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KR102673405B1 - ESS charger with ripple cancellation - Google Patents

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KR102673405B1
KR102673405B1 KR1020230048893A KR20230048893A KR102673405B1 KR 102673405 B1 KR102673405 B1 KR 102673405B1 KR 1020230048893 A KR1020230048893 A KR 1020230048893A KR 20230048893 A KR20230048893 A KR 20230048893A KR 102673405 B1 KR102673405 B1 KR 102673405B1
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KR
South Korea
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ripple
voltage
power unit
unit
main power
Prior art date
Application number
KR1020230048893A
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Korean (ko)
Inventor
석 영 정
이광휘
정진화
정태화
Original Assignee
석 영 정
이광휘
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Publication date
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Abstract

본 발명은 교류를 이용하여 ESS를 충전하는 충전장치에서 저전력 및 역리플함수를 통해 고품질의 직류를 공급하는 기술이다. 본 발명은 ESS(에너지저장장치)가 완전충전 되었을 때 PWM으로부터 발생되는 서지 펄스 요인을 없애서 ESS의 안전을 강화하고, 이를 통해 ESS의 충전용량을 확장한다.
위와 같은 목적의 본 발명은,
충전제어 계통에서 요구하는 전압보다 낮은 전압을 출력하는 주전원부;
상기 주전원부로부터 충전전력을 공급받도록 연결되는 충전계통 및 충전에너지를 저장하는 ESS부;
상기 주전원부의 낮은 전압을 충전계통에 필요한 전압으로 승압 조절하는 보충전원부;
상기 주전원부의 출력전압이 리플을 포함하는 맥류 전압일 때 리플을 감지하는 리플감지부;
상기 리플감지부로부터 감지된 리플과 반대의 역상 리플을 발생하는 역리플함수발생부;를 포함하는 구성으로서,
상기 보충전원부가 상기 주전원부로부터 출력되는 전압이 설정된 부하단 전압으로 유지되도록 상기 주전원부와 연동되되, 상기 리플감지부로부터 리플이 감지될 때 상기 보충전원부가 상기 역리플함수발생부로부터의 역리플함수에 의한 맥류출력을 발생하여, 상기 주전원부의 출력단에서는 상기 리플이 상쇄된 직류전압을 발생하도록 연동 구성된 넌-리플 충전장치를 개시한다.
본 발명에 의하면 전력제어에 소모되는 손실을 최소화, 초고속 최대전력점 추적, 사지 펄스로부터 배터리 안전성 강화 및 배터리 충전용량을 확장하는 효과가 있다.
The present invention is a technology that supplies high-quality direct current through low power and inverse ripple function in a charging device that charges ESS using alternating current. The present invention enhances the safety of the ESS by eliminating the surge pulse factor generated from the PWM when the ESS (energy storage device) is fully charged, and thereby expands the charging capacity of the ESS.
The present invention for the above purpose,
A main power unit that outputs a voltage lower than the voltage required by the charging control system;
A charging system connected to receive charging power from the main power unit and an ESS unit that stores charging energy;
a supplementary power unit that boosts and regulates the low voltage of the main power unit to the voltage required for the charging system;
A ripple detection unit that detects ripple when the output voltage of the main power unit is a pulsating voltage including ripple;
A configuration comprising a reverse ripple function generator that generates an inverse ripple that is opposite to the ripple detected by the ripple detection unit,
The supplementary power unit is linked with the main power unit so that the voltage output from the main power unit is maintained at the set load voltage, and when the ripple is detected from the ripple detection unit, the supplementary power unit detects the reverse ripple from the reverse ripple function generator. A non-ripple charging device configured to generate a pulsating current output by a function and generate a direct current voltage with the ripple canceled at the output terminal of the main power unit is disclosed.
According to the present invention, there are effects of minimizing losses consumed in power control, ultra-fast maximum power point tracking, strengthening battery safety from limb pulses, and expanding battery charging capacity.

Description

리플 억제 기능을 갖는 ESS 충전장치{ESS charger with ripple cancellation}ESS charging device with ripple suppression function {ESS charger with ripple cancellation}

본 발명은 교류를 이용하여 ESS를 충전하는 충전장치에서 저전력을 이용하는 역리플함수 제어를 통해 고품질의 직류를 공급하는 기술이다. 본 발명은 ESS(에너지저장장치)가 완전충전 되었을 때 PWM으로부터 발생되는 서지 펄스 요인을 없애서 ESS의 안전을 강화하고, 충전중에도 통신용 전원장치에서 요구하는 순수 직류성분을 유지하며, 나아가 이를 통해 ESS의 충전용량을 확장한다.The present invention is a technology that supplies high-quality direct current through inverse ripple function control using low power in a charging device that charges ESS using alternating current. The present invention enhances the safety of the ESS by eliminating the surge pulse factor generated from the PWM when the ESS (energy storage device) is fully charged, and maintains the pure direct current component required by the communication power supply even during charging, and further improves the ESS's Expand charging capacity.

ESS는 전력 상태가 원활하지 않은 지역 내지 국가에서 공장이나 가정용으로 유용하게 활용되는 에너지저장장치이다. 주로 전력이 공급되는 시간, 또는 전력 요금이 싼 심야 시간대에 에너지를 축적해 두었다가, 전력 요금이 비싼 시간대 혹은 정전 시에 전력을 방전하여 사용한다.ESS is an energy storage device that is useful for factories or homes in regions or countries where power conditions are poor. Energy is mainly stored during times when power is supplied or late at night when power rates are low, and then discharged and used during times when power rates are high or during power outages.

도 1은 일반적인 충전제어시스템을 도시한 블록다이어그램이다. 교류 정류기(1)로부터 얻어지는 주전원은 충전기(충전제어기; 3)를 통해서 충전단계별로 필요한 전압으로 설정을 변경해가면서 배터리(ESS, 2)로 공급된다. 부하단(4)은 ESS와 직접 병렬로 연동되거나 충전기의 부하단 단자를 통해 연결된다.Figure 1 is a block diagram showing a general charging control system. The main power obtained from the AC rectifier (1) is supplied to the battery (ESS, 2) through a charger (charge controller; 3) while changing the setting to the required voltage for each charging stage. The load end (4) is directly connected to the ESS in parallel or connected through the load end terminal of the charger.

도 1은 충전기(3)에 공급되는 입력단 전압을 VP2, 충전기 출력단 전압을 VP1으로 묘사하고 있는데, 도 1은 일반적인 사인파 형태(1000-1)의 교류전원(1-3)과 이를 전파정류 했을 때의 정류기(1-1) 출력 파형(1000-2)과 이를 평활커패시터(1-2)에 의해 직류전류로 필터링한 후 적정한 부하에 전류를 공급할 때의 맥류 파형(1000-3)을 포함한다.Figure 1 depicts the input voltage supplied to the charger 3 as VP2 and the charger output voltage as VP1. Figure 1 depicts the AC power supply (1-3) in the form of a general sine wave (1000-1) and when it is full-wave rectified. It includes the output waveform (1000-2) of the rectifier (1-1) and the pulsating waveform (1000-3) when supplying current to an appropriate load after filtering it into direct current by the smoothing capacitor (1-2).

도 1에서 충전제어기(3)는 맥류 형태(1000-3)의 주전원부(1) 출력을 받아서 안정된 직류전압(1000-4)을 출력한다. 이때 고품질의 직류전압을 얻기 위해서는 도 1의 (C)에서 하한선(1000-4)으로 설정된 전압을 초과하지 않아야 한다. 이 레벨을 초과하는 경우 ESS에는 맥류 전압 중 교류성분인 리플(1000-3)이 공급되므로 이 리플이 서지 펄스의 문제를 일으킬 수 있다. 또한 이 리플은 통신용 전원장치 또는 음향장치의 전원에서의 노이즈 문제를 야기한다.In Figure 1, the charging controller 3 receives the output of the main power unit 1 in the form of a pulsating current (1000-3) and outputs a stable direct current voltage (1000-4). At this time, in order to obtain a high-quality direct current voltage, the voltage set as the lower limit (1000-4) in (C) of FIG. 1 should not be exceeded. If this level is exceeded, ripple (1000-3), which is the alternating current component of pulsating voltage, is supplied to the ESS, so this ripple may cause surge pulse problems. Additionally, this ripple causes noise problems in the power supply of communication power supplies or audio devices.

도 1에서 (1-3)은 변압기이고, (1-2)는 다이오드 또는 FET 등으로 된 반도체 타입의 정류기 소자이고, 1-1은 (B)에서의 파곡점을 충전 시정수로 보상하는 필터링 커패시터이다. In Figure 1, (1-3) is a transformer, (1-2) is a semiconductor type rectifier element made of a diode or FET, and 1-1 is a filtering device that compensates for the breaking point in (B) with the charging time constant. It is a capacitor.

도 1에서 충전제어기는 아날로그 레귤레이터로 구성하거나 PWM제어를 이용하는 디지털 충전제어기로 구성할 수 있다. 아날로그 레귤레이터인 경우 (VP2 - VP1) 간의 전압 차이가 입출력단 손실로 작용하면서 발열을 유발하므로, 정밀을 요구하는 통신용 내지 음향기기용 이외의 대용량 충전에서는 아날로그 방식을 그다지 선호하지 않는 편이다. In Figure 1, the charging controller can be configured as an analog regulator or a digital charging controller using PWM control. In the case of an analog regulator, the voltage difference between (VP2 - VP1) acts as input/output loss and causes heat generation, so the analog method is not particularly preferred for large-capacity charging other than for communication or audio devices that require precision.

이에 비해 PWM제어 방식은 입출력 간 손실이 비교적 작지만 충전완료에 다다르면 짧은 시간 간격으로 전력을 단속하는 (도시 생략된) 고유의 특성 때문에 펄스 형상의 PWM 노이즈가 발생되고, 특히 도 2의 (Rn)으로 표시된 만충전 영역에서 서지 펄스로 악영향을 주는 문제를 일으킨다. 비록 ESS에 공급되는 전압이 일정하더라도 만충전에 다다르게 되어 충전전류가 점점 적어질수록 입력전압(VP2)이 부하단(VP1)으로 흐르지 못하게끔 좁은 듀티비의 펄스폭으로 제어하므로, 결국은 그 좁아진 펄스만큼 더 큰 서지 전압이 만들어지는 악순환이 되는 것이다.In comparison, the PWM control method has relatively small losses between input and output, but due to its inherent characteristic (not shown) of interrupting power at short time intervals when charging is completed, pulse-shaped PWM noise is generated, especially as shown in (Rn) in Figure 2. Surge pulses in the indicated full charge area may cause adverse effects. Even if the voltage supplied to the ESS is constant, as it approaches full charge and the charging current gradually decreases, the input voltage (VP2) is controlled with a pulse width of a narrow duty ratio to prevent it from flowing to the load end (VP1), which ultimately narrows the pulse. It becomes a vicious cycle in which a larger surge voltage is created.

ESS에 대한 화재가 빈번히 일어남에 따라 관계 기관에서는 ESS 충전을 최대용량의 80% 수준으로 제한하도록 하였는데, 이것은 그 80%에 달하는 때부터 PWM 노이즈가 커진다는 것을 증명한다. 만약 PWM 노이즈를 근본적으로 없앨 수 있다면 ESS의 충전은 80% 이상, 더 바람직하게는 95%까지도 고려할 높은 수준의 확장을 기대할 수 있게 된다.As fires in ESS occur frequently, relevant organizations have restricted ESS charging to 80% of maximum capacity, which proves that PWM noise increases from the point it reaches 80%. If PWM noise can be fundamentally eliminated, ESS charging can be expected to expand to a high level of over 80%, and more preferably up to 95%.

이처럼 PWM 노이즈가 문제를 일으키거나 아날로그 충전기에서 발열이 문제 되는 것은 입력전압(VP2) 전체를 대상으로 PWM 제어 또는 레귤레이팅을 하기 때문이다.The reason why PWM noise causes problems or heat generation in analog chargers is because PWM control or regulation is performed on the entire input voltage (VP2).

본 발명은 이에 대한 대안으로 착상된 것이며, 특히 입력전압(VP2)에 대하여는 제어하지 않는 구성을 통해 발열의 문제를 근원적으로 해소하며, 나아가 리플이 발생 될 때 해당 리플 부분에 대하여 상쇄 제어 및 서지 펄스를 차단하는 방법으로 ESS의 안전 및 성능을 확장하는 기술을 개시한다.The present invention was conceived as an alternative to this, and in particular, fundamentally solves the problem of heat generation through a configuration that does not control the input voltage (VP2), and further provides offset control and surge pulse for the corresponding ripple portion when ripple occurs. A technology to expand the safety and performance of ESS is disclosed by blocking ESS.

본 발명자는 태양광 분야에서 지레 작용(leverage)의 원리인 전력펌프를 발명한 바 있다. 본 발명은 이 전력펌프를 이종 기술인 교류전원에 응용 적용하여 새로운 구성과 효과를 얻는 착상이다. 이를 통해 서지를 유발하는 PWM 펄스에 대한 안전을 강화하여 ESS의 충전용량을 확장할 수 있게 된다. The present inventor has invented a power pump, which is the principle of leverage in the solar energy field. The present invention is an idea to obtain new configurations and effects by applying this power pump to AC power, which is a heterogeneous technology. This makes it possible to expand the charging capacity of the ESS by strengthening safety against PWM pulses that cause surges.

(1) KR 1020200089557 (2020.07.20.)(1) KR 1020200089557 (2020.07.20.) (2) KR 1020190019077 (2019.02.19.)(2) KR 1020190019077 (2019.02.19.) (3) KR 1020190094849 (2019.08.05.)(3) KR 1020190094849 (2019.08.05.) (4) KR 1020200039764 (2020.04.01.)(4) KR 1020200039764 (2020.04.01.) (5) KR 1020190094844 (2019.08.05.)(5) KR 1020190094844 (2019.08.05.) (6) KR 1020150008277 (2015.01.16.)(6) KR 1020150008277 (2015.01.16.) (7) KR 1020180001666 (2018.01.05.)(7) KR 1020180001666 (2018.01.05.) (8) KR 1020170153635 (2017.11.17.)(8) KR 1020170153635 (2017.11.17.) (9) KR 1020180154303 (2018.12.04.)(9) KR 1020180154303 (2018.12.04.) (10) KR 1020190170458 (2019.12.19.(10) KR 1020190170458 (2019.12.19. (11) KR 1020200038300 (2020.03.30.)(11) KR 1020200038300 (2020.03.30.) (12) KR 1020210003544 (2021.01.11.)(12) KR 1020210003544 (2021.01.11.) (13) KR 10-2021-0172644(2021.12.06.)(13) KR 10-2021-0172644(2021.12.06.) (14) KR 10-2021-0176358(2021.12.10.)(14) KR 10-2021-0176358(2021.12.10.) (15) KR 10-2022-0013866(2022.02.02.)(15) KR 10-2022-0013866(2022.02.02.) (16) KR 10-2022-0017217(2022.02.09.)(16) KR 10-2022-0017217(2022.02.09.) (17) KR 10-2022-0041425(2022.04.03.)(17) KR 10-2022-0041425(2022.04.03.)

