KR20020054755A - A charging circuit of a battery for a electro-motive vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기 자동차 배터리의 충전회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 외부 전원과 배터리간에 절연 효과를 보유하는 전기 자동차 배터리의 충전회로에 관한 것이다.The present invention relates to a charging circuit of an electric vehicle battery, and more particularly, to a charging circuit of an electric vehicle battery having an insulation effect between an external power source and the battery.
주지하는 바와 같이 전기 자동차는 전기를 배터리에 충전하고, 충전된 상기 전기에너지를 이용하여 주행하는 자동차이며, 배터리를 충전하는 기술은 충전 속도 및 배터리의 보호 등에 관하여 매우 중요한 의미를 가지게 된다.As is well known, an electric vehicle is a vehicle that charges electricity to a battery and runs using the charged electric energy, and a technology for charging a battery has a very important meaning with respect to charging speed and protection of the battery.
배터리에 충전할 때에는 통상 외부에서 교류 전원을 인가 받아 소정의 정류회로를 통하여 배터리에 충전하게 된다.When charging the battery, AC power is normally applied from the outside to charge the battery through a predetermined rectifier circuit.
종래 기술에 관한 여러 가지 배터리 충전회로 중 부스트 컨버터(Boost Converter)를 사용하고 있는 일예를 도 1에 도시하였다.FIG. 1 illustrates an example of using a boost converter among various battery charging circuits according to the related art.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 배터리 충전회로는 일예로, 외부에서 인가되는 전원(110) 단자에 전파정류회로(120; full-wave rectifying circuit)가 연결되고, 상기 전파정류회로(120)의 양단에는 부스트 컨버터 회로(130)가 연결되어, 상기 부스트 컨버터 회로(130)에서 공급되는 전류에 의해 배터리(140)가 충전된다.As shown in FIG. 1, in the battery charging circuit according to the related art, a full-wave rectifying circuit 120 is connected to a terminal of an external power source 110, and the full-wave rectifying circuit ( The boost converter circuit 130 is connected to both ends of the 120, and the battery 140 is charged by the current supplied from the boost converter circuit 130.
도 1에서는 상기 전파정류회로(120)의 예로서, 2개의 다이오드를 동일 방향으로 직렬 연결한 제1라인 및 제2라인을 병렬 연결하여 출력단자로 하고, 입력단자는 상기 제1라인 및 제2라인의 다이오드 사이에 연결되는 구성을 도시하고 있다.In FIG. 1, as an example of the full-wave rectifying circuit 120, a first line and a second line in which two diodes are connected in series in the same direction are connected in parallel to each other as an output terminal, and the input terminal is the first line and the second line. The configuration connected between the diodes of the line is shown.
상기 부스트 컨버터 회로(130)는 입력단자에 인덕터(inductor)가 직렬 연결되고, 출력단자에는 전계 효과 트랜지스터(Q1)(Field Effect Transistor; 이하 'FET'라 칭한다)가 스위칭 소재로서 다이오드와 함께 병렬로 연결된다.In the boost converter circuit 130, an inductor is connected in series to an input terminal, and a field effect transistor Q1 (hereinafter referred to as a FET) is connected to the output terminal in parallel with a diode as a switching material. Connected.
상기 부스트 컨버터 회로(130)의 출력단자는 상기 배터리(140)의 양 단자에 연결되되, 상기 부스트 컨버터 회로(130) 및 배터리(140)의 양극단자 사이에는 부스트 컨버터 회로(130)로부터 배터리로 방향성을 갖는 다이오드를 개재하여 연결된다.The output terminal of the boost converter circuit 130 is connected to both terminals of the battery 140, and between the boost converter circuit 130 and the positive terminal of the battery 140 is directed from the boost converter circuit 130 to the battery. It is connected through the diode which has.
