KR20110131912A - Battery charger for a vehicle with wide output voltage range - Google Patents

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KR20110131912A KR1020100051603A KR20100051603A KR20110131912A KR 20110131912 A KR20110131912 A KR 20110131912A KR 1020100051603 A KR1020100051603 A KR 1020100051603A KR 20100051603 A KR20100051603 A KR 20100051603A KR 20110131912 A KR20110131912 A KR 20110131912A
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명지대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A battery charger for a vehicle is provided to offer an excellent withstand voltage characteristic by serially arranging switching units each other. CONSTITUTION: A converter part(102) is arranged in the primary side of a first transformer(114a). A rectifier is arranged in the secondary side of the first transformer. The rectifier is converted from full bridge circuit to a half bridge circuit according to a control signal. The rectifier is also converted from the half bridge circuit into the full bridge circuit. The rectifier comprises a first, second, third, and fourth diode(D1,D2,D3,D4).

Description

넓은 범위의 출력 전압을 출력할 수 있는 차량용 충전기{BATTERY CHARGER FOR A VEHICLE WITH WIDE OUTPUT VOLTAGE RANGE}BATTERY CHARGER FOR A VEHICLE WITH WIDE OUTPUT VOLTAGE RANGE}

본 발명은 우수한 내전압 특성을 가지면서 넓은 범위의 출력 전압을 출력할 수 있는 차량용 충전기에 관한 것이다. The present invention relates to a vehicle charger capable of outputting a wide range of output voltage while having excellent withstand voltage characteristics.

차량용 충전기는 차량에 필요한 전압을 제공하는 장치로서, 일반적으로 역률 개선을 위한 역률 개선부(PFC) 및 DC/DC 변환부의 2단으로 이루어진다. A vehicle charger is a device that provides a voltage required for a vehicle, and generally includes two stages of a power factor correction unit (PFC) and a DC / DC converter for power factor improvement.

여기서, 상기 DC/DC 변환부가 1단으로 이루어져 있으므로, 내전압을 견디기 위하여 상기 DC/DC 변환기에 포함된 소자들이 강한 내전압 특성을 가져야 했다. 즉, 고가의 소자들이 요구되었으며, 따라서 상기 충전기의 제조 비용이 상승하였다. In this case, since the DC / DC converter is composed of one stage, elements included in the DC / DC converter have to have strong withstand voltage characteristics in order to withstand the withstand voltage. In other words, expensive devices have been required, thus increasing the manufacturing cost of the charger.

또한, 상기 충전기는 일반적으로 변압기들을 병렬로 배열하여 사용하였다. 그러나, 상기 변압기들을 병렬로 구현하면, 상기 변압기들의 권선비 및 인덕턴스 값이 일치하는 않는 경우 특정 변압기로 전류가 편향적으로 흐를 수 있다. 결과적으로, 상기 변압기가 이상 발열을 일으킬 수 있고 파손 위험이 있었다. In addition, the charger generally used by arranging transformers in parallel. However, if the transformers are implemented in parallel, current may flow unidirectionally to a specific transformer if the turns ratio and inductance value of the transformers do not match. As a result, the transformer could cause abnormal heat generation and there was a risk of breakage.

더욱이, 상기 충전기는 넓은 범위의 출력 전압을 구현하기가 어려웠다.Moreover, the charger has been difficult to implement a wide range of output voltages.

게다가, 차량에서는 입력 전원이 다르더라도 항상 동일한 출력 전압이 출력될 필요가 있으나, 상기 충전기는 입력 전원이 다르면 동일한 출력 전압을 출력할 수가 없었다.
In addition, in the vehicle, even if the input power is different, it is always necessary to output the same output voltage, but the charger could not output the same output voltage if the input power is different.

본 발명의 목적은 우수한 내전압 특성을 가지면서 넓은 범위의 출력 전압을 출력할 수 있는 차량용 충전기를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a vehicle charger capable of outputting a wide range of output voltages while having excellent withstand voltage characteristics.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 태양에 따른 차량용 충전기는 제 1 변압기; 상기 제 1 변압기의 1차측에 배열된 컨버터부; 및 상기 제 1 변압기의 2차측에 배열된 정류부를 포함한다. 여기서, 상기 정류부는 제어 신호에 따라 풀 브릿지 회로에서 하프 브릿지 회로로 전환되거나 상기 하프 브릿지 회로에서 상기 풀 브릿지 회로로 전환된다. In order to achieve the above object, a vehicle charger according to an aspect of the present invention comprises a first transformer; A converter unit arranged on the primary side of the first transformer; And a rectifier arranged on the secondary side of the first transformer. Here, the rectifier is switched from a full bridge circuit to a half bridge circuit or from the half bridge circuit to the full bridge circuit according to a control signal.

본 발명의 다른 태양에 따른 차량용 충전기는 제 1 변압기; 제 2 변압기; 및According to another aspect of the present invention, a vehicle charger includes a first transformer; A second transformer; And

상기 제 1 변압기의 1차측에 연결되며 복수의 제 1 스위치들을 포함하는 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 변압기의 1차측에 연결되며 복수의 제 2 스위치들을 포함하는 제 2 스위칭부를 가지는 컨버터부를 포함한다. 여기서, 상기 제 1 스위칭부와 상기 제 2 스위칭부는 직렬로 연결된다. And a converter unit connected to the primary side of the first transformer and having a first switching unit including a plurality of first switches and a second switching unit connected to the primary side of the second transformer and including a plurality of second switches. . Here, the first switching unit and the second switching unit are connected in series.

