KR20190054390A - 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로 - Google Patents

전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로 Download PDF

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Abstract

전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로가 제공된다. 상기 복합회로에는 제1인덕터, 변압기, 상기 변압기의 1차측 단자에 연결되는 제1스위칭부, 상기 변압기의 2차측 단자에 연결되는 제2스위칭부 및 제1커패시터를 포함하는 역률보상 컨버터가 구비되고, 상기 복합회로는 상기 역률보상 컨버터의 제1스위칭부와 제2스위칭부의 동작에 따라 고전압 전원을 생성하는 충전모드 및 저전압 전원을 생성하는 저전압 변환모드로 동작된다.

Description

전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로{Complex circuit for charging and low voltage converting of electric vehicle}
본 발명은 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기자동차의 내장형 충전기(On-Board Charger; OBC) 회로와 저전압 직류 변환기(Low Voltage DC/DC Converter; LDC) 회로의 일부를 공통으로 구성하는 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈 및 친환경 자동차의 개발 경향에 부응하여 화석연료가 아닌 전기에너지를 이용하는 전기자동차와 관련된 기술들이 빠르게 발전되고 있다.
전기자동차는 동력의 에너지원으로 전기를 사용하기 때문에 전기를 에너지원으로 저장 및 보관해야 한다. 이를 위하여, 전기자동차에는 고전압 상용전원으로 충전되는 배터리가 구비된다. 그리고, 전기자동차에는 배터리의 충전을 수행하는 내장형 충전기 회로(On-Board Charger; OBC)가 구성된다.
OBC회로는 외부로부터 인가되는 교류의 상용전원을 직류로 변환하고, 변환된 전압을 배터리에 충전시키는 완속 충전회로이다. OBC회로에 의해 배터리에 충전되는 전압은 전기자동차를 구동하기 위한 모터에 공급되는 고전압의 직류이다.
또한, 전기자동차는 내부의 전장부품들을 동작시키기 위해 저전압의 직류가 요구된다. 이에, 전기자동차에는 상술한 OBC회로에서 출력된 고전압의 직류를 저전압의 직류로 변환하는 저전압 직류변환기 회로(Low Voltage DC/DC Converter; LDC)가 구비된다. LDC회로는 OBC회로의 출력을 입력으로 제공받아 저전압인 12V의 직류로 변환하고, 변환된 전압을 전기자동차의 전장부품들에 공급한다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 전기자동차에 구비되는 OBC회로와 LDC회로를 나타내는 도면들이다. 도면에 도시된 바와 같이, 종래의 전기자동차에서는 도 1a의 OBC회로와 도 1b의 LDC회로가 별개로 구성된다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 종래의 OBC회로는 EMI필터(11), 정류회로(12), 부스트 컨버터(13), 벅 컨버터(14) 및 공진 컨버터(15)를 포함하여 구성된다. OBC회로는 외부에서 인가되는 교류전원(AC)을 고전압의 직류로 변환하고, 이를 고전압 배터리(HVB)에 충전한다.
또한, 도 1b에 도시된 바와 같이, 종래의 LDC회로는 EMI필터(21) 및 풀브릿지 컨버터(22)를 포함하여 구성된다. LDC회로는 고전압 배터리(HVB)로부터 제공된 고전압 직류를 저전압의 직류로 변환하고, 이를 저전압 배터리(LVB)에 충전한다.
이와 같이, 종래의 전기자동차에서는 OBC회로와 LDC회로가 별개로 구성되므로, 이들 회로는 각각의 변압기를 포함한다. 따라서, 전기자동차에서 OBC회로 및 LDC회로의 무게가 증가되고, 또한 각 회로의 제조 단가가 증가된다.
