KR100436971B1 - Integrated circuit for driving relay and method for driving relay using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량의 주변장치에 전원을 절환하기 위한 릴레이를 구동하기 위한 릴레이 구동회로의 내서지전압/전류특성을 향상시키도록 한 릴레이 구동용 집적회로 및 이를 이용한 릴레이 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a relay driving integrated circuit and a relay driving method using the same to improve the surge voltage / current characteristics of a relay driving circuit for driving a relay for switching a power supply to a peripheral device of a vehicle.
본 발명에 따른 릴레이 구동용 집적회로 및 이를 이용한 릴레이 구동방법은 가변기준전압의 변화에 따라 릴레이를 구동하기 위한 릴레이 구동신호의 듀티비를 조정하여 서지전압 또는 서지전류가 인가되는 경우에 릴레이 구동신호의 듀티비를 감소시켜 소모전력을 낮출 수 있게 된다.The relay driving integrated circuit and the relay driving method using the same according to the present invention adjust the duty ratio of the relay driving signal for driving the relay according to the change of the variable reference voltage, and the relay driving signal when the surge voltage or the surge current is applied. By reducing the duty ratio of the power consumption can be reduced.
Description
본 발명은 집적회로에 관한 것으로, 특히 차량의 주변장치에 전원을 절환하기 위한 릴레이를 구동하기 위한 릴레이 구동회로의 내서지전압/전류특성을 향상시키도록 한 릴레이 구동용 집적회로 및 이를 이용한 릴레이 구동방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an integrated circuit, and in particular, a relay driving integrated circuit and a relay driving using the same to improve the surge voltage / current characteristics of a relay driving circuit for driving a relay for switching a power supply to a peripheral device of a vehicle. It is about a method.
일반적으로, 차량에는 밧데리와 각 부하 사이에 릴레이를 설치하여 차량 내부의 각 장치 예를 들면, 에어콘디셔너, 카오디오, 램프 등에 공급되는 전원을 제어하고 있다. 릴레이 구동회로는 원칩화/소형화 추세에 따라 집적회로로 구현되고 있다.In general, a vehicle is provided with a relay between a battery and each load to control power supplied to each device in the vehicle, such as an air conditioner, car audio, and a lamp. Relay driving circuits are being implemented as integrated circuits according to the trend of one chip / miniaturization.
종래의 릴레이 구동회로는 전원의 온/오프시 또는 부하변동에 따라 외부로부터 공급되는 전원이 서지전압으로 인가되는 경우에 출력신호가 서지전압/전류의 크기에 비례하여 급격히 증가된다. 릴레이 구동회로의 출력신호가 급격히 증가하면, 내부 소자들의 오픈 또는 쇼트에 의해 릴레이 구동회로가 파괴된다. 이러한 서지전압을 줄이기 위하여, 종래의 릴레이 구동회로에는 서지흡수기(Surge absorber)나 제너다이오드가 포함되고 있다. 서지흡수기나 제너다이오드는 릴레이 구동회로의 전원 입력단에 접속되어 입력전원이 미리 설정된 전압 이상으로 증가하는 것을 억제하는 역할을 한다.In the conventional relay driving circuit, the output signal is rapidly increased in proportion to the magnitude of the surge voltage / current when the power supplied from the outside is applied as the surge voltage when the power is turned on or off or the load is changed. If the output signal of the relay driving circuit increases rapidly, the relay driving circuit is destroyed by the opening or shorting of internal elements. In order to reduce such a surge voltage, a conventional surge driving circuit includes a surge absorber or a zener diode. The surge absorber or zener diode is connected to the power input terminal of the relay driving circuit to suppress the increase of the input power over a predetermined voltage.
그런데, 종래의 릴레이 구동회로는 도 1과 같이 서지흡수기나 제너다이오드를 이용하여 입력전원의 서지특성을 제한하는 경우에도 내서지특성이 여전히 불안정한 실정이다. 또한, 종래의 릴레이 구동회로는 입력전압의 서스전압/전류의 크기에 비례하여 서지흡수기 소자의 용량이나 수가 커지게 되므로 부품수의 증가로 인하여 코스트와 부피가 커지게 되고, 나아가 소형화에 한계가 있는 문제점이 있다.However, in the conventional relay driving circuit, surge resistance is still unstable even when the surge characteristic of the input power source is limited using a surge absorber or a zener diode as shown in FIG. 1. In addition, in the conventional relay driving circuit, the capacity and number of the surge absorber elements increase in proportion to the magnitude of the input voltage / current. There is a problem.
