KR960000822Y1 - 단일전원 회로용 전자식 대전류 스위치 - Google Patents

단일전원 회로용 전자식 대전류 스위치 Download PDF

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KR960000822Y1 KR2019930012471U KR930012471U KR960000822Y1 KR 960000822 Y1 KR960000822 Y1 KR 960000822Y1 KR 2019930012471 U KR2019930012471 U KR 2019930012471U KR 930012471 U KR930012471 U KR 930012471U KR 960000822 Y1 KR960000822 Y1 KR 960000822Y1
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Abstract

내용 없음.

Description

단일전원 회로용 전자식 대전류 스위치
제 1 도는 종래의 단일전원 회로용 전자식 대전류 스위치의 회로도이고,
제 2 도는 본 고안 실시예의 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 변환부 20 : 증폭부
30 : 스위칭부 40 : 비교부
50 : 제1제어부 60 : 제2제어부
TRI-TR5 : 트랜지스터 R1-R13 : 저항
C1-C2 : 콘덴서 D1-D7 : 다이오드
OP1-OP2 : 연산증폭기 FET : 전계효과 트랜지스터
LD1-LD2 : 전기적 부하
본 고안은 단일전원 회로용 전자식 대전류 스위치에 관한 것으로, 특히 단일 직류전원을 사용하는 차량에 있어서, 각종 전기적 부하들에 공급되는 대전류 전원을 스위칭할수 있도록 된 단일전원 회로용 전자식 대전류 스위치에 관한 것이다.
종래의 단일전원 회로용 전자식 대전류 스위치는 스위칭 트랜지스터의 베이스에 인가되는 전원을 DC/DC 컨버터를 통해 저전압 고전류로 변환하여 인가함으로써 차량전원에서 전기적 부하로 흐르는 약 10-15A 정도의 대전류를 스위칭 제어할수 있도록 되어 있다.
즉, 본원 출원인이 등록권자인 실용신안등록 제 49280호에 제시된 종래의 전자식 스위치는 제1도에 도시된 바와 같이 차량의 밧데리 전원(BT1)을 파형정형하여 발진시키고 정류하여 저전압 전원으로 출력하는 DC/DC 컨버터(CON)와, 이 DC/DC 컨버터에서 출력되는 저전압전원에 의해 동작 제어되며, 차량전원(BT2)에서 전기적 부하(LD1)로 공급되는 전원을 스위칭 제어하는 스위칭 트랜지스터(TR3)로 구성되므로써, 상기 스위칭 트랜지스터(TR3)의 베이스단의 인가전원을 저전압 고전류(약1A)전원으로 바이어스하여 콜렉터-에미터간의 포화전압을 낮추고, 이에 따라 콜렉터-에미터간의 소비전력 용량이 작아져 10-15A 정도의 대전류를 차량전원(BT2)으로부터 전기적 부하(LD1)로 스위칭하도록 되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 전자식 스위치는 차량의 전기적부하(LD1)로 흐르는 대전류를 무리없이 스위칭 가능케 하지만, 상기 DC/DC 컨버터에서의 출력이 저전압 고전류 전원으로 변환하기 위해서는, 차량전원(BT1)을 파형정형하여 발진시키기 위한 자기코어(core)와, 발진되어 출력된 전원을 DC로 정류하기 위한 정류소자들이 구비되어야 하므로 그 부피 및 중량이 크고 원가가 상승한다는 문제점이 있다.
또한, 차량의 전기적 부하중 물리적인 파손이나 접점 불량등에 의해 단락된 부하가 발생하게 되면 스위칭 소자의 에미터-콜렉터간에는 대전류인 임계전류 이상의 과전류가 흐르게 되어 이 스위칭 소자의 포화전압을 상승시키게 되며, 이에 따라 전력손실(열손실)의 발생이 증가하여 결국 스위칭 소자의 파손 및 열화를 초래하게 된다는 문제점이 있다.
본 고안은 이와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 차량의 밧데리로부터 전기적 부하로 흐르는 10~15A 정도의 대전류를 스위칭할수 있도록 된 단일전원 회로용 전자식 대전류 스위치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 고안의 또 다른 목적은, 전기적 부하가 단락상태로 되어 스위칭 소자를 통해 과전류가 흐르게 될 경우, 이 스위칭 소자의 동작을 정지시킴으로서 전력손실(열손실)에 의한 스위칭 소자의 파손 및 열화를 방지할수 있으며, 또한 상기의 전기적 부하가 단락되었다가 다시 정상상태로 복귀되면 상기 스위칭 소자를 정상 동작시키도록 된 단일전원 회로용 전자식 대전류 스위치를 제공하는데 있다.
