KR20170131895A - 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 절연형 역률보상컨버터를 사용함으로써 회로구성을 간단히 하면서 손실을 줄일 수 있는 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로는 입력 교류전원의 노이즈를 제거하기 위한 EMI필터; 상기 EMI필터를 통과한 입력교류전원을 정류하기 위한 정류회로; 제 1인덕터, 고주파변압기, 상기 고주파변압기 1차측 단자에 연결되는 제 1스위칭회로, 상기 고주파변압기 2차측 단자에 연결되는 제 2스위칭회로 및 제 3커패시터로 구성되어, 교류입력을 정류하여 입력전류를 입력전압과 동상으로 제어하여 역률을 개선하면서 상기 고주파변압기를 통해 절연되는 구조로 상기 고주파변압기의 1차측으로 입력되는 교류입력을 상기 고주파변압기의 2차측으로 전달하는 절연형 역률보상컨버터; 상기 고주파변압기의 3차측 단자에 연결되어, 상기 고주파변압기를 통해 상기 2차측 단자에 연결되는 제 2스위칭회로로에 의해 전달되는 고전압의 전원을 정류하고 스위칭을 통해 교류를 직류로 변환하기 위한 3차측 정류회로; 상기 3차측 정류회로를 통과한 직류를 평활하기 위한 LC필터;를 포함하여 구성된다.

Description

전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로{OBC and LDC for electric vehicle}
본 발명은 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기자동차에서 필수적으로 필요한 회로인 충전회로(OBC회로)와 전력변환회로(LDC회로)를 각각 별개로 구현하지 않고 일부 회뢰소자들을 공통으로 사용하도록 하는 겸용회로로 구현하면서 절연형 역률보상컨버터를 사용함으로써 회로구성을 간단히 하면서 손실을 줄일 수 있는 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로에 관한 것이다.
전기자동차는 기존의 화석연료가 아니라 전기에너지를 이용하는 자동차로서 최근 화석연료의 고갈 및 친환경자동차 개발경향에 부응하여 관련기술들이 빠르게 발전하고 있다.
전기자동차에서는 에너지원으로 전기를 사용하기 때문에 전기를 에너지원으로 저장하여 보관하여야 하는데 이를 위해 일반 상용전원을 통하여 배터리를 충전하여야 한다. 이때 고전압인 상용전원을 이용하여 전기차의 에너지 저장장치인 배터리를 충전하는데 사용되는 회로가 전기자동차용 충전회로인 OBC(On-Board Charger)회로이다. OBC회로는 완속충전회로로도 불리며, OBC회로에서는 교류인 상용전원을 직류로 변환하여 배터리에 충전하여 이때 배터리에 충전되는 전압은 전기자동차를 구동하기 위한 모터에 공급되는 고전압의 직류이다.
전력변환회로인 LDC(Low voltage DC-DC Converter)회로는 고전압을 저전압으로 변환하여 주는 회로로서 OBC회로에서 출력되어 모터구동에 사용되는 고전압의 직류를 저전압인 12V로 변환하여 차량의 전장부붐들에서 사용하는 12V의 저전압을 공급한다.
OBC회로 및 LDC회로와 관련된 종래기술로는 전기학회 논문지 제 63권 제 9호에 2014년 9월에 공개된 "친환경 자동차용 통합형 전력변환장치의 개발 및 배터리 HILS를 이용한 LDC 검증에 관한 연구"가 있다.
도 1a 및 1b는 상기 논문에서 개시된 OBC회로 및 LDC회로와 관련된 종래기술의 회로도이다.
도 1a을 참조하면, 종래의 OBC회로는 EMI필터, 정류회로, 부스트 역률보상컨버터, 벅컨버터, LC직렬공진컨버터 및 평활커패시터로 구성된다. 도 1b를 참조하면, 종래의 LDC회로는 EMI필터, 위상변환 풀브릿지컨버터 및 평활커패시터로 구성된다.
이처럼 구성된 종래의 OBC회로 및 LDC회로는 전기자동차에서 구현될 때 별도의 회로로 구현된다. 즉, OBC회로가 별도로 구현되고 그리고 LDC회로가 별도로 구현된다. 따라서, 이들 OBC회로 및 LDC회로를 별도로 구현하기 위하여 각각 변압기를 사용하여야 하기 때문에 전체적인 무게가 무거워지게 되고 또한 회로구현을 위하여 각각 별도의 회로소자들을 사용하여야 하기 때문에 생산 단가가 증가한다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 OBC 및 LDC 겸용회로에 대한 개발이 이루어지고 있다.
