KR100559476B1 - 차량용 발전기의 전압조정기 - Google Patents

차량용 발전기의 전압조정기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 발전기의 전압조정기에 관한 것으로, 상세하게는 일정온도구간에서는 온도의 변화에 관계없이 조정전압을 일정하게 유지시킬 수 있는 차량용 발전기의 전압조정기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 차량용 발전기의 전압조정기에 의하면, 온도변화에 따른 전압변동을 감지할 수 있도록 마련된 온도감지부와, 온도감지부를 통하여 감지된 전압변동에 따라서 기준온도범위를 검출하여 신호를 출력하는 윈도우검출부와, 윈도우검출부의 출력신호에 따라서 조정전압이 일정하게 되도록 배터리전압을 판단할 기준전압이 일정하게 유지시키는 기준전압부와, 기준전압부에서의 기준전압에 대하여 배터리의 전압을 비교전압으로하여 상호 비교하고 그 결과에 따라 회전자코일에 흐르는 전류를 제어하는 계자전류스위칭부를 스위칭시키는 신호를 출력하는 전압비교부를 구비함으로서, 일정온도대역에서는 조정전압을 일정하게 할 수 있기 때문에, 온도가 상승하더라도 종래에 비하여 발전량과 충전전류를 증대시킬 수 있으며, 보다 안정적으로 동작시킬 수 있다.

Description

차량용 발전기의 전압조정기{Temperature characteristic circuit for regulator of vehicle}
도 1은 종래의 발전기의 접속도이다.
도 2는 종래의 조정전압의 온도에 따른 특성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 발전기의 접속도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전압조정기의 상세 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 조정전압의 온도에 따른 특성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
60:발전부 61:고정자코일
62:회전자코일 70:정류부
80:전압조정기 90:배터리
100:전기부하
본 발명은 차량용 발전기의 전압조정기에 관한 것으로, 상세하게는 일정온도구간에서는 온도의 변화에 관계없이 조정전압을 일정하게 유지시킬 수 있는 차량용 발전기의 전압조정기에 관한 것이다.
자동차에는 기관의 기동장치나 점화장치를 비롯하여 램프류, 에어컨장치 등 많은 전기장치가 있으며, 이러한 전기장치에 전력을 공급하는 전원으로 배터리와 발전기가 있다.
발전기는 통상 벨트에 의하여 기관에 연결되어 구동되며, 그 발전량은 기관의 회전수에 따라 다르고 발전량이 부하량보다 적은 경우에는 배터리가 전원이 되어 일시 방전한다. 그리고 발전량이 부하량보다 많은 경우에는 발전기만으로 모든 전기장치에 전력을 공급하고 배터리도 발전기에 의해 충전된다.
발전기와 함께 사용하는 전압조정기는 발전기의 회전자코일에 흐르는 계자전류를 제어하여, 발전기의 출력전류를 조절한다. 그리하여 각 전기장치에 알맞은 전력을 공급하고, 또 배터리에 규정용량으로 충전하는 기능을 가지고 있으며, 특히 발전기와 전압조정기는 배터리를 충전하는 기능을 가졌기 때문에 충전장치라고도 부른다.
도 1은 종래의 차량용 발전기와 전압조정기의 접속회로도이다.
일반적으로 차량용 발전기는, 고정되어 있는 고정자코일(11)과 고정자코일(11)과 소정간격 이격되어 있으며 차량의 엔진과 벨트로 연결되어 회전하는 회전자코일(12)을 갖고 있는데, 다이오드로 이루어진 정류부(20)가 접속되어 발전된 3상 교류를 직류로 변환시킨다. 그리고 정류부(20)의 플러스측에는 배터리(40)의 플러스 단자가 접속되어 있으며 마이너스측에는 배터리(40)의 마이너스 단자가 접속되어 있다. 회전자코일(12)의 일측은 정류부(20)의 플러스측에 접속 되어 있으며, 타측은 전압조정기(30) 달링턴트랜지스터(DT1)의 컬렉터에 접속되어 있다.
전압조정기(30)는 다음과 같다.
먼저 저항(R2)과 저항(3)은 배터리(40)에 직렬로 접속되어 저항비에 따라서 배터리(40)의 전압을 분압한다. 그리고 저항(R2)과 저항(R3)사이에는 제너다이오드(ZD1)가 접속되어 있으며, 제너다이오드(ZD1)의 애노드와 트랜지스터(Q1)의 베이스 사이에는 다이오드(D1,D2)가 직렬로 접속되어 있다. 또한 트랜지스터(Q1)의 컬렉터는 달링턴트랜지스터(DT1)의 베이스와 저항(R1)의 일측단과 접속되어 있다. 그리고 저항(R1)의 타측단은 배터리(40)의 플러스단자에 접속되어 있다.
