KR102141598B1 - 시스템 정보를 이용한 보정 기능을 갖는 전류 측정 장치 및 방법 - Google Patents

시스템 정보를 이용한 보정 기능을 갖는 전류 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시스템 정보를 기초로 자기 코어의 히스테리시스 특성을 고려하여 측정 전류를 보정하는 기능을 갖는 전류 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 피측정 전류에 따른 신호를 생성하는 전류 센싱 소자, 상기 전류 센싱 소자의 출력 신호로부터 피측정 전류량을 측정하는 전류 계측 수단, 상위 제어기 중 적어도 하나로부터 시스템 정보를 수신하는 통신부(1450), 및 상기 피측정 전류량(Im)과 상기 시스템 정보를 기초로 보정된 전류량(Ic) 정보를 산출하는 보정량 산출부(1430)를 포함하고, 상기 보정된 전류량(Ic) 정보를 상기 상위 제어기 중 적어도 하나에 출력하는 계측연산부(1400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 피측정 전류 크기 또는 주파수에 따라 가변되는 비선형적인 전류 측정 오차를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

시스템 정보를 이용한 보정 기능을 갖는 전류 측정 장치 및 방법 {AN APPARATUS AND A METHOD OF CURRENT MEASUREMENT WITH COMPENSATION CAPABILITY BASED ON SYSTEM INFORMATION}
본 발명은 전류센서분야로서, 상위 제어기의 시스템 정보를 이용하여 전류 측정 오차를 보정하는 기능을 갖는 전류 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
전류 측정 장치 중에 C 형 자기 코어의 공극(air gap)에 홀 소자를 설치하여 홀 소자에서 발생하는 전압을 측정함으로써 자계의 강도를 검출하는 홀 센서 방식 전류 측정 장치가 있다. 도 1은 이와 같은 전류 측정 장치의 전류 측정 소자를 도시하였다.
이러한 전류 측정 장치에서, 자기 코어는 피측정 전류에 의해 생성된 기자력으로 여자되고, 자기 코어 공극에 설치된 홀 소자는 피측정 전류에 비례하는 전압의 형태로 자속 밀도를 측정한다.
그런데, 자기 코어는 기본적으로 피측정 전류와 유기되는 자속 밀도 사이에 히스테리시스 특성을 갖는다. 도 2a와 도 2b는 자기 코어의 히스테리시스 특성 곡선의 일례를 도시하였다.
종래에는, 단순한 회로를 이용하여 홀 소자의 출력 전압 값으로부터 피측정 전류량을 계측하는 점에서, 위와 같은 자기 코어의 히스테리시스 특성에 의한 전류 측정 오차를 줄일 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 계측연산부를 구비하여 시스템 정보로부터 자기 코어의 히스테리시스 특성에 의해 발생하는 전류 측정 오차를 보정하여 종래에 비하여 보다 정확한 전류 측정값을 출력할 수 있는 전류 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 피측정 전류에 따른 신호를 생성하는 전류 센싱 소자(1100), 상기 전류 센싱 소자(1100)의 출력 신호로부터 피측정 전류량(Im)을 측정하는 전류 계측 수단(1200), 상위 제어기 중 적어도 하나로부터 시스템 정보를 수신하는 통신부(1450), 및 상기 피측정 전류량(Im)과 상기 시스템 정보를 기초로 보정된 전류량(Ic) 정보를 산출하는 보정량 산출부(1430)를 포함하고, 상기 보정된 전류량(Ic) 정보를 상기 상위 제어기 중 적어도 하나에 출력하는 계측연산부(1400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치를 제공한다.
상기 전류 센싱 소자(1100)는 대향되는 양단면에 의해 공극(air gap)이 형성되는 자기 코어(1110), 상기 자기 코어(1110)에 형성되는 공극에 설치되어 홀 효과에 의해 홀 전압을 출력하는 홀 소자(1120)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 보정량 산출부(1430)는, 상기 홀 소자에 인가되는 전류량 정보, 상기 전류 센싱 소자(1100)의 온도 정보, 상기 자기 코어(1110)의 형상 및 상기 공극의 크기 중 적어도 하나를 포함한 정보를 기초로 제 1 보정 전류(Ic1)를 산출하고, 상기 제 1 보정 전류(Ic1)와 상기 시스템 정보 중 적어도 하나를 기초로, 상기 자기 코어(1110)의 히스테리시스 특성에 의해 발생하는 전류 측정 오차를 보정한 제 2 보정 전류(Ic2)를 산출하는 것이 바람직하다.
상기 시스템 정보는, 상기 피측정 전류에 연관되는 시스템 제어 정보를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 시스템 제어 정보는 상기 피측정 전류의 기본파 성분에 기초한 정보를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 피측정 전류의 기본파 성분에 기초한 정보는 상기 피측정 전류의 제어 지령치에 기초한 정보인 것이 바람직하다.