도 1은 종래의 릴레이 구동회로의 입력전원에 서지전압이 나타날 때의 출력신호 변동을 시뮬레이션하고 그 결과 화면을 캡쳐한 이미지이다. 도 1에 있어서, 노란색 곡선은 입력전원의 서지파형으로써 그 최대전압(Vmax)/전류(Imax)는 70V, 200mA이다. 이 서지파형이 종래의 릴레이 구동회로에 공급될 때의 출력신호는 녹색곡선으로 나타난다. 도 1을 통하여 알 수 있는 바, 종래의 릴레이 구동회로는 출력신호가 서지파형을 따라서 상승 및 하강하다가 소모전력을 넘지 못하고 내부 소자의 오픈 또는 쇼트에 의해 급격히 떨어지게 된다.Figure 1 is a simulation image of the output signal when the surge voltage appears in the input power source of the conventional relay drive circuit and the captured image as a result. In Fig. 1, the yellow curve is a surge waveform of the input power supply, and its maximum voltage Vmax / current Imax is 70V and 200mA. When this surge waveform is supplied to the conventional relay drive circuit, the output signal is shown by the green curve. As can be seen from FIG. 1, in the conventional relay driving circuit, the output signal rises and falls along the surge waveform, but does not exceed the power consumption, and is suddenly dropped by an open or short of an internal device.
따라서, 본 발명의 목적은 차량의 각 장치에 전원을 절환하기 위한 릴레이를 구동하기 위한 릴레이 구동회로의 내서지특성을 향상시키도록 한 내서지전압/전류특성을 향상시키도록 한 릴레이 구동용 집적회로 및 이를 이용한 릴레이 구동방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a relay driving integrated circuit for improving the surge resistance voltage / current characteristics to improve the surge resistance of a relay drive circuit for driving a relay for switching a power source to each device of a vehicle. And to provide a relay driving method using the same.
도 1은 종래의 릴레이 구동회로의 내서지특성을 나타내는 실제 시뮬레이션시의 화면을 캡쳐한 이미지이다.1 is a captured image of the screen during the actual simulation showing the surge resistance of the conventional relay drive circuit.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 릴레이 구동용 집적회로를 나타내는 회로도이다.2 is a circuit diagram illustrating a relay driving integrated circuit according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 릴레이 구동용 집적회로를 나타내는 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating a relay driving integrated circuit according to a second embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 구동용 집적회로 및 이를 이용한 릴레이 구동방법의 내서지특성을 나타내는 실제 시뮬레이션시의 화면을 캡쳐한 이미지이다.4 is a captured image of the screen during the actual simulation showing the surge resistance characteristics of the relay driving integrated circuit and the relay driving method using the same according to an embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
21,31 : 레귤레이터 22,32 : 발진기21,31: regulator 22,32: oscillator
23,33,35 : 연산 증폭기 24,34 : 릴레이23,33,35: operational amplifier 24,34: relay
36 : 온도보상회로 37 : 원칩으로 집적된 릴레이 구동회로36: temperature compensation circuit 37: relay driving circuit integrated in one chip
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 구동용 집적회로는 외부전압원과, 상기 외부전압원으로부터 전압을 이용하여 구동전압을 발생하는 전압원과, 상기 전압원으로부터의 상기 구동전압에 따라 발진하여 삼각파를 발생하는 발진기와, 상기 구동전압을 감지하고 상기 구동전압의 변화에 따라 증감하는 가변기준전압을 발생하는 기준전압 발생기와, 상기 외부전압원으로부터 전압을 주변장치의 전원라인으로 절환하기 위한 릴레이와, 상기 릴레이를 구동하기 위한 릴레이 구동신호를 발생하며 상기 가변기준전압의 변화에 따라 상기 릴레이 구동신호의 듀티비를 조정하는 릴레이 구동부를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a relay driving integrated circuit according to an embodiment of the present invention includes an external voltage source, a voltage source for generating a driving voltage using a voltage from the external voltage source, and oscillation according to the driving voltage from the voltage source. An oscillator for generating a triangular wave, a reference voltage generator for sensing a drive voltage, and a variable reference voltage for increasing or decreasing the drive voltage, and a relay for switching a voltage from the external voltage source to a power line of a peripheral device. And a relay driver generating a relay driving signal for driving the relay and adjusting a duty ratio of the relay driving signal according to the change of the variable reference voltage.
상기 릴레이 구동부는 상기 가변 기준전압과 상기 삼각파를 비교하고, 상기 가변 기준전압보다 상기 삼각파의 전압레벨이 큰 기간에 하이논리의 출력신호를 발생하는 연산 증폭기와, 상기 외부전압원과 상기 릴레이 사이에 접속되어 제어신호에 응답하여 상기 외부전압원으로부터의 전압을 상기 릴레이에 공급하기 위한 출력측 스위치소자와, 상기 출력측 스위치 소자와 상기 연산 증폭기 사이에 접속되어 상기 연산 증폭기의 출력신호에 응답하여 상기 출력측 스위치소자에 인가되는 제어신호의 전압레벨을 제어하는 스위치소자를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The relay driver includes an operational amplifier comparing the variable reference voltage and the triangle wave and generating a high logic output signal in a period in which the voltage level of the triangle wave is greater than the variable reference voltage, and connected between the external voltage source and the relay. And an output side switch element for supplying a voltage from the external voltage source to the relay in response to a control signal, and connected between the output side switch element and the operational amplifier to the output side switch element in response to an output signal of the operational amplifier. It is characterized in that it further comprises a switch element for controlling the voltage level of the applied control signal.
