KR100725634B1 - 차량용 발전 제어 장치 및 차량용 발전 제어 시스템 - Google Patents

차량용 발전 제어 장치 및 차량용 발전 제어 시스템 Download PDF

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KR100725634B1
KR100725634B1 KR1020050097060A KR20050097060A KR100725634B1 KR 100725634 B1 KR100725634 B1 KR 100725634B1 KR 1020050097060 A KR1020050097060 A KR 1020050097060A KR 20050097060 A KR20050097060 A KR 20050097060A KR 100725634 B1 KR100725634 B1 KR 100725634B1
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Abstract

차량용 발전 제어 장치는, 외부로부터 수신되는 제어 신호가 제1 모드를 지정할 때 작동되며, 차량용 발전기의 출력이 제어 신호에 의해 지시되는 값으로 유지되도록 여자 전류를 제어하기 위한 제1 기능, 제어 신호가 제2 모드를 지정할 때 작동되며, 차량용 발전기의 발전 전압이 제어 신호에 의해 지시되는 목표 전압으로 유지되도록 여자 전류를 제어하기 위한 제2 기능 및 제어 신호가 제1 모드를 지정할 때 작동되며, 발전 전압이 소정의 전압 범위 내에 있는지 여부를 감시하고, 발전 전압이 소정의 전압 범위를 벗어나는 것을 검출하면 발전 전압이 사전 셋팅된 전압으로 유지되도록 여자 전류를 제어하기 위해 제1 기능을 억제시키기 위한 제3 기능을 갖는다.
차량, 발전, 회로, 배터리, 듀티, PWM 신호

Description

차량용 발전 제어 장치 및 차량용 발전 제어 시스템{VEHICLE POWER-GENERATION CONTROL UNIT AND VEHICLE POWER-GENERATION CONTROL SYSTEM}
도1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 발전 제어 시스템의 구성을 도시한 도면.
도2는 차량용 발전 제어 시스템에 포함되는 차량용 발전 제어 장치의 제어 모드와 엔진 제어 장치로부터 차량용 발전 제어 장치로 송신되는 PWM 신호의 주파수 사이의 관계를 설명하는 표.
도3은 목표 전압 지시 모드에서 목표 전압의 크기와 PWM 신호의 듀티 팩터(duty factor) 사이의 관계를 도시한 그래프.
도4는 차량용 발전 제어 장치에 포함되는 제어 회로의 회로도.
도5는 PWM 신호의 주파수가 목표 전압 지시 모드로부터 듀티비(duty ratio) 지시 모드로 제어 모드를 스위칭시키도록 변화될 때, 차량용 발전 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도6은 발전 전압이 정상 전압 범위 내에 있을 때, 듀티비 지시 모드에서 차량용 발전 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도7은 발전 전압이 정상 전압 범위 내에 있을 때, 듀티비 지시 모드에서 차 량용 발전 제어 장치에 포함되는 보호 타이머의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도8은 발전 전압이 정상 전압 범위의 상한(upper limit)을 넘을 때, 듀티비 지시 모드에서 차량용 발전 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도9는 발전 전압이 정상 전압 범위의 하한(lower limit)을 넘을 때, 듀티비 지시 모드에서 차량용 발전 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도10은 차량용 발전 제어 장치가 보호 모드로부터 듀티비 지시 모드로 복귀할 때, 차량용 발전 제어 장치에 포함되는 복귀 타이머(reset timer)의 동작을 설명하기 위한 파형도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 차량용 발전 제어 장치 2: 차량용 발전기
3: ECU(엔진 제어 장치) 4: 배터리
5: 전기 부하(electric load) 10: 제어 회로
21: 여자 권선(exciting winding) 22: 고정자(stator) 권선
23: 정류 회로 30: PWM 신호 출력 회로
31: 모드/제어값 결정 회로 32: 전압 판정 회로
100: MOSFET 101: 환류(free-wheel) 다이오드
102: 구동기(driver) 107: 듀티 팩터 검출 회로
108: 모드 검출 회로 110: 전압 비교기
111: 디지털 아날로그 변환기(D/A)
114: 로우(low)/하이(high) 검출 회로 115: 듀티 팩터 생성 회로
116: 에지(edge) 검출 회로 117: 복귀 타이머
119: 보호 타이머
본 발명은 차량용 발전기를 제어하는 차량용 발전 제어 장치 및 차량용 발전 제어 장치를 포함하는 차량용 발전 제어 시스템에 관한 것이다.
차량용 발전기는 차량용 배터리를 충전하고 그 차량용 배터리를 통해 엔진 점화 장치, 조명 설비 등과 같은 차량의 전기적 구성 요소들에 전력을 공급하기 위한 것이다. 차량용 발전기는 차량용 발전기에 의해 발전을 제어하고, 그에 따라, 로드의 변화에도 소정의 전압 범위 내에서 배터리 전압을 유지시키기 위해 차량용 발전 제어 장치과 함께 제공된다. 차량의 주행 상태에 의존하는 차량용 발전기를 최적으로 제어하기 위한 기술로서, 차량의 주행 상태를 반영하는 제어값(예를 들어, 목표 전압 또는 여자 전류(exciting current)의 듀티비)을 외부 장치(예를 들어, 엔진 제어 장치)로부터 차량용 발전 제어 장치로 송신하는 것이 알려져 있다.
