KR102313672B1 - 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로에 관한 것이다.
본 발명은 3 상 모터; 상기 3상 모터의 각 상과 전기적으로 연결되는 하나 이상의 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 모터 구동부; 상기 모터 구동부에 전원을 공급하는 배터리; 상기 배터리와 상기 모터 구동부 사이에 직렬로 연결되고, 상기 배터리와 상기 모터 구동부의 전기적인 연결을 스위칭하는 릴레이 스위치; 및 상기 릴레이 스위치 양단에 병렬로 연결되어, 상기 릴레이 스위치가 개방된 상태에서 상기 3상 모터에서 역기전력이 발생하면 상기 역기전력을 상기 배터리로 흘려보내는 역기전력 제거부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로를 제공한다.
본 발명에 의하면, 릴레이 스위치의 양단에 역기전력 제거부를 병렬로 연결하거나, 릴레이 스위치의 NC 접점 라인에 다이오드를 설치하여 차량의 시동이 꺼진 상태에서 발생하는 3상 모터의 역기전력을 배터리로 흘려보낼 수 있기 때문에 모터 구동부에 포함된 전계 효과 트랜지스터들의 소손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로{Motor Driving Circuit of Electric Power Steering System}
본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로에 관한 것이다.
전동식 파워 스티어링 시스템은 운전자가 차량의 핸들을 조향할 때, 조향 보조력을 제공하여 운전자가 차량의 핸들을 손쉽게 조향할 수 있도록 하는 편의 장치이다.
이러한 전동식 파워 스티어링 시스템은 도 1과 같이 차량의 시동이 꺼진 상태, 즉 릴레이 스위치(120)가 개방된 상태에서, 타이어 교체 또는 차량 정비 등의 상황에서 외력으로 인해 랙 바의 이동 및 조향축이 회전하면, 랙 바 또는 조향축에 연결된 3상 모터(140)에서 역기전력이 발생한다. 도 1과 같은 종래의 모터 구동 회로에서는 릴레이 스위치(120)가 개방되면 평활용 콘덴서(150)와 모터 구동부(130)에 의한 폐회로가 형성되기 때문에 3상 모터(140)에서 발생한 역기전력이 모터 구동부(130)에 포함된 하나 이상의 전계 효과 트랜지스터(FET, Field Effect Transistor)에 전압 스트레스를 가하게 된다.
일반적으로 역기전력은 순간적으로 높은 전압을 발생하기 때문에 역기전력의 발생이 과도할 경우에는 모터 구동부(130)에 포함된 하나 이상의 전계 효과 트랜지스터(FET, Field Effect Transistor)가 역기전력으로 인해 소손될 수 있는 문제점이 있다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 차량의 시동이 꺼져 있을 때, 전동식 파워 스티어링 시스템의 3상 모터에서 발생하는 역기전력을 효과적으로 제거하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로를 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 3 상 모터; 상기 3상 모터의 각 상과 전기적으로 연결되는 하나 이상의 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 모터 구동부; 상기 모터 구동부에 전력을 공급하는 배터리; 상기 배터리와 상기 모터 구동부 사이에 직렬로 연결되고, 상기 배터리와 상기 모터 구동부의 전기적인 연결을 스위칭하는 릴레이 스위치; 및 상기 릴레이 스위치 양단에 병렬로 연결되어, 상기 릴레이 스위치가 개방된 상태에서 상기 3상 모터에서 역기전력이 발생하면 상기 역기전력을 상기 배터리로 흘려보내는 역기전력 제거부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 3상 모터; 상기 3상 모터의 각 상과 전기적으로 연결되는 하나 이상의 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 모터 구동부; 상기 모터 구동부에 전력을 공급하는 배터리; 및 상기 배터리와 상기 모터 구동부 사이에 직렬로 연결되어 상기 배터리와 상기 모터 구동부의 전기적인 연결을 스위칭하되, NC(Normal Close) 접점 라인의 일부분에 직렬로 연결되는 다이오드를 포함하고, 전원의 오프(Off)시에는 공통 접점이 상기 NC 접점에 접촉되어 상기 3상 모터에서 발생한 역기전력을 상기 다이오드를 통해 상기 배터리로 흘려보내는 역기전력 제거용 릴레이 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 릴레이 스위치의 양단에 역기전력 제거부를 병렬로 연결하거나, 릴레이 스위치의 NC 접점 라인에 다이오드를 설치하여 차량의 시동이 꺼진 상태에서 발생하는 3상 모터의 역기전력을 배터리로 흘려보낼 수 있기 때문에 모터 구동부에 포함된 전계 효과 트랜지스터들의 소손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로를 간략하게 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로를 간략하게 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로를 간략하게 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로를 간략하게 나타낸 도면이다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 모터 구동 회로(200)는 배터리(110), 릴레이 스위치(120), 모터 구동부(130), 3상 모터(140), 평활용 콘덴서(150) 및 역기전력 제거부(210)를 포함한다.
