WO2015072652A1 - 다중 배터리 충전기 및 그 제어방법 - Google Patents

다중 배터리 충전기 및 그 제어방법 Download PDF

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Definitions

  • a multi-battery charger capable of simultaneously charging a plurality of heterogeneous batteries or homogeneous batteries having different charging states, and a control method thereof.
  • Multi-battery chargers are devices that can charge different types of batteries. Conventionally, when charging a plurality of batteries, it takes a long time to charge the other battery when charging one of the batteries, or even when charging at the same time to charge only the same type of battery with the same size of power, so different types of batteries At the same time there is a problem that can not charge.
  • One aspect of the present invention provides a multi-battery charger capable of simultaneously charging a plurality of batteries using a time division multiple control scheme and a control method thereof.
  • the multi-battery charger for this purpose is an input terminal for supplying or disconnecting power from the power supply unit; and a plurality of output sections connected to the input terminal and a plurality of batteries are charged, the plurality of outputs An output stage in which a secondary side switch is individually provided so as to receive the power selectively; And a switching controller which transmits a pulse width modulation signal to the input terminal and the output terminal so as to independently control power applied to the plurality of batteries.
  • the apparatus may further include a feedback circuit unit configured to detect voltages of the plurality of output sections and transmit them to the switching controller so as to independently perform feedback control on the plurality of output sections included in the output terminal.
  • the input terminal includes at least one primary side switch, and when the switching controller receives power information for a plurality of output periods through the feedback circuit unit,
  • Time division multiple control of the primary side switch and the plurality of secondary side switches according to the power information may independently compensate power for a corresponding output period.
  • the switching controller may perform time division multiple control by synchronizing the primary side controller and the plurality of secondary switches to one sampling time.
  • the switching control unit operates the primary switch at a frequency of fs, and if there are n secondary switches, operate each switch at a frequency of fs / n to output a plurality of secondary switches connected to a plurality of secondary switches in one cycle. You can control all power sources.
  • the switching controller may control the secondary switches sequentially at every Ts time interval to independently control all of the secondary switches at nTs time.
  • the multi-battery charger includes an input terminal including at least one primary side switch; a transformer for converting a magnitude of power applied through the input terminal; and a power source through the transformer unit. And an output stage including a plurality of independent output sections to which the applied power is applied and to which the applied power can be output.
  • the output sections include secondary switches that can be driven individually, respectively.
  • a plurality of batteries may be connected to each other, and a time division multiple control may be performed by applying a pulse width modulation signal to the primary switch and the secondary switch, and the power charged in the plurality of batteries may be independently controlled for each output period.
  • Independent output sections included in the output terminal are commonly connected through a transformer, and an output section receiving power converted through the transformer may be determined by operation of the secondary side switch.
  • the apparatus may further include a feedback circuit unit configured to detect power of each output section so as to independently control the magnitude of the power charged in the batteries connected to the plurality of output sections.
  • the control method of a multi-battery charger includes an input terminal including at least one primary side switch, a transformer unit for converting a magnitude of power applied through the input terminal, and an output through the transformer unit.
  • the control method of a multi-battery charger including a plurality of secondary side switch is provided in a plurality of output section that is applied to the power is supplied, the output power can be output, the time-division multiple control of the plurality of secondary switch
  • the plurality of secondary switches are time-divisionally controlled so as to independently control power applied to a plurality of batteries charged and connected to the plurality of output sections. It can be interlocked with the primary switch.
  • a plurality of heterogeneous batteries or homogeneous batteries having different charging states can be simultaneously charged.
  • FIG. 1 is a block diagram of a multiple battery charger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a circuit operation of the multiple battery charger illustrated in FIG. 1.
  • FIG 3 is an exemplary diagram of a pulse width modulated signal applied to a multi-battery charger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of a multiple battery charger according to an embodiment of the present invention.
  • 5A to 5D are diagrams illustrating an operation mode of the multiple battery charger illustrated in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a graph illustrating a signal change of the multiple battery charger illustrated in FIG. 4.
  • FIG. 1 is a block diagram of a multiple battery charger according to an embodiment of the present invention.
  • the multi-battery charger converts the power supplied from the power supply unit 1 into various sizes of power and supplies a control signal to the power conversion circuit 100 and the power conversion circuit 100 for supplying the battery 300 to the control circuit 200. ) May be included.
  • the power conversion circuit 100 may receive power through the power supply unit 1, and convert the power conversion circuit into a power corresponding to a standard of the connected battery 300 to charge the battery 300.
  • the power conversion circuit 100 may simultaneously supply various power sources to the plurality of batteries 300 according to a time division multiple control scheme.
  • the time division multiple control scheme refers to a scheme in which power is applied to a plurality of output sections connected to the battery 300 and divided by time division and control, which will be described later.
  • the control circuit 200 detects the power output through the power conversion circuit 100 to switch the feedback circuit unit 230 to generate feedback information and to transmit a control signal to the power conversion circuit 100 according to the generated feedback information.
  • the controller 260 may be included.
  • the feedback circuit unit 230 may measure the voltage and current supplied from the power conversion circuit 100 to the battery 300, compare the voltage with the reference signal, and generate feedback information according to the compared result.
  • the switching controller 260 may generate a switching control signal to control the power supplied to the battery 300 connected to the plurality of output periods according to the feedback information.
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a circuit operation of the multiple battery charger illustrated in FIG. 1
  • FIG. 3 is an exemplary diagram of a pulse width modulation signal applied to the multiple battery charger according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the power conversion circuit may include an input terminal 10, a transformer unit 20, a secondary switch stage 30, and an output terminal 40.
