KR20170049503A - Ｄｃ­ｄｃ 직렬 공진 변환기를 지니는 배터리 충전기를 제어하는 방법 - Google Patents

Ｄｃ­ｄｃ 직렬 공진 변환기를 지니는 배터리 충전기를 제어하는 방법 Download PDF

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발터 마쫄라
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르노 에스.아.에스.
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Abstract

본 발명은 직류-직류 직렬 공진 변환기를 포함하는 배터리 충전기를 제어하는 방법에 관한 것이며, 상기 직류-직류 직렬 공진 변환기는 풀 브리지(full bridge)를 포함하고, 상기 풀 브리지의 상측 트랜지스터(T1)의 개방이 제어되며(E1), 동일한 아암에 있는 하측 트랜지스터(T2)의 폐쇄는 상기 상측 트랜지스터(T1)의 개방 후 부동(不動) 시간이 지나서 제어되고(E3), 상기 부동 시간 동안 상기 하측 트랜지스터(T2)의 단자들 양단 간 전압(VT2)의 변동이 분석된다(E2).

Description

ＤＣ­ＤＣ 직렬 공진 변환기를 지니는 배터리 충전기를 제어하는 방법{Method for controlling a battery charger having ＤＣ­ＤＣ series resonant converter}
본 발명은 일반적으로 기술하면 전기기술 분야에 관한 것이며 더 구체적으로 기술하면 배터리 충전기, 특히 전기 차량의 구동 전력 배터리의 충전을 제어하기 위해 전기 차량에서 사용 가능한 배터리 충전기를 제어하는 방법에 관한 것이다.
내구성 있는 이동성을 모두가 이용할 수 있게 하기 위해, 저가이면서 가정용 전력 회로망을 통해 충전 가능한 전기 차량들을 개발하는 것이 필요하다. 그러한 차량들은 구동 전력 배터리 충전기가 단상 AC 전력 회로망에 연결되어 있을 때 저전력, 특히 7kW로 제한되는 저전력에서 동작하는 구동 전력 배터리 충전기를 지니는 것이 바람직하다.
가능한 충전기 아키텍처들 간에는 한편으로 독립된 충전기들로서 언급되는, 외부 전기 공급 회로망 및 충전될 차량 간 갈바닉 절연을 지니는 변압기를 사용하는 충전기들, 및 다른 한편으로 상기 외부 전력 회로망과는 독립되지 않은 충전기들로 차별화될 수 있다. 독립된 충전기들은 갈바닉 절연 변압기를 충전기 내에 일체화하기 때문에 약간 높은 비용 및 추가적인 체적이 제공됨에도 불구하고 그러한 독립된 충전기를 합체하고 있는 전기 차량의 충전시 전기 안전 관리를 단순화하기에 바람직하다.
프랑스 특허출원 FR3001091에는 단상 외부 전력 회로망을 통한 7kW에서의 느린 충전 프로세스용으로 설계된 전기 차량용 독립된 충전기가 개시되어 있다. 이러한 독립된 충전기는 입력 정류기 단을 포함하며, 상기 입력 정류기 단의 출력은 DC-DC 변환기 단에 연결되어 있으며, 상기 DC-DC 변환기 단 자체의 출력은 전압 승압(step-up) 단을 통해 구동 전력 배터리에 연결되어 있다.
상기 DC-DC 변환기 단 자체는,
- 상기 입력 정류기 단에 연결된 입력 및 공진 회로에 연결된 출력을 지니는 인버터,
- 상기 인버터에 연결된 상기 공진 회로,
- 상기 공진 회로 내에 일체화되어 있는 갈바닉 절연 변압기로서, 갈바닉 절연 변압기의 1차 권선, 공진 커패시터 및 공진 인덕터를 직렬로 포함하는 갈바닉 절연 변압기,
- 정류기로서, 정류기의 입력은 상기 변압기의 2차 권선에 연결되어 있으며 정류기의 출력은 상기 차량의 구동 전력 배터리에 연결되어 있는 전압 승압 단에 연결되어 있는 정류기
를 포함한다.