본 발명의 실시예에 따른 릴레이 구동용 집적회로는 주위 온도를 감지하는 온도감지기와, 온도 감지기와 상기 릴레이 구동부 사이에 접속되어 온도감지기에 의해 감지된 온도에 따라 릴레이 구동부에 공급되는 구동전압을 제어하는 연산 증폭기를 더 구비한다.An integrated circuit for driving a relay according to an embodiment of the present invention controls a temperature sensor for sensing an ambient temperature and a driving voltage connected between a temperature sensor and the relay driver and supplied to a relay driver in accordance with a temperature detected by the temperature sensor. An operational amplifier is further provided.
본 발명의 실시예에 따른 릴레이 구동방법은 외부전압원으로부터 전압을 주변장치의 전원라인으로 절환하기 위한 릴레이의 구동방법에 있어서, 상기 외부전압원으로부터 전압을 이용하여 구동전압을 발생하는 단계와, 상기 구동전압에 따라 발진하여 삼각파를 발생하는 단계와, 상기 구동전압을 감지하여 상기 구동전압의 변화에 따라 증감하는 가변기준전압을 발생하는 단계와, 상기 릴레이를 구동하기 위한 릴레이 구동신호를 발생하는 단계와, 상기 가변기준전압의 변화에 따라 상기 릴레이 구동신호의 듀티비를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In a relay driving method according to an embodiment of the present invention, in the method of driving a relay for switching a voltage from an external voltage source to a power line of a peripheral device, generating a driving voltage using the voltage from the external voltage source, and the driving Generating a triangular wave by oscillating according to a voltage, generating a variable reference voltage which senses the driving voltage and increases or decreases according to a change of the driving voltage, and generating a relay driving signal for driving the relay; And adjusting the duty ratio of the relay driving signal according to the change of the variable reference voltage.
본 발명의 실시예에 따른 릴레이 구동방법은 릴레이 구동신호의 듀티비를 조정하는 단계는 가변 기준전압과 삼각파를 비교하는 단계와, 가변 기준전압보다 삼각파의 전압레벨이 큰 기간에 특정논리의 출력신호를 발생하는 단계와, 특정논리의 출력신호에 응답하여 릴레이를 구동하는 단계를 더 포함한다.In the relay driving method according to the embodiment of the present invention, adjusting the duty ratio of the relay driving signal includes comparing a variable reference voltage and a triangle wave, and outputting a specific logic signal in a period in which the voltage level of the triangle wave is greater than the variable reference voltage. Generating a; and driving a relay in response to an output signal of a specific logic.
본 발명의 실시예에 따른 릴레이 구동방법은 주위 온도를 감지하는 단계와, 감지된 온도가 일정값 이하일 때 릴레이를 오프시키는 단계를 더 포함한다.The relay driving method according to an embodiment of the present invention further includes sensing an ambient temperature and turning off the relay when the detected temperature is lower than a predetermined value.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 릴레이 구동용 집적회로는 도시하지 않은 외부전원과 접속되어 외부전원으로부터 전압(Vin)이 공급되는 레귤레이터(Regulator)(21)와, 외부전원과 기저전압원(GND) 사이에 직렬 접속된 제1 및 제2 저항(R1,R2)과, 레귤레이터(21)의 출력단자와 기저전압원(GND) 사이에 접속된 발진기(22)와, 입력단자가 제1 및 제2 저항(R1,R2) 사이의 제3 노드(n3)와 발진기(22)의 출력단자에 접속된 연산 증폭기(Operation Amplifier)(23)와, 연산 증폭기(23)의 출력단자에 자신의 베이스단자가 접속된 npn형 트랜지스터(Q1)와, npn형 트랜지스터(Q1)의 컬렉터단자에 자신의 베이스단자가 접속된 pnp형 트랜지스터(Q2)를 구비한다.Referring to FIG. 2, a relay driving integrated circuit according to a first embodiment of the present invention may be connected to an external power source (not illustrated), a regulator 21 supplied with a voltage Vin from an external power source, and an external power source. The first and second resistors R1 and R2 connected in series between the base voltage source and the ground voltage source GND, the oscillator 22 connected between the output terminal of the regulator 21 and the ground voltage source GND, and an input terminal. An operational amplifier 23 connected to the third node n3 and the output terminal of the oscillator 22 between the first and second resistors R1 and R2 and an output terminal of the operational amplifier 23. An npn type transistor Q1 to which its base terminal is connected, and a pnp type transistor Q2 to which its base terminal is connected to a collector terminal of the npn type transistor Q1 are provided.
