KR20180089826A

KR20180089826A - 프리 차져

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Publication number: KR20180089826A
Application number: KR1020170014642A
Authority: KR
Inventors: 김주훈; 김상범; 장상호; 조신; 최상규
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2017-02-01
Filing date: 2017-02-01
Publication date: 2018-08-09

Abstract

실시예는 프리차져에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자식 프리차져에 관한 것이다.
실시예에 따른 프리차져는, 전원부로부터 입력된 입력전원을 출력전원으로 변환하고, 출력전원을 피드백 신호로 변환하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머에 입력되는 상기 입력전원을 스위칭하는 스위치부; 상기 출력전원에 의해 충전되는 충전부; 상기 전원부와 상기 충전부의 직렬 연결을 스위칭하는 릴레이부; 상기 입력전원과 상기 피드백 신호에 기초하여 기 설정된 충전부의 충전량에 도달한 것으로 판단하면 오프 신호를 출력하는 시퀀스 회로와, 상기 오프 신호에 기초하여 상기 입력전원을 차단하도록 상기 스위치부를 제어하는 DC/DC 컨버터 IC를 구비한 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

프리 차져{PRECHARGER}

실시예는 프리차져에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자식 프리차져에 관한 것이다.

일반적으로 넓은 의미의 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료(가솔린 등 화석연료)를 연소시켜 회전력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동하는 차량을 의미하며, 이를 통상 하이브리드 전기차량(HybridElectric Vehicle, HEV)이라 부르고 있다.

이러한 하이브리드 차량은 엔진뿐만 아니라 전기모터를 보조동력원으로 채택하여 연비 향상 및 배기가스 저감을 도모할 수 있는 미래형 차량으로서, 연비를 개선하고 환경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 더욱 활발한 연구가 진행되고 있다.

하이브리드 차량은 엔진과 전기모터(구동모터)를 동력원으로 하여 다양한 구조를 형성할 수 있는데, 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기에너지를 동시에 사용할 수 있어 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다는 장점 때문에 승용차 등에 널리 채택되고 있다.

특히, 엔진과 전기모터의 최적 작동영역을 이용하므로 구동 시스템 전체의 연비를 향상시킴은 물론, 제동시에는 전기모터로 에너지를 회수하므로 효율적인 에너지의 이용이 가능하다.

한편, 하이브리드 차량에서 일반적인 배터리 시스템은 다수의 배터리로 구성되는 배터리부(고전압 배터리), 및 배터리 라인을 연결하는 릴레이 등으로 구성되는 고전압 릴레이부를 포함하여 구성된다.

여기서, 고전압 릴레이부를 사용하는 목적은 에너지 저장 매체와 그 외의 시스템 간에 전기적인 완전한 절연을 확보하기 위함이며, 차량 운행시에는 릴레이가 단락되어 전원을 공급하지만, 키 오프(key off)나 정비 (maintenance), 위기(emergency) 상황에서는 릴레이가 개방되어 전기적인 안정성을 확보한다.

또한 1차 사고 발생시 고전압에 의한 전기적인 감전, 화재 등 중대한 2차 사고의 발생을 방지하며, 배터리의 암 전류를 차단하는 기능도 한다. 첨부한 도 1은 하이브리드 차량에서 배터리와 릴레이 등을 나타낸 도면으로서, 하이브리드 차량에서 배터리 시스템의 기본 구성인 고전압 배터리(10), 메인 릴레이(main relay)(20), 프리차지 릴레이(precharge relay)(31), 프리차지 저항(precharge resistor)(32), 캐패시터(40), 전기부하(인버터, LDC 등)(50) 등이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 프리차지 릴레이(31)와 프리차지 저항(32)이 직렬로 연결되어 프리차져(30)를 구성하고, 이 프리차져(30)가 고전압 배터리(10)와 캐패시터 DC 링크단 사이에서 메인 릴레이(20)와 병렬로 연결된다. 상기 캐패시터(40)는 전기부하(50)의 급격한 전력 변동시 대응을 위해 고전압 배터리(10)와 전기부하(50)사이에서 적절히 충방전 되면서 완충 역할을 하는 구성부이다.

하이브리드 차량에서는 돌입 전류로 인한 인버터의 손상을 막기 위해 상기와 같은 프리차져(30)를 이용하 여 DC-링크 전압을 모터로 도통하고 있으며, 특히 프리차져(30)가 메인 릴레이(20)의 온(On)시에 발생하는 돌입 전류를 차단하여 부품 손상, 서지전류에 의해 발생할 수 있는 릴레이 융착 등을 방지하게 된다.

상기한 구성에서 도 2에 도시된 바와 같이 먼저 프리차지 릴레이(31)가 온되면 저항에 의한 피크 전류가 제한되면서 캐패시터(40)가 충전되고, 이후 메인 릴레이(20)가 온되고 프리차지 릴레이(31)가 오프되어 충방전을 시작하게 된다.

한편, 종래에는 하이브리드 차량의 프리차져(30)를 구성하기 위해 기계식 릴레이인 프리차지 릴레이(31)와 와트 저항(프리차지 저항)(32)을 사용하므로 동작시 소음이 심하게 발생하는 문제점이 있었다. 또한 릴레이가 기계식이므로 수명이 길지 못하고, 대용량의 와트 저항이 사용되어 전체 부피가 매우 커지는 단점이 있었다.

이에 종래 하이브리드 차량의 프리차져에서 기계식 릴레이의 소음 및 수명문제, 와트 저항의 부피 문제 등을 해결할 수 있는 방안이 절실한 실정이다.

실시예는 정밀한 돌입 전류 제어가 가능하고 부품의 수명이 연장되는 프리차져를 제공한다.

