KR100245641B1 - Abnormal voltage detection circuit for electric automobile - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기자동차에서 직류전압을 감지하여 과전압 및 저전압이 발생했을 때 자동차의 전장품을 보호하는 과전압 및 저전압 감지회로에 관한 것으로, 발진주기에 따라 소정의 펄스파를 발생하는 멀티바이브레이터(100)와, 상기 발진기(100)의 발진주기에 따라 노이즈신호를 감지하는 카운터(200)와, 저항을 이용하여 설정한 기준전압과 입력전압을 비교기(311, 321)를 통해 비교하여 과전압 또는 저전압을 판단하는 전압검출부(300)로 구성되어 전기자동차에서 과전압이나 저전압이 발생했을 때 프로세서에서 직류링크단의 스위치를 오프시키거나 인버터(101)의 파워소자의 게이트를 차단하여 전장품을 보호하고, 또한 센싱작업과 카운터 작업을 프로세서 외부에서 처리해 줌으로써 프로세서의 작업량을 덜어주고, 노이즈에 의한 이상전압의 판단오류가 없도록 하는 효과가 있다.The present invention relates to an overvoltage and undervoltage sensing circuit that detects a DC voltage in an electric vehicle and protects the electrical equipment of the vehicle when an overvoltage and undervoltage are generated. The multivibrator 100 generates a predetermined pulse wave according to an oscillation period. A counter 200 for detecting a noise signal according to the oscillation period of the oscillator 100 and a reference voltage and an input voltage set by using a resistor are compared through the comparators 311 and 321 to determine an overvoltage or a low voltage. When the overvoltage or undervoltage is generated in the electric vehicle, the voltage detection unit 300 protects the electrical equipment by switching off the DC link stage in the processor or blocking the gate of the power device of the inverter 101. By dealing with the counter work outside the processor, it reduces the work load of the processor and the error of judgment of abnormal voltage caused by noise This has the effect of to.

Description

전기자동차의 이상전압 검출회로Abnormal voltage detection circuit of electric vehicle

본 발명은 전기자동차에서 이상전압을 감지하는 회로에 관한 것으로, 특히 직류입력전압을 감지하여 이상전압이 발생했을 때 자동차의 전장품을 보호하는 전기자동차의 이상전압 검출회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circuit for detecting an abnormal voltage in an electric vehicle, and more particularly, to an abnormal voltage detection circuit of an electric vehicle that protects electronic equipment when an abnormal voltage occurs by detecting a DC input voltage.

제1도는 종래의 이상전압을 감지하는 회로에 관한 것으로, 종래에는 단지 과전압검출부와 저전압검출부만으로 구성되어 과전압 및 저전압과 같은 이상 전압을 감지하였다. 그리고 이를 프로세서 내부의 타이머에 의해 이상전압인지 아닌지를 판단하게 했다.FIG. 1 relates to a circuit for detecting a conventional abnormal voltage. In the related art, only an overvoltage detector and a low voltage detector are used to detect abnormal voltages such as overvoltage and undervoltage. And it was made to judge whether or not the abnormal voltage by the timer inside the processor.

그러나, 이러한 경우 제2도에서 보여주는 (A)(B)와 같은 직류링크단의 노이즈 성분이 과전압이나 저전압으로 감지되는 경우, 이에 따라 과전압 또는 전압 신호를 감지하고 그 시간을 카운트하여 실제의 이상전압인지 노이즈신호인지를 판단하는 작업을 해야한다.However, in this case, when the noise component of the DC link stage such as (A) (B) shown in FIG. 2 is detected as an overvoltage or undervoltage, accordingly, an overvoltage or voltage signal is detected and the time is counted to determine the actual abnormal voltage. It is necessary to determine whether it is a noise signal or not.

