KR102029028B1

KR102029028B1 - 직류 모터 컨트롤러

Info

Publication number: KR102029028B1
Application number: KR1020170081341A
Authority: KR
Inventors: 안선학
Original assignee: 주식회사 디엠씨에스
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2019-10-07
Also published as: KR20190001405A

Abstract

본 발명은 직류 모터 컨트롤러에 관한 것으로, FET 소자 4개를 브릿지 형태로 모터 구동부를 구성하여 종래 마그네트 콘택터가 불필요하게 되고, 전, 후진 부하 저항에 흐르는 전류로 언덕인지 여부를 감지하여 언덕에 올라갈 때 뒤로 밀리지 않게 바로 제어 가능하며, 페달의 악셀값에 맞추어 PWM의 평균값을 조절하여 속도 유지 등이 가능하게 한 효과가 있다.

Description

직류 모터 컨트롤러{DC MOTOR CONTROLLER}

본 발명은 모터용 컨트롤러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전동 휠체어 등 전기차의 구동에 사용되는 직류 모터 컨트롤러에 관한 것이다.

전동 휠체어, 전기 스쿠터, 농용/산업용 전동 운반차, 전동 범퍼카, 무인 운반차는 물론 전기로 구동되는 일체의 전기차 등(이하, 전기차라 함)에는 직류 모터 컨트롤러가 사용된다.

종래 직류 모터 컨트롤러에는 전/후진을 위해 마그네트 콘택터가 사용되어 제조 원가가 높아지는 문제점이 있고, 언덕에 올라갈 때 바로 제어하기 어려워 뒤로 밀리는 문제점 등이 있어 왔다.

본 출원인은 한국등록특허 제10-0325254호(전기차 구동모터 제어시스템) 및 제10-1487886호(교류 모터 구동방식의 지게차 제어 장치)를 개발하여 상용화한 것에 힘입어, 상기 종래 직류 모터 컨트롤러의 문제점을 개선하고자 본 발명을 개발하기에 이르렀다.

본 발명은 상기 종래 직류 모터 컨트롤러의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 풀-브릿지 방식으로 모터를 구동함으로써 마그네트 콘택터가 불필요하게 되고, 언덕에 올라갈 때 뒤로 밀리지 않게 바로 제어 가능한 직류 모터 컨트롤러를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 직류 모터 컨트롤러는 중앙처리부, 전원공급부 및 모터 구동부를 포함하는 직류 모터의 컨트롤러에 있어서, 상기 모터 구동부는 상기 직류 모터를 사이에 두고 4개의 FET 소자가 브릿지 형태로 전기적으로 연결되고, 상기 4개의 FET 소자는 전원 공급단과 접지 사이에 상기 전원 공급단부터 전진 Top상 FET 소자, 후진 Low상 FET 소자 및 후진 부하 저항이 순차로 연결되고, 상기 전원 공급단과 접지 사이에 별도로 상기 전원 공급단부터 후진 Top상 FET 소자, 전진 Low상 FET 소자 및 전진 부하 저항이 순차로 연결되고, 상기 직류 모터는 상기 전진 Top상 FET 소자와 상기 후진 Low상 FET 소자 사이의 제 1 접점과 상기 후진 Top상 FET 소자와 상기 전진 Low상 FET 소자 사이의 제 2 접점에 각각 +극과 -극이 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 중앙처리부는 상기 전원공급부로 구동되는 디지털 신호 제어부와 상기 4개의 FET 소자의 각 게이트에 제어신호를 보내기 위한 구동파형 발생부를 포함하여 구성되고, 상기 구동파형 발생부의 제 1 출력단과 상기 전진 Top상 FET 소자의 게이트 사이에는 제 1 저항이 연결되고, 상기 구동파형 발생부의 제 2 출력단과 상기 제 1 접점 사이의 연결선을 공통 접지선으로 하여 상기 제 1 저항의 양단에 제 1 제너 다이오드와 제 2 저항이 병렬로 연결되고, 상기 구동파형 발생부의 제 3 출력단과 상기 후진 Low상 FET 소자의 게이트 사이에는 제 3 저항이 연결되고, 상기 제 3 저항의 양단과 접지 사이에 제 2 제너 다이오드와 제 4 저항이 병렬로 연결되고, 상기 구동파형 발생부의 제 4 출력단과 상기 후진 Top상 FET 소자의 게이트 사이에는 제 5 저항이 연결되고, 상기 구동파형 발생부의 제 5 출력단과 상기 제 2 접점 사이의 연결선을 공통 접지선으로 하여 상기 제 5 저항의 양단에 제 3 제너 다이오드와 제 6 저항이 병렬로 연결되고, 상기 구동파형 발생부의 제 6 출력단과 상기 전진 Low상 FET 소자의 게이트 사이에는 제 7 저항이 연결되고, 상기 제 7 저항의 양단과 접지 사이에 제 4 제너 다이오드와 제 8 저항이 병렬로 연결되고, 상기 제 1 접점과 상기 +극의 연결선과 접지 사이에 제 1 커패시터, 상기 제 2 접점과 상기 -극의 연결선과 접지 사이에 제 2 커패시터가 각각 연결된 것을 본 발명에 의한 직류 모터 컨트롤러의 다른 특징으로 한다.

