KR101887904B1 - 제어기 단락 이상 감지 장치 및 방법 - Google Patents

제어기 단락 이상 감지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 제어기 단락 이상 감지장치에 있어서, 회로에 전원을 공급해 주며 제 1 출력전압을 발생시키는 제 1 전원 회로; 제어부와 연결되며 제 2 출력전압을 발생시키는 제 2 전원 회로; 제 1 입력부 및 제 2 입력부를 포함하며, 상기 제 1 입력부는 상기 제 1 전원 회로의 제 1 출력단과 연결되고, 상기 제 2 입력부는 제 2 전원 회로의 제 2 출력단과 연결되는 논리 연산부; 및 상기 논리 연산부의 출력 및 상기 제 2 출력단의 전압에 기초하여 상기 제 2 전원 회로를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 논리 연산부는 상기 제 1 출력단 및 상기 제 2 출력단의 전압이 동일할 경우 하이레벨(high level)을 출력하며, 동일하지 않을 경우에는 로우레벨(low level)을 출력하며, 상기 제어부는 상기 논리 연산부의 출력에 기초하여 상기 제 1 출력단 및 제 2 출력단의 단락 이상 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.

Description

제어기 단락 이상 감지 장치 및 방법{An Apparatus And A Method For Detecting Short Circuit Of A Controller}
본 발명은 제어기 단락 이상 감지장치에 관한 것으로 더 상세하게는 제어기 출력 전압 중 타 전압의 간섭으로 단락이 발생할 경우, 이에 대한 고장을 진단하는 제어기 단락 이상 감지 방법에 관한 것이다.
최근, 자동차 기술에 전기전자, 정보 통신 기술 등의 접목이 활발하게 이루어짐에 따라 엔진, 동력전달계(Powertrain), 변속장치(Transmission) 등 다양한 자동차의 부품들을 제어하는 차량용 제어기(ECU, Electronic control Unit)의 수요가 날로 증가하고 있다. 이에 따라 차량용 제어기의 성능도 크게 향상되고 있으며, 차량용 제어기를 통하여 차량의 성능을 극대화하기 위한 다양한 방법들이 고안되고 있다.
이러한 수요를 만족시키기 위하여 차량 내부에 상당한 수의 전자 장치들이 설치 됨으로서, 차량 내부 전자 장치들에 대한 전원 관리 기능이 점점 중요해지고 있으며, 제어기의 기능안전 요구사항이 강화되어 제어기에서 나오는 출력전압에 대한 고장진단이 강화되고 있다.
특히, 차량의 안전 기능에 대한 요구가 커지면서, 센서 또는 차량 내 각종 제어기들이 전원 IC에 고장이 발생한 경우에도 운전자 및 탑승자가 안전한 장소까지 이동할 수 있도록 각 기능별로 독립된 보조 전원의 활용이 강화되고 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 독립된 기능별 전원을 구비하는 경우가 많아 지고 있다.
이처럼 각 기능별 전원을 독립적으로 가져가는 요구사항이 많아지기 때문에 전원반도체 이외에 별도의 LDO IC를 이용하여 출력 전압을 발생시켜 외부 부하에 전원으로 공급해주고 있다.
하지만 제어기 출력 전압 중 각각의 고장 진단은 가능하지만, 다른 출력 전압의 간섭으로 발생한 단락에 대한 고장진단과 타 전압의 간섭으로 단락 발생시 발생하는 고장진단 방법이 없어, 제어기 출력 전압의 간섭으로 인한 단락이 발생하면 과전류로 인한 회로의 손상이나 부하의 손상이 발생할 수 있었으며, 출력전원이 오프(off)될 때도 제어기의 전류가 누설되어 배터리의 수명 단축이 발생할 수 있었다.
