KR102371590B1 - 센서리스 열선 제어 장치 및 방법 - Google Patents

센서리스 열선 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센서리스 열선 제어 장치 및 방법에 대하여 개시한다. 본 발명의 일면에 따른 센서리스 열선 제어 장치는, 제어신호에 대응하여 스티어링 휠 또는 좌석 시트에 구비된 열선에 전류를 공급하되, 공급 전류량을 감지하는 감지수단을 내장한 파워스위치; 및 적어도 하나의 스위치의 조작 상태에 따른 목표 온도를 확인하고, 상기 감지수단의 출력에 대응하는 모니터링 전압이 상기 목표 온도에 따른 목표 전압과 일치하도록 상기 파워스위치를 턴 온하는 상기 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

센서리스 열선 제어 장치 및 방법{Apparatus and Method for Controlling Hot Wire without Outside Sensor}
본 발명은 차량 내 열선 제어 기술에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 NTC 등의 외부 센서를 필요로 하지 않는 센서리스 열선 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 차량 시스템은 좌석 시트(Seat) 또는 스티어링 휠(Steering Wheel)에 열선을 적용하여 설정 온도에 따른 따뜻함을 유지하는 기능을 제공하고 있다.
이를 위해, 차량 시스템은 열선 온도 측정을 위한 NTC 센서(Negative Temperature Coefficient thermistor)와 열선 제어를 위한 릴레이 또는 전자소자(IPS; Intelligent Power Switch) 등을 필요로 한다.
구체적으로, 차량 열선 제어 시스템은 이그니션 온 후 열선 온 스위치 조작 시에 릴레이 또는 전자소자를 구동하여 열선을 제어하고, NTC 온도를 계측해 열선 온도를 설정 온도로 제어한다.
그런데, NTC 센서는 측정 위치 이동에 따른 온도 편차로 인해 열선에 근접 설치되어야 정확한 온도 측정이 가능하다.
더욱이, NTC 센서는 효율이 높을수록 가격이 비싸고, 도 1과 같이 그와 연결되는 제어부에 추가 회로(100)를 필요로 하여 원가를 상승시킨다.
그 뿐만 아니라, NTC 센서의 불량이나 오동작은 열선 동작 불량으로 이어질 수 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 파워스위치에 내장된 전류 감지원을 이용하여 열선 온도를 조절할 수 있는 센서리스 열선 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일면에 따른 센서리스 열선 제어 장치는, 제어신호에 대응하여 스티어링 휠 또는 좌석 시트에 구비된 열선에 전류를 공급하되, 공급 전류량을 감지하는 감지수단을 내장한 파워스위치; 및 적어도 하나의 스위치의 조작 상태에 따른 목표 온도를 확인하고, 상기 감지수단의 출력에 대응하는 모니터링 전압이 상기 목표 온도에 따른 목표 전압과 일치하도록 상기 파워스위치를 턴 온하는 상기 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명의 일면에 따른 센서리스 열선 제어 장치는 감지수단의 출력을 상기 제어부에 의해 인지 가능한 크기의 모니터링 전압으로 변환하는 변환 회로를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제어부는 모니터링 전압이 상기 목표 전압과 일치하도록 상기 제어신호의 크기 및 턴 온과 턴 오프의 주기 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 면에 따른 스티어링 휠 또는 좌석 시트에 구비된 열선에 인가되는 전류량을 감지하는 감지수단을 내장한 파워스위치; 및 상기 파워스위치를 제어하는 제어부에 의한 열선 제어 방법은, 적어도 하나의 스위치 조작 시에 그 조작 상태에 따른 목표 온도를 확인하는 단계; 및 상기 감지수단의 출력에 대응하는 모니터링 전압이 상기 목표 온도에 따른 목표 전압과 일치하도록 상기 파워스위치를 턴 온하는 제어신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 열선의 주변 회로를 줄여 원가를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 NTC 센서의 불량이나 오동작이 열선 동작 불량으로 이어지는 종래의 문제를 개선할 수 있다.
도 1은 종래의 열선 제어 장치를 도시한 회로도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 센서리스 열선 제어 장치를 도시한 회로도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 전압을 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 센서리스 열선 제어 방법을 도시한 흐름도
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이제 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 센서리스 열선 제어 장치의 회로도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 전압을 도시한 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 센서리스 열선 제어 장치(20)는 적어도 하나의 스위치(SW1, SW2), 열선(240), 파워스위치(210), 변환 회로(220) 및 제어부(230)를 포함한다.
