KR200374860Y1 - 이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기 - Google Patents

이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기 Download PDF

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Abstract

본 고안은 충전전원을 이중으로 공급되도록 하여 비상시 정상적인 경로를 통한 전원이 공급되도록 한 후에 고장난 경로를 차단하도록 하면서 안정적인 전원의 공급이 가능하도록 한 이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기에 관한 것이다.
상기의 본 고안은,
AC 380V의 3상 전원 및 접지전압이 AC 노이즈 필터를 거치는 중에 전원에 포함되는 노이즈 성분이 제거된 후, 다시 3상의 노퓨우즈 브래커(NFB : No fuse Breaker)와 서지(Surge) 제거용 TNR 소자에 의해 서지전압이 제거되도록 하고,
상기 서지전압이 제거된 3상 전원은 6개의 다이오드로 이루어진 3상의 다이오드 전파 브리지에 의해 적정치의 DC전원이 되도록 하고,
상기의 다이오드 전파 브리지로부터의 DC전원은 평활용 초크코일을 경유한 후 IGBT 와 고주파 트랜스 및 브리지 다이오드와 다수의 다이오드와 콘덴서로 이루어진 DC-DC컨버터에 인가되어 적정치의 DC전원으로 변환되도록 하고,
상기 IGBT의 스위칭작용에 의한 전압은 블록킹 콘덴서를 구비한 고주파 트랜스를 거치면서 적정치의 전압으로 변환되어 브리지 다이오드에 의해 정류되도록 하고,
상기 다이오드와 콘덴서로 형성된 회생 스노버(snubber)의 소자용량은 다이오드에 의해 절감되도록 하고,
상기의 DC-DC컨버터에 의해 변환된 DC전원을 평활용 초크코일과 홀 센서를 경유한 후 다시 DC 노이즈 필터를 거쳐 다수의 축전지 단자에 인가되도록 하되,
상기의 AC 380V의 3상 전원 및 접지전압이 AC 노이즈 필터, 3상의 노퓨우즈 브래커, TNR 소자, 다이오드 전파 브리지, 평활용 초크코일, DC-DC컨버터, 평활용 초크코일, 홀 센서 및 DC 노이즈 필터의 충전회로를 이중화로 구성하여 각각 마그네트 스위치에 의해 연결된 선로를 경유하여야만 다수의 축전지에 충전이 이루어지도록 하거나, 전압강하부의 실리콘 다이오드 군을 통한 전압강하에 의해 부하(LOAD)에 공급되는 전원을 보상하도록 구성함을 특징으로 한다.

Description

이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기{Battery charger}
본 고안은 이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기에 관한 것으로, 상세하게는 배터리의 전압에 따라 부동운전과 균등운전이 자동으로 절체되는 자동모드와 사용자가 예약한 시간에 의해 균등운전으로 절환되는 수동모드를 임의로 선택하면서 배터리의 충전은 물론 125V의 부하전원 안정된 출력이 가능하도록 하는 동시에 충전회로의 이중화로 고장이 발생될 경우에도 원활한 작동이 가능하도록 한 이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기에 관한 것이다.
일반적으로 충전기는 주위온도 -25 ??C 이상 40??C 이하의 상태에서 다수의 배터리를 부동운전방식(Floating)과 균등운전방식(Equalizing)으로 충전시키는데 사용하는 것으로서 평상시에는 부동운전 상태로 운전해야하며, 정전되었다가 다시 전원을 인가할 때에는 균등운전을 수행하고 충전 후에는 다시 부동운전상태로 전환되어야 한다.
그리고 부동충전전압은 하나의 배터리 당 2.17V ∼2.18V 로서 60개의 배터리를 충전시킬 때 130V∼131V의 전압이 필요하고 균등충전 전압은 하나의 배터리 당 2.25V∼2.30V로서 60개의 배터리를 충전시킬 때 135∼138V의 전압이 필요하다.
그러므로 종래에는 3상의 AC 380V가 각각 트랜스에서 전압 강하되고 SCR브리지를 경유하는 중에 직류의 정격전압으로 바뀌어 배터리 단자에 공급되도록 한 상태에서, 상기 SCR브리지의 게이트를 컨트롤하면서 위상을 제어하도록 하였었다.
그러나 상기와 같은 종래 충전기의 제어장치에 의하여서는 부동운전과 균등운전 및 타이머에 의한 수동운동시간을 스위치로서 일일이 선택 조정하여야 함은 물론 부동운전시와 균등운전 및 타이머에 의한 수동운전에 따른 전압치를 가변저항을 통해 조절하여야 하였으므로, 숙련된 기술자가 아니면 충전기를 조작할 수 없으며 숙련된 기술자라 하더라도 배터리의 충전된 상태 및 방전된 상태를 수시로 확인하면서 운전방법을 선택 조정하여야하는 번거로움이 있었다.
