KR101480745B1 - 솔레노이드 밸브 구동을 위한 ｐｗｍ 전류제어방법 및 그 장치 - Google Patents

솔레노이드 밸브 구동을 위한 ｐｗｍ 전류제어방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류제어방법에 관한 것으로, 제어부가 솔레노이드 밸브 구동을 위한 목표전류를 검출하는 단계, 목표전류와 기설정된 기준전류를 비교하는 단계 및 목표전류가 기준전류 이하이면, 목표전류에 대응되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 디더(Dither) 신호를 추가한 듀티비로 전류를 발생시키는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 기존의 싱글 주파수 PWM 제어에 비해서 솔레노이드 밸브의 개폐 응답성이 향상되며, 특히 낮은 전류에서 솔레노이드 밸브의 응답 선형성이 개선된다.

Description

솔레노이드 밸브 구동을 위한 ＰＷＭ 전류제어방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS OF CONTROLLING PWM CURRENT FOR DRIVING SOLENOID VALVE}
본 발명은 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류제어방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 낮은 전류를 인가시킬 때 해당 전류에 대응되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 듀티비가 가변 진폭을 갖도록 디더(Dither) 신호를 추가함으로써, 목표전류에 대한 평균 듀티비는 유지하면서 듀티비의 최대값을 크게 하여 솔레노이드 밸브의 스풀(Spool)이 원활하게 동작할 수 있는 힘을 공급하는 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류제어방법 및 그 장치에 관한 것이다.
솔레노이드 밸브는 소정 유체 또는 기체의 흐름을 제어하는데 사용되는 밸브로서 전기적 스위치의 변화에 의해 전자기력을 발생시켜 전기에너지를 기계에너지로 바꾸어 유체 또는 기체의 흐름을 차단 또는 통과시키거나 방향을 전환시킨다.
즉, 솔레노이드 밸브에 전류가 공급되면 솔레노이드 코일에 의해 전자기력이 발생되어 내측에 설치되는 코어가 전자석의 역할을 함으로써, 코어의 자력에 의해 스풀이 이동하여 유체 또는 기체의 유동 경로를 개폐시키거나 방향을 전환시킨다.
따라서 솔레노이드 밸브를 통해 유체 또는 기체를 이동시키기 위해서는 솔레노이드 밸브에 전류를 공급해야 하고, 공급되는 전류의 크기에 따라서 오리피스를 통과하는 유체 또는 기체의 흐름이 제어된다.
일반적으로 PWM 전류 제어기에 의해서 솔레노이드 밸브로 전류를 공급하는데, 종래에는 솔레노이드 밸브로 공급하기 위한 목표전류와 PWM 신호의 듀티비 간에는 도 1과 같은 일정한 관계가 있었다.
즉, 솔레노이드 밸브 구동에 필요한 목표전류가 검출되면 도 1에 도시된 관계에 따라서 목표전류에 대응되는 PWM 신호의 듀티비에 따라서 전류를 솔레노이드 밸브로 공급하였다.
그러나 일정수준 이하의 작은 전류로는 솔레노이드 밸브의 스풀을 동작시키기 위한 힘이 부족하여 솔레노이드 밸브의 개폐 응답성이 느리고 제어 성능이 떨어진다는 문제가 있었다.
본 발명과 관련된 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 10-2002-0006282 호(2002.01.19.공개, 발명의 명칭 : 차량 제동장치의 온오프 밸브 제어방법)가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 낮은 전류를 인가시킬 때 해당 전류에 대응되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 듀티비가 가변 진폭을 갖도록 디더(Dither) 신호를 추가함으로써, 목표전류에 대한 평균 듀티비는 유지하면서 듀티비의 최대값을 크게 하여 솔레노이드 밸브의 스풀(Spool)이 원활하게 동작할 수 있는 힘을 공급하는 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류제어방법 및 그 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류제어방법은 제어부가 솔레노이드 밸브 구동을 위한 목표전류를 검출하는 단계; 상기 목표전류와 기설정된 기준전류를 비교하는 단계; 및 상기 목표전류가 상기 기준전류 이하이면, 상기 목표전류에 대응되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 디더(Dither) 신호를 추가한 듀티비로 전류를 발생시키는 단계를 포함한다.
