KR101524560B1 - 전류 센서 오프셋 보정장치 및 그 보정방법 - Google Patents

Abstract

전류 센서 오프셋 보정장치 및 그 보정방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 오프셋 보정방법은 자성체를 가진 전류 센서의 오프셋을 보정하는 전류 센서 오프셋 보정방법에 있어서, 전류 센서의 자성체의 자속 밀도가 포화되도록 전류를 공급하고, 자성체의 히스테리시스 곡선 상에서 자성체의 자속 밀도가 포화된 상태에서 자속 밀도를 기준으로 대칭인 두 지점에 대응하는 제1 전류값과 제2 전류값을 각각 검출하고, 검출된 전류값들에 따라 전류센서의 오프셋을 산출하며, 산출된 오프셋을 전류 센서를 통해 감지된 전류값에 적용하여 전류 센서의 오프셋을 보정하는 것을 포함한다.

Description

전류 센서 오프셋 보정장치 및 그 보정방법{APPARATUS OF COMPENSATING OFFSET OF CURRENT SENSOR AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 전류 센서 오프셋 보정장치 및 그 보정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자성체를 가진 전류 센서의 오프셋을 보정하는 전류 센서 오프셋 보정장치 및 그 보정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 모터 시스템은 모터 제어에 사용하기 위하여 전류 센서를 통해 모터에 흐르는 전류를 검출한다.

예를 들면, 전류 센서로는 홀 소자를 사용한 방식이나 션트 저항을 사용한 방식 등이 이용되고 있다. 이 중 홀 소자를 사용한 방식은 부품 점수가 적고 소형화에 유리하여 폭넓게 사용되고 있는 추세이다.

전류 센서는 홀 소자와 자성체를 포함하고, 자성체에 전류가 흐르면 홀 소자에 자계가 걸리도록 구성되어 있다. 자계를 전류에 대해 직각 방향이 되도록 구성하면 로런츠 힘에 의해 홀 소자에 기전력이 발생한다. 이 기전력은 외부로부터의 전류와 자계의 강도에 비례한다.

홀 소자를 사용한 전류 센서에서는 모터에 흐르는 전류의 일부가 입력 전류로서 자성체에 더해져 그 입력 전류에 비례하는 출력 전압이 홀 소자로부터 출력된다.

이러한 전류 센서의 자성체는 히스테리시스(Hysteresis) 특성을 가지고 있어 자기 오프셋 에러(magnetic offset error)가 발생하기 때문에 센서 출력이 히스테리시스 특성의 영향을 받는다.

이와 같이, 전류 센서의 출력에 히스테리시스 특성이 나타나면, 모터의 각 상의 신호를 정확하게 제어할 수 없게 되어 외란 발생의 원인이 될 수 있다.

자성체는 값이 커질수록 히스테리시스 곡선의 면적이 증가한다. 따라서, 자성체를 가지고 있는 전류 센서의 경우 자기 오프셋(magnetic offset)값이 증가하여 자속 밀도(B)가 제로인 순간에는 보자력(Coercive field)이 남고, 자장의 세기(H)가 제로인 순간에는 잔류 자기(residual magnet)값이 남게 된다.

기존에는 보자력을 없애는 것에 초점을 맞추고 있으나, 이는 고가의 장비가 필요하거나 PCB 실장 상태에서 적용하기 어렵다는 단점이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전류 센서의 자성체에 대한 자기 소거(Demagnetization)를 하지 않거나 전류 센서가 제품에 탑재된 경우에도 전류 센서의 오프셋 보정이 가능하고 오프셋 보정을 보다 간편하고 정확히 수행할 수 있는 전류 센서 오프셋 보정장치 및 그 보정방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 자성체를 가진 전류 센서의 오프셋을 보정하는 전류 센서 오프셋 보정방법에 있어서, 상기 전류 센서의 자성체의 자속 밀도가 포화되도록 전류를 공급하고, 상기 자성체의 히스테리시스 곡선 상에서 상기 자성체의 자속 밀도가 포화된 상태에서 자속 밀도를 기준으로 대칭인 두 지점에 대응하는 제1 전류값과 제2 전류값을 각각 검출하고, 상기 검출된 전류값들에 따라 상기 전류센서의 오프셋을 산출하며, 상기 산출된 오프셋을 상기 전류 센서를 통해 감지된 전류값에 적용하여 상기 전류 센서의 오프셋을 보정하는 전류 센서 오프셋 보정방법이 제공될 수 있다.

