KR20000013324U - 전류 제어 방식의 비례 솔레노이드 구동 회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 비례 솔레노이드 구동 회로에 관한 것으로서, 비교기(31)는 션트 저항(R32)에 의하여 전압으로 변환된 비례 솔레노이드 코일(33)의 전류를 증폭한 증폭기(35)의 전압과 마이컴(30)의 출력 전압을 비교하여 트랜지스터(Q31,Q32)의 구동을 제어하기 위한 로직 로우/하이의 스위칭 신호를 출력하나, 증폭기(35)의 출력 전압은 평활용 캐패시터(C32)의하여 평활 되어 비교기(31)에 제공되며, 비교기(31)는 비반전 단자(+)와 출력단 사이에 캐패시터(C33)가 연결되어 있어 비반전 단자(+)에 제공되는 마이컴(30)의 전압은 반전 단자(-)에 제공되는 전압에 대비하여 평활 된다.

즉, 증폭기(35)의 출력 전압의 변동은 평활용 캐패시터(C32)에 의하여 캐패시터가 존재하기 전보다 작게 되며, 이에 따라 비교기(31)가 마이컴(30)의 출력 전압과 증폭기(35)의 출력 전압 차에 따라 로직 하이, 로우를 변환시켜 출력하는 스위칭 신호의 주파수는 이전 보다 대폭 감소되므로, 스위칭용 트랜지스터(Q32)의 발열을 방지할 수 있다.

Description

전류 제어 방식의 비례 솔레노이드 구동 회로(CIRCUIT FOR DRIVING SOLENOID)

본 고안은 자동차의 비례 솔레노이드 구동 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구동 회로내 트랜지스터의 발열을 방지할 수 있는 전류 제어 방식의 비례 솔레노이드 구동 회로에 관한 것이다.

비례 솔레노이드는 솔레노이드 코일에 인가되는 전류량에 대응하여 솔레노이드 코일내의 자석봉을 이동시키는 솔레노이드를 지칭하는 것으로서, 종래 자동차에서 사용되는 비례 솔레노이드 구동 회로는 펄스 폭 변조( PWM) 제어 방식과 전류 제어 방식으로 크게 구분된다.

PWM 제어 방식은 PWM 펄스로 트랜지스터의 구동을 제어함으로써 비례 솔레노이드에 인가되는 전류량을 제어하는 방식으로 도 1에 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 PWM 제어 방식에서는 마이컴(10)의 PWM 펄스에 의하여 스위칭용 트랜지스터(Q1, Q2)를 구동시키고, 이 트랜지스터(Q2)의 구동에 따라 비례 솔레노이드 코일(13)에는 소정 전류가 제공된다. 즉, 비례 솔레노이드(13)에는 PWM펄스의 펄스 폭에 대응하는 전류가 제공되는 것이다.

비례 솔레노이드(13)에 제공된 전류는 션트용 저항(R2)을 통하여 전압으로 변환된 후, 저항(R3)및 캐패시터(C1)로 구성되는 로우 패스 필터(14)를 통해 필터링된다.

로우 패스 필터(14)로부터의 전압은 증폭기(15)에서 소정 증폭 율로 증폭되어 마이컴(10)에 제공된다. 여기서, 캐패시터(C2)는 리플 제거용이며 다이오드(D1)는 역전류 방지용이다.

마이컴(10)은 내부에 아날로그/디지탈 변환기를 구비하고 있어 증폭기(15)로부터의 전압을 디지탈 신호로 변환시킨 후, 이 전압을 이용하여 비례 솔레노이드 코일(13)에 적절한 전류가 제공되고 있는가를 판단한다. 즉, 마이컴(10)은 현재 출력중인 PWM 펄스에 의하여 비례 솔레노이드 코일(13)에 적절한 전류가 제공되고 있는지를 증폭기(15)로부터의 전압을 이용하여 판단하는 것이다.

한편, 비례 솔레노이드 코일(13)에 제공되는 전류는 외부 전원(Vcc)의 변화, 온도 변화에 따라 가변되나, 도 1의 방식에서는 상술한 바와 같이 비례 솔레노이드 코일(13)로부터 귀환되어 제공되는 전류(전압)로 PWM 펄스 폭을 변화시킴으로써 마이컴(10)은 솔레노이드 코일(13)에 적절한 전류량 즉, 의도하였던 전류량이 제공되도록 제어할 수 있다.

이러한 도 1의 회로에서는 PWM 펄스의 주파수를 100-1000Hz미만의 주파수를 사용하므로 트랜지스터(12)의 온/오프 속도가 낮아 트랜지스터의 발열이 거의 발생하지 않으므로 효율적이라 볼 수 있다. 그러나, 이러한 제어를 위하여 마이컴(10)은 PWM 펄스 발생 및 제어 기능과 아날로그/디지탈 변환기를 내장하고 있어야 하므로 그 제작 단가가 높다는 문제가 있다.

