KR101318658B1 - 인버터를 이용한 충전용 전원공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입력되는 교류전원을 필터링, 정류 및 평활하고 분압하여 분압된 각 전압을 인버터 방식으로 각각 처리한 후 각각 처리된 교류를 직류로 각각 변환시켜 변환된 각 직류를 직렬 연결해서 출력되도록 하여 큰 직류를 발생시켜 전기자동차용 대용량 2차 전지의 급속 충전기로 사용될 수 있도록 하기 위한 인버터를 이용한 충전용 전원공급장치에 관한 것으로,
입력되는 교류전원을 1차 정류 및 평활해서 직류를 발생시키는 1차 정류 및 평활부(200);
통신 인터페이스(700)를 통해 제공되는 충전 대상 2차 전지의 충전전압, 충전전류, 온도 정보로부터 상기 충전 대상 2차 전지의 충전 안전성을 분석하여 상기 충전 대상 2차 전지의 충전 상태 및 충전 경고 여부를 모니터(310)에 표시하며, 키 입력에 의거하여 충전을 제어하는 주제어부(300);
상기 주제어부(300)의 충전 제어에 따라 인버터(600)를 구동시키기 위한 동일한 제1, 제2 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 디지털 신호 처리기(400);
상기 디지털 신호 처리기(400)로부터 제공되는 제1, 제2 펄스 폭 변조 신호를 각 포토 커플러를 통해 출력하는 스위치 구동부(500); 및
상기 1차 정류 및 평활부(200)의 직류를 1/2 로 분압하고 분압된 각 직류를 상기 스위치 구동부(500)로부터 제공되는 제1, 제2 펄스 폭 변조 신호에 따라 스위칭하여 교류로 각각 변환 한 후 각각 변환된 교류를 직류로 각각 변환시며, 변환된 각 직류를 직렬 연결해서 상기 충전 대상 2차 전지 측으로 출력하는 인버터(600);
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명은 입력되는 교류전원을 필터링, 정류 및 평활하고 분압하여 분압된 각 전압을 인버터 방식으로 각각 처리한 후 각각 처리된 교류를 직류로 각각 변환시켜 변환된 각 직류를 직렬 연결해서 출력되도록 하여 큰 직류를 발생시키기 때문에, 전기자동차용 대용량 2차 전지의 급속 충전기로 사용될 수 있는 효과가 있다.

Description

인버터를 이용한 충전용 전원공급장치{Power supply for charge by using inverter}

본 발명은 인버터(inverter)를 이용한 충전용 전원공급장치에 관한 것으로, 특히, 입력되는 교류전원을 필터링, 정류 및 평활하고 분압하여 분압된 각 전압을 인버터 방식으로 각각 처리한 후 각각 처리된 교류를 직류로 각각 변환시켜 변환된 각 직류를 직렬 연결해서 출력되도록 하여 큰 직류를 발생시켜 전기자동차용 대용량 2차 전지의 급속 충전기로 사용될 수 있도록 하기 위한 인버터를 이용한 충전용 전원공급장치에 관한 것이다.

전기자동차는 자동차의 구동 에너지를 기존의 자동차와 같이 화석 연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지로부터 얻는 자동차로, 최근들어 전기자동차의 보급이 확대되고 있으며 향후 전기자동차의 보급이 더욱 확대되는 추세이다.

한편, 이와 같은 전기자동차에는 대용량 2차 전지가 장착되며, 이에 따라 대용량 2차 전지에 충전을 위한 전원공급장치 또한 필수적으로 요구된다. 이때 전기자동차에 장착되는 2차 전지의 용량에 따라 전기자동차의 주행 거리 등이 결정되기 때문에, 보편적으로 2차 전지의 용량이 클수록 전기자동차의 사용이 원활해진다.

따라서 전기자동차에 장착되는 대용량 2차 전지에 충전 시 급속 충전을 해야 할 필요성이 있는데, 이 급속 충전을 위한 대용량 전원을 공급하기 위한 장치 또한 필수적으로 보급이 확대되어야 한다.

