KR102053094B1 - 인젝터 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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강태환
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Abstract

본 발명은 인젝터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 인젝터의 엑츄에이터를 구동하기 위한 엑츄에이터 구동부, 엑츄에이터에 흐르는 구동 전류를 감지하는 전류 감지부, 인젝터의 피크 앤드 홀드(Peak And Hold) 구동 제어를 위해 미리 설정된 하나 이상의 타겟 전류를 전류 감지부에 의해 감지된 구동 전류와 각각 비교하는 비교부, 및 마이크로 컨트롤러(Micro Controller)로부터 입력되는 커맨드 신호가 인에이블(Enable)된 경우 비교부의 비교 결과를 토대로 엑츄에이터 구동부의 동작을 제어하여 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 수행하며, 마이크로 컨트롤러로부터 입력되는 커맨드 신호가 디스에이블(Disable)된 경우 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 종료하는 피크 앤드 홀드 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

인젝터 제어 장치 및 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING INJECTOR AND METHOD THEREOF}
본 발명은 인젝터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인젝터의 피크 앤드 홀드(Peak And Hold) 구동 제어를 수행하는 인젝터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
차량의 엔진에 장착된 인젝터의 개폐를 제어하여 연료 분사를 조절하는 엑츄에이터에 대하여 그 개방 응답 특성을 개선하기 위해 피크 앤드 홀드(Peak And Hold) 구동 제어가 엔진 제어기에 적용되고 있다. 피크 앤드 홀드 구동 제어는 일반적으로 엑추에이터의 개방 응답성을 향상시키기 위해 엑츄에이터에 흐르는 구동 전류의 급격한 상승을 유도하는 과정과, 유도된 피크 전류가 유지되는 과정과, 엑츄에이터의 동작을 유지시키기 위해 그 구동 전류가 홀드 전류로 유지되는 과정으로 이루어진다.
이러한 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어는 외부의 엔진 제어 마이크로 컨트롤러(Micro Controller)에 의해 제어되며, 구체적으로는 마이크로 컨트롤러가 엑츄에이터에 흐르는 전류량을 실시간으로 모니터링하면서 피크 타임 및 홀드 타임을 계산하고 엑츄에이터 드라이버로 피크 신호 및 홀드 신호를 전달하는 방식을 통해 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어가 수행된다.
피크 앤드 홀드 구동 제어가 마이크로 컨트롤러에 의해 제어됨으로 인해 마이크로 컨트롤러가 부담하는 연산량이 증가하게 되며, 이에 따라 마이크로 컨트롤러에 대한 설계 용이성이 저하되고 그 설계 작업상의 시간 및 비용 소모가 증가하는 문제점이 존재한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0128226호(2009.12.15. 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어 시 요구되었던 마이크로 컨트롤러에 대한 의존성을 제거함으로써 피크 앤드 홀드 구동 제어에 대한 설계 용이성을 향상시키고 설계 작업상의 시간 및 비용 소모를 저감시킬 수 있는 인젝터 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 인젝터 제어 장치는 인젝터의 엑츄에이터를 구동하기 위한 엑츄에이터 구동부, 상기 엑츄에이터에 흐르는 구동 전류를 감지하는 전류 감지부, 상기 인젝터의 피크 앤드 홀드(Peak And Hold) 구동 제어를 위해 미리 설정된 하나 이상의 타겟 전류를 상기 전류 감지부에 의해 감지된 구동 전류와 각각 비교하는 비교부, 및 마이크로 컨트롤러(Micro Controller)로부터 입력되는 커맨드 신호가 인에이블(Enable)된 경우 상기 비교부의 비교 결과를 토대로 상기 엑츄에이터 구동부의 동작을 제어하여 상기 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 수행하며, 상기 마이크로 컨트롤러로부터 입력되는 커맨드 신호가 디스에이블(Disable)된 경우 상기 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 종료하는 피크 앤드 홀드 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 엑츄에이터 구동부는, 상기 엑츄에이터와 접속되어 상기 엑츄에이터에 흐르는 구동 전류를 단속하는 로우 사이드 스위치(Low-Side