KR102312739B1 - 연료펌프용 모터 구동장치의 pwm 입력회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력신호의 전압보다 큰 전압 또는 역전압이 입력되는 경우에도 회로의 소손이 발생하지 않도록 하는 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로에 관한 것이다.
본 발명에 따른 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로는 제1전압의 전원을 공급하는 전원공급부; 상기 제1전압을 분압하는 제1 내지 제3저항; 상기 제1저항과 상기 제2저항 사이의 제1노드에 연결되고 외부로부터의 PWM 신호가 입력되는 입력단; 일단이 상기 제1노드에 결합되고 타단은 제1접지에 연결되는 커패시터; 및 상기 제2저항과 상기 제3저항 사이의 전압을 출력하는 출력단;을 포함한다.

Description

연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로{PWM INPUT CIRCUIT CIRCUIT OF MOTOR DRIVER FOR FUEL PUMP}
본 발명은 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로에 관한 것으로 특히, 입력신호의 전압보다 큰 전압 또는 역전압이 입력되는 경우에도 회로의 소손이 발생하지 않도록 하는 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로에 관한 것이다.
일반적으로 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas, 이하 'LPG'라 함)를 연료로 사용하는 자동차에서는 연료펌프를 이용하여 연료탱크에 저장되어 있는 LPG 연료를 엔진에 공급한다. 이때, 자동차의 속도 등을 고려하여 연료펌프의 회전속도를 제어함으로써 엔진에 공급되는 LPG 연료의 양을 조절한다.
이러한 연료펌프는 모터가 사용되며, 주로 브러시리스 직류 모터(BrushLess Direct Current motor, 이하 'BLDC 모터'라 함)를 이용한다.
종래에는 포토 커플러에 의해 구성되는 회로를 이용하여 PWM 입력회로를 구성하여 사용하였다. 이러한 포터 커플러 회로는 수광에 의한 켜지는 트랜지스터와 PWM 전원부로 회로를 구성하고, 트랜지스터를 켜기위한 발광회로를 구성하여 PWM 입력회를 구성하였다.
이를 통해, PWM 신호에 의해 발광회로에 구성되는 다이오드가 온 또는 오프되면, 이에 따라 트랜지스터가 온 또는 오프되어 트랜지스터의 출력단을 통해 MCU(Micro control unit)으로 PWM 신호가 전달된다. 이를 통해 PWM 신호를 생성하는 ECU(Electro conrol unit)으로부터의 출력전압과 모터에 전달되는 PWM 신호의 전압이 상이한 경우 전압의 크기를 변화시켜 출력할 수 있게 된다.
이러한 종래의 PWM 입력회로는 디지털 회로에서 노이즈가 발생되는 경우, 발생된 노이즈가 아날로그 회로로 전달되어 과전압이 발생되고, 이로 인해 회로가 소손되거나 부적절한 모터 제어가 이루어지는 문제점이 있었다.
또한, 포토커플러에 의한 제어를 위해 ECU에서 출력된 PWM 신호가 모터에 공급되는 과정에서 반전되기 때문에, 회로 설계시 입력신호의 반전으로 인한 혼란을 초래하는 문제점이 있었다.
또한, 포토커플러와 같은 고가의 소자를 이용함으로써, 회로 제조 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
최근에는 이를 개선하기 위한 회로들이 개발되어 이용되고 있으나, 최근에 이용되는 회로들은 많은 수의 소자를 사용함으로써, 회로의 복잡도가 높아 설계 자유도가 낮아지고, 회로 제조 비용이 여전히 많이 소요되는 문제점이 있다.
대한민극 등록 특허 10-1021111호 (등록일 2011 년 03월 03일) "연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로"
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로 적은 수의 소자를 사용하여 입력회로를 구성하여 회로의 복잡도를 낮춤으로써 신뢰도를 향상시키고, 설계 자유도를 높이는 한편, 제조 비용을 저감하도록 한 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 입력신호의 전압보다 큰 전압 또는 역전압이 입력되는 경우에도 회로의 소손이 발생하지 않도록 하는 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로는 제1전압의 전원을 공급하는 전원공급부; 상기 제1전압을 분압하는 제1 내지 제3저항; 상기 제1저항과 상기 제2저항 사이의 제1노드에 연결되고 외부로부터의 PWM 신호가 입력되는 입력단; 일단이 상기 제1노드에 결합되고 타단은 제1접지에 연결되는 커패시터; 및 상기 제2저항과 상기 제3저항 사이의 전압을 출력하는 출력단;을 포함한다.
