KR100746721B1 - 암-쇼트 현상을 방지하기 위한 전동식 파워 스티어링시스템의 모터 구동제어회로 - Google Patents

암-쇼트 현상을 방지하기 위한 전동식 파워 스티어링시스템의 모터 구동제어회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 암-쇼트 현상을 방지하기 위한 EPS 시스템의 모터 구동제어회로에 관한 것으로, 모터와, 이 모터를 구동하기 위해 턴 온/오프 동작하는 H-브릿지 회로내의 제1~제4 FET와, 이 제1~제4 FET를 턴 온오프 동작시켜 모터를 구동시키기 위한 PWM 신호를 출력하는 MCU와, 이 MCU의 PWM 신호에 따라 모터 회전방향과 PWM 듀티에 따른 FET 구동 제어신호를 상기 제1~제4 FET의 각 게이트단으로 출력하는 모터 구동 IC를 포함하여 이루어지는 EPS 시스템의 모터 구동제어회로에 있어서, 상기 H-브릿지 회로내 제1 FET의 게이트단에 역방향으로 연결되어 소정 전압 이상의 하이 신호가 입력되는 경우에 턴 온 동작하는 제1 제너 다이오드와 상기 제1 제너 다이오드에 베이스단이 연결되고 상기 제3 FET의 게이트단에 컬렉터단이 연결되어 제1 제너 다이오드가 턴 온되는 경우 입력되는 베이스 전류에 의해 스위칭 턴 온 동작하는 제1 트랜지스터로 이루어지는 제1 암-쇼트 방지부와, 상기 H-브릿지 회로내 제2 FET의 게이트단에 역방향으로 연결되어 소정 전압 이상의 하이 신호가 입력되는 경우에 턴 온 동작하는 제2 제너 다이오드와 상기 제2 제너 다이오드에 베이스단이 연결되고 상기 제4 FET의 게이트단에 컬렉터단이 연결되어 제2 제너 다이오드가 턴 온되는 경우 입력되는 베이스 전류에 의해 스위칭 턴 온 동작하는 제2 트랜지스터로 이루어지는 제2 암-쇼트 방지부를 더 포함하여 구성된다.

Description

암-쇼트 현상을 방지하기 위한 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동제어회로{MOTOR DRIVING CONTROL CIRCUIT IN EPS SYSTEM FOR ARM-SHORT PROTECTION}
도 1은 본 발명에 따른 암-쇼트 방지부를 구비한 EPS 시스템의 모터 구동제어회로를 보인 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : 제1 암-쇼트 방지부 12 : 제2 암-쇼트 방지부
M : 모터 Q1,Q2,Q3,Q4 : 제1~제4 FET
TR1,TR2 : 제1,제2 트랜지스터 ZD1,ZD2 : 제1,제2 제너 다이오드
본 발명은 전동식 파워 스티어링(Electric Power Steering ; 이하, 'EPS'라 칭함) 시스템의 모터 구동제어회로에 관한 것으로, 특히 간단한 스위칭 소자를 이용하여 MCU(Main Control Unit) 및 모터 구동 IC의 자체 오동작에 의해 발생되는 암-쇼트(Arm-Short) 현상을 미연에 방지할 수 있도록 한 암-쇼트 현상을 방지하기 위한 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 구동 제어하는 것은 도 1에 도시된 바와 같이 4개의 FET로 구성된 H-브릿지 회로이고, 이 H-브릿지 회로내의 제1~제4 FET(Q1~Q4)는 MCU에 의해 동작하는 모터 구동 IC의 구동 제어신호에 따라 턴 온(Turn On)/턴 오프(Turn Off) 동작함으로써 모터(M)를 구동하게 된다.
한편, 종래에는 상기 FET들중 제1 FET(Q1)와 제3 FET(Q3) 또는 제2 FET(Q2)와 제4 FET(Q4)가 동시에 턴 온 동작될 경우, 즉 암-쇼트 현상이 발생되면 상기 FET들에 과전류가 흘러 FET들이 파손되거나 또는 ECU에 화재를 유발할 가능성이 있는 문제점이 있었다.
