KR101619671B1 - 부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치 - Google Patents

부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치 Download PDF

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엄정용
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현대오트론 주식회사
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Abstract

본 발명은 부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명은 직류 전원을 공급하는 전원 공급부, 코일에 인가되는 직류 전원에 따라 개폐되는 솔레노이드 밸브를 포함하는 솔레노이드 구동부 및 전원 공급부로부터 직류 전원을 공급 받아 솔레노이드 구동부에 직류 전원을 인가하고, 제1 스위치 및 제2 스위치의 스위칭을 통해 솔레노이드 밸브를 구동시키도록 제어하는 제1 구동모드 또는 코일에 에너지를 저장하였다가 부스트 전압으로 출력하는 제2 구동모드로 동작하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 스위치의 스위칭에 따라 솔레노이드 밸브를 구동시키기 위한 모드 또는 부스트 전압을 출력하는 모드로 동작하고, PWM 제어 신호의 듀티 조정을 통해 부스트 전압의 조절이 가능한 장점이 있다.

Description

부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치{SOLENOID VALVE CONTROL APPARATUS WITH A BOOST VOLTAGE OUTPUT}
본 발명은 부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 연료 공급을 제어하기 위한 수단으로 솔레노이드 밸브가 이용된다. 솔레노이드 밸브의 코일에 전원이 인가되면 플런저가 열리고, 전원이 차단되면 플런저가 닫히면서 솔레노이드 밸브의 개폐가 제어될 수 있다.
도 1은 종래의 솔레노이드 밸브 제어 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 솔레노이드 밸브 제어 장치는 전원 공급부(100), 솔레노이드 구동부(200), 제어부(300)를 포함할 수 있다. 도 1에서, 전원 공급부(100)는 솔레노이드 구동부(200)와 연결되며, 코일(L)에 직류 전원을 인가하여 솔레노이드 구동부(200)를 구동시킬 수 있다.
또한, 제어부(300)는 도 1과 같이 구동 스위치(S), 다이오드(D) 및 커패시터(C)를 포함할 수 있다. 제어부(300)는 구동 스위치(S)의 스위칭을 통해 코일(L)에 흐르는 전류가 접지를 통해 흐르거나, 다이오드(D)를 턴온시켜 솔레노이드 밸브의 코일(L)에 저장된 에너지를 환류시키는 폐루프를 형성하도록 제어할 수 있다.
그러나, 종래의 솔레노이드 밸브 제어 장치는 전원 공급부(100)가 솔레노이드 구동부(200)에 직접 전원을 공급하기 때문에, 제어부(300)와 솔레노이드 구동부(200) 사이의 연결이 단선 등으로 인하여 개방(OPEN)되는 경우, 내부 회로에 심각한 손상을 초래할 수 있다.
도 2는 종래의 솔레노이드 밸브 제어 장치에서 단선이 발생한 경우를 도시한 도면이다. 도 2에서 볼 수 있듯이, 제어부(300)가 구동 스위치(S)를 온(ON) 상태로 제어하면, 구동 스위치(S)가 온 상태일 때의 전류(ION)는 접지를 통해 흐른다. 여기서, 코일(L) 양 단에는 유도 전압이 유기되며, 구동 스위치(S)가 오프(OFF) 상태로 전환되면, 전원 공급부(100)를 통해 공급되는 전압(Vi)에 유도 전압(VL)이 더해져서 걸리게 된다. 이와 같이, 다이오드의 캐소드 단에 걸리는 상승된 전압을 부스트(Boost) 전압이라 한다.
한편, 일반적으로 차량에는 구동계를 제어하기 위하여 전압을 목표 값까지 상승시키기 위한 부스트 컨버터가 탑재되는데, 종래에는 솔레노이드 밸브 제어 장치와 별도로 부스트 컨버터를 구비하기 때문에 부피가 커지고 제품 원가 상승을 초래하는 문제점이 존재한다.
