KR100848484B1 - Motor Driving Circuit for Measuring Motor Current by Using Hall IC Sensor - Google Patents

Motor Driving Circuit for Measuring Motor Current by Using Hall IC Sensor Download PDF

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Abstract

본 발명은 홀 ＩＣ 센서를 사용하여 모터 전류를 측정하는 모터 구동 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a motor drive circuit for measuring motor current using a Hall IC sensor.

본 발명은 게이트 구동 회로에서 출력되는 게이트 구동신호에 따라 턴 온/오프 동작하는 제 1 ~ 제 4 FET(Field Effect Transistor) 및 상기 제 1 ~ 제 4 FET의 동작에 따라 인가되는 전류에 의해 구동하는 모터를 포함하는 모터 구동 회로에 있어서, 실제 모터 전류의 추정값을 검출하기 위한 모터 전류 검출 전압을 출력하는 홀 IC 센서(Hall Integrated Circuit Sensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀 IC 센서를 사용하여 모터 전류를 측정하는 모터 구동 회로를 제공한다.The present invention is driven by a first to fourth field effect transistor (FET) which is turned on / off according to a gate driving signal output from a gate driving circuit and a current applied according to the operation of the first to fourth FETs. A motor driving circuit comprising a motor, the motor current using a Hall IC sensor comprising a Hall IC sensor for outputting a motor current detection voltage for detecting an estimated value of the actual motor current. It provides a motor driving circuit for measuring.

본 발명에 의하면, EPS(Electric Power Steering)의 모터 구동 회로에서 실제 모터 전류의 추정값을 검출하기 위한 션트 저항(Shunt Resister)을 홀 IC 센서(Hall Integrated Circuit Sensor)로 대체하고 별도의 예비 저항을 병렬로 구성하기 때문에, 실제 모터 전류값과 추정값의 오차가 감소하고, 션트 저항의 발열 문제를 해결하는 효과가 있고, 홀 IC 센서의 고장시 예비 저항에서 실제 모터 전류의 추정값을 검출하여 모터 구동 회로의 페일 세이프를 향상하는 효과가 있다.According to the present invention, the shunt resistor for detecting the estimated value of the actual motor current in the motor driving circuit of the electric power steering (EPS) is replaced with a hall integrated circuit sensor and a separate preliminary resistor is paralleled. Since the error between the actual motor current value and the estimated value is reduced, it is effective to solve the heat problem of the shunt resistor, and when the Hall IC sensor fails, the estimated value of the actual motor current is detected from the preliminary resistance of the motor driving circuit. It has the effect of improving failsafe.

EPS, 모터 구동 회로, 션트 저항, 홀 IC 센서, 모터 전류, 추정값 EPS, motor drive circuit, shunt resistor, Hall IC sensor, motor current, estimated value

Description

홀 ＩＣ 센서를 사용하여 모터 전류를 측정하는 모터 구동 회로{Motor Driving Circuit for Measuring Motor Current by Using Hall IC Sensor}Motor Driving Circuit for Measuring Motor Current Using Hall IC Sensors

도 1은 종래의 모터 구동 회로를 간략하게 나타낸 도면,1 is a view schematically showing a conventional motor driving circuit,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 구동 회로를 간략하게 나타낸 도면이다.2 is a diagram schematically showing a motor driving circuit according to a preferred embodiment of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

110: 제 1 FET 120: 제 2 FET110: first FET 120: second FET

130: 제 3 FET 140: 제 4 FET130: third FET 140: fourth FET

150: 모터 160: 션트 저항150: motor 160: shunt resistance

170: OP 앰프 210: 홀 IC 센서170: OP amplifier 210: Hall IC sensor

220: 예비 저항220: reserve resistance

본 발명은 홀 ＩＣ 센서를 사용하여 모터 전류를 측정하는 모터 구동 회로에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 EPS(Electric Power Steering)의 모터 구동 회로에서 실제 모터 전류의 추정값을 검출하기 위한 션트 저항(Shunt Resister)을 홀 IC 센서(Hall Integrated Circuit Sensor)로 대체하고 별도의 예비 저항을 병렬로 구성하여 실제 모터 전류값과 추정값의 오차를 줄이고 션트 저항의 발열 문제를 해결하며 홀 IC 센서의 고장시 예비 저항에서 실제 모터 전류의 추정값을 검출하는 모터 구동 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a motor drive circuit for measuring motor current using a Hall IC sensor. More specifically, in the motor driving circuit of electric power steering (EPS), a shunt resistor for detecting an estimated value of the actual motor current is replaced with a hall integrated circuit sensor, and a separate preliminary resistor is connected in parallel. The present invention relates to a motor driving circuit which reduces the error between the actual motor current value and the estimated value, solves the heating problem of the shunt resistor, and detects the estimated value of the actual motor current in the preliminary resistance when the Hall IC sensor fails.