상기 공급 회로망으로부터 상기 배터리로의 에너지의 전달시 손실들을 제한하기 위해, 상기 공진 회로의 구성요소들은 상기 변압기 내에서의 에너지 전달이 상기 공진 회로의 공진 주파수에서 이루어질 수 있는 방식으로 선택된다. 이때, 상기 인버터는 상기 공진 주파수에서 AC 전류를 생성하도록 제어된다. 이러한 목적을 위해 그리고 스위칭 손실을 줄이기 위해, 상기 인버터의 트랜지스터들은 결과적으로 상기 인버터의 트랜지스터들의 스위칭이 상기 공진 주파수에서, 제로(zero) 전압에서 수행("Zero Voltage Switching"의 약어인 ZVS로서 알려진 스위칭)되고 그리고 제로 전류에서 수행("Zero Current Switching"의 약어인 ZCS로서 알려진 스위칭)되는 방식으로 고주파에서 스위칭된다.
이러한 타입의 독립된 충전기는 적절한 성능을 얻기 위해 그리고 접합점들에서의 충전 오버랩(charge overlap)에 의한 트랜지스터들의 파괴를 야기하게 하는 발진들을 일으키지 않도록 상기 독립된 충전기의 구성요소들, 특히 상기 공진 회로의 구성요소들의 정확한 매칭을 필요로 한다.
본 발명의 목적들 중 하나는, 독립된 배터리 충전기를 제어하는 방법과 아울러 상기 충전기용 제어 시스템을 제공함으로써 선행기술의 결점들 중 적어도 일부를 극복하는 것인데, 여기서 독립된 배터리 충전기를 제어하는 방법과 아울러 상기 충전기용 제어 시스템은 상기 독립된 충전기의 견고성이 +/-20% 허용한계(margin of tolerance) 내에서 상기 충전기의 구성요소들의 특성들에 있어서의 비교적 큰 변동에 대해 개선되는 것을 허용함과 동시에, 구현하기가 간단하다.
이러한 목적을 위해, 본 발명은 DC-DC 직렬 공진 변환기를 포함하는 배터리 충전기를 제어하는 방법을 제공하며, 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기의 입력은 AC 전력 공급 회로망에 연결된 입력 정류기 단에 연결되어 있으며, 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기의 출력은 배터리에 연결되어 있고, 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기는,
- 각각의 트랜지스터 아암이 상측 트랜지스터 및 하측 트랜지스터를 포함하는 적어도 2개의 트랜지스터 아암으로 구성된 풀 브리지(full bridge);
- 직렬 공진 회로;
- 상기 풀 브리지에 연결되어 있는 1차 권선 및 출력 정류기의 입력에 연결되어 있는 2차 권선을 지니는 변압기;
- 상기 상측 트랜지스터 및 상기 하측 트랜지스터의 제로 전압(zero voltage)에서의 스위칭을 지원하는 회로들; 및
- 상기 출력 정류기의 출력이 상기 배터리에 연결되어 있는 상기 출력 정류기;
를 포함하며, 상기 상측 트랜지스터들의 콜렉터들은 상기 입력 정류기 단의 양(+) 출력 버스에 연결되어 있고, 상기 상측 트랜지스터들의 에미터들은 상기 직렬 공진 회로의 대응 단들에 연결되어 있으며, 상기 직렬 공진 회로는 커패시터, 인덕터 및 상기 변압기의 상기 1차 권선을 포함하고, 각각의 하측 트랜지스터의 콜렉터는 상기 하측 트랜지스터와 동일한 아암에 있는 상기 상측 트랜지스터의 에미터에 연결되어 있으며, 각각의 하측 트랜지스터의 에미터는 상기 입력 정류기 단의 음(-) 출력 버스에 연결되어 있고,
상기 배터리 충전기의 제어 방법은,
- 상기 상측 트랜지스터들 중 한 트랜지스터의 개방을 제어하는 단계;
- 상기 개방을 제어하는 단계 후 부동(不動) 시간이 지나서 상기 상측 트랜지스터들 중 상기 한 트랜지스터와 동일한 트랜지스터 아암에 있는 상기 하측 트랜지스터들 중 한 트랜지스터의 폐쇄를 제어하는 단계;
를 포함하며,
상기 폐쇄를 제어하는 단계는 상기 부동 시간 동안 상기 하측 트랜지스터들 중 상기 한 트랜지스터의 단자들 양단 간 전압의 추정 시간 변동에 대해 수행되는 테스트 단계를 조건으로 하여 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기의 트랜지스터의 단자들 양단 간 원하지 않는 전압 발진의 존재 전압 때문에 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기의 트랜지스터의 단자들 양단 간 전압이 최대가 되는 순간에서의 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기의 트랜지스터의 턴온(turn-on)이 회피된다. 실제로, 본 발명자가 유념했던 점은 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기의 트랜지스터들과 병렬로 위치한 ZVS 및 ZCS 스위칭을 지원하는 커패시터들의 존재가 스위칭시 한 트랜지스터의 개방과 동일한 아암에 있는 다른 한 트랜지스터의 폐쇄 사이의 부동 시간 동안 2차 공진을 제공한다는 점이었다. 이러한 2차 공진은 상기 트랜지스터들의 단자들 양단 간 전압이 최대가 되는 시간에 상기 트랜지스터들이 턴온될 확률이 높은 결과로 상기 트랜지스터들의 단자들 양단 간 발진들을 일으킨다. 이때, 상기 충전기는 상당하고 바람직하지 않은 전자파 방출(electromagnetic emissions)을 생성하게 되지만 관련 스위치들의 단자들 양단 간 큰 과전압을 생성하여 이러한 스위치들의 파괴를 가능하게 하는 ZVS 모드로 더는 동작하지 않는다.