또한, 상기 전류값 검출에서 상기 제1 전류값은, 상기 히스테리시스 곡선 상에서 자장이 일방향으로 증가되어 자속 밀도가 자기포화점(a)에 도달한 후 자장이 반대 방향으로 증가되는 것에 의해 자속 밀도가 0인 시점에서 상기 전류 센서로부터 출력된 전류값인 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 자속 밀도가 0인 시점은, 상기 자속 밀도가 상기 자기포화점(a)에 도달한 후 상기 전류 센서를 통해 검출된 전류값이 0인 시점으로부터 미리 설정된 시간이 경과한 시점인 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 전류값 검출에서 상기 제2 전류값은, 상기 히스테리시스 곡선 상에서 상기 자속 밀도가 포화되는 역자기 포화점(d)에 도달한 후 자장이 일방향으로 증가되는 것에 의해 자속 밀도가 0이 되는 시점에서 상기 전류 센서로부터 출력된 전류값인 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 자속 밀도가 0인 시점은, 상기 자속 밀도가 상기 역자기 포화점(d)에 도달한 후 상기 전류 센서를 통해 검출된 전류값이 0인 시점으로부터 미리 설정된 시간이 경과한 시점인 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 오프셋 산출에서 상기 오프셋은 상기 제1 전류값과 제2 전류값의 평균값인 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 자성체를 가진 전류 센서; 및 상기 전류 센서의 자성체의 자속 밀도가 포화되도록 전류를 공급하고, 상기 자성체의 히스테리시스 곡선 상에서 상기 자성체의 자속 밀도가 포화된 상태에서 자속 밀도를 기준으로 대칭인 두 지점에 대응하는 제1 전류값과 제2 전류값을 상기 전류 센서를 통해 각각 검출하며, 상기 검출된 전류값들에 따라 상기 전류 센서의 오프셋을 산출하며, 상기 산출된 오프셋을 상기 전류 센서를 통해 감지된 전류값에 적용하여 상기 전류 센서의 오프셋을 보정하는 제어부;를 포함하는 전류 센서 오프셋 보정장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 히스테리시스 곡선 상에서 자장이 일방향으로 증가되어 자속 밀도가 자기포화점(a)에 도달한 후 자장이 반대 방향으로 증가되는 것에 의해 자속 밀도가 0인 시점일 때 상기 전류 센서를 통해 전류를 검출하고, 상기 검출된 전류를 상기 제1 전류값으로 인식하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 자속 밀도가 상기 자기포화점(a)에 도달한 후 상기 전류 센서를 통해 검출된 전류값이 0인 시점으로부터 미리 설정된 시간이 경과한 시점을 상기 자속 밀도가 0인 시점으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 히스테리시스 곡선 상에서 상기 자속 밀도가 포화되는 역자기 포화점(d)에 도달한 후 자장이 일방향으로 증가되는 것에 의해 자속 밀도가 0이 되는 시점일 때 상기 전류 센서를 통해 전류를 검출하고, 상기 검출된 전류를 상기 제2 전류값으로 인식하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 자속 밀도가 상기 역자기 포화점(d)에 도달한 후 상기 전류 센서를 통해 검출된 전류값이 0인 시점으로부터 미리 설정된 시간이 경과한 시점을 상기 자속 밀도가 0인 시점으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 제1 전류값과 제2 전류값의 평균값을 상기 오프셋으로 산출하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전류 센서의 자성체의 히스테리시스 곡선의 대칭성을 이용하여 전류 센서의 오프셋 에러를 추정하고 보정함으로써 전류 센서의 자성체에 대한 자기 소거(Demagnetization)를 하지 않고서도 혹은 전류 센서가 제품에 탑재된 경우에도 전류 센서의 오프셋을 보정할 수 있고 오프셋 보정을 보다 간편하고 정확히 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서의 절개사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 오프셋 보정장치의 제어블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 오프셋 보정장치에서 자기 코어의 히스테리시스 곡선을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 오프셋 보정장치에서 전류 센서의 입력 전류와 출력 전압의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 오프셋 보정장치에서 히스테리시스 곡선의 대칭성을 이용하여 전류 센서의 오프셋을 산출하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 오프셋 보정장치에서 히스테리시스 곡선의 각 지점을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 오프셋 보정장치에서 전류 센서의 오프셋을 보정하는 것을 설명하기 위한 제어흐름도이다.