본 고안은 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 차량밧데리 전원을 저전압 저전류 전원으로 변환시키는 변환부와, 이 변환부에서 출력되는 소전류를 대전류(약 1A정도)로 증폭하여 스위칭 소자의 구동 제어전원으로 인가시키는 증폭부와, 이 증폭부에서 출력되는 전원에 의해 동작 제어되며 전기적 부하로 흐르는 차량의 밧데리 전원을 스위칭 제어하는 스위칭부로 구성되며, 이에 부가하여 전기적 부하의 단락여부에 따라 변화되는 상기 스위칭부의 출력단 전압을 기준전압과 비교하는 비교부와, 이 비교부의 출력에 의해 구동 제어되며 상기 변환부의 동작을 제어하는 제 1 제어부와, 상기 전기적 부하의 순간적인 단락후 정상 복귀시 상기 제 1 제어부의 동작을 일시적으로 제어하여 상기 변환부가 정상 동작하도록 하기 위한 제 2 제어부를 설치할수 있다.
이하, 본 고안의 실시예를 첨부된 제 2 도에 의거 상세히 설명한다.
제 2 도는 본 고안의 실시예의 회로도로서, 입력스위치(SW2)에 의해 단속되는 차량전원(B+)으로 동작되며 이 차량전원(B+)의 전류를 저전류 전원으로 변환하여 출력시키는 변환부(10)와, 이 변화부(10)에서 출력된 저전류 전원을 대전류로 증폭하여 출력하는 증폭부(20)와, 이 증폭부(20)에서 출력된 대전류 전원을 구동제어 전원으로 인가받아 동작하며 전기적 부하(LD2)로 공급되는 차량전원(B+)을 스위칭하는 스위칭부(30)로 구성되며, 이에 부가하여 전기적 부하의 단락여부에 따라 변화되는 살기 스위칭부(30)의 출력단 전압을 기준전압과 비교하는 비교부(40)와, 이 비교부(40)의 출력에 의해 구동 제어되어 상기 변환부(10)의 동작을 제어하는 제 1 제어부(50)와, 또한 상기 전기적 부하의 순간적인 단락후 정상 복귀시 상기 제 1 제어부(50)의 동작을 일시적으로 제어하여 상기 변환부(10)가 정상 동작하도록 하기 위한 제 2 제어부(60)를 설치할수 있다.
상기 변환부는 차량전원(B+)의 전류를 저전류 전원으로 변환하여 출력시키는 포토커플러(PC)로 이루어져 있으며, 상기 스위칭부(30)의 스위칭 소자로는 전계효과 트랜지스터(FET)를 사용하고 있으며 일반적인 트랜지스터를 사용할 수도 있다.
그리고, 상기 비교부(40)는 스위칭 소자인 전계효과 트랜지스터의 소오스(S) 출력전압이 비교 전압으로 인가되는 연산증폭기(OP2)와 기준전압 설정용 저항(R8)(R9)으로 구성되며, 상기 제 1 제어부(50)는 상기 연산증폭기(OP2)의 출력에 의해 동작 제어되며 그 콜렉터가 상기 변환부(10)의 포토다이오드(LED)의 입력단에 연결된 트랜지스터(TR4), 다이오드(D6) 및 바이어스저항(R11)으로 구성된다.
한편, 제 2 제어부(60)는 상기 차량전원(B+)이 인가되며 콘덴서(C2) 및 저항 (R13)으로 된 시정수 회로와 이 시정수 회로의 출력에 의해 동작 제어되며 그 콜렉터가 상기 제 1 제어부(50)내의 상기 트랜지스터(TR4)의 베이스에 연결된 트랜지스터(TR5)로 구성된다.
다음에는 상기와 같은 구성으로 된 본 고안 실시예의 작용효과를 설명한다.
입력스위치(SW2)를 "온" 시키면 차량전원(B+)은 저항(R1)을 통하여 포토커플러(PC)내의 발광다이오드(LED)에 인가되어 발광시키고, 포토트랜지스터(PC)에서는 살기 발광다이오드에서 발광된 입사광을 수광하여 베이스 전류로 인가받아 "턴온"된다.
이때 포토트랜지스터(PT)의 베이스에 인가되는 전류는 발광다이오드에 흐르는 전류의 양, 즉 발광되는 입사광의 밝기와 비례하므로 발광다이오드의 차량전원(B+)의 전류를 조절하므로써 포토트랜지스터의 콜렉터-에미터간을 흐르는 전류의 양을 저전류로 조절할 수 있게 된다.
이와 같이 포토트랜지스터(PT)가 "턴온"됨에 따라 차량전원(B+)은 저항(R2)과 다이오드(D4)를 통하여 포토트랜지스터의 콜렉터와 에미터간에서 저전류의 전원으로 출력되어 분압저항(R4)(R5)에 인가되므로 분압저항(R4)(R5)을 통해 저전압으로 강하되고, 연산증폭기(OP1)의 입력단에 인가되어 저전압 고전류의 전원으로 증폭되어 출력된다. 즉, 차량전원(B+)은 상기 포토커플러(PC)내의 발광다이오드(LED)의 입사광량에 의해 "턴온"된 포토트랜지스터(PT)의 콜렉터-에미터간을 저전류로 도통되어 분압저항(R4)(R5)에 인가되므로 분압저항(R4)(R5)에서의 소비전력을 저전류에 의해 작게 제한할 수 있다.
한편, 연산증폭기(OP1)에서 출력된 저전압 고전류 전원은 스위칭 소자인 전계효과 트랜지스터(FET)의 게이트(G)전류를 1A정도로 크게 흘려줌으로써 소오스(S)-드레인(D)간의 포화전압이 낮아지게 된다. 따라서 전계효과 트랜지스터의 소비전력이 감소되어 열발생이 극소화된 상태로 차량전원(B+)에서 전기적 부하(LD2)로 10-15A 정도의 대전류 전원을 공급하게 된다.