본 발명의 제1목적은 충전제어기로 입력되는 전압과 충전제어기에서 출력되는 전압의 차이를 극소화하여 충전제어기의 작동 손실을 최소화하는 기술을 개시하고자 함에 있다.The first purpose of the present invention is to disclose a technology that minimizes the operation loss of the charge controller by minimizing the difference between the voltage input to the charge controller and the voltage output from the charge controller.

본 발명의 제2목적은 주전원부에서 출력되는 리플을 평활하여 완전한 DC 출력을 얻되 그 평활하는 구성에서도 전력의 제어 범위, 즉 손실 요인을 최소화하는 기술을 개시하고자 함에 있다.The second purpose of the present invention is to obtain a complete DC output by smoothing the ripple output from the main power supply, and to disclose a technology that minimizes the power control range, that is, loss factors, even in the smoothing configuration.

본 발명의 제3목적은 혹여 ESS 충전계통에서 펄스전압이 발생할 때 이에 즉각 대응하여 ESS 폭발로부터 안전을 강화하는 기술적 구성을 개시하고자 함에 있다.The third purpose of the present invention is to initiate a technical configuration that enhances safety from ESS explosion by immediately responding to the occurrence of pulse voltage in the ESS charging system.

위와 같은 목적의 본 발명은, The present invention for the above purpose,

충전제어 계통에서 요구하는 전압보다 낮은 전압을 출력하는 주전원부;A main power unit that outputs a voltage lower than the voltage required by the charging control system;

상기 주전원부로부터 충전전력을 공급받도록 연결되는 충전계통 및 충전에너지를 저장하는 ESS부;A charging system connected to receive charging power from the main power unit and an ESS unit that stores charging energy;

상기 주전원부의 낮은 전압을 충전계통에 필요한 전압으로 승압 조절하는 보충전원부;a supplemental power unit that boosts and regulates the low voltage of the main power unit to the voltage required for the charging system;

상기 주전원부의 출력전압이 리플을 포함하는 맥류 전압일 때 리플을 감지하는 리플감지부;A ripple detection unit that detects ripple when the output voltage of the main power unit is a pulsating voltage including ripple;

상기 리플감지부로부터 감지된 리플과 반대의 역상 리플을 발생하는 역리플함수발생부;를 포함하는 구성으로서,A configuration that includes a reverse ripple function generator that generates a reverse-phase ripple opposite to the ripple detected by the ripple detection unit,

상기 보충전원부가 상기 주전원부로부터 출력되는 전압이 설정된 부하단 전압으로 유지되도록 상기 주전원부와 연동되되, 상기 리플감지부로부터 리플이 감지될 때 상기 보충전원부가 상기 역리플함수발생부로부터의 역리플함수에 의한 맥류출력을 발생하여, 상기 주전원부의 양극에서는 상기 리플이 상쇄된 직류전압을 발생하도록 연동 구성된 것을 특징으로 하는 ESS 충전장치를 개시한다.The supplementary power unit is linked with the main power unit so that the voltage output from the main power unit is maintained at the set load voltage, and when the ripple is detected from the ripple detection unit, the supplementary power unit detects the reverse ripple from the reverse ripple function generator. Disclosed is an ESS charging device characterized in that it is configured to generate a pulsating current output by a function and generate a direct current voltage in which the ripple is canceled at the anode of the main power unit.

여기서 보충전원부에는 상기 충전계통(충전제어부 및 EES부)에서 서지성 펄스 전압이 감지될 때 상기 승압 공급이 제한되도록 제어하는 펄스감지제어부의 연동 구성을 더 포함할 수 있다.Here, the supplemental power unit may further include an interlocking configuration of a pulse detection control unit that controls the boost supply to be limited when a surge pulse voltage is detected in the charging system (charge control unit and EES unit).

또한 상기 보충전원부는 주전원부 외의 외부전원으로부터 조달하고 그 조달 경로에 유효전류감지부를 연동하여서 보충전원부의 가동에 소모되고 난 나머지로 부하에 공급되는 유효전류의 최대값을 추적하는 최대전력추적 구성, 또는 상기 주전원부의 전력 일부를 피드백하여 주전원부의 전압을 보충하도록 되먹임하되, 그 되먹임 경로에 유효전류감지부를 연동하여서 보충전원부의 가동에 소모되고 난 나머지로 부하에 공급되는 유효전류의 최대값을 추적하는 최대전력추적 구성을 포함할 수 있다.In addition, the supplementary power supply is supplied from an external power source other than the main power supply, and an active current detection unit is linked to the supply path, so as to track the maximum value of the active current supplied to the load with the remainder consumed in the operation of the supplemental power supply, a maximum power tracking configuration, Alternatively, some of the power of the main power supply is fed back to supplement the voltage of the main power supply, and an active current detection unit is linked to the feedback path to determine the maximum value of the active current supplied to the load with the remainder consumed in the operation of the supplemental power supply. It may include a maximum power tracking configuration.

본 발명은 보충전원부가 주전원부와 부하단 간을 최적의 상태로 매칭하고 나아가서는 변압기의 공진점 부근인 최대효율의 전력점에서 작동을 유지시키는 기술 구성을 개시한다. 본 발명의 보충전원부는 전류폭주제어 기능을 통해 초고속으로 최대전력점을 추적하는 기술을 포함한다.The present invention discloses a technical configuration in which the supplemental power unit optimally matches the main power unit and the load end and further maintains operation at the power point of maximum efficiency, which is near the resonance point of the transformer. The supplementary power supply unit of the present invention includes technology for tracking the maximum power point at ultra-high speed through a current congestion control function.

본 발명에 의하면 부하전력의 대부분을 분담하는 주전원부는 정류된 전력을 그대로 부하단으로 공급하고, 보충전원부가 적은 범위의 전압 조절 및 리플 상쇄를 담당하므로, 이에 따라 제어에 따른 손실이 최소화되는 효과가 있다.According to the present invention, the main power unit, which shares most of the load power, supplies rectified power to the load as is, and the supplementary power unit is responsible for regulating voltage and ripple cancellation in a small range, thereby minimizing losses due to control. There is.

본 발명에 의하면 리플을 상쇄하는 역리플함수제어에 의하여 충전제어기의 입력전압과 출력전압의 차이를 무시 가능한 수준으로 없애면서 더 나아가 그러한 기술을 통해 높은 품질의 순수 직류 성분을 얻을 수 있게 된다.According to the present invention, the difference between the input voltage and output voltage of the charge controller is eliminated to a negligible level by inverse ripple function control that cancels out the ripple, and further, it is possible to obtain high quality pure direct current components through such technology.

본 발명에 의하면 초고속 최대전력점 추적 기술을 얻을 수 있으며, 나아가 ESS 충전완료 시 발생하는 펄스전압의 발생요인을 차단하여 ESS 폭발로부터 안전을 강화하면서 충전용량을 현저히 확장할 수 있게 된다. According to the present invention, ultra-fast maximum power point tracking technology can be obtained, and furthermore, it is possible to significantly expand charging capacity while strengthening safety from ESS explosion by blocking the pulse voltage generated when ESS charging is completed.

본 발명에 의하면 적은 제어 범위의 전력제어를 통해 고품질의 통신용 내지는 음향기기용 전원을 확보할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to secure high-quality power for communication or audio devices through power control with a small control range.

도 1는 종래의 ESS 충전시스템을 도시한 블록다이어그램이다.
도 2는 ESS의 충전전류 흐름이 단계별로 달라지는 모습과 그 과정에서 어떤 경우에 서지 펄스가 발생되는지를 배터리 전류 흐름도로서 나타낸 그래프이다.
도 3은 종래의 충전시스템에서 각 파형의 위치를 도식적으로 표현한 블록다이어그램이다. 리플과 PWM제어가 혼재될 때 서지 펄스가 발생됨을 나타내고 있다.
도 4는 본 발명 일실시례의 블록다이어그램이다. 주전원부에서 리플이 포함된 맥류 전압과 보충전원부에서 역리플이 포함된 맥류 전압을 합성하면 순수 직류 성분이 얻어지는 원리와 그 회로를 나타낸 것이다.
도 5는 도 4의 개념이 구체적으로 어떤 구성요소들의 결합으로 달성되는지를 일실시례로 나타낸 블록다이어그램이다. 도 5에서는 도 4에서의 보충전원부가 주전원부의 출력전력 일부를 피드백 받아서 동작함을 일실시례로 나타내고 있다.
도 6은 본 발명의 최대전력추적 기능을 설명하기 위한 일실시예 블록다이어그램이다.
도 7은 도 6의 일실시례인 보충전원부의 최대전력추적 기능을 듀티비 제어 원리로 설명한 그래프이다.
도 8은 도 6의 일실시례인 보충전원부의 최대전력추적이 전류폭주로 제어되는 원리를 알고리즘으로 설명하는 흐름도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 보충전원부에서 서지 펄스를 감지할 때 출력전압을 억제하면서 설정된 출력전압을 유지하는 충전시스템의 일실시례를 도시한 블록다이어그램 및 알고리즘 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 최대전력전추적 작용을 설명하기 위한 변압기 출력의 공진점을 설명하는 전압전류전력 곡선도이다.
Figure 1 is a block diagram showing a conventional ESS charging system.
Figure 2 is a battery current flow graph showing how the charging current flow of the ESS varies by stage and when a surge pulse is generated in the process.
Figure 3 is a block diagram schematically expressing the position of each waveform in a conventional charging system. It indicates that a surge pulse is generated when ripple and PWM control are mixed.
Figure 4 is a block diagram of one embodiment of the present invention. It shows the principle and circuit of obtaining a pure direct current component by combining the pulsating current voltage with ripple in the main power supply and the pulsating current voltage with reverse ripple in the supplemental power supply.
FIG. 5 is a block diagram showing an example of how the concept of FIG. 4 is achieved by specific combination of components. FIG. 5 shows an example in which the supplementary power unit in FIG. 4 operates by receiving feedback from a portion of the output power of the main power unit.
Figure 6 is a block diagram of one embodiment to explain the maximum power tracking function of the present invention.
FIG. 7 is a graph explaining the maximum power tracking function of the supplementary power unit, which is an example of FIG. 6, using the duty ratio control principle.
FIG. 8 is a flowchart explaining the principle of controlling the maximum power of the supplementary power unit, which is an example of FIG. 6, by current runaway, using an algorithm.
Figures 9 and 10 are block diagrams and algorithm flowcharts showing an example of a charging system that maintains a set output voltage while suppressing the output voltage when a surge pulse is detected in the supplemental power supply unit of the present invention.
Figure 11 is a voltage-current-power curve diagram illustrating the resonance point of the transformer output to explain the maximum power tracking operation of the present invention.

본 발명은 이하 설명하는 외에도 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바 특정한 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 자세히 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니므로, 이하 개시하는 구성은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였으나, 예를 들어 제1, 제2, 첫 번째, 두 번째 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되고 있을 뿐, 이 구성요소들을 제1, 제2, 첫 번째, 두 번째 등으로 용어를 붙여서 한정되는 것으로 이해하여서는 아니 된다. 상기 용어들은 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 마찬가지의 원리로 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 첫 번째와 두 번째의 경우도 마찬가지이며, ‘먼저’ ‘다음으로’ 라는 용어도 마찬가지이다.The present invention may have various embodiments in addition to those described below, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, since this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, the configuration disclosed below should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. While describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components, but for example, terms such as first, second, first, second, etc. are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. However, these components should not be understood as being limited by labeling them as first, second, first, second, etc. The above terms may be used to refer to a first component as a second component without departing from the scope of the present invention, and in the same principle, the second component may also be referred to as a first component. The same goes for the first and second, and the terms ‘first’ and ‘next’ are also the same.

이와 같은 원칙하에 본 발명에 따른 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 이하 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 목적과 특징들은 다음의 상세한 설명을 통해 더욱 분명해질 것이다. Under this principle, embodiments according to the present invention will be described in detail below with reference to the attached drawings. The objects and features of the present invention will become more clear through the following detailed description.

도 3은 종래의 충전제어기(3) 및 그 주변 구성을 회로적으로 도식한 블록다이어그램이다.Figure 3 is a block diagram schematically illustrating the conventional charging controller 3 and its surrounding components.

도 3을 참조하면, 변압기(1-3)의 2차측 코일 출력에서 (A) 파형이 출력되고, 정류부(1-1)에서 예를 들면 전파 정류된 (B) 파형이 출력되며, 평활부(1-2)에서 부하단으로 전력이 공급될 때 최대값 전압으로부터 시간에 따라 전압이 하강하는 리플 형태의 파형(1000-3; C)이 출력됨을 이해할 수 있을 것이다.Referring to Figure 3, the (A) waveform is output from the secondary coil output of the transformer (1-3), the (B) waveform, for example, full-wave rectified, is output from the rectifier (1-1), and the smoothing unit ( You will understand that when power is supplied to the load in 1-2), a ripple-shaped waveform (1000-3; C) in which the voltage decreases over time from the maximum voltage is output.

여기서 (1000-4)는 리플(1000-3)이 출력으로 공급되지 않도록 제한하는 직류전압 레벨 기준이 되는데, 이로 말미암아 (1000-4) 레벨로부터 (1000-3)의 첨두치까지는 예를 들면 1.414배의 전압 차이가 발생되고 이 0.4배의 차이가 충전제어기에서 레귤레이팅 될 때 발열의 대상이 된다. (0.414배는 P-P전압과 rms전압의 차이를 예로 든 것이다. 또한 도 3은 복권변압기를 예로 도시한 것이지만 절연이 중요 시 되지 않는다면 단권변압기가 적용될 수도 있다.)Here, (1000-4) is the DC voltage level standard that limits the ripple (1000-3) from being supplied to the output. As a result, from the (1000-4) level to the peak of (1000-3), for example, 1.414 A 2x voltage difference occurs, and when this 0.4x difference is regulated in the charge controller, it becomes the subject of heat generation. (0.414 times is an example of the difference between P-P voltage and rms voltage. Also, Figure 3 shows a rotary transformer as an example, but if insulation is not important, an autotransformer may be applied.)