본 발명에서 추가되는 상기 디더(Dither) 신호에 의해 변경된 듀티비는 상기 목표전류에 대응하여 다른 진폭을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 기준전류는 솔레노이드 밸브의 사양이나 종류에 따라 다른 값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 목표전류가 상기 기준전류를 초과하면 상기 목표전류에 대응되는 PWM 신호의 듀티비로 전류를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류제어장치는 전류의 공급에 따라 개폐되는 솔레노이드 밸브; 상기 솔레노이드 밸브에 전원을 공급하는 전원공급부; 및 상기 전원공급부를 제어하여 상기 솔레노이드 밸브 구동을 위한 목표전류에 대응되는 PWM 신호의 듀티비로 전류를 발생시켜 상기 솔레노이드 밸브에 공급하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 목표전류가 기설정된 기준전류 이하이면 상기 PWM 신호에 디더 신호를 추가한 듀티비로 상기 전류를 발생시키도록 상기 전원공급부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 목표전류에 대응되는 PWM 신호의 듀티비 및 상기 목표전류가 상기 기준전류 이하이면 추가되는 상기 디더 신호에 의한 듀티비를 저장하고 있는 메모리부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기존의 싱글 주파수 PWM 제어에 비해서 솔레노이드 밸브의 개폐 응답성이 향상되며, 특히 낮은 전류를 공급할 때 솔레노이드 밸브의 응답 선형성이 개선된다.
또한 본 발명은 별도의 하드웨어 추가없이 소프트웨어 변경만으로 제어가 가능하므로 손쉽게 구현될 수 있다.
도 1은 솔레노이드 밸브 구동을 위한 목표전류와 대응되는 PWM 신호의 듀티비를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류제어장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류 제어 시 목표전류(200mA)에 따라 디더(Dither) 신호가 추가된 듀티비를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류 제어 시 목표전류(500mA)에 따라 디더(Dither) 신호가 추가된 듀티비를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류 제어방법의 구현 과정을 설명하는 절차 흐름도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류제어방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류제어장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류 제어 시 목표전류(200mA)에 따라 디더(Dither) 신호가 추가된 듀티비를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류 제어 시 목표전류(500mA)에 따라 디더(Dither) 신호가 추가된 듀티비를 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류 제어장치는 전원공급부(10), 솔레노이드 밸브(20), 제어부(30) 및 메모리부(40)를 포함한다.
전원공급부(10)는 솔레노이드 밸브(20)의 구동에 필요한 전원을 공급하는 장치로서, 본 실시예에서는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어에 의해서 솔레노이드 밸브(20)에 전원을 공급한다.
솔레노이드 밸브(20)는 전류가 공급되면 솔레노이드 코일(미도시)에 의해 전자기력이 발생되어 내측에 설치되는 코어(미도시)가 전자석의 역할을 함으로써, 코어의 자력에 의해 스풀이 이동하여 유체 또는 기체의 유동 경로를 개폐시키거나 방향을 전환시키는 밸브로서, 본 실시예에서는 전원공급부(10)로부터 공급되는 전류를 통해서 유동 경로를 개폐시킨다.
제어부(30)는 PWM 제어로 솔레노이드 밸브(20)에 전원을 공급하기 위해서 전원공급부(10)를 제어하여 솔레노이드 밸브(20) 구동을 위한 목표전류에 대응되는 PWM 신호의 튜티비로 전류를 발생시킨다.
또한 본 실시예에서 제어부(30)는 솔레노이드 밸브(20)의 구동을 위한 목표전류가 검출되면 도 1에 도시된 바와 같이 목표전류에 대응되는 고정된 PWM 신호의 듀티비로 전류를 발생시키는 것이 아니라, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 디더 신호를 추가함으로써 PWM 신호의 듀티비가 가변되도록 하여 전류를 발생시킨다.
이 때 제어부(20)는 목표전류가 기설정된 기준전류 이하인지 판단하고, 목표전류가 기준전류 이하일 때 PWM 신호에 디더 신호를 추가한다. 이 때 기준전류는 목표전류에 대응되는 PWM 신호의 듀티비로 전류를 생성할 경우 솔레노이드 밸브(20)가 정상적으로 동작하지 못할 것이라 여겨지는 전류를 의미하며, 솔레노이드 밸브(20)의 사양이나 종류에 따라 다른 값으로 설정된다.
즉 솔레노이드 밸브(20) 구동을 위한 목표전류가 기준전류 이하인 경우에 고정된 낮은 PWM 신호의 듀티비로 전류를 발생시키면 솔레노이드 밸브(20)의 스풀(미도시)을 동작시키기 위한 힘이 부족하여 솔레노이드 밸브(20)의 개폐에 대한 응답성이 저하되는 문제를 해결하기 위해서, 본 실시예에의 제어부(30)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 PWM 신호의 듀티비를 최대값과 최소값을 갖는 펄스 형태로 제어하여 전류를 발생시킨다.
PWM 신호의 듀티비가 최대값과 최소값을 갖도록 제어하면 PWM 신호의 듀티비가 최대값을 갖는 지점에서 솔레노이드 밸브(20)의 스풀을 동작시키기 위한 충분한 전류를 발생시킬 수 있고, PWM 신호의 듀티비가 최소값을 갖는 지점을 통해서 평균 PWM 신호의 듀티비는 종래의 PWM 신호의 듀티비와 동일하게 유지할 수 있다.