배터리(110)는 차량에 설치된 전자 제어 장치들에 전력을 공급한다. 일반적으로 배터리(110)는 12 볼트 내지 24 볼트의 직류 전력을 공급한다.
본 발명에서 배터리(110)는 차량의 시동이 켜지면 후술할 모터 구동부(130)에 전력을 공급한다. 다시 말해서, 차량의 시동이 켜지면 전동식 파워 스티어링 시스템(EPS, Electric Power Steering System)에 전력을 공급하는 것이다.
릴레이 스위치(120)는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어부(미도시)의 제어에 의해 턴온/턴오프를 수행하여 배터리(110)와 모터 구동부(130)를 전기적으로 스위칭한다.
모터 구동부(130)는 상기 제어부(미도시)의 제어에 의해 6개의 전계 효과 트랜지스터(FET, Field Effect Transistor)가 온/오프 동작을 수행하여 후술할 3상(Three Phase) 모터(140)가 정/역회전 구동을 하도록 한다.
이를 위해 모터 구동부(130)는 3상 모터(140)의 각 상과 하나 이상의 전계 효과 트랜지스터가 전기적으로 연결된다.
예를 들어, 6개의 전계 효과 트랜지스터(FET1, FET2, FET3, FET4, FET5, FET6) 중에서 FET1 및 FET4는 3상 모터(140)의 a 상과 전기적으로 연결되고, FET2 및 FET 5는 b 상과 전기적으로 연결되며, FET3 및 FET6은 c 상과 전기적으로 연결될 수 있다.
3상 모터(140)는 모터 구동부(130)에 의해 정회전 또는 역회전으로 구동하여 운전자의 핸들 조향시, 조향 보조력을 제공한다. 여기서, 3상 모터(140)는 3상 BLAC(Brushless AC Motor) 모터일 수 있다.
차량의 시동이 꺼진 상태에서 차량의 외력에 의해 차량 랙 바의 이동 및 조향축이 회전하면, 랙 바 또는 조향축에 연결된 3상 모터(140)는 정회전 또는 역회전하게 되고, 이로 인한 역기전력을 발생한다.
본 발명에서는 차량의 시동이 꺼진 상태, 즉 릴레이 스위치(120)가 개방된 상태에서 3상 모터(140)에서 발생한 역기전력을 배터리(110)로 흘려 보내기 위해 릴레이 스위치(120) 양단에 역기전력 제거부(210)를 병렬로 연결한다.
구체적으로, 3상 모터(140)에서 발생한 역기전력은 모터 구동부(130)의 하나 이상의 전계 효과 트랜지스터에 포함된 기생 다이오드를 통해 평활용 콘덴서(150)로 흐르고, 평활용 콘덴서(150)의 전위가 배터리(110)의 전위보다 높아지게 되면 역기전력 제거부(210)를 통해 배터리(110)로 흐르게 된다. 이로 인해 모터 구동부(130)의 전계 효과 트랜지스터들은 3상 모터(140)의 역기전력으로 인한 전압 스트레스를 받지 않게 된다.
여기서, 역기전력 제거부(210)는 릴레이 스위치(120) 양단에 병렬로 연결되되, 기생 다이오드의 애노드(Anode)가 모터 구동부(130) 쪽의 선로와 전기적으로 연결되고 캐소드(Cathode)가 배터리(110) 쪽의 선로와 전기적으로 연결되어, 릴레이 스위치(120)가 개방된 상태에서 3상 모터(140)에서 발생한 역기전력은 기생 다이오드의 순방향(애노드→캐소드)으로 흘려보내고, 배터리(110)의 전력은 모터 구동부(130) 쪽으로 공급되지 않게 차단하는 전계 효과 트랜지스터인 것이 바람직하다.
그 이유는 전계 효과 트랜지스터의 기생 다이오드의 전류 용량이 일반적인 다이오드의 전류 용량보다 커서, 과전류로 인한 다이오드의 소손을 방지하여 역기전력 제거부(210)의 신뢰성을 향상할 수 있기 때문이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에서는 릴레이 스위치(120)의 양단에 역기전력 제거부(210)를 병렬로 연결함으로써, 3상 모터(140)에서 발생하는 역기전력을 배터리(110)로 흘려 보내고 이를 통해 모터 구동부(130)의 전계 효과 트랜지스터들의 소손을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제 2 실시예를 통해 3상 모터(140)에서 발생한 역기전력을 배터리(110)로 흘려 보내는 구성에 대한 설명을 하도록 하겠다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로를 간략하게 나타낸 도면이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 모터 구동 회로(300)는 배터리(110), 모터 구동부(130), 3상 모터(140), 평활용 콘덴서(150) 및 역기전력 제거용 릴레이 스위치(210)를 포함한다. 여기서, 배터리(110), 모터 구동부(130), 3상 모터(140), 평활용 콘덴서(150)의 구성은 본 발명의 제 1 실시예에서 이미 설명하였기 때문에 본 발명의 제 2 실시예에서는 배터리(110), 모터 구동부(130), 3상 모터(140), 평활용 콘덴서(150)의 구성에 대한 설명을 생략하도록 한다.
