KR100695405B1

KR100695405B1 - 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동제어회로

Info

Publication number: KR100695405B1
Application number: KR1020030084399A
Authority: KR
Inventors: 김종관
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2007-03-15
Also published as: KR20050050771A

Abstract

본 발명은 EPS 시스템의 모터 구동제어회로에 관한 것으로, 2개의 PWM 자원을 최대한 이용하여 모터의 구동을 제어하기 위한 각각의 PWM 신호를 출력하는 MCU와, 상기 MCU에서 출력되는 PWM 신호와 상기 MCU의 GPO0,GPO1단을 통해 출력되는 일반 스위칭 제어신호를 각각 논리적으로 조합하여 모터의 구동을 제어하기 위한 나머지 2개의 PWM 신호를 출력하는 각각의 논리 소자와, 상기 MCU에서 출력되는 각각의 PWM 신호와 상기 논리 소자를 통해 출력되는 각각의 PWM 신호에 따라 모터 회전방향과 PWM 듀티에 따른 FET 구동 제어신호를 출력하는 모터 구동 IC와, 상기 모터 구동 IC에서 출력되는 구동 제어신호에 따라 턴 온/오프 스위칭 동작하여 모터를 정방향 또는 역방향으로 구동 제어하는 H-브릿지 회로내 제1~제4 FET로 구성되는 것을 특징으로 하며, 오아 게이트와 같은 간단한 논리 소자를 이용하여 MCU의 PWM 자원중 2개의 자원만을 최대한 사용하여 각 PWM 자원에 대한 16비트 리졸루션 구현이 가능하다고 하는 장점과 함께, 필요에 따라 모터 구동제어를 위한 H-브릿지 회로내 제1~제4 FET의 스위칭을 독립적으로 제어할 수 있다고 하는 장점을 모두 갖게 되는 효과가 있다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동제어회로{MOTOR DRIVING CONTROL CIRCUIT IN EPS SYSTEM}

도 1은 종래의 제1실시예에 따른 EPS 시스템의 모터 구동제어회로를 보인 도면.

도 2는 종래의 제2실시예에 따른 EPS 시스템의 모터 구동제어회로를 보인 도면.

도 3은 본 발명에 따른 EPS 시스템의 모터 구동제어회로를 보인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : MCU 12 : 모터 구동 IC

13 : H-브릿지 회로 Q1,Q2,Q3,Q4 : 제1~제4 FET

M : 모터 U1,U2 : 제1,제2 오아 게이트

본 발명은 전동식 파워 스티어링(Electric Power Steering ; 이하, 'EPS'라 칭함) 시스템의 모터 구동제어회로에 관한 것으로, 특히 간단한 논리 소자를 이용하여 MCU(MicroController Unit)의 PWM(Pulse Width Modulation) 자원을 최대한 사 용함으로써 각 PWM 자원에 대한 16비트 리졸루션(Resolution) 구현이 가능하도록 하고, 이와 동시에 모터 구동제어를 위한 H-브릿지 회로내 제1~제4 FET를 독립적으로 제어할 수 있도록 한 EPS 시스템의 모터 구동제어회로에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 각종 입력센서에서 검출되는 전기적 신호를 입력받아 출력측의 각종 액츄에이터를 구동하기 위한 디지털 제어신호를 출력하는 차량용 전자 제어 장치(Electronic Control Unit ; 이하, 'ECU'라 칭함)가 구비되어 있다.

상기와 같은 ECU를 이용하여 차량의 속도에 따라 운전자 핸들의 조작력을 줄여주어 가볍고 신속한 조향 조작이 가능하도록 한 EPS 시스템은 차량의 속도를 검출하는 차속 센서, 차량의 조향각을 검출하는 조향각 센서, 운전자 핸들의 토오크를 검출하는 토오크 센서 등의 센서부와, 상기 센서부에서 검출되는 각종 입력신호에 따라 운전자 핸들의 조작력을 줄여주기 위한 모터 제어신호 및 구동신호를 출력하는 ECU와, 상기 ECU에서 출력되는 모터 제어신호 및 구동신호에 따라 모터의 구동을 제어하고, 모터의 구동에 따른 출력으로 스티어링 칼럼(Steering Column)을 구동시키는 모터 제어 및 구동부로 크게 이루어진다.

