KR101187183B1 - 직분사 인젝터 구동회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GDI(Gasoline Direct Injection) 인젝터 구동회로에 관한 것으로, 본 발명에 따른 GDI 인젝터는 직류 전원을 인가하는 직류 전원부, 및 직렬로 연결된 커패시터 및 다이오드 쌍을 복수 개 병렬로 연결하여 직류 전원 공급부에서 인가되는 직류 전원을 승압하여 GDI 인젝터에 인가하는 직류 전원 승압부를 포함한다. 본 발명에 의하면 비교적 큰 부피를 차지하는 인덕터를 사용하는 부스트 컨버터 회로를 이용하지 않고도 GDI 인젝터를 구동할 수 있다. 따라서 회로 기판의 설계가 용이해질 뿐만 아니라 무게 감소 및 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

Description

직분사 인젝터 구동회로{GDI INJECTOR DRIVING CIRCUIT}
본 발명은 직분사(GDI;Gasoline Direct Injection) 인젝터 구동회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 직류 전압을 승압하여 GDI 인젝터를 구동할 수 있는 GDI 인젝터 구동회로에 관한 것이다.
자동차 전자 제어 엔진은 연료 분사 방식에 따라 SPI(Single Point Injection) 방식, MPI(Multi Point Injection) 방식 및 직분사(GDI)(Gasoline Direct Injection) 방식으로 구분할 수 있다.
SPI 방식의 경우는 흡기 포트 가까이 인젝터 하나를 통해 연료를 분사하는 방식으로 연료의 균일한 분배를 할 수 없다는 결점을 가지고 있어 현재에는 거의 사용하고 있지 않는 방식이다.
MPI 방식은 각 실린더 별로 흡기 포트에 인젝터를 두어 연료를 분사하는 방식으로 연료의 균질 분사가 가능하여 현재 주종을 이루고 있는 방식이다.
GDI 방식의 경우는 각 실린더에 연료를 직접 분사하여 연소실의 혼합비를 조절하는 방식으로 고연비, 고성능, 친환경의 효과가 있어 최근 각광받고 있는 방식이다.
GDI 방식의 경우 연료를 분사하는 인젝터의 노즐(니들밸브)에 높은 분사압력이 가해지기 때문에 니들밸브를 열기 위해서 큰 전류가 필요하다 그래서 콘덴서 충전을 이용하여 전압을 일시적으로 승압시켜 대전류를 방전시킴으로써 GDI 인젝터에 구동 전류를 공급하는 방식을 이용하고 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 GDI 인젝터 구동회로를 예시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 배터리에서 공급되는 DC 전원(Vi)은 인덕터(L), 트랜지스터(Tr), 다이오드(D) 및 커패시터(C)로 이루어진 부스트 컨버터 회로를 통해 전압(Vo)로 승압되어 출력된다. 부스트 컨버터 회로는 직류 전류가 흐르다가 갑자기 차단되면 인덕터에 발생하는 역기전력을 이용하여 직류 전류를 승압하여 출력하는 기능을 수행한다.
그런데 종래 부스트 컨버터 회로를 이용한 GDI 인젝터 구동회로는 위에서 설명한 것과 같이 비교적 큰 부피를 차지하는 인덕터를 사용하기 때문에 회로 기판의 설계가 어려워지고 무게 및 비용에서도 단점이 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인덕터를 이용하는 부스트 컨버터 회로를 대체할 수 있는 GDI 인젝터 구동 회로를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 GDI 인젝터 구동회로는 직류 전원을 인가하는 직류 전원부, 및 직렬로 연결된 커패시터 및 다이오드 쌍을 복수 개 병렬로 연결하여 상기 직류 전원 공급부에서 인가되는 직류 전원을 승압하여 GDI 인젝터에 인가하는 직류 전원 승압부를 포함한다.
상기 복수 개의 커패시터 및 다이오드 쌍에 포함된 다이오드는 병렬 연결된 다른 다이오드와 서로 역방향이다.