본 발명은 상술한 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 논리 연산부를 추가하여 제어기의 신호를 모니터링 하며, 제어기 출력 전압 중 타 전압의 간섭으로 단락 발생시 발생하는 고장을 진단하는 제어기 단락 이상 감지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제어기 단락 이상 감지장치에 있어서, 회로에 전원을 공급해 주며 제 1 출력전압을 발생시키는 제 1 전원 회로; 제어부와 연결되며 제 2 출력전압을 발생시키는 제 2 전원 회로; 제 1 입력부 및 제 2 입력부를 포함하며, 상기 제 1 입력부는 상기 제 1 전원 회로의 제 1 출력단과 연결되고, 상기 제 2 입력부는 상기 제 2 전원 회로의 제 2 출력단과 연결되는 논리 연산부; 및 상기 논리 연산부의 출력 및 상기 제 2 출력단의 전압에 기초하여 상기 제 2 전원 회로를 제어하는 상기 제어부를 포함하며, 상기 논리 연산부는 상기 제 1 출력단 및 상기 제 2 출력단의 전압이 동일할 경우 하이 레벨(high level)을 출력하며, 동일하지 않을 경우에는 로우 레벨(low level)을 출력하며, 상기 제어부는 상기 논리 연산부의 출력에 기초하여 상기 제 1 출력단 및 상기 제 2 출력단의 단락 이상 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 논리 연산부는 XOR(Exclusive OR) 게이트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 논리 연산부의 출력이 하이 레벨인 경우, 상기 제 1 전원 회로를 오프시키고, 상기 제 2 전원 회로만 온 시킨 상태에서 상기 논리 연산부의 출력이 하이 레벨인 경우에 상기 제 1 전원 회로 및 상기 제 2 전원 회로가 단락되었다고 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제 1 전원 회로를 오프시키고, 상기 제 2 전원 회로만 온 시킨 상태에서 상기 논리 연산부의 출력이 로우 레벨인 경우, 상기 제 1 전원 회로를 온 시키고, 상기 제 2 전원 회로를 오프 시킨 상태에서 상기 논리 연산부의 출력이 하이 레벨이면 상기 제 1 전원 회로 및 상기 제 2 전원 회로가 단락되었다고 판단할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기 단락 이상 감지 방법은 회로에 전원을 공급해주는 제 1 전원 회로 및 제어부와 연결되는 제 2 전원 회로를 온(On) 시켜서 전원을 공급하는 전원 공급 단계; 상기 제 1 전원 회로의 제 1 출력단과 연결된 제 1 입력 및 상기 제 2 전원 회로의 제 2 출력단과 연결된 제 2 입력을 포함하는 논리 연산부의 출력이 하이 레벨인 경우에 상기 제 1 전원 회로를 오프시키는 고장진단 모드 진입 단계; 상기 제 1 전원 회로가 오프된 후에 상기 논리 연산부의 출력이 로우 레벨인 경우에 상기 제 2 전원 회로를 오프시키고 상기 제 1 전원 회로를 온 시키는 고장 진단 제 1 단계; 상기 제 2 전원 회로가 오프된 후에 상기 논리 연산부의 출력이 하이 레벨인 경우에 상기 제 1 전원 회로 및 상기 제 2 전원 회로가 단락이라고 판단하는 고장 진단 제 2 단계를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 논리 연산부는 XOR(Exclusive OR) 게이트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 고장 진단 제 1 단계는, 상기 제 1 전원 회로가 오프된 후에 상기 논리 연산부의 출력이 하이 레벨인 경우에 상기 제 1 전원 회로 및 상기 제 2 전원 회로가 단락이라고 판단하고 고장 진단 모드를 종료하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 제어기 단락 이상 감지장치 및 방법은, 제어기 출력 전압의 고장 진단 외에 추가로 출력 전압의 외부 단락 고장 진단이 가능하여 단락을 방지함으로 인해 과전류로 인한 제어기 손상 및 부하의 손상을 방지할 수 있으며, 단락 판단으로 인하여 배터리로부터 소모되는 누설전류를 방지할 수 있다. 물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제어기 단락 이상 감지장치에 대한 회로도이다.
도 2는 출력단자에 단락이 발생한 경우에 대한 회로도이다.
도 3은 본 발명에 대한 제어기 단락 이상 감지방법에 대한 순서도이다.
도 4는 정상상태의 시간에 따른 전압 그래프이다.