본 발명에 따른 제어 방법의 한 바람직한 특징에 의하면, 상기 테스트 단계 동안, 상기 전압의 상기 추정 시간 변동이 분석되고, 상기 전압이 증가하는 것으로 검출될 경우에만 상기 폐쇄를 제어하는 단계가 트리거된다.
본 발명의 이러한 구현은 상기 스위치들의 개방 및 폐쇄 간의 부동 시간의 지속이 제한되는 것을 허용하는데, 이러한 점 때문에 상기 독립된 충전기의 효율이 최적화된다.
본 발명에 따른 제어 방법의 또 다른 한 바람직한 특징에 의하면, 상기 전압이 또 사전에 결정된 저전압 문턱값과 사전에 결정된 고전압 문턱값 사이의 범위에 있을 경우에만 상기 폐쇄를 제어하는 단계가 트리거된다.
이러한 본 발명의 특징은 최소 전압 발진들 및 히스테리시스 현상이 필터링됨과 동시에 상기 독립된 충전기에 대한 고효율이 유지되는 것을 허용한다.
바람직하게는, 상기 사전에 결정된 고전압 문턱값은 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기의 공칭 동작에서의 상기 하측 트랜지스터들 중 상기 한 트랜지스터의 단자들 양단 간 최대 전압의 적어도 5% 미만이다.
본 발명은 또한 AC 전력 공급 회로망에 연결되도록 구성 가능한 입력 정류기 단, 및 DC-DC 직렬 공진 변환기를 포함하는 배터리 충전 시스템에 관한 것이며, 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기의 입력은 상기 입력 정류기 단에 연결되어 있으며, 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기의 출력이 배터리에 연결되도록 구성 가능하고, 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기는,
- 각각의 트랜지스터 아암이 상측 트랜지스터 및 하측 트랜지스터를 포함하는 적어도 2개의 트랜지스터 아암으로 구성된 풀 브리지(full bridge);
- 직렬 공진 회로;
- 상기 풀 브리지에 연결되어 있는 1차 권선 및 출력 정류기의 입력에 연결되어 있는 2차 권선을 지니는 변압기;
- 상기 상측 트랜지스터 및 상기 하측 트랜지스터의 제로 전압(zero voltage)에서의 스위칭을 지원하는 회로들; 및
- 상기 출력 정류기의 출력이 상기 배터리에 연결되도록 구성 가능한 상기 출력 정류기;
를 포함하며, 상기 상측 트랜지스터들의 콜렉터들은 상기 입력 정류기 단의 양(+) 출력 버스에 연결되어 있고, 상기 상측 트랜지스터들의 에미터들은 상기 직렬 공진 회로의 대응 단들에 연결되어 있으며, 상기 직렬 공진 회로는 커패시터, 인덕터 및 상기 변압기의 상기 1차 권선을 포함하고, 각각의 하측 트랜지스터의 콜렉터는 상기 하측 트랜지스터와 동일한 아암에 있는 상기 상측 트랜지스터의 에미터에 연결되어 있으며, 각각의 하측 트랜지스터의 에미터는 상기 입력 정류기 단의 음(-) 출력 버스에 연결되어 있고,
상기 배터리 충전 시스템은,
- 각각의 상측 트랜지스터의 개방을 제어하는 수단; 및
- 동일한 아암에 있는 상기 상측 트랜지스터의 개방 후 부동(不動) 시간이 지나서 각각의 하측 트랜지스터의 폐쇄를 제어하는 수단;
을 포함하며,
상기 부동 시간 동안 해당 하측 트랜지스터의 단자들 양단 간 전압의 추정 시간 변동에 의존하여 상기 폐쇄 제어 수단을 트리거하는 수단;
을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 충전 시스템을 트리거하는 상기 트리거 수단은 상기 전압의 증가를 검출하는 수단을 포함하며, 상기 트리거 수단은 상기 검출 수단에 의해 작동된다. 다시 말하면, 상기 트리거 수단은 상기 전압이 증가할 경우에만 상기 하측 트랜지스터의 폐쇄를 활성화시키도록 설계된다.
