WO2019135417A1 - 프리차지 전류 제어 장치 - Google Patents

프리차지 전류 제어 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2019135417A1
WO2019135417A1 PCT/KR2018/000070 KR2018000070W WO2019135417A1 WO 2019135417 A1 WO2019135417 A1 WO 2019135417A1 KR 2018000070 W KR2018000070 W KR 2018000070W WO 2019135417 A1 WO2019135417 A1 WO 2019135417A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
terminal
transistor
voltage
switch
resistor
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/000070
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
문수덕
전필식
박경훈
Original Assignee
삼성에스디아이주식회사
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 삼성에스디아이주식회사 filed Critical 삼성에스디아이주식회사
Priority to PCT/KR2018/000070 priority Critical patent/WO2019135417A1/ko
Priority to KR1020207014776A priority patent/KR102533158B1/ko
Priority to CN201880089471.0A priority patent/CN111712986B/zh
Priority to PL18898529.5T priority patent/PL3719954T3/pl
Priority to US16/960,173 priority patent/US11824397B2/en
Priority to EP18898529.5A priority patent/EP3719954B1/en
Priority to HUE18898529A priority patent/HUE059659T2/hu
Priority to TW107147138A priority patent/TWI688184B/zh
Publication of WO2019135417A1 publication Critical patent/WO2019135417A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/04—Arrangements for preventing response to transient abnormal conditions, e.g. to lightning or to short duration over voltage or oscillations; Damping the influence of dc component by short circuits in ac networks
    • H02H1/043—Arrangements for preventing response to transient abnormal conditions, e.g. to lightning or to short duration over voltage or oscillations; Damping the influence of dc component by short circuits in ac networks to inrush currents
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/04—Arrangements for preventing response to transient abnormal conditions, e.g. to lightning or to short duration over voltage or oscillations; Damping the influence of dc component by short circuits in ac networks
    • H02H1/046—Arrangements for preventing response to transient abnormal conditions, e.g. to lightning or to short duration over voltage or oscillations; Damping the influence of dc component by short circuits in ac networks upon detecting saturation of current transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/001—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off
    • H02H9/002—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off limiting inrush current on switching on of inductive loads subjected to remanence, e.g. transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/026—Current limitation using PTC resistors, i.e. resistors with a large positive temperature coefficient
    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0038—Circuits or arrangements for suppressing, e.g. by masking incorrect turn-on or turn-off signals, e.g. due to current spikes in current mode control
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
    • H01H2009/545—Contacts shunted by static switch means comprising a parallel semiconductor switch being fired optically, e.g. using a photocoupler
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/50—Charging of capacitors, supercapacitors, ultra-capacitors or double layer capacitors
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/908—Inrush current limiters

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a precharge current control device.
  • a device in order to prepare for such a pre-charge phenomenon, a device is designed using a device capable of withstanding a high current or a high voltage, thereby increasing the manufacturing cost of the device.
  • Embodiments of the present invention are intended to prevent an excessive current from being supplied to the device instantaneously, thereby preventing a failure of the device or an increase in fatigue of devices constituting the device.
  • Embodiments of the present invention also seek to reduce the need for high-cost devices in fabrication and design of devices by preventing the generation of high instantaneous power caused by pre-charge currents.
  • An apparatus for controlling a pre-charge current generated in an electrical connection between a first terminal and a second terminal includes a controller for controlling a magnitude of a current flowing between the first terminal and the second terminal, ; A first resistor which generates a base voltage of the first transistor in proportion to a magnitude of the pre-charge current flowing between the first terminal and the second terminal; A first transistor for limiting a magnitude of the pre-charge current when a voltage generated by the first resistor is equal to or greater than a predetermined threshold voltage; A photocoupler (Photo Coupler) for receiving an optical signal from the first power source and supplying power while being insulated from the first power source; A capacitor charged by the power supplied by the photocoupler; A second transistor for controlling a magnitude of the pre-charge current based on a charge voltage of the capacitor; And a second resistor for controlling the operation time of the second transistor together with the capacitor.
  • a controller for controlling a magnitude of a current flowing between the first terminal and the second terminal, ;
  • a first resistor which generates a base
  • the charge voltage of the capacitor generates a base voltage of the second transistor and the second transistor reduces the current flowing through the second transistor as the capacitor is charged by the power supplied by the photocoupler,
  • the gate voltage can be increased.
  • the second transistor may reduce the current flowing through the second transistor to linearly increase the gate voltage of the switch.
  • the switch can increase the magnitude of the current flowing through the switch in proportion to the gate voltage of the switch.
  • the first transistor may limit the magnitude of the pre-charge current by decreasing the gate voltage of the switch if the voltage generated by the first resistor is greater than or equal to a predetermined threshold voltage.
  • the precharge current control device may further include a third resistor for preventing a short circuit, and the third resistor may electrically connect the photocoupler and the second resistor.
  • a second power source may be electrically connected to the first terminal, and a load may be electrically connected to the second terminal.
  • the load may include a capacitive element that generates the pre-charge current.
  • the gate voltage of the switch is maintained at a predetermined voltage by the power supplied by the photocoupler,
  • the switch can maintain the short-circuit state of the first terminal and the second terminal by the gate voltage maintained at the predetermined voltage.
  • instantaneous excessive current can be prevented from being supplied to the device, thereby preventing a failure of the device or an increase in the fatigue of the devices constituting the device.
  • FIG. 1 illustrates a configuration of an apparatus for controlling a pre-charge current generated upon electrical connection between a first terminal and a second terminal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an aspect of a general pre-charge current.
  • FIG. 3 is a diagram showing an aspect of the pre-charge current controlled by the pre-charge current control device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining the operation of the current control device at time point t0 in FIG.
  • 5 is a view for explaining the operation of the current control device when the base voltage of the first transistor increases to a predetermined threshold voltage in the time interval T1.
  • FIG. 6 is a view for explaining the operation of the current control device when the base voltage of the second transistor gradually increases at time T2 and at time T3.
  • FIG. 7 is a diagram showing an equivalent circuit of the current control device in a case where the pre-charge current gradually decreases in the time interval T4.
  • An apparatus for controlling a pre-charge current generated in an electrical connection between a first terminal and a second terminal includes a controller for controlling a magnitude of a current flowing between the first terminal and the second terminal, ; A first resistor which generates a base voltage of the first transistor in proportion to a magnitude of the pre-charge current flowing between the first terminal and the second terminal; A first transistor for limiting a magnitude of the pre-charge current when a voltage generated by the first resistor is equal to or greater than a predetermined threshold voltage; A photocoupler (Photo Coupler) for receiving an optical signal from the first power source and supplying power while being insulated from the first power source; A capacitor charged by the power supplied by the photocoupler; A second transistor for controlling a magnitude of the pre-charge current based on a charge voltage of the capacitor; And a second resistor for controlling the operation time of the second transistor together with the capacitor.
