KR100608215B1 - 보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어장치 - Google Patents

보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어장치 Download PDF

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보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치는 블로워모터에 흐르는 전류와 구동 제어소자의 온도를 감지하여 이상 현상 발생시 블로워모터를 보호하기 위한 것이다. 본 발명은 블로워모터 구동 제어를 위한 트랜지스터 또는 FET의 제어소자, 제어소자의 패키지 자체에 접촉되어 온도를 감지하는 온도센서, 제어소자의 에미터 또는 소스단자와 그라운드 사이에 직렬 연결되어 블로워모터에 흐르는 전류를 감지하는 션트저항, 배터리 전압을 감지하는 전압감지부, 및 감지된 온도, 전류, 전압에 의해 열폭주, 과전류, 과전압이나 저전압 등의 이상 현상 발생을 판단하여 블로워모터 동작을 차단시켜 보호하기 위한 마이컴으로 구성된다. 따라서, 본 발명은 방열판이 아닌 제어소자 자체에 온도센서를 부착하여 온도범위를 광범위하게 설정할 수 있으며 보다 정확한 온도 감지를 수행할 수 있고, 방열판과의 접촉 불량시에도 보호기능을 수행할 수 있는 효과를 제공한다. 아울러, 과전류가 흐르거나 과전압 혹은 저전압 상태에서도 블로워모터의 보호를 할 수 있는 효과를 제공한다.
블로워모터, 제어소자, 온도센서, 션트저항, 전압감지

Description

보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치{A driving control apparatus for car cooperation blower motor be possessed of protection function}
도 1은 본 발명에 따른 보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치를 나타내는 블록도,
도 2는 도 1 마이컴의 블로워모터 보호기능을 수행하기 위한 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 전원부 20 : 전압감지부
30 : 마이컴 40 : 드라이브회로
50 : 제어소자 60 : 블로워모터
70 : 온도센서 80 : 션트저항
90 : 증폭부
본 발명은 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치에 관한 것으로서, 특히 방열판 온도 대신 트랜지스터 또는 FET의 제어소자 자체 온도와 블로워모터에 흐르 는 전류를 감지하여 이상 현상 발생시 블로워모터를 보호할 수 있는 보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 자동차의 에어컨이나 히터에는 냉,온풍 강제공급수단으로서 팬 및 팬을 구동하는 블로워모터(Blower Motor)와, 블로워모터를 구동하기 위한 블로워모터 구동장치가 설치되어 있다. 이러한 블로워모터 구동장치는 에어컨이나 히터와 연동된다.
현재 블로워모터 구동장치는 전기장 효과 트랜지스터(FET; Field Effect Transistor)소자를 이용한 선형 제어를 하고 있다. 즉, 블로워모터(Blower Motor)에 인가되는 배터리(Battery) 전압(Vmotor)은 차량용 배터리 전압(Vbat)에서 FET소자 양단에 걸리는 전압(Vds)를 뺀 전압이 걸리게 된다. 만약, FET 대신 트랜지스터를 제어소자로 이용한 경우에는 차량용 배터리 전압(Vbat)에서 트랜지스터 소자에 걸리는 전압(Vce)를 뺀 전압이 블로워모터에 걸리게 된다. 이는 다음과 같이 정리될 수 있다.
Vmotor = Vbat - Vds (FET의 경우)
Vmotor = Vbat - Vce (트랜지스터의 경우)
여기서, Vmotor는 블로워모터 인가 전압이고, Vbat는 배터리 전압, Vds는 FET 드레인과 소스 간 전압 강하를 의미한다. Vce는 트랜지스터 콜렉터와 에미터 간 전압 강하를 의미한다.