따라서 본 출원인은 특허출원 제1998-18767호(충전기의 제어장치)와 특허출원 제1999-20992G(밧데리 충전기)를 제안하였는 바,
이는 3상의 AC 380V가 SCR 브리지 및 DC-DC 컨버터를 경유하는 중에 적정치의 DC전압으로 바뀌어 다수개의 DC 2V 배터리 단자로 인가되는 동시에 전압강하부를 경유하면서 정격의 DC전압으로 부하에 출력되도록 하되,
내부콘트롤러에서는 상기의 SCR브리지를 제어하면서 내부의 동작에 따른 상태를 감시하는 중에 내부의 동작을 컨트롤하고,
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)와 고주파 트랜스 및 다수의 다이오드로 구성되는 DC-DC컨버터는 IGBT 제어부의 제어신호에 의해 다수개의 IGBT가 선택적으로 동작되면서 상기의 SCR 브리지로부터의 DC전원을 적정치의 DC전원으로 변환시키도록 하며,
전압 전류 변화 디스플레이 콘트롤러는 그래픽 LCD 구동부를 통해 그래픽 LCD에 전류의 변화치와 전압의 변화치를 표시하도록 하고,
전압강하부는 트랜지스터와 릴레이를 선택적으로 구동시켜 정격의 DC125V 전압이 부하로 공급되도록 하고,
접점신호검출부는 입력전압이나 부하전압의 과전압, 과전류 및 IGBT의 고온에 따른 접점의 트립신호에 의해 그래픽 LCD를 통해 과전압 및 과전류의 상태를 시각적으로 표시하여 주도록 구성하였다.
그러나 상기와 같은 선출원의 충전기의 제어장치에 의하여서는,
충전회로의 부품에 이상이 발생하거나 선로의 상태가 불량하여 고장을 일으킬 경우 배터리에의 충전을 비롯한 작동이 중단되는 한편, 입력되는 AC 전원이나 출력되는 DC 전원에 노이즈와 같은 과전압이나 이상전압이 포함되어도 이를 효율적으로 제거할 수 없는 문제점이 있었다.
이에 본 고안은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로, 입력되는 AC전원을 다수의 스위치와 IGBT를 각각 경유하여 DC전원으로 변환하면서 부하에 공급하는 충전회로를 이중화로 구성하여 무정전 무순단 정체방식에 의해 공급하도록 한 이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 고안은 입력측의 AC전원과 출력측의 DC전원이 노이즈 필터에 의해 안정된 전원으로 공급되도록 하면서 IGBT를 풀 브리지 방식이나 3-레벨 방식으로 제어하도록 함을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기는,
AC 380V의 3상 전원 및 접지전압이 AC 노이즈 필터를 거치는 중에 전원에 포함되는 노이즈 성분이 제거된 후, 다시 3상의 노퓨우즈 브래커(NFB : No fuse Breaker)와 서지(Surge) 제거용 TNR 소자에 의해 서지전압이 제거되도록 하고,
상기 서지전압이 제거된 3상 전원은 6개의 다이오드로 이루어진 3상의 다이오드 전파 브리지에 의해 적정치의 DC전원이 되도록 하고,
상기의 다이오드 전파 브리지로부터의 DC전원은 평활용 초크코일을 경유한 후 IGBT와 고주파 트랜스 및 브리지 다이오드와 다수의 다이오드와 콘덴서로 이루어진 DC-DC컨버터에 인가되어 적정치의 DC전원으로 변환되도록 하고,
상기 IGBT의 스위칭작용에 의한 전압은 블록킹 콘덴서를 구비한 고주파 트랜스를 거치면서 적정치의 전압으로 변환되어 브리지 다이오드에 의해 정류되도록 하고,
상기 다이오드와 콘덴서로 형성된 회생 스노버(snubber)의 소자용량은 다이오드에 의해 절감되도록 하고,
상기의 DC-DC컨버터에 의해 변환된 DC전원을 평활용 초크코일과 홀 센서를 경유한 후 다시 DC 노이즈 필터를 거쳐 다수의 배터리 단자에 인가되도록 하되,
상기의 AC 380V의 3상 전원 및 접지전압이 AC 노이즈 필터, 3상의 노퓨우즈 브래커, TNR 소자, 다이오드 전파 브리지, 평활용 초크코일, DC-DC컨버터, 평활용 초크코일, 홀 센서 및 DC 노이즈 필터의 충전회로를 이중화로 구성하여 각각 마그네트 스위치에 의해 연결된 선로를 경유하여야만 다수의 배터리에 충전이 이루어지도록 하거나, 전압강하부의 실리콘 다이오드 군을 통한 전압강하에 의해 부하(LOAD)에 공급되는 전원을 보상하도록 구성함을 특징으로 한다.
도 1은 본 고안의 전체적인 구성을 나타낸 개략도.
도 2는 본 고안 충전회로의 구성을 나타낸 개략도.
도 3은 본 고안 메인 콘트롤러의 명판을 나타낸 정면도.
도 4는 본 고안 메인 콘트롤러의 상세한 구성을 나타낸 회로도.
도 5는 본 고안 충전회로의 명판을 나타낸 것으로서,
도 6은 본 고안 충전회로 콘트롤러의 상세한 구성을 나타낸 회로도.
도 7은 본 고안의 전압강하부의 상세한 구성을 나타낸 회로도.
도 8은 본 고안 IGBT 제어부의 구성을 나타낸 회로도.
도 9는 본 고안 ICBT 구동부의 구성을 나타낸 회로도.
