KR101240944B1

KR101240944B1 - 충돌 시 ｐｗｍ 제어 회로의 전류 감지 방법

Info

Publication number: KR101240944B1
Application number: KR1020060085929A
Authority: KR
Inventors: 오상호
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2013-03-08
Also published as: KR20080022605A

Abstract

본 발명은 충돌 시 PWM 제어 회로의 전류 감지 방법에 관한 것으로, 본 발명은 HIGH SIDE 제어 방식을 사용하는 팬 콘트롤러(100)의 PWM 제어 회로에 있어서, a) ECU(Electric Control Unit)가 입력 듀티(duty)를 계산하는 단계(S1); b) 상기 ECU가 입력 듀티가 작동 영역 내인지를 판단하는 단계(S2); c) 상기 b) 단계에서 상기 ECU가 입력 듀티가 작동 영역 내라고 판단하면, 상기 ECU가 팬 콘트롤러(100)의 PWM 제어 회로에 출력 듀티를 공급하는 단계(S3); d) 상기 PWM 제어 회로 내의 구동 회로(110)가 상기 출력 듀티에 대한 전류를 계산하는 단계(S4); e) 상기 구동 회로(110)가 모터(30)에 상기 계산된 전류를 공급하는 단계(S5); f) 상기 PWM 제어 회로 내의 전류 감지 회로(120)가 상기 모터(30)에 과전류가 흐르는지의 여부를 판단하는 단계(S6); g) 상기 f) 단계에서 상기 전류 감지 회로(120)가 상기 모터(30)에 과전류가 흐르지 않음을 감지하면, 상기 ECU가 상기 전류 감지 회로(120)에 전류가 흐르지 않는지의 여부를 판단하는 단계(S7); h) 상기 g) 단계에서 상기 ECU가 상기 전류 감지 회로(120)에 전류가 흐르지 않음을 감지하면, 상기 ECU가 PWM 제어 회로에 출력 듀티 공급을 정지하는 단계(S8); i) 모터(30)가 정지하는 단계(S9); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

팬 콘트롤러, PWM, High Side, 모터 제어, 전류 감지, 과전류

Description

충돌 시 ＰＷＭ 제어 회로의 전류 감지 방법 {A Method for Current Detection of Pulse Width Modulation Circuit at Collision}

도 1은 팬 콘트롤러가 구비되는 위치를 도시한 사시도.

도 2는 LOW SIDE 제어 방식의 팬 콘트롤러 PWM 회로도.

도 3은 HIGH SIDE 제어 방식의 팬 콘트롤러 PWM 회로도.

도 4는 종래기술에 의한 제어 로직의 단계도.

도 5는 본 발명에 의한 제어 로직의 단계도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10: 팬 20: 쉬라우드

30: 모터

100: 팬 콘트롤러 110: 구동 회로

120: 전류 감지 회로 130: FET

본 발명은 충돌 시 PWM 제어 회로의 전류 감지 방법에 관한 것이다.