그런데, 여기에서 문제가 되는 것은 전기자동차의 프로세서는 차량운전중에 인버터의 파워소자 등의 스위치 주파수계산이나 엔진회전수에 대한 신호의 센싱등 전기자동차가 복잡해 짐으로써 더더욱 작업량이 많아지게 되었다는 것이다.However, the problem here is that the processor of the electric vehicle has increased the workload due to the complexity of the electric vehicle, such as the calculation of the switch frequency of the power element of the inverter or the like, the sensing of the signal for the engine speed while driving the vehicle.

그러므로, 과전압이나 저전압 신호를 감지하고 그 시간을 카운트하여 실제의 이상전압인지 노이즈신호인지 등을 신호와 카운트에 의한 시간으로 판단하는 작업은 프로세서에 과다한 작업량으로 인하여 부담을 주게 되었다. 그로 인하여 회로에 오류가 발생하게 되었고 전장품에 영향을 주었다.Therefore, the task of detecting an overvoltage or undervoltage signal, counting the time, and determining whether the signal is an actual abnormal voltage or a noise signal by the time based on the signal and the count has been burdened by the excessive workload on the processor. As a result, the circuits were faulty and the electronics were affected.

본 발명은 이러한 센싱작업이나 카운트 작업 등을 프로세서의 외부에서 처리함으로써 프로세서의 작업량을 줄여주고, 실제 과전압이나 저전압과 같은 이상전압의 판단에 오류가 없도록 하여 전장품을 보호하는 회로를 구성하는데 그 목적이 있다.The present invention reduces the amount of work of the processor by processing such a sensing operation or a counting operation outside the processor, and configures a circuit that protects the electrical equipment by avoiding errors in the determination of abnormal voltage such as actual overvoltage or undervoltage. have.

제1도는 종래기술에 따른 이상전압 감지회로를 보인 회로도.1 is a circuit diagram showing an abnormal voltage detection circuit according to the prior art.

제2도는 본 발명에 따른 직류링크단의 입력전압을 보인 그래프.2 is a graph showing the input voltage of the DC link stage according to the present invention.

제3도는 본 발명에 따른 이상전압 감지회로를 보인 회로도.3 is a circuit diagram showing an abnormal voltage detection circuit according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

100 : 멀티바이브레이터 101 : 인버터100: multivibrator 101: inverter

200 : 카운터 201~203 : 제이케이플립플롭200: Counter 201 ~ 203: J flip flop

300 : 전압검출부 301 : 과전압검출부300: voltage detector 301: overvoltage detector

320 : 저전압검출부 311,321 : 비교기320: low voltage detector 311,321: comparator

312,322 : 증폭기 313,323 : 포토커플러312,322 Amplifier 313,323 Photocoupler

OR1,OR2 : 논리합게이트 AND : 논리곱게이트OR1, OR2: logical sum gate AND: logical AND gate

TR : 트랜지스터 Rn: 저항TR: Transistor R n : Resistor

Cn: 콘덴서C n : condenser

이러한 목적달성을 위해, 본 발명은 소정의 발진주기를 갖는 발진기와, 상기 발진기의 발진주기에 따라 감지신호가 노이즈신호인가 정상신호인가를 감지하는 카운터와, 저항을 조합하여 설정한 기준전압과 발생전압을 비교하여 과전압 또는 저전압을 판단하는 비교기로 이루어진 전압검출부로 구성된다.To achieve this object, the present invention provides an oscillator having a predetermined oscillation period, a counter for detecting whether a detection signal is a noise signal or a normal signal according to the oscillation period of the oscillator, and a reference voltage set by combining a resistance It consists of a voltage detector consisting of a comparator for comparing the voltage to determine the overvoltage or undervoltage.

상기 발진기는 가변저항과 가변콘덴서의 값에 의해 발진주기가 설정되는 멀티 바이브레이터로 구성된다.The oscillator is composed of a multivibrator whose oscillation period is set by the value of the variable resistor and the variable capacitor.