본 발명의 또 다른 태양에 따른 차량용 충전기는 컨버터부; 및 상기 컨버터부로부터 출력되는 전류에 응답하여 출력 전압을 출력하는 정류부를 포함한다. 여기서, 상기 컨버터부로 입력되는 입력 전원이 동일한 경우에도 상기 정류부를 제어하는 제어 신호에 따라 상기 출력 전압의 크기가 달라진다. In accordance with another aspect of the present invention, a charger for a vehicle includes a converter unit; And a rectifier for outputting an output voltage in response to a current output from the converter. Here, even when the input power input to the converter is the same, the magnitude of the output voltage varies according to a control signal for controlling the rectifier.

본 발명에 따른 차량용 충전기에서 정류부가 풀 브릿지 회로에서 하프 브릿지 회로로 전환되거나 하프 브릿지 회로에서 풀 브릿지 회로로 전환될 수 있으므로, 다른 크기의 입력 전압이 입력되더라도 동일한 출력전압을 출력할 수 있는 장점이 있다. 물론, 동일한 크기의 입력 전압이 입력될 경우에 다른 크기의 출력 전압을 출력시킬 수도 있다. In the vehicle charger according to the present invention, since the rectifier may be switched from a full bridge circuit to a half bridge circuit or from a half bridge circuit to a full bridge circuit, an advantage of outputting the same output voltage even if different size input voltages are inputted. have. Of course, when input voltages of the same magnitude are input, output voltages of different magnitudes may be output.

또한, 상기 차량용 충전기의 전류형 컨버터에 포함된 스위칭부들이 상호 직렬로 배열되므로, 우수한 내전압 특성을 가질 수 있다. 따라서, 상기 전류형 컨버터 내에 사용되는 스위치들을 고가의 제품을 사용하지 않아도 되므로, 상기 충전기의 제조 비용이 감소할 수 있다. In addition, since the switching units included in the current converter of the vehicle charger are arranged in series with each other, it may have excellent withstand voltage characteristics. Therefore, since the switches used in the current converter do not have to use expensive products, the manufacturing cost of the charger can be reduced.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 충전기를 도시한 회로도이다.
도 2는 도 1의 차량용 충전지의 동작 흐름을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 충전기를 도시한 회로도이다.
도 4는 도 3의 차량용 충전지의 동작 흐름을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 충전기의 동작 흐름을 도시한 타이밍 다이어그램이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 전압들을 도시한 도면들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 듀티비에 따른 스위치들의 온/오프 타임을 도시한 타이밍 다이어그램이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 듀티비에 따른 스위치들의 온/오프 타임을 도시한 타이밍 다이어그램이다. 1 is a circuit diagram illustrating a vehicle charger according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view illustrating an operation flow of the vehicle rechargeable battery of FIG. 1.
3 is a circuit diagram illustrating a vehicle charger according to a second embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating an operation flow of the vehicle rechargeable battery of FIG. 3.
5 is a timing diagram illustrating an operation flow of the charger of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 illustrate output voltages according to an embodiment of the present invention.
8 is a timing diagram illustrating on / off times of switches according to a first duty ratio according to an embodiment of the present invention.
9 is a timing diagram illustrating on / off times of switches according to a second duty ratio according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

차량용 충전기는 상용전원, 즉 110Vac 및 220Vac를 사용할 수 있으며, 차량의 특성상 다양한 크기의 출력 전압을 출력하도록 구현되는 것이 바람직하다. The vehicle charger may use commercial power, that is, 110V ac and 220V ac , and is preferably implemented to output various sizes of output voltages due to the characteristics of the vehicle.

따라서, 본 발명은 다양한 출력 전압들을 출력할 수 있는, 특히 넓은 범위의 출력 전압들을 출력할 수 있는 차량용 충전기를 제시한다. 예를 들어, 본 발명의 차량용 충전기는 100V 내지 500V를 구현할 수 있다. Accordingly, the present invention proposes a vehicle charger capable of outputting various output voltages, in particular capable of outputting a wide range of output voltages. For example, the vehicle charger of the present invention may implement 100V to 500V.

또한, 상기 차량용 충전기는 강한 내전압 특성을 가지도록 구현될 수 있다. In addition, the vehicle charger may be implemented to have a strong withstand voltage characteristics.

이하, 본 발명의 차량용 충전기들에 대한 다양한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다. Hereinafter, various embodiments of the vehicle chargers of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 충전기를 도시한 회로도이고, 도 2는 도 1의 차량용 충전지의 동작 흐름을 도시한 도면이다.1 is a circuit diagram illustrating a vehicle charger according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view illustrating an operation flow of the vehicle rechargeable battery of FIG. 1.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 차량용 충전기는 입력 회로부(100), 전류형 컨버터부(current-fed converter section, 102), 변압기부(104), 정류부(106) 및 필터링부(Filtering section, 108)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the vehicle charger according to the present embodiment includes an input circuit unit 100, a current-fed converter section 102, a transformer unit 104, a rectifier 106, and a filtering section 108. ).

입력 회로부(100)는 도 2에 도시된 바와 같은 교류 입력 전원(Vac)을 다음단으로 전달하는 회로로서, 입력 필터 및 브릿지 다이오드(120)를 포함할 수 있다. The input circuit unit 100 is a circuit for transferring the AC input power V ac as shown in FIG. 2 to the next stage and may include an input filter and a bridge diode 120.

전류형 컨버터부(102)는 변압기부(104)의 변압기들(114a 및 114b)의 1차측에 배열되며, 인덕터(L1), 제 1 스위칭부(110a) 및 제 2 스위칭부(110b)를 포함한다. The current converter 102 is arranged on the primary side of the transformers 114a and 114b of the transformer unit 104 and includes an inductor L1, a first switching unit 110a and a second switching unit 110b. do.

인덕터(L1)는 에너지를 저장하는 소자로서, 입력 회로부(100)에 연결된다.The inductor L1 is a device that stores energy and is connected to the input circuit unit 100.

