KR101131061B1 - 배터리 쇼트 검출 회로 및 이를 갖는 전자제어장치 - Google Patents

배터리 쇼트 검출 회로 및 이를 갖는 전자제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 솔레노이드 밸브의 배터리 쇼트 검출 회로 및 이를 갖는 전자제어장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브의 배터리 쇼트 검출 회로는 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드의 전압을 충전하는 충전 경로 및 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드로 방전하는 방전 경로를 구비하되, 상기 솔레노이드 밸브의 정상 상태시에는 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드의 전압에 무관하게 패스 신호를 상기 전자제어장치로 출력하고, 상기 솔레노이드 밸브의 비정상 상태시에는 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드의 전압에 따른 충전 전압을 페일 신호로서 상기 전자제어장치로 출력하며, 충전 경로를 통해 충전되는 속도에 비해 방전 경로를 통해 방전되는 속도가 더 빠르다. 그리하여, 본 발명은 차량에서 다양한 원인으로 인해 솔레노이드 밸브가 쇼트되는 현상이 발생하는 경우에 이를 검출할 수 있다.
전자제어장치, 솔레노이드 밸브, 배터리 쇼트 검출, 전류 검출

Description

배터리 쇼트 검출 회로 및 이를 갖는 전자제어장치{CIRCUIT FOR DETECTING BATTERY SHORT AND ELECTRICAL CONTROL UNIT HAVING THE SAME}
도 1은 솔레노이드 밸브를 제어하기 위한 종래의 전자제어장치의 일례를 보인 블록도.
도 2는 도 1에서 전류검출부의 구체적 예를 보인 회로도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 제어를 위한 전자제어장치의 구성을 보인 블록도.
도 4는 도 3에서의 배터리 쇼트 검출부와 솔레노이드 코일 및 솔레노이드 구동부 간의 연결을 보인 회로도.
도 5는 도 4에서의 배터리 쇼트 검출부의 일례를 보인 회로도.
도 6은 도 5의 배터리 쇼트 검출부의 동작을 설명하기 위한 회로도.
도 7은 도 6에서의 배터리 쇼트 검출부의 정상 상태시 각 소자들에 걸리는 전압을 예시한 그래프.
도 8은 도 6에서의 배터리 쇼트 검출부의 정상 상태 및 비정상 상태시의 배터리 쇼트 검출부의 커패시터의 전압을 예시한 그래프.
도 9는 도 8에서의 구간 t1에서 구간 t2 사이의 변화를 설명하기 위한 그래프.
도 10은 도 8에서의 구간 t2에서 구간 t3 사이의 변화를 설명하기 위한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 솔레노이드 밸브 120 : 배터리
130 : 제어부, MCU 140 : 전류 검출부
150 : 솔레노이드 구동부 160 : 전자제어장치, ECU
170 :배터리 쇼트 검출부, 비대칭 충방전부
L : 솔레노이드 코일 V1 : 배터리 전압
S1 : 펄스폭 변조신호 152 : 스위칭 트랜지스터
N1, N2 : 노드 D1 : 프리휠링 다이오드
R10, R20 : 저항 C : 커패시터
D20 : 다이오드 SW1 : 스위치
본 발명은 솔레노이드 밸브의 배터리 쇼트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 솔레노이드 밸브의 배터리 쇼트시 이를 검출할 수 있는 비대칭 충/방전 회로 및 이를 전자제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에는 ESP나 ABS/TCS 등의 차량의 자세와 브레이크 시스템에 관한 전자제어장치(Electrical Control Unit)가 구비되어 있다. 이와 같은 전자제 어장치의 제어에 따라 솔레노이드 밸브를 구비하는 유압 장치가 온(on) 또는 오프(off)되면서 차륜들의 제동력을 조절하여 차량의 자세 제어 등이 수행된다.
이러한 유압장치의 솔레노이드 밸브는 통상적으로 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation;PWM) 신호에 의해 제어되는데, 펄스폭 변조 신호의 듀티비(duty-ratio)를 조절하고 그에 따라 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 제어함으로써 제어된다. 종래의 전자제어장치의 구성을 도 1 및 도 2를 참조하여 간략히 살펴보면 이하와 같다.
도 1은 솔레노이드 밸브를 제어하기 위한 종래의 전자제어장치의 일례를 보인 블록도로서, 도 1을 참조하면, 종래의 전자 제어 장치(60)는 펄스폭 변조(PWM) 신호를 생성하는 제어부(30), 상기 제어부(30)에서 생성한 펄스폭 변조 신호에 의해 온 또는 오프되는 스위칭 소자(미도시)를 포함하는 솔레노이드 구동부(50), 솔레노이드 밸브(10)를 구성하는 솔레노이드 코일(미도시)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부(40)를 구비한다.
