KR20080096676A

KR20080096676A - 하이-사이드 로드에 걸리는 전압 조절용 전자 장치

Info

Publication number: KR20080096676A
Application number: KR1020087020866A
Authority: KR
Inventors: 클라우스 잼머즈키
Original assignee: 시트로닉 게스. 퓨어 엘렉트로테크니쉐 아우스뤼스퉁 엠베하 앤드 컴퍼니 케이쥐
Priority date: 2006-02-25
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2008-10-31
Also published as: JP2009528007A; WO2007095898A1; US20090148140A1; US8050544B2; DE102006008839B4; DE102006008839A1; EP1989605B1; JP5090376B2; EP1989605A1

Abstract

본 발명은 하이-사이드 로드에 걸리는 전압 조절용 전자 제어 장치, 특히 시스템 접지에 연결되고 포지티브 하이-사이드 공급 전압에 미러링되는(mirrored) 제어 전압(V1)으로 모터 자동차내 팬을 조절하기 위한 전자 제어 장치에 관한 것으로서, 상기 제어 전압(V1)은 공통 에미터 연결로 작동되는 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스로 공급되고, 상기 트랜지스터(Q1)는 에미터 회로에 제 1 저항기(R1)를, 그 콜렉터 회로에 제 2 저항기(R2)를 가지며, 후자와 직렬로 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스-에미터 다이오드를 갖는다. 본 발명은 비교적 소수의 분리된 구성요소를 이용하여 제어장치, 특히 팬을 위한 제어 장치를 설계할 수 있도록 한다. 상기 제어 장치는 양호한 조절 행동 및 매우 적은 폐쇄회로 전류 소모로 인해 뛰어나다. 제 1 트랜지스터의 베이스-에미터 전압의 온도 효과에 대한 보상은 제 1 트랜지스터와 직렬인, 동일한 전도성 타입의 제 2 트랜지스터의 베이스-에미터 경로에 의해 실행된다.

하이-사이드 로드, 전압 조절, 전자장치, 팬용 제어장치

Description

하이-사이드 로드에 걸리는 전압 조절용 전자 장치{Electronic device for regulating the voltage across a high-side load}

본 발명은 하이-사이드 로드(high-side load)에 걸리는 전압을 조절하기 위한, 특히 모터 자동차내 팬(fan)을 조절하기 위한 전자 장치에 관한 것이다.

상기의 제어장치는 일반적으로 모터 자동차 내에서 그것의 용도를 통해 알려진다.

JP 01302409 AA 또는 DE 2708021 C3에 의해 공지된 전자 제어 장치에서는 포지티브 하이-사이드 공급전압으로 언급되는 제어 전압이 레귤레이션을 위한 명령 변수로서 사용된다.

제어 장치의 중요한 기본 기능은 제어 신호에 의존하여 모터 전압을 레귤레이션하는 것이다. 그 제어 신호는 아날로그 제어 전압, 아날로그 제어 전류 또는 디지털 신호일 수 있다. 선행 기술의 가르침에 따른 팬(fan)용 제어 장치는 제어 전류 및 디지털 제어 신호를 내부적으로 제어 전압으로 전환시켜서, 제어 전압의 함수로서 모터 전압을 레귤레이션하는 제어 회로가 원칙적으로 항상 있다.

공지의 팬용 선형 제어 장치는 일반적으로 도 2에 도시된 회로 형상(circuit topology)을 이용한다. 자동차 배터리 V2 는 전체 배열에 대하여 전력 공급을 제공 한다. V1은 제어 전압을 제공한다. U_mot은 모터 전압이다. 작동 증폭기 U1A는 그 출력 전압을 설정하고, 이에 따라 U+ 가 U- 와 대략 동등해지는 방식으로 MOS 트랜지스터 M1 의 게이트-소스 전압을 설정한다. 배열은 적당한 방정식으로 표시될 수 있다. R1/R2 = R3/R4 가 선택되면, 제어 전압 V1 과 모터 전압 U_mot에 대하여 아래의 관계식이 얻어진다.

