KR20150104777A

KR20150104777A - 다이오드를 이용한 회로 상의 임계 온도 측정 장치 및 이를 포함하는 전장품 제어 시스템

Info

Publication number: KR20150104777A
Application number: KR1020140026513A
Authority: KR
Inventors: 김현진; 김희웅; 김규도
Original assignee: 한국델파이주식회사
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2015-09-16

Abstract

다이오드를 이용한 회로 상의 임계 온도 측정 장치 및 이를 포함하는 제어 회로가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 임계 온도 측정 장치는, 출력 원(source)을 포함하는 닫힘 회로(close circuit)에서 상기 출력 원에 직렬 연결된 다이오드(diode)와, 다이오드에 병렬로 연결되는 전압 모니터링 유닛을 포함하여 구성됨으로써, 염가에 제작이 가능하면서도 높은 측정 정밀도를 기대할 수 있다.

Description

다이오드를 이용한 회로 상의 임계 온도 측정 장치 및 이를 포함하는 전장품 제어 시스템{Critical temperature measuring apparatus on circuit using diodes and including a electronics control system which}

본 발명은 회로 상의 임계 온도 측정 장치에 관한 것으로, 특히 다이오드(diode)의 온도 변화에 따른 전압강하 특성을 이용하여 회로 상의 임계 온도를 측정하는 다이오드를 이용한 회로 상의 임계 온도 측정 장치 및 이를 포함하는 전장품 제어 시스템에 관한 것이다.

자동차에 장착되는 전장품 중 엔진의 주변에 배치되어 고온환경에 항시 노출되는 전장품 예컨대, 전자제어유닛(ECU)이나 점화 코일 등은 고온 복사열의 영향에 의해 치명적인 오류나 성능 저하의 우려가 있다. 때문에 주변 온도를 꾸준히 모니터링하고 그 결과에 따라 능동적으로 대처 가능한 형태로 제어 시스템을 구축할 필요가 있다.

전장품의 주변 온도 측정을 통한 능동형 시스템 구축을 위해 종래에는 서미스터(thermistor)와 같은 온도 센서가 주로 이용되고 있으며, 서미스터를 포함하는 통합 회로의 구축에 있어 케이블을 통해 콘트롤러(controller) 등에 전기적으로 연결되어 검출한 온도 관련 데이터가 상기 콘틀러에 제공될 수 있도록 구성하고 있다.

그러나 종래 일반적인 서미스터는 측정된 온도를 아날로그(analog)식으로 데이터화 시켰기 때문에, 특정 온도를 임계 값으로 하는 온(ON)/오프(OFF) 개념의 디지털 방식 제어가 요구되는 어플리케이션(application)에서는 필요 없는 값들까지 데이터화하는 문제가 있으며, 또한 비싼 가격으로 인하여 시스템 구축에 있어 비용 상승의 요인으로 작용하는 문제가 있다.

공개특허 제2013-0051610호(공개일 2013. 05. 21)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 디지털 방식 제어에서 요구되는 데이터만 추출하여 콘트롤러에 제공 가능한 동시에 원가 절감을 도모할 수 있는 다이오드를 이용한 회로 상의 임계 온도 측정 장치 및 이를 포함하는 전장품 제어 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

출력 원(source)을 포함하는 닫힘 회로(close circuit)에서 상기 출력 원에 직렬 연결된 다이오드(diode); 및

상기 다이오드에 병렬로 연결되는 전압 모니터링 유닛;을 포함하는 다이오드를 이용한 회로 상의 임계 온도 측정 장치를 제공한다.

여기서 상기 모니터링 유닛은,

상기 다이오드의 애노드(anode)와 캐소드(cathode) 사이의 전압강하(voltage drop)를 측정하는 전압강하 측정부; 및

온도 변화에 따른 다이오드의 전압강하 값이 기록된 데이터 저장부; 측정된 다이오드의 전압강하 값과 기록된 전압강하 값을 비교하고, 비교결과에 기초하여 회로 상의 온도를 추정하여 산출하는 온도 산출부;로 이루어진 구성일 수 있다.

