KR20190139402A - 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치 - Google Patents

저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치 Download PDF

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Abstract

스위칭 소자를 포함하며 상기 스위칭 소자의 온/오프 제어를 통해 입력되는 교류 전력의 역률을 보정하여 직류 전력으로 변환하여 출력하는 역률 보정 컨버터; 상기 역률 보정 컨버터에서 출력되는 전압의 크기를 충전 대상 에너지 저장 장치에서 요구하는 전압의 크기로 변환하는 직류-직류 컨버터; 상기 교류 전력의 차동 모드 성분의 크기에 기반하여 상기 역률 보정 컨버터가 사전 설정된 크기의 전압을 출력하기 위한 상기 스위칭 소자의 제1 듀티값을 결정하는 제1 듀티 제어기; 및 상기 교류 전력의 공통 모드 성분에 기반하여 상기 공통 모드 성분을 제거하기 위한 상기 스위칭 소자의 제2 듀티값을 결정하는 제2 듀티 제어기;를 포함하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치가 개시된다. 상기 제1 듀티값과 상기 제2 듀티값을 합산하여 결정된 최종 듀티값으로 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어할 수 있다.

Description

저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치{CHARGING APPARATUS CAPABLE OF REDUCING LOW FREQUENCY LEAKAGE CURRENT}
본 발명은 에너지 저장 장치를 충전하기 위한 충전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교류 계통 전력에 포함된 공통 모드 성분으로 인한 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차는 충전 설비를 이용하여 교류의 계통 전력을 제공 받아 저장하는 에너지 저장 장치(예를 들어, 배터리)를 포함한다. 에너지 저장 장치를 충전하기 위해서, 차량은 외부의 충전 설비에서 제공되는 교류의 계통 전력을 원하는 크기의 직류 전력으로 변환하는 충전 장치를 포함한다.
차량 내 탑재되는 충전 장치는 통상 OBC(On Board Charger)라 불리며, 입력되는 교류 전력의 역률 보정하여 직류 전압을 생성하기 위한 역률 보정 컨버터와 역률 보정 컨버터의 출력 전압의 크기를 배터리 충전에 요구되는 전압의 크기로 변환하는 직류-직류 컨버터를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 차량 탑재형 충전 장치의 입출력 단에는 노이즈 성분을 제거하기 위해 Y-커패시터가 마련된다. 통상, 차량 탑재형 충전 장치의 입력단에 연결된 Y-커패시터 보다 출력단에 연결된 Y-커패시터가 훨씬 더 큰 커패시턴스를 갖는다.
한편, 차량 외부의 충전 설비가 제공하는 교류 전력은 충전 설비의 형식이나 국가별 전력 공급망의 형식에 따라 대칭형과 비대칭형이 있을 수 있다. 교류 전력이 비대칭형인 경우 공통모드 성분이 존재하게 된다. 이러한 공통모드 성분은 저주파(계통 전력의 주파수) 노이즈로 작용하여 Y-커패시터를 통해 접지로 흘러 나가는 누설전류를 발생시킨다.
특히, 차량 탑재형 충전 장치에 포함되는 직류-직류 컨버터가 트랜스포머(변압기)를 포함하는 절연형인 경우, 직류-직류 컨버터의 입력단과 출력단이 상호 아이솔레이션 되므로, 계통 전력의 공통 모드 성분이 차량 탑재형 충전 장치의 출력단에 영향을 미치지 않지만, 직류-직류 컨버터가 비절연형인 경우에는 직류-직류 컨버터의 입력단과 출력단 사이에 전기적 연결 경로가 형성되므로 계통 전력의 공통 모드 성분이 차량 탑재형 충전 장치의 출력단에 연결된 Y-커패시터를 통해 저주파 누설전류로 흘러 나가게 된다. 전술한 바와 같이, 차량 탑재형 충전 장치의 입력단에 연결된 Y-커패시터 보다 출력단에 연결된 Y-커패시터가 훨씬 더 큰 커패시턴스를 갖기 때문에 대부분의 공통 모드에 의한 저주파 누설전류는 출력단의 Y-커패시터로 집중되는 것이다.
외부 충전 설비는 RCD(Residual Current Detection) 장치를 포함하는데, 이 RCD에서 설정한 기준 검출 레벨(약 30mArms)를 초과하는 저주파 누설전류가 발생하는 경우에 충전 동작이 중단되는 등 문제가 발생할 수 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2016-0013551 A KR 10-2014-0114175 A
이에 본 발명은, 비대칭 교류 전력원에 포함된 공통 모드 성분으로 인한 저주파 누설전류 발생을 감소시킬 수 있는 충전 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
스위칭 소자를 포함하며 상기 스위칭 소자의 온/오프 제어를 통해 입력되는 교류 전력의 역률을 보정하여 직류 전력으로 변환하여 출력하는 역률 보정 컨버터;
상기 역률 보정 컨버터에서 출력되는 전압의 크기를 충전 대상 에너지 저장 장치에서 요구하는 전압의 크기로 변환하는 직류-직류 컨버터;
상기 교류 전력의 차동 모드 성분의 크기에 기반하여 상기 역률 보정 컨버터가 사전 설정된 크기의 전압을 출력하기 위한 상기 스위칭 소자의 제1 듀티값을 결정하는 제1 듀티 제어기; 및
상기 교류 전력의 공통 모드 성분에 기반하여 상기 공통 모드 성분을 제거하기 위한 상기 스위칭 소자의 제2 듀티값을 결정하는 제2 듀티 제어기;를 포함하며,
상기 제1 듀티값과 상기 제2 듀티값을 합산하여 결정된 최종 듀티값으로 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 직류-직류 컨버터의 출력단의 정(+)단자 및 부(-)단자와 접지 사이에 각각 연결된 제1 및 제2 Y-커패시터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 듀티 제어기는, 상기 제1 Y-커패시터 또는 제2 Y-커패시터의 전압과 상기 에너지 저장 장치의 전압 사이의 관계를 기반으로 상기 제2 듀티값을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 듀티 제어기는, 상기 제1 Y-커패시터 및 상기 제2 Y-커패시터의 전압이 상기 에너지 저장 장치의 전압의 1/2이 되도록 상기 제2 듀티값을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 듀티 제어기는, 식 '
Figure pat00001
