KR101294353B1 - 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이 및 그 구동 방법 - Google Patents

프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이 및 그 구동 방법 Download PDF

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문희석
손영욱
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자동차부품연구원
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Abstract

본 발명은 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이 및 그 구동 방법에 관한 것으로서, 릴레이 동작 신호에 따라 동작하는 P채널 FET가 입력전압을 충전하여 릴레이코일로 전류를 인가하는 커패시터부(100); 커패시터부(100)로부터 인가받은 전류에 의해 릴레이코일과 프리차지 릴레이 접점이 접지되어 로드를 충전하고, 기 설정된 시간 도과후 N채널 FET를 동작시키는 프리차지 릴레이부(200); 및 N채널 FET를 경유하여 코일이 직접 입력전압을 인가받아 메인 릴레이 접점이 프라치지 릴레이 접점과 접속되고, 프리차지 릴레이 접점 사이로 삽입되는 절연체가 프리차지 릴레이 접점을 분리시키는 메인 릴레이부(300);를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 저 전류를 통해 프리차지 릴레이 접점을 접속시켜 기 설정된 시간 도과후 충전된 코일에 의해 메인 릴레이 접점을 접속시킴과 아울러 프리차지 릴레이 접점을 분리시킴으로써, 제어시스템의 제어 없이 하나의 코일로 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이를 구성하는 효과가 있다.