상기 피측정 전류의 기본파 성분에 기초한 정보는 상기 피측정 전류의 기본파 성분의 주파수와 크기 중 적어도 하나를 포함하는 정보인 것이 바람직하다.
또한, 상기 시스템 정보를 기초로 하여 얻은 상기 피측정 전류의 기본파 성분의 크기가 커질수록, 상기 제 2 보정 전류(Ic2)의 크기가 커지고, 상기 시스템 정보를 기초로 하여 얻은 상기 피측정 전류의 기본파 성분의 크기가 작아질수록, 상기 제 2 보정 전류(Ic2)의 크기가 작아지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시스템 정보를 기초로 하여 얻은 상기 피측정 전류의 기본파 성분의 주파수가 높을수록, 상기 제 2 보정 전류(Ic2)의 크기가 커지고, 상기 시스템 정보를 기초로 하여 얻은 상기 피측정 전류의 기본파 성분의 주파수가 낮을수록, 상기 제 2 보정 전류(Ic2)의 크기가 작아지는 것이 바람직하다.
상기 시스템 정보는 상기 피측정 전류의 상태가 정상상태 또는 과도상태인지를 판단할 수 있는 정보를 포함하고, 상기 보정량 산출부(1430)는, 상기 시스템 정보를 기초로, 상기 피측정 전류의 상태가 과도상태인 경우, 상기 제 1 보정 전류(Ic1)를 기초로 상기 보정된 전류량(Ic)을 산출하며, 상기 피측정 전류의 상태가 정상상태인 경우, 상기 제 2 보정 전류(Ic2)를 기초로 상기 보정된 전류량(Ic)을 산출하는 것 이 바람직하다.
상기 보정량 산출부(1430)는, 상기 피측정 전류의 상태가 정상상태에서 과도상태로 변경되거나, 과도상태에서 정상상태로 변경되는 경우, 보정된 전류량(Ic)이 급격히 변동되는 량을 줄이기 위하여, 소정의 시간 동안, 상기 제 1 보정 전류(Ic1)와 상기 제 2 보정 전류(Ic2) 사이의 값을 기초로 보정된 전류량(Ic)으로 산출하는 것이 바람직하다.
상기 전류 측정 장치(1000)를 통해 전류를 인가하는 인버터, 및 상기 인버터로부터 상기 전류 측정 장치(1000)를 통해 전류를 공급받는 모터를 포함하고, 상기 인버터의 제어기가 상기 전류 측정 장치에 상기 시스템 정보를 전송하고, 상기 전류 측정 장치로부터 상기 전류에 대한 정보를 수신하는 것이 바람직하다.
상기 시스템 정보는 상기 모터의 토크, 토크 제어 지령, 속도, 속도 제어 지령, 각속도, 각속도 제어 지령 중 적어도 하나에 기초한 정보를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 전기 구동 시스템을 제어하는 엑셀러레이터 페달 및 브레이크 페달을 포함하되, 상기 시스템 정보는 엑셀러레이터 페달 신호 정보(APS), 브레이크 페달 신호 정보(BPS) 중 적어도 하나에 기초한 정보를 포함하는 것이 바람직하다.
전류 측정 방법으로서, (a) 전류 센싱 소자(1100)가 피측정 전류에 따른 신호를 생성하는 단계, (b) 전류 계측 수단(1200)이 상기 전류 센싱 소자(1100)의 출력 신호로부터 피측정 전류량(Im)을 측정하는 단계, (c) 통신부(1450)가 상위 제어기 중 적어도 하나로부터 시스템 정보를 수신하는 단계, (d) 보정량 산출부(1430)가 상기 피측정 전류량(Im), 상기 시스템 정보를 기초로 보정된 전류량(Ic) 정보를 산출하는 단계, (e) 계측연산부(1400)가 상기 보정된 전류량(Ic) 정보를 출력하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 단계(d)에서, 상기 보정량 산출부(1430)는, (d1) 상기 전류 센싱 소자(1100)에 포함된 홀 소자에 인가되는 전류량 정보, 상기 전류 센싱 소자(1100)의 온도 정보, 상기 전류 센싱 소자(1100)에 포함된 자기 코어(1110)의 형상 및 상기 자기 코어(1110)의 공극의 크기 중 적어도 하나를 포함한 정보를 기초로 제 1 보정 전류(Ic1)를 산출하는 단계(S1), (d2) 상기 제 1 보정 전류(Ic1), 상기 시스템 정보를 기초로, 상기 자기 코어(1110)의 히스테리시스 특성에 의해 발생하는 전류 측정 오차를 보정한 제 2 보정 전류(Ic2)를 산출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 단계(e)에서, 상기 계측연산부(1400)는, (e1) 상기 시스템 정보를 기초로 상기 피측정 전류가 정상상태인지 또는 과도상태인지 여부를 판단하는 단계(S2), (e2) 상기 피측정 전류가 과도상태인 경우, 상기 제 1 보정 전류(Ic1)를 기초로 보정된 전류량(Ic)을 산출하거나, 상기 피측정 전류가 정상상태인 경우, 상기 제 2 보정 전류(Ic2)를 기초로 보정된 전류량(Ic)을 산출하는 단계(S7)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 단계(d2)에서, 상기 보정량 산출부(1430)는, (d2-1) 상기 피측정 전류의 기본파 성분의 변화율 또는 상기 제 1 보정 전류를 기초로 보정된 제 1 보정 전류(Ic1)의 기본파 성분의 변화율이 양인지 음인지 판단하는 단계(S4), (d2-2) 상기 판단 결과가 양인 경우 하기 [수학식1]에 따라 전류량을 보정하기 위한 파라미터(tc)를 설정하고(S5-1), 상기 판단 결과가 음 경우 하기 [수학식2]에 따라 전류량을 보정하기 위한 파라미터(tc)를 설정하는 단계(S5-2), (d2-3) 상기 파라미터를 기초로 하기 [수학식3]에 따라 제 2 보정 전류(Ic2)를 산출하는 단계(S6)를 포함하는 것이 바람직하다.
