KR101961743B1 - 단락 오류 검출 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서 하드웨어적 구조를 기반으로 회로 단락을 감시할 수 있는 단락 오류 검출 회로를 개시한다.
본 발명에 따른 회로는, 차량의 단락회로 상태를 하드웨어적으로 검출하기 위한 회로에 있어서, 부하(LOAD)로 공급되는 전원의 레벨을 감시하고, 전원 레벨의 변화에 따른 하드웨어적 시그널을 출력하는 제어소자; 및 상기 제어소자의 출력 신호에 따라 SCB 단락오류를 포함하여, SCG, OL 단락오류 상태를 판단하고, 판단결과에 따라 상기 스위칭 소자의 동작을 정지시키는 전자제어장치(ECU)로 이루어지고; 전자제어장치(ECU)는, 상기 오류비트(FLTB) 신호로부터 단락오류를 인지한 후, 상기 STAB의 신호가 하이 레벨을 유지한 경우에 SCB 상태로 판단하고; 상기 오류비트(FLTB) 신호의 레벨이 로우 레벨이고, 상기 STAB 신호가 로우 레벨일 경우 SCG 또는 OL 상태임으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 인젝터를 구동하는 스위칭 소자(MOSFET)의 드레인 전압을 감시하여 SCB(Short Circuit to Battery), SCG(Short Circuit to Ground), OL(Open Load) 등의 회로 단락을 인식함에 있어, 하드웨어적 구조를 기반으로 회로 단락을 감시함으로써, 소프트웨어 처리에 의한 시간지연으로 인한 스위칭 소자의 훼손을 사전에 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

단락 오류 검출 회로{CIRCUIT FOR DETECTING SCB}
본 발명은 차량 전원의 단락(SCB : Short Circuit to Battery) 오류 검출 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 인젝션 제어를 위해 사용되는 피크 앤 홀드(Peak & Hold) 제어용 아이씨 소자(NCV7517)의 출력단 신호를 이용하여 회로의 단락오류를 빠르게 인식함으로써, 인젝션 제어를 수행하는 스위칭 소자의 훼손을 방지할 수 있는 단락 오류 검출 회로에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 연료 분사를 위한 인젝터는 마이크로 컨트롤러로부터 제어되며, 마이크로 컨트롤러는 프로그램에 의거 상기 인젝터로 피크 시그널 및 홀드 시그널을 공급함으로써 연료 분사 시간을 제어하는 것이다.
전술한 연료분사 시간 제어는 도 1에 도시한 바와 같이, 마이크로 컨트롤러(101)에 의해 운용되며, 상기 마이크로 컨트롤러(101)는 다수의 인젝터로 구성된 인젝터부(107), 상기 인젝터부(107)로 전원 공급을 이행하는 드라이버부(105) 및 상기 드라이버부(105)로 인젝터 컨트롤 시그널을 순차 제공하기 위한 마이크로 컨트롤러(101)로 구성된다.
마이크로 컨트롤러(101)는 구동 크리스탈에 의해 생성되는 주파수를 프로그램에 의거 분주시켜 이를 출력하는 PWM 유니트, 각각의 인젝터로 공급되는 피크 시그널을 개별 출력하는 다수의 인젝션 이벤트 유니트로 구성된 인젝션 유니트부, 소프트웨어 적으로 상기 PWM 유니트에서 제공되는 펄스폭 변조 신호 및 상기 인젝션 유니트부에서 제공되는 피크 시그널을 상호 연동시키기 위한 소프트 스위치로 구성된다.
상기 마이크로 컨트롤러(101)는 피크 타임 및 홀드 타임 정보를 기억할 뿐만 아니라, 상기 홀드 타임의 펄스폭 변조 주파수 정보를 저장하며 상기 펄스폭 변조를 위한 변조 프로그램 및 각 인젝터의 피크 타임 및 홀드타임 구동을 위한 제어 프로그램을 내장하고 있다.
상기 인젝션 유니트부에 마련된 각각의 인젝션 이벤트 유니트는 인젝터를 구동하지 않을 때 하이 레벨을 유지하며, 소프트 스위치는 각 인젝션 이벤트 유니트와 접속되어 마이크로 컨트롤러(101)의 출력단으로 하이레벨을 제공하고 있다.