그리고 상기 전압강하 측정부는,

상기 다이오드의 애노드 측 전압을 측정하는 제1 전압 측정기와;

상기 다이오드의 캐소드 측 전압을 측정하는 제2 전압 측정기와;

제1 전압 측정기의 출력으로부터 제2 전압 측정기의 출력만큼을 제거하여 다이오드의 정확한 전압강하 값을 검출하는 연산부;로 이루어진 구성일 수 있다.

이때 상기 다이오드는 두 개 이상이 직렬로 연결된 구성일 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,

출력 원(source);

출력 원에 전기적으로 연결된 일 측면에 따른 상기 다이오드를 이용한 회로 상의 임계 온도 측정 장치; 및

상기 온도 측정 장치가 산출한 회로의 임계 온도에 기초하여 제어대상의 동작모드 절환을 위한 디지털 신호를 출력하는 콘트롤러;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전장품 제어 시스템을 제공한다.

이때 상기 제어대상은, 전자제어 가능한 자동차용 모든 전장품을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 다이오드(diode)의 온도 변화에 따른 전압강하 특성을 이용한 디지털 방식의 온도 측정 장치로서, 디지털 방식 제어에서 요구되는 데이터만 추출하여 콘트롤러에 제공할 수 있는 장점이 있으며, 가격이 저렴한 다이오드를 이용함에 따라 온도 측정 장치 구현에 있어서의 원가 절감을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 다이오드를 이용한 회로 상의 임계 온도 측정 장치의 회로 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 다이오드의 순방향 전압강하 특성을 보여주기 위한 참고도.
도 3은 온도 변화에 따른 다이오드의 전압강하 특성을 보여주기 위한 참고도.
도 4는 도 1에 도시된 모니터링 유닛의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 전장품 제어 시스템의 구성을 개략적으로 보인 블록 구성도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 다이오드를 이용한 회로 상의 임계 온도 측정 장치의 회로 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 온도 측정 장치(2)는, 다이오드(diode, 3)와 모니터링 유닛(4)을 포함한다. 다이오드(3)는 닫힘 회로(close circuit)에서 출력 원(source, 1)에 직렬 연결되어 정류와 함께 순방향에 대해서만 전류가 흐를 수 있도록 하며, 모니터링 유닛(4)은 온도에 따른 다이오드(3)의 순방향 전압강하(forward voltage drop)를 검출해 회로 상의 온도를 산출한다.

출력 원(source, 1)은 배터리(battery)나 알터네이터(alternator)와 같이 전원을 안정적이면서 지속적으로 제공할 수 있는 전원 공급장치일 수 있으며, 다이오드(3)의 순방향 전압강하 값의 검출을 위한 상기 모니터링 유닛(4)은 다이오드(3)의 전압 입력 측인 애노드(anode) 측과 출력 측인 캐소드(cathode) 측에 각각 접점을 형성하는 형태로 다이오드(3)에 대해 병렬로 배치된다.

다이오드의 순방향 전압강하(forward voltage drop) 특성에 대해 도 2의 그래프를 참조해 대략적으로 살펴본다.

도 2의 그래프에서 X축이 전압, Y축이 전류 값이다. 그래프를 통해 보이는 바와 같이, 다이오드의 순방향 전압(V_F) 값이 X축을 따라 오른쪽으로 증가함에 따라, 순방향 전류(I_F) 값 또한 Y축을 따라 증가하는 패턴을 보이지만, 순방향 전압(V_F)이 곡선의 무릎점(knee point)인 약 0.7V에 이를 때까지 순방향 전류(I_F) 조금 밖에 증가하지 않는다.

그러다 순방향 전압(V_F)이 무릎점을 넘어서는 순간 순방향 전류(I_F)는 급속히 증가하는 반면, 순방향 전압(V_F)의 증가세는 급속도로 완화되어 아주 서서히 증가하게 된다. 이는 다이오드에 걸리는 전압이 저항에 의한 장벽전압(또는 문턱전압)을 초과해야만 전류가 흐를 수 있기 때문이며, 장벽전압으로 인해 전압강하가 일어난다.