'을 만족시키도록 상기 제2 듀티값을 결정하는 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있다. 상기 식에서 vY -cap_p는 상기 직류-직류 컨버터의 출력단의 정(+)단자에 연결된 상기 제1 Y-커패시터(CCM1)의 전압이며, vbat는 상기 직류-직류 컨버터의 출력단에 연결된 상기 에너지 저장장치의 전압이고, vlink는 상기 직류-직류 컨버터의 입력단의 직류 링크 전압이며, α는 0과 1 사이에서 결정되는 임의의 상수이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 임의의 상수 α는 0.5에 인접한 값인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 0.5일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 직류-직류 컨버터는 비절연형인 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 역률 보정 컨버터는, 상호 직결되는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자를 갖는 제1 레그; 및 상호 직결되는 제3 스위칭 소자 및 제4 스위칭 소자를 포함하는 제2 레그를 포함하며, 상기 제1 레그와 제2 레그는 상기 직류-직류 컨버터의 입력단의 두 입력 단자 사이에 상호 병렬 관계로 연결되고, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결 노드에 상기 교류 전력을 제공하는 교류 전력원의 일단자가 연결되고, 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 연결 노드에 상기 교류 전력원의 타단자가 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 듀티값은 상기 제1 스위칭 소자의 듀티값 및 제3 스위칭 소자의 듀티값을 포함하며, 상기 제1 스위칭 소자의 듀티값 및 제3 스위칭 소자의 듀티값은 시간에 따라 0.5를 기준으로 증감하는 정현파의 형상을 가지며, 제1 스위칭 소자의 듀티값 및 제3 스위칭 소자의 듀티값은 0.5를 기준으로 서로 상보관계일 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
스위칭 소자를 포함하며 상기 스위칭 소자의 온/오프 제어를 통해 입력되는 교류 전력의 역률을 보정하여 직류 전력으로 변환하여 출력하는 역률 보정 컨버터;
상기 역률 보정 컨버터에서 출력되는 전압의 크기를 충전 대상 에너지 저장 장치에서 요구하는 전압의 크기로 변환하는 직류-직류 컨버터;
상기 직류-직류 컨버터의 출력단의 정(+)단자 및 부(-)단자와 접지 사이에 각각 연결된 제1 및 제2 Y-커패시터;
상기 교류 전력의 차동 모드 성분의 크기에 기반하여 상기 역률 보정 컨버터가 사전 설정된 크기의 전압을 출력하기 위한 상기 스위칭 소자의 제1 듀티값을 결정하는 제1 듀티 제어기; 및
상기 제1 또는 제2 Y-커패시터의 전압을 직류로 만들기 위한 상기 스위칭 소자의 제2 듀티값을 결정하는 제2 듀티 제어기;를 포함하며,
상기 제1 듀티값과 상기 제2 듀티값을 합산하여 결정된 최종 듀티값으로 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 역률 보정 컨버터는, 상호 직결되는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자를 갖는 제1 레그; 및 상호 직결되는 제3 스위칭 소자 및 제4 스위칭 소자를 포함하는 제2 레그를 포함하며, 상기 제1 레그와 제2 레그는 상기 직류-직류 컨버터의 입력단의 두 입력 단자 사이에 상호 병렬 관계로 연결되고, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결 노드에 상기 교류 전력을 제공하는 교류 전력원의 일단자가 연결되고, 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 연결 노드에 상기 교류 전력원의 타단자가 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 듀티 제어기는, 상기 교류 전력원의 공통모드 성분이, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결 노드와 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 연결 노드 사이의 공통모드 성분에 의해 상쇄될 수 있도록 상기 스위칭 소자의 제2 듀티값을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 듀티 제어기는, 상기 제1 Y-커패시터 또는 제2 Y-커패시터의 전압과 상기 에너지 저장 장치의 전압 사이의 관계를 기반으로 상기 제2 듀티값을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 듀티 제어기는, 상기 제1 Y-커패시터 및 상기 제2 Y-커패시터의 전압이 상기 에너지 저장 장치의 전압의 1/2이 되도록 상기 제2 듀티값을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 듀티 제어기는, 식 '
Figure pat00002
'을 만족시키도록 상기 제2 듀티값을 결정할 수 있다(vY -cap_p: 상기 직류-직류 컨버터의 출력단의 정(+)단자에 연결된 상기 제1 Y-커패시터의 전압, vbat: 상기 직류-직류 컨버터의 출력단에 연결된 상기 에너지 저장장치의 전압, vlink: 상기 직류-직류 컨버터의 입력단의 직류 링크 전압, α: 0과 1 사이에서 결정되는 임의의 상수).
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 임의의 상수 α는 0.5에 인접한 값일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 임의의 상수 α는 0.5일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 직류-직류 컨버터는 비절연형 컨버터일 수 있다.
상기 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치에 따르면, 충전 장치에서 발생하는 비대칭 구조의 직류 전력원의 공통모드 성분에 의한 저주파 누설 전류를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치에 따르면, 충전 설비에 구비된 RCD(Residual Current Detection) 감지 레벨(약 30mArms) 이하로 누설전류를 감소시켜 충전 중단 현상이 발생하는 것을 예방할 수 있다.
특히, 상기 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치에 따르면, Y 커패시터의 전압의 크기를 에너지 저장 장치의 전압과 링크 전압을 소정 비율로 스케일링한 값의 차가 되도록 공통모드 제거 듀티값을 생성함으로써, 제어를 위한 듀티값의 포화를 방지하고 넓은 전압 범위에서 공통모드 성분에 의한 저주파 누설 전류를 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치의 공통모드 성분과 Y-커패시터 사이의 연결관계를 도시한 등가회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치의 PFC 컨버터를 제어하는 제1 제어예에 의한 여러 가지 출력 파형을 도시한 파형도들이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치의 PFC 컨버터를 제어하기 위해 적용되는 다양한 듀티값의 예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치의 PFC 컨버터를 제어하는 제2 제어예에 의한 여러 가지 출력 파형을 도시한 파형도들이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 따른 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치는, 역률 보정(Power Factor Correction: PFC) 컨버터(13)와, 직류-직류 컨버터(15), Y-커패시터(CCM1 , CCM2) 및 제1, 2 듀티 제어기(110, 120)를 포함하여 구성될 수 있다.
PFC 컨버터(13)는 외부에서 입력되는 교류 전력(계통 전력)(vg)(11)을 입력 받고 이를 직류 전력으로 변환하여 출력하되, 교류 전력의 역률을 보정하는 기능을 한다. 특히, PFC 컨버터(13)는 복수의 스위칭 소자(Q1 내지 Q4)를 갖는 계통 연계형 인버터 토폴로지를 채용하여 구현될 수 있다.