이러한 기술을 이용하는 차량용 발전 제어 장치는, 예를 들어, 일본특허출원공개 제11-262299호에 기재된다. 이 차량용 발전 제어 장치는 PWM 신호의 주기에 기초하여 ECU(Engine Control Unit)로부터 송신되는 PWM 신호에 포함되는 제어값의 종류를 검출하고, PWM 신호의 듀티 팩터에 따라 제어 변수를 셋팅하도록(set) 구성된다. 이 차량용 발전 제어 장치는 다수의 상이한 제어값들을 이용할 수 있기 때문에, 복잡한 제어를 수행하는 것을 가능하게 한다.
또한, 예를 들어, 일본특허출원공개 제2000-32680호에 기재되는 바와 같이, 발전 제어 장치과 ECU 사이에서 실행하는 케이블의 브레이크(break) 또는 쇼트 회로(short circuit)로부터 보호하는 능력을 이러한 발전 제어 장치에 제공하는 것이 알려져 있다. ECU로부터 송신되는 제어값이 케이블의 브레이크 또는 쇼트 회로로 인한 차량용 발전기의 고장을 회피하기 위해 소정의 시간 동안 변화되지 않으면, 이 차량용 발전 제어 장치는 제어 장치를 정지시키도록 구성된다.
덧붙여 말하자면, 최근의 ECU는 소프트웨어 프로세서(software-based processor)를 포함한다. 이 ECU에서 이용되는 소프트웨어는 복잡하기(large-scaled) 때문에, 소프트웨어에서 버그(bug)를 완전히 제거하는 것은 쉽지 않다. 차량용 발전 제어 장치가 버그를 포함하는 소프트웨어를 실행하는 ECU로부터 송신되는 제어값에 따라 제어 동작을 수행하면, 차량용 발전기의 출력 전압이 매우 높아져서, 그에 따라, 차량용 배터리를 과충전하고 전기적 구성 요소를 손상시키게 되며, 또는, 차량용 발전기의 출력 전압이 매우 낮아져서, 그에 따라, 전기적 구성 요소의 고장을 야기하게 되는 가능성이 있다. 일본특허출원공개 제11-262299호 및 제2000-32680호에 기재되는 제어 장치를 포함하는 종래의 차량용 발전 제어 장치는 소프트웨어 버그로부터 보호할 수 없다는 문제점을 갖는다.
본 발명은 차량용 발전기에 여자 전류를 제공하는 여자기(exciter) 회로 및 여자 전류를 제어하는 제어 회로를 포함하는 차량용 발전 제어 장치를 제공하고, 제어 장치는 외부로부터 수신되는 제어 신호가 제1 모드를 지정할 때 작동되며, 차량용 발전기의 출력이 제어 신호에 의해 지시되는 값으로 유지되도록 여자 전류를 제어하기 위한 제1 기능, 제어 신호가 제2 모드를 지정할 때 작동되며, 차량용 발전기의 발전 전압이 제어 신호에 의해 지시되는 목표 전압으로 유지되도록 여자 전류를 제어하기 위한 제2 기능 및 제어 신호가 제1 모드를 지정할 때 작동되며, 발전 전압이 소정의 전압 범위 내에 있는지 여부를 감시하고, 발전 전압이 소정의 전압 범위를 벗어나는 것을 검출하면 발전 전압이 사전 셋팅된 전압으로 유지되도록 여자 전류를 제어하기 위해 제1 기능을 억제시키기 위한 제3 기능을 포함한다.
본 발명으로, 외부 장치(예를 들어, 엔진 제어 장치)로부터 차량 발전 제어 장치로 송신되는 제어 신호가 비정상이 될 때에도, 차량용 발전기의 발전 전압이 정상 전압 범위를 벗어나는 것을 회피하는 것이 가능해진다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 발전 제어 시스템의 구성을 도시하고 있다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 차량용 발전 제어 시스템은 차량용 발전 제어 장치(1), 차량용 발전기(2), ECU(Engine Control Unit)(3) 및 배터리(4)를 포함한다. 전기 부하(5)는 배터리(4)와 병렬로 연결된다. 차량용 발전기(2)는 차량 엔진( 도시되지 않음)에 의해 구동된다.
차량용 발전기(2)는 여자 권선(21)을 갖는 회전자, 3상 고정자(three-phase stator) 권선(22)을 갖는 고정자 및 이 고정자 권선(22)의 3상 출력을 전파(full-wave) 정류하는 정류 회로(23)를 포함한다. 차량용 발전기(2)의 출력 단자(도시되지 않음)는 상측의 전선(50)을 통해 차량용 발전 제어 장치(1), ECU(3) 및 배터리(4)에 연결된다. 차량용 발전기(2)의 출력 전압은 여자 권선(21)을 통해 흐르는 여자 전류를 제어함으로써 조정될 수 있다.