일반적인 정류 다이오드에서의 전압강하 값은 대략 0.7V~1V 내외이며, 다이오드를 직렬로 연결하여 사용할 경우 다이오드 개수에 비례해 전압강하 값은 증가한다. 이처럼 발생되는 다이오드의 순방향 전압강하는 온도 변화에 영향을 받는다. 즉 같은 전압을 걸어도 온도 변화에 따라 다른 값으로 전압강하가 일어난다.

온도 변화에 따른 다이오드의 전압강하 특성에 대해서는 이후 도 3을 참조하기로 한다.

도 3은 온도 변화에 따라 달라지는 다이오드의 전압강하 특성을 로그 스케일로 표현한 그래프로서, ①은 상온(25℃)에서 다이오드의 전압과 전류의 특성을 나타내는 곡선이며, ②는 150℃에서 다이오드의 전압과 전류의 특성을 나타내는 곡선이다.

도 3을 보면, 일정의 전압 영역에서(약 1.4V까지) 다이오드의 순방향 전압(forward voltage)은 온도가 증가할수록 감소됨을 곡선 ①과 곡선 ②를 통해 알 수 있다. 이는 온도 증가에 따라 동저항(dynamic resistance)이 커지기 때문인 것으로 볼 수 있으며, 결론적으로 전압강하 역시 온도에 따라 다른 값으로 나타날 수 있음을 의미한다.

다이오드(diode)의 온도 변화에 따른 전술한 전압강하 특성을 이용하면, 전압강하 값을 상기 모니터링 유닛(4)을 이용해 꾸준히 모니터링 함으로써 전압강하 값에 변화가 생겼을 때의 결과에 기초하여 역으로 다이오드(3)와 다이오드(3)가 설치된 회로, 그리고 그 주변 온도를 정확하게 예측할 수 있는 것이다.

모니터링 유닛(4)은 바람직하게 도 4의 도시와 같이, 전압강하 측정부(40), 데이터 저장부(44), 온도 산출부(46)로 구성될 수 있다. 전압강하 측정부(40)는 상기 다이오드(3)의 애노드(anode)와 캐소드(cathode) 사이의 전압강하(voltage drop)를 측정하며, 데이터 저장부(44)는 온도 별 다이오드(3)의 전압강하와 관련한 데이터를 디지털 형태로 저장하고 있다.

전압강하 측정부(40)를 통해 측정된 전압강하 값과 상기 데이터 저장부(44)에 기록된 온도 별 기준 전압강하 값을 비교하며, 그 비교결과에 기초해 상기 온도 산출부(46)가 회로 상의 온도를 산출하게 되는 것이다. 예를 들어, 0.7V의 전압강하가 일어나는 다이오드(3) 온도가 25℃로 기록되어 있는 상태에서 측정 전압강하 값이 0.7V이면 산출온도는 25℃가 되는 것이다.

전압강하 측정부(40)는, 상기 다이오드(3)의 애노드 측 전압을 측정하는 제1 전압 측정기(400)와, 상기 다이오드(3)의 캐소드 측 전압을 측정하는 제2 전압 측정기(41), 그리고 제1 전압 측정기(400)의 출력으로부터 제2 전압 측정기(42)의 출력만큼을 제거하여 다이오드(3)의 정확한 전압강하 값을 검출하는 연산부(43)로 이루어진 구성일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 전압강하를 감지하여 센싱전압을 발생시키는 센싱회로와, 기준전압을 발생시켜 상기 센싱전압과 기준전압을 비교해 상기 전압강하 량을 검출하여 해당신호를 발생시키는 전압강하 검출회로로 구성된 전압강하 측정회로(한국공개특허 제2009-0028193호) 등 공지된 모든 형태의 전압강하 측정회로를 포함할 수 있다.

다이오드의 순방향 전압강하(forward voltage drop)는 앞서도 설명했듯이 상온(25℃)에서 대략 0.7V의 작은 값이기 때문에 정확한 온도 산출이 곤란할 수도 있다. 따라서 두 개 이상의 다이오드를 직렬 연결(도 4참조)하여 앞에 위치한 다이오드(3) 애노드 측과 뒤에 위치한 다이오드(3)의 캐소드 측 사이의 전압강하 값을 활용하면 더욱 정확한 온도 산출이 가능하다.