상기 카운터는 멀티바이브레이터에서 출력되는 클럭펄스를 비동기신호로 입력받는 다수의 제이케이플립플롭과 상기 제이케이플립플롭을 조합하는 논리게이트로 구성된다.The counter includes a plurality of J flip flops that receive a clock pulse output from the multivibrator as an asynchronous signal and a logic gate that combines the J flip flops.

상기 전압검출부는 다수의 저항 및 콘덴서들의 조합에 의해 결정되는 전압값이 입력되는 비교기, 증폭기와 포토커플러로 구성된다.The voltage detector includes a comparator, an amplifier, and a photocoupler to which a voltage value determined by a combination of a plurality of resistors and capacitors is input.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings of the present invention.

발진기는 직렬로 연결된 두 개의 인버터(101) 사이에 병렬로 가변저항(R11)을 연결하고 상기 가변저항(R11)에 병렬로 가변콘덴서(C5)를 연결하여 상기 가변저항(R11)과 가변콘덴서(C5)에 의해 소정의 발진주기가 결정되는 멀티바이브레이터(100)로 구성된다.The oscillator connects the variable resistor R11 in parallel between two inverters 101 connected in series and the variable capacitor C5 in parallel to the variable resistor R11 to connect the variable resistor R11 and the variable capacitor ( It consists of the multivibrator 100 by which predetermined oscillation period is determined by C5).

카운터(200)는 클럭펄스 발생을 제어하는 세 개의 플립플롭(201)(202)(203)과 앤드게이트(AND)로 이루어지되, 상기 플립플롭(201)(202)(203)은 첫 번째 플립플롭(201)의 출력(Q0)을 두 번째 플립플롭(202)의 클럭펄스로 인가하고 상기 두 번째 플립플롭(202)의 출력(Q1)을 세 번째 플립플롭(203)의 클럭펄스에 인가하는 비동기 클럭인가 방식을 취함으로써 출력전압의 시간을 제어하여 발생 전압의 지속시간에 따라 노이즈를 검출한다.The counter 200 is composed of three flip-flops 201, 202 and 203 and an AND gate, which control clock pulse generation, and the flip-flops 201, 202 and 203 are the first flip. The output Q 0 of the flop 201 is applied to the clock pulse of the second flip flop 202 and the output Q 1 of the second flip flop 202 is applied to the clock pulse of the third flip flop 203. By applying an asynchronous clock application method, the time of the output voltage is controlled to detect noise according to the duration of the generated voltage.

전압검출부(300)는 비교기(311)(321)와, 상기 비교기(311)(321)의 신호를 증폭하는 증폭기(312)(322)와, 절연분리를 위한 포토커플러(313)(323)로 이루어져 저항(R)의 전압분배에 따라 정해진 설정기준값에 따라 저전압회로인가 과전압회로인가가 결정되며 기 설정된 전압과 입력신호전압을 비교함으로써 저전압 또는 과전압을 검출한다.The voltage detector 300 includes a comparator 311 and 321, an amplifier 312 and 322 for amplifying a signal of the comparator 311 and 321, and a photocoupler 313 and 323 for isolation. The low voltage circuit or the overvoltage circuit is determined according to a predetermined reference value according to the voltage distribution of the resistor R. The low voltage or over voltage is detected by comparing the preset voltage with the input signal voltage.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제3도는 본 발명에 따른 이상전압 검출회로도이다.3 is an abnormal voltage detection circuit diagram according to the present invention.

여기에 도시된 바와 같이, 상기 멀티바이브레이터(100)는 소정의 발진주기를 가지게 되고 그에 따라 발진동작을 함으로써 상기 카운터(200)에 클럭펄스를 인가한다.As shown here, the multivibrator 100 has a predetermined oscillation period, thereby applying a clock pulse to the counter 200 by oscillating.

상기 카운터(200)는 3개의 제이케이플립플롭(201~203)을 직렬로 연결하되, 각각에 비동기 신호를 인가한다.The counter 200 connects three J flip-flops 201 to 203 in series, and applies an asynchronous signal to each of them.

