KR20130083500A - Single-stage battery charger without using electrolytic capacitors - Google Patents
Single-stage battery charger without using electrolytic capacitors Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130083500A KR20130083500A KR1020120002150A KR20120002150A KR20130083500A KR 20130083500 A KR20130083500 A KR 20130083500A KR 1020120002150 A KR1020120002150 A KR 1020120002150A KR 20120002150 A KR20120002150 A KR 20120002150A KR 20130083500 A KR20130083500 A KR 20130083500A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- voltage
- module
- capacitor
- battery charger
- series
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
- H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
- Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
Abstract
Description
본 발명은 전해커패시터가 없는 단일단 배터리 충전기에 관한 것으로, 모든 듀티영역에서 ZVS가 가능하여 전력 효율 및 전력 밀도를 높일수 있고, 전해커패시터를 사용하지 않아 제품의 수명이 향상될 수 있는 단일단 배터리 충전기에 관한 것이다.The present invention relates to a single-stage battery charger without an electrolytic capacitor, ZVS is possible in all duty areas to increase power efficiency and power density, single-stage battery charger that can improve the life of the product without using an electrolytic capacitor It is about.
하이브리드(HEV) 및 전기 자동차(EV)등에는 충전기가 탑재되는데, 이러한 탑재형 충전기는 고전력밀도, 저소음, 고효율이 요구되며 입력 전압의 범위 및 배터리 동작전압 범위가 모두 넓어야 한다. 도 1은 단일단 배터리 충전기의 구성도를 도시한 도면이다. 도 1에 따른 충전기는 역률보상과 배터리의 전압·전류 제어를 위한 AC-DC 컨버터로 구성된다. 종래의 단일단 AC-DC 컨버터로는 도 2와 같은 액티브 클램프회로를 적용한 부스트 풀브리지 컨버터가 있다. 이 컨버터는 하나의 클램프 스위치만으로 주 소자의 전압 클램프 및 영전압 스위칭을 성취하지만 추가적인 클램프 회로로 인하여 스위치 수가 증가하고, 클램프 스위치의 스위칭 주파수가 주 스위치의 스위칭 주파수의 2배가 되어 스위칭 손실이 증가하는 단점이 있다.In hybrid (HEV) and electric vehicles (EVs), chargers are mounted, which require high power density, low noise and high efficiency, and have a wide range of input voltages and battery operating voltages. 1 is a diagram illustrating a configuration of a single-stage battery charger. The charger according to FIG. 1 is composed of an AC-DC converter for power factor correction and voltage / current control of a battery. A conventional single stage AC-DC converter includes a boost full bridge converter employing an active clamp circuit as shown in FIG. 2. The converter achieves voltage clamp and zero voltage switching of the main element with only one clamp switch, but the additional clamp circuit increases the number of switches, and the switching frequency of the clamp switch doubles the switching frequency of the main switch, resulting in increased switching losses. There are disadvantages.
본 발명은 AC-DC 컨버터가 역률보상과 동시에 배터리의 전압전류 제어를 수행하면서 모든 듀티영역에서 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching, 이하, 'ZVS')이 가능하여 스위칭 손실을 줄이고, 소자 수가 적어 가격을 절감되며, 전해커패시터를 사용하여 제품의 수명이 향상되는 것을 목적으로 한다.According to the present invention, the AC-DC converter performs zero voltage switching in all duty regions while simultaneously performing power factor correction and battery current control, thereby reducing switching loss and reducing the number of devices. The purpose is to improve the life of the product by using an electrolytic capacitor.
