KR101957485B1

KR101957485B1 - 로우 사이드 구동 ic 고장진단 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101957485B1
Application number: KR1020170145591A
Authority: KR
Inventors: 최윤호; 방현석; 임지훈
Original assignee: 현대오트론 주식회사
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2019-03-12

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 로우 사이드 구동 IC 고장 진단 장치는, 비교기, 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로, 및 전압 분배기를 구비하는 배터리 단락 해제 검출부; 프리 드라이버 및 해제 검출 구동부; 정상 모드에서는 상기 프리 드라이버로 구동되어 외부 부하를 구동하며, 배터리 단락 해제 검출 모드에서는 상기 해제 검출 구동부로 구동되는 복수의 구동 스위치; 및 제어부를 포함하며, 상기 전압 분배기는 상기 외부 부하와 상기 복수의 구동 스위치 사이 노드의 전압을 인가받아 분배하여 출력하며, 상기 제어부는 배터리 단락 해제 검출 모드에서 상기 해제 검출 구동부로 하여금 상기 복수의 구동 스위치 중 제 1 서브 그룹의 구동 스위치를 구동하도록 할 수 있다.

Description

로우 사이드 구동 IC 고장진단 장치 및 방법{An Apparatus And A Method For Testing A Low-side Driving IC}

본 발명은 로우 사이드 구동 IC(Integrated Circuit) 고장진단 장치 및 방법에 관한 것으로 더 상세하게는 로우 사이드 구동 IC의 배터리 단락 해제를 검출하는 로우 사이드 구동 IC 고장진단 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차에서, 전자 제어 연료 분사 장치에 속하는 각종 엑츄에이터들(actuator)은 엔진 제어기(Engine Control Unit)를 통하여 전자적으로 제어되며, 엔진의 사용 환경 또는 운전 조건에 따라 혼합기의 공연비를 변화시켜서 연소 상태를 최적화하는 기능을 수행한다. 이러한 엑츄에이터는 구동회로를 통하여 전류를 제어하고 공급하는 방식으로 구동되며, 엑츄에이터의 안정적인 구동은 차량 안전에 상당히 중요한 영향을 미친다. 따라서, 엑츄에이터를 정확하게 제어하기 위하여 전류가 정밀하게 모니터링되고 제어 되는 것이 중요하다.

하지만 최근 엔진 제어기(ECU) 및 엑츄에이터 등 차량 내 전자 부품들의 증가로 과전류 고장 등의 문제 등이 빈번하게 발생하여 차량 안전에 영향을 줄 수 있는 경우가 증가하고 있다. 특히, 배터리 단락(StB, Short Circuit to Battery) 고장으로 인하여 엑츄에이터의 구동전류가 정해진 사양 대비 이상적으로 많이 공급되는 경우에 문제가 될 수 있다. 따라서, 이러한 과전류 이상에 대비하여 엑츄에이터 및 구동회로를 보호하기 위한 과전류 보호 회로 사용이 증가되고 있는 추세이다.

이러한 과전류 보호 회로와 관련하여, 차량 내 전기 와이어 연결의 문제로 로우 사이드 드라이버 출력이 차량의 배터리 전원에 단락되면 순간적으로 매우 높은 전류가 흘러 심각한 고장을 발생시킬 수 있다. 이때 회로적으로 배터리 단락 고장을 검출하여 재빠르게 파워스위치를 오프(off)시킴으로써 로우 사이드 드라이버 동작을 멈출 수 있어야 한다. 또한 배터리 단락 고장이 해제되었을 경우를 감지하여 로우 사이드 드라이버 동작을 재동작 시킬 수 있어야 한다.

종래 기술은 외부 부하의 로우 사이드(Low Side) 구동 스위치(도 7의 943 참조) 하단의 션트 저항(946)에 흐르는 전류가 급격하게 변하는 것을 검출하여 배터리 단락을 검출할 수 있었다. 그리고, 일정 주기 후에 로우 사이드 구동 스위치(943)를 다시 정상 동작 시키고, 다시, 전류 검출 회로를 통해 션트 저항(946)에 흐르는 전류를 확인하여 배터리 단락의 해소 여부 또한 검출하였다.

배터리 단락이 해소된 경우를 검출하여 로우 사이드 구동 스위치를 다시 정상동작시키는 종래의 기술은, 일정한 주기마다 상술한 구동 스위치를 턴-온 시켜 기존 배터리 단락 검출을 반복하여 판단한다.

이때 배터리 단락 고장이 계속 유지되고 있다면 일정한 주기마다 구동 스위치를 턴-온 시키는 동작으로 인하여 로우 사이드 구동 반도체로 매우 높은 전류가 유입되게 된다. 결과적으로 일정한 주기마다 반도체에 높은 전류가 유입되면 반도체의 온도가 상승하게 되며, 반도체 수명 등의 신뢰성에 좋지 않은 영향을 끼치게 된다. 또한 동작과는 상관 없는 불필요한 전류소모가 많아지게 된다.

