KR101725156B1 - 점화코일 공급전압 승압장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 점화코일 공급전압 승압장치에 관한 것으로, 배터리로부터 공급되는 전압을 승압하여 점화코일에 공급하는 승압부, 상기 승압부에서 승압되는 전압의 크기를 제어하고, 상기 승압부를 모니터링 하여 진단신호를 출력하는 제어부 및 상기 제어부가 출력하는 진단신호에 따라 스위칭(switching) 동작하여 페일 세이프(fail safe) 기능을 수행하는 페일세이프부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

점화코일 공급전압 승압장치{SUPPLY VOLTAGE BOOSTING DEVICE FOR IGNITION COIL}
본 발명은 점화코일 공급전압 승압장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리로부터 점화코일로 공급되는 전압을 승압시킬 수 있는 점화코일 공급전압 승압장치에 관한 것이다.
일반적인 차량의 점화장치는 점화코일에서 발생된 고전압을 점화 플러그의 전극 사이에 인가하여 방전시킴으로써, 엔진 내부로 흡입된 혼합기를 폭발시키는 형태로 구성되어 있다.
즉 점화코일은 혼합기를 폭발시키기 위해 배터리로부터 공급된 전압을 승압시켜 점화 플러그에 공급하며, 일반적으로 입력전압을 2000배 정도로 승압시킬 수 있다.
이러한 점화코일의 출력전압이 높을수록 혼합기의 폭발이 강해질 수 있으며, 이에 따라 엔진의 파워 또한 증가하게 된다. 따라서 점화장치의 내압능력 안에서 가능한 높은 전압을 사용하는 것이 좋으나, 점화코일의 승압능력을 향상시키는 것에는 많은 제약이 따르므로, 점화코일의 입력전압을 상승시키는 방식에 대한 모색이 이루어지고 있다. 그러나 점화코일의 입력전압 즉, 배터리의 출력전압은 그 규격이 정해져 있어(일반적인 승용차의 경우 12V), 이를 변경하는 것 또한 용이하지 않은 실정이다.
이에 따라, 배터리의 전압을 입력받아 승압시킨 뒤 점화코일에 공급하는 승압장치가 애프터마켓 등에서 판매되고 있으나, 단순히 입력전압을 특정전압으로 승압시키는 기능만이 구비하고 있어, 승압되는 전압을 제어할 수 없으며, 승압장치가 정상 동작하지 않을 경우에 차량의 엔진이 멈춰 대형사고로 이어질 수 있다는 문제점이 존재하였다.
한편 본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-0644229호(2006.11.02)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 승압장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 승압되는 전압의 제어가 가능하며, 승압장치의 이상 발생 시 페일 세이프 기능을 수행할 수 있는 점화코일 공급전압 승압장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 점화코일 공급전압 승압장치는 배터리로부터 공급되는 전압을 승압하여 점화코일에 공급하는 승압부; 상기 승압부에서 승압되는 전압의 크기를 제어하고, 상기 승압부를 모니터링 하여 진단신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부가 출력하는 진단신호에 따라 스위칭(switching) 동작하여 페일 세이프(fail safe) 기능을 수행하는 페일세이프부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 페일세이프부는, 페일 세이프 기능 수행 시, 상기 배터리의 출력단과 상기 점화코일의 입력단이 직접 연결되도록 스위칭 동작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제어부는 상기 승압부에 인가하는 펄스 신호의 듀티비를 제어하여 상기 승압되는 전압의 크기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제어부는 상기 승압부의 내부회로의 전류를 모니터링 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 듀티비와 상기 전류에 근거하여 상기 승압부의 이상여부를 판단하고, 상기 판단된 이상여부에 따라 하이(high) 또는 로우(low) 신호를 상기 진단신호로 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 페일세이프부는, 상기 진단신호가 하이이면 턴-온(turn-on) 되고, 상기 진단신호가 로우이면 턴-오프(turn-off) 되는 제1스위칭소자를 포함하는 제1스위칭부; 및 상기 진단신호가 로우이면 턴-온되고, 상기 진단신호가 하이이면 턴-오프 되는 제2스위칭소자를 포함하는 제2스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제1스위칭소자는 