도 2는 한국공개특허 제 10-2013-0117210호에 개시된 종래의 OBC 및 LDC 겸용회로의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래의 OBC 및 LDC 겸용회로는 정류회로부(10), 역률개선회로부(20), 제1 풀브리지회로부(30), 변압기(40), 제2풀브리지회로부(50), 필터회로부(60) 및 출력회로부(70)로 이루어진다.
변압기(40)는 1차측 입력단(42), 2차측 제1 출력단(44) 및 2차측 제2 출력단(46)을 통해 외부구성과 연결되며, 1차측 입력단(42)은 제1 풀브리지회로부(30)의 출력단에 연결되고, 2차측 제1 출력단(46)은 제2 풀브리지회로부(50)의 입력단에 연결되며, 2차측 제2 출력단(46)은 출력회로부(70)의 입력단에 연결된다. 따라서, 상기 변압기(40)는, 1차측 입력단(42)을 통해 제1 풀브리지회로부(30)로부터 입력된 교류전력을 이용하여 2차측 제1 출력단(44)을 통해 고전압배터리(B1)를 충전하도록 변압하여 출력하고, 2차측 제2 출력단(46)을 통해 저전압배터리(B2)를 충전하도록 변압하여 출력할 수 있다.
도 2에서 보인 종래의 OBC 및 LDC 겸용회로에서 OBC회로는 정류회로부(10), 역률개선회로부(20), 제1 풀브리지회로부(30), 변압기(40), 제2풀브리지회로부(50) 및 필터회로부(60)로 이루어진 회로 부분이고, LDC회로는 변압기(40), 제2풀브리지회로부(50), 필터회로부(60) 및 출력회로부(70)로 이루어진 회로부분이다.
이러한 종래의 OBC 및 LDC 겸용회로는 OBC회로 및 LDC회로를 겸용으로 사용함으로써 각각의 회로에서 사용하여야 하는 변압기를 각각 사용하지 않고 하나의 변압기만을 사용하여 회로를 구현하고, 각각의 회로를 구현하기 위한 회로소자들 중에서 공통으로 사용할 수 있는 회로소자들을 별도로 각각 사용하지 않고 공통으로 사용한다.
하지만 이러한 종래의 OBC 및 LDC 겸용회로는 다음과 같은 단점들을 갖고 있다.
먼저, 도 2에서 보인 종래의 OBC 및 LDC 겸용회로는 역률 개선 및 전력변환을 위하여 많은 부품이 필요하여 단가가 올라가고 회로의 크기가 커진다는 단점이 있어 이에 대한 개선이 필요하다.
도 2에서 보인 종래의 OBC 및 LDC 겸용회로는 역률개선을 위힌 역률개선회로부가 비절연모드로 동작하도록 변압기의 앞단(1차측)에 구현되어 있고, 변압기를 통과한 교류전원이 상기 필터부를 통하여 다시 DC로 변환되어 고전압배터리에 저장되는 구조로 되어 있다.
상기 역률개선회로부(20)는 정류된 교류전원을 입력 받은 후 직류전원으로 변환하여 상기 제 1풀브리지회로부(30)로 전달하는 구조로 되어 있다. 따라서, 상기 역률개선회로부(20)는 통상적인 피에프씨 컨버터(PFC Converter)를 사용하게 되며, 상기 피에프씨 컨버터(PFC Converter)에서 비절연모드로 역률이 개선된 직류를 만든 후 상기 제 1풀브리지회로부(30)에서 스위칭을 통해 다시 교류 형태로 만들어 상기 변압기(40) 및 상기 제 2풀브리지회로부(30)로 전달하고, 상기 필터회로부(60)에서 다시 교류형태의 전원을 직류형태의 전원으로 변환하여 상기 고전압배터리(B1)에 전원을 저장하게 된다.
따라서, 도 2에서 보인 종래의 OBC 및 LDC 겸용회로에서는 OBC회로가 비절연형 열률개선컨버터와 절연형 컨버터회로가 결합된 형태로 구현되어 비절연형 열률개선컨버터를 구현하기 위한 회로소자들과 절연형 컨버터회로를 구현하기 위한 회로소자들이 모두 필요하다. 결국 2개의 컨버터를 구현하기 위한 회로소자들이 필요하게 된다.