본 발명은 상술한 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 로우 사이드 구동 IC의 배터리 단락 해제를 검출하는 신규한 로우 사이드 구동 IC 고장진단 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 로우 사이드 구동 IC 고장 진단 장치는, 비교기 및 상기 비교기에 각각 연결되는 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로를 포함하는 비교부 및 상기 비교부 및 외부 부하 사이에 접속된 전압 분배기를 구비하는 배터리 단락 해제 검출부; 상기 배터리 단락 해제 검출부와 연결되는 복수의 구동 스위치 및 상기 복수의 구동 스위치와 연결되는 복수의 해제 검출 스위치를 포함하는 구동 스위치부; 상기 구동 스위치부와 각각 연결되는 프리 드라이버 및 해제 검출 구동부; 및 제어부를 포함하며, 상기 복수의 구동 스위치는 정상 모드에서는 상기 프리 드라이버로 구동되어 상기 외부 부하를 구동하며, 배터리 단락 해제 검출 모드에서는 상기 해제 검출 구동부로 구동되고, 상기 전압 분배기는 상기 외부 부하와 상기 복수의 구동 스위치 사이 노드의 전압을 인가받아 분배하여 출력하며, 상기 제어부는 배터리 단락 해제 검출 모드에서 상기 해제 검출 구동부로 하여금 상기 복수의 구동 스위치 중 제 1 서브 그룹의 구동 스위치를 구동할 수 있다.

이 경우, 상기 제어부는, 상기 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 배터리 단락 검출 후 미리 정해진 시간 경과 시 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 저장하도록 제어하고, 상기 해제 검출 구동부로 하여금 상기 복수의 구동 스위치 중 제 1 서브 그룹의 구동 스위치를 구동하도록 한 후, 상기 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 업데이트하도록 제어하고, 상기 비교기의 출력에 기초하여 배터리 단락 해제 또는 유지 여부를 확인하도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 해제 검출 구동부는 제 1 및 제 2 기준 전압, 상기 제 1 및 제 2 기준 전압을 선택적으로 연결하는 기준 전압 연결부, 및 연산 증폭기를 포함하며, 상기 연산 증폭기는 상기 기준 전압 연결부 및 션트 저항이 입력으로 연결되고, 상기 복수의 구동 스위치의 게이트가 출력으로서 연결될 수 있다.

또한, 상기 연산 증폭기와 상기 복수의 구동 스위치의 게이트 사이에 상기 복수의 해제 검출 스위치가 각각 연결될 수 있다.

또한, 상기 제어부는 배터리 단락 해제 검출 모드에서 상기 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 업데이트하도록 제어하기 전에 복수의 구동 스위치 중 상기 제 1 서브 그룹의 구동 스위치에 대응하는 해제 검출 스위치만 상기 제 1 서브 그룹의 구동 스위치와 연결되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 배터리 단락 해제가 결정된 후에 상기 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 저장하도록 제어하고, 상기 해제 검출 구동부로 하여금 상기 복수의 구동 스위치 중 제 2 서브 그룹의 구동 스위치를 구동하도록 한 후, 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 업데이트하도록 제어하고, 상기 비교기 출력에 기초하여 배터리 단락 해제 여부를 재확인하도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 배터리 단락 유지가 결정된 후에 상기 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 저장하도록 제어하고, 상기 해제 검출 구동부로 하여금 상기 복수의 구동 스위치 중 제 2 서브 그룹의 구동 스위치를 구동하도록 한 후, 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 업데이트하도록 제어하고, 상기 비교기 출력에 기초하여 배터리 단락 유지 여부를 재확인하도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 복수의 구동 스위치는 각각 채널 크기가 다른 파워 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)을 포함할 수 있다.

한편, 로우 사이드 구동 IC 고장 진단 방법은, 비교기 및 상기 비교기에 각각 연결되는 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로를 포함하는 비교부 및 상기 비교부 및 외부 부하 사이에 접속된 전압 분배기를 구비하는 배터리 단락 해제 검출부; 상기 배터리 단락 해제 검출부와 연결되는 복수의 구동 스위치 및 상기 복수의 구동 스위치와 연결되는 복수의 해제 검출 스위치를 포함하는 구동 스위치부; 상기 구동 스위치부와 각각 연결되는 프리 드라이버 및 해제 검출 구동부; 및 제어부를 포함하며, 상기 복수의 구동 스위치는 정상 모드에서는 상기 프리 드라이버로 구동되어 상기 외부 부하를 구동하며, 배터리 단락 해제 검출 모드에서는 상기 해제 검출 구동부로 구동되고, 상기 전압 분배기는 상기 외부 부하와 상기 복수의 구동 스위치 사이 노드의 전압을 인가받아 분배하여 출력하는 로우 사이드 구동 IC 고장 진단 장치에서 로우 사이드 구동 IC 고장 진단 방법에 있어서, 배터리 단락을 검출하는 단계; 상기 프리 드라이버를 오프시키고, 상기 복수의 구동 스위치의 게이트 노드의 전압값에 접지 전압을 인가하는 단계; 상기 해제 검출 구동부로 하여금 상기 복수의 구동 스위치 중 제 1 서브 그룹의 구동 스위치를 구동하는 해제 검출 구동 단계; 및 상기 비교기 출력값에 기초하여 배터리 단락의 해제 또는 유지 여부를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 해제 검출 구동 단계는, 상기 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 배터리 단락 검출 후 미리 정해진 시간 경과 시 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 저장하는 단계; 및 상기 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 업데이트하도록 하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로에 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 저장하는 단계와 상기 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 업데이트하도록 하는 단계 사이에 상기 제 1 서브 그룹의 구동 스위치를 구동하도록 할 수 있다.