실시예는 넓은 범위의 입력전압이 입력되어도 출력전압을 정밀하게 제어할 수 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 실시예에 따른 프리차져는, 전원부로부터 입력된 입력전원을 출력전원으로 변환하고, 출력전원을 피드백 신호로 변환하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머에 입력되는 상기 입력전원을 스위칭하는 스위치부; 상기 출력전원에 의해 충전되는 충전부; 상기 전원부와 상기 충전부의 직렬 연결을 스위칭하는 릴레이부; 상기 입력전원과 상기 피드백 신호에 기초하여 기 설정된 충전부의 충전량에 도달한 것으로 판단하면 오프 신호를 출력하는 시퀀스 회로와, 상기 오프 신호에 기초하여 상기 입력전원을 차단하도록 상기 스위치부를 제어하는 DC/DC 컨버터 IC를 구비한 제어부;를 포함할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 프리차져는, 상기 트랜스포머는, 상기 입력전원을 입력받는 제1 코일; 상기 제1 코일이 입력받은 상기 입력전원을 상기 출력전원으로 변환하는 제2 코일; 및 상기 제2 코일에서 변환된 출력전원을 상기 피드백 신호로 변환하는 제3 코일을 포함할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 프리차져는, 상기 시퀀스 회로는, 상기 피드백 신호에 기초하여 피드백 비교 신호를 출력하는 피드백부; 상기 입력전원을 복수의 분배 저항에 의하여 분배한 분배전압을 출력하는 분배저항부; 상기 분배전압을 기준전압으로 생성하는 복수의 저항과, 상기 기준전압이 비반전 단자에 입력되고 상기 피드백 비교 신호가 반전 단자에 입력되는 비교기를 구비한 비교부; 일단이 상기 비교부의 출력단에 연결되고 타단에 구동 전압이 인가되는 풀업저항; 및 상기 비교부의 출력에 따라 오프신호를 출력하는 오프신호 생성부;를 포함할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 프리차져는, 상기 비교부는 상기 피드백 비교 신호가 상기 기준전압 이상이면 로우 레벨의 전압을 출력할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 프리차져는, 상기 제2 코일과 상기 피드백부는 상기 제2 코일이 입력 측이고 상기 피드백부가 출력 측으로 한 플라이백 컨버터일 수 있다.

또한, 실시예에 따른 프리차져는, 상기 비교부는 상기 비교기의 출력단에 일단이 연결되고 상기 비교기의 비반전 단자에 타단이 연결된 저항을 포함할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 프리차져는, 상기 오프신호 생성부는 하나 이상의 스위치를 포함하고, 상기 비교부에서 로우 레벨의 전압이 입력되면 상기 스위치가 스위칭 온하고, 로우 레벨의 오프 신호를 출력할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 프리차져는, 전원부로부터 입력된 입력전원을 출력전원과 기준전압 생성 신호로 변환하고, 출력전원을 피드백 신호로 변환하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머에 입력되는 상기 입력전원을 스위칭하는 스위치부; 상기 출력전원에 의해 충전되는 충전부; 상기 전원부와 상기 충전부의 직렬 연결을 스위칭하는 릴레이부; 상기 기준전압 생성 신호와 상기 피드백 신호에 기초하여 기 설정된 충전부의 충전량에 도달한 것으로 판단하면 오프 신호를 출력하는 시퀀스 회로와, 상기 오프 신호에 기초하여 상기 입력전원을 차단하도록 상기 스위치부를 제어하는 DC/DC 컨버터 IC를 구비한 제어부;를 포함할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 프리차져는, 상기 트랜스포머는, 상기 입력전원을 입력받는 제1 코일; 상기 제1 코일이 입력받은 상기 입력전원을 상기 출력전원으로 변환하는 제2 코일; 상기 제2 코일에서 변환된 출력전원을 상기 피드백 신호로 변환하는 제3 코일; 및 상기 제1 코일이 입력받은 상기 입력전원을 상기 기준전압 생성 신호로 변환하는 제4 코일;을 포함할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 프리차져는, 상기 시퀀스 회로는, 상기 피드백 신호에 기초하여 피드백 비교 신호를 출력하는 피드백부; 상기 기준전압 생성 신호에 기초하여 기준전압을 출력하는 기준전압 생성부; 상기 기준전압이 비반전 단자에 입력되고 상기 피드백 비교 신호가 반전 단자에 입력되는 비교기를 구비한 비교부; 일단이 상기 비교부의 출력단에 연결되고 타단에 구동 전압이 인가되는 풀업저항; 및 상기 비교부의 출력에 따라 오프신호를 출력하는 오프신호 생성부;를 포함할 수 있다.

실시예에 따른 프리차져에 의하면, 기계식 릴레이와 비교하여 반영구적인 수명을 제공한다. 또한, 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)에 소형화 및 경량화를 제공할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 프리차져는 스위치부와 제어부를 통해 돌입 전류를 정밀하게 제어할 수 있고, 충전 및 방전을 자유롭게 조절할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 프리차져는 돌입 전류를 정밀하게 제어 가능하여, 배터리 및 프리차져 이후에 연결되는 다양한 회로(차량용, 에너지저장시스템(ESS)용 DC-DC 컨버터/인버터)에 인가되는 부품의 스트레스를 저감할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 프리차져는 부품의 스트레스 저감으로 인해, 낮은 사양의 부품 선정이 가능해지며, 설계 자유도가 증가하고, 저가격 소형화가 용이하게 이루어질 수 있다.

또한, 실시예에 따른 프리차져는 넓은 범위의 입력전압이 입력되어도 출력전압을 정밀하게 제어할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 프리차져는 출력측에서 출력 전압을 피드백하지 않으므로 구성이 간단하고 사이즈가 축소될 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 배터리와 메인 릴레이, 종래의 프리차지 릴레이를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 프리차지 릴레이와 메인 릴레이의 동작 시퀀스를 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 프리차져의 회로도를 간략히 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 일 실시예에 따른 프리차져의 시퀀스 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 시퀀스 회로에서 히스테리시스 저항이 없을 경우 일 실시예에 따른 프리차져의 동작 시퀀스를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4의 시퀀스 회로에서 히스테리시스 저항을 구비한 일 실시예에 따른 프리차져의 동작 시퀀스를 나타낸 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 프리차져의 회로도를 간략히 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 다른 실시예에 따른 프리차져의 시퀀스 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 프리차져의 동작 시퀀스를 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 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.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관 련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

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.

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.

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 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 일 실시예에 따른 프리차져의 회로도를 간략히 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 프리차져는 돌입전류에 의한 부하 등의 회로 부품의 손상을 방지하기 위한 것으로, 전원부(100), 릴레이부(200), 트랜스포머(300), 스위치부(400), 시퀀스 회로(700)를 포함하는 제어부(500), 정류부(600), 충전부(800)를 포함할 수 있다.

전원부(100)는 전압, 전류 등의 입력전원을 인가한다. 입력전원은 직류일 수 있으며, 교류 전원부 (미도시됨), 필터(미도시됨) 및 정류소자(미도시됨)를 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 입력 전원은 교류일 수도 있다. 이 경우 스위치부를 생략할 수 있다.

이하에서 인가전원은 직류전압으로 설명한다. 예로, 입력전원은 300V 내지 450 V일 수 있다.

릴레이부(200)는 전원부(100)와 충전부(800) 사이에 직렬 연결을 조절하기 위해 다양한 스위칭 소자를 포함할 수 있다.

릴레이부(200)는 충전부(800)가 입력전원의 기 설정된 비율까지 충전되면 턴-온 되어 전원부(100)와 충전부(800) 사이를 직렬 연결할 수 있다. 이 때, 전원부(100)의 입력전원이 충전부(800)에 인가되면서 돌입 전류가 발생할 수 있다.

