KR102505748B1 - 에어백의 점화전압 인가 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어백의 점화전압 인가 장치에 관한 것으로, ER(Energy Reserve) 전압을 공급받아 점화전압을 생성하여 에어백에 점화전류를 흘려주는 점화 패스 스위치; 점화되는 에어백의 개수에 따른 점화전류량에 영향을 받지 않고, 항상 일정한 점화전압을 생성하기 위해 기준이 되는 기준전압을 생성하는 기준전압 생성부; 상기 기준전압 생성부에서 생성한 기준전압과 분배저항을 통해 검출한 피드백 전압을 비교하여, 기준전압 대비 피드백 전압이 크거나 작으면, 상기 점화 패스 스위치로 인가되는 전류를 제어하여 상기 점화 패스 스위치에서 일정한 점화전압이 출력되게 하는 비교기; 상위 제어부의 제어 신호를 받아 릴레이 스위치를 통해 상기 점화 패스 스위치의 온오프를 제어하는 점화 제어 스위치; 상기 점화 패스 스위치에서 에어백에 실제 출력되는 점화전압을 검출하는 기능을 수행하는 분배저항(R2, R3); 과도전류로부터 상기 기준전압 생성부를 보호하는 제1 보호저항(R1); 및 상기 점화 패스 스위치를 안정적으로 동작시키기 위한 제2 보호저항(R2);을 포함한다.

Description

에어백의 점화전압 인가 장치{APPARATUS FOR SUPPLYING IGNITION VOLTAGE OF AIR BAG}

본 발명은 에어백의 점화전압 인가 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에어백 점화 개수의 증가에 관계없이 일정한 점화전압을 안정적으로 생성할 수 있게 함으로써, 불안정한 점화전압으로 인한 에어백 전개 오류를 방지할 수 있도록 하는, 에어백의 점화전압 인가 장치에 관한 것이다.

일반적으로 에어백은 자동차 사고에 대하여 탑승 인원의 피해를 최소화하기 위한 장치로서 큰 역할을 하고 있다.

그러나 에어백이 전개되지 않아야 되는 상황에서 에어백 점화회로의 오동작으로 인해 점화스위치가 작동하여 에어백이 전개되는 사례도 종종 발생되어 왔다.

따라서 에어백 점화회로는 오동작 시 점화스위치가 작동되지 않도록 고장 안전(Fail Safe) 기능을 구비해야 하며, 또한 점화스위치가 정상 동작 상태인지 아니면 비정상 동작 상태인지를 진단하여 고장을 미리 검출함으로써, 에어백이 전개되어야 할 상황에서 정상적으로 전개될 수 있도록 할 필요가 있다.

그런데 기존의 에어백 점화회로는 에어백 점화 개수(즉, 점화할 에어백의 개수)에 따른 점화전류량을 공급하기 위한 점화전압의 범위가 넓어져서 안정적인 점화가 이루어지지 않는 문제점이 있다.

예컨대 도면으로 도시되어 있지 않지만, 종래의 일반적인 에어백 점화회로는, 전원 공급부에서 공급된 전원(즉, 에어백 점화에 필요한 점화전류를 형성하기 위한 전기 에너지)을 ER 캐패시터에 충전하고, 지정된 조건(예 : 충돌)이 되면 에어백 점화 신호에 의해 점화회로가 구동되면서, 상기 ER 캐패시터가 점화회로를 통해 에어백을 전개시키기 위한 점화전류를 공급한다. 참고로 상기 ER 캐패시터에서 출력되는 전압을 ER(Energy Reserve) 전압이라고 한다.

이때 상기 점화회로가 에어백에 점화전류를 안정적으로 공급하기 위해서는 일정한 점화전압이 점화스위치(상기 ER 캐패시터에서 출력된 점화전류를 에어백에 인가하는 스위치)에 인가되어야 한다.