더욱 구체적으로, PFC 컨버터(13)는, 상호 직결되는 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)를 포함하는 제1 레그 및 상호 직결되는 제3 스위칭 소자(Q3) 및 제4 스위칭 소자(Q4)를 포함하는 제2 레그를 포함할 수 있다. 제1 레그와 제2 레그는 직류-직류 컨버터(15)의 입력단의 두 입력 단자 사이에 상호 병렬 관계로 연결 수 있다. 즉, 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)는 PFC 컨버터(13)의 출력단의 정(+)단자와 부(-)단자 사이에 순차적으로 직렬 연결되고, 제3 스위칭 소자(Q3) 및 제4 스위칭 소자(Q4)는 PFC 컨버터(13)의 출력단의 정(+)단자와 부(-)단자 사이에 순차적으로 직렬 연결될 수 있다.
더하여, PFC 컨버터(13)는, 입력되는 교류 전력의 일단과 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 연결 노드에 각각 양단이 연결된 제1 인덕터(Lac1) 및 입력되는 교류 전력의 타단과 제3 스위칭 소자(Q3) 및 제4 스위칭 소자(Q4)의 연결 노드에 각각 양단이 연결된 제2 인덕터(Lac2)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 인덕터(Lac1, Lac2)는 필터용으로 적용될 수 있다.
PFC 컨버터(13)의 스위칭 소자(Q1-Q4)는 후술하는 제1 듀티 제어기(110) 및 제2 듀티 제어기(120)에 의해 결정되는 듀티값에 의해 온/오프 상태가 제어될 수 있다.
PFC 컨버터(13)의 입력단에는 외부 충전설비 의해 제공되는 교류 전력(vg)이 입력된다. PFC 컨버터(13)의 입력단으로 제공되는 교류 전력은 국가별 또는 충전설비의 사양별로 대칭형(symmetric) 또는 비대칭형(Asymmetric)의 구조를 가질 수 있다. 대칭형 구조로 제공되는 교류 전력은 공통모드 성분을 갖지 않으나, 비대칭형 구조로 제공되는 교류 전력은 교류 전압의 최대 크기(진폭)(vg)의 절반의 크기를 갖는 공통모드 성분의 교류 전압이 존재하게 된다. 이 공통모드 성분은 그 주파수 크기에 대응되는 주파수를 갖는 저주파 누설전류를 발생시키는 원인이 된다. 도 1에 도시된 교류 전력원(11)이 대칭형 구조를 갖는 교류 전력원인 경우 공통모드 성분(vg_CM)은 0이 되고, 비대칭형 구조를 갖는 교류 전력원인 경우 공통모드 성분(vg_CM)은 교류 전력원이 제공하는 교류 전압의 진폭(vg)의 1/2이 된다.
전술한 바와 같이, 교류 전력원(11)의 일 단자(정(+) 단자)는 PFC 컨버터(13) 내 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 연결 노드에 일단이 연결된 제1 인덕터(Lac1)의 타단에 연결되고, 교류 전력원(11)의 타 단자(부(-) 단자)는 PFC 컨버터(13) 내 제3 스위칭 소자(Q3) 및 제4 스위칭 소자(Q4)의 연결 노드에 각각 일단이 연결된 제2 인덕터(Lac2)의 타단에 연결될 수 있다.
PFC 컨버터(13)는 교류 전력원(11)에서 입력된 교류 전력을 직류로 변환하여 출력하며 PFC 컨버터(13)의 출력단의 양 단자 사이에 양단이 연결된 직류링크 커패시터(Clink)는 PFC 컨버터(13)에서 출력되는 전력에 의해 충전되어 일정한 크기의 직류 링크 전압(vlink)을 형성하게 된다.
직류-직류(DC-DC) 컨버터(15)는 PFC 컨버터(13)의 출력 직류 전압(vlink)을 원하는 크기의 직류 전압으로 변환하여 출력할 수 있다. 본 발명의 여러 실시형태는 차량의 배터리(17) 등을 충전하기 위한 직류 전력을 생성하는 충전 장치이므로, 직류-직류 컨버터(15)는 배터리(17)을 충전할 수 있는 크기의 전압을 출력하도록 제어될 수 있다.
본 발명의 여러 실시형태는, 충전 장치의 출력단에 마련되는 Y-커패시터(CCM1, CCM2)로 교류 전력원(11)의 공통모드 성분에 의한 저주파 누설 전류를 감소시키고자 하는 것이므로, 본 발명의 여러 실시형태에서 직류-직류 컨버터(15)는 교류 전력원(11)의 공통모드 성분이 출력단까지 전달될 수 있는 비절연형 구조를 갖는 컨버터일 수 있다. 본 발명의 여러 실시형태에서 적용된 비절연형 직류-직류 컨버터는 당 기술분야에 공지된 다양한 구조를 채용할 수 있으며, 직류-직류 컨버터의 제어 기법 역시 당 기술분야에 공지된 것이므로, 직류-직류 컨버터(15)에 대한 추가적인 설명은 생략하기로 한다.
제1 및 제2 Y-커패시터(CCM1, CCM2)는 직류-직류 컨버터(15)의 출력단(즉, 충전 장치의 출력단)의 정(+)단자 및 부(-)단자에 각각 일단이 연결되고 각각의 타단은 접지(차량의 경우 섀시 접지)에 공통으로 연결될 수 있다.
차량 충전 장치의 경우, 충전 장치의 출력단에 마련된 제1 및 제2 Y-커패시터(CCM1, CCM2)는 충전 장치의 입력단에 설치되는 Y-커패시터(미도시)에 비해 훨씬 더 큰 커패시턴스를 가지므로 공통모드 성분에 의한 저주파 누설 전류(iCG)는 대부분 출력단에 설치된 제1 및 제2 Y-커패시터(CCM1, CCM2)를 통해 접지로 흘러 나가게 된다. 본 발명의 여러 실시형태는 제1 및 제2 Y-커패시터(CCM1, CCM2)를 통해 접지로 흘러 나가는 저주파 누설 전류(iCG)를 감소시키기 위해 후술하는 것과 같이, PFC 컨버터(13) 내 스위칭 소자의 듀티를 적절하게 제어한다.
제1 듀티 제어기(110)는 PFC 컨버터(13)가 사전 설정된 크기의 전압을 출력하도록 스위칭 소자(Q1-Q4)를 제어할 수 있는 듀티값(d)을 결정하여 출력할 수 있다. 즉, 제1 듀티 제어기(110)는 직류 링크 전압(Vlink)의 크기가 사전 설정된 전압이 될 수 있도록 PFC 컨버터(13) 내 스위칭 소자(Q1-Q4)의 제1 듀티값(d)을 결정할 수 있다.