Switch)인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 피크 앤드 홀드 제어부는, 상기 구동 전류가 미리 설정된 피크 타겟 전류에 도달할 때까지 상기 엑츄에이터 구동부를 턴 온시키는 제1 페이즈(Phase), 미리 설정된 피크 홀드 타임 동안, 미리 설정된 베이스 주파수에 따라 상기 구동 전류가 상기 피크 타겟 전류로 유지되도록 상기 엑츄에이터 구동부를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하는 제2 페이즈, 상기 구동 전류가 감소되도록 미리 설정된 피크 오프 타임 동안 상기 엑츄에이터 구동부를 턴 오프시키는 제3 페이즈, 및 상기 베이스 주파수에 따라 상기 구동 전류가 상기 피크 타겟 전류보다 작은 값으로 미리 설정된 홀드 타겟 전류로 유지되도록 상기 엑츄에이터 구동부를 PWM 제어하는 제4 페이즈를 통해 상기 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 피크 앤드 홀드 제어부는, 상기 제1 페이즈가 진행되는 동안, 미리 설정된 제한시간 내에 상기 구동 전류가 상기 피크 타겟 전류에 도달하지 못한 경우, 상기 엑츄에이터 구동부를 턴 오프시켜 상기 구동 전류가 상기 홀드 타겟 전류에 도달하도록 한 후, 상기 제4 페이즈를 진행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 피크 앤드 홀드 제어부는, 상기 제2 페이즈 및 상기 제4 페이즈에서 PWM 제어 듀티의 상승에 따른 발진이 발생하지 않도록, 상기 구동 전류의 변화 기울기를 보상하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 피크 앤드 홀드 제어부는, 상기 제1 페이즈가 진행되는 동안 상기 엑츄에이터의 인덕턴스를 추정하고, 상기 추정된 인덕턴스를 이용하여 전류 기울기 보상값을 산출한 후, 상기 산출된 전류 기울기 보상값만큼 상기 구동 전류의 변화 기울기가 보상되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 인젝터 제어 방법은 피크 앤드 홀드 제어부가, 마이크로 컨트롤러(Micro Controller)로부터 커맨드 신호를 입력받는 단계, 상기 커맨드 신호가 인에이블(Enable)된 경우, 상기 피크 앤드 홀드 제어부가, 상기 엑츄에이터에 흐르는 구동 전류와, 인젝터의 피크 앤드 홀드(Peak And Hold) 구동 제어를 위해 미리 설정된 하나 이상의 타겟 전류를 각각 비교한 결과를 토대로 상기 인젝터의 엑츄에이터를 구동하기 위한 엑츄에이터 구동부의 동작을 제어하여 상기 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 수행하는 단계, 및 상기 커맨드 신호가 디스에이블(Disable)된 경우, 상기 피크 앤드 홀드 제어부가, 상기 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어 시 마이크로 컨트롤러의 기능을 제어 개시 및 제어 종료만을 결정하는 것으로 최소화함으로써 피크 앤드 홀드 구동 제어 시 마이크로 컨트롤러에 대한 의존성을 제거하여 설계 용이성을 향상시킬 수 있고, 제1 페이즈 진행 시 엑츄에이터 구동 전류가 피크 타겟 전류에 도달하지 못한 경우 소정의 예외 처리 로직을 부가함으로써 그 제어 성능을 개선할 수 있으며, 제2 및 제4 페이즈 진행 시 구동 전류의 변화 기울기를 보상하는 구성을 채용함으로써 피크 앤드 홀드 구동 제어 시 발생 가능한 부고조파 발진 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터 제어 장치를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터 제어 장치에서 피크 앤드 홀드 구동 제어가 수행되는 과정을 도시한 타이밍도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 인젝터 제어 장치 및 방법의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터 제어 장치를 설명하기 위한 블록구성도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터 제어 장치에서 피크 앤드 홀드 구동 제어가 수행되는 과정을 도시한 타이밍도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터 제어 장치는 엑츄에이터 구동부(100), 전류 감지부(200), 비교부(300), 전류 기울기 보상회로(400) 및 피크 앤드 홀드 제어부(500)를 포함할 수 있다.
엑츄에이터 구동부(100)는 인젝터의 엑츄에이터(ACT)를 구동할 수 있다. 엑츄에이터(ACT)는 솔레노이드 코일로 구현되어 흐르는 구동 전류에 따라 인젝터의 개폐 동작을 제어할 수 있으며, 엑츄에이터 구동부(100)는 도 1에 도시된 것과 같이 엑츄에이터(ACT)와 접속되어 엑츄에이터(ACT)에 흐르는 구동 전류를 단속하는, MOSFET으로 구현되는 로우 사이드 스위치(Low-Side Switch)일 수 있다.