일반적으로 차량에는 각종 입력센서에서 검출되는 전기적 신호를 입력받아 출력측의 각종 액츄에이터를 구동하기 위한 디지털 제어신호를 출력하는 차량용 전자 제어 장치(Electronic Control Unit: 이하, 'ECU'라 칭함)가 구비되어 있다. 이와 같은 ECU를 이용하여 차량의 속도에 따라 조향휠의 조작력을 가감하는 조향 시스템은, 기존의 유압식 파워 조향 시스템에 유압을 조정하는 전자제어밸브가 추가되어 어시스트량을 조절하는 전자제어 파워 조향 시스템과 순수한 모터의 구동에 의해 어시스트량을 조절하는 EPS(Electric Power Steering) 시스템으로 구분된다.In general, a vehicle is provided with a vehicle electronic control unit (hereinafter referred to as "ECU") that receives electrical signals detected by various input sensors and outputs digital control signals for driving various actuators on the output side. . The steering system that uses the ECU to adjust the steering wheel's operating force according to the vehicle's speed includes an electronically controlled power steering system that adjusts the assist amount by adding an electronic control valve to adjust the hydraulic pressure to the existing hydraulic power steering system. It is divided into EPS (Electric Power Steering) system which controls assist amount by pure motor driving.

EPS 시스템은 모터의 구동을 제어하기 위한 모터 구동 회로를 포함한다. 도 1은 종래의 모터 구동 회로를 간략하게 나타낸 도면이다. 종래의 모터 구동 회로는 배터리에서 전원을 인가받고, MCU(MicroController Unit)(미도시)에서 출력되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 듀티에 따라 게이트 구동신호를 출력하는 게이트 구동회로(미도시)의 구동신호에 따라 턴 온/오프(Turn On/Off) 동작하는 제 1 FET(Field Effect Transistor)(110), 제 2 FET(120), 제 3 FET(130), 제 4 FET(140), 제 1 FET(110) ~ 제 4 FET(140)의 동작에 따라 인가되는 전류에 의해 구동하는 모터(150), 실제 모터 전류의 추정값을 검출하기 위한 션트(Shunt) 저항(160) 및 OP 앰프(Operational Amplifier)(170)를 포함한다.The EPS system includes a motor drive circuit for controlling the drive of the motor. 1 is a view schematically showing a conventional motor driving circuit. A conventional motor driving circuit is a gate driving circuit (not shown) that receives power from a battery and outputs a gate driving signal according to a duty of a pulse width modulation (PWM) signal output from a microcontroller unit (MCU) (not shown). The first field effect transistor (110), the second FET 120, the third FET 130, the fourth FET 140, and the first FET (Turn On / Off) operation according to the driving signal The motor 150 driven by the current applied according to the operation of the first FET 110 to the fourth FET 140, a shunt resistor 160 and an operational amplifier for detecting an estimated value of the actual motor current. Amplifier 170).

여기서 션트 저항(160)은 실제 모터 전류의 추정값을 검출하기 위해 사용하는 낮은 값의 저항체로서, 션트 저항의 양단에 걸리는 전압을 OP 앰프(170)에서 증폭하여 모터 전류 검출 전압을 출력한다. MCU(미도시)에서는 OP 앰프(170)에서 출력한 모터 전류 검출 전압을 션트 저항(160)의 저항값으로 나누어 션트 저항(160)에 흐르는 전류, 즉 실제 모터 전류의 추정값을 산출한다.Here, the shunt resistor 160 is a low value resistor used to detect an estimated value of the actual motor current. The shunt resistor 160 outputs a motor current detection voltage by amplifying the voltage across the shunt resistor in the OP amplifier 170. The MCU (not shown) divides the motor current detection voltage output from the OP amplifier 170 by the resistance value of the shunt resistor 160 to calculate an estimated value of the current flowing through the shunt resistor 160, that is, the actual motor current.