도 3의 (D) 및 (E)는 주로 PWM제어로 충전제어기를 작동시킬 때 나타나는 파형의 일례를 도시한 것으로, 도 3의 (D) 및 (E)에서 (1000-5)는 배터리 충전이 완료되었을 때 나타나는 PWM에 의한 서지 펄스 파형을 나타낸다.Figures 3 (D) and (E) mainly show an example of the waveform that appears when the charge controller is operated by PWM control, and (1000-5) in Figures 3 (D) and (E) indicates battery charging. It shows the surge pulse waveform by PWM that appears when completed.

평활회로 커패시터(1-2)가 부하전류를 충분히 감당하지 못하면 도 3의 (D)에서 리플전압(△r)은 그 변동 크기가 커지며, 변압기의 코일(1-3) 용량 혹은 정류기의 다이오드(1-1) 용량이 부족하면 도 3의 (E)에서 보듯이 △V 변동 폭이 더 커지게 된다. 여하튼 어느 경우에도 부하에 리플로 작용하는 데 이 리플을 부하단으로 흘려보내지 않으려면 레규레이터(3)에서 (1000-4)를 기준으로 그보다 큰 레벨의 리플은 잘라내야 한다.If the smoothing circuit capacitor (1-2) cannot sufficiently handle the load current, the ripple voltage (△r) in Figure 3 (D) increases in size, and the capacity of the coil (1-3) of the transformer or the diode of the rectifier ( 1-1) If capacity is insufficient, the range of △V fluctuation becomes larger, as shown in (E) of Figure 3. Anyway, in any case, it acts as a ripple on the load, and in order to prevent this ripple from flowing to the load, ripples with a level higher than (1000-4) must be cut off in the regulator (3).

서지 펄스는 도 2의 (Rn) 구간, 즉 배터리 만충전 상태에서 PWM으로 배터리에 공급되는 전류를 시간적으로 단속 제한할 때 특히 문제시되는 펄스성 노이즈이다. 이러한 서지 펄스는 특히 리튬 이온 배터리의 경우 화재 폭발을 일으킬 수 있으므로 통상적으로는 이러한 펄스가 발생하지 않는 수준인 80% 정도의 충전율로 ESS를 충전할 것을 권고하고 있다.Surge pulse is a pulse noise that is particularly problematic when the current supplied to the battery is intermittently limited by PWM in the (Rn) section of FIG. 2, that is, in a fully charged state. Since these surge pulses can cause fire or explosion, especially in the case of lithium-ion batteries, it is generally recommended to charge the ESS at a charge rate of about 80%, which is a level at which such pulses do not occur.

도 4는 본 발명의 원리를 개념적으로 설명하는 블록다이어그램이고, 도 5는 본 발명이 실시될 수 있는 여러 가지 구성 중 일실시례를 도시한 블록다이어그램이다. 그 주요 구성은Figure 4 is a block diagram conceptually explaining the principle of the present invention, and Figure 5 is a block diagram showing one example of various configurations in which the present invention can be implemented. Its main composition is

충전제어 계통에서 요구하는 전압보다 낮은 전압을 출력하는 주전원부(1);A main power unit (1) that outputs a voltage lower than the voltage required by the charging control system;

상기 주전원부로부터 충전전력을 공급받도록 연결되는 충전계통 및 충전에너지를 저장하는 ESS부(2);A charging system connected to receive charging power from the main power unit and an ESS unit (2) that stores charging energy;

상기 주전원부의 낮은 전압을 충전계통에 필요한 전압으로 승압 조절하는 보충전원부(30);A supplementary power supply unit (30) that boosts and regulates the low voltage of the main power supply to the voltage required for the charging system;

상기 주전원부의 출력전압이 리플을 포함하는 맥류 전압일 때 리플을 감지하는 리플감지부(31);A ripple detection unit 31 that detects ripple when the output voltage of the main power unit is a pulsating voltage including ripple;

상기 리플감지부로부터 감지된 리플과 반대의 역상 리플을 발생하는 역리플함수발생부(32);를 포함하는 구성으로서,A configuration comprising a reverse ripple function generator (32) that generates a reverse-phase ripple opposite to the ripple detected by the ripple detection unit,

상기 보충전원부가 상기 주전원부로부터 출력되는 전압이 설정된 부하단 전압으로 유지되도록 상기 주전원부와 연동되되, 상기 리플감지부로부터 리플이 감지될 때 상기 보충전원부가 상기 역리플함수발생부로부터의 역리플함수에 의한 맥류 전압 출력을 발생하여, 상기 주전원부와 보충전원부 출력이 합쳐진 출력단에서는 상기 리플이 상쇄된 직류전압을 발생하도록 된 연동 구성을 개시한 것이다.The supplementary power unit is linked with the main power unit so that the voltage output from the main power unit is maintained at the set load voltage, and when the ripple is detected from the ripple detection unit, the supplementary power unit detects the reverse ripple from the reverse ripple function generator. An interlocking configuration is disclosed in which a pulsating current voltage output is generated by a function, and a direct current voltage in which the ripple is canceled is generated at the output terminal where the output of the main power unit and the supplementary power unit are combined.

상기 보충전원부(30)에는 상기 충전계통(충전제어부 및 EES부)에서 서지성 펄스 전압이 감지될 때 승압 공급이 제한되도록 제어하는 펄스감지제어부(도 9의 60);의 연동 구성을 더 포함할 수 있다.The supplemental power unit 30 may further include a pulse detection control unit (60 in FIG. 9) that controls the boost supply to be limited when a surge pulse voltage is detected in the charging system (charge control unit and EES unit). You can.

도 4의 보충전원부(30)는 주전원부(1) 외에도 도시생략된 외부전원(Buck (+)in)으로부터 조달할 수 있다. The supplementary power supply unit 30 of FIG. 4 can be supplied from an external power source (Buck (+)in), not shown, in addition to the main power supply unit 1.

도 5를 참조하면 상기 보충전원부(30)는 주전원부(1)의 전력 일부를 피드백하여 주전원부의 전압을 보충하도록 되먹임 제어할 수 있다. 그 되먹임 경로에 유효전류감지부(IP3)와 연동되는 최대전력추적부(40)의 연결 구성을 더 포함할 수 있다. 최대전력추적부(40)는 보충전원부(30)의 가동에 소모되고 난 나머지로 부하에 공급되는 유효전류(IP3)가 최대값이 되도록 추적하는 기능을 수행한다.Referring to FIG. 5, the supplementary power supply unit 30 may feed back a portion of the power of the main power supply unit 1 to perform feedback control to supplement the voltage of the main power supply unit. The feedback path may further include a connection configuration of a maximum power tracking unit 40 linked to the active current detection unit IP3. The maximum power tracking unit 40 performs a function of tracking the remaining active current (IP3) supplied to the load to the maximum value after being consumed in the operation of the supplemental power unit 30.

마찬가지 원리로서, 보충전원부는 주전원부 외의 외부전원으로부터 조달하고 그 조달 경로에 유효전류감지부(IP3)를 연동하여서 보충전원부의 가동에 소모되고 난 나머지로 부하에 공급되는 유효전류(IP3)의 최대값을 추적하는 구성을 더 포함할 수 있다.According to the same principle, the supplementary power supply is supplied from an external power source other than the main power supply, and the active current detection unit (IP3) is linked to the supply path, so that the maximum active current (IP3) supplied to the load with the remainder consumed in the operation of the supplementary power supply is supplied. It may further include configuration for tracking values.

먼저 도 4의 작용에 대하여 설명한다.First, the operation of Figure 4 will be explained.

사인파(1000-1) 상용전원을 정류하면 최대값(p-p; 1000-3)과 실효값(rms; 1000-4)의 차이에 상당하는 리플(△r)이 발생될 수 있다. 이 리플은 부하전류가 0인 경우 없어지고 그 출력전압은 사인파의 최대전압과 같아지지만, 부하단으로 흐르는 전류의 소모 내지는 평활커패시터(1-1)를 포함하는 평활회로 시정수가 변동되면 주기적 내지는 불규칙한 형태로 리플을 발생한다. 이때의 리플 모습이 (G)이다.Rectifying sine wave (1000-1) commercial power can generate ripple (△r) equivalent to the difference between the maximum value (p-p; 1000-3) and the effective value (rms; 1000-4). This ripple disappears when the load current is 0 and its output voltage becomes the same as the maximum voltage of the sine wave. However, if the current flowing to the load terminal is consumed or the time constant of the smoothing circuit including the smoothing capacitor (1-1) changes, it may occur periodically or irregularly. A ripple occurs in the form of The ripple at this time is (G).

만약 주전원부(1)와 직렬로 연결된 보충전원부(30)에서 이 리플에 정반대인 함수로 리플을 발생(이를 역리플함수라 정의한다)해서 리플을 서로 상쇄하도록 주전원부에 연결(도 4의 (H) 참조) 한다면, 주전원부(1)와 보충전원부(30)가 결합된 출력단(VP1)에는 본래의 리플(E-2)와 이에 대응되는 역위상의 역리플(E-1)의 신호가 서로 상쇄 결합되어 (E-3)와 같은 순수 직류 성분의 전압을 출력하게 된다(1000-4).If the supplementary power unit 30 connected in series with the main power unit 1 generates a ripple with a function opposite to this ripple (this is defined as an inverse ripple function) and is connected to the main power unit so that the ripples cancel each other out (Figure 4) (Refer to H)) If so, the signal of the original ripple (E-2) and the corresponding reverse ripple (E-1) of the opposite phase is transmitted to the output terminal (VP1) where the main power unit (1) and the supplementary power unit (30) are combined. They are offset and combined to output a pure direct current component voltage such as (E-3) (1000-4).

즉, 예를 들어 전체 전원 출력에 대하여 주전원부가 80%, 보충전원부가 20%를 분담하도록 직렬 연결된 구성에서 보충전원부의 역리플함수 출력 작용으로 순수 직류 성분을 얻어진다면 그것은 변환(제어)에 필요한 손실을 100분의 20으로 줄인 것이 된다. 본 발명 도 5는 이를 구체적으로 실현하는 일실시예이다.In other words, for example, in a configuration in which the main power unit shares 80% of the total power output and the supplementary power unit shares 20% in series, if a pure direct current component is obtained through the inverse ripple function output of the supplementary power unit, it is the loss necessary for conversion (control). is reduced to 20/100. Figure 5 of the present invention is an embodiment that specifically realizes this.

도 5를 참조하여 각 구성요소 및 그 연동 작용을 설명한다.Each component and its interlocking actions will be described with reference to FIG. 5 .

주전원부(1)는 충전제어 계통에서 필요로 하는 전압보다 낮은 전압을 출력하는 것을 기본으로 한다. 낮은 전압으로 설정하는 이유는 보충전원부가 개입을 해서 승압을 할 때 충전계통으로 전력공급을 할 수 있는 전압 낙차가 성립되되, 서지 펄스 혹은 과다 충전을 감지하여 충전계통으로 흐르는 전류 내지는 전력을 차단하고자 할 때는 보충전원부의 출력을 전지 시켜서 상기 전압의 낙차를 성립시키지 않기 위함이다. 다만 반드시 낮아야만 동작이 되는 것은 아니므로, 반드시 낮은 전압으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 리플을 클램핑하는 구성도 고려될 수 있다.The main power unit (1) basically outputs a voltage lower than the voltage required by the charging control system. The reason for setting it to a low voltage is to establish a voltage drop that can supply power to the charging system when the supplemental power unit intervenes and boosts the voltage, but also to block the current or power flowing to the charging system by detecting surge pulses or overcharge. When doing this, the output of the supplementary power supply is battery-powered to prevent the voltage drop from occurring. However, it does not necessarily have to be low to operate, so it is not necessarily limited to low voltage. For example, a configuration that clamps ripples may also be considered.

ESS부(2)는 상기 주전원부로부터 충전전력을 공급받도록 연결되는 충전계통 및 충전에너지를 저장하는 배터리를 포함한다. 리튬이온 계열의 배터리인 경우 충전계통에는 배터리관리시스템(BMS)를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 BMS는 복수개의 배터리가 직렬 또는 병렬로 집합될 때 각 배터리 단자 전압 간의 밸런스를 잡고, 나아가 원격으로 모니터링 하는 구성을 포함할 수 있다.The ESS unit 2 includes a charging system connected to receive charging power from the main power unit and a battery that stores charging energy. In the case of lithium-ion batteries, it is desirable to include a battery management system (BMS) in the charging system. This BMS may include a configuration that balances the voltage of each battery terminal when a plurality of batteries are assembled in series or parallel and further remotely monitors them.

보충전원부(30)는 주전원부(1)의 낮은 전압을 충전계통에 필요한 전압으로 승압 조절하는 구성요소이다. The supplemental power unit 30 is a component that boosts and regulates the low voltage of the main power unit 1 to the voltage required for the charging system.

보충전원부는 주전원부로부터 피드백 전원으로 가동전원을 조달하거나 별도의 독립된 보조전원으로부터 공급된 전력으로 가동될 수 있다. 여기서 독립된 보조전원이란 복권 형식의 누설변압기에서 별도의 권선을 하나 더 구비하고 그 권선으로부터 정류된 직류전원일 수 있음을 의미한다. 그 외에도 독립된 보조전원이란 배터리, 신재생에너지 전원 등 다양한 방법이 있을 수 있다.The supplementary power unit may be supplied with operating power through feedback power from the main power unit or may be operated with power supplied from a separate, independent auxiliary power source. Here, independent auxiliary power means that a lottery-type leakage transformer has an additional winding and may be direct current power rectified from that winding. In addition, there can be a variety of independent auxiliary power sources, such as batteries and renewable energy sources.

리플감지부(31)는 충전계통에서 리플전압이 발생될 때 이를 감지하는 작용을 한다. 쉽게 말하면 직류 성분에 교류성분이 포함된 맥류 전압 중에서 교류성분만을 감지 추출하는 구성을 포함한다. 예를 들어 커패시터를 직렬 연결하여 교류성분의 신호를 추출 감지하는 구성일 수 있다.The ripple detection unit 31 functions to detect ripple voltage when it is generated in the charging system. Simply put, it includes a configuration that detects and extracts only the alternating current component from the pulsating voltage that includes the alternating current component in the direct current component. For example, it may be a configuration that extracts and detects signals of alternating current components by connecting capacitors in series.

역리플함수발생부(32)는 상기 리플감지부(31)에서 추출한 교류신호를 이용하여 그에 반대로 대응되는 역함수의 리플신호를 발생한다. 역리플함수는 맥류에 포함되는 교류성분의 시간적 변화와 높이를 함수로 감지하여 역위상의 신호를 발생하는 구성을 포함한다.The inverse ripple function generator 32 uses the AC signal extracted from the ripple detection unit 31 to generate a ripple signal of the corresponding inverse function. The inverse ripple function includes a configuration that generates a signal of inverse phase by detecting the temporal change and height of the alternating current component included in the pulsation as a function.

