KR20000053348A - 삼상전류 발생기의 출력전압 조절 장치 - Google Patents

삼상전류 발생기의 출력전압 조절 장치 Download PDF

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Abstract

삼상전류 발생기의 출력전압을 조절하기 위한 장치가 개제되어 있으며 이 장치에서는, 발생기가 여기 다이오드없이 셋팅되며, 여자전류는 발생기의 정류기 브리지에 의해 전달된다. 여자전류는 제 1 통합 스위치회로에 의해 조절된다. 부가적으로 통합 스위치회로(IS2)에 의해 제어되는 스마트-파워-하이-사이드-스위치가 여자전류회로 내부에 있다.

Description

삼상전류 발생기의 출력전압 조절 장치{Device for setting the output voltage in a three-phase alternator}
오늘날 일반적으로 사용되고 있는 자동차의 전압공급시스템에서는 삼상전류발생기를 이용한다. 그 여자전류는 전압조절기를 사용해서 발생기의 출력전압이 소정의 사전에 주어진 치수에 머무르도록 조절된다. 제 1 스위칭방법에서는 여기다이오드를 써서 여자(여기)전류를 발생시킨다. 이 때 상기 여자전류는 전압조절기의 제어부에 의해 제어된다. 이와 같은 자동차 내에 쓰이는 전압공급시스템은 D+시스템으로도 불리우는데, 이에 대한 예는 독일 특허 DE OS 34 02 288호에 공지되어 있다.
자동차들에 쓰이는 다른 전압공급시스템에는 여기코일이 발생기 출력단 B+에 연결되어 있어, 이 출력단에 발생기에서 발생된 출력전압이 인가된다. 이러한 여자전류는 B+-시스템에서는 전압조절기를 사용하여 조절한다. 이 전압조절기는 이른바 다기능조절기로서 구성되어 있으며, 입력된 정보들에 따라 상기 발생기의 B+ 터미널에 인가된 출력전압이 일정하게 기대값을 가질 수 있도록 상기 전압조절기의 제어부에 의해 제어되는 파워 트랜지스터를 포함하고 있다. 이와 같은 발생기-전압조절기-시스템에는 여기다이오드가 필요치 않다. 발생기-전압조절기-시스템, 즉 다기능조절기를 포함하고 있으며 여기다이오드가 없는 시스템에 관한 예로는 독일 특허출원 DE-P 19 532 297.5호에 공지되어 있다.
본 발명은 독립항의 유형에 따르는, 삼상전류 발생기의 출력전압을 조절하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 삼상전류 발생기를 도시한 도면.
도 2는 조절기의 보충회로도를 도시한 도면.
본 발명의 효과
청구항 1항의 요지를 포함하는, 본 발명의 삼상전류 발생기 출력전압 조절장치는 D+-조절기를 사용했을 때에도 역시 여기다이오드들을 생략할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 종래의 D+-조절기들에서 시작하여 마찬기지로 기존 B+-전압조절기와도 병용할 수 있는 그러한 발생기-전압조절기-시스템을 구성할 수 있는 것이다. 특히 매우 적은 정전기 억셉턴스를 얻어낼 수 있다는 점이 효과적이다.
특히 시스템오류가 발생했을 시에 이어지는 손상으로부터 보호되어 있기 때문에 예를 들어 비조절 완전여기로 인해 밧데리가 타버리는 것을 방지할 수 있다는 점이 효과적이다. 또한 비조절 완전여기시에 인식해서 완전여기동작을 종료시킬 수 있도록 하는 긴급조절동작을 수행할 수 있다는 점이 효과적이다. 또한 부하-덤프-경우에 전압저항력이 높다. 특히 대역단속(field short connection)시에, 특히 예를 들면 여기코일이 잘못된(aberrant) 물질결합되었을 경우 보호를 할 수 있다는 점이 효과적이다.
상기한 바와 같은 효과들은 청구항 1항의 요지를 포함하는 삼상전류 발생기 출력전압조절 장치를 통해서 성취된다. 이러한 장치에서는 종래의 D+-조절기, 일반적으로는 모노리토조절기-IC를 포함하고 있는 종래의 D+-조절기가 이른바 스마트-파워-하이-사이드-스위치에 의해서 상기 발생기 B+ 터미널에 연결된다. 이러한 스위치는 특히 통합 주변장치가 달린 MOS-트랜지스터로서 구성되며 이차 통합 스위칭회로를 말한다. 여자전류는 스위치와 여기코일과 조절트랜지스터를 거쳐 흘러 접지된다. 두 개의 통합된 스위치회로를 사용해서 독립적으로 입력된 정보에 따라서 따로따로 상기 여기코일을 통해 상기 전류에 간섭을 줄 수 있다.