트랜스포머(300)는 전원부(100)를 통해 인가된 입력전원을 출력전원으로 변환한다. 보다 구체적으로, 트랜스포머(300)는 소정의 권선비를 가지는 1차측의 제1 코일(L1)과 2차측의 제2 코일(L2)을 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 입력 전압을 승압 또는 감압할 수 있는 다양한 소자가 적용될 수도 있다.

트랜스포머(300)에서, 제1 코일(L1)은 입력전원이 인가되고, 제2 코일(L2)은 전자기 유도 작용에 의해 제1 코일(L1)에 인가된 입력전원이 소정의 권선비에 따라 변환된 출력전원이 제2 코일(L2)로 전달될 수 있다. 제1 코일(L1)의 도트와 제2 코일(L2)의 도트는 경우에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 일 예로, 도 3과 같이, 제1 코일(L1)의 도트와 제2 코일(L2)의 도트는 다른 방향으로 설정될 수 있다.

또한, 트랜스포머(300)는 출력전원을 제어하기 위하여 출력전원을 피드백할 수 있다. 보다 구체적으로, 트랜스포머(300)는 제2 코일(L2)의 출력전원에 대한 전원을 유기하는 제3 코일(L3)을 포함할 수 있다. 즉, 제3 코일(L3)은 유기된 전원으로 피드백 신호를 생성할 수 있다.

이러한 구성에 의하여, 제3 코일(L3)에는 제2 코일(L2)에서 변환된 출력전원이 제2 코일(L2)과 제3 코일(L3) 간의 권선비에 따라 전압 등으로 유기된다. 이 때, 제2 코일(L2)과 제3 코일(L3) 간의 권선비는 다양하게 설정될 수 있다. 또한, 제2 코일(L2)의 도트와 제3 코일(L3)의 도트는 경우에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 일 예로, 도 3과 같이, 제2 코일(L2)의 도트와 제3 코일(L3)의 도트는 동일한 방향으로 설정될 수 있다. 보다 구체적으로, 제3 코일(L3)의 일단은 스위치부(400)의 소스부와 연결되고, 타단은 시퀀스 회로(700)와 연결될 수 있다.

스위치부(400) 제어부(500)의 제어에 따라 on/off의 스위칭 동작을 하는 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 스위치부(400)는 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 등으로 구성될 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 일 예로, 도 3과 같인 스위치부(400)는 N-type MOSFET을 포함할 수 있다.

제어부(500)는 트랜스포머(300)의 제3 코일(L3)에서 제공된 피드백 신호에 따라 스위치부(400)의 온/오프 스위칭 동작을 제어하는 제어신호를 발생할 수 있다. 여기서 피드백 신호는 출력신호가 정류되어 충전부(800)로 전달됨으로써 나타난 충전된 전원에 대응할 수 있다.

보다 구체적으로, 제어부(500)는 트랜스포머(300)의 제3 코일(L3)의 피드백 신호를 수신하여 기설정된 충전부의 충전량이 입력전원의 기 설정된 비율에 도달하는 경우, 전원부(100)로 인가되는 입력전원을 차단하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(500)는 트랜스포머(300)의 제3 코일(L3)의 피드백 신호를 수신하여 기 설정된 충전부의 충전량이 입력전원의 기 설정된 비율에 도달하는 경우, 전원부(100)와 충전부(800) 사이를 직렬 연결하도록 릴레이부(200)를 스위칭 하도록 제어할 수 있다.

일 예로, 기 설정된 비율은 90% 내지 95%일 수 있다. 즉, 입력전원이 300V인 경우, 270V에 대응하는 피드백 신호를 제3 코일(L3)로부터 전달받으면, 전원부(100)로 인가되는 입력전원이 차단하도록 스위치부(400)의 게이트-소스 전압(Vgs)를 조절하고, 릴레이부(200)의 스위칭을 턴-온할 수 있다.

보다 구체적으로, 제어부(500)는 DC/DC 컨버터 IC(510), 시퀀스 회로(700)를 포함할 수 있다.

DC/DC 컨버터 IC(510)는 프리차징 릴레이 신호(PR) 또는 시퀀스 회로(700)의 오프 신호에 기초하여 구동할 수 있다. 보다 구체적으로, DC/DC 컨버터 IC(510)는 프리차징 동작을 위한 프리차징 릴레이 신호(PR)의 온 신호가 입력되면 스위치부(400)가 온 스위칭 동작을 시작하도록 제어 할 수 있다. 또한, DC/DC 컨버터 IC(510)는 온 신호의 프리차징 릴레이 신호(PR)가 입력되더라도 시권스 회로(700)로부터 로우 레벨의 오프 신호를 입력 받으면 스위치부(400)가 오프 스위칭 동작을 하도록 제어 할 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터 IC(510)는 시퀀스 회로(700)의 오프 신호가 인에이블 핀에 입력되어 구동을 중지하거나 스위치부(400)의 게이트로 로우 레벨의 스위치 오프 신호를 제공할 수 있다. 또한, DC/DC 컨버터 IC(510)는 프리차징 동작을 중단하기 위한 프리차징 릴레이 신호(PR)의 오프 신호가 입력되면 구동을 중지하거나 스위치부(400)가 오프 스위칭 동작을 하도록 제어할 수 있다.

시퀀스 회로(700)는 기 설정된 충전부의 충전량이 입력전원의 기 설정된 비율에 도달하는 경우 DC/DC 컨버터 IC(510)의 구동을 정지시키거나 DC/DC 컨버터 IC(510)가 스위치부(400)를 오프 시키도록 할 수 있다. 즉, 시퀀스 회로(700)는 전원부(100)의 입력 전원과 트랜스포머(300)의 제3 코일(L3)에서 제공된 피드백 신호에 기초하여 오프 신호를 생성하고, 오프 신호를 DC/DC 컨버터 IC(510)에 제공할 수 있다.

시퀀스 회로(700)의 구성에 대한 자세한 설명은 후술 한다.

이로써, 실시예는 릴레이부(200)를 통해 전원부(100)와 충전부(800)를 직렬 연결할 때 발생하는 돌입 전류를 정밀하게 조절할 수 있다. 또한, 실시예는 돌입전류의 조절로 회로에 인가되는 부품(예를 들어, 차량용 등의 인버터, DC/DC 컨버터 등)의 손상을 방지하여, 부품의 수명 연장을 제공할 수 있다. 또한, 실시예는 넓은 범위의 입력전압이 입력되어도 출력전압을 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 실시예는 출력 측에서 출력 전압을 피드백하지 않으므로 구성이 간단하고 사이즈가 축소될 수 있다.

