KR101155260B1

KR101155260B1 - 차량 시스템의 직류 모터 제어장치

Info

Publication number: KR101155260B1
Application number: KR1020050114946A
Authority: KR
Inventors: 김상원; 김지수
Original assignee: 주식회사 현대오토넷
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2012-06-13
Also published as: KR20070065954A

Abstract

본 발명은 차량 시스템의 직류 모터 제어장치에 관한 것으로, 직류 모터와, 펄스폭변조 신호를 출력하는 펄스폭변조 발생 수단과 상기 직류 모터를 구동하기 위한 전원을 공급하는 배터리와, 상기 전원을 차단 또는 패스하는 스위치부를 구비하는 차량 시스템의 직류 모터 제어장치에 있어서, 상기 스위치부와 상기 직류 모터의 플러스단 사이에 연결되어, 게이트에 인가되는 소정의 동작전압에 의해 상기 스위치부를 통해 드레인으로 인가받은 상기 전원을 소스를 통해 상기 직류 모터의 플러스단으로 제공하는 전계효과트랜지스터와, 상기 직류 모터의 마이너스단과 접지사이에 연결되어 상기 마이너스단을 통해 출력되는 전류에 의한 양단전압을 형성하는 저항과, 상기 직류 모터의 마이너스단으로부터 상기 저항을 통해 접지로 흐르는 전류를 측정하여 출력하는 전류 측정부와, 상기 전계효과트랜지스터에서 상기 직류 모터의 플러스단으로 흐르는 전류를 측정하여 과전류이면 과전류 신호를 출력하는 과전류 검출부와, 상기 펄스폭변조 신호를 입력받아 상기 전계효과트랜지스터로 동작전압을 제공하고, 상기 과전류 검출부로부터 상기 과전류 신호가 입력되면 상기 동작전압을 차단하는 게이트 드라이브와, 상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류값이 미리 설정된 출력 제한 임계치값보다 작으면 상기 펄스폭변조 신호를 상기 게이트 드라이브로 제공하고, 상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류값이 미리 설정된 출력 제한 임계치값보다 크면 상기 펄스폭변조 신호를 차단하는 마이크로 제어 유닛으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

직류모터, High-Side, 게이트 드라이브, 과전류 검출

Description

차량 시스템의 직류 모터 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLING DC MOTOR}

도 1은 일반적인 로우-사이드 방식의 차량용 쿨링 팬 모터 제어장치의 구성을 나타낸 도면

도 2는 본 발명에 따른 하이 사이드 방식의 차량용 쿨링 팬 모터 제어장치의 구성을 나타낸 도면

본 발명은 직류 모터 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량용 쿨링 팬 모터의 소손을 방지하기 위한 직류 모터 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, 직류 모터 제어 장치는 로우-사이드(Low-Side) 방식으로 펄스폭변조(Pulse Width Modulation: PWM) 신호에 의해 제어되고 있다.

도 1은 일반적인 로우 사이드 방식의 차량용 쿨링 팬 모터 제어장치의 구성을 나타낸 도면이다. 이하 도 1을 참조하여 일반적인 차량의 DC 모터인 차량용 쿨링 팬 모터를 제어하는 쿨링 팬 모터 제어장치를 예를 들어 설명한다.

도 1에서와 같이 쿨링 팬 모터 제어장치(20)가 모터(4)의 하단에 연결되어 상기 모터(4)의 구동을 제어하는 방식, 즉 로우-사이드 방식에 의해 구성되어 있다.

상기 쿨링 팬 모터 제어장치(20)는 입력신호 처리부(21)와 게이트 드라이브(23)와 마이크로 제어 유닛(Micro Control Unit: MCU)(26)과 전류측정부(25)와 전계효과트랜지스터(27)로 구성된다.

쿨링 팬 모터 제어장치(20)는 점화스위치(2)가 온(On)되면 쿨링 릴레이(3)의 접점이 붙어 쿨링 팬 모터(4)로 차량용 배터리(1)의 전원이 공급된다. 이때 전자제어유닛(Electronic Control Unit: ECU)(10)은 미리 설정된 가변의 듀티(Duty)를 갖는 펄스폭변조(PWM) 신호를 쿨링 팬 모터 제어장치(20)로 출력한다.

펄스폭변조 신호를 입력받은 쿨링 팬 모터 제어장치(20)는 상기 모터(4)와 접지간의 전류 경로를 형성하여 상기 모터(4)를 구동시킨다. 또한, 상기 쿨링 팬 모터 제어장치(20)는 상기 모터(4)의 마이너스 단을 통해 출력되는 전류를 측정하고, 측정된 전류값에 따른 모터의 이상유무 정보를 ECU(10)로 제공한다.

