KR100961086B1 - 차량용 발전기의 전압조정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 발전기의 전압을 조정하는데 있어서 초기 발전불량을 방지하고, 여러 가지 스위칭 소자를 사용해서 전압조정기 조정성능을 향상시키며, 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 용이하게 설계할 수 있으며, 소형화되고 저렴한 비용으로 발전 전압을 조정할 수 있음과 동시에, 저렴하게 제조할 수 있는 차량용 발전기의 전압조정장치를 제공하는데 있다.

차량, 발전기, 전압조정장치.

Description

차량용 발전기의 전압조정장치{VOLTAGE REGULATION APPARATUS GENERATER FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 발전기의 전압조정장치에 관한 것으로서, 특히 초기 발전불량을 방지하고, 여러 가지 파워스위칭 소자를 적용할 수 있음으로 발전기 전압조정 성능을 향상시키며, 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 용이하게 설계할 수 있으며, 소형화되고 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 차량용 발전기의 전압조정장치에 관한 것이다.

종래로부터 도 1에 도시한 바와 같은 차량용 발전기의 전압조정장치가 널리 사용되고 있다.

도 1에 도시한 종래의 차량용 발전기의 전압조정장치는 자동차 키이 스위치(SW)의 스위칭 온시에 배터리(1)로부터 직류 전압이 인가됨에 따라 비충전시 점등되어 경고를 표시함과 동시에, 발전시에는 소등되는 램프(3)와, 상기 램프(3)에 병렬로 접속되어 제한된 전류만을 공급하는 초기 자화 저항(R1)과, 상기 램프(3) 및 상기 초기 자화 저항(R1)을 통해 흐르는 전류를 발전기(5)의 로우터 코일(5a)로 흐르도록 하며, 역전류의 흐름을 방지하는 역전류방지 다이오드(D1)로 구성된 차량용 발전기의 전압조정장치에 있어서, 상기 발전기(5)의 로우터 코일(5a)에 전류가 흐름과 동시에, 전류제한 저항(R3)에 인가되는 바이어스전압에 의해 도통되어 상기 로우터 코일(5a)을 흐르는 전류를 접지로 바이패스하도록 스위칭 온되는 달링턴 트랜지스터(7)와, 상기 발전기(5)의 발전 전압이 상기 전압조정기의 조정전압보다 높을 경우에 배터리(1)에서 전류제한저항(R3)으로 흐름에 따라 다이오드(D3)의 출력단에 걸리는 전압이 특정 레벨(예를 들면 14.5Vdc±0.3Vdc) 이상일 경우에, 도통되는 제너다이오드(ZD1)와, 상기 제너다이오드(ZD1)의 도통시에 스위칭 온되어 상기 발전기(5)의 발전전압이 다운되도록 유도시키는 트랜지스터(Q1)와, 상기 트랜지스터(Q1)의 스위칭 온시에 상기 달링턴 트랜지스터(7)이 오프됨에 따라 발생되는 서지전압을 흡수하는 서지전압 흡수다이오드(D4)로 구성되어 있다.

도 1에서 미설명부호 R2는 전류제한저항이고, R4,R5는 상기 제너 다이오드(ZD1)의 동작을 트리밍하는 트리밍저항이고, 9,10은 상기 발전기(5)에서 발전전압을 전파정류하는 전파정류기이고, 12는 상기 발전기(5) 회전이 정지시 누설전류의 생성을 방지하면서 발전시 발전 전압을 출력하여 전압조정기를 상시 작동시키는 트리오 다이오드이고, 5b는 상기 발전기(5)의 스테이터코일이고, R6은 상기 달링턴 트랜지스터(7)의 바이어스 저항이고, C1은 노이즈필터이다.