이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 명세서에서 “및/또는”이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, “연결되는/결합되는”이란 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 “포함한다”또는 “포함하는”으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서의 분해사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서의 절개사시도이다.

도 1 및 도 2을 참조하면, 전류 센서(10)는 홀 효과 센서(11)와 도체(12), 자성체인 자기 코어(13)를 포함한다.

도체(12)는 소자들이 서로 고정 위치에서 유지되도록 홀 효과 센서(11) 및 자기 코어(13)를 받아 들이기 위한 기능을 포함한다.

홀 효과 센서(11)의 적어도 일부는 도체(12) 내에 배치되고, 자기 코어(13)는 실질적으로 C 형상이며, 중앙 영역으로부터 실질적으로 평행하게 돌출된 한 쌍의 각부를 가진다. 도체(12)의 돌출된 한 쌍의 각부 사이에 홀 효과 센서(11)의 적어도 일부를 수용하도록 배치된다.

홀 효과 센서(11)는 홀 효과 소자(14)와 도선(15)을 포함한다. 홀 효과 소자(14)는 도체(12) 내의 전류에 의해 유도되는 자계를 검출하고, 검출된 자계에 비례하는 전압을 생성한다. 도선(15)는 인쇄회로 기판에 전기적으로 연결된다. 도선(15)는 전원, 즉, Vcc, 접속선, 접지 접속을 포함한다. 이 출력 신호는 전류 또는 전압일 수 있다.

자기 코어(13)는 예를 들면, 페라이트 등의 재료로 이루어지며, C 형상의 자기 코어(13)에 의해 제공된 최대 측정 전류 및 원하는 양의 자기 실드와 같은 요인에 기초하여 선택된다. 자기 코어(13)의 평행하게 돌출된 한 쌍의 각부는 홀 효과 소자(14)를 실질적으로 가리도록 구성되기 때문에 홀 효과 소자(14)에 균일한 자계가 제공되게 한다.

본체(16)는 홀 효과 센서(11) 및 자기 코어(13) 상에 배치된다. 본체(16)는 x축, y축, z축의 방향으로 이동하는 것을 방지함으로써 소자들의 운동을 감소시킨다.

상기한 구성을 가진 전류 센서(10)는 도체(12)에 전류가 흐르면, 홀 효과 소자(14)를 통해 이 전류에 의해 유도되는 자계를 검출하고, 검출된 자계에 비례하는 전압을 도선(15)를 통해 출력함으로써 모터의 전류를 검출할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 오프셋 보정장치의 제어블록도이다.

도 3을 참조하면, 전류 센서 오프셋 보정장치는 전류 센서(10), 제어부(20), 모터구동부(30) 및 저장부(40)를 포함한다.

제어부(20)의 입력측에는 전류 센서(10)가 전기적으로 연결된다. 또한, 제어부(20)의 출력측에는 모터구동부(30)가 전기적으로 연결된다. 또한, 제어부(20)의 입출력측에는 저장부(40)가 전기적으로 연결된다.

전류 센서(10)는 모터에 흐르는 전류를 검출한다.

모터구동부(30)는 모터에 전류를 공급하여 모터를 구동시킨다.