차량의 공조장치 또는 냉각장치 등에 사용되는 열교환기는 통상적으로 그 내부에 수용된 냉매 또는 냉각수와 외부 공기 사이의 열교환을 발생시키는 방식을 많이 사용한다. 이 때 냉매 또는 냉각수와 외부 공기 사이의 열교환이 효과적으로 일어나기 위해서는 외부 공기가 신속하게 교체되어야 하며, 이를 위해 공조장치의 증발기나 냉각장치의 라디에이터 등과 같은 열교환기에는 외부 공기를 강제로 유동시키는 팬이 더 구비되어 있는 경우가 대부분이다. 도 1은 이와 같이 열교환기에 구비되는 통상적인 팬 쉬라우드를 도시한 것으로, 기본적으로 팬(10), 쉬라우드(20) 및 모터(30)로 구성된다. 팬(10)은 모터(30)에 의해 회전함으로써 공기의 유동을 강제하는 기능을 하며, 쉬라우드(20)는 팬(10) 및 모터(30)를 열교환기에 고정시키고 또한 열교환기를 통과하여 유동하는 공기의 흐름에 있어서 그 경로를 유도하는 기능을 가진다. 이 때, 상기 모터(30)에 의해 결정되는 팬(10)의 회전수와 라디에이터 또는 증발기를 통과하는 외부 공기의 유량 및 유속은 밀접한 관계를 가지며, 궁극적으로는 열교환기의 열교환 성능을 좌우하게 된다. 따라서 팬 쉬라우드에는 통상적으로 모터(30)를 제어하는 팬 콘트롤러(100)가 구비되며, 상기 팬 콘트롤러(100)는 보통 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 상기 모터(30)를 제어한다. PWM 방식이란 펄스 변조 방식의 하나로, 변조 신호의 크기에 따라서 펄스의 폭을 변화시켜 변조하는 방식을 말한다. 이와 같은 방식은 직류 전기를 이용하여 모터의 속도를 조절하기 위해 사용하는 방식으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 위치와 진폭 이 일정하되, 신호파의 진폭이 클 때에는 넓은 폭 / 신호파의 진폭이 작을 때는 좁은 폭을 갖는 펄스 형태로 된 전기를 모터에 공급하게 된다. 전기 신호에서는 빠른 주파수 하에서도 도시된 바와 같은 형태의 펄스를 만드는 것이 가능하지만, 기계적인 장치인 모터는 전기ㆍ전자 장비에 비해 상대적으로 응답속도가 훨씬 느리기 때문에, 상기 빠른 주파수로 들어온 펄스에 대하여 즉각적으로 반응할 수 없다. 따라서 순간적으로 100%의 전류가 공급되고 다음 순간에는 전류 공급이 중단되는 빠른 주파수의 펄스 형태의 전원이 공급되는 경우, 모터에서는 상기 전류 공급-중단의 주기 동안의 시간에 공급된 전류의 평균값만큼을 입력받은 것과 같은 출력을 내게 된다. 이와 같은 PWM 방식을 사용하여 제어할 경우 반도체의 극히 미약한 내부 저항에 의한 열 손실밖에는 발생하지 않으며 모터 속도 0~100% 전 영역에 걸쳐 95% 이상의 높은 제어 효율을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

도 2 및 도 3은 종래에 사용되는 제어 방식을 간략히 도시한 것으로, 도 2는 LOW SIDE 제어, 도 3은 HIGH SIDE 제어를 각각 도시하고 있다. LOW SIDE 제어란 도 2에 도시된 바와 같이 FET 등의 스위치 소자가 모터(30)의 GND단 방향에 위치하여 상기 모터(30)를 제어하는 방식을 말하며, HIGH SIDE 제어란 상기 소자들이 모터(30)의 (+)단 방향에 위치하여 상기 모터(30)를 제어하는 방식을 말한다. 이 때 상기 두 가지 방식 모두, 입력 듀티(duty)와는 무관하게 단지 PWM 회로 내부에 흐르는 전류에 의해, 전류 감지 회로(120)에서 FET OFF 신호(즉 모터 유입 전류를 차단하라는 신호)를 발생시켜 구동 회로(110)에 전달하고, 구동 회로(110)는 이에 따라 FET(130)를 차단하게 된다.

