KR20050026956A - 공급 전압을 안정화하는 회로 장치 및 상기 회로 장치를동작시키는 방법 - Google Patents

공급 전압을 안정화하는 회로 장치 및 상기 회로 장치를동작시키는 방법 Download PDF

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Abstract

전압 소스가 제 1 에너지 누산기(누산기 B1)와 제 2 에너지 누산기(캐패시터 C1)의 직렬 연결에 의해 형성된다. 제 2 에너지 누산기(C1)의 전압(UC1)은 제 1 에너지 누산기(UB1)와 제 2 에너지 누산기(UC1)를 통한 전압들의 합이 미리 결정된 원하는 전압(UVsoll)과 동일하게 되는 방식으로 조절된다.

Description

공급 전압을 안정화하는 회로 장치 및 상기 회로 장치를 동작시키는 방법{CIRCUIT ARRANGEMENT FOR STABILIZING A SUPPLY VOLTAGE AND METHOD FOR OPERATING SAID CIRCUIT ARRANGEMENT}
본 발명은 공급 전압, 특히 모터의 공급 전압을 안정화하는 회로 장치, 및 상기 회로 장치를 동작시키는 방법에 관한 것이다.
에너지 저장 유닛에 의해 공급된 소비주체(consumer)의 공급 전압은 한편으로는 소비주체에 의해 에너지 저장 유닛에 적용된 부하에 의존하고, 또한 에너지 저장 유닛의 충전에 의존한다.
따라서 에너지 저장 유닛에 의해 공급된 소비주체들은 상당한 전압 변동을 경험할 수 있다. 따라서 이러한 방식으로 제공된 소비주체들은 전압 변동에 매우 둔감해야 하고, 이에 따라 소비주체에 엄격한 요건들을 부과한다.
전압을 안정화하는 회사에 알려진 한가지 옵션은 스텝-업(step-up) 컨버터를 통해 공급 전압을 조정하여, 상기 전압을 일정한 값으로 유지하는 것이다. 그러나 스텝-업 컨버터의 스위칭 소자들이 소비주체에 제공된 전체 전류로부터 로딩되기 때문에, 상기 회로 장치는 매우 비싸고 비용-집약적이다.
도 1은 2개의 42V 누산기(accumulator)들을 갖는 본 발명의 회로 장치의 제 1 실시예를 보여준다.
도 2는 각각 14V 및 42V 누산기를 갖는 본 발명의 회로 장치의 제 2 실시예를 보여준다.
도 3은 14V 및 42V 누산기들을 갖는 본 발명의 회로 장치의 제 3 실시예를 보여준다.
본 발명의 목적은 공급 전압을 안정화하는 회로 장치 및 상기 회로 장치를 동작시키는 방법을 제공하는 것이고, 상기 회로 장치는 간단한 방식으로 적어도 하나의 소비주체에 대해 안정화된 공급 전압을 제공한다.
상기 목적은 청구항 제 1항의 특징부에 따른 회로 장치 및 청구항 6의 특징부에 따른 방법에 의해 본 발명에 따라 달성된다.
본 회로 장치는 제 1 및 제 2 에너지 저장 유닛을 구비하는데, 상기 제 2 에너지 저장 유닛을 통한 전압은 상기 제 1 및 제 2 에너지 저장 유닛들을 통한 전압들의 합이 미리 정의된 목표 전압과 동일하도록 조정된다.
따라서 상기 제 1 및 제 2 에너지 저장 유닛들을 통한 전압들 합은 부하에 관계없이 일정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항에 기술되어 있다.
상기 제 2 에너지 저장 유닛을 통한 전압은 제 3 에너지 저장 유닛에 의해 제공된 전기 컨버터를 통해 조정되어, 상기 제 1 및 제 2 에너지 저장 유닛들을 통한 전압들 합이 미리 정의된 목표 값과 동일하게 되도록 한다.