상기 중앙처리부는 상기 전원공급부로 구동되는 ACCEL 입력 검출부를 더 포함하고, 상기 디지털 신호 제어부는 전진 또는 후진 주행시 상기 ACCEL 입력 검출부로 검출되는 악셀값을 상기 구동파형 발생부에서 발생하는 PWM 제어신호 펄스의 평균값과 비교하여, PWM의 평균값이 악셀값보다 작으면 PWM의 펄스 폭을 증가시키고, PWM의 평균값이 악셀값보다 크면 PWM의 펄스 폭을 감소시켜, PWM의 평균값이 악셀값과 같게 제어하는 것을 본 발명에 의한 직류 모터 컨트롤러의 다른 특징으로 한다.

상기 중앙처리부는 상기 전원공급부로 구동되는 배터리 잔량 검출부를 더 포함하고, 상기 디지털 신호 제어부는 전기차의 키가 온(on) 되어 시스템을 초기화하는 단계를 거친 다음, 상기 ACCEL 입력 검출부로부터 악셀의 전압신호를 받아 악셀이 온(on)이 되었는지 여부를 판단하여 악셀이 온(on)이 되었으면 전단계로 돌아가 출발하지 않고, 온(on)이 되지 않았을 경우에는 충전기 연결 상태를 확인하고, 충전기가 연결되지 않은 상태에는 상기 배터리 잔량 검출부를 통해 배터리 잔량이 허용 범위 내에 있는지 여부를 판단하여 허용 범위 내에 있을 때에만 다음 단계를 진행하도록 제어하는 것을 본 발명에 의한 직류 모터 컨트롤러의 다른 특징으로 한다.

상기 중앙처리부는 상기 전원공급부로 구동되는 조작 스위치 입력부, 에러표시부, EMB 구동부 및 저장부를 더 포함하고, 상기 디지털 신호 제어부는 상기 조작 스위치 입력부로부터 브레이크 스위치가 온(on)이 되었는지 여부를 판단하여 브레이크 스위치가 오프(off) 되었을 때 전진 또는 후진 스위치가 온(on)이 되었는지 여부를 판단하고, 상기 조작 스위치 입력부로부터 전진 스위치가 온(on)이 되어 전진 주행 중에 상기 ACCEL 입력 검출부에서 검출되는 악셀값으로 PWM의 평균값과 비교하여 속도를 유지하고, 상기 전진 주행 중에 에러 검출시 상기 에러표시부에 표시하고, 상기 저장부에 에러 이력을 저장하고, 상기 구동파형 발생부로부터 PWM의 평균값을 감소시켜 0이 될 때 상기 EMB 구동부를 통해 EMB를 오프(off)시켜 상기 직류 모터의 구동을 멈춘 다음, 상기 에러가 허용 가능한 중립 에러인지 판단하고 허용가능한 에러이면 상기 조작 스위치 입력부로부터 주행 조건인지 판단하고, 주행 조건이라면 상기 배터리 잔량 검출부를 통해 배터리 잔량이 허용 범위 내에 있을 때 진행하는 단계로 되돌아 가도록 제어하는 것을 본 발명에 의한 직류 모터 컨트롤러의 다른 특징으로 한다.

상기 중앙처리부는 상기 직류 모터의 전류를 감지하는 모터 전류 검출부를 포함하고, 상기 모터 전류 검출부는 제 1, 2 연산증폭기를 포함하고, 상기 후진 부하 저항과 접지 사이에 제 3 커패시터, 상기 전진 부하 저항과 접지 사이에 제 4 커패시터가 각각 연결되고, 상기 후진 부하 저항과 상기 제 3 커패시터 사이에 연결되어 상기 제 1 연산증폭기의 비 반전단자에 연결되고, 상기 제 1 연산증폭기의 비 반전단자와 접지 사이에는 제 9 저항이, 상기 제 1 연산증폭기의 반전단자와 접지 사이에는 제 10 저항이 각각 연결되고, 상기 제 1 연산증폭기의 출력단과 반전단자 사이에는 제 11 저항과 제 5 커패시터가 병렬로 연결되고, 상기 전진 부하 저항과 상기 제 4 커패시터 사이에 연결되어 상기 제 2 연산증폭기의 비 반전단자에 연결되고, 상기 제 2 연산증폭기의 비 반전단자와 접지 사이에는 제 12 저항이, 상기 제 2 연산증폭기의 반전단자와 접지 사이에는 제 13 저항이 각각 연결되고, 상기 제 2 연산증폭기의 출력단과 반전단자 사이에는 제 14 저항과 제 6 커패시터가 병렬로 연결된 것을 본 발명에 의한 직류 모터 컨트롤러의 다른 특징으로 한다.

