KR102142459B1

KR102142459B1 - 릴레이 구동 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102142459B1
Application number: KR1020190022906A
Authority: KR
Inventors: 김용은; 손영욱; 박현배; 전재석; 이재석
Original assignee: 한국자동차연구원
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2020-08-10

Abstract

본 발명은 릴레이 구동 장치 및 방법에 관한 것으로서, 릴레이 동작 신호의 입력에 의해 턴 온되어 릴레이 코일로 흐르는 전류의 경로를 형성하는 프리차지 스위치와, 릴레이 코일로 흐르는 전류를 제한하기 위한 전류 제한 저항을 포함하여, 릴레이 코일에 대한 프리차지 릴레이 접점과 스위칭 접점을 접속시키는 프리차지부, 릴레이 동작 신호에 의해 순차적으로 충전되는 복수의 충전 소자를 통해 릴레이 코일로 흐르는 전류의 크기를 조절하기 위한 전류 지령 신호를 생성하는 전류 지령 신호 생성부, 및 전류 지령 신호에 종속적으로 온오프 동작이 제어되어 릴레이 코일로 흐르는 전류의 크기를 조절하는 메인 스위치를 포함하여, 릴레이 코일에 대한 메인 릴레이 접점과 스위칭 접점을 접속시키는 전류 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

릴레이 구동 장치 및 방법{APPARATUS FOR DRIVING RELAY AND METHOD THREROF}

본 발명은 릴레이 구동 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량에 적용되는 메인 릴레이를 구동하기 위한 릴레이 구동 장치 및 방법에 관한 것이다.

전기 자동차에는 전장 부하로의 전원 공급을 단속하기 위한 메인 릴레이가 적용되고 있으며, 메인 릴레이 접점이 스위칭 접점에 연결되는 경우 릴레이 코일에 인가되는 전류 및 전압이 클수록 메인 릴레이의 수명이 단축되고 코일의 접점부가 융착되는 문제가 있기 때문에, 메인 릴레이 접점 연결 시의 돌입 전류를 감소시켜 위의 문제를 해소하기 위해 프리차지 릴레이(Pre-Charge Relay)가 적용되고 있다.

프리차지 릴레이는 메인 릴레이가 동작하기 전에 턴 온되도록 동작함으로써 메인 릴레이 접점 연결 시 야기되는 돌입 전류를 감소시키는 프리차지 기능을 수행하며, 프리차지 릴레이 접점을 연결하는 경우 릴레이 코일에 흐르는 전류는 메인 릴레이 접점을 연결하는 경우 대비 더 작도록 제한될 필요가 있다.