본 회로 장치는 전기 컨버터의 스위칭 소자들에 부과된 요건들이 에너지 저장 유닛의 전압을 미리 정의된 전압 값으로 변환시켜서 시스템에 의해 요구되는 모든 에너지를 전달해야 하는 컨버터에 대한 것보다 상당히 덜 엄격한 장점을 갖는다.
다수의 실시예들이 도면을 참조하여 이하 기술된다.
도 1에 도시된 회로 장치는 제 1의 42V 누산기(B1), 제 2의 누산기(B2), 에너지 저장 유닛(C1) 및 제 1 컨버터(1) 및 제 2 컨버터(2)를 구비한다. 컨버터들(1 및 2)은 DC/DC 컨버터들의 형태이다.
에너지 저장 유닛(C1)은 제 1 누산기에 직렬로 연결되어 있다. 여기에서 에너지 저장 유닛(C1)은 전해질 캐패시터이다.
에너지 저장 유닛(C1)은 양의 단자 및 음의 단자를 갖는다. 에너지 저장 유닛(C1)의 음의 단자는 전기적으로 접지된다.
회로 장치에 의해 제공된 공급 전압(UV)은 누산기(B1)의 양의 단자와 에너지 저장 유닛(C1)의 음의 단자 사이에 태핑될(tapped) 수 있다.
제 2의 42V 누산기(B2)는 제 1 컨버터(1)를 통해 에너지 저장 유닛(C1)에 전기적으로 연결되고 에너지 저장 유닛(C1)에 에너지를 공급한다.
컨버터(1)는 제 2 누산기(B2)에 병렬로 배열된 제 2 에너지 저장 유닛(C2)을 구비한다. 제 1 및 제 2 스위칭 소자(S1 및 S2)의 직렬 회로는 또한 누산기(B2)에 병렬로 배열된다. 스위칭 소자들(S1 및 S2)은 또한 누산기(B2)에 병렬로 배열된다. 스위칭 소자들(S1 및 S2)은 각각 제 1 단자, 제 2 단자 및 제어 입력부를 갖는다.
제 1 스위칭 소자(S1)의 제 1 단자는 누산기(B2)의 양극 및 에너지 저장 유닛(C1)의 양의 단자에 연결된다. 스위칭 소자(S1)의 제 2 단자는 스위칭 소자(S2)의 제 1 단자와 코일(L1) 모두에 전기적으로 연결된다. 코일(L1)은 한편으로 에너지 저장 유닛(C1)의 양의 단자에 전기적으로 연결되고, 또한 접지된다.
스위칭 소자들(S1 및 S2)의 제어 입력부들은 제어 회로(미도시)에 연결되고 상기 제어 회로에 의해 활성화된다.
에너지 저장 유닛(C1)을 통한 전압(UC1)은 컨버터(1)를 통해 조정되어, 전압들(UB1 및 UC1)의 합이 미리 결정된 공급 전압(UVtarg)과 동일하게 된다.
만일 전압(UB1이 회부 소비주체에 의해 적용된 부하 때문에 강하된다면, 에너지 저장 유닛(C1)을 통한 전압은 전압(UVtarg)이 한번 이상 달성될 때까지 증가된다.
만일 제 1 스위칭 소자(S1)가 항상 스위칭 온된다면, 2개의 누산기들(B1 및 B2)이 직렬로 연결된다.
제 2 컨버터(2)는 누산기(B2)에서 전압(UB2)을 조정하여, 2개의 누산기들(B1 및 B2)을 통한 전압들이 동일한 값을 갖도록 한다.
컨버터(2)는 제 3 및 제 4 스위칭 소자(S3 및 S4)와 제 2 코일(L2)뿐만 아니라 제 3 및 제 4 에너지 저장 유닛(C3 및 C4)을 구비한다.
스위칭 소자들(S3 및 S4)의 제어 입력부들은 여기에서도 제어 회로(미도시)에 연결되고, 상기 제어 회로에 의해 활성화된다.
직렬로 연결된 에너지 저장 유닛들(C3 및 C4)은 누산기(B1)의 양극과 접지 사이에 배열되고, 상기 에너지 저장 유닛(C3)의 제 1 단자는 누산기(B1)의 양극에 전기적으로 연결되고 에너지 저장 유닛(C3)의 제 2 단자는 에너지 저장 유닛(C4)의 제 1 단자에 전기적으로 연결된다. 에너지 저장 유닛(C4)의 제 2 단자는 접지된다. 스위칭 소자들(S3 및 S4)의 직렬 회로는 에너지 저장 유닛들(C3 및 C4)에 병렬로 배열된다. 이들은 또한 누산기(B1)의 양극과 접지 사이에 배열된다. 추가의 코일(L2)은 에너지 저장 유닛들(C3 및 C4)의 중심 탭과 스위칭 소자들(S3 및 S4)의 중심 탭 사이에 배열된다. 에너지 저장 유닛(C3)의 제 2 단자는 누산기(B2)의 양극에 전기적으로 연결된다.