또한, 상기 연산 증폭기와 상기 복수의 구동 스위치의 게이트 사이에는 상기 복수의 해제 검출 스위치가 각각 연결될 수 있다.

또한, 상기 제 1 서브 그룹의 구동 스위치를 구동할 때 복수의 구동 스위치 중 상기 제 1 서브 그룹의 구동 스위치에 대응하는 해제 검출 스위치만 상기 제 1 서브 그룹의 구동 스위치와 연결되도록 제어할 수 있다.

또한, 배터리 단락 해제가 결정된 후에 상기 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 저장하도록 제어하고, 상기 해제 검출 구동부로 하여금 상기 복수의 구동 스위치 중 제 2 서브 그룹의 구동 스위치를 구동하도록 한 후, 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 업데이트하도록 제어하고, 상기 비교기 출력에 기초하여 배터리 단락 해제 여부를 재확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 배터리 단락 유지가 결정된 후에 상기 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 저장하도록 제어하고, 상기 해제 검출 구동부로 하여금 상기 복수의 구동 스위치 중 제 2 서브 그룹의 구동 스위치를 구동하도록 한 후, 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 업데이트하도록 제어하고, 상기 비교기 출력에 기초하여 배터리 단락 유지 여부를 재확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 로우 사이드 구동 IC 고장 진단 장치 및 방법은, 로우 사이드 구동 IC의 배터리 단락 해제를 검출할 경우, 파워 스위치의 사이즈를 제한하여 제한된 전류를 통해 주기적인 배터리 단락 해제를 검출 동작을 수행할 수 있다. 따라서, 반도체 내에 제한된 전류 유입으로 반도체의 온도 상승을 현저히 저감시키기 때문에 반도체 수명 등의 신뢰성에 향상에 크게 기여할 수 있다. 물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로우 사이드 구동 IC 고장진단 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 단락/해제 검출부를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로우 사이드 구동 스위치부 및 로우 사이드 구동 스위치부를 제어하기 위한 주변 회로들을 나타낸 블록도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 단락 해제 검출 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 7는 종래 기술에 따른 로우 사이드 구동 IC 진단 장치를 나타내는 도면이다.

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 일 실시예에 따른 로우 사이드 구동 IC 고장진단 장치에 대한 회로도 이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 로우 사이드 구동 IC 고장 진단 장치는 차량용 제어기(100) 내부에 설치되며, 제어부(300), 배터리 단락/해제 검출부(400), 로우 사이드 구동 스위치부(500), 로우 사이드 구동 제어 회로(600, 650, 670), 션트 저항(700) 및 전류 검출부(750)를 포함한다.

제어부(300)는 로우 사이드 구동 IC 고장 진단 장치의 전체적인 프로세스를 제어하며, 배터리 단락/해제 검출부(400), 구동 스위치부(500), 로우 사이드 구동 제어 회로(600, 650, 670) 및 전류 검출부(750)를 제어한다.

전류 검출부(750)는 션트 저항(700)의 출력 노드(710)의 전압 값을 입력 받아 입력받은 전압 값에 비례하는 전압을 제어부(300)에 출력하거나, 또는 비교 회로를 통하여, 출력 노드(710)의 전압 값이 임계치 이상일 경우에 제어부(300)에 과전류 신호를 출력할 수 있다. 따라서, 제어부(300)는 전류 검출부(750)을 통해 외부 부하(150)의 동작 이상 유무 또는 배터리 단락 유무를 확인할 수 있다.

한편, 배터리 단락 해제 검출부(400)는 비교부(410) 및 전압 분배기(430)을 포함한다. 전압 분배기(430)는 외부 부하(150)와 연결되며, 배터리 단락 발생 및 해제 여부를 검출할 수 있다. 이 경우, 외부 부하(150)는 예컨대, 모터, 솔레노이드 등 로우 사이드 구동 IC(200)를 사용하는 다양한 차량용 엑츄에이터가 이에 해당될 수 있다.

배터리 단락 발생시, 배터리 전압이 배터리 단락 해제 검출부(400)의 입력단(440)에 인가되며, 배터리 단락이 해제되면 배터리 전압으로부터 외부 부하(150)에 의하여 전압 강하된 전압이 인가된다. 배터리 단락 해제 검출부(400)는 상기 입력단(440)에 인가된 전압에 기초하여 배터리 단락 해제 여부를 검출하게 된다.