저장부(40)는 전류 센서(10)의 자기 코어(13)에 대한 히스테리시스 곡선과 관련된 각종 정보가 저장되어 있다. 전류 센서(10)의 자기 코어(13)의 히스테리시스 곡선과 관련된 각종 정보는 예를 들면, 히스테리시스 곡선 상에서 대칭으로 존재하는 자장의 세기가 0인 지점에 도달하는 시점과 관련된 정보를 포함할 수 있다.

제어부(20)는 전류 센서(10)의 오프셋 보정과 관련된 전반적인 제어를 수행한다.

제어부(20)는 전류 센서(10)의 자기 코어(13)의 자속 밀도를 포화될 수 있도록 모터구동부(30)을 통해 모터에 필요한 양의 전류를 공급하고, 자기 코어(13)의 히스테리시스 곡선 상에서 자속 밀도를 기준으로 대칭인 두 지점에 대응하는 제1 전류값 및 제2 전류값을 각각 검출하며, 검출된 전류값들을 근거로 하여 전류센서(10)의 오프셋을 산출하며, 산출된 오프셋을 전류 센서를 통해 검출된 전류값에 적용하여 전류 센서(10)의 오프셋을 보정한다. 이후 오프셋이 보정된 전류 센서의 전류 신호를 이용하여 모터를 제어한다.

이때, 제1 전류값은 히스테리시스 곡선 상에서 자장이 일방향으로 증가하는 것에 의해 자속 밀도가 포화되는 자기포화점에 도달한 후 자장이 반대 방향으로 증가되는 것에 의해 자속 밀도가 제로가 되는 시점에서 전류 센서(10)로부터 출력된 전류값일 수 있다.

또한, 제2 전류값은 히스테리시스 곡선 상에서 자속 밀도가 포화되는 역자기 포화점에 도달한 후 자장이 일방향으로 증가되는 것에 의해 자속 밀도가 제로가 되는 시점에서 전류 센서(10)로부터 출력된 전류값일 수 있다.

제어부(20)는 제1 전류값과 제2 전류값의 평균값을 구하고, 이 평균값을 오프셋으로 산출한다.

이하에서는 제어부(20)의 작동을 좀더 자세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 오프셋 보정장치에서 자기 코어의 히스테리시스 곡선을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 오프셋 보정장치에서 전류 센서의 입력 전류와 출력 전압의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

상술한 바와 같이, 전류 센서의 자성체인 자기 코어는 히스테리시스 특성을 가지고 있기 때문에 센서 출력이 히스테리시스 특성의 영향을 받는다.

도 4에 도시된 바와 같이, 자기 코어(13)에 자장의 세기(H)를 증감함에 따라 생기는 자속 밀도(B)의 변화를 나타낸 히스테리시스 곡선에서 H를 증가할 때와 H를 감소할 때는 같은 경로를 따르지 않음을 알 수 있다.

전류 센서(10)의 홀 효과 소자(14)는 자계의 대소에 따라 저항값이 변화하는 특성을 가지고 있기 때문에 출력 전압은 히스테리시스 특성의 영향을 받게 된다. 히스테리시스 특성의 영향을 받았을 때의 전류 센서의 입력 전류와 출력 전압의 관계는 도 5와 같이 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 입력 전류 A 일때의 출력 전압은 점선으로 나타난 이상적인 라인에서는 A0가 되지만, 실제로는 상술한 히스테리시스 특성의 영향을 받기 때문에 출력 전압은 A1 또는 A2가 된다. 이와 같이, 전류 센서(10)의 출력에 히스테리시스 특성이 나타나면, 모터 각 상의 신호를 정확하게 제어할 수 없게 되어 외란 발생의 원인이 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 오프셋 보정장치에서 히스테리시스 곡선의 대칭성을 이용하여 전류 센서의 오프셋을 산출하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 오프셋 보정장치에서 히스테리시스 곡선의 각 지점을 설명하기 위한 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 전류 센서(10)의 자기 코어(13)에 자장의 세기(H)를 증가시키면, 처음에는 자속 밀도(B)가 매우 급속도로 증가하다가 점차 증가되는 속도가 느려지고, 어느 시점에 이르게 되면 자속 밀도(B)가 포화상태로 되어 더 이상 증가하지 않게 된다.