이에 따라, 종래에는 상기와 같은 암-쇼트 현상을 방지하기 위해 MCU에서 상 기 FET들에 대해 소프트웨어적으로 턴 온/턴 오프의 딜레이 타임(Delay Time) 혹은 데드 타임(Dead Time)을 갖게 하여 암-쇼트 현상을 방지하도록 하였다.
그러나, 상기와 같이 종래에는 암-쇼트 현상을 방지하기 위한 어떠한 하드웨어적인 요소 없이 단지 상기 MCU에서 FET들에 대한 딜레이 타임만을 제어함에 따라 MCU 또는 모터 구동 IC 자체 오동작에 의해 암-쇼트 현상이 발생되는 것은 방지할 수 없었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 두 개의 트랜지스터(Transistor) 및 제너 다이오드(Zener Diode)를 이용하여 MCU 및 모터 구동 IC의 소프트웨어적인 오동작에 의해 발생되는 암-쇼트 현상을 방지함으로써 FET의 파손 및 ECU의 손상을 미연에 방지할 수 있도록 한 암-쇼트 현상을 방지하기 위한 EPS 시스템의 모터 구동제어회로를 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 암-쇼트 현상을 방지하기 위한 EPS 시스템의 모터 구동제어회로는, 모터와, 이 모터를 구동하기 위해 턴 온/오프 동작하는 H-브릿지 회로내의 제1~제4 FET와, 이 제1~제4 FET를 턴 온/오프시켜 모터를 구동시키기 위한 PWM 신호를 출력하는 MCU와, 이 MCU의 PWM 신호에 따라 모터 회전방향과 PWM 듀티에 따른 FET 구동 제어신호를 상기 제1~제4 FET의 각 게이트단으로 출력하는 모터 구동 IC를 포함하여 이루어지는 EPS 시스템의 모터 구동제어회로에 있어서, 상기 H-브릿지 회로내 제1 FET의 게이트단에 역방향으로 연결되어 소 정 전압 이상의 하이 신호가 입력되는 경우에 턴 온 동작하는 제1 제너 다이오드와 상기 제1 제너 다이오드에 베이스단이 연결되고 상기 제3 FET의 게이트단에 컬렉터단이 연결되어 제1 제너 다이오드가 턴 온되는 경우 입력되는 베이스 전류에 의해 스위칭 턴 온 동작하는 제1 트랜지스터로 이루어지는 제1 암-쇼트 방지부와, 상기 H-브릿지 회로내 제2 FET의 게이트단에 역방향으로 연결되어 소정 전압 이상의 하이 신호가 입력되는 경우에 턴 온 동작하는 제2 제너 다이오드와 상기 제2 제너 다이오드에 베이스단이 연결되고 상기 제4 FET의 게이트단에 컬렉터단이 연결되어 제2 제너 다이오드가 턴 온되는 경우 입력되는 베이스 전류에 의해 스위칭 턴 온 동작하는 제2 트랜지스터로 이루어지는 제2 암-쇼트 방지부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 암-쇼트 현상을 방지하기 위한 EPS 시스템의 모터 구동제어회로의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 암-쇼트 현상을 방지하기 위한 EPS 시스템의 모터 구동제어회로를 보인 도면으로서, 모터(M)와, 배터리(BAT)로부터 전원을 공급받고, MCU에 의해 동작하는 모터 구동 IC의 FET 구동 제어신호에 따라 턴 온/오프 동작함으로써 상기 모터(M)를 구동하는 H-브릿지 회로내의 제1~제4 FET(Q1~Q4)와, 상기 제1~제4 FET(Q1~Q4)의 암-쇼트 현상을 방지하기 위한 제1,제2 암-쇼트 방지부(11,12)로 구성된다.
이때, 상기 MCU(미도시)는 상기 제1~제4 FET(Q1~Q4)를 턴 온/오프시켜 모터(M)를 구동시키기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 발생하여 모터 구 동 IC(미도시)로 출력한다.
