KR20230018843A - 차량의 전력 변환 장치 및 그 변환 방법 - Google Patents

차량의 전력 변환 장치 및 그 변환 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230018843A
KR20230018843A KR1020210100817A KR20210100817A KR20230018843A KR 20230018843 A KR20230018843 A KR 20230018843A KR 1020210100817 A KR1020210100817 A KR 1020210100817A KR 20210100817 A KR20210100817 A KR 20210100817A KR 20230018843 A KR20230018843 A KR 20230018843A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
secondary coil
stage converter
transistor
controller
Prior art date
Application number
KR1020210100817A
Other languages
English (en)
Inventor
하태종
이대우
강병구
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020210100817A priority Critical patent/KR20230018843A/ko
Publication of KR20230018843A publication Critical patent/KR20230018843A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/22—Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33538—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only of the forward type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B60L2210/12—Buck converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

차량의 전력 변환 장치는, 제어기의 제1 제어 신호에 응답하여 고전압 배터리에 저장된 제1 전압을 상기 제1 전압 이하인 제2 전압으로 변환하는 제1 스테이지(stage) 컨버터와, 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제2 전압을 상기 제2 전압보다 낮은 제3 전압으로 변환하는 제2 스테이지(stage) 컨버터를 포함한다.

Description

차량의 전력 변환 장치 및 그 변환 방법{DEVICE AND METHOD FOR CONVERTING POWER IN VEHICLE}
본 발명은 차량에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 차량의 전력 변환 장치 및 그 변환 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량(HEV), 연료전지 차량, 연료전지 하이브리드 차량, 또는 전기 차량과 같은 전기를 이용하는 친환경 자동차에는 12V 배터리(보조 배터리)의 충전 및 12V 전장 부하에 전력을 공급하는 저전압 DC-DC 컨버터(Low Voltage DC/DC Converter, LDC)가 탑재되어 있다.
이렇게 친환경차에는 고전압 배터리(예, 100V~450V)에서 저전압 배터리를 충전하기 위한 LDC 즉, 저전압 DC-DC 컨버터가 탑재되어 있고, 고전압 배터리와 저전압 배터리의 그라운드는 분리되어야 하기 때문에 저전압 DC-DC 컨버터에 변압기가 들어가 있는 절연형 직류변환장치를 사용하게 된다.
상기 저전압 DC-DC컨버터는 고전압 배터리로부터 나오는 고전압의 직류전압을 저전압의 직류전압으로 변환하여 12V 보조 배터리와 같은 차량의 전장부하에 제공하는 역할을 하며, 절연형 풀 브릿지 컨버터가 사용되고 있다.
상기 저전압 DC-DC 컨버터는 일반 가솔린 차량의 알터네이터(alternator) 역할을 하는 장치로서, 메인 고전압 배터리의 고전압을 다운시켜 전압 12V를 공급하며, 고전압 배터리 혹은 구동모터에 의한 회생에너지의 고전압(DC)을 12V(DC)로 변환하여 보조 배터리(12V 배터리)를 충전시키거나 전장부하에 전력을 공급한다.
상기 저전압 DC-DC 컨버터의 입력 전압은 전기 자동차 및 하이브리드 자동차에 탑재되는 고전압 배터리이며 차량의 종류에 따라 고전압 배터리 전압 범위가 최소 약 100V에서 최대 450V까지 매우 다르다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명이 해결하려는 기술적 과제(목적)는, 고전압인 제1 전압을 제1 전압 이하인 제2 전압과 제2 전압보다 낮은 제3 전압으로 변환할 수 있는, 차량의 전력 변환 장치 및 그 변환 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결(달성)하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전력 변환 장치는, 제어기의 제1 제어 신호에 응답하여 고전압 배터리에 저장된 제1 전압을 상기 제1 전압 이하인 제2 전압으로 변환하는 제1 스테이지(stage) 컨버터와, 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제2 전압을 상기 제2 전압보다 낮은 제3 전압으로 변환하는 제2 스테이지(stage) 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 제1 스테이지 컨버터는 동기식 벅 컨버터(synchronous buck converter)를 포함할 수 있다.
상기 제1 스테이지 컨버터는, 상기 제어기의 제1 제어 신호에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 상기 제1 전압으로 인한 전류를 전달하는 제1 트랜지스터와, 상기 제1 전압으로 인한 전류를 흐르게 하고 상기 제1 스테이지 컨버터의 출력 전압인 상기 제2 전압을 출력하는 출력 단자 중 포지티브(positive) 단자에 연결된 인덕터와, 상기 제1 트랜지스터가 턴-오프(turn-off)된 후 턴-온(turn-on)되어 상기 인덕터의 전류가 흐르도록 하는 제2 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 제2 스테이지 컨버터는 액티브 클램프 포워드 컨버터(active clamp forward converter)를 포함할 수 있다.