이와 같이 점선으로 표시된 (o)-(a)곡선을 초기자화곡선이라 하고, 점 a를 자기포화점(Saturated Point)이라 한다. 즉, 모터를 미리 설정된 위치에 고정시킨 후 전류 센서(10)의 자기 코어(13)의 자속 밀도를 포화시킬 수 있을 정도로 충분한 고전류를 가하면, 전류 센서(10)의 자기 코어(13)의 자속 밀도가 포화되는 데, 이때를 자기 포화점(a)이라 한다.

자기포화점(a)와 같이 자기 포화된 상태로부터 자장의 세기(H)를 (o)점까지 점차적으로 감소시키면, 처음의 초기 자화곡선을 따라 자속밀도가 감소되는 것이 아니라, (a)-(b)곡선을 따라 감소하게 되어 자장의 세기(H)가 0이 되어도 자속 밀도는 (o)-(b)값을 갖는다. 이 (o)-(b)값을 잔류 자속밀도 혹은 잔류 자기(Residual Magnetism)라고 한다. 즉, 전류 센서(10)의 자기 코어(13)에 공급되는 전류가 0이 되더라도 자기 코어(10)는 (o)-(b)값에 해당하는 잔류 자기를 갖게 된다.

자장의 세기(H)가 (o)점인 상태에서 남아있는 잔류 자기를 없애주기 위해 자장을 반대방향으로 증가시키면(즉 전류의 방향을 반대로 해주면) 자속 밀도(B)는 (b)-(c)곡선을 따라 감소된다. 잔류 자기가 0이 될 때까지 걸어주는 자화력을 항자력(Coercive Force)(혹은 보자력)(o-c)이라 한다. 이 항자력에 의해 자속 밀도가 0인 지점(c)이 생긴다. 이 (c) 지점에서 전류 센서(10)로부터 출력된 전류값이 상술한 제1 전류값이다. 이 (c) 지점에 대응하는 전류값인 제1 전류값은 양의 방향 혹은 음의 방향 중 어느 한 방향에서 발생한 최대 자기 에러에 의해 영향을 받은 전류값이다.

(c) 지점의 상태에서 자장의 세기(H)를 반대방향으로 계속 증가시키면 자속 밀도(B)가 역자기 포화점(d)에 이르게 되고, 역자기포화점(d)에서 자장의 세기(H)를 (o)점까지 점차적으로 감소시키면, (d)-(e)곡선을 따라 감소하게 되어 자장의 세기(H)가 0이 되어도 자속 밀도는 (o)-(e)값의 잔류 자기를 갖는다.

자장의 세기(H)가 (o)점인 상태에서 남아있는 잔류 자기를 없애주기 위해 자장을 일방향으로 증가시키면(즉 전류의 방향을 또 반대로 해주면) 자속 밀도(B)는 (e)-(f)곡선을 따라 감소된다. (o)-(c)값의 항자력에 대칭인 (o)-(f)값의 항자력에 의해 자속 밀도가 0인 지점(f)이 생긴다. 이 (f) 지점에서 전류 센서(10)로부터 출력된 전류값이 상술한 제2 전류값이다. 이 (f) 지점에 대응하는 전류값인 제2 전류값은 양의 방향 혹은 음의 방향 중 어느 한 방향에서 발생한 최대 자기 에러에 의해 영향을 받은 전류값이다.

이러한 일련의 과정을 거쳐서 하나의 폐쇄된 루프(a-b-c-d-e-f-a)가 완성된다.

히스테리시스 곡선 상의 (c) 지점은 자장의 세기(H)가 0이 되어도 자속 밀도는 (o)-(b)값의 잔류 자기를 갖는 (b) 지점에서 잔류 자기를 없애주기 위해 전류의 방향을 반대로 변경하여 자장을 반대방향으로 증가시킴에 따라 잔류 자기가 0이 되는 지점이다. (b) 지점에서 전류값이 실질적으로 0이므로, 히스테리시스 곡선에서 (b) 지점을 기준으로 (c) 지점을 추정할 수 있다. 예를 들면, (b) 지점에서 전류를 반대 방향으로 인가한 후 미리 설정된 시간이 경과한 시점을 (c) 지점으로 추정할 수 있다. 이러한 (c)와 (f) 지점의 시점정보는 저장부(40)에 미리 저장될 수 있다.