한편, 메인 릴레이 접점을 스위칭 접점과 접속시키기 위해서는 고전력이 요구되어 릴레이 코일로 흐르는 전류를 증가시켜야 하나, 메인 릴레이 접점이 스위칭 접점과 접속되면 저전력으로도 메인 릴레이 접점의 접속 상태가 유지될 수 있기 때문에(비오-사바르 법칙), 메인 릴레이의 동작 제어 시 요구되는 전력 소모를 감소시키기 위한 구동 회로가 요구되고 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0081824호(2012.07.20. 공개)에 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 목적은 프리차지 릴레이 접점을 접속시키는 프리차지 기능을 수행하고, 메인 릴레이 접점을 접속시켜 메인 릴레이를 동작시킨 후, 저전력 상태에서 메인 릴레이 접점의 접속 상태가 유지될 수 있도록 하는 릴레이 구동 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 릴레이 구동 장치는 릴레이 동작 신호의 입력에 의해 턴 온되어 릴레이 코일로 흐르는 전류의 경로를 형성하는 프리차지 스위치와, 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류를 제한하기 위한 전류 제한 저항을 포함하여, 상기 릴레이 코일에 대한 프리차지 릴레이 접점과 스위칭 접점을 접속시키는 프리차지부, 상기 릴레이 동작 신호에 의해 순차적으로 충전되는 복수의 충전 소자를 통해 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 크기를 조절하기 위한 전류 지령 신호를 생성하는 전류 지령 신호 생성부, 및 상기 전류 지령 신호에 종속적으로 온오프 동작이 제어되어 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 크기를 조절하는 메인 스위치를 포함하여, 상기 릴레이 코일에 대한 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점을 접속시키는 전류 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 프리차지부는, 상기 릴레이 동작 신호가 상기 프리차지 스위치로 입력되는 경로에 접속되는 입력 저항을 더 포함하고, 상기 전류 지령 신호 생성부는, 상기 릴레이 동작 신호에 의해 충전되는 복수의 커패시터, 및 상기 릴레이 동작 신호가 입력되는 경로 상에 존재하는 복수의 저항을 포함함으로써, 상기 프리차지부가 동작하는 제1 시구간 이후에 동작을 개시하여 상기 전류 지령 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 전류 지령 신호 생성부는, 상기 릴레이 동작 신호에 의해 충전되는 제1 커패시터와, 상기 릴레이 동작 신호가 상기 제1 커패시터로 입력되는 경로 상에 접속되는 제1 저항을 포함하는 제1 RC 회로부, 및 상기 릴레이 동작 신호에 의해 충전되는 제2 커패시터와, 상기 릴레이 동작 신호가 상기 제2 커패시터로 입력되는 경로 상에 접속되는 제2 저항을 포함하는 제2 RC 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 제1 커패시터 및 상기 제1 저항에 따른 제1 시정수는, 상기 제2 커패시터 및 상기 제2 저항에 따른 제2 시정수보다 작고, 상기 전류 지령 신호 생성부는, 상기 제1 및 제2 커패시터의 충전 전압에 대한 배타적 논리합 로직을 통해 상기 전류 지령 신호로서 제1 및 제2 전류 지령 신호를 순차적으로 생성하는 XOR 로직부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 XOR 로직부는, 상기 제1 커패시터의 충전이 완료된 시점으로부터 상기 제2 커패시터의 충전이 완료되기까지의 제2 시구간에서는 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점을 접속시키기 위한 제1 전류 지령 신호를 생성하고, 상기 제1 및 제2 커패시터의 충전이 모두 완료된 시점 이후의 제3 시구간에서는 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점의 접속 상태를 유지시키기 위한 제2 전류 지령 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 전류 제어부는, 상기 제1 전류 지령 신호가 입력되는 경우 상기 메인 스위치가 턴 온되어 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류가 증가되도록 동작함으로써 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점을 접속시키고, 상기 제2 전류 지령 신호가 입력되는 경우 상기 메인 스위치가 턴 오프되어 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류가 감소되도록 동작함으로써 저전력 상태에서 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점의 접속 상태를 유지시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 전류 제어부는, 상기 전류 지령 신호에 의해 온오프 동작이 제어되는 하나 이상의 제어 스위치를 더 포함하고, 상기 전류 제어부의 메인 스위치는, 상기 각 제어 스위치의 온오프 동작에 종속적으로 동작하여 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 메인 스위치는, 상기 프리차지 스위치와 함께 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 경로를 형성하도록 접속되어 온오프 동작함으로써 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 릴레이 동작 신호가 입력된 시점으로부터의 제1 시구간에서는 상기 프리차지부의 동작에 의해 상기 릴레이 코일에 저전류가 흐름으로써 상기 프리차지 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점이 접속되고, 상기 제1 시구간 이후, 상기 메인 스위치가 턴 온된 시점으로부터의 제2 시구간에서는 상기 릴레이 코일에 고전류가 흐름으로써 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점이 접속되고, 상기 제2 시구간 이후, 상기 메인 스위치가 턴 오프된 시점으로부터의 제3 시구간에서는 상기 릴레이 코일에 저전류가 흐름으로써 저전력 상태에서 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점이 접속된 상태가 유지되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 릴레이 구동 방법은 프리차지부가, 릴레이 동작 신호의 입력에 따라 릴레이 코일에 대한 프리차지 릴레이 접점과 스위칭 접점을 접속시키는 프리차지 단계로서, 상기 프리차지부는 상기 릴레이 동작 신호에 의해 턴 온되어 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 경로를 형성하는 프리차지 스위치와, 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류를 제한하기 위한 전류 제한 저항을 포함하는, 단계, 전류 지령 신호 생성부가, 상기 릴레이 동작 신호에 의해 순차적으로 충전되는 복수의 충전 소자를 통해 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 크기를 조절하기 위한 전류 지령 신호를 생성하는 전류 지령 신호 생성 단계, 및 전류 제어부가, 상기 전류 지령 신호에 종속적으로 온오프 동작이 제어되어 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 크기를 조절하는 메인 스위치를 통해 상기 릴레이 코일에 대한 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점을 접속시키는 메인 릴레이 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하나의 릴레이 코일에 대하여 프리차지 릴레이 접점 및 메인 릴레이 접점이 순차적으로 스위칭 접점과 접속되도록 구성되는 통합 릴레이에 있어서 프리차지 기능, 메인 릴레이의 동작, 및 저전력 상태에서의 메인 릴레이 접점의 접속 상태 유지 기능을 동시에 구현하는 릴레이 통합 구동 회로를 제공함으로써, 차량의 파워 릴레이 어셈블리의 소형화를 가능하게 함과 동시에 파워 릴레이 어셈블리의 구동을 위한 소모 전력을 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치가 적용될 수 있는 통합 릴레이의 개괄적 구조를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치가 구현된 회로 구성을 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치에서 제1 내지 제3 시구간에서 릴레이 코일에 흐르는 전류를 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 릴레이 구동 장치 및 방법의 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 릴레이 구동 장치가 적용될 수 있는 통합 릴레이의 개괄적 구조를 보인 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치가 구현된 회로 구성을 보인 예시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치에서 제1 내지 제3 시구간에서 릴레이 코일에 흐르는 전류를 도시한 예시도이다.