상기와 같이 형성되는 부스트 컨버터 회로(130)는 상기 FET(Q1)의 게이트(G)에는 제어 전압이 공급되어 상기 FET(Q1)의 작동을 제어하게 되는데, 적절한 제어방법(일예로는 Power Factor Correction 제어)에 의해 입력되는 전파정류 전원을 증폭(boost)하여 배터리를 충전하게 된다.In the boost converter circuit 130 formed as described above, a control voltage is supplied to the gate G of the FET Q1 to control the operation of the FET Q1. An appropriate control method (for example, Power Factor Correction) The battery is charged by amplifying the full wave rectifier power input by the control).
그런데, 상기 도1에 도시된 바와 같이 종래에는 외부 전원(110)과 배터리(140) 간에 절연되지 아니하다는 문제점이 있었다.However, as illustrated in FIG. 1, there is a problem in that the external power source 110 and the battery 140 are not insulated.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 외부 전원과 배터리간에 절연 효과를 보유하는 전기 자동차 배터리 충전회로를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric vehicle battery charging circuit having an insulation effect between an external power source and a battery.
도 1은 종래 기술에 관한 배터리 충전회로의 일예를 도시한 도면이다.1 is a view showing an example of a battery charging circuit according to the prior art.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기 자동차 배터리 충전회로의 구성도이다.2 is a block diagram of an electric vehicle battery charging circuit according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예의 전기 자동차 배터리 충전회로의 제1,2FET의 게이트에 인가되는 제어 전압 및 이에 따라 상기 트랜스포머에서 출력되는 전압(V)을 도시한 그래프이다.3 is a graph showing a control voltage applied to the gates of the first and second FETs of the electric vehicle battery charging circuit according to the embodiment of the present invention, and thus the voltage V output from the transformer.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 전기 자동차 배터리 충전회로는, 외부 전원 단자에 정류회로가 연결되고, 상기 정류회로의 출력단자에는 부스트 컨버터 회로가 연결되어, 상기 부스트 컨버터 회로의 출력단자에는 배터리가 연결되는 전기 자동차의 배터리 충전회로에 있어서,In order to achieve the above object, the electric vehicle battery charging circuit according to the present invention includes a rectifier circuit connected to an external power supply terminal, a boost converter circuit connected to an output terminal of the rectifier circuit, and a battery connected to an output terminal of the boost converter circuit. In the battery charging circuit of the electric vehicle is connected,
상기 부스트 컨버터 회로는, 그 내부에 출력단자회로와 입력단자회로가 트랜스포머를 개재하여 연결됨으로써 상기 부스트 컨버터 회로의 입력단자 및 출력단자는 절연됨을 특징으로 한다.The boost converter circuit is characterized in that an input terminal and an output terminal of the boost converter circuit are insulated by connecting an output terminal circuit and an input terminal circuit through a transformer therein.
상기 입력단자회로는 입력단에는 인덕터가 직렬 연결되고, 출력단에는 스위칭 소재로서, 다이오드가 병렬 연결된 제1,2트랜지스터를 직렬로 연결하여 3상의 출력단을 형성하고In the input terminal circuit, an inductor is connected in series to an input terminal, and a switching material is connected to an output terminal. A three-phase output terminal is formed by connecting first and second transistors connected in parallel with diodes in series.
상기 트랜스포머는, 입력 코일의 상, 중, 하부에 연결되는 3상의 입력단이 상기 입력단자회로의 출력단과 연결되고, 출력 코일은 2상의 출력단을 형성하며,The transformer has three phase input terminals connected to upper, middle and lower portions of an input coil connected to an output terminal of the input terminal circuit, and the output coil forms an output terminal of two phases.
상기 출력단자회로는, 상기 트랜스포머에서 출력되는 교류를 정류하는 정류회로로 한다.The output terminal circuit is a rectifier circuit for rectifying the alternating current output from the transformer.