본 발명에 따른 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로는 적은 수의 소자를 사용하여 입력회로를 구성하여 회로의 복잡도를 낮춤으로써 신뢰도를 향상시키고, 설계 자유도를 높이는 한편, 제조 비용을 저감할 수 있다.
본 발명에 따른 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로는 입력신호의 전압보다 큰 전압 또는 역전압이 입력되는 경우에도 회로의 소손이 발생하지 않도록 할 수 있다.
도 1은 연료펌프용 모터 구동 장치 구성의 일례를 블록으로 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로의 구성을 도시한 회로도.
도 3은 종래의 PWM 입력회로를 설명하기 위한 예시도.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 연료펌프용 모터 구동 장치 구성의 일례를 블록으로 도시한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 연료펌프용 모터 구동장치(1)는 PWM 입력회로(10), MCU(20), 과전압보호부(30), 모터 컨트롤러(40), MOSFET 구동회로(50) 및 모터 구동부(60)를 포함한다.
PWM 입력회로(10)는 차량의 ECU(Electric Control Unit)로부터 출력되느 12V의 PWM 신호를 5V 구동전압 레벨로 변환하여 MCU(20)에 전달한다.
MCU(20)는 모터 컨트롤러(40)에서 전달된 현재 속도와 목표 속도의 오차를 산출하고, 산출된 오차를 근거로 비례적분 제어(Proportional Integral Control)를 실시한다. 또한 MCU(20)는 산출한 오차에 대한 제어신호를 모터 컨트롤러(40)로 출력하여 모터(M)로 피드백 신호가 전달되도록 한다.
이를 통해, 연료펌프용 모터구동장치(1)는 모터(m)의 현재 속도와 목표 속도의 오차가 최소화되도록 제어할 수 있게 되고, 차량의 상태에 따라 적절한 연료가 엔진으로 공급되도록 제어하게 된다.
과전압보호부(30)는 차량의 발전기 또는 배터리로부터 MOSFET 구동회로(50)로 전원을 공급하며, 이때 과전압으로부터 MOSFET 구동회로(50)를 보호한다.
모터 컨트롤러(40)는 모터 구동부(60)에서 측정한 모터(M)의 현재 속도를 입력받아 MCU(Micro Control Unit, 20)에 전달한다.
MOSFET 구동회로(50)는 모터 구동부(60)에 구성되는 하이측(High Side) 신호에 따라 N채널 MOSFET를 구동하는 제1MOSFET 구동부(51)와 로우측(LOW SIDE) 신호에 따라 N채널 MOSFET를 구동하는 제2 MOSFET 구동부(53)를 구비한다. 또한 MOSFET 구동회로(50)는 제1 MOSFET 구동부(51)와 제2 MOSFET(53) 구동부에 24V로 배가된 전원을 공급하는 전압배가부(55)를 포함하여 구성될 수 있다.
구동부(60)는 연료펌프를 구동시키는 모터(M)로 구동 신호를 전달하기 위한 스위칭 역할을 수행하며, 이를 위해 3상 풀 브리지(3-Phase Full Bridge) 방식으로 구성되 수 있다. 모터 구동부(60)는 모터(M)를 구동하기 위한 구동신호가 입력되는 MOSFET을 구비한다. 이 MOSFET은 24V의 구동전원을 사용하는 차량의 구동신호 입력을 위한 하이측(High Side) P채널 MOSFET와 12V 구동전원을 사용하는 차량의 구동신호 입력을 위한 로우측(Low Side) P채널 MOSFET를 모두 또는 어느 하나를 구비하도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로의 구성을 도시한 회로도이다. 여기서, 도 2에 도시된 회로도는 회로를 이해하기 위한 최소한의 소자와 연결만을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 PWM 입력회로는 제1 내지 제3 저항(R1, R2, R3), 제1 커패시터(C1), 제1 다이오드(D1)를 포함하여 구성된다.