  • the input terminal 10 may include a primary switch SP1 and at least one primary switch SP1 may be provided.
  • the input terminal 10 receives power through an input DC power supply, receives a PWM signal (Pulse Width Modulation Signal) from the control circuit 200, and converts the applied input DC power according to the PWM signal into a transformer unit. 20 can be passed.
  • PWM signal Pulse Width Modulation Signal
  • the transformer unit 20 converts the input power and outputs the converted (power-up or reduced) power, and may include a primary coil and a secondary coil having a winding ratio of n: 1.
  • the secondary side switch stage 30 may include a plurality of secondary side switches SS1, SS2,... SSn to switch the input power applied through the transformer unit 20 to be transmitted to the output terminal 40. .
  • the secondary switch stage 30 may turn on or off the plurality of secondary switches SS1, SS2,... SSn in a time division manner according to a control signal applied through the control circuit 200.
  • the output stage 40 includes a plurality of secondary output sections (Secondary output 1, Secondary output 2, ... Secondary output n), and the plurality of output sections include a plurality of secondary switches SS1 provided in the secondary switch stage 30. , SS2, ... SSn), respectively, and may receive a charging power in a time division manner.
  • Secondary outputs (Secondary output 1, Secondary output 2, ... Secondary output n) of the output terminal 40 may be connected to a plurality of heterogeneous batteries 300 or a plurality of batteries 300 of different charging states, the connected battery ( The power 300 reflecting the feedback information may be supplied.
  • control circuit 200 may include a feedback circuit unit 230 and a switching controller 260.
  • the feedback circuit unit 230 may generate feedback information by detecting voltages and currents output in a plurality of output sections of the power conversion circuit 100, and may supply the generated feedback information to the switching controller 260.
  • the feedback circuit 230 transmits the voltage and the current output in the plurality of output sections to the switching controller 260 in the output sections (Secondary output 1, Secondary output 2, ... Secondary output n) of each of the output stage 40. Can control the charging power.
  • the switching controller 260 may transmit a switching signal to the input terminal 10 and the secondary switch terminal 30 of the power conversion circuit 100 to control the switching operation.
  • the switching controller 260 may control the input stage 10 and the secondary switch stage 30 in a time division multiple control scheme.
  • the switching controller 260 performs PWM control on the primary switch SP1 included in the input terminal 10 at a frequency fs, and includes n pieces of the secondary switch stage 30.
  • the switches will each perform PWM control at a frequency of fs / n.
  • the time division multiple control scheme it is possible to control the voltages of all output sections connected to the secondary switch stage 30 at one sampling time nTs, and are included in the plurality of output stages 40 during one switching section Ts.
  • Each output period to be controlled can be independently controlled.
  • each switch belonging to the secondary switch stage 30 during one individual switching period may be sequentially turned on in synchronization with the PWM control of the primary switch SP1. Accordingly, all output sections of the output stage 40 can be individually controlled in one sampling section.
  • the switching controller 260 PWM-controls the primary switch SP1 during the nTs time interval, and the secondary switch for each Ts interval.
  • the secondary switches SS1, SS2, ... SSn belonging to the stage 30 are sequentially turned on, so that all the secondary switches SS1, SS2, ... belonging to the secondary switch stage 30 for the sampling time nTs time.
  • SSn can be controlled, and accordingly, all output sections (Secondary output 1, Secondary output 2, .. .. connected to secondary switches (SS1, SS2, ... SSn) of secondary switch stage 30 are respectively connected.
  • the charging power of the secondary output n can be individually controlled.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of a multiple battery charger according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 5A to 5D are diagrams illustrating an operation mode of the multiple battery charger illustrated in FIG. 4, and
  • FIG. 6 is a multiple battery illustrated in FIG. 4. This is a graph illustrating the signal change of the charger.
  • FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an example of the output stage 40 of the multiple battery charger illustrated in FIG. 2 as a double-ended type, and the embodiment of the present invention is not limited to the multiple battery charger of the double-ended type. to be.
  • the multiple battery charger may include a power conversion circuit 100a and a control circuit 200a.
  • the power conversion circuit 100a may include an input terminal 10a, a transformer unit 20a, a secondary switch stage 30a, and an output terminal 40a.
  • the input terminal 10a may include primary switches SP 1 and SP 2 , and the primary switches SP 1 and SP 2 may include two switches.
  • the input terminal 10a receives power through an input DC power source, receives a PWM signal from the control circuit 200a, and switches the input DC power applied to the transformer unit 20a.
  • the transformer 20a boosts the input power and outputs the boosted power, and may include a primary coil and a secondary coil having a winding ratio n.
  • the secondary side switch stage 30a may include two secondary side switches SS 1 and SS 2 to switch the input power applied through the transformer 20a to be transmitted to the output terminal 40a.
  • two secondary switches SS 1 and SS 2 may be controlled in a time division manner according to a control signal applied through the control circuit 200a.
  • the output stage 40a includes two output sections, and the two output sections are connected to the secondary switches SS 1 and SS 2 provided in the secondary switch stage 30a, respectively, to receive the output voltage in a time division manner. have.
  • the control circuit 200a may include a feedback circuit unit 230a and a switching controller 260a.
  • the feedback circuit unit 230a may include a voltage controller 205a and a current controller 210a.