상기 정류회로는, 2개의 다이오드를 동일 방향으로 직렬 연결한 제1라인 및 제2라인을 병렬 연결하여 출력단자로 하고, 입력단자는 상기 제1라인 및 제2라인의 다이오드 사이에 연결될 수 있으며,The rectifier circuit may be connected to the first line and the second line in series by connecting two diodes in the same direction as output terminals, and the input terminal may be connected between the diodes of the first line and the second line.
상기 출력단자회로 또한, 2개의 다이오드를 동일 방향으로 직렬 연결한 제3라인 및 제4라인을 병렬 연결하여 출력단자로 하고, 입력단자는 상기 제3라인 및 제4라인의 다이오드 사이에 연결될 수 있으며,The output terminal circuit may also be connected to the third line and the fourth line in series by connecting two diodes in the same direction as output terminals, and the input terminal may be connected between the diodes of the third and fourth lines. ,
상기 제1,2트랜지스터의 게이트에는 설정 시간 간격으로 변화되는 제어신호가 입력되되, 상기 제어신호는 3주기 동안의 하이(high)신호의 입력 및 1주기 동안의 로(low)신호 입력이 반복되되, 상기 제1트랜지스터 및 제2트랜지스터의 제어신호는 2주기 상호 지연되는 것이 바람직하다.A control signal that is changed at predetermined time intervals is input to the gates of the first and second transistors, and the control signal is inputted with a high signal for 3 cycles and a low signal input for 1 cycle. The control signals of the first and second transistors are preferably delayed by two periods.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면의 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기 자동차 배터리 충전회로의 구성도이다.2 is a block diagram of an electric vehicle battery charging circuit according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 전기 자동차 배터리 충전회로는, 외부 전원(210) 단자에 전파정류회로(220; full-wave rectifyingcircuit)가 연결되고, 상기 전파정류회로(220)의 양단에는 부스트 컨버터 회로(230)가 연결되어, 상기 부스트 컨버터 회로(230)의 출력단자에는 배터리(270)가 연결된다.As shown in FIG. 2, in the electric vehicle battery charging circuit according to an embodiment of the present invention, a full-wave rectifying circuit 220 is connected to an external power supply 210 terminal, and the full-wave rectifying circuit 220 is connected. The boost converter circuit 230 is connected to both ends of the boost converter, and the battery 270 is connected to the output terminal of the boost converter circuit 230.
상기 전파정류회로(220)는 교류 파형을 정류하는 임의의 구성으로 할 수 있으며, 일예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 다이오드를 동일 방향으로 직렬 연결한 제1라인 및 제2라인을 병렬 연결하여 출력단자로 하고, 입력단자는 상기 제1라인 및 제2라인의 다이오드 사이에 연결되는 구성으로 할 수 있다.The full-wave rectifying circuit 220 may have any configuration for rectifying an AC waveform. For example, as illustrated in FIG. 2, the first and second lines in which two diodes are connected in series in the same direction may be used. The output terminal may be connected in parallel, and the input terminal may be connected between the diodes of the first line and the second line.
상기 부스트 컨버터 회로(230)는, 출력단자회로(260)와 입력단자회로(240)가 트랜스포머(250; transformer)를 개재하여 연결됨으로써 상기 부스트 컨버터 회로(230)의 입력단자 및 출력단자는 절연됨을 특징으로 한다.The boost converter circuit 230 is connected to the output terminal circuit 260 and the input terminal circuit 240 through a transformer 250, so that the input terminal and the output terminal of the boost converter circuit 230 are insulated. It is done.
상기 입력단자회로(240)는 입력단에 인덕터(inductor)가 직렬 연결되고, 스위칭 소재로서, 다이오드가 병렬 연결된 제1,2FET(Q1,Q2)를 직렬로 연결하여 3상의 출력단에 병렬로 연결된다.The input terminal circuit 240 has an inductor connected in series to an input terminal, and as a switching material, first and second FETs Q1 and Q2 connected in parallel with diodes are connected in series and connected in parallel to an output terminal of three phases.
