KR101323921B1

KR101323921B1 - 전력 변환 장치 및 이의 동작 방법

Info

Publication number: KR101323921B1
Application number: KR1020120042884A
Authority: KR
Inventors: 진호상; 이재호; 박찬기
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2032-04-24

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 동작 방법은 정전압 출력용 전해 콘덴서의 온도를 측정하는 단계; 상기 측정한 온도와 기설정된 기준 온도 범위를 비교하는 단계; 상기 측정한 온도가 상기 기준 온도 범위에 속하면, 상기 전력 변환 장치를 통해 제 1 전류를 출력하는 단계; 및 상기 측정한 온도가 상기 기준 온도 범위를 벗어나면, 상기 전력 변환 장치를 통해 상기 제 1 전류보다 낮은 제 2 전류를 출력하는 단계를 포함한다.

Description

전력 변환 장치 및 이의 동작 방법{POWER CONVERSION DEVICE AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것으로, 특히 외부 환경의 변화에서도 안정적인 동작을 수행할 수 있는 전력 변환 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.

전기자동차는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고 배터리와 전기 모터를 사용하는 자동차를 말한다. 전기자동차는 1873년도에 최초 제작되었으나, 배터리의 무거운 중량, 충전시간 등의 기술적 한계로 인해 실용화되지 못했다.

한편, 전기자동차는 간단한 구조와 내구성이 크며 운전이 쉬운 점 등의 장점으로 미국에서 1920년대 중반까지 소량 생산되었다. 최근에는 미국과 유럽을 중심으로 환경오염(공해) 문제로 인해 차량의 배기가스 규제가 높아지고 있으며, 유가가 급등하고 있어 전기자동차가 차세대 차량으로 주목되고 있다. 즉, 공해 없는 전기 에너지를 사용하는 전기 자동차는, 대기오염 요인의 70% 내외를 차지한다고 하는 내연식 엔진 자동차의 유해한 배기가스나 소음 등 환경 문제를 근본적으로 해결할 수 있고, 또 석유 등 화석 연료의 자원수명을 배 이상으로 연장할 수 있다.

그에 따라, 1990년부터 전기자동차와 관련된 다양한 기술이 개발되었다. 즉, 자동차 생산 업체에서는 전기자동차의 기술적 문제인 상대적으로 낮은 배터리 용량, 긴 충전시간, 짧은 운행거리, 늦은 운행 속도를 개선하기 위한 다양한 기술을 개발하고 있는 추세에 있다.

최근에는 전기자동차의 문제점 중 하나인 긴 충전시간을 극복하기 위해서 전기자동차의 충전을 위한 충전 인프라용 인터페이스 부품이 개발되었다. 전기자동차 충전 인프라용 인터페이스 부품은 전기를 동력원으로 사용하는 자동차에 외부에서 전기에너지를 공급하기 위한 차량과 외부 전력계통 사이를 연결하는 충전 인터페이스 모듈과 충전스탠드가 있다. 충전스탠드는 기존 주유기에 해당하는 장치로, 전기자동차와 상용 교류전력계통을 연계하기 위한 전력제어 장치 및 충전 모니터링 장치 등이 포함되어 있다.

이와 같은, 전기 자동차에 구비되는 전장품은 영하의 환경에서도 동작을 하기 위해서 안정성이 유지되어야 한다.

하지만, 전기 자동차용 충전기를 포함하는 역률 보상 회로에 구비된 전해 콘덴서는 온도에 영향을 많이 받으며, 상기 온도는 상기 전해 콘덴서의 동작 안정성에 영향을 준다.

즉, 상기 전해 콘덴서는 저온에서 등가 직렬 저항(ESR:Equivalet Series Resistor)이 커지는 특성이 있으며, 상기 등가 직렬 저항이 커짐에 따라 전력 손실이 증가함과 동시에 허용 전류 리플이 낮아지는 문제가 있다.

