KR20150139798A - 검출 장치와 전기 부하장치 사이의 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 검출 장치 및 방법 - Google Patents

검출 장치와 전기 부하장치 사이의 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 검출 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본원에 소개된 접근법은, 검출 장치(100)와 전기 부하장치(110) 사이의 공급 라인(115a)에서의 차단(160)을 검출하기 위한 검출 장치(100)에 관한 것이다. 검출 장치(100)는, 공급 전압 단자(140)와 공급 라인(115a) 사이에 연결된 스위칭 유닛(135a)을 포함하며, 스위칭 유닛(135a)은 제어 가능한 스위칭 부재(S1a)와 이 스위칭 부재(S1a)에 병렬로 연결된 다이오드(D1a)를 포함하며, 이 다이오드의 캐소드는 공급 전압 단자(140)와, 그리고 다이오드의 애노드는 공급 라인(115a)과 전기 전도성으로 연결된다. 또한, 검출 장치(100)는 시험 전압의 공급을 위해 공급 라인(115a)과 연결될 수 있는 전압 공급 유닛(CP)을 포함하며, 상기 시험 전압은 검출 장치(100)의 작동 시 공급 전압 단자(140) 상에 인가되는 전압보다 더 높다. 마지막으로, 검출 장치(100)는 검출 유닛(DS)을 포함하며, 이 검출 유닛은, 스위칭 부재(S1a)가 개방 상태에 위치하고, 공급 라인(115a) 상에서 검출되는 전압이 공급 전압 단자(140) 상에 인가된 전압보다 더 큰 경우, 그리고/또는 공급 라인(115a) 상의 전위가 공급 전압 단자(140) 상의 전위보다 더 높은 경우에 차단(160)을 검출하도록 형성된다.

Description

검출 장치와 전기 부하장치 사이의 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 검출 장치 및 방법{DETECTION DEVICE AND METHOD FOR DETECTING AN INTERRUPTION IN A SUPPLY LINE BETWEEN THE DETECTION DEVICE AND AN ELECTRICAL LOAD}
본 발명은 검출 장치와 전기 부하장치 사이의 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 검출 장치, 그에 상응하는 방법, 그에 상응하는 제어 장치, 그리고 그에 상응하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
예컨대 전동기와 같은 전기 부하장치의 작동 시, 상기 전동기의 공급 라인의 차단은 대부분 전동기의 고장을 통해서만 검출될 수 있거나, 또는 전동기가 복수의 권선 또는 위상을 가지며 상기 권선들 또는 위상으로 향하는 공급 라인이 차단되는 경우, 전동기의 작동 시 진동 또는 소음을 통해 검출될 수 있다.
이에 근거하여, 본원에 제안된 접근법에 의해, 독립 청구항들에 따라, 검출 장치와 전기 부하장치 사이의 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 검출 장치뿐만 아니라, 검출 장치와 전기 부하장치 사이의 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 방법, 이런 방법을 이용하는 제어 장치, 그리고 마지막으로 상응하는 컴퓨터 프로그램도 제안된다. 바람직한 구현예들은 각각의 종속 청구항들 및 하기의 설명에서 제시된다.
본원에서는 검출 장치와 전기 부하장치 사이의 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 검출 장치가 제안되며, 상기 검출 장치는 하기 특징들, 즉,
- 공급 전압 단자와 공급 라인 사이에 연결된 스위칭 유닛으로서, 이 스위칭 유닛은 제어 가능한 스위칭 부재와 이 스위칭 부재에 병렬로 연결된 다이오드를 포함하고, 이 다이오드의 캐소드는 공급 전압 단자와, 그리고 다이오드의 애노드는 공급 라인과 전기 전도성으로 연결되는, 스위칭 유닛과;
- 시험 전압의 공급을 위해 공급 라인과 연결될 수 있는 전압 공급 유닛으로서, 시험 전압은 검출 장치의 작동 시 공급 단자 상에 인가되는 전압보다 더 높은, 전압 공급 유닛과;
- 스위칭 부재가 개방 상태에 위치하고, 공급 라인 상에서 검출되는 전압이 공급 전압 단자 상에 인가된 전압보다 더 큰 경우, 그리고/또는 공급 라인 상의 전위가 공급 전압 단자 상의 전위보다 더 높은 경우에 차단을 검출하도록 형성된 검출 유닛;을 포함한다.
공급 라인은, 전기 부하장치로 이 전기 부하장치의 작동을 위한 전기 에너지를 공급하는 라인을 의미할 수 있다. 공급 전압 단자는 접속 접점을 의미할 수 있고, 이런 접속 접점과 접지 단자 사이에 전기 부하장치의 작동을 위한 전기 에너지를 공급하기 위해 전압이 가해진다. 전압 공급 유닛은, 접지 전위에 대해 전기 부하장치의 작동 시 공급 전압 단자 상에 인가된 전압보다 더 높은 전압을 갖는 시험 전압을 공급하는 유닛을 의미할 수 있다. 예컨대 전압 공급 유닛은, 공급 전압 단자 상에 인가된 전압을 공급받아 이 전압을 상승시켜 시험 전압으로서 공급하도록 형성될 수 있다. 스위칭 부재의 개방 상태는, 스위칭 부재의 2개의 접점이 전기를 전도하지 않는, 다시 말해 상호 전기 절연된 상태를 의미할 수 있다.
