KR20240152767A - Back-up Power System for Traffic Signal Controller Using Ripple-Free ESS Charging - Google Patents
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Abstract
본 발명은 교류를 이용하여 ESS를 충전하는 충전장치에서 저전력 및 역리플함수를 통해 고품질의 직류를 공급하는 교통신호제어시스템의 백업 전원시스템 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,
사인파 전압을 정류하여 출력하는 주전원부;
상기 주전원부로부터 충전전력을 공급받는 충전계통 및 충전에너지를 저장하는 ESS부;
상기 주전원부에 직렬 연결되어 전압을 발생하는 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 하면서 서지펄스를 제한하거나 억압하는 넌-리플 백업 전원용 충전장치를 개시한다.
본 발명에 의하면 전력제어에 소모되는 손실을 최소화하면서 서지 펄스로부터 배터리 안전성 강화 및 배터리 충전용량을 확장하는 효과가 있다.The present invention is a backup power system technology of a traffic signal control system that supplies high-quality direct current through low power and reverse ripple function in a charging device that charges an ESS using alternating current. The present invention eliminates the surge pulse factor generated from PWM when an ESS (energy storage device) is fully charged, thereby enhancing the safety of the ESS, and thereby expanding the charging capacity of the ESS.
The present invention, for the above purpose,
A main power supply that rectifies and outputs a sine wave voltage;
A charging system that receives charging power from the main power supply and an ESS unit that stores charging energy;
A supplementary power supply unit that generates voltage and is connected in series to the main power supply unit;
A ripple detection unit that detects ripple when the output voltage of the above main power unit is a ripple voltage including ripple;
A configuration including a reverse ripple function generating unit that generates a reverse ripple opposite to the ripple detected from the above ripple detecting unit;
The above-mentioned supplementary power supply is interlocked with the main power supply so that the voltage output from the main power supply is maintained at a set load voltage, and when a ripple is detected from the ripple detection unit, the supplementary power supply generates a pulse output by a reverse ripple function from the reverse ripple function generation unit, so that a DC voltage with the ripple canceled out is generated at the output terminal of the main power supply, while limiting or suppressing a surge pulse, thereby disclosing a non-ripple backup power supply charging device.
According to the present invention, there is an effect of enhancing battery safety from surge pulses and expanding battery charging capacity while minimizing loss consumed in power control.
Description
본 발명은 교류를 이용하여 ESS를 충전하는 충전장치에서 역리플함수 제어를 통해 고품질의 직류로 충전하는 기술이다. 본 발명은 ESS(에너지저장장치)가 완전충전 되었을 때의 서지 펄스 요인을 제거하여 ESS안전을 강화하며, 충전중에도 고품질 직류전원 특성을 유지한다. 본 발명은 중요 장비의 백업용 전원시스템, 전기자동차, 전기선박, 전기자전거 등 모바일 충전에 적용될 수 있다.The present invention is a technology for charging with high-quality direct current through reverse ripple function control in a charging device that charges an ESS using alternating current. The present invention enhances ESS safety by eliminating the surge pulse factor when the ESS (energy storage device) is fully charged, and maintains high-quality direct current power characteristics even during charging. The present invention can be applied to mobile charging such as backup power systems for important equipment, electric vehicles, electric ships, and electric bicycles.
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 households in areas or countries where power conditions are not smooth. It mainly stores energy during times when power is supplied or during late-night hours when electricity rates are low, and discharges the power for use during times when electricity rates are high or during power outages.
양질의 충전 기능이 확보되면 순간 정전 또는 충전과 방전을 동시에 작동시키는 교통신호 제어용 백업 DC전원시스템에 유용하게 활용될 수 있다.Once the high-quality charging function is secured, it can be usefully utilized in a backup DC power system for traffic signal control that operates momentary power outages or charging and discharging simultaneously.
ESS는 전기를 동력으로 이용하는 모바일에도 장착되므로, 이의 충전에서 고품질과 안전은 지하주차장 등에서의 화재예방에 직결된다.Since ESS is also installed in mobile devices that use electricity as a power source, the high quality and safety of its charging are directly related to fire prevention in underground parking lots, etc.
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 illustrating a typical charging control system. The main power obtained from the AC rectifier (1) is supplied to the battery (ESS, 2) by changing the setting to the voltage required for each charging stage through the charger (charge controller; 3). The load stage (4) is directly connected in parallel with the ESS or connected through the load stage 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 terminal voltage supplied to the charger (3) as VP2 and the charger output terminal voltage as VP1. Figure 1 includes an AC power source (1-3) in the form of a general sine wave (1000-1), a rectifier (1-1) output waveform (1000-2) when the AC power source is full-wave rectified, and a pulse waveform (1000-3) when the AC power source is filtered into a DC current by a smoothing capacitor (1-2) and then supplied to an appropriate load.
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 Fig. 1, the charge controller (3) receives the output of the main power supply (1) in the form of a pulse (1000-3) and outputs a stable DC voltage (1000-4). At this time, in order to obtain a high-quality DC voltage, the voltage set as the lower limit (1000-4) in (C) of Fig. 1 must not be exceeded. If this level is exceeded, a ripple (1000-3), which is an AC component of the pulse voltage, is supplied to the ESS, and this ripple may cause a surge pulse problem. In addition, this ripple causes a noise problem in the power supply of a communication power supply or an audio device.
도 1에서 (1-3)은 전원 트랜스이고, (1-2)는 다이오드 또는 FET 등으로 된 반도체 타입의 정류기 소자이고, 1-1은 (B)에서의 파곡점을 충전 시정수로 보상하는 필터링 커패시터이다. In Fig. 1, (1-3) is a power transformer, (1-2) is a semiconductor type rectifier element such as a diode or FET, and 1-1 is a filtering capacitor that compensates for the inflection point in (B) with a charging time constant.
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 Fig. 1, the charge controller can be configured as an analog regulator or a digital charge controller using PWM control. In the case of an analog regulator, the voltage difference between (VP2 - VP1) causes heat generation as it acts as an input/output stage loss, so the analog method is not 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 loss between input and output, but due to its unique characteristic of interrupting power at short time intervals when charging is complete (not shown), pulse-shaped PWM noise is generated, and especially in the full charge region indicated by (Rn) in Fig. 2, it causes a problem of adversely affecting the surge pulse. Even though 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 so that it does not flow to the load end (VP1), which eventually creates a vicious cycle in which a larger surge voltage is generated by the narrowed pulse.
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 ESS fires occur frequently, relevant authorities have limited ESS charging to 80% of the maximum capacity, which proves that PWM noise increases when it reaches 80%. If PWM noise can be fundamentally eliminated, ESS charging can be expected to be expanded to a high level of 80% or more, preferably up to 95%.
이처럼 PWM 노이즈가 문제를 일으키거나 아날로그 충전기에서 발열이 문제로 되는 것은 입력전압(VP2) 전체를 대상으로 PWM 제어 또는 레귤레이팅을 하기 때문이다. The reason why PWM noise causes problems or heat generation becomes a problem in analog chargers is because PWM control or regulation is performed on the entire input voltage (VP2).
본 발명은 이에 대한 대안 제시를 통해 발열의 문제를 근원적으로 해소하며, 나아가 리플이 발생 될 때는 해당 리플 부분에 대하여 상쇄 제어 및 서지 펄스를 차단하는 방법으로 ESS의 안전 및 성능을 확장하는 기술을 개시한다.The present invention fundamentally resolves the problem of heat generation by suggesting an alternative thereto, and further discloses a technology for expanding the safety and performance of ESS by controlling offset and blocking surge pulses for the ripple portion when ripple occurs.