그러나, 기존에는 저온에서의 전해 콘덴서 안정화를 위한 기능을 제공하지 않았으며, 이에 따라 저온에서 전해 콘덴서의 안정성이 낮아질 수 있으므로, 저온에서의 전해 콘덴서의 안정성을 향상시키기 위한 방법이 필요하다.
(특허문헌 1) KR1020010036564 A1
(특허문헌 2) KR1020090100575 A1

본 발명에 따른 실시 예에서는, 저온에서도 안정적인 전력 변환 동작을 수행할 수 있는 전력 변환 장치 및 이의 동작 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 전력 변환 장치에 포함된 전해 콘덴서의 동작 안정성을 확보할 수 있는 전력 변환 장치 및 이의 동작 방법을 제공한다.

제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치는 외부로부터 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하며, 정전압 출력용 전해 콘덴서를 포함하는 승압 변환부; 상기 승압 변환부의 출력단에 접속되고, 상기 승압 변환부를 통해 변환된 직류 전원을 배터리 충전을 위한 직류 전원으로 변환하는 직류-직류 변환부; 및 상기 승압 변환부에 구비된 전해 콘덴서의 온도를 측정하고, 상기 측정한 온도에 따라 상기 직류-직류 변환부의 출력 전류를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 전해 콘덴서의 온도가 기준 온도 범위 내에 속하면, 상기 직류-직류 변환부를 통해 기준 전류가 출력되도록 하고, 상기 전해 콘덴서의 온도가 상기 기준 온도 범위를 벗어나면, 상기 직류-직류 변환부를 통해 상기 기준 전류보다 낮은 전류가 출력되도록 한다.

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 온도에 따라 콘덴서에 흐르는 전류를 제어함으로써, 전해 콘덴서의 안정성을 향상시킬 수 있다. 즉, 저온에서 전해 콘덴서의 온도를 증가시켜 등가 직렬 저항을 감소시키고, 허용 전류 리플을 증가시키므로, 전해 콘덴서의 안정성을 향상시키면서 전해 콘덴서의 크기를 컴팩트화할 수 있다.

또한, 일반적으로 자동차 전장을 포함한 전력 변환 회로에서는 DSP(Digital Signal Processor) 채용이 기본이므로, 추가적인 비용 없이 손 쉽게 구축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전해 콘덴서(C1)의 온도별 동작 특성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저온에서의 추종 전류 값을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 저온에서의 추종 전류 값을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고온에서의 추종 전류 값을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 동작 방법을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 제 1 안전 모드 수행 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 6에 도시된 제 2 안전 모드 수행 방법을 설명하는 도면이다.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들뿐만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 전력 변환 장치(100)는 입력 정류부(110), 승압 변환부(120), 직류-직류 변환부(130), PWM 출력부(140), 메모리부(150) 및 제어부(160)를 포함한다.

직류-직류 변환부(130)는 인버터부(132)와, 출력 정류부(134)를 포함한다.

입력 정류부(110)는 풀-브리지 다이오드이며, 전원 입력단을 통해 입력되는 상용 교류 전원을 직류 전원으로 정류한다.

특히, 입력 정류부(110)는 승압 변환부(120)에 포함된 제 1 스위칭 소자(Q1)의 턴-오프(turn off) 시, 인덕터 코일(L1)의 역기 전력에 의한 전류를 승압 변환부(120)의 출력 측으로 흐르게 하여 전력 변환 효율을 높여준다.

승압 변환부(120)는 일명 역률 보정부로도 부를 수 있는 바와 같이, 승압된 직류 전압을 출력하는 승압 기능 외에 출력 전압 및 입력 전압과 같은 위상의 입력 전류를 만들어 역률을 보정하는(향상시키는) 기능을 가진다.

승압 변환부(120)는 입력 정류부(110)를 통해 정류된 직류 전원을 입력받고, 상기 입력된 직류 전원으로부터의 전압을 승압하여 제공하기 위해 제 1 스위칭 소자(Q1)와 인덕터 코일(Inductor coil)(L1)과, 전해 콘덴서(C1)를 포함한다.