정류부(600)는 직류의 입력전압이 스위치부(400)에 의해 교류로 전환되고, 트랜스포머(300)에 의해 2차측 제2코일(L2)에 전달된 교류전원인 출력전원을 정류할 수 있다. 그리고 제2 코일(L2)에 유기된 교류의 출력전원을 정류하여 충전부(800)로 제공할 수 있다.

정류부(600)는 충전부(800)와 트랜스포머(300) 사이에 직렬 배치될 수 있다.

또한, 정류부(600)는 다양한 반도체 다이오드 등의 정류 소자를 포함할 수 있다.

충전부(800)는 정류된 출력전원이 충전되는 것으로, 다양한 충전 소자를 포함할 수 있다. 충전부(800)는 예를 들어, 커패시터로 이루어질 수 있다.

부하부(900)는 충전부(800)와 병렬로 연결되며, 인버터, DC/DC 컨버터 등 다양한 부하가 연결될 수 있다.

도 4는 도 3의 일 실시예에 따른 프리차져의 시퀀스 회로를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 시퀀스 회로(700)는 피드백부(710), 비교부(720), 분배저항부(730), 풀업 저항(740), 오프신호 생성부(750)를 포함할 수 있다.

피드백부(710)는 제1 다이오드(D1), 제1 저항(R1), 제1 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 또한, 피드백부(710)는 트랜스포머(300)의 제2 코일(L2)의 출력 전원에 의해 제3 코일(L3)에 유기된 피드백 신호가 입력될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 코일(L2)를 입력 측으로 하고 제3 코일(L3)을 포함한 피드백부(710)를 출력 측으로 한 플라이백 컨버터일 수 있다. 보다 구체적으로, 피드백부(710)는 입력된 피드백 신호를 제1 다이오드(D1)에 의해 정류하고 제1 커패시터(C1)를 충전할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고 피드백부(710)는 포워드 컨버터로 구성될 수 있다. 또한, 피드백부(710)는 충전된 제1 커패시터(C1)의 출력 전압인 피드백 비교 신호를 비교부(720)의 반전 단자에 제공할 수 있다.

분배저항부(730)는 복수의 분배 저항을 포함할 수 있다. 또한, 분배저항부(730)는 전원부(100)의 입력전원을 분배한 분배전압을 비교부(720)에 제공할 수 있다. 분배전압은 비교부(720)에서 기준전압(ref)을 생성하는데 이용될 수 있다. 일 예로, 도 4와 같이, 분배저항부(730)는 전원부(100)가 입력되는 제1 노드(N1)에 입력되는 제2 저항(R2)과 접지 신호와 연결되는 제3 저항(R3)을 포함하고, 제3 저항(R3)의 출력 전압을 분배전압으로 할 수 있다.

비교부(720)는 비교기(721), 기준전압(ref)을 생성하고 히스테리시스 특성을 구비하기 위한 복수의 저항을 포함할 수 있다. 기준전압(ref)은 분배저항부(730)에서 입력된 분배전압이 입력되면 복수의 저항에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 4와 같이 분배저항부(370)의 제3 저항(R3)에서 출력된 분배전압을 제4 저항(R4)과 제5 저항(R5)이 전압 분배하여 제 5저항(R5)이 출력 전압이 기준전압(ref)일 수 있다. 기준전압(ref)은 프리차져의 기 설정된 비율에 따라 정해 질 수 있다. 일 예로, 기 설정된 비율은 프리차져의 입력전압의 90% 내지 95%일 수 있다.

또한, 비교기(721)는 반전 단자에 입력되는 피드백 비교 신호와 비반전 단자에 입력되는 기준전압(ref)을 비교하여 로우 레벨을 전압을 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 비교기(721)는 피드백 비교신호의 크기가 기준전압(ref)의 크기보다 작으면 후술하듯이 출력단이 풀업되어 있으므로 하이 레벨의 전압을 출력할 수 있다. 또한, 비교기(721)는 피드백 비교신호의 크기가 기준전압(ref)의 크기 이상이면 로우 레벨의 전압을 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 비교기(721)는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.

특히, 비교부(720)는 히스테리시스 특성을 구비하기 위하여 비교기(721)의 정궤환(Postive Feedback)을 이용한다. 보다 구체적으로, 비교부(720)는 비교기(721)의 출력단과 비반전 단자에 저항을 배치하여 전기적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 도 4와 같이, 비교부(720)는 제6 저항(R6)의 일단이 비교기(721)의 출력단과 연결되고, 제6 저항(R6)의 타단이 비반전 단자에 연결될 수 있다. 이에, 충전부(800)와 피드백부(710)의 용량 차이로 인하여 충전부(800)의 기 설정된 출력 전압보다 높아지는 현상을 방지할 수 있다. 히스테리시스 특성을 구비한 시퀀스 회로(700)의 자세한 효과는 후술한다.

풀업 저항(740)은 비교부(720)의 출력을 풀 업(pull up)할 수 있다. 보다 구체적으로, 풀업 저항(740)은 비교기(721)의 출력단이 오픈 컬렉터 타입이면 출력단에 배치될 수 있다. 또한, 풀업 저항(740)은 일단이 구동 전압(VCC)이 인가되고 타단이 비교기(721)의 출력단에 연결될 수 있다.

오프신호 생성부(750)는 비교부(720)의 출력 신호에 기초하여 DC/DC 컨버터 IC(510)에 로우 레벨의 오프 신호를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 오프신호 생성부(750)는 비교부(720)의 출력단(N3)에서 로우 레벨의 출력 신호가 입력되면 접지신호와 연결된 스위치가 동작하여 로우 레벨의 오프 신호를 DC/DC 컨버터 IC(510)에 제공할 수 있다. 또한, 오프신호 생성부(750)는 복수의 저항과 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 스위치는 MOSFET 또는 BJT일 수 있다. 예를 들어, 스위치가 MOSFET일 경우 20V의 전압이 게이트에 입력되어도 손상 없이 동작할 수 있으나, 스위치가 BJT일 경우 5V 이상의 전압이 베이스에 입력되면 손상될 수 있다. 즉, 스위치가 MOSFET일 경우 BJT보다 더 높은 레벨의 전압에도 손상 없이 동작할 수 있다. 또한, MOSFE은 P-type MOSFET일 수 있다. 예를 들어, 도 4와 같이 오프신호 생성부(750)는 제1 스위치(Q1), 제2 스위치(Q2)를 포함할 수 있다. 오프신호 생성부(750)는 복수의 스위치를 단계적으로 사용하여 게이트에 입력되는 높은 전압레벨에도 안정적으로 동작할 수 있다. 제1 스위치(Q1)는 풀업 저항(R7)의 하이 레벨의 출력 전압이 제8 저항(R8)을 통해 게이트에 입력됨으로써 스위칭 오프 동작 중에 비교부(720)의 출력단에서 로우 레벨의 출력신호가 제8 저항(R8)을 통해 입력되면 스위칭 온 동작을 할 수 있다. 또한, 제2 스위치(Q2)는 제2 풀업 저항(R9)의 하이 레벨의 출력 전압이 게이트에 입력됨으로써 스위칭 오프 동작 중에 제1 스위치(Q1)가 스위칭 온하여 제1 스위치(Q1)의 출력단에서 로우 레벨의 출력신호가 게이트에 입력되면 스위칭 온 동작을 할 수 있다. 제2 스위치(Q2)는 스위칭 온되면 로우 레벨의 접지신호를 오프 신호로 하여 시퀀스 회로(700)의 출력단(N2)에 출력할 수 있다.