먼저 도 1을 참조하면, 본 실시예의 릴레이 구동 장치가 적용될 수 있는 통합 릴레이는 하나의 릴레이 코일(COIL_RELAY)에 대하여 프리차지 릴레이 접점(①) 및 메인 릴레이 접점(②)이 순차적으로 스위칭 접점과 접속되도록 구성될 수 있다. 즉, 릴레이 코일(COIL_RELAY)이 권선되어 전류가 흐를 경우 자력을 갖게 되는 전자석에 의해 프리차지 릴레이 접점 및 메인 릴레이 접점(가동 접점)이 각각 순차적으로 스위칭 접점(a 접점)과 접속되도록 구성될 수 있다. 이하에서 자세하게 설명할 것과 같이 릴레이 코일(COIL_RELAY)에 흐르는 초기 전류가 작을 경우 프리차지 릴레이 접점이 스위칭 접점과 먼저 접속되며, 후술하는 제1 시정수(제1 RC 회로부(210)의 RC 시정수)에 따른 일정 시간이 도과하면 릴레이 코일(COIL_RELAY)에 흐르는 전류가 최대가 되어 메인 릴레이 접점이 스위칭 접점과 접속된다. 나아가, 후술하는 제2 시정수(제2 RC 회로부(220)의 RC 시정수)에 따른 일정 시간이 도과하면 릴레이 코일(COIL_RELAY)에 흐르는 전류가 감소되어 저전력 상태로 메인 릴레이 접점 및 스위칭 접점 간의 접속 상태가 유지된다.

이상에서 설명한 내용을 바탕으로, 본 실시예의 릴레이 구동 장치의 동작에 대하여 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 2에서는 본 발명의 구성을 명확히 하기 위해 릴레이 코일(COIL_RELAY)과 그 내부 저항(R_RELAY)만을 인덕터 및 저항으로 모델링하여 도시하였다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 장치는 프리차지부(100), 전류 지령 신호 생성부(200) 및 전류 제어부(300)를 포함할 수 있다.

프리차지부(100)는 릴레이 동작 신호(전압 신호 또는 전류 신호)가 최초 입력되면 릴레이 코일(COIL_RELAY)에 대한 프리차지 릴레이 접점과 스위칭 접점을 접속시켜 프리차지 기능을 우선적으로 수행하도록 동작할 수 있다. 상기한 동작을 수행하기 위해 프리차지부(100)는 도 2에 도시된 것과 같이 릴레이 동작 신호의 입력에 의해 턴 온되어 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류의 경로를 형성하는 프리차지 스위치(SW_PR)와, 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류를 제한하기 위한 전류 제한 저항(R_PR2)과, 릴레이 동작 신호가 프리차지 스위치(SW_PR)로 입력되는 경로에 접속되는 입력 저항(R_PR1)을 포함할 수 있다. 프리차지 스위치(SW_PR)는 BJT(Bipolar Junction Transistor) 또는 FET(Field Effect Transistor)와 같은 트랜지스터로 구현될 수 있으며, 입력 저항(R_PR1)을 통해 릴레이 동작 신호를 인가받고, 전류 제한 저항(R_PR2)을 통해 릴레이 코일(COIL_RELAY)과 접속되도록 구성될 수 있다.

도 2에 도시된 것과 같이 프리차지부(100)는 후술하는 전류 지령 신호 생성부(200)와 달리 릴레이 동작 신호가 입력되는 경로 상에 커패시터가 형성되지 않으며, 따라서 프리차지 스위치(SW_PR)는 릴레이 동작 신호가 최초 입력되면 전류 지령 신호 생성부(200)가 동작하기 전에(즉, 전류 지령 신호가 생성되기 전에) 턴 온되어 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류의 경로를 형성할 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이 프리차지 릴레이 접점을 연결하는 경우 릴레이 코일(COIL_RELAY)에 흐르는 전류는 메인 릴레이 접점을 연결하는 경우 대비 더 작도록 제한될 필요가 있으며, 프리차지 스위치(SW_PR)가 턴 온됨에 따라 릴레이 코일(COIL_RELAY)에 흐르는 전류는 릴레이 코일(COIL_RELAY)의 내부 저항(R_RELAY)과 전류 제한 저항(R_PR2)을 통해 그 크기가 제한될 수 있다. 프리차지부(100)에 의해 프리차지가 수행되는 시구간을 제1 시구간으로 정의한다.

전류 지령 신호 생성부(200)는 릴레이 동작 신호에 의해 순차적으로 충전되는 복수의 충전 소자를 통해 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류의 크기를 조절하기 위한 전류 지령 신호를 생성하여 후술하는 전류 제어부(300)로 출력할 수 있다. 상기 충전 소자는 커패시터로 구현될 수 있다. 이때, 전류 지령 신호 생성부(200)는 릴레이 동작 신호에 의해 충전되는 복수의 커패시터, 및 릴레이 동작 신호가 입력되는 경로 상에 존재하는 복수의 저항을 포함함으로써, 프리차지부(100)가 동작하는 제1 시구간 이후에 동작을 개시하여 전류 지령 신호를 생성할 수 있다. 즉, 전류 지령 신호 생성부(200)는 내부에 포함되는 저항 및 커패시터에 따른 RC 시정수에 의해 프리차지부(100) 보다 지연되어 동작한다.

도 2를 참조하여 전류 지령 신호 생성부(200)의 구조를 구체적으로 설명하면, 전류 지령 신호 생성부(200)는 제1 RC 회로부(210), 제2 RC 회로부(220) 및 XOR 로직부(230)를 포함할 수 있다.