여자 권선(21)을 통해 흐르는 여자 전류를 제어하기 위한 차량용 발전 제어 장치(1)은 MOSFET(100), 환류 다이오드(101) 및 제어 회로(10)를 포함한다. MOSFET(100) 및 환류 다이오드(101)는 차량용 발전기(2)를 위한 여자기 회로를 구성한다. MOSFET(100) 및 여자 권선(21)은 상측 전선(50)과 그라운드(ground) 사이에 직렬로 연결된다. MOSFET(100)은 여자 권선(21)을 통해 흐르는 여자 전류를 제어하기 위해 제어 회로(10)에 의해 PWM 제어된다. 여자 권선(21)에 병렬 연결되는 환류 다이오드(101)는 MOFET(100)이 턴 오프(turn off) 되면 여자 권선(21) 양단에 유도되는 고전압에 의해 야기되는 전류를 통과(환류)시키기 위한 것이다.
ECU(3)는 PWM 신호 출력 회로(30), 모드/제어값 결정 회로(31) 및 전압 판정 회로(32)를 포함한다. ECU(3)는 ROM 또는 RAM에 저장되고 ECU(3)에 포함되는 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어(제어 프로그램)를 작동시킨다. 전압 판정 회로(32)는 상측 전선(50)의 전압(이하, "발전 전압"으로 언급됨)이 소정의 정상 전압 범위 내에 있는지 여부를 판정한다. 발전 전압은 차량용 발전기(2)의 출력 전압 및 배터리(4)의 전압(이하, "배터리 전압"으로 언급됨)에 의존한다. 모드/제어값 결정 회로(31)는 차량 속도, 엔진 속도, 가속기의 개방도(opening degree) 등을 포함하는 차량 상태에 기초하여, 소정의 제어 모드 중의 하나 및 제어값을 차량용 발전 제어 장치(1)에 주어지는 지시로서 결정한다. PWM 신호 제어 회로(30)는 결정되는 제어 모드에 대응하는 주파수 및 결정되는 제어값에 대응하는 듀티 팩터를 갖는 PWM 신호를 제어 신호로서, 차량용 발전 제어 장치(1)으로 출력한다.
도2는 제어 모드와 PWM 신호의 주파수 사이의 관계를 설명하는 표이다. 이 실시예에서, 제어 모드는 목표 전압 지시 모드 및 듀티비 지시 모드를 포함한다. 이 표에서 도시된 바와 같이, 목표 전압 지시 모드를 지정하기 위해, PWM 신호의 주파수는 100Hz로 셋팅된다. 이 목표 전압 지시 모드에서, 목표 전압의 크기는 PWM 신호의 듀티 팩터에 의해 지시된다. 도3은 목표 전압 지시 모드가 지정될 때, 목표 전압의 크기와 PWM 신호의 듀티 팩터 사이의 관계를 도시한 그래프이다. 이 그래프에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서, PWM 신호의 듀티 팩터가 0%로부터 100%까지 증가될 때, 지시되는 목표 전압의 크기는 12.5V로부터 15.5V까지 증가된다.
반면, 듀티비 지시 모드를 지정하기 위해, PWM 신호의 주파수는 200Hz로 셋팅된다. 이 듀티비 지시 모드에서, MOSFET(100)에서의 듀티비는 PWM 신호의 듀티 팩터에 의해 지시된다.
목표 전압 지시 모드를 지정하기 위한 PWM 신호의 주파수 대 듀티비 지시 모드를 지시하기 위한 PWM 신호의 주파수의 비율은 시스템에서의 디지털 프로세스를 간략화하기 위해 2의 제곱수가 되는 것이 바람직하다. PWM 신호 대신에 목표 전압 및 제어 모드를 지시하는 코드를 포함하는 펄스열을 이용하는 것이 가능하다.
도4는 제어 회로(10)의 회로 구성을 도시하고 있다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 제어 회로(10)는 구동기(102), 아날로그 스위치(103,104,112,113), OR 회로(105,106,118), 듀티 팩터 검출 회로(107), 모드 검출 회로(108), 전압 비교기(110), 디지털 아날로그 변환기(D/A converter)(111), 로우/하이 검출 회로(114), 듀티 팩터 생성 회로(115), 에지 검출 회로(116), 복귀(return) 타이머(117), 보호 타이머(119) 및 AND 회로(120)를 포함한다.