본 발명에 따른 전해커패시터가 없는 단일단 배터리 충전기는, 외부전원에서 공급되는 AC 전압을 정류하여 DC 전압으로 만드는 다이오드 정류기, 정류된 DC 전압을 입력받아 복수개의 스위치를 상보적으로 스위칭하여 전압을 출력하는 스위칭 모듈, 상기 스위칭 모듈의 출력을 입력받아 승압하여 출력하는 변압 모듈 및 상기 변압 모듈의 출력을 입력받아 전압 더블러(Voltage doubler) 정류동작을 수행하는 정류 모듈을 포함하되, 상기 스위칭 모듈은 상기 외부전원에서 공급된 AC 전압을 DC 전압으로 정류하는 다이오드 정류기와 연결되어있으며, 인덕터와 직렬로 연결되어 있으며, 서로 병렬로 연결된 제1 스위치 및 제 2스위치, 상기 제1 스위치와 직렬로 연결되어 있는 제1 커패시터 및 상기 제2 스위치와 직렬로 연결되어있는 제2 커패시터를 포함한다. In the single-stage battery charger without an electrolytic capacitor according to the present invention, a diode rectifier for rectifying an AC voltage supplied from an external power source into a DC voltage, and receiving a rectified DC voltage to switch a plurality of switches to output a voltage A switching module configured to receive an output of the switching module, step up and output the output of the switching module, and a rectifying module configured to perform a voltage doubler rectification operation by receiving the output of the transformer module, wherein the switching module includes: It is connected to a diode rectifier for rectifying the AC voltage supplied from an external power source into a DC voltage, connected in series with the inductor, and connected in series with the first switch, the second switch, and the first switch connected in parallel with each other. And a second capacitor connected in series with a first capacitor and the second switch.
또한 변압모듈은 변압기 1차측 일단은 상기 인덕터와 직렬 연결되고, 타단은 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터 사이에 연결되며, 변압기 2차측은 상기 정류 모듈과 연결되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다. In addition, the transformer module is one end of the transformer primary side is connected in series with the inductor, the other end is connected between the first capacitor and the second capacitor, it is preferable that the transformer secondary side is connected to the rectifying module.
또한, 상기 정류 모듈은, 상기 변압기의 2차측 일단과 직렬 연결되어있는 제1 다이오드, 상기 변압기의 2차측 일단과 직렬연결되며 상기 제1 다이오드와 병렬연결되는 제2 다이오드, 상기 변압기의 2차측 타단과 직렬연결되어있는 제3 커패시터, 상기 변압기 2차측의 타탄과 직렬연결되며 상기 제3 커패시터와 병렬연결되는 제4 커패시터를 포함하는 것이 바람직하다.The rectifier module may include a first diode connected in series with one end of a secondary side of the transformer, a second diode connected in series with one end of a secondary side of the transformer and connected in parallel with the first diode, and the other side of the transformer. It is preferable to include a third capacitor connected in series with the stage, and a fourth capacitor connected in series with the tartan on the secondary side of the transformer and connected in parallel with the third capacitor.
상기 제1 스위치, 제2 스위치는 소정의 데드 타임(Dead-time)을 가지며, 외부에서 입력되는 스위치 구동신호에 의해 상보적으로 구동되는 것이 바람직하다.The first switch and the second switch have a predetermined dead time, and are preferably driven complementarily by a switch driving signal input from the outside.
또한, 상기 스위칭 모듈은, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 중 어느 하나 이상이 스위칭 되는 경우, 소정의 데드 타임(Dead-time)을 통해 0~1의 듀티 범위에서 동작하는 것이 바람직하다.In addition, when one or more of the first switch and the second switch are switched, the switching module preferably operates in a duty range of 0 to 1 through a predetermined dead time.
또한, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 서로 상보적 스위칭을 하며, 제1 스위치 및 제2스위치의 듀티는 배터리의 상태에 따라 상기 외부에서 공급되는 AC전압과 상기 인덕터 전류 및 배터리 전압을 피드백 받아 상기 배터리로 입력되는 전압을 일정하게 하며, 인덕터 전류를 정류된 AC전압과 동일한 모양이도록 AC-DC컨버터를 제어하는 제어부에서 발생하는 듀티를 사용하거나, 공급되는 AC전압과 상기 인덕터 전류 및 배터리 전류을 피드백 받아 상기 배터리로 입력되는 전류을 일정하며, 인덕터 전류를 정류된 AC전압과 동일한 모양이도록 AC-DC컨버터를 제어하는 제어부에서 발생하는 듀티를 사용한다.The first switch and the second switch are complementary to each other, and the duty of the first switch and the second switch feeds back the externally supplied AC voltage, the inductor current, and the battery voltage according to the state of the battery. The voltage inputted to the battery to make it constant, and use the duty generated from the control unit controlling the AC-DC converter so that the inductor current has the same shape as the rectified AC voltage, or supply the supplied AC voltage and the inductor current and battery current. In response to the feedback, the current input to the battery is constant, and the duty generated by the control unit controlling the AC-DC converter is used so that the inductor current has the same shape as the rectified AC voltage.