제 1 스위칭부(110a)는 인덕터(L1)에 연결되며, 복수의 스위치들(112a, 112b, 112c 및 112d)을 포함한다. 여기서, 각 스위치들(112a, 112b, 112c 및 112d)은 MOSFET 스위치일 수 있고, 그의 게이트들로 입력되는 제어 신호들(S1, S2, S3 및 S4)에 의해 온/오프(on/off) 제어될 수 있다. The first switching unit 110a is connected to the inductor L1 and includes a plurality of switches 112a, 112b, 112c and 112d. Here, each of the switches 112a, 112b, 112c, and 112d may be a MOSFET switch, and on / off control by control signals S1, S2, S3, and S4 input to its gates. Can be.

이러한 제 1 스위칭부(110a)는 제 1 변압기(114a)의 1차측에 연결된다. 구체적으로는, 스위치들(112a 및 112c) 사이의 노드(n1)는 제 1 변압기(114a)의 1차측의 일단에 연결되며, 스위치들(112b 및 112d) 사이의 노드(n2)는 제 1 변압기(114a)의 1차측의 타단에 연결된다.The first switching unit 110a is connected to the primary side of the first transformer 114a. Specifically, the node n1 between the switches 112a and 112c is connected to one end of the primary side of the first transformer 114a, and the node n2 between the switches 112b and 112d is the first transformer. It is connected to the other end of the primary side of 114a.

제 2 스위칭부(110b)는 제 1 스위칭부(110a)에 연결되며, 복수의 스위치들(112e, 112f, 112g 및 112h)을 포함한다. 여기서, 각 스위치들(112e, 112f, 112g 및 112h)은 MOSFET 스위치일 수 있고, 그의 게이트들로 입력되는 제어 신호들(S5, S6, S7 및 S8)에 의해 온/오프 제어될 수 있다. The second switching unit 110b is connected to the first switching unit 110a and includes a plurality of switches 112e, 112f, 112g, and 112h. Here, each of the switches 112e, 112f, 112g, and 112h may be a MOSFET switch, and may be controlled on / off by control signals S5, S6, S7, and S8 input to its gates.

이러한 제 2 스위칭부(110b)는 제 2 변압기(114b)의 1차측에 연결된다. 구체적으로는, 스위치들(112e 및 112g) 사이의 노드(n3)는 제 2 변압기(114b)의 1차측의 일단에 연결되며, 스위치들(112f 및 112h) 사이의 노드(n4)는 제 2 변압기(114b)의 1차측의 타단에 연결된다.The second switching unit 110b is connected to the primary side of the second transformer 114b. Specifically, the node n3 between the switches 112e and 112g is connected to one end of the primary side of the second transformer 114b, and the node n4 between the switches 112f and 112h is connected to the second transformer. It is connected to the other end of the primary side of 114b.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 스위칭부(110a)와 제 2 스위칭부(110b)는 인덕터(L1)를 기준으로 하여 직렬로 연결된다. According to an embodiment of the present invention, the first switching unit 110a and the second switching unit 110b are connected in series with respect to the inductor L1.

한편, 종래의 충전기를 살펴보면, 상기 충전기는 하나의 스위칭부만을 사용하였으며, 그 결과 상기 스위칭부의 소자들은 큰 내전압을 견딜 수 있어야 했다. 따라서, 상기 충전기는 큰 내전압을 견딜 수 있는 고가의 소자들만을 사용하여야 했으며, 그 결과 상기 충전기의 제조 비용이 상승할 수밖에 없었다. On the other hand, in the conventional charger, the charger uses only one switching unit, and as a result, the devices of the switching unit had to withstand a large withstand voltage. Therefore, the charger had to use only expensive devices capable of withstanding a large withstand voltage, and as a result, the manufacturing cost of the charger had to be increased.

그러나, 본 실시예의 충전기는 직렬로 연결된 스위칭부들(110a 및 110b)을 사용하므로, 인덕터(L1)를 통과한 전류(iL)가 스위칭부들(110a 및 110b)을 통과하여 흐른다. 결과적으로, 각 스위칭부들(110a 및 110b)이 각기 견디어야 하는 내전압이 낮아지게 되어 고가가 아닌 중저가의 스위치들(112a 내지 112h)을 사용하여도 충분히 내전압을 견딜 수 있게 되었다. 따라서, 상기 충전기의 제조 비용이 낮아질 수 있다. However, since the charger of the present embodiment uses the switching units 110a and 110b connected in series, the current i L passing through the inductor L1 flows through the switching units 110a and 110b. As a result, the withstand voltages that each of the switching units 110a and 110b have to withstand are lowered, so that the withstand voltages can be sufficiently withstand even when the switches 112a to 112h that are not expensive are used. Therefore, the manufacturing cost of the charger can be lowered.

변압기부(104)는 복수의 변압기들(114a 및 114b)을 포함한다. The transformer unit 104 includes a plurality of transformers 114a and 114b.

제 1 변압기(114a)의 1차측은 제 1 스위칭부(110a)에 연결되고, 2차측은 정류부(106)에 연결된다. The primary side of the first transformer 114a is connected to the first switching unit 110a and the secondary side is connected to the rectifying unit 106.

제 2 변압기(114b)의 1차측은 제 2 스위칭부(110b)에 연결되고, 2차측은 정류부(106)에 연결된다. The primary side of the second transformer 114b is connected to the second switching unit 110b and the secondary side is connected to the rectifying unit 106.

변압기(114a 또는 114b)의 권선비는 언급하지는 않았지만 설계 목적에 따라 다양하게 설정될 수 있다. Although the turns ratio of the transformer 114a or 114b is not mentioned, it may be variously set according to the design purpose.