더욱 구체적으로, 제1 듀티 제어기(110)는 직류 링크 전압(Vlink)과 사전 설정된 전압을 비교하여 직류 링크 전압(Vlink)이 사전 설정된 전압을 추종하게 하는 기준 전류값을 생성하고, 입력 전압의 위상 정보에 기반하여 입력 전류를 dq 변환한 값과 기준 전류값을 비교하여 입력 전류가 기준 전류값을 추종하도록 하기 위한 dq축 전압 제어값을 성성한 후 dq축 전압 제어값을 다시 dq 역변환하여 제1 듀티값(d)를 생성할 수 있다. 이러한 제1 듀티 제어기(110)가 제1 듀티값(d)을 생성하는 기법은 인버터형 토폴로지를 적용한 PFC 제어구조에 적용되는 공지의 기술이므로 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제2 듀티 제어기(120)는 공통모드 성분에 의해 발생하는 저주파 누설 전류를 감소시키기 위한 PFC 컨버터(13) 내 스위칭 소자(Q1-Q4)의 제2 듀티값(dCM)을 결정할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 제2 듀티 제어기(120)는 제1 및 제2 Y-커패시터(CCM1, CCM2)의 전압과 충전 대상이 되는 배터리(에너지 저장 장치)(17)의 전압(vbat) 사이의 관계를 기반으로 공통모드 성분에 의해 발생하는 저주파 누설 전류를 감소시키기 위한 PFC 컨버터(13) 내 스위칭 소자(Q1-Q4)의 제2 듀티값(dCM)을 결정할 수 있다.
본 발명이 일 실시형태에서, 제1 듀티 제어기(110)에 의해 결정된 제1 듀티값(d)과 제2 듀티 제어기(120)에 의해 결정된 제2 듀티값(dCM)은 서로 합산되어 PFC 컨버터(13)의 스위칭 소자(Q1-Q4)를 제어하기 위한 최종 듀티값(dnew)이 되며, 이 최종 듀티값(dnew)으로 스위칭 소자(Q1-Q4)의 온/오프를 제어하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치의 공통모드 성분과 Y-커패시터 사이의 연결관계를 도시한 등가회로도이다.
도 2에서, 'vAB _CM'으로 표시된 전압은, PFC 컨버터(13)의 제1 레그를 구성하는 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)의 연결 노드(A)와 제2 레그를 구성하는 제3 스위칭 소자(Q3)와 제4 스위칭 소자(Q4)의 연결 노드(B) 사이에 형성된 전압(vAB)의 공통모드 성분이다.
도 2에 도시된 등가회로도는 도 1에 도시된 회로에서 저주파 공통모드 성분과 관련있는 부분만으로 구현되는 등가회로도이다. 도 1의 회로에서, 인덕터(Lac)는 저주파 성분에 대해서 임피던스가 작으므로 무시 가능하며, 비절연 DC-DC 컨버터(15)의 경우 저주파의 공통 모드 성분을 출력단으로 전달하므로 무시 가능하다. 또한, 출력단의 Y-커패시터의 경우 등가회로 해석 시, DC(-) 라인을 기준으로 해석하는 것이 용이하므로 제2 Y- 커패시터(CCM2)를 통하는 저주파 공통모드 경로를 표현한 것이 적절하다. 도 1에서 이러한 점들을 고려할 때 저주파 공통모드 성분과 관련있는 등가회로도는 도 2와 같이 도출될 수 있다.
도 2에 나타난 것과 같이, 노드(A)와 노드(B) 사이 전압의 공통모드 성분(vAB_CM)을 제어하면 Y-커패시터(도 2에서는 제2 Y-커패시터(CCM2))에 흐르는 교류 전력원의 공통모드 성분(vg _CM)에 의한 누설 전류를 조정할 수 있다. 여기서, 노드(A)와 노드(B) 사이 전압은 계통 연계형 인버터 토폴로지를 적용하여 스위칭 소자(Q1-Q4)의 온/오프 듀티값을 제어하는 것에 의해 결정될 수 있다.
즉, 본 발명은 교류 전력원의 공통모드 성분에 의한 Y-커패시터(CCM1, CCM2)의 저주파 누설 전류를 감소시키기 위해, 교류 전력원의 공통모드 성분(vg _CM)이 노드(A)와 노드(B) 사이 전압의 공통모드 성분(vAB _CM)에 의해 상쇄될 수 있도록 스위칭 소자(Q1-Q4)의 온/오프 듀티값을 제어한다.
이하에서는 공통모드 성분에 의한 Y-커패시터(CCM1, CCM2)의 저주파 누설 전류를 감소시키기 위해, 스위칭 소자(Q1-Q4)의 온/오프 듀티값을 제어하는 두가지 제어예를 상세하게 설명한다.
제1 제어예
먼저 첫번째 제어 기법의 예로서, Y-커패시터(CCM1, CCM2) 각각의 전압(vY _Cap_p, vY_Cap_n)을 직류의 형태로 만들어 저주파 교류 성분을 제거하는 방안으로, Y-커패시터(CCM1, CCM2) 각각의 전압(vY _Cap_p, vY _Cap_n)의 크기를 에너지 저장장치(17)의 전압(vbat)의 1/2 크기의 전압으로 제어하는 경우 Y-커패시터(CCM1, CCM2)를 통해 접지로 흘러 나가는 누설전류(iCG)의 직류 성분 및 저주파 교류 성분을 제거할 수 있다.
이를 위해, 제1 제어예에서는 PFC 컨버터(13)가 Y-커패시터(CCM1, CCM2) 각각의 전압(vY _Cap_p, vY _Cap_n)의 크기를 에너지 저장장치(17)의 전압(vbat)의 1/2 크기의 전압이 되도록 하기 위한 제2 듀티값(dCM)을 생성한다.
직류 링크 전압(vlink)의 크기가 사전 설정된 전압이 되도록 하기 위한 제1 듀티 제어기(110)에서 출력되는 제1 듀티값(d)과 제2 듀티 제어기(120)에서 생성된 제2 듀티값(dCM)은 합산되어 최종 듀티값(dnew)이 생성되고, PFC 컨버터(13) 내 스위칭 소자(Q1-Q4)는 이 최종 듀티값(dnew)으로 온/오프 제어될 수 있다.
이 과정에서, 제2 듀티값(dCM)이 제1 듀티값(d)에 합산되더라도, 전체 스위칭 소자의 듀티가 함께 변경되는 것이므로, 듀티값이 서로 상보관계를 갖는 제1 레그의 스위칭 소자와 제2 레그의 스위칭 소자의 차동모드(differential mode) 성분을 그대로 유지될 수 있다. 따라서, 제1 듀티값에 차동모드 성분을 제거하기 위한 제2 듀티값을 합산하더라도 충전 장치의 전체적인 성능에는 영향을 미치지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치의 PFC 컨버터를 제어하는 제1 제어예에 의한 여러 가지 출력 파형을 도시한 파형도들이다.