그 일실시예로서 연산증폭기의 반전(-)입력을 이용하면 리플신호를 역으로 해석하면서 쉽게 역리플함수를 만들 수 있다. 또한 마이컴의 샘플링함수를 이용하여 역리플함수로 인코딩해서 활용할 수도 있다. 상용전원 60Hz의 주기적 특성에서 나타나는 리플의 패턴을 모델링해서 이를 활용할 수도 있다. 이때의 패턴 모델링은 다음 주기에 오는 리플 신호의 위상에 매칭시키는 진상 혹은 지상의 제어일 수 있다.As an example, by using the inverting (-) input of an operational amplifier, an inverse ripple function can be easily created by interpreting the ripple signal in reverse. Additionally, it can be encoded with an inverse ripple function using the microcomputer's sampling function. This can also be utilized by modeling the ripple pattern that appears in the periodic characteristics of commercial power 60Hz. The pattern modeling at this time may be a forward or ground control that matches the phase of the ripple signal coming in the next cycle.

설정전압감지부(33)는 부하단의 필요 전압을 설정하는 구성요소이다. 예를 들어 ESS가 리튬이온 계열의 24V라면 29.2V로 설정함을 말한다. 이러한 설정은 마이컴에 의해 배터리 전압과 종류를 감지하면서 자동으로 설정되는 구성을 포함할 수 있다.The set voltage detection unit 33 is a component that sets the required voltage at the load end. For example, if the ESS is lithium-ion series 24V, it is set to 29.2V. These settings may include configurations that are automatically set by detecting the battery voltage and type by the microcomputer.

보충전원부(30)는 본 발명 일실시예에서의 버크 컨버터(그 외에도 벅-부스트, 부스트, 세픽, 제타, 플라이백 등 다양한 컨버터 계열을 적용할 수 있다)로서 주전원부의 전력 중 일부 전류를 공급받아 그보다 낮은 전압으로 주전원부에 되먹임하는 구성으로 실시될 수 있다.The supplementary power supply unit 30 is a buck converter in one embodiment of the present invention (in addition, various converter series such as buck-boost, boost, sepic, zeta, flyback, etc. can be applied) and supplies some current of the power of the main power supply. It can be implemented in a configuration that receives the voltage and feeds it back to the main power supply at a lower voltage.

이때 되먹임하는 전압 출력에서 상기 역리플함수발생부(32) 및 설정전압감지부(33)에 의한 제어가 적용되므로, 보충전원부는 총출력전압(VP1)이 부하단의 필요전압으로 유지되는 범위에서 역리플함수발생부(32)에 의해 발생된 제어신호(△-V)로 제어된 출력전압(VP3)을 발생하게 된다. 따라서 비록 (VP2)에 리플(△V)이 포함되더라도 (VP1)에서는 제어신호(△-V)에 의해 리플이 상쇄된 순수 직류 성분을 얻을 수 있게 되는 것이다.At this time, since control by the inverse ripple function generator 32 and the set voltage detection unit 33 is applied to the feedback voltage output, the supplementary power supply operates in the range where the total output voltage (VP1) is maintained at the required voltage of the load end. The output voltage (VP3) controlled by the control signal (△-V) generated by the inverse ripple function generator 32 is generated. Therefore, even if ripple (△V) is included in (VP2), a pure direct current component with the ripple canceled by the control signal (△-V) can be obtained in (VP1).

이러한 원리에 의해 (VP1)은 부하단에서 필요로 하는 전압보다 더 높지도 낮지도 않은 최적 전위의 순수 직류 성분의 전압을 얻을 수 있다. By this principle, (VP1) can obtain a pure direct current component voltage of the optimal potential that is neither higher nor lower than the voltage required at the load end.

도 4로 되돌아가서 개념적으로 정리하면, If we go back to Figure 4 and summarize conceptually,

도 4의 VP2에는 맥류 성분인 △V가 존재하고 부하 전력의 소모에 따라 그 높이는 최대 1.4배까지 될 수 있다(사인파의 최대값과 실효값(rms)의 차이). 본 발명에서는 이를 △V라 하고 이에 대한 역방향에 대응되는 역리플함수를 △-V라고 정의한다. 도 4에서 △V는 (G)이고, 역함수에 의한 △-V는 (F)인데, 서로는 역위상 신호이므로 (F)와 (G)를 동일 시간축상에서 직렬로 상쇄시키면 주전원부에서 발생되던 리플은 보충전원부의 역리플함수와 상쇄되어 배터리로 공급되는 전원은 순수한 직류(E-3)가 되는 것이다. 이러한 원리를 겹친 그래프로 묘사한 것이 도 4의 (H)이다. There is a pulsating component, ΔV, in VP2 in Figure 4, and its height can be up to 1.4 times depending on the consumption of load power (difference between the maximum value of the sine wave and the effective value (rms)). In the present invention, this is defined as △V, and the inverse ripple function corresponding to the reverse direction is defined as △-V. In Figure 4, △V is (G), and △-V by the inverse function is (F). Since they are out-of-phase signals, if (F) and (G) are canceled in series on the same time axis, the ripple generated in the main power supply is offset by the inverse ripple function of the supplementary power supply, and the power supplied to the battery becomes pure direct current (E-3). This principle is depicted in overlapping graphs in (H) of Figure 4.

도 4에서 (H)는 부하단의 전류 소모에 따라 리플의 높이가 달라지는 (E-2), (E-2)에 대응하여 역리플함수발생부에서 만들어진 반전된 리플신호(E-1), 및 그들이 결합되면서 서로 상쇄된 순수 직류전압(E-3)의 모습을 도시한 것이다.In Figure 4, (H) is an inverted ripple signal (E-1) generated by the inverse ripple function generator in response to (E-2), whose height of the ripple varies depending on the current consumption of the load end, and pure direct current voltage (E-3) that cancel each other out as they are combined.

요컨대 종래 충전제어기(3)가 없어도 보충전원부(30)의 제어를 통해 부하단(2, 4)에 필요한 만큼의 전압만을 맞추어서 보낼 수 있게 되고, 그에 따라 당초 충전제어기(3)에서 손실로 작용하던 △V는 없어지는 것이다.In short, even without the conventional charge controller (3), it is possible to adjust and send only the necessary voltage to the load ends (2, 4) through control of the supplemental power unit (30), and as a result, the voltage that originally acted as a loss in the charge controller (3) can be adjusted and sent. △V disappears.

다만 본 발명의 경우에도 보충전원부(30)가 출력을 감당하는 변환 손실은 있을 것이지만, 보충전원부는 부하전력에 비하여 예를 들어 20/10의 분담으로 그 리플을 상쇄할 역할 분담이 현저히 낮으므로 변환손실은 그 비율만큼 줄어들게 된다. However, even in the case of the present invention, there will be a conversion loss in which the supplementary power unit 30 handles the output, but the supplementary power unit has a significantly lower contribution to offset the ripple compared to the load power, for example, a 20/10 contribution, so the conversion loss The loss is reduced by that ratio.

본 발명은 주전원부의 출력전압을 그 첨두전압까지 모두 부하단으로 공급하므로 전력의 효율을 대폭 올릴 수 있게 된다. 따라서 본 발명에 의하면 첨두전력과 실효전력의 차이가 없어지고 그에 따라 첨두전압 때문에 발생되던 PWM제어형 서지 펄스가 없어지는 중요한 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에 의하면 충전용량을 심지어 100%까지 올리더라도 서지 펄스가 발생할 요인이 없게 되는 것이다.The present invention supplies the entire output voltage of the main power supply up to its peak voltage to the load stage, thereby significantly increasing power efficiency. Therefore, according to the present invention, the difference between peak power and real power is eliminated, and accordingly, the important effect of eliminating PWM-controlled surge pulses generated due to peak voltage can be obtained. According to the present invention, even if the charging capacity is increased to 100%, there is no reason to generate a surge pulse.

본 발명은 이에 더하여 충전계통인 충전제어부 및 EES부에서 서지 펄스가 감지될 때 상기 승압 공급이 제한되도록 제어하는 펄스감지제어부(60)가 더 연결될 수 있으며, 이때 펄스감지제어부는 위와 같은 안전 확보 상황에서도 충전 완료 시에 혹여 발생할 수 있는 PWM 노이즈에 대비한 것이다. 이에 대하여는 도 9에서 후술한다.In addition to this, the present invention can be further connected to a pulse detection control unit 60 that controls the boost supply to be limited when a surge pulse is detected in the charging control unit and the EES unit, which are the charging system, and in this case, the pulse detection control unit can be connected to the pulse detection control unit in the safety situation as above. This is to prepare for PWM noise that may occur when charging is completed. This will be described later in Figure 9.

더 나아가 본 발명의 역리플함수발생부에 전류폭주제어로 작용하는 최대전력추적부의 기능을 더하면 변압기의 공진점을 해치지 않는 최대전력점으로 자동 추적하는 운용이 가능해진다. 이것은 상용전원 변압기를 이용하는 구성에서 변압기를 최대효율로 작동시키면서 리플을 해소하는 독특한 기능을 발휘한다.Furthermore, by adding the function of the maximum power tracking unit that acts as a current runaway control to the inverse ripple function generator of the present invention, it becomes possible to automatically track the maximum power point without damaging the resonance point of the transformer. This has a unique function of eliminating ripple while operating the transformer at maximum efficiency in a configuration using a commercial power transformer.

이하 도 5 및 도 6을 참조하면서 이를 달성하는 본 발명의 최대전력추적부에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the maximum power tracking unit of the present invention that achieves this will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.

일실시례인 도 5의 보충전원부(30)는 주전원으로부터 가동 전원을 피드백 받는 구성으로서, As an example, the supplementary power unit 30 of FIG. 5 is a configuration that receives operating power feedback from the main power source,

변압기에 의해 전력을 공급받는 주전원부(1);A main power supply unit (1) powered by a transformer;

배터리 또는/및 부하단(2, 4);Battery or/and load end (2, 4);

상기 주전원과 상기 부하단 사이에 연결되어 출력전압을 조절하는 보충전원부(30);A supplementary power supply unit (30) connected between the main power supply and the load terminal to adjust the output voltage;

상기 배터리 계통으로 공급되는 유효전류 또는 상기 배터리 계통과 연계된 부하단으로 공급되는 유효전류를 감지하는 유효전류감지부(IP3);An active current detection unit (IP3) that detects the active current supplied to the battery system or the active current supplied to the load terminal connected to the battery system;

상기 유효전류감지부로부터 감지되는 유효전류가 증가되는 범위에서 주전원부의 전류를 폭주시키는 전류폭주제어부(40);를 연동하는 구성을 포함하되, A current runaway control unit (40) that causes the current of the main power supply to runaway in a range where the active current detected by the active current detection unit increases,

상기 보충전원부(30)는 주전원(1)과 부하단(4) 간에 제1입력단(X), 제2입출력단(Y) 및 제3출력단(Z)을 연동한 구성으로 상기 주전원부(-)의 일측 전극(-)에 출력전압을 되먹임 공급하여 상기 주전원부(1)의 최대전력(Vmp) 유지 범위에서 보충전원부의 출력전압(VP3)이 조절되는 구성을 포함하며,The supplementary power supply unit 30 is configured to link the first input terminal (X), the second input/output terminal (Y), and the third output terminal (Z) between the main power supply (1) and the load terminal (4), It includes a configuration in which the output voltage (VP3) of the supplementary power unit is adjusted within the maximum power (Vmp) maintenance range of the main power unit (1) by feeding back the output voltage to one electrode (-) of

상기 전류폭주제어부(40)는 상기 최대전력전압(Vmp)보다 부하단(4) 전압이 높아지더라도 상기 유효전류(IP3)가 최대전력 상당의 유효전류값을 유지하도록 주전원부의 전류를 폭주 제어하면서 주전원부를 최대전력 범위로 유지하도록 제어하는 최대전력추적부의 기능을 겸하게 된다.The current congestion control unit 40 controls the current of the main power supply so that the active current IP3 maintains an active current value corresponding to the maximum power even if the voltage at the load end 4 is higher than the maximum power voltage Vmp. It also functions as a maximum power tracking unit that controls the main power supply to maintain the maximum power range.

도 5의 구성에 있어서, In the configuration of Figure 5,

주전원부(1)는 변압기(1-3)로부터 가동 전력을 조달한다. 변압기는 공진 특성에 맞추어 전력을 공급할 때 최대의 효율을 얻을 수 있으므로, 본 발명은 부하단 전압이 일정한 범위에서 부하단으로 흐르는 전류가 최대로 되는 공진 점에서 작동시키는 최대전력추적 구성을 포함한다. 다만 본 발명의 전반적인 구성에서 반드시 이러한 구성이 필수적으로 포함되도록 한정되는 것은 아니다.The main power unit (1) supplies operating power from the transformer (1-3). Since the transformer can achieve maximum efficiency when supplying power according to its resonance characteristics, the present invention includes a maximum power tracking configuration that operates at the resonance point where the current flowing to the load is maximized while the load voltage is within a certain range. However, the overall configuration of the present invention is not limited to necessarily including this configuration.

보충전원부(30)는 주전원부(1)의 일측 전극으로 출력전압(VP3)을 되먹임 공급하여 상기 주전원부와 보충전원부의 출력전압을 합한 전압(VP1) 출력을 발생한다. 그 회로 구성의 일실시례로서 도 5에 도시된 바의 상기 보충전원부는 제1입력단(X)과 제2입출력단(Y)을 주전원부로부터 전원을 공급받는 전원공급경로로 연결하고, 제2입출력단(Y)을 통해 주전원부의 일측 전극에 보충전원부의 출력을 되먹임 공급하면서 제3출력단(Z)의 연결점인 부하단에 주전원부와 보충전원부의 출력이 합쳐진 전압이 출력되는 구성으로 실시될 수 있다. 이 구성은 주전원부의 음극과 부하단의 음극 사이에 보충전원부를 게재 연결한 구성에 해당되는 것이지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 주전원부(1)의 양극에 보충전원부(30)를 극성 변경으로 치환 연결할 수도 있다.The supplementary power unit 30 feeds back the output voltage VP3 to one electrode of the main power unit 1 to generate a voltage VP1 that is the sum of the output voltages of the main power unit and the supplemental power unit. As an example of the circuit configuration, the supplementary power unit shown in FIG. 5 connects the first input terminal (X) and the second input/output terminal (Y) through a power supply path that receives power from the main power supply unit, and the second It will be implemented in a configuration in which the output of the supplementary power supply is fed back to one electrode of the main power supply through the input/output terminal (Y), and the combined voltage of the output of the main power supply and the supplemental power supply is output to the load terminal, which is the connection point of the third output terminal (Z). You can. This configuration corresponds to a configuration in which a supplemental power supply is connected between the cathode of the main power supply and the cathode of the load end, but is not limited to this. For example, the supplementary power supply unit 30 may be connected to the positive electrode of the main power supply unit 1 by changing the polarity.