정류부(106)는 변압기들(114a 및 114b)의 2차측에 연결되며, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 풀 브릿지 회로(full bridge circuit)로 구현될 수 있다. 여기서, 변압기들(114a 및 114b)의 2차측의 일단은 다이오드들(D1 및 D2) 사이의 노드(n5)에 연결되고, 타단은 다이오드들(D3 및 D4) 사이의 노드(n6)에 연결된다. The rectifier 106 is connected to the secondary side of the transformers 114a and 114b and may be implemented as a full bridge circuit, for example, as shown in FIG. 1. Here, one end of the secondary side of the transformers 114a and 114b is connected to the node n5 between the diodes D1 and D2, and the other end is connected to the node n6 between the diodes D3 and D4. .

또한, 정류부(106)는 다이오드들(D1 및 D3) 사이의 노드(n7)에 연결된 캐패시터(C1)를 더 포함할 수도 있다. In addition, the rectifier 106 may further include a capacitor C1 connected to the node n7 between the diodes D1 and D3.

필터링부(108)는 정류부(106)에 연결되어 잡음 등을 제거하며, 예를 들어 인덕터(L2) 및 캐패시터(C2)로 이루어진 LC 필터일 수 있다. The filtering unit 108 may be connected to the rectifying unit 106 to remove noise and the like, and may be, for example, an LC filter including an inductor L2 and a capacitor C2.

한편, 필터링부(108)로부터 출력된 전압은 상기 충전기의 출력 전압(Vout)을 의미하며, 출력 전압(Vout)은 도 2에 도시된 바와 같이 DC 전압을 가진다. On the other hand, the voltage output from the filtering unit 108 means the output voltage (V out ) of the charger, the output voltage (V out ) has a DC voltage as shown in FIG.

본 발명의 일 실시예에 따르면,출력 전압(Vout)은 스위치들(112a 내지 112h)의 온/오프 비율에 따른 듀티비(duty ratio)를 변화시킴에 의해 가변될 수 있다. 이에 대한 자세한 내용은 제 2 실시예에서 상술하겠다. According to an embodiment of the present invention, the output voltage V out may be varied by varying the duty ratio according to the on / off ratio of the switches 112a to 112h. Details thereof will be described in detail in the second embodiment.

요컨대, 본 실시예의 차량용 충전기는 전류형 컨버터부(102)에 포함된 스위치들(112a 내지 112h)의 온/오프 비율에 따른 듀티비를 변화시켜 다양한 크기의 출력 전압(Vout)을 출력할 수 있으며, 인덕터(L1)를 기준으로 스위칭부들(110a 및 110b)을 직렬로 배열하여 우수한 내전압 특성을 구현한다. In other words, the vehicle charger of the present embodiment may output the output voltage V out of various sizes by changing the duty ratio according to the on / off ratio of the switches 112a to 112h included in the current converter 102. In addition, the switching units 110a and 110b are arranged in series with respect to the inductor L1 to implement excellent withstand voltage characteristics.

위 도 1에서는, 컨버터부(102)가 2개의 스위칭부들(110a 및 110b)만을 포함하였으나, 직렬로 연결된 3개 이상의 스위칭부들로 구현될 수도 있다. 물론, 상기 스위칭부들의 수가 증가하면 변압기들의 수 또한 증가될 것이다. In FIG. 1, the converter unit 102 includes only two switching units 110a and 110b, but may be implemented as three or more switching units connected in series. Of course, as the number of switching parts increases, the number of transformers also increases.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 충전기를 도시한 회로도이고, 도 4는 도 3의 차량용 충전지의 동작 흐름을 도시한 도면이다.3 is a circuit diagram illustrating a vehicle charger according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view illustrating an operation flow of the vehicle rechargeable battery of FIG. 3.

도 3을 참조하면, 본 실시예의 차량용 충전기는 입력 회로부(300), 전류형 컨버터부(302), 변압기부(304), 정류부(306) 및 필터링부(308)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the vehicle charger of the present embodiment includes an input circuit unit 300, a current converter unit 302, a transformer unit 304, a rectifier unit 306, and a filtering unit 308.

정류부(306)를 제외한 나머지 구성 요소들은 제 1 실시예에서와 동일하므로, 이하 동일한 구성 요소들에 대한 자세한 설명은 생략하겠다. Since the remaining components except for the rectifier 306 are the same as in the first embodiment, detailed description of the same components will be omitted.

정류부(306)는 제 1 캐패시터(C1), 다이오드들(D1 내지 D4), 제 3 스위치(320) 및 제 2 캐패시터(C2)를 포함한다. The rectifier 306 includes a first capacitor C1, diodes D1 to D4, a third switch 320, and a second capacitor C2.

제 1 캐패시터(C1)은 변압기들(314a 및 314b)의 2차측의 일단에 연결된다. The first capacitor C1 is connected to one end of the secondary side of the transformers 314a and 314b.

다이오드들(D1 내지 D4)은 풀 브릿지 회로를 형성하며, 제 1 캐패시터(C1)에 연결된다. 구체적으로는, 다이오드들(D1 및 D2) 사이의 노드(n5)는 제 1 캐패시터(C1)에 연결되며, 다이오드들(D3 및 D4) 사이의 노드(n6)는 변압기들(314a 및 314b)의 2차측의 타단에 연결된다. The diodes D1 to D4 form a full bridge circuit and are connected to the first capacitor C1. Specifically, node n5 between diodes D1 and D2 is connected to first capacitor C1, and node n6 between diodes D3 and D4 is connected to transformers 314a and 314b. It is connected to the other end of the secondary side.