바람직하게는, 상기 전압이 사전에 결정된 저전압 문턱값과 사전에 결정된 고전압 문턱값(Sh) 사이의 범위에 있을 경우에만 상기 트리거 수단이 상기 검출 수단에 의해 작동된다. 상기 사전에 결정된 고전압 문턱값은 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기의 공칭 동작에서의 상기 하측 트랜지스터의 단자들 양단 간 최대 전압의 적어도 5% 미만인 것이 바람직하다.
본 발명은 또 컴퓨터 프로그램이 하나 이상의 프로세서들을 통해 실행될 때 본 발명에 따른 배터리 충전기의 제어 방법을 구현하는 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
본 발명에 따른 충전 시스템 및 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 본 발명에 따른 제어 방법의 이점들과 유사한 이점들을 제공한다.
다른 특징들 및 이점들은 첨부도면들을 참조하여 설명되어 있는 한 바람직한 실시 예를 이해하면 자명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 충전 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 동일한 형태를 지니지만 본 발명을 구현하지 않는 충전 시스템의 제어를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 충전 시스템의 제어를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 제어 방법의 단계들을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 충전 시스템에 대한 제어 신호들을 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 본 발명의 한 바람직한 실시 예에 의하면, 본 발명에 따른 충전 시스템은,
- 단상 전력 공급 회로망(RES)에 접속되도록 구성 가능한 입력 정류기 단,
- 상기 입력 정류기 단에 접속된 입력을 지니는 DC-DC 변환기(CONV), 및
- 출력 정류기(RED2)
를 포함하며, 상기 출력 정류기(RED2)의 입력은 상기 DC-DC 변환기(CONV)에 연결되어 있고 상기 출력 정류기(RED2)의 출력은 배터리(BATT), 여기서 공칭 전압이 대략 400V(볼트)인 전기 또는 하이브리드 차량용 구동 전력 배터리에 연결되도록 구성 가능하다.
상기 입력 정류기 단은,
- 상기 단상 회로망(RES)에 연결되어 있는 전자간섭(electromagnetic compatibility) 필터(F),
- 다이오드 브리지로 이루어져 있는 정류기(RED1)로서, 상기 전력 공급 회로망에 의해 공급되고 상기 필터(F)에 의해 필터링된 전압으로부터 DC 전압을 생성하는, 정류기(RED1), 및
- 역률 보정 단(power factor correction stage; PFC)
을 포함하며, 상기 역률 보정 단(PFC)의 입력이 상기 정류기(RED1)에 연결되어 있고 상기 역률 보정 단(PFC)의 출력이 상기 변환기(CONV)의 입력에 연결되어 있으며, 상기 역률 보정 단(PFC)은 상기 회로망(RES) 상의 정현파 전류의 흡수를 보장하고 상기 역률 보정 단(PFC)의 출력 평활 커패시터와 병렬로 연결된 2개의 전압 승압(voltage step-up) 아암으로 이루어져 있다.
상기 DC-DC 변환기(CONV)는,
- 제1 트랜지스터 아암이 상측 트랜지스터(T3) 및 하측 트랜지스터(T4)를 포함하고 제2 트랜지스터 아암이 상측 트랜지스터(T1) 및 하측 트랜지스터(T2)를 포함하는 2개의 트랜지스터 아암으로 이루어져 있는 풀 브리지(full bridge);
- 직렬 공진 회로;
- 상기 풀 브리지에 연결되어 있는 1차 권선(L1) 및 출력 정류기(RED2)의 입력에 연결되어 있는 2차 권선(L2)을 지니는 변압기(transformer; TR); 및
- 상기 배터리(BATT)와 병렬로 연결되어 있는 출력 평활 커패시터 및 다이오드 브리지로 이루어진 상기 출력 정류기(RED2);
를 포함하며, 상기 상측 트랜지스터들(T3, T1)의 콜렉터들은 상기 역률 보정 단(PFC)의 출력에서 양(+) DC 전압 버스에 연결되어 있고, 상기 하측 트랜지스터(T4, T2)의 에미터들은 상기 역률 보정 단(PFC)의 음(-) 출력 버스에 연결되어 있으며, 상기 직렬 공진 회로의 제1단은 상기 제1 아암의 중간 지점, 다시 말하면 상기 트랜지스터(T3)의 에미터 및 상기 트랜지스터(T4)의 콜렉터 간의 접속 지점에 연결되어 있고, 상기 직렬 공진 회로의 제2단은 상기 제2 아암의 중간 지점, 다시 말하면 상기 트랜지스터(T1)의 에미터 및 상기 트랜지스터(T2)의 콜렉터 간의 중간 지점에 연결되어 있다. 상기 다이오드 브리지의 2개의 아암의 중간 지점들은 각각 상기 변압기(TR)의 상기 2차 권선(L2)의 다른 단에 연결되어 있다.