본원에 제안된 접근법은, 공급 라인의 차단 동안 검출 장치의 전기 부하장치와 공급 라인 사이에는 공급 전압 단자보다 더 높은 전위가 형성된다는 인식에 기반한다. 그 결과로, 공급 라인과 공급 전압 단자 사이의 전압차를 토대로 검출될 수 있는 전류가 다이오드를 경유하여 공급 라인에서 공급 전압 단자로 흐르게 된다. 이로부터, 공급 라인의 차단이 존재하는 점이 인지될 수 있다. 이와 반대로 공급 라인이 차단되지 않았다면, 전류는 공급 전압 단자로부터 출발하여 스위칭 부재 및 공급 라인을 경유하여 전기 부하장치로 흐르게 되며, 공급 라인 상의 전기 전위는 공급 전압 단자에서보다 더 낮아진다. 그에 따라, (예컨대 접지 전위와 관련한) 공급 라인 상의 전압과 (예컨대 마찬가지로 접지 전위와 관련한) 공급 전압 단자 상의 전압의 비교를 통해, 검출 장치와 전기 부하장치 사이의 공급 라인의 차단 존재 여부가 매우 간단하게 결정될 수 있다. 그러므로 (예컨대 복수의) 공급 라인의 차단에 대비하기 위해 전동기의 진동 또는 그 고장을 검출하기 위한 센서를 제공할 필요가 없다. 그에 따라, 본원에 제안된 접근법은 기술적으로 매우 간단한 수단들로 공급 라인의 차단을 신속하면서도 신뢰성 있게 검출할 수 있는 장점을 제공한다.
본원에 제안된 접근법의 일 실시예에 따라서, 스위칭 유닛은 반도체 소자로서, 특히 MOSFET 트랜지스터로서 형성될 수 있으며, 특히 이 경우 다이오드는 반도체 소자의 기생 다이오드이다. 본원에 제안된 접근법의 상기 실시예는, 기술적으로 폭넓게 사용 가능한 경제적인 스위칭 유닛을 이용한다는 장점을 제공한다.
또한, 검출 유닛은, 공급 전압 단자 상의 전압과 공급 라인 상의 전압 사이의 전압차가 다이오드의 항복 전압에 대해 사전 결정된 관계를 갖는다면, 차단을 검출하도록 형성되는, 본원 접근법의 실시예도 바람직하다. 특히, 공급 전압 단자 상의 전압과 공급 라인 상의 전압 사이의 전압차가 다이오드의 음의 항복 전압에 상응하는 경우에 차단이 검출될 수 있다. 이런 실시예는, 매우 정밀한 기준에 따라 차단의 검출을 수행할 수 있다는 장점을 제공한다. 이런 방식으로, 차단의 오검출이 실질적으로 방지될 수 있다.
본원에 제안된 접근법의 또 다른 한 실시예에 상응하게, 스위칭 유닛은 공급 라인과 검출 장치의 접지 단자 사이에 연결되는 하나 이상의 추가 스위칭 부재를 포함할 수 있다. 이 경우, 검출 유닛은, 추가 스위칭 부재도 폐쇄된 상태에 위치하는 경우에 차단을 검출하도록 형성될 수 있다. 본원에 제안된 접근법의 상기 실시예는, 마찬가지로 매우 신뢰성 있게 차단을 검출한다는 장점을 제공한다. 이와 동시에, 공급 라인 상의 전위는 (예컨대 추가 스위칭 유닛의 추가 스위치 또는 스위칭 부재를 폐쇄하는 것을 통해) 정해진 값에 놓일 수 있는 점이 보장될 수 있다.
또한, 추가 실시예에 따라서, 스위칭 유닛은 정류기 브리지 회로의 부분이며, 특히 이 경우 상기 스위칭 유닛은 다상 정류기 브리지 회로의 부분이다. 제안된 접근법의 상기 실시예는, 수많은 경우에 전기 부하장치에서 전기 에너지를 공급하기 위해 이미 정류기 브리지 회로가 이용된다는 장점을 제공한다. 이제 스위칭 유닛으로서 본원에 제안된 접근법에 따라 경제적인 정류기 브리지 회로가 이용된다면, 본원에서 제안된 검출 장치의 이용을 위한 제조 비용이 절감되는 동시에 예컨대 검출 장치를 포함하여 전기 부하장치의 제어를 위한 전자 회로의 복잡한 변경도 회피된다.
본원에 제안된 접근법의 또 다른 한 실시예에 따라서, 검출 유닛은, 정해진 대기 시간 이후에 공급 라인 상에서 검출되는 전압이 공급 전압 단자 상에 인가된 전압보다 더 커야 비로소 차단을 검출하도록 형성될 수 있다. 예컨대 상기 대기 시간은 공급 전압 단자 상에 인가되는 교류 전압의 주기 길이의 1/4 내지 1/3에 상응할 수 있다. 본원에 제안된 접근법의 상기 실시예는, 차단의 검출 전에, 공급 라인 상에서의 전압의 전환 과정 후에 전압 레벨의 감쇄 또는 과도응답이 대기되는 장점을 제공한다. 예컨대, 이를 위해 맨 먼저 스위칭 부재가 폐쇄 상태에서 개방 상태로 전환될 수 있고, 그런 다음 대기 시간 동안 대기했다가, 이 대기 시간에 이어서 공급 라인 상의 전압과 공급 전압 단자 상의 전압의 비교를 기반으로 차단이 검출될 수 있다. 이런 절차는, 확실하면서도 오류가 적은 차단 검출의 장점을 제공한다.