  • Voltage control unit (205a) comprises two detecting a voltage (V 01) output from the output section, and detects an error of the detected voltage (V 01) and the reference voltage (V 01 *), PI controller in accordance with the detected error
  • the PI controller can output current to adjust the error of the voltage by performing amplification of the error and setting the amplification factor of the error.
  • the current controller 210a receives the current output through the voltage controller 205a through a current limiter 1 and a current limiter 2 and filters the current to a limit set magnitude, and filters the filtered reference current ( The error is detected by comparing I 01 *) and the detected current I 01 , and the PI controller outputs a signal to the + terminal of the comparator to make a PWM signal according to the detected error.
  • the feedback circuit unit 230a calculates an error by comparing the power (voltage and current) information output in the two output periods with the reference information, and converts the feedback information to be reflected according to the error from the switching controller 260a. By transmitting to the charging power for each section of the output terminal (40a) can be independently controlled.
  • the switching controller 260a inputs a signal applied through a PI controller included in the current controller 210a to a + terminal of a comparator, and inputs a triangle wave to be compared to a terminal to input a pulse width modulation signal. Can be generated.
  • the switching controller 260a may control the switching operation of the input terminal 10a and the secondary switch terminal 30a of the power conversion circuit 100a according to the generated pulse width modulation signal.
  • the switching control unit 260a is a time division multiple control (TIME DIVISION MULTIPLE CONTROL) method of the primary side switches SP 1 and SP 2 of the input terminal 10a and the secondary side switches SS 1 and SS of the secondary side switch stage 30a. 2 ) can be controlled.
  • TIME DIVISION MULTIPLE CONTROL time division multiple control
  • the switching controller 260a may control the primary side switches SP 1 and SP 2 and the secondary side switch stage 30a in steps of modes 1 to 4.
  • the switching controller 260a turns on the primary switches SP 1 and SP 2 by PWM control in mode 1, and the upper switch SS of the secondary switch stage 30a. 1 ) Turn on and turn off the lower switch (SS 2 ).
  • the input DC power V S is applied to the transformer 20a.
  • the transformer 20a converts the applied input DC power supply V S according to the turns ratio.
  • the power converted by the transformer unit 20a is applied to the first battery B1 through the upper switch SS1, and the current I P outputted through the second cutoff of the transformer unit 20a during the mode 1 period is applied.
  • the current I P output through the second stage flows to the first inductor L 01 connected to the first battery B1, thereby increasing the magnitude of the current I L01 .
  • a first inductor and a voltage (V L01) to a first inductor (L 01) in accordance with the current flowing into (L 01) is caught, the first battery (B1) will take the output voltage (V 01).
  • the switching controller 260a turns off the primary switches SP 1 and SP 2 by PWM control in mode 2, and the upper switch SS of the secondary switch stage 30a. 1 ) and the lower switch SS 2 are turned off.
  • the current stored in the inductors L 01 and L 02 and the capacitors C 01 and C 02 are refluxed in the first battery B1 and the second battery B2, and are transmitted through the transformer unit 20a.
  • the current coming out becomes and the current flowing through the first inductor L 01 and the second inductor L 02 decreases.
  • the switching controller 260a turns on the primary switches SP 1 and SP 2 by PWM control, and the upper switch SS of the secondary switch stage 30a is turned on. 1 ) Turn off and turn on the lower switch (SS 2 ).
  • the input DC power V S is applied to the transformer 20a.
  • the transformer 20a converts the applied input DC power supply V S according to the turns ratio.
  • the power converted by the transformer unit 20a is applied to the second battery B2 through the lower switch SS2, and the current I P output through the second cutoff of the transformer unit 20a during the mode 3 period is applied.
  • the current I P output through the second stage flows to the second inductor L 02 of the second output terminal 40a, thereby increasing the magnitude of the current I L02 .
  • the output voltage V 02 is applied to the two batteries B2.
  • the switching controller 260a turns off the primary switches SP 1 and SP 2 by PWM control in mode 4, and the upper switch SS of the secondary switch stage 30a. 1 ) Turn off the lower switch (SS 2 ).
  • the currents already stored in the inductors L 01 and L 02 and the capacitors C 01 and C 02 are refluxed in the first battery B1 and the second battery B2, and are transferred through the transformer unit 20a.
  • the current coming out becomes and the current flowing through the first inductor L 01 and the second inductor L 02 decreases.
  • the primary side of the converter included in the multi-battery charger is shared, the secondary side is provided with a plurality of output sections, and each of the output sections is provided with individually controllable switches to provide time division multiple control. (TIME DIVISION MULTIPLE CONTROL) to independently control the charging of the battery 300.

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Abstract

시간 분할 다중 제어 방식을 이용하여 복수 개의 배터리를 동시에 충전할 수 있는 다중 배터리 충전기 및 그 제어방법에 관한 것이다. 다중 배터리 충전기는 전원부로부터 전원을 공급 또는 공급 차단하는 입력단과, 입력단에 공통 연결되며 복수 개의 배터리가 충전되는 복수 개의 출력 구간을 포함하고, 상기 복수 개의 출력 구간에는 상기 전원을 선택적으로 입력받을 수 있도록 2차측 스위치가 개별적으로 마련되어 시간 분할 다중 제어되는 출력단 및 복수 개의 배터리에 인가되는 전원을 독립적으로 제어할 수 있도록 입력단 및 출력단에 펄스폭 변조 신호를 전송하는 스위칭 제어부를 포함하므로, 복수의 이종 배터리 또는 충전 상태가 다른 동종 배터리를 동시에 충전할 수 있다.

