KR20210048164A - 직류 링크 커패시터 방전장치 - Google Patents

직류 링크 커패시터 방전장치 Download PDF

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KR20210048164A
KR20210048164A KR1020190132101A KR20190132101A KR20210048164A KR 20210048164 A KR20210048164 A KR 20210048164A KR 1020190132101 A KR1020190132101 A KR 1020190132101A KR 20190132101 A KR20190132101 A KR 20190132101A KR 20210048164 A KR20210048164 A KR 20210048164A
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유석정
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Abstract

직류 링크 커패시터 방전장치가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 직류 링크 커패시터 방전장치는 차량용 배터리의 직류 링크에 설치되는 직류 링크 커패시터와, 직류 링크 커패시터와 병렬 연결된 방전 저항과, 방전 저항과 직렬 연결된 방전 저항용 스위칭 소자 및 방전 저항용 스위칭 소자를 온 또는 오프시키는 마이크로컨트롤러를 포함하고, 방전 저항용 스위칭 소자는 마이크로컨트롤러로부터 출력된 로우 레벨 스위칭 신호에 의해 턴 온 된다.

Description

직류 링크 커패시터 방전장치{APPARTUS FOR DISCHARGING VOLTAGE OF DC LINK CAPACITOR IN MOTOR DRIVING DEVICE}
본 발명은 직류 링크 커패시터 방전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량에 장착된 모터를 구동시키는 모터 구동 장치 내부의 직류 링크 커패시터에 충전된 에너지를 방전시키는 직류 링크 커패시터 방전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에는 모터를 이용하여 다양한 기능을 수행하는 많은 시스템이 장착되어 있다. 예를 들면, 전자식 브레이크 시스템은 모터의 회전력을 이용하여 차륜에 제동력을 발생시킨다.
이러한 전자식 브레이크 시스템은 차량용 배터리와 모터 사이에 연결된 인버터와, 차량용 배터리와 인버터 사이의 직류 링크에 마련된 직류 링크 커패시터를 포함한다. 직류 링크 커패시터는 차량용 배터리로부터 제공된 직류 전력을 저장하고, 인버터는 직류 링크 커패시터에 저장된 직류 전력을 공급받아 모터를 구동시킨다.
기존의 직류 링크 커패시터 방전장치는 직류 링크 커패시터에 저장된 직류 전력을 방전시킬 수 있도록 방전 저항과 스위칭소자로 이루어진 방전회로를 포함하고, 모터 구동 종료 후 마이크로컨트롤러가 스위칭소자를 오프시켜 직류 링크 커패시터에 저장된 직류 전력을 방전 저항을 통해 방전시킨다.
하지만, 기존에는 외부 전원이 차단되거나 마이크로컨트롤러가 고장일 경우 방전회로가 동작을 안하기 때문에 직류 링크 커패시터에 저장된 직류 전력이 서서히 감소하기 때문에 안전성이 떨어질 수 있다.
일본공개특허공보 특개2017-135955호(2017.08.03.공개) 공개특허공보 제10-2016-0134206호(2016.11.23.공개)
본 발명의 실시예는 직류 링크 커패시터에 충전된 에너지를 안전하고 신뢰성 있게 방전시킬 수 있는 직류 링크 커패시터 방전장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 차량용 배터리의 직류 링크에 설치되는 직류 링크 커패시터; 상기 직류 링크 커패시터와 병렬 연결된 방전 저항; 상기 방전 저항과 직렬 연결된 방전 저항용 스위칭 소자; 및 상기 방전 저항용 스위칭 소자를 온 또는 오프시키는 마이크로컨트롤러를 포함하고, 상기 방전 저항용 스위칭 소자는 상기 마이크로컨트롤러로부터 출력된 로우 레벨 스위칭 신호에 의해 턴 온되는 직류 링크 커패시터 방전장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 방전 저항용 스위칭 소자는 PNP 타입의 트랜지스터일 수 있다.
또한, 상기 차량용 배터리에 직렬 연결된 역전압 방지용 스위칭 소자를 포함하고, 상기 방전 저항용 스위칭 소자는 상기 마이크로컨트롤러로부터 상기 역전압 방지용 스위칭 소자에 출력된 스위칭 신호에 의해 온 또는 오프될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 차량용 배터리의 직류 링크에 설치되는 직류 링크 커패시터; 상기 직류 링크 커패시터와 병렬 연결된 방전 저항; 상기 방전 저항과 직렬 연결되고 PNP 타입의 트랜지스터인 방전 저항용 스위칭 소자; 상기 차량용 배터리에 직렬 연결된 역전압 방지용 스위칭 소자; 및 상기 방전 저항용 스위칭 소자와 역전압 방지용 스위칭 소자를 온 또는 오프시키는 마이크로컨트롤러를 포함하고, 상기 방전 저항용 스위칭 소자는 상기 마이크로컨트롤러로부터 상기 역전압 방지용 스위칭 소자에 출력된 로우 레벨 스위칭 신호에 의해 턴 온 되는 직류 링크 커패시터 방전장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예는 외부 전원이 차단되거나 마이크로컨트롤러가 고장일 경우에도 직류 링크 커패시터에 충전된 에너지를 안전하고 신뢰성 있게 방전시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 직류 링크 커패시터 방전장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 직류 링크 커패시터 방전장치에서 방전전류, 로우 레벨 스위칭 신호 및 직류 링크 커패시터 전압의 상태를 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달할 수 있도록 하기 위해 예로서 제공하는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정하지 않고 다른 형태로 구체화할 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장하여 표현할 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 직류 링크 커패시터 방전장치의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 직류 링크 커패시터 방전장치는 직류 링크 커패시터(Link_cap), 방전 저항(R), 방전 저항용 스위칭 소자(Q1), 역전압 방지용 스위칭 소자(M1), 차지펌프전원(10) 및 마이크로컨트롤러(20)를 포함할 수 있다.
