KR200316732Y1 - 차량용 발전기의 전압조정기 - Google Patents

차량용 발전기의 전압조정기 Download PDF

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Abstract

본 고안은 차량용 발전기의 전압조정기에 관한 것으로, 상세하게는 배터리의 전압을 직접 측정하여 배터리의 전압을 감지하고, 포토커플러를 이용하여 접지를 분리한 상태에서 계자전류를 공급하는 스위칭부를 제어함으로서, 배터리의 실제 전압을 감지하여 부하에 따라서 발전량을 제어할 수 있는 차량용 발전기의 전압조정기에 관한 것이다.
본 고안에 따른 차량용 발전기의 전압조정기에 의하면, 배터리의 전압을 감지하기 위하여 전압감지부가 배터리에 직접접속되어 배터리의 전압을 직접 측정하므로 와이어의 저항에 의한 전압강하없이 배터리의 전압을 감지하고, 포토커플러를 이용하여 접지를 분리한 상태에서 계자전류를 공급하는 스위칭부를 제어함으로서, 배터리의 실제 전압을 감지하여 부하에 따라서 발전량을 제어할 수 있으며, 그로 인하여 부하가 크거나 작거나 관계없이 배터리의 충전률을 일정하게 제어할 수 있다. 또한 전압감지부로 입력되는 배터리의 전원을 스위칭부로도 공급함으로서 계자전원입력부가 단선되더라도 전압감지부로 입력되는 배터리의 전원에 의하여 정상적으로 동작할 수 있다.

Description

차량용 발전기의 전압조정기
본 고안은 차량용 발전기의 전압조정기에 관한 것으로, 상세하게는 배터리의 전압을 직접 측정하여 배터리의 전압을 감지하고, 포토커플러를 이용하여 접지를 분리한 상태에서 계자전류를 공급하는 스위칭부를 제어함으로서, 배터리의 실제 전압을 감지하여 부하에 따라서 발전량을 제어할 수 있는 차량용 발전기의 전압조정기에 관한 것이다.
자동차에는 기관의 기동장치나 점화장치를 비롯하여 램프류. 에어컨장치 등 많은 전기장치가 있으며, 이러한 전기장치에 전력을 공급하는 전원으로 배터리와 발전기가 있다.
발전기(generator)는 통상 벨트에 의하여 기관에 연결되어 구동되며, 그 발전량은 기관의 회전수에 따라 다르고 발전량이 부하량보다 적은 경우에는 배터리가 전원이 되어 일시 방전한다. 그리고 발전량이 부하량보다 많은 경우에는 발전기만으로 모든 전기장치에 전력을 공급하고 배터리도 발전기에 의해 충전된다.
발전기와 함께 사용하는 전압조정기는 발전기의 계자코일에 흐르는 계자전류를 제어하여, 발전기의 출력전류를 조절한다. 그리하여 각 전기장치에 알맞는 전력을 공급하고, 또 배터리에 규정용량으로 충전하는 기능을 가지고 있으며, 특히 발전기와 전압조정기는 배터리를 충전하는 기능을 가졌기 때문에 충전장치라고도 부른다.
도 1은 종래의 차량용 발전기와 전압조정기의 접속회로도이다.
도 2는 종래의 전압조정기의 상세 회로도이다.
일반적으로 차량용 발전기(A)는 고정되어 있는 전기자코일(11)과 전기자코일(11)과 소정간격 이격되어 있으며 차량의 엔진과 벨트로 연결되어 회전하는 계자코일(12)을 갖고 있는데, 6개의 다이오드로 이루어진 3상정류부(21)가 접속되어 발전된 3상교류를 직류로 변환시킨다. 그리고 3상정류부(21)의 플러스측에는 배터리(BAT)(40)의 플러스 단자가 접속되어 있으며 마이너스측에는 배터리(40)의 마이너스 단자가 접속되어 있다. 계자코일(12)의 일측은 전압조정기(30)의 포트(T)에 접속되어 있으며, 타측은 전압조정기(30)의 포트(F)에 접속되어 있다.
그리고 전기자코일(11)에는 보조다이오드(22)가 접속되어 있는데, 이 보조다이오드(22)는 전기자코일(11)의 3상교류출력을 직류로 정류하여 계자코일(12)로 공급한다.