그러데, 이와 같은 종래기술에 의해 모터(30)를 제어하는 경우 평상시에는 별 문제가 없으나, 차량이 충돌ㆍ추돌 등과 같이 강한 충격을 받게 되는 사고를 당하여 상기 회로의 연결선 중 어느 일부가 끊어지게 되는 경우 다음과 같은 문제점이 발생할 수 있다. 모터(30)에 일정 수준 이상의 전류(과전류)가 흐르게 되면 도 2 및 도 3에 도시된 전류 감지 회로(120)가 FET(130)를 OFF시키게 되는데, LOW SIDE 제어의 경우 충돌 시 모터(30)와 전류 감지 회로(120)의 연결선이 끊어지게 되면, 상기 전류 감지 회로(120)는 연결선이 끊어졌으므로 모터(30)에 얼마나 전류가 흐르고 있는지를 감지할 수 없고, 따라서 모터(30)에 과전류가 흐르게 되어도 FET(130)가 OFF되지 못하기 때문에 상기 모터(30)가 구속되어(즉, 계속 회전하려 하여) 모터(30)의 소손을 발생시키게 된다. 또한 HIGH SIDE 제어의 경우에도 마찬가지로 도시된 바와 같이 전류 감지 회로(120)가 모터(30)의 GND단 방향에 위치해 있기 때문에, 모터(30)의 (+)단 방향에서 단락이 발생할 경우에는 모터(30)에 전류가 공급되지 않게 되기 때문에 상관없지만 모터(30)의 GND단 방향(즉 모터(30)와 전류 감지 회로(120)의 사이 부분)에서 단락이 일어날 경우에는 LOW SIDE 제어일 때와 마찬가지의 이유로 과전류가 유입되어도 모터(30)가 계속 회전하려 하게 되므로 모터(30)가 손상될 우려가 있으며, 계속해서 전류 감지 회로(120)는 모터(30)에 전류가 흐르지 않는 것으로 판단하여 FET(130)가 계속 ON됨으로써 모터(30)가 손상될 수도 있다.

따라서 종래기술에 의한 모터(30)의 제어방법은 충격에 의해 회로 내의 연결선 일부가 단락될 경우 모터(30)에 과전류가 유입되게 함으로써 모터(30)까지 손상 을 입게 되도록 하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 충돌로 인하여 PWM 제어 회로가 손상되었을 때에도 모터에 과전류가 유입되는 것을 방지하는 PWM 제어 회로의 전류 감지 방법을 제공함에 있다. 보다 상세하게는, PWM 제어 회로의 로직을 개선함으로써 충돌 등으로 인하여 PWM 제어 회로가 손상되었을 때 모터 과전류 유입을 방지하며, 또한 모터 양단 중 일측이 단락되어 모터가 계속해서 회전하는 것을 방지하는 PWM 제어 회로의 전류 감지 방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 충돌 시 PWM 제어 회로의 전류 감지 방법은, HIGH SIDE 제어 방식을 사용하는 팬 콘트롤러(100)의 PWM 제어 회로에 있어서, a) ECU가 입력 듀티를 계산하는 단계(S1); b) 상기 ECU가 입력 듀티가 작동 영역 내인지를 판단하는 단계(S2); c) 상기 b) 단계에서 상기 ECU가 입력 듀티가 작동 영역 내라고 판단하면, 상기 ECU가 팬 콘트롤러(100)의 PWM 제어 회로에 출력 듀티를 공급하는 단계(S3); d) 상기 PWM 제어 회로 내의 구동 회로(110)가 상기 출력 듀티에 대한 전류를 계산하는 단계(S4); e) 상기 구동 회로(110)가 모터(30)에 상기 계산된 전류를 공급하는 단계(S5); f) 상기 PWM 제어 회로 내의 전류 감지 회로(120)가 상기 모터(30)에 과전류가 흐르는지의 여부를 판단하는 단계(S6); g) 상기 f) 단계에서 상기 전류 감지 회로(120)가 상기 모터(30)에 과전류가 흐르지 않음을 감지하면, 상기 ECU가 상기 전류 감지 회로(120)에 전류가 흐르지 않는지의 여부를 판단하는 단계(S7); h) 상기 g) 단계에서 상기 ECU가 상기 전류 감지 회로(120)에 전류가 흐르지 않음을 감지하면, 상기 ECU가 PWM 제어 회로에 출력 듀티 공급을 정지하는 단계(S8); i) 모터(30)가 정지하는 단계(S9); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 f) 단계에서 상기 전류 감지 회로(120)가 상기 모터(30)에 과전류가 흐름을 감지하면, j-1) 상기 전류 감지 회로(120)가 상기 구동 회로(110)로 FET OFF 신호를 보내는 단계(Sa1); j-2) 상기 구동 회로(110)가 FET(130)를 OFF시키는 단계(Sa2); 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