직류 링크 커패시터(Link_cap)는 차량용 배터리의 직류 링크에 설치된다. 이 직류 링크 커패시터(Link_cap)는 병렬 연결된 2개의 직류 링크 커패시터(Link_cap1, Link_cap2)를 포함할 수 있다.
방전 저항(R)은 직류 링크 커패시터(Link_cap)와 병렬 연결된다.
방전 저항용 스위칭 소자(Q1)는 방전 저항(R)과 직렬 연결된다. 방전 저항용 스위칭 소자(Q1)는 마이크로컨트롤러(20)로부터 제공된 로우(Low) 레벨 스위칭 신호에 의해 턴 온 된다.
방전 저항용 스위칭 소자(Q1)는 베이스(B)에 로우(Low) 레벨 스위칭 신호가 입력되면 턴 온 되는 PNP 타입의 트랜지스터(PNP_TR)를 포함할 수 있다.
역전압 방지용 스위칭 소자(M1)는 차량용 배터리(B)와 직류 링크 커패시터(Link_cap) 사이에 직렬 연결된다. 이 역전압 방지용 스위칭 소자(M1)는 모스 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ; MOSFET)를 포함할 수 있다. MOSFET의 드레인(D)은 차량용 배터리(B)에 연결되고, 소스(Source)는 직류 링크 커패시터(Link_cap)에 연결된다.
차지펌프전원(10)은 역전압 방지용 스위칭 소자(M1)의 게이트(G)에 연결된다.
차량용 배터리(B)와 역전압 방지용 스위칭 소자(M1)의 드레인(D) 사이에는 제1 스위치(SW1)가 직렬 연결된다.
차지펌프(Charge Pump)전원(10)과 역전압 방지용 스위칭 소자(M1)의 게이트(G) 사이에는 제2 스위치(SW2)가 직렬 연결된다.
마이크로컨트롤러(20)는 역전압 방지용 스위칭 소자(M1)와 방전 저항용 스위칭 소자(Q1)를 온 또는 시킬 수 있다.
마이크로컨트롤러(20)는 역전압 방지용 스위칭 소자(M1)에 출력된 스위칭 신호에 의해 방전 저항용 스위칭 소자(Q1)를 턴 온 또는 턴 오프시킬 수 있다.
마이크로컨트롤러(20)는 역전압 방지용 스위칭 소자(M1)의 게이트(G) 및 방전 저항용 스위칭 소자(Q1)의 베이스(B)에 동시에 연결된다. 따라서, 마이크로컨트롤러(20)는 역전압 방지용 스위칭 소자(M1)의 게이트(G) 및 방전 저항용 스위칭 소자(Q1)의 베이스(B)에 동일한 레벨의 스위칭 신호를 동시에 출력할 수 있다.
마이크로컨트롤러(20)는 1개의 포트를 공용함으로써 역전압 방지용 스위칭 소자(M1)와 방전 저항용 스위칭 소자(Q1)에 스위칭 신호를 각각 출력할 수 있다.
마이크로컨트롤러(20)는 로우(Low) 레벨 스위칭 신호를 역전압 방지용 스위칭 소자(M1)에 출력시켜 역전압 방지용 스위칭 소자(M1)를 턴 오프 시킨다.
마이크로컨트롤러(20)는 하이(High) 레벨 스위칭 신호를 역전압 방지용 스위칭 소자(M1)에 출력시켜 역전압 방지용 스위칭 소자(M1)를 턴 온 시킨다.
마이크로컨트롤러(20)는 로우(Low) 레벨 스위칭 신호를 방전 저항용 스위칭 소자(Q1)에 출력시켜 방전 저항용 스위칭 소자(Q1)를 턴 온 시킨다.
마이크로컨트롤러(20)는 하이(High) 레벨 스위칭 신호를 방전 저항용 스위칭 소자(Q1)에 출력시켜 방전 저항용 스위칭 소자(Q1)를 턴 오프시킨다.
마이크로컨트롤러(20)는 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)를 온 또는 오프시킬 수 있다.
이하에서는 상기한 구성을 가진 직류 링크 커패시터 방전장치의 작동을 살펴본다.
모터 작동시 마이크로컨트롤러(20)는 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)를 온 시킴과 함께 하이 레벨 스위칭 신호를 출력시킨다. 이 하이 레벨 스위칭 신호에 의해 역전압 방지용 스위칭 소자(M1)는 턴 온 된다. 이와 함께 이 하이 레벨 스위칭 신호는 방전 저항용 스위칭 소자(Q1)에 출력된다. 방전 저항용 스위칭 소자(Q1)는 PNP 트랜지스터이므로 이 하이 레벨 스위칭 신호에 의해 턴 오프 된다.
따라서, 차량용 배터리(B)의 전압이 직류 링크 커패시터(Link_cap)에 충전된다. 이때, 직류 링크 커패시터(Link_cap)에 저장된 직류 전압은 방전 저항용 스위칭 소자(Q1)가 턴 오프 된 상태이므로 방전 저항(R)에 의해 방전되지 않는다. 직류 링크 커패시터(Link_cap)에 저장된 직류 전압은 모터를 구동시키는 인버터에 공급된다. 이로 인해, 모터가 정상 작동한다.
한편, 모터 작동 중 외부 전원이 차단되거나 마이크로컨트롤러(20)가 고장일 경우, 마이크로컨트롤러(20)로부터 로우 레벨 스위칭 신호가 출력되기 때문에 이 로우 레빌 스위칭 신호에 의해 방전 저항용 스위칭 소자(Q1)가 턴 온 된다.
방전 저항용 스위칭 소자(Q1)가 턴 온 됨에 따라 직류 링크 커패시터(Link_cap)에 충전된 전압을 방전 저항(R)에 의해 방전시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 직류 링크 커패시터 방전장치에서 방전전류, 로우 레벨 스위칭 신호 및 직류 링크 커패시터 전압의 상태를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 방전회로 동작 시작점에서 마이크로컨트롤러(20)로부터 출력된 스위칭 신호가 하이 레벨 스위칭 신호에서 로우 레벨 스위칭 신호로 변경될 경우 방전 저항용 스위칭 소자(Q1)는 로우 레빌 스위칭 신호에 의해 턴 온 되므로 직류 링크 커패시터(Link_cap)에 충전된 직류 전압은 방전 저항(R)에 의해 방전된다. 즉, 방전 저항용 스위칭 소자(Q1)에 출력된 스위칭 신호가 로우 레벨 스위칭 신호일 경우 방전 회로가 동작하여 직류 링크 커패시터(Link_cap)에 충전된 직류 전압이 감소하게 된다.
B : 배터리 M1 : 역전압 방지용 스위칭 소자
Link_cap1 : 제1 직류 링크 커패시터
Link_cap2 : 제2 직류 링크 커패시터
Q1 : 방전 저항용 스위칭 소자
10 : 차지펌프전원 20 : 마이크로컨트롤러