[수학식1]
Figure 112018116887037-pat00001
[수학식2]
Figure 112018116887037-pat00002
[수학식3]
Figure 112018116887037-pat00003
여기서, Ic1은 상기 제 1 전류 보정량을 기초로 보정된 제 1 보정된 전류량이고, Ic1f는 제 1 보정된 전류량의 기본파 성분의 크기, ω f 는 상기 제 1 보정된 전류량의 기본파 성분의 각주파수, θf는 상기 제 1 보정된 전류량의 위상각일 수 있다.
상기 단계(c2-2)에서, 상기
Figure 112018116887037-pat00004
은 제 1 보정된 전류량의 기본파 성분의 크기와 각주파수를 이용하여 상기 자기 코어의 특성에 대한 자화 의존 프라이자흐 모델(magnetization-dependent Preisach model)에 기초한 룩 업 테이블로부터 얻어지는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 전류 측정 오차를 줄일 수 있다.
(2) 피측정 전류 크기 또는 주파수에 따라 발생하는 비선형적인 전류 측정 오차를 줄일 수 있다.
(3) 피측정 전류의 기본파 성분의 크기 또는 주파수에 따라 발생하는 비선형적인 전류 측정 오차를 줄일 수 있다.
(4) 피측정 전류가 갑작스럽게 변하는 경우 부적절한 보정에 의해서 오히려 전류 측정 오차를 증가시키는 것을 방지 할 수 있다.
(5) 피측정 전류의 정상상태와 과도상태간 전환시기에 보정된 전류 출력이 급격히 변동함으로써 시스템 안정도를 저하시키는 것을 방지 할 수 있다.
(6) 측정된 피측정 전류를 기초로 보정량을 산출하는 것이 아니라 시스템 정보를 이용함으로써 측정 노이즈에 의한 보정 오차 발생이나 시스템의 안정도를 저하시키는 것을 막을 수 있는 점에서 전류 측정 시스템의 정확도와 안정도를 모두 개선할 수 있는 효과가 있다.
(7) 시스템의 상태에 따라 정상상태와 과도상태간 전환시점의 보정된 전류 출력의 필터링 기간 및 정도를 가변 함으로써 시스템 안정도를 저하시키는 것을 방지 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 적용 대상인 자성 자기 코어의 공극에 구비된 홀 소자에 기초한 전류 측정 장치의 전류 측정 소자의 일례를 도시한 것이다.
도 2a와 2b는 실제 피측정 전류(Ireal)에 의해서 자기 코어에 유도되는 자속 밀도(Bh) 또는 보정하지 않은 피측정 전류량(Im)의 관계의 일례를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 전류 측정 장치의 구성을 도시한 것이다.
도 4은 본 발명의 전류 측정 방법의 신호 흐름도를 도시한 것이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다.
이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있다거나 또는 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 ～사이에와 바로 ～사이에 또는 ～에 인접하는과 ～에 직접 인접하는 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 자기 코어(1110)를 구비하고 자기 코어의 대향되는 공극에 홀 소자(1120)를 구비한 비접촉형 전류 측정 장치에 대한 발명이다.
도 2a, 2b는 실제 피측정 전류(Ireal)에 의해서 자기 코어에 유도되는 자속 밀도(Bh) 또는 보정하지 않은 피측정 전류량(Im)의 관계의 일례를 도시하였다.