적어도 하나의 스위치(SW1, SW2)는 열선(240)의 온/오프 및 온도 조절을 위해 사용자에 의해 수동 조작된다.
이러한, 적어도 하나의 스위치(SW1, SW2)는 하나의 스위치로 구성되어, 그 조작횟수에 따라 열선 온/오프 및 열선 온도가 조절될 수 있다. 또는, 적어도 하나의 스위치(SW1, SW2)는 복수의 스위치일 수도 있다. 다만, 이하의 명세서에서는 설명의 편의성을 위해 적어도 하나의 스위치(SW1, SW2)가 도 2와 같이, 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)인 경우를 예로 들어 설명한다.
예를 들어, 제1스위치(SW1)는 열선(240)의 온도를 제1온도로 맞추기 위해 조작되며, 제2스위치(SW2)는 열선(240)의 온도를 제1온도 미만의 제2온도로 맞추기 위해 조작될 수 있다. 이때, 제1 온도는 37℃이고, 제2 온도는 29℃일 수 있다.
열선(240)은 차량의 스티어링 휠 또는 좌석 시트에 구비되어, 제어부(230)의 제어에 따라 파워스위치(210)로부터 전원을 공급받으면 발열한다.
파워스위치(210)는 제어신호에 따라 턴 온하여 제어신호의 크기에 대응하는 전류를 열선(240)에 출력한다. 예컨대, 파워스위치(210)는 IPS(Intelligent Power Switch)일 수 있다.
이러한, 파워스위치(210)는 열선(240)에 공급되는 전류량을 감지하는 감지수단(CS)을 포함한다. 감지수단(CS)은 전류량에 대응하는 크기의 신호를 출력한다.
일 예로서, 제어신호는 파워스위치(210)의 턴 온하는 일정크기의 전압(예컨대, 풀 턴 온 신호)일 수 있다. 그러면, 감지수단(CS)은 파워스위치(210)의 턴 온 시에 열선(240)에 공급되는 전류량에 대응하는 일정 크기의 전압을 출력한다.
타 예로서, 제어신호는 파워스위치(210)를 턴 온 및 오프하는 소정 주파수의 펄스일 수 있다. 이 경우, 감지수단(CS)은 파워스위치(210)의 턴 온과 턴 오프에 따라 변화하는 전류량에 대응하는 전압을 출력한다.
변환 회로(220)는 감지수단(CS)의 출력전압을 제어부(230)에 의해 인지 가능하도록 감압한 모니터링 전압으로 변환한다. 더 상세하게는, 감지수단(CS)의 출력은 최대 12V인데, 제어부(230)의 최대 검출 전압은 구동전압(통상, 5V)이므로, 변환 회로(220)는 5/12의 비율 이하로 감지수단(CS)의 출력을 감압할 수 있다.
이러한, 변환 회로(220)는 감지수단(CS)의 출력을 레벨 변환하는 적어도 두 개의 분배저항 및 분배된 전압을 안정시키는 커패시터를 포함할 수 있다.
제어부(230)는 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)의 조작 상태에 따라 열선(240)의 온, 오프 및 온도를 조절한다.
구체적으로, 제어부(230)는 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)의 조작 후 최초 구동 시에는 파워스위치(210)에 풀 턴 온 신호를 기설정된 일정시간 동안 공급한다. 그에 따라, 제어부(230)는 열선 온도를 더 빨리 상승시킬 수 있다.
예컨대, 일정시간은 1 내지 2분일 수 있다. 또는, 일정시간은 실험을 통해 파워스위치(210)를 풀 턴 온 시에 목표 온도 중 어느 하나에 도달하는 시간(분)으로 설정될 수 있다.
더불어, 제어부(230)는 스위치 조작 상태에 대응하는 목표 온도 및 목표 전압을 확인한다. 여기서, 목표 온도는 제1온도 또는 제2온도일 수 있다.
그 이후에, 제어부(230)는 모니터링 전압(즉, 열선의 전류량에 대응하는 전압)과 목표 전압의 일치 여부를 확인하며, 제어신호의 크기와 주파수 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 그에 따라, 제어부(230)는 열선 온도를 목표 온도로 조절할 수 있다.
