KR20120010631A - Power converter unit - Google Patents

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김태원
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재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

PURPOSE: A power conversion apparatus is provided to reduce the total number of components of a power conversion apparatus by utilizing a switch module of an inverter circuit for a battery charger for charging a battery. CONSTITUTION: A smoothing unit(110) is composed of a battery(21) and a capacitor(111) connected in parallel. A switch(120) includes at least a pair of switch elements which is connected to the smoothing unit in parallel. A switching controlling unit(130) controls an on-and-off operation for each switch element which is included in the switch. A reactor unit(140) stabilizes a current by reducing the harmonics of the current which are offered from the switch. A relay(150) performs an relay operation according to a relay control signal which is offered from a relay control unit(160). The relay control unit generates the relay control signal according to an operation mode of a power conversion apparatus. A filter unit(170) eliminates an electromagnetic interference from a power source which is supplied from systematic power(11). A rectifying unit(180) rectifies an AC power source from which the electromagnetic interference is removed.

Description

전력 변환 장치{POWER CONVERTER UNIT}Power converter unit {POWER CONVERTER UNIT}

본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하이브리드 전기 자동차를 포함하는 전기 자동차에 적용될 수 있는 전력 변환 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion device, and more particularly, to a power conversion device that can be applied to an electric vehicle including a hybrid electric vehicle.

일반적으로 하이브리드 전기 자동차를 포함하는 전기 자동차는 비교적 높은 전압의 직류 전력을 축적하는 배터리와, 상기 배터리의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 주행용 모터에 제공하고 차량의 외부에서 제공된 전력을 직류 전력으로 변환하여 상기 배터리를 충전하기 위한 전력을 공급하는 전력 변환 장치(PCU: Power Converter Unit)를 포함하고, 전기 자동차용 배터리를 외부의 전원을 이용하여 충전하기 위해서는 상용 교류 전원(AC)을 직류 전원(DC)으로 변환하고 충전 전류량을 조절하는 온보드(onboard) 충전기를 전기 자동차 내부에 구비하여야 한다.In general, an electric vehicle including a hybrid electric vehicle includes a battery that accumulates relatively high voltage DC power, and converts the DC power of the battery into AC power to provide to the driving motor, and converts the power provided from the outside of the vehicle into DC power. It includes a power converter unit (PCU: Power Converter Unit) for converting and supplying power for charging the battery, and in order to charge the battery for the electric vehicle using an external power source, the commercial AC power source (AC) An onboard charger for converting to DC and controlling the amount of charge current must be provided inside the electric vehicle.

도 1은 일반적인 충전기의 구성을 나타낸다.1 shows a configuration of a general charger.

도 1을 참조하면, 종래의 일반적인 충전기는 계통 전원(11)에서 공급된 전원에 대해 전자파 간섭을 제거하는 전자파간섭(EMI: Electromagnetic Interference) 필터(13)와, 전자파간섭 필터(13)를 통과한 교류 전원을 직류로 변환하고 출력 전압의 역률을 보상하는 PFC(Power Factor Correction) 모듈(15)과, PFC 모듈(15)로부터 제공된 직류전원에 포함된 리플(ripple)을 감소시키는 평활 캐패시터(17)와, 평활된 직류 전원의 크기를 변환하여 배터리(21)에 제공하는 DC/DC 변환기(19)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a conventional charger may pass through an electromagnetic interference (EMI) filter 13 and an electromagnetic interference filter 13 to remove electromagnetic interference with respect to the power supplied from the system power source 11. PFC (Power Factor Correction) module 15 for converting AC power into DC and compensating power factor of the output voltage, and smoothing capacitor 17 for reducing ripple included in DC power provided from PFC module 15. And a DC / DC converter 19 for converting the size of the smoothed DC power supply to the battery 21.

도 1에 도시한 바와 같이 종래의 일반적인 충전기는 역률 개선을 위한 PFC 모듈(15)과 DC/DC 변환기(19)의 2단 구성으로 되어 있기 때문에, 2단 변환에 따른 전력 손실이 크고 충전기로 인해 전체 전력 변환 장치의 부피가 커지는 단점이 있다.As shown in FIG. 1, the conventional general charger has a two-stage configuration of the PFC module 15 and the DC / DC converter 19 for improving the power factor. There is a disadvantage in that the volume of the entire power conversion device becomes large.

