KR102395301B1 - 차량의 ips 전류 검출 장치 및 그 방법 - Google Patents

차량의 ips 전류 검출 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 IPS 전류 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 하나의 펄스 내 듀티 사이클(Duty Cycle) 동안 샘플링된 복수의 IPS(Intelligent Power Switch) 전류(ISENSE)에 기초하여 최적의 샘플링 시간구간을 결정하고, 상기 결정된 샘플링 시간구간 내에서 IPS 전류(ISENSE)를 검출함으로써, 제조 공정에서 발생하는 각 IPS의 성능 편차에 관계없이 어떤 IPS가 장착되더라도 최적의 샘플링 시간에 IPS 전류를 검출할 수 있는 차량의 IPS 전류 검출 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 차량의 IPS 전류 검출 장치에 있어서, IPS(Intelligent Power Switch) 전류를 감지하는 전류 감지부; 및 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 온 시간 구간에서 샘플링한 복수의 IPS 전류를 그룹화한 후 각 그룹 내 IPS 전류에 기초하여 샘플링 시간구간을 결정하고, 상기 결정된 샘플링 시간구간에서 IPS 전류를 검출하는 제어부를 포함한다.

Description

차량의 IPS 전류 검출 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR DETECTING IPS CURRENT IN VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 차량의 IPS 전류 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 외장램프(일례로 LED)에 대한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 수행하는 IPS(Intelligent Power Switch)의 전류(외장램프의 단락 또는 단선을 모니터링하는데 이용되는 전류, ISENSE)를 최적의 샘플링 시간구간에서 검출하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에서는 램프류나 바디전장부품, 멀티미디어기기, 모터구동장치와 같이 차량에서 전기를 소모하는 각종 전기장치에 배터리 전원을 공급하기 위한 정션박스가 사용되고 있다.
통상의 정션박스는 외부 회로에 과전류나 과부하가 전달되는 것을 방지하기 위한 다수의 퓨즈나 전원 공급을 개폐하는 릴레이들이 설치되어 배터리 전원의 공급 및 분배, 와이어 보호 등의 기능을 수행하고, 내부에 탑재되는 각종 소자(퓨즈, 릴레이 등)들에 대한 수납 및 보호, 신속한 방열을 통한 작동 효율 유지 등의 기능을 한다.
최근에는 릴레이와 퓨즈를 대체하는 반도체 스위치를 이용하여 배터리 전류를 전기부하에 공급하고 부하 제어 및 과전류 차단, 부하 전류 감지 등을 수행하는 스마트 정션박스(Smart Junction Box, SJB), ICU(Integrated Central Unit) 등이 도입되고 있다.
ICU는 반도체 스위치 소자의 일종인 지능형 파워 스위치(Intelligent Power Switch, 이하 'IPS'라 칭함)와, 상기 IPS를 제어하기 위한 마이크로 컨트롤 유닛(Micro Control Unit, MCU)을 포함하고, MCU의 제어신호에 따라 동작하는 IPS에 의해 전기부하에 인가되는 전원이 제어된다.
IPS는 전기적 스트레스에 굉장히 취약하여, 쇼트(Short) 발생 시 내부적으로 전기적 스트레스에 의한 진행성 불량이 발생할 수 있다.
이에 모든 IPS 제품은 AEC-Q100-012 Short Circuit Reliability 항목에 대한 시험을 진행하고 있으며 그 시험결과를 개발사에 제공하고 있다. 즉, Short 또는 과전류 노출 시 보증할 수 있는 횟수에 대한 평가결과를 개발사에 제공하고 있다.
ES91820-07 기준 Short 검출을 위한 PCL(과전류 또는 Short 진단 시 제어 알고리즘) 제어 방법에 따르면, 각 램프 제어 IPS에 PCL(Programmed Current Limitation) 판단을 위해 최소 12회에서 최대 24회까지 과전류 또는 Short 상태가 반복적, 지속적으로 발생하는 경우, 램프를 Off 시키고 DTC(Diagnostic Trouble Code)를 발생시킬 수 있다.
예를 들어, 전체 300ms 중 초기 150ms 동안 과전류의 지속 여부를 파악하고, 이후 150ms 동안은 12.5ms 진단 주기로 IPS를 짧은 시간 동작시켜 과전류 감지 횟수를 파악한다. 이후 과전류 감지 횟수가 임계치를 초과하면 램프를 오프 시키고 DTC를 발생한다.
이와 같이 문제 발생이 지속적인 Short 또는 과전류 상태인 경우, 마이컴 제어에 의해 Latch-off 시킴으로써, 소자 발화에 의한 화재를 예방할 수 있고 DTC를 통해 운전자에게 경고할 수 있다.
이러한 IPS를 이용하여 차량 전원을 제어하는 시스템과 방법에 관해서는 한국등록특허공보 제10-1459946호(2014.11.3)에 개시되어 있다.