펄스 폭 변조 제어 방식의 문제점을 해결하기 위한 것이 전류 제어 방식으로서, 도 2에 도시하였다.

도 2에 도시된 바와 같이 전류 제어 방식에서 마이컴(20)은 아날로그 상태의 전압을 비교기(21)에 제공하며, 비교기(21)는 증폭기(25)로부터 제공되는 전압과 마이컴(20)의 전압을 비교하여 하이 또는 로우의 스위칭 신호를 트랜지스터(Q21)에 제공한다. 여기서, 증폭기(21)에는 션트 저항(R22)에 의하여 전압으로 변환된 비례 솔레노이드 코일(23)의 전류가 제공되므로, 결국 비교기(21)는 마이컴(20)의 인가 전압과 증폭기(25)에서 증폭된 비례 솔레노이드 코일(23)의 전압을 비교하여 트랜지스터(Q21, Q22)를 선택적으로 구동시킨다. 이때, 트랜지스터(Q22)의 온 시간이 길면 즉, 비교기(21)의 하이 레벨 시간이 길면 트랜지스터(Q22)를 통하여 비례 솔레노이드 코일(23)에 제공되는 전류량은 증가하므로 비교기(21)는 결국 마이컴(20)의 인가 전압에 따른 적절한 시간 간격으로 하이 로직을 출력하고, 이에 따라 솔레노이드 코일(23)에는 마이컴(20)의 출력 전압에 대응하는 전류가 흐르게 된다.

한편, 부호(24)는 로우 패스 필터를 의미하며 이 로우 패스 필터(24)는 종래와 동일한 기능을 행한다.

상술한 설명에서와 같이 전류 제어 방식의 비례 솔레노이드 구동 회로는 마이컴(20)으로부터의 아날로그 전압만으로 비례 솔레노이드 코일(23)에 제공되는 전류를 제어할 수 있으므로 마이컴(20)의 구성에 있어서 PWM 제어 기능과 아날로그/디지탈 변환 기능을 삭제할 수 있어 제작 단가가 절약된다는 장점이 있다.

그러나, 이 방식은 마이컴(20)으로 제어하고자 하는 전류의 량과 피드백 되는 전류의 량(증폭기(25)의 출력)을 비교기(21)로 비교하여 트랜지스터(Q21, Q22)의 구동을 제어하므로 결국 트랜지스터(Q21, Q22)는 수십MHz의 스위칭을 행하게 된다. 따라서, 비례 솔레노이드 코일(23)에 전류를 제공하는 트랜지스터(Q22)에는 많은 열이 발생하는 문제가 발생하며, 열을 냉각하기 위하여 별도의 큰 방열판이 필요하므로 비례 솔레노이드 구동 회로의 크기가 대형화되고, 원가가 상승한다는 문제가 발생한다.

본 고안은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전류 제어 방식을 이용한 비례 솔레노이드 구동 회로에서 비례 솔레노이드 코일에 전류를 제공하는 트랜지스터의 동작 속도를 줄임으로써 트랜지스터에서 발생하는 열을 감소시킨 전류 제어 방식의 비례 솔레노이드 구동 회로를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 비례 솔레노이드 코일에 제공되는 전류량에 따라 자석봉을 이동시키는 전류 제어 방식 비례 솔레노이드 구동 회로로서, 비례 솔레노이드를 구동시키기 위한 소정의 전압을 출력하는 마이컴과; 비례 솔레노이드 코일로부터의 전류를 전압으로 변환시키는 션트 저항과; 션트 저항의 전압을 소정률 증폭시키는 증폭기와; 증폭기의 출력 전압을 평활 하는 평활용 제 1 캐패시터와; 비반전단자와 출력단 사이에 평활용 제 2 캐패시터가 연결되어 있으며, 비반전 단자에 제공되는 마이컴의 제공 전압과 반전 단자에 제공되는 제 1 캐패시터로부터의 제공 전압을 비교하여 스위칭 신호를 출력하는 비교기와; 스위칭 신호에 따라 구동하는 제 1 스위칭용 트랜지스터와; 제 1 트랜지스터의 구동에 따라 구동하여 비례 솔레노이드 코일에 전류를 제공하는 제 2 스위칭용 트랜지스터를 구비한다.

도 1은 종래 PWM 제어 방식의 비례 솔레노이드 구동 회로도,

도 2는 종래의 전류 제어 방식의 비례 솔레노이드 구동 회로도,

도 3은 본 고안에 따른 전류 제어 방식의 비례 솔레노이드 구동 회로도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

30 : 마이컴 31 : 비교기

C32, C33 : 캐패시터 Q31, Q32 : 트랜지스터

이하, 본 고안의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 고안에 따른 비례 솔레노이드 구동 회로도로서 캐패시터(C32,C33)가 추가된 것 외에는 도 2에 도시된 전류 제어 방식의 비례 솔레노이드 구동 회로와 동일함을 알 수 있다.