도 3의 최상단 파형도는 제1 제어예의 실시 전후의 입력 교류전압(vg), 입력 교류전류(ig), PFC 컨버터(13)의 출력단의 직류 링크전압(vlink) 및 에너지 저장장치의 전압(즉, 직류-직류 컨버터(15) 또는 충전장치의 출력 전압)(vbat)를 도시한 것으로, 제2 듀티 제어기(120)가 작동하여 Y-커패시터(CCM1, CCM2) 각각의 전압(vY _Cap_p, vY_Cap_n)의 크기를 에너지 저장장치(17)의 전압(vbat)의 1/2 크기의 전압으로 제어하기 위한 제2 듀티값(dCM)이 합산되어 PFC 컨버터(13)가 제어되더라도 직류 링크전압(vlink) 및 에너지 저장장치의 전압(vbat)에는 큰 변동이 없음을 확인할 수 있다.
도 3의 상단으로부터 두번째 파형도는 각각의 듀티값을 도시한 것으로, 제1 듀티 제어기(110)에 의해 결정되는 dA는 제1 레그의 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티값을 나타내며, 제1 듀티 제어기(110)에 의해 결정되는 dB는 제2 레그의 제3 스위칭 소자(Q3)의 듀티값을 도시하며, dCM은 제2 듀티 제어기(120)에서 생성된 제2 듀티값을 도시한다. 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티값(dA) 및 제3 스위칭 소자(Q3)의 듀티값(dB) 은 시간에 따라 0.5를 기준으로 증감하는 정현파의 형상을 가지며, 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티값(dA) 및 제3 스위칭 소자(Q3)의 듀티값은 0.5를 기준으로 서로 상보관계를 가질 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 제2 듀티 제어기(120)에서 Y-커패시터(CCM1, CCM2) 각각의 전압(vY _Cap_p, vY _Cap_n)의 크기를 에너지 저장장치(17)의 전압(vbat)의 1/2 크기의 전압으로 제어하기 위한 제2 듀티값(dCM)이 생성되면 이 제2 듀티값(dCM)은 제1 듀티 제어기(110)에 의해 결정된 dA 및 dB에 합산되어 dA 및 dB는 그 크기가 변경된다. 이 크기가 변경된 듀티값이 최종 듀티값(dnew)이 된다.
도 3의 상단으로부터 세번째 파형도는 Y-커패시터(CCM1, CCM2) 각각의 전압(vY_Cap_p, vY _Cap_n)을 도시한 것으로, 제2 듀티 제어기(120)가 작동하기 이전에는 실질적으로 입력 교류전압과 동일한 주파수를 갖는 성분이 Y-커패시터(CCM1, CCM2) 각각의 전압(vY _Cap_p, vY _Cap_n)에 포함되어 있지만, 제2 듀티 제어기(120)가 작동한 이후에는 Y-커패시터(CCM1, CCM2) 각각의 전압(vY _Cap_p, vY _Cap_n)이 실질적으로 동일한 크기의 직류 전압을 나타냄을 확인할 수 있다.
도 3의 최하단 파형도는 두 Y-커패시터(CCM1, CCM2)가 연결된 노드에서 접지로 흘러 나가는 전류(iCG)의 파형도를 도시한 것으로, 제2 듀티 제어기(120)가 작동하기 이전에는 실질적으로 입력 교류전류과 동일한 주파수를 갖는 큰 진폭의 누설 전류가 접지로 흘러 나가지만, 제2 듀티 제어기(120)가 작동한 이후에는 전류(iCG)가 거의 0에 가까워 짐을 확인할 수 있다.
제1 제어예에 의하면, Y-커패시터(CCM1, CCM2) 각각의 전압(vY _Cap_p, vY _Cap_n)의 크기를 에너지 저장장치(17)의 전압(vbat)의 1/2 크기로 제어하기 위한 직류 오프셋 성분이 듀티값 결정에 적용되므로, PFC 컨버터(13)의 후단에 배치되는 직류-직류 컨버터(15)의 승압 또는 강압에 의해 최종 듀티값이 1을 넘어서거나 0보다 작아지는 포화 현상이 발생할 수 있다. 이러한 포화 현상에 대해 도 4 내지 도 7을 통해 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치의 PFC 컨버터를 제어하기 위해 적용되는 다양한 듀티값의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 제1 듀티 제어기(110)에서 출력되는 제1 듀티값(d)의 파형을 도시한 것으로, dA는 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티값을 도시한 파형도이고 dB는 제3 스위칭 소자(Q3)의 듀티값을 도시한 파형도이다. 도 4에 도시된 것과 같이, 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티값(dA)과 제3 스위칭 소자(Q3)의 듀티값(dB)은 각각 0과 1 사이의 값을 가지며 시간에 따라 0.5를 기준으로 증감하는 정현파의 형상을 가질 수 있다. 또한, 두 듀티값(dA, dB)은 서로 0.5를 기준으로 상보적 관계를 갖도록 결정될 수 있다. 각 듀티값(dA, dB)의 피크값(dDM_pk)은 입력 교류전압의 차동모드 성분의 크기에 따라 결정될 수 있다.
본 발명의 제1 제어예는, 도 4에 도시된 제1 듀티값에 공통모드 성분을 제거하기 위한 제2 듀티값(dCM)을 합산하여 최종 듀티값(dnew)를 생성하는 것이다.
도 2에 도시된 등가회로를 참조하면, 도 4와 같이 제2 듀티 제어기(120)이 작동하지 않는 경우 노드(A)와 노드(B) 사이 전압의 공통모드 성분(vAB _CM) 중 직류 성분은 직류 링크 전압의 절반(0.5vlink)이다.
도 5는 PFC 컨버터(13)의 후단에 연결되는 직류-직류 컨버터(15)가 승강압 없이 직류 링크 전압(vlink)을 그대로 에너지 저장장치(17)로 전달하는 경우를 도시한 것이다. 이와 같이, 직류 링크 전압(vlink)과 에너지 저장 장치(17)의 전압이 동일한 경우, 제2 듀티값(dCM)은 직류 오프셋을 갖지 않으므로 노드(A)와 노드(B) 사이 전압의 공통모드 성분(vAB _CM) 중 직류 성분은 그대로 유지될 수 있다. 아울러 제2 듀티값(dCM)은 노드(A)와 노드(B) 사이 전압의 공통모드 성분(vAB _CM) 중 교류 성분만 제거하도록 결정될 수 있다.
