KR101930696B1 - 스위칭 소자 쇼트 검출 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 각각의 스위칭 소자의 온/오프 시간이 상이하도록 펄스 폭 변조파의 듀티(Duty)를 변경하여, 분배저항에서 측정되는 전압을 측정하여 스위칭 소자의 쇼트를 검출하는 스위칭 소자 쇼트 검출 장치 및 방법에 관한 발명이다. 본 발명에 따른 스위칭 소자 검출 장치는 차량 브레이크 제동에 이용되는 스마트 부스터의 모터 구동 회로의 복수개의 스위칭 소자에서 쇼트(Short)를 검출하는 장치에 있어서, 듀티(Duty)를 서로 상이하게 상기 스위칭 소자 각각 온(On) 또는 오프(Off)하도록 제어하는 스위칭제어부; 상기 스위칭 소자 각각에 저항이 연결되어 전압을 분배를 하는 분배저항부; 상기 스위칭 소자 각각에 연결된 저항의 전압을 측정하는 전압측정부; 및 상기 전압측정부에서 측정된 전압을 이용하여 상기 스위칭 소자의 쇼트여부를 검출하는 쇼트검출부를 포함될 수 있다.
Description
본 발명은 스위칭 소자 쇼트 검출 장치 및 방법에 관한 발명이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 각각의 스위칭 소자의 온/오프 시간이 상이하도록 펄스 폭 변조파의 듀티(Duty)를 변경하여, 분배저항에서 측정되는 전압을 측정하여 스위칭 소자의 쇼트를 검출하는 스위칭 소자 쇼트 검출 장치 및 방법에 관한 발명이다.
기존 차량의 제동 시스템은 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 발생하는 압력을 증가시켜 차량을 제동하는 원리를 이용한다.
최근에는 제동 시스템에 전동기 기반의 부스터를 이용하는 스마트 부스터가 장착되어, 차량의 회생제동 시 협조제어가 가능한 능동형 제동 시스템을 이용한다.
스마트 부스터 제동 시스템은 모터로 구동되는 전기적 브레이크인 바, 모터의 신뢰성 있는 동작이 매우 중요하다. 하지만, 제조 불량, 높은 소모 전류에 의한 발열, 구동간 누적되는 진동 등의 다양한 이유로 인하여, 모터 권선의 쇼트(Short)가 발생될 수 있다. 모터의 권선이 쇼트되는 경우, 제동 시스템의 회로에 대전류가 흐르게 되어, 스위칭 소자의 쇼트 또는 전자제어장치(ECU, Electronic Control Unit)의 소손 등을 야기는 문제가 발생한다.
따라서, 스마트 부스터 제동 시스템에서 모터 권선의 쇼트로 인한 스위칭 소자의 쇼트를 검출하는 방안이 필요하다.
본 발명은 고장 검출, 고장 알림 또는 페일 세이프(Fail Safe) 대응 등의 조치를 취할 수 있도록 차량 브레이크 제동에 이용되는 스마트 부스터의 모터 구동 회로의 복수개의 스위칭 소자에서 쇼트(Short)를 검출하는 스위칭 소자 쇼트 검출 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 스위칭 소자 검출 장치는 차량 브레이크 제동에 이용되는 스마트 부스터의 모터 구동 회로의 복수개의 스위칭 소자에서 쇼트(Short)를 검출하는 장치에 있어서, 듀티(Duty)를 서로 상이하게 하여 상기 스위칭 소자 각각을 온(On) 또는 오프(Off)하도록 제어하는 스위칭제어부와, 상기 스위칭 소자 각각에 저항이 연결되어 전압을 분배하는 분배저항부와, 상기 스위칭 소자 각각에 연결된 저항의 전압을 측정하는 전압측정부와, 상기 전압측정부에서 측정된 전압을 이용하여 상기 스위칭 소자의 쇼트여부를 검출하는 쇼트검출부;를 포함하며, 상기 스위칭 소자는, 상단 스위칭 소자와 하단 스위칭 소자로 구분되며, 상기 스위칭제어부는, 특정 구간에서는 상기 상단 스위칭 소자 또는 상기 하단 스위칭 소자 중 어느 하나가 온(On)되거나 상기 상단 스위칭 소자 및 상기 하단 