도 2는 도 1에서 전류검출부(40)의 구체적 예를 보인 회로도로서, 도 2를 참조하면, 외부제어신호(예를 들면, 차속 센서로부터 차속 신호가 파워 스티어링 시스템을 전반적으로 제어하는 제어신호)와 솔레노이드 코일(L)에 흐르는 전류량을 나타내는 궤환 신호를 비교하여 상기 신호들의 레벨 차에 상응하는 듀티비를 갖는 펄스폭 변조 신호를 발생하는 제어부(30), 상기 제어부(30)에서 발생한 펄스폭 변조 신호에 의하여 온 또는 오프 동작하도록 제어되는 스위칭 트랜지스터(52), 상기 스위칭 트랜지스터(52)의 드레인(drain) 단자에 직렬로 연결되는 션트 저항(R1), 상기 션트 저항(R1) 및 솔레노이드 코일(L)에 병렬로 연결되는 프리 휠링(free wheeling) 다이오드(D1), 그리고 상기 션트 저항(R1)에 인가된 전압에 해당되는 전류값으로 검출하는 전류 검출부(40)가 도시되어 있다.
전류 검출부(40)와 션트 저항(R1)의 연결 관계를 살펴보면, 전류 검출부(40)의 션트 저항(R1)의 일단이 저항(R2) 및 분압용 저항(R3)을 거쳐 연산 증폭기(42)의 비반전(+) 입력 단자에 연결되며, 션트 저항(R1)의 타단은 저항(R4)을 거쳐 연산 증폭기(42)의 반전(-) 입력 단자에 연결되고, 연산 증폭기(42)의 출력단과 반전(-) 입력단 사이에는 궤환용 저항(R5)이 배치된다. 그리하여, 저항(R3)에 의해 분압된 전압은 연산 증폭기(42)의 비반전(+) 단자에 입력되며, 저항(R4)에 인가되는 전압은 연산 증폭기(42)의 반전(-) 단자에 입력되고, 연산 증폭기(42)의 전류 검출을 위해 궤환 저항(R5)이 연산 증폭기(42)의 반전(-) 단자로 궤환한다. 그리고, 연산 증폭기(42)의 출력(Vout)은 전류 검출부(40)의 출력으로서 제어부(30)로 제공된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(30)가 외부 제어신호(미도시)와 전류 검출부(40)로부터 인가되는 신호(Vout)를 비교하여 소정의 듀티비를 갖는 펄스폭 변조 신호를 생성하여 스위칭 트랜지스터(52)를 제어한다. 그리고, 그에 따라 스위칭 트랜지스터(52)의 온 또는 오프 구간이 결정되어, 솔레노이드 코일(L)에 흐르는 전류가 제어된다.
이와 같은 전자 제어 장치와 솔레노이드 밸브 간의 관계에서, 차량에서 차체 내의 전기 장치에 전력을 공급하기 위한 전기 배선 셋(set)인 와이어링 하니 스(wiring harness)의 찍힘이나 각종 인입선의 손상 등의 다양한 원인으로 인해, 솔레노이드 밸브가 쇼트(short)되는 현상이 빈번히 발생한다. 만일 솔레노이드 밸브가 쇼트가 발생하는 경우, 전류 검출부(40)에서 검출에 사용되는 노드의 전압이 배터리 전압(V1)을 갖게 되므로, 이러한 쇼트 현상은 통상적으로 배터리 쇼트(battery short)로 불리운다. 따라서, 이하의 설명에서는 배터리 쇼트라 명명하도록 한다.
상기 배터리 쇼트가 발생하는 경우, 전류 검출부(40)는 최대 전류를 검출하게 되므로, 제어부(30)에서는 펄스폭 변조 신호에서의 듀티비를 최소로 가져가게 된다. 따라서, 최소 제한 폭을 갖는 펄스폭 변조 신호에 의해 스위칭 트랜지스터(52)의 온 상태도 또한 최소로 되지만, 스위칭 트랜지스터(52)의 최소 온 상태에 상응하도록 솔레노이드 코일에 흐르는 전류가 제어되지는 않는다. 그러나, 이러한 솔레노이드 코일의 비정상 상태에도 불구하고, 제어부(30)는 솔레노이드 코일에 최대 전류가 흐르므로, 전류를 줄이기 위해 계속해서 듀티비를 최소로 하여 펄스폭 변조 신호를 생성하여 스위칭 트랜지스터(52)를 제어하므로, 배터리 쇼트가 발생한 상태인지 아닌지를 검출하는 것이 매우 어려운 실정이다.
따라서, 솔레노이드 밸브에서 배터리 쇼트가 발생한 경우에 이러한 배터리 쇼트가 발생하였는지를 검출할 수 있는 방안이 절실히 요구된다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 차량에서 다양한 원인으로 인해 솔레노이드 밸브가 쇼트되는 현상이 발생한 경우에 이를 검출하기 위한 배터리 쇼트 검출 회로 및 이를 갖는 전자제어장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 배터리 쇼트 발생으로 인해 전자제어장치의 제어부에서 최소 듀티비를 갖는 펄스폭 변조 신호를 생성하고 있음에도 불구하고 솔레노이드 밸브의 정상 상태시 그의 제어를 위해 제어부에서 최소 듀티비를 갖는 펄스폭 변조 신호를 생성하는 경우와 구별이 되지 않아, 이를 검출할 수 없었던 종래의 전자제어회로의 문제점을 개선할 수 있는 배터리 쇼트 검출 회로 및 이를 갖는 전자제어장치를 제공함에 있다.