본 발명은 스위치의 스위칭에 따라 솔레노이드 밸브를 구동시키기 위한 모드 또는 부스트 전압을 출력하는 모드로 동작하고, PWM 제어 신호의 듀티 조정을 통해 부스트 전압의 조절이 가능한 부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 직류 전원을 공급하는 전원 공급부, 코일에 인가되는 직류 전원에 따라 개폐되는 솔레노이드 밸브를 포함하는 솔레노이드 구동부 및 전원 공급부로부터 직류 전원을 공급 받아 솔레노이드 구동부에 직류 전원을 인가하고, 제1 스위치 및 제2 스위치의 스위칭을 통해 솔레노이드 밸브를 구동시키도록 제어하는 제1 구동모드 또는 코일에 에너지를 저장하였다가 부스트 전압으로 출력하는 제2 구동모드로 동작하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 스위치의 스위칭에 따라 솔레노이드 밸브를 구동시키기 위한 모드 또는 부스트 전압을 출력하는 모드로 동작하고, PWM 제어 신호의 듀티 조정을 통해 부스트 전압의 조절이 가능한 장점이 있다.
도 1은 종래의 솔레노이드 밸브 제어 장치의 구성도.
도 2는 종래의 솔레노이드 밸브 제어 장치에서 단선이 발생한 경우를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치의 제1 구동모드를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치의 제2 구동모드를 설명하기 위한 도면.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
종래의 솔레노이드 구동부와 전원 공급부가 직접 연결되는 솔레노이드 밸브 제어 장치는 제어부와 솔레노이드 구동부 사이의 연결이 단선 등으로 인하여 개방(OPEN)되는 경우, 다이오드의 캐소드 단에 걸리는 전압이 부스트(Boost)됨에 따라 제어부 내부의 커패시터 또는 이와 연결된 소자가 파손되는 문제점이 존재한다.
본 발명은 스위치의 스위칭에 따라 솔레노이드 밸브를 구동시키기 위한 모드 또는 부스트 전압을 출력하는 모드로 동작하고, PWM 제어 신호의 듀티 조정을 통해 부스트 전압의 조절이 가능한 부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 솔레노이드 밸브 제어 장치는 전원 공급부(400), 솔레노이드 구동부(500) 및 제어부(600)를 포함한다. 제어부(600)의 제1 출력단(630)은 솔레노이드 구동부(500)와 연결되고, 제어부(600)의 제2 출력단(640)은 부하(700)와 연결될 수 있다.
전원 공급부(400)는 직류 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 전원 공급부(400)는 차량의 배터리일 수 있으며, 배터리에 저장된 에너지를 이용하여 12V의 직류 전원을 공급할 수 있다.
솔레노이드 구동부(500)는 코일(L)에 인가되는 직류 전원에 따라 개폐되는 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다. 솔레노이드 밸브의 코일(L)에 전원이 인가되면 플런저가 열리고, 인가된 전원이 차단되면 플런저가 닫히면서 솔레노이드 밸브의 개폐가 제어될 수 있다.
제어부(600)는 전원 공급부(400)로부터 직류 전원을 공급받아 솔레노이드 구동부(500)에 직류 전원을 인가한다. 또한, 제어부(600)는 제1 출력단(630)과 제2 출력단(640)을 구비하며, 제1 출력단(630)은 솔레노이드 구동부(500)에 연결되고 제2 출력단(640)은 부하(700)에 연결될 수 있다. 제어부(600)는 제1 스위치(SW1) 및 구동 스위치(S)의 스위칭을 이용하여 제1 출력단(630)을 통해 솔레노이드 구동부(500)의 솔레노이드 밸브를 구동시키도록 제어하고, 제2 출력단(640)을 통해 부하(700)에 부스트 전압을 출력하는 제1 구동모드 또는 제2 출력단(640)을 통해 부하(700)에 상승된 부스트 전압을 출력하는 제2 구동모드로 동작할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제1 출력단(630)은 전원 공급부(400) 및 코일(L)의 일 측단과 연결될 수 있다. 제어부(600)는 제1 출력단(630)을 통해 전원 공급부(400)로부터 공급된 직류 전원을 솔레노이드 구동부(500)에 공급할 수 있다. 제2 노드(620)는 솔레노이드 구동부(500)의 코일(L)의 타 측단과 연결되며, 구동 스위치(S)는 제2 노드(620)와 접지(GND) 사이에 연결될 수 있다. 제1 다이오드(D1)는 제1 노드(610) 및 제2 노드(620) 사이에 연결될 수 있으며, 제1 다이오드(D1)의 캐소드 측이 제1 노드(610)와 연결되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 노드(610)와 제2 출력단(640) 사이에는 제2 다이오드(D2)가 연결될 수 있다. 여기서, 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)는 프리휠링(FREE-WHEELING) 다이오드일 수 있다.