상기 직렬 공진 회로는 직렬로 접속된, 커패시터(C), 인덕터(L) 및 상기 변압기(TR)의 1차 권선(L1)을 포함한다.
그 외에도, 프리휠링 다이오드(freewheeling diode)들은 각각의 트랜지스터(T1, T2, T3, T4)와 병렬로 연결되어 있다. 상기 트랜지스터들(T1, T2, T3, T4)에는 또한, 각각의 트랜지스터(T1, T2, T3, T4)와 병렬로 연결된 "스너버 저항기들(snubber resistors)"(도시되지 않음)로서 언급되는 저항기들과 직렬로 연결된 커패시터들로 이루어진 다이폴(dipole)들과 같은 ZVS 및 ZCS 스위칭을 지원하는 회로가 장착되어 있다.
본 발명에 따른 충전 시스템은 또한, 상기 트랜지스터들(T1-T4)을 제어하기 위해 예를 들면 전자 기판 내에 일체화되어 있는 수단(CMDE)을 포함한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 제어 방법이 구현되어 있지 않을 경우에 상기 DC-DC 변환기(CONV)의 권선(L)에 흐르고 있는 전류(Ires), 상기 트랜지스터(T1)용 제어 신호(CT1), 상기 트랜지스터(T2)용 제어 신호(CT2)와 아울러, 상기 트랜지스터(T2)의 단자들 양단 간 전압(VT2)이 동일한 시간 축 상에 도시되어 있다.
상기 제어 신호(CT1)가 상기 제어 신호(CT1)의 하이(high) 값을 이룰 때, 상기 트랜지스터(T1)는 폐쇄되고 상기 트랜지스터(T2)는 개방된다. 이때, 상기 트랜지스터(T2)의 단자들 양단 간 전압(VT2)은, 상기 제어 신호(CT1)가 상기 제어 신호(CT1)의 제로(zero) 값으로 될 때 상기 트랜지스터(T1)의 개방 직후에 신속하게 감소하는 전압 펄스를 형성한다. 그러나 이러한 감소 다음에는 2차 공진 피크(P1)가 발생하게 되며, 상기 2차 공진 피크(P1)는 도 2의 일부 확대(A1)를 통해 더 정확하게 볼 수 있을 것이다. 여기서 볼 수 있는 점은 상기 전압(VT2)이 거의 상기 전압(VT2)의 2차 공진 피크(P1)의 최대값을 이루는 순간에 상기 트랜지스터(T2)의 제어 신호(CT2)가 상기 트랜지스터(T2)의 제어 신호(CT2)의 하이 값으로 됨으로써 상기 트랜지스터(T2)의 폐쇄를 제어한다는 점인데, 이것이 의미하는 것은 충전 시스템이 더는 ZVS 모드로 동작하지 않는다는 것을 의미한다. 다른 공진 피크들은 이러한 도 2에서 볼 수 있는데, 그 이유는 상기 다른 공진 피크들이 한 트랜지스터의 스위칭 및 동일한 아암에 있는 다른 트랜지스터들의 스위칭 간 부동(不動) 시간 동안에 발생하기 때문이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 제어 방법이 구현될 경우에 상기 DC-DC 변환기(CONV)의 권선(L)에 흐르는 전류(Ires), 상기 트랜지스터(T1)의 제어 신호(CT1), 상기 트랜지스터(T2)의 제어 신호(CT2)와 아울러, 상기 트랜지스터(T2)의 단자들 양단 간 전압(VT2)이 동일한 시간 축 상에 도시되어 있다.
