KR102553734B1 - 3상모터 제어회로 및 3상모터 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력전원을 3상전원으로 변환하는 인버터회로와 동작레벨의 제어신호에 기초하여 3상전원을 3상모터로의 입력여부를 결정하는 릴레이스위치와 3상전원과 입력전원을 연산하여 동작레벨을 생성하는 연산회로 및 컨트롤러에서 생성된 릴레이스위치를 동작시키기 위한 초기레벨의 제어신호를 동작레벨에 기초하여 동작레벨의 제어신호로 증폭하는 증폭회로를 포함하는 3상모터 제어회로에 관한 것이다.

Description

3상모터 제어회로 및 3상모터 제어방법{3PHASE-MOTOR CONTROLLING CIRCUIT AND 3PHASE-MOTOR CONTROLLING METHOD}
본 실시예들은 3상모터 제어회로에 관한 것이다.
입력전원을 변환하여 3상모터에 전력을 공급하는 인버터회로에 있어서, 의도하지 않은 요인에 의해 3상모터에 과전력 또는 부족전력이 공급될 수 있다.
이러한 문제에 의해, 3상모터는 고장이 발생하거나 오작동하는 문제점이 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 방지하고자, 현재 인버터회로의 출력단과 3상모터 사이에 전력공급을 결정하는 릴레이스위치를 연결하여 상기 문제점을 해결한다.
한편, 릴레이스위치를 FET로 활용하는 경우 릴레이스위치의 소스단에 입력전원이 연결되어, 상기 릴레이스위치는 입력전원 이상인 임계치를 가지는 제어신호가 입력되어야 정상적으로 동작할 수 있다.
이러한 이유로 현재 인버터회로의 출력단과 3상모터 사이에 전력공급을 결정하는 릴레이스위치를 연결하여 상기 문제점을 해결하는 방법에 있어서, 컨트롤러에서 생성된 제어신호를 입력전원 이상인 임계치를 가지는 제어신호로 변환하는 게이트드라이버를 사용한다.
이에, 산업체에서 입력전원 이상인 임계치를 가지는 제어신호로 변환하는 게이트드라이버에 따른 가격적인 부담이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 현재 3상모터에 과전력 또는 부족전력이 공급됨을 판단하는 방법은 컨트롤러에서 3상모터의 고장 또는 컨트롤러의 일부고장을 판단하여 릴레이스위치의 동작을 결정하고 있다.
이러한 배경에서, 본 실시예들의 목적은, 기존의 게이트드라이버를 사용하지 않고, 3상모터에 입력되는 전력공급을 결정하는 릴레이스위치를 동작시킬 수 있는 기능을 포함하는 3상모터 제어기술을 제공하는 것이다.
또한, 본 실시예들의 목적은, 컨트롤러의 직접적인 개입없이 인버터회로의 고장을 더 판단하여 릴레이스위치를 동작시킬 수 있는 3상모터 제어기술을 제공하는 것이다.
일 측면에서, 본 실시예는 입력전원을 3상전원으로 변환하는 인버터회로와 동작레벨의 제어신호에 기초하여 3상전원을 3상모터로의 입력여부를 결정하는 릴레이스위치와 3상전원과 입력전원을 연산하여 동작레벨을 생성하는 연산회로 및 컨트롤러에서 생성된 릴레이스위치를 동작시키기 위한 초기레벨의 제어신호를 동작레벨에 기초하여 동작레벨의 제어신호로 증폭하는 증폭회로를 포함하는 3상모터 제어회로를 제공한다.
다른 일 측면에서, 본 실시예는 입력전원을 3상전원으로 변환하는 단계와 동작레벨의 제어신호에 기초하여 3상전원을 3상모터로의 입력여부를 결정하는 단계와 3상전원과 입력전원을 연산하여 동작레벨을 생성하는 단계 및 컨트롤러에서 생성된 릴레이스위치를 동작시키기 위한 초기레벨의 제어신호를 동작레벨에 기초하여 동작레벨의 제어신호로 증폭하는 단계를 포함하는 3상모터 제어방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예들에 의하면, 기존의 게이트드라이버를 사용하지 않고, 3상모터에 입력되는 전력공급을 결정하는 릴레이스위치를 동작시킬 수 있는 기능을 포함하는 3상모터 제어기술을 제공할 수 있다.