레귤레이터(21)는 제3 저항(R3)과 제1 노드(n1)를 경유하여 외부전원에 접속된다. 이 레귤레이터(21)는 외부전원으로부터 공급되는 입력전압(Vin)의 전압레벨을 일정하게 제한하여 발진기(22)와 연산 증폭기(23)에 공급한다. 제1 및 제2 저항(R1,R2)은 전원전압의 변동을 감지(sensing)하는 역할을 한다. 이를 위하여, 제1 및 제2 저항(R1,R2)은 제1 노드(n1)를 경유하여 입력되는 전압(Vin)을 분압하여 연산 증폭기(23)의 기준전압을 발생하고, 그 기준전압을 제3 노드(n3)를 통하여 연산 증폭기(23)의 반전 입력단자(-)에 공급한다. 여기서, 제3 노드(n3) 상의 기준전압은 제1 노드(n1) 상의 전압(Vin)이 변동하는 경우 즉, 서지전압이 발생할 때 그 전압레벨변화에 비례하여 그 전압레벨이 증가한다. 발진기(22)는 일정한 주파수의 삼각파를 연산 증폭기(23)의 비반전 입력단자(+)에 공급한다. 연산 증폭기(23)는 발진기(22)로부터의 삼각파와 제3 노드(n3)로부터의 기준전압을 비교하여 삼각파의 전압레벨이 기준전압레벨보다 큰 기간에 하이논리의 구형파 펄스를 발생하게 된다. npn형 트랜지스터(Q1)는 연산 증폭기(23)로부터 하이논리의 구형파 펄스가 베이스단자에 인가될 때마다 턴-온(Turn-on)되어 컬렉터단자와 이미터단자 사이의 전류패스를 도통시켜 제4 노드(n4) 상의 전압을 기저전압원(GND)으로 방전시키게 된다. pnp형 트랜지스터(Q2)는 제4 노드(n4) 상의 전압레벨이 자신의 문턱전압보다 작을 때 턴-온되어 컬렉터단자와 이미터단자 사이의 전류패스를 도통시켜 입력전압(Vin)을 릴레이(24)에 공급하게 된다. 릴레이(24)는 pnp형 트랜지스터(Q2)의 컬렉터단자에 자신의 입력단자가 접속되고 에어콘디셔터, 카오디오 등의 차량용 주변장치에 자신의 두 출력단자(TA,TB)가 접속되어 pnp형 트랜지스터(Q2)로부터 입력되는 전류가 일정값 이상일 때 턴-온되어 두 출력단자(TA,TB) 사이의 전류패스를 도통시키게 된다. 이 릴레이(24)는 pnp형 트랜지스터(Q2)로부터 입력되는 릴레이 구동 출력신호의 주파수가 일정 주파수 이상인 경우에 턴-온상태를 유지한다.The regulator 21 is connected to an external power supply via the third resistor R3 and the first node n1. The regulator 21 supplies the oscillator 22 and the operational amplifier 23 with the voltage level of the input voltage Vin supplied from an external power source constantly limited. The first and second resistors R1 and R2 serve to sense a change in the power supply voltage. To this end, the first and second resistors R1 and R2 divide the voltage Vin input through the first node n1 to generate a reference voltage of the operational amplifier 23, and set the reference voltage. It is supplied to the inverting input terminal (-) of the operational amplifier 23 through the three nodes n3. Here, the voltage level of the reference voltage on the third node n3 increases in proportion to the change of the voltage level when the voltage Vin on the first node n1 changes, that is, when a surge voltage occurs. The oscillator 22 supplies a triangular wave of a constant frequency to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 23. The operational amplifier 23 compares the triangular wave from the oscillator 22 with the reference voltage from the third node n3 to generate a high logic square wave pulse in a period when the voltage level of the triangular wave is greater than the reference voltage level. The npn transistor Q1 is turned on every time a high logic square wave pulse is applied from the operational amplifier 23 to the base terminal, thereby conducting a current path between the collector terminal and the emitter terminal to conduct a fourth pass. The voltage on the node n4 is discharged to the ground voltage source GND. The pnp-type transistor Q2 is turned on when the voltage level on the fourth node n4 is smaller than its threshold voltage to conduct a current path between the collector terminal and the emitter terminal to relay the input voltage Vin to the relay 24. ) Will be supplied. The relay 24 has its own input terminal connected to the collector terminal of the pnp-type transistor Q2, and its two output terminals TA and TB are connected to a vehicle peripheral device such as an air conditioner or car audio. When the current input from Q2 is above a certain value, it is turned on to conduct the current path between the two output terminals TA and TB. The relay 24 maintains the turn-on state when the frequency of the relay drive output signal input from the pnp-type transistor Q2 is equal to or higher than a predetermined frequency.
외부전원으로부터 공급되는 입력전압(Vin)이 급격히 변하는 경우 즉, 서지전압 또는 서지전류가 공급되는 경우에 연산 증폭기(23)의 반전 입력단자(-)에 입력되는 기준전압레벨이 증가된다. 그러면 연산 증폭기(23)는 기준전압의 전압레벨이 서지전압에 따라 높아지는 만큼 하이 듀티(High duty)가 작은 구형파 출력신호를 발생하게 되고, 그에 따라 pnp형 트랜지스터(Q2)로부터 출력되는 릴레이 구동 출력신호의 하이듀티가 작아지게 된다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 릴레이 구동용 집적회로는 서지전압 또는 서지전류가 입력되는 경우에 릴레이 구동 출력신호의 하이 듀티비를 줄임으로써 출력단의 pnp형 트랜지스터(Q2)의 소모전력을 낮추게 된다. 릴레이 구동 출력신호의 최소 하이 듀티와 주파수는 릴레이(24)가 쇼트를 유지할 수 있는 하이 듀티와 주파수이다.When the input voltage Vin supplied from the external power source is suddenly changed, that is, when a surge voltage or a surge current is supplied, the reference voltage level input to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 23 is increased. Then, the operational amplifier 23 generates a square wave output signal having a small high duty as the voltage level of the reference voltage increases with the surge voltage. Accordingly, the relay driving output signal output from the pnp-type transistor Q2 is generated. The high duty of becomes small. Therefore, the relay driving integrated circuit according to the first embodiment of the present invention reduces the high duty ratio of the relay driving output signal when a surge voltage or a surge current is input, thereby reducing power consumption of the pnp-type transistor Q2 at the output terminal. Will be lowered. The minimum high duty and frequency of the relay drive output signal is the high duty and frequency at which the relay 24 can maintain a short.
