KR101949509B1 - 모터 구동 ic 고장진단 장치 및 방법 - Google Patents

모터 구동 ic 고장진단 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 IC 고장 진단 장치는, 마이크로컨트롤러 유닛; 구동 IC; 및 전력 소자 모듈을 포함하는 모터 제어기에 있어서, 상기 구동 IC는, 상기 마이크로컨트롤러 유닛으로부터 구동 제어 신호를 수신하여 상기 전력 소자 모듈을 제어하는 구동부; 상기 전력 소자 모듈의 HS(High Side) 구동 스위치의 드레인-소스 전압의 이상을 검출하는 HS 고장 검출부; 상기 전력 소자 모듈의 LS(Low Side) 구동 스위치의 드레인-소스 전압의 이상을 검출하는 LS 고장 검출부; 상기 전력 소자 모듈과 접지 사이에 직렬로 연결되어 있는 션트 저항의 전압 이상을 검출하는 피드백 고장 검출부; 및 상기 HS 고장 검출부, 상기 LS 고장 검출부 및 상기 피드백 고장 검출부의 전압 이상이 기준 시간 이상 지속되는지 판단하는 고장 판단부를 포함할 수 있다.

Description

모터 구동 IC 고장진단 장치 및 방법{An Apparatus and A Method For Testing A Motor Driving IC}
본 발명은 모터 구동 IC 고장진단 장치 및 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 모터 구동 IC에서 전력 소자의 드레인-소스 전압을 인식하여 션트 저항을 통한 피드백 회로만으로 고장 판단이 어려울 경우에도 고장을 판단할 수 있는 모터 구동 IC 고장진단 장치 및 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.
또한, 이러한 수요를 만족시키기 위하여 차량 내부에 상당한 수의 전자 장치들이 설치 됨으로써, 차량 내부 전자 장치들에 대한 안정성이 점점 중요해지고 있다.
그러나, 제어기 내 전자 부품들의 증가로 인하여 과전류로 인한 고장 등의 문제로 인해 차량 안전에 영향을 줄 수 있는 경우가 많아지고 있다. 특히 단선, 배터리 단락, 그라운드 단락 등으로 인하여 제어기에 손상을 입힐 수 있다. 따라서, 이러한 과전류 이상에 대비하여 제어기 내 고장진단 회로 사용의 필요성이 요구되었다.
종래기술은 이러한 제어기의 안정성을 강화하기 위하여 전류를 지속적으로 피드백 하여 제어기의 고장을 판단하였다. 하지만, 이는 전류 피드백이 불가능한 경로를 통해 과전류가 흐르는 경우는 진단이 불가능하며, 이로 인해 제어기에 과전류가 흐르게 될 경우, 제어기의 손상 위험이 발생할 수 있었다.
본 발명은 상술한 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 전력 소자의 드레인-소스 전압을 인식하여 고장상황을 인지하고 고장 유지 시간이 기준 시간 이상일 경우 고장을 확정하는 모터 구동 IC 고장진단 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 IC 고장 진단 장치는, 마이크로컨트롤러 유닛; 구동 IC; 및 전력 소자 모듈을 포함하는 모터 제어기에 있어서, 상기 구동 IC는, 상기 마이크로컨트롤러 유닛으로부터 구동 제어 신호를 수신하여 상기 전력 소자 모듈을 제어하는 구동부; 상기 전력 소자 모듈의 HS(High Side) 구동 스위치의 드레인-소스 전압의 이상을 검출하는 HS 고장 검출부; 상기 전력 소자 모듈의 LS(Low Side) 구동 스위치의 드레인-소스 전압의 이상을 검출하는 LS 고장 검출부; 상기 전력 소자 모듈과 접지 사이에 직렬로 연결되어 있는 션트 저항의 전압 이상을 검출하는 피드백 고장 검출부; 및 상기 HS 고장 검출부, 상기 LS 고장 검출부 및 상기 피드백 고장 검출부의 전압 이상이 기준 시간 이상 지속되는지 판단하는 고장 판단부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 구동 IC는 연결 진단부를 더 포함하며, 상기 연결 진단부는 상기 모터 구동이 시작되기 전에 또는 상기 모터 구동이 중지되어 있을 때에 상기 모터와 상기 구동 IC 사이의 연결 상태 이상을 진단하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 피드백 고장 검출부는 상기 모터의 구동 중에 상기 션트 저항에 걸리는 전압과 제 1 기준 전압을 비교하여 이상을 검출할 수 있다.
