KR101230547B1 - 펄스폭 변조 제어 장치 및 그에 의한 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 솔레노이드 코일에 흐르는 전류의 세기를 제어하기 위한 펄스폭 변조에서 상기 펄스폭 변조의 듀티비를 제어하는 펄스폭 변조 제어 장치 및 그에 의한 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 펄스폭 변조 제어 장치는, 솔레노이드 코일을 구동하기 위한 배터리 전압의 세기 및 상기 솔레노이드 코일의 저항값으로부터 산출된 상기 솔레노이드 코일의 전류값이 설정된 전류값과 상이한 경우에 상기 설정된 전류값에 상응하는 듀티비로 변경하기 위한 제어부, 및 상기 제어부에 의해 변경된 듀티비에 따라 펄스폭 변조를 수행하여 상기 솔레노이드 코일에 흐르는 전류값이 상기 설정된 전류값이 되도록 제어하는 밸브 구동부를 구비한다. 그리하여, 본 발명은 실시간으로 펄스폭 변조 제어량을 최적의 값으로 조절하여 듀티비를 변경함으로써, 종래의 솔레노이드 밸브 구동을 위한 전류가 필요 이상으로 인가되어 밸브 작동 소음이 커지고 밸브의 수명이 단축되는 문제점을 해결하고, 솔레노이드 코일의 전류를 직접 계측하기 위한 회로 구성의 복잡함을 해결할 수 있다.
전자제어장치, 솔레노이드, 펄스폭 변조, 듀티비

Description

펄스폭 변조 제어 장치 및 그에 의한 제어 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING PULSE WIDTH MODULATION AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}
도 1은 종래의 솔레노이드 코일의 전류 계측을 위한 회로의 일례를 보인 회로도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스폭 변조 제어 장치의 구성을 보인 블록도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 밸브 구동부 110 : 배터리
120 : 제어부 130 : 온도 검출부
140 : 저항 검출부 150 : 배터리 전압 검출부
200 : 스위칭 트랜지스터 L : 솔레노이드 코일
본 발명은 펄스폭 변조에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펄스폭 변조 제어 장치와 그에 의해 최적의 펄스폭 변조 제어를 수행하기 위해 실시간으로 펄스폭 변조를 제어하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에는 제동 장치, 현가 장치 및 조향 장치 등의 다양한 부분에 솔레노이드 밸브가 사용되어지고 있다.
솔레노이드 밸브는 통상적으로 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation;PWM)에 의해 제어되는데, 펄스폭 변조의 듀티비(duty-ratio)를 조절함으로써 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 제어한다. 따라서 펄스폭 변조의 듀티비와 솔레노이드 코일을 흐르는 전류와의 선형성은 솔레노이드 밸브의 제어에 있어서 필수적이다. 그러나 솔레노이드 밸브가 작동하는 엔진실 등은 그 온도의 편차가 심하여 온도의 변화에 따라 솔레노이드 코일의 저항이 변하게 된다. 듀티비(duty-ratio)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 바와 같이, 온/오프를 반복하는 신호에 있어서 그 신호의 한 주기 내에서 온 상태로 유지되는 비율이다.
따라서 전자제어장치의 제어에 따라 솔레노이드 밸브의 작동시에 펄스폭 변조의 듀티비를 조절하여 솔레노이드 코일에 원하는 전류 및 전류의 상승 또는 하강 타임을 조절하여야 하는데, 이와 같은 선형성을 확보하기 위해 솔레노이드의 저항값 측정이 필요하게 된다.
