KR102056744B1 - 차량 교류발전기용 고장 진단 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 교류발전기용 고장 진단 회로에 관한 것으로, 스테이터 코일, 로터 코일, 전압조정기, 필드 코일, 정류부, 램프, 이그니션 스위치, 및 배터리를 포함하는 차량 발전기의 상기 전압조정기 회로에서, 램프(Lamp)가 연결된 다이오드(D3)의 캐소드 측과 출력단자(Trio)가 연결되는 접속 지점인 공통 접속점에 추가되는 고장 진단 회로로서, 상기 다이오드(D3)의 캐소드 측에 컬렉터가 공통으로 접속되는 복수의 NPN형 트랜지스터(Q2); 상기 복수의 NPN형 트랜지스터(Q2) 중 제2 트랜지스터의 이미터가 접지되며, 상기 복수의 NPN형 트랜지스터(Q2) 중 제1 트랜지스터의 이미터가 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 접속되며, 상기 제1 트랜지스터의 베이스에 일 측이 접속되는 저항(R9); 상기 저항(R9)의 타 측에 캐소드 측이 접속되는 다이오드(D5); 및 상기 다이오드(D5)의 애노드 측에 애노드 측이 접속되고, 캐소드 측이 상기 다이오드(D3)의 캐소드 측과 출력단자(Trio)가 연결되는 공통 접속점에 접속되는 제너다이오드(ZD3);를 포함한다.

Description

차량 교류발전기용 고장 진단 회로{CIRCUIT FOR DIAGNOSING FAILURE OF VEHICLE ALTERNATOR}

본 발명은 차량 교류발전기용 고장 진단 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량용 교류발전기에서 발전전압에 문제가 발생하여 기 설정된 조정전압 이상으로 발전되는 과전압 발전 고장이 발생하였을 경우, 차량 내부의 클러스터에 상기 과전압 발전 상태를 나타내는 경고등을 출력함으로써, 운전자가 차량 교류발전기의 고장을 감지할 수 있도록 하는, 차량 교류발전기용 고장 진단 회로에 관한 것이다.

현재 제조되는 모든 내연기관 차량에는 교류발전기가 장착되어 있다.

상기 교류발전기(또는 차량 교류발전기)는 차량의 배터리를 충전할 뿐만 아니라, 차량의 각종 전기장치 및 전기 부하의 동력원으로서, 차량에서 필요로 하는 모든 전기를 생성한다.

상기 교류발전기(또는 차량 발전기)의 구성 요소로는 스테이터코일과 로터 에셈블리, 전압조정기와 정류기, 카본브러쉬와 풀리, 베어링 등이 있으며, 전압조정기에서 미리 설정된 조정전압을 기준으로 상기 로터 어셈블리의 코일에 전류를 인가하는 방식으로 전자석을 제어하여 발전전압을 일정하게 제어한다.

상기 교류발전기의 초기 동작 상태를 보면, 운전자가 시동키를 켜면 이그니션 스위치를 통해 배터리에서 자동차 내부의 클러스터 램프를 거쳐 로터코일까지 여자전류가 흘러 들어가게 된다. 이 때 이 전류의 흐름으로 클러스터 램프가 켜져 운전자가 배터리의 상태를 확인할 수 있게 된다.

이 후 시동키가 스타트 상태로 가고 엔진이 회전하게 되면 발전기도 같이 회전하게 되고, 이는 전자석인 로터 어셈블리가 회전하는 것으로 자기장이 변하여 전기가 생성되는 것이다. 이와 같이 전기가 생성되어(즉, 발전하여) 발전기 출력이 배터리 전압과 동일하게 되면 양단 전압이 같게되어 전류의 흐름이 없어지고 자연적으로 클러스터의 램프가 꺼지게 된다. 이는 운전자가 시동을 걸고 불과 1~2초 사이에 벌어지는 동작으로, 운전자는 클러스터의 표시등이 모두 꺼져있는 것을 확인하게 된다. 이것은 자동차의 발전기가 정상적으로 동작하고 있음을 의미한다

그런데 차량에서 교류발전기가 정상적으로 발전을 시작할 경우에는 아무런 문제가 발생하지 않지만, 만약 교류발전기에 이상이 생겨 기준전압 이상으로 발전(즉, 과전압 발전)을 할 경우에는 차량의 각종 전기부하에 치명적인 손상을 발생시킬 수 있다.