도 5는 단락이 발생한 경우 시간에 따른 전압 그래프이다.
도 6은 종래기술에 대한 회로도이다.
도 7은 종래기술에서 단락이 발생한 경우에 대한 회로도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 도 1 내지 도 2를 참조하여 제어기 단락 이상 감지장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제어기 단락 이상 감지장치는 제 1 전원 회로(100), 제 2 전원 회로(110), 논리 연산부(130) 및 제어부(120)를 포함한다.
제 1 전원 회로(100)는 회로에 전원을 공급해 주며 제 1 출력전압(140)을 발생시킬 수 있고, 제 2 전원 회로(110)는 제어부(120)와 연결되며 제 2 출력전압(150)을 발생시킬 수 있다.
또한, 제 1 전원 회로(100) 이외에 별도의 제 2 전원 회로(110)를 이용하여 출력 전압(140, 150)을 발생시켜 외부 부하에 전원으로 공급해 주기 때문에 각 기능별 전원을 독립적으로 사용할 수 있다.
한편, 제 1 전원 회로(100) 및 제 2 전원 회로(120)는 5V 또는 9V로 전압이 인가될 수 있으며, 예컨대, 제 1 전원 회로(100)는 전원반도체가 사용될 수 있고, 제 2 전원 회로(110)는 LDO(Low Dropout Regulator)가 사용될 수 있다.
논리 연산부(130)는 제 1 입력부 및 제 2 입력부를 포함하며, 제 1 입력부는 제 1 전원 회로의 제 1 출력단과 연결되고, 제 2 입력부는 제 2 전원 회로의 제 2 출력단과 연결되며 제어기 신호를 모니터링 할 수 있다.
여기서 논리 연산부(130)는 제 1 출력단 및 제 2 출력단의 전압이 동일할 경우 하이레벨(high level)을 출력하며, 동일하지 않을 경우에는 로우레벨(low level)을 출력할 수 있으며, 예컨대, 로우레벨은 0V, 하이레벨은 5V로 출력될 수 있고, 논리 연산부(130)는 XOR(Exclusive OR) 게이트가 사용될 수 있다.
제어부(120)는 논리 연산부(130)의 출력 및 제 2 출력단의 전압에 기초하여 제 2 전원 회로(110)를 제어할 수 있으며, 논리 연산부(130)의 출력에 기초하여 제 1 출력단 및 제 2 출력단의 단락 이상 여부를 결정할 수 있다.
이처럼 제 1 출력전압(140)과 제 2 출력전압(150)의 사이에 단락이 발생할 경우, 제어부(120)는 고장진단모드로 진입하여 고장을 진단 할 수 있다.
여기서 고장진단모드는 예를 들어, 논리 연산부(130)의 출력이 하이 레벨인 경우, 제 1 전원 회로(100)를 오프시키고, 제 2 전원 회로(110)만 온 시킨 상태에서 논리 연산부(130)의 출력이 하이 레벨인 경우에 제 1 전원 회로(100) 및 제 2 전원 회로(110)가 단락 되었다고 판단할 수 있으며, 제 1 전원 회로(100)를 오프시키고, 제 2 전원 회로(110)만 온 시킨 상태에서 논리 연산부(130)의 출력이 로우 레벨인 경우, 제 1 전원 회로(100)를 온 시키고, 제 2 전원 회로(110)를 오프 시킨 상태에서 논리 연산부의 출력이 하이 레벨 이면 제 1 전원 회로(100) 및 제 2 전원 회로(110)가 단락 되었다고 판단할 수 있다.
이처럼 제어부(120)는 논리 연산부(130)의 하이레벨 또는 로우레벨 신호에 기초하여 단락 여부를 판단할 수 있으며, 예컨대, 제어부(120)에는 마이크로프로세서가 사용될 수 있다.
또한 이와 같이 제 1 전원 회로(100) 및 제 2 전원 회로(110)가 단락 되었다고 판단할 경우, 제어부(120)는 고장진단을 종료할 수 있다.
