KR20210116306A

KR20210116306A - 단상-3상 겸용식 변환회로 및 차량탑재형 충전기

Info

Publication number: KR20210116306A
Application number: KR1020210032279A
Authority: KR
Inventors: 쥔 리우; 잉잉 펑; 순 야오; 런웨이 펑
Original assignee: 썬전 브이맥스 뉴 에너지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2021-09-27
Also published as: WO2021179502A1; KR102532347B1; CN111146851A; JP2021145543A; US11664723B2; US20210288575A1; FR3108213A1; DE112020000086T5; JP7126725B2

Abstract

본 발명은 단상-3상 겸용식 변환회로를 공개하는 데, 그는 EMC모듈, PFC모듈, 스위치K1 및 제어모듈을 포함하되, 상기 EMC모듈은 전력망의 A, B, C, N라인과 상기 PFC모듈 사이에 연결되고 상기 EMC모듈이 인출하는 A1, B1, C1 3개 라인은 상기 PFC모듈과 서로 연결되며, A1, B1, C1 3개 라인은 각각 커패시터 CX1, CX2와 CX3을 통해 설치된 가상 중점까지 연결되고, 상기 가상 중점은 상기 스위치K1을 통해 상기 PFC모듈의 모선 중점과 서로 연결되며, 상기 제어모듈은 전력망 입력신호를 검측하고 전력망 입력신호의 유형에 근거해 상기 스위치K1의 상태를 제어하는 데 사용된다. 본 발명의 기술방안을 이용하면 3상변환모드 공통모드 잡음을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 3상변환모드에 모선 전압 조정 범위가 비교적 큰 제어방식을 이용할 수 있도록 보장할 수 있으며; 단상변환모드로 전환할 때에도 직류측의 공통모드 잡음이 입력형 EMC에 미치는 영향을 줄일 수 있다.

Description

단상-3상 겸용식 변환회로 및 차량탑재형 충전기 {Single Phase-Three Phase Combined Using Type Conversion Circuit and Vehicle-mounting type charger}

본 발명은 전기자동차 충전 기술분야에 속하며, 상세하게는, 단상-3상 겸용식 변환회로 및 차량탑재형 충전기에 관한 것이다.

에너지 절감 및 오염물 배출을 감소시키기 위한 친환경 외출이 권장됨에 따라, 신에너지 자동차의 수요는 나날이 증가하고 있다. 그 중에서 전기자동차는 신에너지 자동차의 대표주자로 꼽힌다. 차량탑재형 충전기는 전기자동차의 중요한 구성부분으로서, 전기자동차가 에너지를 고정 영역과 형식이 없도록 하는 데 도움을 준다. 단상-3상 겸용식 차량탑재형 충전기는 아주 광범위하게 응용되어 다양한 전력망 환경 중에 적용될 수 있으며, 특히, 3상의 차량탑재형 충전기는 충전대기시간을 단축시킬 수 있다.

단상-3상 겸용식 차량탑재형 충전기는 전기자동차 충전에 다양한 편리를 가져다 주지만 메인 회로를 설계할 때 수많은 도전에 직면해야 한다. 단상-3상 겸용식 차량탑재형 충전기는 실제 충전 환경에 근거해 단상과 3상 2개 작동모드 사이에서 전환하게 된다. 일반적으로 3상 작동모드하에서는 교류측과 직류측의 공통모드 잡음을 줄이기 위하여, 직류측의 중점(O)이 커패시터를 통해 N라인에 연결되어 잡음이 지상이 아닌 N라인으로 전달되도록 하며, 교란이 직접 지면을 통과하여 모듈 외면으로 전송되는 분량을 줄이는 동시에, Y커패시터부터 직류 모선 중점을 연결해 잡음을 필터링해 제거할 수 있다. 단상 작업모드에 전환된 상황에서 직류측의 중점(O)은 교란원을 형성하게 되며, 해당 커패시터는 교류측과 직류측의 공통모드 잡음을 증가시킨다. 이외에도, 일부 문헌은 N라인을 모선 중점에 연결하여 3상 작동 시의 공통모드 교란을 줄이지만, 이 경우에는 PFC모선 전압 조정 범위가 제한되고 공간 벡터 제어 등 방식을 이용해 모선 전압이 비교적 폭넓은 범위에서 조정되도록 할 수 없으며, N라인의 연결 또한 단상 입력 상황을 겸용하기 어렵다.