도 2는 3상 모터 구동을 위한 인버터 회로를 나타낸다.2 shows an inverter circuit for driving a three-phase motor.

도 2를 참조하면, 일반적인 인버터 회로는 배터리(21) 전압을 평활하는 평활 캐패시터(23)와, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)와 같은 6개의 반도체 스위치 소자를 포함하고 제어부(미도시)에 의해 스위칭되어 직류 전원을 교류전원으로 변환하여 3상 모터(27)에 제공하는 스위치 모듈(25)을 포함한다. 여기서, 배터리 전압은 스위치 모듈을 통해 PWM 형태의 공간벡터 전압으로 변환되어 3상 모터의 각 상에 공급된다.Referring to FIG. 2, a general inverter circuit includes a smoothing capacitor 23 for smoothing a battery 21 voltage, and six semiconductor switch elements such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and is switched by a controller (not shown). And a switch module 25 for converting DC power into AC power and providing the same to the three-phase motor 27. Here, the battery voltage is converted into a space vector voltage in the PWM form through a switch module and supplied to each phase of the three-phase motor.

도 3은 일반적인 스텝 업 충전기의 구성을 나타내는 회로도이다.3 is a circuit diagram showing the configuration of a general step-up charger.

도 3을 참조하면, 전자파간섭 필터(13)를 통과한 교류 전원을 정류하는 브릿지 다이오드(15-1)와, 정류된 전원에 대해 고조파를 저감하고 역률을 개선하는 리액터(15-2)와, 제어신호에 기초하여 스위칭되는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 스위치 모듈(15-3)과, 평활 캐패시터(17)를 포함한다. Referring to FIG. 3, a bridge diode 15-1 for rectifying AC power passing through the electromagnetic interference filter 13, a reactor 15-2 for reducing harmonics and improving power factor with respect to the rectified power, A switch module 15-3 including a plurality of switching elements switched on the basis of a control signal, and a smoothing capacitor 17 are included.

도 3에 도시한 바와 같은 일반적인 스텝 업(Step up) 충전기 또는 PFC 회로는 계통전원으로 상용 교류 전원을 제공받고 배터리의 충전을 위한 직류 전원을 생성하는 AC/DC 변환기의 기능을 수행한다. 또한, 스텝 업 충전기는 역률보정기능을 포함하고 있기 때문에 PFC 회로라 지칭하기도 한다. A typical step up charger or PFC circuit as shown in FIG. 3 performs the function of an AC / DC converter receiving commercial AC power as a system power and generating DC power for charging the battery. Step-up chargers are also referred to as PFC circuits because they include power factor correction.

스텝 업 충전기는 일종의 부스트(boost) 변환기로서 스텝 업 충전기의 출력전압인 배터리 전압이 스텝 업 충전기의 입력 전압인 상용전원의 피크(peak)값보다 높은 값을 가진다. 만약, 배터리의 정격전압이 상용전원의 피크값보다 낮은 경우에는 도 1에 도시한 바와 같이 DC/DC 변환기를 추가로 포함시켜 배터리의 정격전압에 상응하도록 전압을 낮추게 된다.The step-up charger is a boost converter. The step-up charger has a higher value than the peak value of the commercial power source, which is the output voltage of the step-up charger. If the rated voltage of the battery is lower than the peak value of the commercial power supply, as shown in FIG. 1, the DC / DC converter is additionally included to lower the voltage to correspond to the rated voltage of the battery.

예를 들어, 스텝 업 충전기의 입력인 상용 전원이 220V AC 전원인 경우 스텝업 충전기는 300V DC 보다 높은 전압을 출력한다. 여기서, 배터리의 정격전압이 300V DC 보다 더 높은 경우에는 별도의 DC/DC 변환기를 포함할 필요가 없다.For example, when the commercial power source that is the input of the step-up charger is 220V AC power, the step-up charger outputs a voltage higher than 300V DC. Here, when the rated voltage of the battery is higher than 300V DC, it is not necessary to include a separate DC / DC converter.