구체적으로, 상기 쿨링 팬 모터 제어장치(20)에서의 동작을 설명하면, 입력신호 처리부(21)는 상기 ECU(10)로부터 PWM 신호를 출력하면, 상기 PWM 신호를 게이트 드라이브(23)로 제공한다. 게이트 드라이브(23)는 상기 PWM 신호를 입력받고, FET(27)를 온/오프 하기 위해 필요한 크기의 제어전압을 FET(27)의 게이트단으로 제공한다. FET(27)는 상기 게이트 드라이브(23)로부터 제어전압을 인가받고 온 시 상기 모터(4)의 마이너스단과 저항(10)을 통해 접지단으로 전류 경로를 형성하여 상기 모터(4)를 구동하고, 오프 시 상기 전류 경로를 오픈하여 상기 모터(4)를 오프한다. 상기 모터(4)의 구동 시 전류 측정부(25)는 FET(27)를 통해 출력되는 전류를 측정하여 MCU(26)로 제공한다.

상기한 바와 같이 상기 종래 쿨링 팬 모터 제어장치(20)가 로우-사이드 방식으로 구성됨에 따라 차량 충돌 시 상기 도 1의 (가)점, 즉 모터(4)의 마이너스 단의 와이어가 접지에 단락(Short)되는 경우 모터(4)로 과전류가 흐르게 되어 상기 모터(4)가 소손되며, 화재가 발생할 수 있는 문제점이 있었다.

또한, 종래 쿨링 팬 모터 제어장치(20)가 로우-사이드 방식으로 연결되므로 쿨링 팬 모터 제어장치(20)의 전류 측정부(25)는 상기 모터(4)의 마이너스 단을 통해 출력되는 전류를 입력받을 수 없으므로 전류를 측정할 수 없으므로 모터(4)의 소손이나 화제에 대비할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 차량용 쿨링 팬 모터의 소손 및 화재를 방지하기 위한 직류 모터 제어장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 시스템의 직류 모터 제어장치는, 직류 모터와, 펄스폭변조 신호를 출력하는 펄스폭변조 발생 수단과 상기 직류 모터를 구동하기 위한 전원을 공급하는 배터리와, 상기 전원을 차단 또는 패스하는 스위치부를 구비하는 차량 시스템의 직류 모터 제어장치에 있어서, 상기 스위치부와 상기 직류 모터의 플러스단 사이에 연결되어, 게이트에 인가되는 소정의 동작전압에 의해 상기 스위치부를 통해 드레인으로 인가받은 상기 전원을 소스를 통해 상기 직류 모터의 플러스단으로 제공하는 전계효과트랜지스터와, 상기 직류 모터의 마이너스단과 접지사이에 연결되어 상기 마이너스단을 통해 출력되는 전류에 의한 양단전압을 형성하는 저항과, 상기 직류 모터의 마이너스단으로부터 상기 저항을 통해 접지로 흐르는 전류를 측정하여 출력하는 전류 측정부와, 상기 전계효과트랜지스터에서 상기 직류 모터의 플러스단으로 흐르는 전류를 측정하여 과전류이면 과전류 신호를 출력하는 과전류 검출부와, 상기 펄스폭변조 신호를 입력받아 상기 전계효과트랜지스터로 동작전압을 제공하고, 상기 과전류 검출부로부터 상기 과전류 신호가 입력되면 상기 동작전압을 차단하는 게이트 드라이브와, 상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류값이 미리 설정된 출력 제한 임계치값보다 작으면 상기 펄스폭변조 신호를 상기 게이트 드라이브로 제공하고, 상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류값이 미리 설정된 출력 제한 임계치값보다 크면 상기 펄스폭변조 신호를 차단하는 마이크로 제어 유닛으로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 DC 모터를 제어하기 위한 DC 모터 제어장치를 관한 것으로, 이하 차량용 쿨링 팬 모터에 적용되는 경우를 예를 들어 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 하이 사이드 방식의 차량용 쿨링 팬 모터 제어장치의 구성을 나타낸 도면이다.

이하 도 2를 참조하면, 도면에 참조된 부호 1은 자동차 배터리이고, 2는 점화스위치(Ignition Switch)이고, 3은 쿨링 릴레이이고, 4는 직류 모터인 쿨링 팬 모터이고, 10은 차량의 전자제어유닛(Electronic Control Unit: ECU)이고, 30은 본 발명에 따른 쿨링 팬 모터 제어장치이다. DC 모터 제어장치인 쿨링 팬 모터 제어장치(30)는 펄스폭변조 신호를 제공하는 수단인 ECU(10), 전원을 공급하는 배터리(1)와 상기 배터리(1)로부터 본 발명에 따른 쿨링 팬 모터 제어장치(30)로 제공되는 전원을 온/오프 하는 수단인 점화스위치(2) 및 쿨링 릴레이(3)와 직류 모터인 쿨링 팬 모터(4)로 이루어지는 차량 시스템에서 적용된다.

상기 쿨링 팬 모터 제어장치(30)는 ECU(10)와 같은 펄스폭변조 신호를 출력하는 펄스폭변조 발생 수단으로부터 펄스폭 변조 신호를 입력받고, 상기 배터리(1)와 같은 전원공급수단으로부터 제공되는 전원을 인가받아 모터(4)를 구동한다.

본 발명에 따른 쿨링 팬 모터 제어 장치(30)는 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor: FET)(31)와 입력신호 처리부(32)와 과전류 측정부(33)와 저항(34)과 전류측정부(35)와 마이크로 제어 유닛(Micro Control Unit: MCU)(37)과 게이트 드라이브(39)로 구성된다.

