KR20230151284A - 배터리 충전기 및 배터리 충전기 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
배터리 충전기는 복수의 교류단 각각에 대응되는 복수의 레그를 포함하는 역률 보정 회로; 상기 복수의 교류단의 위상이 단상인지 또는 삼상인지 여부에 따라 상기 복수의 레그 중 제1 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 설정하는 컨트롤러; 및 상기 제1 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 기반으로, 상기 제1 레그를 구성하는 제1 트랜지스터를 스위칭하고, 상기 제1 트랜지스터의 게이트 저항을 가변하는 게이트 드라이버를 포함한다.
Description
본 발명은 배터리 충전기 및 배터리 충전기 제어 방법에 관한 것이다.
전기차는 상용 교류(AC)전원을 이용하여 차량 내부 배터리를 충전하는 탑재형 충전기(OBC, On-Board Charger)를 갖추고 있다.
탑재형 충전기(OBC)는 교류(AC)전원을 직류(DC)전압으로 변환하여 차량 내부 배터리를 충전하는 기능을 수행한다.
일반적으로, 탑재형 충전기(OBC)는 상용 교류(AC)전원의 역률을 보정하는 역률 보정 회로(PFC, Power Factor Correction circuit) 및 링크 커패시터 전압을 차량 내부 배터리가 요구하는 직류(DC)전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터로 구성된다.
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.
이에 본 발명은, 배터리 충전기에 인가되는 교류 전원의 결선 방식(단상/삼상 결선 방식)에 따라, 역률 보정 회로에 구비된 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 설정하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 스위칭 주파수 모드에 따라 레그에 구비된 트랜지스터의 게이트 저항 값을 가변함으로써, 스위칭 주파수 모드에 관계없이 안정적이고 효과적으로 트랜지스터를 스위칭할 수 있다.
추가로, 본 발명은 고주파수 모드용 게이트 드라이버 및 저주파수 모드용 게이트 드라이버를 공유함으로써, 게이트 드라이버에 소모되는 면적 및 비용을 줄이는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은, 복수의 교류단 각각에 대응되는 복수의 레그를 포함하는 역률 보정 회로; 상기 복수의 교류단의 위상이 단상인지 또는 삼상인지 여부에 따라 상기 복수의 레그 중 제1 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 설정하는 컨트롤러; 및 상기 제1 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 기반으로, 상기 제1 레그를 구성하는 제1 트랜지스터를 스위칭하고, 상기 제1 트랜지스터의 게이트 저항을 가변하는 게이트 드라이버를 포함하는 배터리 충전기를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 교류단의 위상이 단상일 때 상기 제1 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 저주파수 모드로 설정하고, 상기 복수의 교류단의 위상이 삼상일 때 상기 제1 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 고주파수 모드로 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 교류단의 위상이 삼상일 때, 상기 제1 레그에 대응되는 교류단의 전류 값이 기 설정된 범위 내일 경우, 상기 제1 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 상기 고주파수 모드에서 상기 저주파수 모드로 변경할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 게이트 드라이버는, 상기 제1 레그에 대한 상기 스위칭 주파수 모드가 상기 고주파수 모드로 설정될 때, 상기 제1 레그에 대한 상기 스위칭 주파수 모드가 상기 저주파수 모드로 설정될 때보다 상기 제1 트랜지스터의 스위칭 주파수를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서 상기 게이트 드라이버는, 상기 제1 레그에 대한 상기 스위칭 주파수 모드가 저주파수 모드로 설정될 때, 상기 제1 레그에 대한 상기 스위칭 주파수 모드가 상기 고주파수 모드로 설정될 때보다 상기 제1 트랜지스터의 게이트 저항 값을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 역률 보정 회로는, 직류단 및 상기 복수의 교류단 중 제1 교류단 사이에 연결된 상기 제1 트랜지스터를 포함하는 제1 레그; 상기 직류단 및 상기 복수의 교류단 중 제2 교류단 사이에 연결된 제2 트랜지스터를 포함하는 제2 레그; 및 상기 직류단 및 상기 복수의 교류단 중 제3 교류단 사이에 연결된 제3 트랜지스터를 포함하는 제3 레그를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제2 레그 및 상기 제3 레그에 대한 상기 스위칭 주파수 모드를 고주파수 모드로 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 레그는, 상기 직류단 및 상기 제1 교류단 사이에서 상기 제1 트랜지스터와 병렬로 연결된 제4 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 게이트 드라이버는, 상기 제1 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 기반으로, 상기 제1 트랜지스터와 