또한, 도 2에서 보인 종래의 OBC 및 LDC 겸용회로에서는 LDC의 출력단인 출력회로부(70)에 전력변환회로(76)를 두어 상기 전력변환회로(76)에서 AC-DC 전력변환을 수행한다.
그런데, 이처럼 상기 전력변환회로(76)를 LDC의 후단에 두어 전력변환을 수행하는 경우 많은 전류를 변환하여야 하기 때문에 효율이 매우 나빠진다는 단점이 있다.
즉, LDC회로의 출력단에서는 전압이 저전압(Low voltage)이기 때문에 동일 용량의 전력을 전력변환하려면 높은 전류가 흘러야 해고 이렇게 높은 전류를 흘려서 전력변환을 하게 될 경우 전력변환 많은 손실이 발생할 수 밖에 없다는 문제점이 있다.
한국공개특허 제 10-2013-0117210호 : 차량용 배터리충전시스템
본 발명에서는 비절연형 역률개선컨버터와 절연형 컨버터 두 개로 이루어진 전력변환회로를 역률개선과 전력변환이 절연모드에서 동시에 이루지도록 회로를 구성함으로써 역률개선 및 전력변환을 위해 필요한 회로소자의 수를 줄여 크기가 줄어들고 제작단가가 낮은 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로가 제공된다.
또한, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로 본 발명에 따르면, LDC의 출력단에 전력변환회로를 두지 않음으로써 전력변환 손실이 적은 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로는 입력 교류전원의 노이즈를 제거하기 위한 EMI필터; 상기 EMI필터를 통과한 입력교류전원을 정류하기 위한 정류회로; 제 1인덕터, 고주파변압기, 상기 고주파변압기 1차측 단자에 연결되는 제 1스위칭회로, 상기 고주파변압기 2차측 단자에 연결되는 제 2스위칭회로 및 제 3커패시터로 구성되어, 교류입력을 정류하여 입력전류를 입력전압과 동상으로 제어하여 역률을 개선하면서 상기 고주파변압기를 통해 절연되는 구조로 상기 고주파변압기의 1차측으로 입력되는 교류입력을 상기 고주파변압기의 2차측으로 전달하는 절연형 역률보상컨버터; 상기 고주파변압기의 3차측 단자에 연결되어, 상기 고주파변압기를 통해 상기 2차측 단자에 연결되는 제 2스위칭회로로에 의해 전달되는 고전압의 전원을 정류하고 스위칭을 통해 교류를 직류로 변환하기 위한 3차측 정류회로; 상기 3차측 정류회로를 통과한 직류를 평활하기 위한 LC필터;를 포함하여 구성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1인덕터는 일단이 상기 정류회로에 연결되고 타단이 상기 제 1스위칭회로에 연결되는 구조이고, 상기 제 3커패시터는 상기 제 2스위칭회로에 병렬로 연결되는 구조이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 절연형 역률보상컨버터의 상기 제 2스위칭회로에 연결되어, 상기 절연형 역률보상컨버터의 출력맥류를 제거하고 높은 전압을 낮은 전압으로 또는 낮은 전압을 높은 전압으로 변환하기 위한 비절연형 양방향컨버터;를 더 포함하여 구성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 비절연형 양방향컨버터는, 상기 충전회로(OBC)에서는 벅컨버터로 기능하여 배터리에 고전압을 충전하기 위한 전력변환회로로 사용되고, 상기 전력변환회로(LDC)에서는 부스트컨버터로 기능하여 고전압을 저전압으로 변환하기 위한 전력변환회로로 사용된다.