또한, 컨트롤러의 직접적인 개입없이 인버터회로의 고장을 더 판단하여 릴레이스위치를 동작시킬 수 있는 3상모터 제어기술을 제공할 수 있다.
도 1은 제1실시예에 따른 3상모터 제어회로를 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 제1실시예에 따른 연산회로를 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 제1실시예에 따른 증폭회로를 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 제1실시예에 따른 3상모터 제어회로의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 제1실시예에 따른 3상모터 제어방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
이하, 일부 실시예들은 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술적 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
일반적인 3상모터 제어회로는 DC의 입력전원을 3상전원으로 변환하는 인버터회로와, 3상전원을 3상모터로의 입력여부를 결정하는 릴레이스위치와, 컨트롤러에서 생성된 초기레벨의 제어신호를 미리 설정된 동작레벨로 증폭시키는 릴레이스위치 게이트드라이버(Gate-Driver)를 포함할 수 있다.
상기 인버터회로는 2개의 스위치가 직렬로 연결된 직렬스위치 3개가 병렬로 연결된 회로로서, 상기 직렬스위치가 병렬 연결된 노드(Node)인 2개의 단에 입력된 전원(VIN)을 상기 직렬스위치의 직렬 연결된 노드 각각인 3개의 단에 3상전원(U, V, W)를 출력할 수 있다.
상기 릴레이스위치는 인버터회로에서 출력된 3상전원(U, V, W)과 3상모터 사이에 직렬로 각각 연결되어 동작레벨의 제어신호에 기초하여 3상전원(U, V, W)을 3상모터에 인가(ON) 또는 차단(OFF)할 수 있다. 릴레이스위치는 어떠한 방식의 릴레이스위치를 사용해도 무방하나, 이하의 실시예에서는 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor, FET)를 이용한 릴레이스위치에 한정하여 설명한다. 이러한, 릴레이스위치는 페이즈(Phase)FET로 명명되기도 한다. 또한, 여기서 동작레벨은 릴레이스위치가 온(ON)이 되게 하는 제어신호의 레벨을 지칭하는 것으로서 릴레이스위치의 사양(Specification)에 따라 결정된다. 이에, 동작레벨은 다양한 값을 가질 수 있으나 조향모터제어에 일반적으로 사용되는 릴레이스위치는 대략 24[V]의 전압값을 가진다.
상기 컨트롤러(Micro Control Unit, MCU)는 컨트롤러 자체의 이상여부 또는 3상모터의 이상여부를 감지하여, 컨트롤러 또는 3상모터에 이상이 존재하는 것으로 감지되면 릴레이스위치를 오프(OFF)시키기 위한 초기레벨의 제어신호를 출력할 수 있다. 여기서 초기레벨이라 함은, 컨트롤러에서 기본적으로 출력되는 제어신호의 레벨을 지칭하는 것으로서 컨트롤러의 사양에 따라 결정된다. 이에, 초기레벨은 다양한 값을 가질 수 있으나 조향모터제어에 일반적으로 사용되는 컨트롤러는 대략 5[V]의 전압값을 가진다.
상기 릴레이스위치 게이트드라이버는 컨트롤러에서 생성된 초기레벨의 제어신호를 상기 동작레벨의 제어신호로 변환하여, 상기 릴레이스위치를 컨트롤러에서 의도한 바와 같이 온(ON)/오프(OFF) 동작시킬 수 있다. 일반적으로, 게이트드라이버는 배터리전압을 상기 동작레벨로 증가시키는 차지펌프(Charge pump)를 내부적으로 포함한다. 이에, 릴레이스위치 게이트드라이버는 내부적으로 포함되는 차지펌프를 이용하여 배터리전압을 미리 알고 있는 릴레이스위치의 임계전압 이상인 동작레벨로 증가시키고, 상기 동작레벨을 이용하여 동작레벨의 제어신호로 변환할 수 있다.
자세히 설명하면, 컨트롤러 및 3상모터가 정상이면 일반적인 3상모터 제어회로의 컨트롤러가 High인 초기레벨(5[V])의 제어신호를 출력하고, 상기 High인 초기레벨(5[V])의 제어신호를 릴레이스위치 게이트드라이버가 High인 동작레벨(24[V])의 제어신호로 변환하며, 릴레이스위치가 High인 동작레벨(24[V])의 제어신호에 따라 온(ON)으로 동작하여 인버터회로에서 출력된 3상전원(U, V, W)을 3상모터에 인가시킬 수 있다.
