KR101417865B1 - 솔레노이드 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 레이어로 이루어지고 솔레노이드가 전기적으로 연결되는 기판; 기판에 배치되고 솔레노이드에 인가되는 전류를 제어하는 에이직; 기판에 형성되되 서로 다른 레이어에 형성된 배터리의 전력을 솔레노이드에 공급하는 전력 공급 패턴과, 솔레노이드와 에이직을 연결하는 연결 패턴과, 그라운드 패턴을 포함하고, 전력 공급 패턴이 형성된 레이어와 연결 패턴이 형성된 레이어 사이에 그라운드 패턴이 형성된 레이어가 배치된다.
본 발명은 솔레노이드를 구동시키기 위한 기판 제작 시에 전자파 노이즈(EMC)를 고려하여 솔레노이드를 구동시키기 위한 패턴을 설계함으로써, 전자파 노이즈를 해결하기 위한 시간과 비용을 절약할 수 있고 뿐만 아니라 제품의 개발 단계를 단축시켜 고객의 만족도를 높일 수 있다.

Description

솔레노이드 구동 장치 {Apparatus for driving solenoid}

본 발명은 노이즈 감소를 위한 솔레노이드 구동 장치에 관한 것이다.

급제동시 차가 미끄러지거나 옆으로 밀리는 것을 방지하는 안티록 브레이크 시스템(ABS : Anti-lock Brake System)과, 빙판길에서 차가 미끄러져 진행방향이 돌아가는 것을 방지하는 차체 자세 제어(ESC)와, 운전자가 설정한 속도로 자동 운행하는 적응 운행 제어(ACC: Adaptive Cruise Control)는 브레이크 시스템을 제어하여 각 차륜의 휠 실린더에 가해지는 브레이크 액압이 감압, 유지 또는 증압되도록 함으로써 주행안정성을 확보함과 동시에 조향을 안정화시킨다.

여기서 브레이크 시스템은 각 휠 실린더의 유입 또는 유출 측의 유압라인 상에 배치되어 각 휠 실린더의 브레이크 액압을 조절하는 솔레노이드 밸브를 포함한다.

이러한 솔레노이드 밸브 내의 솔레노이드에는 모스펫(MOSFET)의 구동에 따라 배터리의 전류가 유입 또는 차단된다. 이때 솔레노이드에 배터리의 전류가 유입되면 솔레노이드 밸브는 작동하고 배터리에서 공급되는 전류가 차단되면 솔레노이드 밸브는 작동을 정지한다.

최근에는 브레이크 시스템의 크기를 줄이기 위해 솔레노이드 밸브의 솔레노이드를 구동시키기 위한 드라이버를 에이직(ASIC)으로 원 칩(one-chip)화하고 있다.

이러한 에이직을 이용하여 솔레노이드를 구동시키는 솔레노이드 구동 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이 전류가 배터리에 연결되는 전력 공급 패턴, 에이직(ASIC) 핀 및 그라운드(DGND) 패턴을 통해 순차적으로 흐르는데, 이때 신호전류와 귀환전류가 이루는 패턴의 루프가 크게 형성되어 인덕턴스가 높아지고, 이로 인해 전자파노이즈(EMC)가 많이 발생되는 문제가 있었다.

이와 같이 솔레노이드 구동 장치의 제작 시 EMC (Electro Magnetic Compatibility)를 고려하지 않은 채 기판(11 내지 16)에 패턴을 설계하였다. 그 후 제품을 제작한 다음에 전자파 노이즈를 해결하였다.

이로 인해 전자파 노이즈를 해결하기 위한 시간과 비용이 매우 많이 소비되는 문제가 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전력 공급 패턴과 에이직(ASIC)에 연결된 연결 패턴 사이에 그라운드 패턴을 형성시켜 루프 간격을 줄임으로써 전자파 노이즈를 줄이는 솔레노이드 구동 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 따른 솔레노이드 구동 장치는 복수의 레이어로 이루어지고 솔레노이드가 전기적으로 연결되는 기판; 기판에 배치되고 솔레노이드에 인가되는 전류를 제어하는 에이직; 기판에 형성되되 서로 다른 레이어에 형성된 배터리의 전력을 솔레노이드에 공급하는 전력 공급 패턴과, 솔레노이드와 에이직을 연결하는 연결 패턴과, 그라운드 패턴을 포함하고, 전력 공급 패턴이 형성된 레이어와 연결 패턴이 형성된 레이어 사이에 그라운드 패턴이 형성된 레이어가 배치된다.