종래의 전기 자동차용 전력 변환 장치는 도 2에 도시한 바와 같은 모터 구동을 위한 인버터 회로 및 도 1 또는 도 3에 도시한 바와 같은 배터리 충전을 위한 스텝 업 충전 회로를 별도로 구비하기 때문에 전력 손실이 커지고, 전체 전력 변환 장치의 부피와 부게가 증가하는 단점이 있다.The conventional power conversion device for an electric vehicle has an inverter circuit for driving a motor as shown in FIG. 2 and a step-up charging circuit for charging a battery as shown in FIG. However, there is a disadvantage in that the volume and weight of the entire power converter increase.

상기한 단점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은 인버터와 충전기를 통합할 수 있는 전력 변환 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention for overcoming the above disadvantages is to provide a power conversion device that can integrate an inverter and a charger.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 전력 변환 장치는, 배터리와 병렬로 연결되고 상기 배터리로부터 제공된 전압 또는 상기 배터리에 제공되는 전압을 평활하는 평활부와, 상기 평활부와 병렬 연결되고 스위칭 제어신호에 따라 스위칭 되어 전류 경로를 제어하는 스위치부와, 상기 스위치부에 상기 스위칭 제어신호를 제공하는 스위칭 제어부와, 계통 전원으로부터 제공된 교류 전압을 정류하는 정류부와, 릴레이 제어신호에 상응하여 릴레이 동작을 수행하여 상기 스위치부와 부하를 연결하거나 상기 스위치부와 상기 정류부를 연결하는 릴레이 및 부하를 구동하는 부하 구동 모드에서는 상기 스위치부와 상기 부하를 연결하기 위한 릴레이 제어신호를 제공하고 상기 배터리를 충전하는 충전 모드에서는 상기 스위치부와 상기 정류부를 연결하기 위한 릴레이 제어 신호를 제공하는 릴레이 제어부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power conversion device including a smoothing unit connected in parallel with a battery and smoothing a voltage provided from the battery or a voltage provided to the battery, and the smoothing unit. A switch unit connected in parallel with the switch and controlled according to a switching control signal to control a current path, a switching control unit providing the switching control signal to the switch unit, a rectifying unit rectifying an AC voltage provided from a system power supply, and a relay control signal In response to the relay operation, the relay unit connects the load to the switch unit or the relay and the load driving mode for driving the load connecting the switch unit and the rectifier, and provides a relay control signal for connecting the switch unit and the load And the switch unit in a charging mode for charging the battery. And a relay control part for providing a relay control signal for connecting the holding portion.

상기 전력 변환 장치는 상기 스위치부와 상기 릴레이 사이에 연결되고 제공된 전류의 고조파를 저감시켜 전류를 안정화하는 리액터부를 더 포함할 수 있다.The power converter may further include a reactor unit connected between the switch unit and the relay to stabilize a current by reducing harmonics of a provided current.

상기 전력 변환 장치는 상기 릴레이와 상기 정류부 사이에 연결되고 제공된 전류의 고조파를 저감시켜 전류를 안정화하는 리액터부를 더 포함할 수 있다. The power converter may further include a reactor unit connected between the relay and the rectifier to stabilize a current by reducing harmonics of a provided current.

상기 스위치부는 두 개의 반도체 스위치가 직렬 연결된 반도체 스위치 쌍을 적어도 하나 포함하고, 상기 릴레이는 일측이 상기 두 개의 반도체 스위치의 직렬 연결 노드와 연결되고 타측이 상기 부하 및 상기 정류부에 연결될 수 있다.The switch unit may include at least one pair of semiconductor switches in which two semiconductor switches are connected in series, and one side of the relay may be connected to a series connection node of the two semiconductor switches, and the other may be connected to the load and the rectifier.

상기 전력 변환 장치는 상기 평활부와 상기 배터리 사이에 연결되고 상기 스위치부를 통해 제공된 전압을 강하하는 전압 변환기 및 상기 충전모드에서 상기 릴레이 제어부의 제어 신호에 상응하여 릴레이 동작을 수행하여 상기 전압 변환기와 상기 전압 변환기의 입력단을 연결시키는 제2 릴레이를 더 포함할 수 있다. The power converter includes a voltage converter connected between the smoothing unit and the battery and dropping a voltage provided through the switch unit, and performing a relay operation in response to a control signal of the relay controller in the charging mode. It may further include a second relay for connecting the input terminal of the voltage converter.