이와 같은 보충전원부(30)의 각 입력 및 출력단 구성에서 제3출력단인 (Z)단자로 흐르는 경로에는 주전원부(1)에서 생산되는 총전류(IP2) 중에서 보충전원부의 제1입력단(X)으로 공급되는 아이들링전류(IP1)를 뺀 나머지, 부하단으로 공급되는 유효전류(IP3)만 흐르게 된다. 본 발명의 유효전류감지부(IP3)는 바로 이러한 전류를 감지하여 후술하는 전류폭주제어부(40)와 연동시킴으로써 변압기를 공진 상태로 유지하면서 부하단에 적절한 전력을 공급하는 밸런스를 잡게 된다.In this configuration of each input and output terminal of the supplementary power unit 30, the path flowing to the (Z) terminal, which is the third output terminal, includes the total current (IP2) produced in the main power unit 1 to the first input terminal (X) of the supplementary power unit. After subtracting the idling current (IP1) supplied, only the active current (IP3) supplied to the load ends flows. The active current detection unit (IP3) of the present invention detects this current and connects it with the current runaway control unit 40, which will be described later, to maintain the transformer in a resonance state and achieve a balance in supplying appropriate power to the load.

여기서 변압기는 공진 상태일 때 최대의 효율을 내고, 또한 부하단 전압이 일정하다면 보충전원부가 최대전력출력의 상태로 작동될 때 유효전류값도 최대가 되는 것이므로, 최대전력추적은 예를 들어 상기 유효전류감지부(IP3)의 최대 감지값을 추적하는 구성으로 실시될 수 있다. Here, the transformer produces maximum efficiency when in a resonance state, and if the load voltage is constant, the effective current value also becomes maximum when the supplemental power supply is operated at maximum power output. Therefore, maximum power tracking is, for example, the effective current value above. It can be implemented in a configuration that tracks the maximum detection value of the current detection unit (IP3).

유효전류감지부(IP3)는 저항에 흐르는 전류를 전압강하법으로 감지하여 연산증폭기로 증폭 후 전류폭주제어부에 유효전류 제어신호로 공급하도록 연동할 수 있다. 여기서 저항에 의한 전압 감지법은 홀센서를 이용한 자기 유도법으로 대체될 수 있다. 자기 유도법인 경우 절연이 가능한 장점이 있다. 물론 전압 감지의 경우도 포토커플러 등을 이용하면 절연상태에서 변화되는 전압 내지는 전류를 감지할 수 있게 된다.The active current detection unit (IP3) can be linked to detect the current flowing in the resistor using the voltage drop method, amplify it with an operational amplifier, and then supply it to the current runaway control unit as an active current control signal. Here, the voltage detection method using resistance can be replaced by the magnetic induction method using a Hall sensor. The magnetic induction method has the advantage of being able to provide insulation. Of course, in the case of voltage detection, using a photocoupler, etc., it is possible to detect voltage or current that changes in an insulated state.

도 5에서 미 설명부호 30-6은 보충전원부를 필요에 따라 작동 및 정지시키는 스위치이다.In FIG. 5, reference numeral 30-6 is a switch that operates and stops the supplemental power unit as needed.

전류폭주제어부(40)는 보충전원부(30)가 출력을 발생할 때 기하급수적으로 신속히 증가하거나 감소하는 작용을 하도록 제어한다. The current runaway control unit 40 controls the supplementary power unit 30 to quickly increase or decrease the output exponentially when it generates output.

여기서 폭주 제어란 보충전원부가 부하단(4)과 보충전원부(30)의 양측단 사이에 연결된 주전원부(1)의 전압(VP2)을 압착하여 변압기(1-3)로부터 최대전류가 흘러나오도록 하되, 원하는 전류값에 이를 때까지 기하급수적인 속도로 보충전원부의 출력을 높이는 것을 의미한다.Here, runaway control means that the supplementary power unit squeezes the voltage (VP2) of the main power unit (1) connected between the load end (4) and both ends of the supplementary power unit (30) so that the maximum current flows from the transformer (1-3). However, it means increasing the output of the supplemental power supply at an exponential rate until the desired current value is reached.

이러한 전류폭주제어에 의하여 역리플함수발생부로부터의 제어신호가 공급되는 즉시 보충전원부가 그 역리플함수에 의한 제어신호 그대로 출력전압을 발생할 수 있게 되며, 나아가서는 변압기의 공진점이 흐트러지지 않는 최대전력점에서 유효전류의 감소를 감지하고 그 지점에서 출력전압을 유지할 수 있게 된다. 따라서 본 발명에서 전류폭주제어부는 최대전력추적 기능을 겸할 수 있다.Through this current runaway control, as soon as the control signal from the inverse ripple function generator is supplied, the supplementary power unit can generate the output voltage as is the control signal by the inverse ripple function, and furthermore, the maximum power that does not disturb the resonance point of the transformer. It is possible to detect a decrease in active current at that point and maintain the output voltage at that point. Therefore, in the present invention, the current congestion control unit can also serve as a maximum power tracking function.

도 6은 전류폭주제어부(40)의 일실시례를 도시한 블록다이어그램이다.Figure 6 is a block diagram showing an example of the current congestion control unit 40.

도 6을 참조하면, 전류폭주제어부의 제1입력단(a)은 전압변화값을 검출하고, 제2입력단(b)은 유효전류변화값(IP3)을 검출하도록 각각 연결된다. 전압변화값은 보충전원부 출력전압(VP3), 주전원전압(VP2) 또는 합산전압(VP1)을 상대적 변화값으로 감지함을 의미한다. Referring to FIG. 6, the first input terminal (a) of the current runaway control unit is connected to detect the voltage change value, and the second input terminal (b) is connected to detect the effective current change value (IP3). The voltage change value means that the supplementary power output voltage (VP3), main power voltage (VP2), or summation voltage (VP1) is detected as a relative change value.

이러한 제1입력단(a)과 제2입력단(b)은 순시 엣지 검출부(40-1 및 40-2)를 경유하여 상승 전류폭주명령부(40-3) 및 하강 전류폭주명령부(40-4)로 공급된다. 엣지 검출 결과는 로직의 논리회로에서 상승을 명령할 것인지 하강을 명령할 것인지를 판단하고 그 명령은 전류폭주 형태로 소기의 결과에 도달할 때까지 직선적으로 증가 또는 감소하는 형태의 명령신호로 진행된다. 여기서 논리회로는 게이트를 조합하거나 FPGA를 이용한 프로그래밍 된 게이트 조합 구성일 수도 있다. 마이컴을 이용한 프로그램일 수도 있다.These first input terminals (a) and second input terminals (b) are connected to the rising current congestion command unit 40-3 and the falling current congestion command unit 40-4 via the instantaneous edge detection units 40-1 and 40-2. ) is supplied. The edge detection result determines whether to command a rise or a fall command in the logic circuit, and the command proceeds as a command signal in the form of a current runaway that linearly increases or decreases until the desired result is reached. . Here, the logic circuit may be a combination of gates or a programmed gate combination using an FPGA. It may be a program using a microcomputer.

명령신호는 혼합회로(40-7)를 통해 맥류 또는 인코더 된 신호로 출력될 수 있다.The command signal may be output as a pulse or encoded signal through the mixing circuit 40-7.

혼합회로(40-7)와 파형정형회로(40-8)을 통과한 명령신호는 보충전원부(30)에 제어신호로 공급되므로, 상승 전류폭주명령부(40-3) 및 하강 전류폭주명령부(40-4)가 균형을 이루는 점에 상당하는 밸런스로서 최대전력점을 추적하게 된다.The command signal that has passed through the mixing circuit (40-7) and the waveform shaping circuit (40-8) is supplied as a control signal to the supplementary power supply unit (30), so the rising current congestion command unit (40-3) and the falling current congestion command unit The maximum power point is tracked as the balance corresponding to the point where (40-4) is balanced.

여기서 순시 엣지 검출부(40-1, 402)는 직전-직후를 상대값으로 판단하는 구성요소이다. 이러한 순시 엣지 검출에 의해 본 발명에서 리플의 파형에 즉각적으로 반응하는 역리플함수 발생이 가능하게 된다. Here, the instantaneous edge detection unit (40-1, 402) is a component that determines just before and immediately after as relative values. This instantaneous edge detection makes it possible to generate an inverse ripple function that immediately responds to the ripple waveform in the present invention.

상승 전류폭주명령부(40-3)는 리플전압의 유무를 제1입력단(a)으로 감지하고, 만약 리플전압을 포착하는 즉시 보충전원부(30)를 즉각 그와 반대로 되는 방향으로 움직여서 합산전압(VP1)에서 리플전압을 상쇄시킨다. 하강 전류폭주명령부(40-4)는 상승 전류폭주명령부(40-3)가 지나치게 보충전원부(30) 출력을 높이지 않도록 낮추는 구성이며, 특히 유효전류감지부(IP3)로부터 감지되는 유효최대전류가 하강하는 시점에서 곧바로 작동하여 상승 전류폭주명령부(40-3)의 작용을 정지 내지 상쇄시키는 반작용이 일어나도록 하는 구성요소이다. 여기서 상승 폭주가 지나치면 주전원부(1)를 지나치게 압착하여 변압기에 과부하를 주고 이것이 변압기의 공진점을 허물어서 결국은 유효전류(IP3)가 감소하게 되는데, 하강 폭주명령부는 그 중성점에서 머물러 합산전압(VP1)이 적정한 범위 및 공진점이 유지되는 밸런스를 잡도록 상승 전류폭주명령부와 짝을 이루는 반대 방향으로의 작용을 하게 된다.The rising current runaway command unit 40-3 detects the presence or absence of the ripple voltage through the first input terminal (a), and if it detects the ripple voltage, it immediately moves the supplementary power unit 30 in the opposite direction to increase the sum voltage ( It cancels out the ripple voltage in VP1). The falling current runaway command unit 40-4 is configured to lower the rising current runaway command unit 40-3 so as not to excessively increase the output of the supplemental power unit 30, and in particular, the effective maximum detected from the active current detection unit IP3. It is a component that operates immediately at the point when the current falls, causing a reaction to stop or offset the action of the rising current runaway command unit 40-3. Here, if the rising runaway is excessive, the main power supply unit (1) is excessively compressed, overloading the transformer, and this destroys the resonance point of the transformer, ultimately reducing the effective current (IP3). The falling runaway command stays at the neutral point and the summed voltage ( VP1) works in the opposite direction paired with the rising current runaway command to maintain a balance that maintains the appropriate range and resonance point.

도 7은 듀티비 제어 개념으로 상승 전류폭주명령부(40-3)와 하강 전류폭주명령부(40-4)의 신호 특성을 나타낸 그래프이다.Figure 7 is a graph showing the signal characteristics of the rising current runaway command unit 40-3 and the falling current runaway command unit 40-4 in the concept of duty ratio control.

도 7의 (A) 및 (B)를 참조하면, 상승 전류폭주명령부(40-3)의 출력과 하강 전류폭주명령부(40-4)의 출력은 각각 상승 듀티비 신호(40-5)와 하강 듀티비 신호(40-6)로서 상승은 전압을 높이는 명령으로 넓은 듀티비(40a), 하강은 전압을 낮추는 명령으로 좁은 듀티비(40c) 신호를 출력한다. 그 평균값(40b)이 보충전원부의 제어신호 입력으로 공급되어 주전원부의 전압을 압착하거나 완화한다. Referring to Figures 7 (A) and (B), the output of the rising current congestion command unit 40-3 and the output of the falling current congestion command unit 40-4 are respectively the rising duty ratio signal 40-5. As the falling duty ratio signal 40-6, the rising signal outputs a wide duty ratio (40a) as a command to increase the voltage, and the falling signal outputs a narrow duty ratio (40c) signal as a command to lower the voltage. The average value (40b) is supplied as a control signal input to the supplemental power supply unit to compress or relieve the voltage of the main power supply unit.

주전원부의 전압을 압착하면 주전원부는 부하가 무거워져 전압이 낮아지는 반면 전류가 증가하고, 그와 반대로 완화하면 전압은 증가하는 반면 전류가 줄어드는데, 이러한 작용은 공진점을 중심으로 유효전류의 감소를 가지게 되므로, 이를 활용하여 보충전원부가 순간순간 전류폭주를 제어한다.When the voltage of the main power supply is squeezed, the load on the main power supply becomes heavier and the voltage decreases while the current increases. Conversely, when it is relaxed, the voltage increases while the current decreases. This action causes a decrease in the effective current centered on the resonance point. Since it has a , the supplementary power unit uses this to control the instantaneous current surge.

도 7의 듀티비 신호는 상승 전류폭주 명령 시에는 최대전력점 전류에 도달할 때까지 on 상태로 지속될 수 있으며, 그와 반대로 하강 전류폭주 명령 시에는 최대전력점 전류로 복귀 시까지 off 상태로 지속될 수 있어 반드시 도 7과 같은 반복적 듀티비로 구성되는 것은 아니고, 경우에 따라 발생되거나 듀티비 폭을 자유롭게 결정하는, 비동기 방식의 듀티비 제어신호로 구성될 수 있다. 이러한 듀티비는 결국 보충전원부(30)를 작동시키는 제어신호로 공급되는 것이므로, 상승 내지는 하강 전류폭주신호의 중성점 평균 신호가 상기 보충전원부(30)의 입력에 공급되는 것을 관찰함으로써 상기 전류폭주제어부의 작동 여부를 유추할 수 있다.The duty ratio signal in FIG. 7 may remain in the on state until it reaches the maximum power point current when a rising current runaway command is given, and on the contrary, when a falling current runaway command is commanded, it may remain in the off state until it returns to the maximum power point current. Therefore, it is not necessarily composed of a repetitive duty ratio as shown in FIG. 7, but may be composed of an asynchronous duty ratio control signal that is generated depending on the case or freely determines the duty ratio width. Since this duty ratio is ultimately supplied as a control signal that operates the supplementary power unit 30, the current congestion control unit can be controlled by observing that the neutral point average signal of the rising or falling current congestion signal is supplied to the input of the supplementary power unit 30. You can infer whether it's working or not.

