KR20110048664A

KR20110048664A - 팬모터 제어시스템

Info

Publication number: KR20110048664A
Application number: KR1020090105336A
Authority: KR
Inventors: 김경수
Original assignee: 주식회사 삼현
Priority date: 2009-11-03
Filing date: 2009-11-03
Publication date: 2011-05-12
Also published as: KR101060520B1

Abstract

본 발명은 제어회로의 구성에 소요되는 소자의 수를 줄이고, 회로의 복잡도를 낮추면서도 정확한 전압 및 전류에 의한 팬모터의 정확하고 효율적인 제어가 가능하도록 하여 공간 활용 및 경제적인 면에서 효율을 높임과 아울러, 고장발생율을 저감하여 신뢰성을 향상시키도록 하는 팬 모터 제어시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 팬 모터 제어시스템은 차량용 팬모터의 제어 시스템에 있어서, 배터리; 상기 배터리와 연결되어, 상기 배터리에서 공급되는 직류전압을 다상의 펄스폭변조 전압으로 변환하여 생성하는 인버터; 상기 인버터와 연결되어 상기 다상의 펄스폭변조 전압에 의해 구동되는 팬모터; 상기 팬모터의 구동에 따라 발생하는 역기전력을 측정하여 기전력신호를 생성하는 역기전력 측정부; 상기 인버터와 상기 배터리 사이에 연결되어 상기 팬모터에 공급되는 전류를 검출하여 전류신호를 생성하는 전류검출부(120); 및 상기 팬모터를 구동시키기 위해 상기 기전력신호를 모니터링하여 상기 다상의 펄스폭변조 전압 공급시점을 결정하고, 상기 전류검출부의 상기 전류신호를 미리 설정된 값과 비교하여 과전류 여부를 판단하고, 상기 전압공급시점 및 상기 과전류 여부에 따라 상기 인버터(140)를 제어하는 모터제어부;를 포함하여 구성된다.

팬모터, 브러쉬리스 직류 모터, 전압제어, 전류제어

Description

팬모터 제어시스템{Control System For Fan Motor}

본 발명의 차량용 팬 모터의 제어시스템에 관한 것으로, 특히 제어회로의 구성에 소요되는 소자의 수를 줄이고, 회로의 복잡도를 낮추면서도 정확한 전압 및 전류에 의한 팬모터의 정확하고 효율적인 제어가 가능하도록 하여 공간 활용 및 경제적인 면에서 효율을 높임과 아울러, 고장발생율을 저감하여 신뢰성을 향상시키도록 하는 팬 모터 제어시스템에 관한 것이다.

최근 많은 장점을 가진 브러쉬리스 직류 모터(BLDC : Brushless Direct Current Motor, 이하 "BLDC 모터"라 함)의 사용이 크게 증가하고 있다. BLDC 모터는 다른 모터에 비해 소형으로 고출력 구동이 가능하며, 관성이 작아 응답속도가 빠르고 유지비용이 적게 드는 장점이 있다. 특히, 이러한 장점으로 인해 BLDC 모터는 차량의 냉각수를 냉각하기 위한 팬 모터로 많이 이용되고 있다.

이러한 BLDC 모터는 인버터를 이용한 전압제어방식을 이용하여 구동시키는 것이 보편적이다. 하지만, 전압제어방식에 따른 BLDC모터의 제어는 적절한 전류값을 초과하는 전류의 공급이 발생하는 경우에 대한 제어가 불가능한 단점이 있다. 이러한 BLDC 모터의 과전류하의 구동은 모터의 손상을 야기하기도 하지만, 차량과 같이 한정된 전력을 사용하는 경우 효율저하 및 여타 장치의 부담을 가중시키는 원인이 된다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 최근에 BLDC 모터의 기본적인 구동제어는 전압제어방식을 이용하고, 이에 부가적으로 전류제어방식을 적용하여 효율적이고 정확한 구동이 이루어지도록 하고 있다. 이와 같은 기존의 전압전류제어방식의 BLDC 모터 제어 시스템은 증폭소자, 비교회로, 논리집적회로와 같은 소자를 이용하여 회로를 구성하거나, 이에 부가하여 데이터 처리를 위한 컨트롤러를 이용하는 것이 보편적이다.

