KR0141598B1 - 2개의 다른 부하전압을 갖는 자동차용 전원회로 - Google Patents

2개의 다른 부하전압을 갖는 자동차용 전원회로

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KR0141598B1
KR0141598B1 KR1019890000457A KR890000457A KR0141598B1 KR 0141598 B1 KR0141598 B1 KR 0141598B1 KR 1019890000457 A KR1019890000457 A KR 1019890000457A KR 890000457 A KR890000457 A KR 890000457A KR 0141598 B1 KR0141598 B1 KR 0141598B1
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에스.르 바그레즈
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Abstract

두 개의 다른 부하 전압, 즉, 통상의 차량 전원 시스템 전압과, 박막 가열저항기를 구비한 가열 글레이징의 동작을 위해 상기 전압 보다 높은 전압을 갖는 적정한 가격의 전원 공급 회로가 설명된다. 발전기(14)는 적어도 가열 글레이징의 동작에 요구되는 전압에 대응하는 고전압용으로 설계된다. 가열 글레이징의 스위치-오프 상태가 되면, 발전기(14)에 의해 공급된 전압은 제어기(40)에 의해 차량 전원 시스템 전압(B+)으로 조절된다. 가열 글레이징이 스위치-온 상태가 된면, 차량 전원 시스템 전압은 고전압(G+)으로부터 유도된다. 안전한 동작 조건을 확보하기 이하여, 부하 스위치(45)의 전화중에 발생기에 대한 여진기 전류의 일시적 감소를 위한 시간 스위치(44), 가열 시간의 제한을 위한 주 타이머(46), 및 발생기 전압(G+)의 제한을 위한 임계 전압 스위치(49)가 부가적 감시 소자로서 제공된다.

Description

2 개의 다른 부하전압을 갖는 자동차용 전원회로
제 1 도는 본원 발명 구성의 제 1 실시예에 관한 전원회로의 블록선도.
제 2 도는 제 1 도의 회로에 사용되는 전압 변환기 구성의 제 1 태양을 나타내는 도면.
제 3 도는 제 1 도의 회로에 사용되는 전압변환기 구성의 다른 태양을 나타내는 도면.
제 4 도는 본원발명 구성의 제 2 실시예에 관한 전원회로의 블록선도.
제 5 도는 안전회로를 부가한 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 33, 41 : 발전기 2, 34, 40 : 제어기
3a, 3b : 절환 스위치 4, 35 : 배터리
5, 31 : 부하 6, 6', 6 : 전압변환기
7, 30 : 가열 글레이징 8, 9, 18, 42 : 선로
10, 27, 43, 48, 50 : 입력단 36, 44, 45, 47, 49 : 스위치
[산업상 이용분야]
본 발명은 2 개의 다른 부하전압 즉 통상의 자동차(motor vehicle) 전원시스템 직류전압과, 예컨대 박막 가열 저항기를 구비한 가열 글레이징(heating glazing)을 동작시키는 직류전압을 사용하고, 발전기 및 전압제어기를 장착한 자동차용 전원회로에 관한 것이다.
[종래의 기술]
통상의 자동차용 전원회로는 직류를 이용한 회전자와 고정자에 설치된 3 상코일로 이루어진 3 상 교류 발전기를 포함한다. 회전자의 회전기간에 생기는 3 상전압은 정류용 브릿지에서 맥동 직류전압으로 변환되고, 자동차 전원시스템에 공급된다. 배터리용 최대충전 전압 14.2V 에 대한 전압조절이 동작을 위해 요구된다. 이 전압제어는 주기적으로 회전자의 여자기 전류를 분리시키는 전압제어기에 의해 실행된다. 통상의 자동차 전원시스템 전압 12V는 특정 전기부하, 예컨대 박막 가열 글레이징에 있어서는 불충분하다. 이 가열 글레이징은 요구효과를 달성하기 위해서 50V 또는 그이상의 전압을 요구한다. 다른 부하는 자동차 전원시스템 전압 12V를 공급해야 하므로 2 개의 다른 전압 시스템을 구성할 필요가 있다.
[발명이 해결하고자 하는 과제]
2 개의 다른 전압을 설치하는 하나의 가능한 방법은, 가열 글레이징의 작동을 위해 전위차 전원 시스템으로부터 발전기를 분리하고, 그 발전기를 가열 글레이징에 대해 요구되는 고전압으로 조절하는 것이며, 자동차 전원 시스템은 그동안에 배터리에 의해서 공급된다. 그러나 이 회로에서는, 가열 글레이징의 스위치가 온상태인 동안 배터리는 자동차 전원을 완전히 도맡아야 하므로 급속히 방전된다. 만일 자동차 전압이 다 소모되면 자동차는 더이상 운행할 수 없는 상태가 되므로 정밀한 감시회로(monitoring circuit)가 배터리의 충전상태를 감시하기 위해 설치되어야 한다. 그래서 이 회로는 상대적으로 비싼 값이 되며 배터리의 수명도 급속방전의 결과로서 짧아진다.
