KR100318199B1 - 차량용발전기의듀얼모드전압제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 발전기로부터 차량의 전기부하 쪽으로 공급되어질 전압을 안정되게 제어함과 아울러 회로구성이 간소화되어진 차량용 발전기의 듀얼모드 전압제어장치에 관한 것이다.
차량용 발전기의 듀얼모드 전압제어장치는 엔진의 회전력에 의해 제1 및 제2 단자 각각에 전압을 발전시키는 발전기와, 발전기의 제3 단자와 기저전압원 사이의 전류통로를 절환하여 상기 발전기의 발전동작을 제어하는 스위칭소자를 가지는 전력절환수단과, 기준전압을 발생하는 기준전압발생수단과, 발전기의 제1 단자 상의 전압에 응답하는 제1 트랜지스터와 제2 단자 상의 전압에 응담하는 제2 트랜지스터를 포함하여 상기 제1 및 제2 단자들 중 어느 한 단자 상의 전압을 기준전압과 비교하여 그 기준전압 보다 높은 경우 특정전압을 출력하는 비교수단과, 비교수단에서 특정전압이 입력되면 턴-온되어 전력절환수단을 턴-오프시키는 스위칭소자를 가지는 절환제어수단을 구비한다.

Description

차량용 발전기의 듀얼모드 전압제어장치 {Apparatus of Controlling Voltage from Generator of Vehicle in Dual Mode}
본 발명은 차량의 발전기로부터의 축전기를 포함한 전기 부하에 공급되어질 전압을 제어하는 장치에 관한 것이다.
통상의 차량의 발전기는 차량에 포함되어진 엔진의 회전력을 이용하여 전기,즉 전압을 발생하게 된다. 이러한 차량의 발전기에서 발생되는 전압은 축전지를 포함하는 전기적 부하에 공급되게 된다. 차량의 발전기로부터 차량의 전기부하에 공급되어질 전압은 일명 "레귤레이터(Regulator)"라 하는 전압제어장치에 의하여 일정한 전압레벨을 유지하게 된다.
종래의 차량용 발전기의 전압제어장치는 주 조정수단 만을 가지거나 또는 주 조정수단과 보조 조정수단을 함께 가지고 있다. 주 조정수단 만을 가지는 차량용 발전기의 전압제어장치는 주 조정수단에 이상이 있는 경우에 차량용 발전기로부터 차량의 전기부하에 공급되어질 전압을 일정하게 유지할 수 없게 된다. 주 조정수단 및 보조 조정수단 모두를 가지는 차량용 발전기의 전압제어장치는 주 조정수단 및 보조 조정수단이 하나의 트랜지스터를 이용하게끔 구성되어 있다. 이러한 차량용 발전기의 전압제어장치에서는, 주 조정수단 및 보조 조정수단에 의해 공용되는 하나의 트랜지스터가 과전압 등에 의해 손상되었을 경우에 차량용 발전기로부터 차량의 전기부하 쪽으로 전송되는 전압이 일정하게 유지될 수 없게 된다. 또한, 주 조정수단 및 보조 조정수단을 가지는 차량용 발전기의 전압제어장치에서는 하나의 트랜지스터의 베이스를 분기시키기 위하여 트랜지스터의 베이스에 많은 소자들이 부가되어야만 한다.
이러한 배경에서, 차량용 발전기로부터 차량의 전기부하 쪽으로 공급되어질 전압을 안정되게 제어함과 아울러 회로구성이 간소화된 새로운 차량용 발전기의 듀얼모드 전압제어장치가 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 차량용 발전기로부터 차량의 전기부하 쪽으로 공급되어질 전압을 안정되게 제어하기에 적합한 차량용 발전기의 듀얼모드 전압제어장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 회로구성이 간소화되어진 차량용 발전기의 듀얼 모드 전압제어장치를 제공함에 있다.
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 발전기의 듀얼모드 전압제어장치가 적용되어진 차량의 전기 시스템을 개략적으로 도시하는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 차량용 발전기 12 : 축전지
14 : 전기적 부하 16 : 전압제어장치
20 : 전력절환기 22 : 전압 검출부
C1 내지 C4 : 캐패시터 D1,D2 : 다이오드
Q1 내지 Q5 : 트랜지스터 R1 내지 R10 : 저항
ZD : 제너다이오드
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량용 발전기의 듀얼모드 전압제어장치는 엔진의 회전력에 의해 제1 및 제2 단자 각각에 전압을 발전시키는 발전기와, 발전기의 제3 단자와 기저전압원 사이의 전류통로를 절환하여 상기 발전기의 발전동작을 제어하는 스위칭소자를 가지는 전력절환수단과, 기준전압을 발생하는 기준전압발생수단과, 발전기의 제1 단자 상의 전압에 응답하는 제1 트랜지스터와 제2 단자 상의 전압에 응답하는 제2 트랜지스터를 포함하여 상기 제1 및 제2 단자들 중 어느 한 단자 상의 전압을 기준전압과 비교하여 그 기준전압 보다 높은 경우 특정전압을 출력하는 비교수단과, 비교수단에서 특정전압이 입력되면 턴-온되어 전력절환수단을 턴-오프시키는 스위칭소자를 가지는 절환제어수단을 구비한다.
