KR101394588B1 - 알터네이터 정류기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알터네이터 정류기에 관한 것으로서, 특히 에너지 변환 효율이 향상된 알터네이터 정류기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 알터네이터 정류기는 자동차의 엔진에 의해 발생되는 회전력을 이용하여 교류를 발생시키는 알터네이터, 상기 알터네이터의 출력을 직류로 변환하는 정류기 유닛을 포함하되, 상기 정류기 유닛은 내부에 3상 전파 정류회로를 구비하며, 각 상의 전파 정류회로는 내부에 역방향 다이오드가 구비된 N-채널 FET을 포함하여 구성되어, 기존의 정류 다이오드 대신에 N-채널 FET를 사용함으로서 정류시 발생하는 다이오드 도통 전압을 더 낮추어 정류 효율이 향상되는 효과가 있으며, 또한 이러한 방법을 이용하여 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 발전 시스템의 효율을 향상시킴으로써 최종 시스템 에너지 효율을 향상시킬 수 있고, 이를 통하여 연비향상 및 배기가스를 저감시킬 수 있다.
알터네이터, 정류기, FET, N채널, 다이오드, 에너지 손실

Description

알터네이터 정류기{Alternator Rectifier}
본 발명은 알터네이터 정류기에 관한 것으로서, 특히 에너지 변환 효율이 향상된 알터네이터 정류기에 관한 것이다.
차량용 교류발전기는 배터리를 충전시키기 위하여 엔진에 의하여 공급되는 동력으로 전력을 발생시키고, 엔진의 점화, 조명 및 각종 전기부속품들의 동작을 위한 전력을 공급한다.
시간이 흐를수록 석유에너지는 유한하기 때문에 자동차의 연비의 중요성이 대두되고 있으며, 대체 에너지 개발을 통한 연료전지 자동차 및 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 개발이 가속화되고 있다.
이와 같이 자동차에 있어서 연비를 아끼고 배터리의 소모를 감소하기 위해서는 최대한 소모되는 에너지를 저감시켜 에너지 효율을 향상시킬 필요성이 있다.
종래의 자동차 알터네이터의 개념은 엔진의 회전력을 이용하여 발전시킨 3상 전류를 3상 다이오드 전파 정류기를 통하여 평활한 후 배터리를 충전하는 단순한 구조로 이루어져 있다.
이러한 종래의 알터네이터 정류 시스템의 경우 정류기를 구성하는 다이오드 의 최소 도통 전압이 존재하기 때문에 정류시 다이오드에 의해 소모되는 에너지 손실이 필요 불가결하게 발생하고 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 자동차의 교류 발전기에 의해 발생된 교류를 정류하는 경우에 다이오드에 의해 소모되는 에너지를 저감시켜 정류 효율을 향상시키는 데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 알터네이터 정류기는 자동차의 엔진에 의해 발생되는 회전력을 이용하여 교류를 발생시키는 알터네이터, 상기 알터네이터의 출력을 직류로 변환하는 정류기 유닛을 포함하되, 상기 정류기 유닛은 내부에 3상 전파 정류회로를 구비하며, 각 상의 전파 정류회로는 내부에 역방향 다이오드가 구비된 N-채널 FET을 포함한다.
여기서, 상기 N-채널 FET는 각각의 내장 다이오드가 동작하는 구간 동안, 다이오드 동작시 발생하는 다이오드 도통전압을 저감시키기 위하여 강제로 구동된다.
또한, 상기 정류기 유닛은 내부에 3상 정류 전압의 맥동분을 완화시키는 평활 커패시터를 구비한다.
또한, 상기 알터네이터 정류기는 상기 정류기 유닛에 의해 충전되는 배터리를 더 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 알터네이터 정류기는 정류 다이오드 대신에 N-채널 FET를 사용함으로서 정류시 발생하는 다이오드 도통 전압을 더 낮추어 정류 효율이 향상되는 효과가 있다.
