KR100861254B1 - 자동차 성능 향상 및 연료 절감을 위한 알터네이터 연속구동 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 알터네이터의 연속 구동 제어장치에 관한 것으로, 자동차 운행 중의 레귤레이터 전압을 입력받는 전원연결부; 상기 레귤레이터 전압을 분배한 분배전압을 복수의 기준전압과 각각 비교하는 전압비교부; 상기 전압비교부의 결과에 따라 복수의 모드 중 하나를 선택하고 또한 단위시간당 정해진 회수로 상기 전압비교부를 구동하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 따라 전압을 승압하여 보상전압을 상기 전원연결부로 출력하는 전압보상부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 전원연결부로 유입되는 전류를 소모하는 전류소모부; 를 포함한다.

본 발명은 자동차 운행중 알터네이터의 불연속 구동으로 인해 발생되는 연료의 불완전 연소 및 전장품 수명 감소를 방지하여, 연비를 획기적으로 개선하고 중장기적으로는 전장품의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.

자동차, 연비증가, 연료절감, 전장품 수명증가, 성능개선

Description

자동차 성능 향상 및 연료 절감을 위한 알터네이터 연속 구동 제어장치 및 방법{omitted}

도1은 자동차 전원공급장치에 본 발명의 연속 구동 제어 장치가 설치된 블록도

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 연속 구동 제어 장치를 나타내는 블록도

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 전압비교부를 나타내는 회로도

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부를 나타내는 블록도

도5는 본 발명의 일실시예에 따른 전압보상부를 나타내는 블록도

도6은 본 발명의 일실시예에 따른 연속 구동 제어 장치의 동작을 나타내는 흐름도

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

100 : 연속 구동 제어 장치 200 : 전원연결부

300 : 전압비교부 400 : 제어부

500 : 전압보상부 600 : 전류소모부

310 : 분배부 320 : 비교부1

330 : 비교부2 410 : 발진부

420 : 타이머 430 : 모드선택부

510 : 링 오실레이터 520 : 차지펌프

본 발명은 자동차 알터네이터의 연속 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 자동차 알터네이터가 불연속적으로 구동됨으로 인하여 발생되는 연료의 불필요한 소모 및 전장품의 수명 감소 등을 방지하고자, 알터네이터를 연속적으로 구동하게끔 제어할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

자동차의 각종 전장품에 전원을 공급하기 위한 전원공급장치는 일반적으로 알터네이터(alternator), 레귤레이터(regulator) 및 배터리(battery) 등을 구비하고 있다. 이하에서, 이들의 일반적인 기능을 살펴본다. 먼저, 알터네이터는 자동차용 교류발전기로서, 철심주위에 일정한 간격을 유지하면서 코일을 감은 로터가 엔진의 크랭크축과 연결되어 스테이터 내부에서 회전하면서 전기를 발생시키는데, 약 60～100V의 교류전기가 발생된다. 여기에서 주목할 점은, 로터가 엔진의 크랭크축과 벨트로 연결되어 있으므로, 알터네이터의 발전 구동 여부와 관계없이 자동차 운행 중에는 계속 회전하게 된다는 점이다. 이를 구체적으로 보면, 로터 코일로의 전기 공급 ON/OFF로 알터네이터의 발전 구동이 제어되는데, 로터 코일에 전기가 공급되면 로터가 전자석으로 바뀌어 알터네이터가 발전하게 되나, 로터 코일에 전기가 공급되지 않으면 알터네이터는 발전을 하지 않음에도 불구하고 로터는 계속 기계적으로 공회전하게 된다.

레귤레이터는 정전압을 발생시키는 장치로서, 알터네이터가 발생시킨 교류전기가 정류회로를 통과하여 직류로 변환된 후, 이를 레귤레이터가 처리하여 12.6V～14.5V 범위의 정전압을 발생시킨다. 여기에서 발생된 정전압이 바로 자동차 전장품 및 배터리에 공급되게 된다. 한편, 여기에서 주목할 점은 레귤레이터의 발생 전압의 크기가 알터네이터의 구동 기준(로터 코일로의 전기 공급 기준)이 된다는 점이다. 레귤레이터 발생 전압의 크기가 미리 설정된 기준전압 (예를 들어, 14.5V) 이상이 될 때 알터네이터는 발전 구동을 멈추게 되며, 또한 미리 설정된 기준전압 (예를 들어, 12.6V) 이하가 되었을 때는 발전 구동을 다시 시작하게 하게 된다.