본원에 제안된 접근법에서, 선행하는 임의의 시점에 공급 라인 상에서 흘렀던 전류 및/또는 부하장치의 하나 이상의 작동 매개변수에 따라 좌우되는 대기 시간 이후에 차단을 검출하도록 검출 유닛이 형성되는 실시예가 특히 바람직하다. 부하장치의 작동 매개변수는 예컨대 전동기의 회전수, 또는 부하장치 내 자석이나 자화 가능한 부재의 특성곡선일 수 있다. 본원에 제안된 접근법의 상기 실시예는, 공급 라인의 전압 거동에 영향을 미치는 사전 결정된 매개변수들에 상응하게 대기 시간을 설정할 수 있다는 장점을 제공한다. 이런 방식으로, 차단 검출의 신뢰성이 향상될 수 있다.
본원에 제안된 접근법에서, 전압 공급 유닛이 공급 단자 상에 인가되는 전압을 이용하여 시험 전압을 발생시키도록 형성된 차지 펌프를 포함하는 실시예는 기술적으로 매우 간단하게 구현될 수 있다.
본원에 제안된 접근법의 또 다른 한 실시예에 따라서, 검출 장치와 전기 부하장치 사이의 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 방법이 제안되며, 이때 검출 장치는 스위칭 유닛과, 시험 전압의 공급을 위한 전압 공급 유닛과, 검출 유닛을 포함한다. 스위칭 유닛은 공급 전압 단자와 공급 라인 사이에 연결되고, 스위칭 유닛은 제어 가능한 스위칭 부재와 이 스위칭 부재에 병렬로 연결된 다이오드를 포함하며, 상기 다이오드의 캐소드는 공급 전압 단자와, 그리고 상기 다이오드의 애노드는 공급 라인과 전기 전도성으로 연결된다. 전압 공급 유닛은 공급 라인과 연결되고, 이때 시험 전압은 공급 단자 상에 인가된 전압보다 더 높으며, 상기 검출 유닛은, 스위칭 부재가 개방 상태에 위치하고, 공급 라인 상에서 검출되는 전압이 공급 전압 단자 상에 인가된 전압보다 더 큰 경우에 차단을 검출하도록 형성된다. 본원의 방법은 하기 단계들, 즉,
- 스위칭 부재를 개방하는 단계와,
- 개방 후에 공급 라인 상의 전압 및 공급 전압 단자 상에 인가된 전압, 및/또는 공급 라인 상의 전위 및 공급 전압 단자 상의 전위를 검출하는 단계와,
- 공급 라인 상에서 검출되는 전압이 공급 전압 단자 상에 인가된 전압보다 더 큰 경우, 그리고/또는 공급 라인 상의 전위가 공급 전압 단자 상의 전위보다 더 높은 경우에 차단을 검출하는 단계를 포함한다.
또한, 본원에 제안된 접근법은, 상응하는 유닛들에서 본원에 제안된 방법의 일 실시예의 단계들을 실행하거나, 제어하거나 구현하도록 형성된 제어 장치도 제공한다. 제어 장치 형태의 본 발명의 이러한 변형예를 통해서도, 본 발명의 기초가 되는 과제를 신속하면서도 효율적으로 해결할 수 있다.
제어 장치는 본원에서, 센서 신호들을 처리하고 이에 따라서 제어 신호 및/또는 데이터 신호들을 송출하는 전기 장치를 의미할 수 있다. 제어 장치는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 기반으로 형성될 수 있는 인터페이스를 포함할 수 있다. 하드웨어에 기반한 형성의 경우, 인터페이스들은 제어 장치의 매우 다양한 기능들을 포함하는 이른바 시스템 ASIC의 부분일 수 있다. 또는 인터페이스들이 자립형 집적 회로들일 수도 있고, 적어도 부분적으로 이산 소자들로 구성될 수도 있다. 소프트웨어에 기반한 형성의 경우, 인터페이스들은 예컨대 하나의 마이크로컨트롤러 상에 다른 소프트웨어 모듈들과 함께 제공되어 있는 소프트웨어 모듈들일 수 있다.
또한, 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품 또는 컴퓨터 프로그램도 바람직하며, 상기 프로그램 코드는 반도체 메모리, 하드디스크 저장장치 또는 광 메모리와 같은 기계 판독 가능 매체 또는 저장 매체에 저장될 수 있으며, 특히 프로그램 제품 또는 프로그램이 컴퓨터 또는 임의의 장치상에서 실행될 때 앞서 기술한 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 방법의 단계들을 실행, 구현 및/또는 제어하는 데 이용된다. 그에 따라, 본원에 제안된 접근법은 앞서 소개된 것처럼 컴퓨터 프로그램이 저장된 기계 판독 가능 저장 매체도 제공한다.
본원에 제안된 접근법은 하기에서 첨부한 도면들에 따라서 예시로서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 전기 부하장치가 연결되어 있는 검출 장치의 블록선도이다.
도 2는 전동기 위상의 공급 라인들 중 한 라인에서의 차단을 검출하기 위한 스위칭 그래프(plugging diagram)이다.
도 3은 본원에 소개된 본 발명의 일 실시예에 따른, 전기 부하장치가 연결된 검출 장치의 블록선도이다.
도 4는 도 3의 도면에 따른 검출 장치의 일부분의 상세도이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 상응하는 검출 장치를 이용할 때 공급 라인의 차단을 검출하기 위한 스위칭 그래프가다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시예들의 하기 설명내용에서, 상이한 도면들에 도시되어 있으면서 유사하게 작용하는 부재들에는 동일하거나 유사한 도면부호들이 사용되었으며, 이 경우 상기 부재들의 반복 설명은 생략된다.