도 2를 참조하면, 배터리 단락 해제 검출부(400)의 전압 분배기(430)는 입력단(440)에 인가된 전압을 미리 정해진 수준으로 분배하여 분배된 전압을 비교부(410)에 인가한다. 이 경우, 전압 분배기(430)는 제어부(300)의 제어에 따라 턴-온(turn-on) 및 턴-오프(turn-off)되는 내부 스위치를 포함할 수 있다.

비교부(410)는 비교기(413), 제 1 샘플 및 홀드 회로(415, Sample & Holding) 및 제 2 샘플 및 홀드 회로(417)를 포함한다. 그리고, 비교부(410)는 미리 정해진 주기마다 배터리 단락 해제를 검출하며, 전압 분배기(430)에 의하여 입력단(440)에 인가된 전압을 미리 정해진 수준으로 분배된 전압을 인가 받는다.

제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로(415, 417)는 제어부(300)의 제어 하에 샘플 및 홀딩 동작을 수행한다. 이 때, 동일한 전압이 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로(415, 417)에 동시에 인가되어 샘플 및 홀딩되어 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로에 저장될 수 있다. 이 경우, 동일한 전압이 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로에 저장되어 있으므로, 비교기(413) 출력은 예를 들어, 로우(Low, ‘0’) 상태일 수 있다.

한편, 제 2 샘플 및 홀드 회로(417)는 추가적인 샘플 및 홀딩 동작을 수행하여, 전압 분배기(430)의 출력 전압을 추가적으로 업데이트 할 수 있다.

이 경우, 제 1 샘플 및 홀드 회로(415)와 제 2 샘플 및 홀드 회로(417) 사이에 전압 차가 발생하면, 비교기(413) 출력은 예를 들어 하이(high, ‘1’) 상태로서 전압 차이가 발생했음을 제어부(300)에 출력할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 로우 사이드 구동 IC 고장 진단 장치의 구동 스위치부(500) 및 구동 제어 회로(600, 650, 670)는 제어부(300)의 제어 하에 외부 부하(150)의 구동을 수행한다.

단, 종래 기술은 통상적으로 구동 스위치가 하나의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 파워 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)을 포함하며, 프리 드라이버(650, pre-driver)로만 구동된다(도 7 참조).

그러나, 본 발명의 실시예의 구동 스위치부(500)는 복수의 파워 MOSFET로 구현된 구동 스위치(532 내지 535)를 포함하며, 정상 모드에서는 프리 드라이버(650)로 구동되며, 배터리 단락 해제 검출 모드에서는 해제 검출 구동부(670)에 의하여 구동된다.

구동 스위치부(500)는 예컨대, 파워 MOSFET으로 구현된 복수의 구동 스위치(530) 및 해제 검출 스위치(550)를 포함한다. 이 때 복수의 구동 스위치(530)의 게이트 노드(605)는 프리 드라이버(650), 해제 검출 스위치(550) 및 풀다운 저항부(600)과 연결된다.

복수의 구동 스위치(530)는 서로 다른 채널 크기를 가지는 파워 MOSFET일 수 있다. 예를 들어, 제 1 스위치(532)의 채널 크기를 1 이라 하면, 제 2 스위치(533)의 채널 크기는 2, 제 3 스위치(534)의 채널 크기는 4, 제 4 스위치(535)의 채널 크기는 8로 구현할 수 있다. 이러한 방식으로 채널 크기를 조정하여 배터리 및 부하로부터 구동 스위치(530)를 통해 흐르는 전류량을 제어할 수 있다.

해제 검출 스위치(550)는 제어부(300)의 제어 하에 해제 검출 구동부(670)와 복수의 구동 스위치(530)의 게이트(605)를 연결할 수 있다. 이 경우, 복수의 구동 스위치(530)는 각각 다른 채널 크기를 가지고 있으므로, 제어부(300)는 해제 검출 스위치(550)를 통하여 필요한 전류량에 해당되는 복수의 구동 스위치(530)를 개별적으로 제어할 수 있다.

예컨대, 1 단계 배터리 단락 해제 검출 시에는 제 1 스위치(532)를 턴-온 시키고 배터리 단락이 해제되었는지를 검출한 후, 2 단계 배터리 단락 해제 검출시에는 제 2 스위치(533) 및 제 3 스위치(534)를 턴-온 시켜 배터리 단락 해제 여부를 검출할 수 있다. 즉, 복수의 구동 스위치(530)의 서브 그룹들을 턴-온 시켜서 전류량을 제한하면서 단계별로 배터리 단락의 해제 여부를 검출할 수 있다.

로우 사이드 구동 제어 회로(600, 650, 670)는 프리 드라이버(650), 풀다운 저항부(600) 및 해제 검출 구동부(670)을 포함한다.