또한, 상기 HS 고장 검출부는 상기 모터의 구동 중에 상기 HS 구동 스위치의 드레인-소스 전압과 제 2 기준 전압을 비교하여 이상을 검출하고, 상기 LS 고장 검출부는 상기 모터의 구동 중에 상기 LS 구동 스위치의 드레인-소스 전압과 제 3 기준 전압을 비교하여 이상을 검출할 수 있다.
또한, 상기 고장 판단부는 타이밍 필터를 포함하여 상기 HS 고장 검출부, 상기 LS 고장 검출부 및 상기 피드백 고장 검출부의 전압 이상이 기준 시간 이상 지속되는지 판단할 수 있다.
또한, 상기 고장 판단부는 제 1 레지스터, 논리 연산부, 타이밍 필터 및 제 2 레지스터를 포함하며, 상기 HS 고장 검출부의 전압 이상 신호가 상기 제 1 레지스터에 입력되고, 상기 논리 연산부는 상기 제 1 레지스터에 저장된 신호와 기준 클럭과 상기 HS 구동 스위치의 게이트 제어 신호를 논리 연산하여 상기 타이밍 필터에 출력하고, 상기 타이밍 필터는 상기 논리 연산된 신호를 카운팅하여 카운팅된 회수가 기준 회수에 도달할 때에 고장 신호를 상기 제 2 레지스터에 인가할 수 있다.
또한, 상기 논리 연산부는 앤드(AND) 연산을 수행하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 레지스터 및 상기 제 2 레지스터는 D-플립플롭일 수 있다.
또한, 상기 제 1 레지스터의 출력(Q)은 상기 논리 연산부에 입력되고, 상기 제 1 레지스터의 역상출력(/Q)은 상기 타이밍 필터에 입력되며, 상기 타이밍 필터는 상기 역상출력(/Q)에 의하여 초기화될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 모터 구동 IC 고장 진단 방법은, 마이크로컨트롤러 유닛; 구동 IC; 및 전력 소자 모듈을 포함하는 모터 제어기에서, 상기 마이크로컨트롤러 유닛의 구동 제어 신호를 상기 구동 IC가 수신하여 상기 전력 소자 모듈을 구동하는 단계; 상기 전력 소자 모듈의 HS(High Side) 구동 스위치의 드레인-소스 전압을 측정하여 상기 HS 구동 스위치의 전류 이상을 판단하는 단계; 상기 전력 소자 모듈과 직렬로 연결되는 션트 저항에 걸리는 전압을 측정하여 피드백 전류 이상을 판단하는 단계; 상기 HS 구동 스위치의 전류 이상 또는 상기 피드백 전류 이상이 기준 시간 이상 지속되는지를 판단하는 단계; 및 상기 기준 시간 이상 지속되는 경우에 모터의 구동을 중단하고 고장 여부를 진단하는 단계를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 구동하는 단계 전에 상기 모터와 상기 구동 IC 사이의 연결 상태의 정상 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 피드백 전류 이상을 판단하는 단계는 상기 모터의 구동 중에 상기 션트 저항에 걸리는 전압과 제 1 기준 전압을 비교하여 이상을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 HS 구동 스위치의 고장을 검출하는 단계는 상기 모터의 구동 중에 상기 HS 구동 스위치의 드레인-소스 전압과 제 2 기준 전압을 비교하여 이상을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 HS 구동 스위치의 전류 이상 또는 상기 피드백 전류 이상이 기준 시간 이상 지속되는지를 판단하는 단계는, HS 구동 스위치의 전류 이상 신호 또는 피드백 전류 이상 신호와, 기준 클럭과, 상기 HS 구동 스위치의 게이트 제어 신호를 논리 연산하여 출력하는 단계; 상기 논리 연산한 출력을 카운팅하여 카운팅된 회수가 기준회수에 도달하면 고장 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 논리 연산하여 출력하는 단계는 앤드(AND) 연산을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 모터 구동 IC 고장진단 장치 및 방법은 고장 발생으로 인해 전류 피드백이 불가능한 경로를 통해 과전류가 흐르는 경우 고장진단이 불가능한 기존 방식 대비, 전력 소자의 드레인-소스 전압을 기준 전압과 비교할 때에 기준 전압을 정상 동작 전압 범위에 가깝게 설정할 수 있어서 보다 정확한 고장 인식이 가능하다. 또한, 이로 인해 고장으로 인한 제어기의 손상을 방지할 수 있다. 물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 IC 고장진단 장치에 대한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 IC 고장진단 방법에 대한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연결 진단부의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피드백 고장 검출부 및 고장 진단부의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피드백 고장 검출부 및 고장 진단부의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 HS 고장 검출부 및 고장 진단부의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 종래 기술의 영향을 설명하기 위한 그래프이다.