도 1에는, 전기 부하장치(110)가 연결된 검출 장치(100)의 블록선도가 도시되어 있다. 여기서 전기 부하장치(110)는 다상 부하장치로서, 예컨대 서로 분리된 3개의 공급 라인(115a, 115b 및 115c)을 통해 전기 에너지를 공급받을 수 있는 브러시리스 전동기로서 형성된다. 상기 공급 라인들(115a, 115b 및 115c) 각각은 전동기(110)의 권선들(위상들) 중 하나에 전력을 공급한다. 전동기(110)와 같은 브러시리스 전동기들의 구동은 통상 브리지 드라이버(125)에 의해 구동되는 B6 브리지(120)(출력단)를 통해 수행된다. 본원에서 B6 브리지(120)는, 예컨대 위상들 또는 공급 라인들(115a, 115b 또는 115c) 중 각각 하나로 공급 전압 단자(140)의 공급 전압(Ubat)을 스위칭하기 위한 각각 하나의 파워 트랜지스터(135a, 135b 및 135c)와, 접지 전위 단자(150)로 위상 또는 관련 공급 라인(115a, 115b 및 115c)을 스위칭하기 위한 각각 하나의 파워 트랜지스터(145a, 145b 및 145c)를 포함하는 3개의 하프 브리지(130a, 130b 및 130c)로 구성된다. 이 경우, 파워 트랜지스터들(135 내지 145)은 예컨대 MOSFET 트랜지스터들, IGBT들, 또는 싸이리스터들과 같은 반도체 소자들을 통해 실현된다. 이 경우, 파워 트랜지스터들(135 및 145)은 병렬 회로로서 본질적인 (제어 가능한) 스위칭 기능의 실현을 위한 각각의 스위칭 부재(S1a, S1b, S1c, S2a, S2b, S2c)와, 결선될 단자들[예컨대 파워 트랜지스터들(135 내지 145)로서 MOS 트랜지스터들을 이용할 때 드레인 단자와 소스 단자] 간 다이오드(D1a, D1b, D1c, D2a, D2b, D2c) 사이에서 실현된다. 공급 전압 단자(140)와 각각 하나의 공급 라인(115) 사이에 연결된 파워 트랜지스터들(135)의 다이오드들(D1a, D1b, D1c)은, 관련 다이오드들(D1a, D1b, D1c)의 캐소드가 공급 전압 단자(140)와 연결되는 방식으로 분극된다. 접지 전위 단자(150)와 각각 하나의 공급 라인(115) 사이에 연결된 파워 트랜지스터들(145)의 다이오드들(D2a, D2b, D2c)은, 캐소드가 관련 공급 라인(115)과 연결되는 방식으로 분극된다.
브리지 드라이버(125)는 메인 컴퓨터(155)[예: 마이크로컨트롤러(μC)]에 의해 구동된다. 상기 브리지 드라이버는 전동기(110)의 현재 로터 위치에 따라서 공급 전압 단자(140)의 공급 전압(Ubat) 또는 상응하는 위상들을 상응하는 공급 라인(115a, 115b 또는 115c)으로 접속시키며, 그럼으로써 전기 부하장치(110)로서의 전동기 내에 회전 자계가 형성된다. 회전 자계의 생성을 위한 가장 간단한 방법인 블록 정류의 경우, 3개의 하프 브리지(130a, 130b 내지 130c)는 현재 로터 위치에 따라서 교호적으로 각각 하기의 3개의 상태를 갖는다.
- 하이 사이드 트랜지스터(135)(a,b,c) 및 로우 사이드 트랜지스터(145)(a,b,c)가 자신들이 연결되어 있는 관련 공급 라인 상에서 0V와 Ubat(PWM 위상) 사이의 전압을 발생시키기 위해 교호적으로 PWM으로 클록 신호를 공급하는 상태;
- 하이 사이드 트랜지스터(135)(a,b,c)는 스위치-오프되고, 로우 사이드 트랜지스터(145)(a,b,c)는 스위치-온되는 상태(접지 위상); 및
- 하이 사이드 트랜지스터(135)(a,b,c) 및 로우 사이드 트랜지스터(145)(a,b,c)가 스위치-오프되는 상태[3상태 위상 (tri-state-phase)].