이러한 안전 및 성능 확장 기술을 통해 본 발명은 고품질을 요구하는 교통신호용 백업 DC전원시스템, 고도의 안전을 요구하는 전기자동차, 전기선박을 비롯한 모바일 충전기술에 활용될 수 있다. 본 발명은 아날로그 레귤레이터 및/또는 디지털 충전제어기 어느 것에든 적용되어 특히 ESS의 화재예방을 기할 수 있다.With these safety and performance expansion technologies, the present invention can be utilized in mobile charging technologies including backup DC power systems for traffic signals requiring high quality, electric vehicles requiring high safety, and electric ships. The present invention can be applied to any analog regulator and/or digital charging controller, and can particularly prevent fires in ESS.
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 for minimizing the operating loss of a charging controller by minimizing the difference between the voltage input to the charging controller and the voltage output from the charging 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 object of the present invention is to disclose a technology for smoothing ripples output from a main power supply to obtain a perfect DC output, while minimizing the power control range, i.e., loss factors, even in the smoothing configuration.
본 발명의 제3목적은 혹여 ESS 충전계통에서 펄스전압이 발생할 때 이에 즉각 대응하여 ESS 폭발을 예방하는 기술적 구성을 개시하고자 함에 있으며, 이를 통해 중요 시설용 백업 전원시스템 내지 모바일 안전 충전용으로 활용되도록 하고자 함에 있다.The third purpose of the present invention is to disclose a technical configuration that immediately responds to a pulse voltage occurring in an ESS charging system and prevents an ESS explosion, thereby enabling it to be utilized as a backup power system for important facilities or for mobile safety charging.
위와 같은 목적의 본 발명은, The present invention, for the above purpose,
충전제어 계통에서 요구하는 전압보다 낮은 전압을 출력하는 주전원부;A main power supply that outputs a voltage lower than that 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 supply and an ESS unit storing charging energy;
상기 주전원부의 낮은 전압을 충전계통에 필요한 전압으로 승압 조절하는 보충전원부;A supplementary power supply unit that regulates the low voltage of the main power supply 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 above main power unit is a ripple voltage including ripple;
상기 리플감지부로부터 감지된 리플과 반대의 역상 리플을 발생하는 역리플함수발생부;를 포함하는 구성으로서,A configuration including a reverse ripple function generating unit that generates a reverse ripple opposite to the ripple detected from the above ripple detecting 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 present invention discloses an ESS charging device characterized in that the supplementary power supply is interlocked with the main power supply so that the voltage output from the main power supply is maintained at a set load voltage, and when a ripple is detected from the ripple detection unit, the supplementary power supply generates a pulse output by a reverse ripple function from the reverse ripple function generation unit, and a DC voltage with the ripple canceled out is generated at the positive electrode of the main power supply.
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 supplementary power supply unit may further include a linked 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 may include a maximum power tracking configuration that tracks the maximum value of the effective current supplied to the load with the remainder consumed in the operation of the supplementary power supply by procuring the power from an external power source other than the main power supply and linking an effective current detection unit to the procurement path, or a maximum power tracking configuration that feeds back some of the power of the main power supply to supplement the voltage of the main power supply and links an effective current detection unit to the feedback path to track the maximum value of the effective current supplied to the load with the remainder consumed in the operation of the supplementary power supply.
본 발명은 보충전원부가 주전원부와 부하단 간을 최적의 상태로 매칭하고 나아가서는 전원 트랜스 등의 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 that allows a supplementary power supply to optimally match the main power supply and the load section, and further maintain operation at a power point of maximum efficiency, which is near the resonance point of a power transformer, etc. The supplementary power supply of the present invention includes a technology for tracking the maximum power point at ultra-high speed through a current runaway 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 supply unit, which shares most of the load power, supplies the rectified power as it is to the load unit, and the supplementary power supply unit is responsible for voltage regulation and ripple cancellation over a small range, so that loss due to control is minimized.
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 the output voltage of the charging controller is eliminated to a negligible level by the reverse ripple function control that cancels out the ripple, and further, a high-quality pure DC component can be obtained 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, an ultra-high-speed maximum power point tracking technology can be obtained, and furthermore, by blocking the cause of pulse voltage generation occurring when ESS charging is completed, safety from ESS explosion can be strengthened while significantly expanding the charging capacity.
본 발명에 의하면 적은 제어 범위의 전력제어를 통해 고품질의 통신용 내지는 음향기기용 전원을 확보할 수 있게 된다. 나아가 이러한 품질의 고성능을 통해 안전이 중요시되는 교통신호등의 백업 전원시스템으로 활용될 수 있고, 주차장 등 화재안전이 중요시되는 모바일 충전용으로 활용될 수 있다.According to the present invention, it is possible to secure high-quality power for communication or audio devices through power control in a small control range. Furthermore, through this high-performance quality, it can be utilized as a backup power system for traffic signals where safety is important, and can be utilized for mobile charging in places such as parking lots where fire safety is important.
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 전력공급원의 공진점을 설명하는 전압전류전력 곡선도이다.Figure 1 is a block diagram illustrating a conventional ESS charging system.
Figure 2 is a graph showing the battery current flow diagram showing how the charging current flow of the ESS changes step by step and in which cases a surge pulse occurs during the process.
Figure 3 is a block diagram schematically representing the positions of each waveform in a conventional charging system. It shows that a surge pulse is generated when ripple and PWM control are mixed.
Figure 4 is a block diagram of an embodiment of the present invention. It shows the principle and circuit of obtaining a pure DC component by synthesizing a ripple voltage including ripple from a main power supply and a ripple voltage including reverse ripple from a supplementary power supply.
Fig. 5 is a block diagram showing, as an example, how the concept of Fig. 4 is achieved by combining specific components. Fig. 5 shows, as an example, that the supplementary power supply in Fig. 4 operates by receiving a portion of the output power of the main power supply as feedback.
FIG. 6 is a block diagram illustrating an exemplary embodiment of the maximum power tracking function of the present invention.
Figure 7 is a graph explaining the maximum power tracking function of the supplementary power supply unit, which is an example of Figure 6, using the duty ratio control principle.
Figure 8 is a flowchart explaining the principle of controlling the maximum power tracking of the supplementary power supply unit, which is an example of Figure 6, by current surge using an algorithm.
FIGS. 9 and 10 are block diagrams and algorithm flowcharts illustrating 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 supplementary power supply of the present invention.
Figure 11 is a voltage-current-power curve diagram illustrating the resonance point of a power supply source for explaining the maximum power tracking action 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 are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood that the configuration disclosed below includes all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. Although similar reference numerals are used for similar components in describing each drawing, for example, terms such as first, second, first, second, etc. are used only for the purpose of distinguishing one component from another component, and these components should not be understood as being limited by terms such as first, second, first, second, etc. The above terms may be referred to as the second component, and the second component may also be referred to as the first component by the same principle, without departing from the scope of the present invention. The same applies to the first and second, and the terms ‘first’ and ‘next’ also apply.
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 these principles, embodiments according to the present invention will be described in detail below with reference to the attached drawings. The purpose and features of the present invention will become more apparent 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 a conventional charging controller (3) and its peripheral configuration.
