KR100658964B1

KR100658964B1 - 밧데리 충전기

Info

Publication number: KR100658964B1
Application number: KR1020050006879A
Authority: KR
Inventors: 정덕교; 박기도
Original assignee: (주)서울전원시스템
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2006-12-19
Also published as: KR20060086060A

Abstract

밧데리 충전기에 있어서 내부에 존재하는 풀-브릿지 DC-DC컨버터의 구동방식을 위상 천이 PWM방식을 사용하고, 출력 트랜스의 2차측에 두개의 검출소자를 사용하고, 전원의 입력에 있어서 입력신호 검출부를 이용하여 밧데리 충전기가 보다 안정된 동작을 할 수 있다.

밧데리 충전기에 있어서 DC-DC컨버터에서 풀-브릿지 방식을 사용하고, 이때 스위칭되는 소자는 PWM방식을 사용하여 스위칭 소자들 사이의 도통되는 시간에 대하여 일정한 지연을 갖도록 한다. 그러므로 변압기의 누설 인덕턴스에 저장된 에너지가 빠져나갈 통로를 마련하여 스위칭 소자의 스트레스를 감소시킬 수 있다. 또한 출력 트랜스의 2차측에 검출소자를 연결하여 시스템의 동작중에 제반의 에러에 대하여 신속하게 대처할 수 있게 한다. 또한 입력신호 검출부를 사용하여 입력되는 전압과 전류를 검출하여 피드백 작용으로 처리하여 내부의 소자들에 과부하가 걸리지 않도록 한다. 이로 인하여 시스템은 보다 안정된 동작을 할 수 있다.

밧데리, 충전기, DC-DC컨버터

Description

밧데리 충전기{battery charger}

도 1은 종래의 밧데리 충전기의 구성을 나타낸 회로도.

도 2의 a, b는 종래의 IGBT제어부의 구성을 나타낸 회로도.

도 3은 본 발명의 밧데리 충전기의 전체 구성을 나타낸 회로도.

도 4는 본 발명의 시스템 제어부의 구성을 나타낸 회로도.

도 5의 a, b는 본 발명의 입력신호 검출부의 구성을 나타낸 회로도.

도 6은 본 발명의 피드백 제어부의 구성을 나타낸 회로도.

도 7은 본 발명의 드롭퍼부의 구성을 나타낸 회로도.

도 8은 본 발명의 IGBT 제어부의 구성을 나타낸 회로도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : EMI 필터부. 4 : 입력정류부.

5 : 스위칭부. 6 : 전력 변환부.

7 : 출력정류부. 8 : 버스전압 검출부.

9 : 시스템 제어부. 10 : 디스플레이부.

11 : IGBT구동부. 12 : 전원부.

13 : 입력신호 검출부. 15 : 피드백 제어부.

18 : 드롭퍼부. 40 : IGBT 제어부.

본 발명은 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply)에서 4개의 스위치를 갖는 DC-DC컨버터로 구성되는 밧데리 충전기에 있어서 PWM 스위칭 방식으로 DC-DC컨버터를 구동시켜서 스위칭 소자의 스트레스를 감소시키고, 출력 트랜스의 2차측에 두개의 검출소자를 사용하여 시스템을 감지함으로써 시스템의 동작에 관한 신속한 대응을 할 수 있도록 하며, 입력신호 검출부를 내장하여 입력되는 전압과 전류를 검출함으로써 충전기의 각 소자에 과부하가 인가되지 않도록 하는 밧데리 충전기이다.

일반적으로 충전기는 주위온도에 따라서 다수의 축전지를 부동운전방식(Floating)과 균등운전방식(Equalizing)으로 충전시키는데 사용된다. 평상시에는 부동운전 상태로 운전해야하며, 정전되었다가 다시 전원을 인가할때는 균등운전을 수행하고, 충전후에는 다시 부동운전상태로 전환된다.

상기의 충전기에서 스위칭 모드 파워 서플라이는 4개의 스위치를 갖는 DC-DC컨버터를 사용하여 대각선에 존재하는 스위치쌍이 동시에 온 또는 오프하여 변압기의 2차로 전달되는 전력을 제어한다. 그러나 이러한 스위칭 동작에서 4개의 스위치가 모두 오프인 경우에는 스위칭 소자의 스트레스를 가중된다.