구동기(102)는 선택자(selector)를 구성하는 아날로그 스위치(103,104) 중의 하나로부터 수신되는 구동 신호에 따라 MOSFET(100)을 온(on)/오프(off) 구동하기 위한 것이다. 듀티 팩터 검출 회로(107)는 ECU(3)로부터 공급되는 PWM 신호의 듀티 팩더를 검출하고, 검출된 듀티 팩터를 나타내는 디지털 신호를 출력하기 위한 것이다. 모드 검출 회로(108)는 PWM 신호의 주파수에 기초하여, 목표 전압 지시 모드와 듀티비 지시 모드 중의 어느 쪽이 지정되는지를 검출한다. 모드 검출 회로(108)의 출력은 회로가 듀티비 지시 회로가 지정되는 것을 검출하면, 로우가 되는 반면, 회로가 목표 전압 지시 모드가 지정되는 것을 검출하면, 하이가 된다. 로우/하이 검출 회로(114)는 전압 비교기(110)로부터 출력되는 비교 신호가 로우 레벨 상태인지 또는 하이 레벨 상태인지를 검출하기 위한 것이다. 듀티 팩터 생성 회로(115)는 검출 회로가 비교 신호가 하이 레벨 상태에 있다는 것을 검출하면, 0%의 듀티 팩터를 나타내는 디지털 신호를 출력하는 반면, 검출 회로가 비교 신호가 로우 레벨 상태에 있다는 것을 검출하면, 100%의 듀티 팩터를 나타내는 디지털 신호를 출력한다. 에지 검출 회로(116)는 비교 신호가 로우 레벨 상태로부터 하이 레벨 상태로 변화되는 경우 및 하이 레벨 상태로부터 로우 레벨 상태로 변화되는 경우로 여겨지는 비교 신호의 에지를 검출하고, 에지를 검출하는 각각의 시간에 로우 레벨 펄스 신호를 출력한다. 보호 타이머(119)는 업 카운터(up counter)가 될 수 있는데, 로우 레벨 펄스 신호를 수신하면, 업 카운팅(counting) 동작을 개시하고, 그 카운팅 값이 소정의 값으로 증가되면, 출력을 로우 레벨 상태로부터 하이 레벨 상태로 변화시킨다. 복귀 타이머(117)는 다운(down) 카운터가 될 수 있는데, AND 회로로부터 하이 레벨 신호를 수신하면, 다운 카운팅 동작을 개시하고, 그 카운팅 값이 소정의 값으로 감소되면, 출력을 하이 레벨 상태로부터 로우 레벨 상태로 변화시킨다.
다음으로, 차량용 발전 제어 장치(1)이 후술된다.
목표 전압 지시 모드
PWM 신호의 주파수가 100Hz인 경우, 즉, 목표 전압 지시 모드가 지정되는 경우, 모드 검출 회로(108)는 하이 레벨 신호를 OR 회로(105,106) 및 아날로그 스위치(112,113)에 제공한다. 이 경우, OR 회로(105)는 하이 레벨 신호를 아날로그 스위치(103)의 인버팅(inverting) 제어 단자에 적용시키고, OR 회로(106)는 하이 레벨 신호를 아날로그 스위치(104)의 넌인버팅(non-inverting) 제어 단자에 적용시키기 때문에, 구동기(102)는 구동 신호로서 아날로그 스위치(104)를 통과하는 신호를 수신한다.
또한, 이 경우, 아날로그 스위치(113)가 인버팅 제어 단자에서 하이 레벨 신호에 적용되는 반면, 아날로그 스위치(112)는 넌인버팅 제어 단자에서 하이 레벨 신호에 적용되기 때문에, DA 변환기(111)는 듀티 팩터 검출 회로(107)로부터 출력되고 아날로그 스위치(112)를 통과하는 PWM 신호의 듀티 팩터를 나타내는 디지털 신호를 수신한다. DA 변환기(111)는 도3의 그래프에 도시된 변환 특성에 따라 이 디지털 신호를 목표 전압으로 변환한다.
전압 비교기(110)는 DA 변환기(111)로부터 출력되는 목표 전압을 발전 전압(상측 전선(50)의 전압)과 비교한다. MOSFET(100)은 이 비교 결과에 따라 온/오프 구동된다. 더 구체적으로, 발전 전압이 목표 전압보다 낮으면, 전압 비교기(110)는 하이 레벨 신호를 출력한다. 이 하이 레벨 신호는 아날로그 스위치(104)를 통해 구동 신호로서 구동기(102)에 입력되고, 그 결과, MOSFET(100)은 턴 온 되어(즉, MOSFET(100)은 전도력을 갖게 됨), 여자 전류가 여자 권선(21)을 통해 흐르도록 허용하고, 그에 따라, 차량 발전기(2)의 출력 전압을 상승시킨다. 반면, 발전 전압이 목표 전압보다 높으면, 전압 비교기(110)는 로우 레벨 신호를 출력한다. 이 로우 레벨 신호는 아날로그 스위치(104)를 통해 구동 신호로서 구동기(102)에 입력되고, 그 결과, MOSFET은 턴 오프 되어, 여자 전류가 여자 권선(21)을 통해 흐르는 것을 억제시키고, 그에 따라, 차량용 발전기(2)의 출력 전압을 감소시킨다. 따라서, 발전 전압(배터리 전압)은 ECU(3)로부터 송신되는 PWM 신호의 듀티 팩터에 의해 나타나는 목표 전압에서 제어된다.