도 5는 도 4의 시퀀스 회로에서 히스테리시스 저항이 없을 경우 일 실시예에 따른 프리차져의 동작 시퀀스를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 4의 시퀀스 회로에서 히스테리시스 저항을 구비한 일 실시예에 따른 프리차져의 동작 시퀀스를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 도 5는 일 실시예에 따른 프리차져에서 시퀀스 회로(700)의 비교부(720)가 정궤환(Positive Feedback)을 이용하지 않은 경우이다. 도 5의 프리차져는 히스테리시스 특성을 구비하고 있지 않다. a1은 전원부(100)에서 시퀀스 회로(700)에 제공하는 입력 전원 파형이다. 입력 전원은 프리차징 릴레이 구동뿐만 아니라 프리차징 릴레이 구동 이외에도 일정 레벨의 전압을 유지할 수 있다. b1은 프리차징 릴레이 신호(PR)의 파형이다. 프리차징 릴레이 신호(PR)는 프리차징 릴레이 동작을 하는 동안 하이레벨의 신호가 입력될 수 있다. 일 예로, 도 5와 같이 프리차징 릴레이 신호(PR)는 200ms 동안 하이 레벨을 유지할 수 있다. d1은 기준전압(ref)의 파형이다. 기준전압(ref)은 프리차징 릴레이 구동을 하는 동안 일정 레벨을 유지하고 있다. c1은 충전부(800)의 출력 전압 파형이다. e1은 피드백 비교 신호의 파형이다. 피드백 비교신호는 프리차징 릴레이 구동 초기 100ms 동안 일정 레벨로 상승하다가 100ms 부터 200ms 동안 제1 커패시터의 충방전 동작으로 레벨이 증감될 수 있다. 프리차져는 프리차징 릴레이가 되는 초기 100ms 동안 충전부(800)의 충전을 완료하게 된다. 그러나 100ms부터 200ms까지 동안에도 c1이 상승과 유지를 반복하면서 충전 전압이 기설정된 전압보다 증가함을 알 수 있다. 이는 피드백부(710)의 제1 커패시터(C1)와 충전부(800)의 커패시터 용량이 차이가 나서 충전 및 방전 시간이 서로 차이가 있기 때문이다. 시퀀스 회로(700)는 피드백부(710)의 낮은 용량의 제1 커패시터(C1)가 방전하여 비교기(721)에 입력되는 피드백 비교신호가 기준전압(ref) 보다 낮아지면 오프신호 생성을 중단하게 되고, 충전부(800)는 출력 전압이 기설정된 전압임에도 불구하고 과충전이 될 수 있다.

도 6을 참조하면, 도 6은 일 실시예에 따른 프리차져에서 시퀀스 회로(700)의 비교부(720)에 정궤환(Positive Feedback)을 이용한 경우이다. 도 6의 프리차져는 히스테리시스 특성을 구비하고 있다. a2은 전원부(100)에서 시퀀스 회로(700)에 제공하는 입력 전원 파형이다. 입력 전원은 프리차징 릴레이 구동뿐만 아니라 프리차징 릴레이 구동 이외에도 일정 레벨의 전압을 유지할 수 있다. b2은 프리차징 릴레이 신호(PR)의 파형이다. 프리차징 릴레이 신호(PR)는 프리차징 릴레이 동작을 하는 동안 하이레벨의 신호가 입력될 수 있다. 일 예로, 도 6과 같이 프리차징 릴레이 신호(PR)는 200ms 동안 하이 레벨을 유지할 수 있다. D2은 기준전압(ref)의 파형이다. 기준전압(ref)은 프리차징 릴레이 구동을 시작하여 100ms 동안 일정 레벨을 유지하다가 피드백 비교신호가 기준전압(ref)보다 커지는 시점에서 레벨이 감소할 수 있다. c2는 충전부(800)의 출력 전압 파형이다. e2은 피드백 비교 신호의 파형이다. 피드백 비교신호는 프리차징 릴레이 구동 초기 100ms 동안 일정 레벨로 상승하다가 100ms 부터 200ms 동안 히스테리시스 특성에 의하여 비선형적으로 감소될 수 있다. 프리차져는 프리차징 릴레이가 되는 초기 100ms 동안 충전부(800)의 충전을 완료하게 된다. 또한, 시퀀스 회로(700)는 프리차징 릴레이 100ms에서 200ms 동안 기준전압(ref)이 낮아지고 피드백 비교신호가 비선형적으로 감소하여 피드백부(710)의 제1 커패시터(C1)와 충전부(800)의 커패시터의 충방전 시간이 동일 해 질 수 있다. 따라서, 프리차져는 충전부(800)가 충전을 완료한 상태에서 기설정된 출력 전압 레벨을 프리차징 릴레이 구동하는 동안 유지할 수 있게 한다.

도 7은 다른 실시예에 따른 프리차져의 회로도를 간략히 나타낸 도면이다.

다른 실시예에 의한 프리차져는 앞서 설명한 도3의 프리차져에서 트랜스포머(300)와 시퀀스 회로(1700) 이외의 다른 구성은 동일하다. 이하 다른 실시예따른 프리차져는 일 실시예에 따른 프리차져와 차이가 나는 구성을 중점으로 설명한다.

도 7을 참조하면, 트랜스포머(1300)는 전원부(100)를 통해 인가된 입력전원을 출력전원으로 변환한다. 보다 구체적으로, 트랜스포머(1300)는 소정의 권선비를 가지는 1차측의 제1 코일(L1)과 2차측의 제2 코일(L2)을 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 입력 전압을 승압 또는 감압할 수 있는 다양한 소자가 적용될 수도 있다.