또한, 상기 제1 커패시터, 상기 제2 커패시터는 클램프 커패시터로 필름 커패시터를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 제3 커패시터, 상기 제4 커패시터는 스위칭 리플을 제거하기 위해 사용되는 커패시터로 필름 커패시터로 사용하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the first capacitor and the second capacitor use a film capacitor as a clamp capacitor, and the third capacitor and the fourth capacitor are used as a film capacitor as a capacitor used to eliminate switching ripple. desirable.
또한, 상기 제1 스위치, 제2 스위치는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)또는 IGBT등의 반도체 소자를 사용한다.The first switch and the second switch use a semiconductor device such as a metal oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) or an IGBT.
본 발명에 따르면, 데드 타임을 갖고 상보적 스위칭 동작을 통해 듀티변동이 심한 AC-DC컨버터의 모든 듀티영역에서 ZVS가능하므로 스위칭 손실을 줄일수 있는 효과가 있다.According to the present invention, ZVS is possible in all duty regions of an AC-DC converter having a dead time and having a fluctuating duty through a complementary switching operation, thereby reducing switching losses.
또한, 입력된 AC 전원을 배터리에 입력되는 DC 전압 또는 DC 전류로 변환하는데 필요한 소자 수가 적어 가격이 절감하는 효과가 있다.In addition, the number of devices required to convert the input AC power source into the DC voltage or DC current input to the battery has a low cost effect.
또한, 상기 제1 커패시터, 상기 제2 커패시터, 상기 제3 커패시터, 상기 제4 커패시터가 모두 필름 커패시터로 구성되어 있으므로 제품의 수명이 향상되는 효과가 있다. In addition, since the first capacitor, the second capacitor, the third capacitor, and the fourth capacitor are all composed of a film capacitor, the life of the product is improved.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단일단 배터리 충전기 전체구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 종래의 단일단 배터리 충전기의 상세 회로를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 단일단 배터리 충전기의 상세 회로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 단일단 배터리 충전기의 부하 상황에 따른 ZVS동작을 나타내는 파형이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 단일단 배터리 충전기의 각 구간별 전류 흐름도를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 단일단 배터리 충전기의 각 구간별 파형도를 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명에 따른 단일단 배터리 충전기의 확장에 따른 회로도를 도시한 도면이다.1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a single-stage battery charger according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a detailed circuit of a conventional single stage battery charger.
3 is a diagram illustrating a detailed circuit of a single-stage battery charger according to the present invention.
4 is a waveform illustrating ZVS operation according to a load condition of a single-stage battery charger according to the present invention.
5A to 5D are diagrams showing a current flow chart for each section of the single-stage battery charger according to the present invention.
6 is a view showing a waveform diagram for each section of a single-stage battery charger according to the present invention.
7A to 7B are circuit diagrams illustrating an extension of a single-stage battery charger according to the present invention.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 발명의 기술적 요지와 직접적 관련이 없는 구성에 대해서는 본 발명의 기술적 요지를 흩뜨리지 않는 범위 내에서 생략하였음에 유의하여야 할 것이다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 발명자가 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 적절한 용어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.Before describing the details for carrying out the present invention, it should be noted that configurations that are not directly related to the technical gist of the present invention are omitted within the scope of not distracting the technical gist of the present invention. It is also to be understood that the terminology or words used in the present specification and claims should be interpreted with reference to the meaning of the inventive concept of the present invention based on the principle that the inventor can define the concept of appropriate terms to describe his invention in the best way It should be interpreted as a concept.