상기 승압 변환부(120)의 출력 전압 및 입력 전압과 같은 위상의 입력 전류를 만드는 것은 제 1 스위칭 소자(Q1)의 스위칭 동작을 제어하는 PWM 출력부(140)의 제어에 의해서, 즉 상기 PWM 출력부(140)를 통해 출력되는 PWM 신호에 의해서 달성될 수 있다.

전해 콘덴서(C1)는 그의 충전 전압에 의해 승압 변환부(120)의 직류 출력 전압을 일정하게 유지하여 출력하기 위한 정전압 출력용 커패시터이다.

승압 변환부(120)는 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)에는 역전 방지용 다이오드가 접속되고, 다이오드(D1)도 전해 콘덴서(C1) 측으로의 전류 흐름만 허용하고 그 반대의 전류 흐름은 불허하기 위해 상기 제 1 스위칭 소자(Q1)의 출력단에 접속된다.

직류-직류 변환부(130)는 승압 변환부(120)의 출력단에 접속된다.

직류-직류 변환부(130)는 인버터부(132), 트랜스포머(transformer)(Tr)와, 출력 정류부(134)를 포함한다.

인버터부(132)는 승압 변환부(120)로부터의 직류를 교류로 변환하며, 다수의 제 2 스위칭 소자를 갖는다. 제 2 스위칭 소자는 게이트(gate) 제어에 의해 턴-온 또는 턴-오프 제어되는 반도체 스위치로 구성될 수 있으며, 예컨대 SCR(Silcon Coupled Rectifier), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등으로 구성될 수 있다. 인버터부(132)를 구성하는 제 2 스위칭 소자들 각각에 병렬로 접속된 바디 다이오드는 인버터부(132)의 출력 측으로부터 제 2 스위칭 소자 측으로 역전하여 흘러 들어오는 전류 흐름을 불허하기 위한 역전 방지용 다이오드이다.

인버터부(132)의 제 2 스위칭 소자의 스위칭 제어는 전기 자동차용 구동용 배터리(B)로 최종 출력되는 최종 출력 전압과 최종 출력 전류를 일정하게 제어하는 PWM 출력부(140)의 제어에 의해서, 즉, PWM 출력부(140)가 출력하는 펄스폭변조신호(PWM)에 의해서 달성될 수 있다.

트랜스포머(Tr)는 인버터부(132)에 접속되어 교류 전원을 출력 정류부(134)로 전달한다.

출력 정류부(134)는 트랜스포머(Tr)의 출력단(즉, 2차측 권선)에 접속되어 상기 트랜스포머(Tr)를 통해 전달되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 상기 변환된 직류 전원을 전기자동차용 배터리, 즉 전기자동차 구동용 배터리에 충전을 위한 직류 전원을 공급한다.

본 발명에 따른 전기 자동차용 전력 변환 장치는 도 1에 도시된 바와 같은 PWM 출력부(140), 메모리부(150) 및 제어부(160)를 더 포함한다.

PWM 출력부(140)는 승압 변환부(120)에 포함된 제 1 스위칭 소자의 제어 및 인버터부(132)에 포함된 제 2 스위칭 소자의 제어를 수행한다.

이때, PWM 출력부(140)는 후술할 제어부(160)를 통해 제공되는 기준 전류에 따른 추종 전류를 이용하여 상기 직류-직류 변환부(130)의 출력 전류가 상기 추종 전류를 추종하도록 상기 제 1 스위칭 소자 및 제 2 스위칭 소자의 동작을 제어한다.

메모리부(150)는 상기 제 1 및 2 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하기 위해 필요한 다양한 정보를 저장한다. 메모리부(150)는 램이나 롬(EEPROM)으로 구현 가능하다.

한편, 도면상에는 메모리부(150)가 제어부(160)와 별도로 구성된다고 도시하였지만, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐 상기 메모리부(150)는 제어부(160) 내에 포함될 수 있다.