스위칭 소자 모두가 오프(Off)되어 상기 모터에는 전류가 인가되지 않는 무효구간이 존재하도록 상기 듀티를 가변하고, 상기 분배저항부는, 상기 상단 스위칭 소자가 온인 무효구간에서 상기 하단 스위칭 소자가 정상일 경우에는 상기 전압측정부에서 측정되는 전압이 동일하도록, 상기 저항을 연결하고, 상기 상단 스위칭 소자가 온인 무효구간에서 상기 하단 스위칭 소자 중 적어도 어느 하나가 쇼트일 경우에는 상기 전압측정부에서 측정되는 전압이 그라운드(Ground)전압에 근접한 값 또는 정상상태 정상값이 아닌 값 중 어느 하나가 되도록, 상기 저항을 연결하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 분배저항부는, 복수 개의 저항으로 구성되고, 상기 하단 스위칭 소자가 온인 무효구간에서 상기 상단 스위칭 소자가 정상일 경우에는 상기 전압측정부에서 측정되는 전압이 동일하도록 상기 저항을 연결하고, 상기 하단 스위칭 소자가 온인 무효구간에서 상기 상단 스위칭 소자 중 적어도 어느 하나가 쇼트일 경우에는 상기 전압측정부에서 측정되는 전압이 상기 복수 개의 저항 중 어느 하나의 영향을 받지 않는 값으로 측정되거나 정상상태 정상값이 측정되지 않도록 상기 저항이 연결될 수 있다.
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상기한 문제점을 해결하기 위한 스위칭 소자 쇼트 검출 방법은, 차량 브레이크 제동에 이용되는 스마트 부스터의 모터 구동 회로의 복수개의 스위칭 소자에서 쇼트(Short)를 검출하는 방법에 있어서, 듀티(Duty)를 서로 상이하게 하여 상기 스위칭 소자 각각을 온(On) 또는 오프(Off)하도록 제어하는 스위칭제어단계와, 상기 스위칭 소자 각각에 저항이 연결되어 전압을 분배하는 분배저항단계와, 상기 스위칭 소자 각각에 연결된 저항의 전압을 측정하는 전압측정단계와, 상기 전압측정단계에서 측정된 전압을 이용하여 상기 스위칭 소자의 쇼트여부를 검출하는 쇼트검출단계;를 포함하며, 상기 스위칭 소자는, 상단 스위칭 소자와 하단 스위칭 소자로 구분되며, 상기 스위칭제어단계는, 특정 구간에서는 상기 상단 스위칭 소자 또는 상기 하단 스위칭 소자 중 어느 하나가 온(On)되거나 상기 상단 스위칭 소자 및 상기 하단 스위칭 소자 모두가 오프(Off)되어 상기 모터에는 전류가 인가되지 않는 무효구간이 존재하도록 상기 듀티를 가변하고, 상기 분배저항단계는, 상기 상단 스위칭 소자가 온인 무효구간에서 상기 하단 스위칭 소자가 정상일 경우에는 상기 전압측정단계에서 측정되는 전압이 동일하도록, 상기 저항을 연결하고, 상기 상단 스위칭 소자가 온인 무효구간에서 상기 하단 스위칭 소자 중 적어도 어느 하나가 쇼트일 경우에는 상기 전압측정단계에서 측정되는 전압이 그라운드(Ground)전압에 근접한 값 또는 정상상태 정상값이 아닌 값 중 어느 하나가 되도록, 저항을 연결한 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 분배저항단계는, 복수 개의 저항으로 구성되고, 상기 하단 스위칭 소자가 온인 무효구간에서 상기 상단 스위칭 소자가 정상일 경우에는 상기 전압측정단계에서 측정되는 전압이 동일하도록 상기 저항을 연결하고, 상기 하단 스위칭 소자가 온인 무효구간에서 상기 상단 스위칭 소자 중 적어도 어느 하나가 쇼트일 경우에는 상기 전압측정단계에서 측정되는 전압이 상기 복수 개의 저항 중 어느 하나의 영향을 받지 않는 값으로 측정되거나 정상상태 정상값이 측정되지 않도록 상기 저항이 연결될 수 있다.
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본 발명은 스마트 부스터의 모터 구동회로의 스위칭 소자의 쇼트를 검출할 수 있다.