그러면, 상기 모터 구동 IC는 상기 PWM 신호에 따라 모터 회전방향과 PWM 듀티(Duty)에 따른 FET 구동 제어신호를 AH_GATE 신호, BH_GATE 신호, BL_GATE 신호, AL_GATE 신호로 각각 제1~제4 FET(Q1~Q4)의 게이트 입력단에 출력한다.
이후, 제1~제4 FET(Q1~Q4)는 각 게이트 입력단으로 인가되는 AH_GATE 신호, BH_GATE 신호, BL_GATE 신호, AL_GATE 신호에 따라 턴 온/오프 동작하여 모터(M)의 구동을 제어하게 된다.
그리고, 상기 제1 암-쇼트 방지부(11)는 제1 FET(Q1)의 게이트단인 AH_GATE 신호 입력단에 역방향으로 연결되어 소정 전압 이상의 하이(High)의 AH_GATE 신호가 입력되는 경우에 턴 온 동작하는 제1 제너 다이오드(ZD1)와, 상기 제1 제너 다이오드(ZD1)에 베이스단이 연결되고 제3 FET(Q3)의 게이트단인 BL_GATE 신호 입력단에 컬렉터단이 연결되어 제1 제너 다이오드(ZD1)가 턴 온되는 경우 입력되는 베이스 전류에 의해 스위칭 턴 온 동작하는 제1 트랜지스터(TR1)로 구성된다.
마찬가지로, 상기 제2 암-쇼트 방지부(12)는 제2 FET(Q2)의 게이트단인 BH_GATE 신호 입력단에 역방향으로 연결되어 소정 전압 이상의 하이의 BH_GATE 신호가 입력되는 경우에 턴 온 동작하는 제2 제너 다이오드(ZD2)와, 상기 제2 제너 다이오드(ZD2)에 베이스단이 연결되고 제4 FET(Q4)의 게이트단인 AL_GATE 신호 입력단에 컬렉터단이 연결되어 제2 제너 다이오드(ZD2)가 턴 온되는 경우 입력되는 베이스 전류에 의해 스위칭 턴 온 동작하는 제2 트랜지스터(TR2)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 암-쇼트 현상을 방지하기 위한 EPS 시스 템의 모터 구동제어회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, MCU에서 PWM 신호를 발생하여 모터 구동 IC로 출력하면, 모터 구동 IC에서는 상기 PWM 신호에 따라 모터 회전방향과 PWM 듀티에 따른 FET 구동 제어신호, 즉 AH_GATE 신호, BH_GATE 신호, BL_GATE 신호, AL_GATE 신호를 각각 제1~제4 FET(Q1~Q4)의 게이트단에 출력함으로써 제1~제4 FET(Q1~Q4)의 턴 온/오프 동작을 통해 모터(M)의 구동을 제어한다.
한편, 상기 MCU 또는 모터 구동 IC 자체 오동작에 의해 소정 전압 이상의 하이(20V)의 AH_GATE 신호와 BL_GATE 신호가 동시에 제1 FET(Q1)와 제3 FET(Q3)의 게이트단으로 입력되게 되면 암-쇼트 현상이 발생하게 되는데, 이때 상기 제1 암-쇼트 방지부(11)를 통해 상기 제1 FET(Q1)와 제3 FET(Q3)가 동시에 턴 온 동작되지 않도록 제어한다.
즉, 제1 FET(Q1)의 게이트단에 소정 전압 이상의 하이(20V)의 AH_GATE 신호가 입력되면 제1 FET(Q1)가 턴 온 동작되며, 이때 상기 20V라고 하는 소정 전압 이상의 신호가 제1 암-쇼트 방지부(11)내 제1 제너 다이오드(ZD1)의 역방향으로 입력되어 제1 제너 다이오드(ZD1) 역시 턴 온되면서 제1 트랜지스터(TR1)의 베이스단에 전류가 인가되게 된다.
결국, 상기 제1 트랜지스터(TR1)는 스위칭 턴 온 동작되고, 이에 따라 제3 FET(Q3)의 게이트단에 입력되는 하이(20V)의 BL_GATE 신호는 그라운드 레벨(Ground Level)로 풀 다운(Pull Down)되면서 제3 FET(Q3)가 턴 온 동작되는 것을 방지하게 된다.