메모리부(150)에 저장되는 정보에는 상기 승압 변환부(120)에 포함된 전해 콘덴서(C1)의 온도에 따른 상기 승압 변환부(120)의 동작 조건 정보를 저장한다.

상기 동작 조건 정보는, 상기 승압 변환부(120)의 온도, 정확하게는 상기 승압 변환부(120)에 포함된 전해 콘덴서(C1)의 온도에 따라 상기 직류-직류 변환부(130)의 출력 전류를 조정하기 위한 테이블이 저장되어 있다.

제어부(160)는 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도를 측정하고, 상기 측정한 온도에 따라 상기 직류-직류 변환부(130)의 출력 전류를 조정한다. 보다 구체적으로, 제어부(160)는 상기 측정한 온도에 따라 상기 출력 전류가 조정되도록 상기 PWM 출력부(140)에 기준 전류에 따른 추종 전류 값을 제공한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전해 콘덴서(C1)의 온도별 동작 특성을 나타낸 도면이다.

전해 콘덴서(C1)는 온도에 따라 동작 특성이 변화한다. 즉, 저온에서의 전해 콘덴서(C1)는 상온이나 고온에서 동작하는 경우보다 ESR이 현저히 증가하게 된다. 또한, 저온에서의 전해 콘덴서(C1)는 그 허용 리플 전류 또한 줄어드는 특성을 나타낸다.

또한, 고온에서의 전해 콘덴서(C1)는 온도 증가로 인해 동작 안정성이 저하될 수 있다.

이에 따라, 상기 전해 콘덴서(C1)가 항상 기준 온도(상온)에서 동작하도록 상기 제어부(160)는 상기 PWM 출력부(140)에 제어신호를 출력하여, 상기 직류-직류 변환부(130)의 출력 전류가 조절되도록 한다.

상기 직류-직류 변환부(130)의 출력 전류는 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도에 영향을 준다. 즉, 상기 직류-직류 변환부(130)의 출력 전류가 A에서 B(A>B)로 감소한 경우, 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도는 감소하게 된다.

또한, 상기 직류-직류 변환부(130)가 동작하지 않는 상태에서 동작을 개시하면, 상기 전해 콘덴서(C1)는 자가 발열을 수행하며, 이에 따라 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도는 증가하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 특성을 이용하여 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도에 따라 상기 직류-직류 변환부(130)의 출력 전류를 적절히 조절하도록 한다.

이를 위해, 제어부(160)는 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도를 측정한다. 이후, 제어부(160)는 상기 측정한 전해 콘덴서(C1)의 온도가 기준 온도(상온)에 속하면, 기준 전류에 대응하는 추종 전류 값을 상기 PWM 출력부(140)로 출력한다. 상기 PWM 출력부(140)는 상기 추종 전류 값을 이용하여 상기 제 1 스위칭 소자 및 제 2 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어한다. 즉, 상기 PWM 출력부(140)는 상기 추종 전류 값을 이용하여 상기 기준 전류와 동일한 전류가 상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 출력되도록 상기 제 1 및 2 스위칭 소자를 제어한다.

그러나, 상기 제어부(160)는 상기 측정한 전해 콘덴서(C1)의 온도가 상기 기준 온도보다 낮은 저온인 경우, 상기 기준 전류보다 낮은 추종 전류 값을 상기 PWM 출력부(140)로 제공하여, 상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 상기 기준 전류보다 낮은 출력 전류가 발생하도록 한다.

즉, 상기 전해 콘덴서(C1)가 저온인 상태에서 상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 상기 기준 전류에 대응되는 출력 전류가 발생하면, 상기 전해 콘덴서(C1)에 스트레스가 발생하여, 상기 전해 콘덴서(C1)의 동작 안정성에 이상이 발생한다.

이에 따라, 제어부(160)는 상기 측정된 온도가 저온인 경우, 상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 상기 기준 전류보다 낮은 출력 전류가 발생하도록 한다. 이에 따라, 제어부(160)는 상기 직류-직류 변환부(130)를 통해 상기 기준 전류보다 낮은 출력 전류가 발생하도록, 상기 PWM 출력부(140)에 상기 기준 전류보다 낮은 추종 전류 값을 제공한다.