배터리는 알터네이터의 발전시 충전되며, 시동을 걸때 스타트 모터에 전기를 공급하는 경우 및 자동차 운행 중 알터네이터에서 공급하는 전기가 부족할 경우 방전되도록 기능한다. 여기에서 주목할 점은, 시동을 걸 때 및 전기가 부족할 때를 제외하고는 자동차 운행 중의 전기공급은 주로 알터네이터가 담당하고 있다는 점이다. 구체적으로 보면, 배터리(6셀기준)의 제공 전압이 약 12V～13V 정도인데 비해, 자동차 운행 중에 발생되는 레귤레이터의 전압은 배터리 전압 보다 높은 12.6V～14.5V이므로, 자동차 운행 중에는 배터리 전압보다 큰 레귤레이터 전압 즉 알터네이터의 공급 전기가 레귤레이터를 통해 자동차 전장품에 주로 공급된다는 것을 알 수 있다.

상기에서 알터네이터, 레귤레이터 및 배터리의 동작 및 기능에 대해 간략하게 살펴본 것을 바탕으로, 이하에서 자동차 운행 중 알터네이터의 불연속 구동이 연비 및 전장품의 수명 등에 어떻게 영향을 끼치는지를 기술한다.

자동차 운행 중에, 레귤레이터의 전압이 기준전압 (예를 들어, 14.5V)보다 높아서 알터네이터가 발전을 멈추었다가, 기준전압 (예를 들어, 12.6V)보다 낮게 되는 경우 알터네이터가 다시 발전을 하는 경우를 본다.

알터네이터가 다시 발전하기 위해서 로터코일에 전기를 공급하게 되고, 이때, 로터 코일과 스테이터 코일 사이에는 과도한 부하가 발생되어, 알터네이터에는 급격한 전기적 소모를, 엔진에는 상당량의 부하를 각각 유발하게 된다. 즉 알터네이터가 발전을 멈추고 있는 경우에도, 계속 공회전하고 있는 로터에 전기를 공급하는 순간, 로터 코일과 스테이터 코일 사이의 전기적인 관성으로 인해, 알터네이터 및 알터네이터에 연결된 엔진은 과도한 물리적 부하를 받을 수 밖에 없게 된다. 따라서 알터네이터가 발전 구동을 다시 시작하였다고 하더라도, 상당한 시간 동안 기준전압(12.6V) 이상을 회복할 수 없게 된다.

이것이 바로 자동차 전압을 불안정하게 만드는 주요 원인인데, 구체적으로 보면, 알터네이터가 발전 구동을 시작한 후에도 상당한 시간 동안 전기가 제대로 공급되지 않으므로, 배터리는 급방전할 수 밖에 없게 되며, 이로 인해 자동차 전압이 불안정하게 되는 것이다. 또한 근래들어 네비게이션, DMB 등 자동차용 전기장치가 더욱 많이 사용되어 자동차의 전기 소모가 커진 것도, 상기 시간동안 배터리의 급방전을 유발하여 자동차 전압을 불안정하게 만드는 요인이 될 수 있다 하겠다.

이처럼 자동차 전압이 불안정하게 되면, 점화장치에 영향을 미치게 되어, 엔진의 불완전 연소를 유발시키게 된다. 이를 구체적으로 보면, 점화장치는 12V 내외의 전기를 점화코일을 통과시킴으로써 25,000V 이상의 고전압을 발생시켜 사용하게 되는데, 만약 공급전압이 0.1V 차이가 나더라도 200V 이상의 차이가 발생되어 불안전 연소를 유발하게 된다. 이는 연료가 불필요하게 연소되어 연비가 나빠진다는 것을 의미하는 것이며 또한 자동차의 안정적인 출력이 보장되지 않는 것을 의미한다.

또한 불안정한 자동차 전압은 자동차의 각종 전장품에 영향을 미쳐, 전장품이 불안정하게 동작되는 결과를 낳으며, 나아가 전장품의 수명이 감소되는 것을 의미한다.

