KR0184802B1 - 하이브리드차량용 발전기의 출력제어회로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발전기의 출력측과 제어회로부를 절연분리하여 발전기의 출력전압에 의해 그 제어회로부가 소손되는 것을 방지하기 위한 하이브리드차량용 발전기의 출력제어회로에 관한 것이다.
그 구성은, 영구자석 회전자(11)와 상기 영구자석 회전자(11)의 회전에 따라 교류를 출력하는 고정자 코일(10)을 갖추고 차량에 탑재되어 엔진에 의하여 구동되는 하이브리드 차량용 발전기의 출력전압을 제어하는 출력제어회로에 있어서, 상기 고정자코일(10)로부터 출력되는 교류출력을 전파정류한 후 평활회로(15)를 통해 배터리(3)로 충전되도록 상기 고정자코일(10)의 출력단에 접속된 사이리스터(12) 및 다이오드(13)와, 상기 사이리스터를 턴 온/오프 제어하기 위한 고정주파수의 펄스 신호를 발생하는 발진기(23)와, 상기 배터리(3)의 충전전압을 전기적으로 절연된 상태에서 검출할 수 있도록 상기 배터리(3)와 접속된 포토커플러(27)와, 상기 포토커플러(27)를 통하여 상기 배터리(3)의 충전전압을 검출하고 검출된 충전전압과 미리 기억된 배터리(3)의 과충전을 방지하기 위한 기준전압과를 비교하여 검출된 충전전압이 상기 기준전압보다 클 경우 상기 사이리스터(12)가 턴 오프되어 상기 배터리(3)의 과충전을 방지하고 검출된 충전전압이 상기 기준전압보다 작을 경우 상기 사이리스터(12)가 턴 온되어 상기 배터리(3)가 충전되도록 상기 발진기(23)로부터 발생된 펄스신호를 출력하는 전압조정기(24)와, 상기 전압조정기(24)로부터 출력된 신호에 의해 전기적으로 절연된 상태에서 상기 사이리스터(12)의 게이트에 인가되어 턴 온/오프 동작이 수행되도록 상기 사이리스터(12)의 게이트와 상기 전압조정기(24) 사이에 접속된 펄스변압기(25)와, 상기 발진기(23) 및 상기 전압조정기(24)에 구동전원이 공급되도록 상기 배터리(3)의 충전전압을 감압하여 공급하는 상기 발진기(23) 및 전압조정기(24)와 접속된 DC/DC변환기(21)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
Description
제1도는 종래기술에 따른 하이브리드차량용 발전기와 그 출력전압을 제어하기 위한 제어회로의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
제2도는 본 발명에 따른 하이브리드차량용 발전기와 그 출력전압을 제어하기 위한 출력제어회로의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
제3도는 제2도중의 출력제어회로의 블럭구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 발전기(전기자 권선) 2 : 전파정류기
2a, 2b, 2c : 다이오드 3 : 배터리
4 : 램프 5 : 전압조정기
6 : 부하 7 : 회전자 코일
11 : 영구자석 12 : 사이리스터
13 : 다이오드 14 : 출력제어회로
15 : 평활회로 21 : DC/DC 변환기
22 : 배터리 23 : 발진기
24 : 전압감지증폭기 25 : 펄스변압기
26 : 사이리스터의 게이트 27 : 포토커플러
본 발명은 하이브리드차량용 발전기의 출력제어회로에 관한 것으로, 특히 발전기의 출력측과 제어회로부를 절연분리하여 발전기의 출력전압에 의해 그 제어회로부가 소손되는 것을 방지하기 위한 하이브리드차량용 발전기의 출력제어회로에 관한 것이다.
먼저, 제1도를 참조하여 종래기술에 따른 차량용 발전기의 출력전압 제어회로를 설명한다.