듀티비 지시 모드
PWM 신호의 주파수가 200Hz인 경우, 즉, 듀티비 지시 모드가 지정되는 경우, 모드 검출 회로(108)는 로우 레벨 신호를 OR 회로(105,106) 및 아날로그 스위치 (112,113)에 제공한다. 이 경우, OR 회로(105)는 로우 레벨 신호를 아날로그 스위치(103)의 인버팅 제어 단자에 적용시키고, OR 회로(106)는 로우 레벨 신호를 아날로그 스위치(104)의 넌인버팅 제어 단자에 적용시키기 때문에, 구동기(102)는 구동 신호로서 아날로그 스위치(103)를 통과하는 PWM 신호를 수신한다. 따라서, MOSFET(100)은 ECU(3)로부터 송신되는 PWM 신호의 듀티 팩터에 의해 나타나는 듀티비에 의해 온/오프 구동되고, 그에 따라, 차량용 발전기(2)의 출력을 제어한다.
다음으로, 도5를 참조하여, PWM 신호의 주파수가 스위칭 될 때의 차량용 발전 제어 장치(1)의 동작을 설명한다. 여기서, 모드 검출 회로(108)는 PWM 신호의 주파수를 검출하기 위해 PWM 신호의 1주기의 시간을 필요로 한다는 것이 가정된다. 도5에 도시된 바와 같이, PWM 신호의 주파수가 100Hz인 동안(목표 전압지시 모드가 지정되는 동안), 모드 검출 회로(108)는 하이 레벨 신호를 출력하고, 그 결과, 구동기(102)는 아날로그 스위치(104)를 통해 구동 신호로서 전압 비교기(110)로부터 출력되는 비교 신호를 수신한다. PWM 신호의 주파수가 시간 t1에서 200Hz로 스위칭 되면(듀티비 지시 모드가 지정되면), 모드 검출 회로(108)는 PWM 신호의 주파수가 이 주파수 스위칭 후에 PWM 신호의 1주기 시간의 끝에서(시간 t2) 200Hz로 변화되었다는 것을 검출하고, 다음 주기 시간부터 로우 레벨 신호를 출력하며, 그 결과, 구동기(102)는 아날로그 스위치(103)를 통해 구동 신호로서 PWM 신호 자체를 수신한다.
이 실시예에서, ECU(3)는 차량 속도, 엔진 속도 등을 포함하는 차량 상태 정보에 따라 차량용 발전기(2)의 출력을 제어하기 위해 전압 판정 회로(32)에 의해 소정의 정상 전압 범위(예를 들어, 12.5V와 15.5V 사이) 내에서 발전 전압(배터리 전압)이 검출되면, 듀티비 지시 모드를 지정하고, 발전 전압이 정상 전압 범위를 벗어나면, 발전 전압을 피드백(feedback) 제어를 통해 정상 전압 범위 내에 넣기 위해 목표 전압 지시 모드를 지정하도록 구성된다.
상세히 후술되는 바와 같이, 차량용 발전 제어 장치(1)이 전압 비교기(110)를 이용하여 듀티비 지시 모드에서 동작할 때, 차량용 발전 제어 장치(1)은 소프트웨어 버그에 의해 야기될 수 있는 ECU로부터 송신되는 PWM 신호의 비정상으로부터 보호할 수 있다.
우선, 설명은 도6을 참조하여 ECU(3)로부터 송신되는 PWM 신호가 정상인 경우에 관해서 이루어진다.
듀티비 지시 모드에서는, 모드 검출 회로(108)가 로우 레벨 신호를 출력하기 때문에, 아날로그 스위치(112)는 이용 가능하지 않은 반면, 아날로그 스위치(113)는 이용 가능하다. 따라서, 후술하는 설명으로부터 분명해지는 바와 같이, D/A 변환기(111)는 100%의 듀티 팩터를 나타내는 디지털 신호 및 0%의 듀티 팩터를 나타내는 디지털 신호를 교대로 수신하고, 따라서, D/A 변환기(111)는 도6에 도시된 목표 전압으로서 12.5V 및 15.5V를 교대로 출력한다. 100% 및 0% 이외의 다른 값을 나타내는 신호들이 D/A 변환기(111)에 교대로 공급될 수 있다. 정상 전압 범위가 12.5V와 15.5V 사이일 때, 차량용 발전 제어 시스템이 정상 상태에 있는 한, A/D 변환기(111)가 12.5V를 출력하면, 발전 전압은 항상 목표 전압보다 높고, A/D 변환기(111)가 15.5V를 출력하면, 발전 전압은 항상 목표 전압보다 낮다. 이는 차량용 발전 제어 장치(1)이 듀티비 지시 모드에서 동작하면, 전압 비교기(110)로부터 출력되는 비교 신호는 로우 레벨과 하이 레벨 사이에서 발진한다는 것을 의미한다. 로우 레벨과 하이 레벨 사이에서 발진하는 비교 신호는 로우/하이 검출 회로(114)로 입력되고, 검출 결과는 듀티 팩터 생성 회로(115)에 공급된다. 결과적으로, 듀티 팩터 생성 회로(115)는 아날로그 스위치(113)를 통해 D/A 변환기(111)에 의해 수신되는 100%의 듀티 팩터를 나타내는 디지털 신호 및 0%의 듀티 팩터를 나타내는 디지털 신호를 교대로 출력한다. 또한, 로우 레벨과 하이 레벨 사이에서 발진하는 비교 신호는 에지 검출기(116)로 입력된다. 에지 검출 회로(116)는 비교 신호의 레벨이 인버팅 되고, 그에 따라, 보호 타이머(119)를 리셋시키는(reset) 각각의 시간에 하이 레벨 펄스를 출력한다.