그런데, 도 1과 같은 종래의 차량용 발전기의 전압조정장치는 대부분 구동회로가 전압강하로 인하여 낮아진 전압에서도 작동이 되는 달링턴 트랜지스터를 사용해서 차량용 발전기에서 발전한 발전 전압을 일정 레벨로 발전하고 있었으나, 상기 달링턴 트랜지스터는 그 가격이 비싸고, 또한 상기 달링턴 트랜지스터의 크기가 커서 차량용 발전기의 전압조정장치를 소형화시킬 수 없다는 등의 여러 가지 문제점 이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 여러 가지 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 여러 가지 파워스위칭 소자를 적용 하여도 발전 시작을 정상적으로 작동하게 할 수 있으면서 발전기 전압 조정 성능을 향상시키고, 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 용이하게 설계할 수 있을 뿐만 아니라 소형화되고 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 차량용 발전기의 전압조정장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 차량용 발전기의 전압조정장치는 자동차의 키이 스위치의 스위칭 온시에 배터리로부터 직류 전압이 인가됨에 따라 비충전시 경고를 표시하고, 발전기의 발전시에는 소등되는 램프와, 상기 램프에 병렬로 접속되어 전류를 제한하는 초기 자화 저항과, 상기 램프 및 상기 초기 자화 저항을 통해 흐르는 전류를 상기 발전기의 로우터 코일로 흐르도록 통과시키며, 상기 배터리로부터 직류 전압이 바이어스 저항에 인가되는 바이어스전압에 의해 스위칭 온되어 상기 발전기의 로우터 코일에 흐르는 전류량를 최대로 통전 시킬 수 있음과 동시에, 상기 로우터 코일에 흐르는 전류를 접지로 바이패스하도록 스위칭 온되는 파워 스위칭소자와, 상기 파워 스위칭소자의 드레인 단자에 순방향으로 접속되어 상기 파워 스위칭 소자의 스위칭 온 또는 스위칭 오프시에 발생하는 서지전압을 흡수하는 서지 전압 흡수 다이오드와, 상기 발전기의 발전 전압이 상기 배터리에 충전된 전압보다 높을 경우 제2 전류제한 저항, 다이오드의 출력단에 걸리는 전압이 특정 레벨 이상일 경우, 초과 전압을 바이패스하는 제너다이오드와, 상기 제너다이오드의 도통시에 스위칭 온되어 상기 파워 스위칭소자를 구동하기 위하여 공급되는 전압을 제1 전류제한 저항 및 제2 역전류방지 다이오드를 통해 바이패스하는 트랜지스터로 구성된 차량용 발전기의 전압조정 장치에 있어서, 상기 트랜지스터에 공급되는 전류량을 조절하여 상기 트랜지스터의 베이스단을 보호하는 바이패스 저항과, 상기 제2 전류제한 저항의 트러블시 차량의 전장품을 보호하는 보호회로로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 발전기의 전압조정장치에 의하면, 초기의 발전 시작을 원활히 하며, 여러 가지 장점을 가진 파워스위칭 소자를 사용해서 발전 전압 조정기 성능을 향상시키고, 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 용이하게 설계할 수 있으며, 소형화되고 저렴한 비용으로 제조할 수 있다는 등의 여러 가지 효과가 있다.

이하, 본 발명의 일실시예에 차량용 발전기의 전압조정장치에 관하여 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 본 발명의 일실시예에 의한 차량용 발전기의 전압조정장치를 설명함에 있어서 도 1의 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 차량용 발전기의 전압조정장치를 도시한 회로도이다.