본 발명의 목적은, 상기 종래기술 중 차량탑재형 충전기가 3상충전모드와 단상충전모드에 놓여 있을 때 공통모드 잡음원이 존재하고 경로가 다른 문제를 해결하기 위하여 단상-3상 겸용식 변환회로 구조 및 차량탑재형 충전기를 제시하는 데 있다.

본 발명 실시예는 단상-3상 겸용식 변환회로를 제공하며, EMC모듈, PFC모듈, 스위치K1 및 제어모듈을 포함하되, 상기 EMC모듈은 전력망의 A, B, C, N라인과 상기 PFC모듈 사이에 연결되고, 상기 EMC모듈이 인출하는 A1, B1, C1 3개 라인은 상기 PFC모듈과 서로 연결되며, A1, B1, C1 3개 라인은 각각 커패시터 CX1, CX2와 CX3을 통해 설치된 가상 중점까지 연결되고, 상기 가상 중점은 상기 스위치K1을 통해 상기 PFC모듈의 모선 중점과 서로 연결되며, 상기 제어모듈은 전력망 입력신호를 검측하고 전력망 입력신호의 유형에 근거해 상기 스위치K1의 상태를 제어하는 데 사용된다.

본 발명 실시예에서, 상기 가상 중점은 커패시터CY1를 거쳐 접지한다.

본 발명 실시예는 전력망에 3상 전기가 접속될 때 상기 제어모듈이 스위치K1을 제어하여 도통하도록 하며, 단상 전기가 접속될 때에는 상기 제어모듈이 스위치K1을 제어하여 차단시킨다.

본 발명 실시예에서, 상기 EMC모듈은 EMC필터와 전환장치를 포함하며, 상기 EMC필터는 각각 A, B, C, N라인별로 필터링하는 필터유닛으로 구성되고, 상기 전환장치는 A, B, C, N 각 라인 사이에 설치되는 스위치로 구성되어 상기 EMC필터를 전환하는 형태에 사용한다.

본 발명 실시예에서, 전력망에 3상 전기가 접속될 때 상기 전환장치는 상기 EMC필터가 전력망의 A, B, C, N라인별로 필터링하도록 하는 형태로 설치되며; 단상 전기가 접속될 때 상기 전환장치는 상기 EMC필터가 두 방향 필터링 형태로 설치된다.

본 발명 실시예에서, K1은 단극 쌍투형(SPDT, single pole double throw switch) 스위치로서 전력망에 3상 전기가 접속될 때, 상기 제어모듈은 스위치K1을 제어하여 상기 가상 중점과 상기 PFC모듈의 모선 중점이 도통하도록 하며, 단상 전기가 접속될 때 전력망의 N라인은 상기 EMC모듈이 인출한 A1, B1, C1 3개 라인 중 1개 라인을 통해 출력하며, 상기 제어모듈은 스위치K1을 제어하여 상기 가상 중점을 상기 EMC모듈이 출력하는 N라인과 도통시킨다.

본 발명 실시예는 단상-3상 겸용식 변환회로를 더 제공하는 데, EMC모듈, PFC모듈, 단극 쌍투형 스위치K2와 제어모듈을 포함하되, 상기 EMC모듈은 전력망의 A, B, C, N라인과 상기 PFC모듈 사이에 연결되고 상기 EMC모듈은 A1, B1, C1 3개 라인을 인출하여 상기 입력형 PFC모듈과 서로 연결되며, A1, B1, C1 3개 라인은 각각 커패시터 CX1, CX2와 CX3을 통해 설치된 가상 중점까지 연결되고 상기 가상 중점은 상기 단극 쌍투형 스위치K2의 고정 접점과 서로 연결되며, 상기 PFC모듈의 모선 사이는 직렬 속류 (follow-current) 장치를 설치하고 상기 직렬속류장치의 중점은 상기 EMC모듈로부터 인출된 N1라인과 서로 연결되며, 상기 단극 쌍투형 스위치K2의 제1 동적 접점은 상기 PFC모듈의 모선 중점과 서로 연결되고, 상기 단극 쌍투형 스위치K2의 제2 동적 접점은 상기 EMC모듈로부터 인출된 N1라인과 서로 연결되며, 상기 제어모듈은 전력망 입력신호를 검측하고, 전력망 입력신호의 유형에 근거해 상기 단극 쌍투형 스위치K2의 상태를 제어하는 데 사용된다.