이때 제너다이오드(ZD1)의 역방향 온도구배특성은 +3 ~ 4mv/℃이며, 다이오드(D1,D2)와 트랜지스터(Q1)의 베이스-에미터의 온도구배특성은 약 -2mv/℃이다.
전술한 구성에 따른 동작을 살펴보면 다음과 같다.
배터리(40)단자의 전압은 전압조정기(30)의 저항(R2)과 저항(R3)에 의하여 분압되어 제너다이오드(ZD1)로 인가되는데, 그 전압이 제너다이오드(ZD1)의 제너전압을 초과하지 못하게 되면 제너다이오드(ZD1)는 턴-오프 상태를 유지한다. 그런데 만약 분압된 전압이 제너전압을 초과하게 되면 제너다이오드(ZD1)는 턴-온된다.
트랜지스터(Q1)는 제너다이오드(ZD1)의 온/오프에 따라서 온/오프 되는데 그에 따라 달링턴트랜지스터(DT1)는 트랜지스터(Q1)의 온/오프 동작과 반대로 동작한다. 그래서 달링턴트랜지스터(DT1)가 턴-온되면 회전자코일(12)에 전류가 공급되어 발전기의 출력은 증가하고, 달링턴트랜지스터(DT1)가 턴/오프되면 발전이 중단된다.
전술한 다이오드(D1,D2)의 순방향 전압과 트랜지스터(Q1)의 베이스-에미터 전압의 온도구배특성은 약 -2mV/℃이며, 제너다이오드의 역방향 전압의 온도구배특성은 약 +3~4mV/℃이다. 그래서 그 온도구배특성에 따라 종래에는 도 2에 도시한 바와 같은 조정전압의 특성을 가지게 된다.
그런데 이 조정전압은 전압차가 6 ~ 7V인 배터리 충전전압 상하한치의 중간정도의 전압을 가지며, 온도가 상승함에 따라서 조정전압이 낮아지기 때문에 발전전류량이 적어져서 배터리를 충분히 충전할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 소자의 온도구배특성을 이용하여 배터리전압을 비교할 기준전압을 조절함으로서 일정온도구간에서는 온도의 변화에 관계없이 조정전압을 일정하게 유지시킬 수 있는 차량용 발전기의 전압조정기를 제공하고자 하는 것이다.
상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명에 따른 차량용 발전기의 전압조정기는, 자속을 발생시키는 회전자코일과, 회전자코일이 발생시키는 자장에 의하여 교류가 유기되는 고정자코일과, 고정자코일에서 유기된 교류를 직류로 변환시켜 발전전압을 출력하는 정류부와, 회전자코일에 흐르는 전류를 스위칭 시키는 계자전류스위칭부를 구비하는 차량용 발전기의 전압조정기에 있어서, 온도변화에 따른 전압변 동을 감지할 수 있도록 마련된 온도감지부, 온도감지부를 통하여 감지된 전압변동에 따라서 기준온도범위를 검출하여 신호를 출력하는 윈도우검출부, 윈도우검출부의 출력신호에 따라서 조정전압이 일정하게 되도록 배터리전압을 판단할 기준전압이 일정하게 유지시키는 기준전압부, 기준전압부에서의 기준전압에 대하여 배터리의 전압을 비교전압으로하여 상호 비교하고 그 결과에 따라 상기 계자전류스위칭부를 스위칭시키는 신호를 출력하는 전압비교부를 구비하는 것을 특징으로 하는 구성이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발에 따른 실시예를 상세하게 설명하겠다.
본 발명에 따른 차량용 발전기는, 고정되어 있는 고정자코일(61)과 고정자코일(61)과 소정간격 이격되어 있으며 차량의 엔진과 벨트로 연결되어 회전하는 회전자코일(62)을 갖고 있는데, 다이오드로 이루어진 정류부(70)가 접속되어 발전된 3상 교류를 직류로 변환시킨다. 그리고 정류부(70)의 플러스측에는 배터리(90)의 플러스 단자와 회전자코일(62)의 일측이 접속되어 있으며 마이너스측에는 배터리(90)의 마이너스 단자가 접속되어 있다. 회전자코일(62)의 타측은 전압조정기(80)의 일측(80)으로 접속되며, 전압조정기(80)의 타측은 배터리(90)에 접속된다.
그레서 먼저 배터리(90)의 전압을 분압하기 위하여 저항(R8)과 저항(R9)이 직렬로 접속되며 그 사이는 비교기(IC1)의 반전입력단으로 접속되어 있다. 그리고 비반전입력단에는 기준전압이 입력되는데, 기준전압은 트랜지스터(Q3)의 온/오프에 따라서 다르게 설정된다.