제1도는 종래기술에 따른 차량용 발전기와 그 출력전압을 제어하기 위한 출력제어회로의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
종래, 차량용 발전기의 출력전압 제어방식은 제1도에 나타낸 바와 같이 전압 조정기(5)내의 S단자에서 배터리(3)의 전압을 감지하며, 전기부하의 감소로 발전기(1)의 발전전압이 높아지면, 회전자 코일(7)의 전류를 감소시켜 발전전압을 낮춘다. 반대로, 발전기(1)의 발전전압이 낮아지면, 회전자 코일(7)에 흐르는 전류를 증가시킴으로써 전기부하가 증감하더라도 발전전압을 일정하게 유지하도록 피드백 제어를 해 준다. 즉, 회전자 코일(7)에 흐르는 전류를 제어함으로써, 전자석의 자장의 세기를 조절하는 방식이다. 또, 이 전압조정기(5)의 내부전원은 배터리(3)의 전원을 그대로 사용할 수 있는 방식이기 때문에, 특별히 발전기(1)와 전압조정기회로(5)의 절연분리를 할 필요가 없다.
상술한 바와 같이 종래의 차량용 발전기의 전압조정방식은, 회전자 코일의 전류량을 조절하여 전자석의 자장의 세기를 조절하는 방식이었다. 또, 차량의 전압조정장치의 내부전원과 배터리의 전압이 큰 차이가 없기 때문에, 배터리를 전압조정장치의 내부전원으로 그대로 사용할 수 있었다.
그러나, 하이브리드차량용 발전기는, 내부적으로는 회전자 코일을 이용한 전자석의 자장의 세기를 조절하는 방식이 아니라, 내부에 영구자석을 삽입하여 일정한 자장을 유지하고 있기 때문에, 부하의 변동에 따라 정전압을 유지하기 위해서는 다른 방법을 강구하지 않으면 안된다.
더욱이, 발전기의 발전전압이 수백볼트의 고전압이기 때문에, 종래기술과 같이 내부전원을 공유하여 사용할 수 없고, 다른 전원장치를 이용하지 않으면 안된다.
이에 본 발명은 전술한 바와 같은 사정을 고려하여 안출된 것으로서, 하이브리드 발전기의 출력측과 하이브리드 발전기의 출력전압을 일정하게 유지시키기 위한 제어회로부와를 절연분리하여 발전기의 출력전압에 의해 그 제어회로부가 소손되는 것을 방지하기 위한 하이브리드차량용 발전기의 출력제어회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드차량용 발전기의 출력제어회로는, 영구자석 회전자와 상기 영구자석 회전자의 회전에 따라 교류를 출력하는 고정자 코일을 갖추고 차량에 탑재되어 엔진에 의하여 구동되는 하이브리드차량용 발전기의 출력전압을 제어하는 출력제어회로에 있어서, 상기 고정자코일로부터 출력되는 교류출력을 전파정류한 후 평활회로를 통해 배터리로 충전되도록 상기 고정자코일의 출력단에 접속된 사이리스터 및 다이오드와, 상기 사이리스터를 턴 온/오프 제어하기 위한 고정주파수의 펄스신호를 발생하는 발진기와, 상기 배터리의 충전전압을 전기적으로 절연된 상태에서 검출할 수 있도록 상기 배터리와 접속된 포토커플러와, 상기 포토커플러를 통하여 상기 배터리의 충전전압을 검출하고 검출된 충전전압과 배터리의 과충전을 방지하기 위한 기준전압과를 비교하여 검출된 충전전압이 상기 기준전압보다 클 경우 상기 사이리스터가 턴 오프되어 상기 배터리의 과충전을 방지하고 검출된 충전전압이 상기 기준전압보다 작을 경우 상기 사이리스터가 턴 온되어 상기 배터리가 충전되도록 상기 발진기로부터 발생된 펄스신호를 출력하는 전압조정기와, 상기 전압조정기로부터 출력된 신호에 의해 전기적으로 절연된 상태에서 상기 사이리스터의 게이트에 인가되어 턴 온/오프 동작이 수행되도록 상기 사이리스터의 게이트와 상기 전압조정기 사이에 접속된 펄스변압기와, 상기 발진기 및 상기 전압조정기에 구동전원이 공급되도록 상기 배터리의 충전 전압을 감압하여 공급하는 상기 발진기 및 전압조정기와 접속된 DC/DC변환기로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 따른 하이브리드차량용 발전기와 그 출력전압을 제어하기 위한 출력제어회로의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 제3도는 제2도중의 출력제어회로의 블록구성도이다. 여기에서, 제1도와 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
일반적으로 하이브리드(Hybrid)차량은 전기자동차의 실용화보급에 최대의 과제인 주행성능, 항속거리 등 동력성능을 보완할 목적으로 내연기관을 탑재하고 이를 발전용 혹은 동력발생용으로 이용하는 것을 지칭하며, 발전용인 경우 발전기로 부터 발생된 전력을 제어하기 위한 제어기술이 큰 비중을 차지하고 있다.
