KR0143198B1 - 발열감소기능을 갖춘 차량의 전압조정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전압조정기가 동작하게 됨에 따라 자체적으로 발생되는 내부열을 현저하게 감소시킴으로써 에너지절약 및 사용수명기간을 보다 연장시킬 수 있도록 한 발열감소기능을 갖춘 차량의 전압조정기를 제공하기 위한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 배터리(6)로부터의 전압(B⁺)을 소정의 조정전압(V_r)과 비교하는 비교기(7)와, 상기 비교기(7)에서 출력되는 결과치에 따라 온/오프스위칭되면서 발전기내의 계자코일(1)에 흐르는 전류를 단속하는 스위칭소자(8)를 갖추어 발전기의 출력전압을 일정하게 조정해 주는 차량의 전압조정기에 있어서, 상기 배터리(6)로부터의 전압(B⁺)이 기준전압(V_L)보다 낮으면 상기 계자코일(1)에서 상기 스위칭소자(8)로 역류되는 전류를 접지시켜 그 스위칭소자(8)에서 발생되는 열을 감소시키는 발열감소수단(10)을 추가로 구비하여 구성되고, 상기 발열감소수단(10)은 상기 배터리(6)로부터의 전압(B⁺)을 소정의 기준전압(V_L)과 비교하는 제2비교기(11)와, 상기 제2비교기(11)로부터의 결과치에 따라 온/오프스위칭동작하는 스위칭트랜지스터(12) 및, 상기 스위칭트랜지스터(12)의 턴온상태시 작동하여 상기 계자코일(1)로부터 역류되는 전류를 접지시키는 차단소자(RY)로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

발열감소기능을 갖춘 차량의 전압조정기

제1도는 일반적인 발전기의 일예에 따른 구성도.

제2도(a) 내지 (d)는 제1도에 도시된 발전기의 동작원리를 설명하는 도면.

제3도는 제1도에 도시된 정류자의 회전에 따른 발생전압의 크기를 설명하는 신호파형도.

제4도는 일반적인 전압조정기의 회로도.

제5도는 본 발명의 일실시예에 따른 발열감소기능을 갖춘 차량의 전압조정기의 회로도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 계자코일 2 : 계자철심

3 : 전기자코일 4 : 정류자

5,5a,5b : 브러시 6 : 배터리

7 : 비교기 8 : 스위칭소자

9 : 전기부하 10 : 발열감소수단

11 : 제2비교기 12 : 스위칭트랜지스터

RY : 차단소자(릴레이)

본 발명은 발열감소기능을 갖춘 차량의 전압조정기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전압조정기(Voltage Regulator)의 동작시 자체적으로 발생되는 열을 감소시켜 주도록 한 발열감소기능을 갖춘 차량의 전압조정기에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에 장착되는 발전기(본 발명의 명세서상에서 발전기라 함은 직류발전기를 의미한다)는 제1도에 도시된 바와 같이, 전기자(도시되지 않음)에서 유도된 전류가 흐르게 되면 계자철심(Pole Core; 2)에 감겨진 계자철심(2)을 자화시켜 자계를 만드는 계자코일(Field Coil; 1)과, 자계내부를 회전하면서 그의 자속을 쇄교하여 전압을 유기시키는 전기자코일(Armature Coil; 3), 그 전기자코일(3)에서 발생된 교류전압을 직류전압으로 정류하는 정류자(Commutator Bar; 4) 및, 그 정류자(4)와 경사지게 설치되어 전기자에서 발생된 전류를 외부로 보내는 역할을 하는 브러시(Brush; 5)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 일반적인 발전기의 동작원리는 다음과 같다.

일단, 제2도(a)에 도시된 바와 같이 계자철심(2) N,S간에 직사각형태의 전기자코일(3) a,b,c,d를 놓고, 그 단자 b,c를 상호 절연된 정류자(4)로 조립되어 있는 장치에 접속시켜 놓은 상태에서 임의의 외력을 가해 축 OO'을 중심으로 회전시키게 되면 전기자코일(3) ab 및 cd는 자속을 쇄교하여 전자유도작용에 의한 전압을 발생시키게 된다. 그 발생되는 전압의 방향은 플레밍의 오른손법칙을 따르게 되는데, 그 발생전압의 크기는 자속을 직각으로 자르는 비율에 비례하게 된다.