제 3 스위치(320)는 예를 들어 MOSFET 스위치이며, 도 3에 도시된 바와 같이 다이오드들(D3 및 D4) 사이의 노드(n6) 및 접지에 연결된다. The third switch 320 is, for example, a MOSFET switch and is connected to the node n6 and the ground between the diodes D3 and D4 as shown in FIG.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 정류부(306)를 풀 브릿지 회로로 구현하고자 할 경우에는 제 3 스위치(320)를 오프시키고, 정류부(306)를 하프 브릿지 회로(half bridge circuit)로 구현하고자 할 경우에는 제 3 스위치(320)를 온시킨다. 다만, 상기 하프 브릿지 회로인 경우에는 상기 풀 브릿지 회로에 비하여 출력 전압(Vout)이 2배가 된다. 이것은 상기 브릿지 회로를 통하여 전류가 흐를 때에는 제 2 캐패시터(C2)가 충전되고 상기 브릿지 회로를 통하여 전류가 흐르지 않을 때에는 제 2 캐패시터(C2)에 충전된 전하가 방전되기 때문이다. According to an embodiment of the present invention, when the rectifier 306 is to be implemented as a full bridge circuit, the third switch 320 is turned off and the rectifier 306 is to be implemented as a half bridge circuit. In this case, the third switch 320 is turned on. However, in the case of the half bridge circuit, the output voltage V out is doubled as compared to the full bridge circuit. This is because the second capacitor C2 is charged when the current flows through the bridge circuit, and the charge charged in the second capacitor C2 is discharged when the current does not flow through the bridge circuit.

결과적으로, 입력 전원(Vac)의 크기가 달라도 출력 전압(Vout)은 동일할 수 있다. 예를 들어, 220V의 입력 전원(Vac)이 인가될 때 정류부(306)를 풀 브릿지 회로로 구현하여 450V의 출력 전압(Vout)을 획득한다고 가정하면, 110V의 입력 전원(Vac)이 인가될 때에는 정류부(306)를 하프 브릿지 회로로 구성하여 동일한 450V의 출력 전압(Vout)을 획득할 수 있다. As a result, the output voltage V out may be the same even if the magnitude of the input power source V ac is different. For example, assuming that the rectifier 306 is implemented as a full bridge circuit when a 220 V input power source V ac is applied to obtain an output voltage V out of 450 V, the 110 V input power source V ac is obtained. When applied, the rectifier 306 may be configured as a half bridge circuit to obtain the same output voltage V out of 450V.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 차량용 충전기는 적절한 시점에 제 3 스위치(320)를 온시켜 정류부(306)의 회로를 풀 브릿지 회로에서 하프 브릿지 회로로 전환시킴에 의해 동일한 입력 전원(Vac)에 대하여 더 높은 출력 전압(Vout)을 획득할 수도 있다. According to another embodiment of the present invention, the vehicle charger may turn on the third switch 320 at an appropriate point in time to switch the circuit of the rectifier 306 from the full bridge circuit to the half bridge circuit, thereby providing the same input power supply (V ac). Higher output voltage V out may be obtained.

물론, 상기 충전기는 제 1 실시예에서와 유사하게 도 4에 도시된 바와 같이 동작한다. Of course, the charger operates as shown in Fig. 4 similarly to the first embodiment.

이하, 상기 차량용 충전기의 전체적인 동작 과정을 살펴보겠다. Hereinafter, the overall operation of the vehicle charger will be described.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 충전기의 동작 흐름을 도시한 타이밍 다이어그램이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 전압들을 도시한 도면들이다. 5 is a timing diagram illustrating an operation flow of the charger of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 6 and 7 are views illustrating output voltages according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 5를 참조하면, 스위치들(312a, d, e 및 h)은 일정 주기로 턴-온/오프(turn-on/off)되고, 스위치들(312b, c, f 및 g) 또한 일정 주기로 턴-온/오프된다. 3 and 5, the switches 312a, d, e, and h are turned on / off at regular intervals, and the switches 312b, c, f, and g are also constant. It is turned on / off in cycles.

구체적으로 살펴보면, to 내지 t1에서는 모든 스위치들(312a 내지 312h)이 온되며, 그 결과 인덕터(L1)에 에너지가 축적된다. 결과적으로, 인덕터(L1)를 통하여 흐르는 전류(iL)가 증가한다.Specifically, in to to t1, all the switches 312a to 312h are turned on, and as a result, energy is accumulated in the inductor L1. As a result, the current i L flowing through the inductor L1 increases.

이어서, t1 내지 t2에서는 스위치들(312a, d, e 및 h)은 온 상태를 유지하고 스위치들(312b, c, f 및 g)은 턴-오프된다. 이 경우, 인덕터(L1)에 축적된 에너지가 변압기들(314a 및 314b)을 통하여 변압기들(314a 및 314b)의 2차측으로 전달되어서 소정 크기의 직류 출력 전압(Vout)이 출력된다. 결과적으로, 인덕터(L1)의 전하가 방전되며, 따라서 인덕터(L1)를 통하여 흐르는 전류(iL)가 감소한다.Subsequently, at t1 to t2, the switches 312a, d, e, and h remain on and the switches 312b, c, f, and g are turned off. In this case, the energy accumulated in the inductor L1 is transferred to the secondary side of the transformers 314a and 314b through the transformers 314a and 314b to output a DC output voltage V out having a predetermined magnitude. As a result, the charge of the inductor L1 is discharged, so that the current i L flowing through the inductor L1 is reduced.

계속하여, t2 내지 t3에서는 모든 스위치들(312a 내지 312h)이 다시 온되며, 그 결과 인덕터(L1)에 에너지가 축적된다.Subsequently, at switches t2 to t3 all the switches 312a to 312h are turned on again, and as a result, energy is accumulated in the inductor L1.