함께 상기 제4 트랜지스터를 스위칭할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 직류단과 연결되는 링크 커패시터; 및 상기 링크 커패시터의 전압을 승압하여 배터리를 충전하는 DC/DC 컨버터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 교류 전압을 복수의 교류단으로 인가받아 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전압을 기반으로 배터리를 충전하는 배터리 충전기 제어 방법은 상기 복수의 교류단의 위상이 단상인지 또는 삼상인지 여부를 판단하는 단계; 판단 결과를 기반으로, 역률 보정 회로에 구비된 복수의 레그들 중 적어도 하나의 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 설정하는 단계; 상기 스위칭 주파수 모드를 기반으로, 상기 적어도 하나의 레그에 구비된 트랜지스터의 게이트 저항을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스위칭 주파수 모드를 설정하는 단계는, 상기 복수의 교류단의 위상이 단상일 때 상기 스위칭 주파수 모드를 저주파수 모드로 설정하고, 상기 복수의 교류단의 위상이 삼상일 때 상기 스위칭 주파수 모드를 고주파수 모드로 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 트랜지스터의 게이트 저항을 설정하는 단계는, 상기 스위칭 주파수 모드가 상기 저주파수 모드로 설정될 때, 상기 스위칭 주파수 모드가 상기 고주파수 모드로 설정될 때보다 상기 트랜지스터의 게이트 저항 값을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스위칭 주파수 모드를 기반으로, 상기 트랜지스터를 스위칭하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스위칭하는 단계는, 상기 스위칭 주파수 모드가 고주파수 모드로 설정될 때, 상기 스위칭 주파수 모드가 저주파수 모드로 설정될 때보다 상기 트랜지스터의 스위칭 주파수를 높일 수 있다.
본 발명에 의하면, 배터리 충전기에 인가되는 교류 전원의 결선 방식(단상/삼상 결선 방식)에 따라, 역률 보정 회로에 구비된 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 설정할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 스위칭 주파수 모드에 따라 레그에 구비된 트랜지스터의 게이트 저항 값을 가변함으로써, 스위칭 주파수 모드에 관계없이 안정적이고 효과적으로 트랜지스터를 스위칭할 수 있다.
추가로, 본 발명은 고주파수 모드용 게이트 드라이버 및 저주파수 모드용 게이트 드라이버를 공유함으로써, 게이트 드라이버에 소모되는 면적 및 비용을 줄일 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 인터페이스회로의 일 실시예에 따른 회로도이다.
도 3은 도 1에 도시된 인터페이스회로의 다른 실시예에 따른 회로도이다.
도 4는 도 1에 도시된 게이트 드라이버의 일 실시예에 따른 회로도이다.
도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 게이트 드라이버가 스위칭 주파수 모드에 따라 게이트 저항 값을 설정하는 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 도 1에 도시된 배터리 충전기의 동작을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 인터페이스회로의 일 실시예에 따른 회로도이다.
도 3은 도 1에 도시된 인터페이스회로의 다른 실시예에 따른 회로도이다.
도 4는 도 1에 도시된 게이트 드라이버의 일 실시예에 따른 회로도이다.
도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 게이트 드라이버가 스위칭 주파수 모드에 따라 게이트 저항 값을 설정하는 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 도 1에 도시된 배터리 충전기의 동작을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
다음의 실시예들의 기재에 있어서, "기 설정된"이라는 용어는 프로세스나 알고리즘에서 매개변수를 사용할 때 매개변수의 수치가 미리 결정되어 있음을 의미한다. 매개변수의 수치는 실시예에 따라서 프로세스나 알고리즘이 시작할 때 설정되거나 프로세스나 알고리즘이 수행되는 구간 동안 설정될 수 있다.
다양한 구성요소들을 구별하는데 사용되는 "제1" 및 "제2" 등의 용어는 구성요소들에 의해 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 반대로 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
하나의 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 할 때 직접적으로 연결되거나 중간에 다른 구성요소를 매개로 연결될 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면 "직접 연결되어" 및 "직접 접속되어"라는 기재는 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 또 다른 구성요소를 사이에 두지 않고 직접 연결된다고 이해되어야 한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전 시스템(10)의 구성을 도시한 블럭도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 충전 시스템(10)는 교류 전원(100), 배터리 충전기(200) 및 배터리(300)를 포함할 수 있다.