그에 따라, 제2도(a)에 예를 들어 나타낸 현재의 전기자코일(3)의 위치가 제2도(b)에 도시된 바와 같은 위치에 이를 때까지는 제3도에 나타낸 바와 같이 브러시(5)사이의 전압이 점차적으로 커지게 되고, 제2도(b)에 도시된 위치가 가장 크게 되며, 제2도(c)에 도시된 위치에 가까워짐에 따라 점차적으로 작아져서 제2도(c)에 도시된 바와 같은 위치에서는 제3도에 도시한 바와 같이 제로가 된다. 이때, 상기 전압은 정류자(4)를 지나서 이것에 접촉하고 있는 브러시(5)사이에 나타나는바, 발전기에서 외부로 가는 방향이 정방향일 경우에는 상기 브러시(5)의 극성은 5a가 (+)로, 5b가 (-)로 된다.

이 상태로 계속 회전을 하게 되면 발생하는 전압의 방향은 제2도(d)에 도시된 바와 같이 전기자코일(3) b에서 a로, 전기자코일(3) d로부터 c로 향하며, 제3도에 점선으로 나타낸 것과 같이 먼저와 반대가 되지만, 브러시(5)에 접촉하는 정류자(4)가 동시에 바뀌게 되므로 브러시(5)의 극성은 일정하며 브러시(5)사이의 전압은 제3도에 도시된 바와 같이 실선방향으로 정류되어 나타나게 된다.

이와 같이 하여 발전기는 발전동작을 하게 되는 바, 통상적으로 이러한 발전기내부에는 전압조정기(Voltage Regulator)가 설치되어 발전기의 발생전압을 회전수의 변화에 관계없이 일정하게 유지하도록 조정하고, 이러한 일반적인 전압조정기는 제4도에 도시된 바와 같이, 배터리(6)로부터의 전압(B⁺)을 소정의 조정전압(V_r)과 비교하는 비교기(7)와, 그 비교기(7)에서 출력되는 결과치에 따라 온/오프스위칭되면서 발전기내의 계자코일(1)에 흐르는 전류를 단속하는 예컨대 파워트랜지스터로 이루어진 스위칭소자(8)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 일반적인 전압조정기의 전압조정동작에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 엔진에 의해 발전기의 회전자가 회전하게 되면 초기에는 배터리(6)로부터의 전압(즉, 배터리충전전압=발전기출력전압; B⁺)이 소정의 조정전압(V_r)에 비해 낮게 되므로 스위칭소자(8)가 온(ON)되어 계자코일(1)에 전류가 흘러 발전기의 출력전압을 상승시키게 되고, 상기 배터리(6)로부터의 전압(B⁺)이 조정전압(V_r)에 비해 높을 경우에는 상기 스위칭소자(8)는 오프(OFF)되어 계자코일(1)에 전류가 흐르지 않게 되므로 발전기내의 전압은 감소하게 된다.

이와 같은 동작에 의해 전압조정기는 발전기전압을 조정전압(V_r)에 맞도록 조정해 주게 되지만, 특히 배터리(6)의 출력전압이 적게 되어 스위칭소자(8)가 계속 온(ON)상태를 유지하는 경우 상기 스위칭소자(8)에는

P=V_CE·I_C1

｛P; 전력［W］, V_CE; 스위칭소자(8)의 컬렉터와 에미터사이의 전압(대략 1.5［V］정도), I_C1; 스위칭소자(8)를 통해 흐르는 계자코일(1)의 전류(대략 5∼7［A］정도)｝