본 발명은 스위칭 소자의 쇼트를 검출하여 미연에 모터에 인가되는 전원을 단속하여 전자제어장치를 보호할 수 있으며, 스위칭 소자의 고장에 대하여 운전자에게 알리고 페일 세이프 대응을 통하여 사고를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치에 관한 블록도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 스위칭 소자를 제어하기 위한 펄스 폭 변조 신호의 제1예를 나타내는 도면이다.
도 2b는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 스위칭 소자를 제어하기 위한 펄스 폭 변조 신호의 제2예를 나타내는 도면이다.
도 2c는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 스위칭 소자를 제어하기 위한 펄스 폭 변조 신호의 제3예를 나타내는 도면이다.
도 2d는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 스위칭 소자를 제어하기 위한 펄스 폭 변조 신호의 제4예를 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 도2a와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓑ와 ⓕ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3b는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 도2a와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓒ와 ⓔ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3c는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 도2b와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓑ와 ⓕ구간 에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3d는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 도2c와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓒ와 ⓔ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3e는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 도2c와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓑ와 ⓕ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3f는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 도2d와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓒ와 ⓔ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3g는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 도2a 내지 도2d와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓐ, ⓓ, ⓖ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 방법에 관한 흐름도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 스위칭 소자를 제어하기 위한 펄스 폭 변조 신호의 제1예를 나타내는 도면이다.
도 2b는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 스위칭 소자를 제어하기 위한 펄스 폭 변조 신호의 제2예를 나타내는 도면이다.
도 2c는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 스위칭 소자를 제어하기 위한 펄스 폭 변조 신호의 제3예를 나타내는 도면이다.
도 2d는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 스위칭 소자를 제어하기 위한 펄스 폭 변조 신호의 제4예를 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 도2a와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓑ와 ⓕ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3b는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 도2a와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓒ와 ⓔ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3c는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 도2b와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓑ와 ⓕ구간 에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3d는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 도2c와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓒ와 ⓔ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3e는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 도2c와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓑ와 ⓕ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3f는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 도2d와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓒ와 ⓔ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3g는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭 제어부에서 도2a 내지 도2d와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓐ, ⓓ, ⓖ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 방법에 관한 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어”있다거나 “접속되어”있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어”있다거나 “직접 접속되어”있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함될 수 있다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치에 관한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 스위칭 소자 쇼트 검출 장치(100)는 스위칭제어부(110), 분배저항부(120), 전압측정부(130) 및 쇼트검출부(140)를 포함한다.
스위칭 소자 쇼트 검출 장치(100)의 스위칭제어부(110), 분배저항부(120), 전압측정부(130) 및 쇼트검출부(140)는 스위칭 소자(150)와 모터(160) 등을 포함한 차량 브레이크 제동에 이용되는 스마트 부스터의 모터(160) 구동 회로에 연결되어 스위칭 소자(150)의 쇼트를 검출할 수 있다. 스위칭 소자 쇼트 검출 장치(100)는 스위칭 소자(150)의 쇼트를 검출하기 위한 스위칭제어부(110), 분배저항부(120), 전압측정부(130) 및 쇼트검출부(140)로 구성될 수 있으나, 쇼트 검출의 대상인 스위칭 소자(150)와 스위칭 소자(150)에 연결된 모터(160) 등을 포함한 것을 스위칭 소자 쇼트 검출 장치(100)로 구성될 수도 있다.
스마트 부스터의 모터(160) 구동 회로는 여섯 개의 스위칭 소자(150)가 있을 수 있다. 일반적인 스마트 부스터의 모터(160) 구동 회로는 여섯 개의 스위칭 소자(150)가 존재하나, 반드시 여섯 개의 스위칭 소자(150)일 필요는 없다. 스위칭 소자(150)는 FET을 이용하여 구현될 수 있다.
스위칭 소자 쇼트 검출 장치(100)가 스마트 부스터의 모터(160) 구동 회로에서 스위칭 소자(150)의 쇼트를 검출하는 방법에 관하여 구체적으로 설명하기 위하여 여섯 개의 스위칭 소자(150)로 구성된 스마트 부스터의 모터(160) 구동 회로를 에로 들어 설명한다.
여섯 개의 스위칭 소자(150)는 각각 S1, S2, S3, S4, S5 및 S6가 되며, 도면 1과 같이 연결될 수 있다. S1, S2 및 S3는 상단 스위칭 소자(152)가 되고, S4, S5 및 S6는 하단 스위칭 소자(152)가 된다. 하단 스위칭 소자(152)는 그라운드 되어 있다.
