KR101415219B1 - 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치 - Google Patents

전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자 브레이크 시스템에서 유압 밸브 작동용 코일의 전류를 제어하기 위한 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 순방향 전압 강하(forward voltage drop)와 전류에 비례해서 전력(power)을 소모하는 프리 휠링(free-wheeling) 다이오드 대신에 N형 MOSFET를 사용하여 프리 휠링(free-wheeling) 다이오드의 전력 소모 문제를 해소하고, 프리 휠링(free-wheeling) 다이오드를 사용한 것과 동일한 회로 기능을 구현하면서 전력 소모는 기존 대비 약 30% 수준으로 줄일 수 있다.

Description

전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치{COIL DRIVING DEVICE FOR ELECTRONIC BRAKE SYSTEM}
본 발명은 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자 브레이크 시스템에서 유압 밸브 작동용 코일의 전류를 제어하기 위한 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 엔진 성능이 고성능화되면서 차량의 주행 속도도 고속화되는 추세이다. 이에 따라 차량의 주행 안정성 향상 및 제동 안정성 확보를 위해 다양한 전자 브레이크 시스템이 차량에 설치된다. 이러한 차량의 전자 브레이크 시스템에는 제동 시 휠의 슬립에 따라 제동과 제동 해제를 반복하여 차량의 제동 안정성을 확보하는 안티록 브레이크 시스템(Anti-Lock Brake System;이하, ABS라 한다)과, 가속 또는 코너링 시 차량의 자세를 제어하여 차량의 주행 안정성을 향상시키는 차량 안정성 제어(Electronic Stability Control;이하, ESC라 한다) 시스템 등이 있다.
ABS 및 ESC 시스템은 각 차륜의 휠 실린더에 가해지는 브레이크 액압을 감압, 유지 또는 증압하여 차량의 주행 안정성 및 제동 안정성을 확보한다. 이러한 ABS 및 ESC 시스템은 각 휠 실린더의 유입 또는 유출 측에 각 휠 실린더에서의 브레이크 액압을 조절할 수 있도록 유압 밸브(Hydraulic Unit Valve)를 설치하고, 유압 밸브의 작동을 위해 엔진 제어 유닛(ECU) 측에 코일 및 코일에 인가되는 전류를 제어하기 위한 코일 구동 장치를 실장한다.
종래 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 유압 밸브를 작동시키기 위한 코일(1)과, 코일(1)에 인가되는 배터리(2) 전압을 스위칭(Switching)하는 제1스위칭소자(3)와, 제1스위칭소자(3)에 코일 전류 구동 신호를 출력하는 MCU(4)와, 유압 밸브의 오작동을 방지하기 위한 제2스위칭소자(5)와, 제2스위칭소자(5)와 MCU(4) 사이에 접속된 차지 펌프 회로(6), 코일(1)의 서지 전압을 흡수하는 프리 휠링(free-wheeling) 다이오드(7), 배터리(2)와 제2스위칭소자(5) 사이에 접속된 역전류 방지용 다이오드(8)를 포함한다.
최근 ABS 및 ESC 시스템의 경우, 부가 기능들이 많이 추가되면서 코일(1)에 흐르는 전류 또한 기존 기능들에 비해 장시간 유지되도록 요구되어 지고 있다. 코일(1)은 전류가 흐르면 전력(power)을 소모하면서 발열하는 특성을 가지므로 코일(1) 전류를 장시간 유지시키기 위해서는 코일 구동 장치의 각 부품들이 전력 소모(power dissipation)가 최소화되어야 한다.