Description

다중 배터리 충전기 및 그 제어방법
복수의 이종 배터리 또는 충전 상태가 다른 동종 배터리를 동시에 충전할 수 있는 다중 배터리 충전기 및 그 제어방법을 제공한다.
최근 스마트폰, 태플릿 PC 등과 같은 이동 기기들의 수요는, 전자기기 시장에서 크게 성장하고 있다. 이러한 성장과 함께 고성능 이동 기기에 대한 소비자들의 요구는 계속 증가하고 있으며, 이동 기기의 성능 및 동작 시간에 큰 영향을 미치는 고성능 배터리에 대한 시장의 요구 또한 점차 증가하고 있다. 또한, 고성능 이동 기기에 사용되는 배터리의 종류는 매우 다양하며, 다양한 배터리를 모두 충전할 수 있는 다중 배터리 충전기에 대한 연구가 진행되고 있다.
다중 배터리 충전기는 여러 종류의 배터리를 충전할 수 있는 기기이다. 종래에는 복수 개의 배터리를 충전하는 경우 어느 하나의 배터리를 충전하는 경우 다른 배터리를 충전하지 못하여 장시간이 소요되거나, 동시에 충전하는 경우에도 동종의 배터리만을 동일한 크기의 전원으로 충전하게 되므로 여러 종류의 배터리를 동시에 충전하지 못한다는 문제가 있다.
본 발명의 일측면은 시간 분할 다중 제어 방식을 이용하여 복수 개의 배터리를 동시에 충전할 수 있는 다중 배터리 충전기 및 그 제어방법을 제공한다.
이를 위한 본 발명의 일측면에 의한 다중 배터리 충전기는 전원부로부터 전원을 공급 또는 공급 차단하는 입력단;과, 상기 입력단에 공통 연결되며 복수 개의 배터리가 충전되는 복수 개의 출력 구간을 포함하고, 상기 복수 개의 출력 구간에는 상기 전원을 선택적으로 입력받을 수 있도록 2차측 스위치가 개별적으로 마련되어 시간 분할 다중 제어되는 출력단; 및 상기 복수 개의 배터리에 인가되는 전원을 독립적으로 제어할 수 있도록 상기 입력단 및 상기 출력단에 펄스폭 변조 신호를 전송하는 스위칭 제어부를 포함할 수 있다.
상기 출력단에 포함되는 복수 개의 출력구간에 대한 피드백 제어를 독립적으로 수행할 수 있도록 상기 복수 개의 출력구간의 전압을 검출하여 상기 스위칭 제어부에 전송하는 피드백 회로부를 더 포함할 수 있다.
상기 입력단은 1차측 스위치를 적어도 하나 포함하며, 상기 스위칭 제어부는 상기 피드백 회로부를 통해 복수 개의 출력 구간에 대한 전원 정보를 전송받으면,
상기 전원 정보에 따라 상기 1차측 스위치와 상기 복수 개의 2차측 스위치를 시간 분할 다중 제어하여 해당 출력 구간에 대한 전원을 독립적으로 보상할 수 있다.
상기 스위칭 제어부는 상기 1차측 제어부와 상기 복수 개의 2차측 스위치를 하나의 샘플링 시간에 동기화시켜 시간 분할 다중 제어할 수 있다.
상기 스위칭 제어부는 상기 1차측 스위치를 fs의 주파수로 운용하며, 상기 2차측 스위치가 n개 존재하면 각각의 스위치를 fs/n의 주파수로 운용하여 한 주기에 복수 개의 2차측 스위치에 연결된 출력 구간의 전원을 모두 제어할 수 있다.
상기 스위칭 제어부는 상기 2차측 스위치의 개수가 n개인 경우 Ts 시간 간격 마다 2차측 스위치를 순차적으로 제어하여 nTs 시간에 상기 2차측 스위치를 모두 독립적으로 제어할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 의한 다중 배터리 충전기는 적어도 하나의 1차측 스위치를 포함하는 입력단;과, 상기 입력단을 통해 인가되는 전원의 크기를 변환하는 트랜스부;와, 상기 트랜스부를 통해 전원을 인가받고, 인가받은 전원이 출력될 수 있는 독립적인 출력구간을 복수 개 포함하는 출력단;을 포함하고, 상기 출력구간은 개별적으로 구동될 수 있는 2차측 스위치를 각각 구비하며, 상기 복수 개의 출력구간에는 복수 개의 배터리가 연결되며, 상기 1차측 스위치와 상기 2차측 스위치에 펄스폭 변조 신호를 인가하여 시간 분할 다중 제어하며, 상기 복수 개의 배터리에 충전되는 전원을 상기 출력 구간마다 독립적으로 제어할 수 있다.
상기 출력단에 포함되는 독립적인 출력구간은 트랜스부를 통해 공통 연결되며, 상기 트랜스부를 통해 변환되는 전원을 전달받는 출력 구간은 상기 2차측 스위치의 작동에 의해 결정될 수 있다.