본 발명은 전기자동차의 충전회로와 저전압 변환회로의 일부를 공통으로 구성할 수 있는 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로를 제공하고자 하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로는, 외부에서 인가되는 교류전원을 정류하는 정류부; 제1인덕터, 변압기, 상기 변압기의 1차측 단자에 연결되는 제1스위칭부, 상기 변압기의 2차측 단자에 연결되는 제2스위칭부 및 제1커패시터를 포함하고, 상기 변압기에 의해 절연형의 구조를 갖는 역률보상 컨버터; 상기 제1인덕터와 상기 변압기의 인덕턴스 충돌에 의한 써지전류를 제거하기 위한 써지제거부; 상기 변압기의 3차측 단자에 연결되는 3차측 정류부; 및 상기 3차측 정류부의 출력을 평활하는 LC필터를 포함한다.
전기자동차의 충전모드에서 상기 역률보상 컨버터는 상기 교류전원으로부터 고전압 전원을 생성하여 고전압 배터리에 제공할 수 있다. 또한, 전기자동차의 저전압 변환모드에서 상기 역률보상 컨버터는 상기 고전압 배터리로부터 제공된 상기 고전압 전원을 상기 3차측 정류부로 제공하여 상기 3차측 정류부에 의해 상기 고전압 전원이 저전압 전원으로 변환되어 저전압 배터리에 제공할 수 있다.
본 발명의 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로는, 전기자동차의 고전압 배터리를 충전시키는 OBC회로와 저전압 배터리를 충전시키는 LDC회로를 구성하되, OBC회로의 컨버터 일부가 LDC회로에서 공통으로 이용되도록 함으로써, 복합회로를 구성하는 소자의 개수를 줄여 회로 전체의 크기를 감소시킬 수 있으며, 이에 따른 복합회로의 제작 단가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 충전 및 저전압 변환 복합회로는, 인덕턴스 충돌에 의한 써지전류를 소비시켜 제거하거나 또는 OBC회로의 출력단에 보상전압으로 공급함으로써, OBC회로의 동작 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 충전 및 저전압 변환 복합회로는, LDC회로의 출력단에 전압변환회로를 생략해도 됨으로써, 저전압 직류전원의 생성 시 손실을 감소시킬 수 있다.
도 1a는 종래의 전기자동차의 OBC회로를 나타내는 도면이다.
도 1b는 종래의 전기자동차의 LDC회로를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 충전 및 저전압 변환 복합회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 일 실시예에 따른 회로도이다.
도 4는 도 2의 다른 실시예에 따른 회로도이다.
도 5는 도 2의 써지제거부의 동작을 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 도 2의 3차측 정류부의 실시예들에 따른 회로를 나타내는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차의 충전 및 저전압 변환 복합회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 회로도이다.
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.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 충전 및 저전압 변환 복합회로의 구성을 나타내는 도면이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 실시예들에 따른 회로도들이다.
도면들에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로는 OBC회로(100A)와 LDC회로(100B)를 포함할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, OBC회로(100A)는 전기자동차의 고전압 배터리(HVB)를 충전하기 위한 회로이고, LDC회로(100B)는 전기자동차의 저전압 배터리(LVB)를 충전하기 위한 회로이다.
OBC회로(100A)는 EMI필터(110), 정류부(120), 써지(surge)제거부(snubber; 130) 및 역률보상 컨버터(140)를 포함할 수 있다.
EMI필터(110)는 외부에서 인가되는 교류전원(AC)의 노이즈를 제거하거나 또는 EMI필터(110)의 후단에서 발생된 노이즈가 교류전원(AC)에 인가되는 것을 방지할 수 있다.