본 발명에 따른 충전기에 대하여 도3을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 전해커패시터가 없는 단일단 배터리 충전기의 경우, 외부전원에서 공급되는 AC 전압(500)을 정류하여 DC 전압으로 만드는 다이오드 정류기(100), 정류된 DC 전압을 입력받아 복수개의 스위치를 상보적으로 스위칭하여 전압을 출력하는 스위칭 모듈(200), 상기 스위칭 모듈(200)의 출력을 입력받아 승압하여 출력하는 변압 모듈(300) 및 상기 변압 모듈의 출력을 입력받아 전압 더블러(Voltage doubler) 정류동작을 수행하는 정류 모듈(400)을 포함하되, 상기 스위칭 모듈(200)은 상기 외부전원에서 공급된 AC 전압(500)을 DC 전압으로 정류하는 다이오드 정류기(100)와 연결되어있으며, 인덕터(L1)와 직렬로 연결되어 있으며, 서로 병렬로 연결된 제1 스위치(S1) 및 제 2스위치(S2), 상기 제1 스위치(S1)와 직렬로 연결되어 있는 제1 커패시터(C1) 및 상기 제2 스위치(S2)와 직렬로 연결되어있는 제2 커패시터(C2)를 포함한다. A charger according to the present invention will be described with reference to FIG. In the case of a single-stage battery charger without an electrolytic capacitor according to the present invention, the
또한 변압모듈(300)은 변압기 1차측 일단은 상기 인덕터(L1)와 직렬 연결되고, 타단은 상기 제1 커패시터(C1) 및 상기 제2 커패시터사이(C2)에 연결되며, 변압기 2차측은 상기 정류 모듈(400)과 연결되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다. In addition, the
또한, 상기 정류 모듈(400)은, 상기 변압기의 2차측 일단과 직렬 연결되어있는 제1 다이오드(D1), 상기 변압기의 2차측 일단과 직렬연결되며 상기 제1 다이오드와 직렬연결되는 제2 다이오드(D2), 상기 변압기의 2차측 타단과 직렬연결되어있는 제3 커패시터(Co1), 상기 변압기 2차측의 타탄과 직렬연결되며 상기 제3 커패시터와 직렬연결되는 제4 커패시터(Co2)를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the
상기 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2)는 소정의 데드 타임(Dead-time)을 가지며, 외부에서 입력되는 스위치 구동신호에 의해 상보적으로 구동되는 것이 바람직하다.The first switch S1 and the second switch S2 have a predetermined dead time, and are preferably driven complementarily by a switch driving signal input from the outside.
또한, 상기 스위칭 모듈(200)은, 상기 제1 스위치(S1), 상기 제2 스위치(S2) 중 어느 하나 이상이 스위칭 되는 경우, 소정의 데드 타임(Dead-time)을 통해 0~1의 듀티 범위에서 동작하는 것이 바람직하다.In addition, when one or more of the first switch S1 and the second switch S2 are switched, the
또한, 상기 제1 스위치(S1) 및 상기 제2 스위치(S2)는 서로 상보적 스위칭을 하며, 제1 스위치(S1) 및 제2스위치(S2)의 듀티는 배터리(600)의 상태에 따라 상기 외부에서 공급되는 AC전압(500)과 상기 인덕터(L1) 전류 및 배터리(600) 전압을 피드백 받아 상기 배터리(600)로 입력되는 전압을 일정하게 하며, 인덕터(L1) 전류를 정류된 AC전압(500)과 동일한 모양이도록 AC-DC컨버터(700)를 제어하는 제어부(800)에서 발생하는 듀티를 사용하거나, 공급되는 AC전압(500)과 상기 인덕터(L1) 전류 및 배터리(600) 전류을 피드백 받아 상기 배터리(600)로 입력되는 전류을 일정하며, 인덕터(L1) 전류를 정류된 AC전압(500)과 동일한 모양이도록 AC-DC컨버터(700)를 제어하는 제어부(800)에서 발생하는 듀티를 사용한다.In addition, the first switch S1 and the second switch S2 are complementary to each other, and the duty of the first switch S1 and the second switch S2 depends on the state of the
또한, 상기 제1 커패시터(C1), 상기 제2 커패시터(C2)는 클램프 커패시터로 필름 커패시터를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 제3 커패시터(Co1), 상기 제4 커패시터(Co2)는 스위칭 리플을 제거하기 위해 사용되는 커패시터로 필름 커패시터로 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 preferably use a film capacitor as a clamp capacitor, and the third capacitor Co1 and the fourth capacitor Co2 eliminate switching ripple. It is preferable to use the film capacitor as the capacitor used to.