  • a controller for controlling a magnitude of a current flowing between the first terminal and the second terminal, ;
  • a first resistor which generates a base
  • FIG. 1 illustrates a configuration of an apparatus for controlling a pre-charge current generated upon electrical connection between a first terminal P1 and a second terminal P2 according to an embodiment of the present invention.
  • a pre-charge current control device includes a first terminal P1, a second terminal P2, a switch SW, a first transistor TR1, a second transistor TR1, A second resistor R2, a third resistor R3, a capacitor C, a photocoupler PT1, and a first power source W1.
  • the first terminal P1 and the second terminal P2 may be connected to two devices to be electrically connected to each other.
  • the second power source may be electrically connected to the first terminal P1
  • the load driven by the second power source connected to the first terminal P1 may be electrically connected to the second terminal P2.
  • the second power source connected to the first terminal P1 may be, for example, a high voltage battery for driving the electric vehicle
  • the load connected to the second terminal P2 may be a motor driving the electric vehicle, for example.
  • pre-charge may mean a phenomenon in which energy is instantaneously supplied to the device due to capacitive and / or inductive components of the device, in connection between the two devices.
  • a phenomenon in which energy is instantaneously supplied to the load at the time of connection between a power source (for example, the above-described second power source) and a load (for example, the above-described motor) may correspond to this pre-charge phenomenon. This phenomenon frequently occurs at the time of the first connection between the two devices, and may cause serious damage to the device accompanied by an instantaneous pre-charge current.
  • FIG. 2 is a diagram showing an aspect of a general pre-charge current.
  • the pre-charge current Ipr accompanied by the pre-charge phenomenon occurs instantaneously at an initial connection time t0 between two devices (e.g., power source and load), and then exponentially decreases .
  • the pre-charge current Ipr momentarily generated at the initial connection time t0 deviates from the maximum current allowable value of the device (for example, load), which can cause serious damage and stress to the device.
  • the present invention it is possible to prevent the device from being seriously damaged by properly controlling the pre-charge current Ipr, and to minimize the stress of the elements constituting the device. Further, in the design and manufacture of the device, It is possible to prevent the use of expensive elements. A detailed description thereof will be described later.
  • the switch SW controls the magnitude of the current flowing between the first terminal P1 and the second terminal P2 based on the GATE voltage,
  • the electrical connection of the second terminal P2 can be interrupted.
  • the switch SW may increase the magnitude of the current flowing through the switch SW in proportion to the GATE voltage of the switch SW.
  • the switch SW may be located on a line that electrically connects the first terminal P1 and the second terminal P2.
  • the switch SW can be arranged irrespective of the relative position with respect to the other configuration, provided that it is on a line that electrically connects the first terminal P1 and the second terminal P2.
  • the switch SW may be any one of a field effect transistor (FET), a bipolar junction transistor (BJT), and an insulated gate bipolar mode transistor (IGBT).
  • FET field effect transistor
  • BJT bipolar junction transistor
  • IGBT insulated gate bipolar mode transistor
  • the present invention is not limited thereto, and it is possible to use the switch SW of the present invention as long as it can adjust the magnitude of the current flowing through itself according to the input voltage to the gate.
  • the first transistor TR1 can limit the magnitude of the pre-charge current on the line when the base voltage generated by the first resistor R1 is equal to or greater than a predetermined threshold voltage.
  • the first transistor TR1 is turned on when the base voltage generated by the first resistor R1 is equal to or higher than the predetermined threshold voltage, thereby reducing the GATE voltage of the switch SW, ) To limit the magnitude of the pre-charge current.
  • the first resistor R1 is disposed on a line that electrically connects the first terminal P1 and the second terminal P2, and a detailed description thereof will be given later.
  • the second transistor TR2 described later decreases the amount of current that can flow through the second transistor TR2 as the voltage of the base is increased. Therefore, at the time when the first transistor TR1 is turned on, the voltage of the base of the second transistor TR2 is relatively low, so that the GATE voltage of the switch SW becomes the reference potential GND ). A detailed description thereof will also be described later.
  • the second transistor TR2 controls the magnitude of the pre-charge current between the first terminal P1 and the second terminal P2 based on the charging voltage of the capacitor C . More specifically, the charging voltage of the capacitor C gradually increases due to the operation of the precharge current control device by the first power source W1. The charging voltage of the capacitor C becomes higher than the BASE voltage of the second transistor TR2 .
  • the second transistor TR2 can increase the gate voltage of the switch SW by reducing the current flowing through the second transistor TR2 as the capacitor C is charged. At this time, the second transistor TR2 may linearly increase the gate voltage of the switch SW so that the pre-charge current linearly increases.
  • the first transistor TR1 and the second transistor TR2 may be any one of a field effect transistor (FET), a bipolar junction transistor (BJT), and an insulated gate bipolar transistor (IGBT) .
  • FET field effect transistor
  • BJT bipolar junction transistor
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • the first resistor R1 according to an embodiment of the present invention is disposed on a line that electrically connects the first terminal P1 and the second terminal P2 to each other, It is possible to generate the base voltage of one transistor TR1.
  • the second resistor R2 can control the operation time of the second transistor TR2 together with the capacitor C. [ At this time, the second transistor TR2 may decrease the current flowing through the second transistor TR2 as the capacitor C is charged, thereby increasing the gate voltage of the switch SW.
  • the operation time of the second transistor TR2 in the present invention is longer than the time required to reduce the current flowing through the second transistor TR2 to a certain amount or less, that is, when the second transistor TR2 is turned off Which is the time required to complete the operation.
  • the pre-charge current gradually increases.
  • the pre-charge current increases steeply.
  • the third resistor R3 is for preventing a short circuit, and can electrically connect the photocoupler PT1 and the second resistor R2, which will be described later.
  • the capacitor C according to the embodiment of the present invention is charged by the power supplied by the photocoupler PT1 which will be described later, and the pre-charge current can be gradually increased.
  • the charging voltage of the capacitor C can generate the base voltage of the second transistor TR2.
  • the GATE voltage of the switch SW can be changed by the base voltage of the second transistor TR2. Therefore, the pre-charge current may gradually increase in accordance with the charging of the capacitor C.
  • the capacitor C can control the operation time of the second transistor TR2 together with the second resistor R2 described above. The description thereof has been described above, so it is omitted.
  • the photocoupler PT1 may receive an optical signal from the first power source W1 and supply power while being insulated from the first power source W1. More specifically, the photocoupler PT1 converts the power supplied from the first power source W1 into an optical signal, receives the same again, and outputs a circuit formed by the first power source W1 and a circuit formed by the first power source W1, The right circuit can receive power.
  • the first power source W1 may be a power source different from the second power source connected to the first terminal P1.