또한, 이러한 방법을 이용하여 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 발전 시스템의 효율을 향상시킴으로써 최종 시스템 에너지 효율을 향상시킬 수 있고, 이를 통하여 연비향상 및 배기가스를 저감시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용 및 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 알터네이터 정류기가 적용된 시스템의 구성이 도시된 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 알터네이터 정류기는 알터네이터(20)와 정류기 유닛(30)을 포함한다.
상기 알터네이터(20)는 차량의 엔진(10)과 벨트로 연결되는데, 엔진(10)이 구동되는 경우, 엔진(10)에 의해 발생되는 에너지를 이용하여 내부의 회전자를 회전시키고, 회전자의 계자코일에 전류가 흘러 이로 인해 3상 자계가 형성되면, 쇄교에 의해 고정자의 전기자 코일에 유도 기전력에 의한 3상 파형의 유도전류가 발생된다.
상기 정류기 유닛(30)은 상기 알터네이터(20)에 의해 발생된 3상 교류 전류 를 정류하여 직류로 변환한다.
상기 정류기 유닛(30)은 정류를 위해 내부에 3상 전파 정류회로(31)를 구비한다.
엔진 속도가 규정 속도 이상에서 계자 코일에 충분한 정도의 계자 전류가 흐르는 경우 상기 3상 전파 정류회로(31)는 상기 알터네이터(20)에 의해 발생된 3상 전압을 정류한다.
상기 3상 전파 정류회로(31)의 내부에는 각 상의 정류회로 내부에 역방향 다이오드가 구비된 N-채널 FET(Field Effect Transistor)(32)를 구비한다.
상기 역방향 다이오드가 정류작용을 수행하거나 또는 수행할 수 있는 조건이 되는 경우 상기 N-채널 FET(32)를 강제로 구동시켜 상기 역방향 다이오드에 유기되는 동작전압을 낮추도록 한다.
N-채널 FET(32)의 구동에 의해 역방향 다이오드에 걸리는 전압은 낮아지게 되고, 상기 역방향 다이오드에 의해 소모되는 에너지 손실이 감소하게 된다. 상기 N-채널 FET(32)를 구동하는 전류는 아주 작아도 되므로, 전체적인 에너지 손실은 감소하게 된다.
상기 N-채널 FET(32)는 상기 역방향 다이오드의 동작 시간에 맞추어 구동이 되도록 한다.
상기 정류기 유닛(30)에 의해 교류 전압이 정류되어 직류로 변환되고, 직류로 변환된 전압에 의해 차량의 배터리(40)를 충전한다.
여기서 상기 N-채널 FET(32)는 게이트 구동 회로에 의해 턴 온(Turn On) 시 점이 강제로 조절된다. 이 경우 상기 게이트 구동 회로는 상기 N-채널 FET의 강제 턴 온(Turn On) 시점이 상기 N-채널 FET 내부의 역방향 다이오드의 도통 시점과 동일하도록 상기 역방향 다이오드 최소 도통 전압에서 상기 N-채널 FET를 턴 온(Turn On)시키도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 게이트 구동 회로는 정류기 효율을 더 향상시키기 위하여 상기 N-채널 FET의 강제 턴 온(Turn On) 시점을 상기 역방향 다이오드 최소 도통 전압의 이하의 전압으로 낮출 수 있도록 역방향 다이오드 양극과 음극 사이의 전압차를 연산 증폭기를 이용하여 특정하여 상기 역방향 다이오드 최소 도통 전압 이하에서 상기 N-채널 FET를 턴 온(Turn On) 할 수도 있다.
또한, 상기 게이트 구동 회로는 정류기 효율을 극대화 시키기 위하여 상기 N-채널 FET의 강제 턴 온(Turn On) 시점을 알터네이터 3상 전압의 변화, 알터네이터 회전수(RPM), 발전 전류량에 따라 계산하여 상기 N-채널 FET를 구동하는 마이크로 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 게이트 구동 회로는 상기 알터네이터의 계자 전류를 제어하는 정류기 유닛(30)에 포함된다.
이상과 같이 본 발명에 의한 알터네이터 정류기를 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 알터네이터 정류기가 적용된 시스템의 구성이 도시된 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
10: 엔진
20: 알터네이터
30: 정류기 유닛
31: 3상 전파 정류회로
32: N-채널 FET
40: 배터리