또한 전압조정기(30)의 포트(S)는 배터리(40)의 플러스단자에 접속되어 있다. 또한 전압조정기(30)의 포트(G)는 3상정류부(21)의 마이너스측으로 접속되어 있다. 그리고 전압조정기(30)의 포트(L)과 배터리(40)의 플러스단자 사이에는 키스위치(51)와 램프(52)가 직렬 접속되어 있다.
전술한 구성에 따른 동작을 살펴보면 다음과 같다.
발전기(A)의 계자코일(12)은 회전자에 마련되어 전기자코일(11)과 일정간격 이격되어 차량의 엔진의 시동에 따라서 회전을 하게된다.
키스위치(51)가 온되어 차량의 시동이 걸리면, 엔진과 벨트를 통하여 연결되어 있는 계자코일(12) 역시 회전을 한다. 이때 회전하는 계자코일(12)에 전류가 흐르게 되면 계자코일(12)은 전자석이 된다.
그에 따라서 계자코일(12)에서는 자장이 형성되어 전기자코일(11)에는 자기유도법칙에 따라서 3상 교류가 발생하게 된다.
자기유도법칙에 따라서 전기자코일(11)에서 발생된 3상 교류는 3상 정류부(21)에 의하여 직류로 변환된다. 3상 정류부(21)는 6개의 다이오드로 이루어져 3상 교류를 직류로 변환시킨다.
3상 정류부(21)를 통하여 변환된 직류는 배터리(BAT)(40)에 충전이 되며, 전기부하(60)에 공급된다.
배터리(40)의 전압은 전압조정기(30)의 포트(S)로 입력되는데, 포트(S)로 입력된 전압은 저항 (R1), (R2)에 의하여 분압되어 저항 (R2)에 걸리는 전압이 제너다이오드(ZD1)에 인가된다. 이때 제너다이오드(ZD1)에 인가되는 전압이 제너다이오드(ZD1)의 제너 전압 이상이 되면 제너다이오드(ZD1)는 턴-온되는데, 이것은 곧 배터리(40)의 전압이 기준치를 초과한다는 것이다. 제너다이오드(ZD1)가 턴-온되면 트랜지스터(Q2)가 턴-온되고, 그에 따라서 트랜지스터(Q1)의 베이스에는 포트(G)를 통하여 로우신호가 인가되어 트렌지스터(Q1)은 턴-오프된다.
이때 계자코일(12)로 흐르는 전류가 차단된다. 계자코일(12)에 전류가 흐르지 않게 되면 전기자코일(11)에서는 발전이 이루어지지 않는다. 그래서 배터리(40)의 전압이 감소한다.
배터리(40)의 전압이 감소하게 되면 제너다이오드(ZD1)에 인가되는 전압 역시 감소되어 제너다이오드(ZD1)는 턴-오프된다. 제너다이오드(ZD1)이 턴-오프되면 트랜지스터(Q2)가 턴-오프된다. 그래서 트랜지스터(Q1)의 베이스에는 포트(L)을 통하여 걸리는 전압이 인가되어 트랜지스터(Q1)는 턴-온된다. 그에 따라서 계자코일(12)에 전류가 흐르게 되고 발전이 이루어진다. 발전이 이루어지면 다시 배터리(40)에 전압이 증가하게 된다. 그리하여 전술한 동작을 반복함으로서 배터리(40)의 전압을 일정하게 유지시킬 수 있다.
그런데, 엔진이 구동되고 계자코일(12)에 계자전류가 흐르게 되면 발전이 되는데, 이 발전 전류는 발전기(A) - (+)와이어(41) - 전기부하(60) - (-)와이어(42) - 발전기(A)의 패스(Path)를 형성한다. 이 때 (+)와이어(41) 와 (-)와이어(42)의 저항값에 의한 전압강하를 각각 ΔV라고 하면 발전전압에서 배터리충전전압을 감한 전압은 2ΔV가 된다. 그리하여 부하가 적을 때는 전압강하 ΔV가 적으나, 부하가 커지면 전압강하 ΔV도 커져서 배터리의 충전률이 저하되는 문제점이 있었다.