상기 비절연형 양방향컨버터는: 제 1스위칭소자; 상기 제 1스위칭소자와 직렬로 연결되는 제 2스위칭소자; 일단이 상기 제 1스위칭소자 및 상기 제 2스위칭소자 사이에 연결되는 제 2인덕터; 및 상기 제 2인덕터의 타단에 연결되는 제 2커패시터;를 포함하여 구성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1인덕터의 인덕턴스와 상기 고주파변압기의 리키지 인덕턴스의 충돌로 인한 서지를 흡수하기 위한 서지회로를 더 포함하여 구성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 서지회로는 제 3스위칭소자 및 상기 제 3스위칭소자에 직렬로 연결되는 제 2커패시터로 구성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 3차측 정류회로는: 상기 고주파변압기의 3차측 단자(N21,N22)에 각각 연결되는 2개의 다이오드(DA1,DA2)로 이루어지고, 일단이 상기 단자(N21)에 연결되는 상기 다이오드(DA1)의 타단에 상기 LC필터(180)의 인덕터(L)가 연결되고, 상기 고주파변압기의 3차측 단자(N21,N22)의 중간에서 인출되는 중간단자(N23)에 상기 LC필터의 커패시터(C)가 연결된다.
본 발명에 따르면, 비절연형 역률개선컨버터와 절연형 컨버터 두 개로 이루어진 전력변환회로를 역률개선과 전력변환이 절연모드에서 동시에 이루지도록 회로를 구성함으로써 역률개선 및 전력변환을 위해 필요한 회로소자의 수를 줄어들고, 제작단가가 낮아진다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면, LDC의 출력단에 전력변환회로를 두지 않음으로써 전력변환 손실이 줄어든다는 장점이 있다.
도 1a 및 1b는 상기 논문에서 개시된 OBC회로 및 LDC회로와 관련된 종래기술의 회로도,
도 2는 한국공개특허 제 10-2013-0117210호에 개시된 종래의 OBC 및 LDC 겸용회로의 구성을 보여주는 도면,
도 3a는 본 발명의 제 1실시예에 따른 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로의 구성을 보여주는 블럭도,
도 3b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로의 구성을 보여주는 회로구성도,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1실시예에 따른 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로에서 사용되는 3차측 정류회로의 다양한 구현예를 보여주는 도면,
도 5a는 본 발명의 제 2실시예에 따른 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로의 구성을 보여주는 블럭도,
도 5b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로의 구성을 보여주는 회로구성도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자들은 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있으며 본 발명의 범위가 다음에 기술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[ 제 1실시예 }
도 3a는 본 발명의 제 1실시예에 따른 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로의 구성을 보여주는 블럭도이고, 도 3b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로의 구성을 보여주는 회로구성도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 제 1실시예에 따른 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로는 EMI필터(110), 정류회로(121), 절연형 역률보상컨버터(150), 3차측 정류회로(170) 및 LC필터(180)로 구성된다.
상기 EMI필터(110)는 입력 교류전원을 입력받아 노이즈를 상쇄하기 위한 회로이다. 상기 EMI필터(110)는 상기 입력 교류전원에서 발생하는 노이즈를 제거하거나 또는 상기 EMI필터(110) 뒷단에서 넘어오는 노이즈가 상기 입력교류전원으로 넘어가는 것을 방지하도록 노이즈를 상쇄시키는 기능을 한다.
상기 정류회로(121)는 상기 EMI필터(110)를 통과한 입력교류전원을 정류하기 위한 회로이다.
상기 절연형 역률보상컨버터(150)는 상기 정류회로(121)에서 정류된 입력전원의 입력전류를 입력전압과 동상으로 제어하여 역률을 개선하면서 고주파변압기(152)를 통해 절연되는 구조로 상기 고주파변압기의 1차측으로 입력되는 교류입력을 상기 고주파변압기의 2차측으로 전달한다. 본 발명의 제 1실시예에서는 상기 정류회로(121)는 풀브릿지 정류회로로 구현된다.
상기 절연형 역률보상컨버터(150)는 제 1인덕터(L1), 고주파변압기(152), 상기 고주파변압기(152) 1차측 단자(N11,N12)에 연결되는 제 1스위칭회로(151), 상기 고주파변압기(152) 2차측 단자(N21,N22)에 연결되는 제 2스위칭회로(153) 및 상기 제 2스위칭회로(153)에 병렬로 연결되는 제 3커패시터(C3)로 구성된다.
상기 제 1인덕터(L1)는 일단이 상기 정류회로(121)에 연결되고 타단이 상기 제 1스위칭회로(151)에 연결되고, 상기 제 3커패시터(C3)는 상기 제 2스위칭회로(153)에 병렬로 연결된다.