FET나 트랜지스터 등의 제어소자 양단에 걸리는 전압 강하는 열로 방출되는데 소자에 방열판(미도시)을 부착하여 열 방출을 하게 되는 구조를 가진다. 그리 고, 이 방열판 접촉부에 별도로 온도퓨즈(Thermal Fuse)를 부착하여 온도를 감지하고, 방열판의 방열 능력 이상 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 보호방법은 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. 즉, 온도퓨즈에 의한 보호기능은 단지 정상적인 조건에서 모터 구속시만을 보호하기 위한 기능만을 수행하게 된다. 따라서, 완벽한 보호기능을 가진 방법이라고 보기에는 무리가 있다. 또한, 온도퓨즈 융단시 FET모듈 전체를 교환해야 하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점들을 해결하기 위해, 방열판이 아닌 FET 또는 트랜지스터의 제어소자 자체의 온도를 감지하여 방열판과의 접촉 불량시에도 블로워모터를 보호할 수 있도록 한 보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 제어소자 자체 온도뿐 아니라 블로워모터에 흐르는 전류도 감지하여 과전류로부터 블로워모터를 보호하고, 배터리의 전압을 감지하여 과전압 및 저전압 상태에서도 동작을 제한하여 차량 전원 계통을 보호하는 완벽한 보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치를 제공함에 있다.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치는, 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치에 있어서, 상기 블로워모터 구동 제어를 위한 제어소자와, 상기 제어소자 자체의 온도를 감지하기 위한 온도감지부와, 상기 블로워모터에 흐르는 전류를 감지하기 위한 전류감지부와, 배터리 전압을 감지하는 전압감지부, 및 상기 감지된 온도, 전류, 전압에 의해 열폭주, 과전류, 과전압이나 저전압의 이상 현상 발생을 판단하여 상기 블로워모터 동작을 차단시키는 보호기능을 수행하기 위한 마이컴을 포함한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치의 구성을 나타낸다. 도 1에 나타낸 블로워모터 구동 제어 장치는 각 구성의 동작 전원 공급을 위한 전원부(10), 전원부(10)의 배터리 전압을 감지하기 위한 전압감지부(20), 및 블로워모터(60) 구동 제어를 위한 트랜지스터 또는 FET로 된 제어소자(50)를 구비한다. 도 1의 블로워모터 구동 제어 장치는 또한, 제어소자(50)를 구동시키기 위한 드라이브회로(40), 제어소자(50)의 온도 감지를 위한 온도센서(70), 및 블로워모터(60)에 흐르는 전류를 감지하기 위한 션트저항(80)를 구 비한다. 한편, 도 1의 블로워모터 구동 제어 장치는 블로워모터(60) 구동을 위한 제어신호를 발생하여 드라이브회로(40)로 인가하고, 감지된 전류, 온도, 전압을 입력받아 블로워모터(60) 보호기능을 수행하기 위한 마이크로콘트롤러(이하, '마이컴'이라 함)(30)를 구비한다. 여기에서 온도센서(70)는 제어소자(50)의 패키지 자체에 접촉된다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 블로워모터 구동장치에서의 블로워모터 보호기능을 위한 동작에 대해 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
전원부(10)는 역접속 방지 및 서지 보호회로, 회로 구동을 위한 정전압 발생회로 등을 포함하고 있으며, 배터리 전압을 공급원으로 하여 각 구성의 동작에 필요한 전원을 공급한다. 히터콘트롤(미도시)에서 블로워모터(60)를 제어하기 위한 신호를 발생하게 되면, 이 신호를 입력받는 마이컴(30)은 내부 연산에 의해 실제 모터 구동 전압과 일치하는 데이터를 출력한다. 드라이브회로(40)는 마이컴(30)의 출력에 따라 제어소자(50)를 구동시킨다. 여기서, 출력데이터는 일반적으로 펄스폭변조(PWM)신호로 발생되지만 드라이브회로(40)에서 R-C필터를 통해 아날로그 전압 값으로 변환된다. 제어소자(50)는 트랜지스터 또는 FET가 사용되는데, 여기서는 FET의 경우를 예로 한다.
FET 드레인은 블로워모터(60)와 연결되어 있고 드라이브회로(40)의 최종 출력은 게이트 입력으로 연결되어 FET를 구동하게 된다. FET 소스단자는 전류 감지를 위한 션트 저항(80)으로 연결되어 있으며, 온도감지를 위한 온도센서(70)가 FET의 패키지 자체에 접촉되는 구조를 갖는다. 전류의 경우 제어소자(50)의 에미터 또는 소스단자와 그라운드 사이에 션트저항(80)을 직렬로 구성하여 전류에 비례하 는 전압값을 마이컴(30)에서 읽어들이게 된다. 온도의 경우 제어소자(50)에 접촉된 온도센서(70)의 저항값을 마이컴(30)에서 읽어들여 온도로 환산하게 된다.