결과적으로, 종래의 릴레이 구동회로는 내서지특성을 만족시키기 위하여 입력전압의 전압레벨을 억제하는 방식을 이용하였지만, 본 발명에 따른 릴레이 구동회로는 입력전압을 억제하는 것이 아니라, 서지전압이나 서지전류가 발생할 때 출력단의 소비전력을 낮춤으로써 소자의 파괴를 방지하게 된다.As a result, the conventional relay driving circuit uses a method of suppressing the voltage level of the input voltage in order to satisfy the surge resistance, but the relay driving circuit according to the present invention does not suppress the input voltage, but rather a surge voltage or a surge current. When is generated, the power consumption of the output stage is lowered to prevent destruction of the device.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 릴레이 구동용 집적회로를 나타낸다.3 shows a relay driving integrated circuit according to a second embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 릴레이 구동용 집적회로는 온도보상회로(36)와 릴레이(34) 사이에 접속되어 서모-스테이트 집적회로(THERMO-STAT IC)에 적용되며, 원칩(37)으로 집적된다.Referring to FIG. 3, the relay driving integrated circuit according to the second embodiment of the present invention is connected between the temperature compensation circuit 36 and the relay 34 to be applied to a thermo-state integrated circuit (THERMO-STAT IC). It is integrated into the one chip 37.
본 발명의 제2 실시예에 따른 릴레이 구동용 집적회로는 도시하지 않은 밧데리와 접속되어 밧데리로부터 전압(Vbat)이 공급되는 레귤레이터(31)와, 레귤레이터(31)로부터의 전압에 따라 구동되고 온도보상회로(36)의 출력단에 접속된 제1 연산 증폭기(35)와, 외부전원과 기저전압원(GND) 사이에 직렬 접속된 제1 및 제2 저항(R1,R2)과, 제1 연산 증폭기(35)의 출력단자와 기저전압원(GND) 사이에 접속된 발진기(32)와, 입력단자가 제1 및 제2 저항(R1,R2) 사이의 제3 노드(n3)와 발진기(32)의 출력단자에 접속된 제2 연산 증폭기(33)와, 제2 연산 증폭기(33)의 출력단자에 자신의 베이스단자가 접속된 npn형 트랜지스터(Q1)와, npn형 트랜지스터(Q1)의 컬렉터단자에 자신의 베이스단자가 접속된 pnp형 트랜지스터(Q2)를 구비한다.The relay driving integrated circuit according to the second embodiment of the present invention is connected to a battery (not shown), a regulator 31 supplied with a voltage Vbat from the battery, and driven in accordance with the voltage from the regulator 31 to compensate for the temperature. A first operational amplifier 35 connected to an output terminal of the circuit 36, first and second resistors R1 and R2 connected in series between an external power source and a ground voltage source GND, and a first operational amplifier 35 Oscillator 32 is connected between the output terminal of the () and the ground voltage source (GND), and the input terminal is the output terminal of the third node (n3) and the oscillator 32 between the first and second resistors (R1, R2) It is connected to the collector terminal of the npn-type transistor Q1 and the npn-type transistor Q1 which have its base terminal connected to the 2nd operational amplifier 33 connected to the output terminal of the 2nd operational amplifier 33, and the npn-type transistor Q1. A pnp transistor Q2 having a base terminal connected thereto is provided.