상기 제2 스테이지 컨버터는, 상기 제2 스테이지 컨버터의 입력 전압을 클램핑하고 상기 클램핑된 전압을 교대로 출력하는 클램프 스위칭 회로와, 상기 클램프 스위칭 회로에 의해 전달된 전압을 입력받는 일차 코일과, 상기 클램프 스위칭 회로에 의해 전달된 전압의 레벨을 변압하는 이차 코일을 포함하는 변압기와, 상기 변압기에 의해 변압된 전압을 정류하여 출력하는 정류 회로를 포함하고, 상기 이차 코일은 서로 직렬로 연결된 제1 이차 코일과 제2 이차 코일을 포함하고, 상기 제1 이차 코일의 권선수와 상기 제2 이차 코일의 권선수는 서로 다르고, 상기 제1 이차 코일과 상기 제2 이차 코일이 연결된 센터 탭(center tap)은 부하에 연결될 수 있다.
상기 클램프 스위칭 회로는, 상기 제2 스테이지 컨버터의 입력 전압을 클램핑하는 커패시터와, 상기 커패시터의 일단과 상기 일차 코일의 일단 사이에 연결되고 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 동작하는 제3 트랜지스터와, 상기 일차 코일의 일단에 연결되고 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 동작하는 제4 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 정류 회로는, 상기 제1 이차 코일의 일단에 연결되는 일단을 가지고 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 동작하는 제5 트랜지스터와, 상기 제2 이차 코일의 일단에 연결되는 일단을 가지고 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 동작하는 제6 트랜지스터와, 상기 제5 트랜지스터의 타단과, 상기 제6 트랜지스터의 타단에 연결된 일단과, 상기 제3 전압을 출력하는 출력 단자 중 포지티브(positive) 단자에 연결된 타단을 가지는 출력 인덕터와, 상기 출력 인덕터의 타단에 연결된 일단과, 상기 센터 탭에 연결된 타단을 가지는 출력 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전력 변환 방법은, 제1 스테이지(stage) 컨버터가 제어기의 제1 제어 신호에 응답하여 고전압 배터리에 저장된 제1 전압을 상기 제1 전압 이하인 제2 전압으로 변환하는 단계와, 제2 스테이지(stage) 컨버터가 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제2 전압을 상기 제2 전압보다 낮은 제3 전압으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 스테이지 컨버터는 동기식 벅 컨버터(synchronous buck converter)를 포함할 수 있다.
상기 제1 전압을 상기 제2 전압으로 변환하는 단계는, 상기 제1 스테이지 컨버터에 포함된 제1 트랜지스터가 상기 제어기의 제1 제어 신호에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 상기 제1 전압으로 인한 전류를 전달하는 단계와, 상기 제1 스테이지 컨버터에 포함된 인덕터가 상기 제1 전압으로 인한 전류를 흐르게 하여 상기 제1 스테이지 컨버터의 출력 전압인 상기 제2 전압을 출력하는 단계와, 상기 제1 스테이지 컨버터에 포함된 제2 트랜지스터가 상기 제1 트랜지스터가 턴-오프(turn-off)된 후 상기 제어기의 제1 제어 신호에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 상기 인덕터의 전류가 흐르도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 스테이지 컨버터는 액티브 클램프 포워드 컨버터(active clamp forward converter)를 포함할 수 있다.
상기 제2 전압을 상기 제3 전압으로 변환하는 단계는, 상기 제2 스테이지 컨버터에 포함된 클램프 스위칭 회로가 상기 제2 스테이지 컨버터의 입력 전압을 클램핑하고 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 클램핑된 전압을 교대로 출력하는 단계와, 상기 제2 스테이지 컨버터에 포함된 변압기가 상기 클램프 스위칭 회로에 의해 전달된 전압을 입력받는 일차 코일과, 상기 클램프 스위칭 회로에 의해 전달된 전압의 레벨을 변압하는 이차 코일을 이용하여 상기 클램프 스위칭 회로에 의해 전달된 전압의 레벨을 변압하여 출력하는 단계와, 상기 제2 스테이지 컨버터에 포함된 정류 회로가 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 변압기에 의해 변압된 전압을 정류하여 출력하는 단계를 포함하고, 상기 이차 코일은 서로 직렬로 연결된 제1 이차 코일과 제2 이차 코일을 포함하고, 상기 제1 이차 코일의 권선수와 상기 제2 이차 코일의 권선수는 서로 다르고, 상기 제1 이차 코일과 상기 제2 이차 코일이 연결된 센터 탭(center tap)은 부하에 연결될 수 있다.
