KR102142527B1 - 쿨링팬 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 쿨링팬 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명의 쿨링팬 제어 장치는 전원 장치와 연결되며, 전원 장치로부터 입력되는 전압을 저항부를 통하여 쿨링팬으로 공급/차단하는 로우 릴레이(Low Relay); 전원 장치와 연결되며, 전원 장치로부터 입력되는 전압을 바로 쿨링팬으로 공급/차단하는 하이 릴레이(High Relay); 쿨링팬으로부터 출력되는 전류량을 센싱하는 전류 센싱부; 및 센싱된 전류량이 설정된 전류값을 초과하는지 여부를 판단하여 로우 릴레이 및 하이 릴레이를 제어하는 제어부를 포함한다.
이러한, 본 발명에 따르면, 종래의 PWM 제어 장치와는 달리, FET(Field Effect Transistor)를 이용하지 않고 쿨링팬 제어 장치를 구현함으로써, 제품 생산 단가를 효율적으로 낮추면서 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
특히, 과전류나 과전압을 실시간 감시하여 차단할 수 있으며, MCU(Micro Control Unit)를 효율적으로 보호할 수 있어, 종래 고가의 PWM 제어 장치보다 동작 수명을 연장시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Description

쿨링팬 제어 장치{ARRARTUS FOR CONTROLLING COOLING FAN}
본 발명은 쿨링팬 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 에어컨에 장착된 쿨링팬을 효율적으로 제어하기 위한 쿨링팬 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차에 내장된 에어컨 장치는 배터리 전원을 이용하여 구동하며, 에어컨 내 쿨링팬(Cooling FAN)을 제어하기 위해 엔진 관리 시스템(EMS; Engine Management System)은 배터리의 전원이 공급되는 저항을 직접적으로 제어하거나 PWM(Pulse Width Modulation) 제어기를 이용하여 쿨링팬을 제어한다.
도 1은 종래의 쿨링팬 제어 회로를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 쿨링팬 제어 회로(10)는 배터리(17)의 로우 릴레이(11; Low relay)와 하이 릴레이(12; High relay)로부터 입력받은 전압을 이용하여 쿨링팬(14; Cooling Fan)을 동작시킨다. 이때, 엔진 관리 시스템(15; EMS)의 제어에 따라 로우 릴레이(11)와 하이 릴레이(12)가 제어되며, 로우 릴레이(11)가 제어되면, 레지스터(13)에 의해 입력전압이 낮아져 쿨링팬(14)의 속도가 낮아지고, 하이 릴레이(12)가 제어되면, 레지스터(13)를 통하지 않으므로 배터리(17) 전압에 의해 쿨링팬(14)의 속도가 높아진다.
종래의 쿨링팬 제어 회로(10)는 레지스터값을 통하여 2단 제어만 가능하며, 온도센서(16)만으로 이상 작동을 감지, 차단하기 때문에, 효율적으로 쿨링팬(14)을 제어할 수 없는 문제점이 있었다.
이러한, 종래의 쿨링팬 제어 회로의 문제점을 해결하기 위해 다음의 도 2와 같이, PWM 제어 장치가 연구되었다.
도 2는 종래의 PWM 제어 장치를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래의 PWM 제어 장치(20)의 PWM 제어기(22)는 전원 장치의 배터리(21)로부터 전원을 입력받아 동작하며, 쿨링팬(23)과 연결되어 엔진 관리 시스템(24; EMS)의 제어에 따라 쿨링팬(23)의 다단 제어를 수행한다.