정류부(120)는 EMI필터(110)로부터 출력된 노이즈가 제거된 교류전원(AC)을 정류할 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 정류부(120)는 다수의 다이오드들(D1~D4)이 풀 브릿지 회로로 구성될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
역률보상 컨버터(140)는 정류부(120)를 통해 인가된 정류된 교류전원(AC)의 전류 및 전압이 동위상을 가지도록 제어하여 교류전원(AC)의 역률을 개선할 수 있다. 또한, 역률보상 컨버터(140)는 위상 제어된 교류전원(AC)에 대한 전력변환을 수행하여 고전압의 직류전원을 생성하고, 이를 고전압 배터리(HVB)에 제공하여 이를 충전시킬 수 있다. 또한, 역률보상 컨버터(140)는 고전압 배터리(HVB)로부터 제공된 고전압의 직류전원을 후술될 LDC회로(100B)의 3차측 정류부(150)로 제공할 수 있다. 즉, 본 실시예의 역률보상 컨버터(140)는 OBC회로(100A)와 LDC회로(100B)에서 공통으로 이용될 수 있다.
역률보상 컨버터(140)는 제1인덕터(L1), 제1스위칭부(141), 변압기(143), 제2스위칭부(145) 및 제1커패시터(C1)를 포함할 수 있다.
제1인덕터(L1)는 정류부(120)와 제1스위칭부(141) 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 제1커패시터(C1)는 제2스위칭부(145)와 고전압 배터리(HVB) 사이에 병렬로 연결될 수 있다. 제1인덕터(L1) 및 제1커패시터(C1)의 연결구조는 도 3 및 도 4에 도시된 것으로 한정되지는 않으며, 역률보상 컨버터(140)의 역률개선 및 전력변환을 위해 다양한 연결구조를 가질 수 있다.
제1스위칭부(141)는 제1인덕터(L1)와 변압기(143)의 1차측 단자(N11, N12) 사이에 연결될 수 있다. 제1스위칭부(141)는 다수의 스위칭소자들, 예컨대 제1스위칭소자(S1) 내지 제4스위칭소자(S4)가 풀 브릿지 회로의 형태로 구성될 수 있다.
제1스위칭소자(S1) 및 제3스위칭소자(S3)는 변압기(143)의 하나의 1차측 단자(N11)에 공통으로 연결될 수 있다. 제2스위칭소자(S2) 및 제4스위칭소자(S4)는 변압기(143)의 다른 하나의 1차측 단자(N12)에 공통으로 연결될 수 있다. 또한, 제1스위칭소자(S1) 및 제3스위칭소자(S3)는 제2스위칭소자(S2) 및 제4스위칭소자(S4)와 병렬로 연결될 수 있다.
제1스위칭부(141)는 제1스위칭소자(S1) 내지 제4스위칭소자(S4)의 스위칭 동작에 따라 제1인덕터(L1)를 통해 인가되는 전류를 후단, 즉 변압기(143)의 1차측 단자(N11, N12)에 제공할 수 있다. 제1스위칭소자(S1) 내지 제4스위칭소자(S4)는 FET(field effect transistor) 또는 다이오드 등으로 구성될 수 있다.
변압기(143)는 1차측 단자(N11, N12), 2차측 단자(N21, N22) 및 3차측 단자(N31, N32)로 구성된 고주파 변압기일 수 있다. 여기서, 변압기(143)의 3차측 단자(N31, N32)는 중간단자(N33)를 포함할 수 있다. 변압기(143)는 제1스위칭부(141)를 통해 1차측 단자(N11, N12)로 인가된 교류전원을 2차측 단자(N21, N22) 및 3차측 단자(N31, N32)로 전달할 수 있다.
변압기(143)는 1차측 단자(N11, N12), 2차측 단자(N21, N22) 및 3차측 단자(N31, N32)가 절연된 구조를 가질 수 있다. 따라서, 역률보상 컨버터(140)는 변압기(143)에 의해 절연형의 구조, 즉 절연형 역률보상 컨버터(140)로 동작될 수 있다.