  • the first power source W1 may be a battery provided for starting a vehicle, driving electronic equipment, May be a battery provided for the driving of the vehicle, that is, for driving the vehicle.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the operation of the pre-charge current control apparatus will be described with reference to FIGS. 3 to 7. It is also assumed that the second power supply W2 is connected to the first terminal P1 and the capacitive load CL is connected to the second terminal P2 of the precharge current control device according to an embodiment of the present invention do.
  • FIG. 3 is a diagram showing an aspect of the pre-charge current controlled by the pre-charge current control device according to the embodiment of the present invention.
  • the pre-charge current controlled by the current control device does not increase rapidly.
  • a period T1 in which no current flows (or a period in which the current flows finely) T1 a period in which the current linearly increases, (T3), and a period (T4) during which the current decreases.
  • FIG. 4 is a view for explaining the operation of the current control device at time point t0 in FIG.
  • power supply by the first power source W1 is started at a time point t0.
  • the photocoupler PT1 can receive the optical signal from the first power source W1 and supply the power to the right circuit of the device.
  • the capacitor C is charged by the current I1 generated by the power supplied by the photocoupler PT1.
  • a predetermined voltage is applied to the gate of the switch SW by the electric power supplied from the photocoupler PT1 so that a minute current I2 flows between the first terminal P1 and the second terminal P2 have.
  • the fine current I2 gradually increases as the voltage applied to the gate of the switch SW increases after the time t0 so that the BASE voltage of the first transistor TR1 is reduced by the first resistor R1 To a predetermined threshold voltage.
  • 5 is a view for explaining the operation of the current control device when the base voltage of the first transistor TR1 increases to a predetermined threshold voltage in the time interval T1.
  • the first transistor TR1 When the current (I2 in FIG. 4) flowing in the first resistor R1 increases according to the procedure described in FIG. 4 and the base voltage of the first transistor TR1 becomes equal to or greater than a predetermined threshold voltage, the first transistor TR1, The gate voltage of the switch SW can be reduced to limit the magnitude of the precharge current Ipr.
  • the first transistor TR1 is turned on when the base voltage generated by the first resistor R1 is equal to or higher than the predetermined threshold voltage, thereby generating the same path as the CP1, GATE voltage can be lowered to a level similar to the reference potential (GND).
  • the switch SW When the gate voltage of the switch SW is lowered to a level similar to the reference potential GND, the switch SW changes the precharge current Ipr between the first terminal P1 and the second terminal P2 to And can be limited to T1.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the current control device when the base voltage of the second transistor TR2 gradually increases at the time T2 and the time interval T3.
  • the GATE voltage of the switch SW can be lowered to a level similar to the reference potential GND by the same path as the CP1 of FIG. 5 at the time point t1 (i.e., at the time interval T1).
  • the base voltage of the second transistor TR2 may increase based on the charging voltage of the capacitor C.
  • the second transistor TR2 decreases the current flowing through the second transistor TR2 as the base voltage becomes higher, thereby increasing the gate voltage of the switch SW.
  • the second transistor TR2 linearly increases the gate voltage of the switch SW, so that the precharge current Ipr can be linearly increased as shown by the time interval T2 in FIG.
  • the pre-charge current Ipr can be limited to a predetermined value, such as the time interval T3 in FIG. 3, according to the voltage generated by the photocoupler PT1.
  • FIG. 7 is a diagram showing an equivalent circuit of the current control device in the case where the pre-charge current Ipr gradually decreases in the time interval T4.
  • the pre-charge current may mean a phenomenon in which energy is temporarily supplied by the capacitive load CL connected as described above. Therefore, the amount of the pre-charge current is limited and may occur only temporarily at the beginning of the connection between the two devices.
  • the pre-charge current can be reduced as shown in time period T4 of FIG. 3 when the charging of the capacitive load CL of the connected device is completed.
  • the GATE voltage of the switch SW can be maintained at a predetermined voltage by the power supplied by the photocoupler PT1.
  • the switch SW can maintain the short-circuit state of the first terminal P1 and the second terminal P2 by the GATE voltage maintained at a predetermined voltage.
  • the present invention can prevent an excessive current from being supplied to the device instantaneously, thereby preventing a failure of the device or an increase in fatigue of devices constituting the device.
  • Patents The present invention prevents the generation of high instantaneous power caused by pre-charge current, thereby reducing the need for high-cost devices in the fabrication and design of devices.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 제1 단자 및 제2 단자의 전기적 연결 시 발생하는 프리차지(Pre-charge) 전류를 제어하는 장치는, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이에 흐르는 전류의 크기를 제어하는 스위치; 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이에 흐르는 상기 프리차지 전류의 크기에 비례하여 제1 트렌지스터의 베이스 전압을 생성하는 제1 저항; 상기 제1 저항이 생성한 전압이 소정의 임계전압 이상인 경우, 상기 프리차지 전류의 크기를 제한하는 제1 트렌지스터; 제1 전원과 절연된 상태에서, 상기 제1 전원으로부터 광신호를 수신하여 전력을 공급하는 포토커플러(Photo Coupler); 상기 포토커플러가 공급하는 전력에 의해 충전되는 커패시터; 상기 커패시터의 충전 전압에 기초하여 상기 프리차지 전류의 크기를 제어하는 제2 트렌지스터; 및 상기 커패시터와 함께 상기 제2 트렌지스터의 동작 시간을 제어하는 제2 저항;을 포함할 수 있다.

Description

프리차지 전류 제어 장치
본 발명의 실시예들은 프리차지 전류 제어 장치에 관한 것이다.
오늘날 전기자동차 및 에너지 저장장치 기술 등의 발달과 더불어 배터리 팩 관련 기술들이 개발되고 있으며, 이러한 배터리 팩들은 장치를 구동시키기 위해 높은 전압과 용량으로 설계되는 것이 일반적이다.
배터리 팩과 장치간의 최초 연결에 있어서 장치의 유도성 및/또는 용량성 소자에 의해 프리차지(Pre-charge)현상이 빈번하게 발생하는데, 전술한 바와 같이 배터리의 전압 및 용량이 높아짐에 따라 보다 그 규모가 큰 프리차지 현상이 발생한다.
종래기술에 따르면 이러한 프리차지 현상을 대비하기 위하여, 고전류나 고 전압을 견딜 수 있는 소자를 사용하여 장치를 설계하였고, 이에 따라 장치의 제조 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
또한 이러한 프리차지 현상에 의해 장치의 각 소자의 스트레스가 증가하였고, 이에 따라 장치의 심각한 손상을 초래하는 문제점 또한 있었다.
본 발명의 실시예들은 순간적으로 과도한 전류가 장치에 공급되는 것을 방지하고자 하며, 이로써 장치의 고장이나 장치를 구성하는 소자들의 피로도의 증가를 방지하고자 한다.