전술한 구동 스위치(S), 제1 스위치(SW1)에는 각각 IGBT(Insulated gate bipolar transistor), MOS-FET(metal oxide semiconductor field-effect transistor), BJT(bipolar junction transistor) 등이 사용될 수 있다.
이하에서는 제어부(600)가 제1 구동모드 또는 제2 구동모드로 동작하기 위한 제어 과정을 상세히 설명한다.
제어부(600)는 제1 스위치(SW1)를 온 상태로 제어하여 제1 구동모드로 동작할 수 있다. 제어부(600)는 제1 구동모드에서 구동 스위치(S)를 스위칭하여 코일(L)에 흐르는 전류가 제1 노드(610) 및 제2 노드(620)를 통해 솔레노이드 구동부(500)와 폐루프를 형성하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(600)는 제1 구동모드에서 구동 스위치(S)를 온 상태로 제어하여 코일(L)에 에너지가 저장되도록 한다. 다시 말하면, 코일(L)에 에너지가 저장되도록 함으로써, 솔레노이드 밸브를 구동시킬 수 있다. 또한, 제어부(600)는 제1 구동모드에서 구동 스위치(S)를 오프 상태로 제어하여 코일(L)에 흐르는 전류가 제1 노드(610), 제2 노드(620)를 통해 코일(L)에 저장된 에너지를 환류시키는 폐루프를 형성할 수 있다. 그 결과, 제어부(600)는 제1 구동모드로 동작할 때, 제1 출력단(630)을 통해 솔레노이드 구동부(500)의 솔레노이드 밸브를 구동시킬 수 있다. 또한, 제1 스위치(SW1)를 오프 상태로 제어하고 구동 스위치(S)를 온 상태로 제어하여 코일(L)에 에너지가 저장되도록 한다. 여기서, 코일(L)에 저장된 에너지는 솔레노이드 밸브를 구동시킬 수 있다. 구동 스위치(S)를 오프 상태로 제어하면 제2 다이오드(D2)가 턴온되고, 구동 스위치(S)가 오프 상태가 됨에 따라 코일(L)에서 발생하는 서지 전압이 제2 출력단(640)을 통해 커패시터(C)를 충전시킬 수 있다. 따라서, 제2 출력단(640)에는 부스트 전압이 출력되어 부스트 컨버터로서 동작할 수 있다.
제어부(600)는 제1 스위치(SW1)를 오프 상태로 제어하여 제2 구동모드로 동작할 수 있다. 제어부(600)는 제2 구동모드로 동작할 때, 부하(700)에 부스트 전압을 출력한다.
이를 위하여, 제어부(600)는 먼저 구동 스위치(S)를 온 상태로 제어하여 코일(L)에 에너지가 저장되도록 하고, 구동 스위치(S)를 오프 상태로 제어하여 제2 출력단(640)을 통해 부스트 전압이 출력되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제어부(600)는 구동 스위치(S) 및 제1 스위치(SW1)에 각각 PWM 제어 신호를 출력하여 스위치 각각의 온/오프를 제어하는 PWM 출력부(650, 660)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 제어부(600)는 제1 스위치를 제어하기 위한 PWM 제어 신호의듀티(DUTY)를 조정하여 부스트 전압의 크기를 조절할 수 있다. 보다 상세하게는, 제어부(600)는 PWM 제어 신호의 듀티를 짧게 조정하여 부스트 전압의 크기를 증가시킬수 있다. 또한, 제어부(600)는 PWM 제어 신호의 듀티를 길게 조정하여 부스트 전압의 크기를 감소시킬 수 있다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치의 제1 구동모드 또는 제2 구동모드에서의 동작을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치의 제1 구동모드를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 제어부(600)는 제1 구동모드에서 제1 스위치(SW1)를 온 상태로 제어한다.