도 3을 참조하면, 전원(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 Fig. 3, it can be understood that the (A) waveform is output from the secondary coil output of the power source (1-3), the (B) waveform, for example, which is full-wave rectified, is output from the rectifier (1-1), and when power is supplied to the load from the smoother unit (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. 도 3은 복권변압기를 예로 도시한 것이지만 절연이 중요시 되지 않는다면 단권변압기가 적용될 수도 있다.))Here, (1000-4) is a DC voltage level reference that limits the ripple (1000-3) from being supplied to the output. As a result, a voltage difference of, for example, 1.414 times occurs from the level (1000-4) to the peak value of (1000-3), and this 0.4 times difference becomes a target of heat generation when regulated in the charge controller. (0.414 times is an example of the difference between the P-P voltage and the rms voltage. Fig. 3 illustrates a reciprocating transformer as an example, but a single-turn transformer may be applied if insulation is not important.))
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) illustrate examples of waveforms that appear when the charge controller is operated mainly by PWM control. In Figures 3 (D) and (E), (1000-5) represents a surge pulse waveform by PWM that appears when battery charging is complete.
평활회로 커패시터(1-2)가 부하전류를 충분히 감당하지 못하면 도 3의 (D)에서 리플전압(△r)은 그 변동 크기가 커지며, 전원 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 fluctuation size of the ripple voltage (△r) in (D) of Fig. 3 increases, and if the capacity of the power coil (1-3) or the capacity of the diode (1-1) of the rectifier is insufficient, the fluctuation range of △V increases further as seen in (E) of Fig. 3. In any case, ripple acts on the load, and in order not to flow this ripple to the load end, the regulator (3) must cut off ripples of a level greater than (1000-4) as a standard.
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 time-interrupted and limited by PWM in the (Rn) section of Fig. 2, i.e. in a fully charged state of the battery. Since such surge pulse can cause fire or explosion, especially in the case of lithium-ion batteries, it is usually 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 illustrating one example of various configurations in which the present invention can be implemented. The main configurations are:
충전제어 계통에서 요구하는 전압보다 낮은 전압을 출력하는 주전원부(1);A main power supply 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 supply 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 regulates the low voltage of the main power supply unit 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 above main power unit is a ripple voltage including ripple;
상기 리플감지부로부터 감지된 리플과 반대의 역상 리플을 발생하는 역리플함수발생부(32);를 포함하는 구성으로서,A configuration including a reverse ripple function generating unit (32) that generates a reverse ripple opposite to the ripple detected from the above ripple detecting 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 above-described supplementary power supply is interlocked with the main power supply so that the voltage output from the main power supply is maintained at a set load voltage, and when a ripple is detected from the ripple detection unit, the supplementary power supply generates a pulsating voltage output by a reverse ripple function from the reverse ripple function generation unit, so that a DC voltage with the ripple canceled out is generated at an output terminal where the outputs of the main power supply and the supplementary power supply 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 above supplementary power supply unit (30) may further include a linked configuration of 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).
도 4의 보충전원부(30)는 주전원부(1) 외에도 도시생략된 외부전원(Buck (+)in)으로부터 조달할 수 있다. The supplementary power supply (30) of Fig. 4 can be supplied from an external power supply (Buck (+)in) not shown in the diagram in addition to the main power supply (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) can be controlled by feedback to feed back a portion of the power of the main power supply unit (1) 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 an effective current detection unit (IP3). The maximum power tracking unit (40) performs a function of tracking the effective current (IP3) supplied to the load as the remainder consumed in the operation of the supplementary power supply unit (30) to become the maximum value.
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.By the same principle, the supplementary power supply unit may be supplied from an external power source other than the main power supply unit, and an effective current detection unit (IP3) may be linked to the supply path to further include a configuration that tracks the maximum value of the effective current (IP3) supplied to the load after the remainder consumed in the operation of the supplementary power supply unit.
먼저 도 4의 작용에 대하여 설명한다.First, the function of Fig. 4 is 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.When a sine wave (1000-1) commercial power source is rectified, a ripple (△r) corresponding to the difference between the maximum value (p-p; 1000-3) and the root mean square value (rms; 1000-4) may occur. This ripple disappears when the load current is 0, and the output voltage becomes equal to the maximum voltage of the sine wave. However, when the consumption of the current flowing to the load terminal or the time constant of the smoothing circuit including the smoothing capacitor (1-1) changes, a ripple occurs in a periodic or irregular form. The ripple shape 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 a ripple is generated in a function opposite to this ripple in the supplementary power supply (30) connected in series with the main power supply (1) (this is defined as an inverse ripple function) and connected to the main power supply so that the ripples cancel each other out (see (H) of Fig. 4), then at the output terminal (VP1) where the main power supply (1) and the supplementary power supply (30) are combined, the original ripple (E-2) and the corresponding inverse ripple (E-1) of the opposite phase are combined to cancel each other out, thereby outputting a voltage of a pure DC component 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 성분이 얻어진다면 그것은 변환(제어)에 필요한 손실을 100분의 20으로 줄인 것이 된다. 본 발명 도 5는 이를 구체적으로 실현하는 일실시예이다.That is, for example, in a configuration where the main power supply accounts for 80% of the total power output and the supplementary power supply accounts for 20%, if a pure DC component is obtained by the reverse ripple function output action of the supplementary power supply in a series-connected configuration, the loss required for conversion (control) is reduced to 20/100. FIG. 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 interconnection operation are explained with reference to Figure 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 정지시켜서 상기 전압의 낙차를 성립시키지 않기 위함이다. 다만 반드시 낮아야만 동작이 되는 것은 아니므로, 반드시 낮은 전압으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 리플을 클램핑(리플로 인하여 전압이 설정 기준을 초과할 때 그 초과 부분을 깎아버림) 하는 구성도 고려될 수 있다.The main power supply (1) basically outputs a voltage lower than the voltage required by the charging control system. The reason for setting the voltage to a low level is that when the supplementary power supply intervenes to boost the voltage, a voltage drop is established that can supply power to the charging system, but when a surge pulse or overcharge is detected and the current or power flowing to the charging system is to be cut off, the output of the supplementary power supply is stopped so that the voltage drop is not established. However, since the voltage does not necessarily have to be low to operate, it is not necessarily limited to a low voltage. For example, a configuration that clamps the ripple (cuts off the excess portion when the voltage exceeds the set standard due to the ripple) can 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 a lithium-ion series battery, it is preferable that the charging system includes a battery management system (BMS). This BMS may include a configuration that balances the voltages of each battery terminal when multiple batteries are connected in series or in parallel, and further monitors them remotely.
보충전원부(30)는 주전원부(1)가 낮은 전압으로 설계될 때 낮은 전압을 충전계통에 필요한 전압으로 승압 조절하는 구성요소이다. The supplementary power supply unit (30) is a component that regulates the voltage by increasing the low voltage to the voltage required for the charging system when the main power supply unit (1) is designed with a low voltage.
보충전원부는 주전원부로부터 피드백 전원으로 가동전원을 조달하거나 별도의 독립된 보조전원으로부터 공급된 전력으로 가동될 수 있다. 여기서 독립된 보조전원이란 주전원 공급 경로에서 복권 형식으로 별도의 전원을 하나 더 구비하고 그 전원, 예를 들면 별도의 코일 권선 또는 트랜스로부터 정류된 직류전원일 수 있음을 의미한다. 그 외에도 독립된 보조전원이란 배터리, 신재생에너지 전원 등 다양한 방법이 있을 수 있다.The supplementary power supply unit can be powered by the feedback power from the main power supply unit or by the power supplied from a separate independent auxiliary power supply. Here, the independent auxiliary power supply means that a separate power supply is provided in the form of a return winding in the main power supply path, and the power supply can be, for example, a DC power supply rectified from a separate coil winding or transformer. In addition, there can be various methods for the independent auxiliary power supply, such as a battery or a renewable energy power supply.