상기 목적 외에 본 발명에 따른 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 다음의 실시 예에 대한 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도1 을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 발전기의 듀얼모드 전압제어장치가적용되어진 차량의 전기 시스템을 도시한다. 도1 에 있어서, 차량의 전기 시스템은 차량용 발전기(10)의 제1 단자(10A)와 기저전압라인(11) 사이에 병렬 접속되어진 축전지(12) 및 전기적 부하(14)를 구비한다. 또한, 차량용 발전기(10)의 제1 내지 제3 단자(10A내지10C) 및 기저전압라인(11) 사이에 접속되어진 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 발전기의 전압제어장치(16)가 도시되어 있다. 차량용 발전기 (10)에는 제2 및 제3 단자들(10B,10C) 사이에 접속되어진 계자코일(FC)이 포함되어 있다. 이 계자코일(FC)을 가지는 차량용 발전기(10)는 계자코일(FC)의 전류통로를 반복적으로 절환함에 의해 제1 내지 제3 단자들(10A 내지 10C) 사이에 전압이 발생시키게 된다. 축전지(12)는 발전기(10)의 제1 단자(10A)로부터의 전압을 충전하고 아울러 발전기(10)로부터 전압이 공급되지 않을 시에 충전되어진 전압을 전기적 부하(14)에 공급하게 된다. 발전기(10)의 제1 단자(10A) 또는 축전지(12)로부터의 전압에 의해 구동되는 전기적 부하(14)는 차량에 설치되어진 전기 시스템을 나타낸다.
전압제어장치(16)에는 제1 노드(n1) 상의 전압에 응답하여 발전기(10)의 제3 단자(10C)와 기저전압라인(11)과의 전류통로를 반복적으로 개폐시키는 전력절환기 (20)가 포함되게 된다. 전력절환기(20)는 제1 노드(n1) 상의 전압이 자신의 문턱전압 (예를 들면, 0.7V) 보다 높아지게 되면 발전기(10)의 제3 단자(10C)를 기저전압라인(11)에 접속시키는 반면에 제1 노드(n1) 상의 전압이 자신의 문턱전압 보다 낮아지게 되면 발전기(10)의 제3 단자(10C)가 기저전압라인(11)과 오픈(Open)되게 한다. 이러한 전력절환기(20)는 발전기(10)의 제3 단자(10C), 제1 및 제2 노드(n1,n2) 사이에 접속되어진 제1 트랜지스터(Q1)와, 발전기(10)의 제3 단자(10C)와 제2 노드(n2) 및 기저전압라인(11) 사이에 접속되어진 제2 트랜지스터(Q2)로 구성되게 된다. 또한, 전력절환기(20)는 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스단자 및 에미터단자, 즉 제1 및 제2 노드(n1,n2) 사이에 접속되어진 저항(R1)과, 제2 트랜지스터 (Q2)의 베이스단자 및 에미터단자, 즉 제2 노드(n2) 및 기저전압라인(11) 사이에 접속되어진 저항(R2)을 가진다. 한편, 제1 노드(n1)에서는 저항(R3)을 경유하여 발전기(10)의 제2 단자(10B) 상의 전압이 나타나게 된다. 발전기(10)의 제3 단자 (10C) 및 제1 노드(n1) 사이에는 저항(R4) 및 두 개의 캐패시터(C1,C2)가 직렬로 접속되어 있다. 저항(R4) 및 캐패시터(C1)는 전력절환부(20)의 온-오프 주기를 결정하고, 캐패시터(C2)는 발진을 방지하기 위한 위상 보증용 캐패시터로 사용된다. 발전기(10)의 제2 및 제3 단자(10B,10C) 사이에 접속되어진 다이오드(D1)는 제2 단자(10B)로부터 제3 단자(10C) 쪽으로 역기전력이 유입되지 않게 한다.