메인 컴퓨터(155) 또는 브리지 드라이버(125)의 시동 (제어 장치 시동) 동안, 출력단 진단 또는 B6 브리지의 진단, 또는 공급 라인들(115) 상에서의 정확한 전압 레벨의 진단이 실행된다. 이런 진단은 특히 제어 장치 또는 검출 장치(100)와 전기 부하장치(110)로서의 전동기 사이의 전동기 위상 라인(115)의 강하를 검출해야 한다. 위상의 강하는 본원에서 공급 라인들(115) 중 한 라인에서 차단이 발생하였음을 의미한다. 즉, 도 1에서 제1 공급 라인(115a)의 차단을 통해 설명한 것처럼, 공급 라인들(115) 중 한 라인에서 라인 파손 또는 일반적으로 차단(160)이 발생한다면, 전기 부하장치(110)로서의 전동기의 위상 또는 권선은 전기 에너지를 더 이상 공급받지 못하게 된다. 이런 고장 패턴의 경우, 전동기(110)는 변함없이 회전될 수 있지만, 출력은 감소할 수 있고, 동심 회전은 더 불균일해질 수도 있으며, 진동 때문에 소리 세기는 증가한다. 지금까지의 개념에서는, B6 브리지(120)의 비활성화가 전제되며, 다시 말하면 모든 하이 사이드 트랜지스터(135) 및 로우 사이드 트랜지스터(145)가 스위치-오프된다. 한편, [공급 전압 단자(140)와 제1 공급 라인(115a) 사이 및 공급 전압 단자(140)와 제2 공급 라인(115b) 사이에 각각 예컨대 2R의 저항을 가지며, 제3 공급 라인(115c)과 접지 전위 단자(150) 사이에 연결된 저항(R)을 갖는] 제어 장치 내부의 진단 네트워크(165)는, 정상 작동 상태에서 전기 부하장치(110)로서의 외부 전동기에 의해 단락된 것으로서 간주될 수 있는 전동기 위상들(115)에 정의된 전압 레벨을 제공한다. 이 경우, 위상 전압은 컴퓨터(155)의 아날로그 채널(170)(ADC)을 통해 검출되고 평가된다. 상기 위상 전압은 공급 전압(Ubat)에 따라서 소정의 범위 이내여야 한다. 한편, 제1 전동기 위상(115a), 전동기 위상(115b) 또는 제3 전동기 위상(115c)이 강하하면[다시 말해 상응하는 공급 라인들(115a, 115b 내지 115c) 내에서 차단이 발생하면], 재판독된 제3 위상(115c)에서의 전압은 이제 막 변경되어 유효한 진단 네트워크(165)로 인해 강하하며, 그에 따라 라인 전압 강하가 확실하게 검출될 수 있다.
도 2에는, 전동기 위상의 공급 라인들(115) 중 한 라인에서의 차단을 검출하기 위한 스위칭 그래프(200)가 도시되어 있다. 이 경우, 도 2의 그래프의 세로좌표 상에는 제3 공급 라인(115c) 상의 ADC 채널(175)에서 검출된 위상 전압(U115c)이 기입되어 있다. 위상 전압이 최대인[다시 말하면 사전 설정된 목표값(Usoll)에 상응하는] 제1 영역(210)에서는, 부하장치(110)에서 모든 공급 라인(115)이 정확하게 연결되어 있는, 다시 말하면 도 1에서의 차단(160)과 같은 차단은 존재하지 않는, "양호(IO)" 상태가 추론된다. 그리고 도 2에서 영역(220)에 해당하는 경우처럼, 영역(210)에서보다 더 작은 값을 갖는 위상 전압(U115c)이 ADC 채널(175)에 인가되면, 제1 연결 라인(115a) 또는 제2 연결 라인(115b)에 차단(120)이 존재하는 것으로 추론될 수 있다. 게다가 ADC 채널(175)에서 영역(220)에서보다 훨씬 더 낮은 전압이 측정되거나, [도 2의 영역(230)에 도시된 것처럼] 더 이상 전압이 전혀 측정되지 않는다면, 제3 공급 라인(115c)에 차단이 존재하는 것으로 추론될 수 있다. 이런 점에 한해서, ADC 채널(175) 상에서 제1 영역(210)에서의 전압보다 더 낮은, 다시 말하면 설정 전압보다 더 낮은 위상 전압(U115c)이 검출된다면, 연결 라인들(115)이 "불량(NIO)" 상태인 것으로 가정할 수 있다.
본원에 제안된 접근법의 한 중요한 양태는, 전기 부하장치로 향하는 공급 라인(115)의 차단의 검출을 위한 제안된 시스템 또는 검출 장치(100)를, 전동기(110)가 능동적으로 작동되는 동안에도 전동기 위상의 강하 또는 공급 라인(115)의 차단이라는 진단이 검출될 수 있도록, 확장하는 것이다.
전동기 위상(115)의 강하는 주로, 제어 장치 또는 검출 장치(100)가 활성화된 경우 [예컨대 도 1에 도시되지 않은, 전동기(110)에 장착된 변속기에서] 예컨대 전체 시스템(100, 110)의 진동에 의해 발생한다. 다시 말하면, 본원에 제안된 접근법의 목표는, 전동기(110)가 능동적으로 작동되는 동안 강하된 라인(115)이 검출되도록 진단 전략을 변경하는 것이다. 그럼으로써, 전동기(110)의 정확한 제어가 항시 보장되며, 안전 임계 상태들을 포함하여 제어 오류에 이르기까지 전동기(110)에서의 출력 강하를 포함한 잘못된 회전이 방지된다.
본원에서 제안된 접근법은 B6 브리지 회로(120)를 토대로 설명되나, 통상의 기술자라면, 전기 부하장치(110)의 공급 라인(115)의 차단의 검출 원리는 (예컨대다상이 아닌) 전기 부하장치(110)의 단일 공급 라인(115)의 검출에도 적용될 수 있다는 점을 분명히 인지할 수 있다. 따라서 본 명세서에는, 하나의 공급 라인(115)의 차단이 개시되어 있는 접근법도 공개되어 있으므로, 청구항들도 본 명세서를 통해 그 범위가 보호된다.