에이직은, 솔레노이드에 공급되는 전류를 조절하기 위한 로우 사이드 전계 효과 트랜지스터를 포함한다.

기판은, 배터리가 연결되는 배터리 연결 패턴과, 에이직 및 솔레노이드를 전기적으로 연결시키는 연결 패턴이 형성된 탑 레이어; 탑 레이어의 하측에 배치되고 에이직의 그라운드 단과 전기적으로 연결된 그라운드 패턴이 형성된 제1이너 레이어; 제1이너 레이어의 하측에 배치되고 탑 레이어의 배터리 연결 패턴과 전기적으로 연결된 전력 공급 패턴이 형성된 제2이너 레이어; 제2이너 레이어의 하측에 배치되는 바텀 레이어를 포함한다.

배터리, 솔레노이드, 에이직이 그라운드 패턴에 공통으로 연결된다.

전력 공급 패턴, 연결 패턴 및 그라운드 패턴 사이의 전류 루프 간격이 두 개의 레이어 두께로 형성된다.

연결 패턴은 양극성의 패턴이다.

본 발명에 따르면 솔레노이드를 구동시키기 위한 기판 제작 시에 전자파 노이즈(EMC)를 고려하여 솔레노이드를 구동시키기 위한 패턴을 설계함으로써, 전자파 노이즈를 해결하기 위한 시간과 비용을 절약할 수 있고 뿐만 아니라 제품의 개발 단계를 단축시켜 고객의 만족도를 높일 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 솔레노이드 구동 장치의 기판에 형성된 패턴 및 전류 흐름 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 구동 장치의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 구동 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 구동 장치의 제어 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 구동 장치에 연결되는 솔레노이드의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 구동 장치의 패턴 및 전류 흐름 예시도이다.
도 7a 및 도 7b는 종래 및 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 구동 장치에서 발생된 전자파 노이즈의 그래프이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 실시예의 솔레노이드 구동 장치(100)는 차량에 마련된 전자제어 시스템의 명령에 대응하여 솔레노이드(200)에 인가되는 전류를 제어하는 장치로, 솔레노이드 밸브가 작동되도록 한다.

여기서 전자 제어 시스템은 차체 자세 제어 시스템(ESC) 및 적응 운행 제어 시스템(ACC) 중 적어도 하나의 시스템으로, 전자제어유닛(ECU)의 제어 신호에 대응하여 작동되는 복수개의 솔레노이드 밸브를 이용하여 유압회로를 개폐하고 이를 통해 유로의 방향을 변화시킴으로써 차체의 자세를 제어하거나 적응 운행을 제어한다.

본 실시예의 솔레노이드 구동 장치는 전자 제어 유닛과 일체로 형성 가능하다.

아울러 솔레노이드 구동 장치는 전자 제어유닛과 독립적으로 마련된 상태에서 전자 제어 유닛과 통신을 수행하여 전자제어 유닛으로부터 제어 신호를 수신하고 수신된 제어 신호에 기초하여 솔레노이드를 구동시키는 것도 가능하다. 이 경우 전자 제어유닛은 전자 제어 시스템 내에 위치한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 구동 장치의 예시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 구동 장치의 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 구동 장치의 제어 구성도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 구동 장치에 연결되는 솔레노이드의 예시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 솔레노이드 구동 장치(100)는 적어도 하나의 솔레노이드(200)가 장착되는 기판(Board, 110)과, 솔레노이드(200)의 구동을 제어하는 에이직(ASIC: Application Specific Integrated Circuit, 120)을 포함한다.

기판(110)은 복수의 레이어(111 내지 114)가 적층 형성된 것으로, 각 레이어는 서로 절연되어 있다.

기판(110)에는 에이직(120) 등을 포함한 복수의 소자(미도시) 등이 실장되고 또한 솔레노이드(200)가 전기적으로 연결된다.