인젝터를 구동하기 위해 마이크로 컨트롤러(101)는 인젝터 컨트롤 시그널을 출력하기 위해, 상기 인젝션 유니트(INJ0)를 로우 레벨로 절환시킨다. 로우 레벨 시그널은 기 저장된 피크 타임에 의존하며, 상기 로우 레벨 절환 시점부터 상기 피크 타임이 경과하면 인젝션 이벤트 유니트(INJ0)단의 소프트 스위치는 절환되어 상기 PWM 유니트와 접속되어 마이크로 컨트롤러(101)의 PIN0 단자로 인젝터 컨트롤 시그널을 제공한다.
상기 PWM 유니트에 접속된 INJ0 이벤트 유니트단의 소프트 스위치는 마이크로 컨트롤러(101)에 기 저장된 홀드 타임 동안 이루어진다. 따라서 상기 홀드 타임 동안 공급되는 펄스폭 변조 신호는 인젝터로 제공되어 연료 분사가 이루어진다. 상기 홀드 타임 시점에서 인젝션 이벤트 유니트(INJ0)는 다시 하이 레벨로 절환되며, 이 때 소프트 스위치는 PWM 유니트에 접속되어 있음으로 상기 펄스폭 변조 신호는 인젝터로 계속 공급되고 있다.
이와 같이 구성된 마이크로 컨트롤러의 피크 앤 홀드 제어는 연료공급을 위한 인젝션 제어를 수행하는 것으로, 온 시간이 긴 피크 타임에서 응용소프트웨어가 동작되어 차량의 에러 상태를 감시한다. 상기 응용소프트웨어는 배터리 단락상태(Short circuit to battery : SCB) 검출기능, 접지 단락상태(Short circuit to ground : SCG) 검출기능, 부하 단락상태(Open Load : OL) 검출기능 등을 수행한다.
그러나, 상기한 바와 같이 피크 타임에서 차량의 단락상태를 감지하기 때문에, 차량의 단락상태가 인지되어도 홀드 타임 동안에 이를 처리할 수 없어 부품의 손상이 야기되는 문제가 있다. 즉, 피크 타임이 지나 홀드 타임에서 차량의 단락상태가 감지되면, 홀드 시간이 경과된 후 진단이 이루어지기 때문에, 그 동안의 회로 단락으로 인한 부품손상이 발생되어 시스템의 안정성을 훼손하는 문제가 발생한다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 전자제어장치(ECU)의 SPI 통신을 기반으로 한 인젝터 구동 제어 시, 피크 앤 홀드(Peak & Hold) 구간에서의 SCB 검출을 위한 소프트웨어적 시간 지연현상을 차단하도록 하드웨어적 구성을 제공함으로써, 소프트웨어의 불안정성을 하드웨어를 통해 해소하여 시스템의 신뢰성을 높이고, 회로 소자의 보호기능을 강화할 수 있는 단락 오류 검출 회로를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 인젝터를 구동하는 스위칭 소자(MOSFET)의 드레인 전압을 감시하여 SCB(Short Circuit to Battery), SCG(Short Circuit to Ground), OL(Open Load) 등의 회로 단락을 인식함에 있어, 하드웨어적 구조를 기반으로 회로 단락을 감시함으로써, 소프트웨어 처리에 의한 시간지연으로 인한 스위칭 소자의 훼손을 사전에 방지할 수 있는 단락 오류 검출 회로를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 단락 오류 검출 회로는, 단락 오류 검출 회로에 있어서, 부하(LOAD)로 공급되는 전원의 레벨을 감시하고, 전원 레벨의 변화에 따른 하드웨어적 시그널을 출력하는 제어소자; 및 상기 제어소자의 출력 신호에 따라 SCB 단락오류를 포함하여, SCG, OL 단락오류 상태를 판단하고, 판단결과에 따라 스위칭 소자의 동작을 정지시키는 전자제어장치(ECU)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 제어소자는, 부하(LOAD)로 전원 공급을 스위칭하기 위한 스위칭 소자(MOSFET)의 게이트를 제어하기 위한 게이트 단자(GATx)와, 상기 스위칭 소자의 드레인측과 부하(LOAD) 사이에서 단락오류 상태를 감지하기 위한 드레인 단자(DRNx)와, 상기 드레인측의 전압이 기준치(VOL) 이하로 저하될 때 불안전상태의 STAB 신호를 출력하고, 상기 드레인측 전압이 기준치(VOL) 이하로 저하된 후 정상 전압으로 복귀할 때 오류비트(FLTB) 신호를 출력하기 위한 구성을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전자제어장치(ECU)는, 상기 오류비트(FLTB) 신호로부터 단락오류를 인지한 후, 상기 STAB 신호가 하이 레벨을 유지한 경우에 SCB 