본 발명의 실시예에서는 상기 제 1인덕터(L1)를 정류회로(121)에 연결하고, 상기 제 3커패시터(C3)를 제 2스위칭회로(153)에 연결하는 구조를 보여주고 있지만, 이러한 인덕터와 커패시터를 이용한 절연형 역률보상 컨버터는 변압기를 이용한 절연모드로 역률보상 및 전력변환을 하기 위하여 다양한 형태로 구현이 가능하며, 인덕터와 커패시터의 위치가 본 발명의 실시예로 한정되지 않는다.
상기 제 1인덕터(L1)와 상기 제 1스위칭회로(151) 사이에는 서지회로(191)가 연결되며, 상기 서지회로(191)는 상기 제 1인덕터(L1)의 인덕턴스와 상기 고주파변압기(152)의 리키지 인덕턴스의 충돌로 인한 서지를 흡수하기 위한 것이다. 상기 서지회로(191)는 제 9스위칭소자(S9) 및 상기 제 9스위칭소자(S9)에 직렬로 연결되는 제 9커패시터(C9)로 구성된다.
상기 절연형 역률보상컨버터(150)에서는 상기 정류회로(121)를 통과한 전원의 전압과 전류의 위상차이에 따른 역률을 개선하며 상기 제 1인덕터(L1), 상기 제 1스위칭회로(151), 상기 제 2스위칭회로(153) 및 상기 제 3커패시터(C3)에 의해 구현되는 절연형 컨버터(154)에 의해 역률보상과 함께 전력변환이 이루어진다.
본 발명의 제 1실시예에서는 상기 제 1스위칭회로(151)는 풀브릿지 구조로 연결되는 4개의 FET로 구현되고, 상기 제 2스위칭회로(153) 역시 풀브릿지 구조로 연결되는 4개의 FET로 구현된다.
상기 절연형 역률보상컨버터(150)에서 전달된 전원은 고전압배터리(HVB)에 저장된다.
본 발명은 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로로서, 전기자동차용 충전회로인 OBC회로의 기능을 하는 부분은 상기 EMI필터(110), 절연형 역률보상컨버터(150)로 구성되는 회로부분이다.
상기 3차측 정류회로(170)는 상기 고주파변압기의 3차측 단자에 연결된다. 상기 3차측 정류회로(170)는 상기 고주파변압기(152)를 통해 상기 2차측 단자에 연결되는 제 2스위칭회로(153)로부터 전달되는 고주파 교류를 정류하고 스위칭을 통해 교류를 직류로 변환한다.
본 발명의 제 1실시예에서는 상기 3차측 정류회로(170)는 상기 고주파변압기의 3차측 권선의 양단에 각각 연결되는 두 개의 다이오드로 구현되며, 다이오드 대신 FET스위칭소자를 사용하는 것도 가능하다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1실시예에 따른 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로에서 사용되는 3차측 정류회로(170)의 다양한 구현예를 보여준다.
도 4a를 참조하면, 상기 3차측 정류회로(170a)는 상기 고주파변압기(152)의 3차측 단자(N21,N22)에 각각 연결되는 2개의 다이오드(DA1,DA2)로 이루어진다. 그리고 일단이 상기 단자(N21)에 연결되는 상기 다이오드(DA1)의 타단에 상기 LC필터(180)의 인덕터(L)가 연결되고, 상기 고주파변압기(152)의 3차측 단자(N21,N22)의 중간에서 인출되는 중간단자(N23)에 상기 LC필터(180)의 커패시터(C)가 연결된다.
도 4b를 참조하면, 상기 3차측 정류회로(170b)는 상기 고주파변압기(152)의 3차측 단자(N21,N22)에 각각 일단이 연결되는 2개의 다이오드(DB1,DB2)로 이루어진다. 그리고 상기 고주파변압기(152)의 3차측 단자(N21,N22)의 중간에서 인출되는 중간단자(N23)에 상기 LC필터(180)의 인덕터(L)가 연결되고, 상기 2개의 다이오드(DB1,DB2)의 타단이 연결되는 단자(ND2)에 상기 LC필터(180)의 커패시터(C)가 연결된다.