Description

프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이 및 그 구동 방법{COMBINATION RELAY FOR CONTROLING FREE CHARGE RELAY AND MAIN RELAY AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이 및 그 구동 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 제어시스템의 제어 없이 하나의 코일로 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이를 구성하는 기술에 관한 것이다.
전기자동차(Electric Vehicle, EV)는 내연기관과는 달리 축전지(Battery)에 저장된 전기에너지로 구동모터를 구동하고 이를 동력전달장치를 통해 바퀴를 회전시켜 주행하는 무공해 자동차로서, 석유자원의 고갈과 함께 심각한 환경오염 문제가 우리 인류 모두의 문제로 등장하면서 저공해 무공해 자동차의 개발이 요구되고 있다.
전기자동차에는 반드시 파워 릴레이가 사용되며 릴레이는 프리차지 릴레이와 병행하여 사용되는데, 프리차지 릴레이는 파워릴레이가 가동접점에 연결되는 경우 순간적인 큰 전류로 인하여 코일 점점부가 융착되는 것을 방지한다.
전기자동차에 구비되는 프리차지 모듈에 대한 기술로는 대한민국 공개특허 제10-2011-0126154호(무접점 프리차지 모듈)가 개시되어 있다.
도 1을 참조하여 선행특허를 살피면, 릴레이(54)와, 릴레이에 접속된 트랜지스터(64) 및 트랜지스터에 접속되어, 트랜지스터의 스위칭을 제어하는 무접점 디바이스(solid state device: 52)로 구성되어 전력을 커패시터로 스위칭하는 릴레이 소자의 손상을 방지하고, 간단한 회로구성을 통해 모듈을 소형화하는 구성이다.
전기자동차의 프리차지 릴레이는 파워 릴레이가 동작되기 전에 B접점에 저항을 통하여 먼저 가동되어 A접점과 B접점 상의 전압레벨을 비슷하게 만들어 주고 일정 시간이 지나 어느 정도 충전되면 메인릴레이를 동작시키고 프리차지 릴레이는 off 되도록 구동되어야 한다.
이러한 시스템을 구현하기 위해서는 2개의 릴레이가 필요하며 시퀀스 제어를 위해 제어 시스템이 구비되어야 함에 따라 제품의 단가가 상승하게 되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 저 전류를 통해 프리차지 릴레이 접점을 접속시켜 기 설정된 시간 도과후 충전된 코일에 의해 메인 릴레이 접점을 접속시킴과 아울러 프리차지 릴레이 접점을 분리시킴으로써, 제어시스템의 제어 없이 하나의 코일로 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이를 구성함에 그 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이는, 릴레이 동작 신호에 따라 동작하는 P채널 FET가 입력전압을 충전하여 릴레이코일로 전류를 인가하는 커패시터부(100); 커패시터부(100)로부터 인가받은 전류에 의해 릴레이코일과 프리차지 릴레이 접점이 접지되어 로드를 충전하고, 기 설정된 시간 도과후 N채널 FET를 동작시키는 프리차지 릴레이부(200); 및 N채널 FET를 경유하여 코일이 직접 입력전압을 인가받아 메인 릴레이 접점이 프라치지 릴레이 접점과 접속되고, 프리차지 릴레이 접점 사이로 삽입되는 절연체가 프리차지 릴레이 접점을 분리시키는 메인 릴레이부(300);를 포함한다.
또한, 커패시터부(100)는, 릴레이 동작 신호를 입력받는 입력포트(110)와; LOW 신호 입력에 따라 VCC(120)로부터 전압을 인가받는 P채널 FET(130)와; P채널 FET(130)로부터 가변저항(R1)을 거쳐 인가받은 전압을 충전하는 커패시터(C2); 및 릴레이코일(310)로 전류를 인가하는 낮은 저항(R2);으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 프리차지 릴레이부(200)는, 커패시터부(100)의 낮은 저항(R2)로부터 전류를 인가받는 릴레이코일과 접지되는 프리차지 릴레이 접점(210)과; 프리차지 릴레이(PR)의 동작에 의해 제1 접점(220)과 제2 접점(230)의 접속에 따라 로드를 충전하는 저항(R3); 및 저항(R3)의 충전이 기 설정된 시간을 도과하는 경우, 커패시터부(100)의 가변저항(R1)과 커패시터(C2)의 시정수에 의해 동작하는 N채널 FET(240);로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 메인 릴레이부(300)는, 프리차지 릴레이부(200)의 N채널 FET(240)를 경유하여 VCC(120)로부터 직접 입력전압을 인가받는 릴레이코일(310)과; 프리차지 릴레이 접점(210)과 접속되는 메인 릴레이 접점(320); 및 프리차지 릴레이 접점(210)과 메인 릴레이 접점(320)의 접속에 의한 메인 릴레이(MR)의 동작에 따라 프리차지 릴레이 접점(210) 사이로의 삽입을 통해 프리차지 릴레이 접점(210)을 분리시키는 절연체(330);로 구성도는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이 구동 방법은, 입력포트(110)가 입력받은 릴레이 동작신호에 따라 P채널 FET(130)가 VCC(120)로부터 전압을 인가받는 (a) 단계; 커패시터(C2)가 P채널 FET(130)로부터 가변저항(R1)을 거쳐 인가받은 전압을 충전하는 (b) 단계; 프리차지 릴레이 접점(210)이 낮은 저항(R2)로부터 전류를 인가받는 릴레이코일(310)과 접지되는 (c) 단계; 프리차지 릴레이(PR)의 동작에 의해 제1 접점(220)과 제2 접점(230)의 접속에 따라 저항(R3)이 로드를 충전하는 (d) 단계; 저항(R3)의 충전이 기 설정된 시간을 도과하는 경우, 커패시터부(100)의 가변저항(R1)과 커패시터(C2)의 시정수에 의해 N채널 FET(240)가 동작하는 (e) 단계; 릴레이코일(310)이 N채널 FET(240)를 경유하여 VCC(120)로부터 직접 입력전압을 인가받는 (f) 단계; 메인 릴레이 접점(320)이 프리차지 릴레이 접점(210)과 접속되어 메인 릴레이(MR)가 동작하는 (g) 단계; 및 메인 릴레이(MR)의 동작에 따라 절연체(330)가 프리차지 릴레이 접점(210) 사이로 삽입되어 프리차지 릴레이 접점(210)을 분리시키는 (h) 단계;를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 저 전류를 통해 프리차지 릴레이 접점을 접속시켜 기 설정된 시간 도과후 충전된 코일에 의해 메인 릴레이 접점을 접속시킴과 아울러 프리차지 릴레이 접점을 분리시킴으로써, 제어시스템의 제어 없이 하나의 코일로 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이를 구성하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 무접점 프리차지 모듈을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이 구동 방법을 도시한 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이의 작동양태를 도시한 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이 구동 방법의 제S30단계의 세부과정을 도시한 순서도.