KR20140025766A - 발진회로와 트랜스포머를 이용한 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치 - Google Patents

발진회로와 트랜스포머를 이용한 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치 Download PDF

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Abstract

발진회로와 트랜스포머를 이용하여, 고전압 부하를 제어하기 위한 저전압 신호를 수신하고, 상기 고전압 부하의 작동을 제어하는 작동신호를 출력하는, 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치에 있어서, 저전압 신호를 입력받는 저전압 입력부; 상기 저전압 입력부로부터 상기 저전압 신호를 수신하여 정전압 신호를 발생시키는 정전압회로; 상기 정전압회로로부터 상기 정전압 신호를 수신하여 발진신호를 발생시키는 발진회로; 1차 코일과 2차 코일을 구비하고, 상기 발진신호에 의해 1차 코일이 작동되면 상기 2차 코일에 유도 전류를 발생시키는 트랜스포머; 및, 상기 2차 코일에 발생되는 유도전류를 정류하여, 정류된 전류를 작동신호로 출력하는 정류회로를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 고전압 파워소자 제어 장치에 의하여, 포토커플러를 통해 신호전달을 제어하는 대신, 트랜스포머의 선택적인 작동을 통해 제어함으로써, 고전압 부하를 제어하기 위한 제어회로를 보다 소형화하고, 보다 낮은 가격에 동일한 기능을 구현할 수 있다.