본 발명 실시예에서, 상기 직렬속류장치는 적어도 2개의 직렬연결된 다이오드 또는 적어도 2개의 직렬연결된 트랜지스터를 포함한다.

본 발명 실시예는 전력망에 3상 전기가 접속될 때 상기 제어모듈이 상기 단극 쌍투형 스위치K2의 제1 동적 접점을 제어하여 도통시키고, 단상 전기가 접속될 때 상기 제어모듈이 상기 단극 쌍투형 스위치K2의 제2 동적 접점을 제어하여 도통시킨다.

본 발명 실시예는 전력망에 3상 전기가 접속될 때, 상기 전환장치는 상기 EMC필터가 전력망의 A, B, C, N라인별로 필터링하도록 하는 형태로 설치되며; 단상 전기가 접속될 때 상기 전환장치가 상기 필터 A라인의 필터유닛을 제어하여 상기 PFC모듈에 단독으로 접속하도록 하거나, 또는 상기 필터 A라인의 필터유닛이 B라인의 필터유닛 또는 C라인의 필터유닛과 병렬연결된 후 상기 PFC모듈에 접속하거나, 또는 상기 필터 A라인의 필터유닛이 B라인의 필터유닛 및 C라인의 필터유닛과 병렬연결된 후 상기 PFC모듈에 접속한다.

본 발명은 차량탑재형 충전기를 더 제공하는 데, 상기 단상-3상 겸용식 변환회로를 이용한다.

종래기술에 대비해, 본 발명의 단상-3상 겸용식 변환회로를 이용하면 3상 작동모드하에서 커패시터 CX1 내지 CX3이 형성한 가상 중점이 K1을 통해 모선 중점에 쇼트 커넥트하고 공통모드 전류 회로를 형성하여 전력망에 출력되는 공통모드 잡음을 줄이며, 이와 동시에, 가상 중점 전압이 N라인 전압과 동일하지 않아 PFC모듈이 공간 벡터 제어 등 방식을 이용해 비교적 큰 범위 내에서 모선 전압을 조정할 수 있고, 이때 가상 중점 전압은 N라인 전압에 상대되게 상용주파수(power frequency)의 3배인 저주파 변화 파동과 극히 작은 고주파 잡음을 형성하며; 단상 작업모드하에서 가상 중점과 모선 중점의 연결을 제어하고 차단하여 직류측 중점이 발생시키는 공통모드 잡음을 격리 차단하는 동시에, 상기 EMC필터링 회로를 전환하는 형태를 통해 단상 필터링을 실시하고 전환할 때 3상 필터의 권선을 전면적으로 이용할 수 있어 권선 이용율을 향상시키고 소자의 원가를 줄인다.

본 발명은 3상변환모드와 단상변환모드를 겸용하여 EMC잡음을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 3상변환모드에서 최적화 제어방식(예를 들어, 공간 벡터 제어)를 이용해 PFC모선 전압이 비교적 폭넓은 범위 내에서 조정되도록 함으로써, 기체 성능을 최적화하며; 단상 작동은 잡음을 차단하는 동시에, 입력리플(ripple)을 교차 감소하고 EMC필터를 전환하여 필터링 소자를 최대한 이용한다.

도 1은 본 발명 실시예에 따른 제1종 단상-3상 겸용식 변환회로의 회로도이고;
도 2는 3상모드에서 단상-3상 겸용식 변환회로의 회로도이고;
도 3은 3상모드에서 모선 중점 전압 대(對) N라인 또는 대지 전압의 설명도이고;
도 4는 단상모드에서 PFC 모선 중점 대지 교란전압 설명도이고;
도 5는 단상모드에서의 변환회로의 예시용 회로도이고;
도 6은 2개의 4라인 공통모드 인덕턴스(inductance)를 이용하는 단상 작동 전환 토폴로지 구조도이고;
도 7은 스위치K1과 중점O 사이에 바람직한 저항형 Zsel을 직렬연결하고 가상 중점이 Y커패시터에 접속되며, K1이 단극 쌍투형(SPDT, single pole double throw switch)을 이용하는 회로도이고;
도 8은 본 발명 실시예에 따른 제2종 단상-3상 겸용식 변환회로의 설명도이고;
도 9는 본 발명 실시예에 따른 제2종 단상-3상 겸용식 변환회로가 3상모드에서 나타내는 회로도이고;
도 10은 본 발명 실시예에 따른 제2종 단상-3상 겸용식 변환회로가 단상모드에서 전환방식을 이용하는 회로 설명도이다.