그러나, 종래의 펄스폭 변조에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브는 펄스폭 변조 제어값(PWM duty-ratio)이 초기에 결정되어 솔레노이드 밸브의 작동 상태에 무관하게 일정한 펄스폭 변조의 듀티비로 제어되어 필요 이상의 솔레노이드 밸브 구동을 위한 전류가 솔레노이드 코일로 인가됨으로 인해, 밸브 작동 소음이 커지고 밸브의 수명이 단축되는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 개선하고자, 펄스폭 변조에 의한 제어시 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 직접 계측하여, 계측 결과에 따라 펄스폭 변조의 듀티비를 변화시켜 구동 전류의 보상 동작(솔레노이드 코일의 동작 환경에 따라 솔레노이드 코일로 흐르는 전류가 정확한 솔레노이드 밸브의 동작에 요구되는 전류보다 낮은 경우에는 높여주고, 높은 경우에는 낮추는 동작)을 실행하는 방법이 제안되었다. 그와 같은 제어시에는 솔레노이드 밸브의 전류의 직접 계측이 요구되는데, 그와 같은 솔레노이드 밸브의 전류 계측을 위한 종래 회로의 일례가 도 1에 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 종래 솔레노이드 코일의 전류 계측 장치는, 차속에 따른 듀티비를 갖는 펄스폭 변조 신호를 발생하는 엠씨유(MCU;Micro Controller Unit)(10), 엠씨유(10)에서 생성된 펄스폭 변조 신호에 의해 온/오프 동작을 하는 스위칭 소자(20) 및 전원(B)이 인가되는 솔레노이드 코일(L)은 스위칭 소자(20)인 MOSFET의 드레인 단자에 연결되어 있고, 프리 휠링(free wheeling) 다이오드(D1)는 솔레노이드 코일(L)과 병렬로 연결된다. 또한, 스위칭 소자(20)의 소스 단자와 접지단 사이에는 저항(R)과 저항(R)에 인가되는 전압을 해당 전류 값으로 검출하는 전류 검출부(30)를 포함한다.
위와 같은 종래의 솔레노이드 코일의 전류 계측 장치에 의해 구동 전류의 보상 동작을 실행하는 방법은, 솔레노이드 코일의 전류 계측에 요구되는 회로(예를 들면, 전류 검출부(30))가 추가되어져야 함으로 인해, 솔레노이드 밸브의 구성을 복잡하게 하는 문제점이 있다.
따라서, 종래의 펄스폭 변조에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브에서 펄스폭 변조의 듀티비가 초기에 결정되어 솔레노이드 밸브의 작동 상태에 무관하게 일정한 펄스폭 변조로 제어되어 필요 이상의 솔레노이드 밸브 구동을 위한 전류가 인가됨으로 인해 밸브의 작동 소음이 커지고 밸브의 수명이 단축되는 문제를 해결함과 아울러 종래의 솔레노이드 코일의 전류를 직접 계측하는 경우에 있어서의 단점을 해결할 수 있는 방안이 절실히 요구된다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 종래의 펄스폭 변조에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브에서 펄스폭 변조의 듀티비가 초기에 결정되어 솔레노이드 밸브의 작동 상태에 무관하게 일정한 듀티비를 갖는 펄스폭 변조로 제어됨으로 인해 필요 이상의 솔레노이드 밸브 구동을 위한 전류가 인가되어 밸브 작동 소음이 커지고 밸브의 수명이 단축되는 문제점을 개선할 수 있는 펄스폭 변조 제어 장치 및 그에 의한 제어 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 종래의 솔레노이드 코일의 전류를 직접 계측함에 있어서 회로 구성이 복잡해 지는 문제를 해결할 수 있는 펄스폭 변조 제어 장치 및 그에 의한 제어 방법을 제공함에 있다.
상기의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따라 솔레노이드 코일에 흐르는 전류의 세기를 제어하기 위한 펄스폭 변조에서 상기 펄스폭 변조의 듀티비를 제어하는 펄스폭 변조 제어 장치는, 상기 솔레노이드 코일을 구동하기 위한 배터리 전압의 세기 및 상기 솔레노이드 코일의 저항값으로부터 산출된 상기 솔레 노이드 코일의 전류값이 설정된 전류값과 상이한 경우에 상기 설정된 전류값에 상응하는 듀티비로 변경하기 위한 제어부; 및 상기 제어부에 의해 변경된 듀티비에 따라 펄스폭 변조를 수행하여 상기 솔레노이드 코일에 흐르는 전류값이 상기 설정된 전류값이 되도록 제어하는 밸브 구동부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 솔레노이드 코일을 구동하기 위한 배터리 전압의 세기를 검출하는 배터리 전압 검출부; 및 상기 솔레노이드 코일의 저항값을 검출하는 저항 검출부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 솔레노이드 코일의 온도를 검출하기 위한 온도 검출부를 더 구비할 수 있다.