상기 직류 전원 승압부는, 상기 직류 전원 공급부로부터 직류 전원을 인가받는 직렬로 연결된 제1 다이오드 및 제1 커패시터, 상기 제1 다이오드의 애노드에 캐소드가 연결되는 제2 다이오드, 상기 제2 다이오드의 애노드와 상기 제1 다이오드의 캐소드를 연결하는 제2 커패시터, 상기 제2 다이오드의 애노드에 캐소드가 연결되는 제3 다이오드, 상기 제3 다이오드의 애노드와 상기 제2 다이오드의 캐소드를 연결하는 제3 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 직류 전원부는, 직류 전원을 공급하는 배터리부, 및 상기 배터리에서 공급되는 직류 전원의 극성을 교번하여 상기 직류 전원 승압부에 인가하는 스위칭부를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 비교적 큰 부피를 차지하는 인덕터를 사용하는 부스트 컨버터 회로를 이용하지 않고도 GDI 인젝터를 구동할 수 있다. 따라서 회로 기판의 설계가 용이해질 뿐만 아니라 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 GDI 인젝터 구동회로를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 GDI 인젝터 구동회로를 설명하기 위해 제공되는 블록도이다.
도 3은 도 2의 GDI 인젝터 구동회로를 보다 상세히 나타낸 회로도이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 따른 GDI 인젝터 구동회로에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 GDI 인젝터 구동회로를 설명하기 위해 제공되는 블록도이고, 도 3은 도 2의 GDI 인젝터 구동회로를 보다 상세히 나타낸 회로도이다.
도 2 및 도 3를 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 GDI 인젝터 구동회로는 직류 전원부(100) 및 직류 전원 승압부(200)를 포함하고, GDI 인젝터(300)에 구동 전압을 인가하는 기능을 수행한다.
직류 전원부(100)는 직류 전원을 직류 전원 승압부(200)에 인가하는 기능을 수행한다. 보다 자세하게는 직류 전원부(100)는 직류 전원을 공급하는 배터리부(110) 및 배터리부(110)에서 공급되는 직류 전원의 극성을 교번하여 직류 전원 승압부(200)에 인가하는 스위칭부(120)를 포함한다.
배터리부(110)는 일반적으로 차량(도시하지 않음)에 장착되는 배터리로 구현되며, 실시예에 따라 5V의 직류 전원을 출력할 수 있다. 여기서 5V의 직류 전원은 예시일 뿐이며 실시예에 따라 12V 등 다른 전압을 가지는 배터리가 이용될 수도 있다.
스위칭부(120)는 BJT(Bipolar junction transistor), JFET(Junction gate field-effect transistor), MOSFET(Metal oxide semiconductor field-effect transistor) 등의 스위칭 소자(도시하지 않음)를 이용하여 배터리부(110)에서 공급되는 직류 전원의 극성을 교번시켜 직류 전원 승압부(200)에 인가되도록 하는 기능을 수행한다. 예컨대 배터리부(110)에서 출력되는 +5V의 직류 전원을 직류 전원 승압부(200)에 일정 시간 인가하고, 일정 시간 후에는 극성을 반전시켜 -5V의 직류 전원을 직류 전원 승압부(200)에 일정 시간 인가하는 동작을 반복할 수 있다.
직류 전원 승압부(200)는 직렬로 연결된 커패시터(C1, C2, C3) 및 다이오드(D1, D2, D3) 쌍을 복수 개 병렬로 연결하여 직류 전원부()에서 인가되는 직류 전원을 승압하여 GDI 인젝터(300)에 인가하는 기능을 수행한다.
복수 개의 커패시터(C1, C2, C3) 및 다이오드(D1, D2, D3) 쌍에 포함된 다이오드는 다른 다이오드와 서로 역방향으로 연결된다. 예컨대 다이오드(D1)와 다이오드(D2)는 서로 병렬 역방향으로 병렬 연결되고, 다이오드(D2)와 다이오드(D3) 또한 서로 역방향으로 병렬연결된다.
보다 자세하게는, 직류 전원 승압부(200)는 제1 내지 제3 다이오드(D1, D2, D3) 및 제1 내지 제3 커패시터(C1, C2, C3)를 포함할 수 있다.
직렬로 연결된 제1 다이오드(D1) 및 제1 커패시터(C1)는 직류 전원부(100)로부터 직류 전원을 인가 받는다. 그리고 제2 다이오드(D2)의 캐소드는 제1 다이오드(D1)의 애노드에 연결되고, 제2 다이오드(D2)의 애노드는 제2 커패시터(C2)에 연결된다.