상기 입력신호 처리부(32)는 상기 ECU(10)로부터 출력되는 PWM 신호를 MCU(37)로 제공한다.

상기 FET(31)는 상기 쿨링 릴레이(3)의 일측에 드레인(Drain)이 연결되어 상기 점화스위치(2)의 온에 의한 쿨링 릴레이(3)의 접점이 붙으면 상기 배터리(1)로부터 전원을 드레인으로 입력받는다. 상기 전원 인가 상태에서 상기 게이트 드라이브(39)로부터 동작전압을 게이트로 인가받아 온되어 상기 드레인으로 인가받은 전원을 소스(Source)를 통해 쿨링 팬 모터(4)의 플러스 단으로 제공한다.

저항(34)은 상기 모터의 마이너스단과 접지사이에 연결되어 상기 마이너스단을 통해 출력되는 전류를 입력받고 접지로 빠지게 된다. 이때 상기 저항(34)에는 상기 모터의 마이너스단을 통해 출력되는 전류에 의한 양단전압이 형성된다.

과전류 검출부(33)는 상기 FET(31)의 소스와 모터(4)의 플러스 단 사이에 연결되어 상기 소스로부터 출력되는 전류를 측정하고, 상기 전류가 과전류이면 과전류 신호를 상기 게이트 드라이브(39)로 출력한다.

전류 측정부(35)는 상기 접지에 연결되어 상기 접지로 흐르는 전류를 측정하여 상기 MCU(37)로 출력한다.

게이트 드라이브(39)는 상기 MCU(37)를 통해 상기 PWM 신호를 입력받고 상기 PWM 신호에 의한 상기 동작전압을 생성하여 상기 FET(31)의 게이트로 제공한다. 또한, 상기 게이트 드라이브(39)는 상기 과전류 검출부(33)로부터 과전류 신호가 입력하면 상기 FET(31)로의 동작전압 출력을 차단하여 상기 FET(31)의 소손을 방지한다.

MCU(37)는 상기 ECU(10)로부터 출력되는 PWM 신호를 입력신호 처리부(32)를 통해 입력받고, 상기 전류 측정부(35)를 통해 측정된 전류값이 미리 설정된 출력 제한 임계치값보다 작으면 상기 펄스폭변조 신호를 상기 게이트 드라이브로 제공하고, 상기 전류 측정부(35)를 통해 측정된 전류값이 미리 설정된 출력 제한 임계치값보다 크면 상기 펄스폭 변조 신호를 차단하여 FET(31) 및 쿨링 팬 모터(4)를 보호한다.

상기 도 2에서는 차량용 쿨링 팬 모터를 제어하는 쿨링 팬 모터 제어장치를 일 예로 들어 설명하였으나 본 발명은 PWM 신호 발생 수단을 가지는 다른 직류 모터의 제어에도 동일하게 사용할 수 있을 것이다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, FET가 모터의 플러스 단에 연결되어 상기 모터의 구동을 제어하는 하이-사이드 방식을 적용하고, 모터의 플러스 단과 마이너스 단에서 전류를 측정하여 모터의 플러스 단 또는 마이너스 단의 단락에 의한 과전류로부터 FET와 모터를 보호할 수 있는 이점을 가진다.

Claims

직류 모터와, 펄스폭변조 신호를 출력하는 펄스폭변조 발생 수단과 상기 직류 모터를 구동하기 위한 전원을 공급하는 배터리와, 상기 전원을 차단 또는 패스하는 스위치부를 구비하는 차량 시스템의 직류 모터 제어장치에 있어서,

상기 스위치부와 상기 직류 모터의 플러스단 사이에 연결되어, 게이트에 인가되는 소정의 동작전압에 의해 상기 스위치부를 통해 드레인으로 인가받은 상기 전원을 소스를 통해 상기 직류 모터의 플러스단으로 제공하는 전계효과트랜지스터와,

상기 직류 모터의 마이너스단과 접지사이에 연결되어 상기 마이너스단을 통해 출력되는 전류에 의한 양단전압을 형성하는 저항과,

상기 직류 모터의 마이너스단으로부터 상기 저항을 통해 접지로 흐르는 전류를 측정하여 출력하는 전류 측정부와,

상기 전계효과트랜지스터에서 상기 직류 모터의 플러스단으로 흐르는 전류를 측정하여 과전류이면 과전류 신호를 출력하는 과전류 검출부와,

상기 펄스폭변조 신호를 입력받아 상기 전계효과트랜지스터로 동작전압을 제공하고, 상기 과전류 검출부로부터 상기 과전류 신호가 입력되면 상기 동작전압을 차단하는 게이트 드라이브와,

상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류값이 미리 설정된 출력 제한 임계치값보다 작으면 상기 펄스폭변조 신호를 상기 게이트 드라이브로 제공하고, 상기 전류 측정부를 통해 측정된 전류값이 미리 설정된 출력 제한 임계치값보다 크면 상기 펄스폭변조 신호를 차단하는 마이크로 제어 유닛으로 이루어짐을 특징으로 하는 차량 시스템의 직류 모터 제어장치.