발생기(ASM)는, 여기에 인버터를 통해 도시된 예시적인 실시예에서, 공급 전압(UV)이 강하되는, 누산기(B1)의 양극과 접지 사이에 연결된다.
생성기(ASM)는 구동 유닛(미도시)에 의해 구동되어, 에너지를 생성하고 2개의 누산기들(B1 및 B2)에 에너지를 공급한다.
그러나, 본 발명의 회로 장치는 또한 기동기 생성기(starter generator)에 인버터를 통해 연결되어, 기동기 생성기로부터 에너지를 가져오고, 또한 모터 동작시에 기동기 생성기에 에너지를 공급할 수도 있다.
도 2에 도시된 제 2 실시예는 2개의 누산기들(B1 및 B2)이 상이한 공칭 전압들(UB1 및 UB2)을 갖는다는 점에서 도 1에 도시된 실시예와 상이하다.
도 2에 따라 실시예에서, 제 1 실시예에서의 것들과 기능적으로 동일한 소자들은 도 1에서와 동일한 참조 부호를 갖는다.
본 실시예는 예를 들어 2개의 상이한 공급 전압들을 갖는 회로 장치의 전압 공급에 적당하다. 여기에 도시된 실시예에서, 제 1 누산기 전압(UB1)은 42볼트이고, 제 2 누산기 전압(UB2)은 14볼트이다.
누산기 전압(UB2)은 제 2 컨버터(2)를 통해 항상 누산기 전압(UB1)의 1/3으로 조정된다.
도 1에 도시된 실시예와 비교하여, 제 1 실시예에서는, 누산기 전압(UB2)이 낮아져서 에너지 저장 유닛(C1)에서의 전압이 최대한 전압(UB2)일 수 있기 때문에, 공급 전압(UV)은 더 작은 부하 범위 내에서 일정하게 조정될 수 있다. 만일 예를 들어 제 1 스위칭 소자(S1)가 항상 스위칭 온, 즉 공급 전압이 2개의 누산기 전압들(UB1 및 UB2)의 합과 동일하다면, 공급 전압은 각각의 부가적인 부하에 따라 강하된다.
도 3에 도시된 제 2 실시예의 경우에, 기능적으로 동일한 소자들은 도 1에서와 동일한 참조 부호들을 갖는다.
추가의 에너지 저장 유닛(C5)은 여기에 제 1 누산기(B1)에 병렬로 배열된다. 여기에서 공급 전압(UV)은 에너지 저장 유닛들(C1 및 C5)을 통한 전압들(UC1 및 UC5)의 합과 동일하다.
여기에서 14V의 공칭 전압을 갖는 제 3 누산기(B3)는 음의 단자와 양의 단자를 갖는다.
제 3 누산기(B3)의 음의 단자는 제 1 누산기(B1)의 음의 단자와 접지에 전기적으로 연결된다.
제 3 누산기(B3)에서의 전압(UB3)은 제 3 전기 컨버터(3)를 통해 조정되어 상기 전압이 누산기(B3)의 공칭 전압과 동일하게 된다. 제 3 컨버터는 직렬로 연결된 2개의 스위칭 소자들(S5 및 S6)을 구비하는데, 상기 스위칭 소자들은 에너지 저장 유닛(C5)과 누산기(B1)에 병렬로 배열된다. 스위칭 소자들(S5 및 S6)의 공통 단자는 코일(L3)의 제 1 단자에 전기적으로 연결된다. 코일(L3)의 제 2 단자는 추가의 에너지 저장 유닛(C6)의 양의 단자와 누산기(B3)의 양의 단자에 전기적으로 연결된다.
도 2에서의 제 2 실시예와 비교할 때 제 3 실시예의 장점은 제 1 누산기(B1) 및 제 3 누산기(B3) 모두가 접지와의 연결을 갖는다.
에너지 저장 유닛들(C2, C3, C4 및 C6) 및 코일들(L1, L2 및 L3)은 컨버터들(1, 2 및 3)에 의해 변환된 전압들을 평활시키는(smoothing) 임무를 갖는다