도 2a에 도시된 바와 같이 자기 코어에 히스테리시스 특성이 없는 이상적인 경우는 실제 피측정 전류(Ireal)에 대해서 자속 밀도(Bh) 또는 보정하지 않은 피측정 전류량(Im)이 직선(미도시)으로 나타난다. 그러나, 페라이트와 같은 자기 코어는 피측정 전류의 주파수에 따라 히스테리시스 특성을 나타내며, 도 2b에서 실선으로된 그래프와 점선간의 차이가 결국 전류 측정 오차가 된다. 그리고, 그 오차는 주파수가 낮은 경우에 비해서 높은 경우에 그 영향이 더욱 크게 나타난다.
본 발명의 목적은 위와 같이 자기 코어의 히스테리시스 특성에 의해서 발생하는 전류 측정 오차를 시스템 정보를 이용하여 최소화 하는 것이다.
[실시 형태 1]
도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 피측정 전류에 따른 신호를 생성하는 전류 센싱 소자(1100), 상기 전류 센싱 소자(1100)의 출력 신호로부터 피측정 전류량(Im)을 측정하는 전류 계측 수단(1200), 상위 제어기 중 적어도 하나로부터 시스템 정보를 수신하는 통신부(1450), 및 상기 피측정 전류량(Im)과 상기 시스템 정보를 기초로 보정된 전류량(Ic) 정보를 산출하는 보정량 산출부(1430)를 포함하고, 상기 보정된 전류량(Ic) 정보를 상기 상위 제어기 중 적어도 하나에 출력하는 계측연산부(1400)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전류 센싱 소자(1100)는 대향되는 양단면에 의해 공극(air gap)이 형성되는 자기 코어(1110), 상기 자기 코어(1110)에 형성되는 공극에 설치되어 홀 효과에 의해 홀 전압을 출력하는 홀 소자(1120)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 보정량 산출부(1430)는, 상기 홀 소자에 인가되는 전류량 정보, 상기 전류 센싱 소자(1100)의 온도 정보, 상기 자기 코어(1110)의 형상 및 상기 공극의 크기 중 적어도 하나를 포함한 정보를 기초로 제 1 보정 전류(Ic1)를 산출하고, 상기 제 1 보정 전류(Ic1)와 상기 시스템 정보 중 적어도 하나를 기초로, 상기 자기 코어(1110)의 히스테리시스 특성에 의해 발생하는 전류 측정 오차를 보정한 제 2 보정 전류(Ic2)를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여 피측정 전류 크기 또는 주파수에 따라 발생하는 비선형적인 전류 측정 오차를 줄일 수 있다.
또한, 이러한 특징으로 인하여 상기 홀 소자에 인가되는 전류량, 상기 전류 센싱 소자(1100)의 온도, 자기 코어(1110)의 형상 및 공극의 크기 중 적어도 하나에 의해서 발생하는 복합적인 전류 측정 오차를 줄일 수 있는 효과가 있다.
여기서, 상기 전류 센싱 소자의 온도 정보는 온도 센서의 출력 값을 기초로 할 수 있다.
또한, 상기 전류 센싱 소자의 온도 정보는 전류 센싱 소자의 홀 소자에 인가되는 전류, 전압을 측정하여 상기 홀 소자의 내부 저항을 산출하여 그로부터 추정한 홀 소자의 온도를 기초로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여 상기 전류 센싱 소자와 제어연산부가 분리되어 있는 경우에도 전류 센싱 소자의 온도를 고려하여 보정할 수 있는 효과가 있다.
상기 시스템 정보는, 상기 피측정 전류에 연관되는 시스템 제어 정보를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 시스템 제어 정보는 상기 피측정 전류의 기본파 성분에 기초한 정보를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 피측정 전류의 기본파 성분에 기초한 정보는 상기 피측정 전류의 기본파 성분의 주파수와 크기 중 적어도 하나를 포함하는 정보인 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징인 시스템 정보를 기초로 전류 측정 오차를 보정하는 특징으로 인하여 피측정 전류 크기 또는 주파수에 따라 발생하는 비선형적인 전류 측정 오차를 더욱 줄일 수 있다.
여기서, 전류 측정 오차를 더욱 줄일 수 있는 이유 중의 하나는 측정된 피측정 전류 정보로부터 추출된 피측정 전류의 기본파 성분 추정치에 비해서 피측정 전류를 제어하는 시스템의 제어 지령치를 이용하는 것이 노이즈 감소 및 시간 응답 측면에서 유리하기 때문이다.