이와 달리, 컨트롤러 또는 3상모터가 비정상이면 일반적인 3상모터 제어회로는 컨트롤러가 Low인 초기레벨(0[V])의 제어신호를 출력하고, 상기 Low인 초기레벨(0[V])의 제어신호를 릴레이스위치 게이트드라이버가 Low인 동작레벨(0[V])의 제어신호로 변환하며, 릴레이스위치가 Low인 동작레벨(0[V])의 제어신호에 따라 오프(OFF)로 동작하여 인버터회로에서 출력된 3상전원(U, V, W)을 3상모터에 인가되지 않도록 차단시킨다.
전술한 일반적인 3상모터 제어회로에 포함되는 릴레이스위치 게이트드라이버는 회로를 간단히 구성할 수 있고, 안정적인 동작레벨을 출력할 수 있다는 장점에 따라 릴레이스위치에 주로 사용된다.
하지만, 릴레이스위치 게이트드라이버는 원가절감 차원에서 릴레이스위치 게이트드라이버를 대체할 수 있는 회로에 대한 요구가 존재한다. 또한, 안정성차원에서 컨트롤러 및 3상모터의 고장뿐만 아니라 인버터회로의 고장에도 3상전원을 차단할 수 있는 회로에 대한 요구가 존재한다.
이하에서는, 전술한 문제점 및 요구를 해결하기 위한 회로로서, 연산회로 및 증폭회로를 포함하는 3상모터 제어회로에 대해 자세히 설명한다.
도 1은 제1실시예에 따른 3상모터 제어회로를 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 제1실시예에 따른 3상모터 제어회로(100)는 입력전원(VIN, 10)을 3상전원(U, V, W)으로 변환하는 인버터회로(110)와 동작레벨의 제어신호(SRelay)에 기초하여 3상전원(U, V, W)을 3상모터(20)로의 입력여부를 결정하는 릴레이스위치(120)와 3상전원(U, V, W)과 입력전원(VIN, 10)을 연산하여 상기 동작레벨을 생성하는 연산회로(130) 및 컨트롤러(30)에서 생성된 릴레이스위치(120)를 동작시키기 위한 초기레벨의 제어신호(SMCU)를 동작레벨에 기초하여 동작레벨의 제어신호(SRelay)로 증폭하는 증폭회로(140)를 포함할 수 있다.
제1실시예에 따른 3상모터 제어회로(100)의 인버터회로(110)는 2개의 스위치가 직렬로 연결된 직렬스위치 3개가 병렬로 연결된 회로로서, 상기 직렬스위치가 병렬 연결된 노드(Node)인 2개의 단에 입력된 전원(VIN, 10)을 상기 직렬스위치의 직렬 연결된 노드 각각인 3개의 단에 3상전원(U, V, W)를 출력할 수 있다. 3상전원(U, V, W)의 최대치는 입력전원에서 인버터회로(110)에 포함되는 소자에 따른 전압강하를 고려한 전압으로 결정될 수 있으나, 이하에서는 이러한 전압강하를 고려하지 않고 12[V]의 입력전원에 따라 최대치가 12[V]인 펄스파형이 되는 것에 한정하여 설명한다.
이러한 인버터회로(110)는 DC전압을 3상전원으로 출력하는데 일반적으로 사용되기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
제1실시예에 따른 3상모터 제어회로(100)의 릴레이스위치(120)는 인버터회로(110)에서 출력된 3상전원(U, V, W)과 3상모터(20) 사이에 직렬로 각각 연결되어 동작레벨의 제어신호에 기초하여 3상전원(U, V, W)을 3상모터에 인가(ON) 또는 차단(OFF)할 수 있다. 여기서 동작레벨이라 함은, 릴레이스위치가 온(ON)이 되게 하는 제어신호의 레벨을 지칭하는 것으로서 릴레이스위치의 사양에 따라 결정된다. 이에, 동작레벨은 다양한 값을 가질 수 있으나 조향모터제어에 일반적으로 사용되는 릴레이스위치를 기준으로 대략 24[V]의 전압값을 가진다.