또한 충전기를 대용량 전압을 위해서 사용하는 경우에는 시스템의 동작에 있어서 상당히 세심한 동작이 필요하므로, 시스템의 오차가 있는 경우에는 신속한 조 치가 필요하다. 또한 입력되는 전압이 충전기내의 소자들에 과부하가 인가되지 않은 정도의 세기여야 한다.

이러한 종래의 기술을 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 밧데리 충전기를 나타낸 회로도이다. 이는 대한민국 특허등록 제 299861호로써 이에 도시된 바와 같이 입력 전원 AC 380V의 3상 전압 (R), (S), (T) 및 접지전압 (N)은 노퓨즈 브래커를 거쳐서 서지 전압이 제거되어 충전기로 입력된다.

상기 서지(Surge) 전압이 제거된 교류전압은 SCR브릿지(23)에 의하여 맥류로 정류되고, SCR브릿지(23)로부터 출력된 맥류전압은 평탄용 초크코일(24)을 경유하여 직류전압으로 변환된 후, 4개의 IGBT(Q1, Q2, Q3, Q4), 다수의 다이오드(D5, D6, DS1, DS2, DS3)와 콘덴서(CS1, CS2)로 구성된 DC-DC컨버터(25)에 인가되어 적정치의 DC전원으로 변환된다.

상기의 DC-DC컨버터(25)에 의해 변환된 DC전원은 평탄용 초크코일(26)과 NFB(27)를 경유한 후, NFB(28)를 거쳐 다수의 축전지 단자에 인가시키고, 상기 DC전원은 전압강하부(31)를 경유하는 중에 전압강하되고, 정격의 DC125V의 정격전압으로 NFB(32, 32a)를 거쳐 다수의 부하(LOAD1)~(LOAD2)로 각각 동시에 공급시킨다.

도 2의 a, b는 종래의 밧데리 충전기의 IGBT제어부의 내부구성을 나타낸 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이 비교기(65)(67)로부터 과전압, 과전류의 여부에 따른 신호를 입력받고, 포토커플러(71c)(72c)(73c)(74c)에 의한 구동부(71)(72)(73)(74)의 에러신호를 구동부 AND게이트(70)(70a)(70b)(70c)의 다른 일측 단으로 출력하여, AND게이트 (70)(70a)(70b)(70c)에 의한 제어신호에 의해 구동IC(71b)(72b)(73b)(74b)를 제어함으로써 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)를 차단하여 충전을 정지시키도록 한다.

외부의 교류전원을 입력받는 구동부(71)(72)(73)(74)에서는 이 교류전원을 브릿지다이오드(D4)(D9)(D17)(D21)와 콘덴서(C8)(C18)(C24)(C30)에서 전파정류하여 직류전원으로 변환한 후 정전압 IC(71a)(72a)(73a)(74a)에서 소정의 DC전압으로 다운시켜 상기 구동IC(71b)(72b)(73b)(74b)는 온시에는 15V, 오프시에는 -5V의 제어신호를 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)의 게이트단자로 출력하여 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)의 온, 오프를 컨트롤한다.

즉, 포토커플러에서 출력한 에러신호는 AND게이트를 거친후 AND게이트에서 출력되는 제어신호로 인하여 구동IC를 제어한다. 상기 구동IC에 의하여 IGBT(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)의 온, 오프가 제어된다.

상기한 종래의 밧데리 충전기의 경우에는 IGBT의 스위칭 동작에서 4개의 스위치가 모두 오프인 경우에 변압기의 누설 인덕턴스 내에 저장된 에너지가 소모될 통로가 없으므로, 스위치의 접합 캐패시턴스 성분과 링깅(Ringing)을 일으켜 스위치로 인가되는 전압과 전류의 피크값이 증가되므로 스위칭 소자에 스트레스가 가중된다는 문제점이 있었다.

또한, 입력부의 AC전압계에서 입력되는 전압을 측정하지만, 이를 이용하여 충전기로 입력되는 전압으로 충전기 내부의 소자들이 과부하가 걸리지 않도록 하는 제반의 장치가 없었다.

그러므로 본 발명의 목적은 풀-브릿지 DC-DC컨버터로 위상 천이 PWM스위칭 방식을 사용하여 스위칭 소자의 스트레스를 방지하고, 에러 검출 처리방법에 있어서 출력 트랜스의 2차측에 두개의 검출소자를 사용함으로써 시스템의 동작에 대한 신속한 제어가 가능하도록 하고, 입력부에 입력신호검출부를 구비하여 충전기의 각 소자에 과부하가 걸리지 않도록 하는 밧데리 충전기를 제공함에 있다.