또한, 상기 시스템 정보를 기초로 하여 얻은 상기 피측정 전류의 기본파 성분의 크기가 커질수록, 상기 제 2 보정 전류(Ic2)의 크기가 커지고, 상기 시스템 정보를 기초로 하여 얻은 상기 피측정 전류의 기본파 성분의 크기가 작아질수록, 상기 제 2 보정 전류(Ic2)의 크기가 작아지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 시스템 정보를 기초로 하여 얻은 상기 피측정 전류의 기본파 성분의 주파수가 높을수록, 상기 제 2 보정 전류(Ic2)의 크기가 커지고, 상기 시스템 정보를 기초로 하여 얻은 상기 피측정 전류의 기본파 성분의 주파수가 낮을수록, 상기 제 2 보정 전류(Ic2)의 크기가 작아지는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서 피측정 전류의 기본파 성분의 크기라 함은 정현파 신호의 피크 크기를 의미한다. 예를 들어서, 피측정 전류의 기본파 성분이
Figure 112018116887037-pat00005
라 하면 기본파 성분의 크기는 A 이고, ω는 피측정 전류의 기본파 성분의 각주파수이며, 피측정 전류의 기본파 성분의 주파수는
Figure 112018116887037-pat00006
이다.
상기 시스템 제어 정보는 상기 피측정 전류의 상태가 정상상태 또는 과도상태인지를 판단할 수 있는 정보를 포함하고, 상기 보정량 산출부(1430)는, 상기 시스템 제어 정보를 기초로, 상기 피측정 전류의 상태가 과도상태인 경우, 상기 제 1 보정 전류(Ic1)를 기초로 상기 보정된 전류량(Ic)을 산출하며, 상기 피측정 전류의 상태가 정상상태인 경우, 상기 제 2 보정 전류(Ic2)를 기초로 상기 보정된 전류량(Ic)을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여, 전류 측정 장치 자체적으로 정상상태 및 과도상태 여부를 판단할 수 있어서 시스템이 간단해지고, 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.
시스템 정보를 이용하는 특징으로 인하여, 노이즈가 많은 환경에서도 피측정 전류의 상태를 정확하게 판단할 수 있는 효과가 있다.
상기 보정량 산출부(1430)는, 상기 피측정 전류의 상태가 정상상태에서 과도상태로 변경되거나, 과도상태에서 정상상태로 변경되는 경우, 보정된 전류량(Ic)이 급격히 변동되는 량을 줄이기 위하여, 소정의 시간 동안, 상기 제 1 보정 전류(Ic1)와 상기 제 2 보정 전류(Ic2) 사이의 값을 기초로 보정된 전류량(Ic)으로 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여 피측정 전류의 정상상태와 과도상태간 전환시기에 보정된 전류 출력이 급격히 변동함으로써 시스템 안정도를 저하시키는 것을 방지 할 수 있다.
또한, 상기 피측정 전류의 상태가 정상상태에서 과도상태로 변경되는 경우, 상기 소정의 시간 동안 상기 피측정 전류가 정상상태인 경우의 보정된 전류량에서 상기 피측정 전류가 과도상태인 경우의 보정된 전류량으로 시간의 흐름에 따라 단계적으로 변경된 보정된 전류량을 출력하고, 상기 피측정 전류의 상태가 과도상태에서 정상상태로 변경되는 경우, 상기 소정의 시간 동안 상기 피측정 전류가 과도상태인 경우의 보정된 전류량에서 상기 피측정 전류가 정상상태인 경우의 보정된 전류량으로 시간의 흐름에 따라 단계적으로 변경된 보정된 전류량을 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 소정의 시간은 가변가능한 시간 간격으로서, 피측정 전류의 변동 크기에 따라 가변할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여 피측정 전류의 변화에 따라 정상상태와 과도상태간 전환시점의 보정된 전류 출력의 필터링 기간 및 정도를 가변함으로써 시스템 안정도를 저하시키는 것을 방지 할 수 있다.
[실시 형태 2]
상기 전류 측정 장치(1000)를 통해 전류를 인가하는 인버터, 및 상기 인버터로부터 상기 전류 측정 장치(1000)를 통해 전류를 공급받는 모터를 포함하고, 상기 인버터의 제어기가 상기 전류 측정 장치에 상기 시스템 정보를 전송하고, 상기 전류 측정 장치로부터 상기 전류에 대한 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 시스템을 특징으로 할 수 있다.
상기 시스템 정보는 상기 모터의 토크, 토크 제어 지령, 속도, 속도 제어 지령, 각속도, 각속도 제어 지령 중 적어도 하나에 기초한 정보를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
[실시 형태 3]
전기 구동 시스템을 제어하는 엑셀러레이터 페달 및 브레이크 페달을 포함하되, 상기 시스템 정보는 엑셀러레이터 페달 신호 정보(APS), 브레이크 페달 신호 정보(BPS) 중 적어도 하나에 기초한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 이동체를 특징으로 할 수 있다.