상기의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따라 솔레노이드 밸브를 제어하기 위한 전자제어장치는, 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 제어부; 및 상기 솔레노이드 밸브의 정상 상태시에는 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드의 전압에 무관하게 패스 신호를 상기 제어부로 출력하고, 상기 솔레노이드 밸브의 비정상 상태시에는 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드의 전압에 따른 충전 전압을 페일 신호로서 상기 제어부로 출력하는 배터리 쇼트 검출부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 솔레노이드 밸브의 정상 상태는 상기 솔레노이드 밸브가 상기 제어부로부터 출력되는 펄스폭 변조 신호에 의해 구동되어 상기 솔레노이드 밸브의 전류가 제어 가능한 상태이고, 상기 솔레노이드 밸브의 비정상 상태는 상기 솔레노이드 밸브가 쇼트되어 상기 솔레노이드 밸브와 상기 배터리 쇼트 검출부 간의 연결 노드의 전압이 배터리 전압으로 됨으로써 상기 솔레노이드 밸브의 전류가 제어 불능인 상태일 수 있다.
상기 배터리 쇼트 검출부는 충전 경로를 통해 충전되는 속도에 비해 방전 경로를 통해 방전되는 속도가 더 빠른 것이 바람직하다.
따라서, 상기 배터리 쇼트 검출부는, 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드와 접지단 사이에 연결되는 커패시터; 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드와 상기 커패시터의 비접지단 사이에 직렬로 연결되는 제1 저항; 상기 제1 저항에 병렬로 연결되며, 상기 제1 저항의 저항값보다 작은 저항값을 갖는 제2 저항; 및 상기 커패시터에서 상기 제2 저항 방향의 전류 흐름이 순방향이 되도록 상기 제2 저항에 직렬로 연결되는 다이오드를 구비할 수 있다.
나아가, 상기 전자제어장치는 상기 솔레노이드 밸브의 전류를 검출하기 위한 전류 검출부를 더 구비하여, 전류 검출 결과에 따라 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 조절함으로써 상기 솔레노이드 밸브의 전류를 제어할 수 있다.
상기의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 전자제어장치에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브의 배터리 쇼트 검출 회로는, 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드의 전압을 충전하는 충전 경로; 및 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드로 방전하는 방전 경로를 구비하되, 상기 솔레노이드 밸브의 정상 상태시에는 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드의 전압에 무관하게 패스 신호를 상기 전자제어장치로 출력하고, 상기 솔레노이드 밸브의 비정상 상태시에는 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드의 전압에 따른 충전 전압을 페일 신호로서 상기 전자제어장치 로 출력하며, 충전 경로를 통해 충전되는 속도에 비해 방전 경로를 통해 방전되는 속도가 더 빠른 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 배터리 쇼트 검출 회로는 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드와 접지단 사이에 연결되는 커패시터; 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드와 상기 커패시터의 비접지단 사이에 직렬로 연결되는 제1 저항; 상기 제1 저항에 병렬로 연결되며, 상기 제1 저항의 저항값보다 작은 저항값을 갖는 제2 저항; 및 상기 커패시터에서 상기 제2 저항 방향의 전류 흐름이 순방향이 되도록 상기 제2 저항에 직렬로 연결되는 다이오드를 구비할 수 있다.
상기 충전 경로는 상기 제1 저항과 상기 커패시터를 따르는 경로일 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 설명들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명에 대한 보다 철저한 이해를 돕기 위한 의도 이외에는 다른 의도없이 예를 들어 도시되고 한정된 것에 불과하므로, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 사용되어서는 아니될 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 제어를 위한 전자제어장치의 구성을 보인 블록도이다.
도 3을 참조하면, 솔레노이드 밸브(100)를 제어하기 위한 전자제어장치(160)는, 제어부(130), 전류 검출부(140), 솔레노이드 구동부(150) 및 배터리 쇼트 검출부(170)를 구비한다. 상기 배터리 쇼트 검출부(170)는 충전 경로를 통한 충전 속도와 방전 경로를 통한 방전 속도가 달라 대칭적이지 아니하다는 의미에서 이하에서 는 비대칭 충방전부로도 불리운다. 그리고, 상기 솔레노이드 밸브(100)를 구동하기 위한 전원을 제공하는 배터리(120)가 도시되어 있다.
상기 제어부(130)는 펄스폭 변조 신호(미도시)를 생성하여 상기 솔레노이드 구동부(150)를 제어한다. 펄스폭 변조 신호의 듀티비는 상기 전류 검출부(140)에 의해 검출된 솔레노이드 밸브(100)의 전류에 따라 결정된다.