도7은 ECU(3)으로부터 송신되는 PWM 신호가 정상일 때, 전압 비교기(110)로부터 출력되는 비교 신호 및 에지 검출 회로(116)로부터 출력되는 펄스 신호의 파형을 도시하고 있다. 전술된 바와 같이, 전압 비교기(110)로부터 출력되는 비교 신호가 로우 레벨과 하이 레벨 사이에서 발진하고, 에지 검출 회로(116)가 비교 신호의 레벨이 인버팅 되는 각각의 시간에 로우 레벨 펄스를 출력하기 때문에, 보호 타이머(119)는 정기적으로 리셋되고, 보호 타이머(119)의 출력은 로우 레벨에서 유지된다.
이 실시예에서, 발전 전압이 정상 전압 범위에 있는 한, 목표 전압 지시 모드에서 발전 전압을 목표 전압과 비교하기 위해 이용되는 전압 비교기(110)가 듀티비 지시 모드에서 발전 전압을 감시하고 발진하는 비교 신호를 생성하기 위해서도 이용되기 때문에, 차량용 발전 제어 장치(1)의 회로 크기(scale)는 작게 만들어질 수 있다.
다음으로, 설명은 도8을 참조하여, ECU(3)로부터 송신되는 PWM 신호의 듀티 팩터가 소프트웨어 버그 때문에 과하게 높아지고, 그 결과, 발전 전압(배터리 전압)이 정산 전압 범위의 상한을 초과하는 경우에 관해서 이루어진다.
발전 전압이 상한(예를 들어, 15.5V)보다 높아지면, 전압 비교기(110)의 출력은 로우 레벨에서 고정된다. 이 경우, 에지 검출 회로(116)가 로우 레벨 펄스를 출력하지 않기 때문에, 보호 타이머(119)의 정기적인 리셋은 발생하지 않는다. 결과적으로, 보호 타이머(119)는 마지막으로 리셋된 시간으로부터 소정의 시간(차량용 발전기(2)의 여자(excitation) 시상수(응답 시간)의 2배가 바람직함)이 경과한 후에, 하이 레벨 신호를 출력한다. 그 결과, 아날로그 스위치(103)가 이용 가능하지 않은 반면, 아날로그 스위치(104)는 이용 가능하다. 따라서, MOSFET(100)은 전압 비교기(110)의 출력에 따라 온/오프 구동된다.
덧붙여 말하자면, 전압 비교기(110)의 출력이 로우 레벨에 고정되어 있는 동안, 듀티 팩터 생성 회로(115)는 로우/하이 검출 회로(114)로부터 수신되는 로우/하이 검출 결과에 따라 100%의 듀티 팩터를 나타내는 디지털 신호를 출력한다. 그 결과, 발전 전압이 상한보다 높아지면, D/A 변환기(111)는 목표 전압으로서 15.5V를 출력한다. 그러므로, 이 실시예에서, 발전 전압이 상한(예를 들어, 15.5V) 근방에서 제어될 때, ECU(3)가 소프트웨어 버그에 의해서가 아니라 ECU(3)와 차량용 발전 제어 장치(1) 사이의 그라운드 전위차에 의해 적절한 값보다 높은 듀티 팩터를 갖는 PWM 신호를 잘못하여 송신하여, 그에 따라, 보호 타이머(119)를 시동하여도, 발전 전압은 기대값 근방(상한 근방)으로 유지될 수 있다.
다음으로, 설명은 도9를 참조하여, ECU(3)로부터 송신되는 PWM 신호의 듀티 팩터가 소프트웨어 버그 때문에 과하게 낮아지고, 그 결과, 발전 전압(배터리 전압)이 정상 전압 범위의 하한을 초과하는 경우에 관해서 이루어진다.
발전 전압이 하한(예를 들어, 12.5V)보다 낮아지면, 전압 비교기(110)의 출력은 하이 레벨에서 고정된다. 이 경우, 에지 검출 회로(116)가 로우 레벨 펄스를 출력하지 않기 때문에, 보호 타이머(119)의 정기적인 리셋은 발생하지 않는다. 결과적으로, 보호 타이머(119)는 마지막으로 리셋된 시간으로부터 소정의 시간이 경과한 후에, 하이 레벨 신호를 출력한다. 그 결과, 아날로그 스위치(103)가 이용 가능하지 않은 반면, 아날로그 스위치(104)는 이용 가능하다. 따라서, MOSFET(100)은 전압 비교기(110)의 출력에 따라 온/오프 구동된다.