상기 추종 전류 값은 상기 메모리부(150)에 저장된 테이블을 참조할 수 있다. 즉, 상기 메모리부(150)에 저장된 테이블에는 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도에 따른 발열 정도를 기준으로, 상기 직류-직류 변환부(130)에서 발생할 출력 전류에 대응하는 추종 전류 값을 포함한다.

이때, 제어부(160)는 상기 측정된 전해 콘덴서(C1)의 온도와 상기 기준 온도 사이의 범위를 일정 구간으로 구분하고, 상기 구분된 구간별로 서로 다른 추종 전류 값을 출력한다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저온에서의 추종 전류 값을 나타낸 그래프이다.

도 3을 참조하면, 현재 측정된 온도가 a이고, 기준 온도가 b인 경우, 제어부(160)는 상기 a와 b 사이의 온도 범위를 3개의 구간으로 구분한다. 상기 3개의 구간은 도 3에 도시된 1T, 2T, 3T일 수 있다.

예를 들어, 상기 기준 온도가 30도이고, 상기 현재 측정된 온도가 -15도인 경우, 상기 구분된 1T는 -15도~0도, 상기 2T는 0도~15도, 상기 3T는 15도~30도일 수 있다.

그리고, 상기 제어부(160)는 상기 1T 구간 내에서는 제 1 추종 전류 값(A)을 출력하고, 상기 2T 구간 내에서는 제 2 추종 전류 값(B)을 출력하고, 상기 3T 구간 내에서는 제 3 추종 전류 값(C)을 출력하고, 기준 온도를 포함하는 4T 구간에서는 기준 전류에 대응하는 제 4 추종 전류 값(D)을 출력한다.

이때, 상기 제 1 내지 4 추종 전류 값에 따른 상기 직류-직류 변환부(130)의 출력 전류가 제 1 내지 4 출력 전류라고 할 때, 상기 제 4 출력 전류는 상기 기준 전류와 동일하다. 또한, 상기 제 3 출력 전류는 상기 제 4 출력 전류보다 작고, 상기 제 2 출력 전류는 상기 제 3 및 4 출력 전류보다 작으며, 상기 제 1 출력 전류는 상기 2, 3 및 4 출력 전류보다 작다.

결론적으로, 제어부(160)는 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 저온인 경우, 기준 전류보다 낮은 출력 전류가 발생하도록 추종 전류 값을 출력하고, 상기 출력한 추종 전류 값에 의해 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 증가하면, 상기 추종 전류 값을 점차 증가시키며, 최종적으로 상기 기준 전류와 동일한 출력 전류가 발생되도록 하기 위한 추종 전류 값을 출력한다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 저온에서의 추종 전류 값을 나타낸 그래프이다.

도 4를 참조하면, 제어부(160)는 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 기준 온도보다 낮은 저온인 경우, 상기 직류-직류 변환부(130)에서 상기 기준 전류보다 낮은 출력 전류가 발생되도록 하기 위한 추종 전류 값을 결정한다.

이후, 제어부(160)는 상기 결정된 추종 전류 값을 시간에 따라 점차 증가시켜 최종적으로 상기 기준 전류와 동일한 출력 전류가 발생되도록 하기 위한 추종 전류 값을 출력한다.

한편, 제어부(160)는 상기 측정된 전해 콘덴서(C1)의 온도가 상기 기준 온도보다 높은 고온인 경우, 상기 제어부(160)는 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도를 상기 기준 온도로 감소시키기 위해 상기 직류-직류 변환부(130)의 출력 전류를 감소시킨다.

즉, 상기 제어부(160)는 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 고온인 경우, 상기 출력 전류를 감소시키기 위해, 기준 전류보다 낮은 출력 전류가 발생되도록 하기 위한 추종 전류 값을 출력한다.