먼저 온도에 따라 기준전압을 인가하기 위한 기준전압부로서, 정전압원(Vcc)에는 저항(R6)과 다이오드(D6,D7,D8) 그리고 저항(R7)과 트랜지스터(Q3)의 컬렉터가 직렬로 접속되어 있는데, 저항(R6)와 다이오드(D6) 사이가 비교기(IC1)의 비반전입력단으로 접속되어 있다. 그리고 저항에 의한 기준전압을 설정하기 위하여 저항(R5)가 정전압원과 비교기(IC1)의 출력단사이에 접속되어 있다.
한편 온도구배특성을 이용하여 온도변화를 감지하기 위하여 저항(R10)과 온도구배가 -2mv/℃인 다이오드(D3,D4,D5)가 배터리의 플러스단자와 접속되는 포트와 직렬로 접속되어 있는데, 저항(R10)과 다이오드(D3)의 사이는 비반전증폭기(IC2)의 비반전입력단으로 접속된다.
또한 비반전증폭기(IC2)의 출력단은 윈도우검출기인 비교기(IC3)의 반전입력단으로 접속됨과 동시에 비교기(IC4)의 비반전입력단으로 접속된다. 그리고 비교기(IC3)의 비반전입력단과 비교기(IC4)의 반전입력단에는 각각 기준전압(ref1, ref2)이 접속된다. 이때 기준전압(ref1)은 온도가 약 20°일때의 다이오드의 온도구배 전압(다이오드가 3개이므로 -120mv)이며 기준전압(ref2)는 온도가 약 80°일때의 다이오드의 온도구배 전압(다이오드가 3개이므로 -480mv)으로서 기준전압(ref1)이 기준전압(ref2)보다 높다.
그리고 비교기(IC3)와 비교기(IC4)의 출력단은 부정논리곱게이트(IC5)(NAND gate)의 입력단으로 각각 접속되며, 부정논리곱게이트(IC5)의 출력단은 트랜지스터(Q3)의 베이스와 인버터로 접속되는데 인버터의 출력단은 트랜지스터(Q4)의 베이스로 접속된다.
한편 비교기(IC1)의 출력단은 트랜지스터(Q2)로 접속되고 트랜지스터의 컬렉터는 저항(R4)를 통하여 배터리의 플러스단자와 접속된다. 또한 트랜지스터(Q2)의 컬렉터는 달링턴트랜지스터(DT2)의 베이스로 접속되며, 달링턴트랜지스터(DT2)의 컬렉터는 회전자코일과 접속된다.
이하에서는 본 발명에 따른 전압조정기의 동작을 살펴보겠다.
본 발명에 따른 전압조정기(80)는 크게 보아, 발전기의 발전전압을 저항(R8)과 저항(R9)에 의하여 분압한 전압과 정전압원(Vcc)에 의한 기준전압을 비교기(IC1)로 비교하며, 그 결과에 따라서 트랜지스터(Q2)를 온/오프시켜 달링턴트랜지스터(DT2)를 제어함으로서 회전자코일(62)에 흐르는 전류를 스위칭시켜 발전전압을 조절한다.
이때 다이오드(D3,D4,D5)에 의한 전압은 온도에 따라서 -2mV/℃의 온도구배(다시말하면 1℃가 상승할 때 마다 각각 -2mV씩 감소된다.)를 가지는데, 이 전압은 비반전증폭기(IC2)의 비반전입력단으로 입력되어 증폭된다.
비반전증폭기(IC2)에서 증폭된 전압은 비교기(IC3)의 반전입력단과 비교기(IC4)의 비반전입력단으로 입력된다. 그리고, 비교기(IC3)는 반전입력단으로 입력되는 전압을 비반전입력단로 입력되는 기준전압(ref1)과 비교하며, 비교기(IC4)는 비반전입력단으로 입력되는 전압을 반전입력단으로 입력되는 기준전압(ref2)와 비교한다. 전술하였다시피 기준전압(ref1)은 온도가 약 20°일때의 전압(다이오드가 3개이므로 -120mV)이며, 기준전압(ref2)는 온도가 약 80°의 전압(다이오드가 3개이므로 -480mV)으로서 기준전압(ref1)이 기준전압(ref2)보다 높다.
전술한 바와같이 기준전압을 설정한 것은, 온도를 20℃이하 , 20℃ ~ 80℃, 80℃이상 세구간으로 나누어 제어하기 위한 것인데 다음과 같다.