상태로 판단하고; 상기 오류비트(FLTB) 신호의 레벨이 로우 레벨이고, 상기 STAB 신호가 로우 레벨일 경우 SCG 또는 OL 상태임으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제시하는 단락 오류 검출 회로는, 인젝터를 구동하는 스위칭 소자(MOSFET)의 드레인 전압을 감시하여 SCB(Short Circuit to Battery), SCG(Short Circuit to Ground), OL(Open Load) 등의 회로 단락을 인식함에 있어, 하드웨어적 구조를 기반으로 회로 단락을 감시함으로써, 소프트웨어 처리에 의한 시간지연으로 인한 스위칭 소자의 훼손을 사전에 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 인젝션 제어 구조로서, 종래 피크 앤 홀드 방식에 의한 SCB 검출을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에서 적용되는 제어소자로써 'NCV7517'의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 단락오류 검출을 위한 하드웨어 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 제어소자의 출력 파형을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 차량의 인젝터를 구동하기 위한 제어소자는 'NCV7517'소자이며, 이러한 제어소자는 인젝터의 솔레노이드를 구동하는 스위칭 소자(MOSFET)와 연결된다. 그리고, 상기 제어소자는 스위칭 소자의 드레인(Drain) 전압을 감지하여 회로단락 즉, SCB(Short Circuit to Battery), SCG(Short Circuit to Ground), OL(Open Load)를 감시한다.
이에 상기 제어소자는 회로단락 상태를 감지하면 스위칭 소자로 공급하는 신호를 차단하여 스위칭 소자를 보호하는데, 본 발명에서는 이러한 스위칭 소자 보호방법에 있어 기존의 소프트웨어 방식이 아닌 하드웨어적으로 처리토록 하는 것이다.
도 2는 본 발명에서 적용되는 제어소자로써 'NCV7517'의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 다수 개의 스위칭 소자를 구동 제어하기 위한 게이트 단자(GATx) 및 드레인 단자(DRNx)를 보유하고 있으며, 각 드레인 단자로 공급되는 전류 및 전압을 검출하여 신호의 안정성 여부를 판단하는 드레인 피드백 모니터(DRAIN FEEDBACK MONITOR) 블록을 포함하고, 상기 드레인 피드맥 모니터 블록의 출력단자는 'STAB' 단자로 정의되고 있다. 상기 STAB 단자는 신호의 안정성 즉, 스위칭 소자(MOSFET)의 드레인 전압 검출을 기반으로 공급 신호가 안정적인지를 판단하는 단자로서, 상황에 따라 하이레벨 또는 로우레벨의 신호를 출력한다.
상기 제어소자의 타측에는 SPI 통신 블록을 포함하고 있으며, SPI 통신블록의 출력부에는 GATE SELECT, FLAG MASK, DISABLE MODE, REFRESH 설정을 위한 모듈이 구비되며, 상기 SPI 통신 블록의 하부에는 신호 오류를 검출하는 FAULT LOGIC & REFRESH TIMER 모듈이 구비된다. 상기 FAULT LOGIC & REFRESH TIMER 모듈의 출력단에는 'FLTB' 단자로 정의되며, 드레인(DRNx)이 단락오류 즉, SCB 또는 SCG, OL 상태일 때 로우 레벨의 신호를 출력한다.
본 발명에서는 전술된 STAB 단자, FLTB 단자, SPI 통신블록 및 FLAG MASK 모듈을 이용하여 단락오류(SCB, SCG, OL) 상태를 하드웨어적으로 검출하게 되며, 이를 위해 차량의 전자제어장치(ECU)는 상기 제어소자(NCV7513)의 각 단자와 접속되는 구조를 갖는다.
도 3은 본 발명에 따른 단락오류 검출을 위한 하드웨어 구조를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 부하(LOAD)로 공급되는 전원의 레벨을 감시하고, 전원 레벨의 변화에 따른 하드웨어적 시그널을 출력하는 제어소자와, 상기 제어소자의 출력 신호에 따라 SCB 단락오류를 포함하여, SCG, OL 단락오류 상태를 판단하고, 판단결과에 따라 상기 스위칭 소자의 동작을 정지시키는 전자제어장치(ECU)로 구성된다.