전류 감지부(200)는 엑츄에이터(ACT)에 흐르는 구동 전류를 감지할 수 있으며, 감지된 구동 전류는 후술하는 비교부(300)로 입력된다.
비교부(300)는 인젝터의 피크 앤드 홀드(Peak And Hold) 구동 제어를 위해 미리 설정된 하나 이상의 타겟 전류를 전류 감지부(200)에 의해 감지된 구동 전류와 각각 비교하고 그 비교 결과를 피크 앤드 홀드 제어부(500)로 전달할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 타겟 전류는 후술하는 것과 같이 피크 타겟 전류 및 홀드 타겟 전류를 포함할 수 있다.
피크 앤드 홀드 제어부(500)는 마이크로 컨트롤러(Micro Controller, MCU)로부터 입력되는 커맨드 신호가 인에이블(Enable)된 경우 비교부(300)의 비교 결과를 토대로 엑츄에이터 구동부(100)의 동작을 제어하여 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 수행하며, 마이크로 컨트롤러(MCU)로부터 입력되는 커맨드 신호가 디스에이블(Disable)된 경우 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 종료할 수 있다.
즉, 본 실시예의 전류 감지부(200), 비교부(300) 및 피크 앤드 홀드 제어부(500)와 후술하는 전류 기울기 보상회로(400)는 엑츄에이터 구동부(100)의 동작을 제어하여 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 자체적으로 수행하는 프리 드라이버(Pre-Driver)로서 기능하며, 마이크로 컨트롤러(MCU)는 프리 드라이버의 외부에 마련되는 엔진 제어 마이크로 컨트롤러(MCU)로 구현되어, 피크 앤드 홀드 구동 제어와 관련한 마이크로 컨트롤러(MCU)의 기능은 피크 앤드 홀드 구동 제어의 개시 및 종료를 위한 커맨드 신호를 상기 프리 드라이버로 인가하는 기능만으로 최소화될 수 있다. 이에 따라, 마이크로 컨트롤러(MCU)에 대한 의존성을 제거하여 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어에 대한 설계 용이성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 자체적으로 수행하는 프리 드라이버의 기능을 피크 앤드 홀드 제어부(500)의 동작을 중심으로 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
피크 앤드 홀드 제어부(500)는 마이크로 컨트롤러(MCU)로부터 입력받은 커맨드 신호(MSC DATA)가 인에이블된 경우 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 개시하게 되며, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 도 2에 도시된 것과 같이 제1 내지 제4 페이즈(Phase)를 통해 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 수행할 수 있다.
제1 페이즈에서, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 구동 전류(Load Current)가 미리 설정된 피크 타겟 전류(Peak Current)에 도달할 때까지 엑츄에이터 구동부(100)를 턴 온시킬 수 있다. 즉, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 제1 페이즈에서 엑츄에이터 구동부(100)를 턴 온시키고, 이에 따라 엑츄에이터(ACT)에 흐르는 구동 전류(Load Current)가 증가하게 되며, 비교부(300)를 통해 구동 전류(Load Current)가 피크 타겟 전류(Peak Current)에 도달한 것으로 판단되면 다음의 제2 페이즈를 진행하게 된다. 도 2에 도시된 'Peak Charging Phase'가 제1 페이즈에 대응된다.
제2 페이즈에서, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 미리 설정된 피크 홀드 타임(THOLD_PEAK) 동안, 미리 설정된 베이스 주파수에 따라 구동 전류(Load Current)가 피크 타겟 전류(Peak Current)로 유지되도록 엑츄에이터 구동부(100)를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어할 수 있다.