이어서, t3 내지 t4에서는 스위치들(312a, d, e 및 h)은 턴-오프되고 스위치들(312b, c, f 및 g)은 온 상태를 유지한다. 이 경우, 인덕터(L1)에 축적된 에너지가 변압기들(314a 및 314b)을 통하여 전달되어서 소정 크기의 직류 출력 전압(Vout)이 출력된다.Subsequently, at t3 to t4, the switches 312a, d, e and h are turned off and the switches 312b, c, f and g remain on. In this case, energy accumulated in the inductor L1 is transferred through the transformers 314a and 314b to output a DC output voltage V out having a predetermined magnitude.

계속하여, t1 내지 t4의 과정이 반복적으로 수행된다. Subsequently, the processes of t1 to t4 are repeatedly performed.

요컨대, 본 실시예의 차량용 충전기는 스위치들(312a 내지 312h)의 온/오프, 즉 듀티비를 제어하여 원하는 출력 전압(Vout)을 출력시킨다. In short, the vehicle charger of the present embodiment controls the on / off of the switches 312a to 312h, that is, the duty ratio, to output a desired output voltage V out .

한편, 상기 충전기는 정류부(306)를 풀 브릿지 회로 또는 하프 브릿지 회로로 유지할 수도 있고, 특정 시점에서 풀 브릿지 회로를 하프 브릿지 회로로 전환하거나 하프 브릿지 회로에서 풀 브릿지 회로로 전환할 수도 있다. The charger may maintain the rectifier 306 as a full bridge circuit or a half bridge circuit, or may convert the full bridge circuit to a half bridge circuit or a half bridge circuit to a full bridge circuit at a specific point in time.

상기 차량용 충전기를 실제 테스트한 결과, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 출력 전압(Vout)이 150V 및 450V를 출력시킴이 확인되었다. As a result of the actual test of the vehicle charger, it was confirmed that the output voltage V out outputs 150V and 450V as shown in FIGS. 6 and 7.

즉, 본 발명의 차량용 충전기는 넓은 범위의 출력 전압(Vout), 예를 들어 100V 내지 500V를 구현할 수 있다. That is, the vehicle charger of the present invention can implement a wide range of output voltage (V out ), for example, 100V to 500V.

다만, 상기 넓은 범위의 출력 전압(Vout)을 구현하기 위하여 상기 차량용 충전기는 후술하는 바와 같이 듀티비를 적절하게 설정한다. However, in order to implement the wide range output voltage V out , the vehicle charger sets the duty ratio appropriately as described below.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 듀티비에 따른 스위치들의 온/오프 타임을 도시한 타이밍 다이어그램이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 듀티비에 따른 스위치들의 온/오프 타임을 도시한 타이밍 다이어그램이다. FIG. 8 is a timing diagram illustrating on / off times of switches according to a first duty ratio according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is ON of switches according to a second duty ratio according to an embodiment of the present invention. A timing diagram showing on / off times.

도 8 및 도 9를 참조하면, 도 8에서 모든 스위치들(312a 내지 312h)이 온되는 시간은 도 9에서 스위치들(312a 내지 312h)이 온되는 시간보다 상대적으로 더 짧다. 반면에, 인덕터(L1)에 축적된 에너지가 변압기들(314a 및 314b)의 2차측으로 전달되는 시간은 도 9에서보다 도 8이 더 길다. 8 and 9, the time that all the switches 312a to 312h are turned on in FIG. 8 is relatively shorter than the time that the switches 312a to 312h are turned on in FIG. 9. On the other hand, the time that energy accumulated in the inductor L1 is transferred to the secondary side of the transformers 314a and 314b is longer in FIG. 8 than in FIG.

도 8에 도시된 듀티비를 사용한 경우에 상기 충전기는 300V의 출력 전압(Vout)을 출력하는 반면에, 도 9에 도시된 듀티비를 사용한 경우에 상기 충전기는 450V의 출력 전압(Vout)을 출력시켰다. 여기서, 입력 전원(Vac)으로는 220Vac를 사용하였다. In the case of using the duty ratio shown in FIG. 8, the charger outputs an output voltage V out of 300V, whereas in the case of using the duty ratio shown in FIG. 9, the charger outputs an output voltage V out of 450V. Was output. Here, 220 V ac was used as the input power source (V ac ).

즉, 스위치들(312a 내지 312h)의 온/오프 시간에 따른 듀티비들을 제어 신호들(S1 내지 S8)을 이용하여 제어함에 의해 상기 충전기는 넓은 범위의 출력 전압(Vout)을 출력할 수 있다. That is, by controlling the duty ratios according to the on / off times of the switches 312a to 312h using the control signals S1 to S8, the charger may output a wide range of output voltage V out . .

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. The embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention may make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. Should be considered to be within the scope of the following claims.

100 : 입력 회로부 102 : 전류형 컨버터부
104 : 변압기부 106 : 정류부
108 : 필터링부 110 : 스위칭부
112 : 스위치 114 : 변압기
300 : 입력 회로부 302 : 전류형 컨버터부
304 : 변압기부 306 : 정류부
308 : 필터링부 310 : 스위칭부
312 : 스위치 314 : 변압기
320 : 제 3 스위치100: input circuit portion 102: current type converter portion
104: transformer section 106: rectifier section
108: filtering unit 110: switching unit
112: switch 114: transformer
300: input circuit portion 302: current type converter portion
304: transformer section 306: rectifier section
308: filtering unit 310: switching unit
312 switch 314 transformer
320: third switch

Claims (13)