한편, 도 1에 따른 검출 장치(100)의 개량 내지 확장을 달성하기 위해, 이제 도 1의 시스템이 약간 변형된다. 이 경우, 도 3의 블록선도에서 식별할 수 있듯이, 진단 네트워크(165)의 컴포넌트들 및 ADC 채널(175)이 생략될 수 있다. 차단의 발생에 대한 진단은 작동 중에, 다시 말하면 예컨대 제2 공급 라인(115b)을 경유하여 전동기(110)로 향하는 전류 흐름과 전동기(110)로부터 제3 공급 라인(115c)을 경유하는 전류 역류가 존재할 때 수행될 수 있다. 이 경우, 제1 하프 브리지(130a)는 3상 상태이고, 제2 하프 브리지(130b)는 PWM 상태이며, 제3 하프 브리지(130c)는 "로우 사이드 활성" 상태이다. 전동기(110)의 회전 시, 특정 시점에 제1 공급 라인(115a)은 제1 하이 사이드 트랜지스터(135a)를 통해 공급 전압 단자(140)의 전위를 공급받으며, 이런 경우 차단에 의해 전동기(110)에 전기 출력이 공급될 수 없다.
도 4에는, 본원에 제안된 접근법의 작동 원리를 더욱 잘 설명하기 위해, 도 3의 도면에 따른 검출 장치(100)의 블록선도의 일부분의 상세도가 도시되어 있다.
B6 브리지의 하이 사이드 트랜지스터들(135)을 스위치-온하기 위해, 대개 [본원에서 공급 전압(Ubat)으로서 간주되는] 배터리 전압보다 더 높은 전압을 필요로 한다. 이런 이유에서, 브리지 드라이버(125) 내에는 (도 4의 CP)처럼 내부 차지 펌프(CP)가 제공된다. 상기 차지 펌프는 각각의 하프 브리지(130a, 130b 및 130c)의 하이 사이드 트랜지스터들(135)의 구동을 위한 브리지 드라이버들(125)의 내부 플로팅 게이트 드라이버(FG)에 전력을 공급한다. 본원에 제안된 개념을 기반으로, 브리지 드라이버(125)의 [(본원에서 제1) 공급 라인(115a)과 전기 전도성으로 연결된] 하이 사이드 소스 단자(400)로부터 전형적으로 수 100uA 범위의 누설 전류(IL)가 방출된다.
하프 브리지(130a)를 통과하는 과전류의 검출을 위해, 상기 브리지 드라이브는 검출 장치(100)로서 내부에 마찬가지로 예컨대 (본원에서 MOSFET으로서 형성된) 외부 파워 트랜지스터들(135)의 단자들(400 및 410)에서 드레인-소스 전압의 아날로그 검출을 위한 검출 유닛(DS)을 포함한다. 검출 유닛(DS)은 예컨대 약 -1.5V 내지 1.5V의 측정 범위를 가지며, 그 결과 (하이 사이드) 트랜지스터(135a)의 단자들(400 및 410) 사이의 외부 전압을 매우 정확하게 검출할 수 있다.
(하이 사이드) 트랜지스터(135a)의 단자들 사이에서 검출 유닛(DS)을 통해 검출되는 전압 값은 요청 시 SPI 통신을 통해 컴퓨터(155)로 전달된다.
본원에 제안된, 확장된 전동기 위상 진단을 위한 접근법은 상기 특성들을 이용한다. 이 경우, 블록 정류 또는 필적하는 정류에서 전동기 위상이 진단될 수 있거나, 공급 라인들(115) 중에서 관련 하프 브리지(130)[여기서는 하프 브리지(130a)]가 바로 3상 위상에 위치하는 공급 라인의 차단(160)이 진단될 수 있다. 이 경우, 블록 정류의 경우, 도 3에서 식별될 수 있는 것처럼, 제2 하프 브리지(130b)는 PWM 위상에 위치하고 제3 하프 브리지(130c)는 접지 위상에 위치한다. 전동기 라인(115)이 올바르게 연결된 경우, 소스 누설 전류(IL)는 전동기(110) 내로 유입되며, 이와 동시에 소스 핀(400)에서의 전압 레벨은 0V와 Ubat 사이에 놓인다.
강하된 전동기 위상(115)의 경우, 누설 전류(IL)는 전동기(110) 내로 유입될 수 없고, 그 대신 (여기서는 제1) 하이 사이드 트랜지스터(135a)의 내부 하이 사이드 다이오드[여기서는 다이오드(D1a)]가 상기 전류를 공급 전압(Ubat)을 갖는 공급 전압 단자(140)의 방향으로 유도한다. 그 결과, 다이오드(D1a) 내에서 다이오드 전류 흐름으로 인해 전압 강하가 발생하며, 그에 따라 소스 핀(400)에서의 전압 레벨은 전압 강하된 라인의 경우 Ubat + Udiode로 상승한다.
본원에 제안된 진단은 3상 모드에 위치하는 위상(115)에서의 매 정류 전환 이후의 분석을 가능하게 한다. 이 경우, 하이 사이드 다이오드(여기서는 D1a)를 통해 감쇄되는 위상 순환 전류로 인한 잘못된 진단이 실행되지 않도록 하기 위해, 최소 시간 또는 대기 시간 동안 대기되어야 한다. 예컨대 여기서는 실제로 흐르는 위상 전류, 회전 속도 및 전동기 매개변수에 따라서 동적 대기 시간 계산도 가능하다. SPI를 통한 컴퓨터(155)의 요청 시, 대기 시간 이후에 하이 사이드 트랜지스터(여기서는 135a)의 드레인-소스 전압(U드레인 -소스)이 판독된다. 분석된 위상이 강하되었는지의 여부를 판단하기 위해 예시로서 하기 분류가 적용된다.