상기 중앙처리부는 상기 제 1 연산증폭기의 출력단의 출력값을 상기 후진 부하 저항에 흐르는 전류로, 상기 제 2 연산증폭기의 출력단의 출력값을 상기 전진 부하 저항에 흐르는 전류로 각각 감지하여 상기 모터 구동부를 제어하는 것을 본 발명에 의한 직류 모터 컨트롤러의 다른 특징으로 한다.

본 발명에 의한 직류 모터 컨트롤러는 FET 소자 4개를 브릿지 형태로 모터 구동부를 구성하여 종래 마그네트 콘택터가 불필요하게 되고, 전, 후진 부하 저항에 흐르는 전류로 언덕인지 여부를 감지하여 언덕에 올라갈 때 뒤로 밀리지 않게 바로 제어 가능하며, 페달의 악셀값에 맞추어 PWM의 평균값을 조절하여 속도 유지 등이 가능하게 한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 직류 모터 컨트롤러의 구성 블럭도이다.
도 2는 도 1의 모터 구동부의 일 실시 예에 따른 회로 구성도이다.
도 3은 도 1의 구동파형 발생부, 모터 구동부 및 모터 전류 검출부의 일 실시 예에 따른 회로 구성도이다.
도 4는 도 1의 디지털 신호 제어부의 제어로 구동파형 발생부에서 발생되는 PWM의 펄스 파형을 보여주는 신호 흐름도이다.
도 5 내지 도 8은 도 1의 디지털 신호 제어부의 일 실시 예에 따른 제어 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 직류 모터 컨트롤러는, 도 1과 같이, 중앙처리부(100), 전원공급부(200) 및 모터 구동부(400)를 포함하여 직류 모터(DC MOTOR: M)를 동작시키는 컨트롤러로서, 상기 모터 구동부(400)는, 도 2와 같이, 상기 직류 모터(M)를 사이에 두고 4개의 FET 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)가 브릿지 형태로 전기적으로 연결되고, 상기 4개의 FET 소자는 배터리의 +단자에 연결되는 전원 공급단(B+)과 접지 사이에 상기 전원 공급단(B+)부터 전진 Top상 FET 소자(Q1), 후진 Low상 FET 소자(Q3) 및 후진 부하 저항(Rb)이 순차로 연결되고, 상기 전원 공급단(B+)과 접지 사이에 별도로 상기 전원 공급단(B+)부터 후진 Top상 FET 소자(Q2), 전진 Low상 FET 소자(Q4) 및 전진 부하 저항(Rf)이 순차로 연결되고, 상기 직류 모터(M)는 상기 전진 Top상 FET 소자(Q1)와 상기 후진 Low상 FET 소자(Q3) 사이의 제 1 접점(n1)과 상기 후진 Top상 FET 소자(Q2)와 상기 전진 Low상 FET 소자(Q4) 사이의 제 2 접점(n2)에 각각 +극과 -극이 연결된다.

여기서, 상기 4개의 FET 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)는 채널이 모두 p형(p-type) 또는 n형과 p형이 혼합될 수도 있으나, 모두 n형으로 구성하고, 각 게이트에 인가되는 제어신호(s1, s2, s3, s4) 중 직류 모터(M)를 기준으로 할 때 사선 방향으로 서로 반대편에 위치한 FET 소자의 게이트에는 서로 같은 제어신호, 즉 s1=s4, s2=s3로 인가하고, 이 두 제어신호는, 도 4(b)와 도 4(c)와 같이, 서로 반대 위상을 가진 것을 인가하여 동작함이 바람직하다.

예컨대, 상기 모터 구동부(400)가 도 2의 실시 예와 같이 구성되고, 전진 Top상 FET 소자(Q1)와 전진 Low상 FET 소자(Q4)의 각 게이트에 인가되는 제어신호 s1과 s4는 도 4(b)와 같은 파형이 인가되고, 후진 Top상 FET 소자(Q2)와 후진 Low상 FET 소자(Q3)의 각 게이트에 인가되는 제어신호 s2와 s3는 도 4(c)와 같은 파형이 인가될 수 있다.

이 경우, 전진 Top상 FET 소자(Q1)와 전진 Low상 FET 소자(Q4)는 동시에 턴온(turn on)되고, 이때 도 2의 일점 쇄선을 따라 직류 모터(M)를 거쳐 전진 부하 저항(Rf)에 전류(If)가 흐르며, 직류 모터(M)는 시계방향으로 회전 구동력을 얻게 된다.