도 10은 본 고안의 다른 실시예에 따른 IGBT의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : AC 노이즈 필터 2 : 노퓨우즈 브래커
4 : 다이오드 전파 브리지 6 : DC-DC컨버터
8 : 홀 센서 9 : DC 노이즈 필터
11 : 전압강하부
MG SW1, MG SW2, MS1, MS2 ...MSn : 마그네트 스위치
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2는 본 고안의 전체적인 구성 및 충전회로의 구성을 나타낸 것으로서,
AC 380V의 3상 전원(A1)(B1)(C1) 및 접지전압(N)이 AC 노이즈 필터(1)를 거치는 중에 전원에 포함되는 노이즈 성분이 제거된 후, 다시 3상의 노퓨우즈 브래커(NFB : No fuse Breaker)(2)와 서지(Surge) 제거용 TNR 소자(3)에 의해 서지전압이 제거되도록 하고,
상기 서지전압이 제거된 3상 전원(A1)(B1)(C1)은 6개의 다이오드로 이루어진 다이오드 전파 브리지(4)에 의해 적정치의 DC전원이 되도록 하고,
상기의 브리지(4)로부터의 DC전원은 평활용 초크코일(5)을 경유한 후 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)와 고주파 트랜스(T1) 및 브리지 다이오드(BD1)와 다수의 다이오드(DM1)(DM2)와 콘덴서(SC2,SC3)로 구성된 DC-DC컨버터(6)에 인가되어 적정치의 DC전원으로 변환되도록 하고,
상기 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)의 스위칭작용에 의한 전압은 고주파 트랜스(T1)의 편여자 전류를 방지하면서 과도 누설전류를 예방하는 블록킹 콘덴서(BC1)를 구비한 고주파 트랜스(T1)를 거치면서 적정치의 전압으로 변환되어 브리지다이오드(BD1)에 의해 정류되도록 하고,
상기 다이오드(DM1)(DM2)와 콘덴서(SC2,SC3)로 형성된 회생 스노버(snubber)의 소자용량은 다이오드(DM1)(DM2)에 의해 절감되도록 하고,
상기의 DC-DC컨버터(6)에 의해 변환된 DC전원을 평활용 초크코일(7)과 홀 센서(8)를 경유한 후 다시 DC 노이즈 필터(9)를 거쳐 다수의 배터리 단자에 인가되도록 하되,
상기의 AC 380V의 3상 전원(A1.B1.C1)(A2,B2,C3) 및 접지전압(N)이 AC 노이즈 필터(1)(1'), 3상의 노퓨우즈 브래커(NFB)(2)(2'), TNR 소자(3)(3'), 다이오드 전파 브리지(4)(4'), 평활용 초크코일(5)(5'), DC-DC컨버터(6)(6'), 평활용 초크코일(7)(7'), 홀 센서(8)(8') 및 DC 노이즈 필터(9)(9')의 충전회로(A)(B)를 이중화로 구성하여 각각 마그네트 스위치(MG SW1)(MG SW2)에 의해 연결된 선로를 경유하여야만 다수의 배터리(10)에 충전이 행하여지도록 하거나, 전압강하부(11)의 실리콘 다이오드 군(SD1)∼(SDn)이 마그네트 스위치(MS1)(MS2)...(MSn)에 의해 선택적으로 온되는 상태에 의해 전압강하에 의해 보상하면서 DC 125V의 정격전압으로 부하(LOAD)(12)에 공급되도록 구성한 것이다.
상기의 다이오드 전파 브리지(4)(4')는 메인 콘트롤러(13)(13')의 제어에 의해 온/오프되도록 한다.
그리고 상기 DC-DC컨버터(6)의 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)는 풀 브리지 방식에 의한 제어를 받도록 한다.
도 3은 본 고안 메인 콘트롤러의 명판을 나타낸 것으로서,
AC 전원을 공급받아 스위칭 소자를 거쳐 DC 전원으로 공급되는 제1 충전회로(A)와 AC 전원을 공급받아 스위칭 소자를 거쳐 DC 전원으로 공급되는 제2 충전회로(B)는 선택적으로 스위칭되어 동작하는 상태를 제1 충전표시부(21)와 제2 충전표시부(22)를 통해 표시하도록 하고,
상기 제1 충전회로(A) 또는 제2 충전회로(B)를 통해 배터리(10)로 공급되는 전원의 전압값과 전류값을 각각 제1 전압계(23)와 제1 전류계(24)를 통해 표시하도록 하고,
상기 제1 충전회로(A) 또는 제2 충전회로(B)를 통해 부하(12)로 공급되는 전원의 전압값과 전류값을 각각 제2 전압계(25)와 제2 전류계(26)를 통해 표시하도록 하고,
상기 제1 충전회로(A) 또는 제2 충전회로(B)의 운전상태를 자동운전 스위치(27)를 통해 자동운전으로 선택하거나 수동운전 스위치(28)를 통해 수동운전으로 선택하면 자체발광에 의해 동작상태를 알 수 있도록 하고,
상기 제1 충전회로(A) 또는 제2 충전회로(B)가 동작하도록 선택하기 위한 제 1 충전회로 선택스위치(29) 및 제2 충전회로 선택스위치(30)는 관리자가 선택한 상태는 물론, 현재 동작 중인가의 상태를 자체 발광에 의해 표시하도록 하고
상기의 제1 충전회로(A) 또는 제2 충전회로(B)가 자동운전 스위치(27)에 의한 자동운전이나 수동운전 스위치(28)에 의한 수동운전으로 운전하는 중에 과전압, 저전압 및 저전류의 상태를 과전압 표시부(31), 저전압 표시부(32) 및 저전류 표시부(33)를 통해 표시하도록 함으로써 경보기능을 갖도록 한다.