여기서, 상기 부하(LOAD)는 인젝터 구동을 위한 솔레노이드이며, 상기 스위칭 소자는 솔레노이드로 전원을 스위칭하기 위한 MOSFET 소자이다. 상기 전자제어장치(ECU)는 제어소자의 하드웨어적 시그널을 기반으로 스위칭 소자의 구동 제어를 수행함으로써, 단락오류 상태에서 스위칭 소자를 빠르게 보호할 수 있게 된다.
상기 제어소자는 부하(LOAD)로 전원 공급을 스위칭하기 위한 스위칭 소자(MOSFET)의 게이트를 제어하기 위한 게이트 단자(GATx)와, 상기 스위칭 소자의 드레인측과 부하(LOAD) 사이에서 단락오류 상태를 감지하기 위한 드레인 단자(DRNx)와, 상기 드레인측의 전압이 기준치(VOL) 이하로 저하될 때 불안전상태의 STAB 신호를 출력하고, 상기 드레인측 전압이 기준치(VOL) 이하로 저하된 후 정상 전압으로 복귀할 때 오류비트(FLTB) 신호를 출력하기 위한 구성을 갖는다.
상기 제어소자는 전술한 바와 같이 'NCV7513' 소자를 지칭하고 있으나, 상기 제어소자의 기능에 부합하는 임의의 소자가 적용될 수 있음은 당연할 것이다.
따라서, 상기 제어소자의 하드웨어적 신호에 기반하여 상기 전자제어장치(ECU)에서 인지되는 단락오류는 SCB를 포함하여, SCG, OL 상태를 판단하며, 판단결과에 따라 상기 스위칭 소자의 동작을 정지시키기 위한 제어 알고리즘을 갖는다.
도 3의 구성에서 인지되는 바와 같이, 상기 부하(LOAD)로 전원을 공급 제어하기 위한 스위칭 소자(MOSFET)는 제어소자의 GATx 단자에 의해 스위칭되며, 스위칭 소자의 스위칭 동작이 이루어질 때, 상기 부하(LOAD)와 스위칭 소자 사이에 접속되는 DRNx 단자는 상기 스위칭 소자의 스위칭 신호와 반전된 신호가 검출된다.
이는 도 4에 첨부된 그래프에서 확인할 수 있는데, 도시된 ⓐ 지점과 같이 GATx 단자가 로우 레벨에서 하이 레벨로 전환될 때 즉, 스위칭 소자가 스위칭될 때 상기 DRNx 단자의 출력은 VLOAD 레벨에서 로우 레벨로 전환된다. 그리고, DRNx 단자의 로우 레벨 전환 과정에서, DRNx의 전위가 설정된 VOL 전압보다 낮을 경우 상기 제어소자는 STAB 신호를 로우 레벨로 출력한다.
동일한 절차에 따라, 도시된 ⓑ의 지점과 같이 GATx 단자가 하이 레벨에서 로우 레벨로 전환될 때, 상기 DRNx 단자의 출력신호는 로우 레벨에서 하이 레벨로 전환되고, 상기 STAB 신호 또한 로우 레벨에서 하이 레벨로 전환한다. 여기서, 상기 STAB 신호의 전환은 DRNx 신호의 레벨이 설정된 VOL 신호의 전위보다 크게 검출되는 시점에서 STAB 신호의 전환이 이루어진다.
도시된 ⓑ의 구간은 오류가 발생할 때 출력되는 시그널을 나타내는 것으로, 상기 전자제어장치(ECU)는 해당 구간에서 SCB, SCG 및 OL 상태를 인지한다. 전자제어장치(ECU)는 상기한 단락오류의 검출 시 스위칭 소자로 공급하는 제어신호를 차단하여 부하 즉, 인젝터 솔레노이드로 인가되는 전원이 차단되도록 제어하는 것이다.
상기 전자제어장치(ECU)가 SCB 진단을 하기 위해서는 먼저, INx를 온 상태로 전환한다. 이는 제어소자의 출력신호를 입력받기 위한 것으로 단락오류 검출을 위한 초기 동작이다. 전자제어장치(ECU)에 의해 INx가 스위칭 온(하이 레벨) 된 후에 상기 GATx도 switch ON 상태로 전환된다.