Claims (10)

  1. 공급 전압을 안정화시키는 회로 장치로서,
    - 제 1 에너지 저장 유닛(B1),
    - 상기 제 1 에너지 저장 유닛에 직렬로 연결된 제 2 에너지 저장 유닛(C1),
    - 상기 제 2 에너지 저장 유닛(C1)에 전기적으로 연결되고 상기 에너지 저장 유닛(C1)을 통한 전압(UC1)을 조정하는 제 1 단자 측을 구비한 전압 변환기(1),
    - 상기 컨버터(1)의 제 2 단자 측에 전기적으로 연결된 제 3 에너지 저장 유닛(B2), 및
    - 상기 컨버터(1)를 제어하고 상기 에너지 저장 유닛(C1)을 통한 전압(UC1)을 조정하여, 상기 제 1 에너지 저장 유닛(UB1)을 통한 전압과 상기 제 2 에너지 저장 유닛(UC1)을 통한 전압의 합이 미리 결정된 목표 전압(UVtarg)과 동일하게 되도록 하는 제어 유닛을 포함하는 회로 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 2개의 에너지 저장 유닛들(B1 및 B2)의 공칭 전압들은 상이한 차수(order)들인 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    하나의 단자 측이 상기 제 1 에너지 저장 유닛(B1)에 전기적으로 연결되고, 다른 단자 측이 상기 제 3 에너지 저장 유닛(B2)에 전기적으로 연결되며, 이에 따라 상기 제 1 에너지 저장 유닛(B1)과 상기 제 3 에너지 저장 유닛(B2) 사이의 에너지 교환을 허용하도록 하는 제 2 전압 변환기(2)를 구비한 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    하나의 단자 측이 제 4 에너지 저장 유닛(B3)에 전기적으로 연결되고, 다른 단자 측이 상기 제 1 에너지 저장 유닛(B1)에 전기적으로 연결되며, 이에 따라 상기 제 1 에너지 저장 유닛(B1)과 상기 제 4 에너지 저장 유닛(B3) 사이의 에너지 교환을 허용하도록 하는 제 3 전압 변환기(3)를 구비한 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    생성기(ASM)에 의해 전기 에너지를 공급받는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    전기 모터에 저기 에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  7. 공급 전압을 안정화시키는 회로 장치를 동작시키는 방법으로서,
    제 2 에너지 저장 유닛(C1)을 통한 전압(UC1)이 제 1 에너지 저장 유닛(B1)을 통한 전압에 의해 조정되어, 상기 제 1 에너지 저장 유닛(B1)의 전압(UB1)과 상기 제 2 에너지 저장 유닛의 전압(UC1)의 합이 미리 결정된 목표 전압(UVtarg)과 동일하게 되도록 하는 회로 장치 동작 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 에너지 저장 유닛들(B1 및 B2)의 전압들(UB1 및 UB2)은 제 2 컨버터(2)를 통해 조정되어, 상기 2개의 전압 저장 유닛들(B1 및 B2)에서의 전압들(UB1 및 UB2)이 동일한 차수인 것을 특징으로 하는 회로 장치 동작 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 에너지 저장 유닛들(B1 및 B2)의 전압들(UB1 및 UB2)은 제 2 컨버터(2)를 통해 조정되어, 상기 2개의 전압 저장 유닛들(B1 및 B2)에서의 전압들(UB1 및 UB2)이 서로에 대해 미리 정의된 비율인 것을 특징으로 하는 회로 장치 동작 방법.
  10. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    제 4 에너지 저장 유닛(B3)의 전압(UB3)은 제 3 컨버터(3)를 통해 조정되어, 상기 에너지 저장 유닛들(B1, B2 및 B3)에서의 전압들(UB1, UB2 및 UB3)이 서로에 대해 미리 정의된 비율인 것을 특징으로 하는 회로 장치 동작 방법.
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