프리 드라이버(650)는 정상 모드에서 구동 스위치부(500)를 제어하여 외부 부하(150)를 구동할 수 있다. 외부 부하(150)는 예를 들어, 모터, 가변 솔레노이드 밸브 등 다양한 차량용 엑추에이터 부하일 수 있다. 또한, 제어부(300)은 프리 드라이버(650)을 통하여 복수의 구동 스위치(530)를 턴-온/턴-오프 시킨다. 이 경우, 제어부(300)은 예를 들어, PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 통하여 프리 드라이버(650) 및 복수의 구동 스위치(530)를 턴-온/턴-오프 시킬 수 있다. 이 때, 정상 모드에서는 풀다운 저항부(600)는 턴-오프되어 있다.

풀다운 저항부(600)는 해제 검출 모드에서 제어부(300)의 제어 하에 구동 스위치부(500)의 게이트 노드(605)를 접지와 연결시킬 수 있다.

한편, 해제 검출 구동부(670)는 기준 전압 연결부(675) 및 연산 증폭기(673, Operational amplifier)를 포함하며, 해제 검출 모드 시, 복수의 기준 전압(Vref 1 내지 Vref 4)과 연산 증폭기(673)를 통하여 구동 스위치부(500)를 구동시키면서 션트 저항(700)에 흐르는 전류량을 다양하게 변화시킬 수 있다.

보다 구체적으로, 기준 전압 연결부(675)는 복수의 기준 전압 중 적어도 어느 하나, 예를 들어, 제 1 기준 전압(Vref 1)과 연산 증폭기(673)의 (+) 단자를 연결시킬 수 있다. 이 경우, 제 1 기준 전압(Vref 1)이 연산 증폭기(673)의 가상 단락(Vitual Short)에 의하여 션트 저항(700)의 출력 노드(710)에도 공급되게 된다.

그리고, 션트 저항(700)에는 제 1 기준 전압/션트 저항값(Vref 1/Rs) 만큼의 전류가 흐르게 된다. 이는 해제 검출 모드에서 전류량을 제한하여 구동 스위치부(500)의 소자들에 과전류가 흐르지 않게 하는 역할을 수행한다.

즉, 본 발명에서는 배터리 단락의 해제 검출 시에 복수의 구동 스위치(530) 및 해제 검출 구동부(670)를 활용하여 구동 스위치부(500)에 흐르는 전류량을 제한하여 소자들이 과전류로 인한 파괴, 온도 상승 등의 피해를 입지 않도록 할 수 있다.

이하에서는, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 단락 해제 검출 동작을 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 로우 사이드 구동 IC 진단 회로(200)는 배터리 단락 여부를 검출한다.(S800) 보다 구체적으로, 정상 구동 중에 배터리 단락이 발생하게 되면, 전류 검출부(750)에 의해 션트 저항(700)에 흐르는 과전류가 검출되어 배터리 단락이 발생되었다는 것을 제어부(300)에서 검출하게 된다.

이 때, 배터리 단락이 발생하게 되면, 프리 드라이버(650)가 오프되고, 복수의 구동 스위치(530)의 게이트 노드(605)의 전압 값이 풀다운 저항부(600)에 의해 접지 전압 값을 가지게 된다.(S805) 이 때 프리 드라이버(650)의 출력은 하이 임피던스(high-z) 상태가 된다.

일정한 시간이 경과하면(배터리 단락 해제 검출 주기 경과 후), 전압 분배기(430) 및 비교부(410)가 턴-온되고, 전압 분배기(430) 출력 노드의 전압이 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로(415, 417)에 샘플 및 홀드(저장)된다.(S810) 이 경우, 비교기(413)는 이력(Hysteresis) 기능을 가지고 있어 두 전압의 차이가 일정 전압 이상 차이가 날 때 출력 값을 변화시키도록 동작할 수 있다.

이 때 전압 분배기(430)의 전압 값은 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로(415, 417)에 샘플 및 홀드(저장)되고, 저장된 전압 값은 각각 비교기(413)의 (+)단자 입력 및 (-)단자 입력이 된다. 최초에는 동일한 값이 비교기에 입력되었으므로 비교기(413)의 출력은 로우(low, ‘0’) 상태가 될 수 있다.

한편, 제어부(300)는 연산 증폭기(673)를 턴-온 시키고 제 1 기준 전압(Vref 1)이 연산 증폭기(673)의 (+) 단자에 연결되도록 구성한다.(S815)

그리고, 복수의 구동 스위치(530) 중, 최소 채널 크기를 가지는 제 1 서브 그룹(예를 들어, 제 1 구동 스위치(532))를 선택하고 풀다운 저항부(600)를 턴-오프 시킨다. 이 때, 선택된 구동 스위치(532)와 연결된 해제 검출 스위치(550)을 턴-온 시켜 선택된 구동 스위치(532)의 게이트와 연산 증폭기(673)의 출력단을 연결하여 선택된 구동 스위치(532)를 턴-온 시킨다.(S820)

결과적으로 네거티브 피드백 메커니즘이 작동함에 따라 구동 스위치부(500) 및 션트 저항(700)은 연산 증폭기(673)의 가상 단락에 의하여 제 1 기준 전압/션트 저항값 (Vref 1/Rs)의 전류가 흐르게 된다.