즉, 상기 DRNx의 전압은 떨어지게 되어 로우 레벨 상태를 유지한다. 이후, 상기한 ⓐ 지점에서와 같이 DRNx 전압이 VOL밑으로 떨어지면 STAB의 신호는 로우 레벨로 전환된다. 그리고, INx가 스위칭 온 상태로 전환된 후에 안정적인 DRNx 전압을 피드백 받기 위해, 상기 전자제어장치(ECU)는 도시된 tBL후에 DRNx 전압을 tFF(filter time)동안 읽은 후에 FLTREF(fault threshold voltage) 값과 비교하게 된다.
이때 DRNx가 SCB상태라면 DRNx의 전압은 VLOAD로 올라가게 되고 FLTB의 레벨은 로우 레벨로 전환되며, STAB의 레벨은 하이 레벨로 전환된다. 이는 전술된 ⓑ의 구간을 나타내며, SCB 상태에서 출력되는 신호 레벨이다.
반면, 상기 제어소자가 SCB 상태가 아닌, SCG 또는 OL 상태의 단락오류를 감지할 경우에는 FLTB의 레벨은 로우 레벨로 전환되고, STAB 신호는 로우 레벨로 전환된다. 여기서, 상기 STAB 레벨의 전환은 상기 DRNx가 VOL보다 작기 때문에 STAB는 LOW상태가 되기 때문이다. 따라서 상기 전자제어장치(ECU)는 단락오류가 발생할 경우, 그리고 상기 STAB가 하이 레벨을 유지한 경우에 SCB 상태로 판단하는 것이다. 또한 단락오류가 발생할 경우, 그리고 상기 FLTB 레벨이 로우 레벨이고, STAB 신호가 로우 레벨일 경우 이는 SCG 또는 OL 상태임으로 판단하는 것이다.
결국, 본 발명에서는 제어소자(NCV7517)에서 제공하는 피드백 신호(FLTB, STAB)를 이용함으로써, SCB 판단을 하드웨어적으로 처리할 수 있어 단락오류에 대한 진단을 빠르게 수행하는 것이다. 더욱이, 피드백 신호의 결과에 따라 SCB 진단 이외에 SCG, OL 등의 단락오류를 검출할 수 있어 시스템의 안정성을 확보할 수 있게 된다.
ECU : 전자제어장치 MOSFET : 스위칭 소자
SCB : Short Circuit to Battery SCG : Short Circuit to Ground
OL : Open Load

Claims (5)

  1. 단락 오류 검출 회로로서,
    부하(LOAD)로 공급되는 전원의 레벨을 감시하고, 전원 레벨의 변화에 따른 하드웨어적 시그널을 출력하는 제어소자; 및
    상기 제어소자의 출력 신호에 따라 SCB 단락오류를 포함하여, SCG, OL 단락오류 상태를 판단하고, 판단결과에 따라 스위칭 소자의 동작을 정지시키는 전자제어장치(ECU)로 이루어지고,
    상기 제어소자는,
    부하(LOAD)로 전원 공급을 스위칭하기 위한 스위칭 소자(MOSFET)의 게이트를 제어하기 위한 게이트 단자(GATx)와, 상기 스위칭 소자의 드레인측과 부하(LOAD) 사이에서 단락오류 상태를 감지하기 위한 드레인 단자(DRNx)와, 상기 드레인측의 전압이 기준치(VOL) 이하로 저하될 때 불안전상태의 STAB 신호를 출력하고, 상기 드레인측 전압이 기준치(VOL) 이하로 저하된 후 정상 전압으로 복귀할 때 오류비트(FLTB) 신호를 출력하기 위한 구성을 포함하며,
    상기 전자제어장치(ECU)는,
    상기 오류비트(FLTB) 신호로부터 단락오류를 인지한 후, 상기 STAB 신호가 하이 레벨을 유지한 경우에 SCB 상태로 판단하고;
    상기 오류비트(FLTB) 신호의 레벨이 로우 레벨이고, 상기 STAB 신호가 로우 레벨일 경우 SCG 또는 OL 상태임으로 판단하는 것을 특징으로 하는 단락 오류 검출 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부하(LOAD)는 인젝터 구동을 위한 솔레노이드이며;
    상기 스위칭 소자는 솔레노이드로 전원을 스위칭하기 위한 MOSFET 소자인 것을 특징으로 하는 단락 오류 검출 회로.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어소자는 NCV7513 소자인 것을 특징으로 하는 단락 오류 검출 회로.
  5. 삭제
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