Description

발진회로와 트랜스포머를 이용한 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치 { A high voltage power element controller for electric or hybrid cars using generator and transformer }
본 발명은 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 배터리에서 전원을 공급받아 고전압 부하를 전자적으로 제어하는 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 부하를 위한 전자 제어장치는 포토커플러를 이용한 신호전달부와 트랜스포머를 이용한 전원부로 구성되어, 저전압 작동신호를 이용하여 고전압 파워소자를 제어하기 위한 전원을 발생시킨다.
상기와 같은 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 파워소자의 제어 장치의 일례가 도 1에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전기차 또는 하이브리드 차량용 고전압 제어장치는 저전압 신호(1)를 전원부(1a)와 신호부(1b)로 분리하고, 전원부(1a)에서는 다이오드와 콘덴서를 이용하여 저전압 신호(1)를 정류하고, 정류된 저전압 신호(1)에 의해 정전압 회로(2)를 작동시킨다.
정전압 회로(2)는 발진회로(3)를 이용하여 트랜스포머(5)의 1차코일(5a)을 구동하여 2차코일(5b)에 교류전원을 유도시킨다. 유도된 교류전원은 정류 회로(6)를 통해 정류되어 제어전원(또는 작동전압)을 발생시키고, 제어전원을 이용하여 포터커플러(4)를 작동시킨다.
포토커플러(4)는 발광부(4a)와 수광부(4b)로 구성된다. 발광부(4a)와 수광부(4b)는 전기적으로 절연되어 있으나, 광(빛)에 의하여 신호가 전달된다. 즉, 발광부(4a)에 의해 발생된 광을 수광부(4b)에서 수광하면 수광부(4b)에서 신호가 발생된다.
한편, 도 1과 같이, 저전압 작동신호가 포토커플러(4)에 입력되었을 때, 포토커플러(4)에서 고전압 작동신호가 출력되어 파워소자(7)를 작동시킨다. 즉, 작동신호에 의해 고전압 전원(9)이 파워소자(7)에 전달된다.
상기와 같은 과정에 의해, 트랜스포머(5)와 포토커플러(4)를 이용하여 저전압부와 고전압부의 접지부를 분리(isolation)하면서, 고전압 파워소자(7)에 제어신호를 인가하여 고전압 부하(8)를 제어하도록 구성된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 고전압 파워소자의 제어 회로는 고전압 제어를 위하여 포토커플러를 이용해야 하므로, 부품 비용이 높아진다. 또한, 전원부와 포토커플러 신호부의 회로를 각각 구성해야 하므로, 소형화하기 어려운 단점이 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발진회로와 트랜스포머만으로 고전압 부하를 제어하기 위한 제어신호를 출력할 수 있는 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 저전압에서 입력된 신호를 발진회로(또는 정전압회로)로 가는 신호와 온오프 제어기로 가는 신호로 분리하고, 발진회로를 온오프 제어기를 통해 제어하여 트랜스포머를 선택적으로 구동시키는 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치를 제공하는 것이다.
즉, 본 발명의 목적은 저전압에서 입력된 신호를 온오프 제어기로도 분리하여 트랜스포머의 온/오프 구동을 온오프 제어기를 통해 제어함으로써, 트랜스포머의 선택적 작동으로 종래의 포토커플러 구성을 대체하여 트랜스포머의 단일회로로 변경하는 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 고전압 부하를 제어하기 위한 저전압 신호를 수신하여, 상기 고전압 부하의 작동을 제어하는 작동신호를 출력하는, 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치에 관한 것으로서, 저전압 신호를 입력받는 저전압 입력부; 상기 저전압 입력부로부터 상기 저전압 신호를 수신하여 정전압 신호를 발생시키는 정전압회로; 상기 정전압회로로부터 상기 정전압 신호를 수신하여 발진신호를 발생시키는 발진회로; 1차 코일과 2차 코일을 구비하고, 상기 발진신호에 의해 1차 코일이 작동되면 상기 2차 코일에 유도 전류를 발생시키는 트랜스포머; 및, 상기 2차 코일에 발생되는 유도전류를 정류하여, 정류된 전류를 작동신호로 출력하는 정류회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치에 있어서, 상기 장치는, 상기 발진회로에서 발생되는 발진신호를 선택적으로 통과시키는 작동필터; 및, 상기 작동필터의 작동을 제어하는 온오프 제어기를 포함하고, 상기 저전압 입력부는 상기 저전압 신호를 분리하여, 상기 정전압 회로 및 상기 온오프 제어기에 상기 저전압 신호를 출력시키는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치에 있어서, 상기 장치는, 상기 정류회로 출력단에 연결된 방전회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치에 의하면, 포토커플러를 통해 신호전달을 제어하는 대신, 트랜스포머의 선택적인 작동을 통해 제어함으로써, 고전압 부하를 제어하기 위한 제어회로를 보다 소형화하고, 보다 낮은 가격에 동일한 기능을 구현할 수 있는 효과가 얻어진다.
본 발명에 따른 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치에 의하면, 트랜스포머의 선택적 구동을 구현함으로써, 종래의 포토커플러 구성을 대체하여 기존의 포커커플러를 삭제하고, 보다 단순화된 회로를 통해 신뢰성을 향상시키고, 동일한 기능을 보다 낮은 가격으로 구현할 수 있는 편리성을 제공하는 효과가 얻어진다.
도 1은 종래의 포토커플러와 트랜스포머를 이용한 고전압 제어장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따라 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따라 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제어장치 각 구성요소의 작동파형을 예시이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따라 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치의 개략적인 구성도이다.
도 6은 도 5에따른 제어장치 파워소자의 작동파형을 예시이다
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치의 구성을 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고전압 파워소자 제어 장치는 저전압 입력부(20), 정전압 회로(31), 발진회로(32), 트랜스포머(50), 및, 정류회로(60)로 구성된다.
저전압 입력부(20)는 저전압 신호(11)를 입력받는다. 바람직하게는, 저전압 입력부(20)는 다이오드(21) 및 콘덴서(22)를 구비하여, 저전압 신호(11)를 정류시킨다. 콘덴서(22)에는 저전압 접지부(81)가 형성된다.