제1 저항(R1)은 전원공급부(Vc)와 제1노드(N1)에 연결되고, 제2 저항(R2)은 제1 노드(N1)와 출력단(OUT)에 연결된다. 그리고 제3 저항(R3)은 출력단(OUT)와 디지털 접지단(DGND)에 연결된다. 이를 통해 제1 내지 제3 저항(R1 내지 R3)는 배터리 전압을 분압하여 출력단(OUT)을 통해 변압된 PWM 입력신호를 출력한다. 특히, 전원공급부(Vc)로부터 수 볼트(V) 정도의 전압 변동이 발생되는 전원이 공급되는 경우에도 제2 저항(R2)의 저항값으로 인해 출력단(OUT)을 통해 출력되는 신호의 전류는 작은 값을 유지할 수 있으며, 과전압에 의한 소손을 방지할 수 있게 된다.
이때, 제2 저항(R2)는 수 내지 수십 ㏀의 값으로 결정되고, 이 제2 저항(R2)과의 비율을 고려하여 제1 저항(R1)과 제3 저항(R3)의 값이 결정된다. 제2 저항(R2)의 저항값을 수 내지 수십 ㏀의 값으로 결정함으로써, 출력단(OUT)를 통해 출력되는 출력신호 즉, PWM 입력신호의 전류 크기를 작게 하는 것이 가능해진다.
제1 커패시터(C1)는 제1 노드(N1)와 아날로그 접지단(AGND)에 연결된다. 이를 통해 제1 커패시터(C1)는 ECU 측 또는 전원공급부(Vc)를 통해 유입되는 노이즈 및 서지(Srurge) 전압을 감소시킨다.
제1 다이오드(D1)는 입력단(IN)과 제1노드(N1)에 연결되며, 이때 입력단이 제1노드(N1)에 연결되고 출력단이 입력단(IN)에 연결된다. 이를 통해, 제1 다이오드(D1)는 ECU 측에서 전달될 수 있는 역전압이 회로에 입력되는 것을 방지하여, 역전압에 의한 소손으로부터 입력회로를 보호하는 역할을 한다.
이러한 입력회로에서 디지털 신호 즉, ECU로부터 공급되는 PWM 신호가 공급될 때, 하이(High)/로우(Low)로 신호의 레벨이 변경되는 과정에서 노이즈가 발생된다. 이때, 제1 커패시터(C1)에 의해 노이즈를 필터링함과 아울러 아날로그 접지단(AGND)와 디지털 접지단(DGND)를 각각 분리함으로써, 노이즈가 아날로그 회로단에 전달되는 것을 차단하는 것이 가능하고, 노이즈에 의한 왜란 또는 장치의 손상 발생을 방지할 수 있게 도니다.
이하, 전술한 구성의 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로의 동작을 설명하기로 한다.
우선, 본 발명의 PWM 입력회로의 전원공급부(Vc)에는 배터리 또는 발전기로부터 12V의 전압이 공급되는 상태일 수 있다. 여기서, 배터리의 전압 또는 발전기의 발전 전압에 따라 공급되는 전압은 24V일 수도 있다.
이러한 12V의 전압은 입력단(IN)으로 입력되는 ECU로부터의 PWM 신호에 따라 5V로 변환된 PWM 입력신호를 출력하게 된다. 여기서, PWM 입력신호는 반드시 5V가 아닐 수도 있다. 이러한 PWM 입력신호는 MCU(20)에서 처리 가능한 전압 또는 PWM 입력회로(10)와 MCU(20) 사이의 회로 구성 여부에 따라 달라질 수 있다.
우선, 입력단(IN)을 통해 하이레벨 신호가 입력되면, 제1 다이오드(D1)은 오프된다. 이로 인해, 제1 저항(R1), 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)에 의해 전원공급부(Vc)를 통해 공급되는 전원의 전압이 분압되며, 제3 저항(R3)에 인가되는 전압 크기의 PWM 입력신호가 출력단(OUT)를 통해 출력된다. 즉, 출력단(OUT)를 통해 하이레벨 신호가 출력된다. 이때, 제1 커패시터(C1)는 전원에 의해 서서히 충전된다.