한편, 후진 Top상 FET 소자(Q2)와 후진 Low상 FET 소자(Q3)도, 상기 전진 Top상 FET 소자(Q1)와 전진 Low상 FET 소자(Q4)가 턴오프(turn off)될 때, 동시에 턴온(turn on)되므로, 이 경우엔 도 2의 점선을 따라 직류 모터(M)를 거쳐 후진 부하 저항(Rb)에 전류(Ib)가 흐르며, 직류 모터(M)는 반 시계방향으로 회전 구동력을 얻게 된다.

따라서, 상기 실시 예에 의하여 직류 모터(M)를 통해 전진 부하 저항(Rf)에 흐르는 전류(If)와 후진 부하 저항(Rb)에 흐르는 전류(Ib)를 중앙처리부(100)에서 감지함으로써, 언덕인지 여부를 판단하고, 이를 기초로 상기 모터 구동부(400)를 제어할 수 있게 된다.

예를 들어, 중앙처리부(100)에서 전진 부하 저항(Rf)에 흐르는 전류(If)와 후진 부하 저항(Rb)에 흐르는 전류(Ib)를 비교하여, 양자의 차이가 미리 설정된 값보다 클 경우 언덕으로 판단할 수 있다. 언덕으로 인식하는 전류는 10~90A로 설정할 수 있다고 하고, 사용자가 10A(최저 허용범위)로 설정할 경우엔 언덕 올라갈 때 10A 초과 되는 값에서 후진으로 밀리는 것을 감지할 경우, 중앙처리부(100)에서 도 4(a)의 펄스 폭인 Duty Cycle을 96% 쪽으로 PMW(Pulse Width Modulation)의 평균값(Average Voltage)을 올려 밀리는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 중앙처리부(100)에서 전진 부하 저항(Rf)에 흐르는 전류(If)와 후진 부하 저항(Rb)에 흐르는 전류(Ib)를 감지하기 위한 회로 구성은 다양할 수 있으나, 도 3의 점선 부분과 같이 제 1, 2 연산증폭기(OP1, OP2)를 포함한 모터 전류 검출부(34)로 구성할 수 있다.

이를 위해, 상기 후진 부하 저항(Rb)과 접지 사이에 제 3 커패시터(C3), 상기 전진 부하 저항(Rf)과 접지 사이에 제 4 커패시터(C4)가 각각 연결되고, 상기 후진 부하 저항(Rb)과 상기 제 3 커패시터(C3) 사이에 연결되어 상기 제 1 연산증폭기(OP1)의 비 반전단자(+)에 연결되고, 상기 제 1 연산증폭기(OP1)의 비 반전단자(+)와 접지 사이에는 제 9 저항(R9)이, 상기 제 1 연산증폭기(OP1)의 반전단자(-)와 접지 사이에는 제 10 저항(R10)이 각각 연결되고, 상기 제 1 연산증폭기(OP1)의 출력단(560)과 반전단자(-) 사이에는 제 11 저항(R11)과 제 5 커패시터(C5)가 병렬로 연결될 수 있다.

한편, 상기 전진 부하 저항(Rf)과 상기 제 4 커패시터(C4) 사이에 연결되어 상기 제 2 연산증폭기(OP2)의 비 반전단자(+)에 연결되고, 상기 제 2 연산증폭기(OP2)의 비 반전단자(+)와 접지 사이에는 제 12 저항(R12)이, 상기 제 2 연산증폭기(OP2)의 반전단자(-)와 접지 사이에는 제 13 저항(R13)이 각각 연결되고, 상기 제 2 연산증폭기(OP2)의 출력단(550)과 반전단자(-) 사이에는 제 14 저항(R14)과 제 6 커패시터(C6)가 병렬로 연결될 수 있다.

상기 직류 모터(M)의 전류를 감지하기 위한 모터 전류 검출부(34)를, 도 3의 점선 부분과 상술한 바와 같이 구성할 경우, 상기 중앙처리부(100)는 상기 제 1 연산증폭기(OP1)의 출력단(560)의 출력값을 상기 후진 부하 저항(Rb)에 흐르는 전류(Ib)로, 상기 제 2 연산증폭기(OP2)의 출력단(550)의 출력값을 상기 전진 부하 저항(Rf)에 흐르는 전류(If)로 각각 감지하여 상기 모터 구동부(400)를 제어할 수 있게 된다.

상기 중앙처리부(100)는, 도 1 및 도 2와 같이, 상기 전원공급부(200)로 구동되는 디지털 신호 제어부(20)와 상기 4개의 FET 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)의 각 게이트에 제어신호(s1, s2, s3, s4)를 보내기 위한 구동파형 발생부(32)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 모터 구동부(400)는 도 3을 참조하여 아래와 같이 구성될 수 있다.