도 4는 본 고안 메인 콘트롤러의 상세한 구성을 나타낸 것으로서,
리세트 IC(41)에 의해 초기 전원을 공급하면 리세트 신호가 리세트 단자에 입력되는 마이크로 프로세서(42)의 출력단에서 출력되는 데이터신호는 다수의 D-플립플롭 래치IC(43)(44)(45)를 거쳐 제1 전압계(23)와 제1 전류계(24)에 배터리(10)로 공급되는 전원의 전압값과 전류값을 각각 표시하도록 하는 동시에, 제2 전압계(25)와 제2 전류계(26)에 부하(12)로 공급되는 전원의 전압값과 전류값을 각각 표시하도록 하고,
시간조절과 예약시간 및 전압조절의 모드를 선택하는 모드전환 선택스위치, 출력전압을 올리거나 출력전압을 내린 상태의 설정값을 선택스위치로 선택한 후 설정하기 위한 설정스위치, 균등운전 선택스위치, 부동운전 선택스위치, 수동운전 선택스위치 및 경보복귀 선택스위치들을 온/오프시킴에 따라 2색 발광 다이오드(LED1)(LED2)(LED3)(LED4)(LED5)(LED6)가 녹색이나 적색으로 점등하도록 하는 동시에 이에 따른 선택사양을 상기의 마이크로 프로세서(40)에 전달하도록 하고,
배터리(10)로 공급되는 전원의 전압값과 전류값 그리고 부하(12)로 공급되는 전원의 전압값 및 전류값이 각각 연산증폭기(OP1)(OP2)(OP3)(OP4)를 거친 후 아날로그/디지털 변환기(46)를 경유하는 중에 디지털 값으로 변환되어 상기의 마이크로 프로세서(42)에 전달되도록 하고,
상기의 제1 충전회로(A)의 동작을 선택하기 위한 제1 충전회로 선택스위치(29)와 제2 충전회로(B)의 동작을 선택하기 위한 제2 충전회로 선택스위치(30)와 상호 절환 접속되는 자동운전 스위치(27) 및 수동운전 스위치(28)에 의한 선택 사양은 상기의 마이크로 프로세서(42)에 전달되는 동시에 상기 도 1의 마그네트 스위치(MG SW1)(MG SW2)를 선택적으로 온시키기 위한 릴레이(RY1)(RY2)로 출력되도록 구성함으로써 동작중이던 제1 충전회로(A)가 과전압, 과전류 또는 과열상태 등의 이상상태가 되면, 제2 충전회로(B)의 동작을 위한 "H"를 릴레이(RY2)로 출력하여 마그네트 스위치(MG SW2)를 온시킨 후 정상적으로 동작하게 되면 제1 충전회로(A)의 동작을 정지시키기 위하여 릴레이(RY1)에 "L"를 출력하여 마그네트 스위치(MG SW1)가 오프되도록 한 것이다.
도 5는 본 고안 충전회로의 명판을 나타낸 것으로서,
제1 충전회로(A)나 제2 충전회로(B)에서 외부로부터의 AC 전원이 노퓨우즈 브래커(NFB)(2)(2')와 다이오드 전파 브리지(4)(4')를 거쳐 정상적으로 공급되는가의 여부를 운전중 표시부(51)를 통해 알려주도록 하고,
시간조절과 예약시간 및 전압조절의 모드를 선택하는 모드전환 선택스위치(52), 출력전압을 올리거나 출력전압을 내린 상태의 설정값을 선택스위치(53)로 선택한 후 설정하기 위한 설정스위치(54), 균등운전 선택스위치(55), 부동운전 선택스위치(56), 수동운전 선택스위치(57)를 통해 선택사양을 입력받도록 하는 한편, 동작중에 경보복귀 선택스위치(58), 전원램프(59), 부저(60) 및 경보램프(61)들을 통해 동작상태를 표시하도록 한다.
도 6은 본 고안 충전회로 콘트롤러의 상세한 구성을 나타낸 것으로서,
워치독타이머 IC(62)에 의해 정상적인 동작상태인가를 판단하는 제1마이컴(63)에서는 시계 IC(64)를 통해 현재 시간을 계시하여 시간정보와 함께 동작에 따른 상태를 LCD(65)에 표시하도록 하고,
상기의 제1 마이컴(63)에는 입출력 IC(66)를 통해 스위치들을 통한 선택사양이 전달되도록 하는 동시에 발광 다이오드와 포토 트랜지스터의 쌍으로 이루어진 다수의 포토 커플러(PC1)(PC2)(PC3)(PC4)를 통하여 드라이브 정보, 과전압, 과전류 및 과열상태 등 동작에 따른 정보를 전달받도록 하고,
상기의 동작 정보를 전달받는 제1 마이컴(63)에서는 발광 다이오드와 포토 트랜지스터의 쌍으로 이루어진 포토 커플러(PC5)를 통해 외부로부터의 리세트 신호를 전달받거나 발광 다이오드와 포토 트랜지스터의 쌍으로 이루어진 포토 커플러(PC6)를 통하여 운전이나 운전대기의 상태에 따른 정보를 출력하도록 하고,
상기의 제1 마이컴(63)은 과전압, 과전류, 과열상태 등의 이상에 따른 경보신호를 경보접점(67)을 통하여 전달받으면서 그에 따른 정보를 발광 다이오드와 포토 트랜지스터의 쌍으로 이루어진 포토 커플러(PC7)를 통해 상기 메인 콘트롤러의 마이크로 프로세서(42)에 전달하도록 하고,
상기 제1 마이컴(63)은 연산증폭기(OP5)를 통하여 입력되는 외부로부터 입력전압에 대한 정보와 연산증폭기(OP6)를 통하여 입력되는 배터리(10)의 충전전압에 대한 정보와 연산증폭기(OP7)를 통하여 입력되는 배터리 충전전류에 대한 정보 및 연산증폭기(OP8)를 통하여 입력되는 배터리 전류에 대한 정보를 아날로그/디지털 변환기(ADC)(68)를 경유하여 전달받도록 함으로써 배터리(10)에 충전하는 상태를 효율적으로 제어하도록 구성한 것이다.