히스테리시스 곡선 상에서 (c) 점과 대칭관계에 있는 (f)점 이 (c)점과 동일한 방식으로 추정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 전류 센서는 제품 편차로 인해 오프셋이 발생한다. 정확한 전류 측정을 위해서는 이 오프셋에 대한 보정이 필요하다. 이 오프셋에 대한 보정은 일반적으로 사용되는 기술이지만, 오프셋에 대한 보정 이전에 전류 센서에 전류가 흐를 경우 자기 에러(magnetic error)가 발생하기 때문에 정확한 오프셋 보정이 어렵다. 하지만, 기존에는 이 자기 에러를 제거하고 오프셋을 기록하는 것에 초점을 맞추고 있지만, 고가의 장비가 필요하거나 PCB 실장 상태에서 적용하기 어려운 등의 문제가 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 전류 센서의 자기 코어의 히스테리시스 곡선이 B-H 커브의 대칭성을 이용한다. 전류 센서의 자기 코어의 자속 밀도가 포화될 수 있을 정도의 고전류를 인가하여 전류 센서의 자속을 양/음의 방향으로 포화시킨 뒤 대칭성을 갖는 자속 밀도가 0인 오프셋을 각각 측정하고, 이 두 개의 측정값의 평균을 구하여 오프셋을 구한다.

즉, 본 발명의 일 실시예에서는 기존의 방식과는 반대로 자기 에러(magnetic error)를 발생시킨 상태에서 오프셋을 측정한다. 오프셋을 발생시키는 자기 에러 커브는 대칭 특성을 가지고 있으므로, 인위적으로 전류를 인가하여 각 양의 방향과 음의 방향으로 최대의 자기 에러를 발생시킨 뒤 오프셋값을 측정한다. 양의 방향과 음의 방향으로 발생한 오프셋을 측정한 뒤 평균을 구하면, 자기 에러가 없는 상태의 오프셋값을 구하는 것이 가능하다. 본 발명의 일 실시예는 기존 방식과는 다르게 전류 인가에 의한 자기 에러를 최소화하지 않고, 전류 인가로 인해 발생하는 자기 에러를 양/음 두 방향으로 극대화한 뒤 두 값의 평균을 구하는 방식으로 자기 에러의 영향을 받지 않은 상태의 센서 오프셋을 구하는 것을 목적으로 한다. 구해진 오프셋은 MCU 또는 DSP에서 이루어지는 센서 출력값과 전류값 환산 시 보정치로 적용할 수 있다. 이로 인해, 오프셋으로 인한 전류 측정 오차가 최소화되며, 모터의 회전 속도, 모터의 출력 토크 등이 안정화되는 효과를 기대할 수 있다. 구체적인 예로는 출력 토크 안정화로 인해 차량용 스티어링 시스템에서 사용자의 조향감 상승 등을 기대할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센서 오프셋 보정장치에서 전류 센서의 오프셋을 보정하는 것을 설명하기 위한 제어흐름도이다.

도 8을 참조하면, 제어부(20)는 모터구동부(40)를 통해 모터에 전류를 일방향으로 공급한다(100). 모터에 전류가 공급되면, 모터에 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서(10)에도 그 전류가 흐른다.

전류를 공급한 후 제어부(20)는 전류 센서(10)를 통해 전류를 검출하여 목표 전류의 도달여부를 판단한다(102). 이때, 목표 전류는 전류 센서(10)의 자기 코어(13)을 자속 밀도(B)를 포화시키기 위한 전류값을 가진다.

만약, 작동 모드 102의 판단결과 전류 센서(10)를 통해 검출된 전류가 목표 전류에 도달하지 않으면, 작동모드 100을 수행한다.