제1 RC 회로부(210)는 릴레이 동작 신호에 의해 충전되는 제1 커패시터(C1)와, 릴레이 동작 신호가 제1 커패시터(C1)로 입력되는 경로 상에 접속되는 제1 저항(R1)을 포함할 수 있다. 마찬가지로 제2 RC 회로부(220)는 릴레이 동작 신호에 의해 충전되는 제2 커패시터(C2)와, 릴레이 동작 신호가 제2 커패시터(C2)로 입력되는 경로 상에 접속되는 제2 저항(R2)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)의 각 커패시턴스는 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)의 완충 전압이 동일하도록 동일한 값으로 결정되어 있을 수 있다. 또한, 프리차지부(100)의 입력 저항(R_PR1)이 접속되는 노드를 제1 노드로 정의하고, 제1 RC 회로부(210) 및 제2 RC 회로부(220)가 접속되는 노드를 각각 제2 노드 및 제3 노드로 정의할 때, 제1 내지 제3 노드는 도 2에 도시된 것과 같이 릴레이 동작 신호가 입력되는 라인 상에서 순서대로 분기되는 형태로 형성될 수 있다.

이때, 제1 커패시터(C1) 및 제1 저항(R1)에 따른 제1 시정수(RC 시정수)는 제2 커패시터(C2) 및 제2 저항(R2)에 따른 제2 시정수(RC 시정수)보다 작을 수 있다(제1 및 제2 커패시터(C1, C2)의 각 커패시턴스가 동일하게 결정되어 있는 경우, 제1 저항(R1)의 저항값이 제2 저항(R2)의 저항값보다 작도록 결정되어 있을 수 있다). 즉, 본 실시예의 릴레이 구동 장치는 프리차지가 수행되는 제1 시구간, 메인 릴레이가 턴 온되는 제2 시구간, 메인 릴레이의 턴 온 상태가 유지되는 제3 시구간으로 구분되어 그 동작이 정의될 수 있으며, 제2 시구간과 제3 시구간을 구분하기 위한 수단으로서 제1 RC 회로부(210)의 RC 시정수(제1 시정수)와 제2 RC 회로부(220)의 RC 시정수(제2 시정수)를 다르게 설정하는 구성을 채용한다. 이 경우, 메인 릴레이가 턴 온되는 시점은 제1 시정수를 가변적으로 선택하는 방식을 통해 조절될 수 있다.

제1 시정수가 제2 시정수보다 작기 때문에 제1 커패시터(C1)의 충전이 완료된 이후에 제2 커패시터(C2)의 충전이 완료된다. 이에 따라, XOR 로직부(230)는 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)의 충전 전압에 대한 배타적 논리합(Exclusive OR) 로직을 통해 전류 지령 신호로서 제1 및 제2 전류 지령 신호를 순차적으로 생성하여 전류 제어부(300)로 출력할 수 있다.

구체적으로, 제1 커패시터(C1)의 충전이 완료된 시점으로부터 제2 커패시터(C2)의 충전이 완료되기까지의 시구간을 제2 시구간으로 정의하고, 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)의 충전이 모두 완료된 시점 이후의 시구간을 제3 시구간으로 정의할 때, XOR 로직부(230)는 제2 시구간에서는 메인 릴레이 접점과 스위칭 접점을 접속시키기 위한 제1 전류 지령 신호를 생성하여 전류 제어부(300)로 출력할 수 있고, 제3 시구간에서는 메인 릴레이 접점과 스위칭 접점의 접속 상태를 유지시키기 위한 제2 전류 지령 신호를 생성하여 전류 제어부(300)로 출력할 수 있다.

즉, 제2 시구간에서는 제1 커패시터(C1)의 충전 전압과 제2 커패시터(C2)의 충전 전압이 상이하며, 따라서 XOR 로직부(230)는 제1 커패시터(C1)의 충전 전압과 제2 커패시터(C2)의 충전 전압에 대한 배타적 논리합 로직을 적용하여 High-Level의 신호로서 제1 전류 지령 신호를 생성할 수 있다. 그리고, 제3 시구간에서는 제1 커패시터(C1)의 충전 전압과 제2 커패시터(C2)의 충전 전압이 동일하며, 따라서 XOR 로직부(230)는 제1 커패시터(C1)의 충전 전압과 제2 커패시터(C2)의 충전 전압에 대한 배타적 논리합 로직을 적용하여 Low-Level의 신호로서 제2 전류 지령 신호를 생성할 수 있다. 한편, XOR 로직부(230)는 통상의 반도체 칩으로 구현되는 XOR 게이트 회로로 구현될 수 있으나, 구현에 소요되는 비용 몇 면적을 저감시키기 위해 도 2에 도시된 것과 같이 네 개의 다이오드, 두 개의 저항, 및 스위치로 구현될 수도 있으며, 그 동작 방식은 주지된 것이므로 구체적인 동작 설명은 생략한다.

전류 제어부(300)는 전류 지령 신호 생성부(200)로부터 입력되는 전류 지령 신호에 종속적으로 온오프 동작이 제어되어 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류의 크기를 조절하는 메인 스위치(SW_MAIN)를 포함할 수 있으며, 메인 스위치(SW_MAIN)를 통해 릴레이 코일(COIL_RELAY)에 대한 메인 릴레이 접점과 스위칭 접점을 접속시킬 수 있다. 도 2에 도시된 것과 같이 메인 스위치(SW_MAIN)는 프리차지 스위치(SW_PR)와 함께 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류의 경로를 형성하도록 접속되어 온오프 동작함으로써 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류의 크기를 조절하는 기능을 수행할 수 있으며, BJT(Bipolar Junction Transistor) 또는 FET(Field Effect Transistor)와 같은 트랜지스터로 구현될 수 있다.