만큼의 전력이 고열로써 발생하게 되어 큰 전기부하가 걸리게 되므로 전압조정기의 특성열화를 불러 일으키게 되고 그에 따라 에너지손실을 초래시킬 뿐만 아니라 사용수명기간을 단축시키게 되는 문제점이 발생된다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은 전압조정기가 동작하게 됨에 따라 자체적으로 발생되는 내부열을 현저하게 감소시킴으로써 에너지절약 및 사용수명기간을 보다 연장시킬 수 있도록 한 발열감소기능을 갖춘 차량의 전압조정기를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 발열감소기능을 갖춘 차량의 전압조정기는, 배터리로부터의 전압을 소정의 조정전압과 비교하는 비교기와, 상기 비교기에서 출력되는 결과치에 따라 온/오프스위칭되면서 발전기내의 계자코일에 흐르는 전류를 단속하는 스위칭소자를 갖추어 발전기의 출력전압을 일정하게 조정해 주는 차량의 전압조정기에 있어서, 상기 배터리로부터의 전압이 기준전압보다 낮으면 상기 계자코일에서 상기 스위칭소자로 역류되는 전류를 접지시켜 그 스위칭소자에서 발생되는 열을 감소시키는 발열감소수단을 추가로 구비하여 구성되고, 상기 발열감소수단은 상기 배터리로부터의 전압을 소정의 기준전압과 비교하는 제2비교기와, 상기 제2비교기로부터의 결과치에 따라 온/오프스위칭동작하는 스위칭트랜지스터 및, 상기 스위칭트랜지스터의 턴온상태시 작동하여 상기 계자코일로부터 역류되는 전류를 접지시키는 차단소자로 구성된다.

바람직하게, 상기 제2비교기의 기준전압은 상기 비교기의 조정전압에 비해 소정치 낮게 설정된다.

그리고, 상기 차단소자는 릴레이로 구성되고, 그 릴레이의 초기접점상태는 상시오프상태이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 차량이 전기를 많이 사용하게 됨에 따라 배터리의 전압이 낮아져서 비교기에서 출력되는 결과치에 의해 스위칭소자가 계속적으로 온되어 전기적인 부하가 많이 걸리게 되는 경우 제2비교기로부터의 결과치에 의해 스위칭트랜지스터가 온되어 차단소자가 작동하게 됨에 따라 상기 스위칭소자에 발생되는 고열은 현저히 감소된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

제5도는 본 발명의 일실시예에 따른 발열감소기능을 갖춘 차량의 전압조정기의 회로도로서, 제4도에서 설명한 구성요소와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하면서 명세서의 간략화를 위해 설명을 생략한다.

동 도면에서, 참조부호 10은 비교기(7)에서 출력되는 결과치가 하이레벨의 신호［즉, 배터리충전전압(B⁺)이 소정치 이하로 낮아짐에 따른 신호］로써 계속적으로 스위칭소자(8)의 베이스에 바이어싱됨에 따라 상기 스위칭소자(8)가 온(ON)되어 계속적으로 과도한 부하가 걸리게 되는 경우 상기 스위칭소자(8)에 발생되는 고열을 현저하게 감소시키는 동작을 수행하는 발열감소수단을 나타낸다.

여기서, 상기 발열감소수단(10)은 반전단자(-)가 배터리(6)의 출력단에 접속되고, 비반전단자(+)에는 소정의 기준전압［예컨대, 상기 비교기(7)의 조정전압(V_r)에 비해 소정치 낮게 설정된 전압; V_L］이 인가되도록 접속되어, 상기 배터리(6)에서 인가되는 전압(B⁺)을 소정의 기준전압(V_L)과 비교하는 제2비교기(11)와; 베이스가 저항(R)을 매개로 상기 제2비교기(11)의 출력단에 접속되고 에미터는 접지에 접속되어 상기 제2비교기(11)에서 출력되는 결과치에 따라 온/오프스위칭동작하는 스위칭트랜지스터(12) 및; 그 스위칭트랜지스터(12)의 컬렉터와 상기 스위칭소자(8)의 컬렉터사이에 접속되면서 동작전원은 상기 배터리(6)로부터 인가받도록 접속되어 상기 스위칭트랜지스터(12)가 턴온됨에 따라 작동하여 상기 계자코일(1)에 흐르는 전류를 접지시키게 되므로 파워트랜지스터로서의 상기 스위칭소자(8)에 발생하는 고열을 현저하게 감소시키게 되는 차단소자로서의 릴레이(RY)로 구성된다.

또한, 상기 릴레이(RY)의 초기접점상태는 상시오프상태를 유지함이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 발열감소기능을 갖춘 차량의 전압조정기에 의한 발열감소동작에 대해 설명하면 다음과 같다.