한편 제어부(120)는 제 1 전원 회로(100)와 제 2 전원 회로(110)가 공급해 주는 각각의 출력 전원 사이의 간섭으로 인한 단락 발생을 판단할 수 있어, 과전류로 인한 회로 손상 및 로드(Load)의 손상을 방지할 수 있으며 고장을 진단함으로 인해 누설전류를 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명에 대한 제어기 단락 이상 감지방법에 대한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 먼저 배터리와 제어기를 연결하여 전원 회로(100, 110)에 전원을 공급해 준다. (단계 S300)
전원 회로(100, 110)에 전원을 공급해주면 제어기가 동작된다. (단계 S302)
제어기가 동작되면서 논리 연산부(130)에서는 신호를 모니터링 한다. (단계 S304)
만약 모니터링 한 신호가 "0" 일 경우는 정상동작으로 판단한다. (단계 S306)
하지만 논리 연산부(130)에서 모니터링 한 신호가 "1" 일 경우는 고장진단 모드로 돌입한다. (단계 S308)
고장진단 모드를 실시하며 먼저 제 1 전원 회로(100)를 오프(off)시키고, 제 2 전원 회로(110)를 온시킨다. (단계 S310)
이때 논리 연산부(130)의 신호가 "1" 일 경우, 제 2 전원 회로(110)에서 단락이 발생하였다고 판단한다. (단계 S312)
하지만 논리 연산부(130)의 신호가 "0" 일 경우, 제 1 전원 회로(100)를 온 시키고, 제 2 전원 회로(110)를 오프(off)시킨다. (단계 S314)
이때, 논리 연산부(130)의 신호가 "1" 일 경우 제 1 전원 회로(100)에서 단락이 일어났다고 판단한다. (단계 S318)
하지만 논리 연산부(130)의 신호가 "0" 일 경우, 정상동작으로 판단한다. (단계 S316)
이하에서는 도 4 내지 도 5를 참조하여 제어기 단락 유무에 대한 전압 그래프를 상세히 살펴본다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 회로의 단락이 발생하지 않았을 경우, 시간에 따른 전압 그래프가 일정한 전압을 유지할 수 있으며 로우레벨로 전압이 일정하게 나타날 수 있다.
하지만 회로의 단락이 발생한 경우, 전원 회로가 단락이 일어남과 동시에 논리 연산부가 로우 레벨에서 하이 레벨로 변환하여, 제어부(120)에 단락이 발생하였음을 알려줄 수 있다.
예컨대, 이때 제어부(120)는 고장을 인지하고 고장모드로 진입할 수 있으며, 단락이 일어났음을 판단하면, 고장모드를 종료할 수 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 7을 참조하여 종래기술에 대한 제어기 단락 감지회로에 대해 상세히 살펴본다.
도 6 및 7을 살펴보면 종래기술은 제어기 신호를 실시간으로 모니터링하며 제어할 수 없었다. 또한 제어기 출력 전압 각각의 고장 진단은 가능하지만, 제어기 출력 전압 중 타 전압의 간섭으로 단락 발생시 발생하는 고장을 진단하는 방법과 다른 출력 전압의 간섭으로 발생한 단락에 대한 고장진단이 불가능 하였다.
이로 인해, 제어기 출력 전압의 간섭으로 인한 단락이 발생하면 과전류로 인한 회로의 손상이나 Load의 손상이 발생할 수 있었으며, 출력전원을 오프(off)시킬 경우에도 제어기의 전류가 누설되어 배터리의 수명 단축이 발생할 수 있었다.