하지만, 종래의 전압전류제어방식은 논리소자를 이용한 제어회로가 복잡하고, 컨트롤러의 성능이 낮아 정확한 제어가 이루어지지 않는 단점이 있었다. 더욱이 복잡한 회로의 채택으로 인해 빈번한 오동작이 발생하여 차량등의 소손이 발생하는 문제점이 있었다. 또한, 제어회로를 구성하기 위한 소자의 수가 많고 회로가 복잡하여 협소한 공간만을 사용할 수 있는 차량 등에서는 설계의 제약으로 인해, 단가 상승이 초래된다. 더욱이, 차량과 같이 협소하고 열악한 공간 특히, 고온하에서의 동작으로 인해 제어회로의 소자가 빈번하게 고장을 일으킴으로써 사용자의 안전 측면에서도 많은 문제점을 야기하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 제어회로의 구성에 소요되는 소자의 수를 줄이고, 회로의 복잡도를 낮추면서도 정확한 전압 및 전류에 의한 팬모터의 정확하고 효율적인 제어가 가능하도록 하여 공간 활용 및 경제적인 면에서 효율을 높임과 아울러, 고장발생율을 저감하여 신뢰성을 향상시키도록 하는 팬 모터 제어시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 팬 모터 제어시스템은 차량용 팬모터의 제어 시스템에 있어서, 배터리; 상기 배터리와 연결되어, 상기 배터리에서 공급되는 직류전압을 다상의 펄스폭변조 전압으로 변환하여 생성하는 인버터; 상기 인버터와 연결되어 상기 다상의 펄스폭변조 전압에 의해 구동되는 팬모터; 상기 팬모터의 구동에 따라 발생하는 역기전력을 측정하여 기전력신호를 생성하는 역기전력 측정부; 상기 인버터와 상기 배터리 사이에 연결되어 상기 팬모터에 공급되는 전류를 검출하여 전류신호를 생성하는 전류검출부(120); 및 상기 팬모터를 구동시키기 위해 상기 기전력신호를 모니터링하여 상기 다상의 펄스폭변조 전압 공급시점을 결정하고, 상기 전류검출부의 상기 전류신호를 미리 설정된 값과 비교하여 과전류 여부를 판단하고, 상기 전압공급시점 및 상기 과전류 여부에 따라 상기 인버터(140)를 제어하는 모터제어부;를 포함하여 구성된다.

상기 전류검출부는 연산증폭기; 상기 배터리와 상기 인버터의 입력단자 사이 에 연결되어 상기 배터리와 상기 인버터 간의 전류를 비례축소전류값으로 변환하는 분로저항; 상기 분로저항과 상기 연산증폭기의 부입력단자 사이에 연결되는 제1저항 및 상기 부입력단자와 접지 사이에 연결되는 제1캐패시터를 구비하는 제1필터; 상기 연산증폭기의 정입력단자와 상기 연산증폭기의 출력단자 사이에 연결되는 제2저항, 제2캐패시터 및 상기 정입력단자와 상기 접지 사이에 연결되는 제3저항을 구비하는 증폭비결정부; 상기 연산증폭기의 동작전원 입력부와 상기 접자사이에 연결되는 제3캐패시터; 상기 연산증폭기의 출력단자와 상기 모터제어부의 입력단자 사이에 연결되는 제4저항 및 상기 입력단자와 상기 접지 사이에 연결되는 제4캐패시터를 구비하는 제2필터;를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 팬모터 제어시스템은 제어회로의 구성에 소요되는 소자의 수를 줄이고, 회로의 복잡도를 낮추면서도 정확한 전압 및 전류에 의한 팬모터의 정확하고 효율적인 제어가 가능하도록 하여 공간 활용 및 경제적인 면에서 효율을 높임과 아울러, 고장발생율을 저감하여 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분양의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 참조번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발 명의 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 본 발명에 따른 팬 모터 제어시스템을 도시한 구성예시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 팬 모터 제어시스템은 배터리(110), 전류검출부(120), 인버터(140), 모터(150), 역기전력 측정부(160), 모터제어부(170)를 포함하여 구성된다.

배터리(110)는 팬모터(150), 인버터(140) 및 모터제어부(170)의 동작을 위한 전력을 공급한다.