교류 전원(100)은 배터리 충전기(200)에 교류 전압을 공급할 수 있다. 실시예에 따라, 교류 전원(100)은 삼상 결선 방식 또는 단상 결선 방식으로 연결될 수 있다.
배터리 충전기(200)는 교류 전원(100)으로부터 인가받은 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전압을 기반으로 배터리(300)를 충전할 수 있다. 본 실시예에서, 배터리 충전기(200)는 교류 전원(100)의 결선 방식에 상관없이 교류 전압을 직류 전압으로 변환함으로써, 배터리(300)를 충전하도록 구성될 수 있다.
배터리 충전기(200)는 인터페이스회로(210), 역률 보정 회로(220), 컨트롤러(230), 게이트 드라이버(240), 링크 커패시터(250) 및 DC/DC 컨버터(260)를 포함할 수 있다.
인터페이스회로(210)는 교류 전원(100) 및 역률 보정 회로(220) 사이에 연결될 수 있다. 인터페이스회로(210)는 교류 전원(100)의 결선 방식에 따라 교류 전원(100) 및 역률 보정 회로(220) 간 연결 관계를 달리 설정할 수 있다. 이에 대한 설명은 도 2 및 도 3을 참고하여 구체적으로 후술한다.
역률 보정 회로(220)는 링크 커패시터(250)의 일단 및 타단이 연결된 직류단들(D1, D2)과 복수의 교류단들(A1, A2, A3)을 가질 수 있다.
역률 보정 회로(220)는 복수의 교류단들(A1, A2, A3) 각각에 대응되는 복수의 레그들(L1, L2, L3)을 포함할 수 있다. 역률 보정 회로(220)는 복수의 레그들(L1, L2, L3)에 포함된 트랜지스터들이 스위칭됨에 따라, 교류 전원(100)의 역률을 보정할 수 있다. 복수의 레그들(L1, L2, L3)에 포함된 트랜지스터들은 각각 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)으로 구현될 수 있다.
제1 레그(L1)는 제1 교류단(A1) 및 직류단들(D1, D2) 사이에 각각 연결된 트랜지스터들(S1, S2)을 포함할 수 있다. 트랜지스터(S1)는 제1 교류단(A1) 및 제1 직류단(D1) 사이에 연결되고, 트랜지스터(S2)는 제1 교류단(A1) 및 제2 직류단(D2) 사이에 연결될 수 있다.
이와 유사하게, 제2 레그(L2)는 제2 교류단(A2) 및 직류단들(D1, D2) 사이에 각각 연결된 트랜지스터들(S3, S4)을 포함할 수 있다. 트랜지스터(S3)는 제2 교류단(A2) 및 제1 직류단(D1) 사이에 연결되고, 트랜지스터(S4)는 제2 교류단(A2) 및 제2 직류단(D2) 사이에 연결될 수 있다.
제3 레그(L3)는 제3 교류단(A3) 및 직류단들(D1, D2) 사이에 각각 연결된 트랜지스터들(S5, S6)을 포함할 수 있다. 트랜지스터(S5)는 제3 교류단(A3) 및 제1 직류단(D1) 사이에 연결되고, 트랜지스터(S6)는 제3 교류단(A3) 및 제2 직류단(D2) 사이에 연결될 수 있다.
또한, 도 3에서와 같이 교류전원(100)이 단상 결선 방식으로 연결되고, 인터페이스회로(201)가 2상 인터리브드 방식일 경우, 제3 레그(L3)는 제1 레그(L1) 및 제2 레그(L2)에 비해 전류가 2배만큼 더 흐르게 된다. 이 경우, 제3 레그(L3)는 병렬 스위칭 동작이 필요하기 때문에, 트랜지스터(S5') 및 트랜지스터(S6')을 추가로 구비할 수 있다. 트랜지스터(S5')는 제3 교류단(A3) 및 제1 직류단(D1) 사이에서 트랜지스터(S5)와 병렬로 연결될 수 있다. 트랜지스터(S6')는 제3 교류단(A3) 및 제2 직류단(D2) 사이에서 트랜지스터(S6)와 병렬로 연결될 수 있다.