그러나, 종래 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치는 프리 휠링(free-wheeling) 다이오드(7)가 순방향 전압 강하(forward voltage drop)와 전류에 비례해서 전력(power)을 소모하기 때문에 장시간 전류 구동 시, 프리 휠링(free-wheeling) 다이오드(7)의 접합 온도(Juction Temperature) SPEC을 초과하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 프리 휠링(free-wheeling) 다이오드의 전력 소모 문제를 해소하고, 프리 휠링(free-wheeling) 다이오드의 회로 기능을 수행할 수 있는 전자 브레이크 시스템의 새로운 코일 구동 장치를 제시하고자 한다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치는, 전자 브레이크 시스템의 브레이크 액압을 조절하기 위한 유압 밸브를 작동시키는 코일; 코일의 전류를 온/오프 구동시키는 제1스위칭소자; 제1스위칭소자에 코일 전류 구동 신호를 출력하는 MCU; 코일의 전류가 오프될 때 발생되는 서지 전압을 흡수하도록 프리 휠링 전류 패스를 구성하는 제3스위칭소자; 제3스위칭소자에 구동 신호를 출력하는 인버팅 회로를 포함한다.
인버팅 회로는 제1스위칭소자의 코일 전류 구동 신호를 기준으로 인버팅된 구동 신호를 생성하여 제3스위칭소자에 출력하는 것을 특징으로 한다.
인버팅 회로의 구동 신호는 제1스위칭소자의 코일 전류 구동 신호와 직접 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
제3스위칭소자는 하이 사이드 N형 MOSFET인 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치는, 순방향 전압 강하(forward voltage drop)와 전류에 비례해서 전력(power)을 소모하는 프리 휠링(free-wheeling) 다이오드 대신에 N형 MOSFET를 사용하여 프리 휠링(free-wheeling) 다이오드의 전력 소모 문제를 해소하고, 프리 휠링(free-wheeling) 다이오드를 사용한 것과 동일한 회로 기능을 구현하면서 전력 소모는 기존 대비 약 30% 수준으로 줄일 수 있다.
도 1은 종래 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치의 회로 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치의 회로 구성도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치의 회로 구성도이다.
도 2에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치는 유압 밸브를 작동시키기 위한 코일(10)과, 코일(10)에 인가되는 배터리(20) 전압을 스위칭(Switching)하여 코일(10)의 전류를 온/오프 구동시키는 제1스위칭소자(30)와, 제1스위칭소자(30)에 코일 전류 구동 신호를 출력하는 MCU(40)와, 유압 밸브의 오작동을 방지하기 위한 제2스위칭소자(50)와, 제2스위칭소자(50)와 MCU(40) 사이에 접속된 차지 펌프 회로(60), 코일(10)의 서지 전압을 흡수하는 제3스위칭소자(70), 배터리(20)와 제2스위칭소자(50) 사이에 접속된 역전류 방지용 다이오드(80), 제1스위칭소자(30)의 코일 전류 구동 신호를 기준으로 인버팅된 구동 신호를 생성하여 제3스위칭소자(70)에 출력하는 인버팅 회로(90)를 포함한다.
코일(10)은 전류가 흐를 경우 기자력을 발생시켜 유압 밸브를 작동시킨다.
배터리(20)는 코일(10)에 인가되는 배터리 전압을 공급한다.
제1 내지 제3스위칭소자(30, 50, 70)는 게이트단(G)과, 드레인단(D)과, 소스단(S)를 가지고 게이트단(G)에 소정 전압이 인가되는 경우, 드레인단(D)과 소스단(S)이 도통되는 하이 사이드(High-side) N형 MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)이다.
MCU(40)는 코일(10)의 구동 시에는 전압 레벨이 하이(High)인 코일 전류 구동 신호를 제1스위칭소자(30)의 게이트단(G)에 인가하여 제1스위칭소자(30)를 온 시킴으로써 코일(10)의 전류를 온시키고, 코일(10)의 정지 시에는 하이(High)인 코일 전류 구동 신호를 로우(Low)로 전압 레벨을 떨어뜨려 제1스위칭소자(30)를 오프시킴으로써 코일(10)의 전류를 오프시킨다.