- 최대 측정 범위 ≥ U드레인 -소스 ≥ -0.2V → 전동기 위상 "양호"
- -0.2V > U드레인 -소스 ≥ 최소 측정 범위 → 전동기 위상 "불량"
도 5에는, 도 3 및 도 4에 상응하는 검출 장치(100)를 이용할 때 공급 라인의 차단의 검출을 위한 상응하는 스위칭 그래프가 도시되어 있다. 이 경우, 도 5의 그래프의 세로좌표에는 드레인-소스 전압(U드레인 -소스)이 기입되어 있다. 제1 영역(500)에서, 드레인-소스 전압(U드레인 -소스)은 최대 측정 범위와 [본원에서 다이오드(D1a)의 항복 전압의 값에 상응하는] -0.2V의 값 사이의 범위에 놓인다. 상기 범위에서 드레인-소스 전압(U드레인 -소스)의 값은 관찰된 전동기 위상이 양호한 상태(IO)임을 나타낸다. 이와 반대로, 드레인-소스 전압(U드레인 -소스)의 값이 최소 측정값과 -0.2V 사이의 범위에 있다면, 피검 전동기 위상(115)이 강하된 것으로 추론되며, 그럼으로써 상기 전동기 위상의 상태는 불량(NIO)인 것으로 표시된다. 이런 방식으로, 본원에 제안된 접근법에 의해, 공급 라인들(115) 중 한 라인에서 차단이 발생했는지의 여부가 결정될 수 있을 뿐 아니라, 기술적으로 매우 간단한 수단들에 의해 피검 공급 라인들(115) 중 어느 공급 라인이 차단되었는지도 결정될 수 있다.
끊임없이 반복되는 위상 강하 진단의 장점 외에도, 본원에 제안된 접근법을 통해서는 진단 네트워크의 생략 및 아날로그 피드백을 통해 하드웨어 컴포넌트들도 절약된다.
본원에 제안된, 브러시리스 직류 전동기의 확장된 전동기 위상 진단의 접근법의 이용 가능성은, 일시적으로 하프 브리지가 3상 모드에 위치하는 정류 형태를 이용하는 모든 다상 전동기 제어 시스템으로만 국한되지는 않는다. 오히려 본원에 제안된 접근법을 통해서도 전기 부하장치(110)로 향하는 임의의 공급 라인이 차단(160)의 존재 유무와 관련하여 검사될 수 있다.
마지막으로, 도 6에는 본원에 제안된 접근법의 일 실시예에 따른, 검출 장치와 전기 부하장치 사이의 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 방법(600)의 흐름도가 도시되어 있다. 상기 방법(600)은, 스위칭 유닛과, 시험 전압의 공급을 위한 전압 공급 유닛과, 검출 유닛을 포함하는 검출 장치를 이용하며, 스위칭 유닛은 공급 전압 단자와 공급 라인 사이에 연결된다. 또한, 스위칭 유닛은 제어 가능한 스위칭 부재와 이 스위칭 부재에 병렬로 연결되는 다이오드를 포함하며, 다이오드의 캐소드는 공급 전압 단자와, 그리고 다이오드의 애노드는 공급 라인과 전기 전도성으로 연결된다. 전압 공급 유닛은 공급 라인과 연결되며, 이때 시험 전압은 공급 단자 상에 인가된 전압보다 더 높다. 검출 유닛은, 스위칭 부재가 개방 상태에 위치하고, 공급 라인 상에서 검출되는 전압이 공급 전압 단자 상에 인가된 전압보다 더 큰 경우, 그리고/또는 공급 라인 상의 전위가 공급 전압 단자 상의 전위보다 더 높은 경우에 차단을 검출하도록 형성된다. 본원의 방법(600)은 스위칭 부재를 개방하는 단계(610)를 포함한다. 또한, 본원의 방법(600)은, 상기 개방 후에 공급 라인 상의 전압 및 공급 전압 단자 상에 인가된 전압, 및/또는 공급 라인 상의 전위 및 공급 전압 단자 상의 전위를 검출하는 단계(620)도 포함한다. 마지막으로, 본원의 방법(600)은, 공급 라인 상에서 검출되는 전압이 공급 전압 단자 상에 인가된 전압보다 더 큰 경우, 그리고/또는 공급 라인 상의 전위가 공급 전압 단자 상의 전위보다 더 높은 경우에 차단을 검출하는 단계(630)를 포함한다.
전술한, 그리고 도면들에 도시된 실시예들은 단지 예시로만 선택된 것일 뿐이다. 상이한 실시예들은 완전히, 또는 개별 특징들과 관련하여 서로 조합될 수 있다. 또한, 일 실시예가 또 다른 실시예의 특징들로 보완될 수도 있다.
또한, 본원에 제안된 방법 단계들은 반복될 수 있을 뿐만 아니라 기재 순서와 다른 순서로 실행될 수도 있다.