그런데 종래에는 상기 점화전압을 상기 점화회로의 외부에서 별도의 전압 레귤레이터(예 : 정전압 공급장치)를 이용해 공급하는 방식이기 때문에 점화전류량이 커질수록(즉, 에어백 점화 개수가 증가할수록) 점화전압이 낮아짐으로써(즉, 전압 레귤레이터가 상기 커지는 점화전류량과 상기 점화스위치에서 손실되는 점화전압에 대응하는 안정적인 점화전압을 출력하지 못함으로써), 결과적으로 에어백 전개에 필요한 전류량이 줄어들어 에어백 전개오류(예 : 미전개, 오전개)가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 에어백 점화 개수의 증가에 관계없이 일정한 점화전압을 안정적으로 생성할 수 있게 함으로써, 불안정한 점화전압으로 인한 에어백 전개 오류를 방지할 수 있도록 하는, 에어백의 점화전압 인가 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 에어백의 점화전압 인가 장치는, ER(Energy Reserve) 전압을 공급받아 점화전압을 생성하여 에어백에 점화전류를 흘려주는 점화 패스 스위치; 점화되는 에어백의 개수에 따른 점화전류량에 영향을 받지 않고, 항상 일정한 점화전압을 생성하기 위해 기준이 되는 기준전압을 생성하는 기준전압 생성부; 상기 기준전압 생성부에서 생성한 기준전압과 분배저항을 통해 검출한 피드백 전압을 비교하여, 기준전압 대비 피드백 전압이 크거나 작으면, 상기 점화 패스 스위치로 인가되는 전류를 제어하여 상기 점화 패스 스위치에서 일정한 점화전압이 출력되게 하는 비교기; 상위 제어부의 제어 신호를 받아 릴레이 스위치를 통해 상기 점화 패스 스위치의 온오프를 제어하는 점화 제어 스위치; 상기 점화 패스 스위치에서 에어백에 실제 출력되는 점화전압을 검출하는 기능을 수행하는 분배저항(R2, R3); 과도전류로부터 상기 기준전압 생성부를 보호하는 제1 보호저항(R1); 및 상기 점화 패스 스위치를 안정적으로 동작시키기 위한 제2 보호저항(R2);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 에어백의 점화전압 인가 장치는, 상기 점화 제어 스위치가 상위 제어부인 마이컴으로부터 제어 신호를 받아 온(ON)되고, 이에 따라 상기 점화 패스 스위치가 온(ON)되어 점화전압을 생성하여 에어백에 인가함으로써 점화전류가 흘러 에어백을 전개시키되, 상기 점화 제어 스위치가 온(ON) 상태에서 상기 비교기가 피드백 전압을 입력받아 상기 기준전압 생성부에서 출력된 기준전압과의 차이에 해당하는 전압 제어 신호를 상기 점화 패스 스위치에 출력하고, 이에 따라 상기 점화 패스 스위치가 상기 비교기에서 출력하는 전압 제어 신호에 의해 점화전압을 증가시키거나 감소시켜 출력하도록 구현된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 에어백의 점화전압 인가 장치는, 상기 점화전압(Vout)이 증가하면, 상기 피드백 전압(Vf)도 증가하게 되고, 상기 증가한 피드백 전압(Vf)이 상기 비교기에 입력되어 상기 비교기의 출력 전류를 증가시키고, 이에 따라 상기 증가된 출력 전류를 입력받은 상기 점화 패스 스위치가 점화전압을 낮추어 출력하도록 구현된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 에어백의 점화전압 인가 장치는, 상기 점화전압(Vout)이 감소하면, 상기 피드백 전압(Vf)도 감소하게 되고, 상기 감소된 피드백 전압(Vf)이 상기 비교기에 입력되어 상기 비교기의 출력 전류를 감소시키고, 이에 따라 상기 감소된 출력 전류를 입력받은 상기 점화 패스 스위치가 점화전압을 높여 출력하도록 구현된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 점화 패스 스위치는, NMOS FET(Field Effect Transistor)를 포함하며, 상기 NMOS FET의 드레인 전압은 33V 이상, 드레인 전류는 (에어백 점화수*점화전류) 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 기준전압 생성부는, 기준 전압의 생성을 위한 제너다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 피드백 전압은, 상기 점화 패스 스위치에서 에어백에 실제로 공급되는 점화전압을 검출한 전압인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 비교기는, NPN BJT(Bipolar Junction Transistor)를 포함하여, 상기 NPN BJT의 콜렉터 허용 전압이 적어도 33V 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 점화 제어 스위치는, NPN-PNP BJT(Bipolar Junction Transistor) 조합을 포함하며, NPN의 베이스 허용전압은 상위 제어부인 마이컴에서 출력하는 출력 전압의 최대값을 만족해야 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 에어백 점화 개수의 증가에 관계없이 일정한 점화전압을 안정적으로 생성할 수 있게 함으로써, 불안정한 점화전압으로 인한 에어백 전개 오류를 방지할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백의 점화전압 인가 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 에어백의 점화전압 인가 장치의 일 실시예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백의 점화전압 인가 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 에어백의 점화전압 인가 장치는, 일종의 "에어백 점화회로"로 작용하는 장치로서, 점화 패스 스위치(110), 기준전압 생성부(120), 비교기(130), 점화 제어 스위치(140), 제1 보호저항(R1), 제2 보호저항(R4), 및 분배저항(R2, R3)을 포함한다.