요컨대 본 발명에 의하면, 도 7의 40a 듀티비 폭을 매우 크게 하거나 상대적으로 넓은 듀티비를 반복적으로 발생함으로써 이를 상승 전류폭주로 하고, 40c의 듀티비처럼 그와 반대로 좁은 듀티비를 지속 내지 반복함으로써 이를 하강 전류폭주 내지는 상승 전류폭주 정지 명령으로 작용시킬 수 있다.In short, according to the present invention, by making the duty ratio width 40a of FIG. 7 very large or repeatedly generating a relatively wide duty ratio, this becomes a rising current surge, and on the contrary, like the duty ratio of 40c, by continuing or repeating a narrow duty ratio. This can be used as a command to stop the falling current or rising current.

도 7의 (B)는 동일한 위상 시간으로 동기를 맞추어서 듀티비를 제어하는 경우를 예시한 것이다. 작동 원리는 (A)와 같다.Figure 7(B) illustrates a case where the duty ratio is controlled by synchronizing with the same phase time. The operating principle is the same as (A).

전류폭주제어부(40)는 최대전력추적부의 기능을 실질적으로 통합 수행한다. 특히 이 기능은 앞에서 설명한 리플(△V)과 역리플(△-V)의 결합에서 오차가 발생될 때 이를 비교 상쇄하는 미세 조정 역할을 포함할 수 있는 것이다.The current runaway control unit 40 substantially integrates and performs the functions of the maximum power tracking unit. In particular, this function can include a fine adjustment role of comparing and canceling errors when an error occurs in the combination of ripple (△V) and reverse ripple (△-V) described above.

도 7에 첨부된 사진들은 오실로스코프로 관찰된 전류폭주 명령 신호들을 나타낸다. 사진 1에서 가장 위쪽 트레이스(trace) 파형은 상승 전류폭주 명령부의 듀티비이며, 중간 트레이스(trace) 파형은 하강 전류폭주 명령부의 듀티비 신호를 나타낸다. 가장 아래쪽 트레이스(trace)의 맥류 파형은 보충전원부(30)로 공급되는 제어신호를 나타낸다. 사진 1은 상승과 하강 전류폭주를 반복하면서 제어신호에서 평형을 잡고 있을 때의 경우를 촬영한 것이지만, 이 경우에도 부하단이 무거워져서 가끔 평형을 이탈할 때 폭주 신호로 균형을 잡고 있음은 나타난다. The photos attached to Figure 7 show current runaway command signals observed with an oscilloscope. In Photo 1, the uppermost trace waveform represents the duty ratio signal of the rising current runaway command, and the middle trace waveform represents the duty ratio signal of the falling current runaway command section. The pulsating waveform of the lowermost trace represents the control signal supplied to the supplemental power supply unit 30. Photo 1 was taken when the control signal was in balance while repeating rising and falling current surges, but even in this case, it appears that the load end becomes heavy and balance is maintained with a runaway signal when it sometimes deviates from balance.

도 7의 사진 2는 초기 전류폭주 당시 보충전원부를 제어하는 모습을 나타내고, 사진 3은 보충전원부가 작동되는 기간동안 중간중간 잠깐씩 상승 내지 하강 전류폭주가 일어남을 나타낸 사진이다. Photo 2 of FIG. 7 shows the control of the supplemental power supply unit at the time of the initial current surge, and Photo 3 shows the brief rise or fall current surge occurring during the period when the supplementary power unit is operated.

도 7에 나타낸 사진들은 오실로스코프로 관찰했을 때이지만, 그 외에도 LED 램프 혹은 다른 다양한 수단을 활용하여 듀티비 신호 내지는 맥류 형태의 신호를 관찰할 수 있다. 본 발명에는 보충전원부가 프로토콜에 의한 데이터 신호로서 제어되거나 모니터링되는 수단도 포함될 수 있다.The photos shown in FIG. 7 are when observed with an oscilloscope, but in addition, a duty ratio signal or a pulse-type signal can be observed using an LED lamp or various other means. The present invention may also include means for controlling or monitoring the supplemental power unit as a data signal according to a protocol.

도 8은 전류폭주명령부의 전체적인 작용을 논리적으로 설명하는 알고리즘 흐름도이다.Figure 8 is an algorithm flowchart logically explaining the overall operation of the current runaway command unit.

도 8을 참조하면, 본 발명의 전류폭주제어부(40) 작용은,Referring to Figure 8, the operation of the current runaway control unit 40 of the present invention is,

[스텝 1] 전압변화와 유효전류변화를 감지한다(401, 402). [Step 1] Detect voltage changes and effective current changes (401, 402).

여기서 전압변화는 VP1, VP2, VP3를 감지하는 것이 바람직하다. 논리적인 경우의 수에 따라 서로 바꾸어 감지할 수 있다. Here, it is desirable to detect VP1, VP2, and VP3 for voltage changes. Depending on the number of logical cases, they can be detected interchangeably.

[스텝 2] 순시 변화값을 서로 비교하여 서로 같은 방향으로 증가하는 작용이 포함될 때 보충전원부를 상승 방향으로 출력 제어한다(403, 404).[Step 2] Compare the instantaneous change values and control the output of the supplementary power unit in an upward direction when the actions that increase in the same direction are included (403, 404).

여기서 순시 변화값이란 직전과 직후의 상대값 변화 감지를 적용하는 것이 바람직하다.Here, it is desirable to apply detection of relative value changes just before and after the instantaneous change value.

[스텝 3] 순시 변화값을 비교하여 만약 서로 반대로 증감할 때 보충전원부를 하강 방향으로 출력 제어한다(405, 406).[Step 3] Compare the instantaneous change values and control the output of the supplementary power unit in the downward direction if they increase or decrease in opposite directions (405, 406).

위 스텝 3에서 순시 변화값 검출인 405 스텝은 서로 반대 방향으로 움직이는가 아닌가의 차이를 말한다.In step 3 above, step 405, which detects the instantaneous change value, refers to the difference between moving in opposite directions or not.

[스텝 4] 위 출력 제어신호를 필터링함수로 평활하여 보충전원부의 제어 출력으로 발생한다(408, 107, 409, 50). 일실시례에 의하면 이러한 보충전원부 제어신호는 아날로그 형태일 수 있다.[Step 4] The above output control signal is smoothed with a filtering function and generated as a control output of the supplementary power supply (408, 107, 409, 50). According to one embodiment, this supplemental power supply control signal may be in analog form.

정리하면, 본 발명의 전류폭주명령부는 위 스텝 1, 스텝 2, 스텝 3, 스텝 4의 흐름 단계를 포함하여서 구성될 수 있다. 위 각 스텝들이 하드웨어에서 작용할 때는 단계적 구분 없이 실시간으로 프로세싱되고, 마이컴을 이용한 소프트웨어로 구현되었을 때는 위 순서 혹은 뒤바뀐 순서로 프로세싱될 수 있다.In summary, the current runaway command unit of the present invention can be configured to include the flow steps of Step 1, Step 2, Step 3, and Step 4 above. When each of the above steps operates in hardware, it is processed in real time without step distinction, and when implemented as software using a microcomputer, it can be processed in the above order or in the reversed order.

도 9는 본 발명의 보충전원부(30)에 충전계통(2; 충전제어부 및 EES부)에서 서지성 펄스 전압이 감지될 때 보충전원부 출력을 억압 내지 차단하도록 제어하는 펄스감지제어부(60)를 연동하는 구성을 개시하고 있다.Figure 9 is a pulse detection control unit 60 that controls the supplementary power unit 30 of the present invention to suppress or block the output of the supplementary power unit when a surge pulse voltage is detected in the charging system (2; charging control unit and EES unit). A configuration is being disclosed.

도 9를 참조하면, 만약에 부하단으로 리플이 공급되거나 부하단에서 PWM 제어에서 비롯되는 노이즈가 발생될 때는 펄스감지부(60-1)가 우선적으로 이를 감지하여 보충전원부의 출력을 감소시킬 수 있다. 이러한 감소에 의하여 위험발생요인으로 될 수 있는 서지 펄스를 약화시키는 한편, 최대전력추적부(40)에서 시차적 동기를 잡을 수 있도록 할 수 있게 된다. 시차적 제어는 리플과 역리플의 결합 위상을 매칭시키는 진상 또는 지상 제어를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, if ripple is supplied to the load end or noise resulting from PWM control is generated at the load end, the pulse detection unit 60-1 can detect this first and reduce the output of the supplemental power unit. there is. This reduction weakens the surge pulse, which can be a risk factor, while allowing the maximum power tracking unit 40 to achieve temporal synchronization. Staggered control may include leading or lagging control that matches the combined phase of the ripple and reverse ripple.

서지 펄스라는 것은 충전 경로에서 발생되는, 앞에서 언급한 바의 펄스 노이즈를 포함한다. 구체적으로는 회로상 접촉불량으로 발생하는 아크 노이즈, 충전기에서 발생되는 PWM(펄스) 노이즈, 주전원부 등의 커넥터 등에서 발생되는 불꽃 아크성 노이즈 등을 예로 들 수 있다.Surge pulses include the previously mentioned pulse noise generated in the charging path. Specifically, examples include arc noise generated due to poor contact in the circuit, PWM (pulse) noise generated from the charger, and spark arc noise generated from connectors such as the main power supply.

상기 펄스감지부에 서지 펄스가 감지될 때 상기 펄스감지제어부가 상기 보충전원부의 출력전압을 약화하도록 제어한다는 의미에는 서지 펄스가 없어지는 점까지 보충전원부의 출력을 낮추는 구성을 포함할 수 있다.When a surge pulse is detected by the pulse detection unit, controlling the pulse detection control unit to weaken the output voltage of the supplementary power supply unit may include lowering the output of the supplementary power unit to the point where the surge pulse disappears.

도 9를 참조하여 펄스감지제어부(60)의 작용을 설명하면, When explaining the operation of the pulse detection control unit 60 with reference to FIG. 9,

도 9에서 펄스성 노이즈는 교류신호의 성분을 포함하기 때문에 커패시터(60-1)를 통해 연산증폭부(60-6)로 공급된다. 이에 따라 연산증폭부(60-6)의 출력은 (-)극성 신호를 발생하고 그 출력은 다이오드(6-7)를 통해 전류폭주제어부(40)의 출력을 약화시키는 방향으로 억압한다. 예를 들면 충전 완료시에 발생하는 PWM제어신호에 의한 노이즈성 펄스를 감지하여, 서지성 펄스 노이즈가 발생될 때 긴급히 전류폭주제어부(40)의 기능을 약화시키는 것이다. 약화시키는 도중에 서지성 펄스가 없어지면 연산증폭기(60-6)는 출력을 정상으로 되돌리고 그에 따라 펄스감지제어부(60)가 없듯이 전류폭주제어부(40)는 정상적인 작동을 하게 된다. 연산증폭부(60-6)의 입력단에는 이득 조정용 가변저항을 부가할 수 있다.In FIG. 9, since the pulse noise includes components of an alternating current signal, it is supplied to the operational amplifier 60-6 through the capacitor 60-1. Accordingly, the output of the operational amplifier 60-6 generates a negative polarity signal, and the output is suppressed through the diode 6-7 in a direction to weaken the output of the current runaway control unit 40. For example, by detecting a noise pulse caused by a PWM control signal generated when charging is completed, the function of the current runaway control unit 40 is urgently weakened when surge pulse noise is generated. When the surge pulse disappears during attenuation, the operational amplifier 60-6 returns the output to normal, and the current runaway control unit 40 operates normally as if the pulse detection control unit 60 is not present. A variable resistor for gain adjustment can be added to the input terminal of the operational amplifier 60-6.

한편, 설정전압감지제어부(61)는 직류 성분의 최대값을 제한하거나 설정전압을 유지하는 작용을 하게 되는데, 예를 들어 부하단(4)에서 필요로 하는 전압보다 더 높은 합산전압(VP1)으로 출력이 공급되는 경우 보충전원부(30)의 출력을 낮추는 작용을 포함할 수 있다. 이 기능은 지나친 주전원부 전압 상승을 방지하는 보호회로로서 기능을 하게 된다. VP1을 설정된 전압 범위로 유지하도록 제어하는 기능으로도 실시될 수 있다.Meanwhile, the set voltage detection control unit 61 functions to limit the maximum value of the direct current component or maintain the set voltage, for example, by setting the sum voltage VP1 higher than the voltage required at the load end 4. This may include lowering the output of the supplemental power unit 30 when the output is supplied. This function functions as a protection circuit to prevent excessive main power voltage rise. It can also be implemented as a control function to maintain VP1 in a set voltage range.

회로 간소화 방안으로는 펄스감지제어부(60)와 설정전압감지부(61)를 통합할 수 있는데, 이 경우 저항(61-1) 값을 저항(60-2) 값보다 충분히 크게 하여서 펄스감지제어부(60)가 직류와 교류를 함께 감지 제어할 수 있도록 구성할 수 있다. As a circuit simplification measure, the pulse detection control unit 60 and the set voltage detection unit 61 can be integrated. In this case, the value of the resistance (61-1) is sufficiently larger than the value of the resistance (60-2) so that the pulse detection control unit ( 60) can be configured to detect and control both direct current and alternating current.

도 10은 도 9에 도시된 각 구성요소들의 작용을 좀 더 구체적으로 설명하는 알고리즘 흐름도이다.FIG. 10 is an algorithm flowchart explaining in more detail the operation of each component shown in FIG. 9.

도 10을 참조하면,Referring to Figure 10,

[스텝 540] 부하단으로 공급되는 유효전류(IP3)의 검출(501-1), 부하단 전압 검출(501-2), 주전원부 출력전압 검출(501-3) 또는 보충전원부 출력전압 검출(501-4) 중 적어도 하나 이상을 감지한다. 다만 이하의 스텝 중 일부만을 취사선택 실시할 경우는 어느 하나만을 감지할 수 있다.[Step 540] Detection of active current (IP3) supplied to the load end (501-1), load end voltage detection (501-2), main power supply output voltage detection (501-3), or supplemental power supply output voltage detection (501) Detect at least one of -4). However, if only some of the steps below are selected, only one can be detected.

[스텝 550] 펄스감지제어부(60)로서 서지성 펄스가 있는지를 감지한다(503). 서지성 펄스가 있으면 보충전원부 출력을 억제하거나 보충전원부 가동 스위치(30-6)를 차단한다(504).[Step 550] The pulse detection control unit 60 detects whether there is a surge pulse (503). If there is a surge pulse, the output of the supplementary power unit is suppressed or the supplementary power unit operation switch (30-6) is blocked (504).

[스텝 560] 부하단으로 공급되는 합산전압(VP1)이 부하단에서 필요로 하는 설정전압보다 높은지를 검사한다(505). 이는 부하단에서 필요로 하는 전압의 최대값을 제한하는 안전 기능이다. 설정범위를 초과하면 보충전원부의 출력을 하강시킨다(506).[Step 560] Check whether the sum voltage (VP1) supplied to the load is higher than the set voltage required by the load (505). This is a safety function that limits the maximum voltage required at the load end. If the setting range is exceeded, the output of the supplementary power unit is lowered (506).