이러한 목적을 가지는 본 발명의 밧데리 충전기는 교류 전원에서 발생되는 노이즈를 제거하는 EMI필터부와, EMI필터부를 통과한 3상 교류신호를 직류로 변환하는 입력정류부와, 마이크로 프로세서가 출력하는 PWM제어신호에 따라 스위칭하는 스위칭부와, 권선비에 따라서 전력을 전달하는 전력 전달부와, 상기 스위칭부에 의해서 발생한 트랜스의 2차측에서 출력되는 교류전압을 정류하고 평활화시키는 출력정류부와, 상기 스위칭부의 스위칭 인에이블 조건을 제공하도록 하는 버스전압 검출부와, 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 시스템 제어부와, 시스템의 동작을 화면으로 표시하는 디스플레이부와, 상기 스위칭부의 IGBT를 구동시키거나 차단시키는 IGBT구동부와, 시스템 제어부와 IGBT구동부에 전원을 공급하는 전원부와, 입력 교류 전압과 전류 신호를 RMS값으로 변화시켜서 검출하는 입력신호 검출부로 구성된다.

상기 시스템 제어부는 롬에 저장된 프로그램에 따라서 시스템을 제어하는 마이크로 프로세서와, 상기 마이크로 프로세서의 하위 어드레스를 데이터 버스와 공유하기 위하여 어드레스 신호를 래치하는 래치와, 상기 마이크로 프로세서가 처리 하는 데이터를 일시적으로 보관하는 램과, 사용자가 설정한 데이터를 보존하는 백업메모리와, IC 소자가 선택적으로 인에이블 될 수 있도록 선택적인 제어 신호를 출력하는 IC 컨트롤부와, 외부로 시스템의 동작 상태를 전송함과 아울러 에러시 그 상태를 표시하게 하는 버퍼부와, 디스플레이부와 통신에 의해 데이터를 주고 받는 데이터 통신부와, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 버퍼부는 시스템의 제반의 동작을 내부 콘트롤러의 명령에 대한 신호를 증폭시킴으로써 각 동작을 표시하는 램프를 증폭시키는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 밧데리 충전기를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 밧데리 충전기의 구성을 나타낸 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이 교류 전원에서 발생되는 노이즈를 제거하는 EMI필터부(1)와, EMI필터부(1)를 통과한 3상 교류신호를 직류로 변환하는 입력정류부(4)와, 마이크로 프로세서가 출력하는 PWM제어신호에 따라 스위칭하는 스위칭부(5)와, 권선비에 따라서 전력을 전달하는 전력 전달부(6)와, 상기 스위칭부(5)에 의해서 발생한 트랜스의 2차측에서 출력되는 교류전압을 정류하고 평활화시키는 출력정류부(7)와, 상기 스위칭부(5)의 스위칭 인에이블 조건을 제공하도록 하는 버스전압 검출부(8)와, 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 시스템 제어부(9)와, 시스템의 동작을 화면으로 표시하는 디스플레이부(10)와, 상기 스위칭부(5)의 IGBT를 구동시키거나 차단시키는 IGBT구동부(11)와, 시스템 제어부(9)와 IGBT구동부(11)에 전원을 공급하는 전원부(12) 와, 입력 교류 전압과 전류 신호를 RMS값으로 변화시켜 검출하는 입력신호 검출부(13)로 구성된다.

상기 EMI 필터부(1)는 120도의 위상차가 있는 3상 입력 교류 전원이 발생하는 노이즈 신호가 충전기의 입력측으로 유입되는 것을 차단하고, 충전기의 스위칭 동작으로 발생되는 스위칭 노이즈 성분이 입력 전원으로 역류하는 것을 차단한다.

상기 입력정류부(4)는 상기 EMI 필터부(1)를 통과한 3상 교류 전원을 다이오드(2)에 의해 전파 정류하고, LC 소자(3)로 구성되는 저역통과 필터에 의해 교류 신호를 직류로 변환시킨다. 상기 다이오드(2)는 2개의 직렬로 연결된 다이오드(2) 사이로 3상 교류 전원의 각 상의 전원을 입력받으므로 교류 전원은 전파 정류되고, 정류된 전압이 LC소자에 의하여 평탄화되고, 전자석 코일에 전류가 흐르는 동안에만 접점이 동작하는 스위치의 일종인 릴레이 소자에 의하여 출력된다.