하지만 본 발명은 제어기 출력 전압의 고장 진단 외에 추가로 출력 전압의 외부 단락 고장 진단이 가능하여 단락을 방지함으로 인해 과전류로 인한 제어기 손상 및 Load의 손상을 방지할 수 있으며, 단락 판단으로 인하여 배터리로부터 소모되는 누설전류를 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 제 1 전원 회로
110: 제 2 전원 회로
120: 제어부
130: 논리 연산부
140: 제 1 출력전압
150: 제 2 출력전압

Claims (9)

  1. 회로에 전원을 공급해 주며 제 1 출력전압을 발생시키는 제 1 전원 회로;
    제어부와 연결되며 제 2 출력전압을 발생시키는 제 2 전원 회로;
    제 1 입력부 및 제 2 입력부를 포함하며, 상기 제 1 입력부는 상기 제 1 전원 회로의 제 1 출력단과 연결되고, 상기 제 2 입력부는 상기 제 2 전원 회로의 제 2 출력단과 연결되는 논리 연산부; 및
    상기 논리 연산부의 출력 및 상기 제 2 출력단의 전압에 기초하여 상기 제 2 전원 회로를 제어하는 상기 제어부를 포함하며,
    상기 논리 연산부는 상기 제 1 출력단 및 상기 제 2 출력단의 전압이 동일할 경우 하이 레벨(high level)을 출력하며, 동일하지 않을 경우에는 로우 레벨(low level)을 출력하며,
    상기 제어부는 상기 논리 연산부의 출력에 기초하여 상기 제 1 출력단 및 상기 제 2 출력단의 단락 이상 여부를 결정하도록 구성되고,
    상기 제어부는 상기 제 1 전원 회로 및 상기 제 2 전원 회로를 온(On)시킨 상태에서, 상기 논리 연산부의 출력이 하이 레벨일 경우, 고장 진단모드로 진입하고, 상기 제 1 전원 회로를 오프시키고, 상기 제 2 전원 회로만 온 시킨 상태에서 상기 논리 연산부의 출력이 하이 레벨인 경우에 상기 제 1 전원 회로 및 상기 제 2 전원 회로가 단락되었다고 판단하는,
    제어기 단락 이상 감지장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 논리 연산부는 XOR(Exclusive OR) 게이트를 포함하는,
    제어기 단락 이상 감지장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 마이크로프로세서를 포함하는,
    제어기 단락 이상 감지장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제 1 전원 회로를 오프시키고, 상기 제 2 전원 회로만 온 시킨 상태에서 상기 논리 연산부의 출력이 로우 레벨인 경우, 상기 제 1 전원 회로를 온 시키고, 상기 제 2 전원 회로를 오프 시킨 상태에서 상기 논리 연산부의 출력이 하이 레벨이면 상기 제 1 전원 회로 및 상기 제 2 전원 회로가 단락되었다고 판단하는,
    제어기 단락 이상 감지장치.
  6. 회로에 전원을 공급해주는 제 1 전원 회로 및 제어부와 연결되는 제 2 전원 회로를 온(On) 시켜서 전원을 공급하는 전원 공급 단계;
    상기 제 1 전원 회로의 제 1 출력단과 연결된 제 1 입력 및 상기 제 2 전원 회로의 제 2 출력단과 연결된 제 2 입력을 포함하는 논리 연산부의 출력이 하이 레벨인 경우에 고장진단 모드로 진입하고, 상기 제 1 전원 회로를 오프시키는 고장진단 모드 진입 단계;
    상기 제 1 전원 회로가 오프된 후에 상기 논리 연산부의 출력이 로우 레벨인 경우에 상기 제 2 전원 회로를 오프시키고 상기 제 1 전원 회로를 온 시키는 고장 진단 제 1 단계;
    상기 제 2 전원 회로가 오프된 후에 상기 논리 연산부의 출력이 하이 레벨인 경우에 상기 제 1 전원 회로 및 상기 제 2 전원 회로가 단락이라고 판단하는 고장 진단 제 2 단계를 포함하며,
    상기 고장 진단 제 1 단계는, 상기 고장진단 모드로 진입하여 상기 제 1 전원 회로가 오프된 후에 상기 논리 연산부의 출력이 하이 레벨인 경우에 상기 제 1 전원 회로 및 상기 제 2 전원 회로가 단락이라고 판단하고 상기 고장진단 모드를 종료하는 단계를 포함하는,
    제어기 단락 이상 감지 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 논리 연산부는 XOR(Exclusive OR) 게이트를 포함하는,
    제어기 단락 이상 감지 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 마이크로프로세서를 포함하는,
    제어기 단락 이상 감지 방법.
  9. 삭제
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