반면, 도 6은 PFC 컨버터(13)의 후단에 연결되는 직류-직류 컨버터(15)가 입력되는 직류 링크 전압(vlink)를 승압하는 경우를 도시한 것이다. 이 경우에는 에너지 저장장치(17)의 전압(vbat)이 직류 링크 전압(vlink)보다 더 커지므로, 승압된 에너지 저장장치(17)의 전압(vbat)을 반영하여 제2 듀티 제어기(120)에서 생성되는 제2 듀티값(dCM)은 직류 오프셋 성분을 가져야 한다. 이러한 직류 오프셋 성분을 갖는 제2 듀티값(dCM)을 제1 듀티값(dA, dB)에 합산하는 경우 제1 듀티값 중 일부는 1보다 큰 값을 갖는 포화 영역을 갖게 될 수 있다.
이와 반대로, 도 7은 PFC 컨버터(13)의 후단에 연결되는 직류-직류 컨버터(15)가 입력되는 직류 링크 전압(vlink)를 강압하는 경우를 도시한 것이다. 이 경우에는 에너지 저장장치(17)의 전압(vbat)이 직류 링크 전압(vlink)보다 더 작아지므로, 강압된 에너지 저장장치(17)의 전압(vbat)을 반영하여 제2 듀티 제어기(120)에서 생성되는 제2 듀티값(dCM)은 직류 오프셋 성분을 가져야 한다. 이러한 직류 오프셋 성분을 갖는 제2 듀티값(dCM)을 제1 듀티값(dA, dB)에 합산하는 경우 제1 듀티값 중 일부는 0보다 큰 값을 갖는 포화 영역을 갖게 될 수 있다.
이러한 문제를 해소하고자, 본 발명의 일 실시형태는 다음과 같은 제2 제어예를 제공한다.
제2 제어예
Y-커패시터(CCM1, CCM2) 각각의 전압(vY _Cap_p, vY _Cap_n)의 크기가 서로 동일하지 않는 경우에도 Y-커패시터(CCM1, CCM2)는 직류 성분에 대한 임피던스가 실질적으로 무한대이므로 Y-커패시터(CCM1, CCM2) 통해 접지로 흘러 나가는 전류(iCG)의 직류 성분은 무시할 수 있다.
따라서, 도 2에 도시된 노드(A)와 노드(B) 사이의 공통모드 성분 전압(vAB _CM)의 직류 성분은 무시하고 교류 성분만 계통 전력원의 공통모드 성분(vg _CM)과 동일하도록 제어하여 공통모드 성분에 의한 저주파 누설 전류를 제거할 수 있다. 본 발명의 제2 제어예는 이러한 제거 기법을 적용한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 제2 제어예에서는, 제2 듀티 제어기(120)가 다음의 식을 만족시키기 위한 제2 듀티값(dCM)을 생성하고 이를 제1 듀티값(d)에 합산하여 PFC 컨버터(13)의 스위칭 소자(Q1-Q4)를 제어할 수 있다.
[식]
Figure pat00003
상기 식에서 vY -cap_p는 직류-직류 컨버터(15)의 출력단의 정(+)단자에 연결된 제1 Y-커패시터(CCM1)의 전압이며, vbat는 직류-직류 컨버터(15)의 출력단에 연결된 에너지 저장장치의 전압이며, vlink는 직류-직류 컨버터(15)의 입력단의 직류 링크 전압을 나타낸다. 또한, α는 0과 1 사이에서 결정되는 임의의 상수로 바람직하게는 0.5에 인접한 값이 될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.5가 될 수 있다.
상기 식에 의하면 직류-직류 컨버터(15)의 출력단의 부(-)단자에 연결된 제2 Y-커패시터(CCM2)의 전압의 크기는 항상
Figure pat00004
가 된다.
도 2에서, 노드(A)와 노드(B) 사이의 공통모드 성분 전압(vAB _CM)의 직류 성분은 직류 링크 전압(vlink)의 절반(0.5vlink)이고 제2 Y-커패시터(CCM2)의 전압의 크기는 항상
Figure pat00005
가 되므로 직류-직류 컨버터(15)의 승강압 여부와는 상관없이, '(0.5-α)vlink'의 직류 성분만 고려하여 제2 듀티 제어기(120)가 제2 듀티값(dCM)을 생성할 수 있다. 바람직하게는 α가 0.5에 가까운 값일수록 직류 성분을 고려할 필요가 적어지며, 가장 바람직하게는 'α=0.5'인 경우 직류 오프셋은 전혀 고려하지 않고 노드(A)와 노드(B) 사이의 공통모드 성분 전압(vAB _CM)의 교류 성분만 제2 듀티값(dCM)에 의해 제거할 수 있게 된다.
즉, 제2 제어예는 제1 제어예와는 달리 직류-직류 컨버터(15)의 승강압에 따른 듀티 포화의 문제가 발생하지 않게 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치의 PFC 컨버터를 제어하는 제2 제어예에 의한 여러 가지 출력 파형을 도시한 파형도들이다.
도 8의 최상단 파형도는 제2 제어예의 실시 전후의 입력 교류전압(vg), 입력 교류전류(ig), PFC 컨버터(13)의 출력단의 직류 링크전압(vlink) 및 에너지 저장장치의 전압(즉, 직류-직류 컨버터(15) 또는 충전장치의 출력 전압)(vbat)를 도시한 것으로, 제2 듀티 제어기(120)가 작동하여 Y-커패시터(CCM1, CCM2) 각각의 전압(vY _Cap_p, vY_Cap_n)의 크기를 에너지 저장장치(17)의 전압(vbat)의 1/2 크기의 전압으로 제어하기 위한 제2 듀티값(dCM)이 합산되어 PFC 컨버터(13)가 제어되더라도 직류 링크전압(vlink) 및 에너지 저장장치의 전압(vbat)에는 큰 변동이 없음을 확인할 수 있다.
도 8의 상단으로부터 두번째 파형도는 각각의 듀티값을 도시한 것으로, 제1 듀티 제어기(110)에 의해 결정되는 dA는 제1 레그의 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티값을 나타내며, 제1 듀티 제어기(110)에 의해 결정되는 dB는 제2 레그의 제3 스위칭 소자(Q3)의 듀티값을 도시하며, dCM은 제2 듀티 제어기(120)에서 생성된 제2 듀티값을 도시한다. 도 8에 도시된 것과 같이, 제2 듀티 제어기(120)에서 상기 식 2를 만족하기 위한 제2 듀티값(dCM)이 생성되면 이 제2 듀티값(dCM)은 제1 듀티 제어기(110)에 의해 결정된 dA 및 dB에 합산되어 dA 및 dB는 그 크기가 변경된다. 이 크기가 변경된 듀티값이 최종 듀티값(dnew)이 된다.