도 1은 가상 중점을 구비하는 단상-3상 겸용식 변환회로의 회로 구조를 도시하였으며, EMC모듈, PFC(Power Factor Correction, 출력 인수 보정)모듈, 중성 클램프 포인트(Clamp point) 스위치K1, 제어모듈과 부하를 포함한다. 상기 EMC모듈은 전력망의 A, B, C, N라인과 상기 PFC모듈 사이에 연결되고, 상기 EMC모듈은 전력망의 A, B, C라인과 서로 대응되는 A1, B1, C1 라인을 인출하여 상기 PFC모듈과 서로 연결시키며, A1, B1, C1 3개 라인은 각각 커패시터 CX1, CX2와 CX3을 통해 가상 중점 O1까지 연결되고, 상기 가상 중점 O1은 상기 스위치K1를 통해 상기 PFC모듈의 모선 중점 O과 서로 연결된다. 상기 제어모듈은 전력망 입력신호를 검측하고 전력망 입력신호의 유형에 근거해 상기 스위치K1의 상태를 제어하는 데 사용된다. 상기 PFC모듈은 전력망이 입력한 전원을 직류전기로 변환시키고 상기 부하에 송전하는 데 사용된다. 상기 PFC모듈의 토폴로지구조는 3상-2레벨의 토폴로지구조를 이용할 수 있으며 3상 비엔나(vienna) 또는 3상 buck 등 토폴로지구조를 이용할 수도 있다.

상기 단상-3상 겸용식 변환회로는 충전기 중에 사용할 수 있으며, 이하에서는 상기 단상-3상 겸용식 변환회로의 작동원리를 설명한다.

먼저, 상기 제어모듈을 통해 전력망이 입력한 A, B, C와 N라인의 신호를 수집하고, 그 다음, 그 작동모드를 판단하며, 이에 근거해 스위치K1의 연통을 제어한다. 스위치K1는 계전기를 이용해 구현할 수 있으며, 예를 들어 MOS, IGBT, 양방향 사이리스터(thyristor) 등으로 형성된 스위치 회로와 같은 반도체 스위치일 수도 있으며, 본 발명은 이에 대해 한정하지 않는다.

상기 제어모듈을 통해 이미 충전기가 3상의 작동모드에 놓여 있다는 것이 확정된 경우, K1이 모선 중점과 가상 중점을 연결하지 않았다면 모선과 지면 사이에 형성된 고주파의 공통모드 교란 잡음은 Y커패시터 또는 기생 커패시터을 통해 입력 포트로 전달되어 전원이 EMC테스트에 통과되기 어렵게 된다. 이 문제에 관해서 도 2는 3상 작업모드에서의 예시용 토폴로지구조를 도시하였는 데, 이 모드하에서 A라인, B라인, C라인, N라인 필터의 인덕턴스(inductance)와 커패시터는 작동상태에 놓인다. 도 2에서 도시하는 바와 같이, 제어모듈이 단상-3상 겸용식 변환회로가 3상 작업모드에 놓여 있다는 것을 판정한 경우, 제어모듈은 스위치K1을 폐쇄하여 직류 모선측의 중점O이 가상 중점O1 및 커패시터CY1와 서로 연결되도록 한다. 이때 A1라인, B1라인과 C1라인은 커패시터 CX1, CX2와 CX3을 통해 모선 중점 커패시터와 회로룰 형성하여 공통모드 교란이 해당 저(低) 저항형 경로를 통해 전송할 수 있도록 하고, 모선 잡음이 입력측에 전달되는 분량을 줄이며; 이와 동시에, 커패시터CY1는 직류측의 공통모드 잡음을 흡수하여 전체 회로 중의 공통모드 잡음을 줄일 수 있다. 이외에도, 모선 중점이 N라인에 의해 클램프되지 않았으므로, 모든 연결은 모두 커패시터에 의한 연결이며; 따라서, 공간 벡터의 변조방식을 이용하여 직류측 커패시터 전압이 보다 폭넓은 조절 범위를 얻도록 할 수 있다. 도 3은 공간 벡터 제어를 이용할 때 모선 중점O이 N라인 또는 지면에 상대되는 전압을 도시하였는 데, 이것은 1개의 저주파 전압으로서, 고주파 신호는 거의 없어 시스템의 EMC교란을 줄인다.