트랜스포머(1300)에서, 제1 코일(L1)은 입력전원이 인가되고, 제2 코일(L2)은 전자기 유도 작용에 의해 제1 코일(L1)에 인가된 입력전원이 소정의 권선비에 따라 변환된 출력전원이 제2 코일(L2)로 전달될 수 있다. 제1 코일(L1)의 도트와 제2 코일(L2)의 도트는 경우에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 일 예로, 도 7과 같이, 제1 코일(L1)의 도트와 제2 코일(L2)의 도트는 다른 방향으로 설정될 수 있다.

또한, 트랜스포머(1300)는 출력전원을 제어하기 위하여 출력전원을 피드백할 수 있다. 보다 구체적으로, 트랜스포머(1300)는 제2 코일(L2)의 출력전원에 대한 전원을 유기하는 제3 코일(L3)을 포함할 수 있다. 즉, 제3 코일(L3)은 유기된 전원으로 피드백 신호를 생성할 수 있다.

이러한 구성에 의하여, 제3 코일(L3)에는 제2 코일(L2)에서 변환된 출력전원이 제2 코일(L2)과 제3 코일(L3) 간의 권선비에 따라 전압 등으로 유기된다. 이 때, 제2 코일(L2)과 제3 코일(L3) 간의 권선비는 다양하게 설정될 수 있다. 또한, 제2 코일(L2)의 도트와 제3 코일(L3)의 도트는 경우에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 일 예로, 도 7과 같이, 제2 코일(L2)의 도트와 제3 코일(L3)의 도트는 동일한 방향으로 설정될 수 있다. 또한, 제3 코일(L3)은 시퀀스 회로(1700)와 연결되어 피드백 신호를 제공할 수 있다.

또한, 트랜스포머(1300)는 출력전원을 제어하기 위하여 입력전원을 이용하여 기준전압 생성 신호를 생성할 수 있다. 보다 구체적으로, 트랜스포머(1300)는 제1 코일(L1)의 입력전원에 대한 전원을 유기하는 제4 코일(L4)을 포함할 수 있다. 즉, 제4 코일(L4)은 유기된 전원으로 기준전압 생성 신호를 출력할 수 있다.

이러한 구성에 의하여, 제4 코일(L4)에는 제1 코일(L1)에서 변환된 입력전원이 제1 코일(L1)과 제4 코일(L4) 간의 권선비에 따라 전압 등으로 유기된다. 이 때, 제1 코일(L1)과 제4 코일(L4) 간의 권선비는 다양하게 설정될 수 있다. 또한, 제1 코일(L1)의 도트와 제4 코일(L4)의 도트는 경우에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 일 예로, 도 7과 같이, 제4 코일(L4)의 도트와 제1 코일(L1)의 도트는 동일한 방향으로 설정될 수 있다. 또한, 제4 코일(L4)은 시퀀스 회로(1700)와 연결되어 기준전압 생성 신호를 제공할 수 있다.

제어부(1500)는 트랜스포머(1300)의 제3 코일(L3)에서 제공된 피드백 신호 및 제4 코일(L3)에서 제공된 기준전압 생성 신호에 따라 스위치부(400)의 온/오프 스위칭 동작을 제어하는 제어신호를 발생할 수 있다. 여기서 피드백 신호는 출력신호가 정류되어 충전부(800)로 전달됨으로써 나타난 충전된 전원에 대응할 수 있다.

보다 구체적으로, 제어부(1500)는 트랜스포머(1300)의 제3 코일(L3)의 피드백 신호를 수신하고 제4 코일(L4)의 기준전압 생성 신호를 수신하여 기설정된 충전부의 충전량이 입력전원의 기 설정된 비율에 도달하는 경우, 전원부(100)로 인가되는 입력전원을 차단하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(1500)는 트랜스포머(1300)의 제3 코일(L3)의 피드백 신호를 수신하고 제4 코일(L4)의 기준전압 생성 신호를 수신하여 기 설정된 충전부의 충전량이 입력전원의 기 설정된 비율에 도달하는 경우, 전원부(100)와 충전부(800) 사이를 직렬 연결하도록 릴레이부(200)를 스위칭 하도록 제어할 수 있다.

보다 구체적으로, 제어부(1500)는 DC/DC 컨버터 IC(510), 시퀀스 회로(1700)를 포함할 수 있다.

DC/DC 컨버터 IC(510)는 프리차징 릴레이 신호(PR) 또는 시퀀스 회로(1700)의 오프 신호에 기초하여 구동할 수 있다. 보다 구체적으로, DC/DC 컨버터 IC(510)는 프리차징 동작을 위한 프리차징 릴레이 신호(PR)의 온 신호가 입력되면 스위치부(400)가 온 스위칭 동작을 시작하도록 제어 할 수 있다. 또한, DC/DC 컨버터 IC(510)는 온 신호의 프리차징 릴레이 신호(PR)가 입력되더라도 시권스 회로(1700)로부터 로우 레벨의 오프 신호를 입력 받으면 스위치부(400)가 오프 스위칭 동작을 하도록 제어 할 수 있다. 예를 들어, DC/DC 컨버터 IC(510)는 시퀀스 회로(1700)의 오프 신호가 인에이블 핀에 입력되어 구동을 중지하거나 스위치부(400)의 게이트로 로우 레벨의 스위치 오프 신호를 제공할 수 있다. 또한, DC/DC 컨버터 IC(510)는 프리차징 동작을 중단하기 위한 프리차징 릴레이 신호(PR)의 오프 신호가 입력되면 구동을 중지하거나 스위치부(400)가 오프 스위칭 동작을 하도록 제어할 수 있다.

시퀀스 회로(1700)는 기 설정된 충전부의 충전량이 입력전원의 기 설정된 비율에 도달하는 경우 DC/DC 컨버터 IC(510)의 구동을 정지시키거나 DC/DC 컨버터 IC(510)가 스위치부(400)를 오프 시키도록 할 수 있다. 즉, 시퀀스 회로(1700)는 전원부(100)의 입력 전원에 대응한 트랜스포머(1300)의 제4 코일(L4)에서 제공된 기준전압 생성 신호와 트랜스포머(1300)의 제3 코일(L3)에서 제공된 피드백 신호에 기초하여 오프 신호를 생성하고, 오프 신호를 DC/DC 컨버터 IC(510)에 제공할 수 있다.

시퀀스 회로(1700)의 구성에 대한 자세한 설명은 후술 한다.

도 8은 도 7의 다른 실시예에 따른 프리차져의 시퀀스 회로를 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 시퀀스 회로(1700)는 피드백부(1710), 비교부(1720), 기준전압 생성부(1730), 풀업 저항(1740), 오프신호 생성부(1750)를 포함할 수 있다.