스위칭제어부(110)는 여섯 개의 스위칭 소자(150) 각각의 동작을 제어한다. 즉, 스위칭제어부(110)는 펄스 폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation) 신호를 이용하여 스위칭 소자(150)의 온(On) 또는 오프(Off)를 제어한다.
스위칭제어부(110)는 각각의 스위칭 소자(150)를 제어하는 신호의 듀티(Duty)를 상이하게 하여 특정 구간에서는 상단 스위칭 소자(152) 또는 하단 스위칭 소자(152) 중 어느 하나가 온(On)되거나 상단 스위칭 소자(152) 및 하단 스위칭 소자(152) 모두가 오프(Off)되어 모터(160)에는 전류가 인가되지 않는 무효구간이 존재하도록 함이 바람직하다.
도 2a는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭제어부에서 스위칭 소자를 제어하기 위한 펄스 폭 변조 신호의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 2b는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭제어부에서 스위칭 소자를 제어하기 위한 펄스 폭 변조 신호의 다른 일 예를 나타내는 도면이며, 도 2c는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭제어부에서 스위칭 소자를 제어하기 위한 펄스 폭 변조 신호의 또 다른 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭제어부에서 도2a와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓑ와 ⓕ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이고, 도 3b는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭제어부에서 도2a와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓒ와 ⓔ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이고, 도 3c는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭제어부에서 도2b와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓑ와 ⓕ구간 에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이고, 도 3d는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭제어부에서 도2c와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓒ와 ⓔ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이고, 도 3e는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭제어부에서 도2c와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓑ와 ⓕ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이고, 도 3f는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭제어부에서 도2d와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓒ와 ⓔ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이고,도 3g는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치의 스위칭제어부에서 도2a, 도2b 또는 도2c와 같은 펄스 폭 변조 신호인가 시 ⓐ, ⓓ, ⓖ구간에서 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
스위칭제어부(110)가 각각의 스위칭 소자(150)를 제어하는 신호의 듀티를 상이하게 하여 특정 구간에서 무효구간이 존재하도록 하는 일 예를 도 2a 내지 도 2d 및 도 3a 내지 도 3g를 참조하여 설명한다.
도 2a 내지 도 2d는 S1 내지 S3에 인가되는 신호만 도시하고 있으나, S4 내지 S6에 인가되는 펄스 폭 변조 신호는 S1 내지 S3에 인가되는 각각의 신호의 역상이다. 즉, S1에 인가되는 신호가 스위칭 소자(150) S1을 온 시키기 위한 신호라면, S4에 인가되는 신호는 스위칭 소자(150) S4를 오프 시키기 위한 신호이며, S1에 인가되는 신호가 스위칭 소자(150) S1을 오프 시키기 위한 신호라면, S4에 인가되는 신호는 스위칭 소자(150) S4를 온 시키기 위한 신호이다. S2와 S5가 매칭되어 서로 역상이고, S3와 S6가 매칭되어서 서로 역상의 신호가 인가 된다.
스위칭제어부(110)에서 인가되는 신호의 예를 나타내는 도 2a 내지 도2d의 신호의 넓이, 즉 가로 축은 시간 축이다. 즉, 도 2a 내지 도2d 각각의 신호를 살펴보면, S1, S2 및 S3에 인가되는 듀티가 상이한 것을 알 수 있다.
듀티가 상이하게 되면, 특정 구간에서는 상단 스위칭 소자(152) 또는 하단 스위칭 소자(152) 중 어느 하나가 온(On)되거나 상단 스위칭 소자(152) 및 하단 스위칭 소자(152) 모두가 오프(Off)되어 모터(160)에는 전류가 인가되지 않는 무효구간이 존재하게 된다. 도 3g가 무효구간의 예를 나타내고 있다.
구체적으로, 스위칭제어부(110)에서 도2a와 같은 신호가 스위칭 소자(150) S1, S2 및 S3에 인가되고, 도2a의 역상의 신호가 스위칭 소자(150) S4, S5 및 S6에 인가되면 ⓑ와 ⓕ구간에서는 스위칭 소자(150) S3, S4 및 S5가 온 되고, 스위칭 소자(150) S1, S2 및 S6는 오프가 된다. 이 때, 모터(160)에 전류를 인가하면 도 3a와 같은 전류의 흐름이 발생한다.