제 1 변압기;
상기 제 1 변압기의 1차측에 배열된 컨버터부; 및
상기 제 1 변압기의 2차측에 배열된 정류부를 포함하되,
상기 정류부는 제어 신호에 따라 풀 브릿지 회로에서 하프 브릿지 회로로 전환되거나 상기 하프 브릿지 회로에서 상기 풀 브릿지 회로로 전환되는 것을 특징으로 하는 차량용 충전기. A first transformer;
A converter unit arranged on the primary side of the first transformer; And
Including a rectifier arranged on the secondary side of the first transformer,
And the rectifier is switched from the full bridge circuit to the half bridge circuit or the half bridge circuit to the full bridge circuit according to a control signal. 제 1 항에 있어서, 상기 정류부는,
상기 제 1 변압기의 2차측의 일단에 병렬로 연결된 제 1 다이오드 및 제 2 다이오드;
상기 제 1 변압기의 2차측의 타단에 병렬로 연결된 제 3 다이오드 및 제 4 다이오드; 및
일단은 상기 제 3 다이오드와 상기 제 4 다이오드 사이의 노드에 연결되고, 타단은 접지에 연결된 제 1 스위치를 포함하되,
상기 제 1 내지 4 다이오드들은 상기 풀 브릿지 회로를 형성하며, 상기 제 1 스위치가 온 됨에 따라 상기 풀 브릿지 회로가 상기 하프 브릿지 회로로 전환되는 것을 특징으로 하는 차량용 충전기. The method of claim 1, wherein the rectifying unit,
A first diode and a second diode connected in parallel to one end of the secondary side of the first transformer;
Third and fourth diodes connected in parallel to the other ends of the secondary side of the first transformer; And
One end is connected to the node between the third diode and the fourth diode, and the other end includes a first switch connected to ground,
And the first to fourth diodes form the full bridge circuit, and the full bridge circuit is switched to the half bridge circuit as the first switch is turned on. 제 2 항에 있어서, 상기 정류부는,
상기 제 1 변압기의 2차측의 일단과 상기 제 1 다이오드와 상기 제 2 다이오드 사이의 노드에 연결된 제 1 캐패시터; 및
상기 제 1 다이오드와 상기 제 3 다이오드 사이의 노드에 연결된 제 2 캐패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 충전기. The method of claim 2, wherein the rectifying unit,
A first capacitor connected to one end of the secondary side of the first transformer and a node between the first diode and the second diode; And
And a second capacitor coupled to the node between the first diode and the third diode. 제 2 항에 있어서, 상기 차량용 충전기는 상기 제 1 변압기와 직렬로 연결된 제 2 변압기를 더 포함하며,
상기 컨버터부는,
인덕터;
상기 인덕터 및 상기 제 1 변압기의 1차측과 연결된 복수의 제 2 스위치들을 가지는 제 1 스위칭부; 및
상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 변압기의 1차측과 연결된 복수의 제 3 스위치들을 가지는 제 2 스위칭부를 포함하되,
상기 제 1 스위칭부와 상기 제 2 스위칭부는 상기 인덕터를 기준으로 직렬로 연결되고, 상기 제 2 변압기의 2차측의 일측은 상기 제 1 다이오드와 상기 제 2 다이오드 사이의 노드와 연결되며, 상기 제 2 변압기의 2차측의 타측은 상기 제 3 다이오드와 상기 제 4 다이오드 사이의 노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 충전기. The vehicle charger of claim 2, further comprising a second transformer connected in series with the first transformer,
The converter unit,
Inductors;
A first switching unit having a plurality of second switches connected to the inductor and the primary side of the first transformer; And
A second switching unit having a plurality of third switches connected to the primary side of the first switching unit and the second transformer,
The first switching unit and the second switching unit are connected in series with respect to the inductor, and one side of the secondary side of the second transformer is connected with a node between the first diode and the second diode, and the second And the other side of the secondary side of the transformer is connected to a node between the third diode and the fourth diode. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 스위치들 및 상기 제 3 스위치들이 모두 온된 경우 상기 인덕터가 충전되고, 상기 제 2 스위치들 및 상기 제 3 스위치들 중 일부가 오프된 경우 상기 정류부로부터 출력 전압이 출력되되,
상기 출력 전압의 크기는 상기 제 2 스위치들 및 상기 제 3 스위치들이 모두 온된 제 1 시간과 상기 제 2 스위치들 및 상기 제 3 스위치들 중 일부가 오프된 제 2 시간의 비율에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 차량용 충전기. 5. The output circuit of claim 4, wherein the inductor is charged when both the second switches and the third switches are turned on, and an output voltage is output from the rectifier when some of the second switches and the third switches are turned off. But
The magnitude of the output voltage is dependent on the ratio of the first time that both the second switches and the third switches are on and the second time when some of the second and third switches are off. Car charger. 제 1 항에 있어서, 상기 정류부가 상기 하프 브릿지 회로로 형성된 경우 상기 정류부로부터 출력되는 출력 전압의 크기는 상기 정류부가 상기 풀 브릿지 회로로 형성된 경우 상기 정류부로부터 출력되는 출력 전압의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 차량용 충전기. The method of claim 1, wherein the output voltage output from the rectifier when the rectifier is formed of the half bridge circuit is greater than the output voltage output from the rectifier when the rectifier is formed by the full bridge circuit. Car charger. 제 1 항에 있어서, 상기 컨버터부로 제 1 전류가 입력된 경우 상기 정류부는 상기 풀 브릿지 회로를 형성하며, 상기 컨버터부로 상기 제 1 전류보다 작은 제 2 전류가 입력된 경우 상기 정류부는 상기 하프 브릿지 회로를 형성하되,
상기 정류부가 상기 풀 브릿지 회로로 형성될 때 상기 정류부로부터 출력되는 출력 전압과 상기 정류부가 상기 하프 브릿지 회로로 형성될 때 상기 정류부로부터 출력되는 출력 전압은 동일한 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 충전기. The rectifier of claim 1, wherein the rectifier forms the full bridge circuit when a first current is input to the converter, and the rectifier is the half bridge circuit when a second current smaller than the first current is input to the converter. Form,