또한, 상기 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)또는 IGBT등의 반도체 소자를 사용한다.In addition, the first switch S1 and the second switch S2 use a semiconductor device such as a metal oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) or an IGBT.
다음은 도4를 참조하여 단일단 배터리 충전기의 부하 상황에 따른 ZVS동작에대하여 설명한다. 각 부하 상황 500W 내지 3kW에서 모두 ZVS동작을 하며 또한 듀티가 0.39 내지 0.54에서도 ZVS동작을 확인할 수 있다.Next, a ZVS operation according to a load situation of a single-stage battery charger will be described with reference to FIG. 4. ZVS operation is performed in each
다음은 구성한 본 발명의 실시예에 따른 동작 과정을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 5a 내지 도 5d에 충전기의 각 구간별(t0~t1, t1~t2, t2~t3, t3~t4) 전류 흐름도를 도시하였다. 도 5a 내지 도 5d에서 굵게 표시된 선은 각 구간(t0~t1, t1~t2, t2~t3, t3~t4)에서 실제 전류가 흐르는 전류 경로를 의미한다. 도 6은 충전기의 파형도를 도시하였다.Next, an operation process according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 5A to 5D show a current flow charts for each section (t0 to t1, t1 to t2, t2 to t3, and t3 to t4) of the charger. The bold lines in FIGS. 5A to 5D mean current paths through which an actual current flows in each section t0 to t1, t1 to t2, t2 to t3, and t3 to t4. 6 shows a waveform diagram of a charger.
첫째로, 본 발명에 따른 전해커패시터가 없는 단일단 배터리 충전기의 상기 t0~t1구간내 동작을 도 5a와 도 6을 참조하여 설명하면, 스위치(SL)가 턴온 되면 스위치(SL)의 ZVS Turn-on을 성취하고, 인덕터(L)에는 입력전압이 걸려 양의 기울기로 전류가 증가하며, 누설인덕터(Lk)에는 -Vc3/n - Vc2의 전압이 걸려 음의 기울기로 전류가 감소하게 되고 누설인덕터(Lk) 전류와 다이오드(DU) 전류가 0이 되면서 다이오드(DU)의 ZCS Turn-off에 의해 턴오프되며 구간이 종료된다.First, the operation in the t0 ~ t1 section of the single-stage battery charger without the electrolytic capacitor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 5A and 6, when the switch SL is turned on, the ZVS Turn- On, the inductor (L) takes the input voltage and increases the current with a positive slope, and the leakage inductor (Lk) takes the voltage of -Vc3 / n-Vc2 and the current decreases with the negative slope and the leakage inductor (Lk) As the current of the diode (DU) becomes 0, it is turned off by ZCS turn-off of the diode (DU) and the section ends.
둘째로, 본 발명에 따른 전해커패시터가 없는 단일단 배터리 충전기의 상기 t1~t2구간내 동작을 도 5b와 도 6을 참조하여 설명하면, 인덕터(L) 전류는 이전과 동일하게 양의 기울기로 전류가 증가하며, 누설 인덕터(Lk) 전류의 방향이 바뀌고 스위치(SL)에는 인덕터(L) 전류와 누설 인덕터(Lk) 전류의 합이 흐르다가 스위치(SL)가 턴오프되면서 구간이 종료된다.Second, the operation in the t1 ~ t2 section of the single-stage battery charger without the electrolytic capacitor according to the present invention with reference to Figures 5b and 6, the inductor (L) current is the same as the positive slope as before Is increased, the direction of the leakage inductor (Lk) current is changed, the sum of the inductor (L) current and the leakage inductor (Lk) current flows through the switch SL, and the section ends as the switch (SL) is turned off.