컨트롤러(230)는 복수의 레그들(L1, L2, L3) 각각에 대한 스위칭 주파수 모드를 설정할 수 있다. 스위칭 주파수 모드는 고주파수 모드 및 저주파수 모드를 포함할 수 있다. 고주파수 모드는 저주파수 모드에 비해 레그에 포함된 트랜지스터의 스위칭 주파수를 크게 설정할 수 있다.
컨트롤러(230)는 제1 레그(L1)에 대한 스위칭 주파수 모드를 고주파수 모드로 설정할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 컨트롤러(230)는 제1 교류단(A1)의 전압 레벨을 기반으로, 제1 레그(L1)에 대한 발진신호(F1)를 고주파로 출력할 수 있다.
이와 유사하게, 컨트롤러(230)는 제2 레그(L2)에 대한 스위칭 주파수 모드를 고주파수 모드로 설정할 수 있다. 컨트롤러(230)는 제2 교류단(A2)의 전압 레벨을 기반으로, 제2 레그(L2)에 대한 발진신호(F2)를 고주파로 출력할 수 있다.
컨트롤러(230)는 교류단들(A1, A2, A3)의 위상이 단상인지 또는 삼상인지 여부에 따라 제3 레그(L3)에 대한 스위칭 주파수 모드를 설정할 수 있다. 스위칭 주파수 모드 신호(MODE)는 제3 레그(L3)에 대한 스위칭 주파수 모드를 나타낼 수 있다.
좀 더 구체적으로, 컨트롤러(230)는 교류단들(A1, A2, A3)의 위상 차가 서로 120°만큼 차이날 때, 교류단들(A1, A2, A3)의 위상을 삼상으로 판단하고, 제3 레그(L3)에 대한 스위칭 주파수 모드를 고주파수 모드로 설정할 수 있다. 이때, 컨트롤러(230)는 고주파수 모드를 나타내는 스위칭 주파수 모드 신호(MODE)를 출력하고, 발진신호(F3)를 고주파로 출력할 수 있다. 추가적으로, 컨트롤러(230)는 교류단들(A1, A2, A3)의 위상이 삼상일 때, 제3 교류단(A3)의 전류 값이 기 설정된 범위 내일 경우, 제3 레그(L3)에 대한 스위칭 주파수 모드를 고주파수 모드에서 저주파수 모드로 변경할 수 있다. 이때, 컨트롤러(230)는 저주파수 모드를 나타내는 스위칭 주파수 모드 신호(MODE)를 출력하고, 발진신호(F3)를 저주파로 출력할 수 있다.
반대로, 컨트롤러(230)는 교류단들(A1, A2, A3)의 위상 차가 모두 동일할 때, 교류단들(A1, A2, A3)의 위상을 단상으로 판단하고, 제3 레그(L3)에 대한 스위칭 주파수 모드를 저주파수 모드로 설정할 수 있다. 이때, 컨트롤러(230)는 저주파수 모드를 나타내는 스위칭 주파수 모드 신호(MODE)를 출력하고, 발진신호(F3)를 저주파로 출력할 수 있다.
게이트 드라이버(240)는 제1 게이트 드라이버(241), 제2 게이트 드라이버(242) 및 제3 게이트 드라이버(243)를 포함할 수 있다.
제1 게이트 드라이버(241)는 제1 레그(L1)에 대한 발진신호(F1)를 기반으로 제1 레그(L1)에 포함된 트랜지스터들(S1, S2)을 상보적으로 스위칭할 수 있다. 제1 게이트 드라이버(241)는 발진신호(F1)가 고주파로 입력되므로, 제1 레그(L1)에 포함된 트랜지스터들(S1, S2)을 빠르게 스위칭할 수 있다.
제2 게이트 드라이버(242)는 제2 레그(L2)에 대한 발진신호(F2)를 기반으로 제2 레그(L2)에 포함된 트랜지스터들(S3, S4)을 상보적으로 스위칭할 수 있다. 제2 게이트 드라이버(242)는 발진신호(F2)가 고주파로 입력되므로, 제2 레그(L2)에 포함된 트랜지스터들(S3, S4)을 빠르게 스위칭할 수 있다.