제1 구동모드에서 제1 스위치(SW1)가 온 상태가 되면, 제어부(600)는 먼저 구동 스위치(S)를 온 상태로 제어한다. 그에 따라, 전원 공급부(400)로부터 공급된 직류 전원은 제1 출력단(630)을 통해 솔레노이드 구동부(500)에 공급되고, 코일(L)에 흐르는 전류는 제어부(600)의 제2 노드(620)로 입력된다. 한편, 구동 스위치(S)가 온 상태로 동작하기 때문에, 제2 노드(620)로 입력된 전류는 접지로 흐르게 되며, 전류 경로(ION)를 형성한다. 그 결과, 전원 공급부(400)로부터 공급된 전원에 의하여 코일(L)에 에너지가 저장되어 솔레노이드 밸브를 구동시킬 수 있다.
이어서, 제어부(600)는 구동 스위치(S)를 오프 상태로 제어한다. 그에 따라, 제1 노드(610) 및 제2 노드(620) 사이에 연결된 제1 다이오드(D1)가 턴온되고, 제1 출력단(620), 솔레노이드 구동부(500), 제2 노드(620) 및 제1 노드(610)는 폐루프를 형성한다. 즉, 솔레노이드 구동부(500)를 통해 흐르는 전류는 제1 출력단(620), 제2 노드(620) 및 제1 노드(610)를 통해 폐루프를 형성하도록 제1 출력단(620) 방향으로 제1 전류 경로(IOFF)를 형성한다. 이와 같이, 제1 구동모드에서 제어부(600)는 구동 스위치(S)를 온/오프 시키면서 솔레노이드 밸브를 구동시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치의 제2 구동모드를 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 제어부(600)는 제2 구동모드에서 제1 스위치(SW1)를 오프 상태로 제어한다.
제2 구동모드로 동작할 때, 제어부(600)는 먼저 구동 스위치(S)를 온 상태로 제어한다. 그에 따라, 전원 공급부(400)로부터 공급된 직류 전원은 제1 출력단(630)을 통해 솔레노이드 구동부(500)에 공급되고, 코일(L)에 흐르는 전류는 제어부(600)의 제2 노드(620)로 입력된다. 한편, 구동 스위치(S)가 온 상태로 동작하기 때문에, 제2 노드(620)로 입력된 전류는 접지로 흐르게 되며, 전류 경로(ION)를 형성한다. 그 결과, 전원 공급부(400)로부터 공급된 전원에 의하여 코일(L)에 에너지가 저장되어 솔레노이드 밸브를 구동시킨다. 즉, 구동 스위치(S)가 온 상태일 때 제1 구동모드와 제2 구동모드의 동작은 같을 수 있다. 한편, 코일(L) 양 단에는 유도 전압이 유기되며, 구동 스위치(S)가 오프(OFF) 상태로 전환되면, 전원 공급부(400)를 통해 공급되는 전압(Vi)에 유도 전압(VL)이 더해져서 다이오드(D2)의 캐소드 단에 걸리게 된다.
이어서, 제어부(600)에 의하여 구동 스위치(S)가 오프 상태가 되면, 제1 노드(610) 및 제2 노드(620) 사이에 연결된 제1 다이오드(D1)가 턴온된다. 제2 구동모드에서는 제1 스위치(SW1)가 오프 상태이기 때문에, 제2 출력단(640)을 통해서만 전류 경로(IOFF)가 형성되며, 그 결과 제2 출력단(640)에 부스트 전압을 제공할 수 있다.