한편, 작동 모드 102의 판단결과 전류 센서(10)를 통해 검출된 전류가 목표 전류에 도달하면, 제어부(20)는 자기 코어(13)의 히스테리시스 곡선 상에서 자속 밀도(B)가 자기포화점(a)에 도달한 것으로 판단하여 모터구동부(40)를 통해 전류를 감소시킨다(104). 이때, 전류가 점차 감소됨에 따라 자장의 세기는 0이 되지만 자속 밀도는 일정량의 잔류 자기를 가진 상태가 된다(도 6의 (b) 지점 참고).

전류를 감소시킨 후 제어부(20)는 전류 센서(10)를 통해 전류를 검출하고(106), 검출된 전류가 실질적으로 0인지를 판단한다(108).

만약, 작동모드 108의 판단결과 전류값이 0이 아니면 작동모드 104로 이동하여 이하의 작동모드를 수행한다.

한편, 작동모드 108의 판단결과 전류값이 0이면, 히스테리시스 곡선의 (b) 지점인 것으로 판단하여 잔류 자기를 없애기 위하여 전류 방향을 일방향에서 그 반대 방향으로 변경시켜 공급한다(110). 이에 따라, 전류 방향이 반대 방향으로 변경됨에 따라 자장이 반대방향으로 증가되어 히스테리시스 곡선 상에서 자속 밀도(B)는 (b)-(c)곡선을 따라 감소하고, 결국에는 잔류 자기가 0인 (c) 지점에 도달한다.

제어부(20)는 전류 방향을 반대 방향으로 공급하는 시점(혹은 전류값이 0인 시점)로부터 시간을 카운트하여 미리 설정된 시간이 경과하였는지를 판단한다(112). 이 미리 설정된 시간은 전류 공급에 의해 잔류 자기가 0이 되는데 걸리는 시간이다.

만약, 작동모드 112의 판단결과 미리 설정된 시간이 경과하지 않았으면, 작동모드 110으로 이동하여 이하의 작동모드를 수행한다.

한편, 작동모드 112의 판단결과 미리 설정된 시간이 경과하였으면, 히스테리시스 곡선 상의 (c) 지점에 도달한 것으로 판단하여 (c) 지점에 대응하는 전류값을 알 수 있도록 전류 센서(10)를 통해 전류값(제1 전류값)을 검출한다(114). 검출된 제1 전류값은 저장부(40)에 저장된다.

한편, 작동모드 116 내지 130에 대해서는 작동모드 100 내지 114와 동일한 방식으로 전류 방향만 반대로 하여 수행함으로써 히스테리시스 곡선 상의 (c)와 대칭인 (f) 지점에 대응하는 전류값(제2 전류값)을 검출한다(128). 검출된 제2 전류값은 저장부(40)에 저장된다.

이후 제어부(20)는 제1 전류값과 제2 전류값의 평균한 값을 전류 센서(10)의 오프셋으로 산출하고, 산출된 오프셋을 전류 센서(10)를 통해 감지된 전류값에 적용하여 전류 센서(10)의 오프셋을 보정한다.

10 : 전류 센서 11 : 홀 효과 센서
12 : 도체 13 : 자기 코어
14 : 홀 효과 소자 20 : 제어부
30 : 모터구동부 40 : 저장부

Claims (12)