상기 전류 검출부(140)는 상기 솔레노이드 밸브(100)의 전류를 검출한다. 상기 전류 검출부(140)의 예는 다양한 형태들이 존재하고, 앞서 도 2에서의 전류 검출부(40)도 상기 전류 검출부(140)의 일 예이다.
상기 솔레노이드 구동부(150)는 상기 제어부(130)에서 생성한 펄스폭 변조 신호의 제어를 받아 상기 솔레노이드 밸브(100)를 구동시키기 위한 부분으로서, 상기 솔레노이드 구동부(150)는 상기 펄스폭 변조 신호에 의해 온 또는 오프되는 스위칭 소자(미도시)를 포함한다. 미도시된 상기 스위칭 소자의 예는 도 4의 참조번호 152에 예시되어 있다.
상기 배터리 쇼트 검출부(170)는 상기 솔레노이드 밸브(100)의 정상 상태시에는 상기 솔레노이드 밸브(100)와의 연결 노드의 전압에 무관하게 패스(pass) 신호를 제어부(130)로 출력하고, 솔레노이드 밸브(100)의 비정상 상태시에는 솔레노이드 밸브(100)와의 연결 노드의 전압에 따른 충전 전압을 페일(fail) 신호로서 제어부(130)로 출력한다.
여기서, 상기 솔레노이드 밸브(100)의 정상 상태는 상기 솔레노이드 밸브(100)가 상기 제어부(130)로부터 출력되는 펄스폭 변조 신호에 의해 구동되어 상 기 솔레노이드 밸브(100)를 흐르는 전류가 제어 가능한 상태이다. 그리고, 상기 솔레노이드 밸브(100)의 비정상 상태는 상기 솔레노이드 밸브(100)와 상기 솔레노이드 밸브(100)의 구동을 위한 배터리(120) 간에 쇼트(short)가 발생하여 상기 솔레노이드 밸브(100)를 흐르는 전류가 제어 불능인 상태일 수 있다.
상기 솔레노이드 밸브(100)의 비정상 상태 즉 쇼트가 발생한 상태는 부연 설명하자면, 차량에서 차체 내의 전기 장치에 전력을 공급하기 위한 전기 배선 셋(set)인 와이어링 하니스의 찍힘이나 각종 인입선의 손상 등의 다양한 원인으로 인해, 상기 솔레노이드 밸브(100)가 쇼트되는 현상으로 볼 수 있다. 이러한 쇼트 현상 즉 배터리 쇼트가 발생하는 경우, 상기 전류 검출부(140)에서 검출에 사용되는 노드의 전압이 배터리 전압을 갖게 되므로, 상기 솔레노이드 밸브(100)의 동작에 오류를 일으키게 된다. 즉, 상기 솔레노이드 밸브(100)가 제대로 온 또는 오프되지 않아 차륜들의 자세 제어가 정확하게 수행되지 않게 된다.
상기 배터리 쇼트 검출부(170)는 충전 경로를 통해 충전되는 속도에 비해 방전 경로를 통해 방전되는 속도가 더 빠른 것이 바람직하다. 그 이유는 이하의 예를 통해 설명된다.
예를 들어, 상기 솔레노이드 밸브(100)가 비정상 상태인 경우에는 솔레노이드 밸브(100)와 상기 솔레노이드 밸브(100)의 구동을 위한 배터리(120) 간에 쇼트가 발생하여, 상기 솔레노이드 밸브(100)와 상기 배터리 쇼트 검출부(170)가 연결된 노드의 전압이 배터리 전압이 된다. 그 경우, 상기 솔레노이드 밸브(100)와 상기 배터리 쇼트 검출부(170)가 연결된 노드는 오프되는 구간이 없는 직류(DC) 전압 을 유지하게 된다. 따라서, 상기 배터리 쇼트 검출부(170)는 충전 경로를 통하여 계속하여 충전되어지고, 방전되지 않는다. 그리고, 소정의 시간이 경과한 이후에는 상기 제어부(130)가 페일로 판정할 수 있는 소정 레벨의 전압 이상으로 충전되게 되고, 그 경우에 상기 제어부(130)에서 페일로 판정하여 상기 솔레노이드 밸브(100)에 배터리 쇼트가 발생하였음을 알 수 있게 된다. 이와 같이 상기 솔레노이드 밸브(100)가 비정상 상태에 있는 경우라 할지라도, 종래에는 상기 전류 검출부(140)에 의해 최대 전류가 검출되므로, 상기 제어부(130)에서는 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 최소값으로 하여 펄스폭 변조 신호를 생성하여 스위칭 트랜지스터(미도시)를 제어하여 상기 솔레노이드 밸브(100)로 흐르는 전류를 감소시키고자 할 뿐 상기 솔레노이드 밸브(100)가 비정상 상태 즉 배터리 쇼트 상태에 있다는 것을 판정할 수는 없었다. 그러나, 본 발명에서는 상기 배터리 쇼트 검출부(170)가 추가됨으로써 이러한 문제점을 극복할 수 있게 되었다.