상기와 같이 구성된 EPS 시스템에서 실질적으로 모터를 구동제어하는 것은 도 1에 도시된 바와 같이 4개의 FET로 구성된 H-브릿지 회로(13)이고, 이 H-브릿지 회로(13)내 제1~제4 FET(Q1~Q4)는 MCU(11)의 PWM 신호(AH_PWM, AL_PWM, BH_PWM, BL_PWM )에 의해 동작하는 모터 구동 IC(Pre-driver)(12)의 구동 제어신호(AH_DRV, AL_DRV, BH_DRV, BL_DRV)에 따라 턴 온(Turn On)/턴 오프(Turn Off) 스위칭 동작함으로써 모터(M)를 정방향 또는 역방향으로 구동 제어하게 된다.

한편, 도 1에 도시된 종래 EPS 시스템의 모터 구동제어회로에 있어서, 상기 MCU(11)는 4개의 PWM0,PWM1,PWM2,PWM3 자원을 모두 이용하여 4개의 제1~제4 FET(Q1~Q4)를 각각 스위칭 제어하기 위한 PWM 신호, 즉 AH_PWM, AL_PWM, BH_PWM, BL_PWM을 모터 구동 IC(12)로 출력하도록 되어 있고, 도 2에 도시된 또 다른 종래 모터 구동제어회로에 있어서는 MCU(11)내 2개의 PWM0,PWM2 자원을 이용하여 4개의 제1~제4 FET(Q1~Q4)를 스위칭 제어하기 위한 AH_PWM, AL_PWM, BH_PWM, BL_PWM을 모터 구동 IC(12)로 출력하도록 되어 있다.

그러나, 상기 도 1에 도시된 모터 구동제어회로의 경우에는 MCU(11)내 4개의 PWM 자원(PWM0,PWM1,PWM2,PWM3)을 이용함에 따라 제1~제4 FET(Q1~Q4)를 독립적으로 제어할 수 있다고 하는 장점이 있는 반면에, MCU(11)내 4개의 PWM 자원(PWM0,PWM1,PWM2,PWM3)을 모두 이용함에 따라, 즉 MCU(11)내 PWM 자원의 부족으로 상기 PWM 자원 각각에 대하여 8비트 리졸루션 구현만이 가능하다고 하는 단점이 있다.

그리고, 상기 도 2에 도시된 모터 구동제어회로의 경우에는 MCU(11)의 PWM 자원중 2개의 자원(PWM0,PWM2)을 최대한 사용함에 따라 각 PWM 자원에 대하여 16비트 리졸루션 구현이 가능한 장점이 있는 반면에, 2개의 PWM 자원(PWM0,PWM2)만을 이용함에 따라 4개의 제1~제4 FET(Q1~Q4)를 독립적으로는 제어할 수 없다고 하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 오아 게이트(OR Gate)와 같은 간단한 논리 소자를 이용하여 MCU의 PWM 자원중 2개의 자원만(PWM0,PWM2)을 최대한 사용하여 각 PWM 자원에 대한 16비트 리졸루션 구현이 가능하도록 함과 동시에, 필요에 따라 모터 구동제어를 위한 H-브릿지 회로내 제1~제4 FET의 스위칭을 독립적으로 제어할 수 있도록 한 EPS 시스템의 모터 구동제어회로를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 EPS 시스템의 모터 구동제어회로는, 2개의 PWM 자원을 최대한 이용하여 모터의 구동을 제어하기 위한 각각의 PWM 신호를 출력하는 MCU와, 상기 MCU에서 출력되는 PWM 신호와 상기 MCU의 GPO0,GPO1단을 통해 출력되는 일반 스위칭 제어신호를 각각 논리적으로 조합하여 모터의 구동을 제어하기 위한 나머지 2개의 PWM 신호를 출력하는 각각의 논리 소자와, 상기 MCU에서 출력되는 각각의 PWM 신호와 상기 논리 소자를 통해 출력되는 각각의 PWM 신호에 따라 모터 회전방향과 PWM 듀티에 따른 FET 구동 제어신호를 출력하는 모터 구동 IC와, 상기 모터 구동 IC에서 출력되는 구동 제어신호에 따라 턴 온/오프 스위칭 동작하여 모터를 정방향 또는 역방향으로 구동 제어하는 H-브릿지 회로내 제1~제4 FET로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 EPS 시스템의 모터 구동제어회로의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 EPS 시스템의 모터 구동제어회로를 보인 도면으로서, 2개의 PWM 자원(PWM0,PWM2)을 최대한 이용하여 모터의 구동을 제어하기 위한 각각 의 PWM 신호(AH_PWM, BH_PWM)를 출력하는 MCU(11)와, 상기 MCU(11)에서 출력되는 PWM 신호(AH_PWM, BH_PWM)와 상기 MCU(11)의 GPO(General Purpose Output)0,GPO1단을 통해 출력되는 일반 스위칭 제어신호, 즉 GPO0,GPO1 신호를 각각 논리합하여 모터의 구동을 제어하기 위한 나머지 PWM 신호(AL_PWM, BL_PWM)를 출력하는 제1,제2 오아 게이트(OR Gate)(U1,U2)와, 상기 MCU(11)에서 출력되는 각각의 PWM 신호(AH_PWM, BH_PWM)와 상기 제1,제2 오아 게이트(U1,U2)를 통해 출력되는 각각의 PWM 신호(AL_PWM, BL_PWM)에 따라 모터 회전방향과 PWM 듀티에 따른 FET 구동 제어신호, 즉 AH_DRV, BH_DRV, AL_DRV, BL_DRV를 출력하는 모터 구동 IC(12)와, 상기 모터 구동 IC(12)에서 출력되는 구동 제어신호(AH_DRV, BH_DRV, AL_DRV, BL_DRV)에 따라 턴 온/오프 스위칭 동작하는 H-브릿지 회로(13)내 제1~제4 FET(Q1~Q4)와, 상기 H-브릿지 회로(13)내 제1~제4 FET(Q1~Q4)의 스위칭 동작에 따라 정방향 또는 역방항으로 구동하는 모터(M)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 EPS 시스템의 모터 구동제어회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 MCU(11)는 2개의 PWM 자원(PWM0,PWM2)을 최대한 이용하여 모터의 구동을 제어하기 위한 각각의 PWM 신호(AH_PWM, BH_PWM)를 발생한 후, 이를 모터 구동 IC(12)로 출력한다.