제1실시예에 따른 3상모터 제어회로(100)의 연산회로(130)는 인버터회로(110)에서 출력된 3상전원(U, V, W)과 입력전원(VIN, 10)을 연산하여 동작레벨을 생성할 수 있다.
이에 대해, 제1실시예에 따른 릴레이스위치를 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면인 도 2를 참조하여 자세히 설명한다.
도 2를 더 참조하면, 연산회로(130)는 제1상전원(U)이 연결되는 제1노드(Node1)에 제1다이오드(131)의 캐소드 및 제2다이오드(132)의 에노드가 연결되고, 제2상전원(V)이 연결되는 제2노드(Node2)에 제3다이오드(133)의 캐소드 및 제4다이오드(144)의 에노드가 연결되고, 제3상전원(W)이 연결되는 제3노드(Node3)에 제5다이오드(135)의 캐소드 및 제6다이오드(136)의 애노드가 연결되고, 제1다이오드(131)의 에노드, 제3다이오드(133)의 에노드 및 제5다이오드(135)의 에노드는 입력전원(VIN, 10)에 연결되며, 제2다이오드(132)의 캐소드, 제4다이오드(134)의 캐소드 및 제6 다이오드(136)의 캐소드는 증폭회로(140)의 입력단에 연결될 수 있다. 상기 제1상전원(U), 제2상전원(V) 및 제3상전원(W)는 3상전원을 구성하는 각각의 상전원을 의미한다.
이에, 연산회로(130)는 제1상전원(U)과 입력전원(VIN, 10)을 연산하여 제1동작레벨(V1)을 생성하고, 제2상전원(V)과 입력전원(VIN, 10)을 연산하여 제2동작레벨(V2)을 생성하고, 제3상전원(W)과 입력전원(VIN, 10)을 연산하여 제3동작레벨(V3)을 생성하며, 제1동작레벨(V1), 제2동작레벨(V2) 및 제3동작레벨(V3)을 연산하여 동작레벨(VLevel)을 생성할 수 있다.
여기서, 입력전원(VIN, 10)은 12[V]이고, 펄스파형인 제1상전원(U), 제2상전원(V) 및 제3상전원(W)의 최대치는 12[V]이고, 최소치는 0[V]일 수 있다. 이에, 제1동작레벨(V1), 제2동작레벨(V2) 및 제1동작레벨(V3)의 최대치는 24[V]이며 최소치는 12[V]인 펄스파형일 수 있다. 더 나아가, 동작레벨(VLevel)은 24[V]인 DC파형일 수 있다. 즉, 연산회로(130)가 기존의 차지펌프기능을 포함한다.
한편, 연산회로(130)는 제1상전원(U)과 제1노드(Node1) 사이, 제2상전원(V)과 제2노드(Node2) 사이 및 제3상전원(W)과 제3노드(Node3) 사이 각각에 캐패시터(137, 138, 139)를 연결하여 상기 제1상전원(U), 상기 제2상전원(W) 및 상기 제3상전원(W)을 유지시킬 수 있다. 이는, 제1상전원(U), 상기 제2상전원(W) 및 상기 제3상전원(W) 각각을 입력전원(VIN, 10)과 정확하게 연산하기 위함이다. 만약, 캐패시터(137, 138, 139)가 연결되지 않는다면, 제1상전원(U), 상기 제2상전원(W) 및 상기 제3상전원(W) 각각과 입력전원(VIN, 10)의 연산이 되지 않아 제1동작레벨(V1), 제2동작레벨(V2) 및 제1동작레벨(V3)이 12[V]인 DC파형으로 출력되는 문제점이 있다.
제1실시예에 따른 3상모터 제어회로(100)의 증폭회로(140)는 컨트롤러(30)에서 생성된 릴레이스위치(120)를 동작시키기 위한 초기레벨의 제어신호(SMCU)를 연산회로(130)에서 생성된 동작레벨에 기초하여 동작레벨의 제어신호(SRelay)로 증폭할 수 있다.
이에 대해, 제1실시예에 따른 증폭회로를 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면인 도 3을 참조하여 자세히 설명한다.