세째로, 본 발명에 따른 전해커패시터가 없는 단일단 배터리 충전기의 상기 t2~t3구간내 동작을 도 5c와 도 6을 참조하여 설명하면, 스위치(SU)가 턴온 되면 스위치(SU)의 ZVS Turn-on을 성취하고, 인덕터(L)에는 Vin-Vc1-Vc2이 걸려 음의 기울기로 전류가 감소하며, 누설인덕터(Lk)에는 Vc4/n + Vc1의 전압이 걸려 양의 기울기로 전류가 증가하게 되고 누설인덕터(Lk) 전류와 다이오드(DL) 전류가 0이 되면서 다이오드(DL)의 ZCS Turn-off에 의해 턴오프되며 구간이 종료된다.Third, the operation in the t2 to t3 section of the single-stage battery charger without the electrolytic capacitor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 5C and 6, when the switch SU is turned on, the ZVS Turn- of the switch SU is turned on. on, Vin-Vc1-Vc2 is applied to the inductor (L) to decrease the current by a negative slope, and leakage inductor (Lk) is applied to the voltage of Vc4 / n + Vc1 to increase the current to a positive slope As the leakage inductor (Lk) current and the diode (DL) current becomes 0, they are turned off by the ZCS turn-off of the diode (DL) and the section ends.
네째로, 본 발명에 따른 전해커패시터가 없는 단일단 배터리 충전기의 상기 t3~t4구간내 동작을 도 5d와 도 6을 참조하여 설명하면, 인덕터(L) 전류는 이전과 동일하게 음의 기울기로 전류가 감소하며, 누설 인덕터(Lk) 전류 역시 이전상황과 동일하며 스위치(SU)에는 인덕터(L) 전류와 누설 인덕터(Lk) 전류의 차가 흐르다가 스위치(SU)가 턴 오프되면서 구간이 종료된다.Fourth, the operation in the t3 ~ t4 section of the single-stage battery charger without the electrolytic capacitor according to the present invention with reference to Figure 5d and 6, the inductor (L) current is the same as the negative slope as before The leakage inductor (Lk) current is also the same as the previous situation, the difference between the inductor (L) current and the leakage inductor (Lk) current flows through the switch (SU), the section ends as the switch (SU) is turned off.
다음은 본 발명에 따른 전해커패시터가 없는 단일단 배터리 충전기가 다상에 적용된 실시예를 설명한다.The following describes an embodiment in which a single-stage battery charger without an electrolytic capacitor according to the present invention is applied to a multiphase.
<제1 실시예>≪
도 7a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예 중 제1 실시예에 따른 스위칭 모듈(200A)은 서로 병렬로 연결된 제1,2, ... N 인덕터(L1, L2, ... LN), 서로 병렬로 연결되어 한 쌍으로 이루어지고, 상기 제1,2, ... N 인덕터(L1, L2, ... LN)와 각각 직렬로 접속되는 다수개의 상, 하측 스위치(S1, S2, ... SN, S'1, S'2 ... S'N)및 서로 직렬로 연결되어 각각의 상,하측 스위치(S1, S2, ... SN, S'1, S'2, ... S'N)에 각각 병렬로 접속하는 상, 하측 커패시터(C1, C2, ... CN, C'1, C'2, ... C'N)를 포함한다.As shown in FIG. 7A, the
또, 변압 모듈(300A)은 상기 제1,2, ... N 인덕터(L1, L2, ... LN)와 1차측이 서로 직렬로 연결된 제 1,2, ... N 변압기를 포함하며, 상기 변압 모듈(300A)의 다른 선은 각각의 상, 하측 커패시터(C1, C2, ... CN, C'1, C'2, ... C'N)사이에 접속된다.In addition, the
그리고, 정류 모듈(200A)은 각각의 변압기의 2차측에 연결되어 있으며, 각 변압기의 2차측에 연결된 부하측에서 상기 각각의 변압기에서 출력된 전압을 정류한다.The
따라서, 상기 정류 모듈은 각각의 변압기의 2차측 하나의 선과 직렬로 연결되는 다이오드, 각각의 변압기의 2차측 타단과 연결되며, 상기 상,하측 다이오드(D1,D2, ... D3, D'1, D'2, ... D'N)에 각각 병렬로 접속됨과 동시에 서로 직렬로 연결된 커패시터(Co1,Co2)를 구비하고 있다.Therefore, the rectifier module is connected to the secondary line of each transformer in series, the second terminal of each transformer is connected to the other, the upper and lower diodes (D1, D2, ... D3, D'1 , D'2, ... D'N) are respectively connected in parallel with the capacitors (Co1, Co2) connected in series with each other.