온도가 20℃이하에서는 비교기(IC3)는 로우신호를 출력하고, 비교기(IC4)는 하이신호를 출력하며 그에 따라 부정논리곱게이트(IC5)는 하이신호를 출력한다. 그리고 온도가 20℃ ~ 80℃사이의 구간에서는 비교기(IC3)와 비교기(IC4)는 모두 하이신호를 출력하며 그에 따라서 부정논리곱게이트(IC5)는 로우신호를 출력한다. 또한 온도가 80℃이상일 경우에는 비교기(IC3)는 하이신호를 출력하고 비교기(IC4)는 로우신호를 출력하며 그에 따라 부정논리곱게이트(IC5)는 하이신호를 출력한다.
전술한 동작에 따라서 부정논리곱게이트(IC5)가 하이신호를 출력하게 되면 트랜지스터(Q3)의 베이스에는 하이신호가 인가되어 트랜지스터(Q3)는 턴온되고, 트랜지스터(Q4)의 베이스에는 인버터를 거쳐서 로우신호가 인가되어 트랜지스터(Q4)는 턴오프된다. 또한 부정논리곱게이트(IC5)가 로우신호를 출력하게 되면 트랜지스터(Q3)의 베이스에는 로우신호가 인가되어 트랜지스터(Q3)는 턴오프되고, 트랜지스터(Q4)의 베이스에는 인버터(IC6)를 거쳐서 하이신호가 인가되어 트랜지스터(Q4)는 턴온된다. 즉, 트랜지스터(Q3)와 트랜지스터(Q4)는 상호 반대로 동작하게 된다.
만약 온도가 20℃이하인 경우에는, 일단 비반전증폭기(IC2)의 비반전입력단으로 인가되는 전압을 증폭한 전압이 비교기(IC3)의 반전입력단과 비교기(IC4)의 비반전입력단으로 인가된다. 그에 따라서 비교기(IC3)는 로우신호를 출력하고 비교기(IC4)는 하이신호를 출력한다. 그래서 부정논리곱게이트(IC5)는 하이신호를 출력하게 되고 그에 따라서 트랜지스터(Q3)는 턴온되며, 트랜지스터(Q4)는 턴오프된다.
그래서 트랜지스터(Q3)가 턴온되기 때문에 비교기(IC1)의 비반전입력단에 인가되는 기준전압은 저항(R6), 다이오드(D6,D7,D8) 그리고 저항(R7)에 의하여 결정되는데, 이는 상온(20℃)일때 다이오드(D6,D7,D8)의 온도구배에 따라 결정되는 기준전압보다 큰값이 되어 비교기의 비반전입력단으로 인가되는 전압은 상승하게 되어 조정전압은 높아지게 된다.
그런데 온도가 상승하여 20℃ ~ 80℃사이가 되게 되면, 비반전증폭기(IC2)의 비반전입력단으로 인가되는 전압을 증폭한 전압이 비교기(IC3)의 반전입력단과 비교기(IC4)의 비반전입력단으로 인가된다. 그에 따라서 비교기(IC3)는 하이신호를 출력하고 비교기(IC4)는 하이신호를 출력한다. 그래서 부정논리곱게이트(IC5)(IC5)는 로우신호를 출력하게 되고, 그에 따라서 트랜지스터(Q3)는 턴오프되며, 트랜지스터(Q4)는 턴온된다. 그래서 트랜지스터(Q3)는 턴오프되기 때문에 온도가 20℃ ~ 80℃사이에서는 온도에 관계없이 비교기(IC1)의 비반전입력단에 인가되는 전압은 일정한 전압이 된다. 따라서 조정전압은 일정하게 된다.
그리고 온도가 더 상승하여 80℃이상이 되게 되면, 비반전증폭기(IC2)의 비반전입력단으로 인가되는 전압을 증폭한 전압이 비교기(IC3)의 반전입력단과 비교기(IC4)의 비반전입력단으로 인가된다. 그에 따라서 비교기(IC3)는 로우신호를 출력하고 비교기(IC4)는 하이신호를 출력한다. 그래서 부정논리곱게이트(IC5)는 하이신호를 출력하게 되고 그에 따라서 트랜지스터(Q3)는 턴온되며, 트랜지스터(Q4)는 턴오프된다. 그래서 트랜지스터(Q3)는 턴온되어 비교기(IC1)의 비반전입력단으로 인가되는 기준전압은 저항(R6), 다이오드(D6,D7,D8) 그리고 저항(R7)에 의하여 결 정되며, 다이오드(D6,D7,D8)의 온도구배 특성에 따라서 온도가 상승할 수록 낮아져 조정전압도 낮아지게 된다.