도 3을 더 참조하면, 증폭회로(140)는 연산회로(130)에서 생성된 동작레벨을 PNP-BJT(Bipolar Junction Transistor, 141)의 이미터(E)에 연결하고, 릴레이스위치(120)의 게이트(G)를 상기 PNP-BJT(141)의 컬렉터(C)에 연결하고, 상기 PNP-BJT(141)의 베이스(B)를 NPN-BJT(143)의 컬렉터(C)에 연결하고, 컨트롤러(30)에서 생성된 초기레벨의 제어신호(SMCU)를 상기 NPN-BJT(143)의 베이스(B)에 연결하며, 상기 NPN-BJT의 이미터(E)을 접지(earth)하여 초기레벨의 제어신호(SMCU)를 동작레벨의 제어신호(SRelay)로 증폭할 수 있다.
BJT는 FET와 달리, 컨트롤러(30)에서 생성되는 초기레벨의 제어신호에 따라 동작할 수 있다. 또한, PNP-BJT는 GND신호가 인가되면 온(ON)으로 동작하고 하이(High)가 인가되면 오프(OFF)로 동작하고, NPN-BJT는 하이(High)가 인가되면 온(ON)으로 동작하며, GND신호가 인가되면 오프(OFF)로 동작할 수 있다.
이에, 컨트롤러(30)에서 초기레벨의 제어신호로서, 하이(High)가 NPN-BJT(143)의 베이스(B)에 인가되면 상기 NPN-BJT(143)이 온(ON)되고, PNP-BJT(141)의 베이스(B)에 GND신호가 인가되어 상기 PNP-BJT(141)가 온(ON)이 될 수 있다. 이에, 동작레벨(VLevel)이 릴레이스위치(120)의 게이트에 인가될 수 있다.
이와 달리, 컨트롤러(30)에서 초기레벨의 제어신호로서, 로우(Low)가 NPN-BJT(143)의 베이스(B)에 인가되면 상기 NPN-BJT(143)이 오프(OFF)되고, PNP-BJT(141)의 베이스(B)에 High인 신호가 인가되어 상기 PNP-BJT(141)가 오프(OFF)이 될 수 있다. 이에, PNP-BJT(141)의 콜렉터(C)와 접지사이에 연결된 풀다운저항(미도시)에 의해 0[V]가 릴레이스위치(120)의 게이트에 인가될 수 있다.
결과적으로, 증폭회로(140)는 초기레벨의 제어신호를 연산회로(130)에서 생성된 동작레벨에 대응되는 동작레벨의 제어신호로 증폭할 수 있다.
한편, 증폭회로(140)는 동작레벨(VLevel)과 접지 사이에 캐패시터(145)를 연결하여 동작레벨(VLevel)을 유지시킬 수 있다. 만약, 캐패시터(145)가 연결되지 않는다면, 동작레벨(VLevel)에 끊김이 발생될 수 있다. 여기서 끊김이라 함은, 제1상전원(U), 제2상전원(V) 및 제3상전원(W) 각각이 신호가 변화되는 지점에서 고정된 전압값이 아닌 0(제로)이 됨을 의미한다.
이상에서 설명한 제1실시예에 따른 3상모터 제어회로(100)는 다음 도 4와 같이 동작할 수 있다.
도 4는 제1실시예에 따른 3상모터 제어회로의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 시각(t)에 따른 초기레벨의 제어신호(SMCU, 410), 시각(t)에 따른 제1상전원(U, 420), 시각(t)에 따른 제2상전원(V, 430), 시각(t)에 따른 제3상전원(W, 440), 시각(t)에 따른 동작레벨(VLevel, 450) 및 시각(t)에 따른 동작레벨의 제어신호(SRelay, 460)을 도시하며, t1인 시각에 인버터회로에 고장이 발생하여 t1인 시각 이후에 제1상전원(U, 420), 제2상전원(V, 430) 및 제3상전원(W, 440)이 에러상3상전원인 0(제로)인 상황을 도시한다.
도 4를 참조하면, 컨트롤러(30)가 피크치가 VON인 초기레벨의 제어신호(SMCU, 410)를 생성하고, 인버터회로(110)가 입력전원을 피크치가 Vphase인 제1상전원(U, 420), 제2상전원(V, 430) 및 제3상전원(W, 440)로 변환하고, 연산회로(130)가 동작레벨(VLevel, 450)을 생성하며, 증폭회로(140)가 초기레벨의 제어신호(SMCU, 410)를 동작레벨의 제어신호(SRelay, 460)로 변환할 수 있다.
