KR900000981Y1

KR900000981Y1 - Electronic large current switch for a single power circuit

Info

Publication number: KR900000981Y1
Application number: KR2019870000956U
Authority: KR
Inventors: 이운선
Original assignee: 이장범
Priority date: 1987-01-30
Filing date: 1987-01-30
Publication date: 1990-02-02
Also published as: KR880015456U

Abstract

내용 없음.No content.

Description

Electronic large current switch for single power circuit

첨부도면은 본 고안의 일실시예를 나타낸 회로도이다.The accompanying drawings are circuit diagrams showing an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

CON : DC-DC컨버터 T1:트랜스CON: DC-DC Converter T1: Trans

TR3 : 스위칭 트랜지스터 L1-L3 : 트랜스의 1, 2차측 코일TR3: Switching transistor L1-L3: Transformer's primary and secondary coil

SW1 : 제어스위치 LD : 전기적 부하SW1: Control Switch LD: Electrical Load

본 고안은 단일전원 회로용 전자식 대전류 스위치, 특히 단일 직류전원을 사용하는 차량에 적용하기 위한 전자식 스위치에 관한 것이다.The present invention relates to an electronic large current switch for a single power supply circuit, in particular an electronic switch for application to a vehicle using a single DC power supply.

일반적으로 차량의 전기적 부하, 예를들어 각종 램프나 윈도우 와이퍼등의 구동전원을 제어하기 위해 사용되는 스위치는 기계식 릴레이 스위치와 전자식 스위치로 구분된다.In general, the switches used to control the electrical load of the vehicle, for example, the driving power of various lamps, window wipers, etc. are divided into mechanical relay switches and electronic switches.

이중 기계식 릴레이스위치는 외부의 진동이나 충격에 의해 그 접점의 접속상태가 불안정해지거나 오접속이 발생할 수 있으며 접점에 먼지등의 이물질이 붙게 되거나 접점의 습기등에 의해 부식되게 되면 접점의 접속이 제대로 이루어지지 못하는 폐단이 있다.The double mechanical relay switch may become unstable or incorrectly connected due to external vibrations or shocks. If the foreign matter is attached to the contacts or corroded by moisture of the contacts, the contacts are properly connected. There is a lack of support.

또한 릴레이 접점에 의해 대전류를 단속할 경우 접점간에 전기적 스파크 현상이 반생하여 접점이 고착되거나 주변의 전자기기 등에 나쁜영향을 미치는 문제점이 아직 개선되지 못하고 있다.In addition, when a large current is interrupted by a relay contact, an electrical spark phenomenon occurs between the contacts, and thus the problem that the contact is stuck or adversely affects the surrounding electronic devices has not been improved.

한편, 트랜지스터를 스위칭 소자로 사용하는 일반적인 전자식 스위치는 대개 2-3A의 전류를 스위칭할 수있도록 설계되고 있으며, 이때 스위치 트랜지스터의 파라미터나 동작조건등의 전기적 특성에 따라 그 베이스전류는 수십-수백mA의 범위안에서 설정됨으로써 이 스위칭 트랜지스터의 콜렉터 에이터간의 포화전압은 1V-2V 정도로 높게된다.On the other hand, general electronic switches that use transistors as switching elements are designed to switch currents of 2-3A. At this time, the base current is several tens to hundreds of mA depending on the electrical characteristics of the switching transistor's parameters and operating conditions. By setting in the range of, the saturation voltage between the collector actors of this switching transistor is as high as 1V-2V.

따라서, 이와같은 전자식 릴레이를 차량전원 제어용으로 적용시킬 경우 스위칭 트랜지스터가 DC 12V의 차량전원으로부터 부하회로로 흐로는 10-15A 정도의 대전류를 단속하게 되므로 이 트랜지스터에서 소비되는 전력량이 상대적으로 커지고, 이에 의해 스위칭 트랜지스터의 내부에서 높은 열이 발생하여 스위칭 트랜지스터의 열화를 촉진시키게 된다.Therefore, when the electronic relay is applied for vehicle power control, the switching transistor intercepts a large current of about 10-15A flowing from the DC 12V vehicle power supply to the load circuit, thus increasing the amount of power consumed by the transistor. As a result, high heat is generated inside the switching transistor to promote deterioration of the switching transistor.

따라서 일반적인 전자식 스위치는 단일전원을 사용하는 차량에 적용시키는 것이 곤란하다.Therefore, it is difficult to apply a general electronic switch to a vehicle using a single power source.