상기에 기술한 바와 같이, 자동차 운행중 알터네이터의 불연속적인 구동은 연비 및 전장품에 악영향을 끼치게 되는바, 연비 및 전장품의 수명 등을 향상시키려는 목적을 가진 종래기술의 접근법과 문제점을 이하에서 기술한다.

종래기술은 배터리 또는 연료호스의 성능을 향상시키는 방법 및 ECU(Engine Control Unit)를 이용하는 방법 등이 있다. 그러나 배터리, 연료호스의 성능을 향상시키거나 ECU를 이용하는 방법은 알터네이터가 불연속적으로 구동되어 발생되는 문제점을 근본적으로 해결할 수 없음은 물론, 더 나아가 각종 센서를 이용한 ECU 방식은 단지 주행패턴 등 운전자의 의도에 따라서 엔진을 제어하는 것으로 근본적으로 발명의 목적이 상이하다 하겠다.

또한 종래기술은 자동차 본네트 내부에 장치를 새로이 부가하거나 또는 기존 장치를 수정하는 방식인바 전문가가 아니면 설치가 어렵고 또한 각종 센서를 사용함으로 인하여 가격이 높아질 수밖에 없는 것으로, 자동차의 내부구성을 손대지 않고서도 운전자가 직접 간편하게 설치하는 것은 물론 각종 센서를 사용하지 않고도 보다 탁월한 효과를 발휘할 수 있는 발명이 절실하다 하겠다.

본 발명의 목적은, 자동차 운행중 알터네이터의 불연속적인 구동으로 인한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 레귤레이터가 발생시키는 전압이 적정범위내에 유지되도록 제어하여 알터네이터의 불연속적인 구동을 방지하여, 연비 및 전장품의 수명을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

또한 본 발명의 목적은, 자동차 내부구성을 변경하지 않고도, 운전자가 편리하게 설치하여 사용할 수 있는 장치를 제공함에 있다.

본 발명은 자동차 알터네이터의 연속 구동 제어장치에 관한 것으로서, 자동차 운행 중의 레귤레이터 전압을 입력받는 전원연결부; 상기 레귤레이터 전압을 분배한 분배전압을 복수의 기준전압과 각각 비교하는 전압비교부; 상기 전압비교부의 결과에 따라 복수의 모드 중 하나를 선택하고 또한 단위시간당 정해진 회수로 상기 전압비교부를 구동하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 따라 전압을 승압하여 보상전압을 상기 전원연결부로 출력하는 전압보상부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 전원연결부로 유입되는 전류를 소모하는 전류소모부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 전압비교부는 레귤레이터 전압을 분배하는 분배부; 및 분배된 전압과 복수의 기준전압을 각각 비교하는 복수의 비교부를 포함하되, 복수의 기준 전압은 알터네이터를 연속 구동하기 위한 레귤레이터 전압의 상한 또는 하한을 반영하는 것을 특징으로 한다. 또한 복수의 비교부는 비교 결과에 따른 복수의 모드선택신호를 제어부에 출력하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제어부는 상기 복수의 비교부를 구동 제어하는 타이머 및 발진부; 및 상기 복수의 비교부 비교 결과에 따라 모드를 선택하는 모드선택부를 포함하되, 타이머 및 발진부는 자동차 운행 중 수시로 변동하는 레귤레이터 전압을 충분히 반영할 수 있도록 상기 복수의 비교부를 구동 제어하고, 모드선택부는 상기 복수의 모드선택신호를 판단하여 소모신호 또는 보상신호를 전류소모부 또는 전압보상부로 각각 출력하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 전압보상부는, 레귤레이터 전압이 하한 이하로 판단될 때, 보상전압을 출력하되, 레귤레이터 전압이 정상화되기까지의 시간동안 보상전압을 제공하여, 배터리의 급방전을 방지하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 전류소모부는, 레귤레이터 전압이 상한 이상으로 판단될 때, 전류를 소모하되, 전류를 소모한 결과, 레귤레이터 전압이 적정 범위 내에 속하도록 설계되는 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않는 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

도1은 자동차 전원 공급 장치에 본 발명의 연속 구동 제어장치(100)가 설치된 것을 나타내는 블록도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 연속 구동 제어장치(100)는 자동차의 전원연결부에 연결되어 사용된다. 전원연결부는 알터네이터, 레귤레이터, 배터리 및 각종 전장품 등이 이루는 전기 회로에서 일종의 부하 노드 로서 작동하는 것으로, 각종 전기 장치를 손쉽게 연결하여 사용할 수 있는 연결부로서 기능한다. 따라서 레귤레이터의 전압 크기를 조절하여 알터네이터의 구동을 제어하기 위해서, 본 발명의 연속 구동 제어장치(100)는 자동차 전원연결부에 연결되는 것이다.

