KR101916468B1 - 외부 온도에 따른 부하 전류 제한 자동 보정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주위 환경온도에 따른 부하 변동에 대해 유동적으로 인러쉬 구간 및 PCL 값의 기준치를 가변적으로 적용하여 하드웨어적 대응이 필요 없고 고장 발생 시 IPS 소자 및 회로, 전선이 받는 누적 스트레스를 줄여 내구성을 향상시킬 수 있는 외부 온도에 따른 부하 전류 제한 자동 보정 방법에 관한 것이다.

Description

외부 온도에 따른 부하 전류 제한 자동 보정 방법{Automatic correcting method for load current limit according to external temperature}
본 발명은 자동차에 설치되는 전자기기인 모터류 및 램프류 등의 부하에 전원 공급 시 외부 온도에 따른 부하 전류 제한 자동 보정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에는 야간 운행시의 조명장치인 전조등 외에 안전운행을 위해 주ㆍ야간시 브레이크 페달을 밟았을 때 점등되어 제동중임을 알리는 스톱 램프(stop lamp)와, 주로 야간시 후속 차량에게 자기 차량의 뒷부분 위치를 알려주는 테일 램프(tail lamp)를 포함하고 있다.
이러한 스톱 램프와 테일 램프의 구동을 위한 회로에는 회로연결 및 전원공급을 위한 와이어 외에 램프 스위치, 각종 릴레이 등이 포함되고, 차량 내 PCB와 와이어의 손상을 방지하기 위해 과전류 시 회로 자동 차단 기능을 가지는 퓨즈 등과 같은 보호장치가 요구되고 있다.
또한, 상기 램프류 등과 같은 전자 장치가 증가함에 따라 소형화 및 경량화가 요구되고 있으며, 기존의 퓨즈를 대체할 장치로 반도체와 이를 구동 및 제어하기 위한 프로그램적 방법이 대두되고 있다.
이러한 요구사항을 충족시키기 위해 IPS(Intelligent Power Switch) 소자를 이용하여 출력을 제어하는 방식으로 PCB 및 와이어의 손상을 방지하고 있다.
상기 IPS는 퓨즈, 릴레이 등을 대체하는 반도체 칩으로서, 부하에 공급되는 전류값에 대한 정보를 제어기(MCU;Motor Control Unit)에 피드백하는 기능을 가진다.
이를 통해, IPS는 과전류 시 자동적으로 부하전원을 차단시켜 시스템을 보호하는 역할을 한다.
따라서, 상기 IPS가 적용된 부하 작동시스템에서는 기존의 시스템 구성에서 큰 부피를 차지하던 퓨즈 및 릴레이를 소형의 반도체 칩(IPS)으로 대체하여 삭제할 수 있다.
한편, 부하에 초기 전원(전류)이 공급될 때 짧은 시간 동안 정상 전류보다 높은 전류가 발생하는데, 이러한 전류를 인러쉬 전류(Inrush current)라고 하며, 상기 짧은 시간을 인러쉬 구간(또는 인러쉬 타임)이라고 한다.
상기 인러쉬 전류는 정상 전류 값에 비해 매우 큰 값을 가지며, 인러쉬 타임은 부하 초기 동작 시 매우 짧은 시간 동안 발생하기 때문에, 이 인러쉬 특성값과 시간을 고려하지 않으면 매번 부하를 동작시킬 때마다 IPS는 매우 큰 전류가 부하에 공급되고 있다고 피드백하고, 제어기는 IPS를 제어하여 부하에 공급되는 전류를 차단한다.
상기 인러쉬 전류 및 인러쉬 타임은 부하의 종류, 전기적 크기 및 온도에 따라 다르게 나타나며, 이러한 현상은 대부분의 현실 상황에서 발생한다.
특히, 자동차에서 모터류 및 램프류 등의 각 부하에 전원을 공급하는 경우 부하 정상동작 전류값과 초기 인러쉬(Inrush)구간에서의 전류값과 인러쉬가 발생하는 시간의 폭이 외부 환경의 온도변화에 따라 변하므로, MCU(Motor Control Unit)가 부하측 IPS 소자로부터 읽어들이는 AD(Analog-Digital) 전류 센싱 전압값이 유동적이다.