본 발명의 다른 효과들은 종속항에 게재된 다른 구성들을 통해 성취가능하다.
도 1에 도시된 삼상전류 발생기(10)는 자동차의 구동용으로 정해져 있으며 조절기(11)와 연동한다. 상기 삼상전류 발생기(10)의 출력전압은 UB+로 불리우며 B+터미널로 인가되어 본넷(12)을 유지하는 역할을 한다.
삼상전류 발생기(10)는 통상적으로 공통 중심점(Mp)에 연결되어 있는 세 개의 고정자 코일(U, V, W)을 포함하고 있다. 상기 코일(U, V, W)은 정류기 브리지(13)에 연결되어 있으며 상기 브리지는 제너다이오드(14,15,16,17,18,19)를 포함하고 있으며 접지와 터미널(B+)과의 사이에 놓여 있다. 상기 삼상전류 발생기(1)의 다른 하나의 구성부로서는 여기코일(E)이 있다. 이 코일은 조절기(11)와 연결상태에 있다. 상기 자동차의 본넷(12)은 적어도 하나의 밧데리(20)를 포함하고 있는데, 이 밧데리의 양극은 상기 삼상전류 발생기(13)의 터미널(B+)에 연결되어 있는 반면, 그 음극은 접지되어 있다. 밧데리(20)는 스위치(21,22,23)를 거쳐 본넷(12)의 소모기와 연결가능한데, 여기서는 단지 상기 소모기(24) 뿐만 아니라 스타터(25)도 도시되어 있다. 또한 충전(전하) 조절램프(26)뿐만 아니라 릴레이(27)도 있으며 여기서 상기 충전 조절램프(26)는 스위치(21,22)들과 연결되어 있고, 릴레이(27)는 조절기(11)의 터미널(L)로 이어진다.
조절기(11), 즉 브러쉬 홀더(28)를 거쳐 네 개의 터미널 B+, L, DF, V를 거쳐 삼상전류 발생기(10)와 연결되는 조절기는 두 개의 통합 스위치 회로 IS1, IS2와 아울러 하나의 파워트랜지스터(29), 하나의 다이오드(30)와 하나의 전계효과 트랜지스터(31)를 포함하고 있다. 이 전계효과 트랜지스터(31)는 이 때 스위치로서 스위칭된다. 상기 트랜지스터는 상기 브러쉬홀더(28)의 터미널(B+)과 삼상전류 발생기의 여기코일로 들어가는 터미널(L)과의 사이에 놓여 있다. 상기 전계효과 트랜지스터(31)의 제어는 통합된 스위치 회로 IS2에 의해 이루어진다. 조절 트랜지스터(29)는 컬렉터 단자가 일반적인 방식대로 터미널(DF)를 거쳐 삼상전류 발생기(10)의 여기코일(E)과 연결되어 있다. 조절 트랜지스터(29)의 에미터 단자는 터미널(B-)을 거쳐 접지된다. 상기 조절트랜지스(29)의 제어는 통합 스위치회로(IS1)에 의해서 수행된다. 이를 위해 상기 통합 스위치회로(IS1)에는 조절에 필요한 상대 값들이, 예를 들어 여자전류에 관계된 정보들이 터미널(DF)을 거쳐서, 그리고 삼상전류 발생기의 출력전압과 관계된 정보들은 브러쉬 홀더(28)의 터미널(B+S)을 거쳐서, 그리고 또하나의 전하조절 램프의 상태에 관한 정보는 터미널(L)을 거쳐 입력된다. 다이오드(30)는 끝에 터미널(L)과 (LF)와의 사이에 놓여 있는데, 이 다이오드는 전계효과 트랜지스터(31)에서 조절트랜지스터(29)로 전류가 직접 단속되는 것을 막아야만 한다. 도 1에 도시된 실시예에서 상기 조절기(11)도 역시 요즘 구성방식의 D+- 조절기로, 특히 도면부호 IS1로 표시된 모노리토조절기 IC로 구성되어 있다. 상기 통합 스위치회로(IS1)는 스마트-파워-하이-사이드-스위치를 거쳐, 특히 통합 주변장치 PPS가 달린 MOS-트랜지스터를 거쳐 발생기의 터미널(B+)에 스위칭된다. 전계효과 트랜지스터(31)로의 통합 주변장치는 통합 스위치회로(IS2)로 표시되어 있다.