도 5를 참조하여 온도구간에 따른 조정전압 그래프를 살펴보면, 20℃ ~ 80℃사이의 중간온도에서는 온도가 상승하더라도 조정전압이 감소하지 않고 일정한 조정전압을 가지며, 그에 따라서 종래에 비하여 발전량의 증대와 충전전류가 증대된다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 발전기의 전압조정기에 의하면, 온도변화에 따른 전압변동을 감지할 수 있도록 마련된 온도감지부와, 온도감지부를 통하여 감지된 전압변동에 따라서 기준온도범위를 검출하여 신호를 출력하는 윈도우검출부와, 윈도우검출부의 출력신호에 따라서 조정전압이 일정하게 되도록 배터리전압을 판단할 기준전압이 일정하게 유지시키는 기준전압부와, 기준전압부에서의 기준전압에 대하여 배터리의 전압을 비교전압으로하여 상호 비교하고 그 결과에 따라 회전자코일에 흐르는 전류를 제어하는 계자전류스위칭부를 스위칭시키는 신호를 출력하는 전압비교부를 구비함으로서, 일정온도대역에서는 조정전압을 일정하게 할 수 있기 때문에, 온도가 상승하더라도 종래에 비하여 발전량과 충전전류를 증대시킬 수 있으며, 보다 안정적으로 동작시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 자속을 발생시키는 회전자코일과, 상기 회전자코일이 발생시키는 자장에 의하여 교류가 유기되는 고정자코일과, 상기 고정자코일에서 유기된 교류를 직류로 변환시켜 발전전압을 출력하는 정류부와, 상기 회전자코일에 흐르는 전류를 스위칭 시키는 계자전류스위칭부를 구비하는 차량용 발전기의 전압조정기에 있어서,
    온도변화에 따른 전압변동을 감지할 수 있도록 마련된 온도감지부,
    상기온도감지부를 통하여 감지된 전압변동에 따라서 기준온도범위를 검출하여 신호를 출력하는 윈도우검출부,
    상기 윈도우검출부의 출력신호에 따라서 조정전압이 일정하게 되도록 배터리전압을 판단할 기준전압이 일정하게 유지시키는 기준전압부,
    상기 기준전압부에서의 기준전압에 대하여 배터리의 전압을 비교전압으로하여 상호 비교하고 그 결과에 따라 상기 계자전류스위칭부를 스위칭시키는 신호를 출력하는 전압비교부를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 전압조정기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 온도감지부는, 온도변화에 따른 배터리의 전압을 감지할 수 있도록 배터리의 플러스단자에 일측이 접속되는 저항과, 온도변화에 따라서 전압이 변화이 변화되도록 상기 저항의 타측과 그라운드 사이에 접속되는 온도구배특성을 가지는 다수의 다이오드와, 상기 저항과 상기 다이오드 사이의 전압을 증폭하는 증폭기를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 전압조정기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 윈도우검출부는, 상기 온도감지부가 감지한 전압변동에 따라서 온도범위를 판단할 수 있도록 설정된 각각의 기준전압과 비교하는 복수개의 비교기와, 상기 각각의 비교기 출력신호에 따라서 온도범위에 따른 신호를 출력할 수 있도록 상기 비교기의 각 출력단자와 입력단이 접속되는 부정논리곱게이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 전압조정기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 윈도우검출부 비교기의 기준전압은, 발전기가 안정적으로 동작할 수 있는 온도와 그 이하 그리고 그 이상의 온도범위를 구분할 수 있도록 상기 온도구배감지부의 다이오드의 온도구배특성에 따라서 발전기가 안정적으로 동작할 수 있는 온도의 상하한치에 해당하는 전압인 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 전압조정기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 기준전압부는, 정전압원을 분압하여 배터리전압을 판단할 비교기의 기준전압이 설정되도록 정전압원과 상기 비교기의 출력단 사이에 접속되는 제1저항과 상기 정전압원과 상기 비교기의 비반전입력단 사이에 접속되는 제2저항을 구비하는 제1분압부와, 상기 제1분압부에 의하여 설정되는 기준전압과는 다른 기준전압이 되도록 상기 제1분압부의 제2저항이 접속된 상기 비교기의 비반전입력단과 그라운드사이에 직렬로 접속되는 다수의 다이오드와 제3저항을 구비하는 제2분압부와, 상기 윈도우검출부의 출력신호에 따라서 상기 제1분압부와 제2분압부에 의하여 정전압원의 전압이 분압되는 것을 선택할 수 있도록 상기 제2분압부의 제3저항과 그라운드 사이에 접속되는 분압선택스위칭소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 전압조정기.
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