제2 커패시터(C2)는 제2 다이오드(D2)의 애노드와 제1 다이오드(D1)의 캐소드를 연결한다.
제3 다이오드(D3)의 캐소드는 제2 다이오드(D2)의 애노드에 연결되고, 제3 다이오드(D3)의 애노드는 제3 커패시터(C3)에 연결된다.
제3 커패시터(C3)는 제3 다이오드(D3)의 애노드와 제2 다이오드(D2)의 캐소드()를 연결한다.
그러면 직류 전원 승압부(200)의 동작에 대해 보다 자세히 설명한다.
먼저 직류 전원부(100)에서 직류 전원(+Vi)이 인가되면 제1 다이오드(D1)가 순방향으로 바이어스 되어, 제1 커패시터(C1)에 도 3에 예시한 것과 같이 +Vi의 전압이 충전된다.
그리고 직류 전원부(200)에서 직류 전원(-Vi)이 극성이 반전되어 인가되면, 제2 다이오드(D2)가 순방향으로 바이어스 되어, 제2 커패시터(C2)에 도 3에 예시한 것과 같이 +2Vi의 전압이 충전된다.
다음으로 직류 전원부(200)에서 직류 전원(+Vi)으로 극성이 다시 반전되어 인가되면, 제3 다이오드(D3)가 순방향으로 바이어스 되어, 제3 커패시터(C3)에 도 3에 예시한 것과 같이 +2Vi의 전압이 충전된다.
결과적으로 직류 전원 승압부(200)에서는 제1 커패시터(C1)에 인가된 전압 +Vi와 제3 커패시터(C3)에 충전된 전압 +2Vi에 의해 총 +3Vi의 전압(Vo)이 출력되어 GDI 인젝터(300)를 구동한다.
도 3의 실시예에서는 3 쌍의 커패시터(C1, C2, C3)와 다이오드(D1, D2, D3)를 이용하여 입력 전원을 3배로 승압하여 출력한 경우를 예시하였으나, 실시예에 따라 직류 전원 승압부(200)를 구성하는 커패시터, 다이오드 쌍의 개수를 다르게 구현할 수 있다. 예컨대 입력 전원을 5배로 승압하고자 할 경우 5 쌍의 커패시터, 다이오드를 이용하여 직류 전원 승압부(200)를 구현할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 직류 전원부
200: 직류 전원 승압부
110: 배터리부
120: 스위칭부
C1, C2, C3: 제1 내지 제3 커패시터
D1, D2, D3: 제1 내지 제3 다이오드
300: GDI 인젝터

Claims (4)

  1. 직류 전원을 인가하는 직류 전원부, 및
    직렬로 연결된 커패시터 및 다이오드 쌍을 복수 개 병렬로 연결하여 상기 직류 전원 공급부에서 인가되는 직류 전원을 승압하여 GDI 인젝터에 인가하는 직류 전원 승압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 GDI 인젝터 구동회로.
  2. 제 1 항에서,
    상기 복수 개의 커패시터 및 다이오드 쌍에 포함된 다이오드는 병렬 연결된 다른 다이오드와 서로 역방향인 것을 특징으로 하는 GDI 인젝터 구동회로.
  3. 제 1 항에서,
    상기 직류 전원 승압부는,
    상기 직류 전원 공급부로부터 직류 전원을 인가받는 직렬로 연결된 제1 다이오드 및 제1 커패시터,
    상기 제1 다이오드의 애노드에 캐소드가 연결되는 제2 다이오드,
    상기 제2 다이오드의 애노드와 상기 제1 다이오드의 캐소드를 연결하는 제2 커패시터,
    상기 제2 다이오드의 애노드에 캐소드가 연결되는 제3 다이오드,
    상기 제3 다이오드의 애노드와 상기 제2 다이오드의 캐소드를 연결하는 제3 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 GDI 인젝터 구동회로.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에서,
    상기 직류 전원부는,
    직류 전원을 공급하는 배터리부, 및
    상기 배터리에서 공급되는 직류 전원의 극성을 교번하여 상기 직류 전원 승압부에 인가하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 GDI 인젝터 구동회로.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002295293A (ja) 2001-03-29 2002-10-09 Denso Corp 燃料噴射装置
JP2007506038A (ja) 2003-09-23 2007-03-15 デルファイ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド インジェクタ配置のための駆動回路
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