KR200383028Y1 - 이상 진단기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동제어 장치 - Google Patents

Abstract

이상 진단기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치는 방열판과의 접촉 불량시에도 블로워모터를 보호하고 동작의 신뢰성을 향상하기 위한 것이다. 본 고안은 과열보호를 위해 방열판에 부착되는 온도퓨즈를 삭제하는 대신 블로워모터 구동 제어를 위한 제어소자로 내부 온도감지 기능을 갖는 FET모듈을 사용하여 소자 자체의 온도를 직접 감지하고, 감지된 온도가 소자 동작온도 이상 올라가면 전기적으로 FET 게이트의 전압을 차단시켜 과열로부터 블로워모터를 보호하고 제어소자인 FET가 파손되지 않도록 하며, FET 게이트로 인가되는 구동신호 자체도 차단시켜 블로워모터에 잡음이 발생하지 않도록 구성된다. 따라서, 본 고안은 방열판에 별도로 온도퓨즈를 부착할 필요가 없어 원가 및 제조 공정수를 절감할 수 있으며, 제어소자 자체의 온도를 직접 감지하여 보다 신뢰성 있는 동작을 수행하고, FET 내부 온도 변화에 따라 블로워모터에 전압이 인가되는 현상이 반복되어 발생하는 잡음을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

이상 진단기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치{A driving control apparatus for car cooperation blower motor be possessed of trouble diagnosis function}

본 고안은 자동차용 블로워모터 구동 제어 장치에 관한 것으로서, 특히 블로워모터 구동 제어소자인 FET 자체의 온도를 직접 감지하여 열적인 보호 및 이상 발생 진단을 수행하고 보다 신뢰성 있는 동작을 할 수 있도록 한 이상 진단기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치에 관한 것이다.

자동차는 차량 내의 적정온도를 유지하기 위하여 고온이나 저온의 공기를 차량의 내부로 유입시켜 온도를 유지한다. 이와 같은 온도제어를 위한 공기 유입은 블로워 팬(Fan)에 의해 수행하게 되며, 이 팬(Fan)은 블로워모터(Blower Motor)에 의해 회전된다.

통상적으로, 블로워모터를 구동하기 위한 블로워모터 구동장치는 전기장 효과 트랜지스터(FET; Field Effect Transistor)소자를 이용한 선형 제어를 하고 있다. 이를 도 1에 개략적으로 도시하였다.

도 1은 기존의 FET 모듈을 이용한 자동차용 블로워모터 구동장치의 개략적인 구성으로, 배터리(Battery)의 전원에 의해 구동되는 블로워모터(Blower Motor)는 모스에프이티(MOSFET)의 게이트(Gate)단으로 입력되는 제어신호(Control Signal)에 따라 제어된다. 즉, 블로워모터에 인가되는 배터리 전압(Vmotor)은 차량용 배터리 전압(Vbat)에서 MOSFET 양단에 걸리는 전압(Vds)를 뺀 전압이 걸리게 된다. 이는 다음과 같이 정리될 수 있다.

Vmotor = Vbat - Vds

여기서, Vmotor는 블로워모터 인가 전압이고, Vbat는 배터리 전압, Vds는 FET 드레인과 소스 간 전압 강하를 의미한다.

FET 드레인과 소스 간에 걸리는 전압 강하는 열로 방출되는데 소자에 방열판(미도시)을 부착하여 열 방출을 하게 되는 구조를 가진다. 그리고, 이 방열판에 별도로 온도퓨즈(Thermal Fuse)를 부착하여 방열판 접촉부의 온도를 감지하고, 방열판의 방열 능력이상 온도가 상승하면 온도퓨즈가 융단되어 블로워모터 전원의 음(-)의 단자를 단락시켜 전원을 차단하므로써 블로워모터를 보호하는 구조를 가진다. 또한, 블로워모터가 구속되었을 때 블로워모터의 역기전력에 의해 전류가 허용전류 이상으로 상승하게 되는데, 이때에도 역시 방열판의 온도가 증가하여 온도퓨즈가 융단되도록 되어 있다.

하지만, 이러한 블로워모터의 기존 보호방식은 제어소자와 방열판의 부착에 문제가 발생하여 접촉이 안좋을 경우, 블로워모터가 정상적으로 동작하는 구간에서도 방열판의 온도는 상승하지 않고 제어소자 자체의 온도만 상승되는 구조를 갖게 되어, 온도퓨즈가 융단되기 이전에 제어소자 자체가 고장나는 문제를 가지고 있다. 또한, 온도퓨즈 융단시 제어소자인 FET모듈 전체를 교환해야 하는 단점이 있다.

따라서, 본 고안의 목적은 전술한 문제점들을 해결하기 위해, 방열판이 아닌 제어소자인 FET 자체의 온도를 감지하여 방열판과의 접촉 불량시에도 블로워모터 및 제어소자를 보호할 수 있으며, 방열판을 통한 간접적인 온도감지가 아닌 소자 자체의 온도를 감지하는 직접 감지 방식으로 보다 신뢰성있는 동작을 수행할 수 있도록 한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치를 제공함에 있다.