상기 통합 스위치회로(IS1)는 조절전압에 맞추어 조절동작을 할 시에 발생기 터미널(B+)와 일차값 인식부 사이에서 통합 스위치회로(IS2)를 이용해 전압을 떨어뜨리는데 적합하다. 이러한 전압강하는 충분히 적은 통과저항을 선택함으로써 낮게 유지된다. 예를 들어 이러한 차원화(dimensioning)는 저항이 스위칭상태" EIN" RDSON에서 동일하게 40 mΩ에 달하도록 이루어진다. 상기 전압강하분(UDS)은 전류가 5.5A일때는 220mV보다 작다.
통합 스위치회로(IS2)는 주로 전압(UV)으로 제어된다. 또한 양전압/음전압인식을 위한 전압(UB+) 평가동작을 수행한다. 또한 전류(IDS)가 단속되었는지를 인식하기 위해서 평가되며, 경우에 따라서는 점화스위치(21)가 닫혔는지를 알아내기 위해 전압(UL)도 평가되기도 한다. 램프성능이 적을 때는, 그리고 충전 조절램프(26)도, 예를 들어, LED로 구성되어 있을 경우에는 부가적으로 예비여자전류를 증가시킨다. 초과온도에 관계된 정보가 입력되면 상기 초과온도 "스위치오프"를 해제시킬 수 있다.
점화 스위치가 열려 있는 경우, 전압(UV)은 거의 "0"이다. 통합 스위치회로(IS2)는 스위치오프된다. 인가된 정전기는 100 마이크로암페어보다 적다. 삼상전류 발생기(10)의 정류기 브리지(13)의 주 전류 다이오드들(14-19)의 실제 간섭전류를 보상하기 위해서 전류도통을 접지시킨다.
점화 스위치가 닫혀 있는 경우 그리고 모터가 정지상태에 있다면 예비여기, 역시 여자전류의 여기코일 안으로의 공급은 충전 조절램프(26)를 거쳐 수행된다. 통합 스위치회로(IS2)는 스위치 오프되고 그 비율은 종래의 D+- 조절기 시스템에서의 비율에 해당한다. 소정의 예비여자전류로 조절하기 위해서 부가적으로 상기 통합 스위치회로(IS2)를 일부 온(ON) 시켜 구동하는 것이 가능하다.
모터를 시동걸기 위해서는 통합 스위치회로(IS2)가 스위치 온되어 전압(UV)는 내부의 조절된 한계값을 초과하게 된다. 이때의 평가는 예를 들어 예각 균형장치를 사용해서 수행한다. 대체적으로 또는 부가적으로 회전수 평가 내지 주파수 평가 및 그와 잇달아 일어나는 상기 통합 스위치회로(IS2)의 스위치-온 동작이 가능해진다. 모터 연결이 끊기면 상기 통합 스위치회로(IS2)가 스위치-오프된다.
상기 통합 스위치회로(IS1)가 알맞게 구성되어 있는 경우에는 밧데리 매개변수들을 조사하여 저장하는 것이, 예를 들어, 밧데리온도 또는 밧데리전압 또는 밧데리 충전상태들을 조사하여 저장하는 것이 가능하다. 또하나의 부가기능 등을 구현할 수도 있다. 정상적인 조절동작시에 상기 통합 스위치회로(IS2)는 상기 통합 스위치회로(IS1) 이외에도 하나의 릴레이(27) 또는 회로(23)를 터미널(B+)를 향하여 스위칭시켜 이로써 다른 소모기가 "스위칭-온"될 수 있도록 한다.
도 1에 도시된 전압조절 장치를 통해 일련의 오류가 일어났는지의 경우를 인식할 수 있으며 오류가 발생한 경우에는 보호방법들을 적용한다. 개별적으로 이하의 오류들로 인해 영향을 받지 않도록 방지되어 있다.