마찬가지로, 상기 MCU 또는 모터 구동 IC 자체 오동작에 의해 소정 전압 이상의 하이(20V)의 BH_GATE 신호와 AL_GATE 신호가 동시에 제2 FET(Q2)와 제4 FET(Q4)의 게이트단으로 입력되는 경우 상기 제2 암-쇼트 방지부(12)를 통해 상기 제2 FET(Q2)와 제4 FET(Q4)가 동시에 턴 온 동작되지 않도록 제어하여 하여 암-쇼트 현상의 발생을 미연에 방지한다.
즉, 제2 FET(Q2)의 게이트단에 소정 전압 이상의 하이(20V)의 BH_GATE 신호가 입력되면 제2 FET(Q2)가 턴 온 동작되며, 이때 상기 20V라고 하는 소정 전압 이상의 신호가 제2 암-쇼트 방지부(12)내 제2 제너 다이오드(ZD2)의 역방향으로 입력되어 제2 제너 다이오드(ZD2) 역시 턴 온되면서 제2 트랜지스터(TR2)의 베이스단에 전류가 인가되게 된다.
결국, 상기 제2 트랜지스터(TR2)는 스위칭 턴 온 동작되고, 이에 따라 제4 FET(Q4)의 게이트단에 입력되는 하이(20V)의 AL_GATE 신호는 그라운드 레벨로 풀 다운되면서 제4 FET(Q4)가 턴 온 동작되는 것을 방지하게 된다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 EPS 시스템에서의 모터를 구동 제어하는 회로에 있어서, 4개의 FET로 이루어지는 H-브릿지 회로내에 제너 다이오드와 스위칭 소자로 구성된 암-쇼트 방지부를 추가 구현함으로써 MCU 및 모터 구동 IC의 자체 소프트웨어적인 오동작에 의해 발생되는 암-쇼트 현상을 방지함으로써 FET의 파손 및 ECU의 손상을 미연에 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 모터와, 이 모터를 구동하기 위해 턴 온/오프 동작하는 H-브릿지 회로내의 제1~제4 FET와, 이 제1~제4 FET를 턴 온/오프시켜 모터를 구동시키기 위한 PWM 신호를 출력하는 MCU와, 이 MCU의 PWM 신호에 따라 모터 회전방향과 PWM 듀티에 따른 FET 구동 제어신호를 상기 제1~제4 FET의 각 게이트단으로 출력하는 모터 구동 IC를 포함하여 이루어지는 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동제어회로에 있어서,
    상기 H-브릿지 회로내 제1 FET의 게이트단에 역방향으로 연결되어 소정 전압 이상의 하이 신호가 입력되는 경우에 턴 온 동작하는 제1 제너 다이오드와 상기 제1 제너 다이오드에 베이스단이 연결되고 상기 제3 FET의 게이트단에 컬렉터단이 연결되어 제1 제너 다이오드가 턴 온되는 경우 입력되는 베이스 전류에 의해 스위칭 턴 온 동작하는 제1 트랜지스터로 이루어지는 제1 암-쇼트 방지부와,
    상기 H-브릿지 회로내 제2 FET의 게이트단에 역방향으로 연결되어 소정 전압 이상의 하이 신호가 입력되는 경우에 턴 온 동작하는 제2 제너 다이오드와 상기 제2 제너 다이오드에 베이스단이 연결되고 상기 제4 FET의 게이트단에 컬렉터단이 연결되어 제2 제너 다이오드가 턴 온되는 경우 입력되는 베이스 전류에 의해 스위칭 턴 온 동작하는 제2 트랜지스터로 이루어지는 제2 암-쇼트 방지부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 암-쇼트 현상을 방지하기 위한 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동제어회로.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR19980027255U (ko) * 1996-11-14 1998-08-05 배순훈 개선된 스위칭 트랜지스터
KR19990033905A (ko) * 1997-10-27 1999-05-15 오상수 모터용 인버터의 게이트 구동장치

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