그리고, 제1 오아 게이트(U1)는 상기 MCU(11)에서 출력되는 PWM 신호(AH_PWM)와 상기 MCU(11)의 GPO0단을 통해 출력되는 일반 스위칭 제어신호인 GPO0 신호를 논리합하여 모터의 구동을 제어하기 위한 PWM 신호(AL_PWM)를 상기 모 터 구동 IC(12)로 출력한다.

또한, 제2 오아 게이트(U2) 역시 상기 MCU(11)에서 출력되는 PWM 신호(BH_PWM)와 상기 MCU(11)의 GPO1단을 통해 출력되는 일반 스위칭 제어신호인 GPO1 신호를 논리합하여 모터의 구동을 제어하기 위한 PWM 신호(BL_PWM)를 상기 모터 구동 IC(12)로 출력한다.

그러면, 상기 모터 구동 IC(12)는 상기 MCU(11) 및 제1,제2 오아 게이트(U1,U2)로부터 입력되는 PWM 신호(AH_PWM, BH_PWM, AL_PWM, BL_PWM)에 따라 모터 회전방향과 PWM 듀티에 따른 FET 구동 제어신호인 AH_DRV, BH_DRV, AL_DRV, BL_DRV를 발생하여 H-브릿지 회로(13)내 제1~제4 FET(Q1~Q4)의 각 게이트단으로 출력한다.

이후, 상기 H-브릿지 회로(13)내 제1~제4 FET(Q1~Q4)는 상기 모터 구동 IC(12)에서 출력되는 구동 제어신호(AH_DRV, BH_DRV, AL_DRV, BL_DRV)에 따라 턴 온/오프 스위칭 동작하여 모터(M)를 정방향 또는 역방항으로 구동 제어하도록 한다.

상기와 같이 동작하는 본 발명에 따른 EPS 시스템의 모터 구동제어회로에 있어서, 상기 MCU(11)의 PWM 자원중 2개의 자원(PWM0,PWM2)만을 최대한 사용함에 따라 PWM0, PWM2 자원에 대하여 16비트 리졸루션 구현이 가능하며, 또한 필요에 따라 상기 H-브릿지 회로(13)내 제1~제4 FET(Q1~Q4)를 독립적으로 제어할 수 있다.