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.
또한, 이하의 실시예에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
또한, 이하의 실시예에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 IC 고장진단 장치에 대한 회로도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 IC 고장진단 장치는 구동 IC(180), 마이크로컨트롤러 유닛(170)을 포함한다.
전력 소자(100)는 구동 IC(180)으로부터 출력되는 게이트 신호에 기초하여 부하(105)에 전류를 공급하기 위한 스위칭 소자이다. 전력 소자(100)는 HS(High Side) 구동 스위치부(102) 및 LS(Low Side) 구동 스위치부(104)를 포함하며, 전류는 전원(VMOT)부터 HS 구동 스위치부(102), 부하(105) 및 LS 구동 스위치부(104)를 순차적으로 통과하여 션트저항(110)으로 흐른다.
한편, HS 구동 스위치부(102)의 각 트랜지스터의 드레인-소스간 전압은 측정을 위하여 구동 IC(180)의 HS 진단부(113)로 출력된다. 또한, LS 구동 스위치부(104)의 각 트랜지스터의 드레인-소스간 전압은 구동 IC(180)의 LS 진단부(115)로 출력된다.
션트저항(110)은 부하(105)에 흐르는 전류를 검출하기 위하여 설치된다. 여기서, 부하(105)는 모터 등이 될 수 있다. 구동 IC(180)는 션트 저항(110)에 걸린 전압값에 기초하여 부하(105)에 과전류가 흐르는지 여부를 알 수 있다. 예컨대, 구동 IC(180)는 션트저항(110)에 걸린 전압값이 기준 전압값 보다 클 경우 고장으로 인지할 수 있다.
한편, 구동 IC(180)는 연결 진단부(150), 고장 판단부(120), 구동부(140), 제어부(130), 통신부(160), 전원부(165), HS(High Side) 검출부, LS(Low Side) 검출부 및 피드백 고장 검출부(118)를 포함하며, 션트저항(110), 전력 소자(100) 및 마이크로컨트롤러 유닛(170)과 연결된다.
연결 진단부(150)는 구동 IC(180) 외부의 제1 연결 진단 회로(106) 및 제 2 연결 진단 회로(107)를 포함하며, 부하(105)가 구동되지 않을 때에 부하(105)와 전력 소자 및 구동 IC(180) 사이의 연결상태를 진단할 수 있다.
도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 전력 소자(100)의 각 트랜지스터들을 턴오프(Turn-off) 시킨 상태에서 마이크로컨트롤러 유닛(170)은 연결 진단 신호(Check_On_1, Check_On_2)를 인가한다. 이 때, 인가된 전압에 의하여 제 1 연결 진단 회로(106) 및 제 2 연결 진단 회로(107)에 포함된 트랜지스터가 턴온(Turn-on)된다. 이 때, 제 1 연결 진단 회로(106) 및 제 2 연결 진단 회로(107)에 연결된 각 전압 분배기의 분압 전압값이 연결 진단 신호(Check_Level_1, Check_Level_2)로 연결 진단부(150)에 인가되게 된다.
이 경우, 연결 진단부(150)는 연결 진단 신호(Check_Level_1, Check_Level_2)에 기초하여 연결 상태가 정상인지 여부 및 고장 종류, 예를 들어, 배터리 단락(SCB), 접지 단락(SCG) 및 단선 고장을 판단할 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 제어부(130)는 마이크로컨트롤러 유닛 (170)으로부터 제어 신호를 수신하여 고장판단부(120), 구동부(140), 연결 진단부(150), 통신부(160) 및 전원부(165)를 제어할 수 있다.
구동부(140)는 마이크로컨트롤러 유닛(170)으로부터 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 등 구동 신호를 수신하여 모터 등 부하(105)를 구동할 수 있다.