상기 전압 변환기는 입력단이 상기 제2 릴레이와 연결되고, 출력단이 상기 배터리의 양극과 연결될 수 있다. The voltage converter may have an input terminal connected to the second relay and an output terminal connected to the positive electrode of the battery.

상기 전압 변환기는 상기 부하 구동 모드에서는 상기 제2 릴레이의 릴레이 동작에 따라 전압 변환 기능을 수행하지 않는다.The voltage converter does not perform a voltage conversion function according to the relay operation of the second relay in the load driving mode.

상술한 바와 같은 전력 변환 장치에 따르면, 인버터 회로의 스위치 모듈을 배터리의 충전을 위한 충전기에 활용함으로써 전력 변환 장치의 전체 부품수를 줄일 수 있고, 회로를 간단하게 구성할 수 있기 때문에 오동작 및 전력 변환 손실을 감소시킬 수 있다.According to the power conversion device as described above, by using the switch module of the inverter circuit in the charger for charging the battery, the total number of components of the power conversion device can be reduced, and the circuit can be simply configured, thus malfunctioning and power conversion. The loss can be reduced.

또한, 인버터와 충전기를 하나의 장치에 통합함으로써 전력 변환 장치의 부피와 무게를 감소시킬 수 있다.In addition, by integrating the inverter and charger into a single device, the volume and weight of the power conversion device can be reduced.

도 1은 일반적인 충전기의 구성을 나타낸다.
도 2는 3상 모터 구동을 위한 인버터 회로를 나타낸다.
도 3은 일반적인 스텝 업 충전기의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.1 shows a configuration of a general charger.
2 shows an inverter circuit for driving a three-phase motor.
3 is a circuit diagram showing the configuration of a general step-up charger.
4 is a circuit diagram illustrating a configuration of a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram illustrating a configuration of a power conversion apparatus according to another embodiment of the present invention.
6 is a circuit diagram illustrating a configuration of a power converter according to still another embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.As the present invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that another component may exist in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. In describing the present invention, in order to facilitate the overall understanding, the same reference numerals are used for the same elements in the drawings, and redundant description of the same elements is omitted.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.4 is a circuit diagram illustrating a configuration of a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 전력 변환 장치는 평활부(110), 스위치부(120), 스위칭 제어부(130), 리액터부(140), 릴레이(150), 릴레이 제어부(160), 필터부(170) 및 정류부(180)를 포함할 수 있다. 4, the power converter includes a smoothing unit 110, a switch unit 120, a switching control unit 130, a reactor unit 140, a relay 150, a relay control unit 160, and a filter unit 170. And a rectifying unit 180.

평활부(110)는 배터리(21)와 병렬 연결된 캐패시터(111)로 구성될 수 있고, 배터리(21)로부터 제공된 전압에 포함된 노이즈를 제거한다.The smoothing unit 110 may be configured as a capacitor 111 connected in parallel with the battery 21, and removes noise included in the voltage provided from the battery 21.

스위치부(120)는 평활부(110)에 병렬 연결된 적어도 한 쌍의 스위치 소자를 포함하고, 각 스위치 소자는 스위칭 제어부(130)의 제어에 상응하여 온(ON) 또는 오프(OFF)되어 펄스폭이 변조된 신호를 출력한다.The switch unit 120 includes at least one pair of switch elements connected in parallel to the smoothing unit 110, and each switch element is turned on or off under the control of the switching controller 130 to have a pulse width. This modulated signal is output.

도 4에서는 배터리(21)의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 3상 모터에 제공하는 것으로 예를 들어 도시하였기 때문에 스위치부(120)가 평활부(110)에 병렬 연결된 세 쌍의 스위치를 포함하는 것으로 도시하였으나, 모터(27)가 단상으로 동작하는 경우에는 상기 스위치부(120)는 서로 직렬 연결된 한 쌍의 스위치 소자를 포함할 수도 있다.In FIG. 4, for example, since the DC power of the battery 21 is converted into AC power and provided to the three-phase motor, the switch unit 120 includes three pairs of switches connected in parallel to the smoothing unit 110. Although illustrated as shown, when the motor 27 operates in a single phase, the switch unit 120 may include a pair of switch elements connected in series with each other.