한편, 상기 솔레노이드 밸브(100)에 배터리 쇼트가 발생하지 않은 상태 즉 상기 솔레노이드 밸브(100)가 상기 제어부(130)로부터 출력되는 펄스폭 변조 신호에 의해 제어되어 정상적으로 동작하는 상태에서는, 상기 솔레노이드 밸브(100) 제어를 위한 펄스폭 변조 신호가 소정의 듀티비를 갖는 상태로 동작하므로 온/오프 구간을 갖게 된다. 따라서, 상기 배터리 쇼트 검출부(170)는 충전 경로를 통한 충전 속도보다는 방전 경로를 통한 방전 속도가 더 빠르므로, 상기 배터리 쇼트 검출부(170)는 상기 제어부(130) 측으로 페일로 판정되지 않도록 하는 전압 즉 소정의 레퍼런스 전압 이하의 전압을 출력하게 된다. 만약, 상기 배터리 쇼트 검출부(170) 의 충전 경로를 통한 충전 속도보다 방전 경로를 통한 방전 속도가 더 느린 경우라고 하면, 상기 배터리 쇼트 검출부(170)의 충전 전압이 점점 높아져 결국엔 뜻하지 않게 페일로 판정될 수도 있으므로 상기 배터리 쇼트 검출부(170)의 방전 속도가 충전 속도보다 더 빠른 것이 바람직하다.
도 4는 도 3에서의 배터리 쇼트 검출부(170)와 솔레노이드 코일(L) 및 솔레노이드 구동부(150) 간의 연결을 보인 회로도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제어장치에서의 배터리 쇼트 검출부(170)의 기능을 부연 설명하면 이하와 같다.
솔레노이드 밸브(100)를 구성하는 솔레노이드 코일(L)과 배터리 소트 검출부(170) 간의 연결 노드(N1)는 배터리 쇼트의 경우 배터리 전압(V1)을 갖게 된다. 이 경우 도 4에서는 미도시된 전류 검출부(도 3의 140)에서는 솔레노이드 코일(L)로 최대 전류가 흐르는 것을 검출하게 되고, 이에 따라 제어부(130)에서는 최소 듀티비를 갖는 펄스 변조 신호를 출력하게 된다. 이와 같이, 상기 제어부(130)에서는 상기 전류 검출부(140)로부터 출력되는 신호에 의해 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 제어하기는 하지만, 배터리 쇼트가 발생하였는지의 여부에 대해서는 전혀 알 수 없는 상태이다. 따라서, 상기 배터리 쇼트 검출부(170)에서 이러한 배터리 쇼트 발생시 상기 연결 노드(N1)의 전압에 따른 충전 전압을 상기 제어부(130)로 출력하게 되고, 상기 제어부(130)에서는 페일을 판정하기 위한 소정의 레벨 이상의 전압을 상기 배터리 쇼트 검출부(170)로부터 수신하는 경우에는 페일을 판정하게 된다.
물론, 상기 배터리 쇼트 검출부(170)에서 페일 전압 이상의 전압이 출력된다 하더라도 배터리 쇼트 상태가 아니라 정상적인 동작시에 일시적인 고전압이 발생한 결과일 수 있으므로, 소정의 시간 동안 상기 배터리 쇼트 검출부(170)의 출력 전압을 체크한 이후에 배터리 페일을 판정하는 것이 바람직하다.
도 5는 도 4에서의 배터리 쇼트 검출부(170)의 일례를 보인 회로도이다.
도 5를 참조하면, 상기 배터리 쇼트 검출부(170) 또는 배터리 쇼트 검출 회로는 커패시터(C), 제 저항(R10), 제2 저항(R20) 및 다이오드(D20)로 구성될 수 있다.
상기 커패시터(C)는 상기 배터리 쇼트 검출부(170)와 솔레노이드 밸브(도 3의 100)와의 연결 노드(N1)와 접지단 사이에 연결된다.
상기 제1 저항(R10)은 솔레노이드 밸브와의 연결 노드(N1)와 상기 커패시터(C)의 비접지단(N2) 사이에 연결된다.
상기 제2 저항(R20)은 상기 제1 저항(R10)에 병렬로 연결된다. 그리고, 상기 제2 저항(R20)은 상기 제1 저항(R10)의 저항값보다 작은 저항값을 갖는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 전술한 바와 같이 상기 배터리 쇼트 검출부(170)의 충전 경로를 통한 충전 속도보다 방전 경로를 통한 방전 속도가 더 빨라야 하고, 그러기 위해서는 상기 제2 저항(R20)의 저항값이 상기 제1 저항(R10)의 저항값보다 작아야 한다.
상기 다이오드(D20)는 상기 커패시터(C)에서 상기 제2 저항(R20) 방향의 전류 흐름이 순방향이 되도록 상기 제2 저항(R20)에 직렬로 연결된다.