도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 차량용 발전기의 전압조정장치는 자동차의 키이 스위치(SW)의 스위칭 온시에 배터리(1)로부터 직류 전압이 인가됨에 따라 비충전시 경고를 표시하고, 발전기(5)의 발전시에는 소등되는 램프(3)와, 상기 램프(3)에 병렬로 접속되어 전류를 제한하는 초기 자화 저항(R1)과, 상기 램프(3) 및 상기 초기 자화 저항(R1)을 통해 흐르는 전류를 상기 발전기(5)의 로우터 코일(5a)로 흐르도록 통과시키며, 역전류의 흐름을 방지하는 제1 역전류 방지 다이오드(D20)로 구성된 차량용 발전기의 전압조정장치에 있어서, 상기 자동차의 키이 스위치(SW)의 스위칭 온시에 상기 배터리(1)로부터 직류 전압이 바이어스 저항(R20,R21)에 인가되는 바이어스전압에 의해 스위칭 온되어 상기 발전기(5)의 로우터 코일(5a)에 흐르는 전류를 최대로 통전 시킬 수 있음과 동시에, 상기 로우터 코일(5a)에 흐르는 전류를 접지로 바이패스하도록 스위칭 온되는 파워 스위칭소자(21)와, 상기 파워 스위칭소자(21)의 드레인 단자에 순방향으로 접속되어 상기 파워 스위칭 소자(21)의 스위칭 온 또는 스위칭 오프시에 발생하는 서지전압을 흡수하는 서지 전압 흡수 다이오드(D21)와, 상기 발전기(5)의 발전 전압이 상기 배터리(1)에 충전된 전압보다 높을 경우 제2 전류제한 저항(R22), 다이오드(D22)의 출력단에 걸리는 전압이 특정 레벨 이상일 경우, 초과 전압을 바이패스하는 제너다이오드(ZD20)와, 상기 제너다이오드(ZD20)의 도통시에 스위칭 온되어 상기 파워 스위칭소자(21)를 구동하기 위하여 공급되는 전압을 제1 전류제한 저항(R23) 및 제2 역전류방지 다이오드(D23)를 통해 바이패스하는 트랜지스터(Q20)와, 상기 트랜지스터(Q20)에 흐르는 전류세기를 제어하여 상기 트랜지스터(Q20)의 베이스단을 보호하는 바이패스 저항(R24)과, 상기 제2 전류제한 저항(R22)의 트러블시 차량의 전장품을 보호하는 보호회로(23)로 구성되어 있다.

상기 제2 전류제한 저항(R22)의 트러블시(예를 들면 단선의 경우) 차량의 전장품을 최소한으로 보호하기 위한 상기 보호회로(23)는 상기 발전기(5)의 트리오다이오드(12)에 일측이 접속된 제3 전류제한 저항(R25)과, 상기 제3 전류제한 저항(R25)에 일측이 직렬로 접속되며, 타측이 접지에 접속된 저항(R26)과, 상기 저항(R26)에 병렬로 접속되어 발전전압에 포함된 맥류를 필터링하는 캐패시터(C20)와, 상기 제3 전류제한 저항(R25)과 상기 캐패시터(C20) 및 상기 저항(R26)의 접속노드에 일측이 접속되며, 타측이 상기 제너 다이오드(ZD20)에 접속된 다이오드(D24)로 구성되어 있다.

상기 설명에 있어서, 상기 초기 자화 저항(R1)은 최초 시동시 자화를 목적으로 공급 되지만 엔진에 무리를 주지 않는 범위내의 최소량만 전류를 통전시킴으로 발전되는 회전속도를 엔진의 폭발이 일어나는 순간보다 지연시키는 저항이다. 그래서 약 2.6w(차량에 따라 차이가 있음)의 전력이 공급되도록 저항 값을 조정하게 되지만 로우터 코일(5a)로 통전되는 전기량이 가장 많기 때문에 그로인한 전압조정기 내의 파워 스위칭소자를 정확하게 작동시킬만한 전력이 제한적일 수 밖에 없다. 본 발명은 이를 보완하여 그 제한의 폭을 광범위하도록 하는데 있으며, 소자 선택이 자유로워지면 성능과 내구성이 뛰어난 스위칭 소자를 저렴하게 사용할 수 있으므로 기존의 전압조정기보다 기능과 내구성을 향상 시킬 수 있다.

상기 제2 전류제한 저항(R22)과 상기 다이오드(D22)의 접속 노드와 접지 사이에는 상기 발전기(5)의 발전 전압에 포함되어 있는 맥류를 필터링하도록 저항(R28)과 평활 캐패시터(C23)로 이루어진 RC필터(25)가 접속되어 있다.

상기 설명에 있어서 제2 전류제한 저항(R22)은 제3 전류제한 저항(R25)보다 저항 값이 적어서 제2 전류제한 저항(R22)이 상시 동작되도록 되어 있다.

상기 파워 스위칭 소자(21)는 전계효과 트랜지스터(FET), 트랜지스터(TR), 격리 게이트 전계효과 트랜지스터(IGFET) 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.

도 2에서 미 설명 부호 R27은 상기 파워 스위칭 소자(21)의 스위칭 온/오프 시에 발생되는 서지전류의 흐름을 캐패시터(C21)을 통하여 트랜지스터(Q20)의 발진을 유도하는 저항이고, 캐패시터(C22)는 발진을 안정시키는 필터이다.