바람직하게는, 제어부(600)는 제2 구동모드로 동작할 때, 제1 스위치를 제어하기 위한 PWM 제어 신호의듀티(DUTY)를 조정하여 부스트 전압의 크기를 조절할 수 있다. 즉, 제어부(600)는 PWM 제어 신호의 듀티를 짧게 조정하여 부스트 전압의 크기를 증가시키거나, PWM 제어 신호의 듀티를 길게 조정하여 부스트 전압의 크기를 감소시킬 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 스위치의 스위칭에 따라 솔레노이드 밸브를 구동시키기 위한 모드 또는 부스트 전압을 출력하는 모드로 동작하면서, 동시에 PWM 제어 신호의 듀티 조정을 통해 부스트 전압의 조절이 가능한 솔레노이드 밸브 제어 장치를 제공할 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (7)

  1. 직류 전원을 공급하는 전원 공급부;
    코일에 인가되는 직류 전원에 따라 솔레노이드 밸브를 구동시키는 솔레노이드 구동부; 및
    상기 전원 공급부로부터 직류 전원을 공급받아 상기 솔레노이드 구동부에 상기 직류 전원을 인가하고, 제1 스위치 및 구동 스위치의 스위칭을 통해 상기 솔레노이드 밸브를 구동시키도록 제어하는 제1 구동모드 또는 부스트 전압을 출력하는 제2 구동모드로 동작하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 전원 공급부 및 상기 코일의 일 측단과 연결되는 제1 출력단, 부하와 연결되는 제2 출력단, 상기 코일의 타 측단과 연결되는 제2 노드, 상기 제2 노드와 접지 사이에 연결되는 구동 스위치, 상기 제2 노드 및 제1 노드 사이에 연결되는 제1 다이오드, 상기 제1 노드와 상기 제1 출력단의 연결을 스위칭하는 제1 스위치 및 상기 제1 노드와 상기 제2 출력단 사이에 연결되는 제2 다이오드를 포함하며,
    상기 제1 구동모드에서 상기 제1 스위치를 온 상태로 제어하고 상기 구동 스위치의 스위칭을 통해 상기 코일에 흐르는 전류가 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드를 통해 폐루프를 형성하여 상기 솔레노이드 밸브를 구동시키도록 제어하고,
    상기 제1 스위치를 제어하기 위한 PWM 제어 신호의 듀티를 조정하여 부스트 전압의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는
    부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구동모드에서, 상기 제어부는
    상기 구동 스위치를 온 상태로 제어하여 상기 코일에 에너지가 저장되도록 하여 솔레노이드 밸브를 구동시키고, 상기 구동 스위치를 오프 상태로 제어하여 상기 코일에 흐르는 전류가 상기 제1 노드, 상기 제2 노드 및 상기 제1 출력단을 통해 폐루프를 형성함으로써 상기 솔레노이드 밸브를 구동시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는
    부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구동모드에서, 상기 제어부는
    상기 제1 스위치를 오프 상태로 제어하고, 상기 코일에 흐르는 전류를 상기 부하에 공급하여 부스트 전압을 출력하는 제2 구동모드로 동작하는 것을 특징으로 하는
    부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 구동모드에서, 상기 제어부는
    상기 구동 스위치를 온 상태로 제어하여 상기 코일에 에너지가 저장되도록 하여 솔레노이드 밸브를 구동시키고, 상기 구동 스위치를 오프 상태로 제어하여 상기 제2 출력단을 통해 부스트 전압이 출력되도록 하는
    부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 PWM 제어 신호의 듀티를 짧게 조정하여 상기 부스트 전압의 크기를 증가시키거나 상기 PWM 제어 신호의 듀티를 길게 조정하여 상기 부스트 전압의 크기를 감소시키는 것을 특징으로 하는
    부스트 전압 출력을 갖는 솔레노이드 밸브 제어 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003222061A (ja) * 2002-01-29 2003-08-08 Toyota Motor Corp 燃料噴射弁の制御装置

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