스위칭 제어부(130)는 스위치부(120)에 포함된 각각의 스위치 소자에 대한 온 또는 온프 동작을 제어함으로써 모터(27)에 3상 전원이 제공되도록 한다. 여기서 스위칭 제어부(130)는 3상 전원의 전기각이 120도의 위상차를 가지므로 스위치부(120)의 해당 스위치가 이에 상응하여 스위칭되도록 스위칭 제어 신호를 스위치부(120)에 제공한다.The switching controller 130 controls the on or on operation of each switch element included in the switch 120 so that the three-phase power is supplied to the motor 27. Here, since the electrical angle of the three-phase power source has a phase difference of 120 degrees, the switching controller 130 provides a switching control signal to the switch unit 120 so that the corresponding switch of the switch unit 120 is correspondingly switched.

또한, 전력 변환 장치가 배터리(21)의 충전을 위한 충전 모드로 동작하는 경우 스위칭 제어부(130)는 리액터부(140)로부터 제공된 전류가 평활부(110)의 캐패시터(111)에 제공되도록 스위칭 제어 신호를 스위치부(130)에 제공한다.In addition, when the power converter operates in a charging mode for charging the battery 21, the switching controller 130 controls switching such that a current provided from the reactor unit 140 is provided to the capacitor 111 of the smoothing unit 110. The signal is provided to the switch unit 130.

리액터부(140)는 스위치부(120)와 릴레이(150) 사이에 연결되고, 스위치부(120)로부터 제공되는 전류의 고조파를 저감시켜 전류를 안정화시키고, 고조파가 저감된 전원을 릴레이(150)에 제공한다. The reactor unit 140 is connected between the switch unit 120 and the relay 150, and stabilizes the current by reducing the harmonics of the current provided from the switch unit 120, and relays the power source with the reduced harmonics. To provide.

릴레이(150)는 리액터부(150)와 모터(27) 사이 및 리액터부(140)와 정류부(180) 사이에 연결되고 릴레이 제어부(160)로부터 제공된 릴레이 제어신호에 상응하여 릴레이 동작을 수행함으로써 리액터부(140)와 모터(27)를 연결하거나 또는 리액터부(140)와 정류뷰(180)를 연결한다.The relay 150 is connected between the reactor unit 150 and the motor 27 and between the reactor unit 140 and the rectifier 180 and performs a relay operation in response to a relay control signal provided from the relay control unit 160. The unit 140 and the motor 27 are connected or the reactor unit 140 and the rectifying view 180 are connected.

릴레이 제어부(160)는 전력 변환 장치의 동작 모드에 따라 릴레이 제어신호를 생성하고, 생성된 릴레이 제어신호를 릴레이(150)에 제공한다. 예를 들어, 전력 변환 장치의 동작 모드가 모터를 구동시키기 위한 전원을 공급하는 모터 구동 모드인 경우 릴레이 제어부(160)는 리액터부(140)와 모터(27)를 연결하기 위한 릴레이 제어신호를 생성하고, 전력 변환 장치의 동작 모드가 충전 모드인 경우에는 정류부(180)와 리액터부(140)가 연결되도록 릴레이 제어신호를 생성한다.The relay controller 160 generates a relay control signal according to an operation mode of the power converter, and provides the generated relay control signal to the relay 150. For example, when the operation mode of the power converter is a motor driving mode for supplying power for driving a motor, the relay controller 160 generates a relay control signal for connecting the reactor unit 140 and the motor 27. When the operation mode of the power converter is the charging mode, a relay control signal is generated to connect the rectifier 180 and the reactor 140.

필터부(170)는 계통 전원(11)에서 공급된 전원에 대해 전자파 간섭(EMI)을 제거하여 정류부(180)에 제공한다.The filter unit 170 removes the electromagnetic interference (EMI) for the power supplied from the system power source 11 and provides the rectifier 180.

정류부(180)는 브릿지 다이오드(bridge diode)로 구성될 수 있고, 필터부(170)를 통해 전자파 간섭이 제거된 교류 전원을 정류하여 릴레이(150)에 제공한다.The rectifier 180 may be formed of a bridge diode, and rectifies and supplies an AC power from which electromagnetic interference is removed through the filter unit 170 to the relay 150.