도 7은 본 고안 전압강하부의 상세한 구성을 나타낸 것으로서,
리세트 IC(71)를 통하여 리세트 신호를 입력받으면서 정전압 다이오드()ZD)를 통한 기준전압을 입력받는 제2 마이컴(72)에서는 DC 입력전압을 연산증폭기(OP9)를 통하여 전달받아 딥스위치(73)에 의한 설정전압과 비교하도록 하고,
상기의 비교결과 표시부(74)를 통하여 125V인 경우에는 녹색으로 점등되면서 125V보다 높거나 낮은 상태에 따른 표시를 하여 외부에서 알 수 있도록 하는 동시에 구동IC(75)를 통하여 릴레이(RY11)...(RY1n)를 통하여 마그네트 스위치(MS1)(MS2)...(MSn)를 온/오프시키면서 다수의 실리콘 다이오드를 선택적으로 경유하는 중에 전압강하가 이루어지도록 구성한 것이다.
도 8은 IGBT 제어부의 구성을 나타낸 것으로서,
연산증폭기(OP10)를 거쳐 외부로부터 공급되는 외부전압은 전환스위치(SW1)를 거쳐 입력되도록 하고,
가변저항(VR1)을 거쳐 공급되는 배터리 공급전압은 연산증폭기(OP11)를 거쳐 상기의 외부전압과 함께 비교기(OP12)에서 비교되도록 한 후 연산증폭기(OP13)의 증폭회로 및 저항(R1)과 다이오드(D1)의 필터회로를 경유하여 풀 브리지 제어IC(81)에 공급되도록 하여 IGBT 구동부(90)로 출력신호를 출력하도록 하고,
상기의 배터리 공급전압은 과전압인 경우 상기 풀 브리지 제어IC(81)의 동작을 정지시키기 위한 신호로 입력되도록 하고,
연산증폭기(OP14)를 거쳐 공급되는 배터리 공급전류는 전류 자동설정부(82)로부터의 전류값과 비교기(OP15)에서 비교된 후 10A 이상 과전류 차단부(83)를 거치는 중에 과전류의 여부가 판단되도록 하여 상기 연산증폭기(OP12)에 입력되도록 하고,
연산증폭기(OP16)를 거쳐 공급되는 부하 공급전류는 상기 전환스위치(SW1)의 타측으로 입력되도록 하고,
가변저항(VR2)을 거쳐 공급되는 기준전압과 상기의 외부전압을 비교기(OP17)에서 비교한 결과와, 가변저항(VR3)을 거쳐 공급되는 기준전류와 상기의 부하 공급전류를 비교기(OP18)에서 비교한 결과 및 온도센서(85)를 통해 검출한 온도값과 기준온도를 비교기(OP19)에서 비교한 결과를 모두 전달받는 래치IC(86)에서는 과전압이나 과전류 또는 과열상태인 경우에는 낸드게이트(NA1)(NA2)를 거쳐 상기 IGBT 구동부(90)에 출력의 차단을 위한 신호로 입력되도록 하는 동시에 낸드게이트(NA3)(NA4)를 거쳐 경보출력부(84)에 경보출력신호로 출력되도록 구성한 것이다.
도 9는 IGBT 구동부의 구성을 나타낸 것으로서,
외부로부터 공급되는 80∼260V의 교류전원은 퓨우즈(Fuse)와 트랜스(T2) 및 브리지 다이오드(BD2)를 경유한 후 다시 트랜스(T3)를 거치면서 DC12V와 -DC12V 및 DC20V의 직류전원으로 되도록 하고,
상기 DC20V의 직류전원은 적어도 4개소 이상으로 공급되도록 하되,
상기의 DC20V는 각각 트랜스(T4)(T5)(T6)(T7)와 정전압IC(91)(92)(93)(94)를 경유하는 중에 정격의 DC20V로 되도록 하고,
상기 정격의 DC20V는 IGBT 구동IC(95)(96)(97)(98)를 거친 후 과전류 검출용 포토커플러(PC8)(PC9)(PC10)(PC11)를 통하여 도 1 및 도 2의 IGBT(Q1,Q2,Q3,Q4)의 온/오프를 위한 구동신호로 출력되도록 함으로써 온/오프의 제어가 가능하도록 구성한 것이다.