한편. 전술한 전자식 스위치의 문제점을 해소시키기 위하여 스위칭 트랜지스터의 베이스 전류를 크게하여 포화전압이 낮아지도록 스워칭 회로를 설계함으로써 스위칭 트랜지스터의 소비전력을 감소시키는 방법을 고려해볼 수 있으나, 베이스 바이어스 저항을 사용하는 고정 바이어스 방식의 스위칭 트랜지스터의 경우 이 바이어스 저항을 통해 큰 베이스 전류가 흐르고 또한 이 저항의 양단간의 전압차가 크므로 결국 저항에서 소모되는전력량이 상당히 커지게 된다.Meanwhile. In order to solve the above-described problems of the electronic switch, a method of reducing the power consumption of the switching transistor can be considered by designing a switching circuit to increase the base current of the switching transistor to lower the saturation voltage. In the case of a fixed bias switching transistor, a large base current flows through the bias resistor, and a large voltage difference between the resistors leads to a large amount of power consumed by the resistor.

따라서 거항의 소비전력 용량을 크게 설정해 주어야 함에 따라 저항의 부피가 커지게 되어 전자식 스위치의 소형화가 곤란하고 전력손실의 문제점을 근본적으로 해결할 수 없게된다.Therefore, the larger the power consumption capacity of the aquatic port, the greater the volume of the resistor, it is difficult to miniaturize the electronic switch and can not fundamentally solve the problem of power loss.

또한 스위칭 회로 소자인 트랜지스터를 다링톤 접속시키고, 베이스 바이어스 설정용 저항을 블리이더방식으로 연결시켜 바이어스 전압을 설정해 주는 방법을 생각해 블 수 있는데, 예컨데 에미터 접지시 바이어스 설정회로를 구성하는 경우에는 컬렉터-베이스 전류의 안정계수와 베이스-에미터 전압에 대한 안정계수등을 고려하여 바이어스 저항치를 설정해 주어야만 트랜지스터의 파라미터가 변화되지 않게된다.In addition, it is possible to think of a method of setting a bias voltage by connecting a transistor, which is a switching circuit element, to a Darlington, and connecting a base bias setting resistor in a bleeder manner. For example, when configuring a bias setting circuit when the emitter is grounded, It is necessary to set the bias resistance value in consideration of the stability factor of the base current and the stability factor of the base-emitter voltage, so that the parameter of the transistor does not change.

그러나, 이러한 방법에서도 발열온도에 의해 트랜지스터의 파라미터가 변하게 되어 바이어스점이 변화되는 경우가 발생되고 있고, 이에 대한 대비책으로서는 발생되는 고열을 방열시키기 위해 면적이 넓은 방열판을 사용하고 있으나, 이러한 방열판만으로는 스위칭 트랜지스터에서 반생되는 고열을 어느 정도까지는 방열시킬수 있을지라도 계속적으로 발생되는 고열에 대해서는 큰 효과를 기대할 수 없게 되어 스위칭 트랜지스터로서 정상적인 기능을 다하지 못하게 되는 경우가 발생함은 물론 커다란 방열판 사용에 의해 역시 제품의 소형화가 곤란하다.However, in such a method, the bias point is changed due to the change of the transistor parameter due to the heat generation temperature. As a countermeasure, a large heat sink is used to dissipate the generated high heat. Even though it can dissipate high heat generated to a certain degree, it is impossible to expect a great effect on high heat that is generated continuously, and it may not be able to perform its normal function as a switching transistor. Is difficult.

이와같이 트랜지스터를 스위칭 소자로 사용하는 경우에는 포화전압이 높게된다는 문제점이 있고, 이를 해결하기 위해 특수한 스위칭용 반도체소자를 사용한다 하더라도 그의 구동전류가 커지게 되므로 일반적인 바이어스 회로에 의해 입력전압을 트랜지스터에 공급하는 구동방식으로는 열손실이 많아지게 될 뿐만 아니라, 제품의 소형화가 곤란하였다.In this case, when the transistor is used as a switching element, there is a problem that the saturation voltage becomes high, and even if a special switching semiconductor element is used to solve this problem, the driving current of the transistor is increased so that the input voltage is supplied to the transistor by a general bias circuit. In addition to the increase in heat loss, the miniaturization of the product was difficult.

본 고안은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 저전압 변환용 DC-DC 컨버터를 사용하여 입력전원전압을 저전압으로 강하시킨 다음 이 저전압으로서 전기적 부하회로의 구동전원을 제어하기 위한 스위칭 트랜지스터를 구동시키도록 한 것이다.The present invention uses a low-voltage conversion DC-DC converter to solve the above-described problems, so that the input power supply voltage is lowered to a low voltage, and then the low voltage is used to drive a switching transistor for controlling the driving power supply of the electrical load circuit. It is.