또한, 상기 스위칭 모듈(200A)은 상기 상보적 스위칭 시 360/N 도의 위상차를 가지도록 스위칭 주파수를 2분주하여 상기 상, 하측 스위치(S1, S2, ... SN, S'1, S'2 ... S'N)로 출력하는 주파수 제어수단(미도시)을 더 포함한다.In addition, the
즉, 본 발명의 실시예에 따른 전해커패시터가 없는 단일단 배터리 충전기는 N 상으로 늘릴 경우의 결선을 도시하였고, 각 상은 360/N의 위상차를 가진다.That is, the single-stage battery charger without the electrolytic capacitor according to the embodiment of the present invention shows the connection in the case of stretching to N phase, each phase has a phase difference of 360 / N.
<제2 실시예>Second Embodiment
도 7b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예 중 제2 실시예에 따른 스위칭 모듈(200B)은 서로 병렬로 연결된 인덕터(L11, L12, ... L1P), 서로 병렬로 연결되어 한 쌍으로 이루어지고, 상기 제11,12, ... 1PN 인덕터(L11, L12, ... L1P)와 각각 직렬로 접속되는 다수개의 상, 하측 스위치(S11, S12, ... S1P, S'11, S'12 ... S'1P)및 서로 직렬로 연결되어 각각의 상,하측 스위치(S11, S12, ... S1P, S'11, S'12, ... S'1P)에 각각 병렬로 접속하는 상, 하측 커패시터(C11, C12, ... C1P, C')를 포함한다.As shown in FIG. 7B, the
또, 변압 모듈(300B)은 상기 제11,12, ... 1P 인덕터(L11, L12, ... L1P)와 1차측이 서로 직렬로 연결된 제 11,12, ... 1P 변압기를 포함하며, 상기 변압 모듈(300B)의 다른 선은 중성선(N1)에 연결된다.In addition, the
그리고, 정류 모듈(400B)은 각각의 변압기의 2차측에 연결되어 있으며, 각 변압기의 2차측에 연결된 부하측에서 상기 각각의 변압기에서 출력된 전압을 정류한다.The
따라서, 상기 정류 모듈(400B)은 각각의 변압기의 2차측 하나의 선과 직렬로 연결되는 다이오드, 각각의 변압기의 2차측 중성선(N2) 선과 연결되며, 상기 다이오드(D11,D12, ... , D1P, D'11, D'12, ... , D'1P)에 각각 병렬로 접속됨과 동시에 서로 직렬로 연결된 커패시터(Co11,Co12)를 구비하고 있다.Therefore, the
또한, 상기 스위칭 모듈(200B)은 상기 상보적 스위칭 시 360/N 도의 위상차를 가지도록 스위칭 주파수를 2분주하여 상기 상, 하측 스위치(S1, S2, ... SN, S'1, S'2 ... S'N)로 출력하는 주파수 제어수단(미도시)을 더 포함한다.In addition, the
즉, 본 발명의 실시예에 따른 전해커패시터가 없는 단일단 배터리 충전기는 N 상으로 늘릴 경우의 결선을 도시하였고, 각 상은 360/N의 위상차를 가진다.That is, the single-stage battery charger without the electrolytic capacitor according to the embodiment of the present invention shows the connection in the case of stretching to N phase, each phase has a phase difference of 360 / N.