구체적으로, 제2 페이즈에서 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 엑츄에이터 구동부(100)를 턴 오프시키고, 베이스 주파수가 반영된 클락 신호(CLK_HOLD, 이하 홀드 클락 신호로 표기한다)의 라이징 엣지(Rising Edge)와 동기되는 시점에 엑츄에이터 구동부(100)를 턴 온시키는 동작을 피크 홀드 타임(THOLD_PEAK) 동안 반복적으로 수행하는 방식을 통해 엑츄에이터 구동부(100)를 PWM 제어할 수 있다. 즉, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 비교부(300)를 통해 구동 전류(Load Current)가 피크 타겟 전류(Peak Current)를 초과하는 것으로 판단되면 엑츄에이터 구동부(100)를 턴 오프시키고, 홀드 클락 신호(CLK_HOLD)의 라이징 엣지와 동기되는 시점에 엑츄에이터 구동부(100)를 다시 턴 온시키는 동작을 피크 홀드 타임(THOLD_PEAK) 동안 반복적으로 수행할 수 있다. 이에 따라, 베이스 주파수에 따라 구동 전류(Load Current)가 피크 타겟 전류(Peak Current)로 유지될 수 있으며, 즉 도 2의 'Peak Holding Phase'(제2 페이즈에 대응)에 도시된 것과 같이 홀드 클락 신호(CLK_HOLD)의 한 주기에서 승강하는 구동 전류(Load Current)의 상한치가 피크 타겟 전류(Peak Current)로 유지될 수 있다. 제2 페이즈가 개시된 시점으로부터 피크 홀드 타임(THOLD_PEAK)이 경과하면 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 다음의 제3 페이즈를 진행하게 된다. 도 2는 페이즈 카운트(Phase_CNT)가 리셋된 상태에서 시간에 따라 증가하여 피크 홀드 타임(THOLD_PEAK)에 도달할 때까지 제2 페이즈가 진행되고, 페이즈 카운트(Phase_CNT)가 피크 홀드 타임(THOLD_PEAK)에 도달하면 제3 페이즈가 진행되는 구현예를 도시하고 있다.
제3 페이즈에서, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 구동 전류(Load Current)가 감소되도록 미리 설정된 피크 오프 타임(TOFF_PEAK) 동안 엑츄에이터 구동부(100)를 턴 오프시킬 수 있다.
구체적으로, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 제3 페이즈에서 피크 오프 타임(TOFF_PEAK) 동안 엑츄에이터 구동부(100)를 턴 오프시켜 구동 전류(Load Current)가 감소되도록 하며, 피크 오프 타임(TOFF_PEAK)이 경과하면 다음의 제4 페이즈를 진행하게 된다. 도 2에 도시된 'Peak to Hold Discharging Phase'가 제3 페이즈에 대응되며, 도 2는 페이즈 카운트(Phase_CNT)가 제3 페이즈의 개시 시 리셋된 상태에서 시간에 따라 증가하여 피크 오프 타임(TOFF_PEAK)에 도달할 때까지 제3 페이즈가 진행되고, 페이즈 카운트(Phase_CNT)가 피크 오프 타임(TOFF_PEAK)에 도달하면 제4 페이즈가 진행되는 구현예를 도시하고 있다.
제4 페이즈에서, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 베이스 주파수에 따라 구동 전류(Load Current)가 피크 타겟 전류(Peak Current)보다 작은 값으로 미리 설정된 홀드 타겟 전류(Hold Current)로 유지되도록 엑츄에이터 구동부(100)를 PWM 제어할 수 있다.
구체적으로, 제4 페이즈에서 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 홀드 클락 신호(CLK_HOLD)의 라이징 엣지와 동기되는 시점에 엑츄에이터 구동부(100)를 턴 온시키고, 비교부(300)를 통해 구동 전류(Load Current)가 홀드 타겟 전류(Hold Current)를 초과하는 것으로 판단되면 엑츄에이터 구동부(100)를 턴 오프시키는 동작을, 마이크로 컨트롤러(MCU)로부터 입력되는 커맨드 신호(MSC DATA)가 디스에이블될 때까지 반복적으로 수행하는 방식을 통해 엑츄에이터 구동부(100)를 PWM 제어할 수 있다. 이에 따라, 베이스 주파수에 따라 구동 전류(Load Current)가 홀드 타겟 전류(Hold Current)로 유지될 수 있으며, 즉 도 2의 'Hold Phase'(제4 페이즈에 대응)에 도시된 것과 같이 홀드 클락 신호(CLK_HOLD)의 한 주기에서 승강하는 구동 전류(Load Current)의 상한치가 홀드 타겟 전류(Hold Current)로 유지될 수 있다. 제4 페이즈는 마이크로 컨트롤러(MCU)로부터 입력되는 커맨드 신호(MSC DATA)가 디스에이블될 때까지 수행되며, 커맨드 신호(MSC DATA)가 디스에이블되면 제4 페이즈가 종료되어 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어는 종료된다.