상기의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따라 솔레노이드 코일에 흐르는 전류의 세기를 제어하기 위한 펄스폭 변조에서 상기 펄스폭 변조의 듀티비를 제어하는 펄스폭 변조 제어 방법은, 상기 솔레노이드 코일을 구동하기 위한 배터리 전압의 세기를 검출하는 단계; 상기 솔레노이드 코일의 저항값을 검출하는 단계; 및 상기 배터리 전압의 세기 및 상기 저항값으로부터 산출된 상기 솔레노이드 코일의 전류값이 설정된 전류값과 상이한 경우에 상기 설정된 전류값에 상응하는 펄스폭 변조의 듀티비로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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 것 으로 사용되어서는 아니될 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스폭 변조 제어 장치의 구성을 보인 블록도이다.
도 2를 참조하면, 솔레노이드 코일(L)에 흐르는 전류의 세기를 제어하기 위한 펄스폭 변조(PWM)에서 상기 펄스폭 변조의 듀티비(duty ratio)를 제어하는 펄스폭 변조 제어 장치는, 제어부(120) 및 밸브 구동부(100)를 구비한다.
상기 제어부(100)는 상기 솔레노이드 코일(L)을 구동하기 위한 배터리(110) 전압의 세기 및 상기 솔레노이드 코일(L)의 저항값으로부터 산출된 상기 솔레노이드 코일의 전류값을 미리 설정된 전류값과 비교하여 상이한 경우에는 상기 설정된 전류값에 상응하는 듀티비로 변경한다. 상기 배터리(110) 전압의 세기와 상기 솔레노이드 코일(L)의 저항값으로부터 상기 솔레노이드 코일의 전류값을 산출하는 방법은 오옴의 법칙에 따른다. 즉, 이하의 수학식 1에서와 같다.
Figure 112007034016690-pat00001
여기서, Im은 산출된 솔레노이드 코일(L)의 전류값이고, V는 배터리(110) 전압의 세기이며, R은 솔레노이드 코일의 저항값이다.
살출된 솔레노이드 코일(L)의 전류값이 설정된 전류값(Iref)과 비교하여 상이한 경우에는 이하의 수학식 2에서와 같이 펄스폭 변조의 제어량을 구한다.
Figure 112007034016690-pat00002
여기서, RatioPWM은 펄스폭 변조의 제어량이다.
상기 설정된 전류값(Iref)은 솔레노이드 밸브(미도시)의 정확한 구동에 요구되는 전류량으로서, 솔레노이드 밸브 스펙(specification)에 정해진 값이다.
상기 밸브 구동부(100)는 상기 제어부(120)에 의해 변경된 듀티비(수학식 2의 RatioPWM에 의해 결정되는 듀티비)에 따라 펄스폭 변조를 수행하여, 상기 솔레노이드 코일(L)에 흐르는 전류값이 상기 설정된 전류값(Iref)이 되도록 제어한다. 상기 밸브 구동부(100)는 상기 솔레노이드 코일(L)의 일단(접지단측)에 연결된 스위칭 트랜지스터(200)를 상기 제어부(120)에서 결정된 펄스폭 변조의 제어량이 반영되어 변경된 듀티비에 따라 온 또는 오프시킴으로써, 상기 솔레노이드 코일(L)에 흐르는 전류값이 상기 설정된 전류값(Iref)이 되도록 제어한다.
상기 솔레노이드 코일(L)의 일단에 연결된 스위칭 트랜지스터(200)로는 도 2에 도시된 바와 같이 MOSFET가 많이 사용된다.
본 발명에 따른 펄스폭 변조 제어 장치는, 배터리 전압 검출부(150) 및 저항 검출부(140)를 구비할 수 있다. 상기 배터리 전압 검출부(150) 및 저항 검출부(140)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제어부(120)와는 별도로 구비될 수도 있고, 상기 제어부(120)가 상기 배터리 전압 검출부(150) 및 저항 검출부(140)를 구 비할 수도 있다.
상기 배터리 전압 검출부(150)는 솔레노이드 코일(L)을 구동하기 위한 배터리(110) 전압의 세기를 검출한다.
상기 저항 검출부(140)는 상기 솔레노이드 코일(L)의 저항값을 검출한다.
나아가, 상기 솔레노이드 코일(L)의 온도를 검출하기 위한 온도 검출부(130)를 더 구비할 수도 있다.