상기 스위칭부(5)는 스위칭 소자로서 4개의 IGBT(Integrated Gate-Bipolar Transistor)(Q1, Q2, Q3, Q4)를 포함하고, 마이크로 프로세서에 의해 펄스 신호의 듀티비를 변화시켜 신호를 출력하는 PWM방식으로 인가되는 전압에 따라 스위칭한다. 예를 들면, 직류전압 Vin이 회로에 입력될 때, 트랜지스터 스위칭 소자를 이용하여 주기적으로 입력 측과 출력 측이 연결 또는 끊어짐을 반복하게 해서 출력 측에 0와 Vin이 번갈아 구형파 모양으로 나타나게 한다. 스위칭 소자의 on/off 비율은 PWM방식으로 조정된다.

또한 PWM방식으로 제어하여 (Q2)와 (Q4)로 입력되는 게이트 신호들의 오프되는 시간이 (Q1)과 (Q3)의 게이트 신호가 오프되는 시간에 대하여 지연을 갖도록 하 여, 이 지연된 시간동안에 트랜스(T1)의 1차측 변압기의 누설 인덕턴스(L1)에 저장된 에너지가 스위치의 내부 다이오드를 통하여 순환하도록 통로를 만들어준다. 특히 누설 인덕턴스(L1)에 저장된 에너지는 스위치의 접합 캐패시턴스 내에 저장된 에너지를 방전시키는데 사용되어 스위칭 소자들이 영전압 스위칭 동작을 하도록 한다.

상기 전력 전달부(6)는 권선비에 의하여 1차측의 전력을 2차측에 전달한다. 1차측은 상기 스위칭부(5)가 영전압 스위칭을 할 수 있도록 누설 인덕턴스를 제공하는 누설 인덕턴스 인덕터(L2)와 콘덴서(C1)와 연결된다.

상기 출력정류부(7)는 상기 전력 전달부(6)를 구성하는 트랜스(T1)의 2차측 교류 전압을 정류 및 평활시키고, 스너버 기능에 의해 스파이크 성분을 억제시키도록 4개의 다이오드 및 초크로 이루어지는 풀 브릿지 다이오드를 포함한다. 4개의 다이오드는 풀 브릿지로 구성되어 트랜스(T1)의 2차측에서 출력된 교류 전압을 정류하고, 고주파에 대하여 저항 작용을 하는 초크 코일을 사용하여 고주파를 감소된다. 또한 캐패시터(C2)와 다이오드(D10)가 스너버 기능을 제공하여 상기 스위칭부(5)에서 스위칭으로 발생하는 오차를 줄이게 된다.

상기 버스전압 검출부(8)는 입력단 DC 버스의 전압 레벨을 검출하여 상기 스위칭부(5)의 스위칭 인에이블 조건을 제공하도록 두개의 검출 소자(CT4, CT5)를 포함한다. 소자(CT4)는 출력 쇼트 및 순간적 과전류 등을 검출하여 IGBT(Q1, Q2, Q3, Q4)가 안정적으로 동작하도록 하며, 소자(CT5)는 DC-DC컨버터 시스템의 상태를 감지하도록 하여, 시스템의 제반의 동작에 대하여 신속한 제어가 가능하게 한다.

상기 시스템 제어부(9)는 내장된 프로그램으로 시스템의 전반적인 동작을 제어하고, 시스템의 동작상태를 검출하여 에러 발생시 적절한 에러 처리 동작을 수행하며, IGBT구동부(11)로 스위칭 제어신호를 출력한다. 시스템 제어부(9)는 사용자의 입력으로 시스템의 동작에 대한 프로그램이 설정되어서, 설정된 프로그램에 따라서 시스템 전반을 제어한다. 그리고 시스템 제어부(9)는 시스템이 동작하는중 에러가 발생하면 기 설정된 프로그램에 따라서 에러의 처리를 위한 동작을 수행하며, 프로그램에 따라서 PWM에서의 듀티비를 설정하여 IGBT구동부(11)로 신호를 출력한다.