전류 제어부(300)의 동작을 전술한 제1 및 제2 전류 지령 신호와 연계시켜 설명하면, 제1 전류 지령 신호가 입력되는 경우 전류 제어부(300)는 메인 스위치(SW_MAIN)가 턴 온되어 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류가 증가되도록 동작함으로써 메인 릴레이 접점과 스위칭 접점을 접속시킬 수 있다. 그리고, 제2 전류 지령 신호가 입력되는 경우 전류 제어부(300)는 메인 스위치(SW_MAIN)가 턴 오프되어 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류가 감소되도록 동작함으로써 저전력 상태에서 메인 릴레이 접점과 스위칭 접점의 접속 상태를 유지시킬 수 있다.

상기한 동작을 구현하기 위해 전류 제어부(300)는 전류 지령 신호에 의해 온오프 동작이 제어되는 하나 이상의 제어 스위치 및 하나 이상의 제어 저항을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 전류 제어부(300)의 메인 스위치(SW_MAIN)는 각 제어 스위치의 온오프 동작에 종속적으로 동작하여 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류의 크기를 조절할 수 있다.

도 2는 메인 스위치(SW_MAIN)가 FET로 구현되고, 전류 제어부(300)가 BJT로 구현된 제1 및 제2 제어 스위치(SW_CTRL1, SW_CTRL2)와 제1 내지 제4 제어 저항(R_CTRL1, R_CTRL2, R_CTRL3, R_CTRL4)을 포함하는 예시를 도시하고 있다. 도 2의 예시에서, 제1 제어 스위치(SW_CTRL1)의 베이스 단자는 제1 제어 저항(R_CTRL1)을 통해 전류 지령 신호가 입력되는 노드와 접속되고, 콜렉터 단자는 제4 제어 저항(R_CTRL4)을 통해 릴레이 동작 신호가 입력되는 노드로서 제2 제어 스위치(SW_CTRL2)의 베이스 단자와 접속되는 노드와 접속되며, 이미터 단자는 접지된다. 제2 제어 스위치(SW_CTRL2)의 콜렉터 단자는 제2 제어 저항(R_CTRL2)을 통해 릴레이 동작 신호가 입력되는 노드로서 제3 제어 저항(R_CTRL3)을 통해 메인 스위치(SW_MAIN)의 게이트 단자와 접속되는 노드에 접속되고, 이미터 단자는 접지된다.

도 2에 도시된 회로 구성을 통해 제2 시구간 및 제3 시구간에서의 전류 제어부(300)의 동작을 구체적으로 설명하면, 제2 시구간에서 제1 전류 지령 신호(High-Level)가 제1 제어 저항(R_CTRL1)을 통해 제1 제어 스위치(SW_CTRL1)의 베이스 단자로 입력되면 제1 제어 스위치(SW_CTRL1)는 턴 온되고, 그에 따라 제2 제어 스위치(SW_CTRL2)의 베이스 단자로 GND가 입력되어 제2 제어 스위치(SW_CTRL2)는 턴 오프되며, 따라서 릴레이 동작 신호가 제2 및 제3 제어 저항(R_CTRL2, R_CTRL3(Pull-Up 저항))을 통해 메인 스위치(SW_MAIN)의 게이트 단자로 입력되어 메인 스위치(SW_MAIN)가 턴 온된다. 이에 따라, 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류가 최대가 되어 메인 릴레이 접점이 스위칭 접점과 접속됨으로써 메인 릴레이가 턴 온된다.

이후, 제3 시구간에서 제2 전류 지령 신호(Low-Level)가 제1 제어 저항(R_CTRL1)을 통해 제1 제어 스위치(SW_CTRL1)의 베이스 단자로 입력되면 제1 제어 스위치(SW_CTRL1)는 턴 오프되고, 그에 따라 릴레이 동작 신호가 제4 제어 저항(R_CTRL4)을 통해 제2 제어 스위치(SW_CTRL2)의 베이스 단자로 입력되어 제2 제어 스위치(SW_CTRL2)는 턴 온되며, 따라서 메인 스위치(SW_MAIN)의 게이트 단자로 GND가 입력되어 메인 스위치(SW_MAIN)가 턴 오프된다. 이에 따라, 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류가 제한되어 저전력 상태(즉, 파워 릴레이 어셈블리에서 소모되는 전력이 낮은 상태)에서 메인 릴레이 접점 및 스위칭 접점 간의 접속 상태가 유지된다.

이상에서 설명한 본 실시예의 동작을 제1 내지 제3 시구간 별로 정리하면 다음과 같다.