더불어, 본 발명은 상기 g) 단계에서 상기 ECU가 상기 전류 감지 회로(120)에 전류가 흐르고 있음을 감지하면, 상기 c) 단계부터 상기 순서대로의 과정을 반복 수행하는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 b) 단계에서 상기 ECU가 입력 듀티가 작동 영역 외라고 판단하면, 상기 h) 단계부터 상기 순서대로의 과정을 수행하는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 충돌 시 PWM 제어 회로의 전류 감지 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 HIGH SIDE 제어 방식을 사용하는 팬 콘트롤러의 PWM 제어 회로에 서의 로직을 개선함으로써 종래의 문제점들을 해결하고자 한다. 도 4는 도 3의 회로를 채용하는 종래의 HIGH SIDE 제어 방식의 단계도로서, 정상적인 상태일 때(즉 PWM 제어 회로 어디에도 단락이 발생하지 않았을 때) 전류 감지 회로는 모터에 흐르는 전류가 일정 수준을 넘었음을 감지하면(TS1) 구동 회로로 FET OFF 신호를 보내고(TS2), 구동 회로는 상기 신호를 감지하면 FET를 OFF시켜 모터에 공급되는 전류를 차단함으로써 모터를 정지시키게 된다(TS3). 이 때, 도 3의 a 지점에서 단락이 일어날 경우에는 모터(30)에 전원이 공급되지 않게 되므로 모터(30)가 더 이상 작동하지 않아 과전류 유입에 의한 모터(30) 소손이 발생할 염려가 없다. 그러나 도 3의 b 지점에서 단락이 발생할 경우, 모터(30)에는 여전히 전원이 공급되는 반면 모터(30)와 연결된 전류 감지 회로(120)에는 전류 공급이 차단된다. 따라서 전류 감지 회로(120)는 모터(30)에 과전류가 흐르게 되어도 전혀 이를 인지할 수 없고, 따라서 구동 회로(110)는 FET(130)를 계속 차단하지 않은 상태로 유지하게 되어, 결과적으로 모터(30)에 과전류가 유입됨으로써 모터(30)에 소손이 발생하게 되는 것이다. 또한, 모터(30)에 과전류가 유입되지 않는다 해도 전류 감지 회로(120)는 모터(30)에 전류가 흐르지 않는 것으로 판단하여 FET(130)가 계속 ON됨으로써 모터(30)가 무리하게 계속해서 작동하게 되어 손상을 가져오게 될 수도 있다.

도 5는 이와 같은 종래의 제어 방법에 있어서의 문제점을 제거하기 위하여 개시된 본 발명에 의한 제어 방법의 단계도이다. 도 5에서의 제어 방법은 물론 HIGH SIDE 방식의 PWM 제어 회로에 사용되어야 한다.

도 5의 단계도에 기재된 바와 같이, 본 발명에서는 모터에 흐르는 전류만을 FET OFF 차단 조건으로 사용하는 것이 아니라 입력 듀티(duty)를 판단 조건으로 더 사용한다. 먼저 ECU(Electric Control Unit)는, 차량 에어 컨디셔너의 ON/OFF 상태, 압축기의 압력, 차량의 속력, 냉각수의 온도 등에 따라 미리 적절하게 설정되어 있는 조건별 팬 로직(Fan Logic) 표에 따라 입력 듀티를 계산한다(S1). 이 때, ECU는 현재의 차량 상태가 모터를 구동시켜야 하는 조건의 영역(이를 작동 영역이라 칭한다) 내에 들어오는지 판단하며(S2), 작동 영역 이내일 경우 출력 듀티를 팬 콘트롤러 PWM 제어 회로에 공급한다(S3). 만약 작동 영역 밖일 경우에는 ECU는 현재 시점에서 바로 출력 듀티 공급을 정지(S8)하며 모터는 정지(S9)하게 된다.