또한, 전압제어장치(16)는 발전기(10)의 제1 및 제2 단자(10A,10B), 제1 노드(n1) 및 기저전압라인(11) 사이에 접속되어진 전압 검출부(22)를 구비한다. 이 전압 검출부(22)는 발전기(10)의 제1 단자(10A) 및/또는 제2 단자(10B) 상의 전압에 응답하여 제1 노드(n1) 상의 전압을 기저전압원(GND)쪽으로 절환함으로써 발전기(10)의 제1 단자(10A) 및 제2 단자(10B) 상의 전압이 일정하게 유지되게 한다. 이를 상세히 하면, 전압 검출부(22)는 발전기(10)의 제1 단자(10A) 상의 전압이 일정한 레벨 이상으로 상승하는 경우에 제1 노드(n1) 상의 전압을 기저전압라인(11) 쪽으로 바이패스 시킴으로써 전력절환부(20)로 하여금 발전기(10)의 제3 단자(10C)와 기저전압라인(11) 간의 전류통로를 개방시키게 된다. 이 때, 발전기(10)가 발전을 중지하게 되어 제1 및 제2 단자(10A,10B) 상의 전압이 떨어지게 된다. 이와는 달리, 발전기(10)의 제1 단자(10A) 상의 전압이 설정되어진 전압 이하로 떨어지는 경우에 전압 검출부(22)는 제1 노드(n1)와 기저전압라인(11) 간의 전류통로를 단락시킴으로써 전력절환부(20)로 하여금 발전기(10)의 제3 단자(10C)와 기저전압라인(11) 간의 전류통로를 단속하게 한다. 이 경우, 발전기(10)가 발전을 수행하므로 제1 및 제2 단자(10B,10C) 상의 전압들이 상승하게 된다. 이와 같이, 전압 검출부(22)는 제1 노드(n1)와 기저전압라인(11) 간의 전류통로를 발전기(10)의 제1 단자(10A) 상의 전압레벨에 따라 개폐시킴으로써 제1 단자(10A) 상의 전압이 일정하게 유지되게 한다.
이러한 기능들을 수행하기 위하여, 전압 검출부(22)는 제1 및 제3 노드 (n1,n3)와 기저전압라인(11) 사이에 접속되어진 제3 트랜지스터(Q3)와, 제3 노드 (n3) 및 기저전압라인(11) 사이에 접속되어진 제5 저항(R5)과, 발전기(10)의 제2 단자(10B) 및 제3 노드(n3) 사이에 직렬 접속되어진 제6 저항(R6), 제4 트랜지스터 (Q4), 제너다이오드(ZD1) 및 다이오드(D2)를 구비한다. 또한, 전압 검출부(22)는 발전기(10)의 제1 단자(10A)와 기저전압라인(11) 사이에 직렬 접속되어진 제7 및 제8 저항(R7,R8)과, 발전기(10)의 제2 단자(10B)와 기저전압라인(11) 사이에 직렬 접속되어진 제9 및 제10 저항(R9,R10)과, 제4 트랜지스터(Q4)와 병렬 접속되어진 제5 트랜지스터(Q5)를 구비한다.
제7 및 제8 저항(R7,R8)은 발전기(10)의 제1 단자(10A) 상의 전압을 분압하고 그 분압되어진 전압(Vn4)을 제4 노드(n4)를 통해 제4 트랜지스터(Q4)의 베이스 단자에 공급하게 된다. 제4 노드(n4) 상에 나타나는 전압은 수학식 1 과 같이 된다.
수학식 1에서 Va 는 발전기(10)의 제1 단자(10A) 상의 전압이다. 제8 저항(R8)과 병렬 접속되어진 제3 캐패시터(C3)는 제4 노드(n4) 상의 분전압(Vn4)에 포함되어진 고주파 성분의 잡음을 기저전압라인(11)쪽으로 바이패스 시킨다. 제4 트랜지스터 (Q4)는 제4 노드(n4) 상의 전압(Vn4)이 기준전압(Vref) 보다 높아질 때에 턴-온 되어 발전기(10)의 제2 단자(10B)로부터 제6 저항(R6)을 경유하여 입력되는 전압이 제3 노드(n3) 쪽으로 인가되게 함으로써 제3 트랜지스터(Q3)가 턴-온 되게 한다. 이 때, 전력절환기(20)가 턴-오프 되게 되고 아울러 발전기(10)도 발전을 중지하게 된다. 이 결과, 발전기(10)의 제1 단자(10A)상의 전압을 떨어지게 된다. 제4 트랜지스터(Q4)가 제4 노드(n4) 상의 전압(Vn4)에 따라 절환됨에 의하여 발전기(10)의 제1 및 제2 단자들(10A,10B) 상의 전압들이 일정하게 유지되게 된다. 그러나, 발전기(10)의 제1 단자(10A)와 제7 저항(R7)과의 접속이 오픈 되거나 또는 제4 트랜지스터(Q4)가 파손되어진 경우에 발전기(10)의 출력전압은 계속 상승하여 차량의 전기장치들을 손상시킬 우려가 있다. 이러한 상황이 발생 할 경우, 발전기(10)의 제2 단자(10B) 상의 전압(Vb)에 응답하여 발전기(10)의 출력전압을 조절하기 위하여 제5 트랜지스터(Q5)가 사용되게 된다. 제9 및 제10 저항(R9,R10)도 발전기(10)의 제2 단자(10B) 상의 전압을 분압하고 그 분압되어진 전압(Vn5)을 제5 노드(n5)를 통해 제5 트랜지스터(Q5)의 베이스 단자에 공급하게 된다. 제5 노드(n5) 상에 나타나는 분전압(Vn5)은 수학식 2 과 같이 된다.