한편, 스마트 정션박스 또는 ICU를 통해 전원을 인가받는 전기부하로서 자동차에는 각종 램프가 설치되는데, 자동차의 램프로는 헤드램프, 포그램프, 테일램프, 턴 시그 램프, 스탑램프 등을 들 수 있다.
이러한 차량용 램프의 제어 방법과 관련한 선행기술문헌으로는 한국 등록특허공보 제10-1382848호(2014.4.1), 일본공개특허공보 제2004-355887호(2004.12.16), 일본공개특허공보 제2011-225055호(2011.11.10)를 들 수 있다.
종래의 차량용 램프 제어 기술은 외장램프의 내구 수명 증대를 위해 80~200Hz 범위 내에서 PWM 제어를 수행하는데, 이러한 PWM 제어를 위해 IPS를 적용하는 경우 외장램프의 상태(단선, 단락, 정상 등)를 모니터링하기 위한 전류(ISENSE)를 IPS의 특성을 고려하지 않고 고정된 샘플링 시간(시점)에 검출하기 때문에 정확한 IPS 전류를 검출해 내지 못하는 문제점이 있다.
일반적으로 반도체 소자인 각 IPS는 제조 공정상 성능 편차가 존재하는데, 종래의 기술은 이를 무시한 채 개발자에 의해 사전에 설정된 샘플링 시간에 IPS 전류(ISENSE)를 검출하기 때문에 IPS 전류를 정확도 높게 검출하지 못하는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 하나의 펄스 내 듀티 사이클(Duty Cycle) 동안 샘플링된 복수의 IPS(Intelligent Power Switch) 전류(ISENSE)에 기초하여 최적의 샘플링 시간구간을 결정하고, 상기 결정된 샘플링 시간구간 내에서 IPS 전류(ISENSE)를 검출함으로써, 제조 공정에서 발생하는 각 IPS의 성능 편차에 관계없이 어떤 IPS가 장착되더라도 최적의 샘플링 시간에 IPS 전류를 검출할 수 있는 차량의 IPS 전류 검출 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 차량의 IPS 전류 검출 장치에 있어서, IPS(Intelligent Power Switch) 전류를 감지하는 전류 감지부; 및 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 온 시간 구간에서 샘플링한 복수의 IPS 전류를 그룹화한 후 각 그룹 내 IPS 전류에 기초하여 샘플링 시간구간을 결정하고, 상기 결정된 샘플링 시간구간에서 IPS 전류를 검출하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는 상기 그룹별로 해당 그룹 내 각 IPS 전류와 기준 IPS 전류 간 편차의 평균에 기초하여 샘플링 시간구간을 결정한다. 이때, 상기 제어부는 상기 편차의 평균이 임계치 이내인 경우에 해당 그룹을 샘플링 시간구간으로 결정할 수 있다. 여기서, 상기 임계치는 부하의 정격전류에 기초하여 산출된 값일 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 PWM 신호의 첫 번째 온 시간 구간에서 샘플링 시간구간을 결정하고, 상기 PWM 신호의 두 번째 온 시간 구간에 상기 샘플링 시간구간을 적용하여 IPS 전류를 검출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 샘플링 시간구간에서 기준 횟수 샘플링하여 복수의 후보 IPS 전류를 검출한 후 이에 기초하여 최종 IPS 전류를 검출할 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 후보 IPS 전류 중 최소 IPS 전류와 최대 IPS 전류를 제외한 나머지 IPS 전류의 평균을 최종 IPS 전류로 검출할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 후보 IPS 전류의 평균을 최종 IPS 전류로 검출할 수도 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 후보 IPS 전류 중에서 임의의 후보 IPS 전류를 최종 IPS 전류로 검출할 수도 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 차량의 IPS 전류 검출 방법에 있어서, IPS(Intelligent Power Switch) 전류를 감지하는 단계; 및 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 온 시간 구간에서 복수의 IPS 전류를 샘플링하는 단계; 상기 샘플링한 복수의 IPS 전류를 그룹화하는 단계; 각 그룹 내 IPS 전류에 기초하여 샘플링 시간구간을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 샘플링 시간구간에서 IPS 전류를 검출하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 샘플링 시간구간을 결정하는 단계는 상기 그룹별로 해당 그룹 내 각 IPS 전류와 기준 IPS 전류 간 편차의 평균에 기초하여 샘플링 시간구간을 결정할 수 있다. 이때, 상기 편차의 평균이 임계치 이내인 경우에 해당 그룹을 샘플링 시간구간으로 결정할 수 있다. 여기서, 상기 임계치는 부하의 정격전류에 기초하여 산출된 값일 수 있다.
또한, 상기 그룹화 단계는 상기 샘플링한 복수의 IPS 전류를 샘플링된 순서로 기준 개수로 묶어 그룹화할 수 있다.