역기전력 제거용 릴레이 스위치(310)는 배터리(110)와 모터 구동부(130) 사이에 직렬로 연결되어 배터리(110)와 모터 구동부(130)의 전기적인 연결을 스위칭하되, NC(Normal Close) 접점 라인의 일부분에 직렬로 연결되는 다이오드(312)를 포함하고, 전원의 오프(Off), 즉 차량의 시동이 꺼져서 역기전력 제거용 릴레이 스위치(310)가 개방되었을 때에는 공통 접점(314)이 NC 접점에 접촉되어 3상 모터(140)에서 발생한 역기전력을 다이오드(312)를 통해 배터리(110)로 흘려 보낸다. 여기서, 역기전력 제거용 릴레이 스위치(310)는 전원의 온(On) 상태, 즉 차량의 시동이 켜진 상태에서는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어부(미도시)의 제어에 의해 공통 접점(314)이 NO(Normal Open) 접점에 접촉되어 배터리(110)의 전력이 NO 접점을 통해 모터 구동부(130) 쪽으로 공급되도록 한다.
본 발명에서 다이오드(312)의 애노드는 모터 구동부(130) 쪽의 선로와 전기적으로 연결되고, 캐소드는 NC 접점의 접점단과 전기적으로 연결되어 3상 모터(140)에서 발생한 역기전력이 다이오드(212)의 순방향(애노드→캐소드)으로 흘러가서 NC 접점의 접점단과 접촉된 공통 접점(314)을 통해 배터리(110)로 흐르게 한다. 여기서, 배터리(110)의 전력이 흐르는 방향은 다이오드(212)의 역방향(캐소드→애노드)이기 때문에 공통 접점(314)이 NC 접점에 접촉된 상태에서는 배터리(110)의 전력이 다이오드(312)에 의해 차단되어 모터 구동부(130) 쪽으로 공급되지 않는다.
이와 같이 본 발명의 제 2 실시예에서는 역기전력용 릴레이 스위치(310)의 NC 접점 라인의 일부분에 다이오드(312)를 설치하는 간단한 구성으로 차량의 시동이 꺼진 상태에서 발생한 3상 모터(140)의 역기전력을 배터리(110)로 흐르게 함으로써, 역기전력으로 인한 모터 구동부(130)의 전계 효과 트랜지스터들의 소손을 방지할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 3상 모터;
    상기 3상 모터의 각 상과 전기적으로 연결되는 하나 이상의 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 모터 구동부;
    상기 모터 구동부에 전력을 공급하는 배터리;
    상기 배터리와 상기 모터 구동부 사이에 직렬로 연결되고, 상기 배터리와 상기 모터 구동부의 전기적인 연결을 스위칭하는 릴레이 스위치; 및
    상기 릴레이 스위치 양단에 병렬로 연결되어, 상기 릴레이 스위치가 개방된 상태에서 상기 3상 모터에서 역기전력이 발생하면 상기 역기전력을 상기 배터리로 흘려보내는 역기전력 제거부
    를 포함하되,
    상기 역기전력 제거부는,
    상기 배터리와 병렬로 연결된 평활용 콘덴서의 전위가 상기 배터리의 전위보다 높은 경우에만 상기 역기전력을 상기 배터리로 흘려보내는 전계 효과 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 역기전력 제거부는 상기 릴레이 스위치 양단에 병렬로 연결되되, 기생 다이오드의 애노드가 상기 모터 구동부 쪽의 선로와 전기적으로 연결되고, 캐소드가 상기 배터리 쪽의 선로와 전기적으로 연결되는 전계 효과 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로.
  3. 3상 모터;
    상기 3상 모터의 각 상과 전기적으로 연결되는 하나 이상의 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 모터 구동부;
    상기 모터 구동부에 전력을 공급하는 배터리; 및
    상기 배터리와 상기 모터 구동부 사이에 직렬로 연결되어 상기 배터리와 상기 모터 구동부의 전기적인 연결을 스위칭하되, NC(Normal Close) 접점 라인의 일부분에 직렬로 연결되는 다이오드를 포함하고, 전원의 오프(Off)시에는 공통 접점이 상기 NC 접점에 접촉되어 상기 3상 모터에서 발생한 역기전력을 상기 다이오드를 통해 상기 배터리로 흘려보내는 역기전력 제거용 릴레이 스위치
    를 포함하되,
    상기 역기전력 제거용 릴레이 스위치는,
    상기 전원의 온(On)시에는 공통 접점이 NO(Normal Open) 접점에 접촉되어 상기 배터리의 전력을 상기 모터 구동부로 흘려보내는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터 구동 회로.
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