이러한 기판(110)은 복수의 소자를 전기적으로 연결하는 복수의 패턴(130)이 형성된 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)으로, 복수의 패턴들은 소자들 간의 배치 및 소자들 간의 기능에 따라 복수 레이어 중 일부 또는 전부 레이어에 적절하게 분리 배치되어 있다.

이와 같이 서로 절연된 복수의 레이어에 패턴들을 분리시켜 형성시킴으로써 기판(110) 상에 많은 소자들을 장착시킬 수 있다.

아울러, 레이어에 형성된 패턴과 소자를 전기적으로 연결시키기 위해서는, 연결시키고자 하는 패턴에 관통홀을 형성시키고 이 관통홀에 소자를 삽입시킨 후 도금층(솔더링)을 형성시킴으로써 패턴과 소자를 전기적으로 연결시킨다.

또한 서로 다른 두 레이어에 각각 형성된 패턴을 전기적으로 연결시키기 위해서는 하나의 레이어의 패턴에 관통홀 및 도금층을 형성시킨 후 이 도금층이 다른 하나의 레이어에 형성된 패턴에 맞닿도록 함으로써 서로 다른 레이어의 두 패턴을 전기적으로 연결시킨다.

이때 관통홀은, 두 레이어의 패턴이 서로 대응되는 위치에 형성시킨다.

아울러 하나의 레이어에 형성된 도금층과 다른 레이어에 형성된 패턴과의 정밀한 연결을 위해 전도성의 와이어를 이용하는 것도 가능하다.

이러한 기판(110)을 가지는 솔레노이드 구동 장치를 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 기판(110)은 복수의 소자들이 배치되는 탑 레이어(111)와, 탑 레이어(111)의 하측에 배치되는 제1이너 레이어(112)와, 제1이너 레이어(112)의 하측에 배치되는 제2 이너 레이어(113)와, 제2 이너 레이어(113)의 하측에 배치되는 바텀 레이어(114)를 포함한다.

여기서 탑 레이어(111)에는 배터리(300)의 양극성의 단자에 연결되는 배터리 연결패턴(131)이 형성되어 있고, 솔레노이드(200)의 리드선(240)이 삽입되는 제1, 2관통홀(h1, h2)이 형성되어 있으며, 에이직(120)의 복수의 핀이 삽입되는 핀 홀이 형성되어 있고, 에이직의 어느 하나의 핀과 솔레노이드의 리드선(240)을 연결하는 연결 패턴(133)이 형성되어 있으며, 복수 소자에 배터리(300)의 전력공급이 용이하도록 배터리(300)에 연결된 배터리 연결 패턴(131)을 제2 이너 레이어(113)로 연장시키기 위한 제3관통홀(h3)이 형성되어 있다.

제1이너 레이어(112)에는 에이직(120)을 포함한 복수 소자의 그라운드 단자와 배터리(300)의 음극성의 단자가 연결되는 그라운드 패턴(134)과, 탑 레이어(111)의 제3관통홀(h3)과 동일 수직선 상에 위치하고 배터리(300)의 전력을 전달하는 제4관통홀(h4) 및 탑 레이어(112)의 제1관통홀(h1)과 동일 수직선 상에 위치하고 배터리(300)의 전력을 솔레노이드(200)에 전달하는 제5관통홀(h5)이 형성되어 있다.

제2 이너 레이어(113)에는 배터리(300)의 전력을 공급받고 공급받은 전력을 솔레노이드(200)와 같은 복수의 소자에 공급하는 전력 공급 패턴(132)이 형성되어 있다.

이 전력 공급 패턴(132)은 탑 레이어(111)에 형성시키는 것도 가능하나, 전력 공급 패턴이 복수 소자에 각각 연결되어야 하기 때문에 탑 레이어 내의 패턴의 복잡도가 증가하고 이로 인해 탑 레이어에 많은 소자의 실장이 어려워지게 되어 전력 공급 패턴을 탑 레이어가 아닌 제2 레이어에 형성시키는 것이다.

이러한 전력 공급 패턴(132)은 탑 레이어(111)의 서로 다른 위치에 배치된 복수 소자의 구동에 필요한 전력을 각각 공급해야 하기 때문에 제2 이너 레이어(113)에 넓게 분포한다. 즉, 전력 공급 패턴(132)은 제1이너 레이어(112) 및 탑 레이어(111)에 형성된 관통홀 내의 도금층을 통해 탑 레이어(111)에 배치된 복수 소자와 전기적으로 연결되어 복수 소자에 전력을 공급한다.