즉 제1플립플롭(201)의 클럭단에는 상기 멀티바이브레이터(100)로부터 출력되는 신호를 입력하고, 제2플립플롭(202)의 클럭입력단에는 상기 제1플립플롭으로부터의 출력신호(Q0)를 인가하며, 제3플립플롭(203)의 클럭입력단에는 상기 제2플립플롭(202)으로부터의 출력신호(Q1)를 인가한다.That is, a signal output from the multivibrator 100 is input to the clock terminal of the first flip flop 201, and an output signal Q 0 from the first flip flop to the clock input terminal of the second flip flop 202. The output signal Q 1 from the second flip flop 202 is applied to the clock input terminal of the third flip flop 203.

전압검출부(300)는 다수의 저항(R)을 조합하여 설정한 기준전압과 DC링크단으로부터 입력되는 입력전압을 비교하여 비교된 전압이 과전압인지 저전압인지를 판단한다.The voltage detector 300 compares a reference voltage set by combining a plurality of resistors R and an input voltage input from the DC link terminal to determine whether the compared voltage is an overvoltage or a low voltage.

이하 본 발명의 실시예에 따른 상세한 작동을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a detailed operation according to an embodiment of the present invention will be described.

입력되는 직류링크단의 배터리 전압은 다수개의 저항(R1, R2, R3, R15, R16, R17)을 통해 비교기(311, 321)의 (+)단자로 입력된다. 상기 비교기(311, 321)의 (-) 단자로는 R6, R19에 의해 설정된 기준전압이 입력되고 (+) 단자에서 입력되는 전압과 비교된 후 출력되어지는데, (+) 단자의 입력전압은 R1, R2, R3, 및 R15, R16, R17에 의한 전압 분배법칙으로 결정된다. 즉 과전압검출부(310)의 +단자로 입력되는 저압(VHi)은 전압 분배법칙에 따라 아래 수학식 1과 같다.The input battery voltage of the DC link terminal is input to the positive terminal of the comparators 311 and 321 through a plurality of resistors R 1 , R 2 , R 3 , R 15 , R 16 , and R 17 . The reference voltage set by R 6 and R 19 is input to the (-) terminal of the comparators 311 and 321 and is output after being compared with the voltage input from the (+) terminal. Is determined by the law of voltage division by R 1 , R 2 , R 3 , and R 15 , R 16 , R 17 . That is, the low voltage V Hi input to the + terminal of the overvoltage detector 310 is expressed by Equation 1 below according to the voltage distribution law.

[수학식 1][Equation 1]

Figure kpo00001
Figure kpo00001

또 저전압검출부(320)의 +단자로 입력되는 전압(VLi)은 전압 분배법칙에 따라 아래 수학식 2와 같다.In addition, the voltage V Li input to the + terminal of the low voltage detector 320 is expressed by Equation 2 below according to the voltage division law.

[수학식 2][Equation 2]