턴-온 동작에 따라 상기 승압부의 출력단과 상기 점화코일의 입력단 사이를 연결하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제2스위칭소자는 턴-온 동작에 따라 상기 배터리의 출력단과 상기 점화코일의 입력단 사이를 연결하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 펄스 신호를 상기 페일세이프부로도 출력하되, 상기 페일세이프부는, 상기 펄스 신호와 상기 진단신호를 논리곱 연산하여 상기 제1스위칭부 및 제2스위칭부로 출력하는 논리곱 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제2스위칭부는 상기 논리곱 소자의 출력신호를 반전하여 상기 제2스위칭소자로 인가하는 반전 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 따른 점화코일 공급전압 승압장치는 배터리로부터 공급되는 전압을 승압하여 점화코일에 인가함으로써, 점화코일의 효율을 향상시킬 수 있으며, 승압부에 인가되는 펄스 신호의 듀티비를 제어하여 승압되는 전압을 제어함으로써, 드웰 타임(Dwell time)을 적절하게 조절할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 점화코일 공급전압 승압장치는 승압부의 전류를 모니터링 하여 이상이 있는 경우에 배터리와 점화코일이 직접 연결될 수 있도록 스위칭함으로써, 승압부의 고장에 따른 엔진 정지를 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 점화코일 공급전압 승압장치의 구성을 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 점화코일 공급전압 승압장치를 설명하기 위한 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 점화코일 공급전압 승압장치의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 점화코일 공급전압 승압장치의 구성을 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 점화코일 공급전압 승압장치를 설명하기 위한 회로도로서, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 점화코일 공급전압 승압장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 점화코일 공급전압 승압장치는 제어부(100), 승압부(110) 및 페일세이프부(120)를 포함한다.
승압부(110)는 배터리(200)로부터 공급되는 전압을 승압하여 점화코일(300)에 공급할 수 있다. 예를 들어, 승압부(110)는 배터리(200)로부터 12V의 전압을 입력받아 이를 14V~20V로 이를 부스팅(boosting)한 뒤, 점화코일(300)에 공급할 수 있다.
즉 도 2에 도시된 것과 같이, 승압부(110)는 이러한 승압을 위해 인덕터(inductor)(L1), 커패시터(capacitor)(C1), 트랜지스터(transistor)(Q1) 등을 포함할 수 있다.
제어부(100)는 승압부(110)에서 승압되는 전압의 크기를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(100)는 트랜지스터(Q1)에 펄스 신호를 인가하여 인덕터(L1)와 커패시터(C1)을 이용한 승압이 이루어지도록 할 수 있다.
또한 제어부(100)는 이러한 펄스 신호의 듀티비를 제어하여 승압되는 전압의 크기를 제어할 수 있다. 즉 펄스의 듀티비가 높을수록 승압되는 전압이 높아질 수 있다.
제어부(100)는 이렇게 점화코일(300)에 공급되는 전압을 부스팅하여 냉시동 등의 상황에서 비교적 높은 에너지로 점화코일(300)을 구동할 수 있으며, 승압되는 전압의 크기를 제어하여 드웰 타임(Dwell time)을 적절한 수준으로 조절할 수 있다. 즉 제어부(100)는 고 RPM 상황에서는 승압되는 전압의 크기를 높여 드웰 타임을 줄일 수 있다.
또한 제어부(100)는 승압부(110)를 모니터링 하여 진단신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제어부(100)는 승압부(110)의 내부회로의 전류를 모니터링 할 수 있으며, 이를 통해 승압부(110)가 정상적으로 동작하는지 확인할 수 있다.
즉, 도 2에서 볼 수 있듯이, 제어부(100)는 승압부(110)의 트랜지스터(Q1)의 컬렉터(collector)단에 연결된 저항(R1)에 흐르는 전류를 감시할 수 있다. 예를 들어, 제어부(100)는 전류계를 사용하여 저항(R1)에 흐르는 전류를 직접 검출하거나, 전압계를 사용하여 저항(R1)에 걸리는 전압을 측정하고 이를 저항값으로 나누어 전류값을 산출할 수 있다.