제3 게이트 드라이버(243)는 제3 레그(L3)에 대한 발진신호(F3)를 기반으로 제3 레그(L3)에 포함된 트랜지스터들(S5, S6)을 상보적으로 스위칭할 수 있다. 또한, 제3 게이트 드라이버(243)는 제3 레그(L3)에 대한 발진신호(F3)를 기반으로, 트랜지스터(S5)와 함께 트랜지스터(S5')를 스위칭하고, 트랜지스터(S6)와 함께 트랜지스터(S6')를 스위칭할 수 있다. 제3 게이트 드라이버(243)는 발진신호(F3)가 고주파로 입력될 때 제3 레그(L3)에 포함된 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')을 빠르게 스위칭하고, 발진신호(F3)가 저주파로 입력될 때 제3 레그(L3)에 포함된 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')을 느리게 스위칭할 수 있다.
제3 게이트 드라이버(243)는 스위칭 주파수 모드 신호(MODE)를 기반으로, 스위칭 주파수 모드에 따라 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')의 게이트 저항 값을 가변할 수 있다. 제3 게이트 드라이버(243)는 스위칭 주파수 모드 신호(MODE)가 저주파수 모드를 나타낼 때, 스위칭 주파수 모드 신호(MODE)가 고주파수 모드를 나타낼 때보다 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')의 게이트 저항 값을 높일 수 있다. 이에 따라, 제3 게이트 드라이버(243)는 저주파수 모드에서 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')의 게이트 저항 값을 높게 설정함으로써, 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')을 안정적으로 스위칭하고, 병렬로 연결된 트랜지스터들(S5, S5') 또는 트랜지스터들(S6, S6')의 스위칭에 의한 공진 현상을 개선할 수 있다. 또한, 제3 게이트 드라이버(243)는 고주파수 모드에서 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')의 게이트 저항 값을 상대적으로 낮게 설정함에 따라, 스위칭 에너지 손실을 줄일 수 있다. 이는 스위칭 에너지 손실이 트랜지스터의 게이트 저항 값과 스위칭 주파수에 비례하기 때문이다.
이상 살펴본 바와 같이, 제3 게이트 드라이버(243)는 스위칭 주파수 모드에 따라 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')의 게이트 저항 값을 가변함으로써, 스위칭 주파수 모드에 관계없이 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')을 안정적이고 효과적으로 스위칭할 수 있다. 또한, 제3 게이트 드라이버(243)는 고주파수 모드뿐만 아니라 저주파수 모드에서도 안정적으로 동작하므로, 고주파수 모드용 게이트 드라이버 및 저주파수 모드용 게이트 드라이버를 별도로 구비하는 것에 비해, 소모되는 면적 및 비용을 줄일 수 있다. 제3 게이트 드라이버(243)의 구성 및 동작 방법은 도 4를 참고하여 구체적으로 후술한다.
링크 커패시터(250)는 일단이 제1 직류단(D1)에 연결되고, 타단이 제2 직류단(D2)에 연결될 수 있다.
DC/DC 컨버터(260)는 링크 커패시터(250)의 직류 전압을 승압하여 배터리(260)를 충전할 수 있다.
도 2는 교류 전원(100)이 삼상 결선 방식으로 연결될 때, 도 1의 인터페이스회로(210)의 구성을 도시한 회로도이다.
도 2에 도시된 교류 전압들(100a, 100b, 100c)은 각각 120° 위상 차를 가질 수 있다. 본 실시예에서 교류 전원들(100a, 100b, 100c)은 와이(Y) 결선 방식으로 연결되었으나, 실시예에 따라 교류 전원들(100a, 100b, 100c)은 델타(Δ) 결선 방식으로 연결될 수 있다.
인터페이스회로(210)는 교류 전원(100)이 삼상 결선 방식으로 연결될 때, 교류 전압들(100a, 100b, 100c) 및 역률 보정 회로(도 1의 220)의 교류단들(A1, A2, A3) 각각을 연결할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 인터페이스회로(210)는 인덕터(210_1)을 통해 제1 교류전원(100a) 및 제1 교류단(A1)을 연결하고, 인덕터(210_2)를 통해 제2 교류전원(100b) 및 제2 교류단(A2)을 연결하며, 인덕터(210_3)를 통해 제3 교류전원(100c) 및 제3 교류단(A3)를 연결할 수 있다.