다시 말해, 역률보상 컨버터(140)의 변압기(143)의 각 단자들이 절연되어 있기 때문에, 변압기(143)의 1차측 단자(N11, N12)에 연결된 제1스위칭부(141)의 제1접지(G1), 변압기(143)의 2차측 단자(N21, N22)에 연결된 제2스위칭부(145)의 제2접지(G2) 및 변압기(143)의 3차측 단자(N31, N32)에 연결된 3차측정류부(120)의 제3접지(G3)가 다르고, 이들은 서로 연결되지 않는다. 따라서, 본 실시예의 역률보상 컨버터(140)는 제1스위칭부(141) 및 제2스위칭부(145)가 서로 절연되고, 제2스위칭부(145) 및 3차측 정류부(150)가 서로 절연되는 절연형의 구조를 가질 수 있다.
제2스위칭부(145)는 변압기(143)의 2차측 단자(N21, N22)와 제1커패시터(C1) 사이에 연결될 수 있다. 제2스위칭부(145)는 다수의 스위칭소자들, 예컨대 제5스위칭소자(S5) 내지 제8스위칭소자(S8)가 풀 브릿지 회로의 형태로 구성될 수 있다.
제5스위칭소자(S5) 및 제7스위칭소자(S7)는 변압기(143)의 하나의 2차측 단자(N21)에 공통으로 연결될 수 있다. 제6스위칭소자(S6) 및 제8스위칭소자(S8)는 변압기(143)의 다른 하나의 2차측 단자(N22)에 공통으로 연결될 수 있다. 또한, 제5스위칭소자(S5) 및 제7스위칭소자(S7)는 제6스위칭소자(S6) 및 제8스위칭소자(S8)와 병렬로 연결될 수 있다.
제2스위칭부(145)는 제5스위칭소자(S5) 내지 제8스위칭소자(S8)의 스위칭 동작에 따라 변압기(143)의 2차측 단자(N21, N22)를 통해 인가되는 전류 또는 전압을 제1커패시터(C1)에 제공할 수 있다. 여기서, 제2스위칭부(145)를 통해 출력되는 전류 또는 전압은 고레벨의 직류일 수 있다. 제5스위칭소자(S5) 내지 제8스위칭소자(S8)는 FET(field effect transistor) 또는 다이오드 등으로 구성될 수 있다.
또한, 제2스위칭부(145)는 제5스위칭소자(S5) 내지 제8스위칭소자(S8)의 스위칭 동작에 따라 고전압 배터리(HVB)로부터 인가된 고레벨의 전류 또는 전압을 변압기(143)의 2차측 단자(N21, N22)에 제공할 수 있다. 이는 OBC회로(100A)의 역률보상 컨버터(140)를 구성하는 변압기(143)와 제2스위칭부(145)가 LDC회로(100B)와 공통으로 이용되기 때문이다.
즉, 역률보상 컨버터(140)는 제1스위칭부(141)와 제2스위칭부(145)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이에, 역률보상 컨버터(140)는 전기자동차의 충전모드에서 외부에서 인가된 교류전원(AC)이 고전압의 직류전원으로 변환되어 고전압 배터리(HVB)로 인가되도록 하는 충전패스(path)를 구성할 수 있다. 또한, 역률보상 컨버터(140)는 전기자동차의 저전압 변환모드에서 고전압 배터리(HVB)에서 인가된 고전압의 직류전원이 LDC회로(100B)의 3차측 정류부(150)로 인가되도록 하는 전압변환패스를 구성할 수 있다. 충전패스에서는 역률보상 컨버터(140)의 제1스위칭부(141) 및 제2스위칭부(145)가 모두 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 그러나, 전압변환패스에서는 역률보상 컨버터(140)의 제2스위칭부(145)만이 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