일 예로서, 모니터링 전압이 목표 전압 미만이면, 제어부(230)는 모니터링 전압이 증가되도록 제어신호의 펄스 주파수와 크기 중 적어도 하나를 점점 증가시킬 수 있다.
타 예로서, 모니터링 전압이 목표 전압을 초과하면, 제어부(230)는 모니터링 전압이 감소되도록 제어신호의 펄스 주파수와 크기 중 적어도 하나를 점점 감소시킬 수 있다. 이때, 펄스 주파수는 50 내지 500Hz일 수 있다.
다른 예로서, 모니터링 전압이 목표 전압과 일치하면, 제어부(230)는 제어신호의 크기를 그대로 유지할 수 있다.
전술한 구동을 위해서, 제어부(230)는 목표 온도인 제1 및 제2온도에 대응하는 열선의 전류량 및 목표 전압을 미리 확인하여 저장부(미도시)에 저장시킬 필요가 있다. 따라서, 제어부(230)는 저장부(미도시)로부터 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)의 조작상태에 대응하는 목표 전압을 검색 및 확인할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 모니터링 전압의 변화에 대하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 제어부(230)는 최초 구동 시에 파워스위치(210)를 풀 턴 온 하는 제어신호를 일정시간 동안 출력한다. 이때, 모니터링 전압은 도 3과 같이, 0V에서 4.5V로 급격히 증가할 수 있다.
이후, 제어부(230)는 모니터링 전압을 감소시키기 위해 파워스위치(210)를 온/오프하는 펄스 형태의 제어신호를 출력한다.
이때, 제어부(230)는 펄스 주파수를 500Hz에서 기설정된 일정 간격으로 점점 감소시키면서 모니터링 전압이 목표 전압과 일치하는지를 확인할 수 있다. 여기서, 제1온도(목표 온도)에 대응하는 목표 전압은 3V이고, 제2온도(목표 온도)에 대응하는 목표 전압은 1V일 수 있다.
모니터링 전압을 감소시키는 중에, 제어부(230)는 모니터링 전압이 목표 전압과 일치함을 확인하면, 이전의 펄스 주파수를 그대로 유지할 수 있다.
반면, 모니터링 전압이 지나치게 감소되어 목표 전압 미만으로 조절된 경우, 제어부(230)는 펄스 주파수를 증가시켜 모니터링 전압을 목표 전압으로 조절할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 IPS의 CS(Current Sensing)단을 활용하여 열선의 온도를 조절함에 따라 NTC 센서 및 그 주변 회로를 삭제할 수 있다. 이에, 본 발명의 실시예는 사이즈를 감소시키고 원가를 절감할 수 있고, 외부 온도 센서의 불량이나 오차로 인한 열선 미구동 문제를 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 NTC 센서의 불량이나 오동작이 열선 동작 불량으로 이어지는 종래의 문제를 개선할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 센서리스 열선 제어 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 센서리스 열선 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 제어부(230)는 제1 및 제2스위치(SW1, SW2)의 조작 여부를 확인한다(S410).
제어부(230)는 제1 및 제2스위치(SW1, SW2) 중 적어도 하나가 조작되면, 파워스위치(210)를 풀 턴 온 시키는 제어신호를 출력한다(S420).
더불어, 제어부(230)는 제1 및 제2스위치(SW1, SW2) 중 조작된 스위치에 대응하는 목표 온도 및 목표 전압을 확인한다(S430).
이어서, 제어부(230)는 모니터링 전압이 목표 전압과 일치하는지를 확인한다(S440).
제어부(230)는 모니터링 전압이 목표 전압과 일치하지 않으면, 모니터링 전압이 목표 전압을 초과하는지를 확인한다(S450).
모니터링 전압이 목표 전압을 초과하면, 제어부(230)는 모니터링 전압을 감소시키기 위해 제어신호의 주기 및 크기 중 적어도 하나를 감소시킨다(S460).
그와 달리, 모니터링 전압이 목표 전압 미만이면, 제어부(230)는 모니터링 전압을 증가시키기 위해 제어신호의 주기 및 크기 중 적어도 하나를 증가시킨다(S470).