도 1에 있어서, ER(Energy Reserve) 전압은, ER 캐패시터(미도시)에 저장되어 점화전압을 생성하는 소스(Source) 전압의 기능을 수행하며, 점화회로 내에서 에어백 점화를 위한 전원 전압에 해당한다.

예컨대 상기 ER 전압은 약 32~34V 정도이며, 일반적인 에어백 시스템에서 상기 ER 전압은 통상적으로 24V or 33V 이다. 다만 본 실시예에서 상기 ER 전압은 33V인 것으로 특정한다.

상기 점화 패스 스위치(110)는, 상기 ER 전압을 공급받아 점화전압을 생성하여 에어백에 점화전류를 흘려주는 점화전압(및 점화전류) 패스(Pass) 스위치 역할을 수행하며, 상기 점화 제어 스위치(140)에서 출력하는 제어 신호를 받아 작동함으로써, 에어백의 전개 오류(예 : 오전개, 미전개)를 방지한다.

예컨대 상기 점화 패스 스위치(110)는 NMOS FET(Field Effect Transistor)를 사용하며, 드레인(Drain) 전압은 33V 이상, 드레인 전류는 (에어백 점화수*점화전류) 이상의 값을 갖는 소자를 포함한다. 그리고 문턱전압은 가능한 한 낮은 값을 갖는 소자가 바람직하다.

이때 상기 점화전압은 통상 7V이상 27V이하 정도이며, 상기 ER 전압을 받아서 점화전압을 생성하므로 상기 ER 전압 보다는 작아야 한다.

상기 기준전압 생성부(120)는, 점화전류량(즉, 점화되는 에어백의 개수)에 영향을 받지 않고, 일정한 점화전압을 생성하기 위해 기준이 되는 기준전압을 생성한다. 예컨대 상기 기준전압 생성부(120)는 제너다이오드(미도시)를 사용하여 기준 전압을 생성할 수 있다.

예컨대 상기 기준전압 생성부(120)는 제너다이오드를 사용할 수 있으며, 생성하고자 하는 목표 점화전압에 맞추어 임의로 결정할 수 있으며, 정확한 점화전압 생성을 위해 허용오차(Tolerance)가 작은 소자가 바람직하다.

상기 비교기(130)는, 상기 기준전압 생성부(120)에서 생성한 기준전압과 상기 분배저항(R2, R3)을 통해 검출한 피드백 전압(즉, 상기 점화 패스 스위치(110)에서 에어백에 실제로 공급되는 점화전압을 검출한 전압)을 비교하여, 기준전압 대비 피드백 전압이 크거나 작으면, 상기 점화 패스 스위치(110)로 인가되는 전류를 제어하여 상기 점화 패스 스위치(110)에서 일정한 점화전압이 출력되게 한다.

예컨대 상기 비교기(130)는 NPN BJT(Bipolar Junction Transistor)로 설계할 수 있으며, 콜렉터 허용 전압이 적어도 33V 이상이 되어야 한다.

상기 점화 제어 스위치(140)는, 상위 제어부(예 : 마이컴)(미도시)의 제어 신호를 받아 릴레이 스위치(예 : NPN+PNP BJT)(미도시)를 통해 상기 점화 패스 스위치(110)의 온오프를 제어하는 기능을 수행한다.

예컨대 상기 점화 제어 스위치(140)는 NPN-PNP BJT 조합으로 설계할 수 있으며, NPN의 베이스 허용전압은 마이컴(미도시) 출력 전압의 최대값을 충분히 만족해야 한다.

상기 분배저항(R2, R3)은 상기 점화 패스 스위치(110)에서 에어백에 실제 출력되는 점화전압(실제로는 점화전압을 R2, R3에 의해 전압 분배한 전압)을 검출하는 기능을 수행한다.