예를 들어, 램프류 부하의 경우에 도 1에 도시한 바와 같이 외부 환경 온도가 저온이면 인러쉬 구간(시간)이 길어지고 허용 가능한 부하전류(PCL;Programmable Current Limit)값이 높아지지만, 외부 환경 온도가 고온이면 인러쉬 구간(시간)이 짧아지고 허용 가능한 부하전류(PCL)값이 낮아진다.
상기와 같이 외부 환경온도에 따라 부하의 인러쉬 구간 및 소비 전류값이 변동함으로 인해 종래에는 모든 환경온도를 만족하는 넓은 범위의 기준치(SPEC)를 적용하여 온도 변화에 따른 부하 전류를 제한하고 있다.
도 2는 종래기술에서 온도변화에 따른 부하 전류 제한 방법을 보여주는 순서도로서, 외부환경의 온도변화를 고려하여 모터류 및 램프류 부하의 최대 인러쉬 전류 및 동작전류 범위(최대 인러쉬 구간으로 제어함수 A를 고정함)를 적용하고, 이러한 최대 전류범위를 감안하여 PCL(Programmable Current Limit) 값(PCL 값으로 제어함수 B를 고정함)을 사전에 설정한다.
MCU가 부하측 IPS 소자로부터 읽어들이는 전류 AD값(피드백값)을 이미 설정된 기준치(고정된 제어함수 A 및 제어함수 B)와 비교하여, 상기 전류 AD값(피드백값)이 기준치를 벗어날 경우에 자기진단에서 고장(Fault)으로 처리하고 부하에 전원공급을 차단하여 회로를 보호한다.
그러나, 상기와 같이 환경 온도에 따라 저온과 고온 조건을 모두 만족하기 위해 전자기기(부하)의 PCL 전류범위의 설정범위가 넓어져 최적화되어 있지 않으므로 굵은 와이어 등의 하드웨어적 대응이 추가적으로 필요하고, 고장 발생 시 IPS 소자 및 회로, 전선이 받는 누적 스트레스를 증가시키는 요인이 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 주위 환경온도에 따른 부하 변동에 대해 유동적으로 인러쉬 구간 및 PCL 값의 기준치를 가변적으로 적용하여 하드웨어적 대응이 필요 없고 고장 발생 시 IPS 소자 및 회로, 전선이 받는 누적 스트레스를 줄여 내구성을 향상시킬 수 있는 외부 온도에 따른 부하 전류 제한 자동 보정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 외부 온도에 따른 부하 전류 제한 자동 보정 방법은 IPS를 이용하여 부하의 전류를 모니터링하는 단계; 써미스터를 통해 부하의 외부 온도를 감지하는 단계; 상기 외부 온도에 따라 인러쉬 타임 및 PCL(Programarable Current Limit) 값의 기준치를 자동으로 보정하는 단계; 상기 IPS로부터 감지된 부하의 인러쉬(Inrush) 타임 및 PCL 전류값을 입력받아 보정된 인러쉬 타임 및 PCL 값의 기준치를 벗어나는지 여부를 판단하는 단계; 상기 단계에서 입력값이 보정된 기준치를 벗어나는 경우에 폴트(fault) 처리하여 부하의 출력을 차단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기준치는 일정한 범위의 인러쉬 타임과 PCL 전류값인 것을 특징으로 한다.
상기 기준치는 온도 조건별로 단계적으로 차등 적용되어 전선 및 회로 소자의 누적 스트레스 데미지를 감소시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 외부 온도에 따른 부하 전류 제한 자동 보정 방법의 장점을 설명하면 다음과 같다.
첫째로, 주위 환경 온도에 따른 부하 전류 변동에 대해 인러쉬 타임 및 PCL 값의 기준치를 유동적으로 가변 적용하여 폴트(고장) 발생시 IPS 소자 및 회로, 전선이 받는 누적 스트레스 줄여 내구성을 향상시킬 수 있다.