상기 솔레노이드 밸브(도 3의 100)와의 연결 노드(N1)의 전압을 충전하는 충전 경로와 상기 연결 노드(N1)로 방전하는 방전 경로로 구분하여 살펴보면, 충전 경로는 N1, 제1 저항(R10), N2 그리고 커패시터(C)의 경로로 볼 수 있고, 주요 방전 경로는 커패시터(C), N2, 다이오드(D20), 제2 저항(R20) 그리고 N1이다. 상기 충전 경로의 역 방향도 방전 경로의 일부가 될 수는 있겠으나, 상기 제1 저항(R10)이 상기 제2 저항(R20)에 비해 매우 큰 경우에는 방전 경로는 주로 상기 다이오드(D20) 및 제2 저항(R20)을 거치는 경로이므로 그러한 의미에서 주요 방전 경로라고 하였다.
그리하여, 솔레노이드 밸브(100)의 정상 상태시에는 솔레노이드 밸브(100)와의 연결 노드(N1)의 전압에 무관하게 패스 신호를 상기 전자제어장치(도 3의 160)로 출력하고, 상기 솔레노이드 밸브(100)의 비정상 상태시에는 상기 솔레노이드 밸브(100)와의 연결 노드의 전압에 따른 충전 전압을 페일 신호로서 상기 전자제어장치(160)로 출력한다.
도 6은 도 5의 배터리 쇼트 검출 회로의 동작을 설명하기 위한 회로도이고, 도 7은 도 6에서의 배터리 쇼트 검출 회로의 정상 상태시 각 소자들에 걸리는 전압을 예시한 그래프이고, 도 8은 도 6에서의 배터리 쇼트 검출 회로의 정상 상태 및 비정상 상태시의 배터리 쇼트 검출 회로의 커패시터의 전압을 예시한 그래프이다. 그리고, 도 9는 도 8에서의 구간 t1에서 구간 t2 사이의 변화를 설명하기 위한 그래프이고, 도 10은 도 8에서의 구간 t2에서 구간 t3 사이의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 솔레노이드 코일(L)과 배터리 쇼트 검출 회로(170)와의 연결 노드(N1)에 배터리 전압(V1)을 연결하고, 중간에 스위치(SW1)을 개재하였다. 이는 배터리 쇼트시 배터리 쇼트 검출 회로(170)의 동작을 시뮬레이션하기 위한 부가 회로로서, 실질적으로는 스위치(SW1)가 온(on)된 경우에는 배터리 쇼트가 발생한 상태로 볼 수 있다. 즉, 스위치(SW1)가 온된 경우는 솔레노이드 밸브가 배터리 쇼트된 비정상 상태이고, 스위치(SW1)가 오프된 경우는 솔레노이드 밸브가 펄스폭 변조 신호에 의해 동작하는 정상 상태이다.
먼저, 솔레노이드 밸브가 배터리 쇼트된 비정상 상태, 즉 스위치(SW1)가 온된 경우에는 노드(N1)는 배터리 전압(V1)을 유지할 뿐 펄스폭 변조 신호(S1)에는 영향을 받지 않는다. 물론, 미도시된 전류 검출부에서 솔레노이드 코일(L)로 흐르는 전류를 검출한 후, 최대 전류가 되어 펄스폭 변조 신호(S1)의 듀티비를 최소로 하도록 제어부에 알려주기는 하지만, 그러한 펄스폭 변조 신호(S1)에 무관하게 노드(N1)는 배터리 전압(V1)을 유지한다. 이 경우, 배터리 쇼트 검출부(170)의 동작을 살펴보면, 충전 경로인 노드 N1, 제1 저항(R10) 및 노드 N2를 통해 커패시터(C)는 배터리 전압(V1)으로 충전된다(도 8의 100ms ~ 200ms 인 구간 t2). 제어부(도 3의 130)의 기준 전압이 3V라면, 커패시터(C)의 충전 전압이 3V 이상이 되는 지점(도 9의 구간 t2에서 약 107ns 지점)에서 제어부(도 3의 130)는 배터리 쇼트 즉 비정상 상태임을 알릴 것이다.
다음으로, 솔레노이드 밸브가 펄스폭 변조 신호에 의해 동작하는 정상 상태인 경우, 즉 스위치(SW1)가 오프된 경우에는 충전과 방전을 반복한다. 충전 경로는 제1 저항(R10)에서 커패시터(C)의 경로이다. 그리고, 방전 경로는 커패시터(C), N2, 제1 저항(R10) 및 N1 경로와, 커패시터(C), N2, 다이오드(D20), 제2 저항 및 N1 경로로 나눠 볼 수 있겠으나, 제1 저항(R10)이 제2 저항(R20)에 비해 매우 큰 경우에는 전자의 경로를 통해 방전되는 전류는 후자의 경로를 통해 방전되는 전류에 비해 무시 가능한 전류일 수 있으므로, 주 방전 경로는 후자로 볼 수 있음은 전술하였다.
따라서, 제1 저항(R10)이 제2 저항(R20)에 비해 매우 큰 경우에는 커패시터(C)는 일정한 범위 내에서 충전과 방전을 반복하게 된다. 즉, 커패시터(C)는 초기에는 방전 전압까지 충전하다가 방전 전압 이상으로 전압을 충전하면 그 이후에는 펄스폭 변조 신호의 듀티비에 의해 충전 또는 방전되는 전압(ΔV)만큼 증가 또는 감소를 반복하게 된다.