그리고 계전전원을 공급하는 포트(L)이 단선되었을 경우에도 전압조정기가 정상적으로 동작하지 못하여 발전이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
본 고안은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 배터리의 전압을 직접 측정하여 배터리의 전압을 감지하고, 포토커플러를 이용하여 접지를 분리한 상태에서 계자전류를 공급하는 스위칭부를 제어함으로서, 배터리의 실제 전압을 감지하여 부하에 따라서 발전량을 제어할 수 있으며, 그로 인하여 부하가 크거나 작거나 관계없이 배터리의 충전률을 일정하게 제어할 수 있는 차량용 발전기의 전압조정기를 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 종래의 차량용 발전기와 전압조정기의 접속회로도이다.
도 2는 종래의 전압조정기의 상세 회로도이다.
도 3은 본 고안에 따른 차량용 발전기와 전압조정기의 접속회로도이다.
도 4는 본 고안에 따른 전압조정기의 상세 회로도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
71:전기자코일 72:계자코일
81:3상정류부 82:보조다이오드
90:전압조정기 101:키스위치
102:램프 110:배터리
120:부하
상기한 목적을 실현하기 위하여 본 고안에 따른 차량용 발전기의 전압조정기는, 발전기의 전압조정기에 있어서, 배터리로부터 발전기 계자코일의 전원을 입력받기 위한 계자전원입력부, 배터리의 전압감지를 위하여 배터리와 직접 접속되어 있는 배터리전압입력부, 배터리전압입력부로 입력되는 배터리의 전압을 소정의 비율로 분압하여 그 분압된 전압에 따라서 스위칭수단을 온/오프시키는 전압감지부, 전압감지부의 스위칭수단의 온/오프에 따른 신호변화를 입력으로 받아 접지를 분리시켜 출력하는 신호전달부, 신호전달부의 출력에 따라서 계자전원입력부로 입력되는 전원을 스위칭시켜 발전기 계자코일의 공급전류를 제어하는 스위칭부를 구비하는 것을 특징으로 하는 구성이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 고안에 따른 양호한 실시 예를 상세하게 설명하겠다.
도 3은 본 고안에 따른 차량용 발전기와 전압조정기의 접속회로도이다.
도 4는 본 고안에 따른 전압조정기의 상세 회로도이다.
먼저 본 고안에 따른 차량용 발전기(B)는 고정되어 있는 전기자코일(71)과 전기자코일(71)과 소정간격 이격되어 있으며 차량의 엔진과 벨트로 연결되어 회전하는 계자코일(72)을 갖고 있는데, 6개의 다이오드로 이루어진 3상정류부(81)가 접속되어 발전된 3상교류를 직류로 변환시킨다. 그리고 3상정류부(81)의 플러스측에는 배터리(BAT)(110)의 플러스 단자가 접속되어 있으며 마이너스측에는 배터리(110)의 마이너스 단자가 접속되어 있다. 계자코일(72)의 일측은 전압조정기(90)의 포트(T)에 접속되어 있으며, 타측은 전압조정기(90)의 포트(F)에 접속되어 있다.
그리고 전기자코일(71)에는 보조다이오드(82)가 접속되어 있는데, 이 보조다이오드(82)는 전기자코일(71)의 3상교류출력을 직류로 정류하여 계자코일(72)로 공급한다.
또한 전압조정기(90)의 포트(S)는 배터리(110)의 플러스단자에 직접 접속되어 있으며, 전압조정기(90)의 포트(G2)는 배터리(110)의 마이너스단자에 직접 접속되어 있다. 또한 전압조정기(90)의 포트(G1)은 3상정류부(81)의 마이너스측으로 접속되어 있다. 그리고 전압조정기(90)의 포트(L)과 배터리(110)의 플러스단자 사이에는 키스위치(101)와 램프(102)가 직렬 접속되어 있다.
한편 전압조정기(90)의 내부 회로를 살펴보면 다음과 같다.
전압조정기(90)는 크게 배터리전압입력부와, 계자전원입력부와, 배터리전압입력부로 입력된 배터리 전압을 감지하여 발전제어신호를 출력하는 전압감지부와, 전압감지부가 출력하는 발전제어신호에 따라서 계자전원입력부로 입력되는 전원을 스위칭하는 스위칭부와, 전압감지부의 출력신호를 스위칭부로 전달하는 신호전달부로 구성된다. 이때 신호전달부는 포토커플러로 구현되는데, 신호전달부는 전압감지부와 스위칭부 사이의 신호를 전달하는 역할뿐만 아니라 전압감지부와 스위칭부의 접지를 분리시키는 역할도 수행한다.