본 고안의 목직은 스위칭 트랜지스터의 전력손실과 이에 따른 열발생을 극소화시킬 수 있게하고, 소형의 전자식 스위치를 제공하기 위한 것이다.The purpose of the present invention is to provide a miniaturized electronic switch and to minimize the power loss of the switching transistor and the resulting heat generation.

상기한 목적을 실현하는 본 고안을 예시도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention for realizing the above object will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명의 일실시예를 도시한 것으로서, 차량 전원의 전압을 저전압으로 변환시켜 주기 위한 DC-DC컨버터(CON)를 구성한 트랜스(T1)의 2차측 코일(L3)의 양단에 정류용 다이오드(D2, D3)및 평활콘덴서(C1)가 연결된다.FIG. 1 illustrates an embodiment of the present invention, for rectifying both ends of a secondary coil L3 of a transformer T1 constituting a DC-DC converter CON for converting a voltage of a vehicle power source to a low voltage. Diodes D2 and D3 and smoothing capacitor C1 are connected.

이 DC-DC 컨버터(CON)에서 출력되는 저전압 전원이 스위칭 트랜지스터(TR3)의 베이스 바이어스 전원으로 공급되도록 연결되는데, 이 스위칭 트랜지스터(TR3)의 에미터와 콜렉터 사이에는 차량의 전기적부하(LD)와 차량전원(BT)이 직렬 연결된다.The low voltage power output from the DC-DC converter CON is connected to be supplied to the base bias power supply of the switching transistor TR3, and between the emitter and the collector of the switching transistor TR3 is connected to the electrical load LD of the vehicle. The vehicle power source BT is connected in series.

이 전기적 부하(LD)는 헤드라이트, 회전표시등 등의 각종 차량램프나 윈도우 와이퍼 구동모우터등이 될 수있다.The electrical load LD may be various vehicle lamps such as headlights, rotation indicators, window wiper drive motors, or the like.

본 고안에 적용된 DC-DC 컨버터(CON)는 코어(Core)의 자기 포화를 이용한 발진기로서, 트랜스(T1)에서 코어의 자화특성은 자계(H)를 강하게 해주면 자속밀도(B)가 높아지게 되고, 포화점에서는 자계를 변화시켜주어도 자속밀도는 변화하지 않게되며, 코어가 포화되면 코어로서의 작용을 할 수 없게된다.DC-DC converter (CON) applied to the present invention is an oscillator using the magnetic saturation of the core (Core), the magnetic properties of the core in the transformer (T1) the magnetic flux density (B) is increased when the magnetic field (H) is strong, At the saturation point, the magnetic flux density does not change even if the magnetic field is changed, and when the core is saturated, it cannot function as the core.

즉. 코어에 권선(N)을 감고 펄스신호(예컨대 구형파)를 가하게 되면 전압(V)은In other words. When winding N is wound on the core and a pulse signal (for example, square wave) is applied, voltage V

로 되는데. 여기서 상기 식(1)에 대해 반주기를 적분함과 더블어 Φ=BS(B는 자속밀도, S는 코어의 단면적)을 대입하게 되면,It becomes Integrating the half period with respect to Equation (1) and double Φ = BS (B is the magnetic flux density, S is the cross-sectional area of the core),

로 된다.It becomes

T상기 식(2)에 의하면 자속밀도(B)는 전압(V)의 적분치에 비례하게 되고, 0에서까지의 반주기 기간에 전압(V)은 일정하게 되며, 자속밀도(B)는 -B에서 +B까지 2B만큼 변화된다.According to Equation (2) above, the magnetic flux density (B) is proportional to the integral of the voltage (V). The voltage V becomes constant in the half cycle period up to and the magnetic flux density B varies by 2B from -B to + B.

따라서,therefore,

로 되고, 이는, Which is

로 되는데. 주파수(f)는 f= 이므로 상기 식(4)는It becomes Since the frequency f is f =, the above formula (4)

로 된다. It becomes

한편, 코어가 포화되는 점에서는 자계가 변하여도 자속밀도가 변하지 않게되므로 코어에서 더 이상 전압이 유기되지 않게 되는 것이다.On the other hand, at the point where the core is saturated, the magnetic flux density does not change even when the magnetic field changes, so that voltage is no longer induced in the core.