써지제거부(130)는 역률보상 컨버터(140)의 제1인덕터(L1)와 제1스위칭부(141) 사이에 병렬로 연결될 수 있다. 써지제거부(130)는 제1인덕터(L1)의 인덕턴스와 변압기(143)의 리키지(leakage) 인덕턴스의 충돌에 의해 발생되는 써지를 제거할 수 있다. 써지제거부(130)는 제1스위칭부(141)의 제1스위칭소자(S1) 내지 제4스위칭소자(S4)가 써지에 의해 파손되는 것을 방지함으로써, OBC회로(100A)의 동작 신뢰성을 높일 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 써지제거부(130)는 일단이 제1인덕터(L1)와 제1스위칭부(141) 사이에 병렬 연결된 스위칭소자, 예컨대 제5다이오드(D5), 제5다이오드(D5)의 타단과 접지 사이에 직렬 연결된 제3커패시터(C3) 및 제5다이오드(D5)의 타단과 접지 사이에 제3커패시터(C3)와 병렬 연결된 저항(R)을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 써지제거부(130)는 제5다이오드(D5)를 통해 인가되는 써지전류(Id)의 일부에 따른 제거전류(If)를 저항(R)으로 흐르게 하여 제거함으로써, 제2커패시터(C2)에 고레벨의 전압이 충전되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 써지제거부(130)는 써지제거부(130)는 일단이 제1인덕터(L1)와 제1스위칭부(141) 사이에 병렬 연결된 스위칭소자, 예컨대 제5다이오드(D5), 제5다이오드(D5)의 타단과 접지 사이에 직렬 연결된 제3커패시터(C3) 및 제5다이오드(D5)의 타단 및 접지에 연결된 DC컨버터(135)를 포함할 수 있다.
도 4의 써지제거부(130)는 제5다이오드(D5)를 통해 인가되는 써지전류(Id)의 일부에 따른 제거전류(If)를 DC컨버터(135)에 인가되도록 할 수 있다. 이에 따라, 제2커패시터(C2)에 고레벨의 전압이 충전되는 것을 방지할 수 있다.
이때, DC컨버터(135)는 인가된 제거전류(If)로부터 2개의 보상전압, 예컨대 제1전압(VH) 및 제2전압(VL)을 생성할 수 있다. 그리고, 생성된 제1전압(VH) 및 제2전압(VL)은 역률보상 컨버터(140)의 제1커패시터(C1) 양단의 H노드(H)와 L노드(L)에 각각 인가될 수 있다. 이에 따라, 제1커패시터(C1)에 충전되는 전압은 DC컨버터(135)에서 생성된 보상전압만큼 커질 수 있다. 즉, 써지제거부(130)는 써지전류(Id)의 일부를 전압으로 변환하여 제1커패시터(C1)에 보상전압으로 제공함으로써 고전압 배터리(HVB)가 빠르고 안정적으로 충전되도록 할 수 있다.
도 5는 도 2의 써지제거부의 동작을 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 써지제거부(130)에는 써지전류(Id)의 평균값에 해당되는 크기를 갖는 제거전류(If)가 인가될 수 있다. 그리고, 도 3의 써지제거부(130)와 같이 저항(R)을 통해 제거전류(If)를 소비하여 제거하거나 또는 도 4의 써지제거부(130)와 같이 DC컨버터(135)를 통해 제거전류(If)로부터 전압을 생성하여 역률보상 컨버터(140)의 출력단에 보상전압으로 제공할 수 있다. 여기서, 써지전류(Id)는 0.1~0.2의 듀티비를 가지는 전류일 수 있다.
다시 도 2 내지 도 4를 참조하면, LDC회로(100B)는 역률보상 컨버터(140)의 변압기(143) 및 제2스위칭부(145)와, 3차측 정류부(150) 및 LC필터(160)를 포함할 수 있다. LDC회로(100B)는 고전압 배터리(HVB)로부터 제공된 고전압 직류전원을 저전압 직류전원으로 변환하고, 변환된 직류전원을 저전압 배터리(LVB)로 제공하여 이를 충전시킬 수 있다. 여기서, LDC회로(100B)에 구성되는 변압기(143) 및 제2스위칭부(145)는 앞서 설명된 OBC회로(100A)에 구성되는 변압기(143) 및 제2스위칭부(145)와 동일한 것이므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
3차측 정류부(150)는 변압기(143)의 3차측 단자(N31, N32)에 연결될 수 있다. 3차측 정류부(150)는 제2스위칭부(145), 변압기(143)의 2차측 단자(N21, N22) 및 3차측 단자(N31, N32)를 통해 인가된 고전압 전원을 저전압 직류전원으로 변환하여 출력할 수 있다.