상기 복수 개의 출력 구간에 연결된 배터리에 충전되는 전원의 크기를 독립적으로 제어할 수 있도록 각각의 출력 구간의 전원을 검출하는 피드백 회로부를 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 의한 다중 배터리 충전기의 제어방법은 적어도 하나의 1차측 스위치를 포함하는 입력단과, 상기 입력단을 통해 인가되는 전원의 크기를 변환하는 트랜스부와, 상기 트랜스부를 통해 출력되는 전원을 인가받고, 인가받은 전원이 출력될 수 있는 복수 개의 출력구간에 설치되는 복수 개의 2차측 스위치를 포함하는 다중 배터리 충전기의 제어방법에 있어서, 상기 복수 개의 2차측 스위치를 시간 분할 다중 제어하여 상기 출력단과 상기 트랜스부의 폐회로를 순차적으로 형성하며, 상기 복수 개의 출력 구간에 연결되어 충전되는 복수 개의 배터리에 인가되는 전원을 독립적으로 제어할 수 있도록, 상기 복수 개의 2차측 스위치를 시간 분할 다중 제어 시 상기 1차측 스위치와 연동 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일측면에 의하면 복수의 이종 배터리 또는 충전 상태가 다른 동종 배터리를 동시에 충전할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 다중 배터리 충전기의 블록도
도 2는 도 1에 도시한 다중 배터리 충전기의 회로 동작을 설명하기 위해 도시된 회로도
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 다중 배터리 충전기에 인가되는 펄스폭변조신호의 예시도
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 다중 배터리 충전기의 회로도
도 5a 내지 도 5d는 도 4에 도시된 다중 배터리 충전기의 동작 모드를 나타내는 도면
도 6은 도 4에 도시된 다중 배터리 충전기의 신호 변화를 예시한 그래프
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 다중 배터리 충전기의 블록도이다.
다중 배터리 충전기는 전원부(1)로부터 공급되는 전원을 다양한 크기의 전원으로 변환하여 배터리(300)에 공급하는 전원 변환 회로(100) 및 전원 변환 회로(100)에 제어 신호를 전송하는 제어회로(200)를 포함할 수 있다.
전원 변환 회로(100)는 전원부(1)를 통해 전원을 공급 받고, 연결된 배터리(300)의 규격에 맞는 전원으로 변환하여 배터리(300)를 충전시킬 수 있다. 전원 변환 회로(100)는 시간 분할 다중 제어 방식에 따라 복수 개의 배터리(300)에 다양한 전원을 동시에 공급할 수 있다. 시간 분할 다중 제어 방식은 전원 변환 회로에 구비되며 배터리(300)에 연결되는 복수 개의 출력 구간에 인가되는 전원을 시간 분할하여 제어하는 방식을 의미하며 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
제어회로(200)는 전원 변환 회로(100)를 통해 출력되는 전원을 감지하여 피드백 정보를 생성하는 피드백 회로부(230) 및 생성된 피드백 정보에 따라 전원 변환 회로(100)에 제어 신호를 전송하는 스위칭 제어부(260)를 포함할 수 있다.
피드백 회로부(230)는 전원 변환 회로(100)에서 배터리(300)로 공급되는 전압 및 전류를 측정하여 레퍼런스 신호와 비교하고, 비교된 결과에 따라 피드백 정보를 생성할 수 있다.
스위칭 제어부(260)는 피드백 정보에 따라 복수 개의 출력 구간에 연결된 배터리(300)에 공급되는 전원을 제어할 수 있도록 스위칭 제어신호를 생성할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시한 다중 배터리 충전기의 회로 동작을 설명하기 위해 도시된 회로도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 다중 배터리 충전기에 인가되는 펄스폭변조신호의 예시도이다.
도 2를 참조하면, 전원 변환 회로는 입력단(10), 트랜스부(20), 2차측 스위치단(30) 및 출력단(40)을 포함할 수 있다.
입력단(10)은 1차측 스위치(SP1)를 포함하고, 1차측 스위치(SP1)는 적어도 하나 마련될 수 있다. 입력단(10)은 입력 직류 전원을 통해 전원을 인가받으며, 제어회로(200)로부터 PWM 신호(펄스폭변조 신호, Pulse Width Modulation Signal)를 전송받고, 인가되는 입력 직류 전원을 PWM 신호에 따라 트랜스부(20)에 전달할 수 있다.
트랜스부(20)는 입력 전원을 변환하여 변환(승압 또는 감압)된 전원을 출력하며, 권선비가 n : 1인 1차측 코일 및 2차측 코일을 포함할 수 있다.
2차측 스위치단(30)은 트랜스부(20)를 통해 인가되는 입력 전원을 스위칭하여 출력단(40)에 전송할 수 있도록 복수 개의 2차측 스위치(SS1, SS2,... SSn)를 포함할 수 있다. 2차측 스위치단(30)은 제어회로(200)를 통해 인가되는 제어 신호에 따라 시분할 방식으로 복수 개의 2차측 스위치(SS1, SS2,... SSn)를 턴 온 또는 턴 오프 될 수 있다.
출력단(40)은 복수 개의 출력 구간(Secondary output 1, Secondary output 2,... Secondary output n)을 포함하며, 복수 개의 출력구간은 2차측 스위치단(30)에 마련된 복수 개의 2차측 스위치(SS1, SS2,... SSn)에 각각 연결되어 시분할 방식으로 충전 전원을 인가받을 수 있다.
출력단(40)의 출력구간(Secondary output 1, Secondary output 2,... Secondary output n)에는 복수의 이종 배터리(300) 또는 충전 상태가 다른 복수 개의 배터리(300)가 연결될 수 있으며, 연결된 배터리(300)에는 피드백 정보를 반영한 전원이 공급될 수 있다.
제어 회로(200)는 상술한 것처럼, 피드백 회로부(230) 및 스위칭 제어부(260)를 포함할 수 있다.