피드백부(1710)는 제1 다이오드(D1), 제1 저항(R1), 제1 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 또한, 피드백부(1710)는 트랜스포머(1300)의 제2 코일(L2)의 출력 전원에 의해 제3 코일(L3)에 유기된 피드백 신호가 입력될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 코일(L2)를 입력 측으로 하고 제3 코일(L3)을 포함한 피드백부(1710)를 출력 측으로 한 플라이백 컨버터일 수 있다. 보다 구체적으로, 피드백부(1710)는 입력된 피드백 신호를 제1 다이오드(D1)에 의해 정류하고 제1 커패시터(C1)를 충전할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고 피드백부(1710)는 포워드 컨버터로 구성될 수 있다. 또한, 피드백부(1710)는 충전된 제1 커패시터(C1)의 출력 전압인 피드백 비교 신호를 비교부(1720)의 반전 단자에 제공할 수 있다.

기준전압 생성부(1730)는 제2 다이오드(D2), 제10 저항(R10), 제2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. 또한, 기준전압 생성부(1730)는 트랜스포머(1300)의 제1 코일(L1)의 입력 전원에 의해 제4 코일(L4)에 유기된 기준전압 생성 신호가 입력될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 코일(L1)을 입력 측으로 하고 제4 코일(L4)을 포함한 기준전압 생성부(1730)를 출력 측으로 한 포워드 컨버터일 수 있다. 보다 구체적으로, 기준전압 생성부(1730)는 입력된 기준전압 생성 신호를 제2 다이오드(D2)에 의해 정류하고 제2 커패시터(C2)를 충전할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니고 기준전압 생성부(1730)는 플라이백 컨버터로 구성될 수 있다. 또한, 기준전압 생성부(1730)는 충전된 제2 커패시터(C2)의 출력 전압인 기준전압(ref)을 비교부(1720)의 비반전 단자에 제공할 수 있다. 기준전압(ref)은 프리차져의 기 설정된 비율에 따라 정해 질 수 있다. 일 예로, 기 설정된 비율은 프리차져의 입력전압의 90% 내지 95%일 수 있다.

비교부(1720)는 비교기(1721)를 포함할 수 있다. 또한, 비교기(1721)는 반전 단자에 입력되는 피드백 비교 신호와 비반전 단자에 입력되는 기준전압(ref)을 비교하여 로우 레벨을 전압을 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 비교기(1721)는 피드백 비교신호의 크기가 기준전압(ref)의 크기보다 작으면 후술하듯이 출력단이 풀업되어 있으므로 하이 레벨의 전압을 출력할 수 있다. 또한, 비교기(1721)는 피드백 비교신호의 크기가 기준전압(ref)의 크기 이상이면 로우 레벨의 전압을 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 비교기(1721)는 연산 증폭기를 포함할 수 있다.

풀업 저항(1740)은 비교부(1720)의 출력을 풀 업(pull up)할 수 있다. 보다 구체적으로, 풀업 저항(1740)은 비교기(1721)의 출력단이 오픈 컬렉터 타입이면 출력단에 배치될 수 있다. 또한, 풀업 저항(1740)은 일단이 구동 전압(VCC)이 인가되고 타단이 비교기(1721)의 출력단에 연결될 수 있다.

오프신호 생성부(1750)는 비교부(1720)의 출력 신호에 기초하여 DC/DC 컨버터 IC(510)에 로우 레벨의 오프 신호를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 오프신호 생성부(1750)는 비교부(1720)의 출력단(N3)에서 로우 레벨의 출력 신호가 입력되면 접지신호와 연결된 스위치가 동작하여 로우 레벨의 오프 신호를 DC/DC 컨버터 IC(510)에 제공할 수 있다. 또한, 오프신호 생성부(1750)는 복수의 저항과 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 스위치는 MOSFET 또는 BJT일 수 있다. 예를 들어, 스위치가 MOSFET일 경우 20V의 전압이 게이트에 입력되어도 손상 없이 동작할 수 있으나, 스위치가 BJT일 경우 5V 이상의 전압이 베이스에 입력되면 손상될 수 있다. 즉, 스위치가 MOSFET일 경우 BJT보다 더 높은 레벨의 전압에도 손상 없이 동작할 수 있다. 또한, MOSFE은 P-type MOSFET일 수 있다. 예를 들어, 도 4와 같이 오프신호 생성부(1750)는 제1 스위치(Q1), 제2 스위치(Q2)를 포함할 수 있다. 오프신호 생성부(1750)는 복수의 스위치를 단계적으로 사용하여 게이트에 입력되는 높은 전압레벨에도 안정적으로 동작할 수 있다. 제1 스위치(Q1)는 풀업 저항(R7)의 하이 레벨의 출력 전압이 제8 저항(R8)을 통해 게이트에 입력됨으로써 스위칭 오프 동작 중에 비교부(1720)의 출력단에서 로우 레벨의 출력신호가 제8 저항(R8)을 통해 입력되면 스위칭 온 동작을 할 수 있다. 또한, 제2 스위치(Q2)는 제2 풀업 저항(R9)의 하이 레벨의 출력 전압이 게이트에 입력됨으로써 스위칭 오프 동작 중에 제1 스위치(Q1)가 스위칭 온하여 제1 스위치(Q1)의 출력단에서 로우 레벨의 출력신호가 게이트에 입력되면 스위칭 온 동작을 할 수 있다. 제2 스위치(Q2)는 스위칭 온되면 로우 레벨의 접지신호를 오프 신호로 하여 시퀀스 회로(1700)의 출력단(N2)에 출력할 수 있다.

도 9는 다른 실시예에 따른 프리차져의 동작 시퀀스를 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, a3은 전원부(100)에서 시퀀스 회로(1700)에 제공하는 입력 전원 파형이다. 입력 전원은 프리차징 릴레이 구동뿐만 아니라 프리차징 릴레이 구동 이외에도 일정 레벨의 전압을 유지할 수 있다. b3은 프리차징 릴레이 신호(PR)의 파형이다. 프리차징 릴레이 신호(PR)는 프리차징 릴레이 동작을 하는 동안 하이레벨의 신호가 입력될 수 있다. 일 예로, 도 9와 같이 프리차징 릴레이 신호(PR)는 200ms 동안 하이 레벨을 유지할 수 있다.

c3는 충전부(800)의 출력 전압 파형이다. 출력 전압 파형은 프리차징 릴레이 구동 후 100ms에 기설정된 출력 전압 레벨에 도달한 후 프리차징 릴레이 구동이 종료할 때까지 전압 레벨이 유지된다.

d3는 기준전압(ref)의 파형이다. 기준전압(ref)은 프리차징 릴레이 구동 초기 100ms 동안 일정 레벨로 상승하고 유지되다가 100ms 부터 200ms 동안 제2 커패시터(C2)의 방전에 의하여 비선형적으로 감소될 수 있다. e2은 피드백 비교 신호의 파형이다. 피드백 비교신호는 프리차징 릴레이 구동 초기 100ms 동안 일정 레벨로 상승하다가 100ms 부터 200ms 동안 제1 커패시터(C1)의 방전에 의하여 비선형적으로 감소될 수 있다. 프리차져는 프리차징 릴레이가 되는 초기 100ms 동안 충전부(800)의 충전을 완료하게 된다. 시퀀스 회로(1700)는 프리차징 릴레이 구동 후 100ms일 때에 피드백 비교 신호가 기준전압(ref)보다 높게 되어 오프신호를 출력할 수 있다.