이후, 상기 출력한 추종 전류 값에 의해 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 상기 기준 온도로 감소하면, 상기 제어부(160)는 상기 기준 전류에 대응하는 출력 전류가 발생하도록 상기 추종 전류 값을 변경한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고온에서의 추종 전류 값을 나타낸 그래프이다.

도 5를 참조하면, 제어부(160)는 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 고온인 경우, 기준 전류보다 낮은 출력 전류가 발생되도록 하기 위한 추종 전류 값을 출력한다.

이후, 제어부(160)는 상기 출력한 추종 전류 값을 유지하다가, 상기 출력한 추종 전류 값에 의해 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 상기 기준 온도로 감소하면, 상기 기준 전류에 대응하는 출력 전류가 발생되도록 하기 위한 추종 전류 값을 출력한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전력 변환 장치의 동작 방법을 설명하는 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 제 1 안전 모드 수행 방법을 설명하는 도면이며, 도 8은 도 6에 도시된 제 2 안전 모드 수행 방법을 설명하는 도면이다.

도 6을 참조하면, 먼저 전해 콘덴서(C1)의 온도를 측정한다(601단계).

이후, 상기 측정한 전해 콘덴서(C1)의 온도와 기준 온도를 비교하고, 그에 따라 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 상기 기준 온도의 범위를 벗어났는지 여부를 판단한다(602단계).

상기 판단결과(602단계), 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 기준 온도 범위 내에 속하면, 정상 동작을 수행한다(603단계). 즉, 직류-직류 변환부(130)를 통해 기준 전류에 대응하는 출력 전류가 발생되도록 하기 위한 추종 전류 값을 출력한다.

그러나, 상기 판단결과(602단계), 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 기준 온도 범위를 벗어나면, 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 기준 온도보다 낮은지(저온) 여부를 판단한다(604단계).

상기 판단결과(604단계), 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 기준 온도보다 낮으면, 제 1 안전 모드를 수행한다(605단계). 즉, 저온 디레이팅(derating) 모드로 진입한다.

또한, 상기 판단결과(604단계), 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 기준 온도보다 높으면(고온), 제 2 안전 모드를 수행한다(606단계). 즉, 고온 디레이팅 모드로 진입한다.

이하, 상기 제 1 및 2 안전 모드에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 7을 참조하면, 먼저 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 기준온도보다 저온이면, 상기 측정한 전해 콘덴서(C1)의 온도에 따른 발열 조건을 확인한다(701단계). 상기 발열 조건은 메모리부(150)에 저장된 테이블을 통해 확인 가능하다.

이후, 상기 확인한 발열 조건에 따라 기준 전류보다 낮은 출력 전류가 발생되도록 하기 위한 추정 전류 값을 출력한다(702단계).

이에 앞서, 상기 측정한 전해 콘덴서(C1)의 온도와 기준 온도 사이의 온도 구간을 복수의 구간으로 나눈다. 이때, 상기 구간이 2개로 구분된 경우를 예로 하여 설명하기로 한다.

상기 구간이 2개로 구분됨에 따라 우선적으로 제 1 구간에는 상기 발열 조건에 따라 확인한 추정 전류 값을 출력한다.

이후, 상기 출력한 추정 전류 값에 의해 변화하는 전해 콘덴서(C1)의 온도를 측정한다(703단계).

상기 측정한 전해 콘덴서(C1)의 온도가 상승하였는지 여부를 판단한다(704단계). 즉, 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 제 2 구간에 대응하는 온도로 상승하였는지 여부를 판단한다.

이후, 상기 판단결과(704단계) 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 상승하였다면, 상기 상승한 온도가 기준 온도 범위에 속하는지 여부를 판단한다(705단계).

상기 판단결과(705단계), 상기 상승한 온도가 기준 온도 범위에 속하지 않으면(저온이면), 상기 적용된 추종 전류 값을 증가시킨다. 이때, 상기 증가된 추종 전류 값은 상기 기준 전류에 대응하는 추종 전류 값보다 작다.