또한, 상기 IPS 전류를 검출하는 단계는 상기 샘플링 시간구간에서 기준 횟수 샘플링하여 복수의 후보 IPS 전류를 검출한 후 이에 기초하여 최종 IPS 전류를 검출할 수 있다. 이때, 상기 후보 IPS 전류 중 최소 IPS 전류와 최대 IPS 전류를 제외한 나머지 IPS 전류의 평균을 최종 IPS 전류로 검출할 수도 있고, 상기 후보 IPS 전류의 평균을 최종 IPS 전류로 검출할 수도 있으며, 상기 후보 IPS 전류 중에서 임의의 후보 IPS 전류를 최종 IPS 전류로 검출할 수도 있다.
또한, 본 발명의 방법은 상기 샘플링 시간구간을 저장하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
상기와 같은 본 발명은, 하나의 펄스 내 듀티 사이클(Duty Cycle) 동안 샘플링된 복수의 IPS(Intelligent Power Switch) 전류(ISENSE)에 기초하여 최적의 샘플링 시간구간을 결정하고, 상기 결정된 샘플링 시간구간 내에서 IPS 전류(ISENSE)를 검출함으로써, 제조 공정에서 발생하는 각 IPS의 성능 편차에 관계없이 어떤 IPS가 장착되더라도 최적의 샘플링 시간에 IPS 전류를 검출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 하나의 펄스 내 듀티 사이클(Duty Cycle) 동안 샘플링된 복수의 IPS(Intelligent Power Switch) 전류(ISENSE)에 기초하여 최적의 샘플링 시간구간을 결정하고, 상기 결정된 샘플링 시간구간 내에서 IPS 전류(ISENSE)를 검출함으로써, 개발자가 일일이 모든 IPS에 대해 그 성능을 테스트한 후 그에 맞는 샘플링 시간구간을 설정하지 않아도 되도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 최적의 샘플링 시간구간에서 복수의 IPS 전류를 검출한 후 이에 기초하여 최종 IPS 전류를 결정함으로써, IPS 전류의 정확도를 한층 더 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 IPS 가 탑재된 SJB 및 ICU에 적용되어 IPS의 특성에 맞는 최적의 샘플링 시간구간을 설정하고, 상기 설정된 샘플링 시간구간에서 검출한 IPS 전류에 기초하여 부하의 상태를 정확도 높게 모니터링할 수 있게 하는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 ICU(Integrated Central Unit)에 대한 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 차량의 IPS 전류 검출 장치에 대한 일실시예 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 차량의 IPS 전류 검출 장치가 최적의 샘플링 시간구간을 설정하는 과정을 설명하기 위한 일예시도,
도 4 는 본 발명에 따른 차량의 IPS 전류 검출 장치에 의해 샘플링된 IPS 전류가 기록된 테이블에 대한 일예시도,
도 5 는 본 발명에 따른 차량의 IPS 전류 검출 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 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. 또한, 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 ICU(Integrated Central Unit)에 대한 일실시예 구성도로서, 본 발명에 따른 차량의 IPS 전류 검출 장치는 하드웨어 또는 소프트웨어 로직(프로그램)의 형태로 마이컴(20)에 구비될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 ICU는 IPS(10) 및 마이컴(20)을 포함한다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 IPS(10)는 배터리의 전원에 기초하여 차량의 외장램프(일례로 LED)를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하는 모듈로서, 미러링 기능을 구비하고 있어 배터리의 전류를 부하(30)에 공급하는 과정에서 IPS 전류(ISENSE)를 마이컴(10) 방향으로 미러링한다. 이때, IPS 전류(ISENSE)와 부하전류(ILOAD) 사이에는 하기의 [수학식 1]과 같은 관계가 성립한다.
[수학식 1]
ILOAD = KILIS × ISENSE
여기서, KILIS는 IPS(10)의 특성에 따라 정해지는 값(상수)이다.
다음으로, 마이컴(20)은 IPS(10)가 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행한다.
특히, 마이컴(20)은 IPS(10)에 의해 미러링 된 IPS 전류(ISENSE)에 기초하여 부하전류(ILOAD)를 검출해 낼 수 있다. 즉, 마이컴(20)은 저항값(RSENSE)을 알고 있기 때문에 감지된 전압(VSENSE)을 통해 IPS 전류(ISENSE)를 검출해 낼 수 있으며, 아울러 상기 [수학식 1]을 통해 부하전류(ILOAD)를 검출해 낼 수 있다.
또한, 마이컴(20)은 차량의 부하(30)인 외장 램프에 대해 PWM 제어를 수행할 수 있도록 IPS(10)를 제어한다.