[스텝 570] 합산전압(VP1)을 감지하여 직전의 전압보다 높은지를 감지한다(506, 512). 만약 직전보다 높다고 판단되면 리플의 고점이라고 보아 보충전압(VP3)을 하강(507)시켜서 상쇄하고, 만약 낮다고 판단되면 리플의 저점이라고 보아 보충전압(VP3)을 상승(513)시켜서 상쇄한다.[Step 570] The summed voltage (VP1) is detected to determine whether it is higher than the previous voltage (506, 512). If it is judged to be higher than the previous time, it is considered to be the high point of the ripple and the supplementary voltage (VP3) is lowered (507) to offset it. If it is judged to be lower, it is considered to be the low point of the ripple and the supplementary voltage (VP3) is increased (513) to offset it.

[스텝 580] 위 스텝 570에서 보충전압을 하강(507)시켰는데, 그 당시에 유효전류(IP3)가 직전보다 상승한다고 판단되면 보충전압을 계속 하강시킨다(508, 509). 그와 반대로 상기 하강(507) 작용으로 인해 만약 유효전류(IP3)가 직전보다 하강한다고 판단되면 보충전압을 상승으로 반전시킨다(510, 511). 한편, 위 스텝 570에서 보충전압을 상승(513)시켰는데, 그 당시에 유효전류(IP3)가 직전보다 상승한다고 판단되면 보충전압을 계속 상승시킨다(514, 515). 그와 반대로 상기 상승(513) 작용으로 인해 만약 유효전류(IP3)가 직전보다 하강한다고 판단되면 보충전압을 하강으로 반전시킨다(516, 517). [Step 580] In step 570 above, the supplementary voltage is lowered (507). If it is determined that the effective current (IP3) is higher than before, the supplementary voltage continues to be lowered (508, 509). On the contrary, if it is determined that the effective current (IP3) is lower than before due to the falling action (507), the supplementary voltage is reversed to rise (510, 511). Meanwhile, in step 570 above, the supplementary voltage is increased (513), and if it is determined that the effective current (IP3) is higher than before, the supplementary voltage continues to be increased (514, 515). On the contrary, if it is determined that the effective current IP3 is lower than before due to the rising action (513), the supplementary voltage is reversed to fall (516, 517).

[종합 작용] 스텝 570은 리플을 상쇄하는 작용이고, 스템 580은 최대전력점을 추적하는 작용이다. [Comprehensive action] Step 570 is an action to cancel the ripple, and stem 580 is an action to track the maximum power point.

즉, 유효전류가 직전(n-1)보다 증가하는 경우는 변압기의 공진점에 가까워질 때의 현상이고, 유효전류가 직전(n-1)보다 감소하면 그것은 공진점을 지나쳤을 때의 현상이라고 유추되는 원리를 이용해서 본 발명의 도 10은 리플과 최대전력추적을 동시에 달성하는 것이다.In other words, when the active current increases from the previous point (n-1), it is a phenomenon when the resonance point of the transformer is approached, and when the active current decreases from the previous point (n-1), it is inferred that it is a phenomenon when the resonance point is passed. Using the principle of Figure 10 of the present invention, ripple and maximum power tracking are achieved simultaneously.

이러한 알고리즘을 통해 보충전원부가 개입하여 주전원부의 부족 전압을 보충하면서 최적의 부하전압에 매칭하고 나아가서는 변압기의 공진점 부근인 최대효율의 전력점에서 작동을 유지할 수 있게 된다. 보충전원부는 전류폭주제어부로서 제어되므로, 이러한 공진점 중심의 최대전력추적은 곧 전류폭주제어부를 통한 초고속 제어의 원리와 닿아 있다.Through this algorithm, the supplementary power unit intervenes to compensate for the insufficient voltage of the main power unit, matches the optimal load voltage, and further maintains operation at the power point of maximum efficiency, which is near the resonance point of the transformer. Since the supplemental power unit is controlled as a current runaway control unit, tracking the maximum power centered on this resonance point is directly in contact with the principle of ultra-high-speed control through the current runaway control unit.

도 11의 (I)는 공진 특성을 설명하기 위한 I-V곡선 및 P-V곡선 그래프이다.Figure 11 (I) is an I-V curve and P-V curve graph for explaining resonance characteristics.

도 11의 (I)을 참조하면 주전원부(1)의 출력전압(VP2)는 I-V곡선 상에서 전압이 0V로 되는, 즉 부하단 쇼트전압점(Vsc)에서 전류는 최대값(Isc)이 되고 이때 전력은 0이 된다. 그와 반대로 VP2 전압이 최대로 되는 부하단 개방전압점(Voc)에서 전류(Ioc)는 0이 되고 전력은 0이 된다.Referring to Figure 11 (I), the output voltage (VP2) of the main power unit (1) becomes 0V on the I-V curve, that is, the current becomes the maximum value (Isc) at the load end short voltage point (Vsc), and at this time, The power becomes 0. On the contrary, at the open-circuit voltage point (Voc) of the load side where the VP2 voltage is maximum, the current (Ioc) becomes 0 and the power becomes 0.

최대 효율은 도 11에서 최대의 출력을 얻는 Pmax 점의 합산전압(VP1)과 부하단(4)에서 필요로 하는 전압을 일치시킬 때인데, 본 발명에서 이러한 일치는 보충전압부가 최적의 출력전압을 발생하여 VP2+VP3=VP1이 되는 점, 즉 유효한 공진 점에서 성립한다. Pmax 이하의 전압에서는 변압기에 과부하가 되는 밀결합 상태가 되어 최대전력을 얻을 수 없으며, Pmax 이상에서는 변압기가 부하단으로 제대로 된 전류를 공급할 수 없는 소결합 상태가 되므로 마찬가지로 최대전력을 얻을 수 없게 된다.Maximum efficiency is achieved when the summed voltage (VP1) at the Pmax point that obtains the maximum output in Figure 11 matches the voltage required at the load end (4). In the present invention, this match is achieved by the supplementary voltage unit providing the optimal output voltage. This occurs at the point where VP2+VP3=VP1, that is, the effective resonance point. At voltages below Pmax, the transformer is in a tightly coupled state that overloads the transformer, making it impossible to obtain maximum power. At voltages above Pmax, the transformer is in a loosely coupled state where it cannot properly supply current to the load, making it impossible to obtain maximum power. .

따라서 Pmax 점을 고속으로 추적하는 기능의 여부가 핵심으로 대두되는데, 이러한 최대전력점은 유효전류감지부(IP3)의 최대 감지값을 추적함으로써 달성할 수 있다. 또한 이 감지의 결과는 ‘VP1 x IP3’의 개념을 적용하는 전력감지로 달성될 수도 있다.Therefore, the ability to track the Pmax point at high speed becomes key, and this maximum power point can be achieved by tracking the maximum detection value of the active current detection unit (IP3). This sensing result can also be achieved with power sensing applying the concept of ‘VP1 x IP3’.

도 10과 도 11의 작용을 이어서 정리하면, If we summarize the operations of Figures 10 and 11,

도 10의 [스텝 560]은 도 11의 (H)에서 주전원부 전압(VP2)에 포함된 리플신호(△V)를 상쇄하기 위해 보충전원부가 역리플신호(△-V)를 포함하는 맥류 전압(VP3)을 출력하는 알고리즘에 해당한다. 또한 도 10의 [스텝 570]은 도 11의 (I)에서 유효전류(IP3)를 감지하여 Pmax 점의 전력을 추적하는 최대전력점추적(△P)에 해당한다.[Step 560] in FIG. 10 is a pulsating voltage including the reverse ripple signal (△-V) in the supplementary power supply unit to offset the ripple signal (△V) included in the main power supply voltage (VP2) in (H) of FIG. 11. This corresponds to the algorithm that outputs (VP3). In addition, [Step 570] of FIG. 10 corresponds to maximum power point tracking (△P), which detects the active current (IP3) in (I) of FIG. 11 and tracks the power of the Pmax point.

본 발명의 용어에 있어서, In the terms of the present invention,

최대전력추적은 주전원부로부터 흐르는 전류를 감지하되 보충전원부가 소모하는 전류를 상쇄한 나머지의 유효전류가 최대값을 유지하도록 추적하는 것을 의미한다. 이러한 검출은 유효전류감지부가 담당하되, 그 실행은 초고속(예를 들어 3초 내외의 실시간) 반응 구성인 전류폭주제어부가 담당하여 리플 상쇄와 최대전력추적을 동시에 달성한다. 이러한 개별 달성 내지는 동시 달성의 기능 블록을 본 발명에서는 역리플함수 제어 장치라고 정의한다.Maximum power tracking means detecting the current flowing from the main power supply, but tracking the remaining active current, which offsets the current consumed by the supplemental power supply, to maintain the maximum value. This detection is in charge of the active current detection unit, but its execution is in charge of the current runaway control unit, which has an ultra-fast (e.g., real-time, approximately 3 seconds) response to simultaneously achieve ripple cancellation and maximum power tracking. In the present invention, these individual or simultaneous functional blocks are defined as an inverse ripple function control device.

이때 최대전력추적은, 예를 들어 주전원부 전압의 변화 값과 상기 유효전류 변화 값이 서로 같이 증가하면 상기 보충전원부가 출력전압을 증가하여 주전원부 전류를 폭주로 작동시키고, 상기 주전원부 전압의 변화 값과 상기 유효전류 변화 값이 서로 반대로 증감되면 상기 보충전원부가 출력전압을 감소하여 주전원부 전류가 폭주에서 해제되도록 제어하는 피드백 제어를 반복하면서 최대전력점을 찾은 후, 상기 최대전력점을 중심으로 보충전원부의 출력전압이 유지 내지 추적하도록 실시될 수 있다.At this time, maximum power tracking is, for example, when the change value of the main power supply voltage and the effective current change value increase together, the supplementary power supply increases the output voltage to operate the main power supply current in a runaway manner, and the change in the main power supply voltage When the value and the effective current change value increase or decrease inversely, the supplementary power unit reduces the output voltage and repeats feedback control to control the main power unit current to be released from runaway, finds the maximum power point, and then centers around the maximum power point. The output voltage of the supplemental power unit may be maintained or tracked.

본 발명의 전류폭주제어부의 회로 구성은 AND, NAND, NOR, EXOR, NOT 중 적어도 하나 이상의 조합을 포함하는 논리회로를 포함하거나, FPGA 칩을 이용한 프로그래밍 언어로서 달성될 수 있다. 또한 마이컴의 구성과 그 프로그램을 통해 달성될 수도 있다.The circuit configuration of the current runaway control unit of the present invention may include a logic circuit including a combination of at least one of AND, NAND, NOR, EXOR, and NOT, or may be achieved as a programming language using an FPGA chip. It can also be achieved through the configuration of the microcomputer and its program.

상기 보충전원부의 출력전압은 출력단에서 아날로그 직류 내지 맥류 중 적어도 어느 하나의 전압 또는 리플 변화 관측을 통해 보충전원부의 조절 여부를 유추할 수 있으며, 이러한 관측은 LED로 구성하거나 오실로스코프의 탐침으로 구성될 수 있다. 또한 지그 등 치공구를 통해 양산 시의 체크 기구부로서 구성될 수 있다.The output voltage of the supplemental power unit can be inferred whether the supplementary power unit is adjusted through observation of changes in voltage or ripple of at least one of analog direct current or pulsating current at the output terminal, and such observation may be configured with an LED or a probe of an oscilloscope. there is. Additionally, it can be configured as a check mechanism during mass production using tools such as jigs.

상기 보충전원부는 주전원부로부터 출력되는 전압의 최대값을 제한하기 위해 상한 출력전압을 설정하도록 된 구성을 포함할 수 있다. 이 경우는 특정한 주전원부에 패키지 형태로 부가되는 것이 바람직하다.The supplemental power unit may include a configuration to set an upper limit output voltage to limit the maximum value of the voltage output from the main power unit. In this case, it is desirable to add it in package form to a specific main power supply.

상기 보충전원부 계통에는 데이터통신용 노드 또는 서버와 결합되어 상기 당해 및 인접 주전원부들의 전압, 전류, 전력 중 적어도 어느 하나를 모니터링 및 원격제어하고 이를 통해 주전원부 경로를 차단제어할 수 있는 구성을 적용할 수 있다.The supplementary power supply system may be combined with a data communication node or server to monitor and remotely control at least one of the voltage, current, and power of the relevant and adjacent main power supplies, and thereby block and control the main power supply path. You can.

보충전원부(30)는 주전원부 이외의 외부전원을 연결하고 마찬가지의 원리로서 IP3를 유효전류감지부 구성으로 연동하여서 위와 동일 내지 본 발명의 청구범위 권리로부터 유추되는 유사 구성으로 작동시킬 수 있다.The supplementary power supply unit 30 can be operated in the same configuration as above or similar to that inferred from the claims of the present invention by connecting an external power source other than the main power supply unit and linking IP3 to the active current detection unit configuration on the same principle.

순시 엣지검출은 하드웨어를 이용한 샘플홀드 및 비교회로로 구성할 수 있다. 마이컴을 이용한 소프트웨어인 경우 샘플링 데이터가 이에 해당되도록 할 수 있다.Instantaneous edge detection can be configured with a sample hold and comparison circuit using hardware. In the case of software using a microcomputer, sampling data can be made to correspond to this.

혼합회로는 극성이 반대인 듀티비신호의 평균을 구하거나 50% 기준으로 넓거나 좁은 듀티비신호의 평균으로 값을 구하게 할 수도 있고, 혼합회로 후단에 연동되는 Charge pump는 DC를 평활 출력해서 보충전원부의 제어신호로 하거나 엔코더로 코딩 후 이를 보충전원부에서 직접 활용 또는 보충전원부에서 디코더로 다시 변환하여 활용토록 할 수 있다.The mixing circuit can calculate the average of duty ratio signals of opposite polarity or calculate the value by averaging wide or narrow duty ratio signals based on 50%, and the charge pump connected to the rear of the mixing circuit provides smooth output of DC to supplement. It can be used as a control signal from the power supply or encoded with an encoder and used directly in the supplemental power supply, or converted back to the decoder in the supplemental power supply.