예컨대 상기 분배저항(R2, R3)의 값과 비율은 원하는 목표 점화전압에 맞추어 설정할 수 있으며, 다만 회로에서의 전류소모를 줄이기 위해 값이 클수록 좋다. 또한 정확한 점화전압을 생성하기 위하여 F급 1% 저항을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제1 보호저항(R1)은, 과도전류로부터 상기 기준전압 생성부(120)를 보호하기 위한 저항으로서, 예컨대 상기 기준전압 생성부(120)에서 기준전압이 일정하게 출력되도록 10K 내외의 저항 값을 설정하는 것이 바람직하다.

상기 제2 보호저항(R2)은, 상기 점화 패스 스위치(110)를 안정적으로 동작시키기 위한 보호저항이다.

예컨대 상기 제2 보호저항(R2)은 수백ohm ~ 수Kohm 에서 선택할 수 있으며, 이 값은 상기 점화 패스 스위치(110)의 NMOS Gate 특성(예 : 전류허용범위)과 회로 진단 방식에 따라 조절될 수 있다.

이하 상기 본 실시예에 따른 에어백의 점화전압 인가 장치의 동작에 대해서 설명한다.

상위 제어부(예 : 마이컴)(미도시)로부터 제어 신호를 받으면, 상기 점화 제어 스위치(140)가 온(ON)되고, 이에 따라 상기 점화 패스 스위치(110)가 온(ON)되어 점화전압을 생성하여 에어백에 인가함으로써 점화전류가 흘러 에어백을 전개시킨다.

이때 상기 점화전압이 생성되는 원리를 설명한다.

상기 점화전압이 생성되는 원리는, 상기 점화 제어 스위치(140)가 온(ON) 상태에서 상기 비교기(130)가 피드백 전압(즉, 상기 점화 패스 스위치에서 출력되는 점화전압이 분배저항(R2, R3)에 의해 분배된 전압)을 입력받아 상기 기준전압 생성부(120)에서 출력된 기준전압과의 차이에 해당하는 전압 제어 신호를 상기 점화 패스 스위치(110)에 출력한다. 이에 따라 상기 점화 패스 스위치(110)는 상기 비교기(130)에서 출력하는 전압 제어 신호에 의해 점화전압을 증가시키거나 감소시켜 출력한다.

여기서 상기 피드백 전압(Vf)과 점화전압(Vout)과의 관계를 정리하면 아래의 수학식1과 같다.

여기서, Vf=피드백 전압, Vout=점화전압, Vz=기준전압, Vth=점화 패스 스위치의 문턱전압을 의미한다.

따라서 만약 상기 점화전압(Vout)이 커지면(즉, 증가하면), 상기 피드백 전압(Vf)도 증가하게 되고, 증가한 피드백 전압(Vf)이 상기 비교기(130)에 입력되고, 상기 비교기(130)의 출력 전류(예 : 컬렉터 전류)를 증가시킨다. 이에 따라 상기 증가된 출력 전류(예 : 컬렉터 전류)를 입력받은 상기 점화 패스 스위치(110)는 점화전압을 낮추어(감소시켜) 출력한다(예 : 게이트 전압값을 낮추어 점화전압의 출력을 낮춘다).

반대로 만약 상기 점화전압(Vout)이 작아지면(즉, 감소하면), 상기 피드백 전압(Vf)도 감소하게 되고, 상기 감소된 피드백 전압(Vf)이 상기 비교기(130)에 입력되고, 상기 비교기(130)의 출력 전류(예 : 컬렉터 전류)를 감소시킨다. 이에 따라 상기 감소된 출력 전류(예 : 컬렉터 전류)를 입력받은 상기 점화 패스 스위치(110)는 점화전압을 높여(증가시켜) 출력한다(예 : 게이트 전압값을 높여 점화전압의 출력을 높인다).

상기와 같이 본 실시예는 에어백 점화 개수의 증가에 관계없이 일정한 점화전압을 안정적으로 생성할 수 있게 함으로써, 불안정한 점화전압으로 인한 에어백 전개 오류를 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

110 : 점화 패스 스위치
120 : 기준전압 생성부
130 : 비교기
140 : 점화 제어 스위치
R1 : 제1 보호저항
R2, R3 : 분배저항
R4 : 제2 보호저항

Claims (9)