[실시 형태 4]
전류 측정 방법으로서, (a) 전류 센싱 소자(1100)가 피측정 전류에 따른 신호를 생성하는 단계, (b) 전류 계측 수단(1200)이 상기 전류 센싱 소자(1100)의 출력 신호로부터 피측정 전류량(Im)을 측정하는 단계, (c) 통신부(1450)가 상위 제어기 중 적어도 하나로부터 시스템 정보를 수신하는 단계, (d) 보정량 산출부(1430)가 상기 피측정 전류량(Im), 상기 시스템 정보를 기초로 보정된 전류량(Ic) 정보를 산출하는 단계, (e) 계측연산부(1400)가 상기 보정된 전류량(Ic) 정보를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 단계(d)에서, 상기 보정량 산출부(1430)는, (d1) 상기 전류 센싱 소자(1100)에 포함된 홀 소자에 인가되는 전류량 정보, 상기 전류 센싱 소자(1100)의 온도 정보, 상기 전류 센싱 소자(1100)에 포함된 자기 코어(1110)의 형상 및 상기 자기 코어(1110)의 공극의 크기 중 적어도 하나를 포함한 정보를 기초로 제 1 보정 전류(Ic1)를 산출하는 단계(S1), (d2) 상기 제 1 보정 전류(Ic1), 상기 시스템 정보를 기초로, 상기 자기 코어(1110)의 히스테리시스 특성에 의해 발생하는 전류 측정 오차를 보정한 제 2 보정 전류(Ic2)를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 단계(e)에서, 상기 계측연산부(1400)는, (e1) 상기 시스템 정보를 기초로 상기 피측정 전류가 정상상태인지 또는 과도상태인지 여부를 판단하는 단계(S2), (e2) 상기 피측정 전류가 과도상태인 경우, 상기 제 1 보정 전류(Ic1)를 기초로 보정된 전류량(Ic)을 산출하거나, 상기 피측정 전류가 정상상태인 경우, 상기 제 2 보정 전류(Ic2)를 기초로 보정된 전류량(Ic)을 산출하는 단계(S7)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 단계(d2)에서, 상기 보정량 산출부(1430)는, (d2-1) 상기 피측정 전류의 기본파 성분의 변화율 또는 상기 제 1 보정 전류를 기초로 보정된 제 1 보정 전류(Ic1)의 기본파 성분의 변화율이 양인지 음인지 판단하는 단계(S4), (d2-2) 상기 판단 결과가 양인 경우 하기 [수학식1]에 따라 전류량을 보정하기 위한 파라미터(tc)를 설정하고(S5-1), 상기 판단 결과가 음 경우 하기 [수학식2]에 따라 전류량을 보정하기 위한 파라미터(tc)를 설정하는 단계(S5-2), (d2-3) 상기 파라미터를 기초로 하기 [수학식3]에 따라 제 2 보정 전류(Ic2)를 산출하는 단계(S6)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기
Figure 112018116887037-pat00007
은 제 1 보정된 전류량의 기본파 성분의 크기와 각주파수를 이용하여 상기 자기 코어의 특성에 대한 자화 의존 프라이자흐 모델(magnetization-dependent Preisach model)에 기초한 룩 업 테이블로부터 얻어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
1000 : 전류 측정 장치
1100 : 전류 센싱 소자
1110 : 코어
1120 : 홀 소자
1200 : 전류 계측 수단
1211 : 출력 전압 센서
1212 : 제 1 가변 증폭 수단
1213 : 제 1 A/D 컨버터
1221 : 입력 전압 센서
1222 : 제 2 가변 증폭 수단
1223 : 제 2 A/D 컨버터
1300 : 전류원
1400 : 계측연산부
1410 : 프로세서
1420 : 온도 산출부
1430 : 보정량 산출부
1440 : 기억장치
1450 : 통신부
2000 : 상위 제어기

Claims (16)

  1. 피측정 전류에 따른 신호를 생성하는 전류 센싱 소자(1100),
    상기 전류 센싱 소자(1100)의 출력 신호로부터 피측정 전류량(Im)을 측정하는 전류 계측 수단(1200),
    상위 제어기 중 적어도 하나로부터 시스템 정보를 수신하는 통신부(1450), 및
    상기 피측정 전류량(Im)과 상기 시스템 정보를 기초로 보정된 전류량(Ic) 정보를 산출하는 보정량 산출부(1430)를 포함하고,
    상기 보정된 전류량(Ic) 정보를 상기 상위 제어기 중 적어도 하나에 출력하는 계측연산부(1400)를 포함하되,
    상기 전류 센싱 소자(1100)는
    대향되는 양단면에 의해 공극(air gap)이 형성되는 자기 코어(1110),
    상기 자기 코어(1110)에 형성되는 공극에 설치되어 홀 효과에 의해 홀 전압을 출력하는 홀 소자(1120)를 포함하고,
    상기 시스템 정보는,
    상기 피측정 전류에 연관되는 시스템 제어 정보를 포함하며,
    상기 시스템 정보는 모터의 토크, 토크 제어 지령, 속도, 속도 제어 지령, 각속도, 각속도 제어 지령 중 적어도 하나에 기초한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 측정 장치(1000).