정전압 회로(31)는 출력 전압을 일정 전압으로 제어하는 회로로서, 저전압 입력부(20)로부터 저전압 신호(11)를 수신하여 정전압 신호를 발생시킨다.
발진회로(32)는 정전압회로(31)로부터 상기 정전압 신호를 수신하여 발진신호를 발생시킨다. 발생되는 발진신호는 교류 전압으로서 트랜스포머(50)에서 유도 전류를 발생시킨다.
트랜스포머(50)는 1차 코일(51)과 2차 코일(52)을 구비하고, 상기 발진신호에 의해 1차 코일(51)이 작동되면 2차 코일(52)에 유도 전류를 발생시킨다. 발생된 유도 전류는 교류로서 정류회로(60)에 의해 정류된다.
정류회로(60)는 2차 코일(52)에 발생되는 유도전류를 정류하여, 정류된 전류를 작동신호로 출력한다. 정류회로(60)에서 작동신호가 출력되어 파워소자(70)를 작동시킨다. 즉, 작동신호에 의해 고전압 전원(12)이 파워소자(70)에 전달된다.
저전압 신호(11)에 의해 작동하는 발진회로(32)가 트랜스포머(50)의 1차코일(51)을 선택적으로 제어하고, 트랜스포머(50)의 2차코일(52)에 유도된 전원을 이용하여 파워소자(70)를 제어한다. 이때, 1차 코일(51)에는 저전압 접지부(81)를, 2차 코일(52)에는 고전압 접지부(82)를 형성한다.
상기와 같은 과정에 의해, 트랜스포머(50)를 이용하여 저전압부의 접지부(81)와 고전압부의 접지부(82)를 분리(isolation)하면서, 고전압 파워소자(70)에 제어신호를 인가하여 고전압 부하(71)를 제어하도록 구성된다.
본 발명의 제1 실시예는 앞서 배경기술에서 설명한 도 1의 포토커플러를 이용한 신호전달의 단점을 개선하고 있다. 즉, 포토커플러를 삭제하고 전원부에 의해 작동하는 발진회로가 트랜스포머의 1차코일을 선택적으로 제어하고, 트랜스포머의 2차코일에 유도된 전원을 이용하여 파워소자를 제어한다. 이에 따라 포토커플러를 삭제하고 고전압 부하를 제어하기 위한 제어전원이 전달된다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치의 구성을 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예는 앞서 설명한 제1 실시예의 구성에서 작동필터(41) 및 온오프 제어기(42)를 더 포함하여 구성된다.
제1 실시예와 동일한 구성요소의 설명은 앞서 설명을 참조하고, 이하에서, 제1 실시예와 다른 구성요소인 작동필터(41) 및 온오프 제어기(42)와 관련된 구성에 대하여 설명한다.
작동필터(41)는 발진회로(32)에서 발생되는 발진신호를 선택적으로 통과시킬 수 있는 필터 회로이다. 작동필터(41)는 발진회로(32) 및 트랜스포머(50)의 사이에 위치하여, 발진회로(32)의 출력을 입력으로 받고, 출력을 트랜스포머(50)의 1차 코일(51)로 입력한다.
작동필터(41)는 발진신호를 선택적으로 통과시킴으로써, 결과적으로 발진회로(32)에 대하여 온(ON)/오프(OFF) 제어를 할 수 있다. 또한, 발진회로(32)의 온(ON)/오프(OFF) 제어에 의하여, 트랜스포머(50)의 1차 코일(51)의 구동을 제어할 수 있다.
온오프 제어기(42)는 작동필터(41)의 작동을 온/오프로 제어한다.
한편, 도 3와 같이, 저전압 입력부(20)는 저전압 신호를 분리하여, 정전압 회로(31) 및 온오프 제어기(42)에 상기 저전압 신호를 출력시킨다. 이때 정전압 회로(31)로 보내지는 신호를 전원부(11a)라 하고, 온오프 제어기(42)로 보내지는 신호를 신호부(11b)라 부르기로 한다.
즉, 입력되는 저전압 신호는 전원부(11a)와 온오프(on/off)의 신호부(11b)로 분리되고, 신호부(11b)를 입력받는 온오프 제어기(42)가 작동필터(41)에서 발진회로(32)의 출력을 선택적으로 제어하여, 트랜스포머(50)의 1차 코일(51)을 제어할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고전압 파워소자 제어 장치의 내부 회로의 작동을 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 4는 제2 실시예에 따른 제어장치 각 구성요소에서 발생하는 작동 파형을 예시한 것이다.
도 4에서 보는 바와 같이, 저전압으로 입력된 저전압 신호(11)는 다이오드(21)와 컨덴서(22)에 의해 정류되어, 전원부(11a)로 변경된다.
전원부(11a)에서 작동 전원을 공급받은 발진회로(32)는 연속 발진을 시작하여 교류 파형을 출력한다.
한편, 저전압 입력신호(11)에서 분리되어 형성된 신호부(11b)는 온오프 제어기(42)로 입력되어 온오프(On/Off) 신호를 출력시킨다.
온오프(On/Off) 신호가 작동필터(41)에 입력되어 발진회로(32)를 선택적으로 출력하게 하므로, 작동필터(41)의 출력 신호는 발진 신호 중에서 온(on) 상태일 때 발진 신호만 출력한다.
작동필터(41)를 통과한 발진신호는 트랜스포머(50)의 1차 코일(51)을 작동시키고, 2차코일(52)에 유도된 전원을 발생시킨다.
유도된 전원을 정류회로(60)에 의해 정류하여 고전압 파워소자(70)를 제어하기 위한 전원(제어전압)을 발생시킨다.
따라서 상기와 같은 과정에 의하여, 저전압 신호(11)에 따라 고전압 파워소자(70)를 작동시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치의 구성을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.
도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예는 앞서 설명한 제2 실시예의 구성에서 방전회로(90)를 더 포함하여 구성된다. 제2 실시예와 동일한 구성요소의 설명은 앞서 설명을 참조하고, 이하에서, 제2 실시예와 다른 구성요소인 방전회로(90)와 관련된 구성에 대하여 설명한다.
방전회로(90)는 트랜스포머(50)의 2차 코일(52)에 유도된 전원에 추가된다. 구체적으로, 정류회로(60)에서 출력되는 제어 전압(또는 제어 전원)에 연결되어 구성된다.
방전회로(90)는 트랜스포머의 1차코일(51)의 작동이 중지되었을 때 2차코일(52)에서 발생된 전원을 빠른시간에 방전시킨다. 이를 통해, 파워소자(70)의 작동이 빠른시간에 중지시킬 수 있다.
방전회로(90)에 의한 파워소자(70)의 작동파형을 도 6에 예시하고 있다. 도 6(a)는 입력신호로서 작동신호를 나타내고, 도 6(b)는 방전 저항이 없는 경우의 파워소자의 입력 전류와 방전 전류를 표시한 것이다. 또한, 도 6(c)는 방전회로(90)에 의해 방전 저항이 있는 경우의 파워소자 입력 및 파워소자의 작동 파형을 도시한 것이다.
도 6(c)에서 보는 바와 같이, 저전압 입력신호(11)가 온(on)에서 오프(OFF)로 변경되었을 때 방전회로(90)에 의해 파워소자(70)가 빠르게 오프(OFF)됨을 알 수 있다.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
10 : 고전압 파워소자 제어 장치
11 : 저전압 신호 12 : 고전압 전원
11a : 전원부 11b : 신호부
20 : 저전압 입력부 21 : 다이오드
22 : 콘덴서 31 : 정전압 회로
32 : 발진회로 41 : 작동필터
42 : 온오프 제어기 50 : 트랜스포머
51 : 1차 코일 52 : 2차 코일
60 : 정류회로 70 : 파워소자
71 : 부하 81 : 저전압 접지부
82 : 고전압 접지부 90 : 방전회로