2 개의 다른 전압을 발생하는 별도의 가능한 방법은 자동차 전원시스템 전압으로부터 가열 글레이징의 동작에 요구되는 고전압을 생성하는 것이다. 이러한 목적을 위해서 직류전압 변환기가 요구되어, 1차적으로 자동차 전원시스템 직류전압이 교류전압으로 변환되며, 교류전압은 고전압 레벨로 변환되고, 다음에 정류된다.
그러나 이러한 종류의 승압 변환기는 1 차측의 반도체 스위치에서의 전압강하가 특히 크기 때문에 효율이 낮다. 가열 글레이징의 경우에 송전될 고전력으로 인하여 이러한 종류의 변화기는 대형이 되고 비싸진다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본원 발명은 자동차 전원시스템 전압과 박막 가열 글레이징의 동작용 고전압을 발전기에 의해 동시에 생성하는 경제적 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명에 의하면 이런 문제는 이하의 기술적 수단에 의해 연결된다. 자동차 전원시스템 전압 보다도 높은 전압용의 발전기가 설치되고 이 전압은 적어도 가열 글레이징의 동작에 대해 요구되는 전압에 대응한다. 또 가열 글레이징의 스위치가 오프일때는 발전기에 의해서 공급되는 전압은 제어기에 의해서 자동차 전원시스템 전압으로 조절된다. 또한, 가열 글레이징의 스위치가 온 상태일 때 자동차 전원시스템 전압은 고전압으로 부터 얻어진다.
본원 발명에 따른 회로는 두가지 상이한 방법으로 기본적으로 실현될 수 있다.
본원 발명 구성의 제 1 실시예는 가열 글레이징의 스위치가 온 상태가 되면 발전기에 의해 공급되는 전압이 스위칭가능한 제어기에 의해 요구된 고전압으로 조절되는 것에 특징이 있고, 또한 자동차 전원시스템 전압이 직류전압 변환기의 도움으로 고전압으로 부터 얻어지는 것에 특징이 있다. 이런 구성의 실시예에서는 가열 글레이징의 동작중에는 배터리가 방전되지 않는 것을 보장한다.
변환기가 강압변환기로서 동작하므로, 한편으로 스위칭 소자에 대한 요구와 다른 한편으로 반도체 스위치의 전기적 손실이 상술된 승압 변화기에 대한 것 만큼 높지않고, 그 가격 또한 상당히 낮다.
본원 발명 구성의 제 2 실시예는, 가열 글레이징의 스위치가 온 상태일때, 가열 글레이징은 자동차 전원시스템의 다른 부하와 직렬로 접속되고, 쌍방 모두 발전기에 의해 공급되는 고전압으로 부터 공급된다.
이러한 구성의 실시예는 단일 발전기로 2 개의 다른 전압 시스템을 구성할 수 있는 매우 경제적인 방법이다. 가열 글레이징의 스위치가 오프 상태일 때는 발전기는 자동차 부하에 직접 접속되고 통상의 자동차 전원시스템 전압으로 조절되지만, 가열중에는 발전기는 자동차 전원시스템에서 분리되고 가열 글레이징에 접속되어 승압된다. 가열 글레이징은 자동차 전원시스템에 대해 직렬저항으로서 사용된다. 이 경우에는 제어기는 발전기 전압을 직접적으로 제한하는 것이 아니고 통상 동작조건으로서 자동차 전원시스템 전압을 제어한다. 통상 동작 조건에서, 즉 가열 글레이징의 스위치 오프시에 자동차 전원시스템 전압은 스위치에 의해 분로된다.
본원 발명의 특징 및 장점은 이하 도면을 참조하여 상세히 설명된다.
[실시예]
제 1 도에 도시한 전원회로는 정류 브릿지를 구비한 3 상 교류 발전기(1), 제어기(2), 절환 스위치(3a, 3b), 배터리(4), 저항기로서 개략적으로 도시한 자동차 전원시스템의 부하(5), 전압 변화기(6) 및 저항기로서 개략적으로 도시한 가열 글레이징(7)을 포함한다.