변환기가 단상의 작동모드에 놓여 있는 상황에서 모선 중점 대지전압은 단상 정류인 경우 +Vdc와 -Vdc 사이에서 주기적으로 변화가 발생하고 교류전압이 중첩되게 되며(도 4에서 도시하는 바와 같이, 모선 중점 전압과 지면 사이의 전압), 해당 전압은 입력 제로 크로싱(zero crossing) 근처에서 dv/dt가 높은 소음 분량을 포함한다. K1가 폐쇄되면(모선 중점은 여전히 Y커패시터를 통해 지면과 연결) 직류 모선측 잡음이 가상 중점을 통해 지면에 커플링하여 비교적 큰 교란 잡음을 형성하고 비교적 큰 EMC문제를 발생시킨다.

해당 문제에 관해, 도 5는 단상 작동모드에서의 예시용 토폴로지구조를 도시하였는 데, 해당 모드에서, A라인과 N라인의 필터의 인덕턴스와 커패시터만 작동상태에 놓인다. 단상 작동모드에서, K1을 차단하면 모선 중점 전압이 접지선에 전달되는 경로를 차단하게 되어 EMC목표를 더 쉽게 달성하도록 한다.

무엇보다도, 상기 EMC모듈은 EMC필터와 전환장치를 포함하는 데, 상기 EMC필터는 각각 A, B, C, N라인별로 필터링하는 필터유닛으로 구성되고 상기 전환장치는 A, B, C, N 각 라인 사이에 설치되는 스위치(K11, K12, K13, K14)로 구성되어 상기 EMC필터를 전환하는 형태에 사용한다. 전환장치는 EMC필터 앞에 설치될 수 있고 EMC필터 사이와 필터 후에 설치될 수 있으며, 본 발명은 그의 위치를 한정하지 않는다.

3상모드에서, 상기 전환장치는 EMC필터의 A, B, C, N 4개 라인의 필터링을 유지한다. 단상모드에서, 상기 전환장치는 EMC필터를 두 방향 필터링으로 전환하고, 상기 전환장치는 1라인, 2라인 또는 3라인의 필터가 작동하도록 할 수 있으며, 2라인 또는 3라인의 필터가 작동하는 경우에는 상기 PFC모듈이 교차모드에서 작동하도록하여 입력리플(ripple) 전류를 진일보 낮추고 EMC교란을 줄일 수 있다. 도 5는 제2 레벨이 사용하는 3라인 필터를 도시하였으며, 단상 작동할 때 K11, K12와 K13를 폐쇄하고 K1을 차단한다. 교류를 입력하는 A와 N은 제1 레벨 필터를 통해 진입하고 A상은 K11 및 K12를 통해 제2 필터의 2개 권선으로 필터링한 후 PFC모듈로 출력하며, N라인은 K13를 통해 제2 필터의 1개 권선으로 필터링한 후 PFC모듈로 출력한다.

도 6에서 도시하는 바와 같이, 상기 EMC모듈 제2 레벨은 4라인 필터를 사용하며, 단상 작동할 때 K11, K12, K13와 K14를 폐쇄하고 K1을 차단한다. 교류를 입력하는 A와 N은 제1 레벨 필터를 통해 진입하고, A상은 K11와 K12를 통해 제2 필터의 2개 권선으로 필터링한 후 PFC모듈로 출력하고, N라인은 K13과 K14를 통해 제2 필터의 2개 권선으로 필터링한 후 PFC모듈로 출력한다. 단상 작동할 때 제2 필터 권선이 전부 이용되어 각 권선의 전류를 줄이고 전체 설계 원가를 절감하며 효율을 향상시킬 수 있다. 이와 동시에, PFC모듈 중 L1과 L2는 모듈에 대응되게 교차모드에서 작동할 수 있어 입력형 격차모드 전류를 줄일 수 있다. 무엇보다도, 여기에서 스위치 K11와 K13를 전환하여도 입력 포트로 이동할 수 있어 입력형 제1 레벨 필터도 더 바람직하게 이용될 수 있다.