다음은 본 발명의 다른 측면에 따른 전장품 제어 시스템에 대해 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다.

도 5에 도시된 전장품 제어 시스템은, 배터리(battery)나 알터네이터(alternator)와 같은 출력 원(source, 1)과, 출력 원(1)에 전기적으로 연결된 온도 측정 장치(2)를 구비한다. 그리고 전장품(7) 제어를 위한 제어명령을 출력하는 콘트롤러(6)를 포함한다. 온도 측정 장치(2)는 전술한 일 측면에 따른 온도 측정 장치(2)이며, 따라서 이에 대한 설명은 생략한다.

콘트롤러(6)는 온도 측정 장치(2)를 통해 획득된 회로 상의 임계 온도에 기초하여 제어대상의 동작모드 절환을 위한 디지털 신호를 출력한다. 설정온도 도달했을 때 동작모드의 절환을 필요로 하는 차량 공조장치에 적용시킨 경우를 예로 들면, 상기 콘트롤러(6)는 획득된 온도정보에 기초하여 상기 공조시스템의 공조모드를 절환시키기 위한 명령을 출력하는 것일 수 있다.

물론, 제어대상은 상기 차량 공조장치뿐만 아니라, 전자제어 가능한 모든 형태의 자동차용 전장품을 포함할 수 있다.

도 1 및 도 5에서 미설명 부호 5는 다이오드(3)를 제외한 모든 형태의 전자 회로 부품을 가리킨다.

이상에서 살펴본 본 발명의 실시예에 따르면, 다이오드(diode)의 온도 변화에 따른 전압강하 특성을 이용한 디지털 방식의 온도 측정 장치로서, 디지털 방식 제어에서 요구되는 데이터만 추출하여 콘트롤러에 제공할 수 있는 장점이 있으며, 가격이 저렴한 다이오드를 이용함에 따라 온도 측정 장치 구현에 있어서의 원가 절감을 도모할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 출력 원(source) 2 : 온도 측정 장치
3 : 다이오드(diode) 4 : 모니터링 유닛(monitoring unit)
6 : 콘트롤러(controller) 7 : 전장품
40 : 전압강하 측정부
44 : 데이터 저장부
46 : 온도 산출부

Claims

출력 원(source)을 포함하는 닫힘 회로(close circuit)에서 상기 출력 원에 직렬 연결된 다이오드(diode); 및
상기 다이오드에 병렬로 연결되는 전압 모니터링 유닛;을 포함하는 다이오드를 이용한 회로 상의 임계 온도 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 모니터링 유닛은,
상기 다이오드의 애노드(anode)와 캐소드(cathode) 사이의 전압강하(voltage drop)를 측정하는 전압강하 측정부; 및
온도 변화에 따른 다이오드의 전압강하 값이 기록된 데이터 저장부;
측정된 다이오드의 전압강하 값과 기록된 전압강하 값을 비교하고, 비교결과에 기초하여 회로 상의 온도를 추정하여 산출하는 온도 산출부;로 구성됨을 특징으로 하는 다이오드를 이용한 회로 상의 임계 온도 측정 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 전압강하 측정부는,
상기 다이오드의 애노드 측 전압을 측정하는 제1 전압 측정기와;
상기 다이오드의 캐소드 측 전압을 측정하는 제2 전압 측정기와;
제1 전압 측정기의 출력으로부터 제2 전압 측정기의 출력만큼을 제거하여 다이오드의 정확한 전압강하 값을 검출하는 연산부;로 구성됨을 특징으로 하는 다이오드를 이용한 회로 상의 임계 온도 측정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 다이오드는 두 개 이상이 직렬로 연결됨을 특징으로 하는 다이오드를 이용한 회로 상의 임계 온도 측정 장치.
출력 원(source);
출력 원에 전기적으로 연결된 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 기재된 다이오드를 이용한 회로 상의 임계 온도 측정 장치; 및
상기 온도 측정 장치가 산출한 회로의 임계 온도에 기초하여 제어대상의 동작모드 절환을 위한 디지털 신호를 출력하는 콘트롤러;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전장품 제어 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 제어대상은,
전자제어 가능한 자동차 전장품인 것을 특징으로 하는 전장품 제어 시스템.