HS 고장 검출부(113)는 전력 소자(100)의 HS 구동 스위치부(102)와 연결되고, HS 구동 스위치부(102)의 각 트랜지스터의 드레인-소스 전압을 인가받아 고장 판단부(120)에 전달한다.
LS 고장 검출부(115)는 전력 소자(100)의 LS 구동 스위치부(104)와 연결되고, LS 구동 스위치부(104)의 각 트랜지스터의 드레인-소스 전압을 인가받아 고장 판단부(120)에 전달한다.
한편, 피드백 고장 검출부(118)는 구동 IC 외부의 션트저항(110)과 연결되고, 션트저항에 걸린 전압을 인가받아 고장 판단부(120)에 전달한다.
한편, 고장 판단부(120)는 HS(High Side) 검출부(113), LS 고장 검출부(115) 및 피드백 고장 검출부(118)와 연결되며, 각 검출부(113, 115, 118)에서 인가하는 전압값을 기준 전압과 비교하여 부하(105) 구동 중에 과전류 고장 여부를 판단할 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 고장 판단부(120), 피드백 고장 검출부(118), HS 고장 검출부(113) 및 LS 고장 검출부(115)의 상세 회로 및 동작에 관하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피드백 고장 검출부(118) 및 고장 판단부(120)의 세부 구성을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 피드백 고장 검출부(118)는 제 1 기준 전압원(310) 및 비교부(315)를 포함하고, 고장 판단부(120)는 제 1 레지스터(410), 논리 연산부(420), 타이밍 필터(430) 및 제 2 레지스터(440)을 포함할 수 있다.
부하(105)가 구동하기 시작하면, 션트저항(110)에 전류가 흐르기 시작하고, 션트저항(110)에 걸리는 전압이 피드백 고장 검출부(118)에 인가된다.
이 때, 피드백 고장 검출부(118)의 비교기(315)는 제 1 기준 전압원(310)의 제 1 기준 전압과 션트저항(110)에 걸린 전압을 비교하여, 션트저항(110)에 걸린 전압이 제 1 기준 전압보다 큰 경우에 과전류 신호를 제 1 레지스터(410)으로 출력한다.
출력된 전압은 시스템 클럭(f_sys)에 따라 제 1 레지스터(410)에서 논리 연산부(420) 및 타이밍 필터(420)으로 출력된다.
보다 상세하게는, 제 1 레지스터(410)는 예컨대, D-플립플롭으로 구현되며, 제 1 레지스터(410)의 출력(Q) 및 역상 출력(/Q)은 각각 논리 연산부(420) 및 타이밍 필터(420)으로 출력된다.
한편, 논리 연산부(420)는 기준 클럭(Ref_Clock) 및 게이트 제어 신호(Gate_ON) 및 제 1 레지스터(410)의 출력(Q)를 입력으로 수신하여 논리 연산을 수행한다. 이 경우, 게이트 제어 신호(Gate_ON) 신호는 구동부(140)에서 전력 소자(100)의 HS 구동 스위치(102)의 게이트를 턴온 시키는 신호와 실질적으로 동일한 타이밍과 듀티비를 가지는 신호로서, 상술한 논리 연산부(420)의 입력 전압 범위에 맞도록 가공된 신호일 수 있다. 또는 게이트 제어 신호(Gate_ON) 신호는 마이크로컨트롤러 유닛(170)에서 상기 HS 구동 스위치(102)의 게이트를 턴온시키기 위한 구동 제어 신호일 수 있다.
그 후, 논리 연산부(420)는 상기 입력들을 앤드(AND) 연산하여 타이밍 필터(430)로 출력한다. 따라서, 논리 연산부(420)는 HS 구동 스위치(102)의 게이트가 턴온되면서 일정 크기 이상의 전류가 흐르는 경우에 기준 클럭(Ref_Clock)에 따라 카운팅할 수 있는 카운팅 신호를 타이밍 필터(430)에 출력하게 된다.
타이밍 필터(430)는 상기 카운팅 신호를 카운팅한 회수가 기준 회수(x)에 도달하게 되면 시스템 클럭(f_sys)에 따라 제 2 레지스터(440)에 고장 신호를 인가하게 된다. 이 때, 제 2 레지스터(440)는 예컨대 D-플립플롭으로 구현될 수 있다.