Claims (4)

  1. 차량용 배터리의 직류 링크에 설치되는 직류 링크 커패시터;
    상기 직류 링크 커패시터와 병렬 연결된 방전 저항;
    상기 방전 저항과 직렬 연결된 방전 저항용 스위칭 소자; 및
    상기 방전 저항용 스위칭 소자를 온 또는 오프시키는 마이크로컨트롤러를 포함하고,
    상기 방전 저항용 스위칭 소자는 상기 마이크로컨트롤러로부터 출력된 로우 레벨 스위칭 신호에 의해 턴 온되는 직류 링크 커패시터 방전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방전 저항용 스위칭 소자는 PNP 타입의 트랜지스터인 직류 링크 커패시터 방전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차량용 배터리에 직렬 연결된 역전압 방지용 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 방전 저항용 스위칭 소자는 상기 마이크로컨트롤러로부터 상기 역전압 방지용 스위칭 소자에 출력된 스위칭 신호에 의해 온 또는 오프되는 직류 링크 커패시터 방전장치.
  4. 차량용 배터리의 직류 링크에 설치되는 직류 링크 커패시터;
    상기 직류 링크 커패시터와 병렬 연결된 방전 저항;
    상기 방전 저항과 직렬 연결되고 PNP 타입의 트랜지스터인 방전 저항용 스위칭 소자;
    상기 차량용 배터리에 직렬 연결된 역전압 방지용 스위칭 소자; 및
    상기 방전 저항용 스위칭 소자와 역전압 방지용 스위칭 소자를 온 또는 오프시키는 마이크로컨트롤러를 포함하고,
    상기 방전 저항용 스위칭 소자는 상기 마이크로컨트롤러로부터 상기 역전압 방지용 스위칭 소자에 출력된 로우 레벨 스위칭 신호에 의해 턴 온 되는 직류 링크 커패시터 방전장치.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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