도 3은 교류 전원(100)이 단상 결선 방식으로 연결될 때, 도 1의 인터페이스회로(210)의 구성을 도시한 회로도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 인터페이스회로(210)는 2상 인터리브드 방식으로 교류 전원(100) 및 역률 보정 회로(도 1의 220)의 교류단들(A1, A2, A3)을 연결할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 인터페이스회로(210)는 인덕터(210_4)를 통해 제1 교류전원(100a)의 양극 및 제1 교류단(A1)을 연결하고, 인덕터(210_5)를 통해 제1 교류전원(100a)의 양극 및 제2 교류단(A2)을 연결하며, 제1 교류전원(100a)의 음극 및 제3 교류단(A3)을 직접적으로 연결할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 제3 게이트 드라이버(243)의 일 실시예에 따른 회로도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제3 게이트 드라이버(243)는 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 스위칭 소자(243_1), 구동소자들(243_2, 243_3)을 포함할 수 있다.
제1 저항(R1)의 일단에는 발진신호(F3)이 입력되고, 제1 저항(R1)의 타단은 노드(nd11)가 연결될 수 있다. 제1 저항(R1)의 값은 실시예에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
제2 저항(R2)의 일단은 제3 레그(L3)에 포함된 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')의 게이트단과 연결되고, 제2 저항(R2)의 타단은 노드(nd12)에 연결될 수 있다. 제2 저항(R2)의 값은 실시예에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
스위칭 소자(243_1)는 노드(nd11) 및 노드(nd12) 사이에 연결될 수 있다. 스위칭 소자(243_1)는 모드신호(MODE)를 기반으로 턴온/턴오프 상태가 결정될 수 있다.
좀 더 구체적으로, 스위칭 소자(243_1)는 모드신호(MODE)가 고주파수 모드를 나타낼 때, 턴오프되어 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)를 전기적으로 분리시킬 수 있다. 즉, 모드신호(MODE)가 고주파수 모드를 나타낼 때, 제3 레그(L3)에 포함된 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')의 게이트 저항 값은 제2 저항(R2)의 값으로 설정될 수 있다.
반대로, 스위칭 소자(243_1)는 모드신호(MODE)가 고주파수 모드를 나타낼 때, 턴온되어 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)를 전기적으로 분리시킬 수 있다. 즉, 모드신호(MODE)가 저주파수 모드를 나타낼 때, 제3 레그(L3)에 포함된 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')의 게이트 저항 값은 제1 저항(R1)의 값에 제2 저항(R2)의 값을 더한 값으로 설정될 수 있다
스위칭소자(243_1)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)으로 구현될 수 있다.
구동소자들(243_2, 243_3)은 게이트단이 노드(nd11)에 연결됨에 따라, 발진신호(F3)를 기반으로 노드(nd12)를 풀업/풀다운 구동할 수 있다. 구동소자들(243_2, 243_3) 각각은 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구현될 수 있다.
도 5는 제3 레그(L3)에 대한 스위칭 주파수 모드가 고주파수 모드로 설정될 때, 도 3에 도시된 제3 게이트 드라이버(243)에서 게이트 저항 값을 설정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 스위칭 주파수 모드가 고주파수 모드로 설정될 때, 스위칭 주파수 모드 신호(MODE)는 고주파수 모드(HIGH FREQUENCY MODE)를 나타내고, 발진신호(F3)은 고주파로 입력될 수 있다.
스위칭 소자(243_1)는 스위칭 주파수 모드 신호(MODE)는 고주파수 모드(HIGH FREQUENCY MODE)를 나타낼 때, 턴오프될 수 있다. 이에 따라, 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')의 게이트 저항 값은 제2 저항(R2)의 값으로 설정된다.
도 6은 제3 레그(L3)에 대한 스위칭 주파수 모드가 저주파수 모드로 설정될 때, 도 3에 도시된 제3 게이트 드라이버(243)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 스위칭 주파수 모드가 저주파수 모드로 설정될 때, 스위칭 주파수 모드 신호(MODE)는 저주파수 모드(LOW FREQUENCY MODE)를 나타내고, 발진신호(F3)은 저주파로 입력될 수 있다.