상기 클램핑된 전압을 교대로 출력하는 단계는, 상기 클램프 스위칭 회로에 포함된 커패시터가 상기 제2 스테이지 컨버터의 입력 전압을 클램핑하는 단계와, 상기 클램프 스위칭 회로에 포함된 제3 트랜지스터가 상기 커패시터의 일단과 상기 일차 코일의 일단 사이에 연결되어 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 클램핑된 전압을 출력하는 단계와, 상기 클램프 스위칭 회로에 포함된 제4 트랜지스터가 상기 일차 코일의 일단에 연결되어 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 클램핑된 전압을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 변압기에 의해 변압된 전압을 정류하여 출력하는 단계는, 상기 정류 회로에 포함된 제5 트랜지스터가 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 상기 제1 이차 코일에 의해 생성된 전류를 전달하는 단계와, 상기 정류 회로에 포함된 제6 트랜지스터가 상기 제5 트랜지스터가 턴-오프(turn-off)된 후 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 상기 제2 이차 코일에 의해 생성된 전류를 전달하는 단계와, 상기 정류 회로에 포함된 출력 인덕터가 상기 제1 이차 코일에 의해 생성된 전류와 상기 제2 이차 코일에 의해 생성된 전류를 흐르게 하여 상기 제2 스테이지 컨버터의 출력 전압인 상기 제3 전압을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전력 변환 장치 및 그 변환 방법은, 고전압인 제1 전압을 제1 전압 이하인 제2 전압과 제2 전압보다 낮은 제3 전압으로 변환할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 2 단(stage)으로 구성된 제1 스테이지(stage) 컨버터(converter)(105) 및 제2 스테이지(stage) 컨버터(130)를 포함하므로 향상된 전력 변환 효율을 가져 차량의 주행 거리를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전력 변환 장치를 설명하는 도면(블락 다이어그램(block diagram))이다.
도 2는 도 1에 도시된 차량의 전력 변환 장치에 적용되는 차량의 전력 변환 방법을 설명하는 흐름도(flowchart)이다.
본 발명, 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낼 수 있다.
본 명세서에서 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. 이 명세서에서, “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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 "전기적 또는 기계적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(통상의 기술자)에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
관련 기술에 따른 전기 자동차(전기 차량)의 전력 변환 장치는 800(V)인 고전압을 저장하는 고전압 배터리의 에너지를 변환하여 12(V)인 저전압을 저장하는 저전압 배터리를 충전하고 12(V)를 사용하는 차량의 전장부하로 전력을 공급한다.
대전력을 사용하는 차량 전장 부하(예, 800(V)를 사용하는 히터 또는 워터 펌프) 각각은 전력 안정(전압 안정을 위한 변환 컨버터를 통해 상기 고전압 배터리에 연결된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전력 변환 장치를 설명하는 도면(블락 다이어그램(block diagram))이다.
도 1을 참조하면, 상기 차량(예, 전기 차량)의 전력 변환 장치는, 고전압 배터리(100), 제1 스테이지(stage) 컨버터(converter)(105), 제2 스테이지(stage) 컨버터(130), 및 제어기(controller)(180)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 고전압 배터리(100)는 상기 차량을 구동하는 구동 모터에 전력을 공급할 수 있다.
제1 스테이지(stage) 컨버터(105)는 제어기(180)의 제1 제어 신호에 응답하여 고전압 배터리(100)에 저장된 제1 전압(예, 800(volt))을 상기 제1 전압 이하인 제2 전압(예, 400(volt) 이상이고 800(volt) 이하인 전압)으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제1 스테이지(stage) 컨버터(105)는 강압 컨버터(예, 동기식 벅 컨버터(synchronous buck converter) 또는 비절연형 동기식 벅 컨버터)를 포함할 수 있다.
제1 스테이지(stage) 컨버터(105)는, 커패시터(capacitor)(110), 제1 트랜지스터(예, NMOS 트랜지스터)(115), 제2 트랜지스터(예, NMOS 트랜지스터)(120), 및 인덕터(inductor)(125)를 포함할 수 있다. 제1 스테이지(stage) 컨버터(105)는 제1 스테이지(stage) 컨버터의 출력 전압인 제2 전압(예, 구형파)을 평평하게 하고 제1 스테이지(stage) 컨버터의 출력 단자에 연결된 커패시터를 더 포함할 수 있다.
커패시터(110)는 고전압 배터리(100)의 제1 전압에 노이즈가 있거나 제1 전압이 흔들릴 때 안정된 직류 전압을 제1 스테이지(stage) 컨버터(105)의 입력 단자에 공급하도록 할 수 있는 디커플링 커패시터일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 커패시터(110)는 제1 스테이지(stage) 컨버터(105)에서 생략(제거)될 수 있다.
제1 트랜지스터(115)는 스위칭 소자이고, 제어기(180)의 제1 제어 신호에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 상기 제1 전압으로 인한 전류를 전달할 수 있다.
인덕터(inductor)(125)는 상기 제1 전압으로 인한 전류를 흐르게 하고 제1 스테이지 컨버터(105)의 출력 전압인 상기 제2 전압을 출력하는 출력 단자 중 포지티브(positive) 단자에 연결될 수 있다.
제2 트랜지스터(120)는 스위칭 소자이고, 제1 트랜지스터(115)가 턴-오프(turn-off)된 후 제어기(180)의 제1 제어 신호에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 인덕터(125)의 전류가 흐르도록 할 수 있다.
제어기(180)의 제1 제어 신호(예, 하이(high) 레벨의 신호)에 응답하여 제1 트랜지스터(115)는 턴-온(turn-on)되고 제2 트랜지스터(120)는 턴-오프(turn-off)될 수 있다. 그 결과, 인덕터(inductor)(125)에 전류가 흐를 수 있다.