본 고안의 목적은 또한, 전술한 FET로 인가되는 신호를 피드백 받아 이상 진단하여 FET의 내부 온도 변화에 의해 블로워모터의 "온(ON)/오프(OFF)" 반복을 방지할 수 있도록 한 이상 진단기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어장치를 제공함에 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 고안의 이상 진단기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치는, 자동차용 블로워모터 구동을 제어하는 장치에 있어서, 블로워모터, 드레인에 상기 블로워모터가 연결되고, 게이트에 제어신호가 입력되어 상기 블로워모터 구동을 제어하며, 자체의 온도를 감지하여 전기적으로 게이트의 전압을 차단하여 과열로부터 블로워모터 보호 및 자체 고장 발생을 방지하기 위한 FET 제어소자, 및 상기 FET 제어소자의 게이트로 제어신호를 인가하며, FET 게이트의 전압을 감지하여 이상 발생이 판단되면 FET 게이트로 인가되는 제어신호 자체를 차단시키기 위한 히터콘트롤부를 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

도 2는 본 고안에 따른 자동차용 블로워모터 구동 제어 장치의 구성을 나타낸다. 도 2에 나타낸 블로워모터 구동 제어 장치는 도 1의 종래 장치와 동일하게 구성되며, 방열판(미도시)에 부착되는 온도퓨즈를 삭제하고 블로워모터(10) 구동 제어를 위한 기존 FET 대신 내부 셀(Cell) 온도를 감지하는 기능이 포함된 새로운 FET모듈을 제어소자(20)로 채용하도록 구성된다. 여기서, 제어소자(20)인 FET모듈은 FET소자 자체의 온도 감지를 위한 온도감지부(21)가 내장된 ST사의 VNW50N04A 혹은 인피니온사 BTS282Z 등이 사용된다. 도 2의 블로워모터 구동 제어 장치는 또한, 제어소자(20)에 제어신호(Control Signal)를 인가하기 위한 히터콘트롤러(30)를 구비한다. 히터콘트롤러(30)는 마이컴(31)과 드라이브회로(32)로 이루어지며, 드라이브회로(32)에서 제어소자(20)로 인가되는 제어신호가 마이컴(31)으로 피드백되도록 피드백라인(33)을 형성한다. 이러한 구성을 갖는 도 2의 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치에서 블로워모터 계통에 이상 발생 진단하는 동작에 대해 도 3 및 도 4를 통해 구체적으로 설명한다.

도 2에서, 배터리의 전원에 의해 구동되는 블로워모터(10)는 제어소자(20)인 MOSEFT의 게이트단으로 입력되는 제어신호에 따라 제어된다. 제어소자(20)는 온도감지부(21)가 내장된 FET모듈을 사용한다. FET모듈의 드레인은 블로워모터(10)와 연결되어 있고 제어신호가 게이트로 입력되어 MOSFET를 구동하게 된다.

제어소자(20)인 FET모듈 내부에 들어있는 온도감지부(21)는 소자 자체의 온도를 감지하여 감지된 온도가 제어소자(20) 동작 온도 이상으로 올라가면 FET 게이트의 전압을 차단하여 과열로 인한 제어소자(20)의 파손을 미연에 방지하며, 이로 인하여 블로워모터(10)도 보호하는 구조를 가진다. 즉, 블로워모터(10) 구속시 전기적으로 FET 게이트의 전압을 차단하고, 블로워모터(10) 구속이 해제되면 다시 게이트에 신호를 인가하여 정상적으로 동작되도록 한다.

그런데, 블로워모터(10)가 구속되었을 때 제어소자(20)는 전기적으로 FET모듈의 게이트신호를 접지레벨(Ground Level)로 스위치를 하지만, 도 3에 보여진 바와 같이 FET 내부 온도가 정상 동작 조건으로 내려가면 다시 "턴-온(Turn On)"을 시키고, 이에 따라 온도가 올라가면 다시 "턴-오프(Turn Off)"를 반복적으로 수행하게 된다. 이러한 "온(ON)/오프(OFF)"의 반복에 의해 블로워모터(10)에 잡음이 발생할 우려가 있다. 즉, 블로워모터(10)가 구속되었을 때 FET가 내부 온도 변화에 의해 "온(ON)/오프(OFF)"를 반복하게 된다. 이에 따라 블로워모터(10)에 전압이 인가되는 현상이 반복되면서 블로워모터(10) 구동 토크에 발생하는 잡음이 생기게 된다.