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이(R)에 대해 살피면 아래와 같다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이(R)는, 릴레이 동작 신호에 따라 동작하는 P채널 FET가 입력전압을 충전하여 릴레이코일로 전류를 인가하는 커패시터부(100)와, 커패시터부(100)로부터 인가받은 전류에 의해 릴레이코일과 프리차지 릴레이 접점이 접지되어 로드를 충전하고, 기 설정된 시간 도과후 N채널 FET를 동작시키는 프리차지 릴레이부(200), 및 N채널 FET를 경유하여 코일이 직접 입력전압을 인가받아 메인 릴레이 접점이 프라치지 릴레이 접점과 접속되고, 프리차지 릴레이 접점 사이로 삽입되는 절연체가 프리차지 릴레이 접점을 분리시키는 메인 릴레이부(300)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 커패시터부(100)는 릴레이 동작 신호를 입력받는 입력포트(110)와, LOW 신호 입력에 따라 VCC(120)로부터 전압을 인가받는 P채널 FET(130)와, P채널 FET(130)로부터 가변저항(R1)을 거쳐 인가받은 전압을 충전하는 커패시터(C2), 및 릴레이코일(310)로 전류를 인가하는 낮은 저항(R2)로 구성된다.
또한, 프리차지 릴레이부(200)는 커패시터부(100)의 낮은 저항(R2)로부터 전류를 인가받는 릴레이코일과 접지되는 프리차지 릴레이 접점(210)과, 프리차지 릴레이(PR)의 동작에 의해 제1 접점(220)과 제2 접점(230)의 접속에 따라 로드를 충전하는 저항(R3), 및 저항(R3)의 충전이 기 설정된 시간을 도과하는 경우, 커패시터부(100)의 가변저항(R1)과 커패시터(C2)의 시정수에 의해 동작하는 N채널 FET(240)로 구성된다.
그리고, 메인 릴레이부(300)는 프리차지 릴레이부(200)의 N채널 FET(240)를 경유하여 VCC(120)로부터 직접 입력전압을 인가받는 릴레이코일(310)과, 프리차지 릴레이 접점(210)과 접속되는 메인 릴레이 접점(320)과, 프리차지 릴레이 접점(210)과 메인 릴레이 접점(320)의 접속에 의한 메인 릴레이(MR)의 동작에 따라 프리차지 릴레이 접점(210) 사이로의 삽입을 통해 프리차지 릴레이 접점(210)을 분리시키는 절연체(330)로 구성된다.
한편, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이 구동 방법에 대해 살피면 아래와 같다.
도 3은 본 발명에 따른 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이(R)의 구동 방법을 도시한 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이(R)의 작동양태를 도시한 회로도이다.
먼저, 입력포트(110)가 입력받은 릴레이 동작신호에 따라 P채널 FET(130)가 VCC(120)로부터 전압을 인가받는다(S10).
이어서, 커패시터(C2)가 P채널 FET(130)로부터 가변저항(R1)을 거쳐 인가받은 전압을 충전한다(S20).
뒤이어, 프리차지 릴레이(PR)의 아마추어는 메인릴레이(MR)의 아마추어에 비해 매우 얇으므로 프리차지 릴레이 접점(210)이 낮은 저항(R2)로부터 전류를 인가받는 경우, 낮은 저항(R2)에 의해 전류가 제한되며 릴레이코일(310)의 전자기에 의해 프리차지 릴레이(PR)의 아마추어만 움직이며, 이에 따라 릴레이코일(310)과 접지된다(S30).
이어서, 프리차지 릴레이(PR)의 동작에 의해 제1 접점(220)과 제2 접점(230)의 접속에 따라 저항(R3)이 로드를 충전한다(S40).
뒤이어, 저항(R3)의 충전이 기 설정된 시간을 도과하는 경우, 커패시터부(100)의 가변저항(R1)과 커패시터(C2)의 시정수에 의해 N채널 FET(240)가 동작한다(S50).
이어서, 릴레이코일(310)이 N채널 FET(240)를 경유하여 VCC(120)로부터 직접 입력전압을 인가받는다(S60).
이때, 낮은 저항(R2)만 흐르는 전류에 비해 강한 전류가 흐르며 릴레이코일(310)에서 메인 릴레이(MR)의 아마추어가 움직일 수 있는 강한자계가 발생하여 메인 릴레이 접점(320)이 프리차지 릴레이 접점(210)과 접속되어 메인 릴레이(MR)가 연결된다(S70).
이어서, 메인 릴레이(MR)의 동작에 따라 절연체(330)가 프리차지 릴레이 접점(210) 사이로 삽입되어 프리차지 릴레이 접점(210)을 분리시킨다(S80).
그리고, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이 구동 방법의 제S30단계의 세부과정에 대해 살피면 아래와 같다.
제S20단계 이후, 프리차지 릴레이 접점(210)이 낮은 저항(R2)로부터 전류를 인가받는다(S31).
이어서, 낮은 저항(R2)에 의해 전류 흐름이 제한되고, 릴레이코일(310)의 전자기에 의해 메인릴레이(MR)의 아마추어에 비해 얇게 제작된 프리차지 릴레이(PR)의 아마추어만 움직이도록 구동한다(S32).
그리고, 프리차지 릴레이 접점(210)이 릴레이코일(310)과 접지되고 제S40단계로 그 절차를 이행한다(S33).
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
R: 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이
100: 커패시터부 110: 입력포트
120: VCC 130: P채널 FET
200: 프리차지 릴레이부 210: 프리차지 릴레이 접점
220: 제1 접점 230: 제2 접점
240: N채널 FET 300: 메인 릴레이부
310: 릴레이코일 320: 메인 릴레이 접점
330: 절연체 R1: 가변저항
C2: 커패시터 R2: 낮은 저항
PR: 프리차지 릴레이 R3: 저항
MR: 메인 릴레이