상기 구동파형 발생부(32)의 제 1 출력단(1)과 상기 전진 Top상 FET 소자(Q1)의 게이트 사이에는 제 1 저항(R1)이 연결되고, 상기 구동파형 발생부(32)의 제 2 출력단(2)과 상기 제 1 접점(n1) 사이의 연결선을 공통 접지선으로 하여 상기 제 1 저항(R1)의 양단에 제 1 제너 다이오드(D1)와 제 2 저항(R2)이 병렬로 연결될 수 있다.

상기 구동파형 발생부(32)의 제 3 출력단(3)과 상기 후진 Low상 FET 소자(Q3)의 게이트 사이에는 제 3 저항(R3)이 연결되고, 상기 제 3 저항(R3)의 양단과 접지 사이에 제 2 제너 다이오드(D2)와 제 4 저항(R4)이 병렬로 연결될 수 있다.

상기 구동파형 발생부(32)의 제 4 출력단(4)과 상기 후진 Top상 FET 소자(Q2)의 게이트 사이에는 제 5 저항(R5)이 연결되고, 상기 구동파형 발생부(32)의 제 5 출력단(5)과 상기 제 2 접점(n2) 사이의 연결선을 공통 접지선으로 하여 상기 제 5 저항(R5)의 양단에 제 3 제너 다이오드(D3)와 제 6 저항(R6)이 병렬로 연결될 수 있다.

상기 구동파형 발생부(32)의 제 6 출력단(6)과 상기 전진 Low상 FET 소자(G4)의 게이트 사이에는 제 7 저항(R7)이 연결되고, 상기 제 7 저항(R7)의 양단과 접지 사이에 제 4 제너 다이오드(D4)와 제 8 저항(R8)이 병렬로 연결될 수 있다.

또한, 상기 제 1 접점(n1)과 상기 직류 모터(M)의 +극의 연결선과 접지 사이에 제 1 커패시터(C1), 상기 제 2 접점(n2)과 상기 직류 모터(M)의 -극의 연결선과 접지 사이에 제 2 커패시터(C2)가 각각 연결될 수 있다.

도 3에서 직류 모터(M)를 중심으로 대칭적 위치에 있는 소자들은 서로 같은 전기적 특성을 가진 소자로 구성할 수 있다. 예를 들어, R1=R5, R2=R6, D1=D3, C1=C2 등이다. 제 1 연산증폭기(OP1)와 제 2 연산증폭기(OP2)에 연결된 소자들도 서로 대응되는 위치에서 같은 전기적 특성을 가진 것일 수 있다. 즉, C3=C4, R9=R12, R10=R13, C5=C6 일 수 있다.

그리고, 도 3에서 BB+는 전진 Top상 FET 소자(Q1)와 후진 Top상 FET 소자(Q2)의 각 드레인에 공급되는 직류 모터(M)의 전원 공급단, 즉 배터리 +극을 말하고, +12 ~ +48V일 수 있다. 도면부호 510은 전진 측 단자(시계방향 구동)를, 520은 후진 측 단자(반 시계방향 구동)를 각각 나타내고, 530은 전진 부하 저항(Rf)에 흐르는 전류(If)를 확인하는 단자를, 540은 후진 부하 저항(Rb)에 흐르는 전류(Ib)를 확인하는 단자를 각각 나타낸다. 또한, 도 3은 모터 구동부(400)에서 모터 전류 검출부(34)로 적절한 전류 검출을 위해, 후진 Low상 FET 소자(Q3)과 전진 Low상 FET 소자(Q4)의 각 소스와 접지 사이에 각각 소정의 부하 저항(Rb1, Rb2, Rf1, Rf2)이 병렬로 더 연결될 수 있음을 보여준다.

도 4는 도 1의 디지털 신호 제어부(20)의 제어로 구동파형 발생부(32)에서 발생되는 PWM의 펄스 파형을 보여주는 신호 흐름도이다.

도 4(a)는 PWM의 펄스 폭인 Duty Cycle을 0에서 거의 100%에 가까운 96%까지 올리는 모습을 도시한 것이고, 도 4(b)는 도 4(a)에서 75% Duty Cycle로 인가될 경우이고, 도 4(c)는 도 4(b)의 역 상으로 25% Duty Cycle로 신호가 인가될 경우를 보여준다.

상기 디지털 신호 제어부(20)는 구동파형 발생부(32)에서 발생되는 PWM 제어신호 펄스 폭을 증가시키거나 감소시켜 직류 모터(M)에 인가되는 구동력(power)을 조절할 수 있게 된다.

이하, 도 5 내지 도 8을 참조하며, 상기 디지털 신호 제어부(20)로 직류 모터(M)를 제어하는 구체적인 실시 예들에 대하여 설명한다.