둘째로, 인러쉬 타임 및 PCL 값의 최소 및 최대 기준 범위를 좁게 하여 시스템에 폴트 발생시 기존 시스템보다 신속하게 부하에 공급되는 전원을 차단하여 회로 보호 기능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 램프류 부하의 인러쉬 구간 및 PCL 기준치 설정방법을 설명하기 위한 그래프
도 2는 종래기술에서 온도변화에 따른 부하 전류 제한 방법을 보여주는 순서도
도 3은 본 발명에 따른 부하 전류 제한 자동 보정 장치의 구성도
도 4는 본 발명의 외부온도에 따른 부하의 인러쉬 구간 및 PCL 기준치의 자동 보정방법을 설명하기 위한 그래프
도 5는 본 발명의 외부온도에 따른 부하 전류 제한 자동 보정 방법을 보여주는 순서도
도 6은 본 발명에서 온도 조건별로 단계적으로 기준치(인러쉬 타임 및 PCL 값)를 차등 적용한 예를 보여주는 그래프
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 차량에 설치되는 전자기기인 모터류 및 램프류 등의 부하(12)에 전원 공급 시 외부 온도에 따른 부하 전류 제한 자동 보정 방법에 관한 것이다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 부하 전류 고장 진단 및 제어 장치의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 외부온도에 따른 부하의 인러쉬 구간 및 PCL 기준치의 자동 보정방법을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명에 따른 부하 전류 제한 자동 보정 장치는 각 부하(12)에 공급되는 전류에 대한 AD값(피드백값)을 MCU(10) 등의 제어장치에 피드백하는 IPS(11)와, IPS(11)로부터 감지신호를 입력받아 기준치를 벗어날 경우에 IPS(11)를 제어하여 부하(12)의 전원을 차단하는 제어부(MCU(10))를 포함한다.
상기 IPS(11)는 배터리와 부하(12)(Load) 사이를 연결하는 케이블에 설치되어 부하(12)에 전원을 공급 및 차단하는 기능을 가지는 지능형 파워스위치(Intelligent Power Switch)이다.
그리고, 상기 IPS(11)는 각 부하(12)에 인가되는 전류 AD 값을 감지할 수 있고, 특히 외부환경의 온도변화에 따라 변동되는 전류 AD 값을 감지하여 MCU(10) 등의 제어기에 부하전류에 대한 정보를 피드백할 수 있으며, IPS(11)를 통해 부하(12)에 인가되는 전류를 모니터링할 수 있다.
또한, 상기 외부온도를 모니터링하기 위해 써미스터(온도센서)를 사용할 수 있다.
상기 제어부(10)는 IPS(11)와 IPS(11)의 제어를 통해 부하(12)를 제어할 수 있고, 부하(12)에 따라 제어기의 성격과 기능이 달라질 수 있다.
예를 들어, 부하(12)가 모터인 경우에 상기 제어부(10)는 모터제어유닛(MCU(10)의 기능을 추가로 할 수 있다(전원공급 및 이에 따른 회로 보호 기능 외에 모터제어를 PWM 제어 등을 통해 구현가능하다. 단 이 경우 소프트웨어와 하드웨어를 추가적으로 고려할 필요가 있다.).
MCU(10)인 경우, 상기 MCU(10)는 외부온도에 따른 IPS(11)의 초기 동작구간(Inrush) 및 허용 동작전류 즉, 허용 가능한 부하전류 범위를 자동으로 보정하기 위한 소프트웨어를 메모리에 저장한다.
또한, 상기 MCU(10)는 외부 환경온도에 따라 부하(12)의 인러쉬 구간 및 소비 전류값이 변동 발생하는 것에 대해 IPS의 출력을 제어하여 도 4에 도시한 바와 같이 환경온도 변화에 따라 IPS의 초기 동작구간(인러쉬)을 자동으로 보정하고, 환경온도 변화에 따라 IPS의 허용 가능한 부하전류(PCL) 범위를 자동으로 보정할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 온도변화에 따른 부하 전류 제어 방법을 설명하기로 한다.
첨부한 도 5는 본 발명의 외부온도에 따른 부하 전류 제한 자동 보정 방법을 보여주는 순서도이고, 도 6은 본 발명에서 온도 조건별로 단계적으로 기준치(인러쉬 타임 및 PCL 값)를 차등 적용한 예를 보여주는 그래프이다.
먼저, 부하(12)에 이상전류가 공급되는지 여부를 판단하기 위해 IPS(11)를 이용하여 부하(12)의 전류 및 인러쉬 구간(시간)을 모니터링한다.