제5도에 있어서, 차량이 전기를 많이 사용하게 되는 경우 발전기의 출력전압이 상승하게 되어 스위칭소자(8)는 계속적으로 온(ON)상태를 유지하게 되고 그에 따라 상기 스위칭소자(8)에는 과부하게 걸리게 되는바, 그와 같은 과부하상태가 지속되다 보면 어느 시기에서는 배터리(6)로부터의 전압(B⁺)이 제2비교기(11)의 기준전압(V_L)보다 낮아지게 된다.

이때, 상기 제2비교기(11)에서는 하이레벨의 신호(즉, 발열감소신호)를 출력하게 되고, 그에 따라 스위칭트랜지스터(12)가 온되어 차단소자로서의 릴레이(RY)가 작동되므로, 상기 스위칭소자(8)로 흐르던 계자코일(1)로부터의 전류는 상기 릴레이(RY)를 통해 접지된다. 그에 따라, 상기 스위칭소자(8)에 발생되는 고열이 현저히 감소된다. 다시 말해서, 상기 릴레이(RY)는 접점간의 저항값이 거의 제로(Zero)이기 때문에 접점에서 열이 발생되지 않게 된다.

이와 같이 릴레이(RY)에 의해 발열감소동작이 진행되다가 상기 스위칭소자(8)에 전기부하가 적게 걸리게 되는 경우［즉, 배터리(6)로부터의 전압(B⁺)이 상기 제2비교기(11)의 기준전압(V_L)보다 높아지게 되는 경우］에는 상기 비교기(7)로부터의 결과치에 따라 상기 스위칭소자(8)의 온/오프동작이 재개되어 발전기의 출력전압을 일정하게 조정해 주게 된다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 차량이 전기를 많이 사용하게 됨에 따라 스위칭소자에 전기적인 과부하가 계속적으로 걸리게 되는 경우 발열감소수단에 의해 상기 스위칭소자에서의 고열이 현저하게 감소되므로, 스위칭소자의 특성열화현상을 방지할 수 있게 되고 그에 따라 전압조정기의 사용수명이 연장되는 이점이 있게 된다.

그리고, 상기 스위칭소자에서의 발열감소로 인해 그만큼 에너지손실이 감소되는 이점이 있을 뿐만 아니라 전압조정기에 사용되는 방열판을 소형화하는 것도 가능하게 된다.

Claims (3)

1. 배터리(6)로부터의 전압(B⁺)을 소정의 조정전압(V_r)과 비교하는 비교기(7)와, 상기 비교기(7)에서 출력되는 결과치에 따라 온/오프스위칭되면서 발전기내의 계자코일(1)에 흐르는 전류를 단속하는 스위칭소자(8)를 갖추어 발전기의 출력전압을 일정하게 조정해 주는 차량의 전압조정기에 있어서, 상기 배터리(6)로부터의 전압(B⁺)이 기준전압(V_L)보다 낮으면 상기 계자코일(1)에서 상기 스위칭소자(8)로 역류되는 전류를 접지시켜 그 스위칭소자(8)에서 발생되는 열을 감소시키는 발열감소수단(10)을 추가로 구비하여 구성되고, 상기 발열감소수단(10)은 상기 배터리(6)로부터의 전압(B⁺)을 소정의 기준전압(V_L)과 비교하는 제2비교기(11)와, 상기 제2비교기(11)로부터의 결과치에 따라 온/오프스위칭동작하는 스위칭트랜지스터(12) 및, 상기 스위칭트랜지스터(12)의 턴온상태시 작동하여 상기 계자코일(1)로부터 역류되는 전류를 접지시키는 차단소자(RY)로 구성된 것을 특징으로 하는 발열감소기능을 갖춘 차량의 전압조정기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2비교기(11)의 기준전압(V_L)은 상기 비교기(7)의 조정전압(V_r)에 비해 소정치 낮게 설정된 것을 특징으로 하는 발열감소기능을 갖춘 차량의 전압조정기.
3. 제1항에 있어서, 상기 차단소자(RY)는 릴레이로 구성되고, 그 릴레이의 초기접점상태는 상시오프인 것을 특징으로 하는 발열감소기능을 갖춘 차량의 전압조정기.