이와 같이 실제 모터 전류의 추정값을 검출하기 위한 션트 저항(160)은 전원이 인가되면 열이 발생하는 특성이 있기 때문에 션트 저항(160)에 별도의 방열 장치를 구성해야만 하는 단점이 있다. 또한, 모터(150)의 정격 전류가 큰 모터 구동 회로, 즉 대형 차량의 EPS에서 션트 저항(160)을 사용하는 경우에는 전력 소비가 커지고 열 발생이 크게 일어난다는 문제점이 있다.As described above, since the shunt resistor 160 for detecting an estimated value of the actual motor current has a characteristic of generating heat when power is applied, a separate heat dissipation device must be configured in the shunt resistor 160. In addition, when the shunt resistor 160 is used in a motor driving circuit having a large rated current of the motor 150, that is, an EPS of a large vehicle, there is a problem in that power consumption is increased and heat is generated.

전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, EPS(Electric Power Steering)의 모터 구동 회로에서 실제 모터 전류의 추정값을 검출하기 위한 션트 저항(Shunt Resister)을 홀 IC 센서(Hall Integrated Circuit Sensor)로 대체하고 별도의 예비 저항을 병렬로 구성하여 실제 모터 전류값과 추정값의 오차를 줄이고 션트 저항의 발열 문제를 해결하며 홀 IC 센서의 고장시 예비 저항에서 실제 모터 전류의 추정값을 검출하는 모터 구동 회로를 제공하는 데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention replaces a shunt resistor for detecting an estimated value of the actual motor current in a motor driving circuit of an electric power steering (EPS) with a Hall integrated circuit sensor. Separate preliminary resistors are configured in parallel to reduce the error between the actual motor current value and the estimated value, to solve the heating problem of the shunt resistor, and to provide a motor driving circuit that detects the estimated value of the actual motor current from the spare resistor in the event of a Hall IC sensor failure. Its purpose is to.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 게이트 구동 회로에서 출력되는 게이트 구동신호에 따라 턴 온/오프 동작하는 제 1 ~ 제 4 FET(Field Effect Transistor) 및 상기 제 1 ~ 제 4 FET의 동작에 따라 인가되는 전류에 의해 구동하는 모터를 포함하는 모터 구동 회로에 있어서, 실제 모터 전류의 추정값을 검출하기 위한 모터 전류 검출 전압을 출력하는 홀 IC 센서(Hall Integrated Circuit Sensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀 IC 센서를 사용하여 모터 전류를 측정하는 모터 구동 회로를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the first to fourth FET (Field Effect Transistor) and the operation of the first to fourth FET to turn on / off according to the gate driving signal output from the gate driving circuit. A motor driving circuit including a motor driven by a current applied accordingly, the Hall driving circuit comprising a Hall IC sensor (Hall Integrated Circuit Sensor) for outputting a motor current detection voltage for detecting an estimated value of the actual motor current Provides a motor drive circuit that measures the motor current using a Hall IC sensor.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 구동 회로를 간략하게 나타낸 도면이다.2 is a diagram schematically showing a motor driving circuit according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 구동 회로는 제 1 FET(Field Effect Transistor)(110), 제 2 FET(120), 제 3 FET(130), 제 4 FET(140), 모터(150), 홀 IC 센서(Hall Integrated Circuit Sensor)(210) 및 예비 저항(220) 등을 포함한다.The motor driving circuit according to the preferred embodiment of the present invention includes a first field effect transistor (FET) 110, a second FET 120, a third FET 130, a fourth FET 140, a motor 150, Hall Integrated Circuit Sensor (210), a preliminary resistor 220, and the like.

도 1에서 모터 구동 회로의 각 구성 요소에 대한 설명을 하였기 때문에, 도 2에서 도시한 구성 요소 중 도 1의 구성 요소와 중복되는 구성 요소에 대한 설명은 생략하도록 하겠다.Since each component of the motor driving circuit has been described with reference to FIG. 1, a description of components overlapping with the components of FIG. 1 will be omitted.

홀 IC 센서(210)는 홀 센서와 OP 앰프를 하나로 집적화한 소자로서, 자계에 반응해서 내부저항이 변화하여 자계의 세기를 출력 전압의 세기로 변환한 후 OP 앰프로 증폭하여 출력한다.The Hall IC sensor 210 is a device in which the Hall sensor and the OP amplifier are integrated into one, and the internal resistance changes in response to the magnetic field, converts the strength of the magnetic field into the intensity of the output voltage, and then amplifies and outputs the magnetic field.