인덕터(inductor)(125)에 전류가 흐른 후, 제어기(180)의 제1 제어 신호(예, 로우(low) 레벨의 신호))에 응답하여 제1 트랜지스터(115)는 턴-오프(turn-off)되고 제2 트랜지스터(120)는 턴-온(turn-on)될 수 있다. 그 결과, 인덕터(inductor)(125)에 계속하여 전류가 흐를 수 있다.
인덕터(inductor)(125)의 전류는 제1 스테이지(stage) 컨버터(105)의 출력 전압인 제2 전압을 생성시킬 수 있다. 제2 전압은 고전압 배터리(100)의 제1 전압에 제1 트랜지스터(115)(또는 제1 제어 신호)의 듀티 사이클(duty cycle)(또는 듀티비(duty ratio))을 곱한 값일 수 있다.
제1 스테이지(stage) 컨버터(105)의 출력 전압인 제2 전압은 차량의 고전압 전장 부하(high voltage electrical load)(또는 고전압 전기 부하)(200)에 공급될 수 있다. 예를 들어, 상기 차량의 전장 부하는 에어컨(air conditioner), 통풍 시트(ventilating seat), 헤드 램프(head lamp), 오디오 장치, 히터, 또는 와이퍼(wiper)를 포함할 수 있다.
제2 스테이지(stage) 컨버터(130)는 제어기(180)의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제2 전압을 상기 제2 전압보다 낮은 제3 전압(예, 12(volt))으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제2 스테이지(stage) 컨버터(130)는 액티브 클램프 포워드 컨버터(active clamp forward converter)를 포함할 수 있다.
제2 스테이지(stage) 컨버터(130)는, 제2 스테이지(stage) 컨버터(130)의 입력 전압을 전달하는 커패시터(135), 제2 스테이지(stage) 컨버터(130)의 입력 전압을 클램핑(clamping)하는 커패시터(140), 스위칭 소자인 제3 트랜지스터(예, NMOS 트랜지스터)(145), 스위칭 소자인 제4 트랜지스터(예, NMOS 트랜지스터)(150), 변압기(155), 스위칭 소자인 제5 트랜지스터(예, NMOS 트랜지스터)(160), 스위칭 소자인 제6 트랜지스터(예, NMOS 트랜지스터)(165), 제2 스테이지(stage) 컨버터의 출력 전류를 안정화시키는 출력 인덕터(inductor)(170), 및 제2 스테이지(stage) 컨버터의 출력 전압을 안정화시키는 출력 커패시터(175)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 출력 커패시터(175)는 제1 스테이지(stage) 컨버터(130)에서 생략(제거)될 수 있다.
제어기(180)의 제2 제어 신호(예, 하이(high) 레벨의 신호)에 응답하여 제3 트랜지스터(145)는 턴-오프(turn-off)되고 제4 트랜지스터(150)는 턴-온(turn-on)되고 제5 트랜지스터(160)는 턴-온(turn-on)되고 제6 트랜지스터(165)는 턴-오프(turn-off)될 수 있다. 그 결과, 출력 인덕터(inductor)(170)에 변압기(155)에 의해 생성된 전류가 흐를 수 있다.
출력 인덕터(inductor)(170)에 전류가 흐른 후, 제어기(180)의 제2 제어 신호(예, 로우(low) 레벨의 신호))에 응답하여 제3 트랜지스터(145)는 턴-온(turn-on)되고 제4 트랜지스터(150)는 턴-오프(turn-off)되고 제5 트랜지스터(160)는 턴-오프(turn-off)되고 제6 트랜지스터(165)는 턴-온(turn-on)될 수 있다. 그 결과, 출력 인덕터(inductor)(170)에 변압기(155)에 의해 생성된 전류가 흐를 수 있다.
출력 인덕터(inductor)(170)의 전류는 제2 스테이지(stage) 컨버터(130)의 출력 전압인 제3 전압을 생성시킬 수 있다. 제3 전압은 제2 스테이지(stage) 컨버터(130)의 입력 전압에, 제4 트랜지스터(150)(또는 제2 제어 신호)의 듀티 사이클(duty cycle)(또는 듀티비(duty ratio))와, 변압기(155)의 제1 이차 코일의 권선수(NS1)와 제2 이차 코일의 권선수(NS2)를 합한 값을 변압기(155)의 일차 코일의 권선수(NP)로 나눈 값을 곱한 값일 수 있다. 즉, 제3 전압 = 제2 스테이지 컨버터(130)의 입력 전압 * 제4 트랜지스터(150)의 듀티 사이클 * (제1 이차 코일의 권선수(NS1) + 제2 이차 코일의 권선수(NS2))/일차 코일의 권선수(NP) 일 수 있다.
제2 스테이지 컨버터(130)는, 클램프 스위칭 회로, 변압기(155), 및 정류 회로를 포함할 수 있다.
클램프 스위칭 회로는 제2 스테이지(stage) 컨버터(130)의 입력 전압을 클램핑하고 교번 스위칭하여 상기 클램핑된 전압을 교대로 출력할 수 있다. 이를 위해, 클램프 스위칭 회로는, 커패시터(140), 제3 트랜지스터(145), 및 제4 트랜지스터(150)를 포함할 수 있다.