한편, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 제1 페이즈가 진행되는 동안, 미리 설정된 제한시간(TMAX_PEAK) 내에 구동 전류(Load Current)가 피크 타겟 전류(Peak Current)에 도달하지 못한 경우, 엑츄에이터 구동부(100)를 턴 오프시켜 구동 전류(Load Current)가 홀드 타겟 전류(Hold Current)에 도달하도록 한 후, 제4 페이즈를 진행할 수도 있다.
구체적으로, 엑츄에이터(ACT)는 도 1에 도시된 것과 같이 배터리와 접속되어, 엑츄에이터 구동부(100)의 턴 온 동작에 의해 공급되는 배터리 전압(VBAT)을 기반으로 동작하게 되며, 이때 배터리 전압이 낮은 경우 제1 페이즈에서 엑츄에이터(ACT)에 흐르는 구동 전류(Load Current)가 피크 타겟 전류(Peak Current)에 도달하지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 따라서, 엑츄에이터 구동부(100)의 상시 턴 온 상태를 방지할 필요성이 발생하게 된다.
이에, 본 실시예에서는 도 3에 도시된 것과 같이 구동 전류(Load Current)가 피크 타겟 전류(Peak Current)에 도달하기까지 소요되는 시간을 제한하는 구성을 채용하며, 비교부(300)를 통해 제한시간(TMAX_PEAK) 내에 구동 전류(Load Current)가 피크 타겟 전류(Peak Current)에 도달하지 못한 것으로 판단된 경우, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 엑츄에이터 구동부(100)를 턴 오프시켜 구동 전류(Load Current)가 홀드 타겟 전류(Hold Current)에 도달하도록 한 후, 제4 페이즈를 진행할 수 있다. 도 3은 페이즈 카운트(Phase_CNT)가 리셋된 상태에서 시간에 따라 증가하여 제한시간(TMAX_PEAK)에 도달했을 때 구동 전류(Load Current)가 피크 타겟 전류(Peak Current)에 도달하지 못한 경우 엑츄에이터 구동부(100)가 턴 오프되어 구동 전류(Load Current)가 홀드 타겟 전류(Hold Current)에 도달된 후, 제4 페이즈를 진행되는 구현예를 도시하고 있다.
또한, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 제2 페이즈 및 제4 페이즈에서 PWM 제어 듀티의 상승에 따른 발진이 발생하지 않도록, 구동 전류의 변화 기울기를 보상할 수 있다.
구체적으로, 제2 페이즈 및 제4 페이즈에서 엑츄에이터 구동부(100)에 대한 PWM 제어 시, PWM 제어 듀티가 50% 이상으로 상승할 경우 베이스 주파수의 1/2로 동작하는 부고조파 발진 현상이 발생할 가능성이 존재한다. 이에, 본 실시예에서는 제2 페이즈 및 제4 페이즈에서의 구동 전류의 변화 기울기를 보상함으로써 전술한 부고조파 발진 가능성을 제거하는 구성을 채용한다.
이를 위해, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 제1 페이즈가 진행되는 동안 엑츄에이터(ACT)의 인덕턴스를 추정하고, 추정된 인덕턴스를 이용하여 전류 기울기 보상값을 산출한 후, 산출된 전류 기울기 보상값만큼 구동 전류의 변화 기울기가 보상되도록 할 수 있다.
피크 앤드 홀드 제어부(500)가 엑츄에이터(ACT)의 인덕턴스를 추정하는 실시예로서, 배터리 전압에 따라 제어되는 전류원과, 전류원으로부터의 전류를 통해 전압이 충전되는 커패시터를 포함하는 전류 기울기 보상회로(400)가 활용될 수 있다.
피크 앤드 홀드 제어부(500)가 전류 기울기 보상회로(400)를 통해 엑츄에이터(ACT)의 인덕턴스를 추정하는 예시로서, 제1 페이즈에서 배터리 전압에 따라 제어되는 전류원을 이용하여 커패시터에 대한 전압 충전을 개시하고, 비교부(300)를 통해 엑츄에이터(ACT)에 흐르는 구동 전류가 미리 설정된 기준전류(예: 500mA)에 도달한 것으로 판단되면 전류원을 이용한 커패시터의 전압 충전을 중지한 후, 커패시터에 충전된 전압을 측정하여 엑츄에이터(ACT)의 인덕턴스를 추정하는 방식이 이용될 수 있다. 엑츄에이터(ACT)의 인덕턴스는 하기 수학식 1에 따라 추정될 수 있다.