바텀 레이어(114)는 복수 패턴 및 소자가 외부와 절연되도록 하고 또한 패턴 및 그 외 레이어를 외부 충격으로부터 보호한다.

즉, 전력 공급 패턴(132)이 형성된 제2이너레이어(113)와 연결 패턴(133)이 형성된 탑 레이어(111) 사이에 그라운드 패턴(134)이 형성된 제1이너 레이어(112)가 배치된다.

이와 같이 배터리에서 에이직 핀까지 2개의 레이어를 통해 전류가 흐르도록 하고 그 사이에 그라운드 패턴을 형성시킴으로써 하나의 그라운드 패턴을 통해 배터리, 솔레노이드, 에이직의 그라운드를 공통으로 사용하는 것이 가능하다.

에이직(120)은 기판(110)의 핀 홀에 삽입되어 기판(110)과 전기적으로 연결되고 휠 실린더(미도시)의 브레이크 압력이 조절되도록 적어도 하나의 솔레노이드 밸브 내의 솔레노이드에 인가되는 전류를 제어한다. 이를 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이 에이직(120)은 제어부(121)와 스위칭부(122)를 포함한다.

제어부(121)는 휠 속도 센서, 요 레이트 센서, 가속도 센서 등과 같은 복수 센서를 통해 센싱된 데이터를 이용하여 차량의 상태를 판단하고, 판단된 차량에 상태에 기초하여 적어도 하나의 솔레노이드 밸브 내의 솔레노이드에 인가되는 전류가 조절되도록 스위칭부(122)의 구동을 제어한다.

아울러 제어부(121)는 외부의 전자 제어 유닛으로부터 전송된 제어 신호에 기초하여 스위칭부(122)의 구동을 제어하는 것도 가능하다.

스위칭부(122)는 로우 사이드 전계 효과 트랜지스터(Low Side FET)를 포함하고, 제어부(121)의 제어 신호에 따라 온 또는 오프 구동하여 솔레노이드(200)에 전류가 공급 또는 차단되도록 한다. 이때 솔레노이드 밸브가 개방 또는 폐쇄되고 이로 인해 휠 실린더의 브레이크 압력이 조절된다.

아울러 에이직(120)은 솔레노이드(200)가 과도한 전류에 의해 파손되는 것을 방지하기 위한 페일 세이프 릴레이(FSR)로 불리는 페일 세이프용 스위치(미도시)를 구동시키는 것도 가능하다.

에이직(120)은 솔레노이드(200)의 코일에 흐르는 전류가 차단되는 경우 코일에 의해 생기는 역기전력에 의한 암전류를 바이패스시키기 위한 바이패스부(123)를 더 포함하는 것도 가능하다. 이때, 바이패스부(123)는 캐소드가 그라운드 패턴에 연결된 다이오드를 포함한다.

솔레노이드(200)는 두 리드선(240)이 제1관통홀 및 제2관통홀에 각각 삽입되고 이를 통해 배터리(300) 및 에이직(120)과 전기적으로 연결되어 배터리로부터 전류를 공급받는다. 이때 에이직(120) 내의 스위칭부(122)의 구동에 따라 배터리로부터 전달되는 전류가 공급 또는 차단된다.

도 5에 도시된 바와 같이 솔레노이드(200)는 보빈(210)과, 보빈(210)에 감기는 코일(220)과, 코일(220)에서 발생되는 자기력이 상실되는 것을 보호하기 위해 보빈(210)의 상부 및 코일(220)을 감싸는 케이스(230), 코일(220)로부터 연장되어 케이스(230)의 외부로 인출된 리드선(240) 및 보빈(210)의 내측에 형성되고 밸브가 삽입되는 밸브 삽입홀(250을 포함한다.