그리고, 입력단(IN)을 통해 로우레벨 신호가 입력되면, 제1 다이오드(D1)이 온되어 제1 노드(N1)의 전위가 로우 레벨 상태가 된다. 이를 통해, 전원공급부(Vc), 제1 저항(R1), 제1다이오드(D1) 및 입력단(IN)으로 이어지는 패스가 형성된다. 이때, 제1 캐패시터(C1)와 입력단(IN)으로 이어지는 패스가 형성되어 제1캐패시터(C1)의 방전이 이루어진다.
이를 통해 제1 노드(N1)와 디지털 접지단(DGND)의 전위가 같아지게 되고, 출력단(OUT)을 통해 로우레벨 신호가 출력된다.
이러한 과정에서 입력단을 통해 과전압이 입력되는 경우 제1 다이오드(D1)에 의해 과전압 즉, 전원공급부(Vc)의 전위에 비해 높은 전압은 차단되어 과전압이 회로에 입력되는 것을 방지하게 된다.
이를 통해, 본 발명의 PWM 입력회로(10)는 ECU로부터 하이레벨의 PWM 신호가 출력되면 하이 레벨 상태의 PWM 입력 신호를 출력하여 MCU(20)에 전달한다. 그리고, ECU로부터 로우레벨의 PWM 신호가 출력되면 로우 레벨 상태의 PWM 입력신호를 출력하여 MCU(20)에 전달할 수 있게 된다. 결과적으로 본 발명은 신호의 반전없이 ECU로부터 출력되는 신호와 동일한 상(Phase)의 PWM 신호를 MCU(20)의 입력신호로 출력할 수 있게 된다.
이러한 본 발명의 회로는 전술한 바와 같이 접지단을 아날로그 접지단(AGND)와 디지털 접지단(DGND)으로 구분해서 구비하고, 제1 다이오드(D1)와 제1 커패시터(C1)를 구비한다. 또한, 제2 저항(R2)의 값을 수 내지 수십 ㏀의 값을 가지게 구성한다.
이에 따라, 전원공급부(Vc)에서 발생되는 과전압은 제1 커패시터(C1)에 의해 흡수되도록 함과 아울러, 제2 저항(R2)의 높은 저항값을 통해 전류의 크기를 감소시킴으로써 과전압에 의한 영향이 MCU(20)에 전달되지 않거나, 감소된 상태에서 전달되게 한다.
또한, ECU로부터의 과전압 또는 노이즈는 제1 다이오드(D1)에 의해 차단하도록 함으로써, 입력단(IN) 이전에서 발생된 왜란이 입력회로에 전달되지 않도록 할 수 있다.
또한, 접지단이 아날로그 접지단(AGND)와 디지털 접지단(DGND)로 구분되어 있기 때문에, 어느 한 쪽 즉, 아날로그 회로측 또는 디지털 회로측에서 발생된 노이즈가 다른 측으로 전달되는 것을 최소화할 수 있다.
도 3은 종래의 PWM 입력회로를 설명하기 위한 예시도이다. 이 도 3은 기술과 본 발명을 비교하기 위한 도면의 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로(10)는 제 1 내지 제 3저항(R11, R12, R13), 제 1 및 제 2커패시터(C1, C2), 제 1 및 제 2다이오드(D11, D12)를 포함한다.
제1 내지 제3저항(R11, R12, R13)은 12V의 배터리전압(VCC)을 공급하는 전원공급라인과 아날로그 접지단(AGND) 사이에 직렬로 연결되어 배터리전압(VCC)을 분압한다.
제 1커패시터(C1)는 상기 제 1저항(R11)과 제 2저항(R12) 사이에 형성된 제 1노드(N1)와 아날로그 접지단(AGND) 사이에 구비된다. 제 1노드(N1)는 상기 ECU로부터 PWM 신호를 입력받는 노드이다. 그리고, 제2커패시터(C2)는 제 2저항(R12)과 제 3저항(R13) 사이에 형성된 제 2노드(N2)와 아날로그 접지단(AGND) 사이에 구비된다. 즉, 제 2커패시터(C2)는 상기 제 3저항(R13)과 병렬로 결합된다. 이러한 제 1 및 제 2커패시터(C1, C2)는 상기 ECU 측에서 유입되는 노이즈 및 서지(Surge) 전압을 감소시킨다.