또한, 마이컴(20)은 PWM 주기를 알고 있어 IPS 전류(ISENSE)를 감지할 수 있는 시간(온 시간)을 나타내는 듀티 사이클과 IPS 전류(ISENSE)를 감지할 수 없는 시간(오프 시간)을 알 수 있다. 일례로, PWM 주기가 80Hz(12.5ms)일 때 온 시간(Turn on time)은 10ms이고 오프 시간(Turn off time)은 2.5ms일 수 있다. 이때, 온 시간과 오프 시간의 비율은 개발자의 의도에 따라 임의로 설정 가능하다.
또한, 마이컴(20)은 부하(30)의 정격전류(Nominal Current)와 'KILIS' 값을 알고 있어 기준 IPS 전류를 알고 있다. 일례로, 정격전류가 5A이고 KILIS가 100인 경우, 기준 IPS 전류는 50mA가 될 수 있다.
또한, 마이컴(20)은 최적의 샘플링 시간구간을 결정하기 위해, PWM 주기에 기초하여 하나의 펄스 내 듀티 사이클(Duty Cycle) 동안 복수의 IP 전류(ISENSE)를 샘플링한다. 일반적으로 최종 IPS 전류(ISENSE)를 정확도 높게 검출해 내기 위해서는 일례로 5개의 샘플링된 후보 IPS 전류(ISENSE)가 필요하고, 상기 5개의 후보 IPS 전류(ISENSE)를 추출해 내기 위해서는 일례로 50개(상기 후보 IPS 전류 개수의 10배)의 샘플링된 IPS 전류(ISENSE)가 필요하다. 따라서, 마이컴(20)은 최적의 샘플링 시간구간을 결정하기 위해 하나의 펄스 내 온 시간 동안 50개의 IPS 전류(ISENSE)를 샘플링한다.
또한, 마이컴(20)은 최적의 샘플링 시간구간을 결정하기 위해, 상기 50개의 샘플링된 IPS 전류(ISENSE)를 그룹화한다. 즉, 마이컴(20)은 샘플링 순서에 따라 기준 개수(일례로, 5개)를 하나의 그룹으로 묶는다.
또한, 마이컴(20)은 그룹별로 해당 그룹에 포함된 5개의 IPS 전류(ISENSE)와 기준 IPS 전류 간의 편차를 구한 후, 각 편차의 평균에 따라 샘플링 시간구간을 오버슈팅(Overshooting) 구간, 글리치(Glitch) 구간, 안정(stable) 구간, 언더슈팅(Undershooting) 구간으로 구분한다.
즉, 마이컴(20)은 그룹 내 각 IPS 전류의 합이 0이면 언더슈팅 구간으로 설정하고, 그룹 내 각 편차의 평균이 일례로 기준 IPS 전류의 ±4% 이내에 포함되면 안정 구간으로 설명하며, 그룹 내 각 편차의 평균이 일례로 기준 IPS 전류의 ±10% 이내에 포함되면 글리치 구간으로 설정하고, 그룹 내 각 편차의 평균이 일례로 기준 IPS 전류의 ±24~30% 이내에 포함되면 오버슈팅 구간으로 설정한다. 이때, 언더슈팅 구간은 IPS 전류(ISENSE)를 감지할 수 없는 구간이기 때문에 감지되는 전류가 없어 전류 값이 0이 된다.
예를 들어, 기준 IPS 전류가 50mA라 할 때, 1그룹 내 각 편차의 평균이 2mA이면 상기 1그룹을 안정 구간으로 설정하고, 2그룹 내 각 편차의 평균이 3.5mA이면 상기 2그룹을 글리치 구간으로 설정하며, 3그룹 내 각 편차의 평균이 13mA이면 상기 3그룹을 오버슈팅 구간으로 설정한다.
보통, 안정 구간은 타 구간에 비해 길기 때문에 연속된 여러 개의 그룹으로 이루어질 수 있다. 일례로, 온 시간 내에서 50번의 샘플링이 이루어졌다면 16번부터 20번까지의 제4그룹, 21번부터 25번까지의 제5그룹, 26번부터 30번까지의 제6그룹, 31번부터 35번까지의 제7그룹, 36번부터 40번까지의 제8그룹, 41번부터 45번까지의 제9그룹이 안정 구간에 포함될 수 있다.
또한, 마이컴(20)은 안정 구간이 결정되면 안정 구간에 상응하는 시간구간을 알 수 있다. 10ms의 온 시간 구간 내에서 50번의 샘플링이 이루어졌다면 샘플링 시간 간격은 200㎲가 되므로, 16번부터 45번까지의 IPS 전류가 상기 안정 구간에 포함되기 때문에 안정 구간의 시간구간은 3ms ~ 9ms가 될 수 있다.
이렇게 안정 구간, 즉 최적의 샘플링 시간구간이 결정되면, 이후 펄스의 온 시간 구간부터는 상기 최적의 샘플링 시간구간을 적용하여 최종 IPS 전류(ISENSE)를 검출해 낼 수 있다.