즉, EPS 시스템상 고전류 상태인 경우, 상기 MCU(11)의 GPO0,GPO1단을 통해 출력되는 일반 스위칭 제어신호인 GPO0,GPO1 신호를 로우(Low)로 하여 제1,제2 오 아 게이트(U1,U2)의 일단에 출력하면, 도 2에 도시된 종래 모터 구동제어회로에서와 마찬가지로 MCU(11)의 PWM 자원(PWM0,PWM2)을 통해 출력되는 PWM 신호(AH_PWM, BH_PWM)의 값에 따라 나머지 PWM 신호(AL_PWM, BL_PWM)의 값이 정해져 상기 모터 구동 IC(12)로 출력되게 된다.

따라서, 모터(M)의 정방향 구동 제어시에는 상기 PWM 신호(AH_PWM, AL_PWM)에 따라 모터 구동 IC(12)에서 출력되는 모터 구동제어신호(AH_DRV, AL_DRV)에 의해 제1 FET(Q1) 및 제4 FET(Q4)만이 턴 온 스위칭 동작하고, 반대로 모터(M)의 역방향 구동 제어시에는 상기 PWM 신호(BH_PWM, BL_PWM)에 따라 모터 구동 IC(12)에서 출력되는 모터 구동제어신호(BH_DRV, BL_DRV)에 의해 제2 FET(Q2) 및 제3 FET(Q3)만이 턴 온 스위칭 동작하게 된다.

그리고, EPS 시스템상 저전류 상태인 경우, 즉 상기 H-브릿지 회로(13)내 제1~제4 FET(Q1~Q4)를 독립적으로 제어하고자 하는 경우, 상기 MCU(11)의 GPO0,GPO1단을 통해 출력되는 일반 스위칭 제어신호인 GPO0,GPO1 신호를 하이(High)로 하여 제1,제2 오아 게이트(U1,U2)의 일단에 출력한다.

그러면, 제1,제2 오아 게이트(U1,U2)에서 출력되는 PWM 신호(AL_PWM, BL_PWM)는 항상 하이의 값으로 모터 구동 IC(12)에 출력된다.

반면에, 상기 MCU(11)의 PWM 자원(PWM0,PWM2)을 통해 출력되는 PWM 신호(AH_PWM, BH_PWM)는 상기 제1, 제2 오아 게이트(U1,U2)에서 출력되는 PWM 신호(AL_PWM, BL_PWM)와 상관없이 하이 또는 로우의 값을 모터 구동 IC(12)로 출력하게 된다.

상기와 같이, 서로 독립적인 상기 PWM 신호(AH_PWM, AL_PWM)와 PWM 신호(AL_PWM, BL_PWM)에 따라 모터 구동 IC(12)에서 출력되는 모터 구동제어신호(AH_DRV, AL_DRV, BH_DRV, BL_DRV)에 의해 제1 FET(Q1) 및 제4 FET(Q4), 제2 FET(Q2) 및 제3 FET(Q3)는 서로 각각 독립적으로 스위칭 제어되게 된다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 오아 게이트와 같은 간단한 논리 소자를 이용하여 MCU의 PWM 자원중 2개의 자원만을 최대한 사용하여 각 PWM 자원에 대한 16비트 리졸루션 구현이 가능하다고 하는 장점과 함께, 필요에 따라 모터 구동제어를 위한 H-브릿지 회로내 제1~제4 FET의 스위칭을 독립적으로 제어할 수 있다고 하는 장점을 모두 갖게 되는 효과가 있다.

Claims

2개의 PWM 자원을 최대한 이용하여 모터의 구동을 제어하기 위한 각각의 PWM 신호를 출력하는 MCU와,

상기 MCU에서 출력되는 PWM 신호와 상기 MCU의 GPO0,GPO1단을 통해 출력되는 일반 스위칭 제어신호를 각각 논리적으로 조합하여 모터의 구동을 제어하기 위한 나머지 2개의 PWM 신호를 출력하는 각각의 논리 소자와,

상기 MCU에서 출력되는 각각의 PWM 신호와 상기 논리 소자를 통해 출력되는 각각의 PWM 신호에 따라 모터 회전방향과 PWM 듀티에 따른 FET 구동 제어신호를 출력하는 모터 구동 IC와,

상기 모터 구동 IC에서 출력되는 구동 제어신호에 따라 턴 온/오프 스위칭 동작하여 모터를 정방향 또는 역방향으로 구동 제어하는 H-브릿지 회로내 제1~제4 FET로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동제어회로.
제1항에 있어서,

상기 논리 소자가 제1, 제2 오아 게이트인 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동제어회로.