전압조정기(90)의 배터리전압입력부는 전압감지부가 배터리(110)의 전압을 감지할 수 있도록 배터리(110)의 전압을 입력받는 부분인데, 포트(S)에 배터리(110)의 플러스단자가 그리고 포트(G2)에 배터리(110)의 마이너스단자가 직접 접속되어 있다.
전압감지부는 포트(S)와 포트(G2)사이에 저항(R4)과 저항(R5)를 구비하는데 저항(R4)과 저항(R5)는 배터리의 전압을 소정비율로 분압한다. 그리고 저항(R4)과 저항(R5) 사이에는 제너다이오드(ZD2)가 접속되어 있으며, 제너다이오드(ZD2)의 뒷단에는 트랜지스터(Q5)의 베이스가 접속된다. 트랜지스터(Q5)는 제너다이오드(ZD2)의 동작에 따라서 온/오프 스위칭동작을 한다.
신호전달부는 포토커플러(PC)로 양호하게 구현이 되는데, 포토커플러(PC)의 발광다이오드(91)는 전압감지부의 트랜지스터(Q5)의 콜렉터에 접속되어 있다. 포토커플러(PC)의 발광 다이오드(91)는 트랜지스터(Q5)의 온/오프 스위칭 동작에 따라서 온/오프된다. 또한 포토커플러(PC)의 수광부인 포토트랜지스터(92)의 출력단에는 스위칭부가 접속된다.
스위칭부는 포토커플러(PC)의 출력에 따라서 계자코일(72)로 인가되는 전원을 스위칭시킨다.
본 고안에 따른 동작을 살펴보면 다음과 같다.
발전기(B)의 계자코일(72)은 회전자에 마련되어 전기자코일(71)과 일정간격 이격되어 차량의 엔진의 시동에 따라서 회전을 하게된다.
키스위치(101)가 온되어 차량의 시동이 걸리면, 엔진과 벨트를 통하여 연결되어 있는 계자코일(72) 역시 회전을 한다. 이때 회전하는 계자코일(72)에 전류가 흐르게 되면 계자코일(72)은 전자석이 된다.
그에 따라서 계자코일(72)에서는 자장이 형성되어 전기자코일(71)에는 자기유도법칙에 따라서 3상 교류가 발생하게 된다.
자기유도법칙에 따라서 전기자코일(71)에서 발생된 3상 교류는 3상정류부(81)에 의하여 직류로 변환된다. 3상정류부(81)는 6개의 다이오드로 이루어져 3상 교류를 직류로 변환시킨다.
3상정류부(81)를 통하여 변환된 직류는 배터리(BAT)(110)에 충전이 되며, 전기부하(120)에 공급된다.
전압조정기(90)는 포트(S)가 배터리(110)의 플러스단자에 접속되어 있으며, 포트(G2)가 배터리(110)의 마이너스단자에 직접 접속되어 있다. 이것은 배터리(110)의 센싱 경로가 길 경우 발생하는 전압변동을 줄이기 위하여 직접 배터리(110)에 접속하여 배터리(110)의 실제 전압을 센싱하기 위한 것이다.
배터리(110)의 전압은 전압조정기의 포트(S)로 입력되는데, 포트(S)로 입력된 전압은 저항 (R4), (R5)에 의하여 분압되어 저항 (R5)에 걸리는 전압이 제너다이오드(ZD2)에 인가된다. 이때 제너다이오드(ZD2)에 인가되는 전압이 제너다이오드(ZD2)의 제너 전압 이상이 되면 제너다이오드(ZD2)는 턴-온되는데, 이것은 곧 배터리(110)의 전압이 기준치를 초과한다는 것이다.
제너다이오드(ZD2)가 턴-온되면 트랜지스터(Q5)역시 턴-온이 된다. 트랜지스터(Q5)가 턴-온이 되면 포토커플러(PC)의 발광다이오드(91)가 턴-온이 되는데, 이에 의하여 포토트랜지스터(92)는 턴-온이 되어 트랜지스터(Q4)를 턴-온시킨다. 트랜지스터(Q4)가 턴-온되면 트랜지스터(Q3)의 베이스에는 포트(G1)을 통하여 로우신호가 입력되어 트랜지스터(Q3)는 턴-오프된다.
이때 트랜지스터(Q3)가 턴-오프되면 계자코일(72)로 흐르는 전류가 차단된다. 계자코일(72)에 전류가 흐르지 않게 되면 전기자코일(71)에서는 발전이 이루어지지 않는다. 그래서 배터리(110)의 전압이 감소한다.