이하, 도 4에 도시한 전력 변환 장치의 회로도를 참조하여 동작 모드에 따른 전력 변환 장치의 동작을 설명한다.Hereinafter, the operation of the power converter according to the operation mode will be described with reference to the circuit diagram of the power converter shown in FIG. 4.

먼저, 전력 변환 장치가 충전 모드로 동작하는 경우에는, 릴레이 제어부(160)는 정류부(180)와 리액터부(140)를 연결하기 위한 릴레이 제어신호를 릴레이(150)에 제공하고, 릴레이(150)는 이에 상응하여 릴레이 동작을 수행한다. 이에 따라 계통 전원(11)으로부터 공급된 교류 전원은 필터부(170)를 거쳐 전자파 간섭이 제거된 후 정류부(180)에서 정류되고, 정류된 전원은 리액터부(140)를 통해 고조파가 저감되고 역률이 개선된 후 스위치부(120)를 통해 평활부(110)에 제공된다. 그리고, 평활부(110)를 통해 리플이 제거된 직류 전원이 배터리(21)에 제공되어 배터리(21)를 충전하게 된다.First, when the power conversion device operates in the charging mode, the relay controller 160 provides a relay control signal for connecting the rectifier 180 and the reactor 140 to the relay 150, and the relay 150. Performs a relay operation accordingly. Accordingly, the AC power supplied from the system power source 11 is rectified by the rectifying unit 180 after the electromagnetic interference is removed through the filter unit 170, and the rectified power is reduced in the harmonics through the reactor unit 140 and the power factor is reduced. After this improvement is provided to the smoothing unit 110 through the switch unit 120. In addition, DC power, from which the ripple is removed through the smoothing unit 110, is provided to the battery 21 to charge the battery 21.

또는, 전력 변환 장치가 모터 구동 모드로 동작하는 경우에는 릴레이 제어부(160)는 리액터부(140)와 모터(27)를 연결하기 위한 릴레이 제어신호를 릴레이(150)에 제공하고 릴레이(150)는 이에 상응하여 릴레이 동작을 수행함으로써, 도 2에 도시한 인버터 회로의 기능을 수행하게 된다. Alternatively, when the power converter operates in the motor driving mode, the relay controller 160 provides a relay control signal for connecting the reactor unit 140 and the motor 27 to the relay 150, and the relay 150 By correspondingly performing a relay operation, the inverter circuit shown in FIG. 2 is performed.

즉, 배터리(21)에서 제공된 교류 전원은 평활부(110)를 거치면서 노이즈가 제거된 후 스위부(120)를 통해 PWM 제어되고 PWM 제어된 전류는 리액터부(140)를 거쳐 고조파 및 역률이 개선된 후 모터(27)에 제공된다.
That is, the AC power provided from the battery 21 passes through the smoothing unit 110, and after the noise is removed, the PWM control is performed through the switch unit 120, and the PWM controlled current passes through the reactor unit 140. After improvement is provided to the motor 27.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.5 is a circuit diagram illustrating a configuration of a power conversion apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 5에 도시한 전력 변환 장치는 도 4에 도시한 전력 변환 장치의 스위치부(120)와 릴레이(150) 사이에 연결된 리액터부(140)를 릴레이(150)와 정류부(180) 사이로 이동하여 구성한 것이다.The power converter shown in FIG. 5 is configured by moving the reactor unit 140 connected between the switch unit 120 and the relay 150 of the power converter shown in FIG. 4 between the relay 150 and the rectifier 180. will be.

도 4에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치는 3상 모터의 구동을 위한 전력을 제공하고, 리액터부(140)가 스위치부(120)와 릴레이(150) 사이에 위치하기 때문에 리액터부(140)에 3개의 인덕터를 포함하는 것으로 예를 들어 도시하였으나, 도 5에 도시한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치에서는 리액터부(140)가 릴레이(150)와 정류부(180) 사이에 연결되기 때문에 리액터부(140)는 하나의 인덕터만 포함할 수 있다.Since the power converter according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 4 provides power for driving the three-phase motor, and the reactor unit 140 is located between the switch unit 120 and the relay 150, For example, although the reactor unit 140 includes three inductors, the reactor unit 140 includes the relay 150 and the rectifier 180 in the power converter according to another exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIG. 5. The reactor unit 140 may include only one inductor because it is connected between the lines.