제 1다이오드(D11)는 구동전압(VDD)을 공급하는 구동전압공급라인과 제 3노드(N3) 사이에 구비되고, 제 2다이오드(D12)는 상기 제 3노드(N3)와 디지털 접지단(DGND) 사이에 각각 구비된다. 즉, 제 1다이오드(D11)과 제 2다이오드(D12)는 직렬로 결합된다. 제 3노드(N3)는 제 2노드(N2)와 연결되고, 제 1 내지 제 3저항(R11, R12, R13)을 통해 분압되어 상기 5V의 전압레벨로 변환된 PWM 신호를 MCU(20)로 출력한다. 제 1 및 제 2다이오드(D11, D12)는 디지털 회로에서 발생되는 노이즈로 인해 아날로그 회로, 즉 ECU 측으로부터 인가되는 과전압 역전압에 의한 회로유닛의 소손을 방지한다.
이러한 입력회로는 하이 레벨의 PWM 신호가 출력되면, 제 2 및 제 3저항(R12, R13)이 상기 배터리전압(VCC) 및 하이 레벨의 PWM 신호를 분압함에 따라 상기 PWM 신호는 하이 레벨 상태로 MCU(20)에 입력된다.
로우 레벨의 PWM 신호가 출력되면, 제 1 및 제 2노드(N1, N2)가 로우 상태가 됨에 따라, PWM 신호는 로우 레벨 상태로 MCU(20)에 입력된다.
디지털 회로에서 노이즈가 발생하면, 발생된 노이즈로 인해 제 1노드(N1)에는 전압레벨이 변경(shift)된 전압이 인가된다. 예를 들어, 배터리전압의 기준값이 12V인 경우, 상기 기준값보다 높게 변경된 전압, 예컨대 13V 이상의 전압이 인가된다. 이때, 제 2 및 제 3저항(R12, R13)이 상기 변경된 전압을 분배하고, 제 1 및 제 2다이오드(D11, D12)가 과전압 역전압을 차단함에 따라 제 3노드(N3)는 로우 레벨에 가까운 상태가 된다.
즉, 종래의 기술은 과전압 역전압을 차단하기 위해 제1 및 제2다이오드를 사용했으며, ECU로부터 공급되는 신호에 대한 방비가 이루어지지 않은 상태에서 이용되었다. 또한, 본 발명과 비교할 때 소자의 수와 회로의 구성이 복잡하여 제조 비용이 상승하고, 실제 사용에도 소자의 소손이 빈번하게 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 이를 개선하여 소자의 수를 감소시키면서도 신호 입력단에서 발생되는 노이즈 또는 과전압이 입력회로로 전달되는 것을 방지하는 효과를 제공할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
1: 연료펌프용 모터 구동장치 10: PWM 입력회로
20: MCU 30: 과전압 보호부
40: 모터 컨트롤러 50: MOSFET 구동회로
51: 제1MOSFET 구동부 53: 제2MOSFET 구동부
55: 전압배가부 60: 모터 구동부

Claims (5)

  1. 제1전압의 전원을 공급하는 전원공급부;
    상기 제1전압을 분압하는 제1 내지 제3저항;
    상기 제1저항과 상기 제2저항 사이의 제1노드에 연결되고 외부로부터의 PWM 신호가 입력되는 입력단;
    일단이 상기 제1노드에 결합되고 타단은 제1접지에 연결되는 커패시터; 및
    상기 제2저항과 상기 제3저항 사이의 전압을 출력하는 출력단을 포함하며,
    상기 제3저항의 일단은 상기 제2저항 및 상기 출력단에 연결되고, 타단은 상기 제1접지와 다른 제2접지에 연결되는 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에서
    상기 제1접지는 아날로그 접지이고, 상기 제2접지는 디지털 접지인 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로.
  4. 제 1 항에서,
    상기 입력단과 상기 제1노드 사이에 연결되는 다이오드를 더 포함하는 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로.
  5. 제 4 항에서,
    상기 다이오드는 양극이 상기 제1노드에 연결되고, 음극이 상기 입력단에 연결되는 연료펌프용 모터 구동장치의 PWM 입력회로.
KR1020190078016A 2019-06-28 2019-06-28 연료펌프용 모터 구동장치의 pwm 입력회로 KR102312739B1 (ko)

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