팬용 제어 장치가 충족하여야 하는 중요한 요건은 온보드 전압 변동(on-board voltage fluctuations)의 교정이다. U_mot은 V2와 독립적이어야 한다. 이것은 R1/R2 = R3/R4 일 때만 적용된다. 따라서 도 2에 도시된 제어 장치의 행동은 온보드 전압 변동 dV2의 경우 분압기 R1/R2 및 R3/R4의 정합 허용차(matching tolerance)에 의존한다.

이상적인 성분들 및 이상적인 정합 허용차 R1/R2 = R3/R4 를 가정하면, 관계식 U_mot = f(V1)은 저항비 R1/R2 에 의해서만 결정된다. U_mot은 V2 와 대체로 독립적이다. 작동 증폭기는 온보드 전압 변동을 교정한다. 스탠바이 동작에서 V1 = 0 이다. 배열의 전류 소모 Ib 는 이 경우 폐쇄회로 전류로서 표시되며 배터리 V2를 방출하지 않도록 가능한 한 낮아야 한다.

V1 = 0 인 경우, U_mot = 0 이고 따라서 Id = 0 이다(현대의 mosfets(금속 산 화막 반도체 전계 효과 트랜지스터)은 매우 적은 차단 전류를 갖는다). 따라서, Ib = I1 + I2 + I3 이다. I3는 초저전력 연산증폭기(opamp)를 사용하여 매우 낮은 레벨로 유지될 수 있다.

비용적인 이유로 제어기 전자장치의 캡슐화가 없는 것이 바람직하다면, 고저항 저항기의 사용은 문제가 될 수 있다. 차량에서 발생하는, 인쇄회로기판 표면상의 응결 및 관련된 오염은 트래킹 전류를 유발하여 고 임피던스로 치수조절된 회로의 기능에 영향을 준다. 따라서 R1 내지 R4는 임의로 고도로 고저항이 되도록 설정될 수 없다. 따라서 I1 과 I2 는 스탠바이 동작에서 배터리를 로드(load)한다.

본 발명이 깔고 있는 문제는, 비교적 낮은 저항의 저항기가 명령 변수에 대한 열 효과를 보상하면서 낮은 폐쇄회로 전류 소모의 경우에까지 사용되도록 할 수 있는 제어 장치를 개발하는 것이다.

상기 문제는 본 발명의 청구범위 제1항에 따른 제어 장치에 의하여 해결된다. 본 발명의 잇점은 청구범위 제2항 내지 제4항에 주어진다.

본 발명은 비교적 소수의 분리된 구성요소를 이용하여 제어장치, 특히 팬을 위한 제어 장치를 설계할 수 있도록 한다. 그 제어 장치는 양호한 조절 행동 및 매우 적은 폐쇄회로 전류 소모로 인해 뛰어나다.

제 1 트랜지스터의 베이스-에미터 전압의 온도 효과에 대한 보상은 제 1 트랜지스터와 직렬인, 동일한 전도성 타입의 제 2 트랜지스터의 베이스-에미터 경로에 의해 실행된다.

본 발명의 바람직한 실시예는 도면에 도식적으로 기술되며 도면을 참고로 아래에 상세히 기술될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 제어 장치의 회로도를 도시한다.

도 2는 공지의 제어 장치의 회로도를 도시한다.

도 1에 도시된 배열에 있어서, 접지(ground)에 연결된 제어 전압 V1 은 공지의 제어 장치의 회로도(도 2 참조)에서와 같이 접지 연결된 제어 증폭기에 인가되지 않고, 포지티브 공급 전압에 미러링된다(mirrored). 제어 작동 증폭기의 입력 전압 U+ 및 U- 는 도 2에서와 같이 접지에 연결되지 않고 공급 전압 V2의 포지티브 전위에 연결된다.

제어 전압 V1 은 공통 에미터 연결(common-emitter connection)되어 작동되는 트랜지스터 Q1의 베이스로 공급된다. 그 에미터 회로에 연결되어 저항기 R1 이 있고, 그 콜렉터 회로에 저항기 R2 가 있으며, 후자와 직렬로 추가의 트랜지스터 Q2의 베이스-에미터 다이오드가 있다. R2 및 Q2에 걸려 강하하는 전압 U- 는 이제 U- = Ube(Q2) + R2/R1 * (V1-Ube(Q1))으로 주어진다. 전압 U1 은 이제 R2/R1 에 의해 증폭되는 입력 전압 V1에 대략 일치한다.