이러한 도 3에서는, 상기 트랜지스터(T2)의 단자들 양단 간 전압(VT2)이 상기 트랜지스터(T1)의 개방 및 상기 트랜지스터(T2)의 폐쇄 간 부동 시간(Tm) 동안 상기 트랜지스터(T1)의 개방 직후에 신속하게 감소한다. 상기 트랜지스터(T2)의 단자들 양단 간 전압(VT2)의 시간 변동은 도 3의 이러한 부분의 확대(A2)를 통해 더 정확하게 보이게 된다. 부동 시간(Tm) 동안, 상기 트랜지스터(T2)의 단자들 양단 간 전압(VT2)의 2차 공진 피크(P2)는 도 2에 도시된 2차 공진 피크(P1)보다 훨씬 미약하다. 실제로, 상기 트랜지스터(T2)의 폐쇄는 이러한 2차 공진 피크(P2) 동안 상기 전압(VT2)의 상승 개시 부분에서 수행된다. 그러므로 이러한 스위칭 전략은 상기 2차 공진 피크(P2)를 억제하는데, 그 이유는 상기 트랜지스터(T2)가 폐쇄될 때, 결과적으로는 상기 2차 공진 피크가 소정의 공진 피크에 이르기 이전에 상기 전압(VT2)의 값이 제로(zero) 값으로 되기 때문이다. 그러므로 본 발명은 스위칭 보조 회로들에 기인한 2차 공진 현상들에도 불구하고 ZCS 및 ZVS 모드에서 상기 충전 시스템의 동작을 허용한다.
이하에서는 본 발명에 따른 제어 방법이 도 4에 도시된 단계들(E1 내지 E3)을 포함하는 알고리즘의 형태로 나타나 있다.
상기 방법은 상기 전자 제어 수단(CMDE) 내에서 구현된다.
상기 단계(E1)는 본 발명에 따른 충전 시스템의 상측 트랜지스터, 본 예에서는 트랜지스터(T1)의 개방 커맨드이다. 이러한 단계는 도 5에 도시된 트랜지스터(T1)의 제어 신호(CT1)의 제로(zero) 설정에 상응한다.
다음 단계(E2)는 하측 트랜지스터(T2)의 단자들 양단 간 전압(VT2)에 대한 측정 신호에 대해 수행되는 테스트 단계이다. 이러한 단계에서는, 상기 전압(VT2)의 시간 변동은 시간(t)에서 측정된 전압(VT2) 및 바로 이전의 시간(t-1)에서의 바로 이전의 전압(VT2)의 측정값 간의 차분값을 계산함으로써 감시된다. 이러한 차분값이 양(+)일 경우에는, 상기 전압(VT2)이 예를 들면 0V인 낮은 문턱값과 본 발명에 따른 충전 시스템의 공칭 동작 동안 상기 전압(VT2)의 최대값보다는 훨씬 낮은 높은 문턱값(Sh) 사이의 범위에 있음이 부가적으로 확인된다. 이러한 높은 문턱값(Sh)은 공칭 동작에서 상기 트랜지스터(T2)의 단자들 양단 간 최대 전압의 5%에 고정된다.
이러한 상태들이 확인될 경우에, 다시 말하면 상기 전압(VT2)에 대한 측정 신호가 상기 낮은 문턱값과 상기 높은 문턱값(Sh) 사이의 범위에 있을 경우에, 그리고 이러한 신호의 도함수(derivative)가 양(+)일 경우에, 상기 트랜지스터(T2)의 폐쇄를 인가(認可)하는 신호(EN_T2)가 하이(high) 값으로 설정된다.
상기 신호(EN_T2)가 상기 신호(EN_T2)의 하이 값일 때 그리고 상기 트랜지스터(T2)에 대한 제어 신호(PWM_T2)가 또한 상기 트랜지스터(T2)에 대한 제어 신호(PWM_T2)의 하이 값일 경우에, 상기 방법은 다음 단계(E3)로 진행된다. 상기 제어 신호(PWM_T2)는 동일한 아암에 있는 스위치들의 스위칭, 및 상기 트랜지스터(T2)의 제어 듀티 사이클의 생성 간의 최소 부동 시간의 존재를 보장한다.
다음 단계(E3)는 상기 트랜지스터(T2)의 제어 신호(CT2)를 상기 트랜지스터(T2)의 제어 신호(CT2)의 하이 값으로 설정하는 것에 상응하는, 상기 트랜지스터(T2)의 폐쇄 커맨드이다.
여기서 유념해야 할 점은 이러한 단계들이 상기 브리지의 다른 아암 상에서 대칭 방식으로 반복된다는 점이다. 상기 트랜지스터(T3)의 개방시, 상기 방법은 상기 트랜지스터(T4)의 폐쇄를 인가하기 전에 OV인 낮은 문턱값과 높은 문턱값(Sh) 사이의 범위로 상기 트랜지스터(T4)의 단자들 양단 간 전압이 증가하기를 대기한다.