출력된 고장 신호는 제 2 레지스터(440)에서 예를 들어, 마이크로컨트롤러 유닛(170)에 출력하여 고장 여부를 송신할 수 있다. 마이크로컨트롤러 유닛(170)은 고장 여부에 따라 상기 구동 제어 신호를 통하여 상기 HS 구동 스위치(102) 또는 LS 구동 스위치(104)의 구동을 중단시키거나 또는 림프홈 모드와 같은 고장시 제어 방법에 따라 상기 HS 구동 스위치(102) 또는 LS 구동 스위치(104)의 구동시킬 수 있다.
또는 제어부(130)에 고장 신호를 전달하여 상기 HS 구동 스위치(102) 또는 LS 구동 스위치(104)의 구동을 중단 시킬 수 있다.
이러한 고장 신호는 고장 플래그(Flag)일 수 있다.
한편, 피드백 고장 검출부(118)에서 고장 신호가 발생한 후 다시 정상 상태가 되어 고장이 멈추게 되면 제 1 레지스터의 역상 출력(/Q)은 타이밍 필터(430)의 카운팅 동작을 초기화 시키는 초기화 신호(SHUNT_CLEAR)를 타이밍 필터(430)에 출력하게 된다. 이 경우, 타이밍 필터(430)의 카운팅 동작이 초기화되면서 다시 고장이 발생한 이후에는 타이밍 필터(430)는 다시 처음부터 카운팅을 시작하게 된다.
종래 기술에 따르면, 고장 상태가 아닌 부하(105)에 급격한 전류가 흐르는 경우에 오진단이 발생할 수 있었다. 예컨대, 시동 시 모터 부하에 듀티비가 높아지면서 대전류가 일시적으로 흐르는 경우, 또는 방향 전환을 위하여 모터 부하에 듀티비가 높아지면서 대전류가 일시적으로 흐르는 경우(도 4, 406 참조)에 션트저항(110)을 통과하는 피드백 전류가 제 1 기준 전압(도 4, Vth_F/B 참조)을 초과할 때 오진단이 발생할 수 있었다.
본 발명에 따르면, 고장 진단부(120)의 타이밍 필터(430)을 통하여 일정시간 이상의 대전류가 흐를 경우에만 고장으로 인식할 수 있는 구성을 구비하여 차량운행시 오진단으로 인한 피해를 막을 수 있다.
도 6는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피드백 고장 검출부(118) 및 고장 판단부(120)의 세부 구성을 나타낸다. 도 6의 회로는 기본적으로 도 5의 회로와 동일한 구성을 가진다. 이하에서는 설명의 간략화를 위하여 도 5와 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 피드백 고장 검출부(118)과 션트저항(110) 사이에 앰프회로(313)을 구비할 수 있다. 이러한 앰프회로(313)는 션트저항(110)에 걸린 전압이 피드백 고장 검출부(118)에서 요구하는 입력 전압 범위 내의 전압을 출력하도록 구성된다.
도 6에서는 앰프회로(313)가 구동 IC(180)의 외부에 구비되는 것으로 표시하였으나, 앰프회로(313)가 구동 IC(180)의 외부에 구비될 수 있다. 당업자는 앰프회로(313)의 위치를 구동 IC(180)의 스펙에 따라 적절히 구동 IC(180)의 내부 또는 외부에 구비하도록 설계를 변경할 수 있다.
도 7은 HS 구동 스위치(102)의 드레인-소스와 연결된 HS 고장 검출부(113) 및 HS 고장 검출부(113)와 연결된 고장 진단부(120) 부분을 나타내는 회로도이다.
기본적으로 고장 진단부(120)의 구성 및 동작은 도 5 및 도 6에서 도시한 고장 진단부(120)의 구성 및 동작과 동일하므로 설명을 생략한다.
도 7을 참조하면, HS 고장 검출부(113)는 제 2 기준 전압원(613) 및 제 2 비교부(615)를 포함하고, 고장 판단부(120)는 제 3 레지스터(610), 논리 연산부(620), 타이밍 필터(630) 및 제 4 레지스터(640)을 포함할 수 있다.
HS 구동 스위치(102)의 게이트에 전압이 인가되면, HS 구동 스위치(102)의 드레인단으로부터 소스단으로 전류가 흐르며, 이 때 HS 구동 스위치(102)의 내부 저항에 의해 드레인-소스에 걸리는 전압이 HS 고장 검출부(113)에 인가된다.