도시한 조건에서는 가열 글레이징(7)의 스위치는 온 상태로 되어있지 않다. 발전기(1)에 의해서 공급되어 또 제어기(2)에 의해서 자동차 전원시스템 전압으로 제한된 직류전압은 절환 스위치(3b)의 접촉부를 거쳐 자동차 부하(5) 및 배터리(4)로 직접 공급된다. 가열 글레이징(7)상으로 스위치를 넣기위해 절환 스위치(3a)와 (3b)는 각각 그들의 다른 단부위치로 전환되며, 이 위치에서 자동차 전원시스템의 부하(5)와 배터리(4)의 접속이 절환 스위치(3b)에 의해서 중단되고, 발전기(1)의 출력전압은 선로(8)를 거쳐 가열 글레이징(7)에 직접 인가된다. 동시에, 제어기(2)는 실례로 스위치(3a)를 통하여 50V 의 고전압 레벨로 조절됨으로써 요구전력을 가열 글레이징(7)에서 이용할 수 있다. 자동차시스템에 공급하기 위해서, 전압 변환기(6)는 동시에 작동되며 발전기로부터 선로(8)를 통해 공급되는 12∼14V의 생성한다. 이 전압은 선로(9)를 통하여 부하(5)와 배터리(4)에 인가된다.
제 2 도는 제 1 도에 블록으로 도시한 변환기(6)를 펄스 전압 변환기(6')의 형태로 도시하고 있다. 약 50V 의 발전기 출력이 입력단(10)에 가해진다. 14V 의 전압이 출력단(17)에 나타나므로 트랜지스터(12)는 스위치모드 제어부(11)에 의해 코일(14)로 절환된다. 이 값은 선로(18)를 거쳐 스위치모드 제어부(11)로 피드백되어, 거꾸로 트랜지스터(12)를 오프시킨다. 코일(14)의 전류에 의해 생긴 자계는 감쇠하고 다이오드(13)를 통해 출력단(17)에 전류를 생성한다. 출력단 전압은 자계가 감쇠하면 작아지게 된다. 이때문에 스위치모드 제어부(11)에 의해서 트랜지스터(12)는 다시 온 상태로 전환된다. 에너지 축적 컨덴서(15 및 16)는 스위치의 전류서지(current surge)를 입력단 및 출력단에 근접하지 못하게 하기 위해 설치된다. 이 스위칭 주파수는 회로소자(5, 14, 15 및 16)의 치수를 결정한다. 회로소자를 가능한 한 작게 유지하기 위해서 스위칭 주파수는 10kHz를 초과해야한다. 시한 전력(timed power)은 대칭부하를 요구하는 3 상 교류 권선으로 부터 얻어진다. 스위칭 주파수는 이런 이유때문에 가능한 한 높게해야 한다. 스위칭 주파수는 정류자의 리플 주파수 보다도 적어도 5 배 정도 커야한다.
제 3 도는 제 2 도의 펄스 전압변환기(6')에 대신하는 것으로 사용될 수 있는 푸시풀(push-pull) 변환기(6)를 나타내는 도면이다. 푸시풀 변환기(6)는 스위치모드 제어부(10)와, 교번적으로 온 및 오프되도록 전환되는 2 개의 스위칭 트랜지스터(20 및 21)를 포함한다. 이 트랜지스터들은 변압기(22)에 접속되고, 그 변압기의 1 자측에는 변환기의 입력단(27)에 접속되는 중앙 탭이 설치되어 있다. 코일의 상부 및 하부를 거쳐 전류가 교번적으로 흐르기 때문에 제 2 권선을 거쳐 분리된 교번자계가 변압기내에 형성된 2 개의 다이오드(23) 및 (24)는 교류전압을 정류한다. 변압기(22)의 변압기에 따라 전압비는 입력단(27)과 출력단(28)간에 설정된다. 출적 콘덴서(25) 및 (26)는 전류 서지가 변환기로 부터 외부로 통과하지 못하게 한다. 제 2 도를 참조로 설명한 단종단(single-ended) 변환기에 관한 스위칭 주파수와 동일한 것이 스위칭 주파수로 인가된다.