도 5에 도시한 전력 변환 장치가 모터 구동 모드로 동작하는 경우에는 스위치부(120)에서 PWM 제어되어 제공되는 전류는 리액터부(140)를 거치지 않고 모터(27)에 제공된다. 또는 전력 변환 장치가 충전 모드로 동작하는 경우에는 도 4에 도시한 전력 변환 장치가 충전 모드로 동작하는 경우와 동일하게 동작한다.
When the power converter shown in FIG. 5 operates in the motor driving mode, the current provided by the PWM control by the switch unit 120 is provided to the motor 27 without passing through the reactor unit 140. Alternatively, when the power converter operates in the charging mode, the power converter is operated in the same manner as when the power converter shown in FIG. 4 operates in the charging mode.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.6 is a circuit diagram illustrating a configuration of a power converter according to still another embodiment of the present invention.

도 6에 도시한 전력 변환 장치는 도 5에 도시한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치에 DC/DC 변환기(190) 및 DC/DC 변환기(190)를 선택적으로 동작시키기 위한 제2 릴레이(155)가 더 포함된 회로 구성을 가진다.The power converter shown in FIG. 6 includes a second relay for selectively operating the DC / DC converter 190 and the DC / DC converter 190 in the power converter according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 5. 155 has a circuit configuration further included.

즉, DC/DC 변환기(190)의 입력은 제2 릴레이(155)의 릴레이 동작에 따라 평활부(110)에 연결되거나 개방(open)되고, DC/DC 변환기(190)의 출력은 배터리(21)의 양극 단자에 연결된다. 또한, 제2 릴레이(155)는 릴레이 제어부(160)에서 제공된 릴레이 제어 신호에 상응하여 릴레이 동작을 수행하여 배터리(21)와 평활부(110)를 연결하거나 평활부(110)와 DC/DC 변환기(155)의 입력을 연결한다.That is, the input of the DC / DC converter 190 is connected or opened to the smoothing unit 110 according to the relay operation of the second relay 155, and the output of the DC / DC converter 190 is the battery 21. Is connected to the positive terminal. In addition, the second relay 155 performs a relay operation according to the relay control signal provided from the relay controller 160 to connect the battery 21 and the smoothing unit 110 or the smoothing unit 110 and the DC / DC converter. Connect the input of 155.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 변환 장치는 배터리(21)의 정격전압이 상용 전원의 피크값보다 낮은 경우 DC/DC 변환기(155)가 평활부(110)에서 제공되는 DC 전압에 대해 추가적으로 스텝 다운(step down) 전압 변환을 수행하여 배터리(21)에 제공함으로써 배터리(21)가 정상적으로 충전되도록 한다.According to another embodiment of the present invention, in the power conversion apparatus, when the rated voltage of the battery 21 is lower than the peak value of the commercial power supply, the DC / DC converter 155 additionally provides a DC voltage provided by the smoothing unit 110. Step down voltage conversion is performed and provided to the battery 21 so that the battery 21 is normally charged.

상기한 스텝 다운 전압 변환 동작은 전력 변환 장치가 충전 모드로 동작하는 경우에만 수행되며, 이를 위해 릴레이 제어부(160)는 전력 변환 장치가 충전 모드로 동작하는 경우 평활부(110)와 DC/DC 변환기(155)의 입력이 서로 연결되도록 릴레이 제어 신호를 제2 릴레이(155)에 제공한다.
The step-down voltage conversion operation is performed only when the power conversion device operates in the charging mode. For this purpose, the relay control unit 160 performs the smoothing unit 110 and the DC / DC converter when the power conversion device operates in the charging mode. The relay control signal is provided to the second relay 155 so that the inputs of 155 are connected to each other.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the embodiments above, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Could be.