제어부(100)는 이렇게 모니터링 되는 전류와 트랜지스터(Q1)에 인가하는 펄스 신호에 근거하여 승압부(110)의 이상여부를 판단할 수 있다. 즉, 펄스 신호의 듀티비에 따라 저항(R1)에 흘러야하는 전류의 값은 승압부(110)의 회로의 구성요소들(인덕터(L1), 커패시터(C1), 저항(R1) 등)의 스펙에 따라 미리 결정되어 있으므로, 제어부(100)는 펄스 신호의 듀티비와 모니터링 되는 전류를 비교하여 승압부(110)의 정상동작 여부를 판단할 수 있다.
제어부(100)는 이렇게 판단된 이상여부에 따라 하이(high) 또는 로우(low) 신호를 진단신호로 출력할 수 있으며, 예를 들어, 승압부(110)가 정상이라고 판단될 때에는 하이 신호를 진단신호로 출력하고, 승압부(110)에 이상이 있는 것으로 판단될 때에는 로우 신호를 진단신호로 출력할 수 있다.
페일세이프부(120)는 제어부(100)가 출력하는 이러한 진단신호에 따라 스위칭(switching) 동작하여 본 실시예에 따른 점화코일 공급전압 승압장치의 페일 세이프(fail safe) 기능을 수행할 수 있다.
구체적으로 페일세이프부(120)는 배터리(200)의 출력단과 점화코일(300)의 입력단이 직접 연결되도록 스위칭 동작하여 페일 세이프 기능을 수행할 수 있다. 즉 페일세이프부(120)는 승압부(110)에 이상이 발생한 경우 등에는, 점화코일(300)이 배터리(200)로부터 전압을 공급받을 수 있도록 하여, 엔진 정지 등이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 한다.
예를 들어, 도 2에서 볼 수 있듯이, 제어부(100)는 진단신호와 함께 펄스 신호 또한 페일세이프부(120)로 출력할 수 있으며, 논리곱 소자(A1)는 이러한 펄스 신호와 진단신호를 논리곱 연산하고, 연산결과를 출력할 수 있다.
즉, 승압부(110) 자체에 이상이 생긴 경우뿐만 아니라, 제어신호인 펄스 신호가 정상적으로 인가되지 않는 경우에도 페일 세이프 기능이 수행되어야 할 수 있으므로, 페일세이프부(120)는 논리곱 소자(A1)를 포함하여, 진단신호 및 펄스 신호 모두가 하이일 때만, 하이 신호를 후단으로 출력할 수 있다.
이러한 논리곱 소자(A1)가 출력한 신호는 승압부(110)의 출력단과 점화코일(300)의 입력단 사이를 연결하는 제1스위칭소자(Q2)에 입력되고, 반전 소자(N1)를 거쳐 배터리(200)의 출력단과 점화코일(300)의 입력단 사이를 연결하는 제2스위칭소자(Q3)에 입력될 수 있다.
즉, 논리곱 소자(A1)가 출력하는 신호가 하이이면(승압부(110) 및 펄스 신호가 정상이면), 제1스위칭소자(Q2)는 턴-온(turn-on) 되고, 제2스위칭소자(Q3)는 턴-오프(turn-off) 되어, 점화코일(300)은 승압부(110)로부터 전원을 공급받게 된다.
반면 논리곱 소자(A1)가 출력하는 신호가 로우이면(승압부(110) 또는 펄스 신호에 이상이 있으면), 제1스위칭소자(Q2)는 턴-오프 되고, 제2스위칭소자(Q3)는 턴-온 되어, 점화코일(300)은 승압부(110)가 아닌 배터리(200)로부터 직접 전원을 공급받게 되므로, 페일 세이프 기능이 수행될 수 있다.