커패시터(140)의 일단은 커패시터(135)의 일단에 연결될 수 있고, 커패시터(140)의 타단은 제3 트랜지스터(145)의 일단에 연결될 수 있다. 제3 트랜지스터(145)는 커패시터(140)의 타단과 변압기(155) 사이에 전기적으로 연결되고 제어기(180)의 제2 제어 신호에 응답하여 동작할 수 있고, 제4 트랜지스터(150)는 변압기(155)에 전기적으로 연결되고 제어기(180)의 제2 제어 신호에 응답하여 동작할 수 있다.
커패시터(140)는 제2 스테이지(stage) 컨버터(130)의 입력 전압을 클램핑하여 제3 트랜지스터(145)에 전달할 수 있고, 제3 트랜지스터(145)와 제4 트랜지스터(150)는 교번 스위칭하여 상기 클램핑된 전압을 변압기(155)에 전달할 수 있다.
변압기(155)는 사전에 설정된 권선비를 통해 클램프 스위칭 회로에 의해 전달된 전압의 레벨을 변압하여 출력할 수 있다. 이를 위해, 변압기(155)는 전달된 전압을 입력받는 일차 코일과, 일차 코일과 전자기 결합하여 사전에 설정된 권선비를 형성하고, 변압된 전압을 출력하는 이차 코일에 포함된 제1 이차 코일 및 제2 이차 코일을 포함할 수 있다.
일차 코일의 일단은 커패시터(140)의 일단에 연결될 수 있고, 일차 코일의 타단은 제3 트랜지스터(145)의 타단에 연결될 수 있다.
이차 코일은 제1 이차 코일과 제2 이차 코일을 포함할 수 있다. 제1 이차 코일과 제2 이차 코일은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 제1 이차 코일의 권선수와 제2 이차 코일의 권선수는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 이차 코일의 권선수(NS1)는 제2 이차 코일의 권선수(NS2)보다 클 수 있다. 제1 이차 코일과 제2 이차 코일의 연결점에는 부하에 연결된 센터 탭(center tap)이 형성될 수 있다.
정류 회로는 변압기(155)의 제1 이차 코일 및 제2 이차 코일에 의해 변압된 전압을 정류하여 출력할 수 있다. 이를 위해, 정류 회로는, 제5 트랜지스터(160), 제6 트랜지스터(165), 출력 인덕터(170), 및 출력 커패시터(175)를 포함할 수 있다.
제5 트랜지스터(160)의 일단(예, 드레인(drain))은 제1 이차 코일의 일단에 연결되어 제1 이차 코일에 의해 변압된 전압을 전달할 수 있다. 제5 트랜지스터(160)는 제어기(180)의 제2 제어 신호에 응답하여 동작할 수 있다.
제6 트랜지스터(165)의 일단(예, 드레인(drain))은 제2 이차 코일의 일단에 연결되어 제2 이차 코일에 의해 변압된 전압을 전달할 수 있다. 제6 트랜지스터(165)는 제어기(180)의 제2 제어 신호에 응답하여 동작할 수 있다.
출력 인덕터(inductor)(170)의 일단은 제5 트랜지스터(160)의 타단과, 제6 트랜지스터(165)의 타단에 연결될 수 있고, 출력 인덕터(inductor)(170)의 타단은 출력 커패시터(175)의 일단과, 상기 제3 전압을 출력하는 출력 단자 중 포지티브(positive) 단자에 연결될 수 있다. 출력 커패시터(175)의 일단은 출력 인덕터(inductor)(170)의 타단에 연결될 수 있고, 출력 커패시터(175)의 타단은 제1 이차 코일과 제2 이차 코일의 센터 탭에 연결될 수 있으며, 출력 인덕터(inductor)(170)와 출력 커패시터(175)는 제5 트랜지스터(160) 및 제6 트랜지스터(예, NMOS 트랜지스터)(165)로부터 전달된 전압을 안정화시켜서 출력 전압을 출력할 수 있다.
제2 스테이지(stage) 컨버터(130)의 출력 전압인 제3 전압은 차량의 저전압 전장 부하(210)에 공급될 수 있다.
제어기(180)는 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit, ECU)으로서 차량의 전력 변환 장치의 전체 동작을 제어할 수 있다. 제어기(180)는, 예를 들어, 프로그램(제어 로직(logic))에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서(microprocessor) 또는 상기 마이크로프로세서를 포함하는 하드웨어(예, 마이크로컴퓨터)일 수 있고, 상기 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전력 변환 방법을 수행하기 위한 일련의 명령(instruction)을 포함할 수 있다. 상기 명령은 차량의 전력 변환 장치 또는 제어기(180)의 메모리(memory)에 저장될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량의 전력 변환 장치는 2 단(stage)으로 구성된 제1 스테이지(stage) 컨버터(converter)(105) 및 제2 스테이지(stage) 컨버터(130)를 포함하므로, 본 발명의 실시예는 변환 컨버터를 가지는 전술한 관련 기술에 따른 전기 자동차(전기 차량)의 전력 변환 장치보다 향상된 전력 변환 효율을 가지거나 또는 전력 소모량을 감소시켜 차량의 주행 거리를 증가시킬 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 차량의 전력 변환 장치에 적용되는 차량의 전력 변환 방법을 설명하는 흐름도(flowchart)이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 변환 단계(300)에서, 제1 스테이지(stage) 컨버터(105)는 제어기(180)의 제1 제어 신호에 응답하여 고전압 배터리(100)에 저장된 고전압인 제1 전압을 상기 제1 전압 이하인 제2 전압으로 변환할 수 있다.