이러한 효과는 도 3 및 도 4를 통해 확인할 수 있다.
도 3에 도시된 a1은 목표전류가 200mA일 때 목표전류에 대응되는 PWM 신호의 듀티비를 나타내고, b1은 본 실시예에 따라서 디더 신호가 추가되어 가변하는 PWM 신호의 듀티비를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이 목표전류가 200mA로 검출되면 200mA에 대응되는 PWM 신호의 듀티비는 일정한 값으로 나타나지만, 본 실시예에서 제어부(30)는 디더 신호를 추가하여 PWM 신호의 듀티비가 최대값과 최소값을 갖는 펄스 형태로 제어한다.
도 4에 도시된 a2는 목표전류가 500mA일 때 목표전류에 대응되는 PWM 신호의 듀티비를 나타내고, b2는 본 실시예에 따라서 디더 신호가 추가되어 가변하는 PWM 신호의 듀티비를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이 목표전류가 500mA로 검출되면 500mA에 대응되는 PWM 신호의 듀티비는 일정한 값으로 나타나지만, 본 실시예에서 제어부(30)는 디더 신호를 추가하여 PWM 신호의 듀티비가 최대값과 최소값을 갖는 펄스 형태로 제어한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제어부(30)는 PWM 신호의 듀티비가 가변하도록 제어하여 전류를 발생시킴으로써, 낮은 목표전류에서 솔레노이드 밸브(20) 개폐에 대한 응답성을 향상시킨다.
또한 제어부(30)는 솔레노이드 밸브(20) 구동을 위한 목표전류에 대응하여 추가되는 디더 신호에 의해 변경된 듀티비의 진폭을 다르게 제어한다. 도 3과 도 4를 비교하면 도 3의 목표전류에 비해서 도 4의 목표전류가 상대적으로 높기 때문에 솔레노이드 밸브(20)의 정상적인 동작을 위해 부족한 전류는 목표전류가 500mA일 때가 200mA일 때보다 덜 필요하고, 따라서 목표전류가 500mA일 때 제어부(20)는 추가되는 디더 신호에 의해 변경된 듀티비의 진폭을 더 작게 제어한다.
따라서 제어부(30)는 솔레노이드 밸브(20) 구동을 위한 목표전류가 작을수록 추가되는 디더 신호에 의해 변경된 듀티비의 진폭이 크게 제어한다.
제어부(30)가 솔레노이드 밸브(20) 구동 목표전류에 따라 디더 신호를 추가하여 전류를 발생시키는 자세한 과정은 후술한다.
메모리부(40)는 솔레노이드 밸브(20) 구동을 위한 목표전류에 대응되는 PWM 신호의 듀티비를 저장하고 있으며, 특히 본 실시예에서는 목표전류가 기준전류 이하인 경우에 추가되는 디더 신호에 의한 듀티비를 저장하고 있다.
제어부(30)는 메모리부(40)에 저장된 PWM 신호의 듀티비를 읽어 와서 전원공급부(10)를 제어함으로써 솔레노이드 밸브(20)에 전류를 공급한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류 제어 시 목표전류(200mA)에 따라 디더(Dither) 신호가 추가된 듀티비를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류 제어 시 목표전류(500mA)에 따라 디더(Dither) 신호가 추가된 듀티비를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류 제어방법의 구현 과정을 설명하는 절차 흐름도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류 제어방법을 살펴보면, 먼저 제어부(30)는 솔레노이드 밸브(20) 구동을 위한 목표전류를 검출한다(S10).
다음으로 검출된 목표전류와 기설정된 기준전류를 비교한다(S20). 이 때 기준전류란 목표전류에 대응되는 PWM 신호의 듀티비로 전류를 생성할 경우 솔레노이드 밸브(20)가 정상적으로 동작하지 못할 것이라 여겨지는 전류를 의미하며, 솔레노이드 밸브(20)의 종류에 따라 다른 값으로 설정된다.
즉, 목표전류와 선형적으로 대응되는 PWM 신호의 듀티비로 전류를 생성할 경우 낮은 목표전류에서는 생성되는 전류가 낮아서 솔레노이드 밸브가 정상적으로 동작하지 못하는 문제가 있는 바, 이를 해결하기 위해서 목표전류와 기준전류를 비교한다.
그리고 목표전류가 기준전류 이하이면 목표전류에 대응되는 PWM 신호에 디더 신호를 추가한 듀티비로 전류를 발생시켜서 솔레노이드 밸브(20)에 인가한다(S30).