또한 본 발명의 실시예들은 프리차지 전류에 의해 발생하는 높은 순간전력의 생성을 방지함으로써, 장치의 제작 및 설계에 있어서 고 단가의 소자의 사용의 필요성을 낮추고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 단자 및 제2 단자의 전기적 연결 시 발생하는 프리차지(Pre-charge) 전류를 제어하는 장치는, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이에 흐르는 전류의 크기를 제어하는 스위치; 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이에 흐르는 상기 프리차지 전류의 크기에 비례하여 제1 트렌지스터의 베이스 전압을 생성하는 제1 저항; 상기 제1 저항이 생성한 전압이 소정의 임계전압 이상인 경우, 상기 프리차지 전류의 크기를 제한하는 제1 트렌지스터; 제1 전원과 절연된 상태에서, 상기 제1 전원으로부터 광신호를 수신하여 전력을 공급하는 포토커플러(Photo Coupler); 상기 포토커플러가 공급하는 전력에 의해 충전되는 커패시터; 상기 커패시터의 충전 전압에 기초하여 상기 프리차지 전류의 크기를 제어하는 제2 트렌지스터; 및 상기 커패시터와 함께 상기 제2 트렌지스터의 동작 시간을 제어하는 제2 저항;을 포함할 수 있다.
상기 커패시터의 충전 전압은 상기 제2 트렌지스터의 베이스 전압을 생성하고, 상기 포토커플러가 공급하는 전력에 의해 상기 커패시터가 충전됨에 따라 상기 제2 트렌지스터는 제2 트렌지스터를 통하여 흐르는 전류를 감소시켜 상기 스위치의 게이트 전압을 증가시킬 수 있다.
제2 트렌지스터는 제2 트렌지스터를 통하여 흐르는 전류를 감소시켜 상기 스위치의 게이트 전압을 선형적으로 증가시킬 수 있다.
상기 스위치는 상기 스위치의 게이트 전압에 비례하여 상기 스위치를 통하여 흐르는 전류의 크기를 증가시킬 수 있다.
상기 제1 트렌지스터는 상기 제1 저항이 생성한 전압이 소정의 임계전압 이상인 경우, 상기 스위치의 게이트 전압을 감소시켜 상기 프리차지 전류의 크기를 제한할 수 있다.
상기 프리차지 전류 제어 장치는 단락을 방지하기 위한 제3 저항을 더 포함하고, 상기 제3 저항은 상기 포토커플러와 상기 제2 저항을 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 제1 단자에는 제2 전원이 전기적으로 연결되고, 상기 제2 단자에는 부하가 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 부하는 상기 프리차지 전류를 생성하는 용량성 소자를 포함할 수 있다.
상기 프리차지 전류는 상기 용량성 소자의 충전이 완료된 경우 감소하고, 상기 용량성 소자의 충전이 완료된 경우, 상기 스위치의 게이트 전압은 상기 포토커플러가 공급하는 전력에 의해 소정의 전압으로 유지되고, 상기 스위치는 상기 소정의 전압으로 유지되는 게이트 전압에 의해 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자의 단락 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 순간적으로 과도한 전류가 장치에 공급되는 것을 방지할 수 있으며, 이로써 장치의 고장이나 장치를 구성하는 소자들의 피로도의 증가를 방지할 수 있다.
또한 프리차지 전류에 의해 발생하는 높은 순간전력의 생성을 방지함으로써, 장치의 제작 및 설계에 있어서 고 단가의 소자의 사용의 필요성을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 단자 및 제2 단자의 전기적 연결 시 발생하는 프리차지 전류를 제어하는 장치의 구성을 도시한다.
도 2는 일반적인 프리차지 전류의 양상을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리차지 전류 제어 장치에 의해 제어되는 프리차지 전류의 양상을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 시점 t0에서 전류 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 시구간 T1에서 제1 트렌지스터의 BASE 전압이 소정의 임계 전압까지 증가한 경우의 전류 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 시구간 T2 및 시구간 T3에서 제2 트렌지스터의 BASE 전압이 점차 증가하는 경우의 전류 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 시구간 T4에서 프리차지 전류가 점차 감소하는 경우의 전류 제어 장치의 등가회로를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 단자 및 제2 단자의 전기적 연결 시 발생하는 프리차지(Pre-charge) 전류를 제어하는 장치는, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이에 흐르는 전류의 크기를 제어하는 스위치; 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이에 흐르는 상기 프리차지 전류의 크기에 비례하여 제1 트렌지스터의 베이스 전압을 생성하는 제1 저항; 상기 제1 저항이 생성한 전압이 소정의 임계전압 이상인 경우, 상기 프리차지 전류의 크기를 제한하는 제1 트렌지스터; 제1 전원과 절연된 상태에서, 상기 제1 전원으로부터 광신호를 수신하여 전력을 공급하는 포토커플러(Photo Coupler); 상기 포토커플러가 공급하는 전력에 의해 충전되는 커패시터; 상기 커패시터의 충전 전압에 기초하여 상기 프리차지 전류의 크기를 제어하는 제2 트렌지스터; 및 상기 커패시터와 함께 상기 제2 트렌지스터의 동작 시간을 제어하는 제2 저항;을 포함할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시 예로부터 다른 실시 예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다. 즉 설명된 특정 세부사항들은 단순한 예시이다. 특정 구현들은 이러한 예시적인 세부사항들로부터 변할 수 있고, 본 발명의 정신 및 범위 내에서 계속 고려될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 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. 본 출원에서, "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. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 단자(P1) 및 제2 단자(P2)의 전기적 연결 시 발생하는 프리차지(Pre-charge) 전류를 제어하는 장치의 구성을 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리차지 전류 제어 장치는 제1 단자(P1), 제2 단자(P2), 스위치(SW), 제1 트렌지스터(TR1), 제2 트렌지스터(TR2), 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제3 저항(R3), 커패시터(C), 포토커플러(PT1) 및 제1 전원(W1)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 단자(P1) 및 제2 단자(P2)는 전기적으로 연결하고자 하는 두 장치와 각각 연결될 수 있다. 가령 제1 단자(P1)에는 제2 전원이 전기적으로 연결될 수 있고, 제2 단자(P2)에는 제1 단자(P1)에 연결된 제2 전원에 의해 구동되는 부하가 전기적으로 연결될 수 있다. 이때 제1 단자(P1)에 연결되는 제2 전원은 예컨대 전기자동차의 구동을 위한 고전압의 배터리 이고, 제2 단자(P2)에 연결되는 부하는 예컨대 전기자동차를 구동시키는 모터일 수 있다.