상기 디스플레이부(10)는 상기 마이크로프로세서 제어부(9)와는 독립된 별도의 형태로 창작되며, 시스템의 각종 동작 상태를 디스플레이 화면을 통해 사용자에게 표시한다.

상기 IGBT 구동부(11)는 상기 시스템 제어부(9)와는 독립된 별도의 형태로 창작되며, 상기 시스템 제어부(9)로부터 제어신호를 받아서 신호 레벨을 변환한 후 상기 IGBT(Q1, Q2, Q3, Q4)를 구동시키고, 상기 IGBT(Q1, Q2, Q3, Q4)로 과전류가 흐를 때 이를 감지하여 IGBT 구동 신호를 차단시킴으로써 IGBT의 파손을 방지한다.

상기 전원부(12)는 상기 시스템 제어부(9)와는 독립된 별도의 형태로 창작되며, 교류 전원을 트랜스(T2)로 직류로 변환하여 상기 마이크로 프로세서 제어부(9), IGBT구동부(11)에 전원을 공급한다.

상기 입력신호 검출부(13)는 입력 3상 교류 전압과 3상 전류 신호를 각기 검출한 후 RMS치에 대응하는 전압으로 변환하여 충전기로 입력되는 전압과 전류를 검 출한다.

도 4는 본 발명의 시스템 제어부(9)를 나타낸 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이 시스템 제어부는 롬(19)에 저장된 프로그램에 따라서 시스템을 제어하는 마이크로 프로세서(20)와, 상기 마이크로 프로세서(20)의 하위 어드레스를 데이터 버스와 공유하기 위하여 어드레스 신호를 래치하는 래치(21)와, 상기 마이크로 프로세서(20)가 처리하는 데이터를 일시적으로 보관하는 램(22)과, 사용자가 설정한 데이터를 보존하는 백업메모리(23)와, IC 소자가 선택적으로 인에이블 될 수 있도록 선택적인 제어 신호를 출력하는 IC 컨트롤부(24)와, 외부로 시스템의 동작 상태를 전송함과 아울러 에러시 그 상태를 표시하게 하는 버퍼부(25)와, 디스플레이부와 통신에 의해 데이터를 주고받는 데이터 통신부(26)와, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환부(27)로 구성된다.

롬(19)은 컴퓨터 본체에 내장된 기억 소자의 한 가지로 전기적으로 프로그램할 수 있는 EPROM(erasable programmable read-only memory) 등의 소자로 시스템을 동작시키는 프로그램이 입력된다.

상기 마이크로프로세서(20)는 상기 롬(19)에 입력된 동작 과정에 따라 시스템을 제어한다.

상기 래치(21)는 마이크로 프로세서(20)의 하위 어드레스(D0~D7)를 데이터 버스와 공유하기 위하여 어드레스 신호를 래치한다.

상기 램(Random Access Memory)(22)은 일시적인 기억장치로, 전원이 꺼지면 메모리에 저장된 데이터가 사라지는 것으로써 마이크로프로세서(20)가 처리하는 데 이터를 일시적으로 보관한다.

상기 백업메모리(23)는 램과 같이 데이터를 일시적으로 저장할 수 있는 메모리를 사용하여 사용자가 설정한 데이터를 보관한다.

상기 IC 컨트롤부(24)은 시스템 제어부(9)내의 데이터 버스(D0~D7)를 공유하는 각종 IC 소자가 선택적으로 인에이블 될 수 있도록 선택적인 제어신호를 출력한다.

상기 버퍼부(25)는 내부 콘트롤러의 명령에 대한 신호를 증폭하여 교류입력의 저전압, 축전지의 과전압과 방전 및 과전류, 부하의 과전류, 부하의 연결 관계, 온도, 부동운전, 균등운전 및 수동운전 등에 해당하는 램프로 입력함으로써 외부로 시스템의 동작 상태를 전송함과 아울러 에러시 그 상태를 표시한다.

상기 데이터 통신부(26) 상기 디스플레이부(10)와 통신을 수행하여 데이터를 주고받는다.

상기 D/A 변환부(27) 사용자가 설정한 충전기 출력전압과 충전기의 전류제한 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다.