예를 들어, 제1 저항(R10)의 저항값이 500KΩ이고, 제2 저항(R20)의 저항값이 1KΩ이며, 다이오드(D20)의 문턱 전압(threshold voltage)를 0.6V라고 가정하고, 펄스폭 변조 신호의 듀티비가 4%(이 경우가 솔레노이드 밸브의 정상 동작시 가장 전류가 많이 흐르는 경우에 있어서의 펄스폭 변조 신호의 듀티비의 제한 폭임.)일 경우에, 배터리 쇼트 검출 회로(170)에서, 1) 충전시 전압차(ΔV) 및 2) 방전시 전압을 살펴보면 이하와 같다.
1) 충전시의 전압 차(ΔV) = ΔQ/C = Δi*Δt/C = (16/500KΩ*0.96)*1ms/100n = 0.3V (여기서, 커패시터의 용량은 100nF으로 함.)
2) 방전시에는 다이오드(D20)의 문턱 전압이 0.6V이고, 1KΩ에 걸리는 최대 전압은 0.75V로 계산된다. 따라서, 방전시 커패시터의 전압은 1.35V로 계산된다.
(1KΩ에 걸리는 최대 전압 = 1KΩ * 최대 전류, 최대 전류 = (C * ΔV)/Δt = (100n * 0.3V)/(1ms * 0.04) = 0.75mA, 그러므로, 1KΩ에 걸리는 최대 전압 = 1KΩ * 0.75mA = 0.75V임.)
따라서, 솔레노이드 밸브의 정상 동작시 커패시터(C)는, (방전시 최대 전압 - 충전시 전압 차) ~ 방전시 최대 전압, 즉 1.05V ~ 1.35V의 범위에서 증가 또는 감소하며 충전과 방전을 반복한다.
그러한 예가 도 7에 잘 도시되어 있다. 도 7에서, 그래프 g1은 다이오드의 문턱 전압이 0.6V인 경우(구간 약 61.000ms ~ 약 61.040ms)를 나타낸 그래프이고, 그래프 g2는 제2 저항이 1KΩ인 경우의 방전시 전압의 변화(구간 약 61.000ms ~ 약 61.040ms)를 나타낸 그래프이며, 그래프 g3은 그래프 g1과 g2를 합친 결과 즉 커패시터(C)의 방전시 총 오프셋 전압(구간 약 61.000ms ~ 약 61.040ms)을 보인 그래프이다. 커패시터(C)의 방전시 총 오프셋 전압은 약 1.2V ~ 1.45V를 유지한다.
도 8은 솔레노이드 밸브의 정상 상태 구간(t1, t3) 및 비정상 상태 구간(t2)을 잘 보여주고 있는데, 0 ~ 100ms 사이의 구간(t1)에서는 정상 상태 구간이므로, 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이 커패시터(C)는 약 1.2V ~ 1.45V 사이에서 충/방전을 하고 있으며, 배터리 쇼트가 발생한 경우인 100ms ~ 200ms(구간 t2)에서는 직류 전압이 노드(도 6의 N1)에 공급되고 있으므로 커패시터(C)는 배터리 전압 부근의 전압까지 충전을 하게 된다. 그 후, 다시 솔레노이드 밸브가 정상 상태로 복귀하는 경우인 200ms 이후(구간 t3)에는 소정의 시간 경과 후에 다시 충/방전을 반복하며 정상 동작을 하게 된다.
도 9에서는 도 8에서 솔레노이드 밸브의 정상 상태 구간에서 커패시터(C)의 전압의 변화 및 비정상 상태 구간에서의 커패시터(C)의 전압의 변화가 상세하게 나타나 있다. 즉, 펄스폭 변조 신호에 의한 전압 변화량(ΔV)만큼 증가 또는 감소를 반복하는 정상 상태 구간(t1)에서, 배터리 쇼트가 발생하여 계속해서 충전되는 구간(t2)이 확대 도시되어 있다.
만약, 제어부에 연결된 커패시터(C)의 입출력 포트를 통해 커패시터(C)에서 제어부로 출력되는 전압이 3V인 경우에 배터리 쇼트가 발생한 상태라 판단한다고 하면, 도 9에서는 배터리 쇼트가 발생한 이후 약 7ms 정도의 시간 경과 이후 배터리 쇼트라고 판단하게 된다.
도 10에서는 배터리 쇼트 이후에 다시 배터리 쇼트가 해제된 경우 즉 도 6에서의 스위치(SW1)가 오프 상태로 된 경우의 그래프로서, 약 200.0ms 이후에 배터리 쇼트가 해제되면, 약 5ms 이후에 3V 이하의 전압으로 떨어지게 되고, 제어부는 솔레노이드 밸브가 배터리 쇼트가 발생된 상태가 아닌 정상 상태로 판단하게 된다.