제2도 및 제3도는 이러한 발전기로부터 발생된 전력을 제어하기 위한 출력제어회로를 도시한 것이다. 제2도 및 제3도에 있어서, 하이브리드차량용 발전기는 일반적인 교류발전기와는 달리 그 내부에 영구자석 회전자(11)를 구비하고 있다. 즉, 내연기관과 축결합된 발전기는 내연기관이 운전됨에 따라 발전기의 축이 연동하여 회전하게 되고, 이때 영구자석 회전자(11)로부터 고정자 코일(10)에 자속이 유기되어 전압이 발생하게 된다.
즉, 종래의 전압조정기(5)에 의해 제어되던 회전자 코일(7; 제1도)이 불필요하게 되며, 회전자 코일(7)의 역할을 영구자석 회전자(11)가 대신하도록 구성된다.
또, 발전기의 출력전압의 출력파형을 정류하는 소자로써 종래의 다이오드(2a,2c) 대신에 고전압 정류가 가능하고 펄스제어신호에 의한 온/오프(ON/OFF)가 가능한 사이리스터(12)를 사용하고 있다.
또한, 종래의 전압조정기(5) 대신에 이러한 전압조정기(24)를 내부에 포함하고 있으면서 제3도에 나타낸 바와 같이 구성된 출력제어회로(14)를 사용하고 있다.
즉, 상기 출력제어회로(14)는 사이리스터(thyristor; 12)의 게이트(gate; G1,G2,G3)와 접속된 펄스변압기(25), 전압조정기(24), 발진기(23), DC/DC변환기(21), 그리고 전압감지부(24)와 배터리(22)간에 접속된 포토커플러(27) 등으로 구성된다.
상기 구성요소 중, DC/DC변환기(21)는 발진기(23) 및 전압조정기(24) 등과 접속되며 배터리(3)로부터 충전전압을 공급받아 이를 감압한 후 공급한다.
또, 전압조정기(24)는 DC/DC변환기(21)로부터 구동에 필요한 전원을 공급받으며, 배터리(3)의 충전전압을 제어한다. 즉, 포토커플러(27)를 통해서 배터리(3)의 충전전압을 검출하고 검출된 충전전압과 배터리(3)의 과충전을 방지하기 위한 기준전압을 비교하여 검출된 충전전압이 기준전압보다 클 경우 펄스변압기(25)를 통해서 사이리스터(12)를 턴 오프시키는 제어신호를 출력한다. 이에 따라, 발전기의 출력측과 배터리(3)간의 회로가 차단되어 배터리(3)로의 과충전이 방지된다. 반대로, 검출된 충전전압이 기준전압보다 작은 경우 전압조정기(24)는 펄스변압기(25)를 통해서 사이리스터(12)를 턴 온 시키는 제어신호를 출력한다. 이에 따라, 발전기의 출력측과 배터리(3)간의 회로가 연결되어 배터리(3)로의 충전이 개시된다.
여기서, 배터리(3)와 전압조정기(24) 사이에는 포토커플러(27)가 접속되는데, 이는 배터리(3)의 충전전압이 전압조정기(24)내로 유기되는 것을 방지하기 위한 것으로 배터리(3)와 전압조정기(24)를 전기적으로 절연시킨다. 또, 사이리스터(12)와 전압조정기(24) 사이에는 펄스변압기(25)가 접속되는데, 이 역시 발전기의 출력전압이 전압조정기(24)내로 유기되는 것을 방지하기 위한 것으로 발전기와 전압조정기(24)를 전기적으로 절연시킨다.
그리고 발진기(23)는 DC/DC변환기(21)로부터 구동에 필요한 전원을 공급받으며, 사이리스터(12)를 온/오프 제어하기 기준신호로서 고정주파수의 펄스 신호를 발생한다.
다음에는 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 하이브리드차량용 발전기의 출력제어회로의 동작을 설명한다.