스위칭 주파수 모드 신호(MODE)는 저주파수 모드(LOW FREQUENCY MODE)를 나타낼 때, 스위칭 소자(243_1)는 턴온될 수 있다. 이에 따라, 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')의 게이트 저항 값은 제2 저항(R2)의 값과 제1 저항(R1) 값을 더한 값으로 설정된다.
도 7은 도 1에 도시된 배터리 충전기(200)의 동작을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
S101 단계에서, 컨트롤러(230)는 교류단들(A1, A2, A3)의 위상이 단상인지 또는 삼상인지 여부를 판단할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 컨트롤러(230)는 교류단들(A1, A2, A3)의 위상이 서로 120° 위상 차만큼 차이날 때 삼상으로 판단할 수 있다. 반대로, 컨트롤러(230)는 교류단들(A1, A2, A3)의 위상이 모두 동일할 때, 단상으로 판단할 수 있다.
S103 단계에서, 컨트롤러(230)는 S101 단계에서 교류단들(A1, A2, A3)의 위상을 판단한 결과를 기반으로, 제3 레그(L3)에 대한 스위칭 주파수 모드를 설정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(230)는 교류단들(A1, A2, A3)의 위상을 삼상으로 판단할 때, 제3 레그(L3)에 대한 스위칭 주파수 모드를 고주파수 모드로 설정할 수 있다. 반대로, 컨트롤러(230)는 교류단들(A1, A2, A3)의 위상을 단상으로 판단할 때, 제3 레그(L3)에 대한 스위칭 주파수 모드를 저주파수 모드로 설정할 수 있다.
S105 단계에서, 제3 게이트 드라이버(243)는 제3 레그(L3)에 대한 스위칭 주파수 모드에 따라 제3 레그(L3)에 포함된 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')의 게이트 저항 값을 설정할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제3 게이트 드라이버(243)는 제3 레그(L3)에 대한 스위칭 주파수 모드가 저주파수 모드로 설정될 때, 고주파수 모드로 설정될 때에 비해 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')의 게이트 저항 값을 높일 수 있다.
S107 단계에서, 제3 게이트 드라이버(243)는 스위칭 주파수 모드에 따라 제3 레그(L3)에 포함된 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')을 스위칭할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제3 게이트 드라이버(243)는 제3 레그(L3)에 대한 스위칭 주파수 모드가 고주파수 모드로 설정될 때, 저주파수 모드로 설정될 때에 비해 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')의 스위칭 주파수를 높일 수 있다.
S109 단계에서, 역률 보정 회로(220)는 제3 게이트 드라이버(243)에 의해 트랜지스터들(S5, S5', S6, S6')이 스위칭됨에 따라, 교류 전원(100)의 역률을 보정할 수 있다. 그 후, DC/DC 컨버터(260)는 링크 커패시터(250)의 전압을 승압하여 배터리(300)를 충전할 수 있다.
이상에서 본 개시의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 청구범위의 한도 내에서, 본 개시가 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 : 배터리 충전 시스템
100 : 교류 전원
200 : 배터리 충전기 210 : 인터페이스회로
220 : 역률 보정 회로 230 : 컨트롤러
240 : 게이트 드라이버 250 : 링크 커패시터
260 : DC/DC 컨버터 300 : 배터리
200 : 배터리 충전기 210 : 인터페이스회로
220 : 역률 보정 회로 230 : 컨트롤러
240 : 게이트 드라이버 250 : 링크 커패시터
260 : DC/DC 컨버터 300 : 배터리
Claims (15)
- 복수의 교류단 각각에 대응되는 복수의 레그를 포함하는 역률 보정 회로;
상기 복수의 교류단의 위상이 단상인지 또는 삼상인지 여부에 따라 상기 복수의 레그 중 제1 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 설정하는 컨트롤러; 및
상기 제1 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 기반으로, 상기 제1 레그를 구성하는 제1 트랜지스터를 스위칭하고, 상기 제1 트랜지스터의 게이트 저항을 가변하는 게이트 드라이버를 포함하는 배터리 충전기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 복수의 교류단의 위상이 단상일 때 상기 제1 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 저주파수 모드로 설정하고,
상기 복수의 교류단의 위상이 삼상일 때 상기 제1 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 고주파수 모드로 설정하는 배터리 충전기.
