글쓴이 : SOONDORI
필요한 부품을 준비하고 뚝딱 DIY 작업을 진행.
* 관련 글 : 자동차 점화 코일 드라이버 만들기 (1)
■ 배선에 유의
코일 전류는 작게 2A, 많게는 6A 정도까지 흐를 것이다. 그러므로 대전류가 흐를 곳은 반드시 배선을 보강해야 한다. 이것은 파워 앰프 출력 라인, 전원 라인 배선의 경우와 같음.
한편, 코일 드라이빙 중 역기전력에 의해 구동 소자 쪽 라인 전압이 1KV를 훌쩍 넘어서기 십상이라는 점에 유의하고… 입력과 출력 배선은 최대한 격리. 그렇지 않으면 자가 발진을 할 것이다.
■ 멋진 빈티지급 점화 코일
4 & 3, 2 & 1 동시 점화가 일어나는 DLI(Distributor-Less Ignition) 듀얼 스파크 코일은 저쪽으로 미뤄버리고 아담한 사이즈의 단독형 코일을 선택하였다. 이 단독형 코일은 배전기가 필요하다. 아? 그러면 도대체 얼마나 오래된 것인지? 1980년대 중반쯤?
(▲ ‘검필’이라는 문구 + 어떤 숫자? 스탬프를 찍은 흔적. 구형 소나타에서 쓰던 것일까? 한눈에 봐도 정말 오래되었다)
아무튼… 코일의 속성은 다음과 같다.
1차 측 : 5.497mH@100hz, DCR값 1.49오움.
2차 측 : 28.66H@100hz, DCR값은 12.644K오움.
1차 측의 인턱턴스는 그럭저럭이지만, DCR은 약간 큰 편. 2차 측은 DCR이 그럭저럭인데 잘못 읽었나 싶을 정도로 인덕턴스가 크다.
잠시 생각해보면… 1차 측은 (표준형에 비해서) 상대적으로 더 굵은 코일을 조금 더 감은 듯하고, 2차 측은 코일을 어떻게 한 게 아니라 철심의 인덕턴스의 배가 효과가 주 원인인 듯. 정확한 승압비는 파악 불가. 현대자동차가 지난 50여 년 동안 미쓰비시 덕분에 자리를 잡았으니 그쪽 수입품일 수도 있겠다.
■ 정말 트랜지스터인가?
전편 글을 쓰면서 단순한 트랜지스터가 아닐 것이라고 생각했었던 ‘파워 티알’은 그냥 미쓰비시 솔루션으로 봐도 무방할 것 같은 느낌이…
(▲ Mitsubishi 6G72 J121 구형 파워 모듈/유닛 예시. 두 회사의 역사적 거래 사례도 그렇고 모양도 비슷하고 업계 공용어인지는 모르지만, 마침 IB, G, OC 두문도 같고… 그래서 미쓰비시 제품의 리패키징 또는 국산화에 한 표. 제작사는 1987년에 설립된 현대차그룹 소속 KEFICO. 출처 : https://archiwum.allegro.pl/oferta/modul-j121-mitsubishi-pajero-3000gt-sigma-6g72-i7798656872.html)
(▲ 내용 추가, 타입 B601을 사용함. 적용 차종은 해외 모델명을 기준으로 ATOS, 소나타2(Y3, 1993~1998), 현대 엑셀, Geo Metro… 그리고 글로벌 사람들은 모두 미쓰비시 제품으로 알고 있다. 아직은 구형 차량들 많고 그래서 중국제 짝퉁도 나오고… 헛 참!)
(▲ Sanyo 파워팩의 무단 복제 사례와 같다고 본다. 그리고 그것은 ‘하이브리드 패키지 IC’라는 암시이기도 하고… 고장나면 내부 TR의 대체가 가능할까?)
‘파워 티알’에 ‘티알’이 단순한 ‘TR’인지, 아니면 그 안에 모듈이나 유닛으로 불릴 만한 어떤 요소가 있는지 그리고 업계 관성에 의해 TR로 불리는지 등에 대해서는 따로 살펴보기로 한다.
■ 적용 회로
○ D1 : 사용자가 실수로 장치 전원 극성을 반대로 했을 때의 대비책. 이 사례에서 다이오드 삽입에 의한 구동 전압 강하는 큰 문제가 되지 않음. 10A쯤 되는 다이오드가 없어서… Pass.
○ D5, D6, D7 : Spike 블로킹 다이오드. 여기저기 배치하여 NE555를 Spike 발생원으로부터 최대한 격리.
○ D3, D4 : 펄스 주기(=Frequency)와 Duty Ratio를 분리하는 용도. Duty Ratio ∝ On-Time.
○ VR1, VR2 : 펄스 주기와 On-Time 즉, Duty Ratio 조절용. 각각의 값은… 그냥 부품 통에 있는 것을 기준으로 정한 것.
○ C1, C2 : 데이터시트에 계산식이 제시되어 있다. 부품 통 VR1, VR2를 정하고 적당히. 참고로 C2는 IC #7핀에 내부 연결되어 IC의 동작 안정성을 담보하는 용도. 0.01uF가 표준인데 적당히 가산하면 된다.