110 : 평활부 120 : 스위치부
130 : 스위칭 제어부 140 : 리액터부
150 : 릴레이 155 : 제2 릴레이
160 : 릴레이 제어부 170 : 필터부
180 : 평활부 190 : DC/DC 변환기 110: smoothing unit 120: switch unit
130: switching control unit 140: reactor unit
150: relay 155: second relay
160: relay control unit 170: filter unit
180: smoothing part 190: DC / DC converter

Claims (7)

배터리와 병렬로 연결되고 상기 배터리로부터 제공된 전압 또는 상기 배터리에 제공되는 전압을 평활하는 평활부;
상기 평활부와 병렬 연결되고 스위칭 제어신호에 따라 스위칭 되어 전류 경로를 제어하는 스위치부;
상기 스위치부에 상기 스위칭 제어신호를 제공하는 스위칭 제어부;
계통 전원으로부터 제공된 교류 전압을 정류하는 정류부;
릴레이 제어신호에 상응하여 릴레이 동작을 수행하여 상기 스위치부와 부하를 연결하거나 상기 스위치부와 상기 정류부를 연결하는 릴레이; 및
부하를 구동하는 부하 구동 모드에서는 상기 스위치부와 상기 부하를 연결하기 위한 릴레이 제어신호를 제공하고, 상기 배터리를 충전하는 충전 모드에서는 상기 스위치부와 상기 정류부를 연결하기 위한 릴레이 제어 신호를 제공하는 릴레이 제어부를 포함하는 전력 변환 장치.A smoothing unit connected in parallel with a battery and smoothing a voltage provided from the battery or a voltage provided to the battery;
A switch unit connected in parallel with the smoothing unit and switched according to a switching control signal to control a current path;
A switching controller configured to provide the switching control signal to the switch unit;
Rectifier for rectifying the AC voltage provided from the grid power supply;
A relay that connects the switch to the load or connects the switch to the rectifier by performing a relay operation corresponding to a relay control signal; And
In a load driving mode for driving a load, a relay control signal is provided for connecting the switch unit and the load, and in the charging mode for charging the battery, a relay providing a relay control signal for connecting the switch unit and the rectifier unit. Power conversion device comprising a control unit. 제1항에 있어서, 상기 전력 변환 장치는
상기 스위치부와 상기 릴레이 사이에 연결되고, 제공된 전류의 고조파를 저감시켜 전류를 안정화하는 리액터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The apparatus of claim 1, wherein the power conversion device is
And a reactor unit connected between the switch unit and the relay and configured to stabilize a current by reducing harmonics of a provided current. 제1항에 있어서, 상기 전력 변환 장치는
상기 릴레이와 상기 정류부 사이에 연결되고 제공된 전류의 고조파를 저감시켜 전류를 안정화하는 리액터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The apparatus of claim 1, wherein the power conversion device is
And a reactor unit connected between the relay and the rectifier to stabilize the current by reducing harmonics of the provided current. 제1항에 있어서,
상기 스위치부는 두 개의 반도체 스위치가 직렬 연결된 반도체 스위치 쌍을 적어도 하나 포함하고, 상기 릴레이는 일측이 상기 두 개의 반도체 스위치의 직렬 연결 노드와 연결되고 타측이 상기 부하 및 상기 정류부에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The method of claim 1,
The switch unit includes at least one pair of semiconductor switches in which two semiconductor switches are connected in series, and the relay has one side connected to a series connection node of the two semiconductor switches and the other side connected to the load and the rectifier. Power converter. 제1항에 있어서, 상기 전력 변환 장치는
상기 평활부와 상기 배터리 사이에 연결되고 상기 스위치부를 통해 제공된 전압을 강하하는 전압 변환기; 및
상기 충전모드에서 상기 릴레이 제어부의 제어 신호에 상응하여 릴레이 동작을 수행하여 상기 전압 변환기와 상기 전압 변환기의 입력단을 연결시키는 제2 릴레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The apparatus of claim 1, wherein the power conversion device is
A voltage converter connected between the smoothing unit and the battery and dropping the voltage provided through the switch unit; And
And a second relay configured to connect the voltage converter to an input terminal of the voltage converter by performing a relay operation in response to a control signal of the relay controller in the charging mode. 제5항에 있어서, 상기 전압 변환기는
입력단이 상기 제2 릴레이와 연결되고, 출력단이 상기 배터리의 양극과 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The method of claim 5, wherein the voltage converter
And an input terminal is connected to the second relay and an output terminal is connected to the positive electrode of the battery. 제5항에 있어서, 상기 전압 변환기는
상기 부하 구동 모드에서는 상기 제2 릴레이의 릴레이 동작에 따라 전압 변환 기능을 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The method of claim 5, wherein the voltage converter
And the voltage conversion function is not performed in the load driving mode according to the relay operation of the second relay.
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