이와 관련하여 공개실용신안 제실1999-0040431호(공개일자 : 1999년11월25일) 충전기능을 겸한 인버터는,
충전기능을 겸한 인버터(10)를 구성함에 있어서;
상기 인버터(10)는;
일반상전인 교류와 배터리전원인 직류전원(11,12)을 인가받아 교류를 직류로 전환하고 직류를 교류로 전환하여주는 전환장치(13)와;
전환장치(13)에 의하여 전환된 교류와 직류를 인가받아 이를 출력하는 교류출력장치(14)와 직류출력장치(15)로 구성하되;
상기 전환장치(13)에는 배터리전원을 입력받을 시 배터리출력전압이 과방전되는 것을 방지하기 위한 과 방전보호수단(16)을 더 구비하고;
상기 교류출력장치(14)와 직류출력장치(15)에는 직류 및 교류전원의 출력상태를 자동조정할 수 있는 펄스폭변조기(Pulse Width Modulation;17)를 내장하고;
상기 교류출력장치(14)와 직류출력장치(15)에는 허용용량이상의 부하사용할 시 출력을 중지시킬 수 있는 과부하보호수단(18)과;
충전완료후 계속적인 충전을 저지하여 배터리의 손상을 방지할 수 있는 과충전방지수단(19)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 입력되는 교류전원을 필터링, 정류 및 평활하고 분압하여 분압된 각 전압을 인버터 방식으로 각각 처리한 후 각각 처리된 교류를 직류로 각각 변환시켜 변환된 각 직류를 직렬 연결해서 출력되도록 하여 큰 직류를 발생시켜 전기자동차용 대용량 2차 전지의 급속 충전기로 사용될 수 있도록 하기 위한 인버터를 이용한 충전용 전원공급장치을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여,

본 발명의 일 형태에 따르면,

입력되는 교류전원을 1차 정류 및 평활해서 직류를 발생시키는 1차 정류 및 평활부(200);

통신 인터페이스(700)를 통해 제공되는 충전 대상 2차 전지의 충전전압, 충전전류, 온도 정보로부터 상기 충전 대상 2차 전지의 충전 안전성을 분석하여 상기 충전 대상 2차 전지의 충전 상태 및 충전 경고 여부를 모니터(310)에 표시하며, 키 입력에 의거하여 충전을 제어하는 주제어부(300);

상기 주제어부(300)의 충전 제어에 따라 인버터(600)를 구동시키기 위한 동일한 제1, 제2 펄스 폭 변조(pulse width modulation) 신호를 생성하는 디지털 신호 처리기(DSP; Digital Signal Processor)(400);

상기 디지털 신호 처리기(400)로부터 제공되는 제1, 제2 펄스 폭 변조 신호를 각 포토 커플러(Photo Coupler)를 통해 출력하는 스위치 구동부(500); 및

상기 1차 정류 및 평활부(200)의 직류를 1/2 로 분압하고 분압된 각 직류를 상기 스위치 구동부(500)로부터 제공되는 제1, 제2 펄스 폭 변조 신호에 따라 스위칭하여 교류로 각각 변환 한 후 각각 변환된 교류를 직류로 각각 변환시며, 변환된 각 직류를 직렬 연결해서 상기 충전 대상 2차 전지 측으로 출력하는 인버터(600);

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 교류전원은 입력에 대하여 직렬 연결된 단권 리액터(reactor) 및 입력에 대하여 병렬 연결된 캐패시터(capacitor)에 의해 역률을 높이고 돌입전류(rush current) 및 내부에서 발생되는 스위칭 노이즈(switching noise)를 차단시키는 필터(100)를 통해 상기 1차 정류 및 평활부(200)로 입력되는 것을 특징으로 한다.

상기 스위칭 노이즈는 30kHz의 스위칭 노이즈인 것을 특징으로 한다.

상기 인버터(600)는,

상기 1차 정류 및 평활부(200)의 직류를 1/2 로 분압하고 분압된 각 전압을 상기 스위치 구동부(500)로부터 제공되는 제1, 제2 펄스 폭 변조 신호에 따라 스위칭하여 교류로 각각 변환하는 제1, 제2 스위치(610, 650);

상기 제1, 제2 스위치(610, 650)에 의해 각각 변환된 교류를 각각 변압시키는 제1, 제2 변압기(620, 660);

상기 제1, 제2 변압기(620, 660)에 의해 각각 변압된 교류를 각각 2차 정류하는 제1, 제2 2차 정류부(630, 670); 및

상기 제1, 제2 2차 정류부(630, 670)에 의해 각각 정류된 전압을 각각 평활하여 직류화 하고 각 직류를 직렬 연결해서 상기 충전 대상 2차 전지 측으로 출력하는 제1, 제2 평활부(640, 680);