자세히 설명하면, 연산회로(130)가 제1상전원(U, 420), 제2상전원(V, 430) 및 제3상전원(W, 440)인 3상전원과 입력전원(VIN)을 연산하여 t1 이전에는 VIN + Vphase 인 동작레벨을 생성되며, t1 이후에는 VIN 인 동작레벨이 생성될 수 있다.
이에, 증폭회로(140)가 컨트롤러(30)에서 생성된 초기레벨의 제어신호(SMCU, 410)를 연산회로(130)에서 생성된 동작레벨로 증폭하여 동작레벨의 제어신호(SRelay, 460)를 출력할 수 있다. 즉, 동작레벨의 제어신호(SRelay, 460)는 t1 이전에는 VIN + Vphase 인 정상적인 정상동작레벨의 제어신호가 되며, t1 이후에는 VIN 인 비정상적인 에러동작레벨의 제어신호가 생성될 수 있다. 상기 정상동작레벨이라 함은 릴레이스위치(120)을 온(ON)시킬 수 있는 동작레벨로서 VIN + Vphase을 의미하며, 에러동작레벨이라 함은 릴레이스위치(120)를 온(ON)시킬 수 없는 동작레벨로서 VIN을 의미한다.
요약하자면, 인버터회로에 고장이 발생하여 에러3상전원이 변환된 경우, 연산회로(130)가 에러3상전원과 입력전원을 연산하여 생성된 에러동작레벨에 의해 증폭회로(140)가 에러동작레벨의 제어신호를 릴레이스위치(120)에 입력하고, 이에 릴레이스위치(120)는 오프(OFF)로 동작하여 3상전원(U, V, W)을 3상모터(20)에 인가하지 않는다.
이와 달리, 인버터회로가 정상적으로 동작하여 정상3상전원이 변환된 경우, 연산회로(130)가 정상3상전원과 입력전원을 연산하여 생성된 정상동작레벨에 의해 증폭회로(140)가 정상동작레벨의 제어신호를 릴레이스위치(120)에 입력하고, 이에 릴레이스위치(120)는 온(ON)으로 동작하여 3상전원(U, V, W)을 3상모터(20)에 인가한다.
즉, 제1실시예에 따른 3상모터 제어회로(100)는 다음 표 1과 같이 동작될 수 있다.
인버터회로의 고장여부 초기레벨의 제어신호 동작레벨 릴레이스위치 동작
인버터회로가 정상인 경우 Low VIN + Vphase OFF
인버터회로가 정상인 경우 High VIN + Vphase ON
인버터회로가 고장인 경우 Low VIN OFF
인버터회로가 고장인 경우 High VIN OFF
도 4의 초기레벨의 제어신호(SMCU, 410)는 제1실시예에 따른 3상모터 제어회로(100)의 동작을 설명하기 위해 인위적으로 생성한 파형을 도시한 것으로서 실제 동작함에 있어 컨트롤러(30)에서 발생하는 초기레벨의 제어신호와 다를 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 1 내지 도 4를 이용하여 설명한 제1실시예에 따른 3상모터 제어회로는 릴레이스위치 게이트드라이버를 사용하지 않고도 컨트롤러에서 생성된 제어신호에 기초하여 릴레이스위치가 온(ON) 또는 오프(OFF)로 동작하도록 할 수 있다.
또한, 제1실시예에 따른 3상모터 제어회로는 컨트롤러에서 추가적인 제어를 수행하지 않아도 컨트롤러 및 3상모터의 고장뿐만 아니라 인버터회로의 고장에도 3상전원을 차단하여 3상모터를 보호할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 4을 이용하여 설명한 3상모터 제어회로가 수행하는 동작인 3상모터 제어방법에 대해서 간략하게 설명한다.
도 5는 제1실시예에 따른 3상모터 제어방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1실시예에 따른 3상모터 제어방법은 입력전원을 3상전원으로 변환하는 단계(S500)와 동작레벨의 제어신호에 기초하여 3상전원을 3상모터로의 입력여부를 결정하는 단계(S510)와 3상전원과 입력전원을 연산하여 동작레벨을 생성하는 단계(S520) 및 컨트롤러에서 생성된 릴레이스위치를 동작시키기 위한 초기레벨의 제어신호를 동작레벨의 제어신호로 증폭하는 단계(S530)를 포함할 수 있다.