Figure 112018102880495-pat00001
수학식 1에서 Lact는 추정된 엑츄에이터(ACT)의 인덕턴스, Vcinst는 커패시터의 충전 전압, Cinst는 커패시터의 커패시턴스, Iref는 기준전류, k는 전류 기울기 보상회로(400)의 회로 구성에 따라 결정되는 상수를 의미한다.
전술한, 엑츄에이터(ACT)의 인덕턴스를 추정하는 과정은 일 예시이며, 전류 기울기 보상회로(400)에 적용 가능한 회로 구성을 고려하여 다양한 방식을 통해 엑츄에이터(ACT)의 인덕턴스가 추정될 수 있다.
엑츄에이터(ACT)의 인덕턴스가 추정되면, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 추정된 엑츄에이터(ACT)의 인덕턴스를 이용하여 전류 기울기 보상값을 산출할 수 있다. 전류 기울기 보상값은 하기 수학식 2에 따라 산출될 수 있다.
Figure 112018102880495-pat00002
수학식 2에서 Islope _comp는 전류 기울기 보상값, Lact는 수학식 1에 따라 추정된 엑츄에이터(ACT)의 인덕턴스, Vdidoe _ FW는 회로 보호를 위해 엑츄에이터(ACT)와 병렬 연결된 프리휠링 다이오드(미도시)의 순방향 전압을 의미한다.
수학식 2에 따라 전류 기울기 보상값이 산출되면, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 전류 기울기 보상값만큼 구동 전류의 변화 기울기가 보상되도록 하여 제2 페이즈 및 제4 페이즈를 진행할 수 있다. 즉, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 제2 페이즈 및 제4 페이즈에서 구동 전류의 상승 기울기 및 하강 기울기가 전류 기울기 보상값만큼 감소되어 완만해지도록 제어할 수 있으며, 이에 따라 PWM 제어 듀티의 상승으로 인해 발생할 수 있는 부고조파 발진이 방지될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터 제어 방법을 설명하면, 먼저 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 마이크로 컨트롤러(MCU)로부터 커맨드 신호를 입력받는다(S100).
S100 단계에서 입력받은 커맨드 신호가 인에이블(Enable)된 경우, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 엑츄에이터(ACT)에 흐르는 구동 전류와, 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 위해 미리 설정된 하나 이상의 타겟 전류를 각각 비교한 결과를 토대로 엑츄에이터 구동부(100)의 동작을 제어하여 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 수행한다(S200).
S200 단계에서, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 구동 전류가 미리 설정된 피크 타겟 전류에 도달할 때까지 엑츄에이터 구동부(100)를 턴 온시키는 제1 페이즈와, 미리 설정된 피크 홀드 타임 동안, 미리 설정된 베이스 주파수에 따라 구동 전류가 피크 타겟 전류로 유지되도록 엑츄에이터 구동부(100)를 PWM 제어하는 제2 페이즈와, 구동 전류가 감소되도록 미리 설정된 피크 오프 타임 동안 엑츄에이터 구동부(100)를 턴 오프시키는 제3 페이즈와, 베이스 주파수에 따라 구동 전류가 피크 타겟 전류보다 작은 값으로 미리 설정된 홀드 타겟 전류로 유지되도록 엑츄에이터 구동부(100)를 PWM 제어하는 제4 페이즈를 통해 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 수행한다.
한편, S200 단계에서 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 제1 페이즈가 진행되는 동안, 미리 설정된 제한시간 내에 구동 전류가 피크 타겟 전류에 도달하지 못한 경우, 엑츄에이터 구동부(100)를 턴 오프시켜 구동 전류가 홀드 타겟 전류에 도달하도록 한 후, 제4 페이즈를 진행할 수도 있다.