또는, 모니터링 전압이 목표 전압과 일치하면, 제어부(230)는 스위치의 조작상태가 변경되거나, 모니터링 전압이 목표 전압과 불일치할 때까지는 제어신호를 그대로 유지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 IPS의 CS(Current Sensing)단을 활용하여 열선의 온도를 조절함에 따라 NTC 센서 및 그 주변 회로를 삭제할 수 있다. 이에, 본 발명의 실시예는 사이즈를 감소시키고 원가를 절감할 수 있고, 외부 온도 센서의 불량이나 오차로 인한 열선 미구동 문제를 개선할 수 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
20: 센서리스 열선 제어 장치 SW1, SW2: 제1 및 제2스위치
210: 파워스위치 220: 변환 회로
230: 제어부 240: 열선

Claims (10)

  1. 제어신호에 대응하여 스티어링 휠 또는 좌석 시트에 구비된 열선에 전류를 공급하되, 상기 열선에 공급되는 전류량을 감지하는 감지수단을 내장한 파워스위치; 및
    적어도 하나의 스위치의 조작 상태에 따른 목표 온도를 확인하고, 상기 감지수단의 출력에 대응하는 모니터링 전압이 상기 목표 온도에 따른 목표 전압과 일치하도록 상기 파워스위치를 턴 온(Turn ON)하는 상기 제어신호를 출력하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 스위치는,
    열선의 온도를 제1온도로 맞추기 위한 제1스위치; 및
    상기 열선의 온도를 상기 제1온도 미만의 제2온도로 맞추기 위한 제2스위치를 포함하는 센서리스 열선 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서, 상기 파워스위치는,
    IPS(Intelligent Power Switch)인 센서리스 열선 제어 장치.
  4. 제1항에서, 상기 제어부는,
    최초 구동 시에는 상기 파워스위치를 풀 턴 온(Full Turn On)시키는 상기 제어신호를 기설정된 일정시간 동안 공급하는 것인 센서리스 열선 제어 장치.
  5. 제1항에서, 상기 제어부는,
    상기 모니터링 전압이 상기 목표 전압 미만이면, 상기 모니터링 전압이 상기 목표 전압과 일치할 때까지 제어신호의 펄스 주파수를 증가시키며,
    상기 모니터링 전압이 상기 목표 전압을 초과하면, 상기 모니터링 전압이 상기 목표 전압과 일치할 때까지 상기 제어신호의 펄스 주파수를 감소시키는 것인 센서리스 열선 제어 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 감지수단의 출력을 상기 제어부에 의해 인지 가능한 크기의 모니터링 전압으로 변환하는 변환 회로를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 모니터링 전압이 상기 목표 전압과 일치하도록 상기 제어신호의 크기 및 턴 온과 턴 오프의 주기 중 적어도 하나를 조절하는 것인 센서리스 열선 제어 장치.
  7. 스티어링 휠 또는 좌석 시트에 구비된 열선에 인가되는 전류량을 감지하는 감지수단을 내장한 파워스위치; 및 상기 파워스위치를 제어하는 제어부에 의한 열선 제어 방법으로서,
    적어도 하나의 스위치 조작 시에 그 조작 상태에 따른 목표 온도를 확인하는 단계; 및
    상기 감지수단의 출력에 대응하는 모니터링 전압이 상기 목표 온도에 따른 목표 전압과 일치하도록 상기 파워스위치를 턴 온하는 제어신호를 출력하는 단계
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 스위치는,
    상기 열선의 온도를 제1온도로 맞추기 위한 제1스위치; 및
    상기 열선의 온도를 상기 제1온도 미만의 제2온도로 맞추기 위한 제2스위치를 포함하고,
    상기 출력하는 단계는,
    상기 제1스위치의 조작 시에 상기 모니터링 전압이 상기 제1온도에 따른 목표 전압과 일치하도록 상기 제어신호를 조절하는 단계; 및
    상기 제2스위치의 조작 시에 상기 모니터링 전압이 상기 제2온도에 따른 목표 전압과 일치하도록 상기 제어신호를 조절하는 단계
    를 포함하는 센서리스 열선 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에서, 상기 출력하는 단계는,
    최초 구동 시에는 상기 파워스위치를 풀 턴 온(Full Turn ON)시키는 상기 제어 신호를 기설정된 일정시간 동안 공급하는 단계
    를 포함하는 것인 센서리스 열선 제어 방법.
  10. 제7항에서, 상기 출력하는 단계는,
    상기 모니터링 전압이 상기 목표 전압과 일치하도록 상기 제어신호의 크기 및 턴 온 및 턴 오프의 주기 중 적어도 하나를 조절하는 단계
    를 포함하는 것인 센서리스 열선 제어 방법.
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