배터리(110)의 전압이 감소하게 되면 제너다이오드(ZD2)에 인가되는 전압 역시 감소되어 제너다이오드(ZD2)는 턴-오프된다. 제너다이오드(ZD2)가 턴-오프되면 트랜지스터(Q5)가 턴-오프되고 그에 따라서 포토커플러(PC)가 턴-오프되며, 트랜지스터(Q4)가 턴-오프된다.
이때, 트랜지스터(Q4)가 턴-오프되면 트랜지스터(Q3)의 베이스에는 포트(L)을 통하여 걸리는 전압이 인가되어 트랜지스터(Q3)는 턴-온된다. 그에 따라서 계자코일(72)에 전류가 흐르게 되고 발전이 이루어진다. 발전이 이루어지면 다시 배터리(110)에 전압이 증가하게 된다. 그리하여 전술한 동작을 반복함으로서 배터리(110)의 전압을 항상 일정하게 유지시킬 수 있다.
한편, 전압을 센싱하기 위한 포트(S)가 단선되었다면, 포트(L)을 통하여 입력된 전압이 저항(R7)과 다이오드(D5)를 통하여 저항(R4)과 저항(R5)에서 분압되어 제너다이오드(ZD2)로 입력된다.
반면, 계자코일(72)에 전류를 공급하는 포트(L)이 단선되었다면, 포트(S)를 통하여 입력된 배터리(110)의 전압이 저항(R6)과 다이오드(D6)를 통하여 저항(R7)과 저항(R9)를 거쳐서 트랜지스터(Q3)의 베이스로 입력되어 트랜지스터(Q3)를 턴-온시킴으로서 계자코일(72)에 전류를 흐르게 한다. 계자코일(72)에 전류가 흐르면 전기자코일(71)에서 발전이 이루어져 배터리(110)를 충전시키게 된다.
본 고안에 따른 차량용 발전기의 전압조정기에 의하면, 배터리의 전압을 감지하기 위하여 전압감지부가 배터리에 직접접속되어 배터리의 전압을 직접 측정하므로 와이어의 저항에 의한 전압강하없이 배터리의 전압을 감지하고, 포토커플러를 이용하여 접지를 분리한 상태에서 계자전류를 공급하는 스위칭부를 제어함으로서, 배터리의 실제 전압을 감지하여 부하에 따라서 발전량을 제어할 수 있으며, 그로 인하여 부하가 크거나 작거나 관계없이 배터리의 충전률을 일정하게 제어할 수 있다. 또한 전압감지부로 입력되는 배터리의 전원을 스위칭부로도 공급함으로서 계자전원입력부가 단선되더라도 전압감지부로 입력되는 배터리의 전원에 의하여 정상적으로 동작할 수 있다.

Claims (3)

  1. 발전기의 전압조정기에 있어서,
    배터리로부터 발전기 계자코일의 전원을 입력받기 위한 계자전원입력부,
    배터리의 전압감지를 위하여 배터리와 직접 접속되어 있는 배터리전압입력부,
    상기 배터리전압입력부로 입력되는 상기 배터리의 전압을 소정의 비율로 분압하여 그 분압된 전압에 따라서 스위칭수단을 온/오프시키는 전압감지부,
    상기 전압감지부의 스위칭수단의 온/오프에 따른 신호변화를 입력으로 받아 접지를 분리시켜 출력하는 신호전달부,
    상기 신호전달부의 출력에 따라서 계자전원입력부로 입력되는 전원을 스위칭시켜 발전기 계자코일의 공급전류를 제어하는 스위칭부를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 전압조정기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리전압입력부로 입력되는 전원은, 상기 계자전원입력부와 배터리 사이의 접속이 단선되었을 때 계자코일에 전원이 공급될 수 있도록 상기 스위칭부로도 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 전압조정기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 계자전원입력부로 입력되는 전원은 상기 배터리전압입력부와 배터리 사이의 접속이 단선되었을 때 상기 전압감지부가 배터리의 전압을 감지할 수 있도록 상기 스위칭부와 상기 전압감지부로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 전압조정기.
KR2019980022103U 1998-11-13 1998-11-13 차량용 발전기의 전압조정기 KR200316732Y1 (ko)

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