일 실시 예로, 상기 중앙처리부(100)는, 도 1과 같이, 상기 전원공급부(200)로 구동되는 ACCEL 입력 검출부(13)를 더 포함하고, 도 6 및 도 7에 공통으로 도시된 바와 같이, 상기 디지털 신호 제어부(20)는 전진 또는 후진 주행시 상기 ACCEL 입력 검출부(13)로 검출되는 악셀값을 상기 구동파형 발생부(32)에서 발생하는 PWM 제어신호 펄스의 평균값과 비교하여(S220, S222 참조), PWM의 평균값(예컨대, 도 4(a)의 75% Duty Cycle의 Average Voltage)이 악셀값보다 작으면 PWM의 펄스 폭을 증가시키고(도 4(a)의 96% Duty Cycle 쪽으로, S223, S227 참조), PWM의 평균값(75% Duty Cycle의 Average Voltage)이 악셀값보다 크면 PWM의 펄스 폭을 감소시켜(25% Duty Cycle 쪽으로, S221, S225 참조), PWM의 평균값이 악셀값과 같게 제어할 수 있다.

여기서, 상기 악셀값은 악셀 페달(Accel Pedal)을 밟았을 때 선택되는 악셀 전압으로, 0 ~ +5V 범위 내에서 선택되도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 ACCEL 입력 검출부(13)는 악셀 페달의 동작을 감지하여 상기 악셀 전압 범위 내에서 악셀값을 읽게 된다.

다른 실시 예로, 상기 중앙처리부(100)는, 도 1과 같이, 상기 전원공급부(200)로 구동되는 배터리 잔량 검출부(12)를 더 포함하고, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 디지털 신호 제어부(20)는 전기차의 키(Key)가 온(on) 되어(S100) 시스템을 초기화하는 단계(S110)를 거친 다음, 상기 ACCEL 입력 검출부(13)로부터 악셀의 전압신호(악셀값)를 받아 악셀이 온(on)이 되었는지 여부를 판단하여(S120) 악셀이 온(on)이 되었으면 전단계로 돌아가 출발하지 않고, 온(on)이 되지 않았을 경우에는 충전기 연결 상태를 확인하고(S130), 충전기가 연결되지 않은 상태에는 상기 배터리 잔량 검출부(12)를 통해 배터리 잔량이 허용 범위(예컨대, 16 ~ 32V) 내에 있는지 여부를 판단하여(S140) 허용 범위 내에 있을 때에만 다음 단계를 진행하도록 제어하고, 상기 허용 범위에 있지 않을 경우에는 다음 단계 진행 없이 동작을 멈추게 할 수 있다(STOP).

상기 허용 범위에 있을 경우에는 주행동작 제어 단계(S140 후속 단계)로 진행하게 된다. 이를 위해, 상기 중앙처리부(100)는, 도 1과 같이, 상기 전원공급부(200)로 구동되는 조작 스위치 입력부(11), 에러표시부(31), EMB 구동부(33) 및 저장부(35)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 디지털 신호 제어부(20)는, 상기 주행동작 제어 단계로, 도 5와 같이,상기 조작 스위치 입력부(11)로부터 브레이크 스위치가 온(on)이 되었는지 여부를 판단하여(S160) 브레이크 스위치가 오프(off) 되었을 때 전진 또는 후진 스위치가 온(on)이 되었는지 여부를 판단한다(S170, S180).

이후, 전진 스위치가 온(on) 되었는지(도 6 참조), 후진 스위치가 온(on) 되었는지(도 7 참조)에 따라 나누어 제어되나, 서로 같은 방식으로 제어할 수 있으므로, 이하에서는 전진 스위치가 온(on) 되었을 경우에 대해서만 설명한다.

상기 조작 스위치 입력부(11)로부터 전진 스위치가 온(on)이 되어 전진 주행 중에(S210) 상기 ACCEL 입력 검출부(13)에서 검출되는 악셀값으로 PWM의 평균값과 비교하여(S220) 속도를 유지한다(S230). PWM의 평균값과 비교하여(S220) PWM 증가(평균값의 증가)하거나(S221) PWM 감소(평균값의 감소)하는(S223) 제어에 대해서는 상술한 바와 같다.