여기서 유념해야 할 점은 비록 본 실시 예에서 상기 충전 시스템이 단상 전력 공급 회로망을 사용하고 있다 하더라도, 본 발명이 또한 ZVS 및 ZCS 모드로 동작하는 DC-DC 직렬 공진 변환기를 사용하지만 3상 전력 공급 회로망을 사용하는 충전 시스템 상에서 이용 가능하다는 점이다. 실제로, 그러한 변형 실시 예에서는, 2개의 아암을 지니는 정류기 브리지를 사용하기보다는 오히려 입력 정류기 단에서 3개의 아암을 지니는 정류기 브리지를 사용하는 것이면 충분하다. 마찬가지로, 본 발명은 또한 본 실시 예에서 설명한 것과는 약간 다른 형태들 상에서 구현될 수 있다. 실제로, 상기 충전 시스템의 입력에 있는 전자간섭 필터 및 역률 보정 단이 본 발명의 구현 및 동작에 반드시 필요하지는 않지만, 회로망 접속 표준에 따르도록 상기 전자간섭 필터 및 역률 보정 단이 존재하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 상기 충전 시스템의 상기 평활 커패시터들은 본 발명의 구현에 필수불가결한 것이 아니다.

Claims (9)

  1. DC-DC 직렬 공진 변환기(CONV)를 포함하는 배터리 충전기를 제어하는 방법으로서, 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기(CONV)의 입력이 AC 전력 공급 회로망(RES)에 연결된 입력 정류기 단에 연결되어 있으며, 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기(CONV)의 출력이 배터리(BATT)에 연결되어 있고, 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기(CONV)는,
    - 각각의 트랜지스터 아암이 상측 트랜지스터(T3, T1) 및 하측 트랜지스터(T4, T2)를 포함하는 적어도 2개의 트랜지스터 아암으로 구성된 풀 브리지(full bridge);
    - 직렬 공진 회로;
    - 상기 풀 브리지에 연결되어 있는 1차 권선(L1) 및 출력 정류기(RED2)의 입력에 연결되어 있는 2차 권선(L2)을 지니는 변압기(TR);
    - 상기 상측 트랜지스터(T3, T1) 및 상기 하측 트랜지스터(T4, T2)의 제로 전압(zero voltage)에서의 스위칭을 지원하는 회로들; 및
    - 상기 출력 정류기(RED2)의 출력이 상기 배터리(BATT)에 연결되어 있는 상기 출력 정류기(RED2);
    를 포함하며, 상기 상측 트랜지스터들(T3, T1)의 콜렉터들은 상기 입력 정류기 단의 양(+) 출력 버스에 연결되어 있고, 상기 상측 트랜지스터들(T3, T1)의 에미터들은 상기 직렬 공진 회로의 대응 단들에 연결되어 있으며, 상기 직렬 공진 회로는 커패시터(C), 인덕터(L) 및 상기 변압기(TR)의 상기 1차 권선(L1)을 포함하고, 각각의 하측 트랜지스터(T4, T2)의 콜렉터는 상기 하측 트랜지스터(T4, T2)와 동일한 아암에 있는 상기 상측 트랜지스터(T3, T1)의 에미터에 연결되어 있으며, 각각의 하측 트랜지스터(T4, T2)의 에미터는 상기 입력 정류기 단의 음(-) 출력 버스에 연결되어 있는, 배터리 충전기의 제어 방법에 있어서,
    상기 배터리 충전기의 제어 방법은,
    - 상기 상측 트랜지스터들 중 한 트랜지스터(T1)의 개방을 제어하는 단계(E1);
    - 상기 개방을 제어하는 단계(E1) 후 부동(不動) 시간(Tm)이 지나서 상기 상측 트랜지스터들 중 상기 한 트랜지스터(T1)와 동일한 트랜지스터 아암에 있는 상기 하측 트랜지스터들 중 한 트랜지스터(T2)의 폐쇄를 제어하는 단계(E3);
    를 포함하며,
    상기 폐쇄를 제어하는 단계(E3)는 상기 부동 시간(Tm) 동안 상기 하측 트랜지스터들 중 상기 한 트랜지스터(T2)의 단자들 양단 간 전압(VT2)의 추정 시간 변동에 대해 수행되는 테스트 단계(E2)를 조건으로 하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전기의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테스트 단계(E2) 동안, 상기 전압(VT2)의 상기 추정 시간 변동이 분석되고, 상기 전압(VT2)이 증가하는 것으로 검출될 경우에만 상기 폐쇄를 제어하는 단계(E3)가 트리거되는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전기의 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전압(VT2)이 또 사전에 결정된 저전압 문턱값과 사전에 결정된 고전압 문턱값(Sh) 사이의 범위에 있을 경우에만 상기 폐쇄를 제어하는 단계(E3)가 트리거되는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전기의 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 사전에 결정된 고전압 문턱값(Sh)은 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기(CONV)의 공칭 동작에서의 상기 하측 트랜지스터들 중 상기 한 트랜지스터(T2)의 단자들 양단 간 최대 전압의 적어도 5% 미만인, 배터리 충전기의 제어 방법.