제1 스테이지 컨버터(105)는 동기식 벅 컨버터(synchronous buck converter)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 전압을 상기 제2 전압으로 변환하는 단계는, 제1 스테이지 컨버터(105)에 포함된 제1 트랜지스터(115)가, 제어기(180)의 제1 제어 신호에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 상기 제1 전압으로 인한 전류를 전달하는 단계와, 제1 스테이지 컨버터(105)에 포함된 인덕터(125)가 상기 제1 전압으로 인한 전류를 흐르게 하여 제1 스테이지 컨버터(105)의 출력 전압인 상기 제2 전압을 출력하는 단계와, 제1 스테이지 컨버터(105)에 포함된 제2 트랜지스터(120)가 제1 트랜지스터(115)가 턴-오프(turn-off)된 후 제어기(180)의 제1 제어 신호에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 인덕터(125)의 전류가 흐르도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
단계(320)에 따르면, 제2 스테이지(stage) 컨버터(130)는 제어기(180)의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제2 전압을 상기 제2 전압보다 낮은 저전압인 제3 전압으로 변환할 수 있다.
제2 스테이지 컨버터(130)는 액티브 클램프 포워드 컨버터(active clamp forward converter)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 전압을 상기 제3 전압으로 변환하는 단계는, 제2 스테이지 컨버터(130)에 포함된 클램프 스위칭 회로가 제2 스테이지 컨버터의 입력 전압을 클램핑하고 제어기(180)의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 클램핑된 전압을 교대로 출력하는 단계와, 제2 스테이지 컨버터(130)에 포함된 변압기(155)가 상기 클램프 스위칭 회로에 의해 전달된 전압을 입력받는 일차 코일과, 상기 클램프 스위칭 회로에 의해 전달된 전압의 레벨을 변압하는 이차 코일을 이용하여 상기 클램프 스위칭 회로에 의해 전달된 전압의 레벨을 변압하여 출력하는 단계와, 제2 스테이지 컨버터(130)에 포함된 정류 회로가 제어기(180)의 제2 제어 신호에 응답하여 변압기(155)에 의해 변압된 전압을 정류하여 출력하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 이차 코일은 서로 직렬로 연결된 제1 이차 코일과 제2 이차 코일을 포함하고, 상기 제1 이차 코일의 권선수와 상기 제2 이차 코일의 권선수는 서로 다르고, 상기 제1 이차 코일과 상기 제2 이차 코일이 연결된 센터 탭(center tap)은 부하에 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 클램핑된 전압을 교대로 출력하는 단계는, 상기 클램프 스위칭 회로에 포함된 커패시터(140)가 제2 스테이지 컨버터(130)의 입력 전압을 클램핑하는 단계와, 상기 클램프 스위칭 회로에 포함된 제3 트랜지스터(145)가 커패시터(140)의 일단과 변압기(155)의 일차 코일의 일단 사이에 연결되어 제어기(180)의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 클램핑된 전압을 출력하는 단계와, 상기 클램프 스위칭 회로에 포함된 제4 트랜지스터(150)가 변압기(155)의 일차 코일의 일단에 연결되어 제어기(180)의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 클램핑된 전압을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 변압기에 의해 변압된 전압을 정류하여 출력하는 단계는, 상기 정류 회로에 포함된 제5 트랜지스터(160)가 제어기(180)의 제2 제어 신호에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 변압기(155)의 제1 이차 코일에 의해 생성된 전류를 전달하는 단계와, 상기 정류 회로에 포함된 제6 트랜지스터(165)가 제5 트랜지스터(160)가 턴-오프(turn-off)된 후 제어기(180)의 제2 제어 신호에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 변압기(155)의 제2 이차 코일에 의해 생성된 전류를 전달하는 단계와, 제5 트랜지스터(160)의 타단과, 제6 트랜지스터(165)의 타단에 연결된 일단과, 상기 정류 회로에 포함된 출력 인덕터(170)가 변압기(155)의 제1 이차 코일에 의해 생성된 전류와 변압기(155)의 제2 이차 코일에 의해 생성된 전류를 흐르게 하여 제2 스테이지 컨버터(130)의 출력 전압인 상기 제3 전압을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 구성요소 또는 “~부(unit)” 또는 "~기" 또는 블록 또는 모듈은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(field-programmable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소 또는 '~부' 등은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.