즉, 마이컴(20)은 최종 IPS 전류(ISENSE)를 검출해 내기 위해, 안정 구간에서 일례로 5개의 후보 IPS 전류(ISENSE)를 샘플링할 수 있다. 이때, 5개의 후보 IPS 전류(ISENSE)를 샘플링하는 시간은 안정 구간 내에서 균등하게 분할된 시간일 수도 있고, 안정 구간에서 임의로 설정된 시간일 수도 있으며, 안정 구간 내에서 첫 번째 샘플링 시간 또는 다섯 번째 샘플링 시간이 포함되면서 단위 시간 간격을 가지는 시간일 수도 있다. 일례로, 안정 구간이 3ms ~ 9ms라 하면, 후보 IPS 전류의 샘플링 시간은 3ms, 3,5ms, 4ms, 4.5ms, 5ms가 될 수도 있고, 7ms, 7.5ms, 8ms, 8.5ms, 9ms가 될 수도 있으며, 5ms, 5.5ms, 6ms, 6.5ms, 7ms가 될 수도 있다. 개발자의 의도에 따라 임의의 방식이 적용될 수 있다.
또한, 마이컴(20)은 안정 구간에서 기준 횟수(일례로 5회) 샘플링한 결과(후보 IPS 전류)에 기초하여 최종 IP 전류를 결정할 수 있다. 즉, 마이컴(20)은 5개의 후보 IPS 전류 중에서 임의로 하나를 최종 IPS 전류로 검출할 수도 있고, 5개의 후보 IPS 전류의 평균을 최종 IPS 전류로 검출할 수도 있으며, 5개의 후보 IPS 전류 중 최소 IPS 전류와 최대 IPS 전류를 제외한 나머지 IPS 전류의 평균을 최종 IPS 전류로 검출할 수도 있다.
일례로, 5개의 IPS 전류가 48mA, 48.5mA, 48.5mA, 50mA, 52mA라 하면, 이중 하나를 최종 IPS 전류로 검출할 수도 있고, 전체 평균인 49.4mA를 최종 IPS 전류로 설정할 수도 있으며, 최소 IPS 전류인 48mA와 최대 IPS 전류인 52mA를 제외한 48.5mA, 48.5mA, 50mA의 평균인 50.5mA를 최종 IPS 전류로 검출할 수도 있다.
결국, 마이컴(20)은 PWM 신호의 첫 번째 온 시간 구간에서 샘플링한 복수의 IPS 전류를 그룹화한 후 그룹 내 각 IPS 전류와 기준 IPS 전류 간의 편차의 평균에 기초하여 안정 구간(최적의 샘플링 시간구간)을 결정한다.
이후, 마이컴(20)은 PWM 신호의 두 번째 온 시간 구간부터 최적의 샘플링 시간구간에서 후보 IPS 전류를 샘플링한 후 상기 샘플링된 후보 IPS 전류에 기초하여 최종 IPS 전류를 검출한다.
도 2 는 본 발명에 따른 차량의 IPS 전류 검출 장치에 대한 일실시예 구성도로서, 하드웨어 형태로 마이컴(20)의 내부에 실장(mounting) 되도록 구현될 수도 있고, 소프트웨어 로직의 형태로 구현되어 마이컴(20)의 내부에 저장 또는 설치(install) 될 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량의 IPS 전류 검출 장치는, 전류 감지부(21), 제어부(22), 및 저장부(23)를 포함한다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 전류 감지부(21)는 IPS(10)에 의해 미러링 되는 전류, 즉 IPS 전류(ISENSE)를 감지한다.
이러한 전류 감지부(21)는 제어부(22)의 제어하에 PWM 신호의 온 시간 동안 복수의 IPS 전류를 감지한다.
또한, 전류 감지부(21)는 제어부(22)에 의해 설정된 샘플링 시간구간에서 후보 IPS 전류를 감지한다.
또한, 전류 감지부(21)는 저항(RSENSE)을 알고 있어 전압(VSENSE)을 통해 IPS 전류(ISENSE)를 알 수 있다.
다음으로, 제어부(22)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행한다.
특히, 제어부(22)는 IPS(10)에 의해 미러링 된 IPS 전류(ISENSE)에 기초하여 부하전류(ILOAD)를 검출해 낼 수 있다. 즉, 제어부(22)는 상기 [수학식 1]을 통해 부하전류(ILOAD)를 검출해 낼 수 있다.
또한, 제어부(22)는 차량의 부하(30)인 외장 램프에 대해 PWM 제어를 수행할 수 있도록 IPS(10)를 제어할 수도 있다.