이러한 조건에서 DC-DC 컨버터(CON)내의 트랜스(T1)의 1차측 코일(L2)에 연결된 제어스위치(SW1)를 "온"시키면, 차량 밧데리(BT)로부터 DC 12V의 전원이 인가되므로 구동저항(R1) 및 코일(L1)(L1′)을 퉁해 트랜지스터(TR1)(TR2)의 베이스에 각각 인가된다.Under these conditions, when the control switch SW1 connected to the primary coil L2 of the transformer T1 in the DC-DC converter CON is turned "on", DC 12V power is applied from the vehicle battery BT so that the driving resistance is increased. R1 and coils L1 (L1 ') are applied to the bases of transistors TR1 (TR2), respectively.

각 트랜지스터(TR1)(TR2)의 파라미터 특성에 의해 어느 한쪽의 트랜지스터가 턴온된다.Either transistor is turned on by the parameter characteristic of each transistor TR1 (TR2).

예를들어 트랜지스터(TR1)가 "턴온"되면 그의 콜렉터 전류가 코일(L2)을 통해 흐르게 되어 이 트랜지스터(TR1)의 베이스에 연결된 코일(L1)에는 코일(L2)에 의해 유기되는 전압이 증가됨으로써 그 베이스 전류가 점차 증가되어 트랜지스터(TR1)는 포화상태로 된다.For example, when the transistor TR1 is "turned on", its collector current flows through the coil L2, and the voltage induced by the coil L2 is increased in the coil L1 connected to the base of the transistor TR1. The base current gradually increases to make the transistor TR1 saturated.

이때 코일(L2)을 흐르는 전류도 증가됨과 더불어 코어의 자속밀도는 포화점에 도달하게 되고, 포화점에서는상기한 바와 같이 자계의 변화가 없으므로 트랜지스터(TR1)의 베이스축 코일(L1)에는 전압이 유기되지 않게되어 트랜지스터(TR1)가 "턴오프"된다.At this time, the current flowing through the coil L2 is increased and the magnetic flux density of the core reaches the saturation point, and at the saturation point, since there is no change in the magnetic field as described above, the voltage is applied to the base axis coil L1 of the transistor TR1. The transistor TR1 is " turned off "

이렇게 트랜지스터(TR1)가 "턴오프"됨에 따라 이번에는 트랜지스터(TR2)가 "턴온"상태로 되어 전술한 바와 동일한 회로 동작을 하게 됨으로써 결국 각 트랜지스터(TR1)(TR2)가 반복적으로 "온, 오프"동작을 하는발진작용이 이루어지게 되어 트랜스(T1)의 2차축 코일(L3)에는 AC 전압이 유기된다.As the transistor TR1 is "turned off" in this way, the transistor TR2 is "turned on" to perform the same circuit operation as described above, so that each transistor TR1 (TR2) is repeatedly "on, off". &Quot; Operating oscillation is performed so that an AC voltage is induced in the secondary shaft coil L3 of the transformer T1.

이때 상기 트랜스(T1)의 1,2차측 코일(L1)(L2)의 권선비를 적정하게 설정해주면 2차측 코일(L3)에 유기되는 AC 전압을 스위칭 트랜지스터(TR3)의 바이어스 전압으로 사용할 수 있을 정도로 낮게 할 수 있게 되고, 이렇게 유기된 저전압을 다이오드(D2.D3)를 통해 전파정류되고 리플제거용 콘덴서(C1)에 의해 평활된 상태에서 스위칭 트랜지스터(TR3)의 에미터-베이스간에 베이스바어어스 전압으로 인가되며. 이에 의해 스위칭 트랜지스터(TR3)가 "턴온"됨으로써 차량전원(BT)이 전기적 부하(LD)에 공급된다.At this time, if the winding ratio of the primary and secondary coils L1 and L2 of the transformer T1 is appropriately set, the AC voltage induced in the secondary coil L3 can be used as the bias voltage of the switching transistor TR3. The base bias voltage between the emitter and base of the switching transistor TR3 can be made low, and the low voltage thus induced is full-wave rectified through the diode D2.D3 and smoothed by the ripple cancellation capacitor C1. Is authorized by. As a result, the switching transistor TR3 is " turned on " so that the vehicle power source BT is supplied to the electrical load LD.

본 고안에서는 특히, DC-DC 컨버터(C○N)로 부터 출력되는 저전압 전원으로 스위칭 트랜지스터(TR3)를 구동시킴에 있어서 그 베이스 전류를 1A 정도로 크게 흘려줌으로서 이 스위칭 트랜지스터(TR3)에서 받생하는 전력손실을 극소화시킬 수 있다.In the present invention, in particular, in driving the switching transistor TR3 with a low voltage power source output from the DC-DC converter C ○ N, the base current flows as large as about 1A, which is supported by the switching transistor TR3. The power loss can be minimized.