이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 고전압 배터리
105: 제1 스테이지(stage) 컨버터
130: 제2 스테이지(stage) 컨버터
180: 제어기

Claims (14)

  1. 제어기의 제1 제어 신호에 응답하여 고전압 배터리에 저장된 제1 전압을 상기 제1 전압 이하인 제2 전압으로 변환하는 제1 스테이지(stage) 컨버터; 및
    상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제2 전압을 상기 제2 전압보다 낮은 제3 전압으로 변환하는 제2 스테이지(stage) 컨버터를 포함하는 차량의 전력 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스테이지 컨버터는 동기식 벅 컨버터(synchronous buck converter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전력 변환 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 스테이지 컨버터는,
    상기 제어기의 제1 제어 신호에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 상기 제1 전압으로 인한 전류를 전달하는 제1 트랜지스터;
    상기 제1 전압으로 인한 전류를 흐르게 하고 상기 제1 스테이지 컨버터의 출력 전압인 상기 제2 전압을 출력하는 출력 단자 중 포지티브(positive) 단자에 연결된 인덕터; 및
    상기 제1 트랜지스터가 턴-오프(turn-off)된 후 턴-온(turn-on)되어 상기 인덕터의 전류가 흐르도록 하는 제2 트랜지스터를 포함하는 차량의 전력 변환 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스테이지 컨버터는 액티브 클램프 포워드 컨버터(active clamp forward converter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전력 변환 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 스테이지 컨버터는,
    상기 제2 스테이지 컨버터의 입력 전압을 클램핑하고 상기 클램핑된 전압을 교대로 출력하는 클램프 스위칭 회로;
    상기 클램프 스위칭 회로에 의해 전달된 전압을 입력받는 일차 코일과, 상기 클램프 스위칭 회로에 의해 전달된 전압의 레벨을 변압하는 이차 코일을 포함하는 변압기; 및
    상기 변압기에 의해 변압된 전압을 정류하여 출력하는 정류 회로를 포함하고,
    상기 이차 코일은 서로 직렬로 연결된 제1 이차 코일과 제2 이차 코일을 포함하고,
    상기 제1 이차 코일의 권선수와 상기 제2 이차 코일의 권선수는 서로 다르고,
    상기 제1 이차 코일과 상기 제2 이차 코일이 연결된 센터 탭(center tap)은 부하에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 전력 변환 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 클램프 스위칭 회로는,
    상기 제2 스테이지 컨버터의 입력 전압을 클램핑하는 커패시터;
    상기 커패시터의 일단과 상기 일차 코일의 일단 사이에 연결되고 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 동작하는 제3 트랜지스터; 및
    상기 일차 코일의 일단에 연결되고 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 동작하는 제4 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전력 변환 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 정류 회로는,
    상기 제1 이차 코일의 일단에 연결되는 일단을 가지고 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 동작하는 제5 트랜지스터;
    상기 제2 이차 코일의 일단에 연결되는 일단을 가지고 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 동작하는 제6 트랜지스터;
    상기 제5 트랜지스터의 타단과, 상기 제6 트랜지스터의 타단에 연결된 일단과, 상기 제3 전압을 출력하는 출력 단자 중 포지티브(positive) 단자에 연결된 타단을 가지는 출력 인덕터; 및
    상기 출력 인덕터의 타단에 연결된 일단과, 상기 센터 탭에 연결된 타단을 가지는 출력 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전력 변환 장치.
  8. 제1 스테이지(stage) 컨버터가 제어기의 제1 제어 신호에 응답하여 고전압 배터리에 저장된 제1 전압을 상기 제1 전압 이하인 제2 전압으로 변환하는 단계; 및
    제2 스테이지(stage) 컨버터가 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제2 전압을 상기 제2 전압보다 낮은 제3 전압으로 변환하는 단계를 포함하는 차량의 전력 변환 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 스테이지 컨버터는 동기식 벅 컨버터(synchronous buck converter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전력 변환 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 전압을 상기 제2 전압으로 변환하는 단계는,
    상기 제1 스테이지 컨버터에 포함된 제1 트랜지스터가 상기 제어기의 제1 제어 신호에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 상기 제1 전압으로 인한 전류를 전달하는 단계;
    상기 제1 스테이지 컨버터에 포함된 인덕터가 상기 제1 전압으로 인한 전류를 흐르게 하여 상기 제1 스테이지 컨버터의 출력 전압인 상기 제2 전압을 출력하는 단계; 및
    상기 제1 스테이지 컨버터에 포함된 제2 트랜지스터가 상기 제1 트랜지스터가 턴-오프(turn-off)된 후 상기 제어기의 제1 제어 신호에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 상기 인덕터의 전류가 흐르도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전력 변환 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제2 스테이지 컨버터는 액티브 클램프 포워드 컨버터(active clamp forward converter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전력 변환 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제2 전압을 상기 제3 전압으로 변환하는 단계는,
    상기 제2 스테이지 컨버터에 포함된 클램프 스위칭 회로가 상기 제2 스테이지 컨버터의 입력 전압을 클램핑하고 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 클램핑된 전압을 교대로 출력하는 단계;