즉, 마이컴(30)은 아날로그 상태의 전압을 비교기(31)에 제공하며, 비교기(31)는 션트 저항(R32)에 의하여 전압으로 변환된 비례 솔레노이드 코일(33)의 전류를 증폭한 증폭기(35)의 전압과 마이컴(30)의 출력 전압을 비교하여 트랜지스터(Q31,Q32)의 구동을 제어하기 위한 로직 로우/하이의 스위칭 신호를 출력한다.

이때, 증폭기(35)의 출력 전압은 평활용 캐패시터(C32)의하여 평활 되어 비교기(31)에 제공되며, 비교기(31)는 비반전 단자(+)와 출력단 사이에 캐패시터(C33)가 연결되어 있어 비반전 단자(+)에 제공되는 마이컴(30)의 전압은 반전 단자(-)에 제공되는 전압에 대비하여 평활된다.

즉, 증폭기(35)의 출력 전압의 변동은 평활용 캐패시터(C32)에 의하여 캐패시터가 존재하기 전보다 작게 되며, 이에 따라 비교기(31)가 마이컴(30)의 출력 전압과 증폭기(35)의 출력 전압 차에 따라 로직 하이, 로우를 변환시켜 출력하는 스위칭 신호의 주파수는 이전 보다 대폭 감소된다. 또한, 비교기(31)에 구성된 캐패시터(C33)에 의하여 비반전 단자(+)와 반전 단자(-)사이의 전압 변동 폭이 캐패시터가 존재하기 전보다 작게 되므로, 이에 따라 비교기(31)가 마이컴(30)의 출력 전압과 증폭기(35)의 출력 전압 차에 따라 로직 하이, 로우를 변환시켜 출력하는 스위칭 신호의 주파수는 이전 보다 대폭 감소된다.

본 고안자의 실험에 의하면 캐패시터(C32, C33)를 22nF로 구성한 경우에 스위칭 신호의 주파수는 약 500MHz가 되었으며, 이것과 종래의 스위칭 주파수를 비교하면, 캐패시터(C32, C33)를 부가함으로써 스위칭 신호의 주파수가 대폭 감소됨을 알 수 있다.

이와 같이 스위칭 신호의 주파수가 감소되면, 트랜지스터(Q32)의 구동 주파수 역시 대폭 감소됨으로써 트랜지스터(Q32)의 발열량은 종래에 비하여 대폭 감소함을 알 수 있다.

이와 같이 본 고안에서는 전류 제어 방식의 비례 솔레노이드 구동 회로에서 비교기와 증폭기에 평활용 캐패시터를 부가함으로써 비례 솔레노이드 코일(33)에 전류를 제공하는 트랜지스터(Q32)의 스위칭 주파수가 대폭 감소하여 트랜지스터(Q32)의 발열량을 대폭 감소시킬 수 있다.

이와 같이 본 고안에서는 비례 솔레노이드 코일에 전류를 제공하는 트랜지스터의 방열에 대비한 별도의 방열판을 구성할 필요가 없게 되어, 전류 제어 방식의 비례 솔레노이드 구동 회로의 제작 단가를 대폭 감소시킬 수 있으며, 소형화 할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 비례 솔레노이드 코일에 제공되는 전류량에 따라 자석봉을 이동시키는 전류 제어 방식 비례 솔레노이드 구동 회로로서,

   비례 솔레노이드를 구동시키기 위한 소정의 전압을 출력하는 마이컴과;

   상기 비례 솔레노이드 코일로부터의 전류를 전압으로 변환시키는 션트 저항과;

   상기 션트 저항의 전압을 소정률 증폭시키는 증폭기와;

   상기 증폭기의 출력 전압을 평활 하는 평활용 제 1 캐패시터와;

   비반전단자와 출력단 사이에 평활용 제 2 캐패시터가 연결되어 있으며, 상기 비반전 단자에 제공되는 마이컴의 제공 전압과 반전 단자에 제공되는 상기 제 1 캐패시터로부터의 제공 전압을 비교하여 스위칭 신호를 출력하는 비교기와;

   상기 스위칭 신호에 따라 구동하는 제 1 스위칭용 트랜지스터와;

   상기 제 1 트랜지스터의 구동에 따라 구동하여 상기 비례 솔레노이드 코일에 전류를 제공하는 제 2 스위칭용 트랜지스터를 구비하는 전류 제어 방식 비례 솔레노이드 구동 회로.