○ 2SC1959 : 부품 통에서 손에 잡힌 것으로 NE555 출력을 반전시킨다 → IC Off Time을 파워 티알의 On Time으로 쓰겠다는 의미 → 코일 보호 + 능력이 한참 모자라는 방열판을 생각하여 통전 시간을 최소화하는 것.
○ 참고로 NE555 #3핀의 HIGH 상태 전압은 거의 전원 전압에 근접한다. 한편, 출력 전류는 200mA를 초과할 수 없다. 초과 시 발열 파손. (사실… 작은 IC가 방열판 없이 0.2A를 흘릴 수 있다는 것은 대단한 일이고 그런 용감한 잡식성이 NE555를 유명하게 만드는데 일조했을 듯)
■ 제작 후 반응
본래 50% Duty Ratio를 상정하고 대충 만들려고 했었는데… 방열 문제로 회로를 변경하고 가뜩이나 면이 모자라는 만능기판에 추가 회로를 우격다짐으로 구겨 넣음. 늘 그렇듯 기판 밑면은 너저분함의 극치가 되었으며…
○ 파형 관측
1) 코일 2차 측을 관찰하려면 수십 KV급 고압 프로브가 있어야 한다. 한번은 궁여지책으로 싸구려 1000:1 프로브를 종이와 비닐로 감싸서 연결해보았는데 Tektronix 오실로스코프가 즉시 껌뻑껌뻑. 충격에 의한 리부팅. 휴~ 염가형이었다면 즉시 고장이 났을 것.
2) 그렇고… 파워 티알에 대한 구동 파형(=IB 핀 파형)은 다음과 같다.
GND 기준 ÷0.6V 높게 나오는 것은 D7 블로킹 다이오드 때문에.
3) 코일을 연결하지 않은 조건에서 장치 출력 단자 즉, <파워 티알 OC 핀 ~ 전압 B+>를 관찰할 때… Slope 파형이 보이는 것은 역시 파워 티알 안에 뭔가 있다는 뜻.
다알링턴 접속이든 뭐든 오로지 트랜지스터만 조합되었다면 통전되지 않아야 하고 그러면서 잠잠한 파형이 나왔을 것이다. 소자 보호를 위한 Free Wheeling Diode는 기본이겠고 설계자가 고심한 또 다른 뭔가 들어있다는 생각.
4) 점화 코일 연결 후 코일 1차 측 파형 : 오실로스코프에 부담이 갈까 싶어서 Pass. (내용 추가) 역시… 아무런 억제 대책이 없는 조건의 파형은…
전체 구동 Peak는 약 300V 정도. 그것은 1mH도 안 되는, 비교적 작은 1차 측 인덕턴스 + 듀얼 스파크 점화 코일의 구조가 복권형인 덕분일 것이다. 만일 다른 대형 점화 코일에서처럼 5mH, 6mH, 8mH… 그런 값이거나 흔한 단권형 코일 구조였다면 1KV를 훌쩍 넘나들 것.
○ 소모 전류
측정했던 인덕턴스가 5.8mH이었다. 어떤 어떤 조건에서 순간 피크가 2.3A이라면,
E(joule) = 0.5 × 0.0058H × 2.3 × 2.3 = 0.1534J = 15.3mJ
점화코일의 일반적인 공급 에너지가 50mJ 정도 혹은 그 이상이니까 많이 모자란다. 그런데 그럴 만한 이유가 있었음. 코일이 반쯤 고장 난 상태. 에너지가 절연체 옆구리로 줄줄 흐르며… 그래서 고장 난 단권형 점화코일은 버리고 복권형 Dual Spark 타입 점화코일을 다시 연결.
이격 거리 약 10mm. 그럼에도 기대보다 스파크가 강력하지 않다. 파워 티알 문제이거나 1mH@100hz Under로 읽히는 대체 코일의 문제이거나. 딱히 뭘… 그냥 넘어감.
(▲ DIY 결과물의 대비 : 25mm 스파크 점프가 가능한 어떤 시스템을 18mm 조건으로 설정한 상태. 단순 계산으로는 54KV. 깔끔한 단발성 섬광에, 강한 파열음이 들린다)
○ 발열 그리고 방열판 온도
부품 통에 있던 방열판의 능력이 심하게 모자라고 따로 통기구를 가공하지도 않았는데… 워낙 저속으로 돌리는지라 “에라 모르겠다” 그냥 뚜껑 덮기.
○ EMF 대책, Clamp 회로 등
금속 함체 안에 점화 코일을 격납하면 EMF 영향이 장난이 아니므로 강화된 Shield 및 Spike 대책이 있어야 한다. 당연히 금속 함체를 써야 함. 더하여 코일 2차 측 Ringing 감소 대책, Snubber/Clamp 회로 배치 등 생각할 것과 구현할 것도 많다. 이번 사례에서는 뭐… 사실, 어떤 용도로, 어떤 조건에서, 어떤 코일을 물려서 쓸 것인지를 모르는 상태.
“왜 만들어달라고 한 것일까?”
이상으로 지인을 위한 DIY 작업 끝.
* 관련 글 : 자동차 ‘파워 티알’의 분해와 관찰