레귤레이터(31)는 제3 저항(R3)과 제1 노드(n1)를 경유하여 밧데리에 접속된다. 이 레귤레이터(31)는 밧데리로부터 공급되는 입력전압(Vbat)의 전압레벨을 일정하게 제한하여 발진기(32)와 제1 연산 증폭기(35)에 공급한다. 온도보상회로(36)와 제1 연산 증폭기(35)는 주위 온도를 감지하여 발진기(32)와 제2 연산 증폭기(33)에 공급되는 구동전압을 온/오프시키게 된다. 제1 및 제2 저항(R1,R2)은 제1 노드(n1)를 경유하여 입력되는 전압(Vbat)을 분압하여 제2 연산 증폭기(33)의 기준전압을 발생하고, 그 기준전압을 제3 노드(n3)를 통하여 제2 연산 증폭기(33)의 반전 입력단자(-)에 공급한다. 여기서, 제3 노드(n3) 상의 기준전압은 제1 노드(n1) 상의 전압(Vbat)이 변동하는 경우 즉, 서지전압이 발생할 때 그 전압레벨변화에 비례하여 그 전압레벨이 증가한다. 발진기(32)는 일정한 주파수의 삼각파를 제2 연산 증폭기(33)의 비반전 입력단자(+)에 공급한다. 제2 연산 증폭기(33)는 발진기(32)로부터의 삼각파와 제3 노드(n3)로부터의 기준전압을 비교하여 삼각파의 전압레벨이 기준전압레벨보다 큰 기간에 하이논리의 구형파 펄스를 발생하게 된다. npn형 트랜지스터(Q1)는 제2 연산 증폭기(33)로부터 하이논리의 구형파 펄스가 베이스단자에 인가될 때마다 턴-온(Turn-on)되어 컬렉터단자와 이미터단자 사이의 전류패스를 도통시켜 제4 노드 상의 전압을 기저전압원(GND)으로 방전시키게 된다. pnp형 트랜지스터(Q2)는 제4 노드(n4) 상의 전압레벨이 자신의 문턱전압보다 작을 때 턴-온되어 컬렉터단자와 이미터단자 사이의 전류패스를 도통시켜 입력전압(Vbat)을 릴레이(34)에 공급하게 된다. 릴레이(34)는 pnp형 트랜지스터(Q2)의 컬렉터단자에 자신의 입력단자가 접속되고 에어콘디셔터, 카오디오 등의 차량용 주변장치에 자신의 두 출력단자(TA,TB)가 접속되어 pnp형 트랜지스터(Q2)로부터 입력되는 전류가 일정값 이상일 때 턴-온되어 두 출력단자(TA,TB) 사이의 전류패스를 도통시키게 된다. 이 릴레이(34)는 pnp형 트랜지스터(Q2)로부터 입력되는 릴레이 구동 출력신호의 주파수가 일정 주파수 이상인 경우에 턴-온상태를 유지한다.The regulator 31 is connected to the battery via the third resistor R3 and the first node n1. The regulator 31 supplies the oscillator 32 and the first operational amplifier 35 with a constant limit on the voltage level of the input voltage Vbat supplied from the battery. The temperature compensation circuit 36 and the first operational amplifier 35 sense the ambient temperature to turn on / off the driving voltage supplied to the oscillator 32 and the second operational amplifier 33. The first and second resistors R1 and R2 divide the voltage Vbat input through the first node n1 to generate a reference voltage of the second operational amplifier 33, and convert the reference voltage to a third voltage. The inverting input terminal (−) of the second operational amplifier 33 is supplied through the node n3. Here, the reference voltage on the third node n3 increases in proportion to the change in the voltage level when the voltage Vbat on the first node n1 changes, that is, when a surge voltage occurs. The oscillator 32 supplies a triangular wave of a constant frequency to the non-inverting input terminal (+) of the second operational amplifier 33. The second operational amplifier 33 compares the triangular wave from the oscillator 32 with the reference voltage from the third node n3 to generate a high logic square wave pulse in a period in which the triangular wave voltage level is greater than the reference voltage level. . The npn transistor Q1 is turned on every time a high logic square wave pulse is applied from the second operational amplifier 33 to the base terminal to conduct a current path between the collector terminal and the emitter terminal. The voltage on the fourth node is discharged to the ground voltage source GND. The pnp-type transistor Q2 is turned on when the voltage level on the fourth node n4 is smaller than its threshold voltage to conduct a current path between the collector terminal and the emitter terminal to relay the input voltage Vbat. ) Will be supplied. The relay 34 has its own input terminal connected to the collector terminal of the pnp type transistor Q2, and its two output terminals TA and TB are connected to a vehicle peripheral device such as an air conditioner or car audio, thereby providing a pnp type transistor. When the current input from Q2 is above a certain value, it is turned on to conduct the current path between the two output terminals TA and TB. The relay 34 maintains the turn-on state when the frequency of the relay drive output signal input from the pnp-type transistor Q2 is equal to or higher than a predetermined frequency.