이 때 전압 분배기(430)의 전압 값은 제 2 샘플 및 홀드 회로(417)에 저장되어 제 2 샘플 및 홀드 회로가 업데이트된다.(S825)

그 후, 제 2 샘플 및 홀드 회로(417)에 저장된 전압 값이 기존에 저장된 제 1 샘플 및 홀드 회로(415)에 저장된 값과 비교된다.(S830)

이 경우, 배터리 단락이 해제되었다면, 제 1 샘플 및 홀드 회로(415)에 저장된 전압 값과 제 2 샘플 및 홀드 회로(417)에 저장된 전압 값이 달라지기 때문에 비교기(413)의 출력이 하이(high, ‘1’) 상태가 된다.(S835)

그러나, 배터리 단락이 유지되고 있는 경우라면, 제 1 샘플 및 홀드 회로(415)에 저장된 전압 값과 제 2 샘플 및 홀드 회로(417)에 저장된 전압 값이 배터리 전압 값에 해당하는 값으로서 여전히 동일하기 때문에, 비교기(413)의 출력이 로우 상태를 유지하게 된다. (S840)

다시 도 5를 참조하면, 위 단계(S835)에서 비교기의 출력 신호가 하이 상태가 된 경우, 재확인 단계를 시작한다.

먼저, 전압 분배기(430)의 전압 값을 제 1 샘플 및 홀드 회로(415) 및 제 1 샘플 및 홀드 회로(417)에 저장하여 다시 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로(415, 417)의 전압 값을 업데이트한다.(S845) 이 때, 비교기(413) 출력은 다시 로우 상태가 된다.

한편, 제어부(300)는 복수의 구동 스위치(530) 중 위 단계(S820) 보다 더 큰 채널 크기를 가지는 복수의 구동 스위치들(예를 들어, 제 2 스위치(533) 및 제 2 스위치(534))을 제 2 서브 그룹으로서 다시 선택하고, 다시 선택된 구동 스위치(532, 533)과 연결된 해제 검출 스위치(550)를 턴-온 시켜 연산 증폭기(673)의 출력단과 연결한다.(S850)

또한, 위 단계(830) 보다 다시 선택된 구동 스위치들(532, 533)로 더 높은 전류가 흐를 수 있게 제 1 기준 전압(Vref 1)보다 더 높은 기준 전압(예를 들어, 제 2 기준 전압(Vref 2))을 선택하여 연결한다.(S853) 이 경우, 기존 최소 채널 크기를 가지는 제 1 서브 그룹의 구동 스위치(532)는 오프시킬 수도 있고, 필요에 따라 온상태를 유지시킬 수 있다.

한편, 다시 전압 분배기(430)의 전압 값을 제 2 샘플 및 홀드 회로(417)에 저장하여 제 2 샘플 및 홀드 회로(417)의 전압 값을 업데이트 한다.

그리고, 다시, 제 2 샘플 및 홀드 회로(417)에 저장된 전압 값은 제 1 샘플 및 홀드 회로(415)에 저장된 전압 값과 비교된다.(S860)

비교기(413)의 출력이 다시 하이 상태가 되면 배터리 단락이 해제된 것으로 최종 검출하여 프리 드라이버 회로(650)을 다시 정상 모드로 동작시킬 수 있다.(S865)

참고로 재확인 과정의 반복 횟수는 설계에 따라 구동 스위치 그룹의 개수 및 기준 전압 값의 개수와 연동되고, 응용 목적에 맞게 결정될 수 있다.

한편, 도 6을 참조하면, 위 단계(S830)에서 비교기의 출력 신호가 로우 상태인 경우(S840)에는 단계(S845 내지 S865)과 유사한 재확인 과정을 반복한다.(S870 내지 S890) 도 6에 대한 설명의 간략화를 위하여, 유사한 과정에 대해서는 설명을 생략한다.

한편, 재확인 과정(S870 내지 S890) 비교기(413)의 출력이 여전히 로우 상태를 유지하고 있는 경우에는 배터리 단락이 유지되고 있는 것으로 최종 판단하여 연산 증폭기(673), 전압 분배기(430), 비교부(410)를 오프시키고, 풀다운 회로부(600)을 동작시켜 프리 드라이버(650)를 계속 오프시킨다.

배터리 단락 해제 검출 주기의 시간이 지난 뒤 다시 같은 상술한 단계들(S810 내지 S890)을 반복하게 된다.

참고로 상술한 단계(S845 내지 S865 또는 S870 내지 S890)의 재확인 과정 중 비교기의 출력이 직전 과정의 결과와 다른 경우(S868, S888)에는 추가의 재확인 과정을 거쳐 배터리 단락 여부를 다시 판단할 수 있도록 설정할 수도 있다.

