KR20200080759A - 차량 교류 발전기용 전압 조정 장치의 발전 전압 리플 노이즈 인식 및 영향을 제거하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량에 포함된 발전기의 출력 위상에 따라 배터리 입력 전압을 샘플링하여 발전기를 안정적으로 동작시킬 수 있는 전압 조정 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 조정 장치는, 차량의 엔진이 구동됨에 따라 발전 동작을 수행하여 발전 전압을 출력하는 발전기와, 발전기에서 출력되는 발전 전압을 정류하는 정류부와, 정류부에서 정류한 발전 전압으로 충전하고 부하를 동작시키는 부하 동작 전압을 공급하는 배터리와, 발전기에서 출력되는 발전 전압의 위상에 따라 샘플링한 배터리의 입력 전압을 기반으로 발전기가 출력하는 발전 전압을 조정하는 전압 조정기를 포함한다.

Description

차량 교류 발전기용 전압 조정 장치의 발전 전압 리플 노이즈 인식 및 영향을 제거하는 장치{APPARATUS FOR RECOGNIZING AND ELIMINATING INFLUENCE OF GENERATION VOLTAGE RIPPLE NOISE IN VOLTAGE CONTROLLING DEVICE FOR VEHICLE ALTERNATOR}

본 발명은 차량에 포함된 교류 발전기의 출력 위상에 따라 배터리 입력 전압을 샘플링하여 발전 전압 리플 노이즈 인식 및 영향을 제거함으로써 발전기를 안정적으로 동작시킬 수 있는 차량 교류 발전기용 전압 조정 장치의 발전 전압 리플 노이즈 인식 및 영향을 제거하는 장치에 관한 것이다.

현재 제조되는 모든 모터 차량에는 발전기를 구비하고 있다. 교류 발전기라고도 불리우는 이들 발전기는 차량의 배터리를 충전할 뿐만 아니라 차량의 전기 부속품에 동력을 공급하는데 필요한 전기를 생산한다. 발전기는 또한 차량의 전기적 소자와 호환되는 방식으로 차량의 전기 시스템에 동력을 가할 수 있도록 충분한 양의 전기를 생성하는 능력을 제공해야 한다. 발전기는 일반적으로 전압 강하 및 다른 동작 문제를 생성할 수 있는 부하가 변동하는 동안 일관된 동작을 제공하기 위한 충전 전압 및 출력 전류를 조정하는 전압 조정기를 사용하고 있다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

국내 공개특허공보 제2005-0048487호

본 발명은 전술한 문제점 및/또는 한계를 해결하기 위해 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 차량에 포함된 교류 발전기의 출력 위상에 따라 배터리 입력 전압을 샘플링하여 발전 전압 리플 노이즈 인식 및 영향을 제거함으로써, 부하량에 대응하여 리플 노이즈가 선형적으로 증가하더라도 발전기를 안정적으로 동작시키는데 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 교류 발전기용 전압 조정 장치의 발전 전압 리플 노이즈 인식 및 영향을 제거하는 장치는, 차량의 엔진이 구동됨에 따라 발전 동작을 수행하여 발전 전압을 출력하는 발전기; 상기 발전기에서 출력되는 발전 전압을 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 정류한 발전 전압으로 충전하고 부하를 동작시키는 부하 동작 전압을 공급하는 배터리; 및 상기 발전기에서 출력되는 발전 전압의 위상에 따라 샘플링한 상기 배터리의 입력 전압을 기반으로 상기 발전기가 출력하는 상기 발전 전압을 조정하는 전압 조정기;를 포함할 수 있다.

상기 전압 조정기는, 상기 발전기에서 출력되는 발전 전압의 위상으로부터 상승 엣지와 하강 엣지를 검출하고, 상기 상승 엣지와 하강 엣지의 중간 지점을 샘플링 타임으로 산출하는 산출부; 상기 배터리의 입력 전압을 검출하여 디지털로 변환한 디지털 배터리 입력 전압을 출력하는 ADC(analog to digital converter); 및 상기 샘플링 타임마다 상기 디지털 배터리 입력 전압을 수집하여, 상기 발전기가 출력할 상기 발전 전압을 조정하는 조정 신호를 출력하는 제어부;를 포함할 수 있다.

상기 전압 조정기는, 상기 제어부로부터 출력되는 조정 신호를 PWM(pulse width modulation) 신호로 변환하여, 상기 발전기에 포함된 스테이터 코일을 동작시키는 필드 코일에 상기 PWM 신호를 공급하는 코일 구동부;를 더 포함할 수 있다.