상기 출력단은 상기 제1FET(Q1)의 소스(source)단자, 상기 제1FET(Q1)의 드레인(drain)단자와 연결되는 상기 제2FET(Q2)의 소스(source)단자, 상기 제2FET(Q2)의 드레인(drain) 단자가 출력단으로 설정된다.The output terminal is a source terminal of the first FET Q1, a source terminal of the second FET Q2 connected to a drain terminal of the first FET Q1, and the second FET Q2. The drain terminal of is set to the output terminal.
상기 제1,2FET(Q1,Q2)의 게이트(G1,G2)에는 제어 전압이 공급되어 상기 제1,2FET(Q1,Q2)의 작동을 제어하게 된다.A control voltage is supplied to the gates G1 and G2 of the first and second FETs Q1 and Q2 to control the operation of the first and second FETs Q1 and Q2.
상기 트랜스포머(250)는, 입력 코일의 상, 중, 하부에 연결되는 3상의 입력단이 상기 입력단자회로(240)의 출력단과 연결되고, 출력 코일은 2상의 출력단을형성한다.The transformer 250 has three phase input terminals connected to upper, middle, and lower portions of an input coil connected to an output terminal of the input terminal circuit 240, and the output coil forms an output terminal of two phases.
상기 입력 코일 및 출력 코일의 유도기전력의 방향성은 도 2에 도시된 바와 같다.Directionality of the induced electromotive force of the input coil and output coil is shown in FIG.
상기 출력단자회로(260)는, 상기 트랜스포머(250)에서 출력되는 교류를 정류하는 정류회로로서, 상기 출력단자회로(260)는 교류를 정류하는 임의의 구성으로 할 수 있으며, 일예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 다이오드를 동일 방향으로 직렬 연결한 제3라인 및 제4라인을 병렬 연결하여 출력단자로 하고, 입력단자는 상기 제3라인 및 제4라인의 다이오드 사이에 연결되는 구성으로 할 수 있다.The output terminal circuit 260 is a rectifying circuit for rectifying alternating current output from the transformer 250, and the output terminal circuit 260 may have any configuration for rectifying alternating current. For example, FIG. As shown in FIG. 2, the third and fourth lines connected in series in the same direction are connected to each other as output terminals, and the input terminals are connected between the diodes of the third and fourth lines. You can do
상기 트랜스포머(250)에서 출력되어 상기 출력단자회로(260)로 입력되는 전압(V)을 트랜스포머 전압(V)이라 하여, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예의 전기 자동차 배터리 충전회로의 작동은 다음과 같다.The voltage V output from the transformer 250 and input to the output terminal circuit 260 is called a transformer voltage V. The operation of the electric vehicle battery charging circuit according to the embodiment of the present invention configured as described above is as follows. Same as
상기 제1,2FET(Q1,Q2)의 게이트 단자(G1,G2)에 하이(high) 전압을 인가하면 상기 트랜스포머 전압(V)은 0이 되고, 상기 제1,2FET(Q1,Q2) 중 하나의 FET의 게이트에 하이 전압을 인가하면 상기 트랜스 포커 전압(V)은 양 또는 음의 유도 전압이 형성되는데, 제1FET(Q1)의 게이트(G1)에만 하이 전압을 인가하는 경우에는 음의 유도 전압이, 제2FET(Q2)의 게이트(G1)에만 하이 전압을 인가하는 경우에는 양의 유도 전압이 형성된다.When a high voltage is applied to the gate terminals G1 and G2 of the first and second FETs Q1 and Q2, the transformer voltage V becomes 0 and one of the first and second FETs Q1 and Q2 is applied. When the high voltage is applied to the gate of the FET, the trans focus voltage V is formed with a positive or negative induction voltage. When the high voltage is applied only to the gate G1 of the first FET Q1, a negative induction voltage is applied. When a high voltage is applied only to the gate G1 of the second FET Q2, a positive induction voltage is formed.