PWM 제어 회로의 구동 회로는 상기 ECU로부터 공급받은 출력 듀티에 대한 전류를 계산(S4)하여 상기 전류를 모터에 공급하게 되고(S5), 모터는 전류의 값에 따라 속도가 바뀌면서 작동하게 된다. 이 때, 전류 감지 회로가 모터에 과전류가 유입되었는지를 판단하되(S6), 과전류가 유입되었음이 감지되면 전류 감지 회로는 종래와 마찬가지로 구동 회로로 FET OFF 신호를 보내고(Sa1), 구동 회로는 FET를 차단하여(Sa2) 모터가 정지하게 된다(S9).

만일 전류 감지 회로가 모터에 과전류 유입 여부를 판단(S6)하는 시점에서 과전류가 유입되었음이 감지되지 않으면, 구동 회로는 전류 감지 회로에 전류가 차단되어 흐르지 않는지의 여부를 판단한다(S7). 만일 전류 감지 회로에 전류가 제대로 흐르고 있는 경우(즉 회로가 손상되지 않고 정상적으로 작동하고 있는 경우)라면 구동 회로는 현재 PWM 제어 회로의 상태가 정상이라고 판단하고 출력 듀티를 공 급받아 모터를 작동시키는 일련의 단계들(S3~S6)을 반복 수행한다. 만일, 상기 단계(S7)에서 전류 감지 회로에 전류가 차단되어 흐르지 않고 있음이 감지되면 ECU는 PWM 회로에 출력 듀티를 공급하는 것을 멈추고(S8), 이에 따라 모터는 정지(S9)한다.

본 발명에 의한 제어 방법을 사용할 경우, PWM 회로가 손상을 입지 않아 정상적인 상태일 때에는 종래와 마찬가지로 작동하게 된다. 그런데, 도 3에서 a 지점이 단락된 경우에는 당연히 모터(30)에 공급되는 전원이 차단되기 때문에 모터(30)가 정지하게 되지만, 종래의 경우 b 지점이 단락되었을 경우에는 전류 감지 회로(120)가 과전류를 감지하지 못하고, 따라서 FET OFF 신호를 발생시키지 않기 때문에 구동 회로(110)는 모터(30)에 계속해서 전류를 공급함으로써 결국에는 모터(30)에 과전류가 유입되게 되는 문제점이 발생되었다. 그런데 도 3에 도시된 바와 같이 전류 감지 회로(120)와 모터(30)는 서로 직접 연결되어 있기 때문에, 모터(30)에 전류가 공급되는 경우(즉 입력 듀티가 있는 경우)에는 반드시 전류 감지 회로(120)에도 전류가 흘러야만 한다. 따라서, 입력 듀티가 있어서 모터(30)에 전류가 공급되고 있는데 전류 감지 회로(120)에 전류가 흐르지 않으려면, 모터(30)와 전류 감지 회로(120) 사이의 연결 부분 즉 도 3에서의 b 지점에 단락이 일어났을 경우이어야만 한다. 본 발명에서의 제어 방법에서는 입력 듀티가 작동 영역 내인지를 판단하는 단계(S2)와 전류 감지 회로에 전류가 흐르지 않는지의 여부를 판단하는 단계(S7)를 포함하고 있음으로써, 모터(30)와 전류 감지 회로(120)의 연결이 손상되어 상기 전류 감지 회로(120)가 모터(30)에 흐르는 과전류를 감지하지 못하게 되더라도 ECU가 이를 인지하고 PWM 회로에 출력 듀티 공급을 정지하게 하여 모터(30)가 계속 회전하려는 것을 막아 모터(30)의 소손을 막을 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 종래에는 전류만을 감지함으로써 스위치 차단 여부를 판단하였기 때문에, 충돌이나 추돌 등의 외부 충격에 의해 PWM 제어 회로 내의 연결선 일부가 손상되어 전류 감지 회로에 전류가 흐르지 않게 되면 모터에 과전류가 유입되는 것을 감지하지 못하여 모터에 과전류가 흘러 모터가 구속됨으로써 소손을 입게 되었던 문제점을 해결하여, 연결선의 어떤 부분이 손상을 입더라도 모터에 과전류가 흐르지 않도록 하는 커다란 효과가 있다. 또한, 본 발명의 방법은 종래의 HIGH SIDE 제어에 사용되는 회로를 그대로 사용하되 로직만을 바꾸어 줌으로써 얼마든지 사용가능하여 부가적인 회로나 회선을 전혀 필요로 하지 않기 때문에, 새로운 부품 조립 공정 및 장비 등 역시 전혀 필요하지 않아 신제품의 생산에 있어서도 매우 경제적이며, 더불어 기존의 차량에 이미 설치되어 있는 팬 콘트롤러에 대해서도 마찬가지로 간단하게 로직만을 바꾸어 입력해 주면 되기 때문에 사용자에게 있어서도 매우 경제적이라는 효과가 있다.