이러한, 종래의 PWM 제어기는 발열이 적고, 온도센싱, 전류센싱 등을 통해 회로 보호를 보호할 수 있으며, 다단 제어를 할 수 있는 반면에, PWM 제어기를 구성하는 FET의 비용이 상당히 비싸고, EMC(Electromagnetic compatibility)에 불리한 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 국내공개특허 제2008-0092688호(2008.10. 16 공개)에 개시되어 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 차량 에어컨에 장착된 쿨링팬을 효율적으로 제어하기 위한 쿨링팬 제어 장치에 관한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시 예에 쿨링팬 제어 장치는, 상기 전원 장치와 연결되며, 상기 전원 장치로부터 입력되는 전압을 저항부를 통하여 쿨링팬으로 공급/차단하는 로우 릴레이(Low Relay); 상기 전원 장치와 연결되며, 상기 전원 장치로부터 입력되는 전압을 쿨링팬으로 공급/차단하는 하이 릴레이(High Relay); 상기 쿨링팬으로부터 출력되는 전류량을 센싱하는 전류 센싱부; 및 상기 센싱된 전류량이 설정된 전류값을 초과하는지 여부를 판단하여 상기 로우 릴레이 및 상기 하이 릴레이를 제어하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 엔진 관리 시스템으로부터 입력되는 로우 시그널(Signal)을 기초로 상기 로우 릴레이를 제어하는 제어 모듈; 제1 단이 전원 장치와, 제2 단은 상기 제어 모듈과 연결되며, 상기 제어 모듈에 입력되는 전압을 강하하여 상기 제어 모듈을 보호하는 전압 보호 모듈; 및 컬렉터(Collector)가 로우 릴레이와 연결되고, 베이스가 상기 제어 모듈과 연결되며, 상기 에미터가 접지와 연결되는 트랜지스터 모듈을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전류 센싱부는, 엠프(AMP)와 션트(SHUNT) 저항을 포함하며, 상기 엠프는 상기 션트 저항의 양 단과 연결되어, 상기 션트 저항의 전류량을 측정하여 설정된 값만큼 증폭한 후 상기 제어부로 제공할 수 있다.
여기서, 상기 저항부는, 제1 단이 상기 로우 릴레이와 연결되고, 제2 단이 상기 쿨링팬 및 상기 하이 릴레이에 각각 연결되며, 상기 로우 릴레이로부터 출력된 전압을 강하시켜 상기 제2 단으로 출력할 수 있다.
여기서, 상기 트랜지스터 모듈은 상기 로우 릴레이를 온/오프(On/Off)할 수 있다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시 예에 쿨링팬 제어 장치는, 상기 전원 장치와 연결되며, 상기 전원 장치로부터 입력되는 전압을 저항부를 통하여 쿨링팬으로 공급/차단하는 로우 릴레이(Low Relay); 상기 전원 장치와 연결되며, 상기 전원 장치로부터 입력되는 전압을 쿨링팬으로 공급/차단하는 하이 릴레이(High Relay); 상기 쿨링팬으로부터 출력되는 전류량을 센싱하는 전류 센싱부; 및 상기 센싱된 전류량이 설정된 전류값을 초과하는지 여부를 판단하여 상기 로우 릴레이 및 상기 하이 릴레이를 제어하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 엔진 관리 시스템으로부터 입력되는 로우 시그널(Signal)을 기초로 상기 로우 릴레이를 제어하는 제어 모듈; 제1 단이 전원 장치와, 제2 단은 상기 제어 모듈과 연결되며, 상기 제어 모듈에 입력되는 전압을 강하하여 상기 제어 모듈을 보호하는 전압 보호 모듈; 및 컬렉터(Collector)가 로우 릴레이와 연결되고, 베이스가 상기 제어 모듈과 연결되며, 상기 에미터가 접지와 연결되는 트랜지스터 모듈을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전류 센싱부는, 엠프(AMP)와 션트(SHUNT) 저항을 포함하며, 상기 엠프는 상기 션트 저항의 양 단과 연결되어, 상기 션트 저항의 전류량을 측정하여 설정된 값만큼 증폭한 후 상기 제어부로 제공할 수 있다.
여기서, 상기 저항부는, 제1 단이 상기 로우 릴레이와 연결되고, 제2 단이 상기 쿨링팬 및 상기 하이 릴레이에 각각 연결되며, 상기 로우 릴레이로부터 출력된 전압을 강하시켜 상기 제2 단으로 출력할 수 있다.
여기서, 상기 트랜지스터 모듈은 상기 로우 릴레이의 온/오프(On/Off)할 수 있다.
도 1은 종래의 쿨링팬 제어 회로를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 PWM 제어기를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 시스템의 쿨링팬 제어 장치를 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 시스템의 쿨링팬 제어 장치를 도시한 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량 시스템은 전원 장치(100), 엔진 관리 시스템(200, EMS; Engine Management System), 쿨링팬 제어 장치(300) 및 쿨링팬(400)을 포함한다.