도 7에서 도시하는 바와 같이, 도 1에 도시된 회로의 기초 상에서 상기 가상 중점O1은 커패시터CY1를 거쳐 접지할 수도 있으며, 스위치 K1과 직류측 중점O사이는 바람직한 1개의 저항형 Zsel을 직렬연결할 수 있다. 스위치K1는 단극 쌍투형(SPDT, single pole double throw switch) 스위치를 이용함으로써, 전력망에 3상 전기가 접속될 때 상기 제어모듈이 스위치K1을 제어하여 상기 가상 중점이 상기 PFC 모듈의 모선 중점과 도통하도록 하며, 단상 전기가 접속될 때 전력망의 N라인은 상기 EMC모듈이 인출한 C1라인을 통해 출력하며(이때 상기 EMC모듈 내부에서 N라인을 C라인과 병합시키고 N라인은 C1라인을 통해 출력하며, A1라인 또는 B1라인을 출력하여 진행할 수도 있음), 상기 제어모듈은 스위치K1을 제어하여 상기 가상 중점을 상기 EMC모듈이 출력하는 N라인과 도통시킨다.

도 8에서 도시하는 바와 같이, 본 발명이 제공하는 제2 단상-3상 겸용식 변환회로 구조는 EMC모듈, PFC모듈, 단극 쌍투형 스위치K2와 제어모듈을 포함하되, 상기 EMC모듈은 전력망의 A, B, C, N라인과 상기 PFC모듈 사이에 연결되며, 상기 EMC모듈에 의해 인출되고 전력망 A, B, C라인과 대응되는 A1, B1, C1 3개 라인은 상기 입력형 PFC모듈과 서로 연결되며, A1, B1, C1 3개 라인은 각각 커패시터 CX1, CX2와 CX3을 통해 가상 중점 O1까지 연결되고, 상기 가상 중점은 상기 단극 쌍투형 스위치K2의 고정 접점과 서로 연결되며, 상기 PFC모듈의 모선 사이는 직렬 속류 (follow-current) 장치를 더 설치하고, 상기 직렬속류장치의 중점은 상기 EMC모듈부터 인출되고 전력망 N라인과 대응되는 N1라인과 서로 연결되며, 상기 단극 쌍투형 스위치K2의 제1 동적 접점은 상기 PFC모듈의 모선 중점O과 서로 연결되고, 상기 단극 쌍투형 스위치K2의 제2 동적 접점은 상기 EMC모듈부터 인출된 N1라인과 서로 연결되며, 상기 제어모듈은 전력망 입력신호를 검측하고 전력망 입력신호의 유형에 근거해 상기 단극 쌍투형 스위치K2의 상태를 제어하는 데 사용된다.

상술한 바와 같이, 상기 가상 중점O1은 커패시터CY1를 거쳐 접지할 수도 있으며, 스위치K2와 직류측 중점O사이는 여전히 하나의 저항형 Zsel를 직렬연결할 수도 있다.

상기 스트리밍(streaming) 속류 장치는 적어도 직렬연결된 2개의 다이오드 또는 트랜지스터를 포함한다. 상기 2개 다이오드의 중점은 직접 N1라인과 서로 연결된다. 무엇보다도, 상기 스트리밍속류장치는 속류 또는 방향 변환 역할을 하며, 직렬연결된 2개 다이오드 또는 직렬연결된 2개 트랜지스터만 이용해 구성할 수도 있다. 3상 작동을 진행하는 경우, 해당 직렬연결구조를 이용해 정류 또는 방향 변환하여 L1, L2와 L3의 변환유닛을 차지할 필요가 없도록 할 수 있으며, 이와 같이 출력이 더 큰 단상 변환을 실시할 수 있다.

도 9는 3상 입력 시의 전형 배치 예시도이다. 3상으로 입력할 때 K11, K12, K13와 K14는 모두 차단되고 K2는 1지점에 설정된다. N1라인은 속류장치를 통해 PFC출력 모선에 연결되지만, 전압이 모선 간에서만 변동하고 속류장치가 도통하지 않으므로, 회로 차단과 동등한 효과가 있다. 이와 같은 배치는 도 2와 동일한 기능을 하여 3상 작동을 실시할 때의 EMC교란을 줄일 수 있다.

도 10은 단상 입력 시의 전형 배치 예시도이다. 단상으로 입력할 때 K11, K12, K13와 K14는 모두 폐쇄되고 K2는 2지점에 설정된다. 이 때 PFC모듈은 교차하는 작동방식을 이용하여 EMC필터 중 A상 입력형 격차모드 리플 전류와 PFC직류측 커패시터의 리플 전류를 줄일 수 있다. 다음, EMC필터 L21 중 전 3개 회로에서 흘러 지나는 전류는 동일하여 모두 단상 입력 전류의 3분의 1이다. 따라서, 이와 같은 설계 또한 단상 작동 시 필터의 이용율을 향상시키고, 소자의 원가를 절감하며 효율을 높이는 데 도움이 된다.