여기에서, 전원연결부는, 자동차 내부의 시가잭 또는 시가잭에 연결된 전기장치에 접속되는 연결부 또는 레귤레이터에 직접 접속되는 연결부 등이 될 수 있는 것으로, 자동차 전장품 전기회로에서 레귤레이터 전압을 검출할 수 있는 곳이면 어느 곳이든 가능하다는 점을 밝혀둔다.

도2는 본 발명의 연속 구동 제어장치의 주요한 구성을 나타내는 일실시예이다. 연속 구동 제어장치(100)는 전원연결부(200), 전압비교부(300), 제어부(400), 전압보상부(500) 및 전류소모부(600)를 포함하여 구성된다. 전원연결부(200)는, 자동차의 전기회로에 연결되어 레귤레이터 전압(Vreg)을 입력받아서 전압비교부(300) 및 전류소모부(600)에 출력하며, 또한 전압보상부(500)로부터는 보상전압(Vpump)을 입력받는다.

전압비교부(300)는 전원연결부(200)에서 레귤레이터 전압(Vreg)을 전달받아, 그 전압을 분배한 분배전압(Vreg_ref)을 기준전압1,2(Vref1, Vref2)과 각각 비교하는 기능을 수행하는 구성요소로서, 도3에서 보다 자세히 설명한다.

제어부(400)는 전압비교부(300)에서 모드선택신호1,2(Mod1, Mod2)를 입력받아 전압보상부(500) 또는 전류소모부(600)를 선택적으로 구동시키는 것은 물론, 전압비교부(300)에 비교부제어신호 1,2(Vctrl1, Vctrl2)를 출력하여 전압비교부(300) 를 제어하는 기능을 수행한다. 도4에서 보다 자세히 설명한다.

전압보상부(500)는, 전압비교부(300) 및 제어부(400)가 기능을 수행한 결과, 레귤레이터 전압(Vreg)이 기준전압2(Vref2, 예를 들어 12.6V에 대응되는 전압) 이하로 판별될 때, 제어부(400)로부터 보상신호(Pump)를 입력받아 전압을 승압한 뒤 전원연결부(200)로 보상전압(Vpump)을 출력한다. 도5에서 보다 자세히 설명한다.

전류소모부(600)는, 전압비교부(300) 및 제어부(400)가 기능을 수행한 결과, 레귤레이터 전압(Vreg)이 기준전압1(Vref1, 예를 들어 14.5V에 대응되는 전압) 이상으로 판별될 때, 전류를 소모시키는 기능을 수행하는 구성요소로서, 저항을 이용하여 소모시키거나 또는 접지시키거나 또는 도시되지는 않았지만 전류가 필요한 다른 구성요소(전장품 등)로 전류를 우회시키는 기능을 수행한다. 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 목적에 맞게 다양하게 전류 소모 소자 등을 배치하여 설계할 수 있음이 자명하다 하겠다.

도3은 도2의 전압비교부(300)의 주요한 구성을 나타내는 일실시예이다. 전압비교부(300)는 분배부(310) 및 비교부1,2(320, 330)를 포함하여 구성된다. 분배부(310)는 레귤레이터 전압(Vreg)을 분배하여 분배전압(Vreg_ref)을 비교부1,2(320, 330)에 각각 전달하며, 비교부1,2(320, 330)는 기준전압1,2(Vref1, Vref2)와 분배전압(Vreg_ref)을 각각 비교하여 그 결과로써 모드선택신호1,2(Mod1, Mod2)를 제어부에 출력한다.