한편, 상기 판단결과(705단계), 상기 상승한 온도가 기준 온도 범위에 속하면, 상기 적용된 추종 전류 값을 상기 기준 전류에 대응하는 출력 전류가 발생되도록 하기 위한 추종 전류 값으로 증가시킨다(707단계).

이후, 상기 증가된 추종 전류 값을 토대로 전력 변환 장치를 정상 동작 시킨다(708단계).

또한, 도 8을 참조하면, 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도가 기준 온도보다 높은 고온 조건이면, 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도에 따른 냉각 조건을 확인한다. 상기 냉각 조건은 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도에 따라 상기 온도를 기준 온도로 감소시키기 위한 추종 전류 값 및 적용 시간 정보를 포함할 수 있다.

이후, 상기 확인한 냉각 조건에 따라 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도를 감소시키기 위한 추종 전류 값을 출력한다(802단계). 상기 추종 전류 값은, 기설정된 기준 온도보다 낮은 출력 전류가 발생되도록 하기 위한 값이다.

상기 출력한 추종 전류 값이 적용되면, 상기 전해 콘덴서(C1)의 온도를 재측정한다(803단계).

이후, 상기 재측정한 전해 콘덴서(C1)의 온도가 기준 온도 범위 내에 속하는지 여부를 판단한다(805단계).

상기 판단결과(805단계), 상기 재측정한 전해 콘덴서(C1)의 온도가 기준 온도 범위 내에 속하지 않는 경우, 일정 시간을 대기한 후(804단계), 상기 단계(803단계)로 복귀한다.

한편, 상기 판단결과(805단계), 상기 재측정한 전해 콘덴서(C1)의 온도가 기준 온도 범위 내에 속하면, 기준 전류에 대응하는 추종 전류 값을 출력한다(806단계).

이후, 상기 출력된 추정 전류 값에 따라 전력 변환 장치를 정상 동작 시킨다(807단계).