    상기 제2 스테이지 컨버터에 포함된 변압기가 상기 클램프 스위칭 회로에 의해 전달된 전압을 입력받는 일차 코일과, 상기 클램프 스위칭 회로에 의해 전달된 전압의 레벨을 변압하는 이차 코일을 이용하여 상기 클램프 스위칭 회로에 의해 전달된 전압의 레벨을 변압하여 출력하는 단계; 및
    상기 제2 스테이지 컨버터에 포함된 정류 회로가 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 변압기에 의해 변압된 전압을 정류하여 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 이차 코일은 서로 직렬로 연결된 제1 이차 코일과 제2 이차 코일을 포함하고,
    상기 제1 이차 코일의 권선수와 상기 제2 이차 코일의 권선수는 서로 다르고,
    상기 제1 이차 코일과 상기 제2 이차 코일이 연결된 센터 탭(center tap)은 부하에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 전력 변환 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 클램핑된 전압을 교대로 출력하는 단계는,
    상기 클램프 스위칭 회로에 포함된 커패시터가 상기 제2 스테이지 컨버터의 입력 전압을 클램핑하는 단계;
    상기 클램프 스위칭 회로에 포함된 제3 트랜지스터가 상기 커패시터의 일단과 상기 일차 코일의 일단 사이에 연결되어 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 클램핑된 전압을 출력하는 단계; 및
    상기 클램프 스위칭 회로에 포함된 제4 트랜지스터가 상기 일차 코일의 일단에 연결되어 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 상기 클램핑된 전압을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전력 변환 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 변압기에 의해 변압된 전압을 정류하여 출력하는 단계는,
    상기 정류 회로에 포함된 제5 트랜지스터가 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 상기 제1 이차 코일에 의해 생성된 전류를 전달하는 단계;
    상기 정류 회로에 포함된 제6 트랜지스터가 상기 제5 트랜지스터가 턴-오프(turn-off)된 후 상기 제어기의 제2 제어 신호에 응답하여 턴-온(turn-on)되어 상기 제2 이차 코일에 의해 생성된 전류를 전달하는 단계; 및
    상기 정류 회로에 포함된 출력 인덕터가 상기 제1 이차 코일에 의해 생성된 전류와 상기 제2 이차 코일에 의해 생성된 전류를 흐르게 하여 상기 제2 스테이지 컨버터의 출력 전압인 상기 제3 전압을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전력 변환 방법.
KR1020210100817A 2021-07-30 2021-07-30 차량의 전력 변환 장치 및 그 변환 방법 KR20230018843A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210100817A KR20230018843A (ko) 2021-07-30 2021-07-30 차량의 전력 변환 장치 및 그 변환 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210100817A KR20230018843A (ko) 2021-07-30 2021-07-30 차량의 전력 변환 장치 및 그 변환 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230018843A true KR20230018843A (ko) 2023-02-07

Family

ID=85253217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210100817A KR20230018843A (ko) 2021-07-30 2021-07-30 차량의 전력 변환 장치 및 그 변환 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230018843A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7177163B2 (en) Two-way DC-DC converter
US10071637B2 (en) Pulse width modulation resonance converter and charger for vehicle using the same
JP7005178B2 (ja) Ｄｃ／ｄｃコンバータのシステムおよび方法
US11152852B2 (en) Bidirectional DC/DC converter and method for charging the intermediate circuit capacitor of a DC/DC converter from the low-voltage battery
US9425641B2 (en) Battery charging apparatus
CN101712284B (zh) 用于将功率逆变器与变压器联接的汽车电气系统
KR20190010786A (ko) 전기 자동차
US20150042159A1 (en) Converter apparatus and method of electric vehicle
US20160303987A1 (en) In-vehicle charger and surge-suppression method in in-vehicle charger
KR20160050953A (ko) 전기 자동차의 전력 변환 장치
CN111602329B (zh) 变流器部件和这种变流器部件的半导体模块
US9209698B2 (en) Electric power conversion device
US20200091753A1 (en) Vehicle power supply device
WO2012168983A1 (ja) 充電装置
US10965205B2 (en) Power conversion system for vehicles
JP6742145B2 (ja) 双方向ｄｃ−ｄｃコンバータ、これを用いた電源システム及び当該電源システムを用いた自動車
JP2006081263A (ja) 双方向ｄｃ−ｄｃコンバータ
US11689112B2 (en) DC-DC converter and vehicle
US20190275905A1 (en) Charging device for a motor vehicle
KR20160007867A (ko) 풀브릿지 저전압 ｄｃ-ｄｃ 컨버터
Hou et al. Low-voltage electrical systems for nonpropulsion loads
US20150188438A1 (en) Power conversion apparatus for vehicle and method for controlling the same
US20230022784A1 (en) Power converter
KR20230018843A (ko) 차량의 전력 변환 장치 및 그 변환 방법
US11936297B2 (en) DC-DC converter including first and second coils magnetically coupled such that current flows through second coil in forward direction of diode by mutual induction as current flowing through first coil from intermediate terminal to output terminal increases and vehicle