상기 IPS는 부하에 공급되는 전류 AD값을 측정하여 MCU에 피드백하고, MCU(10)의 내부에 장착된 온도센서(써미스터)는 MCU 내부의 온도를 감지하고, MCU(10) 외부에 설치되는 온도센서(써미스터)는 부하(12)의 외부 온도변화를 감지한다.
계속해서, MCU(10)는 써미스터를 통해 입력된 아나로그 신호를 디지털 신호로 AD 전환하여 실시간으로 디지털값의 외부온도를 인식하고, IPS로부터 AD값을 피드백 받는다.
또한, MCU(10)는 외부 온도 변화에 따른 부하(12)의 인러쉬 구간(시간) 및 소비 전류값이 변동하는 것에 대해 온도 조건별로 단계적으로 기준치를 차등 적용한다.
이때, 상기 기준치는 환경온도 조건별과 IPS(11), 부하(12)별로 각각 개별적으로 측정되는 실측 데이터에 기반해서 설정된다.
예를 들어 부하(12)의 정격 용량이 15A일 경우에 인러쉬 타임을 150ms~200ms로 좁히고, 저온에서 PCL 값의 하이(Hi) 설정구간을 18~20A로 조정하고, 고온에서 PCL 값의 로우(low) 설정구간을 8~10A로 조정한다.
이어서, 상기 MCU(10)는 외부온도에 따라 조정된 인러쉬 타임과 PCL 값을 제어함수 A와 B에 각각 저장한다.
그 다음, 상기 IPS(11)로부터 감지된 인러쉬 타임 및 부하(12)의 전류 AD 값(피드백값)이 외부 온도에 따라 설정된 인러쉬 타임과 PCL 값의 범위 안에 있는지 여부를 판단한다.
비교한 결과 감지된 인러쉬 타임 및 부하(12)의 전류 AD 값(피드백값)이 설정된 인러쉬 타임과 PCL 값의 범위 안에 들어오면 MCU(10)가 설정된 PCL 값에 따라 부하측 IPS(11) 소자를 출력제어하여 각 부하(12)에 전류를 계속 공급한다(차단하지 않는다).
그리고, 부하(12)의 전류 AD 값(피드백값)이 설정된 인러쉬 타임을 고려한 상태에서 설정된 PCL 값의 범위를 벗어나면 자기진단에서 폴트(Fault)처리하고, 부하(12)의 전원을 차단한다.
따라서, 본 발명에 의하면 주위 환경 온도에 따른 부하 전류 변동에 대해 인러쉬 타임 및 PCL 값의 기준치를 유동적으로 가변 적용하여 폴트(고장) 발생시 IPS(11) 소자 및 회로, 전선이 받는 누적 스트레스 줄여 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 인러쉬 타임 및 PCL 값의 최소 및 최대 기준 범위를 좁게 하여 시스템에 폴트 발생시 기존 시스템보다 신속하게 부하(12)에 공급되는 전원을 차단하여 회로 보호 기능을 향상시킬 수 있다.
10 : MCU
11 : IPS
12 : 부하

Claims (3)

  1. IPS(11)를 이용하여 부하(12)의 전류를 모니터링하는 단계;
    써미스터를 통해 부하(12)의 외부 온도를 감지하는 단계;
    상기 외부 온도에 따라 인러쉬 타임 및 PCL(Programarable Current Limit) 값의 기준치를 자동으로 보정하는 단계;
    IPS(11)로부터 PCL 전류값을 입력받아 보정된 인러쉬 타임 및 PCL 값의 기준치를 벗어나는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 판단하는 단계에서 입력값이 보정된 기준치를 벗어나는 경우에 폴트(fault) 처리하여 부하(12)의 출력을 차단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 온도에 따른 부하 전류 제한 자동 보정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준치는 일정한 범위의 인러쉬 타임과 PCL 전류값인 것을 특징으로 하는 외부 온도에 따른 부하 전류 제한 자동 보정 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준치는 온도 조건별로 단계적으로 차등 적용되어 전선 및 회로 소자의 누적 스트레스 데미지를 감소시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 외부 온도에 따른 부하 전류 제한 자동 보정 방법.
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WO2008008446A2 (en) 2006-07-14 2008-01-17 Square D Company Electronic motor circuit protector

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