무엇보다도, 도 10에서 도시하는 바와 같이, 단상 전기를 입력할 때 상기 전환장치는 상기 필터 A라인의 필터유닛과 B라인의 필터유닛 및 C라인의 필터유닛을 제어하여 병렬연결시킨 후 상기 PFC모듈에 접속하며, 상기 필터 A라인의 필터유닛을 제어하여 상기 PFC모듈에 단독으로 접속하도록 하거나, 또는 상기 필터 A라인의 필터유닛이 B라인의 필터유닛 또는 C라인의 필터유닛과 병렬연결된 후 상기 PFC모듈에 접속하도록 할 수도 있다.

무엇보다도, 본 발명 실시예에서, 단극 쌍투형 스위치K2 또한 상기 상기 PFC모듈에 연결된 모선 중점과 가상 중점 사이의 단극 단투형(SPST, single pole single throw switch) 스위치 또는 2개 스위치를 이용해 대체할 수도 있으며, 모든 전환 스위치는 모두 반도체 스위치를 이용해 구현할 수 있다.

총체적으로, 본 발명의 단상-3상 겸용식 변환회로는 단상과 3상 작동모드 사이에서 원활하게 전환할 수 있으며, 단상과 3상의 다양한 잡음원이 필터구조에 대한 요구에 부합되고 단상과 3상의 작동모드를 겸용하는 상황에서의 EMC잡음을 줄이며; 3상 작동모드에서 최적화 제어방식(예를 들어, 공간 벡터 제어)을 이용해 출력 전압의 비교적 폭넓은 조절 범위를 유지하도록 함으로써, 변환기 성능을 향상시킬 수 있으며; 이와 동시에, 전환회로가 EMC 공통모드 인덕턴스를 충분히 이용하여 제품 원가를 절감할 수 있다.

상술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과하고 본 발명을 한정하는 데 사용하지 않으며, 본 발명의 정신과 원칙 내에서 실시하는 모든 수정, 등가 치환과 개선 등은 모두 본 발명의 보호범위 내에 포함되어야 할 것이다.