3차측 정류부(150)는 제9스위칭소자(S9) 및 제10스위칭소자(S10)를 포함할 수 있다. 제9스위칭소자(S9)의 일단은 변압기(143)의 하나의 3차측 단자(N31)에 연결될 수 있다. 제10스위칭소자(S10)의 일단은 변압기(143)의 다른 하나의 3차측 단자(N32)에 연결될 수 있다. 또한, 제9스위칭소자(S9) 및 제10스위칭소자(S10)의 각 타단은 LC필터(160)의 제2커패시터(C2)의 일단에 공통으로 연결될 수 있다.
상술한 3차측 정류부(150)의 제9스위칭소자(S9) 및 제10스위칭소자(S10)는 FET로 구성될 수 있으며, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 다이오드로 구성될 수도 있다.
도 6a를 참조하면, 3차측 정류부(150)의 제9스위칭소자(S9) 및 제10스위칭소자(S10)는 다이오드로 구성될 수 있다.
제9스위칭소자(S9) 및 제10스위칭소자(S10) 각각의 애노드 단자는 변압기(143)의 3차측 단자(N31, N32)에 각각 연결될 수 있다. 제9스위칭소자(S9) 및 제10스위칭소자(S10) 각각의 캐소드 단자는 LC필터(160)의 제2인덕터(L2)의 일단에 공통으로 연결될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 3차측 정류부(150)의 제9스위칭소자(S9) 및 제10스위칭소자(S10)는 다이오드로 구성될 수 있다.
제9스위칭소자(S9) 및 제10스위칭소자(S10) 각각의 캐소드 단자는 변압기(143)의 3차측 단자(N31, N32)에 각각 연결될 수 있다. 제9스위칭소자(S9) 및 제10스위칭소자(S10) 각각의 애노드 단자는 LC필터(160)의 제2커패시터(C2)의 일단에 공통으로 연결될 수 있다.
다시 도 2 내지 도 4를 참조하면, LC필터(160)는 3차측 정류부(150)와 저전압 배터리(LVB) 사이에 연결될 수 있다. LC 필터(160)는 3차측 정류부(150)로부터 제공된 저전압 직류전원을 평활시킬 수 있다. LC필터(160)는 변압기(143)의 중간단자(N33)에 연결된 제2인덕터(L2) 및 이에 병렬로 연결된 제2커패시터(C2)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예의 전기자동차 충전 및 저전압 변환 복합회로는 고전압 직류전원을 생성하여 고전압 배터리(HVB)를 충전시키는 OBC회로(100A)와 저전압 직류전원을 생성하여 저전압 배터리(LVB)를 충전시키는 LDC회로(100B)를 포함하여 구성되되, OBC회로(100A)의 역률보상 컨버터(140)의 일부 구성, 즉 변압기(143) 및 제2스위칭부(145)가 LDC회로(100B)에서 공통으로 사용될 수 있도록 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 충전 및 저전압 변환 복합회로의 소자 수가 줄어들게 되어 회로 전체의 크기가 감소됨으로써 제작 단가가 절감될 수 있다.
또한, 본 발명의 복합회로는 LDC회로(100B)의 출력단에 전압변환회로가 구성되지 않아도 되므로, 전압 변환시 손실이 감소될 수 있다.