다음에, 이와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 발전기의 전압조정장치의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

먼저, 키 스위치(SW)를 온하여 램프(3)와 초기 자화 저항(R1)을 통한 전력이 로우터 코일(5a)을 통하여 발전할 수 있는 최소한의 자화(초기여자)를 형성하게 되며 발전이 시작되려는 시점까지 회전력이 발생하게 되면 스테이터코일(5b)에 기전력이 생성되며 전압은 배터리(1) 전압보다 점차 높아지게 되어 배터리(1)에 충전을 시작함과 동시에 트리오 다이오드(12)를 통한 직류전압도 램프(3)에 걸리는 전압보다 높아지므로 램프(3)는 소등이 된다.

그러나 발전기(5)가 회전하기 전에 제한된 자화 전력은 로우터 코일(5a)을 통하여 최대량으로 바이패스 되어야 상기 설명과 같은 회전력에서 기전력이 발생 되는데 이때 로우터 코일(5a)을 단속하는 파워 스위칭소자(21)의 구동부가 전압강하로 인하여 온전히 개방되지 않아 바이패스가 완전히 이루어 지지 않는다면 로우터 코일(5a)의 자화되는 양이 부족하게 되므로 같은 회전력으로는 발전을 야기 시킬 수 없게 된다.

이때 배터리(1)에서 제2 바이어스저항(R22)으로 인가된 전압을 활용하여 바이어스저항(R20)으로 흐르도록 회로를 구성하며 이 전압은 추가로 고안된 제2 역류방지 다이오드(D23)를 설치하여 로우터 코일(5a)로 역류되는 손실을 방지하면서 파워 스위칭소자(21)를 완전 개방 시킬 수 있게 하여 상기 회전력에서도 충분한 발전이 되도록 유도할 수 있다. 또한 바이패스 저항(R21)은 바이어스 저항(R20)을 통한 전압이 과도할 경우 접지 바이패스를 함으로서 파워 스위칭소자(21)를 보호할 수 있다.

상기 바이어스저항(R20)을 두는 목적은 파워 스위칭소자(21)를 보호하고 발전이 정지되었을 때 배터리(1)로부터 누설되는 전류량을 최소한으로 줄여서 배터리(1)가 방전되지 않도록 하는데 있다

따라서, 본 발명은 파워 스위칭소자(21)를 폭넓게 사용할 수 있는 장점이 있으며 이는 차량용 발전기의 특성상 내열성, 내진성, 내구조성, 내마모성, 내수명성, 내전압성, 내전류성, 내부식성 등의 다양한 내구성이 요구되는데 이러한 내구성의 조건 중 발열을 줄이는 소자를 사용하거나 내전압과 내전류가 높은 소자를 선택할 수도 있으며 회로에 사용되는 소자 중 가격비중이 가장 크므로 가격적인 면에서의 선택폭도 넓다고 할 수 있다.

이와 같이 상기 발전기(5)에서 발전된 전압이 전압조정기 조정전압보다 높을 경우에는 제2 전류제한 저항(R22)을 통하여 전류가 흐르며, 이때, 발전전압에 포함된 맥류성분을 저항(R28)과 캐패시터(C23)에 의해 구성되는 RC필터(25)에서 필터링한다.

상기 제2 전류제한 저항(R22) 및 다이오드(D22)를 통해 전류가 흐름에 따라 상기 다이오드(D24)의 출력단에 걸리는 전압이 특정 레벨(예를 들면 14.5Vdcㅁ 0.3Vdc) 이상일 경우, 다시 말하면 제너다이오드(ZD20)를 동작시키는 동작전압 이상이 되면 상기 제너다이오드(ZD20)를 통해서 바이패스된 전압에 의해 트랜지스터(Q20)가 스위칭 온되어 파워 스위칭소자(21) 구동을 위하여 인가된 제1 전류제한 저항(R23), 제2 역전류방지 다이오드(D23)를 통하여 흐르는 전류는 상기 트랜지스터(Q20)의 콜렉터단자 및 에미터 단자를 통해서 접지로 흐르게 되어 드롭시킴과 동시에, 상기 파워 스위칭 소자(21)의 게이트 단자에는 바이어스 전압이 인가되지 않으므로, 상기 파워 스위칭소자(21)는 오프된다.