Claims

단상-3상 겸용식 변환회로에 있어서,
EMC모듈, PFC모듈, 스위치K1 및 제어모듈을 포함하되, 상기 EMC모듈은 전력망의 A, B, C, N 라인과 상기 PFC모듈 사이에 연결되고, 상기 EMC모듈이 인출하는 A1, B1, C1 3개 라인은 상기 PFC모듈과 서로 연결되며, A1, B1, C1 3개 라인은 각각 커패시터 CX1, CX2와 CX3을 통해 설치된 가상 중점까지 연결되고, 상기 가상 중점은 상기 스위치K1을 통해 상기 PFC모듈의 모선 중점과 서로 연결되며, 상기 제어모듈은 전력망 입력신호를 검측하고 전력망 입력신호의 유형에 근거해 상기 스위치K1의 상태를 제어하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 단상-3상 겸용식 변환회로.
제1항에 있어서,
상기 가상 중점은 커패시터CY1를 거쳐 접지하는 것을 특징으로 하는 단상-3상 겸용식 변환회로.
제1항 또는 제2항에 있어서,
전력망에 3상 전기가 접속될 때, 상기 제어모듈이 스위치K1을 제어하여 도통하도록 하며, 단상 전기가 접속될 때에는 상기 제어모듈이 스위치K1을 제어하여 차단시키는 것을 특징으로 하는 단상-3상 겸용식 변환회로.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 EMC모듈은 EMC필터와 전환장치를 포함하며, 상기 EMC필터는 각각 A, B, C, N 라인별로 필터링하는 필터유닛으로 구성되고, 상기 전환장치는 A, B, C, N 각 라인 사이에 설치되는 스위치로 구성되어 상기 EMC필터를 전환하는 형태에 사용되는 것을 특징으로 하는 단상-3상 겸용식 변환회로.
제4항에 있어서,
전력망에 3상 전기가 접속될 때, 상기 전환장치는 상기 EMC필터가 전력망의 A, B, C, N 라인별로 필터링하도록 하는 형태로 설치되며; 단상 전기가 접속될 때, 상기 전환장치는 상기 EMC필터를 두 방향 필터링 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 단상-3상 겸용식 변환회로.
제1항 또는 제2항에 있어서,
K1은 단극 쌍투형(SPDT, single pole double throw switch) 스위치로서, 전력망에 3상 전기가 접속될 때, 상기 제어모듈은 스위치K1을 제어하여 상기 가상 중점과 상기 PFC모듈의 모선 중점이 도통하도록 하며, 단상 전기가 접속될 때, 전력망의 N라인은 상기 EMC모듈이 인출한 A1, B1, C1 3개 라인 중 하나의 라인을 통해 출력하며, 상기 제어모듈은 스위치K1를 제어하여 상기 가상 중점을 상기 EMC모듈이 출력하는 N라인과 도통시키는 것을 특징으로 하는 단상-3상 겸용식 변환회로.
단상-3상 겸용식 변환회로에 있어서,
EMC모듈, PFC모듈, 단극 쌍투형 스위치K2와 제어모듈을 포함하되, 상기 EMC모듈은 전력망의 A, B, C, N라인과 상기 PFC모듈 사이에 연결되고, 상기 EMC모듈은 A1, B1, C1 3개 라인을 인출하여 상기 입력형 PFC모듈과 서로 연결되며, A1, B1, C1 3개 라인은 각각 커패시터 CX1, CX2와 CX3을 통해 설치된 가상 중점까지 연결되고, 상기 가상 중점은 상기 단극 쌍투형 스위치K2의 고정 접점과 서로 연결되며, 상기 PFC모듈의 모선 사이는 직렬 속류(follow-current) 장치가 더 설치되고, 상기 직렬속류장치의 중점은 상기 EMC모듈로부터 인출된 N1라인과 서로 연결되며, 상기 단극 쌍투형 스위치K2의 제1 동적 접점은 상기 PFC모듈의 모선 중점과 서로 연결되고, 상기 단극 쌍투형 스위치K2의 제2 동적 접점은 상기 EMC모듈로부터 인출된 N1라인과 서로 연결되며, 상기 제어모듈은 전력망 입력신호를 검측하고 전력망 입력신호의 유형에 근거해 상기 단극 쌍투형 스위치K2의 상태를 제어하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 단상-3상 겸용식 변환회로.
제7항에 있어서,
상기 직렬속류장치는 적어도 2개의 직렬연결된 다이오드 또는 적어도 2개의 직렬연결된 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 단상-3상 겸용식 변환회로.
제7항 또는 제8항에 있어서,
전력망에 3상 전기가 접속될 때, 상기 제어모듈이 상기 단극 쌍투형 스위치K2의 제1 동적 접점을 제어하여 도통시키고, 단상 전기가 접속될 때, 상기 제어모듈이 상기 단극 쌍투형 스위치K2의 제2 동적 접점을 제어하여 도통시키는 것을 특징으로 하는 단상-3상 겸용식 변환회로.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 EMC모듈은 EMC필터와 전환장치를 포함하며, 상기 EMC필터는 각각 A, B, C, N라인별로 필터링하는 필터유닛으로 구성되고, 상기 전환장치는 A, B, C, N 각 라인 사이에 설치되는 스위치로 구성되어 상기 EMC필터를 전환하는 형태에 사용되는 것을 특징으로 하는 단상-3상 겸용식 변환회로.
제7항 또는 제8항에 있어서,
전력망에 3상 전기가 접속될 때, 상기 전환장치는 상기 EMC필터가 전력망의 A, B, C, N라인별로 필터링하도록 하는 형태로 설치되며; 단상 전기가 접속될 때, 상기 전환장치가 상기 필터 A라인의 필터유닛을 제어하여 상기 PFC모듈에 단독으로 접속하도록 하거나, 또는 상기 필터 A라인의 필터유닛이 B라인의 필터유닛 또는 C라인의 필터유닛과 병렬연결된 후 상기 PFC모듈에 접속하거나, 또는 상기 필터 A라인의 필터유닛이 B라인의 필터유닛 및 C라인의 필터유닛과 병렬연결된 후 상기 PFC모듈에 접속하는 것을 특징으로 하는 단상-3상 겸용식 변환회로.
차량탑재형 충전기에 있어서,
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 상기 단상-3상 겸용식 변환회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량탑재형 충전기.