- 제 2 항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 복수의 교류단의 위상이 삼상일 때, 상기 제1 레그에 대응되는 교류단의 전류 값이 기 설정된 범위 내일 경우, 상기 제1 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 상기 고주파수 모드에서 상기 저주파수 모드로 변경하는 배터리 충전기.
- 제 2 항에 있어서,
상기 게이트 드라이버는,
상기 제1 레그에 대한 상기 스위칭 주파수 모드가 상기 고주파수 모드로 설정될 때, 상기 제1 레그에 대한 상기 스위칭 주파수 모드가 상기 저주파수 모드로 설정될 때보다 상기 제1 트랜지스터의 스위칭 주파수를 높이는 배터리 충전기.
- 제 2 항에 있어서,
상기 게이트 드라이버는,
상기 제1 레그에 대한 상기 스위칭 주파수 모드가 저주파수 모드로 설정될 때, 상기 제1 레그에 대한 상기 스위칭 주파수 모드가 상기 고주파수 모드로 설정될 때보다 상기 제1 트랜지스터의 게이트 저항 값을 높이는 배터리 충전기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 역률 보정 회로는,
직류단 및 상기 복수의 교류단 중 제1 교류단 사이에 연결된 상기 제1 트랜지스터를 포함하는 제1 레그;
상기 직류단 및 상기 복수의 교류단 중 제2 교류단 사이에 연결된 제2 트랜지스터를 포함하는 제2 레그; 및
상기 직류단 및 상기 복수의 교류단 중 제3 교류단 사이에 연결된 제3 트랜지스터를 포함하는 제3 레그를 포함하는 배터리 충전기.
- 제 6 항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 제2 레그 및 상기 제3 레그에 대한 상기 스위칭 주파수 모드를 고주파수 모드로 설정하는 배터리 충전기.
- 제 6 항에 있어서,
상기 제1 레그는,
상기 직류단 및 상기 제1 교류단 사이에서 상기 제1 트랜지스터와 병렬로 연결된 제4 트랜지스터를 더 포함하는 배터리 충전기.
- 제 8 항에 있어서,
상기 게이트 드라이버는,
상기 제1 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 기반으로, 상기 제1 트랜지스터와 함께 상기 제4 트랜지스터를 스위칭하는 배터리 충전기.
- 제 6 항에 있어서,
상기 직류단과 연결되는 링크 커패시터; 및
상기 링크 커패시터의 전압을 승압하여 배터리를 충전하는 DC/DC 컨버터를 더 포함하는 배터리 충전기.
- 복수의 교류단으로부터 교류 전압을 인가받아 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전압을 기반으로 배터리를 충전하는 배터리 충전기 제어 방법에 있어서,
상기 복수의 교류단의 위상이 단상인지 또는 삼상인지 여부를 판단하는 단계;
판단 결과를 기반으로, 역률 보정 회로에 구비된 복수의 레그들 중 적어도 하나의 레그에 대한 스위칭 주파수 모드를 설정하는 단계;
상기 스위칭 주파수 모드를 기반으로, 상기 적어도 하나의 레그에 구비된 트랜지스터의 게이트 저항을 설정하는 단계를 포함하는 배터리 충전기 제어 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 스위칭 주파수 모드를 설정하는 단계는,
상기 복수의 교류단의 위상이 단상일 때 상기 스위칭 주파수 모드를 저주파수 모드로 설정하고,
상기 복수의 교류단의 위상이 삼상일 때 상기 스위칭 주파수 모드를 고주파수 모드로 설정하는 배터리 충전기 제어 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 트랜지스터의 게이트 저항을 설정하는 단계는,
상기 스위칭 주파수 모드가 상기 저주파수 모드로 설정될 때, 상기 스위칭 주파수 모드가 상기 고주파수 모드로 설정될 때보다 상기 트랜지스터의 게이트 저항 값을 높이는 배터리 충전기 제어 방법.
- 제 11 항에 있어서,
상기 스위칭 주파수 모드를 기반으로, 상기 트랜지스터를 스위칭하는 단계를 더 포함하는 배터리 충전기 제어 방법.
- 제 14 항에 있어서,
상기 스위칭하는 단계는,
상기 스위칭 주파수 모드가 고주파수 모드로 설정될 때, 상기 스위칭 주파수 모드가 저주파수 모드로 설정될 때보다 상기 트랜지스터의 스위칭 주파수를 높이는 배터리 충전기 제어 방법.
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