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 수도 있다.The ripple detection unit (31) detects when a ripple voltage occurs in the charging system. In simple terms, it includes a configuration that detects and extracts only the AC component from the pulsating voltage that includes the AC component in the DC component. For example, it may be a configuration that extracts and detects the signal of the AC component 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 reverse ripple function generating unit (32) uses the AC signal extracted from the ripple detection unit (31) to generate a ripple signal of an inverse function corresponding to the AC signal. The inverse ripple function includes a configuration that detects the temporal change and height of the AC component included in the pulse as a function and generates a signal of an inverse phase.
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 the operational amplifier, the ripple signal can be interpreted inversely and an inverse ripple function can be easily created. In addition, the sampling function of the microcomputer can be used by encoding it as an inverse ripple function. The ripple pattern that appears in the periodic characteristics of 60Hz commercial power can be modeled and used. The pattern modeling at this time can be a leading or lagging control that matches the phase of the ripple signal that comes 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 of the load end. For example, if the ESS is a 24V lithium-ion series, it is set to 29.2V. This setting may include a configuration that is automatically set while detecting the battery voltage and type by a 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) may be implemented as a buck converter in one embodiment of the present invention (in addition, various converter series such as buck-boost, boost, septic, zeta, and flyback may be applied) that receives some of the current from the main power supply unit and feeds it back to the main power supply unit 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 the control by the reverse ripple function generator (32) and the set voltage detection unit (33) is applied to the feedback voltage output, the supplementary power supply unit generates the output voltage (VP3) controlled by the control signal (△-V) generated by the reverse ripple function generator (32) within the range where the total output voltage (VP1) is maintained as the required voltage of the load. Accordingly, even if the ripple (△V) is included in (VP2), a pure DC component with the ripple offset 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. 이러한 고성능이 통신용, 음향용, 교통신호 제어용 백업 전원시스템 등에 적용할 수 있게 한다.By this principle, (VP1) can obtain a voltage of pure DC component of optimum potential which is neither higher nor lower than the voltage required by the load side. This high performance enables it to be applied to backup power systems for communication, sound, and traffic signal control.
도 4로 되돌아가서 개념적으로 정리하면, Going back to Figure 4, let's organize it 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. In VP2 of Fig. 4, there is a pulsating component △V, and its height can be up to 1.4 times (the difference between the maximum value of the sine wave and the root mean square (rms) value) depending on the consumption of the load power. In the present invention, this is referred to as △V, and the inverse ripple function corresponding to the reverse direction is defined as △-V. In Fig. 4, △V is (G), and △-V by the inverse function is (F). Since they are opposite phase signals, if (F) and (G) are serially canceled on the same time axis, the ripple generated in the main power supply is canceled by the inverse ripple function of the supplementary power supply, so that the power supplied to the battery becomes pure direct current (E-3). This principle is depicted in an overlapping graph as (H) of Fig. 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 Fig. 4, (H) illustrates the appearance of the inverted ripple signal (E-1) generated in the inverse ripple function generator corresponding to (E-2), (E-2), where the height of the ripple changes depending on the current consumption of the load, and the pure DC voltage (E-3) that is canceled out when 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 charging controller (3), only the voltage required for the load section (2, 4) can be adjusted and sent through the control of the supplementary power supply unit (30), and accordingly, △V, which originally acted as a loss in the charging controller (3), is eliminated.
다만 본 발명의 경우에도 보충전원부(30)가 출력을 감당하는 변환 손실은 있을 것이지만, 보충전원부는 부하전력에 비하여 예를 들어 20/100의 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 supply (30) handles the output, but since the supplementary power supply has a significantly lower share of the role of offsetting the ripple, for example, at a share of 20/100 compared to the load power, the conversion 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 output voltage of the main power supply to the load section up to its peak voltage, so that power efficiency can be greatly increased. Accordingly, according to the present invention, the difference between the peak power and the real power is eliminated, and accordingly, the PWM-controlled surge pulse generated due to the peak voltage is eliminated, which is a significant effect. According to the present invention, even if the charging capacity is increased to 100%, there is no factor for the surge pulse to occur.
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, the present invention can further be 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 EES unit, which are charging systems. At this time, the pulse detection control unit is for PWM noise that may occur when charging is completed even in the above-mentioned safety-ensuring situation. This will be described later in FIG. 9.
더 나아가 본 발명의 역리플함수발생부에 전류폭주제어로 작용하는 최대전력추적부의 기능을 더하면 전원의 공진점을 해치지 않는 최대전력점으로 자동 추적하는 운용이 가능해진다. 이것은 상용전원을 이용하는 구성에서 전원을 최대효율로 작동시키면서 리플을 해소하는 독특한 기능을 발휘한다.Furthermore, by adding the function of a maximum power tracking unit that acts as a current surge control to the reverse ripple function generating unit of the present invention, it becomes possible to operate by automatically tracking the maximum power point without damaging the resonance point of the power source. This exhibits a unique function of eliminating ripple while operating the power source at maximum efficiency in a configuration that uses a commercial power source.
이하 도 5 및 도 6을 참조하면서 이를 달성하는 본 발명의 최대전력추적부에 관하여 상세히 설명한다.The maximum power tracking unit of the present invention that achieves this will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6 below.
일실시례인 도 5의 보충전원부(30)는 주전원으로부터 가동 전원을 피드백 받는 구성으로서, The supplementary power supply unit (30) of Fig. 5, which is an example, is configured to receive operating power feedback from the main power supply.
발전전원에 의해 전력을 공급받는 주전원부(1);A main power supply unit (1) supplied with power by a power generating station;
배터리 또는/및 부하단(2, 4);Battery or/and load (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 unit to control 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 above battery system or the active current supplied to a load connected to the above battery system;
상기 유효전류감지부로부터 감지되는 유효전류가 증가되는 범위에서 주전원부의 전류를 폭주시키는 전류폭주제어부(40);를 연동하는 구성을 포함하되, Including a configuration that links a current overload control unit (40) that overloads the current of the main power supply unit in a range in which the effective current detected from the above-mentioned effective 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 above supplementary power supply unit (30) is configured to link a first input terminal (X), a second input/output terminal (Y), and a third output terminal (Z) between the main power supply unit (1) and the load unit (4), and includes a configuration in which the output voltage (VP3) of the supplementary power supply unit is regulated within the range of maintaining the maximum power (Vmp) of the main power supply unit (1) by feeding back the output voltage to one electrode (-) of the main power supply unit (-).
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 above current surge control unit (40) performs the function of a maximum power tracking unit that controls the current of the main power unit to surge so that the effective current (IP3) maintains an effective current value corresponding to the maximum power even when the load (4) voltage becomes higher than the maximum power voltage (Vmp) and maintains the main power unit within the maximum power range.