  2. 피측정 전류에 따른 신호를 생성하는 전류 센싱 소자(1100),
    상기 전류 센싱 소자(1100)의 출력 신호로부터 피측정 전류량(Im)을 측정하는 전류 계측 수단(1200),
    상위 제어기 중 적어도 하나로부터 시스템 정보를 수신하는 통신부(1450), 및
    상기 피측정 전류량(Im)과 상기 시스템 정보를 기초로 보정된 전류량(Ic) 정보를 산출하는 보정량 산출부(1430)를 포함하고,
    상기 보정된 전류량(Ic) 정보를 상기 상위 제어기 중 적어도 하나에 출력하는 계측연산부(1400)를 포함하되,
    상기 전류 센싱 소자(1100)는
    대향되는 양단면에 의해 공극(air gap)이 형성되는 자기 코어(1110),
    상기 자기 코어(1110)에 형성되는 공극에 설치되어 홀 효과에 의해 홀 전압을 출력하는 홀 소자(1120)를 포함하고,
    상기 시스템 정보는,
    상기 피측정 전류에 연관되는 시스템 제어 정보를 포함하며,
    상기 시스템 정보는, 전기 구동 시스템의 엑셀러레이터 페달 신호 정보(APS), 브레이크 페달 신호 정보(BPS) 중 적어도 하나에 기초한 정보를 포함하는 것을
    특징으로 하는 전류 측정 장치(1000).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보정량 산출부(1430)는,
    상기 홀 소자에 인가되는 전류량 정보, 상기 전류 센싱 소자(1100)의 온도 정보, 상기 자기 코어(1110)의 형상 및 상기 공극의 크기 중 적어도 하나를 포함한 정보를 기초로 제 1 보정 전류(Ic1)를 산출하고,
    상기 제 1 보정 전류(Ic1)와 상기 시스템 정보 중 적어도 하나를 기초로, 상기 자기 코어(1110)의 히스테리시스 특성에 의해 발생하는 전류 측정 오차를 보정한 제 2 보정 전류(Ic2)를 산출하는 것
    을 특징으로 하는 전류 측정 장치(1000).
  4. 삭제
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 시스템 제어 정보는 상기 피측정 전류의 기본파 성분에 기초한 정보를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 전류 측정 장치(1000).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 피측정 전류의 기본파 성분에 기초한 정보는 상기 피측정 전류의 제어 지령치에 기초한 정보인 것
    을 특징으로 하는 전류 측정 장치(1000).
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 피측정 전류의 기본파 성분에 기초한 정보는 상기 피측정 전류의 기본파 성분의 주파수와 크기 중 적어도 하나를 포함하는 정보인 것
    을 특징으로 하는 전류 측정 장치(1000).
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 피측정 전류량(Im)과 상기 시스템 정보를 이용하여 히스테리시스 특성이 반영된 룩 업 테이블에 기반하여 상기 제 2 보정 전류(Ic2)를 산출하는 것
    을 특징으로 하는 전류 측정 장치(1000).
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 시스템 정보는 상기 피측정 전류의 상태가 정상상태 또는 과도상태인지를 판단할 수 있는 정보를 포함하고,
    상기 보정량 산출부(1430)는,
    상기 시스템 정보를 기초로,
    상기 피측정 전류의 상태가 과도상태인 경우, 상기 제 1 보정 전류(Ic1)를 기초로 상기 보정된 전류량(Ic)을 산출하며,
    상기 피측정 전류의 상태가 정상상태인 경우, 상기 제 2 보정 전류(Ic2)를 기초로 상기 보정된 전류량(Ic)을 산출하는 것
    을 특징으로 하는 전류 측정 장치(1000).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 보정량 산출부(1430)는,
    상기 피측정 전류의 상태가 정상상태에서 과도상태로 변경되거나, 과도상태에서 정상상태로 변경되는 경우,
    보정된 전류량(Ic)이 급격히 변동되는 량을 줄이기 위하여, 소정의 시간 동안, 상기 제 1 보정 전류(Ic1)와 상기 제 2 보정 전류(Ic2) 사이의 값을 기초로 보정된 전류량(Ic)으로 산출하는 것
    을 특징으로 하는 전류 측정 장치(1000).