Figure kpo00002
Figure kpo00002

이렇게 비교기(311,321)를 거쳐 과전압인가 저전압인가를 확인한 이 신호는 증폭기(312, 322)를 통해 안정된 신호로 바꾸어진다. 증폭기(312, 322)를 통한 이 신호는 포토커플러(313,323)로 입력되는데 이때 증록기에서 출력되는 신호가 너무 클 경우 포토커플러(313,323)가 파괴된다. R8과 R22는 이를 막기위한 저항으로 증폭기(312,322)와 포토커플러(313,323) 사이에 위치하여 증폭기(312,322)로부터 출력되는 전압을 감소시켜 준다. 이렇게 감소된 전압은 절연분리를 위해 포토커플러(313,323)를 사용하여 이상전압을 감지한다. 이때 감지신호가 노이즈에 의한 신호인가 실제신호인가를 판단해야 되는데 이는 제이케이플립플롭(201~203)을 이용한 카운터로 판단한다. 다시말해, 만약 과전압이나 저전압이 발생할 경우 트렌지스터(Tr)의 베이스 입력단에 전류가 흐르게 되어 상기 제이케이플립플롭의 클리어 단에 입력신호를 인가함으로써 카운터를 작동시키고 발생신호의 시간이 얼마나 지속되는냐에 따라 노이즈여부를 판정한다.This signal, which has been confirmed whether the overvoltage or undervoltage is passed through the comparators 311 and 321, is converted into a stable signal through the amplifiers 312 and 322. This signal through the amplifiers 312 and 322 is input to the photocouplers 313 and 323 where the photocouplers 313 and 323 are destroyed if the signal output from the amplifier is too large. R 8 and R 22 are resistors to prevent this, and are located between the amplifiers 312 and 322 and the photocouplers 313 and 323 to reduce the voltage output from the amplifiers 312 and 322. The reduced voltage senses an abnormal voltage using photocouplers 313 and 323 for isolation. At this time, it is necessary to determine whether the detection signal is a signal due to noise or an actual signal, which is determined by a counter using J flip-flops 201 to 203. In other words, if an overvoltage or undervoltage occurs, current flows to the base input terminal of the transistor Tr, and the counter is operated by applying an input signal to the clear terminal of the J flip-flop, depending on how long the generated signal lasts. It is determined whether noise is present.

여기에서 시정수는 저항과 콘덴서의 곱이므로 가변저항과 가변콘덴서인 C5, C6, R11, R12의 값을 조정하여 멀티바이브레이터(100)의 발진주기를 설정한다. 이 발진주기에 따라 출력되는 클럭펄스는 제이케이플립플롭(201~203)으로 구성된 카운터(200)에 입력되어 카운터(200)의 시간을 제어한다. 즉 카운터(200)의 시간이 짧으면 노이즈에 의한 것이다.Since the time constant is the product of the resistor and the condenser, the oscillation period of the multivibrator 100 is set by adjusting the values of the variable resistor and the variable capacitor C 5 , C 6 , R 11 , and R 12 . The clock pulse output according to this oscillation period is input to the counter 200 composed of the J flip flops 201 to 203 to control the time of the counter 200. That is, if the time of the counter 200 is short, it is due to noise.

따라서, 본 발명에 따른 작동효과를 설명하면, R1, R2, R3및 R15, R16, R17에 의한 전압분재로 설정된 전압이 비교기(311)(321)로 입력되고, 여기서 기 설정된 전압과 비교되어 증폭기(312)(322)에서 증폭되어 포토커플러(313)(323)로 입력된다. 상기 포토 커플러(313)(323)에서 전압이 과전압인가 아니면 저전압인가를 판단하게 되고, 이때 과전압 및 저전압이 노이즈에 의한 영향인지를 판별하기 위해 상기 카운터(200)에서 조사를 하게 된다. 즉, 멀티바이브레이터(100)에서 발생된 펄스가 카운터(200) 내의 제이케이플립플롭(201)(202)(203)으로 들어가서 카운터(200)의 시간을 제어하게 된다. 상기 전압 검출부(300)에서 노이즈가 발생하게 되면 트랜지스터(Tr)의 베이스 단자에 전류가 흐르게 되어, 상기 제케이플립플롭(201)(202)(203)의 클리어 단에 입력신호를 주게되어, 상기 카운터(200)의 시간을 제어하여 발생신호의 지속여부에 따라 노이즈의 판정을 하게 된다.Therefore, when describing the operation effect according to the present invention, the voltage set by the voltage distribution by R 1 , R 2 , R 3 and R 15 , R 16 , R 17 is input to the comparators 311 and 321, where The voltage is compared with the set voltage and amplified by the amplifiers 312 and 322 and input to the photocouplers 313 and 323. The photo couplers 313 and 323 determine whether the voltage is an overvoltage or a low voltage, and at this time, the counter 200 performs irradiation to determine whether the overvoltage and the low voltage are caused by noise. That is, the pulse generated by the multivibrator 100 enters the JK flip-flops 201, 202, 203 in the counter 200 to control the time of the counter 200. When noise occurs in the voltage detector 300, a current flows through the base terminal of the transistor Tr, and an input signal is applied to a clear end of the K flip-flop 201, 202, 203. By controlling the time of the counter 200, the noise is judged according to whether the generated signal is continued.