도 5의 구성에 있어서, In the configuration of Fig. 5,
주전원부(1)는 전원(1-3)으로부터 가동 전력을 조달한다. 전원은 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 supply (1) supplies operating power from the power supply (1-3). Since the power supply can obtain maximum efficiency when it supplies power in accordance with the resonance characteristics, the present invention includes a maximum power tracking configuration that operates at a resonance point where the current flowing to the load end is maximum within a certain range of load end voltage. However, the overall configuration of the present invention is not necessarily limited to including such a 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 supply unit (30) feeds back the output voltage (VP3) to one electrode of the main power supply unit (1) to generate a voltage (VP1) output that is the sum of the output voltages of the main power supply unit and the supplementary power supply unit. As an example of the circuit configuration, the supplementary power supply unit illustrated in FIG. 5 may be implemented by connecting the first input terminal (X) and the second input/output terminal (Y) to a power supply path that receives power from the main power supply unit, and feeding back the output of the supplementary power supply to one electrode of the main power supply unit through the second input/output terminal (Y), while outputting a voltage that is the sum of the outputs of the main power supply unit and the supplementary power supply unit to the load terminal, which is the connection point of the third output terminal (Z). This configuration corresponds to a configuration in which the supplementary power supply unit is connected between the cathode of the main power supply unit and the cathode of the load terminal, but is not limited thereto. 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 전원을 공진 상태로 유지하면서 부하단에 적절한 전력을 공급하는 밸런스를 잡게 된다.In the path flowing to the third output terminal (Z) terminal of each input and output terminal configuration of the supplementary power supply unit (30), only the effective current (IP3) supplied to the load terminal flows, which is the remainder after deducting the idling current (IP1) supplied to the first input terminal (X) of the supplementary power supply unit from the total current (IP2) produced by the main power supply unit (1). The effective current detection unit (IP3) of the present invention detects this current and, by interlocking with the current runaway control unit (40) described below, maintains the power supply in a resonant state while maintaining a balance to supply appropriate power to the load terminal.
여기서 전원은 공진 상태로 임피던스가 매칭될 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 power supply achieves maximum efficiency when the impedance is matched in a resonant state, and also, if the load voltage is constant, the effective current value is also maximum when the supplementary power supply operates in a state of maximum power output. Therefore, maximum power tracking can be performed, for example, by configuring the tracking of the maximum detection value of the effective 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 through the resistor using the voltage drop method, amplify it with an operational amplifier, and supply it as an active current control signal to the current runaway control unit. Here, the voltage detection method by the resistor can be replaced with the magnetic induction method using a Hall sensor. The magnetic induction method has the advantage of being able to be insulated. Of course, in the case of voltage detection, if a photocoupler, etc. is used, it is possible to detect the voltage or current that changes in the insulated state.
도 5에서 미 설명부호 30-6은 보충전원부를 필요에 따라 작동 및 정지시키는 스위치이다.In Fig. 5, the unexplained symbol 30-6 is a switch that operates and stops the supplementary power supply as needed.
전류폭주제어부(40)는 보충전원부(30)가 출력을 발생할 때 기하급수적으로 신속히 증가하거나 감소하는 작용을 하도록 제어한다. The current surge control unit (40) controls the supplementary power supply unit (30) to rapidly increase or decrease exponentially when generating output.
여기서 폭주 제어란 보충전원부가 부하단(4)과 보충전원부(30)의 양측단 사이에 연결된 주전원부(1)의 전압(VP2)을 압착하여 전원(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 supply unit squeezes the voltage (VP2) of the main power supply unit (1) connected between the load end (4) and both ends of the supplementary power supply unit (30) so that the maximum current flows from the power supply (1-3), but increases the output of the supplementary power supply unit 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 전원의 공진점이 흐트러지지 않는 최대전력점에서 유효전류의 감소를 감지하고 그 지점에서 출력전압을 유지할 수 있게 된다. 따라서 본 발명에서 전류폭주제어부는 최대전력추적 기능을 겸할 수 있다.By this current runaway control, as soon as the control signal from the reverse ripple function generating unit is supplied, the supplementary power supply unit can generate the output voltage as the control signal by the reverse ripple function, and furthermore, it can detect the decrease in the effective current at the maximum power point where the resonance point of the power supply is not disturbed and maintain the output voltage at that point. Therefore, the current runaway control unit of the present invention can also perform the maximum power tracking function.
도 6은 전류폭주제어부(40)의 일실시례를 도시한 블록다이어그램이다.Figure 6 is a block diagram illustrating an example of a current surge 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 surge control unit is connected to detect a voltage change value, and the second input terminal (b) is connected to detect an effective current change value (IP3). The voltage change value means that the supplementary power supply output voltage (VP3), the main power supply voltage (VP2), or the sum 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 supplied to the rising current runaway command unit (40-3) and the falling current runaway command unit (40-4) via the instantaneous edge detection unit (40-1 and 40-2). The edge detection result determines whether to command rising or falling in the logic circuit of the logic, and the command proceeds as a command signal in the form of a linear increase or decrease until the desired result is reached in the form of a current runaway. Here, the logic circuit may be a programmed gate combination configuration using a combination of gates or an FPGA. It may also be a program using a microcomputer.
명령신호는 혼합회로(40-7)를 통해 맥류 또는 인코더 된 신호로 출력될 수 있다.The command signal can be output as a pulse or an encoded signal through a 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 passing 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 that the maximum power point is tracked as a balance corresponding to the point where the rising current runaway command unit (40-3) and the falling current runaway command unit (40-4) are 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 the immediately preceding and immediately succeeding values as relative values. This instantaneous edge detection enables the generation of an inverse ripple function that immediately reacts 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 전원에 과부하를 주고 이것이 전원과의 임피던스 매칭에서 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 ripple voltage through the first input terminal (a), and if the ripple voltage is detected, the supplementary power unit (30) is immediately moved in the opposite direction to offset the ripple voltage in the sum voltage (VP1). The falling current runaway command unit (40-4) is configured to lower the output of the supplementary power unit (30) so that the rising current runaway command unit (40-3) does not excessively increase, and in particular, it is a component that operates immediately when the effective maximum current detected by the effective current detection unit (IP3) decreases to cause a counteraction that stops or offsets the action of the rising current runaway command unit (40-3). Here, if the rising surge is excessive, it will over-compress the main power supply (1), overloading the power supply, which will destroy the resonance point in the impedance matching with the power supply, and eventually reduce the effective current (IP3). However, the falling surge command section will stay at the neutral point and work in the opposite direction to the rising current surge command section to maintain a balance in which the sum voltage (VP1) is within an appropriate range and the resonance point is maintained.
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) using the duty ratio control concept.
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 (A) and (B) of FIG. 7, the output of the rising current rampage command unit (40-3) and the output of the falling current rampage command unit (40-4) are a rising duty ratio signal (40-5) and a falling duty ratio signal (40-6), respectively. The rising is a command to increase voltage and outputs a wide duty ratio (40a) signal, and the falling is a command to decrease voltage and outputs a narrow duty ratio (40c) signal. The average value (40b) is supplied as a control signal input of the supplementary power supply unit to suppress 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 compressed, the load on the main power supply becomes heavier, so the voltage decreases while the current increases. On the contrary, 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, so the supplementary power supply controls the current surge moment by moment by utilizing this.
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 of Fig. 7 can be maintained in the on state until the maximum power point current is reached in the case of a rising current runaway command, and conversely, can be maintained in the off state until the maximum power point current is restored in the case of a falling current runaway command. Therefore, it is not necessarily configured as a repetitive duty ratio as in Fig. 7, and can be configured as 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 supply unit (30), it is possible to infer whether the current runaway control unit is operating by observing that the neutral point average signal of the rising or falling current runaway signal is supplied to the input of the supplementary power supply unit (30).
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 of 40a in Fig. 7 very large or repeatedly generating a relatively wide duty ratio, this can be made into a rising current surge, and by continuing or repeating a narrow duty ratio, such as the duty ratio of 40c, this can be made into a falling current surge or rising current surge stop command.