한편 페일세이프부(120)는 펄스 신호의 양호 여부를 고려하지 않고, 진단신호만으로 페일 세이프 기능을 수행할 수도 있으며, 이러한 경우에 제어부(100)는 펄스 신호 대신 항상 하이인 신호를 논리곱 소자(A1)에 출력할 수도 있으나, 제1스위칭소자(Q2)를 포함하는 제1스위칭부 및 제2스위칭소자(Q3)와 반전 소자(N1)를 포함하는 제2스위칭부에 진단신호가 직접 인가되고, 논리곱 소자(A1)가 존재하지 않는 형태로 구성될 수도 있다.
또한 본 실시예에서는 반전 소자(N1)를 이용하여 제1스위칭소자(Q2)와 제2스위칭소자(Q3)의 동작이 반대로 수행되도록 구성하였으나, 반전 소자(N1) 없이 제1스위칭소자(Q2)와 제2스위칭소자(Q3)가 자체적으로 서로 반대의 동작을 수행할 수 있는 형태로 구성될 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 점화코일 공급전압 승압장치는 배터리로부터 공급되는 전압을 승압하여 점화코일에 인가함으로써, 점화코일의 효율을 향상시킬 수 있고, 승압부에 인가되는 펄스 신호의 듀티비를 제어하여 승압되는 전압을 제어함으로써, 드웰 타임(Dwell time)을 적절하게 조절할 수 있도록 하며, 승압부의 전류를 모니터링 하여 이상이 있는 경우에 배터리와 점화코일이 직접 연결될 수 있도록 스위칭함으로써, 승압부의 고장에 따른 엔진 정지를 방지할 수 있도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 제어부
110: 승압부
120: 페일세이프부
200: 배터리
300: 점화코일

Claims (10)

  1. 배터리로부터 공급되는 전압을 승압하여 점화코일에 공급하는 승압부;
    상기 승압부에서 승압되는 전압의 크기를 제어하고, 상기 승압부를 모니터링 하여 진단신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부가 출력하는 진단신호에 따라 스위칭(switching) 동작하여 페일 세이프(fail safe) 기능을 수행하는 페일세이프부를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 승압부에 인가하는 펄스 신호의 듀티비를 제어하여 상기 승압되는 전압의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 점화코일 공급전압 승압장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 페일세이프부는, 페일 세이프 기능 수행 시, 상기 배터리의 출력단과 상기 점화코일의 입력단이 직접 연결되도록 스위칭 동작하는 것을 특징으로 하는 점화코일 공급전압 승압장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 승압부의 내부회로의 전류를 모니터링 하는 것을 특징으로 하는 점화코일 공급전압 승압장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 듀티비와 상기 전류에 근거하여 상기 승압부의 이상여부를 판단하고, 상기 판단된 이상여부에 따라 하이(high) 또는 로우(low) 신호를 상기 진단신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 점화코일 공급전압 승압장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 페일세이프부는,
    상기 진단신호가 하이이면 턴-온(turn-on) 되고, 상기 진단신호가 로우이면 턴-오프(turn-off) 되는 제1스위칭소자를 포함하는 제1스위칭부; 및
    상기 진단신호가 로우이면 턴-온되고, 상기 진단신호가 하이이면 턴-오프 되는 제2스위칭소자를 포함하는 제2스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화코일 공급전압 승압장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1스위칭소자는 턴-온 동작에 따라 상기 승압부의 출력단과 상기 점화코일의 입력단 사이를 연결하는 것을 특징으로 하는 점화코일 공급전압 승압장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제2스위칭소자는 턴-온 동작에 따라 상기 배터리의 출력단과 상기 점화코일의 입력단 사이를 연결하는 것을 특징으로 하는 점화코일 공급전압 승압장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 펄스 신호를 상기 페일세이프부로도 출력하되,
    상기 페일세이프부는, 상기 펄스 신호와 상기 진단신호를 논리곱 연산하여 상기 제1스위칭부 및 제2스위칭부로 출력하는 논리곱 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점화코일 공급전압 승압장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제2스위칭부는 상기 논리곱 소자의 출력신호를 반전하여 상기 제2스위칭소자로 인가하는 반전 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점화코일 공급전압 승압장치.
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