도 3에 도시된 a1과 같이 목표전류가 200mA일 때 200mA에 대응되는 PWM 신호의 듀티비는 일정하지만, 본 실시예에서는 b1과 같이 PWM 신호에 디더 신호를 추가함으로써 펄스 형태의 듀티비로 전류를 발생시킨다.
즉, 일정한 듀티비로 전류를 발생시키는 것이 아닌 상하로 진동하는 형태의 듀티비를 갖도록 하는 디더 신호를 추가함으로써 듀티비의 평균은 일정하게 하고, 듀티비의 최대값을 증가시켜 순간적으로 솔레노이드 밸브가 정상적으로 동작하는데 필요한 전류를 공급한다.
이 때 제어부(20)는 목표전류에 대응하여 추가되는 디더 신호에 의해 변경된 듀티비의 진폭을 다르게 제어한다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 목표전류가 500mA일 때의 PWM 신호 듀티비의 진폭은 도 3에 도시된 목표전류가 200mA일 때의 PWM 신호 듀티비의 진폭과 상이함을 알 수 있다.
따라서 제어부(30)는 솔레노이드 밸브(20) 구동을 위한 목표전류가 작을수록 진폭이 더 큰 듀티비를 갖도록 하는 디더 신호를 추가한다.
그리고 제어부는 목표전류가 기준전류를 초과하면 목표전류에 대응되는 PWM 신호의 듀티비로 전류를 발생시킨다(S32). 즉, 목표전류가 기준전류를 초과하면 목표전류에 대응되는 PWM 신호의 듀티비로 발생시킨 전류로 솔레노이드 밸브(20)를 정상적으로 동작시킬 수 있기 때문에 별도의 디더 신호를 추가하지 않는다.
본 실시예는 목표전류를 검출하여 목표전류와 기준전류의 대소관계에 따라서 솔레노이드 밸브(20)에 다르게 전류를 발생시키는 일련의 과정을 예로 들고 있으나, 본 발명은 이에 그치지 않고 실시간으로 솔레노이드 밸브(20) 구동을 위한 목표전류를 검출하여 변경된 값으로 전류를 발생시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 기존의 싱글 주파수 PWM 제어에 비해서 솔레노이드 밸브(20)의 개폐 응답성이 향상되며, 특히 낮은 전류에서 솔레노이드 밸브(20)의 응답 선형성이 개선된다.
또한 본 실시예는 별도의 하드웨어 추가없이 소프트웨어 변경만으로 손쉽게 구현될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 전원공급부 20: 솔레노이드 밸브
30: 제어부 40: 메모리부

Claims (6)

  1. 제어부가 솔레노이드 밸브 구동을 위한 목표전류를 검출하는 단계;
    상기 목표전류와 기설정된 기준전류를 비교하는 단계; 및
    상기 목표전류가 상기 기준전류 이하이면, 상기 목표전류에 대응되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 디더(Dither) 신호를 추가한 듀티비로 전류를 발생시키는 단계를 포함하되, 상기 디더신호를 추가한 듀티비로 전류를 발생시키는 단계에서 상기 제어부는 상기 목표전류에 대응하여 듀티비가 다른 진폭을 갖도록 디더 신호를 추가하고, 상기 목표전류가 상대적으로 더 작을수록 상기 듀티비의 진폭이 상대적으로 더 큰 값을 갖도록 디더 신호를 추가하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류제어방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기준전류는 솔레노이드 밸브의 사양이나 종류에 따라 다른 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류제어방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 목표전류가 상기 기준전류를 초과하면 상기 목표전류에 대응되는 PWM 신호의 듀티비로 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류제어방법.
  5. 전류의 공급에 따라 개폐되는 솔레노이드 밸브;
    상기 솔레노이드 밸브에 전원을 공급하는 전원공급부; 및
    상기 전원공급부를 제어하여 상기 솔레노이드 밸브 구동을 위한 목표전류에 대응되는 PWM 신호의 듀티비로 전류를 발생시켜 상기 솔레노이드 밸브에 공급하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 목표전류가 기설정된 기준전류 이하이면 상기 PWM 신호에 디더 신호를 추가한 듀티비로 상기 전류를 발생시키도록 상기 전원공급부를 제어하되, 상기 목표전류에 대응하여 듀티비가 다른 진폭을 갖도록 디더 신호를 추가하고, 상기 목표전류가 상대적으로 더 작을수록 상기 듀티비의 진폭이 상대적으로 더 큰 값을 갖도록 디더 신호를 추가하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류제어장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 목표전류에 대응되는 PWM 신호의 듀티비 및 상기 목표전류가 상기 기준전류 이하이면 추가되는 상기 디더 신호에 의한 듀티비를 저장하고 있는 메모리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브 구동을 위한 PWM 전류제어장치.
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