전류검출부(120)는 배터리(110)로부터 인버터(140)로 공급되는 전류를 검출하고, 검출된 전류신호를 모터제어부(170)에 제공한다. 모터제어부(170)는 전류검출부(120)에서 전달되는 전류신호의 값이 미리 설정된 값 이상인지의 여부를 판별하여 팬모터(150)를 제어하게 된다. 이 전류검출부(120)에 대해서는 도 2를 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

인버터(140)는 팬모터(150)의 구동을 위해 3상 또는 상의 위상차를 가지는 펄스폭변조(PWM : Pulse Width Modulation) 전압을 공급하고 이를 통해 팬모터(150)의 회전자를 기동시킨다. 이를 위해 인버터(140)는 모터제어부(170)에 의 해 제어되는 PWM 전압 공급시점에 따라 각 상별로 전압을 공급하게 된다. 또한, 인버터(140)는 모터제어부(170)에 의해 PWM 전압의 주파수를 필요에 따라 변환하여 팬모터(150)에 제공함으로써, 팬모터(150)의 회전속도를 지속적으로 조절하여 최적의 상태로 유지하게 된다.

팬모터(150)는 브러쉬리스 직류모터(BLDC)가 사용되며, 인버터(140)로부터 공급되는 PWM 전압에 의해 가동된어, 팬모터(150)가 설치된 대상, 예를 들어 차량의 라디에이터 또는 에어컨디셔너에 공기를 제공하게 된다. BLDC 모터는 많은 분야에서 이용되고 있으며, 이에 대한 기술이 공개된 상태이므로 본 발명에서는 이에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.

역기전력 측정부(160)는 팬모터(150)의 동작에 따라 팬모터(150)의 고정자 권선에서 발생하는 역기전력을 측정하여 기전력 신호를 모터제어부(170)에 제공한다.

모터제어부(170)는 전자제어유닛(ECL : Electric Control Unit, 180)과 같은 상위 제어장치로부터 제공되는 팬모터(150) 구동 명령에 따라 인버터(140)를 제어하야 팬모터(150)를 구동시킨다. 이를 위해, 역기전력 측정부(160)에서 전달되는 기전력 신호를 모니터링하여 PWM 전압 공급 시점을 결정하며, 결정된 값을 인버터(140)에 제공하여, 팬모터(150)를 구동시킴과 아울러 상위 제어장치로부터 지정된 속도로 팬모터(150)를 구동하게 된다. 또한, 모터제어부(170)는 전류검출부(120)로부터 공급되는 전류신호를 미리 설정된 값 또는 팬모터(150)의 한계전류값과 비교하고, 비교한 결과에 따라 과전류 공급여부를 판단한다. 그리고, 모터제 어부(170)는 과전류가 공급되는 경우 인버터(140)를 통한 PWM 전압 공급을 조절하여 팬모터(140)에 과전류가 공급되는 것을 방지하게 된다. 이를 위해 모터제어부(170)는 종래와 달리 16비트 이상의 고성능 디지털 신호처리 프로세서를 이용하여 구성될 수 있다.

도 2는 도 1의 전류검출부를 좀더 상세하게 도시한 구성예시도이다.

도 2를 참조하면 본 발명에 따른 팬모터 제어 시스템의 전류검출부(120)는 분로저항(125), 제1필터(121), 증폭비결정부(122), 제2필터(123) 및 연산증폭기(124)를 포함하여 구성된다.

분로저항(125)은 배터리(110)로부터 인버터(140)로 공급되는 전류값을 검출하기 위해 배터리(110)의 음극(-)와 인버터(140)의 부입력 사이에 연결된다. 이 분로저항(125)은 배터리(110)와 인버터(140) 사이의 대전류 흐름을 일정한 비율로 비례축소하여 제1필터(121), 증폭비결정부(122), 제2필터(123) 및 연산증폭기(124)로 구성되는 전류검출부(130)에 전달한다.

제1필터(121)는 분로저항(125)과 연결되어 비례축소전류값을 입력받고, 비례축소전류값에 포함된 노이즈 성분을 필터링한다. 이를 위해 제1필터(121)는 분로저항(125)과 연산증폭기(124)의 부입력단자(-) 사이에 연결되는 제1저항(R1) 및 연산증폭기(124)의 부입력단자(-)와 접지(GND) 사이에 연결되는 제1캐패시터(C1)를 포함하여 구성된다.