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

110: 입력 정류부
120: 승압 변환부
130: 직류-직류 변환부
140: PWM 출력부
150: 메모리부
160: 제어부

Claims

전력 변환 장치의 동작 방법에 있어서,
정전압 출력용 전해 콘덴서의 온도를 측정하는 단계;
상기 측정한 온도와 기설정된 기준 온도 범위를 비교하는 단계;
상기 측정한 온도가 상기 기준 온도 범위에 속하면, 상기 전력 변환 장치를 통해 제 1 전류를 출력하는 단계; 및
상기 측정한 온도가 상기 기준 온도 범위를 벗어나면, 상기 전력 변환 장치를 통해 상기 제 1 전류보다 낮은 제 2 전류를 출력하는 단계를 포함하는 전력 변환 장치의 동작 방법.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 전류는 기설정된 기준 전류이며,
상기 제 2 전류는 상기 설정된 기준 전류보다 낮은 전류인 전력 변환 장치의 동작 방법.
제 2항에 있어서,
상기 제 2 전류를 출력하는 단계는,
상기 제 2 전류가 출력되도록 하기 위한 추종 전류 값을 발생하는 단계를 포함하는 전력 변환 장치의 동작 방법.
제 3항에 있어서,
상기 추종 전류 값을 발생하는 단계는,
상기 측정한 온도가 상기 기준 온도 범위를 벗어난 저온이면, 상기 출력되는 제 2 전류를 점진적으로 증가시키기 위한 복수 개의 추종 전류 값을 순차적으로 발생하는 단계를 포함하는 전력 변환 장치의 동작 방법.
제 4항에 있어서,
상기 복수 개의 추종 전류 값을 발생하는 단계는,
상기 제 2 전류를 출력하기 위한 제 1 추종 전류 값을 발생하는 단계와,
상기 제 2 전류보다 높은 제 3 전류를 발생하기 위한 제 2 추종 전류 값을 발생하는 단계와,
상기 제 3 전류보다 높은 상기 제 1 전류를 발생하기 위한 제 3 추종 전류 값을 발생하는 단계를 포함하는 전력 변환 장치의 동작 방법.
제 5항에 있어서,
상기 제 2 추종 전류 값은 상기 제 1 추종 전류 값에 의해 상기 전해 콘덴서의 온도가 일정 레벨 증가하는 시점에 발생하며,
상기 제 3 추종 전류 값은 상기 제 2 추종 전류 값에 의해 상기 전해 콘덴서의 온도가 상기 기준 온도 범위 내에 속하는 시점에 발생하는 전력 변환 장치의 동작 방법.
제 5항에 있어서,
상기 제 2 추종 전류 값은 상기 제 1 추종 전류 값이 발생한 시점으로부터 기설정된 시간 후에 발생하며,
상기 제 3 추종 전류 값은 상기 제 2 추종 전류 값이 발생한 시점으로부터 상기 설정된 시간 후에 발생하는 전력 변환 장치의 동작 방법.
제 4항에 있어서,
상기 추종 전류 값은,
상기 전해 콘덴서의 온도별 발열 조건을 토대로 결정되는 전력 변환 장치의 동작 방법.
제 3항에 있어서,
상기 추종 전류 값을 발생하는 단계는,
상기 측정한 온도가 상기 기준 온도 범위를 벗어난 고온이면, 상기 전해 콘덴서의 온도별 냉각 조건에 따라 상기 기준 전류보다 낮은 제 2 전류를 발생하기 위한 추종 전류 값을 발생하는 단계를 포함하는 전력 변환 장치의 동작 방법.
제 9항에 있어서,
상기 발생한 추종 전류 값에 의해 상기 전해 콘덴서의 온도가 상기 기준 온도 범위 내로 감소하면, 상기 기준 전류에 대응하는 제 1 전류를 출력하기 위한 추종 전류 값을 발생하는 단계를 더 포함하는 전력 변환 장치의 동작 방법.
외부로부터 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하며, 정전압 출력용 전해 콘덴서를 포함하는 승압 변환부;
상기 승압 변환부의 출력단에 접속되고, 상기 승압 변환부를 통해 변환된 직류 전원을 배터리 충전을 위한 직류 전원으로 변환하는 직류-직류 변환부; 및
상기 승압 변환부에 구비된 전해 콘덴서의 온도를 측정하고, 상기 측정한 온도에 따라 상기 직류-직류 변환부의 출력 전류를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 전해 콘덴서의 온도가 기준 온도 범위 내에 속하면, 상기 직류-직류 변환부를 통해 기준 전류가 출력되도록 하고,
상기 전해 콘덴서의 온도가 상기 기준 온도 범위를 벗어나면, 상기 직류-직류 변환부를 통해 상기 기준 전류보다 낮은 전류가 출력되도록 하는 전력 변환 장치.
제 11항에 있어서,
상기 추종 전류 값은,
상기 전해 콘덴서의 온도별 발열 조건 및 냉각 조건 중 어느 하나의 정보를 저장하는 메모리부를 더 포함하는 전력 변환 장치.
제 12항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 측정한 온도가 상기 기준 온도 범위를 벗어난 저온이면, 상기 발열 조건을 이용하여 기준 전류보다 낮은 전류를 발생하기 위한 복수 개의 추종 전류 값을 순차적으로 출력하며,
상기 복수 개의 추종 전류 값의 변경 시점은,
상기 추종 전류 값의 출력에 따라 변화하는 전해 콘덴서의 온도 및 상기 추종 전류 값이 적용된 시점으로부터의 경과 시간 중 어느 하나의 조건에 의해 결정되는 전력 변환 장치.
제 12항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 측정한 온도가 상기 기준 온도 범위를 벗어난 고온이면, 상기 냉각 조건에 따라 상기 전해 콘덴서의 온도가 상기 기준 온도 범위 내로 감소하는 시점까지 상기 기준 전류보다 낮은 제 2 전류를 발생하기 위한 추종 전류 값을 출력하는 전력 변환 장치.