전원 장치(100)는 저전압 배터리와 고전압 배터리를 포함하며, 저전압 배터리와 고전압 배터리의 전원을 엔진 관리 시스템(200) 및 쿨링팬 제어 장치(300)로 공급하는 기능을 수행한다.
여기서, 배터리는 12V 내외의 저전압을 갖는 배터리로, 차량의 전기 기기 및 전자 기기에 대한 전원을 공급한다.
엔진 관리 시스템(200)는 차량의 엔진 제어 및 관리, 차량 내 전기 기기와 전자 기기에 대한 제어 및 관리를 수행한다.
여기서, 엔진 관리 시스템(200)은 사용자로부터 입력되는 에어컨 조절에 대한 입력 정보를 기초로 하이 시그널과 로우 시그널을 이용하여 쿨링팬 제어 장치(300)를 제어한다.
쿨링팬 제어 장치(300)는 엔진 관리 시스템(200)의 제어에 따라 쿨링팬(400)의 동작을 컨트롤하며, 로우 릴레이(310), 하이 릴레이(320), 저항부(330), 전류 센싱부(340) 및 제어부(350)를 포함한다.
로우 릴레이(310, Low Relay)는 전원 장치(100), 엔진 관리 시스템(200), 저항부(330) 및 제어부(350)와 연결되며, 제어부(350)의 제어에 따라 스위치를 개폐하여 전원 장치(100)로부터 입력되는 전압을 쿨링팬(400)로 공급하거나 차단한다.
하이 릴레이(320, Hign Relay)는 전원 장치(100), 엔진 관리 시스템(200), 쿨링팬(400) 및 제어부(350)와 연결되며, 제어부(350)의 제어에 따라 스위치를 개폐하여 전원 장치(100)로부터 입력되는 전압을 쿨링팬(400)으로 공급하거나 차단한다.
이러한, 로우 릴레이(310)와 하이 릴레이(320)는 제어부(350)의 제어에 따라 전원 장치(100)로부터 입력된 전압을 쿨링팬(400)에 공급하게 된다.
레지스터(330, Resistor)는 일단이 로우 릴레이(310)와 연결되고, 다른 일단이 쿨링팬(400)과 연결되며, 입력되는 로우 릴레이(310)의 전압을 일정 전압으로 강하시켜 쿨링팬(400)로 출력하는 기능을 수행한다.
전류 센싱부(340)는 앰프(341, AMP)와 션트 저항(342, SHUNT)을 포함하며, 과전류를 방지하고 쿨링팬(400)을 구속하는 기능을 수행한다.
이때, 전류 센싱부(340)의 앰프(341)는 션트 저항(342)의 양 단에 연결되며, 쿨링팬(400)의 출력이 과전류인지 여부를 측정하기 위해 출력된 전류값을 설정된 값만큼 증폭하여 제어 모듈(352)로 전송한다.
여기서, 션트 저항(342)는 분류기로, 매우 낮은 저항값을 가지며, 일단은 쿨링팬(400)과 연결되고, 다른 일단은 접지와 연결된다.
제어부(350)는 보호 회로 모듈(351, LDO; Low Drop Out Regulator), 제어 모듈(352, MCU; Micro Controller Unit) 및 트랜지스터(TR; Transistor) 모듈(353)을 포함한다.
보호 회로 모듈(351)은 제어 모듈(352)을 보호하는 기능을 수행하는 모듈로, 일단이 전원 장치(100)와 연결되고, 다른 일단은 제어 모듈(352)과 연결된다.
이때, 보호 회로 모듈(351)은 전원 장치(100)로부터 입력되는 전압을 강하하여 제어 모듈(352)로 과전압 및 과전류가 공급되는 것을 방지한다.
또한, 보호 회로 모듈(351)은 전원 장치(100)로부터 고 전압이 입력되면, 제어 모듈(352)로 입력되는 전원을 임시 차단할 수 있다.
제어 모듈(352)은 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU; Micro Controller Unit)으로 구성되며, 전원 장치(100), 엔진 관리 시스템(200), 로우 릴레이(310) 및 하이 릴레이(320)와 연결된다.
여기서, 제어 모듈(352)은 전원 장치(100)로부터 전원을 입력받고, 엔진 관리 시스템(200)으로부터 하이 시그널(High Signal) 및 로우 시그널(Low Signal)을 각각 입력받아 로우 릴레이(310) 및 하이 릴레이(320)의 스위치를 제어한다.