100 : 다이오드 정류기 200 : 스위칭 모듈
300 : 변압 모듈 400 : 정류 모듈
500 : AC 전원 600 : 배터리100: diode rectifier 200: switching module
300: transformer module 400: rectification module
500: AC power 600: battery
Claims (7)
An AC-DC converter converting AC power into direct current; A diode rectifier 100 rectifying the AC voltage to produce a DC voltage; A switching module 200 that receives the rectified DC voltage and complementarily switches a plurality of switches to output a voltage; A transformer module 300 which receives the output of the switching module 200 and boosts the output of the switching module 200; Rectification module 400 for receiving the output of the transformer module 300 performs a voltage doubler rectification operation; And a voltage and current controller 800 for controlling the AC-DC converter to receive a voltage and a current of the AC power and a voltage and a current input to the battery so that the voltage or current input to the battery is constant.
The first capacitor and the second capacitor of the switching module 200 and the voltage doubler rectifier module 400 use a film capacitor as a clamp capacitor, and the third capacitor and the fourth capacitor provide switching ripple. Battery charger using film capacitors as capacitors used to remove
The switching module 200 includes a plurality of filter inductors connected in parallel to each other, a plurality of MOSFETs or IGBTs connected in parallel to each other, and connected in series with the plurality of filter inductors, respectively. A battery charger comprising a plurality of capacitors connected in series with each other and connected in parallel to the plurality of MOSFETs or IGBTs, respectively.
The battery charger according to claim 1, wherein the transformer module 300 includes a plurality of transformers connected in series with each other.
The battery charger of claim 1, wherein the voltage doubler rectifier module 400 includes a filter capacitor connected in parallel with a plurality of rectifier diodes connected in series with each other.
The battery charger of claim 1, wherein the switching module 200 has a predetermined dead time and is driven complementarily by a switch driving signal input from an external device.
The battery charger of claim 1, wherein the switching module 200 operates in a duty range of 0 to 1 through a predetermined dead-time.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120002150A KR20130083500A (en) | 2012-01-06 | 2012-01-06 | Single-stage battery charger without using electrolytic capacitors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120002150A KR20130083500A (en) | 2012-01-06 | 2012-01-06 | Single-stage battery charger without using electrolytic capacitors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20130083500A true KR20130083500A (en) | 2013-07-23 |
Family
ID=48994484
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020120002150A KR20130083500A (en) | 2012-01-06 | 2012-01-06 | Single-stage battery charger without using electrolytic capacitors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20130083500A (en) |
-
2012
- 2012-01-06 KR KR1020120002150A patent/KR20130083500A/en not_active Application Discontinuation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI467909B (en) | DC-DC converters and vehicles | |
US7746669B2 (en) | Bidirectional battery power inverter | |
US9787190B2 (en) | Power conversion device and in-vehicle power supply device equipped with same | |
US9614453B2 (en) | Parallel hybrid converter apparatus and method | |
US9425641B2 (en) | Battery charging apparatus | |
JP2015159711A (en) | Switching power supply and power converter | |
US9209698B2 (en) | Electric power conversion device | |
JP2012249375A (en) | Power supply device | |
TW201232989A (en) | Resonance type charging device and vehicle using the same | |
US11296607B2 (en) | DC-DC converter | |
JP2013038921A (en) | Step-up chopper circuit, and power supply device including the same | |
KR20090033087A (en) | Boost dc-dc converter with high efficiency | |
JP2012085465A (en) | Power supply device | |
EP2949035A1 (en) | Ac-ac converter device | |
KR101558770B1 (en) | Charging device of vehicle | |
Lin et al. | A new ZVS DC/DC converter with three APWM circuits | |
Bolte et al. | Bidirectional resonant converter with integrated magnetics for on-board chargers | |
US20110058392A1 (en) | Current-sharing power supply apparatus | |
US20230006566A1 (en) | Dc-dc converter | |
US20230322105A1 (en) | Charging device and method for operating the charging device | |
KR101100000B1 (en) | Apparatus for converting electric power | |
JP2013034279A (en) | Multi-phase converter circuit | |
KR101024307B1 (en) | Circuit for converting dc to dc | |
KR20130083500A (en) | Single-stage battery charger without using electrolytic capacitors | |
JP2015139312A (en) | Switching power supply arrangement and electric power converter unit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
E601 | Decision to refuse application |