Claims

모터(30); 상기 모터(30)의 GND단 측에 연결되는 전류 감지 회로(120); 상기 모터(30)의 (+)단과 드레인단이 연결되고, 차량 전원(B+)과 소스단이 연결되는 FET(130); 상기 FET(130)의 바디단 및 차량 ECU 사이에 구비 연결되며, 상기 전류 감지 회로(120)와 연결되어 PWM 방식으로 상기 모터(30)의 구동을 제어하는 구동 회로(110);를 포함하여 이루어지는 HIGH SIDE 제어 방식을 사용하는 팬 콘트롤러(100)의 PWM 제어 회로의 전류 감지 방법에 있어서,

a) ECU가 입력 듀티를 계산하는 단계(S1);

b) 상기 ECU가 입력 듀티가 작동 영역 내인지를 판단하는 단계(S2);

c) 상기 b) 단계에서 상기 ECU가 입력 듀티가 작동 영역 내라고 판단하면, 상기 ECU가 팬 콘트롤러(100)의 PWM 제어 회로에 출력 듀티를 공급하는 단계(S3);

d) 상기 PWM 제어 회로 내의 구동 회로(110)가 상기 출력 듀티에 대한 전류를 계산하는 단계(S4);

e) 상기 구동 회로(110)가 모터(30)에 상기 계산된 전류를 공급하는 단계(S5);

f) 상기 PWM 제어 회로 내의 전류 감지 회로(120)가 상기 모터(30)에 과전류가 흐르는지의 여부를 판단하는 단계(S6);

g) 상기 f) 단계에서 상기 전류 감지 회로(120)가 상기 모터(30)에 과전류가 흐르지 않음을 감지하면, 상기 ECU가 상기 전류 감지 회로(120)에 전류가 흐르지 않는지의 여부를 판단하는 단계(S7);

h) 상기 g) 단계에서 상기 ECU가 상기 전류 감지 회로(120)에 전류가 흐르지 않음을 감지하면, 상기 ECU가 PWM 제어 회로에 출력 듀티 공급을 정지하는 단계(S8);

i) 모터(30)가 정지하는 단계(S9);

를 포함하여 이루어지며,

상기 f) 단계에서 상기 전류 감지 회로(120)가 상기 모터(30)에 과전류가 흐름을 감지하면,

j-1) 상기 전류 감지 회로(120)가 상기 구동 회로(110)로 FET OFF 신호를 보내는 단계(Sa1);

j-2) 상기 구동 회로(110)가 FET(130)를 OFF시키는 단계(Sa2);

를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 충돌 시 PWM 제어 회로의 전류 감지 방법.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 g) 단계에서

상기 ECU가 상기 전류 감지 회로(120)에 전류가 흐르고 있음을 감지하면, 상기 c) 단계부터 상기 순서대로의 과정을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 충돌 시 PWM 제어 회로의 전류 감지 방법.
제 3항에 있어서, 상기 b) 단계에서

상기 ECU가 입력 듀티가 작동 영역 외라고 판단하면, 상기 h) 단계부터 상기 순서대로의 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 충돌 시 PWM 제어 회로의 전류 감지 방법.