도 10은 본 고안의 다른 실시예에 따른 IGBT의 구성을 개략적으로 나타낸 것으로서,
IGBT(16)를 풀 브리지 방식이 아닌 3-레벨 방식으로 제어하도록 하여도 무방하다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기에 의하여서는 직류변환장치는 IGBT를 사용한 고주파 소자로 구성하여 방열 효과가 뛰어나며 입력되는 서지에 대해서도 절연효과를 갖도록 하고,
충전용 변압기는 훼라이트 코어(Ferrite Core)를 이용한 고주파 방식으로 하여 중량이 가볍고 소음이 없도록 하고,
출력전압조절장치는 디지털 제어방식으로 수동운전과 자동운전(부동충전, 균등충전)이 가능하도록 하고,
전면의 조정부를 통하여 설정한 선택사양에 따라 제어를 실시하면서 선택사양이나 동작상황을 전면의 LCD에 그래픽 디스플레이 방식으로 표시하도록 하고,
상기의 수동운전 시에는 전원을 원터치 버튼을 이용하여 연속적으로 조정하도록 하며 자동운전 기능이 상실되었을 때에는 물론 자동운전 중에도 임의로 수동운전으로의 전환이 가능하도록 하고,
상기의 자동운전 시에는 부동충전과 균등충전의 전환 및 전압조절이 연속적으로 조정되도록 하고,
균등충전 시에 과전압이 발생하지 않도록 하고,
부동충전에서 균등충전 실시 일정을 년 10회 이상 예약할 수 있도록 하면서 년, 월, 일, 시, 분 및 초의 단위까지 표시부에 디스플레이하도록 하고,
예약시간에 자동으로 균등운전을 실시하고 충전이 완료된 후 부동운전으로 절체되도록 하고,
상기의 설정한 시간에 배터리의 만충전이 완료되지 않으면 충전전류를 감지하여 최종적으로 부동운전 상태로 전환하도록 하고,
교류전원의 공급이 차단되었다가 회복되면 자동으로 회복운전인 균등충전을 개시한 후 충전전류가 거의 감소되었을 때 이를 감지하여 부동충전 상태로 자동 복귀하도록 하고,
배터리의 충전 말기전압에서 충전전압이 부하의 최고 허용전압을 상회할 때 부하에 악영향을 주게 되므로 실리콘 전압강하(Silicon Dropper) 방식을 이용하여 부하전압에 빠르게 대응하도록 하고,
상기의 충전회로를 이중으로 구성하여 무정전 무순단 절체방식에 의하여 고장이 발생할 시에도 원활한 동작이 가능하도록 하는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 노이즈와 서지전압이 제거된 AC 380V의 3상 전원 및 접지전압을 DC전원으로 변환하는 3상의 다이오드 전파 브리지와,
    상기 직류전원 변환부에 의해 내부의 동작에 따른 상태를 감시하는 중에 내부의 동작을 컨트롤하는 메인 콘트롤러와,
    상기 다이오드 전파 브리지로부터의 DC전원을 적정치의 DC전원으로 변환시키는 DC-DC컨버터와,
    상기 DC-DC컨버터의 IGBT를 풀 브리지 방식으로 제어하는 IGBT 제어부와,
    상기 IGBT 제어부의 제어에 의해 IGBT를 선택적으로 온/오프시키면서 DC전원으로의 변환이 원활해지도록 하는 IGBT 구동부와,
    과전압, 과전류 또는 과열상태의 여부를 판단하면서 배터리에의 충전이 효율적으로 이루어지도록 하는 충전회로 콘트롤러와,
    실리콘 다이오드 군의 온/오프를 적절히 제어하면서 전압강하에 의해 부하(LOAD)에 공급되는 전원을 보상하는 전압강하부들로 구성됨을 특징으로 하는 이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기의 배터리에 전원을 충전하기 위한 충전회로는,
    AC 380V의 3상 전원 및 접지전압이 AC 노이즈 필터(1)를 거치는 중에 전원에포함되는 노이즈 성분이 제거된 후, 다시 3상의 노퓨우즈 브래커(2)와 서지 제거용 TNR 소자(3)에 의해 서지전압이 제거되도록 하고,
    상기의 3상 전원은 6개의 다이오드로 이루어진 다이오드 전파 브리지(4)에 의해 적정치의 DC전원이 되도록 하고,
    상기의 다이오드 전파 브리지(4)로부터의 DC전원은 평활용 초크코일(5)을 경유한 후 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)와 고주파 트랜스(T1) 및 브리지 다이오드(BD1)와 다수의 다이오드(DM1)(DM2)와 콘덴서(SC2,SC3)로 구성된 DC-DC컨버터(6)에 인가되어 적정치의 DC전원으로 변환되도록 하고,
    상기 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)의 스위칭작용에 의한 전압은 블록킹 콘덴서(BC1)를 구비한 고주파 트랜스(T1)를 거치면서 적정치의 전압으로 변환되어 브리지 다이오드(BD1)에 의해 정류되도록 하고,
    상기 다이오드(DM1)(DM2)와 콘덴서(SC2,SC3)로 형성된 회생 스노버(snubber)의 소자용량은 다이오드(DM1)(DM2)에 의해 절감되도록 하고,