한편, 노이즈에 의한 영향이 아니라고 판단되면 논리회로를 거쳐 전장품을 보호하게 되는 것이다.On the other hand, if it is determined that it is not affected by noise, the electronic device is protected through a logic circuit.

이와 같이 본 발명은 전기자동차의 직류전압을 감지하여 과전압이나 저전압 등의 이상전압이 발생했을 때 전기자동차의 프로세서가 직류링크단의 스위치를 오프시키거나 인버터의 파워소자의 게이트를 차단하여 전장품을 보호하고, 또한 센싱작업과 카운터 작업을 프로세서 외부에서 처리함으로써 프로세서의 작업량을 덜어 주고, 노이즈에 의한 이상전압의 판단오류가 없도록 하는 효과가 있다.As described above, the present invention senses the DC voltage of the electric vehicle and when the abnormal voltage such as overvoltage or undervoltage occurs, the processor of the electric vehicle switches off the DC link stage or blocks the gate of the power device of the inverter to protect the electrical equipment. In addition, the sensing work and the counter work are processed outside the processor to reduce the amount of work of the processor, there is an effect that there is no error determination of the abnormal voltage due to noise.

Claims (3)

발진주기에 따라 소정의 펄스파를 발생하는 발진기를 포함하는 멀티바이브레이터와, 상기 발진기의 발진주기에 따라 노이즈를 감지하는 카운터와, 저항을 조합하여 설정한 기준전압과 입력전압을 비교하여 과전압인가 또는 저전압인가를 판단하는 비교기로 이루어진 전압검출부로 구성하되, 상기 카운터에서 발생하는 신호와 전압검출부로부터 출력되어지는 신호를 비교하여 그 신호가 과전압 또는 저전압 노이즈인지 아닌지를 판단하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 이상전압 검출회로.The multivibrator including an oscillator for generating a predetermined pulse wave in accordance with the oscillation period, the counter for detecting noise in accordance with the oscillation period of the oscillator, and the reference voltage set by combining the resistance and the input voltage are compared or applied. An electric vehicle comprising a voltage detector comprising a comparator for determining whether a low voltage is applied, and comparing the signal generated from the counter with a signal output from the voltage detector to determine whether the signal is an overvoltage or a low voltage noise. Abnormal voltage detection circuit. 제1항에 있어서, 상기 카운터는 멀티바이브레이터에서 출력되는 클럭펄스를 비동기신호로 입력받는 다수의 제이케이플립플롭과 상기 제이케이플립플롭을 조합하는 앤드게이트로 구성됨을 특징으로 하는 전기자동차의 이상전압 검출회로.The abnormal voltage of an electric vehicle according to claim 1, wherein the counter is composed of a plurality of J flip-flops that receive a clock pulse output from the multivibrator as an asynchronous signal, and an end gate combining the J flip-flops. Detection circuit. 제1항에 있어서, 전압검출부는 다수의 저항 및 콘덴서들의 조합에 의해 결정되는 전압값의 입력전압과 설정전압을 비교하는 비교기, 증폭기 및 포토커플러로 구성됨을 특징으로 하는 전기자동차의 이상전압 검출회로.The abnormal voltage detection circuit of an electric vehicle according to claim 1, wherein the voltage detector comprises a comparator, an amplifier, and a photocoupler for comparing an input voltage and a set voltage of a voltage value determined by a combination of a plurality of resistors and capacitors. .
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