전압감지부(20)는 배터리 전압을 마이컴(30)의 A/D단자로 읽어들이기 위해 저항 분배를 통해 5V 레인지로 전압강하를 한 후 마이컴(30)에서 입력되어 지도록 설계되어 있다. 마이컴(30)은 A/D단자를 통해 배터리 전압을 선형적으로 읽어들인다. 전원부(10)의 배터리 전압의 감지는 일반적인 동작전압인 9V∼16V 사이에서만 동작할 수 있도록 하기 위한 것으로, 만일 차량 전원 계통의 이상으로 16V 이상의 전압이 인가되면 블로워모터(60)의 정격을 초과하게 되므로 모터에 손상을 입히게 됨을 방지한다. 또한, 9V 이하의 경우는 배터리가 방전된 상태로 판단하여 블로워모터(60)의 동작을 차단함으로써 전류소모를 없애 배터리의 완전 방전을 예방한다.
전류감지를 위한 션트저항(80)은 수 밀리오옴 단위를 가진다. 블로워모터(60)에 전류가 흐르기 시작하면 션트저항(80)에는 저항값과 전류값을 곱한 만큼 전압이 발생하게 된다. 그러나, 이 전압값은 매우 낮은 값이기 때문에 증폭부(90)에서 일정크기로 증폭한 후 마이컴(30)에서 A/D변환하게 된다. 마이컴(30)은 모터(60)에 흐르는 전류를 읽어들이게 됨으로써 과전류 보호기능을 수행할 수 있게 된다. 즉, 마이컴(30)은 미리 설정해 놓은 전류 이상이 유입되면 바로 블로워모터(60)의 구동을 차단한다.
온도감지의 경우 제어소자(50) 패키지의 표면에 부착된 온도센서(70) 즉, NTC 서미스터를 사용하기 때문에 온도가 상승하면 저항 온도센서(70) 저항값은 낮아지고 온도가 낮아지면 저항값은 증가하는 구조로 되어 있다. 따라서, 온도센서 (70)와 고정저항을 직렬로 연결하고 마이컴(30)에서 이 전압을 A/D변환하면 온도를 계산할 수 있다. 기존의 온도퓨즈 대신 NTC 서미스터 소자를 사용하면 오차범위를 최소화할 수 있고 온도범위를 광범위하게 설정할 수 있다. 또한, 방열판이 아닌 제어소자(50) 자체에 NTC 서미스터를 부착하므로 방열판과의 접촉 불량시에도 보호기능이 가능하며, 방열판을 통한 간접적인 온도감지가 아닌 소자 자체의 온도를 감지하는 직접 감지 방식으로 보다 정확한 온도 감지를 수행할 수 있다.
도 2에서, 마이컴(30)은 전원부(10)로부터의 전원 인가 여부를 판단하여(단계 201), 전원이 인가되면 리셋(RESET)되어 초기화 상태가 된다(단계 202). 초기화 상태에서, 마이컴(30)은 전압감지부(20)에서 감지되는 전원부(10)의 배터리 전압(Vbat)을 입력받아(단계 203), 과전압 또는 저전압 여부를 판단한다(단계 204). 마이컴(30)은 감지된 배터리 전압(Vbat)이 기설정된 동작전압 이상이면 과전압으로, 이하이면 저전압 상태로 판단하여 동작을 중지하고 정상전압이 될 때까지 대기한다(단계 205). 배터리 전압(Vbat)이 정상전압이면, 마이컴(30)은 히터콘트롤(미도시)로부터 제어신호가 입력되는 지를 감지하여(단계 206), 입력되면 이에 상응하는 블로워모터(60) 제어신호를 계산한다(단계 207). 마이컴(30)은 계산된 제어신호를 제어소자(50) 구동을 위한 PWM형태의 신호로 발생하여 블로워모터(60)를 구동시킨다(단계 208). 즉, 드라이브회로(40)는 마이컴(30)에서 발생되는 PWM신호에 따라 제어소자(50)의 트랜지스터 또는 FET소자를 구동시켜 블로워모터(60)의 동작을 제어한다.