이와 같은 상태에서 전기적 부하(LD2)에 공급되는 차량전원(B+)을 단속하기 위하여 입력스위치(SW2)를 "오프"시키게 되면, 포토커플러(PC)내의 발광다이오드(LED)는 빛을 발광하지 않게 되어 포토트랜지스터(PT)는 "턴오프"되고, 전계효과 트랜지스터는 게이트 전원을 공급받지 못하여 "턴오프"됨으로써 전기적 부하(LD2)로 공급되는 차량전원(B+)은 차단된다.
그리고, 상기와 같은 정상동작 상태에서 외부의 물리적인 충격이나 접점 불량등의 원인에 의하여 전기적 부하가 단락되는 경우에는 전기적 부하(LD2)와 연결된 전계효과 트랜지스터(FET)의 소오스전위가 접지준위와 같아져 과전류가 흐로게 되고, 이 과전류에 의하여 비교부(40)내의 브리이드저항(R4) 양단간의 전압은 강하된 상태에서 연산증폭기(OP2)에 반전입력된다. 이 전압은 차량전원(B+)이 저항 (R8)(R9)에 의해 분압된 전압을 기준전압으로서 (+) 임격단에 인가하는 연산증폭기(OP2)에 의해 비교 증폭됨으로써 이 연산증폭기(OP2)의 출력은 "하이"레벨이 된다.
이 "하이"레벨 출력은 저항(R10) 및 다이오드(D6)를 통해 제 1 제어부(50)내의 트랜지스터(TR4)의 베이스에 인가되므로 이 트랜지스터(TR4)가 "턴온"된다.
따라서, 저항(R1)을 통해 포토커플러(PC)내의 발광다이오드(LED)의 입력단에 인가된 차량전원(B+)이 상기 트랜지스터(TR4)를 통해 접지로 바이패스됨으로서 포토커플러(PC)내의 발광다이오드(LED)는 빛을 발광하지 못하게 되고, 이에 따라 포토트랜지스터(PT)가 "턴오프"됨으로서 전계효과 트랜지스터(FET)의 게이트(G)가 "로우"레벨로 되어 이 전계효과 트랜지스터(FET)는 "턴오프"된다. 이에 의해 이 전계효과 트랜지스터(FET)의 드레인-소오스간을 통해 전기적 부하(LD2)로 흐르는 과전류가 바로 차단됨으로써 이 전계효과 트랜지스터(FET)의 전력손실에 따른 파손 및 열화현상을 방지할수 있게 된다.
한편, 전기적 부하(LD2)의 단락현상은 순간적인 단락후 바로 정상상태로 복귀되는 경우와 전기적 부하(LD2)를 교체함에 의해 정상상태로 복귀되는 경우로 분리될 수 있는데, 먼저 전기적 부하가 순간적으로 단락 되었다가 복귀되는 경우에는 제 2 제어부(60)내의 콘덴서(C2) 및 저항(R13)으로 된 시정수 회로를 통해서 상기 되었다가 복귀되는 경우에는 제 2 제어부(60)내의 콘덴서(C2) 및 저항(R13)으로 된 시정수 회로를 통해서 상기 전기적 부하(LD2)의 순간적인 단락후 정상 복귀에 다른 차량전원(B+)의 변화에 의해 하나의 정극성 펄스신호가 출력되며, 이에 따라 트랜지스터(TR5)가 순간적으로 "턴온"된다. 따라서, 제 1 제어부(50)내의 트랜지스터(TR4)의 베이스가 상기 트랜지스터(TR5)에 의해 접지로 연결되는 "로우"레벨 상태로 되므로 이 트랜지스터(TR4)는 "오프"되고, 이에 따라 변환부(10)는 정상 동작됨으로서 전계효과 트랜지스터(FET)가 다시 "턴온"되어 차량전원(B+)이 전기적 부하(LD2)로 공급되는 정상 동작상태가 이루어진다.
이때, 전계효과 트랜지스터(FET)의 소오스(S)의 전압레벨은 정상레벨로 되므로 비교부(40)내의 연산증폭기(OP2)의 출력은 "로우"레벨로 반전되므로 제 1 제어부(50)내의 트랜지스터(TR4)는 계속 "오프" 상태로 유지된다.
또한, 전기적 부하(LD2)의 단락상태가 지속되어 전기적 부하(LD2)를 교체하는 경우에는 제어스위치(SW2)를 다시 "오프" 및 "온"시키게 되므로서 전술한 바와 같은 동일한 회로동작에 의해 정상적인 스위칭 동작이 이루어지게 된다.
이상과 같이 본 고안은 전기적 부하에 공급되는 대전류의 차량전원을 단속하기 위한 스위칭 소자의 구동 제어전원을 포토커플러와 전류증폭기에 의하여 저전압 고전류 전원으로 변환하여 인가함으로써 스위칭 소자의 스위칭 포화전압을 낮추어 전력손실을 극소화시켜 방열에 의한 스위칭 소자의 파손 및 열화를 방지하는 잇점이 있으며, 또한 종래의 전자식 스위칭 회로에서 발진회로와 트랜스 및 정류소자로 구성된 DC/DC 컨버터를 사용함으로써 발생되는 부피 및 중량의 증고와 제조원가의 상승등의 문제를 해소시켜 주게 되므로 제품의 신뢰성의 향상과 제품의 소형화를 달성할 수 있다.
또한, 외부의 물리적인 충격 또는 접점 불량등의 원인에 의하여 전기적 부하가 단락되는 경우, 이를 감지하여 바로 대전류 스위칭 소자를 "턴오프"시켜 줌으로써 전기적 부하에 흐르는 과전류를 차단시킴과 동시에 스위칭 소자의 파손 및 열화를 방지하며, 전기적 부하가 순간적으로 단락되었다가 복원되는 경우에는 바로 스위칭 소자가 정상 동작되도록 하여 줌으로써 차량전원이 정상적으로 전기적 부하에 공급되도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (5)