한편 제2 단자(P2)에 연결되는 부하는 프리차지 전류를 발생시키는 용량성(Capacitive) 성분 및/또는 유도성(Inductive) 성분을 포함할 수 있다. 이때 프리차지(Pre-charge)는 장치의 용량성 및/또는 유도성 성분에 의해, 두 장치간의 연결에 있어서 순간적으로 에너지가 장치에 공급되는 현상을 의미할 수 있다. 가령 전원(가령 상술한 제2 전원)과 부하(가령 전술한 모터)의 연결시에, 부하로 에너지가 순간적으로 공급되는 현상이 이러한 프리차지 현상에 해당할 수 있다. 이러한 현상은 주로 두 장치간의 최초 연결 시에 빈번하게 발생하며, 순간적인 프리차지 전류를 동반하여 장치의 심각한 손상을 초래할 수 있다.
도 2는 일반적인 프리차지 전류의 양상을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 프리차지 현상이 동반하는 프리차지 전류(Ipr)는 두 장치(가령 전원과 부하)의 최초 연결 시점(t0)에 순간적으로 크게 발생하고, 이후 지수적으로 감소하는 양상을 보인다.
전술한 바와 같이 최초 연결 시점(t0)에 순간적으로 발생하는 프리차지 전류(Ipr)는 장치(가령 부하)의 최대 전류 허용치를 벗어나므로, 장치에 심각한 손상과 스트레스를 초래할 수 있다.
본 발명은 이러한 프리차지 전류(Ipr)를 적절히 제어함으로써 장치의 심각한 손상을 방지함과 더불어, 장치를 구성하는 소자의 스트레스를 최소화 하며, 나아가 장치의 설계 및 제작에 있어서, 프리차지를 대비한 값비싼 소자의 사용을 방지할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위치(SW)는 GATE 전압에 기초하여 전술한 제1 단자(P1)와 제2 단자(P2) 사이에 흐르는 전류의 크기를 제어하거나, 제1 단자(P1)와 제2 단자(P2)의 전기적 연결을 단속(斷續)할 수 있다. 가령 스위치(SW)는 스위치(SW)의 GATE 전압에 비례하여 스위치(SW)를 통하여 흐르는 전류의 크기를 증가시킬 수 있다.
이를 위하여 스위치(SW)는 제1 단자(P1)와 제2 단자(P2)를 전기적으로 연결하는 선로 상에 위치할 수 있다. 바꾸어 말하면, 스위치(SW)는 제1 단자(P1)와 제2 단자(P2)를 전기적으로 연결하는 선로 상이라면 다른 구성과의 상대적 위치에 관계 없이 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위치(SW)는 FET(Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 중 어느 하나일 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 제한되는 것은 아니며, GATE에 대한 입력 전압에 따라 자신을 통하여 흐르는 전류의 크기를 조절할 수 있는 소자이면 본 발명의 스위치(SW)로 제한 없이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 트렌지스터(TR1)는 제1 저항(R1)이 생성한 BASE 전압이 소정의 임계전압 이상인 경우, 선로 상의 프리차지 전류의 크기를 제한할 수 있다. 바꾸어 말하면, 제1 트렌지스터(TR1)는 제1 저항(R1)이 생성한 BASE 전압이 소정의 임계전압 이상인 경우 턴온(Turn On)되어, 스위치(SW)의 GATE 전압을 감소시키며, 이로써 스위치(SW)를 통하여 흐를 수 있는 전류의 크기를 감소시켜 프리차지 전류의 크기를 제한할 수 있다. 한편 전술한 제1 저항(R1)은 제1 단자(P1)와 제2 단자(P2)를 전기적으로 연결하는 선로 상에 배치되며, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
한편 후술하는 제2 트렌지스터(TR2)는 BASE의 전압이 증가할수록 제2 트렌지스터(TR2)를 통하여 흐를 수 있는 전류의 양을 감소시킨다. 따라서 제1 트렌지스터(TR1)가 턴온(Turn On)되는 시점에, 제2 트렌지스터(TR2)의 BASE의 전압은 상대적으로 낮은 상태이고, 이로써 해당 시점에 스위치(SW)의 GATE 전압은 기준전위(GND)와 유사한 수준으로 낮아질 수 있다. 이에 대한 상세한 설명도 후술한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2 트렌지스터(TR2)는 후술하는 커패시터(C)의 충전 전압에 기초하여 제1 단자(P1)와 제2 단자(P2) 사이의 프리차지 전류의 크기를 제어할 수 있다. 보다 상세히, 프리차지 전류 제어 장치의 동작에 따라 제1 전원(W1)에 의해 커패시터(C)의 충전 전압이 점차 높아지고, 이러한 커패시터(C)의 충전 전압은 제2 트렌지스터(TR2)의 BASE 전압을 생성한다.
전술한 바와 같이 제2 트렌지스터(TR2)는 커패시터(C)가 충전됨에 따라 제2 트렌지스터(TR2)를 통하여 흐르는 전류를 감소시켜 스위치(SW)의 GATE 전압을 증가시킬 수 있다. 이때 제2 트렌지스터(TR2)는 스위치(SW)의 GATE 전압을 선형적으로 증가시켜 프리차지 전류가 선형적으로 증가하도록 할 수 있다.
한편 상술한 제1 트렌지스터(TR1) 및 제2 트렌지스터(TR2)는 그 명칭에도 불구하고 FET(Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 중 어느 하나일 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 저항(R1)은 제1 단자(P1)와 제2 단자(P2)를 전기적으로 연결하는 선로 상에 배치되어, 선로상의 프리차지 전류의 크기를 제한하는 제1 트렌지스터(TR1)의 BASE 전압을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2 저항(R2)은 커패시터(C)와 함께 제2 트렌지스터(TR2)의 동작 시간을 제어할 수 있다. 이때 제2 트렌지스터(TR2)는 커패시터(C)가 충전됨에 따라 제2 트렌지스터(TR2)를 통하여 흐르는 전류를 감소시켜, 스위치(SW)의 GATE 전압을 증가시킬 수 있다.
따라서 본 발명에서 제2 트렌지스터(TR2)의 동작 시간은 제2 트렌지스터(TR2)를 통하여 흐르는 전류를 일정량 이하로 감소시키는데 소요되는 시간, 즉 제2 트렌지스터(TR2)가 턴 오프(Turn Off)될 때까지 소요되는 시간을 의미할 수 있다. 이러한 동작 시간이 길어질수록 프리차지 전류는 완만하게 증가하고, 이러한 동작 시간이 짧아질수록 프리차지 전류는 가파르게 증가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제3 저항(R3)은 단락을 방지하기 위한 것으로, 후술하는 포토커플러(PT1)와 제2 저항(R2)을 전기적으로 연결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터(C)는 후술하는 포토커플러(PT1)가 공급하는 전력에 의해 충전되며, 프리차지 전류가 점차적으로 증가하도록 할 수 있다. 전술한 바와 같이 커패시터(C)의 충전 전압은 제2 트렌지스터(TR2)의 BASE 전압을 생성할 수 있다. 또한 제2 트렌지스터(TR2)의 BASE 전압에 의해 스위치(SW)의 GATE 전압이 변경될 수 있다. 따라서 커패시터(C)의 충전에 따라 프리차지 전류가 점차적으로 증가할 수 있다.