스위칭제어부(110)에서 도2a와 같은 신호가 스위칭 소자(150) S1, S2 및 S3에 인가되고, 도2a의 역상의 신호가 스위칭 소자(150) S4, S5 및 S6에 인가되면 ⓒ와 ⓔ구간에서는 스위칭 소자(150) S2, S3 및 S4가 온 되고, 스위칭 소자(150) S1, S5 및 S6는 오프가 된다. 이 때, 모터(160)에 전류를 인가하면 도 3b와 같은 전류의 흐름이 발생한다.
스위칭제어부(110)에서 도2b와 같은 신호가 스위칭 소자(150) S1, S2 및 S3에 인가되고, 도2b의 역상의 신호가 스위칭 소자(150) S4, S5 및 S6에 인가되면 ⓑ와 ⓕ구간에서는 스위칭 소자(150) S1, S4 및 S5가 온 되고, 스위칭 소자(150) S2, S3 및 S6는 오프가 된다. 이 때, 모터(160)에 전류를 인가하면 도 3c와 같은 전류의 흐름이 발생한다.
스위칭제어부(110)에서 도2c와 같은 신호가 스위칭 소자(150) S1, S2 및 S3에 인가되고, 도2c의 역상의 신호가 스위칭 소자(150) S4, S5 및 S6에 인가되면 ⓒ와 ⓔ구간에서는 스위칭 소자(150) S1, S2 및 S6가 온 되고, 스위칭 소자(150) S3, S4 및 S5는 오프가 된다. 이 때, 모터(160)에 전류를 인가하면 도 3d와 같은 전류의 흐름이 발생한다.
스위칭제어부(110)에서 도2c와 같은 신호가 스위칭 소자(150) S1, S2 및 S3에 인가되고, 도2c의 역상의 신호가 스위칭 소자(150) S4, S5 및 S6에 인가되면 ⓑ와 ⓕ구간에서는 스위칭 소자(150) S2, S4 및 S6가 온 되고, 스위칭 소자(150) S1, S3 및 S5는 오프가 된다. 이 때, 모터(160)에 전류를 인가하면 도 3e와 같은 전류의 흐름이 발생한다.
스위칭제어부(110)에서 도2d와 같은 신호가 스위칭 소자(150) S1, S2 및 S3에 인가되고, 도2c의 역상의 신호가 스위칭 소자(150) S4, S5 및 S6에 인가되면 ⓒ와 ⓔ구간에서는 스위칭 소자(150) S1, S3 및 S5가 온 되고, 스위칭 소자(150) S2, S4 및 S6는 오프가 된다. 이 때, 모터(160)에 전류를 인가하면 도 3f와 같은 전류의 흐름이 발생한다.
도 3a 내지 도 3f에서 나타나는 전류의 흐름은 모터(160)가 전류에 흐르는 것을 볼 수 있다.
그러나, 도 3g의 경우, 스위칭제어부(110)에서 도2a 내지 도2c와 그 역상의 신호와 같은 신호가 각각의 스위칭에 인가될 때, ⓐ와 ⓖ의 구간에서는 스위칭 소자(150)가 모두 오프가 되고, ⓓ구간에서는 스위칭 소자(150)가 모두 온이 되어 모터(160)에는 전류가 흐르지 않게 된다. 즉, 도 2a 내지 도 2c에서는 ⓐ, ⓓ 및 ⓖ구간이 무효구간이 된다.
스위칭제어부(110)가 인가하는 신호는 도 2a 내지 도 2d에 한정되는 것은 아니며 무효구간이 존재하도록 듀티를 조절하여 다양한 신호를 인가할 수 있으며, 인가한 신호에 따라서 도 3a 내지 도 3g의 전류의 흐름은 변경된다.
분배저항부(120)는 인가되는 전압을 분배한다. 분배저항부(120)는 여러 개의 저항 소자들로 구성되어 있다. 분배저항부(120)는 도 1과 같이 구성될 수 있다. 분배저항부(120)의 저항 소자는 전압 측정부가 AD값을 읽을 수 있는 범위 내에서 전압분배가 가능한 값인 것이 바람직하다. 예를 들어, R1은 2kΩ, R2는 3kΩ, R3은 1kΩ일 수 있다.