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 입력되는 교류전원을 필터링, 정류 및 평활하고 분압하여 분압된 각 전압을 인버터 방식으로 각각 처리한 후 각각 처리된 교류를 직류로 각각 변환시켜 변환된 각 직류를 직렬 연결해서 출력되도록 하여 큰 직류를 발생시키기 때문에, 전기자동차용 대용량 2차 전지의 급속 충전기로 사용될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 인버터를 이용한 충전용 전원공급장치의 바람직한 실시예를 나타낸 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 인버터를 이용한 충전용 전원공급장치의 바람직한 실시예를 나타낸 블록도로, 필터(100), 1차 정류 및 평활부(200), 주제어부(300), 모니터(310), 터치 패널(320), 디지털 신호 처리기(400), 스위치 구동부(500), 인버터(600) 및 통신 인터페이스(700)로 구성된다. 이때 인버터(600)는 제1, 제2 스위치(610, 650), 제1, 제2 변압기(620, 660), 제1, 제2 2차 정류부(630, 670) 및 제1, 제2 평활부(640, 680)로 이루어진다.

이와 같이 구성된 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에 있어서, 먼저 필터(100)는 입력되는 3상교류전원을 받아 입력에 대하여 직렬 연결된 단권 리액터 및 입력에 대하여 병렬 연결된 캐패시터에 의해 역률을 높이고 돌입전류 및 내부에서 발생되는 30kHz의 스위칭 노이즈를 차단시킨다.

1차 정류 및 평활부(200)는 필터(100)로부터 제공되는 3상교류전원을 3상 브리지 다이오드를 통해 1차 정류하고 입력에 대하여 병렬 연결된 전해 캐패시터에 의해 평활해서 직류를 발생시킨다.

주제어부(300)는 통신 인터페이스(700)를 통해 제공되는 충전 대상 2차 전지의 충전전압, 충전전류, 온도 정보로부터 충전 대상 2차 전지의 충전 안전성을 분석하여 충전 대상 2차 전지의 충전 상태 및 충전 경고 여부를 모니터(310)에 표시하며, 사용자의 터치 패널(320) 조작에 따른 키 입력에 의거하여 설정된 충전금액에 따라 충전을 제어한다.

디지털 신호 처리기(400)는 주제어부(300)의 충전 제어에 따라 인버터(600)를 구동시키기 위한 동일한 제1, 제2 펄스 폭 변조 신호를 생성한다.

스위치 구동부(500)는 디지털 신호 처리기(400)로부터 제공되는 제1, 제2 펄스 폭 변조 신호를 각 포토 커플러를 통해 출력한다. 이때 스위치 구동부(500)는 제1, 제2 펄스 폭 변조 신호를 각 포토 커플러를 통해 출력하기 때문에, 신호의 손실이 없다.

인버터(600)는 1차 정류 및 평활부(200)의 직류를 1/2 로 분압하고 분압된 각 직류를 상기 스위치 구동부(500)로부터 제공되는 제1, 제2 펄스 폭 변조 신호에 따라 스위칭하여 교류로 각각 변환 한 후 각각 변환된 교류를 직류로 각각 변환시며, 변환된 각 직류를 직렬 연결해서 충전 대상 2차 전지 측으로 출력한다.

이와 같은 인버터(600)를 상세히 보면, 먼저 인버터(600) 내의 제1, 제2 스위치(610, 650)는 1차 정류 및 평활부(200)의 직류를 1/2 로 분압하고 분압된 각 전압을 스위치 구동부(500)로부터 제공되는 제1, 제2 펄스 폭 변조 신호에 따라 스위칭하여 교류로 각각 변환한다.

제1, 제2 변압기(620, 660)는 제1, 제2 스위치(610, 650)에 의해 각각 변환된 교류를 각각 변압시킨다.

한편, 제1, 제2 스위치(610, 650)는 1차 정류 및 평활부(200)의 직류를 1/2 로 분압하여 스위칭하고 제1, 제2 변압기(620, 660)는 제1, 제2 스위치(610, 650)에 따른 교류를 각각 변압시키기 때문에, 제1, 제2 스위치(610, 650)의 내압이 감소되고 제1, 제2 변압기(620, 660)의 용량이 비교적 작아도 되며, 제1, 제2 스위치(610, 650) 및 제1, 제2 변압기(620, 660)가 서지(surge)로 인해 파손될 가능성이 감소된다. 이때 제1, 제2 변압기(620, 660)는 고주파 변압기로, 고주파 표피효과를 최대한 이용하기 위해 동판을 세워 겹쳐 감는 권선방식을 사용해서 변압기 손실을 최소화 하고 고주파 손실과 발열을 감소시킨다.