도 5의 a, b는 입력신호 검출부(13)의 구성을 나타낸 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이 입력신호 검출부(13)는 교류 3상 전원 전압을 트랜스(T1, T2, T3)의 1차측에 인가하여 트랜스의 2차측에서 특정한 전압을 유도시키고, 이 전압을 분압 저항을 통해 일정 비율로 전압 강하시킨다. RMS-직류 변환소자(28)는 상기 분압 저항을 통해 전압 강하된 전압을 입력받아서 전압값에 대응하는 DC 전압으로 변환한 후 연산 증폭기(29)로 입력하여 교류입력전압의 RMS값에 선형 비례 관계를 갖는 DC 전압을 시스템 제어부(9)로 출력한다.

또한 도 5의 b에서 교류 3상 전원 전류는 전류 센싱 트랜스포머(CT1, CT2, CT3)에 의해 2차 측으로 유도된 전류를 저항소자를 이용하여 전압으로 변환한 다음 RMS-직류 변환소자(30) 및 연산 증폭기(31)를 통하여 교류 입력 전원 전류의 RMS값에 선형 비례 관계를 갖는 DC 전압을 시스템 제어부(9)로 출력한다.

입력신호 검출부(13)에서 출력된 DC전압은 상기 시스템 제어부(9)로 입력되어서 피드백 제어부(15)에서의 일정한 처리로 사용자가 설정한 값 이상의 전류가 부하로 흐르지 않도록 한다.

도 6은 피드백 제어부(15)를 나타낸 회로도이다. 피드백 제어부(15)는 시스템 제어부(9)로부터 사용자가 설정한 충전기 출력전압 및 출력전류의 제한값에 따라서 위상천이된 PWM신호를 발생시킴과 아울러, 충전기의 출력전압과 전류를 검출하여 정전압 제어 피드백 루프와 전류제한제어를 위한 피드백 루프상의 이득을 보상함으로써 피드백 안정화를 구현한다.

이에 도시된 바와같이 상기 피드백 제어부(15)는 정전압 레귤레이터(32) 및 연산 증폭기(33)로 구성되는 기준전압 발생회로에 의하여 일정한 기준 전압을 발생시켜서 충전기의 최소 출력전압이 결정되게 한다. 부하 변동에도 불구하고 일정한 정전압이 유지될 수 있도록 피드백 제어하기 위하여 상기 결정한 출력전압을 저항 으로 분압한 후, 이를 연산증폭기(33)의 반전단자로 입력하여 기준전압과 비교한다. 이로 인하여 오차에 따른 에러 보상이 이루어지게 하고, 주파수 응답특성에서 안정된 피드백 제어를 위한 이득 마진과 위상 마진을 갖게 한다.

또한 상기 피드백 제어부(15)는 상기 마이크로프로세서(20)로부터 저항(R138)을 통해 제어 전압을 입력받아 충전기의 출력 전압이 마이크로프로세서(20)에 의해 제어되도록 한다.

또한 충전기의 출력 전류에 대한 신호(Ibatt)와 사용자가 입력한 전류 제한에 대한 신호(5Vref)는 전류오차 보상회로(34)에 의해 비교된 후, 오차에 대한 보상을 통해 사용자가 설정한 값 이상의 전류가 흐르지 않게 한다. 이는 이른바 수화특성으로서 부하 전류가 증가하면 출력 전압을 감소시켜 출력 전류가 사용자가 설정한 값 이상으로 흐르지 않게 함으로써 시스템이 과전류가 되는 것을 방지한다.

한편, PWM IC(35)는 상기 전압오차 보상회로(36)와 전류오차 보상회로(37)의 출력전압에 따른 위상천이 PWM신호를 발생시킨 후 버퍼(38)를 통해 출력하며, 파워 트랜스(T1)의 2차 측 출력 전류를 다이오드(D6, D7, D8, D9)및 콘덴서(C3, C4, C5)에 의해 정류 및 평활한 신호를 입력받아 IGBT(Q1, Q2, Q3, Q4)의 스위칭시 데드타임을 조정한다.