또한, S200 단계에서 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 제2 페이즈 및 제4 페이즈에서 PWM 제어 듀티의 상승에 따른 발진이 발생하지 않도록, 구동 전류의 변화 기울기를 보상할 수도 있다. 구체적으로, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 제1 페이즈가 진행되는 동안 엑츄에이터(ACT)의 인덕턴스를 추정하고, 추정된 인덕턴스를 이용하여 전류 기울기 보상값을 산출한 후, 산출된 전류 기울기 보상값만큼 구동 전류의 변화 기울기가 보상되도록 할 수 있다.
S200 단계 이후, 커맨드 신호가 디스에이블(Disable)된 경우, 피크 앤드 홀드 제어부(500)는 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 종료한다(S300).
이와 같이 본 실시예는 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어 시 마이크로 컨트롤러의 기능을 제어 개시 및 제어 종료만을 결정하는 것으로 최소화함으로써 피크 앤드 홀드 구동 제어 시 마이크로 컨트롤러에 대한 의존성을 제거하여 설계 용이성을 향상시킬 수 있고, 제1 페이즈 진행 시 엑츄에이터 구동 전류가 피크 타겟 전류에 도달하지 못한 경우 소정의 예외 처리 로직을 부가함으로써 그 제어 성능을 개선할 수 있으며, 제2 및 제4 페이즈 진행 시 구동 전류의 변화 기울기를 보상하는 구성을 채용함으로써 피크 앤드 홀드 구동 제어 시 발생 가능한 부고조파 발진 현상을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 엑츄에이터 구동부
200: 전류 감지부
300: 비교부
400: 전류 기울기 보상회로
500: 피크 앤드 홀드 제어부
ACT: 엑츄에이터
MCU: 마이크로 컨트롤러

Claims (12)

  1. 인젝터의 엑츄에이터를 구동하기 위한 엑츄에이터 구동부;
    상기 엑츄에이터에 흐르는 구동 전류를 감지하는 전류 감지부;
    상기 인젝터의 피크 앤드 홀드(Peak And Hold) 구동 제어를 위해 미리 설정된 하나 이상의 타겟 전류를 상기 전류 감지부에 의해 감지된 구동 전류와 각각 비교하는 비교부; 및
    마이크로 컨트롤러(Micro Controller)로부터 입력되는 커맨드 신호가 인에이블(Enable)된 경우 상기 비교부의 비교 결과를 토대로 상기 엑츄에이터 구동부의 동작을 제어하여 상기 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 수행하며, 상기 마이크로 컨트롤러로부터 입력되는 커맨드 신호가 디스에이블(Disable)된 경우 상기 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 종료하는 피크 앤드 홀드 제어부;
    를 포함하고,
    상기 피크 앤드 홀드 제어부는,
    상기 구동 전류가 미리 설정된 피크 타겟 전류에 도달할 때까지 상기 엑츄에이터 구동부를 턴 온시키는 제1 페이즈(Phase);
    미리 설정된 피크 홀드 타임 동안, 미리 설정된 베이스 주파수에 따라 상기 구동 전류가 상기 피크 타겟 전류로 유지되도록 상기 엑츄에이터 구동부를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하는 제2 페이즈;
    상기 구동 전류가 감소되도록 미리 설정된 피크 오프 타임 동안 상기 엑츄에이터 구동부를 턴 오프시키는 제3 페이즈; 및
    상기 베이스 주파수에 따라 상기 구동 전류가 상기 피크 타겟 전류보다 작은 값으로 미리 설정된 홀드 타겟 전류로 유지되도록 상기 엑츄에이터 구동부를 PWM 제어하는 제4 페이즈;
    를 통해 상기 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 수행하고,
    상기 피크 앤드 홀드 제어부는, 상기 제2 페이즈 및 상기 제4 페이즈에서 PWM 제어 듀티의 상승에 따른 발진이 발생하지 않도록, 상기 구동 전류의 변화 기울기를 보상하는 것을 특징으로 하는 인젝터 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엑츄에이터 구동부는, 상기 엑츄에이터와 접속되어 상기 엑츄에이터에 흐르는 구동 전류를 단속하는 로우 사이드 스위치(Low-Side Switch)인 것을 특징으로 하는 인젝터 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 피크 앤드 홀드 제어부는, 상기 제1 페이즈가 진행되는 동안, 미리 설정된 제한시간 내에 상기 구동 전류가 상기 피크 타겟 전류에 도달하지 못한 경우, 상기 엑츄에이터 구동부를 턴 오프시켜 상기 구동 전류가 상기 홀드 타겟 전류에 도달하도록 한 후, 상기 제4 페이즈를 진행하는 것을 특징으로 하는 인젝터 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 피크 앤드 홀드 제어부는, 상기 제1 페이즈가 진행되는 동안 상기 엑츄에이터의 인덕턴스를 추정하고, 상기 추정된 인덕턴스를 이용하여 전류 기울기 보상값을 산출한 후, 상기 산출된 전류 기울기 보상값만큼 상기 구동 전류의 변화 기울기가 보상되도록 하는 것을 특징으로 하는 인젝터 제어 장치.