증폭비결정부(122)는 제1필터(121)에 의해 필터링된 비례축소전류값이 연산 증폭기(124)를 거치는 동안 증폭되는 비율을 결정한다. 이를 위해 증폭비결정부(122)는 연산증폭기(124)의 정입력단자(+)와 출력단자(out) 사이에 연결되는 제2저항(R2), 제2저항(R2)과 병렬연결되는 제2캐패시터(C2) 및 연산증폭기(124)의 정입력단자(+)와 접지(GND) 사이에 연결되는 제3저항(R3)을 포함하여 구성된다.

제2필터(123)는 연산증폭기(124)를 통해 증폭되어 출력되는 증폭비례축소전류값에 포함된 노이즈를 제거하고, 노이즈가 제거된 증폭비례축소전류값이 전류신호를 모터제어부(170)에 전달한다. 이를 위해 제2필터(123)는 연산증폭기(124)의 출력단(out)과 모터제어부(170) 입력단(126) 사이에 연결되는 제4저항(R4) 및 모터제어부(170) 입력단(126)과 접지(GND) 사이에 연결되는 제4캐패시터(C4)를 포함하여 구성된다.

연산증폭기(124)는 제1필터(121)를 거쳐 부입력단자(-)로 입력되는 비례축소전류값을 증폭비결정부(122)에 의해 결정된 증폭비에 따라 증폭하여 출력단(out)으로 출력한다. 아울러, 연산증폭기(124)의 전원입력단(VCC)과 접지(GND) 사이에는 동작전원의 잡음을 제거하기 위한 필터인 제3캐패시터(C3)가 연결되고, 전원입력단(VCC)과 출력단(out) 사이에는 과전압 방지를 위한 제1다이오드(D1)가 연결될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 팬 모터 제어시스템을 도시한 구성예시도.

도 2는 도 1의 전류검출부를 좀더 상세하게 도시한 구성예시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 배터리 120 : 전류검출부

121 : 제1필터 122 : 증폭비결정부

123 : 제2필터 124 : 연산증폭기

125 : 분로저항 140 : 인버터

150 : 팬모터 160 : 역기전력검출부

170 : 모터제어부 180 : 전자제어유닛

Claims

차량용 팬모터의 제어 시스템에 있어서,

배터리;

상기 배터리와 연결되어, 상기 배터리에서 공급되는 직류전압을 다상의 펄스폭변조 전압으로 변환하여 생성하는 인버터;

상기 인버터와 연결되어 상기 다상의 펄스폭변조 전압에 의해 구동되는 팬모터;

상기 팬모터의 구동에 따라 발생하는 역기전력을 측정하여 기전력신호를 생성하는 역기전력 측정부;

상기 인버터와 상기 배터리 사이에 연결되어 상기 팬모터에 공급되는 전류를 검출하여 전류신호를 생성하는 전류검출부(120); 및

상기 팬모터를 구동시키기 위해 상기 기전력신호를 모니터링하여 상기 다상의 펄스폭변조 전압 공급시점을 결정하고, 상기 전류검출부의 상기 전류신호를 미리 설정된 값과 비교하여 과전류 여부를 판단하고, 상기 전압공급시점 및 상기 과전류 여부에 따라 상기 인버터(140)를 제어하는 모터제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 팬모터 제어시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 전류검출부는

연산증폭기;

상기 배터리와 상기 인버터의 입력단자 사이에 연결되어 상기 배터리와 상기 인버터 간의 전류를 비례축소전류값으로 변환하는 분로저항;

상기 분로저항과 상기 연산증폭기의 부입력단자 사이에 연결되는 제1저항 및 상기 부입력단자와 접지 사이에 연결되는 제1캐패시터를 구비하는 제1필터;

상기 연산증폭기의 정입력단자와 상기 연산증폭기의 출력단자 사이에 연결되는 제2저항, 제2캐패시터 및 상기 정입력단자와 상기 접지 사이에 연결되는 제3저항을 구비하는 증폭비결정부;

상기 연산증폭기의 동작전원 입력부와 상기 접자사이에 연결되는 제3캐패시터;

상기 연산증폭기의 출력단자와 상기 모터제어부의 입력단자 사이에 연결되는 제4저항 및 상기 입력단자와 상기 접지 사이에 연결되는 제4캐패시터를 구비하는 제2필터;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 팬모터 제어시스템.