1. 밧데리(20)의 반전
밧데리(20)가 반전되고, 역시 밧데리 극(+,-)들로의 터미널이 바뀌었을 경우에 상기 발생기와 전압조절기는 주전류다이오드 내지는 제너다이오드를 통해 보호된다. 전류제한은 릴레이 저항을 통해 수행된다.
2. 부하스위치-오프
터미널(B+) 및/또는 터미널(V)에의 전압이 통합 스위치회로(IS2) 내에 설정되어 있던 기준전압 한계값을 초과하면, 상기 통합 스위치회로(IS2)는 전계효과 트랜지스터(31)를 스위치-오프시키고 조절기를 보호한다. 터미널(L)의 전압은 전압(UB+), 충전 조절램프(26)의 저항, 릴레이(27)의 저항과 아울러 조절기(11)의 내부저항(Ri)들로 결정된다. 전압(UL)의 결정은 도 2에 도시된 회로를 통해 이루어진다. 이 회로에서 전압(UB+)는 전압소스로서 나타난다. 또한 램프(26)의 저항은 (R26)으로 표시되어 있고, 상기 조절기의 내부저항은 (Ri)로 표시되어 있다. 저항(RL)은 부하저항이다.
상기 조절기(IS1)의 내부저항(Ri)이 60Ω에 달하면 그리고 4-와트-충전 조절램프의 내부저항이 36Ω에 달하면, 그리고 릴레이저항이 없으면 전압(UL)은 21V가 되고 나아가 전압(UB+)은 34V에 달한다. 이는 곧 역시 28V의 조절기(11)를 본넷에 이용하는 것이 또는 상기 IS1의 내부저항이 적절하게 맞춰진 경우에는 UB+(max)=80V을 본넷에 이용하는 것이 가능하다는 것을 의미한다. 따라서 전압강하가 너무 크게 일어나면 충전 조절램프가 파괴될 수도 있기 때문에 상기한 바와 같은 조처는 무엇보다도 램프로 인해서 너무 높은 전압강하가 일어나지 않도록 하는 역할을 한다.
IS2내의 양전압 평가회로는 본넷 내부의 부분 부하스위치-오프로 인해 충전 조절램프가 켜지는 일이 없도록 설계되어 있다. 통합 스위치(IS2)의 터미널(V-)은 고저항으로 보호된다.
3. 터미널(L)의 접지로의 단속
전류제한 내지 전류단속은 통합 스위치(IS2)내부에서 수행된다. 충전 조절램프는 켜지고 점화 스위치는 스위치 온되며 동작중에는 여기가 일어나지 않는다.
4. 터미널(L)에서 터미널(B+)로의 단속
전압이 낮을 때는 정상적인 조절동작이 수행된다. 충전 조절램프는 켜지지 않으며 점화 스위치는 스위치-온된다.
5. IS2 내부의 인버스 다이오드를 통한 터미널(L)에의 양전압 임펄스는 전압이 터미널(B+)의 전압으로 고정되어 있고 따라서 양전압 임펄스는 다른 부정적인 영향을 받지 않게 된다.
6. 터미널(L)로의 마이너스 전압 임펄스
접지로의 조정은 IS1의 인버스 다이오드에 의해 수행된다.
7. 터미널(DF)와 접지 간의 단속
발생한 양전압은 검색되고 IS2는 스위치-오프된다. 레스트(rest)여기는 충전 조절램프(26)와 연결되도록 함으로써 충전 조절램프를 켠다. 히스테리시스회로를 사용하여 IS2를 통한 긴급 조절동작이 가능하다. 오류가 일어나면, 오늘날 통상적으로 사용하는 조절기에서는 비조절 전압상승을 초래하여 밧데리에 손상을 가하게 된다.
8. 터미널 DF와 터미널 L 간의 단속
IC1은 IS2에 의해 실행된 전류제한 내지 전류 스위치-오프로 보호된다. 탈여기동작 후에는 전압(UV)이 IS2 내부 스위치오프 한계값보다 작다. 표시는 충전 조절램프가 한다.
9. 터미널 DF에서 터미널 B+로의 단속
이와 같은 단속은 필드스텝(field step)을 파괴하게 된다. 표시는 IS1의 내부저항 변화에 의해 수행된다. 단속고정된 필드스텝을 보충함으로써 이상과 같은 파괴는 도 1에 도시된 방법의 확대된 버전으로 방지 가능하다.