피드백 회로부(230)는 전원 변환 회로(100)의 복수 개의 출력 구간에서 출력되는 전압 및 전류를 검출하여 피드백 정보를 생성하고, 생성된 피드백 정보를 스위칭 제어부(260)로 공급할 수 있다. 피드백 회로부(230)는 복수 개의 출력 구간에서 출력되는 전압 및 전류를 스위칭 제어부(260)로 전달하여 출력단(40) 각각의 출력 구간(Secondary output 1, Secondary output 2,... Secondary output n)에 대한 충전전원을 제어할 수 있다.
스위칭 제어부(260)는 전원 변환 회로(100)의 입력단(10) 및 2차측 스위치단 (30)에 스위칭 신호를 전송하여 각각 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
스위칭 제어부(260)는 시간 분할 다중 제어(TIME DIVISION MULTIPLE CONTROL) 방식으로 입력단(10)과 2차측 스위치단(30)을 컨트롤할 수 있다. 시간 분할 다중 제어 방식에 의하면, 스위칭 제어부(260)는 입력단(10)에 포함되는 1차측 스위치(SP1)를 fs 의 주파수에서 PWM 제어를 수행하고, 2차측 스위치단(30)에 포함되는 n개의 스위치를 각각 fs/n의 주파수에서 PWM 제어를 수행하게 된다. 시간 분할 다중 제어 방식에 의하면, 하나의 샘플링 타임(nTs)에서 2차측 스위치단(30)에 연결된 모든 출력 구간의 전압을 제어할 수 있고, 하나의 스위칭 구간 Ts 동안 복수 개의 출력단(40)에 포함되는 각각의 출력 구간이 독립적으로 제어될 수 있다. 또한, 하나의 개별적인 스위칭 구간 동안 2차측 스위치단(30)에 속하는 각각의 스위치는 1차측 스위치(SP1)의 PWM 제어에 동기화되어 순차적으로 턴온될 수 있다. 이에 따라, 출력단(40)의 모든 출력구간은 하나의 샘플링 구간내에서 개별적으로 컨트롤될 수 있다.
스위칭 제어부(260)는 도 3을 참조하면, 2차측 스위치단(30)에 포함되는 스위치가 n개 있는 경우, nTs 시간 구간 동안 1차측 스위치(SP1)를 PWM 제어하고, Ts 구간마다 2차측 스위치단(30)에 속하는 2차측 스위치(SS1, SS2,... SSn)를 순차적으로 턴온시켜 샘플링 타임 nTs 시간 동안 2차측 스위치단(30)에 속하는 모든 2차측 스위치(SS1, SS2,... SSn)를 컨트롤할 수 있고, 이에 따라 2차측 스위치단(30)의 2차측 스위치(SS1, SS2,... SSn)에 각각 연결되어 있는 모든 출력 구간(Secondary output 1, Secondary output 2,... Secondary output n)의 충전 전원이 개별 제어될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 다중 배터리 충전기의 회로도이며, 도 5a 내지 도 5d는 도 4에 도시된 다중 배터리 충전기의 동작 모드를 나타내는 도면이며, 도 6은 도 4에 도시된 다중 배터리 충전기의 신호 변화를 예시한 그래프이다.
도 4는 도 2에 도시한 다중 배터리 충전기의 출력단(40)을 더블-엔디드 타입으로 예를 들어 도시한 회로도이며, 본 발명의 실시예가 더블-엔디드 타입의 다중 배터리 충전기에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
다중 배터리 충전기는 전원 변환 회로(100a)와 제어회로(200a)를 포함할 수 있다.
전원 변환 회로(100a)는 입력단(10a), 트랜스부(20a), 2차측 스위치단(30a) 및 출력단(40a)을 포함할 수 있다.
입력단(10a)은 1차측 스위치(SP1, SP2)를 포함하고, 1차측 스위치(SP1, SP2)는 2개의 스위치를 포함할 수 있다. 입력단(10a)은 입력 직류 전원을 통해 전원을 인가받으며, 제어회로(200a)로부터 PWM 신호를 전송받아 인가되는 입력 직류 전원을 스위칭하여 트랜스부(20a)에 전달할 수 있다.
트랜스부(20a)는 입력 전원을 승압하여 승압전원을 출력하며, 권선비가 n인 1차측 코일 및 2차측 코일을 포함할 수 있다.
2차측 스위치단(30a)은 트랜스부(20a)를 통해 인가되는 입력 전원을 스위칭하여 출력단(40a)에 전송할 수 있도록 2개의 2차측 스위치(SS1, SS2)를 포함할 수 있다. 2차측 스위치단(30a)은 제어회로(200a)를 통해 인가되는 제어 신호에 따라 시분 할 방식으로 2개의 2차측 스위치(SS1, SS2)가 제어될 수 있다.
출력단(40a)은 2개의 출력 구간을 포함하며, 2개의 출력구간은 2차측 스위치단(30a)에 마련된 2차측 스위치(SS1, SS2)에 각각 연결되어 시분할 방식으로 출력 전압을 인가받을 수 있다.
제어 회로(200a)는 피드백 회로부(230a) 및 스위칭 제어부(260a)를 포함할 수 있다.
피드백 회로부(230a)는 전압 제어부(205a) 및 전류 제어부(210a)를 포함할 수 있다.
전압 제어부(205a)는 2개의 출력 구간에서 출력되는 전압(V01)을 검출하고, 검출된 전압(V01)과 레퍼런스 전압(V01*)의 오차를 검출하고, 검출된 오차에 따라 PI 제어기(PI Controller)가 오차의 증폭, 오차의 증폭률 설정 등의 작업을 수행하여 전압의 오차를 조정하기 위한 전류를 출력할 수 있다.