여기에서, 분배부(310)는 레귤레이터 전압단(Vreg)과 접지전압단(Vss) 사이에 직렬로 접속된 저항1,2(Ra, Rb)를 구비한다. 분배부의 출력신호인 분배전 압(Vreg_ref)은 레귤레이터 전압(Vreg)을 저항1,2(Ra, Rb)의 저항비에 따라 분배된 전압으로서 저항1,2(Ra, Rb)의 공통노드를 통해 출력된다.

저항1,2로 레귤레이터 전압(Vreg)을 분배시키데 있어서 유의할 점은, 비교부1,2(320, 330) 등의 다른 구성요소들이 트랜지스터 등의 반도체 소자를 사용하고 있으므로, 이 반도체 소자들의 전기적 특성(예를 들어, 문턱전압 크기 등)에 맞도록 저항비를 조정하여 분배하여야 한다는 점이다. 또한 분배전압(Vreg_ref)과 비교되어져야 할 대상인 기준전압1,2(Vref1, Vref2)는 레귤레이터 전압의 상한(14.5V) 및 하한(12.6V)과 각각 대응되도록 설정되는 것이므로, 분배전압(Vreg_ref) 역시 기준전압1, 2(Vref1, Vref2)의 크기에 맞도록 설계되어야 한다는 점이다.

한편, 분배부(310)는, 저항만을 사용하는 방식 이외에도, 저항을 대체할 수 있는 소자들의 조합 즉 직렬로 연결된 다수의 트랜지스터 및 저항의 조합 또는 다수의 다이오드 및 저항의 조합 등을 이용하여 다양하게 설계될 수 있음을 밝혀둔다.

비교부1(320)은 비교부제어신호1(Vctrl1)를 게이트 입력으로 하며 접지전압단(Vss)에 접속된 바이어스 NMOS 트랜지스터 MN1, 전원전압단(Vdd)(도시되지 않았지만, 레귤레이터 전압을 이용하여 연속 구동 제어장치에 필요한 전압을 생성되는 구성요소에서 생성)에 접속되며 서로의 게이트가 맞물려 전류미러를 이루는 PMOS 트랜지스터 MP1 및 MP2, 전류미러(MP1, MP2)와 MN1 사이에 접속되어 분배전압(Vreg_ref)과 기준전압1(Vref1)을 차동 입력으로 하는 입력 NMOS 트랜지스터 MN2, MN3 및 모드선택신호1(Mod1)을 출력하되 MP2와 MN3의 공통 드레인단에 접속된 인버터1(INV1)을 포함하여 구성된다.

여기에서, 기준전압1(Vref1)은 레귤레이터 전압의 상한(예를 들어, 14.5V)에 대응되도록 설정된다. 또한 비교부1(320)은 비교부제어신호1(Vctrl1)의 크기에 따라 바이어스 NMOS 트랜지스터 MN1이 ON/OFF 되며, 이에 따라 비교부1(320)의 동작이 활성화/비활성화된다.

비교부1(320)은 현재의 레귤레이터 전압(Vreg)에 대응되는 분배전압(Vreg_ref)과 레귤레이터 전압의 상한에 대응되는 기준전압1(Vref1)을 비교하여, 분배전압(Vreg_ref)이 기준전압1(Vref1)보다 높으면 모드선택신호1(Mod1)을 논리레벨 하이로 출력하고, 분배전압(Vreg_ref)이 기준전압1(Vref1)보다 낮으면 모드선택신호1(Mod1)을 논리레벨 로우로 출력한다.

비교부2(330)는 비교부1(320)과 동일한 구성을 가지고 있으므로, 동일하게 대응될 수 있는 설명은 생략한다. 기준전압2(Vref2)는 레귤레이터 전압의 하한(예를 들어, 12.6V)에 대응되도록 설정된다. 또한 비교부제어신호2(Vctrl2)의 크기에 따라 바이어스 NMOS 트랜지스터 MN4가 ON/OFF 되며, 이에 따라 비교부2(330)의 동작이 활성화/비활성화된다.