릴레이 동작 신호가 입력된 시점으로부터의 제1 시구간에서, 프리차지부(100)의 동작에 의해 릴레이 코일(COIL_RELAY)에 저전류가 흐름으로써 프리차지 릴레이 접점과 스위칭 접점이 접속된다. 제1 시구간 이후, 메인 스위치(SW_MAIN)가 턴 온된 시점으로부터의 제2 시구간에서는 릴레이 코일(COIL_RELAY)에 고전류가 흐름으로써 메인 릴레이 접점과 스위칭 접점이 접속된다. 제2 시구간 이후, 메인 스위치(SW_MAIN)가 턴 오프된 시점으로부터의 제3 시구간에서는 릴레이 코일(COIL_RELAY)에 저전류가 흐름으로써 저전력 상태에서 메인 릴레이 접점과 스위칭 접점이 접속된 상태가 유지된다. 도 3은 제1 내지 제3 시구간에서 릴레이 코일에 흐르는 전류를 도시하고 있다.

이상에서 설명한 본 실시예에 따를 때, 하나의 릴레이 코일(COIL_RELAY)에 대하여 프리차지 릴레이 접점 및 메인 릴레이 접점이 순차적으로 스위칭 접점과 접속되도록 구성되는 통합 릴레이에 있어서, 프리차지 기능, 메인 릴레이의 동작, 및 저전력 상태에서의 메인 릴레이 접점의 접속 상태 유지 기능을 동시에 구현하는 릴레이 통합 구동 회로를 제공함으로써, 차량의 파워 릴레이 어셈블리의 소형화를 가능하게 하며 파워 릴레이 어셈블리의 구동을 위한 소모 전력을 저감시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 구동 방법을 설명하면, 먼저 프리차지부(100)는 릴레이 동작 신호의 입력에 따라 릴레이 코일(COIL_RELAY)에 대한 프리차지 릴레이 접점과 스위칭 접점을 접속시킨다(S100). 전술한 것과 같이 프리차지부(100)는 릴레이 동작 신호에 의해 턴 온되어 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류의 경로를 형성하는 프리차지 스위치(SW_PR)와, 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류를 제한하기 위한 전류 제한 저항(R_PR2)과, 릴레이 동작 신호가 프리차지 스위치(SW_PR)로 입력되는 경로에 접속되는 입력 저항(R_PR1)을 포함할 수 있다.

이어서, 전류 지령 신호 생성부(200)는 릴레이 동작 신호에 의해 순차적으로 충전되는 복수의 충전 소자를 통해 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류의 크기를 조절하기 위한 전류 지령 신호를 생성한다(S200). 전류 지령 신호 생성부(200)는 릴레이 동작 신호에 의해 충전되는 복수의 커패시터, 및 릴레이 동작 신호가 입력되는 경로 상에 존재하는 복수의 저항을 포함할 수 있으며, 이에 따라 S200 단계가 S100 단계 이후에 수행되도록 하는 회로 구성이 구현될 수 있다.

전류 지령 신호 생성부(200)는 릴레이 동작 신호에 의해 충전되는 제1 커패시터(C1)와, 릴레이 동작 신호가 상기 제1 커패시터(C1)로 입력되는 경로 상에 접속되는 제1 저항(R1)을 포함하는 제1 RC 회로부(210), 및 릴레이 동작 신호에 의해 충전되는 제2 커패시터(C2)와, 릴레이 동작 신호가 제2 커패시터(C2)로 입력되는 경로 상에 접속되는 제2 저항(R2)을 포함하는 제2 RC 회로부(220)를 포함할 수 있으며, 제1 커패시터(C1) 및 제1 저항(R1)에 따른 제1 시정수는 제2 커패시터(C2) 및 제2 저항(R2)에 따른 제2 시정수보다 작도록 결정되어 있을 수 있다. 이에 따라, 전류 지령 신호 생성부(200)는 S200 단계에서 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)의 충전 전압에 대한 배타적 논리합 로직을 통해 전류 지령 신호로서 제1 및 제2 전류 지령 신호를 순차적으로 생성할 수 있으며, 구체적으로는 제1 커패시터(C1)의 충전이 완료된 시점으로부터 제2 커패시터(C2)의 충전이 완료되기까지의 제2 시구간에서는 메인 릴레이 접점과 스위칭 접점을 접속시키기 위한 제1 전류 지령 신호를 생성하고, 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)의 충전이 모두 완료된 시점 이후의 제3 시구간에서는 메인 릴레이 접점과 스위칭 접점의 접속 상태를 유지시키기 위한 제2 전류 지령 신호를 생성할 수 있다.

S200 단계 이후, 전류 제어부(300)는 S200 단계에서 생성된 전류 지령 신호에 종속적으로 온오프 동작이 제어되어 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류의 크기를 조절하는 메인 스위치(SW_MAIN)를 통해 릴레이 코일(COIL_RELAY)에 대한 메인 릴레이 접점과 스위칭 접점을 접속시킨다(S300). S300 단계에서 전류 제어부(300)는, 제1 전류 지령 신호가 입력되는 경우 메인 스위치(SW_MAIN)가 턴 온되어 상기 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류가 증가되도록 동작함으로써 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점을 접속시키고, 제2 전류 지령 신호가 입력되는 경우 메인 스위치(SW_MAIN)가 턴 오프되어 릴레이 코일(COIL_RELAY)로 흐르는 전류가 감소되도록 동작함으로써 저전력 상태에서 메인 릴레이 접점과 스위칭 접점의 접속 상태를 유지시킨다.