또한, 본 발명의 복합회로는 인덕턴스 충돌에 의한 써지전류를 제거하거나 OBC회로(100A)의 출력단에 보상전압으로 공급함으로써, OBC회로(100A)의 동작 신뢰성을 높일 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차의 충전 및 저전압 변환 복합회로의 구성을 나타내는 도면이고, 도 8은 도 7의 회로도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 전기자동차의 충전 및 저전압 변환 복합회로는 앞서 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 회로와 대비하여, 역률보상 컨버터(140')에 벅/부스트 컨버터(170)가 포함되는 것을 제외하고 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 동일 기재에 대해서는 동일 부호로 나타내고, 그에 따른 상세한 설명은 생략한다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예의 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로는 전기자동차의 고전압 배터리(HVB)를 충전하기 위한 OBC회로(100A)와 전기자동차의 저전압 배터리(LVB)를 충전하기 위한 LDC회로(100B)를 포함할 수 있다.
OBC회로(100A)는 EMI필터(110), 정류부(120), 써지제거부(130) 및 역률보상 컨버터(140')를 포함할 수 있다. 역률보상 컨버터(140')는 제1인덕터(L1), 제1스위칭부(141), 변압기(143), 제2스위칭부(145), 제1커패시터(C1) 및 벅/부스트 컨버터(170)를 포함할 수 있다. LDC회로(100B)는 OBC회로(100A)의 역률보상 컨버터(140')의 일부, 즉 변압기(143), 제2스위칭부(145) 및 벅/부스트 컨버터(170)와, 3차측 정류부(120) 및 LC필터(160)를 포함할 수 있다.
상술한 OBC회로(100A)와 LDC회로(100B)는 역률보상 컨버터(140')의 제1스위칭부(141) 및 제2스위칭부(143)의 스위칭 동작에 따라 고전압 배터리(HVB)를 충전시키도록 동작되거나 또는 저전압 배터리(LVB)를 충전시키도록 동작될 수 있다.
여기서, 역률보상 컨버터(140')는 절연형의 구조를 가질 수 있다. 또한, 써지제거부(130)는 역률보상 컨버터(140') 내에서 인덕턴스 충돌로 인해 발생되는 써지전류의 일부를 소비하여 제거하거나 또는 써지전류의 일부를 전압으로 변환하여 OBC회로(100A)의 출력단에 보상전압으로 제공할 수 있다.
벅/부스트 컨버터(170)는 양방향으로 동작되는 컨버터 회로일 수 있다. 예컨대, 충전 및 저전압 변환 복합회로가 전기자동차의 충전을 위한 OBC회로(100A)로 동작될 때, 벅/부스트 컨버터(170)는 벅 컨버터로 동작되고, 이에 따라 외부에서 인가된 교류전원(AC)이 고전압 직류전원으로 변환되어 고전압 배터리(HVB)에 충전될 수 있다. 또한, 충전 및 저전압 변환 복합회로가 전기자동차의 전장부품을 위한 LDC회로(100B)로 동작될 때, 벅/부스트 컨버터(170)는 부스트 컨버터로 동작되고, 이에 따라 고전압 배터리(HVB)에서 인가된 고전압 직류전원이 저전압 직류전원으로 변환되어 저전압 배터리(LVB)에 충전될 수 있다.
상술한 벅/부스트 컨버터(170)는 FET 또는 다이오드로 구성되는 제11스위칭소자(S11) 및 제12스위칭소자(S12)와, 제3인덕터(L3) 및 제4커패시터(C4)를 포함할 수 있다. 제11스위칭소자(S11)와 제12스위칭소자(S12)는 서로 직렬 연결되어 제1커패시터(C1)와 병렬 연결될 수 있다. 제3인덕터(L3)와 제4커패시터(C4)는 제11스위칭소자(S11) 및 제12스위칭소자(S12) 사이에 연결되어 LC필터를 구성할 수 있다.