상기 전진 주행 중에 에러 검출시(S240) 상기 에러표시부(31)에 표시하고, 도 8과 같이, 상기 저장부(35)에 에러 이력을 저장하고(S310), 상기 구동파형 발생부(32)로부터 PWM의 평균값을 감소시켜(S320) 0이 될 때(S330), 상기 EMB 구동부(33)를 통해 EMB(Electro-Magnetic Brake)를 오프(off)시켜(S340) 상기 직류 모터(M)의 구동을 멈춘 다음, 상기 에러가 허용 가능한 중립 에러인지 판단하고(S350), 허용가능한 에러이면 상기 조작 스위치 입력부(11)로부터 주행 조건인지 판단하고(S360), 주행 조건이라면 상기 배터리 잔량 검출부(12)를 통해 배터리 잔량이 허용 범위 내에 있을 때 진행하는 단계, 즉 상기 주행동작 제어 단계로 되돌아 가고, 허용 불가능한 에러라면 시스템을 오프시켜 주행을 완전히 멈추도록 제어할 수 있다. 상기 중립 에러인지 여부는 사용자가 미리 발생 될 에러를 분류하여 상기 저장부(35)에 저장해 두었다가 이를 활용하게 한다.

도 5 내지 도 7에 미설명된 제어, 즉 방열판의 온도 체크(S150) 및 EMB 정상 여부 체크(S200)를 위해, 상기 중앙처리부(100)는, 도 1과 같이, EMB 검출부(14)와 온도 검출부(15)를 더 구비할 수 있다. 여기서, 상기 방열판은 직류 모터(M)를 구동하는 4개의 FET 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)의 동작 열을 식히기 위한 것이다.

그리고, 도 1의 실시 예와 같이, 상기 중앙처리부(100)에는 상기 디지털 신호 제어부(20)의 유/무선 통신을 위해 통신부(16)가 더 구비되고, 전원공급부(200)와 모터 구동부(400) 사이에는 직류 모터(M)를 구동하기 위한 배터리로 보조 전원 공급부(300)를 더 둘 수 있다.

11: 조작 스위치 입력부 12: 배터리 잔량 검출부
13: ACCEL 입력 검출부 14: EMB 검출부
15: 온도 검출부 16: 통신부
20: 디지털 신호 제어부 31: 에러표시부
32: 구동파형 발생부 33: EMB 구동부
34: 모터 전류 검출부 35: 저장부
100: 중앙처리부 200: 전원공급부
300: 보조 전원 공급부 400: 모터 구동부