    상기의 DC-DC컨버터(6)에 의해 변환된 DC전원을 평활용 초크코일(7)과 홀 센서(8)를 경유한 후 다시 DC 노이즈 필터(9)를 거쳐 다수의 배터리 단자에 인가되도록 구성한 것을 특징으로 하는 이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기의 메인 콘트롤러는,
    리세트 IC(41)에 의해 초기 전원을 공급하면 리세트 신호가 리세트 단자에입력되는 마이크로 프로세서(42)의 출력단에서 출력되는 데이터신호는 다수의 D-플립플롭 래치IC(43)(44)(45)를 거쳐 제1 전압계(23)와 제1 전류계(24)에 배터리(10)로 공급되는 전원의 전압값과 전류값을 각각 표시하도록 하는 동시에 제2 전압계(25)와 제2 전류계(26)에 부하(12)로 공급되는 전원의 전압값과 전류값을 각각 표시하도록 하고,
    시간조절과 예약시간 및 전압조절의 모드를 선택하는 모드전환 선택스위치, 출력전압을 올리거나 출력전압을 내린 상태의 설정값을 선택스위치로 선택한 후 설정하기 위한 설정스위치, 균등운전 선택스위치, 부동운전 선택스위치, 수동운전 선택스위치 및 경보복귀 선택스위치들을 온/오프시킴에 따라 2색 발광 다이오드(LED1)∼(LED6)가 녹색이나 적색으로 점등하도록 하는 동시에 이에 따른 선택사양을 상기의 마이크로 프로세서(40)에 전달하도록 하고,
    배터리(10)로 공급되는 전원의 전압값과 전류값 그리고 부하(12)로 공급되는 전원의 전압값 및 전류값이 각각 연산증폭기(OP1)∼(OP4)를 거친 후 아날로그/디지털 변환기(46)를 경유하는 중에 디지털값으로 변환되어 상기의 마이크로 프로세서(42)에 전달되도록 하고,
    상기의 제1 충전회로(A)의 동작을 선택하기 위한 제1 충전회로 선택스위치(29)와 제2 충전회로(B)의 동작을 선택하기 위한 제2 충전회로 선택스위치(30)와 상호 절환 접속되는 자동운전 스위치(27) 및 수동운전 스위치(28)에 의한 선택 사양은 상기의 마이크로 프로세서(42)에 전달되는 동시에 상기의 마그네트 스위치(MG SW1)(MG SW2)를 선택적으로 온시키기 위한 릴레이(RY1)(RY2)로 출력되도록함으로써 동작중이던 제1 충전회로(A)가 과전압, 과전류 또는 과열상태의 이상상태가 되면, 제2 충전회로(B)의 동작을 위한 "H"를 릴레이(RY2)로 출력하여 마그네트 스위치(MG SW2)를 온시킨 후 정상적으로 동작하게 되면 제1 충전회로(A)의 동작을 정지시키기 위하여 릴레이(RY1)에 "L"를 출력하여 마그네트 스위치(MG SW1)가 오프되도록 구성한 것을 특징으로 하는 이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기의 충전회로 콘트롤러는,
    워치독타이머 IC(62)에 의해 정상적인 동작상태인가를 판단하는 제1 마이컴(63)에서 시계 IC(64)를 통해 현재 시간을 계시하여 시간정보와 함께 동작에 따른 상태를 LCD(65)에 표시하도록 하고,
    상기의 제1 마이컴(63)에는 입출력 IC(66)를 통해 스위치들을 통한 선택사양이 전달되도록 하는 동시에 발광 다이오드와 포토 트랜지스터의 쌍으로 이루어진 포토 커플러(PC1)∼(PC4)를 통하여 드라이브 정보, 과전압, 과전류 및 과열상태의 동작에 따른 정보를 전달받도록 하고,
    상기의 동작 정보를 전달받는 제1 마이컴(63)에서는 포토 커플러(PC5)를 통해 외부로부터의 리세트 신호를 전달받거나 포토 커플러(PC6)를 통하여 운전이나 운전대기의 상태에 따른 정보를 출력하도록 하고,
    상기의 제1 마이컴(63)은 과전압, 과전류, 과열상태의 이상에 따른 경보신호를 경보접점(67)을 통하여 전달받으면서 그에 따른 정보를 포토 커플러(PC7)를 통해 상기의 마이크로 프로세서(42)에 전달하도록 하고,
    상기 제1 마이컴(63)은 연산증폭기(OP5)를 통하여 입력되는 외부로부터 입력전압에 대한 정보와 연산증폭기(OP6)를 통하여 입력되는 배터리(10)의 충전전압에 대한 정보와 연산증폭기(OP7)를 통하여 입력되는 배터리 충전전류에 대한 정보 및 연산증폭기(OP8)를 통하여 입력되는 배터리 전류에 대한 정보를 아날로그/디지털 변환기(ADC)(68)를 경유하여 전달받도록 함으로써 배터리(10)에 충전하는 상태를 효율적으로 제어하도록 구성한 것을 특징으로 하는 이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기의 전압강하부는,
    리세트 IC(71)를 통하여 리세트 신호를 입력받으면서 정전압 다이오드(ZD)를 통한 기준전압을 입력받는 제2 마이컴(72)에서 DC 입력전압을 연산증폭기(OP9)를 통하여 전달받아 딥스위치(73)에 의한 설정전압과 비교하도록 하고,
    상기의 비교결과 표시부(74)를 통하여 125V인 경우에는 녹색으로 점등되면서 125V보다 높거나 낮은 상태에 따른 표시를 하여 외부에서 알 수 있도록 하는 동시에 구동IC(75)를 통하여 릴레이(RY11)...(RY1n)를 통하여 마그네트 스위치(MS1)...(MSn)를 온/오프시키면서 다수의 실리콘 다이오드를 선택적으로 경유하는 중에 전압강하가 이루어지도록 구성한 것을 특징으로 하는 이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기의 IGBT 제어부는,