도 7의 (B)는 동일한 위상 시간으로 동기를 맞추어서 듀티비를 제어하는 경우를 예시한 것이다. 작동 원리는 (A)와 같다.Fig. 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 surge control unit (40) practically integrates and performs the functions of the maximum power tracking unit. In particular, this function may include a fine adjustment role for comparing and offsetting errors that occur in the combination of the 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 attached photos in Fig. 7 show current runaway command signals observed with an oscilloscope. The uppermost trace waveform in Photo 1 is the duty ratio of the rising current runaway command, and the middle trace waveform shows the duty ratio signal of the falling current runaway command. The pulsating waveform of the lowest trace shows the control signal supplied to the supplementary power supply (30). Photo 1 was taken when the control signal was balanced while repeating the rising and falling current runaways, but even in this case, it is shown that the balance is maintained by the runaway signal when the load becomes heavy and the balance is occasionally deviated.
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 Figure 7 shows the control of the supplementary power supply during the initial current surge, and Photo 3 shows the brief, rising or falling current surge that occurs intermittently during the period in which the supplementary power supply is in operation.
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 photographs shown in Fig. 7 are when observed with an oscilloscope, but other than that, a duty cycle signal or a pulse-shaped signal can be observed by using an LED lamp or various other means. The present invention may also include a means for controlling or monitoring the supplementary power supply as a data signal according to a protocol.
도 8은 전류폭주명령부의 전체적인 작용을 논리적으로 설명하는 알고리즘 흐름도이다.Figure 8 is an algorithm flowchart that logically explains the overall operation of the current runaway command unit.
도 8을 참조하면, 본 발명의 전류폭주제어부(40) 작용은,Referring to Figure 8, the current surge control unit (40) of the present invention operates as follows:
[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 voltage changes by VP1, VP2, and VP3. They can be detected interchangeably depending on the number of logical cases.
[스텝 2] 순시 변화값을 서로 비교하여 서로 같은 방향으로 증가하는 작용이 포함될 때 보충전원부를 상승 방향으로 출력 제어한다(403, 404).[Step 2] When the instantaneous change values are compared with each other and an action is included that increases in the same direction, the supplementary power supply is controlled to output in an upward direction (403, 404).
여기서 순시 변화값이란 직전과 직후의 상대값 변화 감지를 적용하는 것이 바람직하다.Here, it is desirable to apply the detection of the relative value change immediately 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, if they increase or decrease in opposite directions, control the output of the supplementary power supply in the downward direction (405, 406).
위 스텝 3에서 순시 변화값 검출인 405 스텝은 서로 반대 방향으로 움직이는가 아닌가의 차이를 말한다.Step 405, which is the instantaneous change value detection in Step 3 above, refers to the difference between whether or not they move in opposite directions.
[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 by a filtering function and generated as a control output of the supplementary power supply (408, 107, 409, 50). According to one example, this supplementary 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 surge command unit of the present invention can be configured to include the flow steps of Step 1, Step 2, Step 3, and Step 4. When each of the above steps operates in hardware, they are processed in real time without step distinction, and when implemented in software using a microcomputer, they can be processed in the above order or in a 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 discloses a configuration that links a pulse detection control unit (60) that controls the output of the supplementary power supply unit (30) of the present invention to suppress or block the output when a surge pulse voltage is detected in the charging system (2; charging control unit and EES unit).
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 side or noise is generated from PWM control at the load side, the pulse detection unit (60-1) can detect this preferentially and reduce the output of the supplementary power supply. By this reduction, the surge pulse that may be a risk factor is weakened, and the maximum power tracking unit (40) can obtain time-lag synchronization. The time-lag 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.The surge pulse includes the pulse noise mentioned above that occurs in the charging path. Specifically, examples include arc noise that occurs due to poor contact in the circuit, PWM (pulse) noise that occurs in the charger, and spark arc noise that occurs in 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.The meaning that the pulse detection control unit controls the output voltage of the supplementary power supply unit to weaken when a surge pulse is detected by the pulse detection unit may include a configuration that lowers the output of the supplementary power supply unit to the point where the surge pulse disappears.
도 9를 참조하여 펄스감지제어부(60)의 작용을 설명하면, Referring to Fig. 9, the operation of the pulse detection control unit (60) is explained.
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 an AC signal component, 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 (-) polarity signal, and the output is suppressed in the direction of weakening the output of the current runaway control unit (40) through the diode (6-7). For example, the function of the current runaway control unit (40) is urgently weakened when a surge pulse noise occurs by detecting a noisy pulse caused by a PWM control signal generated when charging is completed. If the surge pulse disappears during the weakening, the operational amplifier (60-6) returns the output to normal, and accordingly, the current runaway control unit (40) operates normally as if the pulse detection control unit (60) does not exist. 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 DC component or maintain the set voltage. For example, if the output is supplied with a sum voltage (VP1) higher than the voltage required by the load section (4), the function may include lowering the output of the supplementary power supply unit (30). This function functions as a protection circuit that prevents excessive main power supply voltage increase. It can also be implemented as a function that controls VP1 to be maintained within the set voltage range.
회로 간소화 방안으로는 펄스감지제어부(60)와 설정전압감지부(61)를 통합할 수 있는데, 이 경우 입력 임피던스 매칭에 해당하는 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 method, 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) corresponding to the input impedance matching can be made sufficiently larger than the value of the resistance (60-2) so that the pulse detection control unit (60) can detect and control both direct current and alternating current.
도 10은 도 9에 도시된 각 구성요소들의 작용을 좀 더 구체적으로 설명하는 알고리즘 흐름도이다.Figure 10 is an algorithm flowchart that explains the operation of each component illustrated in Figure 9 in more detail.
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] At least one of the detection of the effective current (IP3) supplied to the load (501-1), the detection of the load voltage (501-2), the detection of the main power output voltage (501-3), or the detection of the supplementary power output voltage (501-4) is detected. However, if only some of the steps below are selectively performed, only one of them 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 supply is suppressed or the supplementary power supply 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 total 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 value of the voltage required by the load. If the set range is exceeded, the output of the supplementary power supply 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 sum voltage (VP1) is detected to determine whether it is higher than the previous voltage (506, 512). If it is determined to be higher than the previous voltage, it is considered a high point of the ripple and the supplementary voltage (VP3) is lowered (507) to offset it. If it is determined to be low, it is considered a low point of the ripple and the supplementary voltage (VP3) is raised (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 the above step 570, the supplementary voltage is lowered (507), and if it is determined that the effective current (IP3) is higher than before at that time, the supplementary voltage is continuously lowered (508, 509). Conversely, if it is determined that the effective current (IP3) is lowered than before due to the lowering (507) action, the supplementary voltage is reversed to increase (510, 511). Meanwhile, in the above step 570, the supplementary voltage is raised (513), and if it is determined that the effective current (IP3) is higher than before at that time, the supplementary voltage is continuously raised (514, 515). Conversely, if it is determined that the effective current (IP3) is lowered than before due to the raising (513) action, the supplementary voltage is reversed to decrease (516, 517).
[종합 작용] 스텝 570은 리플을 상쇄하는 작용이고, 스템 580은 최대전력점을 추적하는 작용이다. [Comprehensive Action] Step 570 is an action to cancel out ripples, and stem 580 is an action to track the maximum power point.
즉, 유효전류가 직전(n-1)보다 증가하는 경우는 전원의 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.That is, the present invention uses the principle that when the effective current increases compared to the previous (n-1), it is a phenomenon when the power source's resonance point is approached, and when the effective current decreases compared to the previous (n-1), it is a phenomenon when the resonance point is passed, to achieve ripple and maximum power tracking at the same time.