Claims (3)

  1. 고전압 부하를 제어하기 위한 저전압 신호를 수신하여, 상기 고전압 부하의 작동을 제어하는 작동신호를 출력하는, 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치에 있어서,
    저전압 신호를 입력받는 저전압 입력부;
    상기 저전압 입력부로부터 상기 저전압 신호를 수신하여 정전압 신호를 발생시키는 정전압회로;
    상기 정전압회로로부터 상기 정전압 신호를 수신하여 발진신호를 발생시키는 발진회로;
    1차 코일과 2차 코일을 구비하고, 상기 발진신호에 의해 1차 코일이 작동되면 상기 2차 코일에 유도 전류를 발생시키는 트랜스포머; 및,
    상기 2차 코일에 발생되는 유도전류를 정류하여, 정류된 전류를 작동신호로 출력하는 정류회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장치는,
    상기 발진회로에서 발생되는 발진신호를 선택적으로 통과시키는 작동필터; 및,
    상기 작동필터의 작동을 제어하는 온오프 제어기를 포함하고,
    상기 저전압 입력부는 상기 저전압 신호를 분리하여, 상기 정전압 회로 및 상기 온오프 제어기에 상기 저전압 신호를 출력시키는 것을 특징으로 하는 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 정류회로 출력단에 연결된 방전회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치.
KR1020120091854A 2012-08-22 2012-08-22 발진회로와 트랜스포머를 이용한 전기차 또는 하이브리드 차량의 고전압 파워소자 제어 장치 KR101476627B1 (ko)

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