따라서, 본 발명의 실시예의 전기 자동차 배터리 충전회로는 도 3에 도시된 바와 같이 구동될 수 있다.Therefore, the electric vehicle battery charging circuit of the embodiment of the present invention can be driven as shown in FIG.
도 3은 본 발명의 실시예의 전기 자동차 배터리 충전회로의 제1,2FET(Q1,Q2)의 게이트(G1,G2)에 인가되는 제어 전압 및 이에 따라 상기 트랜스포머(250)에서 출력되어 상기 출력단자회로(260)로 입력되는 전압(V)을 도시한 그래프이다.3 is a control voltage applied to the gates G1 and G2 of the first and second FETs Q1 and Q2 of the electric vehicle battery charging circuit according to the embodiment of the present invention, and is thus output from the transformer 250 to output the output terminal circuit. It is a graph showing the voltage V input to 260.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1,2FET(Q1,Q2)의 게이트(G1,G2)에 인가하는 전압 및 이에 의하여 출력되는 상기 트랜스포머(250) 전압(V)은 주기(△T)별로 제어될 수 있는데, 상기 제1FET(Q1)의 게이트(G1)에 인가되는 전압은 3주기간 하이(high)로 유지되고, 상기 하이 유지 기간 사이에는 로(low) 주기가 1주기 끼워지는 형태로 제어되며, 상기 제2FET(Q2)의 게이트(G2)에 인가되는 전압은 상기 제1FET(Q1)의 게이트(G1) 인가 전압과 동일한 형태이되, 2주기 지연시킨 그래프이다.As shown in FIG. 3, the voltage applied to the gates G1 and G2 of the first and second FETs Q1 and Q2 and the output voltage of the transformer 250 are controlled for each period ΔT. The voltage applied to the gate G1 of the first FET Q1 is maintained at a high period for three weeks, and a low period is inserted in one period between the high retention periods. The voltage applied to the gate G2 of the second FET Q2 is the same as the voltage applied to the gate G1 of the first FET Q1, but is delayed by two cycles.
따라서 상기와 같이 제1,2FET(Q1,Q2)가 제어되면, 그 결과 출력되는 상기 트랜스포머(250) 전압은 도 3에 도시된 바와 같이, 양과 음의 유도기전력이 교대로 형성되되, 양 및 음의 유도기전력 주기 사이에는 0의 출력 주기가 개재하게 된다.Therefore, when the first and second FETs Q1 and Q2 are controlled as described above, the resulting transformer 250 voltage is alternately formed with positive and negative induced electromotive force as shown in FIG. An output period of 0 is interposed between the induced electromotive force periods of.
따라서 교류 형태의 상기 트랜스포머(250) 전압은 상기 출력단자회로(260)에서 정류되어 배터리를 충전시키게 된다.Therefore, the voltage of the transformer 250 in the AC form is rectified by the output terminal circuit 260 to charge the battery.
이상으로 본 발명의 전기 자동차 배터리의 충전회로에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.As described above, a preferred embodiment of a charging circuit of an electric vehicle battery of the present invention has been described, but the present invention is not limited to the above embodiment, and has a general knowledge in the technical field to which the present invention belongs from the embodiment of the present invention. It includes all changes in the range which are easily changed by and deemed to be equal.
본 발명의 실시예에 의하면, 입력 전류를 입력 전압의 파형과 동일하게 제어하게 되므로 역률(power ratio)이 높을 뿐만 아니라 절연상태를 효과적으로 유지할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, since the input current is controlled to be the same as the waveform of the input voltage, not only the power ratio is high but also the insulation state can be effectively maintained.
또한, PFC(Power Factor Correction) 제어방식의 충전회로이므로, 종래의 브리지(Bridge)방식의 충전회로보다 적은 개수의 회로 소자만으로도 충분한 충전 효과를 얻을 수 있다.In addition, since it is a charging circuit of the PFC (Power Factor Correction) control method, sufficient charging effect can be obtained with only a few circuit elements than the conventional charging method of the bridge method.
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