제1, 제2 2차 정류부(630, 670)는 제1, 제2 변압기(620, 660)에 의해 각각 변압된 교류를 각각 2차 정류한다. 이때 제1, 제2 2차 정류부(630, 670)는 방열판에 2차 정류용 고속 다이오드 모듈을 부착하여 구성되어 제1, 제2 변압기(620, 660)의 2차측 고주파를 정류한다.

제1, 제2 평활부(640, 680)는 제1, 제2 2차 정류부(630, 670)에 의해 각각 정류된 전압을 입력에 대하여 직렬 연결된 리액터와 입력에 대하여 병렬 연결된 캐패시터를 사용해서 각각 평활하여 직류화 하고 각 직류를 직렬 연결해서 충전 대상 2차 전지 측으로 출력한다.

이와 같은 본 발명은 입력되는 교류전원을 필터링, 정류 및 평활하고 분압하여 분압된 각 전압을 인버터 방식으로 각각 처리한 후 각각 처리된 교류를 직류로 각각 변환시켜 변환된 각 직류를 직렬 연결해서 출력되도록 하여 큰 직류를 발생시키기 때문에, 전기자동차용 대용량 2차 전지의 급속 충전기로 사용될 수 있는 장점이 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

100: 필터
200: 1차 정류 및 평활부
300: 주제어부
310: 모니터
320: 터치 패널
400: 디지털 신호 처리기
500: 스위치 구동부
600: 인버터
610, 650: 제1, 제2 스위치
620, 660: 제1, 제2 변압기
630, 670: 제1, 제2 2차 정류부
640, 680: 제1, 제2 평활부
700: 통신 인터페이스

Claims (4)

1. 입력되는 교류전원을 1차 정류 및 평활해서 직류를 발생시키는 1차 정류 및 평활부(200);
   통신 인터페이스(700)를 통해 제공되는 충전 대상 2차 전지의 충전전압, 충전전류, 온도 정보로부터 상기 충전 대상 2차 전지의 충전 안전성을 분석하여 상기 충전 대상 2차 전지의 충전 상태 및 충전 경고 여부를 모니터(310)에 표시하며, 키 입력에 의거하여 충전을 제어하는 주제어부(300);
   상기 주제어부(300)의 충전 제어에 따라 인버터(600)를 구동시키기 위한 동일한 제1, 제2 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 디지털 신호 처리기(400);
   상기 디지털 신호 처리기(400)로부터 제공되는 제1, 제2 펄스 폭 변조 신호를 각 포토 커플러를 통해 출력하는 스위치 구동부(500); 및
   상기 1차 정류 및 평활부(200)의 직류를 1/2 로 분압하고 분압된 각 직류를 상기 스위치 구동부(500)로부터 제공되는 제1, 제2 펄스 폭 변조 신호에 따라 스위칭하여 교류로 각각 변환 한 후 각각 변환된 교류를 직류로 각각 변환시며, 변환된 각 직류를 직렬 연결해서 상기 충전 대상 2차 전지 측으로 출력하는 인버터(600);
   를 포함하되,
   
   상기 인버터(600)는,
   상기 1차 정류 및 평활부(200)의 직류를 1/2 로 분압하고 분압된 각 전압을 상기 스위치 구동부(500)로부터 제공되는 제1, 제2 펄스 폭 변조 신호에 따라 스위칭하여 교류로 각각 변환하는 제1, 제2 스위치(610, 650);
   상기 제1, 제2 스위치(610, 650)에 의해 각각 변환된 교류를 각각 변압시키는 제1, 제2 변압기(620, 660);
   상기 제1, 제2 변압기(620, 660)에 의해 각각 변압된 교류를 각각 2차 정류하는 제1, 제2 2차 정류부(630, 670); 및
   상기 제1, 제2 2차 정류부(630, 670)에 의해 각각 정류된 전압을 각각 평활하여 직류화 하고 각 직류를 직렬 연결해서 상기 충전 대상 2차 전지 측으로 출력하는 제1, 제2 평활부(640, 680);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터를 이용한 충전용 전원공급장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 교류전원은 입력에 대하여 직렬 연결된 단권 리액터 및 입력에 대하여 병렬 연결된 캐패시터에 의해 역률을 높이고 돌입전류 및 내부에서 발생되는 스위칭 노이즈를 차단시키는 필터(100)를 통해 상기 1차 정류 및 평활부(200)로 입력되는 것을 특징으로 하는 인버터를 이용한 충전용 전원공급장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 스위칭 노이즈는 30kHz의 스위칭 노이즈인 것을 특징으로 하는 인버터를 이용한 충전용 전원공급장치.
   
4. 삭제

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