정합된 특성을 갖는 R1 = R2 및 Q1/Q2 를 선택하면, U- 는 V1 의 정확한 이미지가 된다. 이는 두개의 트랜지스터 Q1 및 Q2 가 열 결합되기에 특히 유리하여, Ube(Q1) = Ube(Q2) 의 조건이 온도 변동의 경우에도 양호한 근사치로 만족된다. V1 은 접지로 연결되고, U- 는 V2 의 포지티브 전위로 연결된다. 따라서 이러한 배열에 의해 V1은 접지 기준 전위로부터 포지티브 공급 전위로 미러링된다.

제어기 U1A의 두 개의 입력 전압은 포지티브 공급 전압 U2로 참조될 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 회로도에 따르면, U_mot 은

이므로, V2 와 독립적이다.

저항 정합 허용차는 도 2의 회로도와는 대조적으로 관계식 dU_mot = f(dV2)에 포함되지 않는다.

본 발명에 의하면, 온보드 전압 변동(on-board voltage fluctuations)이 더 잘 교정될 수 있게 된다.

회로의 폐쇄회로 전류는 제어기 U1A의 폐쇄회로 전류에 의해서만 주어질 수 있다. V1 = 0 인 경우, Q1 은 비전도성이 된다. 따라서 I1 = 0, U- = U+ = 0, Id = 0, I2 = 0 그리고 Ib = I3 가 된다.

저-저항 치수조정의 경우에도, I1 및 I2 는 폐쇄회로 작동시 배터리 V2 를 로드하지 않는다.

Claims

하이-사이드 로드에 걸리는 전압 조절용 전자 제어 장치, 특히 시스템 접지에 연결되고 포지티브 하이-사이드 공급 전압에 미러링되는(mirrored) 제어 전압(V1)으로 모터 자동차내 팬을 조절하기 위한 전자 제어 장치로서,

상기 제어 전압(V1)은 공통 에미터 연결로 작동되는 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스로 공급되고, 상기 트랜지스터(Q1)는 에미터 회로에 제 1 저항기(R1)를, 그 콜렉터 회로에 제 2 저항기(R2)를 가지며, 후자와 직렬로 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스-에미터 다이오드를 갖고;

상기 제 2 트랜지스터(Q2)는 상기 제 1 트랜지스터(Q1)와 동일한 전도체 타입이며;

상기 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q1, Q2)는 동일한 전도 타입을 갖는 파라미터 정합되고 열 결합된 트랜지스터이며;

상기 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스-에미터 다이오드는 상기 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스-에미터 다이오드의 효과를 보상하여, 상기 제 2 저항기(R2)와 상기 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스-에미터 경로로 구성되는 직렬 연결에 걸리는 전압 강하는 상기 제 1 저항기(R1)와 상기 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스-에미터 경로로 구성되는 직렬 연결에 걸리는 전압 강하의 규정된 이미지가 되며;

상기 제 2 저항기(R2)와 상기 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스-에미터 구역으로 구성되는 직렬 연결에 걸리는 전압 강하는 레귤레이션을 위한 명령 변수로서 기능하는, 하이-사이드 로드에 걸리는 전압 조절용 전자 제어 장치.
청구항 1에 있어서, 제어기(U1A)에 공급되는 입력 전압이 로드가 공급되도록 하는 포지티브 공급 전위에 연결되는 것을 특징으로 하는, 하이-사이드 로드에 걸리는 전압 조절용 전자 제어 장치.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 공급 전압 변동의 경우 로드 전압의 레귤레이션은 저항 정합과 독립적인 것을 특징으로 하는, 하이-사이드 로드에 걸리는 전압 조절용 전자 제어 장치.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 배열이 저항기들(R1 내지 R4)의 치수 조절과 독립적인 폐쇄회로 전류 소모를 갖는 것을 특징으로 하는, 하이-사이드 로드에 걸리는 전압 조절용 전자 제어 장치.