제 4 도에 도시된 본원 발명에 따른 회로구성의 형태에 있어서, 스위치가 온상태일 때에는 저항으로서 도시되어 있는 가열 글레이징(30)은, 부하(31)가 공동으로 저항으로 나타나 있는 자동차 전원시스템과 직력로 접속된다. 회로도는 가열 글레이징이 분로되어 오프 상태에 있는 스위칭 조건을 나타내는 도면이다. 이 조건에서 가열 글레이징은 폐쇄 스위치(32)에 의해 브릿지되어, 제어기(34)에 의해자동차 전원시스템 전압으로 조절된 발전기(33)는 자동차시스템 예컨대 부하(31) 및 배터리(35)에 직접 접속된다. 가열동작으로의 전환은 인칭 스위치(inching switch)(36)에 의해 실행된다. 이로써 스위치(32)의 개방이 확보되므로, 가열 글레이징(30)은 자동차 전원시스템에 따라 부하(31)에 대한 직접 직렬 저항으로 작용하며, 이어서 제어기(34)가 전환됨으로써 발전기 전압은 요구 고전압으로 승압된다.
전원 회로에 감시 장치(monitoring elements)를 부가하여 완성함으로써 어떤 환경하에서도 시스템의 안전동작조건을 확보하는 것이 바람직하다. 이들 부가적 감시 장치는 제 1 도의 구성 및 제 4 도의 구성을 형성하는데 모두 기본적으로 사용될 수 있다.
예를들면, 가열 글레이징의 가열 전력이 높아지므로써 가열 글레이징이 과열되는 것을 방지하기 위해 가열 시간을 제한하는 것이 바람직하다. 경험에 의하면 내려앉은 습기를 제거하는데 요구되는 가열 시간은 최대 5 분인 것으로 나타나 있다. 그러나 동결점 이상의 온도에서 이러한 시간은 너무 길 수도 있으므로, 가열 글레이징은 과열된다. 따라서 온도가 상승함에 따라, 가열 글레이징의 온-상태의 시간은 0°또는 그 이하의 저온에서는 약 5 분, 약 25°C 에서는 1 분, 약 30°C에서는 0 분과 같이 연속해서 감소된다. 따라서 가열 글레이징의 가열동작은 약 30°C 의 온도부터는 더이상 가능하지 않게 되어야 한다. 자동차내의 대표 온도는 이러한 제어용 기준 입력으로 선정되는 것이 바람직하다.
또한, 가열 글레이징 또는 케이블의 파손시에 위험한 과전압이 발생할 수 있기 때문에 과전압을 제한하는 것이 바람직하다. 전압을 제한하기 위해서 발전기의 출력단 전압은 제어기로 귀환하는 것이 바람직하다. 만일, 80V 의 소정 전압보다도 높은 전압이 나타난다면 제어기 시스템은 가열 동작을 중단하고 통상 동작으로 전환한다.
또한, 전환처리 동안에 전류제한을 하는 것이 바람직 하다. 고출력 발전기(high-power dynamos)는 자동차 전원시스템에 100 A 이사을 공급할 수 있다. 이러한 전류는 스우치에 의해 전달되어야 한다. 스위치가 커져서 값이 비싸게되지 않도록 하기 위해 가열 글레이징의 스위치가 온 및 오프 상태로 되는 동안에 발전기 전압은 일시적으로 감소된다.
이들 특정의 요구들을 만족하고, 안전 회로를 구비하는 전원 회로에 관한 해결 수단의 일례가 제 5 도에 도시된다. 제어기(40)는 선로(42)를 통하여 발전기(41)를 조절하여, 배터리(35) 및 부하(31)에 공급되는 자동차 전원시스템 전압 B+를 일정하게 한다. 제어기(40)가 갖고 있는 부가적 입력단을 통하여 발전기의 자계는 분리될 수 있다. 입력단(43)을 제어하는 타이머 스위치(44)에 의해서 제어기(40)는 일시적으로 부하 스위치(45)의 전환기간 동안 저전압으로 조절하게 된다. 타이머 스위치(44)는 주 타이머(46)에 의해 제어된다. 주 타이머(46)는 인칭 스위치(47)에 의해 수동으로 스위치 온 및 오프된다. 주 타이머(46)와 일체로된 온도 센서는 0 ∼ 5 분 사이에 있는 온 상태 시간을 미리 정한다. 주 타이머(46)는 부하 스위치를 개방 시켜, 가열 글레이징(30)을 통하여 발전기 전류를 흐르게 한다. 주 타이머(46)는 분리을 위한 우선적 입력단(48)을 갖는다. 이러한 입력단(48)은 임계 전압 스위치(49)에 접속되어 있다. 발전기 전압 G+ 는 임계 전압 스위치(49)의 입력단(50)에 공급 된다. 만일, 발전기 전압 G+가 약 80V 의 안전임계값을 초과하면, 임계 전압 스위치(49)는 주 타이머(46)의 입력단(48)에 제어펄스를 송출하고, 가열 글레이징(30)의 가열 동작을 즉시 중단시킨다.