한편 커패시터(C)는 전술한 제2 저항(R2)과 함께 제2 트렌지스터(TR2)의 동작 시간을 제어할 수 있다. 이에 대한 설명은 전술하였으므로, 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포토커플러(PT1)는 제1 전원(W1)과 절연된 상태에서, 제1 전원(W1)으로부터 광신호를 수신하여 전력을 공급할 수 있다. 보다 상세히, 포토커플러(PT1)는 제1 전원(W1)이 공급한 전력을 광신호로 변환하고, 이를 다시 수신하여 제1 전원(W1)에 의해 형성되는 회로와, 전력을 전달받는 회로가 절연된 상태에서 우측 회로가 전력을 전달받도록 할 수 있다.
한편 제1 전원(W1)은 전술한 제1 단자(P1)에 연결되는 제2 전원과 상이한 전원일 수 있다. 가령 본 발명의 일 실시예에 따른 프리차지 전류 제어 장치가 전기자동차에 구비되는 경우, 제1 전원(W1)은 자동차의 시동, 전자장비의 구동 등을 위해 구비되는 배터리 일 수 있고, 제2 전원은 자동차의 구동, 즉 자동차의 주행을 위해 구비되는 배터리 일 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 도 3 내지 도 7을 함께 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 프리차지 전류 제어 장치의 시간의 흐름에 따른 동작을 설명한다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 프리차지 전류 제어 장치의 제1 단자(P1)에는 제2 전원(W2)이, 제2 단자(P2)에는 용량성 부하(CL)가 연결되어 있다고 가정하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리차지 전류 제어 장치에 의해 제어되는 프리차지 전류의 양상을 도시한 도면이다.
도 2와 대비해서 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 제어 장치에 의해 제어되는 프리차지 전류는 급격하게 증가하지 않는다. 또한 시간의 흐름에 따른 전류의 크기를 확인해 보면, 전류가 흐르지 않는 구간(또는 전류가 미세하게 흐르는 구간)(T1), 전류가 선형적으로 증가하는 구간(T2), 전류가 일정하게 유지되는 구간(T3) 및 전류가 감소하는 구간(T4)을 포함할 수 있다.
이하에서는 각 구간(T1 내지 T4) 또는 특정 시점(t0)에서 전류 제어 장치의 동작을 중심으로 설명한다.
도 4는 도 3의 시점 t0에서 전류 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의를 위하여 시점 t0에 제1 전원(W1)에 의한 전력 공급이 시작되었다고 가정한다.
전술한 가정 하에, 포토커플러(PT1)는 제1 전원(W1)으로부터 광신호를 수신하여 장치의 우측 회로에 전력을 공급할 수 있다. 커패시터(C)는 포토커플러(PT1)가 공급한 전력에 의해 생성된 전류(I1)에 의하여 충전이 개시된다.
포토커플러(PT1)가 공급한 전력에 의해 스위치(SW)의 GATE에는 소정의 전압이 인가되고, 이에 따라 제1 단자(P1) 및 제2 단자(P2) 사이에는 미세한 전류(I2)가 흐를 수 있다.
시점 t0 이후에, 스위치(SW)의 GATE에 인가되는 전압이 증가함에 따라 미세 전류(I2)가 점차적으로 증가하고, 이에 따라 제1 저항(R1)에 의해 제1 트렌지스터(TR1)의 BASE 전압이 소정의 임계 전압까지 증가할 수 있다.
도 5는 시구간 T1에서 제1 트렌지스터(TR1)의 BASE 전압이 소정의 임계 전압까지 증가한 경우의 전류 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에서 설명한 과정에 따라 제1 저항(R1)에 흐르는 전류(도 4의 I2)가 증가하여 제1 트렌지스터(TR1)의 BASE 전압이 소정의 임계 전압 이상이 된 경우, 제1 트렌지스터(TR1)는 스위치(SW)의 GATE 전압을 감소시켜 프리차지 전류(Ipr)의 크기를 제한할 수 있다.
바꾸어 말하면, 제1 트렌지스터(TR1)는 제1 저항(R1)이 생성한 BASE 전압이 소정의 임계전압 이상인 경우 턴온(Turn On)되어, CP1과 같은 경로를 생성하고, 이에 따라 스위치(SW)의 GATE 전압이 기준전위(GND)와 유사한 수준으로 낮아지도록 할 수 있다.
스위치(SW)의 GATE 전압이 기준전위(GND)와 유사한 수준으로 낮아진 경우, 스위치(SW)는 제1 단자(P1)와 제2 단자(P2) 사이의 프리차지 전류(Ipr)를 도 3의 시구간 T1과 같이 제한할 수 있다.
도 6은 시구간 T2 및 시구간 T3에서 제2 트렌지스터(TR2)의 BASE 전압이 점차 증가하는 경우의 전류 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에서 설명한 바와 같이 시점 t1에서(즉 시구간 T1 에서) 도 5의 CP1과 같은 경로에 의해서 스위치(SW)의 GATE 전압이 기준전위(GND)와 유사한 수준으로 낮아질 수 있다.
시점 t1 이후에, 제2 트렌지스터(TR2)의 BASE 전압은 커패시터(C)의 충전 전압에 기초하여 증가할 수 있다. 제2 트렌지스터(TR2)는 BASE 전압이 능가할수록 제2 트렌지스터(TR2)를 통하여 흐르는 전류를 감소시키고, 이로서 스위치(SW)의 GATE 전압을 증가시킬 수 있다.
이때 제2 트렌지스터(TR2)는 스위치(SW)의 GATE 전압을 선형적으로 증가시켜 프리차지 전류(Ipr)가 도 3의 시구간 T2와 같이 선형적으로 증가하도록 할 수 있다.
한편 프리차지 전류(Ipr)는 포토커플러(PT1)에 의해 생성되는 전압에 따라 도 3의 시구간 T3과 같이 소정의 값으로 제한될 수 있다.
도 7은 시구간 T4에서 프리차지 전류(Ipr)가 점차 감소하는 경우의 전류 제어 장치의 등가회로를 도시한 도면이다.
프리차지 전류는 전술한 바와 같이 연결되는 용량성 부하(CL)에 의해, 일시적으로 에너지가 공급되는 현상을 의미할 수 있다. 따라서 프라차지 전류의 양은 한정되어 있고, 두 장치간의 연결 초기에만 일시적으로 발생할 수 있다.