R1, R2 및 R3는 R_wa, R_wb 및 R_wc에 비하여 큰 것이 바람직하며, R_wa, R_wb 및 R_wc는 수 mΩ일 수 있다.
전압측정부(130)는 분배저항부(120)에서 분배되는 전압을 측정한다. 구체적으로 전압측정부(130)는 SEN_a, SEN_b 및 SEN_c 지점의 전압을 측정할 수 있다.
쇼트검출부(140)는 전압측정부(130)에서 측정된 전압을 이용하여 스위칭 소자(150)의 쇼트를 검출한다.
구체적으로, 상단 스위칭 소자(152)가 온인 무효구간에서 하단 스위칭 소자(152)가 쇼트가 되지 않은 정상적인 경우, 전압측정부(130)에서 측정한 SEN_a, SEN_b 및 SEN_c 지점의 전압은 동일하다. 즉, 전압측정부(130)에서 측정한 전압은 정상상태 정상값이 될 것이다.
상단 스위칭 소자(152)가 온인 무효구간에서 하단 스위칭 소자(152) 중 적어도 어느 하나가 쇼트된 경우에는, 전압측정부(130)에서 측정한 SEN_a, SEN_b 및 SEN_c 지점의 전압은 동일한 값의 전압이 아니거나 그라운드 전압에 근접된 값이 된다. 전압측정부(130)에서 SEN_a, SEN_b 및 SEN_c 지점에서 측정한 전압이 거의 동일한 값이 검출되더라도 해당 검출값은 스위칭 소자(150)가 모두 정상일 때의 정상상태 정상값과 상이할 것이다.
하단 스위칭 소자(152)가 온인 무효구간에서 상단 스위칭 소자(152)가 쇼트가 되지 않은 정상적인 경우, 전압측정부(130)에서 측정한 SEN_a, SEN_b 및 SEN_c 지점의 전압은 동일하다. 즉, 전압측정부(130)에서 측정한 전압은 정상상태 정상값이 될 것이다.
하단 스위칭 소자(152)가 온인 무효구간에서 상단 스위칭 소자(152) 중 적어도 어느 하나가 쇼트된 경우에는, 전압측정부(130)에서 측정한 SEN_a, SEN_b 및 SEN_c 지점의 전압은 동일한 값의 전압이 검출되지 않는다. 상단 스위칭 소자(152) 중 적어도 어느 하나의 쇼트로 인하여, 분배저항부(120)의 저항 소자 중 R1의 값이 SEN_a, SEN_b 및 SEN_c 지점의 전압 측정시 검출에 관여할 수 없게되고 R2와 R3의 영향에 의해서만 분배된 전압이 검출된다. 전압측정부(130)에서 SEN_a, SEN_b 및 SEN_c 지점에서 측정한 전압이 거의 동일한 값이 검출되더라도 해당 검출값은 스위칭 소자(150)가 모두 정상일 때의 정상상태 정상값과 상이할 것이다.
분배저항부(120)의 상단에 연결되어 인가되는 12V의 전압은 분배저항에 의하여 전압이 분배되고, 분배되는 전압을 전압측정부(130)에서 측정하기 위하여 인가되는 전압이다. 인가되는 전압은 반드시 12V일 필요는 없으며, 회로의 설계 환경, 차량의 종류 또는 저항의 크기 등에 따라서 변경 될 수 있다.
본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치(100)는 전압측정부(130)에서 측정되는 각 지점들의 전압이 모두 정상상태 정상값으로 측정되면 모든 스위칭 소자(150)는 쇼트되지 않은 정상이고, 정상상태 정상값으로 측정되지 않는다면, 스위칭 소자(150) 중 적어도 어느 하나는 쇼트가 발생한 것이 되어 스위칭 소자(150)의 쇼트를 검출할 수 있다.