10. 터미널 B+에서 접지로의 단속
B+와 접지간의 단속시에 본넷전압도 함께 파괴된다. 조절기의 손상은 발생하지 않는다.
11. 터미널 V에서 접지로의 단속
이상과 같은 단속동작 시에, 상기 IC2는 스위치-오프된다. 전계효과 트랜지스터(31)을 통한 전류의 흐름은 종료되고, 다음으로 상기 충전 조절램프(26)에 의한 오류 표시동작이 이어진다.
12. 터미널 V과 터미널 B+간의 단속
조절기는 또한 터미널 V, B+에서의 전압 크기에 맞추어 동작한다.
13. 터미널 V와 터미널 L간의 단속
IS2는 전류제한 내지 IS2내에서 자체적으로 수행되는 전류 스위치오프를 통해 보호된다.
14. 터미널 V와 터미널 DF간의 단속
이와 같은 단속은 필드스텝의, 그리고 역시 트랜지스터(29)의 파괴로 이어진다. 그와 같은 파괴는 통합 스위치회로(IC1)안의 내부저항 변화를 통해 표시된다.
15. 터미널 B+에의 파괴
터미널 B+와 본넷간의 연결이 파괴되면, 충전 조절램프를 통한 표시와 상기 충전 조절램프(26)에 의해 야기되는 일부회로에 의한 발생기의 부분 여기동작이 이어진다.
16. 접지선의 파괴
어떠한 조절기능도 불가능하다. 표시는 터미널(V)에 의해 가능하다.
17. 터미널 V에의 파괴
터미널 V가 파괴되면 충전 조절램프(26)에 의한 표시와 상기 충전 조절램프를 거쳐 이어지는 회로 일부를 통한 부분 여기동작이 수행된다.
18. 발생기에의 클램프 L 파괴
통합 스위치회로(IS1)의 내부저항(Ri) 때문에 충전 조절램프(26)에 의한 표시동작이 수행된다.
19. 터미널 L 외부의 파괴
표시동작이 일어나지 않는다. 발생기의 시동회전수는 잘못된 예비 여기동작의 결과로 증가한다. 시동회전수에 도달한 후에 정상적인 발생기조절동작이 수행된다.
20. 터미널 DF에의 파괴
발생기의 여기는 불가능하다. 그 이유는 여기코일(E)로 전류가 흐를 수 없기 때문이다. 표시기능은 통합 스위치회로의 내부저항(Ri)에 의해 수행되고, 상기 내부저항으로 인해 충전 조절램프(26)가 반응한다. 정상적인 조절동작 시에 아크전기는 가능하고, 조절기의 파괴는 불가능하다.

Claims (5)

  1. 고정자코일들과, 제 1 통합 조절스위치회로를 사용한 제어단계와 조절트랜지스터를 사용한 전력공급단계로 이루어진 전압조절기가 구비된 여기코일을 포함하는 삼상전류 발생기에서, 상기 조절트랜지스터의 전류인가를 위한 제어단계는 상기 여기코일에 의해서 출력전압이 소정의 미리 주어진 값을 유지하도록 하는 방식으로 이루어지는 삼상 전류 발생기 출력전압 조절장치에 있어서,
    상기 제 1 통합 스위치회로(IS1)는 삼상전류 발생기(10)의 터미널(B+)로 가는 반도체-스위치에 의해 스위칭가능하며, 여기서 상기 반도체-스위치는 스마트-파워-하이-사이드-스위치(31)를 제어하는 통합 스위치회로(IS2)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 삼상전류 발생기 출력전압 조절장치.
  2. 제 1항에 있어서, 삼상전류 발생기는 여기 다이오드없이 셋팅되어 있는 것을 특징으로 하는 삼상전류 발생기 출력전압 조절장치.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 통합 스위치회로(IS1)는 모노리토조절기-IC를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼상전류 발생기 출력전압 조절장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계효과 트랜지스터(31)는 스위치로서 스위칭되는 MOS-트랜지스터인 것을 특징으로 하는 삼상전류 발생기 출력전압 조절장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 통합 스위치회로(IS1) 또는 상기 통합 스위치회로(IS2)는 정보입력을 위해 터미널 B+S, L, DF, D-, V와 연결된 상태인 것을 특징으로 하는 삼상전류 발생기 출력전압 조절장치.
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