이하에서는 도 7를 참조하여 종래 기술과 본 발명의 실시예를 비교하여 본 발명이 가지는 효과에 대하여 상세하게 기술한다.

종래 기술에 따른 로우 사이드 구동 IC의 고장 진단 회로(960)는 제어부(930), 로우 사이드 구동부(940), 전류 검출부(950) 및 션트 저항(960)을 포함한다.

종래 기술은 외부 부하의 로우 사이드(Low Side) 구동 스위치(도 7의 943 참조) 하단의 션트 저항(946)에 흐르는 전류가 급격하게 변하는 것을 전류 검출부(950)가 검출하여 배터리 단락을 검출할 수 있었다.

그리고, 일정 주기 후에 로우 사이드 구동 스위치(943)를 다시 정상 동작 시키고, 다시, 전류 검출 회로를 통해 션트 저항(946)에 흐르는 전류를 확인하여 배터리 단락의 해소 여부 또한 검출하였다.

그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 구동 스위치부(500)를 서로 다른 채널 크기를 가지는 복수 개의 MOSFET으로 구현하고, 프리 드라이버와 별도로 구성된 해제 검출 구동부(670)를 통하여 전류량을 단계적으로 제어하면서 배터리 단락의 해제 여부를 검출할 수 있으므로, 로우 사이드 구동 IC의 온도 상승을 막을 수 있으며, 구동 스위치에 고 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있어서, 반도체의 신뢰성을 현저히 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 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: 차량용 제어기
200: 로우 사이드 구동 IC
300: 제어부
400: 배터리 단락 해제 검출부
500: 로우 사이드 구동부
600: 풀다운 저항부
650: 프리 드라이버
670: 해제 검출 구동부
700: 션트 저항
750: 전류 검출부
150: 배터리 단락 감지부
158: 배터리 단락 신호 전달부