프리차지 전류는 연결된 장치의 용량성 부하(CL)의 충전이 완료된 경우 도 3의 시구간 T4와 같이 감소할 수 있다. 이때 스위치(SW)의 GATE 전압은 포토커플러(PT1)가 공급하는 전력에 의해 소정의 전압으로 유지될 수 있다. 또한 스위치(SW)는 소정의 전압으로 유지되는 GATE 전압에 의해, 제1 단자(P1) 및 제2 단자(P2)의 단락 상태를 유지시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명은 순간적으로 과도한 전류가 장치에 공급되는 것을 방지할 수 있으며, 이로써 장치의 고장이나 장치를 구성하는 소자들의 피로도의 증가를 방지할 수 있다.
특허 본 발명은 프리차지 전류에 의해 발생하는 높은 순간전력의 생성을 방지함으로써, 장치의 제작 및 설계에 있어서 고 단가의 소자의 사용의 필요성을 낮출 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 수 있다. 그러므로 상기 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 제1 단자 및 제2 단자의 전기적 연결 시 발생하는 프리차지(Pre-charge) 전류를 제어하는 장치에 있어서,
    상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이에 흐르는 전류의 크기를 제어하는 스위치;
    상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이에 흐르는 상기 프리차지 전류의 크기에 비례하여 제1 트렌지스터의 베이스 전압을 생성하는 제1 저항;
    상기 제1 저항이 생성한 전압이 소정의 임계전압 이상인 경우, 상기 프리차지 전류의 크기를 제한하는 제1 트렌지스터;
    제1 전원과 절연된 상태에서, 상기 제1 전원으로부터 광신호를 수신하여 전력을 공급하는 포토커플러(Photo Coupler);
    상기 포토커플러가 공급하는 전력에 의해 충전되는 커패시터;
    상기 커패시터의 충전 전압에 기초하여 상기 프리차지 전류의 크기를 제어하는 제2 트렌지스터; 및
    상기 커패시터와 함께 상기 제2 트렌지스터의 동작 시간을 제어하는 제2 저항;을 포함하는, 프리차지 전류 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서
    상기 커패시터의 충전 전압은 상기 제2 트렌지스터의 베이스 전압을 생성하고,
    상기 포토커플러가 공급하는 전력에 의해 상기 커패시터가 충전됨에 따라 상기 제2 트렌지스터는 제2 트렌지스터를 통하여 흐르는 전류를 감소시켜 상기 스위치의 게이트 전압을 증가시키는, 프리차지 전류 제어 장치.
  3. 제2 항에 있어서
    제2 트렌지스터는 제2 트렌지스터를 통하여 흐르는 전류를 감소시켜 상기 스위치의 게이트 전압을 선형적으로 증가시키는, 프리차지 전류 제어 장치.
  4. 제1 항에 있어서
    상기 스위치는
    상기 스위치의 게이트 전압에 비례하여 상기 스위치를 통하여 흐르는 전류의 크기를 증가시키는, 프리차지 전류 제어 장치.
  5. 제1 항에 있어서
    상기 제1 트렌지스터는
    상기 제1 저항이 생성한 전압이 소정의 임계전압 이상인 경우, 상기 스위치의 게이트 전압을 감소시켜 상기 프리차지 전류의 크기를 제한하는, 프리차지 전류 제어 장치.
  6. 제1 항에 있어서
    상기 프리차지 전류 제어 장치는
    단락을 방지하기 위한 제3 저항을 더 포함하고,
    상기 제3 저항은 상기 포토커플러와 상기 제2 저항을 전기적으로 연결하는, 프리차지 전류 제어 장치.
  7. 제1 항에 있어서
    상기 제1 단자에는 제2 전원이 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 단자에는 부하가 전기적으로 연결되는, 프리차지 전류 제어 장치.
  8. 제7 항에 있어서
    상기 부하는 상기 프리차지 전류를 생성하는 용량성 소자를 포함하는, 프리차지 전류 제어 장치.
  9. 제8 항에 있어서
    상기 프리차지 전류는 상기 용량성 소자의 충전이 완료된 경우 감소하고,
    상기 용량성 소자의 충전이 완료된 경우, 상기 스위치의 게이트 전압은 상기 포토커플러가 공급하는 전력에 의해 소정의 전압으로 유지되고,
    상기 스위치는 상기 소정의 전압으로 유지되는 게이트 전압에 의해 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자의 단락 상태를 유지하는, 프리차지 전류 제어 장치.
PCT/KR2018/000070 2018-01-03 2018-01-03 프리차지 전류 제어 장치 WO2019135417A1 (ko)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2018/000070 WO2019135417A1 (ko) 2018-01-03 2018-01-03 프리차지 전류 제어 장치
KR1020207014776A KR102533158B1 (ko) 2018-01-03 2018-01-03 프리차지 전류 제어 장치
CN201880089471.0A CN111712986B (zh) 2018-01-03 2018-01-03 预充电电流控制设备
PL18898529.5T PL3719954T3 (pl) 2018-01-03 2018-01-03 Urządzenie sterujące prądem wstępnego ładowania
US16/960,173 US11824397B2 (en) 2018-01-03 2018-01-03 Pre-charge current control device
EP18898529.5A EP3719954B1 (en) 2018-01-03 2018-01-03 Pre-charge current control device
HUE18898529A HUE059659T2 (hu) 2018-01-03 2018-01-03 Elõtöltési áramszabályozó eszköz
TW107147138A TWI688184B (zh) 2018-01-03 2018-12-26 用於控制預充電電流的裝置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2018/000070 WO2019135417A1 (ko) 2018-01-03 2018-01-03 프리차지 전류 제어 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019135417A1 true WO2019135417A1 (ko) 2019-07-11

Family

ID=67143753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2018/000070 WO2019135417A1 (ko) 2018-01-03 2018-01-03 프리차지 전류 제어 장치

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11824397B2 (ko)
EP (1) EP3719954B1 (ko)
KR (1) KR102533158B1 (ko)
CN (1) CN111712986B (ko)
HU (1) HUE059659T2 (ko)
PL (1) PL3719954T3 (ko)
TW (1) TWI688184B (ko)
WO (1) WO2019135417A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110429698A (zh) * 2019-09-29 2019-11-08 珠海格力电器股份有限公司 一种自适应充电电路及其控制方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11973367B1 (en) * 2022-10-27 2024-04-30 Irp Nexus Group Ltd. Control circuit for linearly charging power capacitors

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101178018B1 (ko) * 2006-04-04 2012-08-29 타이코 일렉트로닉스 코포레이션 무접점 프리차지 모듈
KR101457986B1 (ko) * 2013-08-09 2014-11-10 주식회사 아이티엠반도체 배터리팩 과충전 방지회로
KR20160103404A (ko) * 2015-02-24 2016-09-01 주식회사 엘지화학 배터리 장치
US20170133837A1 (en) * 2015-11-05 2017-05-11 GM Global Technology Operations LLC Self turn-on and turn-off pre-charge circuit to limit bulk capacitor inrush current
US20170166065A1 (en) * 2015-12-15 2017-06-15 Faraday&Future Inc. Pre-charge system and method