상기 파워 스위칭소자(21)가 오프됨에 따라 발생되는 서지전압은 서지흡수 다이오드(D21)에서 흡수된다.

이와 같이 상기 발전기(5)에서 발전된 전압레벨이 전압조정기의 조정전압 설정 값에 따라 상기 파워 스위칭소자(21)와 상기 트랜지스터(Q20)가 서로 교호로 온/오프를 계속하면서 차량용 발전기의 발전 전압을 일정하게 유지하면서 발전한다.

상기와 같이 발전기(5)의 발전 동작에 따라 발전되는 발전전압은 전파정류기(9,10)에서 전파정류되어 상기 배터리(1)를 충전시키는 것은 물론이다.

따라서, 본 발명은 초기 자화되어야 하는 전류량을 최대한 로우터 코일(5a)을 통하여 바이패스하도록 유도함으로서 발전불량을 방지하고 차량용 발전기의 발전 전압을 일정하게 유지하면서 발전할 수 있음은 물론이고, 스위칭 소자를 선택할 수 있는 폭을 넓게 하여 성능 향상 및 내구성 향상에 도움이 될 수 있으며, 여러 가지 스위칭 소자를 사용해서 용이하게 설계할 수 있음과 동시에, 저렴하게 제조할 수 있다.

상기 설명에 있어서, 특정 실시예를 들어서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 본 발명의 개념을 이탈하지 않는 범위 내에서 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 여러 가지로 설계 변경할 수 있음은 물론이다.

도 1은 종래의 차량용 발전기의 전압조정장치를 도시한 회로도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 차량용 발전기의 전압조정장치를 도시한 회로도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1:배터리 3:램프

5:발전기 5a:로우터 코일

5b:스테이터 코일 9:전파정류기

10:전파정류기 12:트리오 다이오드

21:파워 스위칭 소자 23:보호회로

Claims (2)

1. 자동차의 키이 스위치(SW)의 스위칭 온시에 배터리(1)로부터 직류 전압이 인가됨에 따라 비충전시 점등되어 경고를 표시하고, 발전기(5)의 발전시에는 소등되는 램프(3)와, 상기 램프(3)에 병렬로 접속되어 제한된 전류만 공급하는 초기 자화저항(R1)과, 상기 램프(3) 및 상기 초기 자화저항(R1)을 통해 흐르는 전류를 상기 발전기(5)의 로우터 코일(5a)로 흐르도록 통과시키며, 역전류의 흐름을 방지하는 제1 역전류방지 다이오드(D20)와, 상기 자동차의 키이 스위치(SW)의 스위칭 온시에 배터리(1)로부터 직류 전압이 인가됨에 따라 바이어스 저항(R20,R21)에 인가되는 바이어스전압에 의해 스위칭온되어, 상기 발전기(5)의 로우터 코일(5a)에 흐르는 전류를 접지로 바이패스하도록 스위칭 온되는 스위칭 소자(21)와, 상기 스위칭 소자(21)의 드레인 단자에 순방향으로 접속되어 상기 스위칭 소자(21)의 스위칭 온 또는 스위칭 오프시에 발생하는 서지전압을 흡수하는 서지 전압 흡수 다이오드(D21)와, 상기 발전기(5)의 발전 전압이 조정전압보다 높을 경우에 전압조정을 위해 상시 인가되는 제2 전류제한 저항(R22), 다이오드(D22)의 출력단에 걸리는 전압이 특정 레벨 이상일 경우, 초과 전압을 바이패스하는 제너다이오드(ZD20)와, 상기 제너다이오드(ZD20)의 도통시에 스위칭 온되어 파워 스위칭소자(21)를 구동하기 위하여 공급되는 전압을 제1 전류제한 저항(R23) 및 제2 역전류방지 다이오드(D23)를 통해 흐르는 전류를 바이패스하는 트랜지스터(Q20)로 구성된 차량용 발전기의 전압조정장치에 있어서,

   상기 트랜지스터(Q20)에 흐르는 전류량을 제어하여 상기 트랜지스터(Q20)를 보호하는 바이패스 저항(R24)과,

   상기 제2 전류제한 저항(R22)의 트러블시 차량의 전장품을 보호하는 보호회로(23)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 전압조정장치.
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