따라서, 스위칭 트랜지스터(TR3)에서의 열발생도 극소화 되어 방열용 방열판의 설치가 불필요함욘 물론 높은 소비전력 용량을 갖는 바이어스 저항의 설치 역시 불필요하다.Therefore, heat generation in the switching transistor TR3 is also minimized, so that the installation of the heat dissipation plate is unnecessary, and of course, the installation of the bias resistor having a high power consumption capacity is also unnecessary.

위와같은 상태에서 DC-DC 컨버터(CON)내의 제어스위치(SW1)를 "오프"시키면 이 DC-DC 컨버터(CON)내의 트랜스(T1)의 각각 1차측 코일(L1)(L1,)(L2)로의 전원공급이 차단되어 각 트랜지스터(TR1)(TR2)가 모두 "오프"되고, 이에 의해 DC-DC 컨버터(CON)의 발진작용이 중단되어 스위칭 트랜지스터(TR3)는 베이스바이어스 전압을 공급받지 못하여 "턴오프"됨으로써 전기적 부하(LD)로의 차량전원(BT)공급이 차단된다. 한편, 본 밭명의 싣시예에서의 제어스위치(SW1)는 전기적부하(LD)의 조건에 따라 여타의 스위칭 회로로의 대체가 가능한데. 예를들어 제어스위치(SW1)대신 회전표시등의 자동 점멸회로나 와이퍼 구동모우터의 제어회로등의 주기적 스위칭 회로를 연결하여 사용할 수도 있다.When the control switch SW1 in the DC-DC converter CON is "off" in the above state, the primary coils L1 (L1, L1, L2) of the transformer T1 in the DC-DC converter CON are respectively. The power supply to the furnace is cut off so that each of the transistors TR1 and TR2 is "off ", thereby stopping the oscillation of the DC-DC converter CON so that the switching transistor TR3 is not supplied with the base bias voltage. Turn off " to cut off the supply of the vehicle power BT to the electrical load LD. On the other hand, the control switch (SW1) in the loading example of this field name can be replaced with other switching circuits according to the conditions of the electrical load (LD). For example, instead of the control switch SW1, a periodic switching circuit such as an automatic flashing circuit of a rotation indicator or a control circuit of a wiper drive motor may be connected.

이상과 같이 본 고안은 대전류 스위칭 회로의 전력 손실을 극소화할 수 있고, 종래의 기계식 릴레이보다 내진동성과 내충격성 및 이물질이나 접점의 마모등에 의한 오동작을 방지할 수 있게 되어 수명이 반영구적으로될 수 있으며. 또한 종래의 전자식 릴레이회로에서 스위칭 트랜지스터를 저항이나 트랜지스터로 이루어진 바이어스 회로를 사용하여 입력전압을 분배해주는 방식으로 구동시켜 주게 됨으로서 발생되는 바이어스 저항의 부피 증가와 트랜지스터의 방열판 크기 문제를 DC-DC 컨버터에서 강하된 저전압으로 스위칭 트랜지스터를 구동시킴에 의해 해소시켜 줄 수 있게 되므로 제품의 신뢰성이 향상될 뿐만 아니라, 제품의 소형화를 달성할 수 있다.As described above, the present invention can minimize the power loss of the large current switching circuit, and can prevent the malfunction due to the vibration resistance and the impact resistance and the abrasion of the foreign matter or the contact than the conventional mechanical relay, and thus the life can be semi-permanent. . In addition, in the conventional electronic relay circuit, the switching transistor is driven in a manner of distributing the input voltage by using a bias circuit composed of a resistor or a transistor, thereby increasing the volume of the bias resistor and the heat sink size of the transistor in the DC-DC converter. Since the switching transistor can be solved by driving the lowered voltage, the reliability of the product can be improved and the miniaturization of the product can be achieved.

한편, 본 고안은 차량등과 같이 단일전원사용 개소에 적용하여 차량의 각 램프등의 부하를 제어하는데 유효하게 사용할 수 있다.On the other hand, the present invention can be effectively used to control the load of each lamp of the vehicle by applying to a single power source using the vehicle.

Claims

Low-voltage conversion DC-DC converter (CON) controlled by a control watch (SW1) or the like. The low-voltage power output from the DC-DC converter (CON) is supplied as a bias power between the emitter and the base to be operated and controlled, and the vehicle power BT and the electrical load LD are connected in series between the emitter and the collector. An electronic large current switch for a single power supply circuit, comprising a switching transistor (TR3).