여기서 밸브 삽입홀(250)에 삽입되는 밸브(미도시)는 솔레노이드의 코일에 전류가 인가될 때 코일에 발생하는 자기력에 의해 작동됨으로써 휠 실린더의 브레이크 압력을 조절한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 구동 장치의 패턴 및 전류 흐름 예시도이고 도 7은 종래 및 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 구동 장치에서 발생된 전자파 노이즈의 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 에이직(120) 내의 제어부(121)의 명령에 따라 스위칭부(122)가 온 구동되어 솔레노이드(200)에 전류를 공급하는 경우, 솔레노이드 구동 장치 내의 전류는 탑 레이어(111)의 배터리 연결 패턴으로부터 제2이너 레이어(113)의 전류 공급 패턴(132)으로 흐르고, 전류 공급 패턴(132)에서 솔레노이드(200)로 흐르며, 솔레노이드의 코일에서 탑 레이어(111)의 연결 패턴(133)을 통해 에이직(ASIC)으로 흐르고, 이 후 에이직(ASIC)의 그라운드 핀을 통해 제1이너 레이어(112)의 그라운드 패턴(134)으로 흐른다.

이와 같이 전자파 노이즈(EMC)를 고려하여 전력 공급 패턴(132)과, 전력 공급 패턴에서 에이직(ASIC)으로 가는 연결 패턴(133) 사이에 그라운드 패턴(134)을 형성시킴으로써 전류 루프의 크기를 줄일 수 있어 인덕턴스를 줄일 수 있으며 이로 인해 전자파 노이즈의 크기를 줄일 수 있다.

또한 에이직에 로우 사이드 전계 효과 트랜지스터(Low-side FET)가 내장되어 있어, 솔레노이드(200)를 거쳐서 에이직(ASIC)으로 가는 연결 패턴 또한 접지가 아닌 양극성(+)의 패턴이므로 그라운드 패턴을 연결 패턴에 근접하게 배치시킴으로써 전자파 노이즈를 줄일 수 있다.

도 7a에 도시된 바와 같이 전자파 노이즈를 고려하지 않고 도 1과 같이 패턴을 형성했을 때 보다, 도 7b에 도시된 바와 같이 전자파 노이즈를 고려하고 도 6과 같이 패턴을 형성했을 때 전자파 노이즈가 많이 감소된 것을 알 수 있다.

110: 기판 120: 에이직
200: 솔레노이드

Claims (6)

1. 복수의 레이어로 이루어지고 솔레노이드가 전기적으로 연결되는 기판;
   상기 기판에 배치되고 상기 솔레노이드에 인가되는 전류를 제어하고, 상기 솔레노이드의 코일에 흐르는 전류가 차단되는 경우 상기 코일에 의해 생기는 역기전력에 의한 암전류를 바이패스시키는 에이직;
   상기 기판에 형성되되 서로 다른 레이어에 형성된 배터리의 전력을 상기 솔레노이드에 공급하는 전력 공급 패턴과, 상기 솔레노이드와 상기 에이직을 연결하는 연결 패턴과, 그라운드 패턴을 포함하고,
   상기 전력 공급 패턴이 형성된 레이어와 상기 연결 패턴이 형성된 레이어 사이에 상기 그라운드 패턴이 형성된 레이어가 배치되는 솔레노이드 구동 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 에이직은,
   상기 솔레노이드에 공급되는 전류를 조절하기 위한 로우 사이드 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 솔레노이드 구동 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은,
   상기 배터리가 연결되는 배터리 연결 패턴과, 상기 에이직 및 상기 솔레노이드를 전기적으로 연결시키는 상기 연결 패턴이 형성된 탑 레이어;
   상기 탑 레이어의 하측에 배치되고 상기 에이직의 그라운드 단과 전기적으로 연결된 그라운드 패턴이 형성된 제1이너 레이어;
   상기 제1이너 레이어의 하측에 배치되고 상기 탑 레이어의 상기 배터리 연결 패턴과 전기적으로 연결된 상기 전력 공급 패턴이 형성된 제2이너 레이어;
   상기 제2이너 레이어의 하측에 배치되는 바텀 레이어를 포함하는 솔레노이드 구동 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 배터리, 상기 솔레노이드, 상기 에이직이 상기 그라운드 패턴에 공통으로 연결되는 솔레노이드 구동 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 전력 공급 패턴, 상기 연결 패턴 및 상기 그라운드 패턴 사이의 전류 루프 간격이 두 개의 레이어 두께로 형성되는 솔레노이드 구동 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 연결 패턴은 양극성의 패턴인 솔레노이드 구동 장치.

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