Claims

비교기 및 상기 비교기에 각각 연결되는 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로를 포함하는 비교부 및 상기 비교부 및 외부 부하 사이에 접속된 전압 분배기를 구비하는 배터리 단락 해제 검출부;
상기 배터리 단락 해제 검출부와 연결되는 복수의 구동 스위치 및 상기 복수의 구동 스위치와 연결되는 복수의 해제 검출 스위치를 포함하는 구동 스위치부;
상기 구동 스위치부와 각각 연결되는 프리 드라이버 및 해제 검출 구동부; 및
제어부를 포함하며,
상기 복수의 구동 스위치는 정상 모드에서는 상기 프리 드라이버로 구동되어 상기 외부 부하를 구동하며, 배터리 단락 해제 검출 모드에서는 상기 해제 검출 구동부로 구동되고,
상기 전압 분배기는 상기 외부 부하와 상기 복수의 구동 스위치 사이 노드의 전압을 인가받아 분배하여 출력하며,
상기 제어부는 배터리 단락 해제 검출 모드에서 상기 해제 검출 구동부로 하여금 상기 복수의 구동 스위치 중 제 1 서브 그룹의 구동 스위치를 구동하도록 하는,
로우 사이드 구동 IC 고장 진단 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 배터리 단락 검출 후 미리 정해진 시간 경과 시 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 저장하도록 제어하고, 상기 해제 검출 구동부로 하여금 상기 복수의 구동 스위치 중 제 1 서브 그룹의 구동 스위치를 구동하도록 한 후, 상기 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 업데이트하도록 제어하고, 상기 비교기의 출력에 기초하여 배터리 단락 해제 또는 유지 여부를 확인하도록 제어하는,
로우 사이드 구동 IC 고장 진단 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 해제 검출 구동부는 제 1 및 제 2 기준 전압, 상기 제 1 및 제 2 기준 전압을 선택적으로 연결하는 기준 전압 연결부, 및 연산 증폭기를 포함하며,
상기 연산 증폭기는 상기 기준 전압 연결부 및 션트 저항이 입력으로 연결되고, 상기 복수의 구동 스위치의 게이트가 출력으로서 연결되는,
로우 사이드 구동 IC 고장 진단 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 연산 증폭기와 상기 복수의 구동 스위치의 게이트 사이에 상기 복수의 해제 검출 스위치가 각각 연결되며,
상기 제어부는 배터리 단락 해제 검출 모드에서 상기 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 업데이트하도록 제어하기 전에 복수의 구동 스위치 중 상기 제 1 서브 그룹의 구동 스위치에 대응하는 해제 검출 스위치만 상기 제 1 서브 그룹의 구동 스위치와 연결되도록 제어하는,
로우 사이드 구동 IC 고장 진단 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어부는 배터리 단락 해제가 결정된 후에 상기 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 저장하도록 제어하고, 상기 해제 검출 구동부로 하여금 상기 복수의 구동 스위치 중 제 2 서브 그룹의 구동 스위치를 구동하도록 한 후, 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 업데이트하도록 제어하고, 상기 비교기 출력에 기초하여 배터리 단락 해제 여부를 재확인하도록 제어하는,
로우 사이드 구동 IC 고장 진단 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어부는 배터리 단락 유지가 결정된 후에 상기 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 저장하도록 제어하고, 상기 해제 검출 구동부로 하여금 상기 복수의 구동 스위치 중 제 2 서브 그룹의 구동 스위치를 구동하도록 한 후, 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 업데이트하도록 제어하고, 상기 비교기 출력에 기초하여 배터리 단락 유지 여부를 재확인하도록 제어하는,
로우 사이드 구동 IC 고장 진단 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 구동 스위치는 각각 채널 크기가 다른 파워 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)을 포함하는,
로우 사이드 구동 IC 고장 진단 장치.
비교기 및 상기 비교기에 각각 연결되는 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로를 포함하는 비교부 및 상기 비교부 및 외부 부하 사이에 접속된 전압 분배기를 구비하는 배터리 단락 해제 검출부; 상기 배터리 단락 해제 검출부와 연결되는 복수의 구동 스위치 및 상기 복수의 구동 스위치와 연결되는 복수의 해제 검출 스위치를 포함하는 구동 스위치부; 상기 구동 스위치부와 각각 연결되는 프리 드라이버 및 해제 검출 구동부; 및 제어부를 포함하며, 상기 복수의 구동 스위치는 정상 모드에서는 상기 프리 드라이버로 구동되어 상기 외부 부하를 구동하며, 배터리 단락 해제 검출 모드에서는 상기 해제 검출 구동부로 구동되고, 상기 전압 분배기는 상기 외부 부하와 상기 복수의 구동 스위치 사이 노드의 전압을 인가받아 분배하여 출력하는 로우 사이드 구동 IC 고장 진단 장치에서 로우 사이드 구동 IC 고장 진단 방법에 있어서,
배터리 단락을 검출하는 단계;
상기 프리 드라이버를 오프시키고, 상기 복수의 구동 스위치의 게이트 노드의 전압값에 접지 전압을 인가하는 단계;
상기 해제 검출 구동부로 하여금 상기 복수의 구동 스위치 중 제 1 서브 그룹의 구동 스위치를 구동하는 해제 검출 구동 단계; 및
상기 비교기 출력값에 기초하여 배터리 단락의 해제 또는 유지 여부를 확인하는 단계를 포함하는,
로우 사이드 구동 IC 고장 진단 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 해제 검출 구동 단계는,
상기 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 배터리 단락 검출 후 미리 정해진 시간 경과 시 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 저장하는 단계; 및
상기 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 업데이트하도록 하는 단계를 포함하며,
상기 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로에 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 저장하는 단계와 상기 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 업데이트하도록 하는 단계 사이에 상기 제 1 서브 그룹의 구동 스위치를 구동하도록 하는,
로우 사이드 구동 IC 고장 진단 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 해제 검출 구동부는 제 1 및 제 2 기준 전압, 상기 제 1 및 제 2 기준 전압을 선택적으로 연결하는 기준 전압 연결부, 및 연산 증폭기를 포함하며,
상기 연산 증폭기는 상기 기준 전압 연결부 및 션트 저항이 입력으로 연결되고, 상기 복수의 구동 스위치의 게이트가 출력으로서 연결되는,
로우 사이드 구동 IC 고장 진단 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 연산 증폭기와 상기 복수의 구동 스위치의 게이트 사이에는 상기 복수의 해제 검출 스위치가 각각 연결되며,
상기 제 1 서브 그룹의 구동 스위치를 구동할 때 복수의 구동 스위치 중 상기 제 1 서브 그룹의 구동 스위치에 대응하는 해제 검출 스위치만 상기 제 1 서브 그룹의 구동 스위치와 연결되도록 제어하는,
로우 사이드 구동 IC 고장 진단 방법.
제 9 항에 있어서,
배터리 단락 해제가 결정된 후에 상기 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 저장하도록 제어하고, 상기 해제 검출 구동부로 하여금 상기 복수의 구동 스위치 중 제 2 서브 그룹의 구동 스위치를 구동하도록 한 후, 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 업데이트하도록 제어하고, 상기 비교기 출력에 기초하여 배터리 단락 해제 여부를 재확인하는 단계를 더 포함하는,
로우 사이드 구동 IC 고장 진단 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제어부는 배터리 단락 유지가 결정된 후에 상기 제 1 및 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 저장하도록 제어하고, 상기 해제 검출 구동부로 하여금 상기 복수의 구동 스위치 중 제 2 서브 그룹의 구동 스위치를 구동하도록 한 후, 제 2 샘플 및 홀드 회로로 하여금 상기 전압 분배기의 출력 전압값을 업데이트하도록 제어하고, 상기 비교기 출력에 기초하여 배터리 단락 유지 여부를 재확인하는 단계를 더 포함하는,
로우 사이드 구동 IC 고장 진단 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 복수의 구동 스위치는 각각 채널 크기가 다른 파워 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)을 포함하는,
로우 사이드 구동 IC 고장 진단 방법.