[발명의 효과]
이상 상세히 설명한 대로 본원 발명에 의하면, 2 개의 다른 부하전압, 즉, 통상의 자동차 전원계 전압과 그 전압보다 높고 박막 가열 저항기를 구비한 가열 글레이징 동작용의 전압을 갖는 자동차용 전원 회로에 있어서, 발전기(41)는 적어도 가열 글레이징의 동작에 요구되는 전압에 대응하는 고전압용으로 설치되었다. 또한 가열 글레이징의 스위치가 오프 상태로 되면 발전기(41)에 의해서 공급되는 전압은 제어기(40)에 의해 자동차 전원시스템 전압(B+)으로 조절된다. 가열 글레이징의 스위치가 온 상태로 되면, 자동차 전원시스템 전압은 고전압(G+)으로부터 얻어진다. 안전 동작 조건을 확보하기 위하여, 부하 스위치(45)의 전환중에, 발전기(41)의 여자기전류를 일시적으로 감소시키는 시간 스위치(44)와, 가열 시간을 제한하기 위한 주 타이머(46)와, 발전기 전압(G+) 제한용의 임계 전압 스위치(49)는 감시 소자(monitoring elements)로서 부가적으로 설치되었다. 이 때문에 자동차용 전원 회로의 가격은 적합하게되는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (9)

  1. 2 개의 다른 부하 전압, 즉 , 통상의 자동차 전원 시스템 직류 전압과 상기 전압보다 더 높은 교류 고전압을 공급하며, 상기 고전압을 공급하는 발전기를 포함하는 자동차용 전원 회로에 있어서, 상기 고전압이 필요하지 않은 경우, 상기 발전기(1)에 의해 공급된 전압은 두가지 세팅(settings)을 구비한 제어기(2)에 의해 상기 자동차 전원 시스템 전압(5)으로 조절되고, 상기 고전압이 필요할 경우, 상기 자동차 전원 시스템 전압(5)은 전압 변환기(6)의 보조로 상기 고전압으로부터 얻어지며, 상기 고전압은 상기 동일한 제어기(2)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 2 개의 다른 부하 전압을 갖는 자동차용 전원 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 펄스 전압 변화기(6')가 전압 변환기(6)로서 사용되는 것을 특징으로 하는 2 개의 다른 부하 전압을 갖는 자동차용 전원 회로.
  3. 제 2 항에 있어서, 푸시-풀 변환기(6)가 전압 변화기(6)로서 사용되는 것을 특징으로 하는 2 개의 다른 부하 전압을 갖는 자동차용 전원 회로.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 변환기(6', 6)의 펄스 주파수는 상기 발전기(1)의 최대 정류자 리플 주파수 보다 적어도 5 배 더 큰 것을 특징으로 하는 2 개의 다른 부하 전압을 갖는 자동차용 전원 회로.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고전압은 박막 가열 저항을 구비한 가열 글레이징의 동작용으로 사용되고, 상기 가열 글레이징(7 ; 30)의 과열을 방지하기 위해 가열 글레이징의 온-상태 시간이 시간 제한 회로(46)에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는 2 개의 다른 부하 전압을 갖는 자동차용 전원 회로.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 시간 제한 회로(46)는 자동차의 바람막이 유리(windscreen)부근의 온도를 측정하는 온도 센서에 의해 제어되고, 상기 가열 글레이징(7 ; 30)의 온-상태시간은 0°C 에서의 약 5 분과 25°C 에서의 약 1 분 사이의 값들로 제한되는 것을 특징으로 하는 2 개의 다른 부하 전압을 갖는 자동차용 전원 회로.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 고전압을 사용하는 회로의 고장시에 생기는 과대한 고전압을 방지하기 위하여 전압 제한 회로(49)가 설치되는 것을 특징으로 하는 2 개의 다른 부하 전압을 갖는 자동차용 전원 회로.
  8. (2회 정정) 제 7 항에 있어서, 상기 발전기의 출력 전압은 상기 제어기(40)에 귀한되어 상기 전압을 제한하고, 80V 이상의 과대한 고전압 발생시에 상기 제어기(40)는 가열 동작을 중단시키고 통상 동작으로 전환하는 것을 특징으로 하는 2 개의 다른 부하 전압을 갖는 자동차용 전원 회로.
  9. (2회 정정) 제 1 항에 있어서, 상기 고전압을 사용하는 회로가 스위치-온 또는 스위치-오프되는 동안, 전류 제한 회로(44)는 상기 발전기 전압을 일시적으로 줄이는 것을 특징으로 하는 2 개의 다른 부하 전압을 갖는 자동차용 전원 회로.
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