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낮은 무부하 전류 서지 스토퍼: ISO 7637-2 및 ISO 16750-2 준수하는 견고한 자동차 전원 보호

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글/댄 에들맨(Dan Eddleman), 혼합 신호 제품 수석 애플리케이션 엔지니어, 리니어 테크놀로지(Linear Technology)

자동차 전원장치는 노출된 온보드 전자장치에 쉽게 손상을 줄 수 있는 상당히 높은 과도전압을 발생시킨다. 자동차에 탑재되는 전자장치들이 갈수록 증가하면서 전원장치의 과도전압으로 인해 많은 고장이 발생하고 있으며, 이에 따라 자동차 제조업체는 전원장치의 과도전압으로부터 민감한 전자장치의 고장을 방지하기 위해 독자적인 표준과 테스트 절차를 만들어 시행해 왔다. 최근에 자동차 제조업체는 자체적인 노력과 국제표준화기구(ISO)의 ISO 7637-2 및 ISO 16750-2 표준을 결합하고 있는데, 이 표준은 발생 가능한 과도전압을 설명하고, 이를 시뮬레이트 하는 테스트 방법을 규정한다.

ISO 7637-2 및 ISO 16750-2 표준

ISO 7637은 ‘도로 차량 ― 전도 및 결합에 의한 전기 장애‘라는 표제로 전자기 적합성(EMC) 규격을 다룬다. 이 글에서는 3부로 구성된 문서의 두 번째 부분인 ISO 7637-2 ‘제2부: 전원선에서의 전기 과도 전도’를 살펴보기로 한다. ISO 7637은 주로 EMC 규격을 다루고 있다. 2011년 이전 문서에는 전원 품질과 관련된 과도 전압이 포함돼 있었지만 2011년에 EMC를 제외한 전원 품질 관련 부분이 ISO 16750 ‘도로 차량 ― 전기 및 전자 장치를 위한 환경 조건과 테스트’문서의 총 5부 중 두 번째 부분인 ‘제2부: 전기 부하’로 이동되었다.
대부분의 제조업체들이 ISO 7637-2 및 ISO 16750-2를 그대로 따르는 대신 여전히 자체적인 규격과 요구사항을 유지하지만, 이와 함께 국제 표준을 따르면서 약간 변경한 제조업체의 규격을 시행함으로써 ISO 표준에 보다 부합하려는 경향이 있다. ISO 7637-2 및 ISO 16750-2는 12V 및 24V 시스템에 대한 규격을 모두 제공한다. 단순화를 위해 이 글에서는 12V 규격만 다루기로 하고, 자동차 12V 전원에 연결되는 전자장치를 보호하는 회로를 살펴보기로 한다.

로드 덤프

로드 덤프는 전원장치의 과도전압이 발생할 경우 높은 에너지가 발생하므로 가장 까다로운 문제이다. 로드 덤프는 교류발전기가 배터리를 충전하는 도중에 배터리 연결이 끊어지는 경우 발생한다.

내부에서 전압 클램프 되지 않는 교류발전기

처음 자동차에 사용된 교류발전기는 클램프 기능이 없어 12V 시스템의 경우 로드 덤프 시 약 100V에 달하는 매우 높은 전압을 발생시켰다. 보다 새로운 교류발전기는 내부에서 클램프 되어 로드 덤프 시 최대 전압을 더 낮은 전압으로 제한한다. 하지만 여전히 이전의 교류발전기와 내부에서 클램프 되지 않는 일부 최신 교류발전기가 사용되고 있기 때문에 ISO 16750-2의 로드 덤프 규격은 ‘테스트 A―중앙집중식 로드 덤프 억제 비적용’ 및 ‘테스트 B―중앙집중식 로드 덤프 억제 적용’으로 나뉜다.
그림 1은 교류발전기의 3상 고정자 권선과 고정자의 AC 출력을 배터리 충전 DC로 변환하는 6다이오드 정류기로 구성된 회로도를 보여준다. 배터리 연결이 끊어지면, 그 결과 그림 2에서 보는 것과 같은 전류 흐름이 나타난다. 배터리가 고정자 전류를 흡수하지 않으면, ISO 16750-2 규격의 그림 3에서 볼 수 있듯이 클램프 되지 않는 로드 덤프가 발생할 경우 출력 전압이 매우 높은 전압으로 급상승한다. 이것은 ‘테스트 A―중앙집중식 로드 덤프 억제 비적용’의 클램프 되지 않는 교류발전기 경우에 해당된다...(중략)