이러한 알고리즘을 통해 보충전원부가 개입하여 주전원부의 부족 전압을 보충하면서 최적의 부하전압에 매칭하고 나아가서는 전원의 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 supply intervenes to supplement the insufficient voltage of the main power supply, matches the optimal load voltage, and furthermore, maintains operation at the power point of maximum efficiency, which is near the resonance point of the power supply. Since the supplementary power supply is controlled by the current runaway control unit, this maximum power tracking centered on the resonance point is directly connected to 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 the 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 (I) of Fig. 11, the output voltage (VP2) of the main power supply (1) becomes maximum (Isc) at the load-side short-circuit voltage point (Vsc) where the voltage becomes 0 V on the I-V curve, and at this time, the power becomes 0. Conversely, at the load-side open-circuit voltage point (Voc) where the VP2 voltage becomes 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 전력공급원에 과부하가 되는 밀결합 상태가 되어 최대전력을 얻을 수 없으며, Pmax 이상에서는 전력공급원이 부하단으로 제대로 된 전류를 공급할 수 없는 소결합 상태가 되므로 마찬가지로 최대전력을 얻을 수 없게 된다.The maximum efficiency is achieved when the sum of the voltage (VP1) of the Pmax point, which obtains the maximum output in Fig. 11, and the voltage required by the load stage (4) match. In the present invention, this match is established at the point where the supplementary voltage section generates the optimal output voltage so that VP2+VP3=VP1, i.e., the effective resonance point. At a voltage lower than Pmax, a tight coupling state occurs in which the power supply is overloaded, and the maximum power cannot be obtained. At Pmax or higher, a loose coupling state occurs in which the power supply cannot properly supply current to the load stage, and thus the maximum power cannot be obtained either.
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 function of high-speed tracking of the Pmax point becomes a key issue, and this maximum power point can be achieved by tracking the maximum detection value of the effective current detection unit (IP3). In addition, the result of this detection can be achieved by power detection that applies the concept of ‘VP1 x IP3’.
도 10과 도 11의 작용을 이어서 정리하면, If we continue to organize the actions 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] of Fig. 10 corresponds to an algorithm in which the supplementary power supply outputs a pulsating voltage (VP3) including a reverse ripple signal (△-V) to offset the ripple signal (△V) included in the main power supply voltage (VP2) in (H) of Fig. 11. In addition, [Step 570] of Fig. 10 corresponds to maximum power point tracking (△P) in which the effective current (IP3) is detected in (I) of Fig. 11 to track 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 uS 내지 mS 단위의 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 and tracking the remaining effective current after offsetting the current consumed by the supplementary power supply so that it maintains the maximum value. This detection is handled by the effective current detection unit, and the execution is handled by the current burst control unit, which is an ultra-fast (e.g., real-time in the uS to mS units) response configuration, so as to achieve ripple cancellation and maximum power tracking simultaneously. The functional block that achieves this individually or simultaneously is defined as an inverse ripple function control device in the present invention.
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, the maximum power tracking may be performed by repeating feedback control to find the maximum power point while controlling the supplementary power supply to increase the output voltage to cause the main power supply current to run away when the main power supply voltage change value and the effective current change value increase and decrease in opposite directions, and to release the main power supply current from runaway when the main power supply voltage change value and the effective current change value increase and decrease in opposite directions, and then the output voltage of the supplementary power supply may be maintained or tracked around the maximum power point.
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 surge 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 may also be achieved through the configuration of a 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 above supplementary power supply unit can be inferred by observing the voltage or ripple change of at least one of the analog direct current or pulse current at the output terminal to determine whether the supplementary power supply unit is regulated. This observation can be configured with an LED or a probe of an oscilloscope. In addition, it can be configured as a check mechanism during mass production using a jig or other tool.
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 above supplementary power supply unit may include a configuration that sets an upper limit output voltage to limit the maximum value of the voltage output from the main power supply unit. In this case, it is preferable that it be added in the form of a package to a specific main power supply unit.
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 above supplementary power supply system may be configured to be coupled with a data communication node or server to monitor and remotely control at least one of the voltage, current, and power of the above and adjacent main power supplies, and thereby block and control the main power supply path.
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 by connecting an external power supply other than the main power supply unit and linking IP3 with an effective current detection unit configuration using the same principle as above or with a similar configuration inferred from the claims of the present invention.
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 hardware sample hold and comparison circuit. In the case of software using a microcomputer, the 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 obtain the average of duty ratio signals with opposite polarity, or the average of wide or narrow duty ratio signals with a 50% standard, and the charge pump linked to the rear of the mixing circuit can output a smooth DC as a control signal for the supplementary power supply, or can encode it with an encoder and then use it directly in the supplementary power supply, or can convert it again with a decoder in the supplementary power supply and use it.
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 an asynchronous duty ratio signal may 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 by applying an AND logic series to a rising command within an initial edge timing range that occurs when there is a change value of a valid current flowing, and applying an OR logic series including a NOT logic to a falling command at the time of the valid current decrease.
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 surge command signal observed as an output voltage that changes instantaneously at irregular intervals or at irregular levels depending on the load or main power 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, the effective current detection (IP3) can utilize a resistance sensor or a Hall sensor, and an insulation method using a photocoupler can also be additionally applied.
본 발명에서 전력은 전압과 전류의 곱을 의미하므로 EES충전계통의 충전에너지 측면에서 리플 전압이라는 것은 실질적으로 리플 전류와 동의어이다.In the present invention, power means the product of voltage and current, so in terms of charging energy of the EES charging system, ripple voltage is practically synonymous with ripple current.
주전원부와 보충전원부가 직렬로 연동된 구성에서 보충전원부를 제어하도록, 본 발명의 상세한 설명에 개시된 기능 내지 목적은 충전계통을 통하는 충전경로상에서 리플을 해소하거나 또는 서지성 펄스를 해소하기 위해 주전원부의 종단 출력이 복수의 레벨 전압을 가짐을 나타낸 것이다. 따라서 이러한 리플 해소 내지 서지성 펄스 해소를 하는 기능적 목적 범위에서 주전원부는 보충전원부와 통합된 구성으로 실시될 수 있다.The function or purpose disclosed in the detailed description of the present invention to control the supplementary power supply in a configuration where the main power supply and the supplementary power supply are connected in series is to indicate that the terminal output of the main power supply has multiple level voltages in order to eliminate ripple or surge pulse on a charging path through a charging system. Therefore, in the functional purpose range of eliminating ripple or surge pulse, the main power supply can be implemented in a configuration integrated with the supplementary power supply.
구체적으로, 주전원부가 역리플함수와 연계되는 컨버터(벅, 벅-부스트, 세픽 등)를 포함할 때는 주전원부에 포함된 컨버터 등이 “리플방지를 위한 보충전원부 연동”의 통합구성이 되는 것이고, Specifically, when the main power supply includes a converter (buck, buck-boost, Sepic, etc.) that is linked to the reverse ripple function, the converters included in the main power supply become an integrated configuration of “supplementary power supply linkage for ripple prevention.”
교류전원 변압기(트랜스)에 다수의 탭(단계 전압을 연결하는 단자)을 부가하고 여기에 스위칭 수단을 매개하여 주전원부와 펄스감지제어부를 연결할 때는 주전원부에 포함된 변압기(트랜스) 탭 등이 “서지성 펄스 방지를 위한 보충전원부 연동”의 통합 구성이 된다. 본 발명에서 서지성 펄스는 위험을 감지할 수 있는 잡음성 신호를 포함한다. When a plurality of taps (terminals for connecting step voltages) are added to an AC power transformer (transformer) and a switching means is interposed thereto to connect the main power supply and the pulse detection control unit, the transformer (transformer) taps included in the main power supply become an integrated configuration of “supplementary power supply linkage for preventing surge pulses.” In the present invention, the surge pulse includes a noise signal capable of detecting a danger.