한편, 마이컴(30)은 션트저항(80)을 통한 전류를 감지하여(단계 209), 과전 류가 흐르는 지 여부를 감지한다(단계 210). 단계 210의 감지결과 과전류 상태이면, 마이컴(30)은 단계 205로 돌아가 동작을 멈추고 대기한다. 정상적인 전류가 흐르면, 마이컴(30)은 온도센서(70)를 통해 온도를 감지한다(단계 211). 마이컴(30)은 온도센서(70)에서 감지된 온도가 제어소자(50) 동작 온도 이상으로 올라가는 열폭주 여부를 판단하여(단계 212), 열폭주 상태이면 단계 205로 돌아가 동작을 멈추고 대기한다. 온도센서(70)의 온도가 정상 온도일 경우 마이컴(30)은 단계 203으로 돌아가 단계를 반복 수행한다.
마이컴(30)은 부가적으로 전원, 온도, 전류 감지시 보호기능이 작동된 후 해제시에는 히스테리시스 구간을 두어 보호회로 동작 경계점 영역에서 발생할 수 있는 떨림현상(헌팅)을 방지하는 알고리즘을 가진다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치는, 방열판에 별도로 온도퓨즈를 부착하는 기존과 달리 FET 또는 트랜지스터의 제어소자 패키지 표면에 온도센서를 부착하여 제어소자 내부 온도를 직접 감지하고, 블로워모터에 흐르는 전류 및 배터리 전압을 감지하여 동작온도 이상으로 올라가거나 과전압 혹은 저전압 상태, 과전류 상태 등으로부터 블로워모터를 완벽하게 보호할 수 있는 효과를 갖는다. 아울러, 제조 공정상의 방열판에 온도퓨즈를 부착하고 기판에 납땜하는 공정을 삭제시킬 수 있으며, FET모듈을 교환할 필요없이 반 영구적으로 사용할 수 있는 효과도 갖는다.

Claims (7)

  1. 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치에 있어서,
    상기 블로워모터 구동 제어를 위한 제어소자;
    상기 제어소자 패키지 자체에 접촉되어 제어소자 자체 온도를 감지하기 위한 온도감지부;
    상기 블로워모터에 흐르는 전류를 감지하기 위한 전류감지부;
    배터리 전압을 감지하는 전압감지부; 및
    상기 감지된 온도, 전류, 전압에 의해 열폭주, 과전류, 과전압이나 저전압의 이상 현상 발생을 판단하여 상기 블로워모터 동작을 차단시키는 보호기능을 수행하기 위한 마이컴을 포함하는 보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 온도감지부는 상기 제어소자 패키지의 표면에 부착되는 NTC 서미스터로 된 온도센서를 구비함을 특징으로 하는 보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전류감지부는
    상기 블로워모터에 흐르는 전류에 비례하는 전압값을 발생하는 션트저항; 및
    상기 션트저항에서 발생된 전압값을 일정크기로 증폭하여 상기 마이컴으로 전달하기 위한 증폭부를 구비함을 특징으로 하는 보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 마이컴은 상기 전압감지부에서 감지되는 배터리 전압이 기설정된 동작전압 이상이면 과전압으로, 이하이면 저전압으로 판단하여 상기 블로워모터 구동 동작을 중지하고, 정상전압이 될 때까지 대기함을 특징으로 하는 보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 마이컴은 상기 전류감지부에서 감지되는 전류가 과전류상태이면 정상적인 전류가 흐를 때까지 상기 블로워모터 구동 동작을 중지하고 정상적인 전류가 흐를 때까지 대기함을 특징으로 하는 보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 마이컴은 상기 블로워모터에 정상적인 전류가 흐르면 상기 온도감지부에서 감지되는 온도가 상기 제어소자의 동작온도 이상으로 올라가는 열폭주 상태인지를 판단하여 열폭주 상태이면 블로워모터 구동 동작을 중지하고 정상온도가 될 때까지 대기함을 특징으로 하는 보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 마이컴은 보호기능을 작동한 후 해제시 히스테리시스 구간을 두어 동작 경계에서 발생하는 떨림현상(헌팅)을 방지하도록 함을 특징으로 하는 보호기능을 구비한 자동차용 공조 블로워모터 구동 제어 장치.
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