  11. 제 1 항 또는 제 2 항의 특징을 갖는 전류 측정 장치(1000)를 적어도 하나 포함하고,
    상기 전류 측정 장치(1000)를 통해 전류를 인가하는 인버터, 및
    상기 인버터로부터 상기 전류 측정 장치(1000)를 통해 전류를 공급받는 모터를 포함하고,
    상기 인버터의 제어기가 상기 전류 측정 장치에 상기 시스템 정보를 전송하고,
    상기 전류 측정 장치로부터 상기 전류에 대한 정보를 수신하는 것
    을 특징으로 하는 전기 구동 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전기 구동 시스템을 제어하는 엑셀러레이터 페달 및 브레이크 페달을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 구동 이동체.
  13. 전류 측정 방법으로서,
    (a) 전류 센싱 소자(1100)가 피측정 전류에 따른 신호를 생성하는 단계,
    (b) 전류 계측 수단(1200)이 상기 전류 센싱 소자(1100)의 출력 신호로부터 피측정 전류량(Im)을 측정하는 단계,
    (c) 통신부(1450)가 상위 제어기 중 적어도 하나로부터 시스템 정보를 수신하는 단계,
    (d) 보정량 산출부(1430)가 상기 피측정 전류량(Im), 상기 시스템 정보를 기초로 보정된 전류량(Ic) 정보를 산출하는 단계,
    (e) 계측연산부(1400)가 상기 보정된 전류량(Ic) 정보를 출력하는 단계를 포함하되,
    상기 전류 센싱 소자(1100)는
    대향되는 양단면에 의해 공극(air gap)이 형성되는 자기 코어(1110),
    상기 자기 코어(1110)에 형성되는 공극에 설치되어 홀 효과에 의해 홀 전압을 출력하는 홀 소자(1120)를 포함하고,
    상기 시스템 정보는,
    상기 피측정 전류에 연관되는 시스템 제어 정보를 포함하며,
    상기 시스템 정보는 모터의 토크, 토크 제어 지령, 속도, 속도 제어 지령, 각속도, 각속도 제어 지령 중 적어도 하나에 기초한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 측정 방법.
  14. 전류 측정 방법으로서,
    (a) 전류 센싱 소자(1100)가 피측정 전류에 따른 신호를 생성하는 단계,
    (b) 전류 계측 수단(1200)이 상기 전류 센싱 소자(1100)의 출력 신호로부터 피측정 전류량(Im)을 측정하는 단계,
    (c) 통신부(1450)가 상위 제어기 중 적어도 하나로부터 시스템 정보를 수신하는 단계,
    (d) 보정량 산출부(1430)가 상기 피측정 전류량(Im), 상기 시스템 정보를 기초로 보정된 전류량(Ic) 정보를 산출하는 단계,
    (e) 계측연산부(1400)가 상기 보정된 전류량(Ic) 정보를 출력하는 단계를 포함하되,
    상기 전류 센싱 소자(1100)는
    대향되는 양단면에 의해 공극(air gap)이 형성되는 자기 코어(1110),
    상기 자기 코어(1110)에 형성되는 공극에 설치되어 홀 효과에 의해 홀 전압을 출력하는 홀 소자(1120)를 포함하고,
    상기 시스템 정보는,
    상기 피측정 전류에 연관되는 시스템 제어 정보를 포함하며,
    상기 시스템 정보는, 전기 구동 시스템의 엑셀러레이터 페달 신호 정보(APS), 브레이크 페달 신호 정보(BPS) 중 적어도 하나에 기초한 정보를 포함하는 것을
    특징으로 하는 전류 측정 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 단계(d)에서,
    상기 보정량 산출부(1430)는,
    (d1) 상기 전류 센싱 소자(1100)에 포함된 홀 소자에 인가되는 전류량 정보, 상기 전류 센싱 소자(1100)의 온도 정보, 상기 전류 센싱 소자(1100)에 포함된 자기 코어(1110)의 형상 및 상기 자기 코어(1110)의 공극의 크기 중 적어도 하나를 포함한 정보를 기초로 제 1 보정 전류(Ic1)를 산출하는 단계(S1),
    (d2) 상기 제 1 보정 전류(Ic1), 상기 시스템 정보를 기초로, 상기 자기 코어(1110)의 히스테리시스 특성에 의해 발생하는 전류 측정 오차를 보정한 제 2 보정 전류(Ic2)를 산출하는 단계를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 전류 측정 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 단계(e)에서,
    상기 계측연산부(1400)는,
    (e1) 상기 시스템 정보를 기초로 상기 피측정 전류가 정상상태인지 또는 과도상태인지 여부를 판단하는 단계(S2),
    (e2) 상기 피측정 전류가 과도상태인 경우, 상기 제 1 보정 전류(Ic1)를 기초로 보정된 전류량(Ic)을 산출하거나, 상기 피측정 전류가 정상상태인 경우, 상기 제 2 보정 전류(Ic2)를 기초로 보정된 전류량(Ic)을 산출하는 단계(S7)를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 전류 측정 방법.


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