상기 솔레노이드 코일(L)의 온도 검출은 직접적인 방법으로는 용이하지 않으므로, 상기 솔레노이드 코일(L)의 저항값을 검출하여, 정해진 스펙에 따라 온도를 검출할 수 있으므로, 상기 온도 검출부(130)와 상기 저항 검출부(140)는 하나의 구성요소로 볼 수도 있다.
본 발명에 따른 펄스폭 변조 제어 장치의 동작을 설명하면 이하와 같다.
먼저, 전자제어장치(ECU)에서 공급하는 솔레노이드 밸브의 구동 파워 즉 배터리(110)의 전압은 배터리 전압 검출부(150)에 의해 실시간으로 측정된다. 그리고, 외기의 온도를 측정하여 그에 해당하는 솔레노이드 코일(L)의 저항값을 스펙에 따라 확인한다. 이후에, 솔레노이드 코일(L)이 구동되어 솔레노이드 밸브가 작동하는 경우, 솔레노이드 코일(L)의 저항값을 실시간으로 검출한다. 그리고, 제어부(120)에서는 배터리(110)의 실시간 전압과 솔레노이드 코일(L)의 실시간 저항값으로부터 상기 수학식 1에 따라 전류값을 계산하고, 상기 수학식 2에 따라 그 전류값을 설정된 전류값과 비교한 후 제어량을 결정하고 그에 따라 듀티비를 결정하게 된다.
상기 배터리(110) 전압은 전조등의 턴온시의 경우에서와 같이 차량의 다른 부분에서 전원이 사용되는 경우에는 솔레노이드 코일(L)로 제공되는 배터리(110)의 전압의 세기도 변하므로, 실시간으로 측정하는 것이다.
그리고, 상기 솔레노이드 코일(L)의 저항값은 저항값을 모니터링하기 위한 회로에 의해 별도로 구해질 수도 있고, 솔레노이드 코일의 작동 시간과 외기 온도를 이용하여 온도 증가와 냉각 등을 고려하여 정해진 스펙에 따라 산출될 수도 있다. 즉, 상기 솔레노이드 코일(L)이 구동되면 열이 발생하게 되고, 그에 따라 상기 솔레노이드 코일(L)의 온도도 상승하게 되는데, 상기 솔레노이드 코일(L)의 작동 시간과 외기 온도를 선정하여 그에 해당하는 상기 솔레노이드 코일(L)의 저항값을 미리 정해진 스펙에 따라 결정한다.
이와 같이 본 발명에 따른 펄스폭 변조 제어 장치는 솔레노이드 코일의 구동 전압 즉 배터리(110) 전압과 솔레노이드 코일(L)의 저항값을 이용하여 실시간으로 솔레노이드 밸브가 구동하기 위해 상기 솔레노이드 코일(L)에 인가되어야 할 전류량에 맞도록 펄스폭 변조를 제어함으로써, 솔레노이드 밸브의 구동시 발생되는 소음을 감소 또는 최소화할 수 있고, 나아가 솔레노이드 밸브의 수명을 연장할 수 있는 이점이 있다. 또한, 종래와 같이 솔레노이드 코일의 전류를 직접 계측하기 위해 전류 검출부(도 1 참조)를 추가하는 경우에 비해 회로 구성이 복잡하지도 않은 이점이 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따라 솔레노이드 코일에 흐르는 전류의 세기를 제어하기 위한 펄스폭 변조에서 상기 펄스폭 변조의 듀티비를 제어하기 위한 펄스폭 변조 제어 방법을 도 2를 참조하여 설명하면 이하와 같다.
상기 펄스폭 변조 제어 방법은, (1)솔레노이드 코일(L)을 구동하기 위한 배터리(110) 전압의 세기를 검출하는 단계, (2)상기 솔레노이드 코일(L)의 저항값을 검출하는 단계, (3)상기 배터리(110) 전압의 세기 및 상기 저항값으로부터 산출된 상기 솔레노이드 코일(L)의 전류값이 설정된 전류값과 상이한 경우에는 상기 설정된 전류값에 상응하는 펄스폭 변조의 듀티비로 변경하는 단계를 포함한다.