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. 나아가 ESS와 통합된 충전제어장치로서 예를 들어 교통신호 제어, 음향 제어, 통신시스템, 모바일 충전기 등에서 비상전원용 DC전원 백업 시스템으로 실시 내지는 응용될 수 있다.In terms of industrial usability, the configuration of the present invention can be implemented as a configuration in which a main power supply unit and a supplementary power supply unit are integrated and mounted, and can be implemented as a structure in which the charging control device for charging the ESS is integrated and accommodated in at least one of a distribution board (distribution board), a junction box, or an inverter. Furthermore, as a charging control device integrated with an ESS, it can be implemented or applied as a DC power backup system for emergency power in, for example, traffic signal control, sound control, communication systems, and mobile chargers.
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. That is, each component can be understood as each process. In addition, the process of the above-described embodiment can be easily understood from a component perspective 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.In addition, the technical contents described above can be implemented in the form of program commands 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, 예를 들어 몰드된 패키지로 구성될 수 있다.The above computer-readable medium may include program commands, data files, data structures, etc., alone or in combination. The program commands recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments, or may be those known to and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, and hardware devices specially configured to store and execute program commands, such as ROMs, RAMs, and flash memories. Examples of the program commands include not only machine language codes generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, etc. The hardware devices may be configured by combining one or more software modules or hardware chips to perform the operations of the embodiments, for example, as a molded package.
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 the purpose of illustration, and those skilled in the art having common knowledge of the present invention 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 should be considered to fall within the scope of the following patent claims.
주전원부(1);
정류기부(1-1);
평활커패시터(1-2);
전원부 트랜스(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 supply (1);
Rectifier (1-1);
Smoothing capacitor (1-2);
Power supply transformer (1-3);
ESS, battery (2);
Charging control unit (3);
Subordinate unit (4);
Main power supply output voltage detection unit (VP2);
Charge controller output voltage detection unit (VP1);
Supplementary power supply output voltage detection unit (VP3);
Supplementary power supply (30);
Ripple detection unit (31);
Reverse ripple function generator (32);
Setting voltage detection unit (33);
Maximum power tracking unit (40);
Supplementary power supply operating current (IP1);
The remaining effective current detection unit (IP3) after deducting the power consumption of the supplementary power supply unit;
Burke converter (30-1, 30-2, 30-3, 30-4, 30-5);
Burke converter operating 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 surge control unit (40);
Instantaneous edge detection unit (40-1, 40-2);
Rising current surge command unit (40-3);
Rising current surge stop command (40-4);
Mixed balance section (40-7);
Filter section (40-7, 40-8);
Pulse detection unit (60-3);
Pulse detection control unit (60);
AC voltage limiter (60-1);
DC voltage limiter (60-4);
Bypass section (30-3);
Coil (30-4);
Capacitor (30-5);
MOSFET(30-1);
Claims (3)
상기 주전원부로부터 충전전력을 공급받는 충전계통 및 충전에너지를 저장하는 ESS부;
주전원부가 상기 충전계통으로 전력을 공급하도록 상기 주전원부를 보조하거나 주전원부의 출력을 제어하는 보충전원부;
상기 주전원부의 출력전압(또는 출력전류)이 리플을 포함하는 맥류일 때 상기 리플을 감지하는 리플감지부;
상기 리플감지부로부터 감지된 리플과 반대의 역상 리플을 발생하는 역리플함수발생부;를 포함하는 구성으로서,
상기 보충전원부와 상기 주전원부가 결합된 출력이 상기 충전계통으로 공급되되, 상기 리플감지부로부터 리플이 감지될 때 상기 역리플함수발생부로부터의 역리플함수에 의한 맥류 출력을 연계하여, 상기 충전에너지는 상기 리플이 상쇄된 직류가 되도록 제어되고,
상기 보충전원부는 주전원부의 전력 일부를 피드백 또는 독립된 외부 전원으로부터 가동전원을 조달하며,
상기 주전원부 또는 보충전원부에는 상기 충전계통에서 상기 ESS부의 충전 완료에 따른 펄스 전압이 감지될 때 상기 주전원부의 출력전압이 하향 조절되도록 제어하는 펄스감지제어부;가 연동되고,
상기 ESS부는 정전 대응용 백업 전원시스템에 연계되는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 충전제어장치.A main power supply that rectifies and outputs AC power;
A charging system that receives charging power from the main power supply and an ESS unit that stores charging energy;
A supplementary power supply unit that assists the main power supply unit to supply power to the charging system or controls the output of the main power supply unit;
A ripple detection unit that detects the ripple when the output voltage (or output current) of the main power unit is a pulse current including ripple;
A configuration including a reverse ripple function generating unit that generates a reverse ripple opposite to the ripple detected from the above ripple detecting unit;
The output of the above supplementary power supply and the above main power supply is combined and supplied to the charging system, and when a ripple is detected from the ripple detection unit, the pulse output by the reverse ripple function from the reverse ripple function generation unit is linked, so that the charging energy is controlled to become a direct current with the ripple canceled out.
The above supplementary power supply unit supplies operating power by feeding back part of the power of the main power supply unit or from an independent external power supply.
The main power supply or supplementary power supply is linked with a pulse detection control unit that controls the output voltage of the main power supply to be adjusted downward when a pulse voltage according to the completion of charging of the ESS unit is detected in the charging system;
An ESS charging control device characterized in that the above ESS unit includes a configuration linked to a backup power system for responding to a power outage.
상기 주전원부로부터 충전전력을 공급받는 충전계통 및 충전에너지를 저장하는 ESS부;
상기 주전원부에는 상기 충전계통에서 상기 ESS부의 충전 완료에 따른 펄스 전압이 감지될 때 상기 충전에너지 공급을 조절하도록 제어하는 펄스감지제어부;가 연동되어,
상기 충전계통이 상기 ESS부를 충전하되 상기 펄스감지제어부에서 상기 펄스 전압이 감지될 때 상기 주전원부의 전압이 하향 조절되며,
상기 ESS부는 정전 대응용 백업 전원시스템으로 연계되는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 충전제어장치.A main power supply configured to rectify and output AC power and to control the output voltage into multiple level voltages;
A charging system that receives charging power from the main power supply and an ESS unit that stores charging energy;
The above main power unit is linked with a pulse detection control unit that controls the supply of the charging energy when a pulse voltage according to the completion of charging of the ESS unit in the charging system is detected.
The above charging system charges the ESS unit, and when the pulse voltage is detected by the pulse detection control unit, the voltage of the main power unit is adjusted downward.
An ESS charging control device characterized in that the above ESS unit includes a configuration linked to a backup power system for responding to a power outage.
상기 보충전원부 또는 상기 주전원부에는 부하단으로 공급되는 유효전류를 감지하는 유효전류감지부 및 주전원부와 부하단의 결합을 최대전력으로 유지되도록 추적 제어하는 전류폭주제어부;를 연동한 구성을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 충전제어장치.In either of paragraphs 1 or 2,
An ESS charging control device characterized in that it further includes a configuration in which the supplementary power supply unit or the main power supply unit further includes an active current detection unit that detects an active current supplied to a load unit, and a current runaway control unit that tracks and controls the coupling of the main power supply unit and the load unit to be maintained at maximum power.
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