도 4c를 참조하면, 상기 3차측 정류회로(170c)는 상기 고주파변압기(152)의 3차측 단자(N21,N22)에 각각 연결되는 2개의 FET스위칭소자(SC1,SC2)로 이루어진다. 그리고 상기 고주파변압기(152)의 3차측 단자(N21,N22)의 중간에서 인출되는 중간단자(N23)에 상기 LC필터(180)의 인덕터(L)가 연결되고, 상기 FET스위칭소자(SC1,SC2)이 연결되는 단자(NS3)에 상기 LC필터(180)의 커패시터(C)가 연결된다.
상기 LC필터는 상기 3차측 정류회로를 통과한 직류를 평활한다.
상기 LC필터는 인덕터(L)와 커패시터(C)로 구성되고, 상기 인덕터(L)는 일단이 상기 3차측 권선의 중간에서 인출된 단자에 연결되고 타단이 출력단인 상기 저전압배터리에 연결된다. 상기 커패시터(C)는 일단이 상기 인덕터(L)의 타단에 연결된다.
본 발명은 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로로서, 전기자동차용 전력변환회로인 LDC회로의 기능을 하는 부분은 상기 절연형 역률보상컨버터(150), 상기 3차측 정류회로(170) 및 LC필터(180)로 구성되는 회로부분이며, 좀 더 구체적으로 보면, 상기 절연형 역률보상컨버터(150)의 고주파변압기 및 제 2스위칭회로와 상기 3차측 정류회로(170) 및 LC필터가 LDC기능을 수행하게 되는 구조이다.
따라서, 상기 절연형 역률보상컨버터(150)의 고주파변압기 및 제 2스위칭회로는 충전회로인 OBC회로에서도 사용되고 전력변환회로인 LDC회로에서도 함께 사용된다.
[ 제 2 실시예 ]
도 5a는 본 발명의 제 2실시예에 따른 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로의 구성을 보여주는 블럭도이고, 도 5b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로의 구성을 보여주는 회로구성도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 제 2실시예에 따른 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로는 상기 제 1실시예에 따른 충전 및 전력변환회로에서 벅/부스트 양방향컨버터(240)가 상기 제 3커패시터(C3)와 출력단인 고전압배터리(HVB) 사이에 추가로 연결된다는 점만 제외하고는 상기 제 1실시예와 동일한 구조이다.
상기 벅/부스트 양방향컨버터(240)는 상기 절연형 역률보상컨버터(250)의 출력맥류를 제거하고 높은 전압을 낮은 전압으로 또는 낮은 전압을 높은 전압으로 변환하기 위한 것이다.
상기 벅/부스트 양방향컨버터(240)는 교류입력전원을 모터구동용의 높은 전압으로 고전압배터리에 충전하는 과정에서는 벅컨버터로 구동되고, 상기 고전압배터리의 높은 전압을 전장부품용 낮은 전압으로 변환하여 저전압배터리에 저장하는 과정에서는 부스트컨버터로 구동된다. 즉 상기 벅/부스트 양방향컨버터(240)는 상기 충전회로(OBC, 200A)에서는 벅컨버터로 기능하여 배터리에 고전압을 충전하기 위한 전력변환회로로 사용되고, 상기 전력변환회로(LDC, 200B)에서는 부스트컨버터로 기능하여 고전압을 저전압으로 변환하기 위한 전력변환회로로 사용된다.
따라서, 상기 절연형 역률보상컨버터(250)의 고주파변압기(252)와 제 2스위칭회로(253), 상기 벅/부스트 양방향컨버터(240)는 충전회로인 OBC회로(200A)에서도 사용되고 전력변환회로인 LDC회로(200B)에서도 함께 사용된다.
상기 벅/부스트 양방향컨버터(240)는 제 1스위칭소자(S1), 상기 제 1스위칭소자(S1)와 직렬로 연결되는 제 2스위칭소자(S2), 일단이 상기 제 1스위칭소자(S1) 및 상기 제 2스위칭소자(S2) 사이에 연결되는 제 2인덕터(L2) 및 상기 제 2인덕터(l2)의 타단에 연결되는 제 2커패시터(C2)로 구성된다.