1. 자성체를 가진 전류 센서의 오프셋을 보정하는 전류 센서 오프셋 보정방법에 있어서,
   상기 전류 센서의 자성체의 자속 밀도가 포화되도록 전류를 공급하고,
   상기 자성체의 히스테리시스 곡선 상에서 상기 자성체의 자속 밀도가 포화된 상태에서 자속 밀도를 기준으로 대칭인 두 지점에 대응하는 제1 전류값과 제2 전류값을 각각 검출하고,
   상기 검출된 전류값들에 따라 상기 전류센서의 오프셋을 산출하며,
   상기 산출된 오프셋을 상기 전류 센서를 통해 감지된 전류값에 적용하여 상기 전류 센서의 오프셋을 보정하는 전류 센서 오프셋 보정방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전류값 검출에서 상기 제1 전류값은, 상기 히스테리시스 곡선 상에서 자장이 일방향으로 증가되어 자속 밀도가 자기포화점(a)에 도달한 후 자장이 반대 방향으로 증가되는 것에 의해 자속 밀도가 0인 시점에서 상기 전류 센서로부터 출력된 전류값인 것을 포함하는 전류 센서 오프셋 보정방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 자속 밀도가 0인 시점은, 상기 자속 밀도가 상기 자기포화점(a)에 도달한 후 상기 전류 센서를 통해 검출된 전류값이 0인 시점으로부터 미리 설정된 시간이 경과한 시점인 것을 포함하는 전류 센서 오프셋 보정방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 전류값 검출에서 상기 제2 전류값은, 상기 히스테리시스 곡선 상에서 상기 자속 밀도가 포화되는 역자기 포화점(d)에 도달한 후 자장이 일방향으로 증가되는 것에 의해 자속 밀도가 0이 되는 시점에서 상기 전류 센서로부터 출력된 전류값인 것을 포함하는 전류 센서 오프셋 보정방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 자속 밀도가 0인 시점은, 상기 자속 밀도가 상기 역자기 포화점(d)에 도달한 후 상기 전류 센서를 통해 검출된 전류값이 0인 시점으로부터 미리 설정된 시간이 경과한 시점인 것을 포함하는 전류 센서 오프셋 보정방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 오프셋 산출에서 상기 오프셋은 상기 제1 전류값과 제2 전류값의 평균값인 것을 포함하는 전류 센서 오프셋 보정방법.
7. 자성체를 가진 전류 센서; 및
   상기 전류 센서의 자성체의 자속 밀도가 포화되도록 전류를 공급하고, 상기 자성체의 히스테리시스 곡선 상에서 상기 자성체의 자속 밀도가 포화된 상태에서 자속 밀도를 기준으로 대칭인 두 지점에 대응하는 제1 전류값과 제2 전류값을 상기 전류 센서를 통해 각각 검출하며, 상기 검출된 전류값들에 따라 상기 전류 센서의 오프셋을 산출하며, 상기 산출된 오프셋을 상기 전류 센서를 통해 감지된 전류값에 적용하여 상기 전류 센서의 오프셋을 보정하는 제어부;를 포함하는 전류 센서 오프셋 보정장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 히스테리시스 곡선 상에서 자장이 일방향으로 증가되어 자속 밀도가 자기포화점(a)에 도달한 후 자장이 반대 방향으로 증가되는 것에 의해 자속 밀도가 0인 시점일 때 상기 전류 센서를 통해 전류를 검출하고, 상기 검출된 전류를 상기 제1 전류값으로 인식하는 것을 포함하는 전류 센서 오프셋 보정장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 자속 밀도가 상기 자기포화점(a)에 도달한 후 상기 전류 센서를 통해 검출된 전류값이 0인 시점으로부터 미리 설정된 시간이 경과한 시점을 상기 자속 밀도가 0인 시점으로 판단하는 것을 포함하는 전류 센서 오프셋 보정장치.
10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 히스테리시스 곡선 상에서 상기 자속 밀도가 포화되는 역자기 포화점(d)에 도달한 후 자장이 일방향으로 증가되는 것에 의해 자속 밀도가 0이 되는 시점일 때 상기 전류 센서를 통해 전류를 검출하고, 상기 검출된 전류를 상기 제2 전류값으로 인식하는 것을 포함하는 전류 센서 오프셋 보정장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 자속 밀도가 상기 역자기 포화점(d)에 도달한 후 상기 전류 센서를 통해 검출된 전류값이 0인 시점으로부터 미리 설정된 시간이 경과한 시점을 상기 자속 밀도가 0인 시점으로 판단하는 것을 포함하는 전류 센서 오프셋 보정장치.
12. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 전류값과 제2 전류값의 평균값을 상기 오프셋으로 산출하는 것을 포함하는 전류 센서 오프셋 보정장치.

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