도 8의 상단으로부터 세번째 파형도는 Y-커패시터(CCM1, CCM2) 각각의 전압(vY_Cap_p, vY _Cap_n)을 도시한 것으로, 제2 듀티 제어기(120)가 작동하기 이전에는 실질적으로 입력 교류전압과 동일한 주파수를 갖는 성분이 Y-커패시터(CCM1, CCM2) 각각의 전압(vY _Cap_p, vY _Cap_n)에 포함되어 있지만, 제2 듀티 제어기(120)가 작동한 이후에는 Y-커패시터(CCM1, CCM2) 각각의 전압(vY _Cap_p, vY _Cap_n)에서 교류 성분이 제거되고 직류 전압을 출력함을 확인할 수 있다.
도 8의 최하단 파형도는 두 Y-커패시터(CCM1, CCM2)가 연결된 노드에서 접지로 흘러 나가는 전류(iCG)의 파형도를 도시한 것으로, 제2 듀티 제어기(120)가 작동하기 이전에는 실질적으로 입력 교류전류과 동일한 주파수를 갖는 큰 진폭의 누설 전류가 접지로 흘러 나가지만, 제2 듀티 제어기(120)가 작동한 이후에는 전류(iCG)가 거의 0에 가까워 짐을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치는, 비대칭 구조의 직류 전력원의 공통모드 성분에 의한 저주파 누설 전류를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치는, 충전 설비에 구비된 RCD(Residual Current Detection) 감지 레벨(약 30mArms) 이하로 누설전류를 감소시켜 충전 중단 현상이 발생하는 것을 예방할 수 있다.
특히, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치는, Y 커패시터의 전압의 크기를 에너지 저장 장치의 전압과 링크 전압을 소정 비율로 스케일링한 값의 차가 되도록 공통모드 제거 듀티값을 생성함으로써, 제어를 위한 듀티값의 포화를 방지하고 넓은 전압 범위에서 공통모드 성분에 의한 저주파 누설 전류를 제거할 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 청구범위의 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
11: 교류 전력원 13: 역률 보정(PFC) 컨버터
15: 직류-직류(DC-DC) 컨버터 17: 에너지 저장장치(배터리)
110: 제1 듀티 제어기 130: 제2 듀티 제어기
CCM1, CCM2: Y-커패시터

Claims (19)

  1. 스위칭 소자를 포함하며 상기 스위칭 소자의 온/오프 제어를 통해 입력되는 교류 전력의 역률을 보정하여 직류 전력으로 변환하여 출력하는 역률 보정 컨버터;
    상기 역률 보정 컨버터에서 출력되는 전압의 크기를 충전 대상 에너지 저장 장치에서 요구하는 전압의 크기로 변환하는 직류-직류 컨버터;
    상기 교류 전력의 차동 모드 성분의 크기에 기반하여 상기 역률 보정 컨버터가 사전 설정된 크기의 전압을 출력하기 위한 상기 스위칭 소자의 제1 듀티값을 결정하는 제1 듀티 제어기; 및
    상기 교류 전력의 공통 모드 성분에 기반하여 상기 공통 모드 성분을 제거하기 위한 상기 스위칭 소자의 제2 듀티값을 결정하는 제2 듀티 제어기;를 포함하며,
    상기 제1 듀티값과 상기 제2 듀티값을 합산하여 결정된 최종 듀티값으로 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 직류-직류 컨버터의 출력단의 정(+)단자 및 부(-)단자와 접지 사이에 각각 연결된 제1 및 제2 Y-커패시터를 더 포함하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 듀티 제어기는, 상기 제1 Y-커패시터 또는 제2 Y-커패시터의 전압과 상기 에너지 저장 장치의 전압 사이의 관계를 기반으로 상기 제2 듀티값을 결정하는 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 듀티 제어기는, 상기 제1 Y-커패시터 및 상기 제2 Y-커패시터의 전압이 상기 에너지 저장 장치의 전압의 1/2이 되도록 상기 제2 듀티값을 결정하는 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 듀티 제어기는, 식 '
    Figure pat00006
    '을 만족시키도록 상기 제2 듀티값을 결정하는 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치(vY -cap_p: 상기 직류-직류 컨버터의 출력단의 정(+)단자에 연결된 상기 제1 Y-커패시터의 전압, vbat: 상기 직류-직류 컨버터의 출력단에 연결된 상기 에너지 저장장치의 전압, vlink: 상기 직류-직류 컨버터의 입력단의 직류 링크 전압, α: 0과 1 사이에서 결정되는 임의의 상수).