이 때, HS 고장 검출부(113)의 비교기(615)는 제 2 기준 전압원(613)의 제 2 기준 전압과 HS 구동 스위치(102)의 드레인-소스에 걸린 전압을 비교하여, HS 구동 스위치(102)의 드레인-소스에 걸린 전압에 걸린 전압이 제 2 기준 전압보다 큰 경우에 과전류 신호를 제 3 레지스터(610)으로 출력한다.
그 후의 고장진단부(120)의 동작은 도 5 및 도 6에서 도시한 고장 진단부(120)의 동작과 동일하므로 설명을 생략한다.
종래에는 피드백 고장 검출부(118)만을 활용하여 과전류 여부를 확인하는 기술을 사용하였다. 다만, 이 경우에 피드백 고장 검출부(118) 만으로 예측이 어려운 경로, 예컨대, 모터와 연결된 상태에서 접지 단락(SCG)이 발생하는 경우에는 과전류가 션트저항(110)을 통과하지 않는 상황이 발생할 수 있다. 따라서, HS 구동 스위치(102) 또는 LS 구동 스위치(104)에 과전류가 흐르게 되어 소자의 파손 또는 제어기의 파손위험이 있었다.
또 다른 종래 기술은 HS 구동 스위치(102) 또는 LS 구동 스위치(104)의 드레인-소스 전압을 측정하여 고장 여부를 진단하였다. 그러나, 모터 시동 시 또는 방향 전환시에 순간적으로 듀티비가 커져서 대전류가 흐를 수 있으므로, 고장 판단의 기준이 되는 기준 전압을 높은 범위(401)에서 책정하였다.
그러나, 시동 시나 방향 전환 시를 제외한 경우에 정상 동작을 할 때에는 낮은 범위에서 전류가 흐르게 된다. 도 4 및 도 8에서 정상 동작 영역(408)은 시동 시나 방향 전환 시 등 정상 상태임에도 불구하고 급격한 대전류가 흐를 수 있는 경우를 제외하고 일반적인 정상 동작 시의 정상 동작 전류 영역을 나타낸 것이다.
따라서, 실제로는 정상 동작 보다 높은 전류가 흐름에도 불구하고 오진단이 가능한 경우(409)가 발생할 수 있었다.
그러나, 도 5 내지 도 7에서 도시한 바와 같이 순간적인 대전류인지를 판단할 수 있는 구성, 예컨대 타이밍 필터(403)을 구비함으로써 도 4의 기준 전압(Vth_FET (본발명))과 같이 기준 전압을 낮출 수 있기 때문에 본 발명에 따른 구동 IC 고장 진단 장치는 오진단의 가능성을 크게 낮추었다.
따라서, 본 발명에 따르면, 고장 진단부(120)의 타이밍 필터(430)을 통하여 일정시간 이상의 대전류가 흐를 경우에만 고장으로 인식할 수 있는 구성을 구비하여 차량 운행시 오진단으로 인한 피해를 막을 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 IC 고장진단 방법에 대한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 모터를 구동하기 전에 구동 IC(180)의 연결 진단부(150)가 부하(105)와 구동 IC(180) 사이의 연결 상태를 판단한다. (단계 S200)
이 경우, 전력 소자(100)의 각 트랜지스터들을 턴오프(Turn-off) 시킨 상태에서 마이크로컨트롤러 유닛(170)이 구동 IC(180) 외부의 제1 연결 진단 회로(106) 및 제 2 연결 진단 회로(107)에 연결 진단 신호(Check_On_1, Check_On_2)를 인가한다. 그 후, 제 1 연결 진단 회로(106) 및 제 2 연결 진단 회로(107)에서 출력되는 연결 진단 신호(Check_Level_1, Check_Level_2)에 기초하여 연결 상태가 정상인지 여부를 확인할 수 있다.