    연산증폭기(OP10)를 거쳐 외부로부터 공급되는 외부전압은 전환스위치(SW1)를 거쳐 입력되도록 하고,
    가변저항(VR1)을 거쳐 공급되는 배터리 공급전압은 연산증폭기(OP11)를 거쳐 상기의 외부전압과 함께 비교기(OP12)에서 비교된 후 연산증폭기(OP13)의 증폭회로와 저항(R1) 및 다이오드(D1)의 필터회로를 경유하여 풀 브리지 제어IC(81)에 공급되도록 하여 IGBT 구동부(90)로 출력신호를 출력하도록 하고,
    상기의 배터리 공급전압은 과전압인 경우 상기 풀 브리지 제어IC(81)의 동작을 정지시키기 위한 신호로 입력되도록 하고,
    연산증폭기(OP14)를 거쳐 공급되는 배터리 공급전류는 전류 자동설정부(82)로부터의 전류값과 비교기(OP15)에서 비교된 후 10A 이상 과전류 차단부(83)를 거치는 중에 과전류의 여부를 판단하면서 상기 연산증폭기(OP12)에 입력되도록 하고,
    연산증폭기(OP16)를 거쳐 공급되는 부하 공급전류는 상기 전환스위치(SW1)의 타측으로 입력되도록 하고,
    가변저항(VR2)을 거쳐 공급되는 기준전압과 상기의 외부전압을 비교기(OP17)에서 비교한 결과와, 가변저항(VR3)을 거쳐 공급되는 기준전류와 상기의 부하 공급전류를 비교기(OP18)에서 비교한 결과 및 온도센서(85)를 통해 검출한 온도값과 기준온도를 비교기(OP19)에서 비교한 결과를 모두 전달받는 래치IC(86)에서는 과전압이나 과전류 또는 과열상태인 경우는 낸드게이트(NA1)(NA2)를 거쳐 상기 IGBT 구동부(90)에 출력의 차단을 위한 신호로 입력되도록 하는 동시에 낸드게이트(NA3)(NA4)를 거쳐 경보출력부(84)에 경보출력신호로 출력되도록 구성한 것을 특징으로 하는 이이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기.
  7. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기의 IGBT 구동부는,
    외부로부터 공급되는 80∼260V의 교류전원은 퓨우즈(Fuse)와 트랜스(T2) 및 브리지 다이오드(BD2)를 경유한 후 다시 트랜스(T3)를 거치면서 DC12V와 -DC12V 및 DC20V의 직류전원으로 되도록 하고,
    상기 DC20V의 직류전원은 적어도 4개소 이상으로 공급되도록 하되,
    상기의 DC20V는 각각 트랜스(T4)∼(T7)와 정전압IC(91)∼(94)를 경유하는 중에 정격의 DC20V로 되도록 하고,
    상기 정격의 DC20V는 IGBT 구동IC(95)∼(98)를 거친 후 과전류 검출용 포토커플러(PC8)∼(PC11)를 통하여 상기의 IGBT(Q1,Q2,Q3,Q4)의 온/오프를 위한 구동신호로 출력되도록 구성한 것을 특징으로 하는 이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기.
  8. AC 380V의 3상 전원(A1.B1.C1)(A2,B2,C3) 및 접지전압(N)이 공급되는 AC 노이즈 필터(1)(1'), 3상의 노퓨우즈 브래커(NFB)(2)(2'), TNR 소자(3)(3'), 다이오드 전파 브리지(4)(4'), 평활용 초크코일(5)(5'), DC-DC컨버터(6)(6'), 평활용 초크코일(7)(7'), 홀 센서(8)(8') 및 DC 노이즈 필터(9)(9')의 충전회로(A)(B)를 이중화로 구성하여 각각 마그네트 스위치(MG SW1)(MG SW2)에 의해 연결된 선로를 경유하여야만 다수의 배터리(10)에 충전이 행하여지도록 하거나 전압강하부(11)의 실리콘 다이오드 군(SD1)∼(SDn)이 마그네트 스위치(MS1)(MS2)...(MSn)에 의해 선택적으로 온되는 상태에 의해 전압강하에 의해 보상하면서 DC 125V의 정격전압으로 부하(LOAD)(12)에 공급되도록 구성한 것을 특징으로 하는 이중화회로를 이용한 고주파 방식 축전지용 충전기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108557048A (zh) * 2017-12-10 2018-09-21 山西汾西重工有限责任公司 水下航行器动力电池组故障支路自动切换电路及切换方法
KR102088580B1 (ko) * 2018-10-02 2020-03-12 주식회사 온품 대용량 충전기
CN113352940A (zh) * 2021-07-02 2021-09-07 广州小鹏新能源汽车有限公司 一种蓄电池补电方法、系统及车辆
CN114280917A (zh) * 2021-12-28 2022-04-05 上海拿森汽车电子有限公司 一种冗余控制电路

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