제1실시예에 따른 3상모터 제어방법의 입력전원을 3상전원으로 변환하는 단계(S500)는 입력전원을 인버터회로의 입력단에 연결하여 인버터의 출력단에서 3상전원을 얻을 수 있다.
인버터회로는 2개의 스위치가 직렬로 연결된 직렬스위치 3개가 병렬로 연결된 회로로서, 상기 직렬스위치가 병렬 연결된 노드(Node)인 2개의 단에 입력된 전원(VIN)을 상기 직렬스위치의 직렬 연결된 노드 각각인 3개의 단에 3상전원(U, V, W)를 출력할 수 있다. 3상전원(U, V, W)의 최대치는 입력전원에서 인버터회로에 포함되는 소자에 따른 전압강하를 고려한 전압으로 결정될 수 있으나, 이하에서는 이러한 전압강하를 고려하지 않고 12[V]의 입력전원에 따라 최대치가 12[V]인 펄스파형이 되는 것에 한정하여 설명한다.
이러한 인버터회로는 DC전압을 3상전원으로 출력하는데 일반적으로 사용되기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
제1실시예에 따른 3상모터 제어방법의 3상전원을 3상모터로의 입력여부를 결정하는 단계(S510)는 3상전원을 릴레이스위치의 입력단에 연결하고, 동작레벨의 제어신호를 릴레이스위치의 제어단에 연결하여 3상전원을 3상모터로의 입력여부를 결정할 수 있다.
즉, 릴레이스위치는 인버터회로에서 출력된 3상전원(U, V, W)과 3상모터 사이에 직렬로 각각 연결되어 동작레벨의 제어신호에 기초하여 3상전원(U, V, W)을 3상모터에 인가(ON) 또는 차단(OFF)할 수 있다. 여기서 동작레벨이라 함은, 릴레이스위치가 온(ON)이 되게 하는 제어신호의 레벨을 지칭하는 것으로서 릴레이스위치의 사양에 따라 결정된다. 이에, 동작레벨은 다양한 값을 가질 수 있으나 조향모터제어에 일반적으로 사용되는 릴레이스위치를 기준으로 대략 24[V]의 전압값을 가진다.
제1실시예에 따른 3상모터 제어방법의 동작레벨을 생성하는 단계(S520)는 3상전원(U, V, W)과 입력전원(VIN)을 연산하여 동작레벨을 생성할 수 있다. 이에 대한 구체적인 동작은 3상전원(U, V, W)과 입력전원(VIN)을 도 2에 도시한 연산회로에 입력하여 수행될 수 있다.
제1실시예에 따른 3상모터 제어방법의 동작레벨의 제어신호로 증폭하는 단계(S530)는 컨트롤러에서 생성된 릴레이스위치를 동작시키기 위한 초기레벨의 제어신호를 생성된 동작레벨에 기초하여 동작레벨의 제어신호로 증폭할 수 있다. 이에 대한 구체적인 동작은 초기레벨의 제어신호와 동작레벨을 도 3에 도시한 증폭회로에 입력하여 수행될 수 있다.
도 5에서 도시한 제1실시예에 따른 3상모터 제어방법은 릴레이스위치 게이트드라이버를 사용하지 않고도 컨트롤러에서 생성된 제어신호에 기초하여 릴레이스위치가 온(ON) 또는 오프(OFF)로 동작하도록 할 수 있다.
또한, 제1실시예에 따른 3상모터 제어방법은 컨트롤러에서 추가적인 제어를 수행하지 않아도 컨트롤러 및 3상모터의 고장뿐만 아니라 인버터회로의 고장에도 3상전원을 차단하여 3상모터를 보호할 수 있는 효과가 있다.