연결 상태가 정상일 경우, 모터(105)를 턴온(turn on)시키고(단계 S202), 모터 모니터링 모드에 진입한다. (단계 S204)
연결 상태가 정상이 아닐 경우에는, 다시 연결 상태의 고장 종류, 예를 들어, 배터리 단락(SCB), 접지 단락(SCG) 및 단선 고장을 판단할 수 있다. (단계 S212)
모터 모니터링 모드에서는, HS 고장 검출부(113) 및 LS 고장 검출부(115)는 HS 구동 스위치(102) 및 LS 구동 스위치(104)의 드레인-소스 전압에 각각 기초하여 과전류가 있다는 것을 인지하면, 즉, 상기 드레인-소스 전압이 제2 기준 전압보다 높은 경우에 고장 신호를 발생시켜 고장 판단부(120)로 출력한다. 또는 피드백 고장 검출부(118)는 션트저항(110)에 걸린 전압이 제 1 기준 전압보다 높은 경우에 고장 신호를 발생시켜 고장 판단부(120)로 출력한다. (단계 S206)
고장 판단부(120)는 타이밍 필터(430, 630)을 적용하여 고장 상태가 기준 시간 이상 지속되는지 여부를 확인한다. (단계 S208)
이 경우, HS 구동 스위치(102)의 전류 이상 또는 상기 피드백 전류 이상이 기준 시간 이상 지속되는지를 판단하는 단계는 HS 구동 스위치(102)의 전류 이상 신호 또는 피드백 전류 이상 신호와, 기준 클럭과, 상기 HS 구동 스위치의 게이트 제어 신호를 논리 연산하여 출력하는 단계 및 상기 논리 연산한 출력을 카운팅하여 카운팅된 회수가 기준회수에 도달하면 고장 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 고장 지속 여부 확인을 통하여, 고장 상태가 기준 시간 이상 지속되지 않는다고 판단하면, 다시, 제어부(130)는 모터 구동 및 고장 모니터링을 계속하면서, 단계(S204) 내지 단계 (S208)을 반복한다.
고장 상태가 기준 시간 이상 지속되는 경우, 모터의 구동을 정지하고(단계 S210), 고장 진단 단계를 수행하여 고장 종류를 판단할 수 있다. (단계 S212)
고장 종류를 판단한 후에는 고장을 확정할 수 있다. (단계 S214) 고장 확정 후에는 전체 차량의 운행을 중지시키거나, 또는 림프홈 모드 등의 고장 모드로 진입하여 차량이 정비소까지 안전하게 이동할 수 있도록 구동할 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 모터 구동 IC 고장진단 장치 및 방법은 고장 발생으로 인해 전류 피드백이 불가능한 경로를 통해 과전류가 흐르는 경우 고장진단이 불가능한 기존 방식 대비, 전력 소자의 드레인-소스 전압을 기준 전압과 비교할 때에 기준 전압을 정상 동작 전압 범위에 가깝게 설정할 수 있어서 보다 정확한 고장 인식이 가능하다. 또한, 이로 인해 고장으로 인한 제어기의 손상을 방지할 수 있다. 물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 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: 전력 소자
110: 션트저항
120: 고장 판단부
170: 마이크로컨트롤러 유닛

Claims (15)

  1. 마이크로컨트롤러 유닛; 구동 IC; 및 전력 소자 모듈을 포함하는 모터 제어기에 있어서,
    상기 구동 IC는,
    상기 마이크로컨트롤러 유닛으로부터 구동 제어 신호를 수신하여 상기 전력 소자 모듈을 제어하는 구동부;
    상기 전력 소자 모듈의 HS(High Side) 구동 스위치의 드레인-소스 전압의 이상을 검출하는 HS 고장 검출부; 상기 전력 소자 모듈의 LS(Low Side) 구동 스위치의 드레인-소스 전압의 이상을 검출하는 LS 고장 검출부; 상기 전력 소자 모듈과 접지 사이에 직렬로 연결되어 있는 션트 저항의 전압 이상을 검출하는 피드백 고장 검출부; 및 상기 HS 고장 검출부, 상기 LS 고장 검출부 및 상기 피드백 고장 검출부의 전압 이상이 기준 시간 이상 지속되는지 판단하는 고장 판단부를 포함하며,
    상기 구동 IC는 연결 진단부를 더 포함하되, 상기 연결 진단부는 상기 모터 구동이 시작되기 전에 또는 상기 모터 구동이 중지되어 있을 때에 상기 모터와 상기 구동 IC 사이의 연결 상태 정상여부 및 고장 종류를 판단하도록 구성되고,
    상기 고장 판단부는 제 1 레지스터, 논리 연산부, 타이밍 필터 및 제 2 레지스터를 포함하며,
    상기 HS 고장 검출부의 전압 이상 신호가 상기 제 1 레지스터에 입력되고,