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.

COIL_RELAY: 릴레이 코일
R_RELAY: 릴레이 코일 내부 저항
100: 프리차지부
SW_PR: 프리차지 스위치
R_PR1: 입력 저항
R_PR2: 전류 제한 저항
200: 전류 지령 신호 생성부
210: 제1 RC 회로부
R1: 제1 저항
C1: 제1 커패시터
220: 제2 RC 회로부
R2: 제2 저항
C2: 제2 커패시터
230: XOR 로직부
300: 전류 제어부
SW_MAIN: 메인 스위치
SW_CTRL1, SW_CTRL2: 제1 및 제2 제어 스위치
R_CTRL1, R_CTRL2, R_CTRL3, R_CTRL4: 제1 내지 제4 제어 저항

Claims

릴레이 동작 신호의 입력에 의해 턴 온되어 릴레이 코일로 흐르는 전류의 경로를 형성하는 프리차지(Pre-Charge) 스위치와, 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류를 제한하기 위한 전류 제한 저항을 포함하여, 상기 릴레이 코일에 대한 프리차지 릴레이 접점과 스위칭 접점을 접속시키는 프리차지부;
상기 릴레이 동작 신호에 의해 순차적으로 충전되는 복수의 충전 소자를 통해 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 크기를 조절하기 위한 전류 지령 신호를 생성하는 전류 지령 신호 생성부; 및
상기 전류 지령 신호에 종속적으로 온오프 동작이 제어되어 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 크기를 조절하는 메인 스위치를 포함하여, 상기 릴레이 코일에 대한 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점을 접속시키는 전류 제어부;
를 포함하고,
상기 메인 스위치는, 상기 프리차지 스위치와 함께 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 경로를 형성하도록 접속되어 온오프 동작함으로써 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 크기를 조절하고,
상기 릴레이 동작 신호가 입력된 시점으로부터의 제1 시구간에서는 상기 프리차지부의 동작에 의해 상기 릴레이 코일에 저전류가 흐름으로써 상기 프리차지 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점이 접속되고,
상기 제1 시구간 이후, 상기 메인 스위치가 턴 온된 시점으로부터의 제2 시구간에서는 상기 릴레이 코일에 고전류가 흐름으로써 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점이 접속되고,
상기 제2 시구간 이후, 상기 메인 스위치가 턴 오프된 시점으로부터의 제3 시구간에서는 상기 릴레이 코일에 저전류가 흐름으로써 저전력 상태에서 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점이 접속된 상태가 유지되는 것을 특징으로 하는, 릴레이 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 프리차지부는, 상기 릴레이 동작 신호가 상기 프리차지 스위치로 입력되는 경로에 접속되는 입력 저항을 더 포함하고,
상기 전류 지령 신호 생성부는, 상기 릴레이 동작 신호에 의해 충전되는 복수의 커패시터, 및 상기 릴레이 동작 신호가 입력되는 경로 상에 존재하는 복수의 저항을 포함함으로써, 상기 프리차지부가 동작하는 상기 제1 시구간 이후에 동작을 개시하여 상기 전류 지령 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 릴레이 구동 장치.
제2항에 있어서,
상기 전류 지령 신호 생성부는,
상기 릴레이 동작 신호에 의해 충전되는 제1 커패시터와, 상기 릴레이 동작 신호가 상기 제1 커패시터로 입력되는 경로 상에 접속되는 제1 저항을 포함하는 제1 RC 회로부; 및
상기 릴레이 동작 신호에 의해 충전되는 제2 커패시터와, 상기 릴레이 동작 신호가 상기 제2 커패시터로 입력되는 경로 상에 접속되는 제2 저항을 포함하는 제2 RC 회로부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 구동 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 커패시터 및 상기 제1 저항에 따른 제1 시정수는, 상기 제2 커패시터 및 상기 제2 저항에 따른 제2 시정수보다 작고,
상기 전류 지령 신호 생성부는, 상기 제1 및 제2 커패시터의 충전 전압에 대한 배타적 논리합 로직을 통해 상기 전류 지령 신호로서 제1 및 제2 전류 지령 신호를 순차적으로 생성하는 XOR 로직부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 구동 장치.
제4항에 있어서,
상기 XOR 로직부는, 상기 제1 커패시터의 충전이 완료된 시점으로부터 상기 제2 커패시터의 충전이 완료되기까지의 상기 제2 시구간에서는 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점을 접속시키기 위한 제1 전류 지령 신호를 생성하고, 상기 제1 및 제2 커패시터의 충전이 모두 완료된 시점 이후의 상기 제3 시구간에서는 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점의 접속 상태를 유지시키기 위한 제2 전류 지령 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 릴레이 구동 장치.
제5항에 있어서,
상기 전류 제어부는, 상기 제1 전류 지령 신호가 입력되는 경우 상기 메인 스위치가 턴 온되어 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류가 증가되도록 동작함으로써 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점을 접속시키고, 상기 제2 전류 지령 신호가 입력되는 경우 상기 메인 스위치가 턴 오프되어 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류가 감소되도록 동작함으로써 저전력 상태에서 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점의 접속 상태를 유지시키는 것을 특징으로 하는 릴레이 구동 장치.