스위칭 소자(150)가 쇼트가 검출된 경우, 도 1의 Relay_en을 오프시켜 12V의 전원을 차단하여 스마트 부스터의 동작을 중지시킬 수 있다. 이와 동시에 운전자에게 경고등, 소리, 진동 등으로 스마트 부스터의 고장 여부 또는 스위칭 소자(150)의 고장 여부를 알릴 수 있다. 더불어, 스위칭 소자(150)의 쇼트가 검출되면, 스마트 부스터의 페일 세이프 대응이 발생하여 압력 증폭을 이용한 기계적 브레이크 제동 방식 등의 다른 브레이크 제동 시스템 방식으로 차량의 제동을 제어하도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 장치(100)는 스위칭제어부(110)의 펄스 폭 변조 신호의 듀티를 무효구간이 보다 넓게 발생하도록 하는 것이, 쇼트 검출의 정확성을 향상시킬 수 있다. 또한, 분배저항부(120)의 저항 소자는 정밀 저항을 사용함이 바람직하며, 정밀저항을 사용하더라도 소정의 오차가 발생할 수 있는바, 전압측정부(130)에서 측정된 값으로 쇼트검출부(140)가 스위칭 소자(150)의 쇼트여부를 검출할 때 소정의 오차를 고려할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 스위칭 소자 쇼트 검출 방법에 관한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 스위칭제어부(110)가 각각의 스위치 마다 듀티를 상이하게 한 스위칭 소자(150)의 온 또는 오프를 제어하는 신호를 발생시켜 스위칭 소자(150)를 제어한다(S410 단계).
전압측정부(130)가 스위칭 소자(150) 각각에 연결된 저항에 의하여 분배된 전압을 지정된 지점에서 측정한다(S420 단계). 지정된 지점은 도 1에서 SEN_a, SEN_b 및 SEN_c가 될 수 있다.
쇼트검출부(140)가 전압측정부(130)에서 측정된 각 지점의 전압이 모두 정상상태 정상값인지 여부를 판단하여 스위칭 소자(150) 중 적어도 어느 하나가 쇼트된 것인지 여부를 판단한다(S430 단계).
전압이 모두 정상상태 정상값인 경우 스위칭 소자(150)는 정상적으로 작동하는 것이며, 전압이 모두 정상상태 정상값이 아닌 경우는 스위칭 소자(150) 중 적어도 어느 하나가 쇼트된 것이다. 쇼트검출부(140)가 스위칭 소자(150) 중 적어도 어느 하나가 쇼트된 것으로 검출하면, 운전자에게 경고음, 페일 세이프 대응 등을 수행할 수도 있다.
본 발명에 따른 스위칭 소자(150) 검출 장치 및 방법은 스마트 부스터의 모터(160) 구동회로의 스위칭 소자(150)의 쇼트를 검출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스위칭 소자(150) 검출 장치 및 방법은 스위칭 소자(150)의 쇼트를 검출하여 미연에 모터(160)에 인가되는 전원을 단속하여 전자제어장치를 보호할 수 있으며, 스위칭 소자(150)의 고장에 대하여 운전자에게 알리고 페일 세이프 대응을 통하여 사고를 방지할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 스위칭 소자 쇼트 검출 장치(100)의 블록도는 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 개념적 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도는 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블록을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.
또한 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비 휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 스위칭제어부 120 : 분배저항부
130 : 전압측정부 140 : 쇼트검출부
150 : 스위칭 소자 160 : 모터
130 : 전압측정부 140 : 쇼트검출부
150 : 스위칭 소자 160 : 모터
Claims (8)
- 차량 브레이크 제동에 이용되는 스마트 부스터의 모터 구동 회로의 복수개의 스위칭 소자에서 쇼트(Short)를 검출하는 장치에 있어서,
듀티(Duty)를 서로 상이하게 하여 상기 스위칭 소자 각각을 온(On) 또는 오프(Off)하도록 제어하는 스위칭제어부;
상기 스위칭 소자 각각에 저항이 연결되어 전압을 분배하는 분배저항부;
상기 스위칭 소자 각각에 연결된 저항의 전압을 측정하는 전압측정부; 및
상기 전압측정부에서 측정된 전압을 이용하여 상기 스위칭 소자의 쇼트여부를 검출하는 쇼트검출부;를 포함하며,