도 7은 드롭퍼부(18)의 구성을 나타낸 회로도이다. 드롭퍼부(18)는 상기의 충전기의 출력 레벨을 검출한 다음 그 레벨에 따라서 다수의 다이오드(16)와 다수의 마그네틱 스위치(17)에 의해 부하의 정격 범위에 맞는 전압이 출력되도록 충전기 출력 전압을 강하시킨다. 이에 도시된 바와 같이 드롭퍼부(18)는 다수의 다이오드(16)가 직렬로 연결되고 일정 개수의 다이오드마다 다수의 마그네틱 스위치(RL1, RL2, RL3, RL4, RL5)(17)가 충전기의 출력에 병렬 연결된다. 만일 출력 전압이 상승하면 마그네틱 스위치(RL1~RL5)를 순차적으로 오프시켜서 다수의 다이오드(16)가 오프되게 함으로써 다수의 다이오드(16)를 통해 전압 강하가 일어나고, 출력 전압이 감소하면 상기 마그네틱 스위치(RL1~RL5)를 온 시켜서 다수의 다이오드(16)가 도통이 되게 함으로써 다수의 다이오드(16)에서의 전압 강하를 감소시킴으로써 부하 전압이 정격범위 내에 머물러 있게 한다.

상기 드롭퍼부(18)는 드롭퍼 제어부에 의해 제어되는데 상기 드롭퍼 제어부는 출력전압을 실시간 검출하고 그 전압 레벨에 따라 상기 마그네틱 스위치(RL1~RL5)를 순차적으로 온, 오프시킨다.

도 8은 IGBT제어부를 나타낸 회로도이다. 이에 도시된 바와같이, IGBT제어부(40)는 상기 피이드백 제어부(15)로부터 PWM 제어신호를 낸드 게이트(41)를 통해 입력받은 후, 절연 및 레벨 변환을 위한 IGBT 게이트 구동IC(43)로 인가한다. IGBT에 과전류가 인가된 경우에는 상기 IGBT 게이트 구동IC(43)로부터 출력되는 신호가 낸드 게이트(41)로 구성되는 래치 회로에 의해 래치되고, 이 신호로 상기 낸드 게이트(41)를 디스에이블시켜서 IGBT에 대한 스위칭 신호를 차단시킴으로써 과전류로 인한 IGBT의 파손을 방지한다.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명의 밧데리 충전기는 스위칭 소자의 스트레 스를 감소시켜서 충전기가 안정적으로 동작되도록 할 수 있고, 입력 전원의 경우에는 부하에 과부하가 인가되지 않도록 제어함으로 충전기 밧데리의 각 소자들을 보호할 수 있다.

Claims

교류 전원으로부터 발생되는 노이즈 신호가 충전기의 입력 측으로 유입되는 것을 차단하고, 충전기의 스위칭 동작에 의해 발생되는 스위칭 노이즈 성분이 전원 선으로 역류되는 것을 차단하도록 하는 EMI 필터부(1);

상기 EMI 필터부(1)를 통과한 3상 교류신호를 다이오드(2)에 의해 전파 정류하고 LC 소자(3)로 구성되는 저역통과 필터에 의해 교류 신호를 직류로 변환하는 입력정류부(4);

스위칭 소자로서 IGBT(Q1, Q2, Q3, Q4)를 포함하고, 스위칭 소자가 PWM방식의 신호를 인가 받아서 스위칭하는 스위칭부(5);

상기 스위칭부(5)가 영전압 스위칭을 할 수 있도록 누설 인덕턴스를 제공하는 누설 인덕턴스 소자(L2)와 콘덴서(C1)가 트랜스(T1)의 1차측과 연결되고, 상기 1차측과의 권선비에 의해 에너지를 전달받는 2차측으로 이루어진 전력 변환부(6);

상기 전력 변환부(6)의 트랜스(T1)의 2차측 교류 전압을 정류 및 평활화시키고, 스너버 기능에 의해 스파이크 성분을 억제시키도록 4개의 다이오드, 초크 및 풀 브릿지 다이오드로 이루어진 출력정류부(7);

출력단 DC 버스의 전압 레벨을 검출하여 상기 스위칭부(5)의 스위칭 인에이블 조건을 제공하도록 두개의 검출소자(CT4, CT5)를 포함하는 버스전압 검출부(8);

내장된 프로그램에 따라서 시스템의 전반적인 동작을 제어함과 아울러 시스템 상태를 검출하여 에러 발생시 적절한 에러 처리 동작을 수행하며, 상기 스위칭 부(5)에 인가되는 스위칭 제어신호를 출력하는 시스템 제어부(9);

상기 시스템 제어부(9)와는 독립된 별도의 형태로 창작되며, 시스템의 각종 동작 상태를 디스플레이 화면을 통해 사용자에게 표시하는 디스플레이부(10);

상기 시스템 제어부(9)와는 독립된 별도의 형태로 창작되며, 상기 시스템 제어부(9)로부터 제어신호를 받아 신호 레벨을 변환한 후 상기 IGBT(Q1, Q2, Q3, Q4)를 구동시키고, 상기 IGBT(Q1, Q2, Q3, Q4)로 과전류가 흐를 때 이를 감지하여 IGBT 구동 신호를 차단시킴으로써 IGBT의 파손을 방지하는 IGBT 구동부(11);

상기 시스템 제어부(9)와는 독립된 별도의 형태로 창작되며, 상기 IGBT구동부(11)와 시스템 제어부(9)에 전원을 공급하는 전원부(12); 및

입력 3상 교류 전압과 3상 전류 신호를 각기 검출한 후 RMS치에 대응하는 전압으로 변환하여 충전기로 입력되는 전압과 전류를 검출하는 입력신호검출부(13)로 구성되는 밧데리 충전기.
제1항에 있어서, 상기 시스템 제어부(9)는;

내부에 프로그램이 입력되어, 프로그램에 따라 일정한 동작과정을 마이크로프로세서로 입력시키는 롬(19);

상기 롬(19)에 저장된 프로그램에 따라서 시스템을 제어하는 마이크로 프로세서(20);

상기 마이크로 프로세서(9)의 하위 어드레스(D0~D7)를 데이터 버스와 공유하기 위하여 어드레스 신호를 래치하는 래치(21);

상기 마이크로 프로세서(9)가 처리하는 데이터를 일시적으로 보관하는 램(22);

사용자가 설정한 데이터를 보존하는 백업메모리(23);

시스템 제어부(9) 내의 IC 소자가 선택적으로 인에이블 될 수 있도록 선택적인 제어 신호를 출력하는 IC 컨트롤부(24);

외부로 시스템의 동작 상태를 전송함과 아울러 에러시 그 상태를 표시하게 하는 버퍼부(25);

상기 디스플레이부(10)와 통신을 수행하여 데이터를 주고받는 데이터 통신부(26); 및

디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환부(27)로 구성되는 것을 특징으로 하는 밧데리 충전기.
제 1항에 있어서, 상기 검출소자(CT4, CT5)는;

출력 쇼트 및 순간적 과전류를 검출하여 IGBT를 안정적으로 동작시키고, DC-DC컨버터의 출력 전류를 감지하여 시스템의 상태를 감지하는 것을 특징으로 하는 밧데리 충전기.
제 2항에 있어서, 상기 버퍼부(25)는;

내부 콘트롤러의 명령에 대한 신호를 증폭하여 교류입력의 저전압, 축전지의 과전압과 방전 및 과전류, 부하의 과전류, 부하의 연결 관계, 온도, 부동운전, 균 등운전 및 수동운전 등에 해당하는 램프로 입력함으로써 외부로 시스템의 동작 상태를 전송하고, 에러시 그 상태를 표시하는 것을 특징으로 하는 밧데리 충전기.
제 1항에 있어서,

상기 시스템 제어부(9)로부터 사용자가 설정한 충전기 출력 전압 및 출력전류 제한값에 따라서 위상천이된 PWM신호를 발생시키고, 충전기의 출력전압과 전류를 검출하여 정전압 제어 피드백 루프와 전류제한제어를 위한 피드백 루프상의 이득을 보상함으로써 피드백 안정화를 구현하는 피드백 제어부(15);

충전기의 출력 레벨을 검출한 후, 검출한 레벨에 따라서 다수의 다이오드(16)와 다수의 마그네틱 스위치(17)에 의해 부하의 정격 범위에 맞는 전압이 출력되도록 충전기 출력 전압을 강하시키는 드롭퍼부(18); 및

상기 피드백 제어부(15)로부터 PWM 제어신호를 낸드 게이트(41)를 통해 입력받은 후, 절연 및 레벨 변환을 위한 IGBT 게이트 구동IC(43)로 인가하여, IGBT에 과전류가 인가된 경우에는 상기 IGBT 게이트 구동IC(43)로부터 출력되는 신호가 낸드 게이트(41)로 구성되는 래치 회로에 의해 래치되고, 이 신호로 상기 낸드 게이트(41)를 디스에이블시켜서 IGBT에 대한 스위칭 신호를 차단시킴으로써 과전류로 인한 IGBT의 파손을 방지하는 IGBT제어부(40)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밧데리 충전기.