이를 해결하기 위해, FET 구동신호를 발생시키는 히터콘트롤러(30)에 피드백라인(33)을 형성한다. 히터콘트롤러(30)의 마이컴(31)은 블로워모터(10)를 제어하기 위하여, 우선 사용자 모터 단수를 선택한 후(단계 401), 모터 구동 신호를 계산한다(단계 402). 마이컴(31)은 계산된 모터 구동 신호에 따라 모터 구동 신호를 펄스폭변조(PWM)이나 디지털-아날로그(D/A)형태로 발생한다(단계 403). 드라이브회로(32)는 PWM이나 D/A신호를 입력받아 제어소자(20)인 FET를 구동하기 위한 신호를 출력한다. 이때, FET로 인가되는 신호는 피드백라인(33)을 통해 마이컴(31)의 A/D포트로 피드백된다. 마이컴(31)은 A/D포트로 입력되는 피드백신호를 감지하여(단계 404), 피드백 신호가 접지레벨인지를 판단한다(단계 405). 정상적인 동작시 피드백 라인(33)의 경우 FET 게이트 인가전압이 감지된다. 모터 구속시 FET 내부 온도가 증가함에 따라 FET 자체적으로 게이트신호를 접지레벨로 스위칭하게 됨으로 FET는 "턴-오프(Turn Off)"가 되고 이때, 마이컴(31)에서는 피드백라인(33)을 통해 게이트신호가 접지레벨로 바뀌었음을 감지하고 FET 보호기능이 동작했음을 판단하게 된다. 마이컴(31)은 피드백신호가 접지레벨이 아니면 정상적인 동작상태로 판단하여 블로워모터(10) 구동을 제어할 수 있도록 단계 401부터 단계를 반복 수행한다. 마이컴(31)은 피드백신호가 접지레벨이면 블로워모터(10)의 "온(ON)/오프(OFF)" 반복을 방지하기 위해 FET 게이트로 인가되는 모터 구동 신호를 차단하고(단계 406), 블로워모터(10) 계통에 이상이 발생하였음을 판단한다(단계 407). 즉, 마이컴(31)은 도 3에 보여진 바와 같이 FET의 온도히스테리시스 구간동안 모터 구동 신호 자체를 차단시켜 블로워모터(10)에 전압이 인가되는 현상이 반복되지 않도록 한다.

상술한 바와 같이, 본 고안의 이상 진단기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치는, 방열판에 별도로 온도퓨즈를 부착하는 기존과 달리 FET의 제어소자 내부 온도를 직접 감지하여 동작온도 이상으로 올라가는 이상현상 발생시 블로워모터와 함께 제어소자 파손을 보호할 수 있는 효과를 갖는다. 아울러, 온도퓨즈를 삭제하므로 원가를 절감할 수 있고 제조 공정상의 방열판에 온도퓨즈를 부착하고 기판에 납땜을 하는 공정을 삭제시킬 수 있으며, FET모듈을 교환할 필요없이 반영구적으로 사용할 수 있는 효과도 갖는다.

또한, FET 구동 신호를 히터콘트롤러에서 피드백받아 보호 기능 동작을 판단하여 FET 구동 자체를 차단하므로써 모터 구동 토크에 잡음이 발생하지 않도록 하는 효과를 갖는다.

도 1은 기존의 FET모듈을 이용한 자동차용 블로워모터 구동장치를 개략적으로 나타낸 구성도,

도 2는 본 고안에 따른 새로운 FET모듈을 이용한 자동차용 블로워모터 구동장치를 나타내는 구성도,

도 3은 FET의 내부 온도 변화에 따라 반복되는 동작 상태를 나타내는 그래프,

도 4는 도 2의 마이컴 동작을 설명하기 위한 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 블로워모터 20 : 제어소자

21 : 온도감지부 30 : 히터콘트롤러

31 : 마이컴 32 : 드라이브회로

33 : 피드백라인

Claims (4)

1. 자동차용 블로워모터 구동을 제어하는 장치에 있어서,

   블로워모터;

   드레인에 상기 블로워모터가 연결되고, 게이트에 제어신호가 입력되어 상기 블로워모터 구동을 제어하며, 자체의 온도를 감지하여 전기적으로 게이트의 전압을 차단하여 과열로부터 블로워모터 보호 및 자체 고장 발생을 방지하기 위한 FET 제어소자; 및

   상기 FET 제어소자의 게이트로 제어신호를 인가하며, FET 게이트의 전압을 감지하여 이상 발생이 판단되면 FET 게이트로 인가되는 제어신호 자체를 차단시키기 위한 히터콘트롤부를 포함하는 이상 진단기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 FET 제어소자는 내부 셀(Cell) 온도를 감지하는 기능을 가지며, 감지된 온도가 정상적인 동작 온도 이상으로 올라가면 게이트의 전압을 차단하고 정상적인 동작 온도가 되면 다시 게이트에 신호가 인가되도록 함을 특징으로 하는 이상 진단기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 히터콘트롤부는

   상기 블로워모터 구동을 위한 제어신호를 발생하는 마이컴;

   상기 마이컴에서 발생된 제어신호에 따라 상기 FET 제어소자에 구동신호를 인가하는 드라이브회로; 및

   상기 드라이브회로의 출력을 상기 마이컴의 A/D포트로 피드백시키는 피드백라인을 구비함을 특징으로 하는 이상 진단기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 마이컴은 상기 피드백라인을 통해 상기 FET 게이트의 전압이 접지레벨로 바뀌었음을 감지하여 FET 게이트로 인가하는 구동신호 자체를 차단시킴을 특징으로 하는 이상 진단기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치.