    상기 논리 연산부는 상기 제 1 레지스터에 저장된 신호와 기준 클럭과 상기 HS 구동 스위치의 게이트 제어 신호를 논리 연산하여 상기 타이밍 필터에 출력하고,
    상기 타이밍 필터는 상기 논리 연산된 신호를 카운팅하여 카운팅된 회수가 기준 회수에 도달할 때에 고장 신호를 상기 제 2 레지스터에 인가하는,
    모터 구동 IC 고장 진단 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 고장 검출부는 상기 모터의 구동 중에 상기 션트 저항에 걸리는 전압과 제 1 기준 전압을 비교하여 이상을 검출하는,
    모터 구동 IC 고장 진단 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 HS 고장 검출부는 상기 모터의 구동 중에 상기 HS 구동 스위치의 드레인-소스 전압과 제 2 기준 전압을 비교하여 이상을 검출하고,
    상기 LS 고장 검출부는 상기 모터의 구동 중에 상기 LS 구동 스위치의 드레인-소스 전압과 제 3 기준 전압을 비교하여 이상을 검출하는,
    모터 구동 IC 고장 진단 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 논리 연산부는 앤드(AND) 연산을 수행하도록 구성되는,
    모터 구동 IC 고장 진단 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 레지스터 및 상기 제 2 레지스터는 D-플립플롭인,
    모터 구동 IC 고장 진단 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 레지스터의 출력(Q)은 상기 논리 연산부에 입력되고, 상기 제 1 레지스터의 역상출력(/Q)은 상기 타이밍 필터에 입력되며,
    상기 타이밍 필터는 상기 역상출력(/Q)에 의하여 초기화되는,
    모터 구동 IC 고장 진단 장치.
  10. 마이크로컨트롤러 유닛; 구동 IC; 및 전력 소자 모듈을 포함하는 모터 제어기에서,
    상기 전력 소자 모듈을 구동하기 전에 상기 모터와 상기 구동 IC 사이의 연결 상태의 정상 여부 및 고장 종류를 판단하는 단계;
    상기 마이크로컨트롤러 유닛의 구동 제어 신호를 상기 구동 IC가 수신하여 상기 전력 소자 모듈을 구동하는 단계;
    상기 전력 소자 모듈의 HS(High Side) 구동 스위치의 드레인-소스 전압을 측정하여 상기 HS 구동 스위치의 전류 이상을 판단하는 단계;
    상기 전력 소자 모듈과 직렬로 연결되는 션트 저항에 걸리는 전압을 측정하여 피드백 전류 이상을 판단하는 단계;
    상기 HS 구동 스위치의 전류 이상 또는 상기 피드백 전류 이상이 기준 시간 이상 지속되는지를 판단하는 단계; 및
    상기 기준 시간 이상 지속되는 경우에 모터의 구동을 중단하고 고장 여부를 진단하는 단계를 포함하고,
    상기 HS 구동 스위치의 전류 이상 또는 상기 피드백 전류 이상이 기준 시간 이상 지속되는지를 판단하는 단계는,
    HS 구동 스위치의 전류 이상 신호 또는 피드백 전류 이상 신호와, 기준 클럭과, 상기 HS 구동 스위치의 게이트 제어 신호를 논리 연산하여 출력하는 단계;
    상기 논리 연산한 출력을 카운팅하여 카운팅된 회수가 기준회수에 도달하면 고장 신호를 생성하는 단계를 포함하는,
    모터 구동 IC 고장 진단 방법.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 피드백 전류 이상을 판단하는 단계는 상기 모터의 구동 중에 상기 션트 저항에 걸리는 전압과 제 1 기준 전압을 비교하여 이상을 검출하는 단계를 포함하는,
    모터 구동 IC 고장 진단 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 HS 구동 스위치의 전류 이상을 판단하는 단계는 상기 모터의 구동 중에 상기 HS 구동 스위치의 드레인-소스 전압과 제 2 기준 전압을 비교하여 이상을 검출하는 단계를 포함하는,
    모터 구동 IC 고장 진단 방법.
  14. 삭제
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 논리 연산하여 출력하는 단계는 앤드(AND) 연산을 수행하는 단계를 포함하는,
    모터 구동 IC 고장 진단 방법.
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