본 발명에서 비동기 듀티비 신호의 생성은 유효전류가 흐르는 변화값이 있을 때 발생되는 초기의 엣지 타이밍 범위 내에서 상승 명령에 AND논리 계열을 적용하고, 상기 유효전류 감소 시점에서 하강 명령에 NOT논리를 포함하는 OR논리 계열을 적용하여, 이로부터 생성된 PWM(Pulse Width Modulation), PPM(Pulse Position Modulation), PTM(Pulse Timing Modulation), PFM(Pulse Forming Modulation) 중 적어도 하나 이상의 비동기 신호를 포함할 수 있다.In the present invention, the generation of the asynchronous duty ratio signal applies the AND logic series to the rising command within the initial edge timing range that occurs when there is a change value in which the effective current flows, and the NOT logic is applied to the falling command at the time of the effective current decrease. By applying the OR logic series, it can include at least one asynchronous signal among PWM (Pulse Width Modulation), PPM (Pulse Position Modulation), PTM (Pulse Timing Modulation), and PFM (Pulse Forming Modulation) generated therefrom. there is.

여기서 비동기 신호란 전류폭주명령신호가 부하단이나 주전원부 환경에 따라 불규칙 간격 내지는 불규칙 레벨로 순간적으로 변화되는 출력전압으로 관측되는 것을 포함한다.Here, the asynchronous signal includes the current runaway command signal observed as an output voltage that momentarily changes at irregular intervals or at an irregular level depending on the load end or main power source environment.

본 발명에서 유효전류감지(IP3)는 저항센서 내지 홀센서를 이용할 수 있고, 여기에 포토커플러를 이용하는 절연 방법을 추가적으로 적용할 수도 있다.In the present invention, effective current detection (IP3) can use a resistance sensor or a Hall sensor, and an insulation method using a photo coupler can also be additionally applied.

산업적 이용성 측면에서 본 발명의 구성은 주전원부와 보충전원부를 통합 장착한 구성으로 실시될 수 있고, ESS를 충전하는 충전제어장치, 배전반(분전반), 정션박스 또는 인버터 중 적어도 어느 하나에 통합 수용되는 구조로 실시될 수 있다. In terms of industrial usability, the configuration of the present invention can be implemented as a configuration in which the main power unit and the supplementary power unit are integrated, and is integrated and accommodated in at least one of a charging control device for charging the ESS, a distribution board, a junction box, or an inverter. It can be implemented as a structure.

한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.Meanwhile, the components of the above-described embodiment can be easily understood from a process perspective. In other words, each component can be understood as a separate process. Additionally, the processes of the above-described embodiments can be easily understood from the perspective of the components of the device.

또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.Additionally, the technical contents described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium.

상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈 또는 하드웨어 칩을 조합하여 구성될 수 있다.The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination. Program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiments or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Includes optical media (magneto-optical media) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc. A hardware device may be configured by combining one or more software modules or hardware chips to perform the operations of the embodiments.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The above-described embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention, and such modifications, changes, and additions will be possible. should be regarded as falling within the scope of the patent claims below.

주전원부(1);
정류기부(1-1);
평활커패시터(1-2);
변압기부(1-3);
ESS, 배터리(2);
충전제어부(3);
부하단(4);
주전원부 출력전압감지부(VP2);
충전제어기 출력전압감지부(VP1);
보충전원부 출력전압감지부(VP3);
보충전원부(30);
리플감지부(31);
역리플함수발생부(32);
설정전압감지부(33);
최대전력추적부(40);
보충전원부 가동 전류(IP1);
보충전원부의 소모전력을 공제한 나머지의 유효전류감지부(IP3);
버크컨버터(30-1, 30-2, 30-3, 30-4, 30-5);
버크컨버터 가동 스위치(30-6);
주전원부의 전체 출력전류(IP2);
유효전류감지부(IP3);
전압편차(△V, △-V);
전류편차(△I);
전력편차(△W);
전류폭주제어부(40);
순시엣지검출부(40-1, 40-2);
상승전류폭주명령부(40-3);
상승전류폭주중지명령부(40-4);
혼합밸런스부(40-7);
필터링부(40-7, 40-8);
펄스감지부(60-3);
펄스감지제어부(60);
교류전압리미트부(60-1);
직류전압리미트부(60-4);
바이패스부(30-3);
코일(30-4);
커패시터(30-5);
MOSFET(30-1);
Main power unit (1);
Rectification donation (1-1);
Smoothing capacitor (1-2);
Transformer section (1-3);
ESS, battery (2);
Charging control unit (3);
lower end (4);
Main power output voltage detection unit (VP2);
Charge controller output voltage detection unit (VP1);
Supplementary power supply output voltage detection unit (VP3);
Supplementary power unit (30);
Ripple detection unit (31);
Inverse ripple function generator (32);
Set voltage detection unit (33);
Maximum power tracking unit (40);
Supplementary power supply operating current (IP1);
The remaining active current detection unit (IP3) after deducting the power consumption of the supplementary power unit;
Buck converter (30-1, 30-2, 30-3, 30-4, 30-5);
Buck converter operation switch (30-6);
Total output current of the main power supply (IP2);
Active current detection unit (IP3);
Voltage deviation (△V, △-V);
Current deviation (△I);
Power deviation (△W);
Current runaway control unit 40;
Instantaneous edge detection unit (40-1, 40-2);
Rising current runaway command unit (40-3);
Rising current runaway stop command unit (40-4);
Mixing balance unit (40-7);
Filtering unit (40-7, 40-8);
Pulse detection unit (60-3);
Pulse detection control unit 60;
AC voltage limit unit (60-1);
DC voltage limit unit (60-4);
bypass section (30-3);
Coil (30-4);
capacitor (30-5);
MOSFET(30-1);

Claims (7)

충전제어 계통에서 요구하는 전압보다 낮은 전압을 출력하는 주전원부;
상기 주전원부로부터 충전전력을 공급받도록 연결되는 충전계통 및 충전에너지를 저장하는 ESS부;
상기 주전원부의 낮은 전압을 충전계통에 필요한 전압으로 승압 조절하는 보충전원부;
상기 주전원부의 출력전압이 리플을 포함하는 맥류전압일 때 리플을 감지하는 리플감지부;
상기 리플감지부로부터 감지된 리플과 반대의 역상 리플을 발생하는 역리플함수발생부;를 포함하는 구성으로서,
상기 보충전원부가 상기 주전원부로부터 출력되는 전압이 설정된 부하단 전압으로 유지되도록 상기 주전원부와 연동되되, 상기 리플감지부로부터 리플이 감지될 때 상기 보충전원부가 상기 역리플함수발생부로부터의 역리플함수에 의한 출력을 발생하여, 상기 주전원부와 보충전원부 출력이 합쳐진 출력단에서는 상기 리플이 상쇄된 직류전압을 발생하도록 연동 구성되며,
상기 보충전원부에는 상기 충전계통에서 서지성 펄스 전압이 감지될 때 상기 보충전원부의 승압 공급이 제한되도록 제어하는 펄스감지제어부;의 연동 구성을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 충전장치.
A main power unit that outputs a voltage lower than the voltage required by the charging control system;
A charging system connected to receive charging power from the main power unit and an ESS unit that stores charging energy;
a supplemental power unit that boosts and regulates the low voltage of the main power unit to the voltage required for the charging system;
A ripple detection unit that detects ripple when the output voltage of the main power unit is a pulsating voltage including ripple;
A configuration that includes a reverse ripple function generator that generates a reverse-phase ripple opposite to the ripple detected by the ripple detection unit,
The supplementary power unit is linked with the main power unit so that the voltage output from the main power unit is maintained at the set load voltage, and when the ripple is detected from the ripple detection unit, the supplementary power unit detects the reverse ripple from the reverse ripple function generator. By generating an output by a function, the output terminal of the main power unit and the supplementary power unit are combined to generate a direct current voltage with the ripple canceled out,
The ESS charging device further includes a pulse detection control unit in the supplementary power unit that controls the boost supply of the supplementary power unit to limit when a surge pulse voltage is detected in the charging system.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 보충전원부는 주전원부의 전력 일부를 피드백하여 주전원부의 전압을 보충하도록 되먹임 제어하는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 충전장치.
According to paragraph 1,
The supplemental power supply unit is an ESS charging device characterized in that it includes a feedback control configuration to supplement the voltage of the main power unit by feeding back a portion of the power of the main power unit.
충전제어 계통에서 요구하는 전압보다 낮은 전압을 출력하는 주전원부;
상기 주전원부로부터 충전전력을 공급받도록 연결되는 충전계통 및 충전에너지를 저장하는 ESS부;
상기 주전원부의 낮은 전압을 충전계통에 필요한 전압으로 승압 조절하는 보충전원부;
상기 주전원부의 출력전압이 리플을 포함하는 맥류전압일 때 리플을 감지하는 리플감지부;
상기 리플감지부로부터 감지된 리플과 반대의 역상 리플을 발생하는 역리플함수발생부;를 포함하는 구성으로서,
상기 보충전원부가 상기 주전원부로부터 출력되는 전압이 설정된 부하단 전압으로 유지되도록 상기 주전원부와 연동되되, 상기 리플감지부로부터 리플이 감지될 때 상기 보충전원부가 상기 역리플함수발생부로부터의 역리플함수에 의한 출력을 발생하여, 상기 주전원부와 보충전원부 출력이 합쳐진 출력단에서는 상기 리플이 상쇄된 직류전압을 발생하도록 연동 구성되며,
상기 보충전원부는 주전원부 외의 외부전원으로부터 조달하고 그 조달 경로에 유효전류감지부를 연동하여서 보충전원부의 가동에 소모되고 난 나머지로 부하에 공급되는 유효전류의 최대값을 추적하는 최대전력추적부 구성을 더 포함하는 ESS 충전장치.
A main power unit that outputs a voltage lower than the voltage required by the charging control system;
A charging system connected to receive charging power from the main power unit and an ESS unit that stores charging energy;
a supplemental power unit that boosts and regulates the low voltage of the main power unit to the voltage required for the charging system;
A ripple detection unit that detects ripple when the output voltage of the main power unit is a pulsating voltage including ripple;
A configuration that includes a reverse ripple function generator that generates a reverse-phase ripple opposite to the ripple detected by the ripple detection unit,
The supplementary power unit is linked with the main power unit so that the voltage output from the main power unit is maintained at the set load voltage, and when the ripple is detected from the ripple detection unit, the supplementary power unit detects the reverse ripple from the reverse ripple function generator. By generating an output by a function, the output terminal of the main power unit and the supplementary power unit are combined to generate a direct current voltage with the ripple canceled out,
The supplementary power supply is supplied from an external power source other than the main power supply, and an active current detection unit is linked to the supply path to form a maximum power tracking unit that tracks the maximum value of the active current supplied to the load with the remainder consumed in the operation of the supplementary power supply. ESS charging device including more.
충전제어 계통에서 요구하는 전압보다 낮은 전압을 출력하는 주전원부;
상기 주전원부로부터 충전전력을 공급받도록 연결되는 충전계통 및 충전에너지를 저장하는 ESS부;
상기 주전원부의 낮은 전압을 충전계통에 필요한 전압으로 승압 조절하는 보충전원부;
상기 주전원부의 출력전압이 리플을 포함하는 맥류전압일 때 리플을 감지하는 리플감지부;
상기 리플감지부로부터 감지된 리플과 반대의 역상 리플을 발생하는 역리플함수발생부;를 포함하는 구성으로서,
상기 보충전원부가 상기 주전원부로부터 출력되는 전압이 설정된 부하단 전압으로 유지되도록 상기 주전원부와 연동되되, 상기 리플감지부로부터 리플이 감지될 때 상기 보충전원부가 상기 역리플함수발생부로부터의 역리플함수에 의한 출력을 발생하여, 상기 주전원부와 보충전원부 출력이 합쳐진 출력단에서는 상기 리플이 상쇄된 직류전압을 발생하도록 연동 구성되며,
상기 보충전원부는 부하단으로 공급되는 유효전류를 감지하여 주전원부와 부하단의 결합이 최대전력추적으로 유지되도록 유효전류감지부와 전류폭주제어부를 연동한 구성을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 충전장치.
A main power unit that outputs a voltage lower than the voltage required by the charging control system;
A charging system connected to receive charging power from the main power unit and an ESS unit that stores charging energy;
a supplementary power unit that boosts and regulates the low voltage of the main power unit to the voltage required for the charging system;
A ripple detection unit that detects ripple when the output voltage of the main power unit is a pulsating voltage including ripple;
A configuration that includes a reverse ripple function generator that generates a reverse-phase ripple opposite to the ripple detected by the ripple detection unit,
The supplementary power unit is linked with the main power unit so that the voltage output from the main power unit is maintained at the set load voltage, and when the ripple is detected from the ripple detection unit, the supplementary power unit detects the reverse ripple from the reverse ripple function generator. By generating an output by a function, the output terminal of the main power unit and the supplementary power unit are combined to generate a direct current voltage with the ripple canceled out,
The supplementary power unit detects the active current supplied to the load end and further includes a configuration that links the active current detection unit and the current congestion control unit to maintain the combination of the main power unit and the load end at maximum power tracking. Device.
주전원부와 보충전원부를 직렬로 연동한 합산전압으로 ESS를 충전하는 ESS 충전계통 구성에서,
상기 주전원부의 출력전압이 리플을 포함하는 맥류전압일 때 상기 리플을 추출 감지하되, 상기 추출 감지된 리플과 반대의 역상 리플을 발생하고 상기 주전원부 또는 상기 보충전원부 중 적어도 어느 하나를 상기 역상 리플로 제어하여, 상기 합산전압에서는 상기 리플이 상쇄된 직류전압을 발생하는 구성을 포함하되,
상기 ESS 충전계통 구성에서는, 상기 주전원부로부터의 전류 중 보충전원부가 소모하는 전류를 상쇄한 나머지의 유효전류가 ESS 충전계통으로 최대값을 유지하면서 흐르도록 추적하되, 상기 최대값 추적은 유효전류 감지의 결과를 전류폭주제어에 연동시켜서 상기 리플 상쇄 및 최대 유효전류 추적을 달성하는 구성을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 충전장치용 역리플함수 제어 장치.
In the ESS charging system configuration, which charges the ESS with the summed voltage of the main power unit and supplementary power unit linked in series,
When the output voltage of the main power unit is a pulsating voltage including ripple, the ripple is extracted and detected, and a reverse-phase ripple opposite to the extracted and detected ripple is generated, and at least one of the main power unit or the supplementary power unit is used to generate the reverse-phase ripple. Controlling the total voltage to generate a direct current voltage with the ripple canceled out,
In the ESS charging system configuration, the remaining active current that offsets the current consumed by the supplemental power supply among the current from the main power supply is tracked to flow to the ESS charging system while maintaining the maximum value, and the maximum value tracking is performed by detecting the active current. An inverse ripple function control device for an ESS charging device, further comprising a configuration that achieves the ripple cancellation and maximum active current tracking by linking the results of to current runaway control.
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