이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 더 제공될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

실시 예들에 따르면, 차량에 포함된 교류 발전기의 출력 위상에 따라 배터리 입력 전압을 샘플링하여 발전 전압 리플 노이즈 인식 및 영향을 제거함으로써, 부하량에 대응하여 리플 노이즈가 선형적으로 증가하더라도 발전기를 안정적으로 동작시킬 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 교류 발전기용 전압 조정 장치의 발전 전압 리플 노이즈 인식 및 영향을 제거하는 장치를 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 차량 교류 발전기용 전압 조정 장치의 발전 전압 리플 노이즈 인식 및 영향을 제거하는 장치 중 전압 조정기의 위상 검출 동작을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 차량 교류 발전기용 전압 조정 장치의 발전 전압 리플 노이즈 인식 및 영향을 제거하는 장치 중 전압 조정부가 판단하는 배터리 입력 전압을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시 예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 교류 발전기용 전압 조정 장치의 발전 전압 리플 노이즈 인식 및 영향을 제거하는 장치를 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 교류 발전기용 전압 조정 장치의 발전 전압 리플 노이즈 인식 및 영향을 제거하는 장치(1)는 발전기(100), 정류기(200), 배터리(300), 부하(400), 전압 조정기(500) 및 필드 코일(600)을 포함할 수 있다.

발전기(100)는 차량의 엔진이 구동됨에 따라 발전 동작을 수행하여 발전 전압을 출력할 수 있다. 발전기(100)는 중심점을 기준으로 3상으로 구비된 스테이터 코일을 포함할 수 있다.

정류기(200)는 발전기(100)에서 출력되는 발전 전압을 정류할 수 있다. 정류기(200)는 스테이터 코일의 각 출련단자에 다이오드를 연결하여 발전 전압을 전파 정류 할 수 있다.

배터리(300)는 정류기(200)에서 출력되는 전파 정류 즉, 정류한 발전 전압으로 충전되고, 부하(400)를 동작시키는 부하 동작 전압을 공급할 수 있다. 여기서 배터리(300)는 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전치, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등의 충전 가능한 이차 전지를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 부하(400)는 차량 내에 구비된 엔진의 기동장치 및 점화 장치의 전장품을 비롯하여 램프류나 에어컨디셔너 등과 같은 각종 전기적 장치를 포함할 수 있다.

본 실시 예에서 차량의 rpm이 충분하지 않거나 배터리(300)의 성능이 좋지 않은 상태에서 부하(400)가 소비하는 전류에 따라 배터리(300)에 유입되는 리플 노이즈가 커질 수 있다. 즉, 부하(400)가 소비하는 전류에 따라 리플 노이즈 성분은 선형적으로 증가할 수 있다.

전압 조정기(500)는 발전기(100)에서 출력되는 발전 전압의 위상에 따라 샘플링한 배터리(300)의 입력 전압을 기반으로 발전기(100)가 출력하는 발전 전압을 조정할 수 있다. 본 실시 예에서 전압 조정기(500)는 산출부(510), ADC(520), 제어부(530) 및 코일 구동부(540)를 포함할 수 있다.

산출부(510)는 도 2에 도시된 바와 같이 발전기(100)에서 출력되는 발전 전압으로부터 위상을 검출하고, 검출한 위상으로부터 다시 상승 엣지와 하강 엣지를 검출하며, 상승 엣지와 하강 엣지의 중간 지점을 샘플링 타임으로 산출한 후, 다음 신호에 대한 상승 엣지의 기준레벨부터 중간 지점까지의 샘플링 타임을 예측할 수 있다.

ADC(520)는 배터리 입력 전압을 검출하여 디지털로 변환한 디지털 배터리 입력 전압을 출력할 수 있다.

제어부(530)는 샘플링 타임마다 디지털 배터리 입력 전압을 수집하여, 발전기(100)가 출력할 발전 전압을 조정할 수 있다.

도 3a를 참조하면, 부하(400)가 소비하는 전류가 적어 배터리 전압에 리플 노이즈가 존재하기는 하지만 평활해 보이며, 종래에는 배터리 유입 전압의 샘플링 타임이 일정하지 않고 램덤으로 검출하였지만, 부하(400)가 소비하는 전류가 적기 때문에 제어부(530)가 판단하는 배터리 유입 전압은 일정해 보인다. 따라서 발전기(100)가 출력할 발전 전압의 조정이 용이할 수 있다.