이때, 제어 모듈(352)은 하이 시그널에 대응하여 하이 릴레이(320)를 제어하고, 로우 시그널에 대응하여 로우 릴레이(310)를 제어한다.
또한, 제어 모듈(352)은 전류 센싱부(340)로부터 입력되는 전류량과 미리 설정된 전류량값을 비교하여, 입력되는 전류량이 설정된 전류량값을 초과하면, 로우 릴레이(310)를 제어하여 전류량을 낮춘다.
트랜지스터 모듈(353)은 컬렉터(Collector)가 로우 릴레이(310)와 연결되고, 베이스(Base)가 제어 모듈(352)과 연결되며, 에미터(Emitter)가 접지와 연결된다.
여기서, 트랜지스터 모듈(353)은 로우 릴레이의 온/오프(On/off)스위치 역할을 수행한다.
쿨링팬(400, Cooling Fan)은 차량의 에어컨에 동작되는 팬, 모터의 과열을 방지하기 위한 팬 등과 같이, 모터에 의해 동작되는 기기로, 로우 릴레이(310) 및 하이 릴레이(320)로부터 입력되는 전압을 통해 팬이 동작한다.
이러한, 본 발명에 따른 쿨링팬 제어 장치는, 종래의 PWM 제어 장치와는 달리, FET를 이용하지 않고 구현함으로써, 제품 생산 단가를 효율적으로 낮추면서 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
특히, 과전류나 과전압을 실시간 감시하여 차단할 수 있으며, MCU를 효율적으로 보호할 수 있어, 종래 고가의 PWM 장치보다 동작 수명을 연장시킬 수 있는 큰 장점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 전원 장치 200: 엔진 관리 시스템
300: 쿨링팬 제어 장치 310: 로우 릴레이
320: 하이 릴레이 330: 저항부
340: 전류 센싱부 341: 앰프(AMP)
342: 션트(Shunt) 350: 제어부
351: 보호 회로 모듈 352: 제어 모듈
353: 트랜지스터 모듈

Claims (5)

  1. 전원 장치 및 엔진 관리 시스템과 연결되며, 쿨링팬을 제어하는 쿨링팬 제어 장치에 있어서,
    상기 전원 장치와 연결되며, 상기 전원 장치로부터 입력되는 전압을 저항부를 통하여 쿨링팬으로 공급/차단하는 로우 릴레이(Low Relay);
    상기 전원 장치와 연결되며, 상기 전원 장치로부터 입력되는 전압을 쿨링팬으로 공급/차단하는 하이 릴레이(High Relay);
    상기 쿨링팬으로부터 출력되는 전류량을 센싱하는 전류 센싱부; 및
    상기 센싱된 전류량이 설정된 전류값을 초과하는지 여부를 판단하여 상기 로우 릴레이 및 상기 하이 릴레이를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 엔진 관리 시스템으로부터 입력되는 로우 시그널(Signal)을 기초로 상기 로우 릴레이를 제어하는 제어 모듈; 제1 단이 전원 장치와, 제2 단은 상기 제어 모듈과 연결되며, 상기 제어 모듈에 입력되는 전압을 강하하여 상기 제어 모듈을 보호하는 전압 보호 모듈; 및 컬렉터(Collector)가 로우 릴레이와 연결되고, 베이스가 상기 제어 모듈과 연결되며, 에미터가 접지와 연결되는 트랜지스터 모듈을 포함하고,
    상기 전류 센싱부는,
    엠프(AMP)와 션트(SHUNT) 저항를 포함하며, 상기 엠프는 상기 션트 저항의 양 단과 연결되어, 상기 션트 저항의 전류량을 측정하여 설정된 값만큼 증폭한 후 상기 제어부로 제공하는 쿨링팬 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저항부는 제1 단이 상기 로우 릴레이와 연결되고, 제2 단이 상기 쿨링팬 및 상기 하이 릴레이에 각각 연결되며, 상기 로우 릴레이로부터 출력된 전압을 강하시켜 상기 제2 단으로 출력하는 쿨링팬 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 트랜지스터 모듈은 상기 로우 릴레이를 온/오프(On/Off)하는 쿨링팬 제어 장치.
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