  1. 입력스위치(SW2)에 의해 단속되는 차량전원(B+)으로 동작되며, 이 차량전원(B+)의 전류를 저전류 전원으로 변환하여 출력시키는 포토커플러(PC)로 이루어진 변환부(10)와, 이 변환부(10)에서 출력된 저전류 전원을 대전류로 증폭하여 출력하는 증폭부(20)와, 이 증폭부(20)에서 출력된 대전류 전원을 구동제어 전원으로 인가받아 동작되며 전기적 부하(LD2)로 공급되는 차량전원(B+)을 스위칭하는 스위칭부(30)로 구성된 것을 특징으로 하는 단일전원 회로용 전자식 대전류 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭부(30)의 스위칭 소자가 전계효과 트랜지스터(FET)인 것을 특징으로 하는 단일전원 회로용 전자식 대전류 스위치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭부(30)의 스위칭 소자가 PNP 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 단일전원 회로용 전자식 대전류 스위치.
  4. 제 1 항에 있어서, 전기적 부하의 단락여부에 따라 변화되는 상기 스위칭부(30)의 출력단 전압이 이 반전 입력단에 인가되며 기준전압 설정용 저항(R8)(R9)에 의한 기준전압이 비반전입력단에 인가되는 연산증폭기(OP2)로 이루어진 비교부(40)와, 이 비교부(40)의 출력에 의해 구동 제어되어 상기 변화부(10)의 발광다이오드(LED)의 입력단의 인가전압을 접지로 바이패스시키는 트랜지스터(TR4), 역전압방지용 다이오드(D6)로 이루어진 제 1 제어부(50)가 구비되어, 전기적 부하의 단락으로 인한 상기 스위칭부(30)의 파손 및 열화를 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 단일전원 회로용 전자식 대전류 스위치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 차량전원(B+)이 인가되며 콘덴서(C3) 및 저항(R13)으로 된 시정수 회로와 이 시정수 회로의 출력에 의해 동작 제어되어 상기 제 1 제어부(50)내의 상기 트랜지스터(TR4)의 베이스전압을 접지로 바이패스시키는 트랜지스터(TR5)로 이루어진 제 2 제어부(60)가 구비되어 상기 제 1 제어부(50)의 동작을 전기적 부하가 정상으로 되었을 때 일시적으로 제어함으로써 상기 변환부(10)가 리세트되도록 하는 것을 특징으로 하는 단일전원 회로용 전자식 대전류 스위치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101875220B1 (ko) * 2011-06-08 2018-07-06 매그나칩 반도체 유한회사 Led 구동회로

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