덧붙여 말하자면, 전압 비교기의 출력이 하이 레벨에 고정되어 있는 동안, 듀티 팩터 생성 회로(115)는 로우/하이 검출 회로(114)로부터 수신되는 로우/하이 검출 결과에 따라 0%의 듀티 팩터를 나타내는 디지털 신호를 출력한다. 그 결과, 발전 전압이 하한보다 낮아지면, D/A 변환기(111)는 목표 전압으로서 12.5V를 출력한다. 그러므로, 이 실시예에서, 발전 전압이 하한(예를 들어, 12.5V) 근방에서 제어될 때, ECU(3)가 소프트웨어 버그에 의해서가 아니라 ECU(3)와 차량용 발전 제어 장치(1) 사이의 전력선 전압차에 의해 적절한 값보다 낮은 듀티 팩터를 갖는 PWM 신호를 잘못하여 송신하여, 그에 따라, 보호 타이머(119)를 시동하여도, 발전 전압 은 기대값 근방(하한 근방)으로 유지될 수 있다.
복귀 타이머(117)는 차량용 발전 제어 장치(1)을 보호 모드(목표 전압지시 모드는 보호 타이머(119)의 시동에 의해 초기화됨)로부터 듀티비 지시 모드로 복귀시키기 위한 것이다. 복귀 타이머(117)의 동작은 에지 검출 회로(116), 보호 타이머(119), AND 회로(120) 및 복귀 타이머(117)의 출력 파형을 도시한 도10을 참조하여 후술된다.
전술된 바와 같이, 모드 검출 회로(108)가 듀티비 지시 모드가 지정되는 것을 검출한 후에, 에지 검출 회로(116)가 전압 비교기(110)로부터 출력되는 비교 신호에서 어떠한 에지도 검출하지 못하고, 그 결과, 보호 타이머(119)가 하이 레벨 신호로 출력되도록 시동된다면, AND 회로(120)는 하이 레벨 신호를 출력한다. 결과적으로, 복귀 타이머(117)는 사전 셋팅된 값으로부터 다운 카운팅을 개시하고, 그 결과, 보호 타이머(119)가 시동된 시각으로부터 일정 시간이 경과한 후에, 복귀 타이머(117)의 출력이 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변화된다. 발전 전압은 보호 모드로의 스위칭 결과로서, 보호 타이머(119)가 시동된 후에, 정상 전압 범위 내로 복귀되었다고 가정한다. 이 경우, 전압 비교기(110)가 발진하는 비교 신호를 출력하고, 따라서, 에지 검출 회로(116)가 로우 레벨 펄스를 출력하기 때문에, 복귀 타이머(117)의 출력이 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변화되면, 보호 타이머(119)는 리셋된다. 보호 타이머(119)가 리셋되면, AND 회로(120)의 출력은 낮아지고, 따라서, 복귀 타이머(117)는 리셋된다.
전술된 바와 같이, 복귀 타이머(117)는 PWM 신호가 일시적으로만 비정상이 되면, 차량용 발전 제어 장치(1)이 보호 모드로부터 듀티비 지시 모드로 복귀하는 것을 보장하고, 그 결과, 차량용 발전기(2)는 차량 상태 및 전기 부하의 전력 소비 상태에 따라 최적으로 제어된다.
본 실시예에서, ECU(3)로부터 송신되는 PWM 신호가 비정상이 될 때에도, 발전 전압이 정상 전압 범위를 벗어나는 것을 회피하는 것이 가능하다. 발전 전압이 정상 전압 범위를 벗어나는 시간이 일정 시간을 초과할 때에만, 차량용 발전 제어 장치(1)이 듀티비 지시 모드로부터 보호 모드로 변화되기 때문에, 차량용 발전기(2)의 출력 전압이 순간적으로 변화되면, 발전 제어 장치(1)은 불필요하게 보호 모드로 스위칭 되는 것으로부터 회피될 수 있다. 이 시간은 차량용 발전기(2)의 여자 시상수(응답 시간)의 약 2배가 바람직하다.
또한, 발전 전압이 상한(또는 하한) 근방에서 제어되면, ECU(3)가 적절한 값보다 높은(또는 낮은) 듀티 팩터를 갖는 PWM 신호를 잘못하여 송신하여, 그에 따라, 차량용 발전 제어 장치(1)이 보호 모드로 스위칭 되어도, 목표 전압은 정상 전압 범위의 상한(또는 하한)에서 셋팅 되기 때문에, 발전 전압은 기대값 근방으로 유지될 수 있다.
본 발명은 보호 타이머(119) 및 복귀 타이머(117)를 이용하지만, 다수의 상이한 카운팅 값을 갖는 하나의 카운터가 이 2개의 카운터를 대신하여 이용될 수 있다.
전술된 바람직한 실시예들은 첨부되는 청구범위에 의해서만 설명되는 본원 발명의 예시적인 것이며, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이러한 바람직한 실시예들의 변형이 이루어질 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 차량용 발전기에 여자 전류를 제공하는 여자기 회로 및 여자 전류를 제어하는 제어 회로를 포함하는 차량용 발전 제어 장치가 제공된다.