전류 제어부(210a)는 전압 제어부(205a)를 통해 출력되는 전류를 전류 설정기(Current limiter 1, Current limiter 2)를 통해 입력받아 한계(limit) 설정된 크기로 필터링하고, 필터링되어 출력되는 레퍼런스 전류(I01*)와 검출된 전류(I01)를 비교하여 오차를 검출하고, PI 제어기(PI Controller)는 검출된 오차에 따라 PWM 신호를 만들기 위해 비교기(Comparator)의 +단자에 신호를 출력한다.
상술한 과정에 의해 피드백 회로부(230a)는 2개의 출력 구간에서 출력되는 전원(전압,전류) 정보를 레퍼런스 정보와 비교하여 오차를 산출하고, 오차에 따라 반영되어야 하는 피드백 정보를 스위칭 제어부(260a)로 전달하여 출력단(40a)의 각각 의 구간에 대한 충전전원을 독립적으로 제어할 수 있다.
스위칭 제어부(260a)는 전류 제어부(210a)에 포함되는 PI 제어기(PI Controller)를 통해 인가되는 신호를 비교기(Comparater)의 +단자에 입력하고, 비교가 되는 삼각파를 단자에 입력하여 펄스폭 변조 신호를 생성할 수 있다.
스위칭 제어부(260a)는 생성된 펄스폭 변조 신호에 따라 전원 변환 회로(100a)의 입력단(10a) 및 2차측 스위치단(30a)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
스위칭 제어부(260a)는 시간 분할 다중 제어(TIME DIVISION MULTIPLE CONTROL) 방식으로 입력단(10a)의 1차측 스위치(SP1, SP2)와 2차측 스위치단(30a)의 2차측 스위치(SS1, SS2)를 컨트롤할 수 있다.
스위칭 제어부(260a)는 도 5a 내지 도 5d 및 도 6을 참조하면, mode 1 내지 mode 4의 단계로 1차측 스위치(SP1, SP2)와 2차측 스위치단(30a)을 제어할 수 있다.
스위칭 제어부(260a)는 도 5a 및 도 6을 참조하면, mode 1에서 1차측 스위치(SP1, SP2)를 PWM 제어에 의해 턴-온시키고, 2차측 스위치단(30a) 중 상단스위치(SS1)를 턴-온시키고 하단스위치(SS2)를 턴-오프시킨다.
스위칭 제어부(260a)에서 1차측 스위치(SP1, SP2)를 턴-온시키면 트랜스부(20a)에 입력직류전원(VS)이 인가된다. 트랜스부(20a)는 인가된 입력직류전원(VS)을 권선비에 따라 변환한다. 트랜스부(20a)에 의해 변환된 전원은 상단스위치(SS1)를 통해 제1배터리(B1)에 인가되며, mode 1 구간 동안 트랜스부(20a)의 2차단을 통해 출력되는 전류(IP)가 증가하며, 2차단을 통해 출력되는 전류(IP)가 제1배터리(B1)에 연결된 제1인덕터(L01)로 흐르게 되어 그 전류(IL01)의 크기도 증가하게 된다. 제1인 덕터(L01)로 흐르는 전류에 따라 제1인덕터(L01)에 전압(VL01)이 걸리게 되고, 제1배터리(B1)에는 출력 전압(V01)이 걸리게 된다.
스위칭 제어부(260a)는 도 5b 및 도 6을 참조하면, mode 2에서 1차측 스위치(SP1, SP2)를 PWM 제어에 의해 턴-오프시키고, 2차측 스위치단(30a)의 상단스위치(SS1) 및 하단 스위치(SS2)를 모두 턴-오프시킨다.
이에 따라, 제1배터리(B1) 및 제2배터리(B2)에는 인덕터(L01, L02) 및 커패시터(C01,C02)에 이미 저장된 전류가 환류하게 되며, 트랜스부(20a)를 통해 나오는 전류는 이 되고, 제1인덕터(L01) 및 제2인덕터(L02)를 통해 흐르는 전류는 감소하게 된다.
스위칭 제어부(260a)는 도 5c 및 도 6을 참조하면, mode 3에서 1차측 스위치(SP1, SP2)를 PWM 제어에 의해 턴-온시키고, 2차측 스위치단(30a)의 상단스위치(SS1)를 턴-오프시키고 하단스위치(SS2)를 턴-온시킨다.
스위칭 제어부(260a)에서 1차측 스위치(SP1, SP2)를 턴-온시키면 트랜스부(20a)에 입력직류전원(VS)이 인가된다. 트랜스부(20a)는 인가된 입력직류전원(VS)을 권선비에 따라 변환한다. 트랜스부(20a)에 의해 변환된 전원은 하단스위치(SS2)를 통해 제2배터리(B2)에 인가되며, mode 3 구간 동안 트랜스부(20a)의 2차단을 통해 출력되는 전류(IP)가 증가하며, 2차단을 통해 출력되는 전류(IP)가 제2출력단(40a)의 제2인덕터(L02)로 흐르게 되어 그 전류(IL02)의 크기도 증가하게 된다. 2배터리(B2)에는 출력 전압(V02)이 걸리게 된다.
스위칭 제어부(260a)는 도 4d 및 도 5를 참조하면, mode 4에서 1차측 스위치 (SP1, SP2)를 PWM 제어에 의해 턴-오프시키고, 2차측 스위치단(30a)의 상단스위치(SS1) 및 하단스위치(SS2)를 모두 턴-오프시킨다.