또한, 제어부(20)는 PWM 주기를 알고 있어 IPS 전류(ISENSE)를 감지할 수 있는 시간(온 시간)을 나타내는 듀티 사이클과 IPS 전류(ISENSE)를 감지할 수 없는 시간(오프 시간)을 알 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 제어부(20)가 최적의 샘플링 시간구간을 설정하는 과정에 대해 상세히 살펴보기로 한다.
도 3 은 본 발명에 따른 차량의 IPS 전류 검출 장치가 최적의 샘플링 시간구간을 설정하는 과정을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 3에서, PWM 주기가 80Hz(12.5ms)이고, 온 시간(Turn on time)은 10ms이며, 오프 시간(Turn off time)은 2.5ms이다. 이때, 온 시간과 오프 시간의 비율은 개발자의 의도에 따라 임의로 설정 가능하다.
제어부(22)는 부하(30)의 정격전류(Nominal current)와 'KILIS' 값을 알고 있어 기준 IPS 전류를 산출해 낼 수 있다. 일례로, 정격전류가 5A이고 KILIS가 100인 경우, 상기 [수학식 1]에 기초하여 기준 IPS 전류는 50mA가 될 수 있다.
또한, 제어부(22)는 최적의 샘플링 시간구간을 결정하기 위해, PWM 주기 내 첫 번째 듀티 사이클(Duty Cycle) 동안 복수의 IP 전류(ISENSE)를 샘플링한다. 일반적으로 최종 IPS 전류(ISENSE)를 정확도 높게 검출해 내기 위해서는 일례로 5개의 샘플링된 후보 IPS 전류(ISENSE)가 필요하고, 상기 5개의 후보 IPS 전류(ISENSE)를 추출해 내기 위해서는 일례로 50개(상기 후보 IPS 전류 개수의 10배)의 샘플링된 IPS 전류(ISENSE)가 필요하다. 따라서, 마이컴(20)은 최적의 샘플링 시간구간을 결정하기 위해 하나의 펄스 내 온 시간 동안 50개의 IPS 전류(ISENSE)를 샘플링한다. 이때, 온 시간 구간이 10ms이므로 50개의 IPS 전류는 200㎲ 간격으로 샘플링된다.
이렇게 샘플링된 50개의 IPS 전류는 도 4에 도시된 바와 같다.
도 4 는 본 발명에 따른 차량의 IPS 전류 검출 장치에 의해 샘플링된 IPS 전류가 기록된 테이블에 대한 일예시도로서, Icurrent _sample은 샘플링 순서를 나타내고, ISENSE는 IPS 전류를 나타낸다.
제어부(22)는 최적의 샘플링 시간구간을 결정하기 위해, 도 4에 도시된 바와 같은 50개의 샘플링된 IPS 전류(ISENSE)를 그룹화한다. 즉, 제어부(22)는 샘플링 순서에 따라 기준 개수(일례로, 5개)를 하나의 그룹으로 묶는다.
예를 들어, 1번부터 5번까지를 제1그룹, 6번부터 10번까지를 제2그룹, 11번부터 15번까지를 제3그룹, 16번부터 20번까지의 제4그룹, 21번부터 25번까지의 제5그룹, 26번부터 30번까지의 제6그룹, 31번부터 35번까지의 제7그룹, 36번부터 40번까지의 제8그룹, 41번부터 45번까지의 제9그룹, 46번부터 50번까지를 제10그룹으로 구분할 수 있다.
이후, 제어부(22)는 그룹별로 해당 그룹에 포함된 5개의 IPS 전류(ISENSE)와 기준 IPS 전류(일례로 50mA) 간의 편차를 구한 후, 각 편차의 평균에 따라 샘플링 시간구간을 도 3에 도시된 바와 같이 오버슈팅(Overshooting) 구간, 글리치(Glitch) 구간, 안정(stable) 구간, 언더슈팅(Undershooting) 구간으로 구분한다.
이때, 제어부(22)는 그룹 내 각 IPS 전류가 모두 0이면 언더슈팅 구간(340)으로 설정하고, 그룹 내 각 편차의 평균이 일례로 기준 IPS 전류의 ±4% 이내에 포함되면 안정 구간(330)으로 설명하며, 그룹 내 각 편차의 평균이 일례로 기준 IPS 전류의 ±10% 이내에 포함되면 글리치 구간(320)으로 설정하고, 그룹 내 각 편차의 평균이 일례로 기준 IPS 전류의 ±24~30% 이내에 포함되면 오버슈팅 구간(310)으로 설정한다. 이때, 언더슈팅 구간(340)은 오프 구간으로서 IPS 전류(ISENSE)를 감지할 수 없는 구간이기 때문에 전류 값이 0이 된다.
예를 들어, 제1그룹의 IPS 전류(ISENSE)는 65, 35, 63, 38, 60이므로 기준 IPS 전류와의 편차는 각각 15, 15, 13, 12, 10이 되고, 각 편차의 평균은 13이 된다. 13은 기준 IPS 전류 50의 26%이므로 제1그룹은 오버슈팅 구간(310)으로 판정한다.