100A, 200A : 충전회로(OBC) 100B, 200B : 전력변환회로(LDC)
110, 210 : EMI필터 121, 221 : 정류회로
150, 250 : 절연형 역률보상컨버터
170, 270 : 3차측 정류회로 180, 280 : LC필터
HVB : 고전압 배터리 LVB :저전압 배터리

Claims (10)

  1. 입력 교류전원의 노이즈를 제거하기 위한 EMI필터;
    상기 EMI필터를 통과한 입력교류전원을 정류하기 위한 정류회로;
    제 1인덕터, 고주파변압기, 상기 고주파변압기 1차측 단자에 연결되는 제 1스위칭회로, 상기 고주파변압기 2차측 단자에 연결되는 제 2스위칭회로 및 제 3커패시터로 구성되어, 교류입력을 정류하여 입력전류를 입력전압과 동상으로 제어하여 역률을 개선하면서 상기 고주파변압기를 통해 절연되는 구조로 상기 고주파변압기의 1차측으로 입력되는 교류입력을 상기 고주파변압기의 2차측으로 전달하는 절연형 역률보상컨버터;
    상기 고주파변압기의 3차측 단자에 연결되어, 상기 고주파변압기를 통해 상기 2차측 단자에 연결되는 제 2스위칭회로로에 의해 전달되는 고전압의 전원을 정류하고 스위칭을 통해 교류를 직류로 변환하기 위한 3차측 정류회로;
    상기 3차측 정류회로를 통과한 직류를 평활하기 위한 LC필터;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1인덕터는 일단이 상기 정류회로에 연결되고 타단이 상기 제 1스위칭회로에 연결되는 구조이고,
    상기 제 3커패시터는 상기 제 2스위칭회로에 병렬로 연결되는 구조인 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 절연형 역률보상컨버터의 상기 제 2스위칭회로에 연결되어, 상기 절연형 역률보상컨버터의 출력맥류를 제거하고 높은 전압을 낮은 전압으로 또는 낮은 전압을 높은 전압으로 변환하기 위한 비절연형 양방향컨버터;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 비절연형 양방향컨버터는,
    상기 충전회로(OBC)에서는 벅컨버터로 기능하여 배터리에 고전압을 충전하기 위한 전력변환회로로 사용되고,
    상기 전력변환회로(LDC)에서는 부스트컨버터로 기능하여 고전압을 저전압으로 변환하기 위한 전력변환회로로 사용되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 비절연형 양방향컨버터는:
    제 1스위칭소자;
    상기 제 1스위칭소자와 직렬로 연결되는 제 2스위칭소자;
    일단이 상기 제 1스위칭소자 및 상기 제 2스위칭소자 사이에 연결되는 제 2인덕터; 및
    상기 제 2인덕터의 타단에 연결되는 제 2커패시터;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1인덕터의 인덕턴스와 상기 고주파변압기의 리키지 인덕턴스의 충돌로 인한 서지를 흡수하기 위한 서지회로를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 서지회로는 제 3스위칭소자 및 상기 제 3스위칭소자에 직렬로 연결되는 제 2커패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로.
  8. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3차측 정류회로는:
    상기 고주파변압기의 3차측 단자(N21,N22)에 각각 연결되는 2개의 다이오드(DA1,DA2)로 이루어지고,
    일단이 상기 단자(N21)에 연결되는 상기 다이오드(DA1)의 타단에 상기 LC필터(180)의 인덕터(L)가 연결되고, 상기 고주파변압기의 3차측 단자(N21,N22)의 중간에서 인출되는 중간단자(N23)에 상기 LC필터의 커패시터(C)가 연결되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로.
  9. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3차측 정류회로는:
    상기 고주파변압기의 3차측 단자(N21,N22)에 각각 일단이 연결되는 2개의 다이오드(DB1,DB2)로 이루어지고,
    상기 고주파변압기의 3차측 단자(N21,N22)의 중간에서 인출되는 중간단자(N23)에 상기 LC필터의 인덕터(L)가 연결되고, 상기 2개의 다이오드(DB1,DB2)의 타단이 연결되는 단자(ND2)에 상기 LC필터의 커패시터(C)가 연결되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로.
  10. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3차측 정류회로는:
    상기 고주파변압기의 3차측 단자(N21,N22)에 각각 연결되는 2개의 FET스위칭소자(SC1,SC2)로 이루어지고,
    상기 고주파변압기의 3차측 단자(N21,N22)의 중간에서 인출되는 중간단자(N23)에 상기 LC필터의 인덕터(L)가 연결되고, 상기 FET스위칭소자(SC1,SC2)가 서로 연결되는 단자(NS3)에 상기 LC필터의 커패시터(C)가 연결되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 및 전력변환 겸용 회로.
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