비교부2(330)는 현재의 레귤레이터 전압(Vreg)에 대응되는 분배전압(Vreg_ref)과 레귤레이터 전압의 하한에 대응되는 기준전압2(Vref2)을 비교하여, 분배전압(Vreg_ref)이 기준전압2(Vref2)보다 높으면 모드선택신호2(Mod2)를 논리레벨 하이로 출력하고, 분배전압(Vreg_ref)이 기준전압2(Vref2)보다 낮으면 모드선택신호2(Mod2)를 논리레벨 로우로 출력한다.

비교부1,2(320, 330)의 모드선택신호1,2(Mod1, Mod2)의 논리레벨에 따른, 현재의 레귤레이터 전압(Vreg)의 범위와 모드선택부(430)의 동작은 아래 [표1]과 같이 요약될 수 있다.

[표1]

한편, 상기에 설명한바와 같이, 전압비교부(300)에 두 개의 비교부가 포함되어 동작되는 것은 하나의 실시예인바, 세 개 이상의 비교부를 포함하여 세 개 이상의 기준전압을 사용할 수 있는 것도 밝혀둔다. 즉 세 개의 기준전압을 레귤레이터 전압(Vreg)의 상한, 하한 및 중간값 등에 대응되도록 설정하고, 이에 따라 세 개의 비교부가 포함되도록 구성될 수도 있다.

도4는 도2의 제어부(400)의 주요한 구성을 나타내는 일실시예이다. 제어부(400)는 발진부(410), 타이머(420) 및 모드선택부(430)를 포함하여 구성된다. 발진부(410)는 타이머(420)의 신호에 따라 비교부제어신호1,2(Vctrl1, Vctrl2)를 발생시켜 비교부1,2(320, 330)에 각각 출력하며, 이 신호에 따라 비교부1,2(320,330)의 동작이 제어된다.

발진부(410) 및 타이머(420)는 단위시간당 설정회수 만큼 일정 크기의 펄스를 주기적으로 발생시킬 수 있는 구성으로서, 자동차 운행 중에 시시각각 변하는 전압의 변동을 정확히 감지하기 위해서는 단위시긴당 횟수를 증대하여 구성하는 것이 바람직하다.

모드선택부(430)는, 상기 [표1]에 도시한바와 같이, 비교부1,2(320,330)에서 출력된 모드선택신호1,2(Mod1, Mod2)의 논리레벨 조합에 따라 전압보상 모드인 경우에는 보상신호(Pump)를 전압보상부(500)에 출력하며, 전류소모 모드인 경우에는 소모신호(Dissipate)를 전류소모부(600)에 각각 출력한다. 이에 따라, 도2에 도시된 바와 같이, 보상신호(Pump)가 출력되면 전압보상부(500)가 동작하며, 소모신호(Dissipate)가 출력되면 전류소모부(600)가 동작된다.

모드선택부(430)는 논리 게이트 소자(OR, AND, NOR 등)를 이용하여 설계할 수 있음은 물론 소프트웨어적으로 처리될 수도 있다.

한편, 상기에 설명한바와 같이, 모드선택부(430)에서 선택하는 모드가 전압보상 모드 및 전류소모 모드인 것은 하나의 실시예인바, 세 개 이상의 모드가 사용될 수 있는 것도 밝혀둔다. 즉 세 개이상의 기준전압을 설정하고, 이에 대응되어 세 개 이상의 비교부를 구성한 후, 이 비교부들로부터 출력되는 세 개이상의 모드선택신호를 이용하면 세 개이상의 모드가 사용될 수도 있다.

도5는 도2의 전압보상부(500)의 주요한 구성을 나타내는 일실시예이다. 전압보상부(500)는 링 오실레이터(510) 및 차지펌프(520)를 포함하여 구성된다. 모드선택부(430)의 보상신호(Pump)에 따라 링 오실레이터(510)가 동작되며 이에 따라 차지펌프(520)가 동작된다. 차지펌프(520)에 따라 승압된 보상전압(Vpump)은 전원연결부(200)로 출력되며, 이 보상전압(Vpump)은 레귤레이터 전압(Vreg)이 정상화되기 까지의 시간동안 전기가 필요한 다른 전장품에 공급될 수 있어 배터리의 급방전을 방지할 수 있다.