제2그룹의 IPS 전류(ISENSE)는 45, 55, 46, 54, 54이므로 기준 IPS 전류와의 편차는 각각 5, 5, 4, 4, 4가 되고, 각 편차의 평균은 4.4가 된다. 4.4는 기준 IPS 전류 50의 8.8%이므로 제2그룹은 글리치 구간(320)으로 판정한다.
제3그룹의 IPS 전류(ISENSE)는 46, 54, 46, 55, 54이므로 기준 IPS 전류와의 편차는 각각 4, 4, 4, 5, 4가 되고, 각 편차의 평균은 4.2가 된다. 4.2는 기준 IPS 전류 50의 8.4%이므로 제2그룹 역시 글리치 구간(320)으로 판정한다.
제4그룹 내지 제9그룹은 IPS 전류(ISENSE)가 48 ~ 52의 값을 가지므로 각 편차의 평균은 2가 된다. 2는 기준 IPS 전류 50의 4%이므로 제4그룹 내지 제9그룹은 안정 구간(330)으로 판정한다.
제10그룹의 IPS 전류(ISENSE)는 모두 0이므로 언더슈팅 구간(340)으로 판정한다.
결국, 최적의 샘플링 시간구간은 안정 구간(330)이 된다.
한편, 제어부(22)는 안정 구간(330)이 결정되면 안정 구간에 상응하는 시간구간을 알 수 있다. 즉, 10ms의 온 시간 구간 내에서 50번의 샘플링이 이루어졌기 때문에 샘플링 시간 간격은 200㎲가 되므로, 안정 구간(330)의 시간구간은 3ms ~ 9ms가 된다.
이후, 제어부(22)는 PWM 신호의 두 번째 온 시간 구간부터는 상기 최적의 샘플링 시간구간에서 최종 IPS 전류(ISENSE)를 검출해 낼 수 있다.
즉, 제어부(22)는 최종 IPS 전류(ISENSE)를 검출해 내기 위해, 안정 구간(330)에서 일례로 5개의 후보 IPS 전류(ISENSE)를 샘플링할 수 있다. 이때, 5개의 후보 IPS 전류(ISENSE)를 샘플링하는 시간은 안정 구간(330) 내에서 균등하게 분할된 시간일 수도 있고, 안정 구간(330)에서 임의로 설정된 시간일 수도 있으며, 안정 구간(330) 내에서 첫 번째 샘플링 시간 또는 다섯 번째 샘플링 시간이 포함되면서 단위 시간 간격을 가지는 시간일 수도 있다. 일례로, 안정 구간(330)에서 후보 IPS 전류의 샘플링 시간은 3ms, 3,5ms, 4ms, 4.5ms, 5ms가 될 수도 있고, 7ms, 7.5ms, 8ms, 8.5ms, 9ms가 될 수도 있으며, 5ms, 5.5ms, 6ms, 6.5ms, 7ms가 될 수도 있다. 개발자의 의도에 따라 임의의 방식이 적용될 수 있다.
또한, 제어부(22)는 안정 구간(330)에서 기준 횟수(일례로 5회) 샘플링한 결과(후보 IPS 전류)에 기초하여 최종 IPS 전류를 결정할 수 있다. 즉, 제어부(22)는 5개의 후보 IPS 전류 중에서 임의로 하나를 최종 IPS 전류로 검출할 수도 있고, 5개의 후보 IPS 전류의 평균을 최종 IPS 전류로 검출할 수도 있으며, 5개의 후보 IPS 전류 중 최소 IPS 전류와 최대 IPS 전류를 제외한 나머지 IPS 전류의 평균을 최종 IPS 전류로 검출할 수도 있다.
일례로, 5개의 후보 IPS 전류가 48mA, 48.5mA, 48.5mA, 50mA, 52mA라 하면, 이중 하나를 최종 IPS 전류로 검출할 수도 있고, 전체 평균인 49.4mA를 최종 IPS 전류로 검출할 수도 있으며, 최소 IPS 전류인 48mA와 최대 IPS 전류인 52mA를 제외한 나머지 48.5mA, 48.5mA, 50mA의 평균인 50.5mA를 최종 IPS 전류로 검출할 수도 있다.
결국, 제어부(20)는 PWM 신호의 첫 번째 온 시간 구간에서 샘플링한 복수의 IPS 전류를 그룹화한 후 그룹 내 각 IPS 전류와 기준 IPS 전류 간의 편차의 평균에 기초하여 안정 구간(최적의 샘플링 시간구간)을 결정한다.
이후, 마이컴(20)은 PWM 신호의 두 번째 온 시간 구간부터 최적의 샘플링 시간구간에서 후보 IPS 전류를 샘플링한 후 상기 샘플링된 후보 IPS 전류에 기초하여 최종 IPS 전류를 검출한다.