Claims

중앙처리부, 전원공급부 및 모터 구동부를 포함하는 직류 모터의 컨트롤러에 있어서,
상기 모터 구동부는 상기 직류 모터를 사이에 두고 4개의 FET 소자가 브릿지 형태로 전기적으로 연결되고,
상기 4개의 FET 소자는 전원 공급단과 접지 사이에 상기 전원 공급단부터 전진 Top상 FET 소자, 후진 Low상 FET 소자 및 후진 부하 저항이 순차로 연결되고, 상기 전원 공급단과 접지 사이에 별도로 상기 전원 공급단부터 후진 Top상 FET 소자, 전진 Low상 FET 소자 및 전진 부하 저항이 순차로 연결되고,
상기 직류 모터는 상기 전진 Top상 FET 소자와 상기 후진 Low상 FET 소자 사이의 제 1 접점과 상기 후진 Top상 FET 소자와 상기 전진 Low상 FET 소자 사이의 제 2 접점에 각각 +극과 -극이 연결되되,
상기 중앙처리부는 상기 전원공급부로 구동되는 디지털 신호 제어부, ACCEL 입력 검출부, 배터리 잔량 검출부, 조작 스위치 입력부, 에러표시부, EMB 구동부 및 저장부와 상기 4개의 FET 소자의 각 게이트에 제어신호를 보내기 위한 구동파형 발생부를 포함하고,
상기 디지털 신호 제어부는 상기 조작 스위치 입력부로부터 브레이크 스위치가 온(on)이 되었는지 여부를 판단하여 브레이크 스위치가 오프(off) 되었을 때 전진 또는 후진 스위치가 온(on)이 되었는지 여부를 판단하고,
상기 조작 스위치 입력부로부터 전진 스위치가 온(on)이 되어 전진 주행 중에 상기 ACCEL 입력 검출부에서 검출되는 악셀값으로 상기 구동파형 발생부에서 발생하는 PWM의 평균값과 비교하여 속도를 유지하고,
상기 전진 주행 중에 에러 검출시 상기 에러표시부에 표시하고, 상기 저장부에 에러 이력을 저장하고, 상기 구동파형 발생부로부터 PWM의 평균값을 감소시켜 0이 될 때 상기 EMB 구동부를 통해 EMB를 오프(off)시켜 상기 직류 모터의 구동을 멈춘 다음, 상기 에러가 허용 가능한 중립 에러인지 판단하고 허용가능한 에러이면 상기 조작 스위치 입력부로부터 주행 조건인지 판단하고, 주행 조건이라면 상기 배터리 잔량 검출부를 통해 배터리 잔량이 허용 범위 내에 있을 때 상기 조작 스위치 입력부로부터 브레이크 스위치가 온(on)이 되었는지 여부를 판단하는 단계로 되돌아 가도록 제어하는 것을 특징으로 하는 직류 모터 컨트롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 구동파형 발생부의 제 1 출력단과 상기 전진 Top상 FET 소자의 게이트 사이에는 제 1 저항이 연결되고,
상기 구동파형 발생부의 제 2 출력단과 상기 제 1 접점 사이의 연결선을 공통 접지선으로 하여 상기 제 1 저항의 양단에 제 1 제너 다이오드와 제 2 저항이 병렬로 연결되고,
상기 구동파형 발생부의 제 3 출력단과 상기 후진 Low상 FET 소자의 게이트 사이에는 제 3 저항이 연결되고,
상기 제 3 저항의 양단과 접지 사이에 제 2 제너 다이오드와 제 4 저항이 병렬로 연결되고,
상기 구동파형 발생부의 제 4 출력단과 상기 후진 Top상 FET 소자의 게이트 사이에는 제 5 저항이 연결되고,
상기 구동파형 발생부의 제 5 출력단과 상기 제 2 접점 사이의 연결선을 공통 접지선으로 하여 상기 제 5 저항의 양단에 제 3 제너 다이오드와 제 6 저항이 병렬로 연결되고,
상기 구동파형 발생부의 제 6 출력단과 상기 전진 Low상 FET 소자의 게이트 사이에는 제 7 저항이 연결되고,
상기 제 7 저항의 양단과 접지 사이에 제 4 제너 다이오드와 제 8 저항이 병렬로 연결되고,
상기 제 1 접점과 상기 +극의 연결선과 접지 사이에 제 1 커패시터, 상기 제 2 접점과 상기 -극의 연결선과 접지 사이에 제 2 커패시터가 각각 연결된 것을 특징으로 하는 직류 모터 컨트롤러.
제 2 항에 있어서,
상기 디지털 신호 제어부는 전진 또는 후진 주행시 상기 ACCEL 입력 검출부로 검출되는 악셀값을 상기 구동파형 발생부에서 발생하는 PWM의 평균값과 비교하여, PWM의 평균값이 악셀값보다 작으면 PWM의 펄스 폭을 증가시키고, PWM의 평균값이 악셀값보다 크면 PWM의 펄스 폭을 감소시켜, PWM의 평균값이 악셀값과 같게 제어하는 것을 특징으로 하는 직류 모터 컨트롤러.
제 3 항에 있어서,
상기 디지털 신호 제어부는 전기차의 키가 온(on) 되어 시스템을 초기화하는 단계를 거친 다음, 상기 ACCEL 입력 검출부로부터 악셀의 전압신호를 받아 악셀이 온(on)이 되었는지 여부를 판단하여 악셀이 온(on)이 되었으면 전단계로 돌아가 출발하지 않고, 온(on)이 되지 않았을 경우에는 충전기 연결 상태를 확인하고, 충전기가 연결되지 않은 상태에는 상기 배터리 잔량 검출부를 통해 배터리 잔량이 허용 범위 내에 있는지 여부를 판단하여 허용 범위 내에 있을 때에만 다음 단계를 진행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 직류 모터 컨트롤러.
삭제
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중앙처리부는 상기 직류 모터의 전류를 감지하는 모터 전류 검출부를 포함하고,
상기 모터 전류 검출부는 제 1, 2 연산증폭기를 포함하고,
상기 후진 부하 저항과 접지 사이에 제 3 커패시터, 상기 전진 부하 저항과 접지 사이에 제 4 커패시터가 각각 연결되고,
상기 제 1 연산증폭기의 비 반전단자는 상기 후진 부하 저항과 상기 제 3 커패시터 사이에 연결되고,
상기 제 1 연산증폭기의 비 반전단자와 접지 사이에는 제 9 저항이, 상기 제 1 연산증폭기의 반전단자와 접지 사이에는 제 10 저항이 각각 연결되고,
상기 제 1 연산증폭기의 출력단과 반전단자 사이에는 제 11 저항과 제 5 커패시터가 병렬로 연결되고,
상기 제 2 연산증폭기의 비 반전단자는 상기 전진 부하 저항과 상기 제 4 커패시터 사이에 연결되고,
상기 제 2 연산증폭기의 비 반전단자와 접지 사이에는 제 12 저항이, 상기 제 2 연산증폭기의 반전단자와 접지 사이에는 제 13 저항이 각각 연결되고,
상기 제 2 연산증폭기의 출력단과 반전단자 사이에는 제 14 저항과 제 6 커패시터가 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 직류 모터 컨트롤러.
제 6 항에 있어서,
상기 중앙처리부는 상기 제 1 연산증폭기의 출력단의 출력값을 상기 후진 부하 저항에 흐르는 전류로, 상기 제 2 연산증폭기의 출력단의 출력값을 상기 전진 부하 저항에 흐르는 전류로 각각 감지하여 상기 모터 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 직류 모터 컨트롤러.