도5에 도시된 바와 같이 링 오실레이터(510) 및 차지펌프(520)를 하나씩만 구비할 수 있음은 물론 다단계로 승압이 이루어지도록 다수개의 링 오실레이터 및 차치펌프(520)를 구비할 수도 있다. 또한 링 오실레이터(510) 및 차지펌프(520)는 승압 회로에서 일반적으로 사용되는 것으로서, 통상의 지식을 가진 당업자라면 이를 이용하여 다양하게 전압보상부(520)를 설계할 수 있음은 물론이다.

한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 보상신호(Pump) 또는 소모신호(Dissipate)가 전압보상부(500) 또는 전류소모부(600)에 각각 압력되면서, 전압보상부(500)와 전원연결부(200), 전류소모부(600)와 전원연결부(200) 사이의 회로 연결이 각각 이루어지는바, 이는 스위칭 소자 또는 각종 논리소자로 다양하게 설계될 수 있음을 밝혀둔다.

또한 기준전압1,2(Vref1, Vref2)의 설정에 있어서, 레귤레이터 전압(Vreg)의 상한(14.5V)과 하한(12.6V)에 대응되도록 한다는 것은, 기준전압1(Vref1)은 14V 내외에, 기준전압2(Vref2)는 13V 내외에 각각 대응되도록 설계되는 것을 포함하는 등, 분배전압(Vreg_ref)의 크기를 함께 고려하여 기준전압1,2(Vref1, Vref2)를 다양하게 설정할 수 있음을 밝혀둔다.

또한 도3 내지 도5에 기술된 전압비교부(300), 제어부(400), 전압보상부(500) 및 전류소모부(600)는 각각을 별개의 전자회로로 구성하여 설계할 수 있음은 물론 하나의 IC CHIP으로도 설계할 수도 있다. 또한 제어부(400)의 기능 등과 같이 설계시 확정될 수 있는 부분은 소프트웨어적으로 반영하여 다른 구성요소들과 결합할 수도 있음을 밝혀둔다.

도6은 본 발명인 연속 구동 제어장치의 주요 동작방법을 나타내는 흐름도이다. 자동차 운행 중 레귤레이터전압(Vreg)이 전원연결부(200)로 유입되면서, 전압비교부에서 전압 분배 및 비교 동작이 수행된다(S100). 여기에서, 비교부1(320)에서 분배전압(Vreg_ref)과 기준전압1(Vref1, 레귤레이터 전압의 상한에 대응)을, 분배전압(Vreg_ref)과 기준전압2(Vref2, 레귤레이터 전압의 하한에 대응)를 각각 비교한다.

비교부1,2(320, 330)의 비교결과, 모드선택신호1,2(Mod1, Mod2)가 제어부(400)의 모드선택부(430)로 입력되고, 레귤레이터 전압(Vreg)의 크기를 판단한다(S200).

판단결과, 분배전압(Vreg_ref)이 기준전압1(Vref1)보다 높으면, 제어부(400)는 소모신호(Dissipate)를 전류소모부(600)로 출력한다(S300). 이후, 전류소모부(600)에서 전류 소모가 이루어지는 한편 제어부(400)내의 발진부(410) 및 타이머(420)의 기능으로 지속적으로 전압분배 및 비교단계(S100)가 진행되므로, 전류소모가 끝없이 이루어지지 않는다.

또한 판단결과, 분배전압(Vreg_ref)이 기준전압2(Vref2)보다 높고, 기준전압1(Vref1)보다 낮으면, 제어부(400)는 별다른 조치를 취하지 않은채, 다시 S100단계의 분배 및 비교 동작이 수행된다(S400).

또한 판단결과, 분배전압(Vreg_ref)이 기준전압2(Vref2)보다 낮으면, 제어 부(400)는 보상신호(Pump)를 전압보상부(500)로 출력한다(S500). 이후, 전압보상부(500)에서 승압전압이 출력되는 한편 제어부(400)내의 발진부(410) 및 타이머(420)의 기능으로 지속적으로 전압분배 및 비교단계(S100)가 진행되므로, 전압 승압이 끝없이 이루어지지 않는다.

한편, 상기 일련의 단계는 본 발명의 주요한 단계만을 서술한 것으로, 본 발명의 장치는 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 상기 단계에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

본 발명인 자동차 알터네이터의 연속 구동 제어장치는, 자동차 운행중 알터네이터의 불연속 구동으로 인해 발생되는 연료의 불완전 연소 및 전장품 수명 감소를 방지하여, 연비를 획기적으로 개선하고 중장기적으로는 전장품의 수명을 연장할 수 있는 현저한 효과가 있다.