일 실시예가 제1 특징과 제2 특징 사이에 "및/또는"이라는 연결어를 포함한다면, 이는 상기 실시예가 일 실시 형태에 따라서 제1 특징뿐만 아니라 제2 특징도 포함하며, 그리고 또 다른 실시 형태에 따라서는 제1 특징만 또는 제2 특징만 포함한다는 의미로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 검출 장치(100)와 전기 부하장치(110) 사이의 공급 라인(115a)에서의 차단(160)을 검출하기 위한 검출 장치(100)에 있어서, 상기 검출 장치(100)는 하기 특징들, 즉,
    - 공급 전압 단자(140)와 공급 라인(115a) 사이에 연결된 스위칭 유닛(135a)으로서, 이 스위칭 유닛(135a)은 제어 가능한 스위칭 부재(S1a)와 이 스위칭 부재(S1a)에 병렬로 연결된 다이오드(D1a)를 포함하며, 이 다이오드의 캐소드는 공급 전압 단자(140)와, 그리고 다이오드의 애노드는 공급 라인(115a)과 전기 전도성으로 연결되는, 스위칭 유닛(135a)과;
    - 시험 전압의 공급을 위해 공급 라인(115a)과 연결될 수 있는 전압 공급 유닛(CP)으로서, 시험 전압은 검출 장치(100)의 작동 시 공급 전압 단자(140) 상에 인가되는 전압보다 더 높은, 전압 공급 유닛(CP)과;
    - 스위칭 부재(S1a)가 개방 상태에 위치하고, 공급 라인(115a) 상에서 검출되는 전압이 공급 전압 단자(140) 상에 인가된 전압보다 더 큰 경우, 또는 공급 라인(115a) 상의 전위가 공급 전압 단자(140) 상의 전위보다 더 높은 경우, 또는 상기 두 경우가 모두 성립되면, 차단(160)을 검출하도록 형성된 검출 유닛(DS)을 포함하는, 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 검출 장치(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 유닛(135a)은 반도체 소자로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 검출 장치(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 검출 유닛(DS)은, 공급 전압 단자(140) 상의 전압과 공급 라인(115a) 상의 전압 사이의 전압차(U드레인-소스)가 다이오드(D1a)의 항복 전압에 대해 사전 결정된 관계를 갖는 경우에 차단(160)을 검출하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 검출 장치(100).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스위칭 유닛(135a)은, 검출 장치(100)의 접지 단자(150)와 공급 라인(115a) 사이에 연결된 하나 이상의 추가 스위칭 부재(S1b)를 가지며, 이때 검출 유닛(DS)은, 상기 추가 스위칭 부재(S1b)도 폐쇄된 상태에 위치하는 경우에 차단(160)을 검출하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 검출 장치(100).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스위칭 유닛(135a)은 정류기 브리지 회로(120)의 부분인 것을 특징으로 하는, 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 검출 장치(100).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 검출 유닛(DS)은, 정해진 대기 시간 이후에 상기 공급 라인(115a) 상에서 검출되는 전압이 상기 공급 전압 단자(140) 상에 인가된 전압보다 더 커야, 비로소 차단(160)을 검출하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 검출 장치(100).
  7. 제6항에 있어서, 검출 유닛(DS)은, 선행하는 임의의 시점에 공급 라인(115a)에서 흘렀던 전류에 따라, 또는 부하장치(110)의 하나 이상의 작동 매개변수에 따라, 또는 상기 두 요인 모두에 따라 좌우되는 대기 시간 이후에 차단(160)을 검출하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 검출 장치(100).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전압 공급 유닛(CP)은 차지 펌프를 포함하며, 이 차지 펌프는 공급 전압 단자(140) 상에 인가된 전압을 이용하여 시험 전압을 발생시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 검출 장치(100).
  9. 검출 장치(100)와 전기 부하장치(110) 사이의 공급 라인(115a)에서의 차단(160)을 검출하기 위한 방법(600)에 있어서, 검출 장치(100)는 스위칭 유닛(135a)과, 시험 전압의 공급을 위한 전압 공급 유닛(CP)과, 검출 유닛(DS)을 포함하며, 상기 스위칭 유닛(135a)은 공급 전압 단자(140)와 공급 라인(115a) 사이에 연결되고, 상기 스위칭 유닛(135a)은 제어 가능한 스위칭 부재(S1a)와 이 스위칭 부재(S1a)에 병렬로 연결된 다이오드를 포함하며, 상기 다이오드의 캐소드는 공급 전압 단자(140)와, 그리고 상기 다이오드의 애노드는 공급 라인(115a)과 전기 전도성으로 연결되며, 상기 전압 공급 유닛(CP)은 공급 라인(115a)과 연결되고, 이때 시험 전압은 공급 전압 단자(140) 상에 인가된 전압보다 더 높으며, 상기 검출 유닛(DS)은, 스위칭 부재(S1a)가 개방 상태에 위치하고, 공급 라인(115a) 상에서 검출되는 전압이 공급 전압 단자(140) 상에 인가된 전압보다 더 큰 경우, 또는 공급 라인(115a) 상의 전위가 공급 전압 단자(140) 상의 전위보다 더 높은 경우, 또는 상기 두 경우가 모두 성립되면 차단(160)을 검출하도록 형성되며, 상기 방법(600)은 하기 단계들, 즉,
    - 스위칭 부재(S1a)를 개방하는 단계(610)와;
    - 개방 후에 공급 라인(115a) 상의 전압 및 공급 전압 단자(140) 상에 인가된 전압, 또는 공급 라인(115a) 상의 전위 및 공급 전압 단자(140) 상의 전위, 또는 이들 모두를 검출하는 단계(620)와;
    - 공급 라인(115a) 상에서 검출되는 전압이 공급 전압 단자(140) 상에 인가된 전압보다 더 큰 경우, 또는 공급 라인(115a) 상의 전위가 공급 전압 단자(140) 상의 전위보다 더 높은 경우, 또는 상기 두 경우가 모두 성립되면 차단(160)을 검출하는 단계(630)를 포함하는, 공급 라인에서의 차단을 검출하기 위한 방법.
  10. 제9항에 따른 방법(600)의 모든 단계를 실행하거나, 구현하거나, 또는 제어하도록 형성된 제어 장치(100, 155).
  11. 제9항에 따른 방법(600)의 모든 단계를 실행하도록 구성되고, 기계 판독 가능한 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  12. 제11항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장된 기계 판독 가능 저장 매체.
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