일 예로, 프리차징 릴레이 100ms에서 200ms 동안 기준전압(ref)과 피드백 비교신호는 동일한 감소율로 감소할 수 있다. 이 경우, 100ms에서의 피드백 비교신호가 기준전압(ref)보다 높기 때문에 200ms까지 피드백 비교신호가 기준전압(ref)보다 높은 레벨을 유지할 수 있다. 이에, 시퀀스 회로(1700)는 충전부(800)가 기설정된 출력 전압에 도달한 후에 오프 신호의 생성을 유지할 수 있다.

다른 예로, 프리차징 릴레이 100ms에서 200ms 동안 피드백 비교신호의 감소율이 기준전압(ref)의 감소율보다 작을 수 있다. 이 경우, 100ms에서의 피드백 비교신호가 기준전압(ref)과 전압레벨이 동일하거나 더 클 수 있고, 200ms까지 피드백 비교신호가 기준전압(ref)보다 높은 레벨을 유지할 수 있다. 이에, 시퀀스 회로(1700)는 충전부(800)가 기설정된 출력 전압에 도달한 후에 오프 신호의 생성을 유지할 수 있다.

상술한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100 전원부
200 릴레이부
300 트랜스포머
400 스위치부
500 제어부
600 정류부
700 시퀀스 회로
800 충전부

Claims

전원부로부터 입력된 입력전원을 출력전원으로 변환하고, 출력전원을 피드백 신호로 변환하는 트랜스포머;
상기 트랜스포머에 입력되는 상기 입력전원을 스위칭하는 스위치부;
상기 출력전원에 의해 충전되는 충전부;
상기 전원부와 상기 충전부의 직렬 연결을 스위칭하는 릴레이부;
상기 입력전원과 상기 피드백 신호에 기초하여 기 설정된 충전부의 충전량에 도달한 것으로 판단하면 오프 신호를 출력하는 시퀀스 회로와, 상기 오프 신호에 기초하여 상기 입력전원을 차단하도록 상기 스위치부를 제어하는 DC/DC 컨버터 IC를 구비한 제어부;를 포함하는 프리차져.
제1 항에 있어서,
상기 트랜스포머는,
상기 입력전원을 입력받는 제1 코일;
상기 제1 코일이 입력받은 상기 입력전원을 상기 출력전원으로 변환하는 제2 코일; 및
상기 제2 코일에서 변환된 출력전원을 상기 피드백 신호로 변환하는 제3 코일을 포함하는 프리차져.
제2 항에 있어서,
상기 시퀀스 회로는,
상기 피드백 신호에 기초하여 피드백 비교 신호를 출력하는 피드백부;
상기 입력전원을 복수의 분배 저항에 의하여 분배한 분배전압을 출력하는 분배저항부;
상기 분배전압을 기준전압으로 생성하는 복수의 저항과, 상기 기준전압이 비반전 단자에 입력되고 상기 피드백 비교 신호가 반전 단자에 입력되는 비교기를 구비한 비교부;
일단이 상기 비교부의 출력단에 연결되고 타단에 구동 전압이 인가되는 풀업저항; 및
상기 비교부의 출력에 따라 오프신호를 출력하는 오프신호 생성부;를 포함하는 프리차져.
제3 항에 있어서,
상기 비교부는 상기 피드백 비교 신호가 상기 기준전압 이상이면 로우 레벨의 전압을 출력하는 프리차져.
제3 항에 있어서,
상기 제2 코일과 상기 피드백부는 상기 제2 코일이 입력 측이고 상기 피드백부가 출력 측으로 한 플라이백 컨버터인 프리차져.
제3 항에 있어서,
상기 비교부는 상기 비교기의 출력단에 일단이 연결되고 상기 비교기의 비반전 단자에 타단이 연결된 저항을 포함하는 프리차져.
제3 항에 있어서,
상기 오프신호 생성부는 하나 이상의 스위치를 포함하고, 상기 비교부에서 로우 레벨의 전압이 입력되면 상기 스위치가 스위칭 온하고, 로우 레벨의 오프 신호를 출력하는 프리차져.
전원부로부터 입력된 입력전원을 출력전원과 기준전압 생성 신호로 변환하고, 출력전원을 피드백 신호로 변환하는 트랜스포머;
상기 트랜스포머에 입력되는 상기 입력전원을 스위칭하는 스위치부;
상기 출력전원에 의해 충전되는 충전부;
상기 전원부와 상기 충전부의 직렬 연결을 스위칭하는 릴레이부;
상기 기준전압 생성 신호와 상기 피드백 신호에 기초하여 기 설정된 충전부의 충전량에 도달한 것으로 판단하면 오프 신호를 출력하는 시퀀스 회로와, 상기 오프 신호에 기초하여 상기 입력전원을 차단하도록 상기 스위치부를 제어하는 DC/DC 컨버터 IC를 구비한 제어부;를 포함하는 프리차져.
제8 항에 있어서,
상기 트랜스포머는,
상기 입력전원을 입력받는 제1 코일;
상기 제1 코일이 입력받은 상기 입력전원을 상기 출력전원으로 변환하는 제2 코일;
상기 제2 코일에서 변환된 출력전원을 상기 피드백 신호로 변환하는 제3 코일; 및
상기 제1 코일이 입력받은 상기 입력전원을 상기 기준전압 생성 신호로 변환하는 제4 코일;을 포함하는 프리차져.
제9 항에 있어서,
상기 시퀀스 회로는,
상기 피드백 신호에 기초하여 피드백 비교 신호를 출력하는 피드백부;
상기 기준전압 생성 신호에 기초하여 기준전압을 출력하는 기준전압 생성부;
상기 기준전압이 비반전 단자에 입력되고 상기 피드백 비교 신호가 반전 단자에 입력되는 비교기를 구비한 비교부;
일단이 상기 비교부의 출력단에 연결되고 타단에 구동 전압이 인가되는 풀업저항; 및
상기 비교부의 출력에 따라 오프신호를 출력하는 오프신호 생성부;를 포함하는 프리차져.