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 임의의 상수 α는 0.5에 인접한 값인 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 임의의 상수 α는 0.5인 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 직류-직류 컨버터는 비절연형인 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 역률 보정 컨버터는,
    상호 직결되는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자를 갖는 제1 레그; 및
    상호 직결되는 제3 스위칭 소자 및 제4 스위칭 소자를 포함하는 제2 레그를 포함하며,
    상기 제1 레그와 제2 레그는 상기 직류-직류 컨버터의 입력단의 두 입력 단자 사이에 상호 병렬 관계로 연결되고, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결 노드에 상기 교류 전력을 제공하는 교류 전력원의 일단자가 연결되고, 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 연결 노드에 상기 교류 전력원의 타단자가 연결된 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 듀티값은 상기 제1 스위칭 소자의 듀티값 및 제3 스위칭 소자의 듀티값을 포함하며, 상기 제1 스위칭 소자의 듀티값 및 제3 스위칭 소자의 듀티값은 시간에 따라 0.5를 기준으로 증감하는 정현파의 형상을 가지며, 제1 스위칭 소자의 듀티값 및 제3 스위칭 소자의 듀티값은 0.5를 기준으로 서로 상보관계인 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
  11. 스위칭 소자를 포함하며 상기 스위칭 소자의 온/오프 제어를 통해 입력되는 교류 전력의 역률을 보정하여 직류 전력으로 변환하여 출력하는 역률 보정 컨버터;
    상기 역률 보정 컨버터에서 출력되는 전압의 크기를 충전 대상 에너지 저장 장치에서 요구하는 전압의 크기로 변환하는 직류-직류 컨버터;
    상기 직류-직류 컨버터의 출력단의 정(+)단자 및 부(-)단자와 접지 사이에 각각 연결된 제1 및 제2 Y-커패시터;
    상기 교류 전력의 차동 모드 성분의 크기에 기반하여 상기 역률 보정 컨버터가 사전 설정된 크기의 전압을 출력하기 위한 상기 스위칭 소자의 제1 듀티값을 결정하는 제1 듀티 제어기; 및
    상기 제1 또는 제2 Y-커패시터의 전압을 직류로 만들기 위한 상기 스위칭 소자의 제2 듀티값을 결정하는 제2 듀티 제어기;를 포함하며,
    상기 제1 듀티값과 상기 제2 듀티값을 합산하여 결정된 최종 듀티값으로 상기 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 역률 보정 컨버터는,
    상호 직결되는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자를 갖는 제1 레그; 및
    상호 직결되는 제3 스위칭 소자 및 제4 스위칭 소자를 포함하는 제2 레그를 포함하며,
    상기 제1 레그와 제2 레그는 상기 직류-직류 컨버터의 입력단의 두 입력 단자 사이에 상호 병렬 관계로 연결되고, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결 노드에 상기 교류 전력을 제공하는 교류 전력원의 일단자가 연결되고, 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 연결 노드에 상기 교류 전력원의 타단자가 연결된 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 제2 듀티 제어기는,
    상기 교류 전력원의 공통모드 성분이, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결 노드와 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자의 연결 노드 사이의 공통모드 성분에 의해 상쇄될 수 있도록 상기 스위칭 소자의 제2 듀티값을 결정하는 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 듀티 제어기는, 상기 제1 Y-커패시터 또는 제2 Y-커패시터의 전압과 상기 에너지 저장 장치의 전압 사이의 관계를 기반으로 상기 제2 듀티값을 결정하는 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 듀티 제어기는, 상기 제1 Y-커패시터 및 상기 제2 Y-커패시터의 전압이 상기 에너지 저장 장치의 전압의 1/2이 되도록 상기 제2 듀티값을 결정하는 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 듀티 제어기는, 식 '
    Figure pat00007
    '을 만족시키도록 상기 제2 듀티값을 결정하는 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치(vY -cap_p: 상기 직류-직류 컨버터의 출력단의 정(+)단자에 연결된 상기 제1 Y-커패시터의 전압, vbat: 상기 직류-직류 컨버터의 출력단에 연결된 상기 에너지 저장장치의 전압, vlink: 상기 직류-직류 컨버터의 입력단의 직류 링크 전압, α: 0과 1 사이에서 결정되는 임의의 상수).
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 임의의 상수 α는 0.5에 인접한 값인 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 임의의 상수 α는 0.5인 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 직류-직류 컨버터는 비절연형인 것을 특징으로 하는 저주파 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 장치.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102660347B1 (ko) * 2018-12-06 2024-04-24 현대자동차주식회사 누설전류를 감소시킬 수 있는 충전 시스템

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007097389A (ja) * 2005-08-30 2007-04-12 Fuji Electric Holdings Co Ltd 電力変換装置
JP2014007840A (ja) * 2012-06-22 2014-01-16 Mitsubishi Electric Corp 交流直流変換装置、およびそれを備えた空気調和機
KR20140104990A (ko) * 2011-12-14 2014-08-29 르노 에스.아.에스. 자동차에서 고주파 누설 전류들을 보상하는 시스템 및 방법
KR20140114175A (ko) 2013-03-18 2014-09-26 엘에스산전 주식회사 충전기의 동작 방법
KR20160013551A (ko) 2014-07-28 2016-02-05 현대자동차주식회사 친환경 자동차의 완속 충전 제어 방법

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004066094A2 (en) * 2003-01-22 2004-08-05 Power Innovations International, Inc. Power conditioner and backup for security scanning equipment
TW200723662A (en) * 2005-12-07 2007-06-16 Jentec Technology Co Ltd Switching power-converting device capable of decreasing low frequency common-mode voltage at the secondary side
JP5422178B2 (ja) 2008-11-12 2014-02-19 株式会社東芝 系統連系インバータ
TWI384744B (zh) * 2009-12-22 2013-02-01 Ind Tech Res Inst 交流轉直流之轉換電路架構
US9099945B2 (en) * 2010-08-26 2015-08-04 Mitsubishi Electric Corporation Leakage current reducing apparatus
US8441235B2 (en) * 2011-01-31 2013-05-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Battery charger digital control circuit and method
US9257864B2 (en) * 2012-03-21 2016-02-09 Cistel Technology Inc. Input power controller for AC/DC battery charging
US9559581B2 (en) * 2013-04-17 2017-01-31 The Regents Of The University Of Michigan Single phase bi-directional AC-DC converter with reduced passive components size and common mode electro-magnetic interference
US9431169B2 (en) * 2013-06-07 2016-08-30 Qualcomm Incorporated Primary power supply tuning network for two coil device and method of operation
JP5850116B1 (ja) * 2014-09-26 2016-02-03 ダイキン工業株式会社 電力変換装置
JP2017069996A (ja) 2015-09-28 2017-04-06 田淵電機株式会社 非絶縁電力変換装置及び非絶縁電力変換システム
WO2017138176A1 (ja) * 2016-02-08 2017-08-17 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP6690317B2 (ja) 2016-03-11 2020-04-28 株式会社明電舎 電力変換装置
US20180054140A1 (en) * 2016-08-22 2018-02-22 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Interface converter common mode voltage control
JP6784607B2 (ja) * 2017-02-06 2020-11-11 株式会社京三製作所 絶縁電源、及び電力変換装置
US10205401B1 (en) * 2017-07-11 2019-02-12 Alexei V. Nikitin Controllers for regulated power inverters, AC/DC, and DC/DC converters
KR102523253B1 (ko) * 2018-03-21 2023-04-20 현대자동차주식회사 전기 자동차의 충전 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007097389A (ja) * 2005-08-30 2007-04-12 Fuji Electric Holdings Co Ltd 電力変換装置
KR20140104990A (ko) * 2011-12-14 2014-08-29 르노 에스.아.에스. 자동차에서 고주파 누설 전류들을 보상하는 시스템 및 방법
JP2014007840A (ja) * 2012-06-22 2014-01-16 Mitsubishi Electric Corp 交流直流変換装置、およびそれを備えた空気調和機
KR20140114175A (ko) 2013-03-18 2014-09-26 엘에스산전 주식회사 충전기의 동작 방법
KR20160013551A (ko) 2014-07-28 2016-02-05 현대자동차주식회사 친환경 자동차의 완속 충전 제어 방법

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