제6항에 있어서,
상기 전류 제어부는, 상기 전류 지령 신호에 의해 온오프 동작이 제어되는 하나 이상의 제어 스위치를 더 포함하고,
상기 전류 제어부의 메인 스위치는, 상기 각 제어 스위치의 온오프 동작에 종속적으로 동작하여 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 릴레이 구동 장치.
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릴레이 동작 신호의 입력에 의해 턴 온되어 릴레이 코일로 흐르는 전류의 경로를 형성하는 프리차지(Pre-Charge) 스위치와, 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류를 제한하기 위한 전류 제한 저항을 포함하여, 상기 릴레이 코일에 대한 프리차지 릴레이 접점과 스위칭 접점을 접속시키는 프리차지부;
상기 릴레이 동작 신호에 의해 순차적으로 충전되는 복수의 충전 소자를 통해 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 크기를 조절하기 위한 전류 지령 신호를 생성하는 전류 지령 신호 생성부; 및
상기 전류 지령 신호에 종속적으로 온오프 동작이 제어되어 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 크기를 조절하는 메인 스위치를 포함하여, 상기 릴레이 코일에 대한 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점을 접속시키는 전류 제어부;를 이용하여 차량에 적용되는 메인 릴레이를 구동하기 위한 릴레이 구동 방법으로서,
상기 메인 스위치는, 상기 프리차지 스위치와 함께 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 경로를 형성하도록 접속되어 온오프 동작함으로써 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류의 크기를 조절하도록 구성되고,
상기 릴레이 동작 신호가 입력된 시점으로부터의 제1 시구간에서 상기 프리차지부의 동작에 의해 상기 릴레이 코일에 저전류가 흐름으로써 상기 프리차지 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점이 접속되는 제1 과정과,
상기 제1 시구간 이후, 상기 메인 스위치가 턴 온된 시점으로부터의 제2 시구간에서 상기 릴레이 코일에 고전류가 흐름으로써 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점이 접속되는 제2 과정과,
상기 제2 시구간 이후, 상기 메인 스위치가 턴 오프된 시점으로부터의 제3 시구간에서 상기 릴레이 코일에 저전류가 흐름으로써 저전력 상태에서 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점이 접속된 상태가 유지되는 제3 과정이 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 릴레이 구동 방법.
제10항에 있어서,
상기 프리차지부는, 상기 릴레이 동작 신호가 상기 프리차지 스위치로 입력되는 경로에 접속되는 입력 저항을 더 포함하고,
상기 전류 지령 신호 생성부는, 상기 릴레이 동작 신호에 의해 충전되는 복수의 커패시터, 및 상기 릴레이 동작 신호가 입력되는 경로 상에 존재하는 복수의 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는, 릴레이 구동 방법.
제11항에 있어서,
상기 전류 지령 신호 생성부는,
상기 릴레이 동작 신호에 의해 충전되는 제1 커패시터와, 상기 릴레이 동작 신호가 상기 제1 커패시터로 입력되는 경로 상에 접속되는 제1 저항을 포함하는 제1 RC 회로부; 및
상기 릴레이 동작 신호에 의해 충전되는 제2 커패시터와, 상기 릴레이 동작 신호가 상기 제2 커패시터로 입력되는 경로 상에 접속되는 제2 저항을 포함하는 제2 RC 회로부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 구동 방법.
제12항에 있어서,
상기 제1 커패시터 및 상기 제1 저항에 따른 제1 시정수는, 상기 제2 커패시터 및 상기 제2 저항에 따른 제2 시정수보다 작고,
상기 전류 지령 신호 생성부는, 상기 제1 및 제2 커패시터의 충전 전압에 대한 배타적 논리합 로직을 통해 상기 전류 지령 신호로서 제1 및 제2 전류 지령 신호를 순차적으로 생성하는 것을 특징으로 하는, 릴레이 구동 방법.
제13항에 있어서,
상기 제1 커패시터의 충전이 완료된 시점으로부터 상기 제2 커패시터의 충전이 완료되기까지의 상기 제2 시구간에서 수행되는 상기 제2 과정에서, 상기 전류 지령 신호 생성부는, 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점을 접속시키기 위한 제1 전류 지령 신호를 생성하고,
상기 제1 및 제2 커패시터의 충전이 모두 완료된 시점 이후의 상기 제3 시구간에서 수행되는 상기 제3 과정에서, 상기 전류 지령 신호 생성부는, 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점의 접속 상태를 유지시키기 위한 제2 전류 지령 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 릴레이 구동 방법.
제14항에 있어서,
상기 전류 제어부로 상기 제1 전류 지령 신호가 입력되는 상기 제2 과정에서, 상기 전류 제어부는, 상기 메인 스위치가 턴 온되어 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류가 증가되도록 동작함으로써 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점을 접속시키고,
상기 전류 제어부로 상기 제2 전류 지령 신호가 입력되는 상기 제3 과정에서, 상기 전류 제어부는, 상기 메인 스위치가 턴 오프되어 상기 릴레이 코일로 흐르는 전류가 감소되도록 동작함으로써 저전력 상태에서 상기 메인 릴레이 접점과 상기 스위칭 접점의 접속 상태를 유지시키는 것을 특징으로 하는, 릴레이 구동 방법.