수학식 2에서 Vb는 발전기(10)의 제2 단자(10B) 상의 전압이다. 제5 트랜지스터 (Q5)는 제5 노드(n5) 상의 전압(Vn5)이 기준전압(Vref) 보다 높아질 때에 턴-온 되어 발전기(10)의 제2 단자(10B)로부터 제6 저항(R6)을 경유하여 입력되는 전압이 제3 노드(n3) 쪽으로 인가되게 함으로써 제3 트랜지스터(Q3)가 턴-온 되게 한다. 이 때, 전력절환기(20)가 턴-오프 되게 되고 아울러 발전기(10)도 발전을 중지하게 된다. 이 결과, 발전기(10)의 제1 및 제2 단자들(10A,10B)상의 전압들이 떨어지게 된다. 아울러, 제9 및 제10 저항(R9,R10)은 제5 트랜지스터(Q5)가 제4 트랜지스터 (Q4)가 턴-온 되는 전압레벨 보다 일정 전압 만큼 낮은 전압레벨에서 턴-온 되게끔 하는 분압비를 가짐으로써 제4 트랜지스터(Q4)의 검출 동작에 영향을 주기 않게 된다. 제10 저항(R10)과 병렬 접속되어진 제4 캐패시터(C4)는 제5 노드(n5) 상의 분전압(Vn5)에 포함되어진 고주파 성분의 잡음을 기저전압라인(11)쪽으로 바이패스 시킨다.
제4 및 제5 트랜지스터(Q4,Q5)에 제공되어진 기준전압(Vref)은 수학식 3 에의해 결정되게 된다.
수학식 3 에 있어서, "Vbe"는 제3 내지 제5 트랜지스터(Q3내지Q6) 각각이 턴-온된 때의 베이스단자와 에미터단자간의 전위차, 즉 문턱전압 이고, "Vz"는 제너다이오드(ZD)의 턴-온 전압이고, 그리고 "Vd"는 다이오드(D2)의 턴-온된 때의 전압이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 발전기의 듀얼모드 전압제어장치에서는 비교수단으로 사용되는 두 개의 트랜지스터가 발전기의 두 단자 상의 전압들 각각에 응답함과 아울러 선택적으로 구동되게 됨으로써 발전기로부터 차량의 전기부하 쪽으로 공급되어질 전압이 안정되게 일정한 전압레벨을 유지할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 발전기의 듀얼모드 전압제어장치에서는 기준전압발생기를 이루는 정전압소자들이 두 개의 트랜지스터에 공통적으로 연결됨으로써 회로구성이 간소화 되게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (3)

  1. 엔진의 회전력에 의해 제1 및 제2 단자 각각에 전압을 발전시키는 발전기와,
    상기 발전기의 제3 단자와 기저전압원 사이의 전류통로를 절환하여 상기 발전기의 발전동작을 제어하는 스위칭소자를 가지는 전력절환수단과,
    기준전압을 발생하는 기준전압발생수단과,
    상기 발전기의 제1 단자 상의 전압에 응답하는 제1 트랜지스터와 상기 제2 단자 상의 전압에 응답하는 제2 트랜지스터를 포함하여 상기 제1 및 제2 단자들 중 어느 한 단자 상의 전압을 상기 기준전압과 비교하여 그 기준전압 보다 높은 경우 특정전압을 출력하는 비교수단과,
    상기 비교수단에서 상기 특정전압이 입력되면 턴-온되어 상기 전력절환수단을 턴-오프시키는 스위칭소자를 가지는 절환제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 듀얼모드 전압제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준전압 발생수단이, 상기 제1 및 제2 트랜지스터와의 공통 접속점과 상기 절환제어수단의 사이에 접속되어 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 턴-온 전압을 결정하는 적어도 하나 이상의 정전압소자를 가지고,
    상기 적어도 하나 이상의 정전압소자들이 다이오드 및 제너다이오드 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 듀얼모드 전압제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터는 상기 제1 트랜지스터가 상기 발전기의 제1 단자 상의 전압에 응답할 수 없는 경우에 상기 발전기의 제2 단자 상의 전압에 응답하는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 듀얼모드 전압제어장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940022979A (ko) * 1993-03-25 1994-10-22 기타오카 다카시 차량용 교류발전기의 전압조정기

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