제3스위칭소자(70)는 제1스위칭소자(30)가 오프되어 코일(10)의 전류가 오프되는 순간 인버팅 회로(90)를 통해 구동 신호를 전달받아 온됨으로써 코일(10)의 서지(surge) 전압을 흡수하고, 코일(10) 전류가 프리 휠링(free-wheeling)되는 프리 휠링(free-wheeling) 전류 패스(path)를 구성한다.
역전류 방지용 다이오드(80)는 배터리(20)와 그라운드(GND)의 극성이 바뀌어 연결되었을 경우, 역전류로부터 코일 구동 장치의 각 부품들을 보호하기 위한 다이오드이다.
인버팅 회로(90)는 제1스위칭소자(30)의 코일 전류 구동 신호를 기준으로 인버팅된 구동 신호를 생성하여 제3스위칭소자(70)에 출력하는 것으로, 제1스위칭소자(30)가 오프되어 코일(10)의 전류가 오프되는 순간 인버팅된 하이(High) 레벨의 구동 신호를 제3스위칭소자(70)의 게이트단(G)에 인가하여 제3스위칭소자(70)를 온 시킨다.
이하, 상기와 같이 구성된 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치의 동작 과정 및 작용 효과를 설명한다.
도 1에서, 기존에 사용하던 프리 휠링(free-wheeling) 다이오드(7)를 도 2에 도시한 바와 같이, 프리 휠링(free-wheeling) 제3스위칭소자(70)로 대체함으로써 프리 휠링(free-wheeling) 다이오드(7)를 사용한 것과 동일한 회로 기능을 구현하면서 프리 휠링(free-wheeling) 제3스위칭소자(70)의 전력(power) 소모는 기존 프리 휠링(free-wheeling) 다이오드(7) 대비 약 30% 수준으로 저감된다.
전력 소모(Power dissipation)가 저감되면, 제3스위칭소자(70)도 보다 작은 사이즈로 보다 큰 용량의 프리 휠링(free-wheeling) 다이오드(7)가 수행하던 회로 기능을 대체할 수 있게 되고, 엔진 제어 유닛(ECU) 내부의 손실율도 같이 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치를 구동하기 위한 차지 펌프 회로(60)는 종래 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치에 구성되어 있는 차지 펌프 회로(6)를 그대로 사용할 수 있기 때문에 별도의 차지 펌프 회로 또한 불필요하다.
그리고, 차지 펌프 회로(60)와 제3스위칭소자(70)의 게이트단(G)을 구동하는 인버팅 회로(90)는 종래 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치에 구성되어 있는 것과 동일하게 제1스위칭소자(30)와 바로 연동되어 있어 별도의 구동 신호(signal) 또한 불필요함으로써 보다 간결한 회로 구성이 가능하게 된다.
10 : 코일 20 : 배터리
30 : 제1스위칭소자 40 : MCU
50 : 제2스위칭소자 60 : 차지 펌프 회로
70 : 제3스위칭소자 90 : 인버팅 회로

Claims (4)

  1. 전자 브레이크 시스템의 브레이크 액압을 조절하기 위한 유압 밸브를 작동시키는 코일;
    상기 코일의 전류를 온/오프 구동시키는 제1스위칭소자;
    상기 제1스위칭소자에 코일 전류 구동 신호를 출력하는 MCU;
    상기 코일의 전류가 오프될 때 발생되는 서지 전압을 흡수하도록 프리 휠링 전류 패스를 구성하는 제3스위칭소자;
    상기 제1스위칭소자의 코일 전류 구동 신호를 기준으로 인버팅된 구동 신호를 생성하여 상기 제3스위칭소자에 출력하는 인버팅 회로를 포함하는 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인버팅 회로의 구동 신호는 상기 제1스위칭소자의 코일 전류 구동 신호와 직접 연결되어 있는 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3스위칭소자는 하이 사이드 N형 MOSFET인 전자 브레이크 시스템의 코일 구동 장치.
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