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 PWM제어부(30)는
    제1포토커플러(PC1)로부터 전압에러신호를 입력받을 경우 NMOS트랜지스터(NM2)의 게이트에 공급되는 펄스신호의 듀티폭을 크게하고, 상기 전압에러신호를 입력받지 않을 경우 상기 펄스신호의 듀티폭을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 직류전압 변환장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제너다이오드(ZD1)는
    상기 직류전압(V1)이 소정의 설정전압보다 클 경우 구동되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 직류전압 변환장치.
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