온도보상회로(36)는 제2 노드(n2)와 기저전압원(GND) 사이에 직렬 접속된 제5 및 제6 저항(R5,R6)과, 제5 노드(n5)와 기저전압원 사이에 직렬 접속된 제7 저항 및 서미스터(Thermistor)(THR)와, 제6 노드(n6)와 제2 노드(n2) 사이에 접속된 제9 저항(R9)과, 제6 노드(n6)와 제7 노드(n7) 사이에 접속된 캐패시터(C1)를 구비한다. 제5 및 제6 저항(R5,R6)은 제5 노드(n5)를 경유하여 공급되는 레귤레이터(31)의 출력전압을 분압하여 제1 연산 증폭기(35)의 기준전압을 발생하고, 그 기준전압을 제6 노드(n6)를 경유하여 제1 연산 증폭기(35)의 비반전단자(+)에 공급한다. 제7 저항(R7)과 서미스터(THR)는 제5 노드(n5)를 경유하여 공급되는 레귤레이터(31)의 출력전압을 분압하고, 그 분압전압을 제7 노드(n7)를 경유하여 제1 연산 증폭기(35)의 반전 입력단자(-)에 공급하게 된다. 제1 연산 증폭기(35)의 반전 입력단자에 공급되는 전압은 서미스터(THR)의 저항값이 주위 온도에 따라 변하게 되므로 그 전압레벨이 주위온도에 따라 변하게 된다. 결과적으로, 제7 저항(R7)과 서미스터(THR)는 주위 온도를 감지하는 역할을 하게 된다. 제9 저항(R9)은 제1 연산 증폭기(35)의 입력과 출력의 히스테리시스 특성을 형성하는 역할을 한다.The temperature compensation circuit 36 is connected in series between the fifth and sixth resistors R5 and R6 connected in series between the second node n2 and the ground voltage source GND, and in series between the fifth node n5 and the ground voltage source. The seventh resistor and thermistor THR, the ninth resistor R9 connected between the sixth node n6 and the second node n2, the sixth node n6 and the seventh node ( The capacitor C1 connected between n7) is provided. The fifth and sixth resistors R5 and R6 divide the output voltage of the regulator 31 supplied through the fifth node n5 to generate a reference voltage of the first operational amplifier 35, and the reference voltage. Is supplied to the non-inverting terminal (+) of the first operational amplifier 35 via the sixth node n6. The seventh resistor R7 and the thermistor THR divide the output voltage of the regulator 31 supplied via the fifth node n5, and divide the divided voltage into a first operation via the seventh node n7. The inverting input terminal (-) of the amplifier 35 is supplied. The voltage supplied to the inverting input terminal of the first operational amplifier 35 changes its voltage level according to the ambient temperature since the resistance value of the thermistor THR changes according to the ambient temperature. As a result, the seventh resistor R7 and the thermistor THR serve to sense the ambient temperature. The ninth resistor R9 forms a hysteresis characteristic of the input and the output of the first operational amplifier 35.
차량용 에어콘디셔너에 접속된 릴레이(34)를 구동하는 경우를 가정하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 릴레이 구동용 집적회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.Assuming that the relay 34 connected to the vehicle air conditioner is driven, the operation of the relay driving integrated circuit according to the second embodiment of the present invention will be described below.
에어콘디셔너의 동작시, 상온에서는 제1 연산 증폭기(35)의 비반전 입력이 반전입력보다 크게 설정되어 있으므로 제1 연산 증폭기(35)의 출력이 하이논리가 되어 제2 연산 증폭기(33)가 정상 동작하게 된다. 따라서, 상온에서 npn형 트랜지스터(Q1)와 pnp형 트랜지스터(Q2)가 펄스폭변조방식(PWM)으로 제어되어 온/오프를 반복함으로써 릴레이(34)가 쇼트되는 충분한 전류를 공급하게 된다. 이 전류에 의해 에어콘디셔너의 전원라인인 출력단자(TA,TB)가 쇼트되어 에어콘디셔너가 정상동작하게 된다.In operation of the air conditioner, since the non-inverting input of the first operational amplifier 35 is set to be larger than the inverting input at room temperature, the output of the first operational amplifier 35 becomes high logic so that the second operational amplifier 33 is normal. It will work. Therefore, the npn-type transistor Q1 and the pnp-type transistor Q2 are controlled by the pulse width modulation system PWM at normal temperature, thereby supplying sufficient current for the relay 34 to be shorted by repeating on / off. By this current, the output terminals TA and TB, which are power supply lines of the air conditioner, are shorted to operate the air conditioner normally.
빙점 이하에서 본 발명의 제2 실시예에 따른 릴레이 구동용 집적회로의 동작은 다음과 같다. 에어콘디셔너의 증발기(Evaporator)의 온도가 하강하여 빙점이형성되면, 에어콘디셔너의 실내유입공기가 유입되지 않고 증발기에 부착된 네가티브 온도센서(Negative Temperatuer Senser)의 서미스터(THR)의 저항이 증가하여 제1 연산 증폭기(35)의 반전전압이 상승하여 제1 연산 증폭기(35)의 출력이 로우논리로 변하게 된다. 그 결과, 제2 연산 증폭기(33)와 발진기(32)가 동작하지 않게되므로 릴레이(34)는 턴-오프되고, 에어컨디셔너에 구동전원이 공급되지 않게 된다.Below the freezing point, the operation of the relay driving integrated circuit according to the second embodiment of the present invention is as follows. If the temperature of the evaporator of the air conditioner decreases and a freezing point is formed, the air inlet air of the air conditioner does not flow in and the resistance of the thermistor (THR) of the negative temperatuer sensor attached to the evaporator increases, which causes The inversion voltage of the first operational amplifier 35 rises so that the output of the first operational amplifier 35 changes to low logic. As a result, since the second operational amplifier 33 and the oscillator 32 are not operated, the relay 34 is turned off, and driving power is not supplied to the air conditioner.