  5. AC 전력 공급 회로망(RES)에 연결되도록 구성 가능한 입력 정류기 단, 및 DC-DC 직렬 공진 변환기(CONV)를 포함하는 배터리 충전 시스템으로서, 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기(CONV)의 입력이 상기 입력 정류기 단에 연결되어 있으며, 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기(CONV)의 출력이 배터리(BATT)에 연결되도록 구성 가능하고, 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기(CONV)는,
    - 각각의 트랜지스터 아암이 상측 트랜지스터(T3, T1) 및 하측 트랜지스터(T4, T2)를 포함하는 적어도 2개의 트랜지스터 아암으로 구성된 풀 브리지(full bridge);
    - 직렬 공진 회로;
    - 상기 풀 브리지에 연결되어 있는 1차 권선(L1) 및 출력 정류기(RED2)의 입력에 연결되어 있는 2차 권선(L2)을 지니는 변압기(TR);
    - 상기 상측 트랜지스터(T3, T1) 및 상기 하측 트랜지스터(T4, T2)의 제로 전압(zero voltage)에서의 스위칭을 지원하는 회로들; 및
    - 상기 출력 정류기(RED2)의 출력이 상기 배터리(BATT)에 연결되도록 구성 가능한 상기 출력 정류기(RED2);
    를 포함하며, 상기 상측 트랜지스터들(T3, T1)의 콜렉터들은 상기 입력 정류기 단의 양(+) 출력 버스에 연결되어 있고, 상기 상측 트랜지스터들(T3, T1)의 에미터들은 상기 직렬 공진 회로의 대응 단들에 연결되어 있으며, 상기 직렬 공진 회로는 커패시터(C), 인덕터(L) 및 상기 변압기(TR)의 상기 1차 권선(L1)을 포함하고, 각각의 하측 트랜지스터(T4, T2)의 콜렉터는 상기 하측 트랜지스터(T4, T2)와 동일한 아암에 있는 상기 상측 트랜지스터(T3, T1)의 에미터에 연결되어 있으며, 각각의 하측 트랜지스터(T4, T2)의 에미터는 상기 입력 정류기 단의 음(-) 출력 버스에 연결되어 있는, 배터리 충전 시스템에 있어서,
    상기 배터리 충전 시스템은,
    - 각각의 상측 트랜지스터(T3, T1)의 개방을 제어하는 수단; 및
    - 동일한 아암에 있는 상기 상측 트랜지스터(T3, T1)의 개방 후 부동(不動) 시간(Tm)이 지나서 각각의 하측 트랜지스터(T4, T2)의 폐쇄를 제어하는 수단;
    을 포함하며,
    상기 부동 시간(Tm) 동안 해당 하측 트랜지스터(T2)의 단자들 양단 간 전압(VT2)의 추정 시간 변동에 의존하여 상기 폐쇄 제어 수단을 트리거하는 수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 트리거 수단은 상기 전압(VT2)의 증가를 검출하는 수단을 포함하며, 상기 트리거 수단은 상기 검출 수단에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전압(VT2)이 사전에 결정된 저전압 문턱값과 사전에 결정된 고전압 문턱값(Sh) 사이의 범위에 있을 경우에만 상기 트리거 수단이 상기 검출 수단에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는, 배터리 충전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 사전에 결정된 고전압 문턱값(Sh)은 상기 DC-DC 직렬 공진 변환기(CONV)의 공칭 동작에서의 상기 하측 트랜지스터(T2)의 단자들 양단 간 최대 전압의 적어도 5% 미만인, 배터리 충전 시스템.
  9. 컴퓨터 프로그램이 하나 이상의 프로세서들을 통해 실행될 때 청구항 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 충전기의 제어 방법을 구현하는 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
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