Claims (8)

  1. 차량용 발전 제어 장치에 있어서,
    차량용 발전기에 여자 전류를 공급하는 여자기 회로; 및
    상기 여자 전류를 제어하는 제어 회로
    를 포함하고,
    상기 제어 회로는,
    외부로부터 수신되는 제어 신호가 제1 모드를 지정할 때 작동되며, 상기 차량용 발전기의 출력이 상기 제어 신호에 의해 지시되는 값으로 유지되도록 상기 여자 전류를 제어하기 위한 제1 기능;
    상기 제어 신호가 제2 모드를 지정할 때 작동되며, 상기 차량용 발전기의 발전 전압이 상기 제어 신호에 의해 지시되는 목표 전압으로 유지되도록 상기 여자 전류를 제어하기 위한 제2 기능; 및
    상기 제어 신호가 상기 제1 모드를 지정할 때 작동되며, 상기 발전 전압이 소정의 전압 범위 내에 있는지 여부를 감시하고, 상기 발전 전압이 상기 소정의 전압 범위를 벗어나는 것을 검출하면 상기 발전 전압이 사전 셋팅된 전압으로 유지되도록 상기 여자 전류를 제어하기 위해 상기 제1 기능을 억제시키기 위한 제3 기능을 포함하는
    차량용 발전 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 기능은, 상기 발전 전압이 상기 소정의 전압 범위를 벗어나는 것으로 검출되는 시간이 소정의 시간을 초과하면, 상기 제1 기능을 억제시키도록 구성되는
    차량용 발전 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소정의 시간은 실질적으로 상기 차량용 발전기의 여자 시상수의 2배와 동일한
    차량용 발전 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 사전 셋팅된 전압은 상기 소정의 전압 범위의 상한과 하한 중의 하나와 동일한
    차량용 발전 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 여자기 회로는 상기 발전 전압과 상기 차량용 발전기의 여자 권선 사이에 연결되는 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제어 회로는 전압 비교기를 포함하고,
    상기 제2 기능은 상기 전압 비교기를 이용하여 상기 목표 전압과 상기 발전 전압 사이의 비교를 수행하고, 상기 비교의 결과에 따라 상기 스위칭 소자의 전도성을 제어하도록 구성되는
    차량용 발전 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3 기능은, 상기 제어 신호가 상기 제1 모드를 지정하면, 상기 전압 비교기를 이용하여, 상기 발전 전압과 상기 전압 비교기의 출력 전압이 하이 레벨과 로우 레벨 중의 어느 쪽을 갖는지에 의존하여 결정되는 2개의 소정의 상이한 값 중의 하나를 갖는 전압과의 비교를 수행하도록 구성되고, 상기 전압 비교기의 출력 전압이 상기 하이 레벨과 로우 레벨 중의 하나로 유지되면, 상기 발전 전압이 상기 소정의 전압 범위를 벗어나는 것으로 판단하도록 구성되는
    차량용 발전 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 제어 신호가 상기 제1 모드를 지정할 때, 상기 전압 비교기의 출력 전압에 기초하여, 상기 소정의 전압 범위 내로의 상기 발전 전압의 복귀를 검출하면, 상기 제3 기능을 억제시키고 상기 제1 기능을 작동시키는 제4 기능을 포함하는
    차량용 발전 제어 장치.
  8. 제1 제어 장치 및 제2 제어 장치를 포함하는 차량용 발전 제어 시스템에 있어서,
    상기 제1 제어 장치는,
    차량용 발전기에 여자 전류를 공급하는 여자기 회로; 및
    상기 여자 전류를 제어하는 제어 회로를 포함하고,
    상기 제어 회로는,
    제2 제어 장치로부터 수신되는 제어 신호가 제1 모드를 지정할 때 작동되며, 상기 차량용 발전기의 출력이 상기 제어 신호에 의해 지시되는 값으로 유지되도록 상기 여자 전류를 제어하기 위한 제1 기능;
    상기 제어 신호가 제2 모드를 지정할 때 작동되며, 상기 차량용 발전기의 발전 전압이 상기 제어 신호에 의해 지시되는 목표 전압으로 유지되도록 상기 여자 전류를 제어하기 위한 제2 기능; 및
    상기 제어 신호가 상기 제1 모드를 지정할 때 작동되며, 상기 발전 전압이 제1 소정의 전압 범위 내에 있는지 여부를 감시하고, 상기 발전 전압이 상기 제1 소정의 전압 범위를 벗어나는 것을 검출하면 상기 발전 전압이 사전 셋팅된 전압으로 유지되도록 상기 여자 전류를 제어하기 위해 상기 제1 기능을 억제시키기 위한 제3 기능을 포함하고,
    상기 제2 제어 장치는,
    상기 발전 전압이 제2 소정의 전압 범위 내에 있는지 여부를 감시하는 제1 회로; 및
    상기 제어 신호를 생성하는 제2 회로를 포함하고,
    상기 제어 신호는, 상기 제1 회로가 상기 발전 전압이 상기 제2 소정의 전압 범위 내에 있다는 것을 검출하면 상기 제1 모드를 지정하고, 상기 제1 회로가 상기 발전 전압이 상기 제2 소정의 전압 범위를 벗어나는 것을 검출하면 상기 제2 모드를 지정하는
    차량용 발전 제어 시스템.
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