또한 종래기술과 달리, 자동차 전압의 불안정성의 근본적인 원인인 알터네이터의 불연속 구동에 대한 해결책을 제시하였음은 물론 자동차의 내부설비를 수정하지 않은채 레귤레이터 전압을 검출할 수 있는 곳이면 어디든지 설치될 수 있으므로, 운전자가 손쉽게 사용할 수 있다는데 현저한 효과가 있다.

또한 알터네이터의 구동과 관계없이 자동차 운행 중 지속적으로 공회전하는 로터로 인해 발생되는 기계적 에너지 손실을 방지하여 자동차 전반의 에너지 효율성에 기여하는데에도 현저한 효과가 있다.

Claims (7)

1. 자동차 알터네이터의 연속 구동 제어장치에 있어서,

   자동차 운행 중의 현재 레귤레이터 전압을 입력받는 전원연결부;

   상기 레귤레이터 전압을 분배한 분배전압을 복수의 기준전압과 각각 비교하는 전압비교부;

   상기 전압비교부의 비교결과에 따라 복수의 모드 중 하나를 선택하고 또한 단위시간당 정해진 회수로 상기 전압비교부를 구동하는 제어부;

   상기 제어부의 제어에 따라 전압을 승압하여 보상전압을 상기 전원연결부로 출력하는 전압보상부;

   상기 제어부의 제어에 따라 알터네이터에서 상기 전원연결부로 유입되는 전류를 소모하는 전류소모부;를 포함하되,

   상기 전압비교부는 상기 레귤레이터 전압을 분배하여 분배전압을 출력하는 분배부; 및 상기 분배전압을 복수의 기준전압과 각각 비교하는 복수의 비교부를 포함하되, 비교결과에 대응되는 복수의 모드선택신호를 상기 제어부로 출력하며,

   상기 복수의 기준전압 중 최소한 두 개의 기준전압은, 알터네이터가 구동을 멈추는 레귤레이터 전압의 크기 및 알터네이터가 구동을 시작하는 레귤레이터 전압의 크기에 각각 대응되도록 설정되며,

   상기 제어부는 발진부; 타이머; 및 모드선택부를 포함하되, 상기 발진부는 복수의 비교부제어신호를 상기 복수의 비교부에 출력하는 것을 특징으로 하는 자동차 알터네이터의 연속 구동 제어장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 모드선택부는 상기 복수의 모드선택신호를 입력받아 복수의 모드 중 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 자동차 알터네이터의 연속 구동 제어장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 복수의 비교부제어신호에 따라 상기 복수의 비교부가 활성화 또는 비활성화되며,

   상기 복수의 모드는 전압보상 모드 및 전류소모 모드를 포함하되, 전압보상 모드인 경우에는 보상신호를 상기 전압보상부로 출력하고, 전류소모 모드인 경우에는 소모신호를 상기 전류소모부로 출력하는 것을 특징으로 하는 자동차 알터네이터의 연속 구동 제어장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 전압보상부는 링오실레이터; 및 차지펌프를 포함하되, 상기 보상신호에 따라 승압된 보상전압을 상기 전원연결부로 출력하고,

   상기 전류소모부는, 상기 소모신호에 따라 상기 전원연결부로 유입되는 전류를 소모하는 것을 특징으로 하는 자동차 알터네이터의 연속 구동 제어장치.
7. 자동차 운행중 알터네이터의 연속 구동 제어방법에 있어서,

   전원연결부에 유입되는 레귤레이터 전압을 분배하여 복수의 기준전압과 비교하는 단계;

   분배된 전압이 알터네이터가 구동을 멈추는 레귤레이터 전압 크기에 대응되는 기준전압보다 클 경우, 소모신호를 출력하여 전류소모를 수행하는 단계;

   분배된 전압이 알터네이터가 구동을 시작하는 레귤레이터 전압 크기에 대응되는 기준전압보다 작을 경우, 보상신호를 출력하여 전압보상을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 운행중 알터네이터의 연속 구동 제어방법.

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