하지만 기존의 일부 교류발전기에 적용된 전자회로로는 이러한 과발전(즉, 과전압 발전) 고장 현상을 전혀 감지할 수 없어 운전자를 큰 위험에 빠트리거나 실제로 자동차 화제로 연결되는 경우가 빈번하게 발생하는 문제점이 있었다.

따라서 발전기가 기준전압을 넘어 위험 수위의 전압까지 발전하기 전에 운전자에게 이와 같은 과전압 발전 고장 상황을 인지할 수 있도록 하는 기술이 필요한 상황이다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-1689265호(2016.12.19.등록, 차량 발전기의 페이즈 레귤레이션 장치 및 그 동작방법)에 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 차량용 교류발전기에서 발전전압에 문제가 발생하여 기 설정된 조정전압 이상으로 발전되는 과전압 발전 고장이 발생하였을 경우, 차량 내부의 클러스터에 상기 과전압 발전 상태를 나타내는 경고등을 출력함으로써, 운전자가 차량 교류발전기의 고장을 감지할 수 있도록 하는, 차량 교류발전기용 고장 진단 회로를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 차량 교류발전기용 고장 진단 회로는, 스테이터 코일, 로터 코일, 전압조정기, 필드 코일, 정류부, 램프, 이그니션 스위치, 및 배터리를 포함하는 차량 발전기의 상기 전압조정기 회로에서, 램프(Lamp)가 연결된 다이오드(D3)의 캐소드 측과 출력단자(Trio)가 연결되는 접속 지점인 공통 접속점에 추가되는 고장 진단 회로로서, 상기 다이오드(D3)의 캐소드 측에 컬렉터가 공통으로 접속되는 복수의 NPN형 트랜지스터(Q2); 상기 복수의 NPN형 트랜지스터(Q2) 중 제2 트랜지스터의 이미터가 접지되며, 상기 복수의 NPN형 트랜지스터(Q2) 중 제1 트랜지스터의 이미터가 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 접속되며, 상기 제1 트랜지스터의 베이스에 일 측이 접속되는 저항(R9); 상기 저항(R9)의 타 측에 캐소드 측이 접속되는 다이오드(D5); 및 상기 다이오드(D5)의 애노드 측에 애노드 측이 접속되고, 캐소드 측이 상기 다이오드(D3)의 캐소드 측과 출력단자(Trio)가 연결되는 공통 접속점에 접속되는 제너다이오드(ZD3);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 고장 진단 회로는, 차량 내의 전자회로 및 발전기의 고장으로 인해 과전압이 발생될 경우, 상기 제너다이오드(ZD3)를 통해 인가된 전압이 다이오드(D5) 및 저항(R9)을 통해 제1 트랜지스터를 구동하고 이어서 제2 트랜지스터를 구동하며, 이에 따라 램프(Lamp) 단자가 접지(-, GND)에 연결되면서 램프(Lamp)에 전류가 흐르게 하여 점등되게 구현된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 차량용 교류발전기에서 발전전압에 문제가 발생하여 기 설정된 조정전압 이상으로 발전되는 과전압 발전 고장이 발생하였을 경우, 차량 내부의 클러스터에 상기 과전압 발전 상태를 나타내는 경고등을 출력함으로써, 운전자가 차량 교류발전기의 고장을 감지할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 관련된 일반적인 차량 교류발전기와 그 주변 회로 구성을 보인 예시도.
도 2는 상기 도 1에 있어서, 전압조정기의 보다 구체적인 종래의 회로 구성을 보인 예시도.
도 3은 상기 도 1에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 감지 및 경고 기능을 수행하는 고장 진단 회로가 추가된 전압조정기의 회로 구성을 보인 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 차량 교류발전기용 고장 진단 회로의 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.