도 3b는 부하(400)가 소비하는 전류가 많아 배터리 전압에 리플 노이즈가 유입된 상태에서 샘플링 타임이 일정하지 않고 랜덤으로 검출하여, 제어부(530)가 판단하는 배터리 유입 전압이 흔들리고 있는 것을 도시하고 있다. 이러한 경우 제어부(530)는 배터리 유입 전압이 흔들리고 있는 것으로, 발전기(100)에서 출력되는 발전 전압이 안정적이지 못하고 흔들리고 있음을 판단할 수 있으며, 발전기(100)가 출력할 발전 전압의 조정이 어려울 수 있다.

도 3c는 부하(400)가 소비하는 전류가 많아 배터리 전압에 리플 노이즈가 유입된 상태이나, 샘플링 타임을 일정하게 하여 배터리 유입 전압 즉, 리플 노이즈가 포함된 배터리 전압의 중간값을 검출함으로써, 제어부(530)가 판단하는 배터리 유입 전압은 일정할 수 있다. 따라서 리플 노이즈가 존재하지만, 리플 노이즈에 영향을 최소화 하여 발전기(100)가 출력할 발전 전압의 조정이 용이할 수 있다.

제어부(530)는 샘플링 타임마다 디지털 배터리 입력 전압을 수집한 결과로 발전 전압을 조정하는 조정 신호를 출력할 수 있는데, 샘플링 타임마다 디지털 배터리 입력 전압을 수집한 결과 기준값 이상인 경우, 부하(400)가 소비하는 전류가 많다고 판단하고 발전기(100)의 발전 전압을 증가시키는 조정 신호를 출력하고, 샘플링 타임마다 디지털 배터리 입력 전압을 수집한 결과 기준값 미만인 경우, 부하(400)가 소비하는 전류가 적다고 판단하고 발전기(100)의 발전 전압을 감소시키는 조정 신호를 출력할 수 있다.

코일 구동부(540)는 제어부(530)가 출력한 조정 신호를 PWM 신호로 변환하고, 발전기(100)에 포함된 스테이터 코일을 동작시키는 필드 코일(600)에 PWM 신호를 공급할 수 있다. 여기서 PWM 신호는 제어부(530)가 출력한 조정 신호에 따라 듀티 비가 조정될 수 있다. 필드 코일(600)은 PWM 신호에 의해 동작하여 스테이터 코일에 자기장 변화에 따른 유도 기전력을 발생시켜 발전작용이 일어나도록 할 수 있다.

이상 설명된 본 발명에 따른 실시 예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.

한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.

본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다.

본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

1: 차량 교류 발전기용 전압 조정 장치의 발전 전압 리플 노이즈 인식 및 영향을 제거하는 장치
100: 발전기
200: 정류기
300: 배터리
400: 부하
500: 전압 조정기
600: 필드 코일

Claims (3)

1. 차량의 엔진이 구동됨에 따라 발전 동작을 수행하여 발전 전압을 출력하는 발전기;
   상기 발전기에서 출력되는 발전 전압을 정류하는 정류부;
   상기 정류부에서 정류한 발전 전압으로 충전하고 부하를 동작시키는 부하 동작 전압을 공급하는 배터리; 및
   상기 발전기에서 출력되는 발전 전압의 위상에 따라 샘플링한 상기 배터리의 입력 전압을 기반으로 상기 발전기가 출력하는 상기 발전 전압을 조정하는 전압 조정기;를 포함하는, 차량 교류 발전기용 전압 조정 장치의 발전 전압 리플 노이즈 인식 및 영향을 제거하는 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전압 조정기는,
   상기 발전기에서 출력되는 발전 전압의 위상으로부터 상승 엣지와 하강 엣지를 검출하고, 상기 상승 엣지와 하강 엣지의 중간 지점을 샘플링 타임으로 산출하는 산출부;
   상기 배터리의 입력 전압을 검출하여 디지털로 변환한 디지털 배터리 입력 전압을 출력하는 ADC(analog to digital converter); 및
   상기 샘플링 타임마다 상기 디지털 배터리 입력 전압을 수집하여, 상기 발전기가 출력할 상기 발전 전압을 조정하는 조정 신호를 출력하는 제어부;를 포함하는, 차량 교류 발전기용 전압 조정 장치의 발전 전압 리플 노이즈 인식 및 영향을 제거하는 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 전압 조정기는,
   상기 제어부로부터 출력되는 조정 신호를 PWM(pulse width modulation) 신호로 변환하여, 상기 발전기에 포함된 스테이터 코일을 동작시키는 필드 코일에 상기 PWM 신호를 공급하는 코일 구동부;를 더 포함하는, 차량 교류 발전기용 전압 조정 장치의 발전 전압 리플 노이즈 인식 및 영향을 제거하는 장치.

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