상기 스위칭 소자는,
상단 스위칭 소자와 하단 스위칭 소자로 구분되며,
상기 스위칭제어부는,
특정 구간에서는 상기 상단 스위칭 소자 또는 상기 하단 스위칭 소자 중 어느 하나가 온(On)되거나 상기 상단 스위칭 소자 및 상기 하단 스위칭 소자 모두가 오프(Off)되어 상기 모터에는 전류가 인가되지 않는 무효구간이 존재하도록 상기 듀티를 가변하고,
상기 분배저항부는,
상기 상단 스위칭 소자가 온인 무효구간에서 상기 하단 스위칭 소자가 정상일 경우에는 상기 전압측정부에서 측정되는 전압이 동일하도록, 상기 저항을 연결하고,
상기 상단 스위칭 소자가 온인 무효구간에서 상기 하단 스위칭 소자 중 적어도 어느 하나가 쇼트일 경우에는 상기 전압측정부에서 측정되는 전압이 그라운드(Ground)전압에 근접한 값 또는 정상상태 정상값이 아닌 값 중 어느 하나가 되도록, 상기 저항을 연결하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자 쇼트 검출 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 분배저항부는, 복수 개의 저항으로 구성되고,
상기 하단 스위칭 소자가 온인 무효구간에서 상기 상단 스위칭 소자가 정상일 경우에는 상기 전압측정부에서 측정되는 전압이 동일하도록 상기 저항을 연결하고,
상기 하단 스위칭 소자가 온인 무효구간에서 상기 상단 스위칭 소자 중 적어도 어느 하나가 쇼트일 경우에는 상기 전압측정부에서 측정되는 전압이 상기 복수 개의 저항 중 어느 하나의 영향을 받지 않는 값으로 측정되거나 정상상태 정상값이 측정되지 않도록 상기 저항을 연결하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자 쇼트 검출 장치.
- 차량 브레이크 제동에 이용되는 스마트 부스터의 모터 구동 회로의 복수개의 스위칭 소자에서 쇼트(Short)를 검출하는 방법에 있어서,
듀티(Duty)를 서로 상이하게 하여 상기 스위칭 소자 각각을 온(On) 또는 오프(Off)하도록 제어하는 스위칭제어단계;
상기 스위칭 소자 각각에 저항이 연결되어 전압을 분배하는 분배저항단계;
상기 스위칭 소자 각각에 연결된 저항의 전압을 측정하는 전압측정단계; 및
상기 전압측정단계에서 측정된 전압을 이용하여 상기 스위칭 소자의 쇼트여부를 검출하는 쇼트검출단계;를 포함하며,
상기 스위칭 소자는,
상단 스위칭 소자와 하단 스위칭 소자로 구분되며,
상기 스위칭제어단계는,
특정 구간에서는 상기 상단 스위칭 소자 또는 상기 하단 스위칭 소자 중 어느 하나가 온(On)되거나 상기 상단 스위칭 소자 및 상기 하단 스위칭 소자 모두가 오프(Off)되어 상기 모터에는 전류가 인가되지 않는 무효구간이 존재하도록 상기 듀티를 가변하고,
상기 분배저항단계는,
상기 상단 스위칭 소자가 온인 무효구간에서 상기 하단 스위칭 소자가 정상일 경우에는 상기 전압측정단계에서 측정되는 전압이 동일하도록, 상기 저항을 연결하고,
상기 상단 스위칭 소자가 온인 무효구간에서 상기 하단 스위칭 소자 중 적어도 어느 하나가 쇼트일 경우에는 상기 전압측정단계에서 측정되는 전압이 그라운드(Ground)전압에 근접한 값 또는 정상상태 정상값이 아닌 값 중 어느 하나가 되도록, 저항을 연결한 것을 특징으로 하는 스위칭 소자 쇼트 검출 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 5 항에 있어서,
상기 분배저항단계는, 복수 개의 저항으로 구성되고,
상기 하단 스위칭 소자가 온인 무효구간에서 상기 상단 스위칭 소자가 정상일 경우에는 상기 전압측정단계에서 측정되는 전압이 동일하도록 상기 저항을 연결하고,
상기 하단 스위칭 소자가 온인 무효구간에서 상기 상단 스위칭 소자 중 적어도 어느 하나가 쇼트일 경우에는 상기 전압측정단계에서 측정되는 전압이 상기 복수 개의 저항 중 어느 하나의 영향을 받지 않는 값으로 측정되거나 정상상태 정상값이 측정되지 않도록 상기 저항을 연결하는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자 쇼트 검출 방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PA0109 | Patent application |
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20180618 Patent event code: PE09021S01D |
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