상기 솔레노이드 코일(L)의 저항값을 검출하는 단계는 장치 설명에서와 같이 솔레노이드 코일(L)의 작동 시간과 외기 온도를 이용하여 온도 증가와 냉각을 고려한 결과, 정해진 스펙에 따라 온도로부터 결정할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 펄스폭 변조 제어 방법은 솔레노이드 밸브가 구동하기 위해 상기 솔레노이드 코일(L)에 인가되어야 할 전류량에 맞도록 펄스폭 변조를 제어함으로써, 솔레노이드 밸브의 구동시 발생되는 소음을 감소 또는 최소화할 수 있고, 나아가 솔레노이드 밸브의 수명을 연장할 수 있는 이점이 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 펄스폭 변조 제어 장치 및 그에 의한 제어 방법은 상기 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 설계되고, 응용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게는 자명한 사실이라 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 개선된 펄스폭 변조 제어 장치 및 그에 의한 제어 방법을 제공함으로써, 종래의 펄스폭 변조에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브에 서 펄스폭 변조의 듀티비가 초기에 결정되어 솔레노이드 밸브의 작동 상태에 무관하게 일정한 듀티비를 갖는 펄스폭 변조로 제어됨으로 인한 문제점들을 해결하는 효과를 갖는다. 그리하여, 본 발명은 솔레노이드 밸브 구동을 위한 전류가 필요 이상으로 인가되어 밸브 작동 소음이 커지고 밸브의 수명이 단축되는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 개선된 펄스폭 변조 제어 장치 및 그에 의한 제어 방법을 제공함으로써, 종래의 솔레노이드 코일의 전류를 직접 계측하기 위한 회로 구성이 복잡한 문제를 해결하는 효과를 갖는다.

Claims (3)

  1. 솔레노이드 코일에 흐르는 전류의 세기를 제어하기 위한 펄스폭 변조에서 상기 펄스폭 변조의 듀티비를 제어하는 펄스폭 변조 제어 장치에 있어서:
    상기 솔레노이드 코일을 구동하기 위한 배터리 전압의 세기 및 상기 솔레노이드 코일의 저항값으로부터 산출된 상기 솔레노이드 코일의 전류값이 설정된 전류값과 상이한 경우에 상기 설정된 전류값에 상응하는 듀티비로 변경하기 위한 제어부; 및
    상기 제어부에 의해 변경된 듀티비에 따라 펄스폭 변조를 수행하여 상기 솔레노이드 코일에 흐르는 전류값이 상기 설정된 전류값이 되도록 제어하는 밸브 구동부를 구비하되,
    상기 제어부는
    상기 솔레노이드 코일의 저항값과 정해진 스펙에 따라 온도를 산출하는 온도 검출부와,
    상기 솔레노이드 코일을 구동하기 위한 배터리 전압의 세기를 검출하기 위한 배터리 전압 검출부와,
    상기 솔레노이드 코일의 작동시간과 외기 온도를 선정하여 그에 해당하는 상기 솔레노이드 코일의 저항값을 정해진 스펙에 따라 산출하는 저항 검출부를 포함하고,
    상기 밸브 구동부는 상기 솔레노이드 코일의 일단에 연결되어, 상기 변경된 듀티비에 따라 온 또는 오프되는 스위칭 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 솔레노이드 코일에 흐르는 전류의 세기를 제어하기 위한 펄스폭 변조에서 상기 펄스폭 변조의 듀티비를 제어하는 펄스폭 변조 제어 방법에 있어서:
    상기 솔레노이드 코일을 구동하기 위한 배터리 전압의 세기를 검출하는 단계;
    상기 솔레노이드 코일의 저항값과 정해진 스펙에 따라 온도를 산출하는 단계;
    상기 솔레노이드 코일의 작동시간과 외기 온도를 선정하여 그에 해당하는 상기 솔레노이드 코일의 저항값을 정해진 스펙에 따라 산출하는 단계;
    상기 배터리 전압의 세기 및 상기 저항값으로부터 산출된 상기 솔레노이드 코일의 전류값이 설정된 전류값과 상이한 경우에 상기 설정된 전류값에 상응하는 펄스폭 변조의 듀티비로 변경하는 단계; 및
    상기 솔레노이드 코일의 일단에 연결된 스위칭 트랜지스터를 상기 변경된 듀티비에 따라 온 또는 오프시켜 상기 솔레노이드 코일에 흐르는 전류값이 상기 설정된 전류값이 되도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스폭 변조 제어 방법.
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