Claims (8)

  1. 자동차의 엔진에 의해 발생되는 회전력을 이용하여 교류를 발생시키는 알터네이터; 및
    내부에 3상 전파 정류회로를 구비하며, 각 상의 전파 정류회로는 내부에 역방향 다이오드가 구비된 N-채널 FET을 포함하여 상기 알터네이터의 출력을 직류로 변환하는 정류기 유닛; 을 포함하고,
    상기 알터네이터 정류기는 상기 N-채널 FET의 강제 턴 온(Turn On) 시점이 상기 N-채널 FET 내부의 역방향 다이오드의 도통 시점과 동일하도록 상기 역방향 다이오드 최소 도통 전압에서 상기 N-채널 FET를 턴 온(Turn On)시키는 게이트 구동 회로를 더 포함하되,
    상기 게이트 구동 회로는 상기 N-채널 FET의 강제 턴 온(Turn On) 시점을 상기 역방향 다이오드 최소 도통 전압의 이하의 전압으로 낮출 수 있도록 역방향 다이오드 양극과 음극 사이의 전압차를 이용하는 것을 특징으로 하는 알터네이터 정류기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 구동회로는 상기 역방향 다이오드의 양극과 음극 사이의 전압차를 연산증폭기를 이용하여 특정하는 것을 특징으로 하는 알터네이터 정류기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 게이트 구동 회로는 상기 알터네이터의 계자 전류를 제어하는 정류기 유닛에 포함되는 것을 특징으로 하는 알터네이터 정류기.
  8. 자동차의 엔진에 의해 발생되는 회전력을 이용하여 교류를 발생시키는 알터네이터; 및
    내부에 3상 전파 정류회로를 구비하며, 각 상의 전파 정류회로는 내부에 역방향 다이오드가 구비된 N-채널 FET을 포함하여 상기 알터네이터의 출력을 직류로 변환하는 정류기 유닛; 을 포함하고,
    상기 알터네이터 정류기는 상기 N-채널 FET의 강제 턴 온(Turn On) 시점이 상기 N-채널 FET 내부의 역방향 다이오드의 도통 시점과 동일하도록 상기 역방향 다이오드 최소 도통 전압에서 상기 N-채널 FET를 턴 온(Turn On)시키는 게이트 구동 회로를 더 포함하되,
    상기 게이트 구동 회로는 상기 N-채널 FET의 강제 턴 온(Turn On) 시점을 알터네이터 3상 전압의 변화, 알터네이터 회전수(RPM), 발전 전류량에 따라 계산하여 상기 N-채널 FET를 구동하는 마이크로 컨트롤러를 더 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 알터네이터 정류기.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003174779A (ja) * 2001-09-28 2003-06-20 Daikin Ind Ltd 電力変換装置
KR100682034B1 (ko) * 2005-12-20 2007-02-12 한국전기연구원 충전 겸용 자동전압조정기

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Title
전력전자학회 논문지(제목: 시지연과 SVPWM 영향이 고려된 새로운 제어 모델에 의한 3상 전압원 PWM 컨버터의 전류 제어), 논문발표 2000년 4월 *
전력전자학회 논문지(제목: 시지연과 SVPWM 영향이 고려된 새로운 제어 모델에 의한 3상 전압원 PWM 컨버터의 전류 제어), 논문발표 2000년 4월*
홍익대학교 석사학위논문(제목: 저전력 교류전원으로부터 밧데리 충전을 위한 새로운 AC/DC 컨버터 연구), 논문발표 2004년 12월 31일 *
홍익대학교 석사학위논문(제목: 저전력 교류전원으로부터 밧데리 충전을 위한 새로운 AC/DC 컨버터 연구), 논문발표 2004년 12월 31일*

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