릴레이 구동회로의 출력측 pnp형 트랜지스터(Q2)의 소비전력은 에미터-컬렉터 전압(Vec)과 릴레이(24,34)에 흐르는 전류 즉, 컬렉터전류(Ic)의 곱이다. 릴레이(24,34)의 등가직렬저항을 20[Ω], pnp형 트랜지스터(Q2)의 에미터-컬렉터 전압(Vec)을 1[V], 입력전압(Vin,Vbat)을 12[V]라 하면, 정상 상태에서의 pnp형 트랜지스터(Q2)의 소모전력은 1×(12/20)=600[mW]이다. 입력전압(Vin,Vbat)이 81V의 서지전압으로써 인가되는 경우에, 종래의 릴레이 구동회로의 출력측 pnp형 트랜지스터(Q2)의 소비전력은 1×(81/20)=4.05[W]로써 서스흡수기용 소자의 수가 충분하지 않는 한 pnp형 트랜지스터(Q2)가 쇼트되어 파괴된다. 이에 비하여, 본 발명에 따른 릴레이 구동용 집적회로는 서지전압이 인가되는 경우에 릴레이(24,34)를 구동하기 위한 릴레이 구동 출력신호의 하이 듀티가 최소 10%이하 감소할 수 있으므로 pnp형 트랜지스터(Q2)의 소모전력을 낮은 수준 예컨데 0.4[W] 이하로 억제할 수 있다.The power consumption of the output-side pnp-type transistor Q2 of the relay driving circuit is the product of the emitter-collector voltage Vec and the current flowing through the relays 24 and 34, that is, the collector current Ic. The equivalent series resistance of the relays 24 and 34 is 20 [kV], the emitter-collector voltage Vec of the pnp transistor Q2 is 1 [V], and the input voltages Vin and Vbat are 12 [V]. In this case, the power consumption of the pnp-type transistor Q2 in the steady state is 1 × (12/20) = 600 [mW]. When the input voltage Vin, Vbat is applied as a surge voltage of 81 V, the power consumption of the output-side pnp type transistor Q2 of the conventional relay drive circuit is 1x (81/20) = 4.05 [W], which absorbs sus The pnp transistor Q2 is shorted and destroyed unless the number of elements for use is sufficient. In contrast, in the relay driving integrated circuit according to the present invention, since the high duty of the relay driving output signal for driving the relays 24 and 34 may be reduced by at least 10% or less when a surge voltage is applied, the pnp type transistor ( The power consumption of Q2) can be suppressed to a low level, for example, 0.4 [W] or less.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 구동용 집적회로의 입력전원에 서지전압이 나타날 때의 출력신호 변동을 시뮬레이션하고, 그 결과화면을 캡쳐한 이미지이다. 도 4에 있어서, 노란색 곡선은 발진기(22,32)로부터 출력되는 내부 삼각파이다. 빨간색 곡선은 입력전원의 서지파형으로써 그 최대전압(Vmax)/전류(Imax)는 84[V], 200[mA]이다. 보라색 곡선은 출력파형이다. 이 출력파형에서 알 수 있는 바, 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 구동용 집적회로는 서지전압 또는 서지전류가 인가되는 경우에도 하이 듀티비가 감소하여 출력을 연속적으로 온/오프시키게 된다. 녹색곡선은 서지전압에 따라 상승하는 연산 증폭기(23,33)의 기준전압을 나타낸다.FIG. 4 is a simulation image of an output signal variation when a surge voltage appears in an input power source of an integrated circuit for driving a relay according to an embodiment of the present invention, and as a result, a screen image is captured. In Fig. 4, the yellow curve is an internal triangle wave output from the oscillators 22 and 32. Figs. The red curve is the surge waveform of the input power, and its maximum voltage (Vmax) / current (Imax) is 84 [V], 200 [mA]. The purple curve is the output waveform. As can be seen from the output waveform, the relay driving integrated circuit according to the embodiment of the present invention reduces the high duty ratio even when a surge voltage or a surge current is applied to continuously turn on / off the output. The green curve shows the reference voltages of the operational amplifiers 23 and 33 rising with the surge voltage.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 릴레이 구동용 집적회로 및 이를 이용한 릴레이 구동방법은 서지전압을 감지하고 그 서지전압에 따라 릴레이를 구동시키기 위한 출력신호의 하이 듀티를 감소시키게 된다. 그 결과, 본 발명에 따른 릴레이 구동용 집적회로는 많은 수의 서지 흡수기 소자와 제너 다이오드를 설치하지 않고 최소의 소자 수만을 이용하여 내서지특성을 향상시키게 된다. 나아가, 본 발명에 따른 릴레이 구동용 집적회로는 소자수가 감소하므로 코스트를 줄일 수 있고 내부 부피를 최소화하므로 원칩화, 집적화에 유리하게 된다.As described above, the relay driving integrated circuit and the relay driving method using the same according to the present invention detect the surge voltage and reduce the high duty of the output signal for driving the relay according to the surge voltage. As a result, the relay driving integrated circuit according to the present invention improves the surge resistance by using only a minimum number of elements without providing a large number of surge absorber elements and zener diodes. In addition, the relay driving integrated circuit according to the present invention can reduce the number of elements, thereby reducing the cost and minimizing the internal volume is advantageous for the one-chip, integrated.
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.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
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