And an output voltage output from the rectifier when the rectifier is formed of the full bridge circuit and an output voltage output from the rectifier when the rectifier is formed by the half bridge circuit. 제 1 변압기;
제 2 변압기; 및
상기 제 1 변압기의 1차측에 연결되며 복수의 제 1 스위치들을 포함하는 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 변압기의 1차측에 연결되며 복수의 제 2 스위치들을 포함하는 제 2 스위칭부를 가지는 컨버터부를 포함하되,
상기 제 1 스위칭부와 상기 제 2 스위칭부는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 충전기. A first transformer;
A second transformer; And
A converter unit connected to the primary side of the first transformer and having a first switching unit including a plurality of first switches and a second switching unit connected to the primary side of the second transformer and including a plurality of second switches; ,
And the first switching unit and the second switching unit are connected in series. 제 8 항에 있어서, 상기 컨버터부는 인버터를 더 포함하며,
상기 정류부는,
상기 제 1 변압기의 2차측의 일단에 병렬로 연결된 제 1 다이오드 및 제 2 다이오드;
상기 제 1 변압기의 2차측의 타단에 병렬로 연결된 제 3 다이오드 및 제 4 다이오드;
일단은 상기 제 3 다이오드와 상기 제 4 다이오드 사이의 노드에 연결되고, 타단은 접지에 연결된 제 3 스위치;
상기 제 1 변압기의 2차측의 일단과 상기 제 1 다이오드와 상기 제 2 다이오드 사이의 노드에 연결된 제 1 캐패시터; 및
상기 제 1 다이오드와 상기 제 3 다이오드 사이의 노드에 연결된 제 2 캐패시터를 포함하되,
상기 제 1 스위칭부 및 상기 제 2 스위칭부는 상기 인버터를 기준으로 직렬로 연결되고, 상기 제 1 내지 4 다이오드들은 상기 풀 브릿지 회로를 형성하며, 상기 제 3 스위치가 온 됨에 따라 상기 풀 브릿지 회로가 상기 하프 브릿지 회로로 전환되는 것을 특징으로 하는 차량용 충전기. The method of claim 8, wherein the converter unit further comprises an inverter,
The rectifying unit,
A first diode and a second diode connected in parallel to one end of the secondary side of the first transformer;
Third and fourth diodes connected in parallel to the other ends of the secondary side of the first transformer;
A third switch, one end of which is connected to a node between the third diode and the fourth diode, and the other end of which is connected to ground;
A first capacitor connected to one end of the secondary side of the first transformer and a node between the first diode and the second diode; And
A second capacitor connected to a node between the first diode and the third diode, wherein
The first switching unit and the second switching unit are connected in series with respect to the inverter, and the first to fourth diodes form the full bridge circuit, and the full bridge circuit is configured as the third switch is turned on. A vehicle charger, characterized by being switched to a half bridge circuit. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 스위치들 및 상기 제 2 스위치들이 모두 온된 경우 상기 인덕터가 충전되고, 상기 제 1 스위치들 및 상기 제 2 스위치들 중 일부가 오프된 경우 상기 정류부로부터 출력 전압이 출력되되,
상기 출력 전압의 크기는 상기 제 1 스위치들 및 상기 제 2 스위치들이 모두 온된 제 1 시간과 상기 제 1 스위치들 및 상기 제 2 스위치들 중 일부가 오프된 제 2 시간의 비율에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 차량용 충전기. 10. The method of claim 9, wherein the inductor is charged when both of the first and second switches are turned on, and an output voltage is output from the rectifier when some of the first and second switches are turned off. But
The magnitude of the output voltage is dependent on the ratio of the first time that the first switches and the second switches are both on and the second time when some of the first and second switches are off. Car charger. 제 9 항에 있어서, 상기 컨버터부로 제 1 전류가 입력된 경우 상기 정류부는 상기 풀 브릿지 회로를 형성하며, 상기 컨버터부로 상기 제 1 전류보다 작은 제 2 전류가 입력된 경우 상기 정류부는 상기 하프 브릿지 회로를 형성하되,
상기 정류부가 상기 풀 브릿지 회로로 형성될 때 상기 정류부로부터 출력되는 출력 전압과 상기 정류부가 상기 하프 브릿지 회로로 형성될 때 상기 정류부로부터 출력되는 출력 전압은 동일한 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 충전기. The rectifier of claim 9, wherein the rectifier forms the full bridge circuit when a first current is input to the converter, and the rectifier is the half bridge circuit when a second current smaller than the first current is input to the converter. Form,
And an output voltage output from the rectifier when the rectifier is formed of the full bridge circuit and an output voltage output from the rectifier when the rectifier is formed by the half bridge circuit. 컨버터부; 및
상기 컨버터부로부터 출력되는 전류에 응답하여 출력 전압을 출력하는 정류부를 포함하되,
상기 컨버터부로 입력되는 입력 전원이 동일한 경우에도 상기 정류부를 제어하는 제어 신호에 따라 상기 출력 전압의 크기가 달라지는 것을 특징으로 하는 차량용 충전기. A converter unit; And
Including a rectifier for outputting an output voltage in response to the current output from the converter,
Even if the input power input to the converter unit is the same, the vehicle charger, characterized in that the magnitude of the output voltage varies according to the control signal for controlling the rectifier. 제 12 항에 있어서, 상기 정류부는 제어 신호에 따라 풀 브릿지 회로에서 하프 브릿지 회로로 전환되거나 상기 하프 브릿지 회로에서 상기 풀 브릿지 회로로 전환되는 것을 특징으로 하는 차량용 충전기.
The vehicle charger of claim 12, wherein the rectifier is switched from a full bridge circuit to a half bridge circuit or from the half bridge circuit to the full bridge circuit according to a control signal.
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