이하 본 실시예는 자동차의 전압 조정기에 관한 것으로, 교류발전기의 이상으로 발전전압이 비정상적으로 증가하여(즉, 과전압 발전하여) 차량 시스템을 위험하게 만들기 전에 계기판의 램프를 통해 운전자에게 고장 상황을 경고할 수 있도록 하는 차량 발전기의 고장 진단 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 관련된 일반적인 차량 교류발전기와 그 주변 회로 구성을 보인 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 관련된 일반적인 발전기와 주변 회로는, 스테이터 코일(10), 전압조정기(VR,Voltage Regulator)(20), 필드 코일(30), 정류부(40), 램프(LAMP), 이그니션 스위치(S/W), 및 배터리(12V BATT)를 포함한다.

여기서 상기 스테이터 코일(10), 전압조정기(VR,Voltage Regulator)(20), 필드 코일(30), 정류부(40), 램프(LAMP), 이그니션 스위치(S/W), 및 배터리(12V BATT) 등은 차량발전기의 일반적인 구성에 해당하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

참고로 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 전압조정기(20)내에 구비되어 상기 발전기의 어느 하나의 위상(Phase)의 크기를 검출하는 수단이 구비된다. 물론 다른 실시 예로써, 상기 위상 검출수단을 전압조정기내에 구비하지 않고 별도로 구비할 수도 있다.

한편 상기 전압조정기(20)는 주변 회로와 연결되는 복수의 단자(예 : S, E, F, I, L)(또는 접속단)를 포함하고 있다.

이에 대한 보다 구체적인 회로는 도 2 및 도 3에 도시되어 있다.

도 2는 상기 도 1에 있어서, 전압조정기의 보다 구체적인 종래의 회로 구성을 보인 예시도이다.

하지만 도 2에 도시된 전압조정기의 회로는, 발전기 출력전압(즉, Trio 단자의 전압 레벨)이 높아져도 램프(Lamp, L단자에 연결되는 램프)를 구동할 수 없는 구조(즉, 클러스터의 램프를 점등시킬 수 없는 회로 구조)적 문제점이 있다.

예컨대 발전기의 초기 동작 상황에서는 배터리에서 램프(L, Lamp)를 통해 여자전류가 유입되어 로터코일(미도시)에 흘러 들어가면서 램프(Lamp)가 점등되지만, 일단 발전이 시작되어 출력(Trio)단자에서 전압이 발생되어지면 출력전압을 기준으로 동작하기 때문에 전압이 높아져도(즉, 과전압이 되어도) 램프(Lamp)가 점등될 수 없는 회로 구조이다.

따라서 본 실시예에서는 교류발전기(또는 차량 발전기)의 이상으로 발전전압이 비정상적으로 증가(즉, 과전압 발전)하는 경우, 계기판의 램프를 통해 운전자에게 고장 상황을 경고할 수 있도록 하는 회로를 추가할 필요가 있다.

도 3은 상기 도 1에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 감지 및 경고 기능을 수행하는 고장 진단 회로(즉, 과전압 감지 회로)가 추가된 전압조정기의 회로 구성을 보인 예시도이다.

도 3을 참조하면, 도 2에 도시된 종래의 전압조정기의 회로(20)에 본 실시예에 관련된 고장 진단 회로(즉, 과전압 감지 회로)(100)가 더 부가된 것을 알 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 고장 진단 회로(즉, 과전압 감지 회로)(100)는 종래의 전압조정기의 회로(20)의 램프(Lamp)가 연결된 다이오드(D3)의 캐소드 측과 출력단자(Trio)가 연결되는 접속 지점(즉, 공통 접속점)에 추가(또는 부가)된다.

상기 고장 진단 회로(즉, 과전압 감지 회로)(100)는 상기 다이오드(D3)의 캐소드 측에 컬렉터가 공통으로 접속되는 복수의 NPN형 트랜지스터(Q2); 상기 복수의 NPN형 트랜지스터(Q2) 중 제2 트랜지스터의 이미터는 접지되며, 상기 복수의 NPN형 트랜지스터(Q2) 중 제1 트랜지스터의 이미터는 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 접속되며, 상기 제1 트랜지스터의 베이스에는 저항(R9)의 일 측이 접속되고, 상기 저항(R9)의 타 측에는 다이오드(D5)의 캐소드 측이 접속되며, 상기 다이오드(D5)의 애노드 측에는 제너다이오드(ZD3)의 애노드 측이 접속되고, 상기 제너다이오드(ZD3)의 캐소드 측이 상기 다이오드(D3)의 캐소드 측과 출력단자(Trio)가 연결되는 접속 지점(즉, 공통 접속점)에 접속된다.