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004048888A (ja) * 2002-07-10 2004-02-12 Fujitsu Ltd 突入電流防止回路
US8203810B2 (en) 2006-04-04 2012-06-19 Tyco Electronics Corporation Solid state pre-charge module
US7764479B2 (en) * 2007-04-18 2010-07-27 Lutron Electronics Co., Inc. Communication circuit for a digital electronic dimming ballast
JP4431996B2 (ja) 2007-07-09 2010-03-17 Ｓｍｃ株式会社 電磁弁駆動回路及び電磁弁
CN101645609B (zh) 2008-08-08 2012-07-04 凹凸电子（武汉）有限公司 电池系统及其充/放电电路和充/放电控制方法
US8164309B2 (en) 2008-08-08 2012-04-24 O2Micro, Inc Battery charging system with trickle charging/discharging control
JP5030901B2 (ja) * 2008-08-29 2012-09-19 株式会社藤商事 遊技機
CN201601506U (zh) 2009-11-16 2010-10-06 深圳市五洲龙汽车有限公司 光电隔离无触点快速预充电路
CN102983607A (zh) 2012-12-12 2013-03-20 奇瑞汽车股份有限公司 一种电动车电机控制器预充电装置
EP3017542B1 (en) 2013-07-04 2019-09-11 NXP USA, Inc. A gate drive circuit and a method for controlling a power transistor
KR102080635B1 (ko) 2013-10-15 2020-02-24 현대모비스 주식회사 일체형 전자식 릴레이, 이를 적용한 전원 단속 장치, 및 이의 프리 차징 동작 방법
KR20150050858A (ko) 2013-11-01 2015-05-11 현대모비스 주식회사 프리차지 릴레이, 이를 적용한 전원 단속 장치, 및 이의 프리 차징 동작 방법
KR20150061447A (ko) 2013-11-27 2015-06-04 한국단자공업 주식회사 전기자동차 기반의 무접점 릴레이 회로
US9214888B2 (en) 2013-12-20 2015-12-15 Lg Chem, Ltd. Pre-charging system for a capacitor in a voltage inverter for an electric motor
US9673617B2 (en) 2014-02-11 2017-06-06 Te Connectivity Corporation Pre-charge circuit for an electromechanical relay
US9800069B2 (en) 2014-04-03 2017-10-24 Ford Global Technologies, Llc Linear current regulator for high voltage bus precharging
CN115853711A (zh) 2015-10-26 2023-03-28 通用电气公司 对电容器组预充电
CN107276378B (zh) 2016-04-08 2019-03-15 台达电子企业管理（上海）有限公司 预先充电控制方法
CN205693367U (zh) 2016-06-17 2016-11-16 广州开能电气实业有限公司 一种电容器预充电电路
CN106274528B (zh) 2016-08-26 2018-08-28 朱利东 具有自动控制功能的预充电电路及方法
CN108270250A (zh) 2016-12-30 2018-07-10 群光电能科技股份有限公司 充电系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101178018B1 (ko) * 2006-04-04 2012-08-29 타이코 일렉트로닉스 코포레이션 무접점 프리차지 모듈
KR101457986B1 (ko) * 2013-08-09 2014-11-10 주식회사 아이티엠반도체 배터리팩 과충전 방지회로
KR20160103404A (ko) * 2015-02-24 2016-09-01 주식회사 엘지화학 배터리 장치
US20170133837A1 (en) * 2015-11-05 2017-05-11 GM Global Technology Operations LLC Self turn-on and turn-off pre-charge circuit to limit bulk capacitor inrush current
US20170166065A1 (en) * 2015-12-15 2017-06-15 Faraday&Future Inc. Pre-charge system and method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3719954A4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110429698A (zh) * 2019-09-29 2019-11-08 珠海格力电器股份有限公司 一种自适应充电电路及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
HUE059659T2 (hu) 2022-12-28
EP3719954A1 (en) 2020-10-07
CN111712986A (zh) 2020-09-25
EP3719954A4 (en) 2020-10-07
TW201931715A (zh) 2019-08-01
KR20200096510A (ko) 2020-08-12
KR102533158B1 (ko) 2023-05-17
US11824397B2 (en) 2023-11-21
TWI688184B (zh) 2020-03-11
EP3719954B1 (en) 2022-08-10
CN111712986B (zh) 2023-08-01
US20200358307A1 (en) 2020-11-12
PL3719954T3 (pl) 2022-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019093769A1 (ko) Bms 웨이크업 장치, 이를 포함하는 bms 및 배터리팩
WO2018021664A1 (ko) 배터리 밸런싱 장치 및 방법
WO2019216532A1 (ko) 배터리 제어 장치 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템
WO2013119070A1 (ko) 양방향 디씨-디씨 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치
WO2019078616A2 (ko) 전기 자동차 충전 장치
US11552492B2 (en) Charging device, charging method, and terminal
WO2018093217A1 (ko) 전기 차량용 파워 릴레이 어셈블리 및 이의 구동방법
WO2019078589A1 (ko) 배터리팩 및 그것을 포함하는 전력 시스템
WO2019088558A1 (ko) 배터리 팩
WO2018074809A1 (ko) 셀 밸런싱 시스템 및 제어방법
WO2019225794A1 (ko) 전기차 과전압 방지 기능을 갖는 비접촉 수전장치, 충전 시스템 및 그 제어 방법
WO2019135417A1 (ko) 프리차지 전류 제어 장치
WO2020080802A1 (ko) 배터리 모듈 밸런싱 장치 및 방법
WO2015069010A1 (ko) 무정전 직류전원장치
WO2017160098A1 (ko) 스위칭 전원의 1차측에 위치하는 정류 다이오드에서 생성되는 잡음을 낮추는 방법과 장치
WO2019151631A1 (ko) 배터리 보호 회로 및 이를 포함하는 배터리 팩
WO2018186602A1 (ko) 저전압 배터리의 상태 진단 시스템 및 방법
WO2018216850A1 (ko) 전력 변환 장치
WO2018044078A1 (ko) Dc-dc 전압 컨버터를 벅 동작 모드에서 안전 동작 모드로 전환하는 제어 시스템
WO2021080247A1 (ko) 병렬 멀티 배터리 팩에 포함된 스위치부의 턴온 동작 제어 장치 및 방법
WO2019093625A1 (ko) 충전 제어 장치 및 방법
WO2016064224A1 (ko) 전류 제어 장치 및 방법
WO2013129736A1 (ko) 휴대용 단말기의 충전장치 및 방법
WO2021085816A1 (ko) 충전 스위치부 이상 감지 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템
WO2018131874A1 (ko) 에너지 절약 및 빠른 셀 밸런싱이 가능한 충전 제어 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18898529

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018898529

Country of ref document: EP

Effective date: 20200629

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE