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KR102659239B1 - 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치 - Google Patents

비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치 Download PDF

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KR102659239B1
KR102659239B1 KR1020180163720A KR20180163720A KR102659239B1 KR 102659239 B1 KR102659239 B1 KR 102659239B1 KR 1020180163720 A KR1020180163720 A KR 1020180163720A KR 20180163720 A KR20180163720 A KR 20180163720A KR 102659239 B1 KR102659239 B1 KR 102659239B1
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isolated
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charger
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정대기
이대우
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

입력 전압의 레벨을 변환하여 배터리로 출력하는 비절연형 컨버터를 포함하는 비절연형 충전기; 및 상기 비절연형 컨버터와 상기 배터리의 연결 노드와의 전기적 연결을 형성/차단하는 제1 스위치와 상기 비절연형 컨버터에 포함된 스위칭 소자들 중 적어도 일부를 포함하는 1차측 회로를 포함하며 상기 1차측 회로에 의해 전달되는 상기 배터리의 전압의 레벨을 변환하여 출력하는 직류 컨버터를 포함하는 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치가 개시된다.

Description

비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치{APPARATUS INCORPORATING NON-ISOLATED CHARGER AND DC CONVERTER}
본 발명은 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리로 충전 전력을 제공하는 비절연형 충전기를 구성하는 일부 스위칭 소자를 직류 컨버터의 1차측 회로에 공유하여 비절연형 충전기와 직류 컨버터를 통합 구현한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차는, 전기 모터에 공급되는 전원 전력을 저장하는 에너지 저장 장치(이하, 고전압 배터리라고 함)와, 외부의 상용 교류 전력을 입력 받아 고전압 배터리를 충전하기 위한 충전 직류 전력으로 변환하는 차량 탑재형 충전기(On-Board Charger: OBC)와, 고전압 배터리에서 출력되는 고전압을 저전압으로 변환하여 전장부하로 제공하거나 전장부하용으로 마련된 저전압의 에너지 저장장치(이하, 저전압 배터리라고 함)의 충전 전력으로 제공하는 저전압 직류 컨버터(Low voltage DC-DC Converter: LDC)를 포함한다.
전술한 것과 같은 다양한 회로를 통합함으로써 부품 수를 감소시켜 원가 절감의 효과를 구현하기 위해, 종래에는 절연형 OBC의 2차측 정류회로와 LDC의 1차측 스위칭 회로를 공용으로 사용하는 기술이 제안되었다.
절연형 OBC는 그 내부에 절연형 직류 컨버터를 포함하며, 절연형 직류 컨버터의 2차측 정류회로는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 하프 브릿지 또는 풀 브릿지 회로로 구현된다. 또한, LDC 역시 절연형으로 제작될 때 그 1차측은 복수의 스위칭 소자를 포함하는 하프 브릿지 또는 풀브릿지 회로로 구현된다. 다만, OBC의 2차측 브릿지 회로는 정류회로로 동작하고 LDC의 1차측 브릿지 회로는 직류를 교류로 변환하는 형태로 동작한다.
따라서, 종래에는 OBC가 작동할 때에는 2차측 브릿지 회로와 LDC의 1차측 회로를 하나의 서로 하나의 회로로 공유하도록 하고, OBC가 작동할 때에는 공유된 브릿지 회로가 정류 회로로 동작하도록 스위칭 소자를 제어하며, LDC가 작동할 때에는 공유된 브릿지 회로의 스위칭 소자를 교류 변환이 가능하도록 제어하는 방식을 적용하였다.
그러나, 최근 전기차 또는 플러그인 하이브리드 차량의 고전압화가 진행됨에 따라 이러한 회로들에는 고가의 고내압 특성을 갖는 스위칭 소자가 적용되어야 한다. 따라서, 많은 수의 스위칭 소자가 필요한 절연형 OBC는 점차 비절연형으로 회로 구조를 변경하고 있는 실정이다. 따라서, 종래의 절연형 OBC에서 적용될 수 있는 회로 공유 구조는 비절연형 OBC에서는 적용할 수 없는 문제가 있다.
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.
KR 10-2017-0131895 A
이에 본 발명은, 비절연형 구조의 차량 탑재 충전기 내의 일부 부품을 저전압 직류 컨버터에 공유함으로써 부품수를 감소 시킬 수 있는 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
입력 전압의 레벨을 변환하여 배터리로 출력하는 비절연형 컨버터를 포함하는 비절연형 충전기; 및
상기 비절연형 컨버터와 상기 배터리의 연결 노드와의 전기적 연결을 형성/차단하는 제1 스위치와 상기 비절연형 컨버터에 포함된 스위칭 소자들 중 적어도 일부를 포함하는 1차측 회로를 포함하며 상기 1차측 회로에 의해 전달되는 상기 배터리의 전압의 레벨을 변환하여 출력하는 직류 컨버터;
를 포함하는 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 비절연형 컨버터는, 입력되는 과전류 및 누설전류가 상기 배터리로 전달되는 것을 차단하기 위한 복수의 스위칭 소자를 포함하는 전류 차단 회로를 포함하며, 상기 전류 차단 회로 내 스위칭 소자의 상태 제어를 통해 상기 1차측 회로를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 비절연형 컨버터는, 입력단의 양단자에 일단이 연결되는 제1 스위칭 소자(Q1)와, 상기 제1 스위칭 소자(Q1)의 타단 측에 일단이 연결되고 상기 배터리의 양단자에 타단이 연결되는 인덕터와, 상기 인덕터의 일단에 캐소드가 연결되고 상기 배터리의 음(-) 단자에 애노드가 연결되는 제1 다이오드를 포함하는 벅 컨버터일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 비절연형 컨버터는, 상기 제1 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되고 상기 입력단의 음단자에 타단이 연결되는 제2 스위칭 소자와, 상기 다이오드의 캐소드에 일단이 연결되고 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결노드에 타단이 연결되는 제3 스위칭 소자와, 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결노드에 일단이 연결된 제4 스위칭 소자와, 상기 제4 스위칭 소자(Q4)의 타단에 애노드가 연결되고 상기 제1 다이오드의 캐소드에 캐소드가 연결된 제2 다이오드와, 상기 제2 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결된 제5 스위칭 소자와, 상기 제5 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되고 상기 제1 다이오드(D1)의 애노드에 타단이 연결된 제2 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 스위치의 일단은 상기 배터리의 양단자 측에 연결되고, 상기 1차측 회로는 서로 직렬 연결된 클램프 커패시터와 클램프 스위칭 소자를 더 포함하며, 상기 클램프 커패시터와 상기 클램프 스위칭 소자의 직렬 연결 구조의 일단은 상기 제1 스위치의 타단에 연결되고, 상기 직렬 연결 구조의 타단은 상기 전류 차단 회로에 포함되며 일단이 배터리의 음단자에 연결된 스위칭 소자의 타단에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 스위치의 일단은 상기 제3 스위칭 소자의 일단에 연결되고, 상기 1차측 회로는 서로 직렬 연결된 클램프 커패시터와 클램프 스위칭 소자를 더 포함하며, 상기 클램프 커패시터와 상기 클램프 스위칭 소자의 직렬 연결 구조의 일단은 상기 제1 스위치의 타단에 연결되고, 상기 직렬 연결 구조의 타단은 상기 제2 스위칭 소자의 일단에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치가 직류 컨버터로 동작하는 경우, 상기 제1 스위칭 소자, 제3 스위칭 소자 및 제4 스위칭 소자는 오프되며, 상기 제5 스위칭 소자 및 상기 제2 스위치는 온되고, 상기 1차측 회로는, 상기 클램프 커패시터, 상기 클램프 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 포함하며 상기 제2 스위칭 소자가 전원 스위치로 작동하는 액티브 클램프 회로로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치가 충전기로 동작하는 경우, 상기 제1 스위치는 오프될 수 있다.
상기 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치에 따르면, 비절연형 충전기의 비절연형 컨버터에 포함된 스위칭 소자를 이용하여 직류 컨버터의 1차측 회로를 구현함으로써 직류 컨버터를 제작하는데 소요되는 스위칭 소자의 수를 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치에 따르면, 전체 회로의 사이즈를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 스위칭 소자에 소요되는 비용을 절약하여 차량 등의 제작 원가를 절감할 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.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치의 비절연형 충전기 내 비절연형 컨버터의 일례를 더욱 상세하게 도시한 회로도이다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치의 직류 컨버터 부분을 더욱 상세하게 도시한 회로도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치의 실시형태를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치는, 입력 전압의 레벨을 변환하여 배터리(100)로 출력하는 비절연형 컨버터(13)를 포함하는 비절연형 충전기(10) 및 비절연형 컨버터(13)와 배터리(100)의 연결 노드와의 전기적 연결을 형성/차단하는 스위치(211)와 비절연형 컨버터(13)에 포함된 스위칭 소자들의 온/오프에 의해 형성되는 1차측 회로(21)를 포함하며 1차측 회로(21)에 의해 전달되는 배터리(100) 전압의 레벨을 변환하여 출력하는 직류 컨버터(20)를 포함하여 구성될 수 있다.
비절연형 충전기(10)는 교류 전원(300)이 제공하는 교류 전력을 입력 받고 이를 변환하여 배터리(100)를 충전할 수 있는 전압 레벨을 갖는 직류 전력을 출력하는 회로이다. 전기차 또는 플러그인 하이브리드차에서는 차량 탑재형 충전기(On-Board Charger: OBC)라고 한다.
비절연형 충전기(10)는 입력되는 교류 전력의 역률을 보상하여 직류 전압으로 출력하는 역률 보상(Power Factor Correction: PFC) 회로부(11)와 PFC 회로부(11)의 출력단에 직류 전압을 형성하는 직류 링크 커패시터(CDC) 및 직류 링크 커패시터(CDC)에 형성된 직류 전압의 레벨을 배터리(100)를 충전하는데 요구되는 레벨로 변환하는 비절연형 컨버터(13)을 포함할 수 있다. 물론, PFC 회로부(11)의 입력단, 즉 교류 전원(300)과 연결된 단자 측에는 입력되는 교류 전력의 고주파 노이즈 성분을 제거하기 위한 필터 회로가 마련될 수도 있다.
PFC 회로부(11)는 통상 부스트 컨버터의 토폴로지를 이용하여 구현되며 구체적인 회로 구조는 당 기술 분야의 공지의 내용일 뿐만 아니라 본 발명의 기술 특징과 직접적인 관련이 없으므로 추가 설명은 생략하기로 한다.
비절연형 컨버터(13)는 PFC 회로부(11)의 출력 전압에 해당하는 직류 링크 커패시터(CDC)의 전압의 레벨을 배터리(100)를 충전하기 위한 전압 레벨로 변환하여 배터리(100)에 제공한다.
종래에는 입출력단이 서로 절연된 절연형 컨버터를 주로 사용하였으나, 배터리(100)의 고전압화에 따라 높은 내압 특성을 갖는 고가의 스위칭 소자를 컨버터에 사용하여야 하게 됨에 따라, 최근에는 많은 수의 스위칭 소자가 필요한 절연형 컨버터 대신 본 발명과 같이 비절연형 컨버터가 주로 채용되고 있다.
비절연형 컨버터는 그 구조가 단순하고 스위칭 소자의 수가 적어 구현이 간편하고 비용이 적게 드는 이점이 있으나, 입출력 단의 절연이 이루어지지 않으므로 입력단으로 유입되는 과전류, 누설전류 등이 그대로 출력단에 전달되는 단점이 있다. 이를 위해, 비절연형 컨버터는 과전류나 누설전류를 차단하기 위한 스위칭 소자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 비절연형 컨버터(13) 내에 마련된 전류 차단용 스위칭 소자를 이용하여 직류 컨버터(20)의 1차측 회로를 구성함으로써 직류 컨버터(20)의 1차측 회로를 구현하기 위한 별도의 스위칭 소자를 구비할 필요가 없다. 이에, 본 발명의 일 실시형태는 비절연형 컨버터와 직류 컨버터 각각 별도로 제작하는 것에 비해 사용되는 소자 수를 감소시킬 수 있어 원가 절감을 달성할 수 있다.
직류 컨버터(20)는 비절연형 컨버터(13)를 구성하는 스위칭 소자들 중 적어도 일부와 별도로 마련되는 스위칭 소자(Q0) 및 커패시터(213)을 포함하는 1차측 회로(21)와 1차측 회로(21)에 연결되는 1차측 코일과 1차측 코일과 전자기적으로 결합된 2차측 코일을 포함하는 트랜스포머(23) 및 2차측 코일과 연결되어 2차측 코일에 유도된 전력을 정류하여 부하(미도시) 또는 배터리(100)보다 더 낮은 전압을 갖는 저전압 배터리(200)로 제공하는 정류 회로(25)를 포함할 수 있다.
본 발명의 여러 실시형태에 따른 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치는 차량 충전시와 차량 주행시 선택적으로 비절연형 충전기로 작동하거나 직류 컨버터로 작동할 수 있다.
본 발명의 여러 실시형태에 따른 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치가 충전기로 작동하는 경우에는 직류 컨버터(20)의 1차측 회로(21)에 포함된 스위치(211)가 오프되어 배터리(100)와 1차측 회로(21) 사이의 전기적 연결이 차단된다. 반면, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치가 직류 컨버터로 작동하는 경우에는 비절연형 컨버터(13) 내 스위칭 소자를 이용하여 PFC 회로부(11)와 배터리(100) 사이의 전기적 연결을 차단할 수 있다.
1차측 회로(21)에 포함된 스위칭 소자(Q0)와 커패시터(213)는 비절연형 컨버터(13) 내 스위칭 소자와 함께 액티브 클램프 회로를 구현하여, 직류 컨버터(20)를 프라이백 컨버터로 작동하게 할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치의 비절연형 충전기 내 비절연형 컨버터의 일례를 더욱 상세하게 도시한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 비절연형 컨버터(13)는, 기본적으로 벅 컨버터의 토폴로지를 가질 수 있다. 즉, 비절연형 컨버터(13)는 PFC 회로(11)와 연결되는 입력단의 양(+)단자에 일단이 연결되는 제1 스위칭 소자(Q1)와 제1 스위칭 소자(Q1)의 타단 측에 일단이 연결되고 배터리(100)의 양단자에 타단이 연결되는 인덕터(L1)와, 인덕터(L1)의 일단에 캐소드가 연결되고 배터리(100) 또는 입력단의 음(-) 단자에 애노드가 연결되는 다이오드(D1)를 포함하여, 제1 스위칭 소자(Q1)의 듀티 제어를 통해 전류를 강압하는 통상적인 벅 컨버터로 구현될 수 있다.
또한, 비절연형 컨버터(13)는 과전류나 누설전류를 차단하기 위한 전류 차단회로(131)을 더 포함할 수 있다.
전류 차단회로(131)는 제1 스위칭 소자(Q1)의 타단에 일단이 연결되고 입력단의 음(-)단자에 타단이 연결되는 제2 스위칭 소자(Q2)와, 다이오드(D1)의 캐소드에 해당하는 노드(N1)에 일단이 연결되고 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)의 연결노드(N2)에 타단이 연결되는 제3 스위칭 소자(Q3)와, 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)의 연결노드(N2)에 일단이 연결된 제4 스위칭 소자(Q4)와 제4 스위칭 소자(Q4)의 타단에 애노드가 연결되고 다이오드(D1)의 캐소드에 해당하는 노드(N1)에 캐소드가 연결된 다이오드(D2)와, 제2 스위칭 소자(Q2)의 타단에 해당하는 노드(N3)에 일단이 연결된 제5 스위칭 소자(Q5) 및 제5 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되고 다이오드(D1)의 애노드에 타단이 연결된 스위치(S1)을 포함할 수 있다.
전술한 것과 같은 스위칭 소자(Q1-Q5) 및 스위치(S1)를 포함하는 차단회로(131)는 비절연형 컨버터(13)의 전단인 PFC 회로(11)에 연결되는 외부의 상용 전원의 형식과 상용 전원과 PFC 회로(11)의 연결 형태에 따라 적절하게 스위칭 소자(Q1-Q5) 및 스위치(S1)의 온/오프 상태를 조정함으로써 누설 전류를 차단하도록 작동할 수 있다.
본 발명의 여러 실시형태에 따른 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치가 충전기로 작동하는 경우에는 직류 컨버터(20)의 1차측 회로(21)에 포함된 스위치(211)가 오프되고, 비절연형 컨버터(13) 내에 마련되는 전류 차단회로(131) 내 스위칭 소자(Q1-Q5)는 전류 차단이 이루어지는 정상 상태 및 전류 차단이 실시되는 차단 상태에 맞게 적절하게 온/오프 상태가 제어될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치의 직류 컨버터 부분을 더욱 상세하게 도시한 회로도이다.
특히, 도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치가 직류 컨버터로 작동하도록 비절연형 컨버터(13) 내 전류 차단회로(131)의 스위칭 소자를 적절하게 제어한 상태를 도시한다.
즉, 도 2에 도시된 전류 차단회로(131) 내의 제1 스위칭 소자(Q1)이 오프되어 PFC 회로부(11)와 비절연형 컨버터(13) 사이의 전기적 연결이 차단되고, 제3 및 제4 스위칭 소자(Q3, Q4)가 오프되며, 제5 스위칭 소자(Q1)과 스위치(S1)이 온되면 도 3의 1차측 회로(21)가 완성된다. 1차측 회로(21)를 구성하기 위해 비절연 충전기(10)와는 별도로 마련된 스위칭 소자(Q0)의 일단은 커패시터(213)에 연결되고 그 타단은 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)의 연결노드(N2), 즉 제2 스위칭 소자(Q2)의 일단에 연결된다.
이러한 연결관계를 통해, 직류 컨버터(21)의 1차측 회로는 액티브 클램프 회로를 구성하게 된다.
제2 스위칭 소자(Q2)는 전원 스위치로서의 역할을 하는 스위치가 되고 스위칭 소자(Q0)는 클램프 스위치가 되며 커패시터(213)은 클램프 커패시터가 된다.
도시하지 않은 별도의 제어기는 차량과 외부 충전 설비의 연결 상태 또는 차량 주행 상태에 따라 통합 장치가 충전기로 작동하는지 또는 직류 컨버터로 작동하는지 결정하고, 스위치(S1, 211) 및 제1 스위칭 소자(Q1, Q3-Q5)의 온/오프 상태를 제어하여 회로의 연결상태를 결정한다. 또한, 통합 장치가 직류 컨버터로 작동하는 경우 제2 스위칭 소자(Q0)와 클램프 스위칭 소자(Q0)의 온/오프를 제어하여 직류 컨버터(20)가 플라이백 컨버터로서 작동하게 된다.
클램프 커패시터(213)과 클램프 스위칭 소자(Q0)가 서로 연결되어 형성된 회로 구조의 양단은 트랜스포머(23)의 1차측 코일의 양단에 각각 연결되고, 2차측 코일에는 직류 전력을 형성하기 위한 정류 회로(25)가 연결된다. 도 3에 도시된 정류 회로(25) 트랜스포머(23)의 두 2차 코일에 연결된 다이오드(D3, D4), 인덕터(L3) 및 커패시터(C)로 구현된 예이다. 물론 정류 회로(25)당 기술분야 알려진 다양한 다른 구조로의 변형이나 다른 구조의 치환이 가능하다.
1차측을 액티브 클램프 회로로 구현한 플라이백 컨버터에 대한 동작은 당 기술분야에 널리 알려진 공지의 기술이고, 본 발명의 주된 기술적 사상과는 직접적 관련이 없으므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략하기로 한다.
정류 회로(25)의 출력은 차량의 저전압 배터리(200) 또는 전장 부하(미도시)에 연결될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치는 비절연형 충전기(10)의 비절연형 컨버터(13)에 포함된 스위칭 소자를 이용하여 직류 컨버터(20)의 1차측 회로(21)를 구현함으로써 직류 컨버터(20)를 제작하는데 소요되는 스위칭 소자의 수를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 전체 회로의 사이즈를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 스위칭 소자에 소요되는 비용을 절약하여 차량 등의 제작 원가를 절감할 수 있다.
첨부의 도면에서 각 스위칭 소자의 상태를 결정하여 조정하는 제어기는 생략되었으나, 당 기술분야에서 스위칭 소자의 상태를 결정하고 그에 따른 제어 신호를 스위칭 소자로 제공하여 스위칭 소자의 상태를 조정하는 기술 내용은 자명한 것이다. 도시하지 않은 제어기는, 차량의 상태나 더 상위 제어기에서 입력되는 명령을 고려하여 본 발명의 여러 실시형태에 따른 통합 장치가 컨버터로 작동할 것인지 충전기로 작동할 것인지 결정할 수 있으며, 그에 따라 전술한 것과 같은 스위칭 소자의 제어를 통해 원하는 기능을 달성할 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 청구범위의 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 비절연형 충전기 11: 역률 보상 회로
13: 비절연형 컨버터 131: 전류 차단 회로
100: 고전압 배터리 20: 직류 컨버터
21: 1차측 회로 211: 스위치
213: 클램프 커패시터 23: 트랜스포머
25: 정류 회로 200: 저전압 배터리
300: 교류 전원 Q0: 클램프 스위칭 소자
Q1-Q5: 스위칭 소자

Claims (8)

  1. 입력 전압의 레벨을 변환하여 배터리로 출력하는 비절연형 컨버터를 포함하는 비절연형 충전기; 및
    상기 비절연형 컨버터와 상기 배터리의 연결 노드와의 전기적 연결을 형성/차단하는 제1 스위치와 상기 비절연형 컨버터에 포함된 스위칭 소자들 중 적어도 일부를 포함하는 1차측 회로를 포함하며 상기 1차측 회로에 의해 전달되는 상기 배터리의 전압의 레벨을 변환하여 출력하는 직류 컨버터;를 포함하고,
    상기 비절연형 컨버터는,
    입력단의 양단자에 일단이 연결되는 제1 스위칭 소자(Q1)와,
    상기 제1 스위칭 소자(Q1)의 타단 측에 일단이 연결되고 상기 배터리의 양단자에 타단이 연결되는 인덕터와,
    상기 인덕터의 일단에 캐소드가 연결되고 상기 배터리의 음(-) 단자에 애노드가 연결되는 제1 다이오드를 포함하는 벅 컨버터인 것을 특징으로는 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치.
  2. 입력 전압의 레벨을 변환하여 배터리로 출력하는 비절연형 컨버터를 포함하는 비절연형 충전기; 및
    상기 비절연형 컨버터와 상기 배터리의 연결 노드와의 전기적 연결을 형성/차단하는 제1 스위치와 상기 비절연형 컨버터에 포함된 스위칭 소자들 중 적어도 일부를 포함하는 1차측 회로를 포함하며 상기 1차측 회로에 의해 전달되는 상기 배터리의 전압의 레벨을 변환하여 출력하는 직류 컨버터;를 포함하고,
    상기 비절연형 컨버터는,
    입력되는 과전류 및 누설전류가 상기 배터리로 전달되는 것을 차단하기 위한 복수의 스위칭 소자를 포함하는 전류 차단 회로를 포함하며, 상기 전류 차단 회로 내 스위칭 소자의 상태 제어를 통해 상기 1차측 회로를 구현하고,
    상기 제1 스위치의 일단은 상기 배터리의 양단자 측에 연결되고,
    상기 1차측 회로는 서로 직렬 연결된 클램프 커패시터와 클램프 스위칭 소자를 더 포함하며,
    상기 클램프 커패시터와 상기 클램프 스위칭 소자의 직렬 연결 구조의 일단은 상기 제1 스위치의 타단에 연결되고, 상기 직렬 연결 구조의 타단은 상기 전류 차단 회로에 포함되며 일단이 배터리의 음단자에 연결된 스위칭 소자의 타단에 연결된 것을 특징으로 하는 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 비절연형 컨버터는,
    상기 제1 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되고 상기 입력단의 음단자에 타단이 연결되는 제2 스위칭 소자와,
    상기 다이오드의 캐소드에 일단이 연결되고 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결노드에 타단이 연결되는 제3 스위칭 소자와,
    상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자의 연결노드에 일단이 연결된 제4 스위칭 소자와,
    상기 제4 스위칭 소자(Q4)의 타단에 애노드가 연결되고 상기 제1 다이오드의 캐소드에 캐소드가 연결된 제2 다이오드와,
    상기 제2 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결된 제5 스위칭 소자와,
    상기 제5 스위칭 소자의 타단에 일단이 연결되고 상기 제1 다이오드(D1)의 애노드에 타단이 연결된 제2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 스위치의 일단은 상기 제3 스위칭 소자의 일단에 연결되고,
    상기 1차측 회로는 서로 직렬 연결된 클램프 커패시터와 클램프 스위칭 소자를 더 포함하며,
    상기 클램프 커패시터와 상기 클램프 스위칭 소자의 직렬 연결 구조의 일단은 상기 제1 스위치의 타단에 연결되고, 상기 직렬 연결 구조의 타단은 상기 제2 스위칭 소자의 일단에 연결된 것을 특징으로 하는 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치가 직류 컨버터로 동작하는 경우,
    상기 제1 스위칭 소자, 제3 스위칭 소자 및 제4 스위칭 소자는 오프되며, 상기 제5 스위칭 소자 및 상기 제2 스위치는 온되고,
    상기 1차측 회로는, 상기 클램프 커패시터, 상기 클램프 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자를 포함하며 상기 제2 스위칭 소자가 전원 스위치로 작동하는 액티브 클램프 회로로 구현되는 것을 특징으로 하는 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치.
  8. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4, 청구항 6 및 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치가 충전기로 동작하는 경우, 상기 제1 스위치는 오프되는 것을 특징으로 하는 비절연형 충전기와 직류 컨버터의 통합 장치.
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