Claims (6)

  1. 릴레이 동작 신호에 따라 동작하는 P채널 FET가 입력전압을 충전하여 릴레이코일로 전류를 인가하는 커패시터부(100);
    상기 커패시터부(100)로부터 인가받은 전류에 의해 릴레이코일과 프리차지 릴레이 접점이 접지되어 로드를 충전하고, 기 설정된 시간 도과후 N채널 FET를 동작시키는 프리차지 릴레이부(200); 및
    상기 N채널 FET를 경유하여 코일이 직접 입력전압을 인가받아 메인 릴레이 접점이 프라치지 릴레이 접점과 접속되고, 프리차지 릴레이 접점 사이로 삽입되는 절연체가 프리차지 릴레이 접점을 분리시키는 메인 릴레이부(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커패시터부(100)는,
    릴레이 동작 신호를 입력받는 입력포트(110);
    LOW 신호 입력에 따라 VCC(120)로부터 전압을 인가받는 P채널 FET(130);
    상기 P채널 FET(130)로부터 가변저항(R1)을 거쳐 인가받은 전압을 충전하는 커패시터(C2); 및
    릴레이코일(310)로 전류를 인가하는 낮은 저항(R2);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리차지 릴레이부(200)는,
    상기 커패시터부(100)의 낮은 저항(R2)로부터 전류를 인가받는 릴레이코일과 접지되는 프리차지 릴레이 접점(210);
    프리차지 릴레이(PR)의 동작에 의해 제1 접점(220)과 제2 접점(230)의 접속에 따라 로드를 충전하는 저항(R3); 및
    상기 저항(R3)의 충전이 기 설정된 시간을 도과하는 경우, 상기 커패시터부(100)의 가변저항(R1)과 커패시터(C2)의 시정수에 의해 동작하는 N채널 FET(240);로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 릴레이부(300)는,
    상기 프리차지 릴레이부(200)의 N채널 FET(240)를 경유하여 VCC(120)로부터 직접 입력전압을 인가받는 릴레이코일(310);
    프리차지 릴레이 접점(210)과 접속되는 메인 릴레이 접점(320); 및
    프리차지 릴레이 접점(210)과 메인 릴레이 접점(320)의 접속에 의한 메인 릴레이(MR)의 동작에 따라 프리차지 릴레이 접점(210) 사이로의 삽입을 통해 프리차지 릴레이 접점(210)을 분리시키는 절연체(330);로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이.
  5. (a) 입력포트(110)가 입력받은 릴레이 동작신호에 따라 P채널 FET(130)가 VCC(120)로부터 전압을 인가받는 단계;
    (b) 커패시터(C2)가 P채널 FET(130)로부터 가변저항(R1)을 거쳐 인가받은 전압을 충전하는 단계;
    (c) 프리차지 릴레이 접점(210)이 낮은 저항(R2)로부터 전류를 인가받는 릴레이코일(310)과 접지되는 단계;
    (d) 프리차지 릴레이(PR)의 동작에 의해 제1 접점(220)과 제2 접점(230)의 접속에 따라 저항(R3)이 로드를 충전하는 단계;
    (e) 저항(R3)의 충전이 기 설정된 시간을 도과하는 경우, 커패시터부(100)의 가변저항(R1)과 커패시터(C2)의 시정수에 의해 N채널 FET(240)가 동작하는 단계;
    (f) 릴레이코일(310)이 N채널 FET(240)를 경유하여 VCC(120)로부터 직접 입력전압을 인가받는 단계;
    (g) 낮은 저항(R2)만 흐르는 전류에 비해 강한 전류가 흐르며 릴레이코일(310)에서 메인 릴레이(MR)의 아마추어가 움직일 수 있는 강한자계가 발생하여 메인 릴레이 접점(320)이 프리차지 릴레이 접점(210)과 접속되어 메인 릴레이(MR)가 연결되는 단계; 및
    (h) 메인 릴레이(MR)의 동작에 따라 절연체(330)가 프리차지 릴레이 접점(210) 사이로 삽입되어 프리차지 릴레이 접점(210)을 분리시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이 구동 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c-1) 상기 프리차지 릴레이 접점(210)이 낮은 저항(R2)로부터 전류를 인가받는 단계;
    (c-2) 낮은 저항(R2)에 의해 전류 흐름이 제한되고, 릴레이코일(310)의 전자기에 의해 메인릴레이(MR)의 아마추어에 비해 얇게 제작된 프리차지 릴레이(PR)의 아마추어만 움직이는 단계; 및
    (c-3) 프리차지 릴레이 접점(210)이 릴레이코일(310)과 접지되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리차지 릴레이 및 메인 릴레이 제어를 위한 통합 릴레이 구동 방법.
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