100A: OBC회로 100B: LDC회로
110: EMI필터 120: 정류부
130: 써지제거부 140: 역률보상 컨버터
141: 제1스위칭부 143: 변압기
145: 제2스위칭부 150: 3차측 정류부
160: LC필터 170: 벅/부스트 컨버터

Claims (10)

  1. 외부에서 인가되는 교류전원을 정류하는 정류부;
    제1인덕터, 변압기, 상기 변압기의 1차측 단자에 연결되는 제1스위칭부, 상기 변압기의 2차측 단자에 연결되는 제2스위칭부 및 제1커패시터를 포함하고, 상기 변압기에 의해 절연형의 구조를 갖는 역률보상 컨버터;
    상기 제1인덕터와 상기 변압기의 인덕턴스 충돌에 의한 써지전류를 제거하기 위한 써지제거부;
    상기 변압기의 3차측 단자에 연결되는 3차측 정류부; 및
    상기 3차측 정류부의 출력을 평활하는 LC필터를 포함하고,
    상기 역률보상 컨버터의 동작에 따라 상기 교류전원으로부터 고전압 전원을 생성하여 고전압 배터리에 제공하거나, 상기 고전압 배터리로부터 제공된 상기 고전압 전원을 상기 3차측 정류부로 제공하여 상기 3차측 정류부에 의해 상기 고전압 전원이 저전압 전원으로 변환되어 저전압 배터리에 제공되는 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 써지제거부는,
    일단이 제1인덕터와 제1스위칭부 사이에 병렬로 연결된 스위칭소자;
    상기 스위칭소자의 타단과 접지 사이에 직렬 연결된 제3커패시터; 및
    상기 스위칭소자의 타단과 상기 접지 사이에서 상기 제3커패시터와 병렬 연결된 저항으로 포함하고,
    상기 스위칭소자를 통해 인가되는 상기 써지전류의 일부에 대응되는 제거전류가 상기 저항에 의해 소비되어 제거되는 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 써지제거부는,
    일단이 제1인덕터와 제1스위칭부 사이에 병렬로 연결된 다이오드;
    상기 스위칭소자의 타단과 접지 사이에 직렬 연결된 제3커패시터; 및
    상기 스위칭소자의 타단과 상기 접지 사이에서 상기 제3커패시터와 병렬 연결된 DC컨버터를 포함하고,
    상기 스위칭소자를 통해 인가되는 상기 써지전류의 일부에 따른 제거전류가 상기 DC컨버터에 의해 전압으로 변환되고, 상기 전압은 상기 역률보상 컨버터의 출력단에 보상전압으로 제공되는 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로.
  4. 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제거전류의 크기는 상기 써지전류의 평균값인 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 역률보상 컨버터는,
    충전모드에서, 상기 제1스위칭부 및 상기 제2스위칭부가 모두 스위칭 동작되어 상기 교류전원으로부터 상기 고전압 전원을 생성하고,
    저전압 변환모드에서, 상기 제2스위칭부만 스위칭 동작되어 상기 고전압 전원이 상기 3차측 정류부로 제공되는 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1인덕터는 상기 정류부와 상기 제1스위칭부 사이에 연결되고, 상기 제1커패시터는 상기 제2스위칭부와 상기 고전압 배터리 사이에 병렬로 연결된 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1커패시터와 상기 고전압 배터리 사이에 연결되며, 상기 고전압 배터리에 상기 고전압 전원을 충전하거나 상기 고전압 전원을 상기 저전압 전원으로 변환하는 벅/부스트 컨버터를 더 포함하는 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 3차측 정류부는,
    일단이 상기 변압기의 3차측 단자에 각각 연결되고, 타단이 상기 LC필터의 커패시터에 공통으로 연결되는 한 쌍의 FET를 포함하는 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 3차측 정류부는,
    애노드전극이 상기 변압기의 3차측 단자에 각각 연결되고, 캐소드전극이 상기 LC필터의 인덕터에 공통으로 연결되는 한 쌍의 다이오드를 포함하는 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 3차측 정류부는,
    애노드전극이 상기 LC필터의 커패시터에 공통으로 연결되고, 캐소드전극이 상기 변압기의 3차측 단자에 각각 연결되는 한 쌍의 다이오드를 포함하는 전기자동차용 충전 및 저전압 변환 복합회로.
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