본 발명에서의 홀 IC 센서(210)는 션트 저항(160)을 대신하여 실제 모터 전류의 추정값을 검출하기 위한 모터 전류 검출 전압을 출력하여 MCU(미도시)로 전송한다.The Hall IC sensor 210 according to the present invention outputs a motor current detection voltage for detecting an estimated value of the actual motor current in place of the shunt resistor 160 and transmits the same to the MCU (not shown).

홀 IC 센서(210)의 저항은 130 마이크로 옴(Micro Ohm)으로서 극히 작은 저항값을 가지므로 발열량이 작다. 따라서 별도의 방열 장치를 구성하지 않아도 된다. 또한, 실제 모터 전류의 추정값을 션트 저항(160)보다 정확하게 검출할 수 있다.The resistance of the Hall IC sensor 210 is 130 micro ohms and has a very small resistance value, so the heat generation amount is small. Therefore, it is not necessary to configure a separate heat dissipation device. In addition, the estimated value of the actual motor current can be detected more accurately than the shunt resistor 160.

한편, 예비 저항(220)은 홀 IC 센서(220)와 병렬로 구성하여 홀 IC 센서(220)의 고장시, 홀 IC 센서(220)를 대신하여 모터 전류 검출 전압을 출력한다. 본 발명에서의 예비 저항(220)은 션트 저항(160)으로서, 예비 저항(220) 양단에 걸리는 전압을 OP 앰프(170)로 증폭하여 모터 전류 검출 전압을 출력한다.On the other hand, the preliminary resistor 220 is configured in parallel with the Hall IC sensor 220 to output a motor current detection voltage in place of the Hall IC sensor 220 when the Hall IC sensor 220 fails. The preliminary resistor 220 according to the present invention is a shunt resistor 160. The preliminary resistor 220 amplifies the voltage across the preliminary resistor 220 with the OP amplifier 170 to output a motor current detection voltage.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, EPS(Electric Power Steering)의 모터 구동 회로에서 실제 모터 전류의 추정값을 측정하기 위한 션트 저항(Shunt Resister)을 홀 IC 센서(Hall Integrated Circuit Sensor)로 대체하고 별도의 예비 저항을 병렬로 구성하기 때문에, 실제 모터 전류와 추정값의 오차가 감소하고, 션트 저항의 발열 문제를 해결하는 효과가 있고, 홀 IC 센서의 고장시 예비 저항에서 실제 모터 전류의 추정값을 측정하여 모터 구동 회로의 페일 세이프를 향상하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, a shunt resistor for measuring the estimated value of the actual motor current in the motor driving circuit of the electric power steering (EPS) is replaced with a hall integrated circuit sensor and separately. Since the preliminary resistance of the resistor is configured in parallel, the error between the actual motor current and the estimated value is reduced, and it is effective to solve the heating problem of the shunt resistor. There is an effect of improving the fail safe of the motor drive circuit.

Claims (3)

게이트 구동 회로에서 출력되는 게이트 구동신호에 따라 턴 온/오프 동작하는 제 1 ~ 제 4 FET(Field Effect Transistor), 상기 제 1 ~ 제 4 FET의 동작에 따라 인가되는 전류에 의해 구동하는 모터를 포함하는 모터 구동 회로에 있어서, A first to fourth field effect transistor (FET) which is turned on / off according to a gate driving signal output from the gate driving circuit, and a motor which is driven by a current applied according to the operation of the first to fourth FETs In the motor drive circuit, 실제 모터 전류의 추정값을 검출하기 위한 모터 전류 검출 전압을 출력하는 홀 IC 센서(Hall Integrated Circuit Sensor)를 포함하고, Hall IC sensor (Hall Integrated Circuit Sensor) for outputting a motor current detection voltage for detecting an estimate of the actual motor current 예비 저항을 상기 홀 IC 센서에 병렬로 구성하여 상기 홀 IC 센서의 고장시, 상기 모터 전류 검출 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 홀 IC 센서를 사용하여 모터 전류를 측정하는 모터 구동 회로.And a preliminary resistor configured in parallel to the Hall IC sensor to output the motor current detection voltage in the event of a failure of the Hall IC sensor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 홀 IC 센서는 상기 모터 전류 검출 전압을 MCU(MicroController Unit)로 전송하여 상기 MCU에서 상기 모터 전류 추정값을 산출하도록 하는 것을 특징으로 하는 홀 IC 센서를 사용하여 모터 전류를 측정하는 모터 구동 회로.The hall IC sensor measures the motor current by using the Hall IC sensor, characterized in that for transmitting the motor current detection voltage to the MCU (MicroController Unit) to calculate the estimated motor current in the MCU. 삭제delete
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