1. ER(Energy Reserve) 전압을 공급받아 점화전압을 생성하여 에어백에 점화전류를 흘려주는 점화 패스 스위치;
   점화되는 에어백의 개수에 따른 점화전류량에 영향을 받지 않고, 항상 일정한 점화전압을 생성하기 위해 기준이 되는 기준전압을 생성하는 기준전압 생성부;
   상기 기준전압 생성부에서 생성한 기준전압과 분배저항을 통해 검출한 피드백 전압을 비교하여, 기준전압 대비 피드백 전압이 크거나 작으면, 상기 점화 패스 스위치로 인가되는 전류를 제어하여 상기 점화 패스 스위치에서 일정한 점화전압이 출력되게 하는 비교기;
   상위 제어부의 제어 신호를 받아 릴레이 스위치를 통해 상기 점화 패스 스위치의 온오프를 제어하는 점화 제어 스위치;
   상기 점화 패스 스위치에서 에어백에 실제 출력되는 점화전압을 검출하는 기능을 수행하는 분배저항(R2, R3);
   과도전류로부터 상기 기준전압 생성부를 보호하는 제1 보호저항(R1); 및
   상기 점화 패스 스위치를 안정적으로 동작시키기 위한 제2 보호저항(R2);을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어백의 점화전압 인가 장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 에어백의 점화전압 인가 장치는,
   상기 점화 제어 스위치가 상위 제어부인 마이컴으로부터 제어 신호를 받아 온(ON)되고, 이에 따라 상기 점화 패스 스위치가 온(ON)되어 점화전압을 생성하여 에어백에 인가함으로써 점화전류가 흘러 에어백을 전개시키되,
   상기 점화 제어 스위치가 온(ON) 상태에서 상기 비교기가 피드백 전압을 입력받아 상기 기준전압 생성부에서 출력된 기준전압과의 차이에 해당하는 전압 제어 신호를 상기 점화 패스 스위치에 출력하고,
   이에 따라 상기 점화 패스 스위치가 상기 비교기에서 출력하는 전압 제어 신호에 의해 점화전압을 증가시키거나 감소시켜 출력하도록 구현된 것을 특징으로 하는 에어백의 점화전압 인가 장치.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 에어백의 점화전압 인가 장치는,
   상기 점화전압(Vout)이 증가하면, 상기 피드백 전압(Vf)도 증가하게 되고,
   상기 증가한 피드백 전압(Vf)이 상기 비교기에 입력되어 상기 비교기의 출력 전류를 증가시키고,
   이에 따라 상기 증가된 출력 전류를 입력받은 상기 점화 패스 스위치가 점화전압을 낮추어 출력하도록 구현된 것을 특징으로 하는 에어백의 점화전압 인가 장치.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 에어백의 점화전압 인가 장치는,
   상기 점화전압(Vout)이 감소하면, 상기 피드백 전압(Vf)도 감소하게 되고,
   상기 감소된 피드백 전압(Vf)이 상기 비교기에 입력되어 상기 비교기의 출력 전류를 감소시키고,
   이에 따라 상기 감소된 출력 전류를 입력받은 상기 점화 패스 스위치가 점화전압을 높여 출력하도록 구현된 것을 특징으로 하는 에어백의 점화전압 인가 장치.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 점화 패스 스위치는,
   NMOS FET(Field Effect Transistor)를 포함하며,
   상기 NMOS FET의 드레인 전압은 33V 이상, 드레인 전류는 (에어백 점화수*점화전류) 이상인 것을 특징으로 하는 에어백의 점화전압 인가 장치.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 기준전압 생성부는,
   기준 전압의 생성을 위한 제너다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어백의 점화전압 인가 장치.
   
7. 제 1항에 있어서, 상기 피드백 전압은,
   상기 점화 패스 스위치에서 에어백에 실제로 공급되는 점화전압을 검출한 전압인 것을 특징으로 하는 에어백의 점화전압 인가 장치.
   
8. 제 1항에 있어서, 상기 비교기는,
   NPN BJT(Bipolar Junction Transistor)를 포함하여,
   상기 NPN BJT의 콜렉터 허용 전압이 적어도 33V 이상인 것을 특징으로 하는 에어백의 점화전압 인가 장치.
   
9. 제 1항에 있어서, 상기 점화 제어 스위치는,
   NPN-PNP BJT(Bipolar Junction Transistor) 조합을 포함하며,
   NPN의 베이스 허용전압은 상위 제어부인 마이컴에서 출력하는 출력 전압의 최대값을 만족해야 하는 것을 특징으로 하는 에어백의 점화전압 인가 장치.

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