이에 따라, 제1배터리(B1) 및 제2배터리(B2)에는 인덕터(L01,L02) 및 커패시터(C01,C02)에 이미 저장된 전류가 환류하게 되며, 트랜스부(20a)를 통해 나오는 전류는 이 되고, 제1인덕터(L01) 및 제2인덕터(L02)를 통해 흐르는 전류는 감소하게 된다.
상술한 방법을 종합하여 설명하면, 다중 배터리 충전기에 포함되는 컨버터의 1차측은 공유하고, 2차측은 복수 개의 출력 구간을 마련하고, 각각의 출력 구간에 개별 제어 가능한 스위치를 설치하여 시간 분할 다중 제어(TIME DIVISION MULTIPLE CONTROL) 방식으로 배터리(300)의 충전을 독립 제어하게 된다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구범위의 범위에 속함은 자명하다.

Claims (10)

  1. 전원부로부터 전원을 공급 또는 공급 차단하는 입력단;
    상기 입력단에 공통 연결되며 복수 개의 배터리가 충전되는 복수 개의 출력 구간을 포함하고, 상기 복수 개의 출력 구간에는 상기 전원을 선택적으로 입력받을 수 있도록 2차측 스위치가 개별적으로 마련되어 시간 분할 다중 제어되는 출력단; 및
    상기 복수 개의 배터리에 인가되는 전원을 독립적으로 제어할 수 있도록 상기 입력단 및 상기 출력단에 펄스폭 변조 신호를 전송하는 스위칭 제어부를 포함하는 다중 배터리 충전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력단에 포함되는 복수 개의 출력구간에 대한 피드백 제어를 독립적으로 수행할 수 있도록 상기 복수 개의 출력구간의 전압을 검출하여 상기 스위칭 제어부에 전송하는 피드백 회로부를 더 포함하는 다중 배터리 충전기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 입력단은 1차측 스위치를 적어도 하나 포함하며,
    상기 스위칭 제어부는 상기 피드백 회로부를 통해 복수 개의 출력 구간에 대한 전원 정보를 전송받으면,
    상기 전원 정보에 따라 상기 1차측 스위치와 상기 복수 개의 2차측 스위치를 시간 분할 다중 제어하여 해당 출력 구간에 대한 전원을 독립적으로 보상하는 다중 배터리 충전기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는 상기 1차측 제어부와 상기 복수 개의 2차측 스위치를 하나의 샘플링 시간에 동기화시켜 시간 분할 다중 제어하는 다중 배터리 충전기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는 상기 1차측 스위치를 fs의 주파수로 운용하며, 상기 2차측 스위치가 n개 존재하면 각각의 스위치를 fs/n의 주파수로 운용하여 한 주기에 복수 개의 2차측 스위치에 연결된 출력 구간의 전원을 모두 제어하는 다중 배터리 충전기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는 상기 2차측 스위치의 개수가 n개인 경우 Ts 시간 간격 마다 2차측 스위치를 순차적으로 제어하여 nTs 시간에 상기 2차측 스위치를 모두 독립적으로 제어하는 다중 배터리 충전기.
  7. 적어도 하나의 1차측 스위치를 포함하는 입력단;
    상기 입력단을 통해 인가되는 전원의 크기를 변환하는 트랜스부;
    상기 트랜스부를 통해 전원을 인가받고, 인가받은 전원이 출력될 수 있는 독립적인 출력구간을 복수 개 포함하는 출력단;을 포함하고,
    상기 출력구간은 개별적으로 구동될 수 있는 2차측 스위치를 각각 구비하며, 상기 복수 개의 출력구간에는 복수 개의 배터리가 연결되며,
    상기 1차측 스위치와 상기 2차측 스위치에 펄스폭 변조 신호를 인가하여 시간 분할 다중 제어하며, 상기 복수 개의 배터리에 충전되는 전원을 상기 출력 구간마다 독립적으로 제어하는 다중 배터리 충전기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 출력단에 포함되는 독립적인 출력구간은 트랜스부를 통해 공통 연결되며, 상기 트랜스부를 통해 변환되는 전원을 전달받는 출력 구간은 상기 2차측 스위치의 작동에 의해 결정되는 다중 배터리 충전기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수 개의 출력 구간에 연결된 배터리에 충전되는 전원의 크기를 독립적으로 제어할 수 있도록 각각의 출력 구간의 전원을 검출하는 피드백 회로부를 더 포함하는 다중 배터리 충전기.
  10. 적어도 하나의 1차측 스위치를 포함하는 입력단과, 상기 입력단을 통해 인가되는 전원의 크기를 변환하는 트랜스부와, 상기 트랜스부를 통해 출력되는 전원을 인가받고, 인가받은 전원이 출력될 수 있는 복수 개의 출력구간에 설치되는 복수 개의 2차측 스위치를 포함하는 다중 배터리 충전기의 제어방법에 있어서,
    상기 복수 개의 2차측 스위치를 시간 분할 다중 제어하여 상기 출력구간과 상기 트랜스부의 폐회로를 순차적으로 형성하며,
    상기 복수 개의 출력 구간에 연결되어 충전되는 복수 개의 배터리에 인가되는 전원을 독립적으로 제어할 수 있도록, 상기 복수 개의 2차측 스위치를 시간 분할 다중 제어 시 상기 1차측 스위치와 연동 제어하는 다중 배터리 충전기의 제어방법.
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