배터리 쇼트 검출 회로(도 3의 170)와 제어부(도 3의 130) 간의 연결은 하나 또는 그 이상의 입출력 포트(I/O port)로 연결될 수 있고, 배터리 쇼트가 발생한 비정상 상태와 그렇지 않은 정상 상태를 구별하기 위한 레퍼런스 전압은 상기 배터리 쇼트 검출 회로(170)의 커패시터 또는 각 저항들의 크기를 고려하여 적절한 값으로 설정될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 배터리 쇼트 검출 회로 및 이를 갖는 전자제어장치는 상기 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 설계되고, 응용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통 상의 지식을 가지는 자에게는 자명한 사실이라 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 충방전 시간이 상이한 배터리 쇼트 검출 회로 및 이를 갖는 전자제어장치를 제공함으로써, 차량에서 다양한 원인으로 인해 솔레노이드 밸브가 쇼트되는 현상이 발생하는 경우에 이를 검출할 수 있고, 특히 배터리 쇼트의 발생으로 인해 최소 듀티비를 갖는 펄스폭 변조 신호에 의해 솔레노이드 코일의 전류가 제어 불능 상태에 있는데도, 최소 듀티비를 갖는 펄스폭 변조 신호에 의해 솔레노이드 코일의 전류가 정상적으로 제어되는 상태와 구별이 되지 않음으로 인해, 이를 검출할 수 없었던 종래의 전자제어회로의 문제점을 개선하는 효과를 갖는다.

Claims (7)

  1. 솔레노이드 밸브를 제어하기 위한 전자제어장치에 있어서:
    상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 제어부; 및
    상기 솔레노이드 밸브의 정상 상태시에는 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드의 전압에 무관하게 패스 신호를 상기 제어부로 출력하고, 상기 솔레노이드 밸브의 비정상 상태시에는 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드의 전압에 따른 충전 전압을 페일 신호로서 상기 제어부로 출력하는 배터리 쇼트 검출부를 구비하는 것을 특징으로 전자제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브의 정상 상태는 상기 솔레노이드 밸브가 상기 제어부로부터 출력되는 펄스폭 변조 신호에 의해 구동되어 상기 솔레노이드 밸브의 전류가 제어 가능 상태이고, 상기 솔레노이드 밸브의 비정상 상태는 상기 솔레노이드 밸브가 쇼트되어 상기 솔레노이드 밸브와 상기 배터리 쇼트 검출부 간의 연결 노드가 배터리 전압으로 됨으로써 상기 솔레노이드 밸브의 전류가 제어 불능 상태인 것을 특징으로 하는 전자제어장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리 쇼트 검출부는 충전 경로를 통해 충전되는 속도에 비해 방전 경 로를 통해 방전되는 속도가 더 빠른 것을 특징으로 하는 전자제어장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 배터리 쇼트 검출부는
    상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드와 접지단 사이에 연결되는 커패시터;
    상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드와 상기 커패시터의 비접지단 사이에 직렬로 연결되는 제1 저항;
    상기 제1 저항에 병렬로 연결되며, 상기 제1 저항의 저항값보다 작은 저항값을 갖는 제2 저항; 및
    상기 커패시터에서 상기 제2 저항 방향의 전류 흐름이 순방향이 되도록 상기 제2 저항에 직렬로 연결되는 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자제어장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자제어장치는 상기 솔레노이드 밸브의 전류를 검출하기 위한 전류 검출부를 더 구비하여, 전류 검출 결과에 따라 펄스폭 변조 신호의 듀티비를 조절함으로써 상기 솔레노이드 밸브의 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 전자제어장치.
  6. 전자제어장치에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브의 배터리 쇼트 검출 회로에 있어서:
    상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드의 전압을 충전하는 충전 경로; 및
    상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드로 방전하는 방전 경로를 구비하되,
    상기 솔레노이드 밸브의 정상 상태시에는 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드의 전압에 무관하게 패스 신호를 상기 전자제어장치로 출력하고, 상기 솔레노이드 밸브의 비정상 상태시에는 상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드의 전압에 따른 충전 전압을 페일 신호로서 상기 전자제어장치로 출력하며, 충전 경로를 통해 충전되는 속도에 비해 방전 경로를 통해 방전되는 속도가 더 빠른 것을 특징으로 하는 배터리 쇼트 검출 회로.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 배터리 쇼트 검출 회로는
    상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드와 접지단 사이에 연결되는 커패시터;
    상기 솔레노이드 밸브와의 연결 노드와 상기 커패시터의 비접지단 사이에 직렬로 연결되며, 상기 충전 경로를 이루는 제1 저항;
    상기 제1 저항에 병렬로 연결되며, 상기 제1 저항의 저항값보다 작은 저항값을 갖는 제2 저항; 및
    상기 커패시터에서 상기 제2 저항 방향의 전류 흐름이 순방향이 되도록 상기 제2 저항에 직렬로 연결되는 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 쇼트 검출 회로.
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