이에 따라 초기 발전 상황에서는 램프(Lamp) 전압이 상기 고장 진단 회로(즉, 과전압 감지 회로)(100)(즉, 과전압 경고기능 드라이버) 입력단의 전압(일종의 기준전압)보다 낮기 때문에 여자전류가 배터리에서 램프(Lamp)단자를 거쳐 로터코일(미도시)까지 흘러 들어가면서 램프(Lamp)가 점등된다. 이 후 정상적으로 발전을 시작하게 되면 상기 램프(Lamp)가 꺼지게 된다.

그런데 만약 차량 내의 전자회로 및 발전기의 고장 등으로 인해 과전압이 발생될 경우, 즉, 출력(Trio)단자 측의 전압이 기 지정된 전압(즉, 경고 기준 전압) 이상으로 감지될 경우, 상기 제너다이오드(ZD3)를 통해 인가된 전압이 다이오드(D5) 및 저항(R9)을 통해 제1 트랜지스터를 구동하고 이어서 제2 트랜지스터를 구동하게 되므로, 결과적으로 램프(Lamp) 단자가 접지(-, GND)에 연결되면서 램프(Lamp)에 전류가 흐르게 됨에 따라, 클러스터의 램프(Lamp)가 점등되어 운전자로 하여금 이상 상태를 인지할 수 있도록 한다.

상기와 같이 본 실시예는 기존 교류발전기의 전압 조정기에 추가된 회로에 의해 과전압 발전(과발전) 이상 감지 및 운전자 경고기능을 수행함으로써, 자동차 사고 및 각종 전자장치의 고장을 미연에 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상으로 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. 또한 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.

100 : 고장 진단 회로
Q2 : 컬렉터가 공통 접속된 제1,2 NPN형 트랜지스터
R9 : 저항
D5 : 다이오드
ZD3 : 제너다이오드

Claims (2)

1. 스테이터 코일, 로터 코일, 전압조정기, 필드 코일, 정류부, 램프, 이그니션 스위치, 및 배터리를 포함하는 차량 발전기의 상기 전압조정기 회로에서, 램프(Lamp)가 연결된 다이오드(D3)의 캐소드 측과 출력단자(Trio)가 연결되는 접속 지점인 공통 접속점에 추가되는 고장 진단 회로로서,
   상기 다이오드(D3)의 캐소드 측에 컬렉터가 공통으로 접속되는 복수의 NPN형 트랜지스터(Q2);
   상기 복수의 NPN형 트랜지스터(Q2) 중 제2 트랜지스터의 이미터가 접지되며, 상기 복수의 NPN형 트랜지스터(Q2) 중 제1 트랜지스터의 이미터가 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 접속되며,
   상기 제1 트랜지스터의 베이스에 일 측이 접속되는 저항(R9);
   상기 저항(R9)의 타 측에 캐소드 측이 접속되는 다이오드(D5); 및
   상기 다이오드(D5)의 애노드 측에 애노드 측이 접속되고, 캐소드 측이 상기 다이오드(D3)의 캐소드 측과 출력단자(Trio)가 연결되는 공통 접속점에 접속되는 제너다이오드(ZD3);를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 교류발전기용 고장 진단 회로.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 고장 진단 회로는,
   차량 내의 전자회로 및 발전기의 고장으로 인해 과전압이 발생될 경우,
   상기 제너다이오드(ZD3)를 통해 인가된 전압이 다이오드(D5) 및 저항(R9)을 통해 제1 트랜지스터를 구동하고 이어서 제2 트랜지스터를 구동하며,
   이에 따라 램프(Lamp) 단자가 접지(-, GND)에 연결되면서 램프(Lamp)에 전류가 흐르게 하여 점등되게 구현된 것을 특징으로 하는 차량 교류발전기용 고장 진단 회로.

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