한편, 제어부(20)는 각종 프로그램, 샘플링 데이터, 최적의 샘플링 시간구간을 저장부(23)에 저장할 수도 있다.
이러한 저장부(23)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory), 자기 메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
도 5 는 본 발명에 따른 차량의 IPS 전류 검출 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 전류 감지부(10)가 IPS(Intelligent Power Switch) 전류를 감지한다(501).
이후, PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 첫 번째 온 시간 구간에서 복수의 IPS 전류를 샘플링한다(502).
이후, 상기 샘플링한 복수의 IPS 전류를 그룹화한다(503).
이후, 각 그룹 내 IPS 전류에 기초하여 샘플링 시간구간을 결정한다(504).
이후, PWM 신호의 두 번째 시간 구간에 상기 샘플링 시간구간을 적용하여 상기 적용된 샘플링 시간구간에서 IPS 전류를 검출한다(505).
이러한 과정을 통해, 제조 공정에서 발생하는 각 IPS의 성능 편차에 관계없이 어떤 IPS가 장착되더라도 최적의 샘플링 시간에 IPS 전류를 검출할 수 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.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 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.
21 : 전류 감지부
22 : 제어부
23 : 저장부

Claims (20)

  1. 부하 모니터링용 IPS(Intelligent Power Switch) 전류를 감지하는 전류 감지부; 및
    PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 온 시간 구간에서 샘플링한 복수의 IPS 전류를 그룹화한 후 각 그룹 내 IPS 전류에 기초하여 샘플링 시간구간을 결정하고, 상기 결정된 샘플링 시간구간에서 IPS 전류를 검출하는 제어부
    를 포함하는 차량의 IPS 전류 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 그룹별로 해당 그룹 내 각 IPS 전류와 기준 IPS 전류 간 편차의 평균에 기초하여 샘플링 시간구간을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 편차의 평균이 임계치 이내인 경우에 해당 그룹을 샘플링 시간구간으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 임계치는,
    상기 부하의 정격전류에 기초하여 산출된 값인 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 PWM 신호의 첫 번째 온 시간 구간에서 샘플링 시간구간을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 PWM 신호의 두 번째 온 시간 구간에 상기 샘플링 시간구간을 적용하여 IPS 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 샘플링 시간구간에서 기준 횟수 샘플링하여 복수의 후보 IPS 전류를 검출한 후 이에 기초하여 최종 IPS 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 후보 IPS 전류 중 최소 IPS 전류와 최대 IPS 전류를 제외한 나머지 IPS 전류의 평균을 최종 IPS 전류로 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 후보 IPS 전류의 평균을 최종 IPS 전류로 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 후보 IPS 전류 중에서 임의의 후보 IPS 전류를 최종 IPS 전류로 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 장치.
  11. 부하 모니터링용 IPS(Intelligent Power Switch) 전류를 감지하는 단계; 및
    PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 온 시간 구간에서 복수의 IPS 전류를 샘플링하는 단계;
    상기 샘플링한 복수의 IPS 전류를 그룹화하는 단계;
    각 그룹 내 IPS 전류에 기초하여 샘플링 시간구간을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 샘플링 시간구간에서 IPS 전류를 검출하는 단계
    를 포함하는 차량의 IPS 전류 검출 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 샘플링 시간구간을 결정하는 단계는,
    상기 그룹별로 해당 그룹 내 각 IPS 전류와 기준 IPS 전류 간 편차의 평균에 기초하여 샘플링 시간구간을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 샘플링 시간구간을 결정하는 단계는,
    상기 편차의 평균이 임계치 이내인 경우에 해당 그룹을 샘플링 시간구간으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 임계치는,
    상기 부하의 정격전류에 기초하여 산출된 값인 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 그룹화 단계는,
    상기 샘플링한 복수의 IPS 전류를 샘플링된 순서로 기준 개수로 묶어 그룹화하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 IPS 전류를 검출하는 단계는,
    상기 샘플링 시간구간에서 기준 횟수 샘플링하여 복수의 후보 IPS 전류를 검출한 후 이에 기초하여 최종 IPS 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 IPS 전류를 검출하는 단계는,
    상기 후보 IPS 전류 중 최소 IPS 전류와 최대 IPS 전류를 제외한 나머지 IPS 전류의 평균을 최종 IPS 전류로 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 IPS 전류를 검출하는 단계는,
    상기 후보 IPS 전류의 평균을 최종 IPS 전류로 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 IPS 전류를 검출하는 단계는,
    상기 후보 IPS 전류 중에서 임의의 후보 IPS 전류를 최종 IPS 전류로 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 샘플링 시간구간을 저장하는 단계
    를 더 포함하는 차량의 IPS 전류 검출 방법.
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