  7. 피크 앤드 홀드 제어부가, 마이크로 컨트롤러(Micro Controller)로부터 커맨드 신호를 입력받는 단계;
    상기 커맨드 신호가 인에이블(Enable)된 경우, 상기 피크 앤드 홀드 제어부가, 인젝터의 엑츄에이터에 흐르는 구동 전류와, 상기 인젝터의 피크 앤드 홀드(Peak And Hold) 구동 제어를 위해 미리 설정된 하나 이상의 타겟 전류를 각각 비교한 결과를 토대로 상기 인젝터의 엑츄에이터를 구동하기 위한 엑츄에이터 구동부의 동작을 제어하여 상기 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 수행하는 단계; 및
    상기 커맨드 신호가 디스에이블(Disable)된 경우, 상기 피크 앤드 홀드 제어부가, 상기 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 종료하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 피크 앤드 홀드 구동 제어를 수행하는 단계에서, 상기 피크 앤드 홀드 제어부는,
    상기 구동 전류가 미리 설정된 피크 타겟 전류에 도달할 때까지 상기 엑츄에이터 구동부를 턴 온시키는 제1 페이즈(Phase);
    미리 설정된 피크 홀드 타임 동안, 미리 설정된 베이스 주파수에 따라 상기 구동 전류가 상기 피크 타겟 전류로 유지되도록 상기 엑츄에이터 구동부를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하는 제2 페이즈;
    상기 구동 전류가 감소되도록 미리 설정된 피크 오프 타임 동안 상기 엑츄에이터 구동부를 턴 오프시키는 제3 페이즈; 및
    상기 베이스 주파수에 따라 상기 구동 전류가 상기 피크 타겟 전류보다 작은 값으로 미리 설정된 홀드 타겟 전류로 유지되도록 상기 엑츄에이터 구동부를 PWM 제어하는 제4 페이즈;
    를 통해 상기 인젝터의 피크 앤드 홀드 구동 제어를 수행하고,
    상기 피크 앤드 홀드 구동 제어를 수행하는 단계에서, 상기 피크 앤드 홀드 제어부는,
    상기 제2 페이즈 및 상기 제4 페이즈에서 PWM 제어 듀티의 상승에 따른 발진이 발생하지 않도록, 상기 구동 전류의 변화 기울기를 보상하는 것을 특징으로 하는 인젝터 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 엑츄에이터 구동부는, 상기 엑츄에이터와 접속되어 상기 엑츄에이터에 흐르는 구동 전류를 단속하는 로우 사이드 스위치(Low-Side Switch)인 것을 특징으로 하는 인젝터 제어 방법.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 피크 앤드 홀드 구동 제어를 수행하는 단계에서, 상기 피크 앤드 홀드 제어부는,
    상기 제1 페이즈가 진행되는 동안, 미리 설정된 제한시간 내에 상기 구동 전류가 상기 피크 타겟 전류에 도달하지 못한 경우, 상기 엑츄에이터 구동부를 턴 오프시켜 상기 구동 전류가 상기 홀드 타겟 전류에 도달하도록 한 후, 상기 제4 페이즈를 진행하는 것을 특징으로 하는 인젝터 제어 방법.
  11. 삭제
  12. 제7항에 있어서,
    상기 피크 앤드 홀드 구동 제어를 수행하는 단계에서, 상기 피크 앤드 홀드 제어부는,
    상기 제1 페이즈가 진행되는 동안 상기 엑츄에이터의 인덕턴스를 추정하고, 상기 추정된 인덕턴스를 이용하여 전류 기울기 보상값을 산출한 후, 상기 산출된 전류 기울기 보상값만큼 상기 구동 전류의 변화 기울기가 보상되도록 하는 것을 특징으로 하는 인젝터 제어 방법.
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