먼저, 차량에 탑재된 내연기관이 운전됨에 따라 하이브리드차량용 발전기로 부터 발전전압이 출력되게 된다. 즉, 영구자석형 회전자(11)가 회전됨에 따라 자속에 고정자코일(10)에 유기되어 전압이 발생된다. 발생된 전압은 정류소자인 다이오드(13) 및 사이리스터(12)를 통하여 직류전원으로 정류되며 평활회로(15)를 거쳐 평활된 후 배터리(3) 및 부하(6)로 공급된다.
이때, 출력제어회로(14)내의 전압조정기(24)에서 포토커플러(27)를 통하여 배터리(3)의 충전전압을 검출한다. 이렇게 검출된 전압이 전압조정기(24)의 소정의 부분에 미리 기억시켜 둔 배터리(3)의 과충전을 방지하기 위한 기준전압보다 낮으면, 전압조정기(24)는 발진기(23)의 출력을 펄스변압기(25)를 통해서 사이리스터(12)의 게이트(G1,G2,G3)에 인가함으로써, 사이리스터(12)를 턴온시킨다. 이에 따라, 배터리(3)는 충전되게 된다.
한편, 포토커플러(27)를 통하여 검출된 배터리(3)의 충전전압이 높아지면, 전압조정기(24)는 발진기(23)의 출력을 차단시킴으로서, 발전기의 출력측과 배터리(3)간의 회로를 차단시킨다. 이에 따라, 배터리(3)의 과충전이 방지된다.
이후, 이와 같은 동작을 반복적으로 수행함으로써, 배터리(3)의 충전전압은 항상 일정한 값으로 유지할 수 있게 되는 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드차량용 발전기의 출력제어회로에 있어서는, 기존의 교류발전기와는 다른 영구자석 회전자를 사용한 영구자석형 발전기의 출력전압을 효과적으로 제어할 수 있으며, 회로구조가 간단하고 고장이 생길 염려가 적다.
또, 제어회로부가 포토커플러와 펄스변압기에 의하여 발전기와 배터리 등 고전압을 사용하는 부품과 절연되어 있기 때문에, 외부회로의 돌발적인 전압변동에도 그 동작을 원활히 수행할 수 있다는 효과가 있다.
Claims (1)
- 영구자석 회전자(11)와 상기 영구자석 회전자(11)의 회전에 따라 교류를 출력하는 고정자 코일(10)을 갖추고 차량에 탑재되어 엔진에 의하여 구동되는 하이브리드차량용 발전기의 출력전압을 제어하는 출력제어회로에 있어서, 상기 고정자코일(10)로부터 출력되는 교류출력을 전파정류한 후 평활회로(15)를 통해 배터리(3)로 충전되도록 상기 고정자코일(10)의 출력단에 접속된 사이리스터(12) 및 다이오드(13)와, 상기 사이리스터를 턴 온/오프 제어하기 위한 고정주파수의 펄스신호를 발생하는 발진기(23)와, 상기 배터리(3)의 충전전압을 전기적으로 절연된 상태에서 검출할 수 있도록 상기 배터리(3)와 접속된 포토커플러(27)와, 상기 포토커플러(27)를 통하여 상기 배터리(3)의 충전전압을 검출하고 검출된 충전전압과 미리 기억된 배터리(3)의 과충전을 방지하기 위한 기준전압과를 비교하여 검출된 충전전압이 상기 기준전압보다 클 경우 상기 사이리스터(12)가 턴 오프되어 상기 배터리(3)의 과충전을 방지하고 검출된 충전전압이 상기 기준전압보다 작을 경우 상기 사이리스터(12)가 턴 온되어 상기 배터리(3)가 충전되도록 상기 발진기(23)로부터 발생된 펄스신호를 출력하는 전압조정기(24)와, 상기 전압조정기(24)로부터 출력된 신호에 의해 전기적으로 절연된 상태에서 상기 사이리스터(12)의 게이트에 인가되어 턴 온/오프 동작이 수행되도록 상기 사이리스터(12)의 게이트와 상기 전압조정기(24) 사이에 접속된 펄스변압기(25)와, 상기 발진기(23) 및 상기 전압조정기(24)에 구동전원이 공급되도록 상기 배터리(3)의 충전전압을 감압하여 공급하는 상기 발진기(23) 및 전압조정기(24)와 접속된 DC/DC변환기(21)로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드차량용 발전기의 출력제어회로.
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