이 외에도 3상모터 제어방법은 도 1 내지 도 4에 기초하여 설명한 3상모터 제어회로가 수행하는 각 동작을 모두 수행할 수 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 개시된 실시예들은 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예들의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 입력전원을 3상전원으로 변환하는 인버터회로;
    동작레벨의 제어신호에 기초하여 상기 3상전원을 3상모터로의 입력여부를 결정하는 릴레이스위치;
    상기 인버터회로에서 출력된 상기 3상전원과 상기 입력전원을 연산하여 상기 동작레벨을 생성하는 연산회로; 및
    컨트롤러에서 생성된 상기 릴레이스위치를 동작시키기 위한 초기레벨의 제어신호를, 상기 연산회로에서 생성된 상기 동작레벨에 기초하여 상기 동작레벨의 제어신호로 증폭하고, 상기 동작레벨의 제어신호를 상기 릴레이스위치로 출력하는 증폭회로;
    를 포함하는 3상모터 제어회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 3상전원은 상기 인버터회로의 고장여부에 따라 에러3상전원 또는 정상3상전원으로 결정되고,
    상기 릴레이스위치는,
    상기 에러3상전원과 상기 입력전원을 연산하여 생성된 에러동작레벨의 제어신호가 입력되면 상기 3상전원을 상기 3상모터로 비입력하고, 상기 정상3상전원과 상기 입력전원을 연산하여 생성된 정상동작레벨의 제어신호가 입력되면 상기 3상전원을 상기 3상모터로 입력하는 것을 특징으로 하는 3상모터 제어회로.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 3상전원은 제1상전원(U), 제2상전원(V) 및 제3상전원(W)을 포함하며,
    상기 연산회로는,
    상기 제1상전원(U)과 상기 입력전원을 연산하여 제1동작레벨을 생성하고, 상기 제2상전원(V)과 상기 입력전원을 연산하여 제2동작레벨을 생성하고, 상기 제3상전원(W)과 상기 입력전원을 연산하여 제3동작레벨을 생성하며, 상기 제1동작레벨, 상기 제2동작레벨 및 상기 제3동작레벨을 연산하여 상기 동작레벨을 생성하는 것을 특징으로 하는 3상모터 제어회로.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 3상전원은 제1상전원(U), 제2상전원(V) 및 제3상전원(W)을 포함하며,
    상기 연산회로는,
    상기 제1상전원(U)이 연결되는 제1노드에 제1다이오드의 캐소드 및 제2다이오드의 에노드가 연결되고, 상기 제2상전원(V)이 연결되는 제2노드에 제3다이오드의 캐소드 및 제4다이오드의 에노드가 연결되고, 상기 제3상전원(W)이 연결되는 제3노드에 제5다이오드의 캐소드 및 제6다이오드의 애노드가 연결되고, 상기 제1다이오드의 에노드, 상기 제3다이오드의 에노드 및 상기 제5다이오드의 에노드는 상기 입력전원에 연결되며, 상기 제2다이오드의 캐소드, 상기 제4다이오드의 캐소드 및 상기 제6 다이오드의 캐소드는 상기 증폭회로의 입력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 3상모터 제어회로.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 연산회로는,
    상기 제1상전원(U)과 상기 제1노드 사이, 상기 제2상전원(V)과 상기 제2노드 사이 및 상기 제3상전원(W)과 상기 제3노드 사이 각각에 캐패시터를 연결하여 상기 동작레벨을 생성하는 것을 특징으로 하는 3상모터 제어회로.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 증폭회로는,
    상기 동작레벨을 PNP-BJT(Bipolar Junction Transistor)의 이미터(E)에 연결하고, 상기 릴레이스위치의 게이트(G)를 상기 PNP-BJT의 컬렉터(C)에 연결하고, 상기 PNP-BJT의 베이스(B)를 NPN-BJT의 컬렉터(C)에 연결하고, 상기 초기레벨의 제어신호를 상기 NPN-BJT의 베이스(B)에 연결하며, 상기 NPN-BJT의 이미터(E)을 접지(earth)하여 상기 초기레벨의 제어신호를 상기 동작레벨의 제어신호로 증폭하는 것을 특징으로 하는 3상모터 제어회로.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 증폭회로는,
    상기 동작레벨과 접지 사이에 캐패시터를 연결하여 상기 동작레벨을 유지시키는 것을 특징으로 하는 3상모터 제어회로.
  8. 입력전원을 3상전원으로 변환하는 단계;
    동작레벨의 제어신호에 기초하여 상기 3상전원을 3상모터로의 입력여부를 결정하는 단계;
    상기 3상전원과 상기 입력전원을 연산하여 상기 동작레벨을 생성하는 단계; 및
    컨트롤러에서 생성된 릴레이스위치를 동작시키기 위한 초기레벨의 제어신호를, 상기 동작레벨에 기초하여, 상기 동작레벨의 제어신호로 증폭하고, 상기 동작레벨의 제어신호를 출력하는 단계;
    를 포함하는 3상모터 제어방법.
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