KR102560375B1 - 인버터의 온도 측정 장치 및 방법 - Google Patents

인버터의 온도 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 NTC 서미스터의 양단에 저항과 스위칭 소자를 각각 추가하고, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라, 상기 NTC 서미스터와 상기 저항에 의해 풀-업 전원(pull-up source)으로부터 전압 분배된 센싱 전압을 생성함으로써, 고온 및 저온 구간에서의 온도의 변화에 따른 센싱 전압의 전압차이를 증가시키고, 이로 인해, 고온 및 저온 구간에서 보이는 센싱 전압의 비선형적인 패턴을 선형적인 패턴으로 변화시킬 수 있다. 궁극적으로, 센싱 전압이 고온 및 저온 구간에서 선형적 패턴을 갖게 됨으로써, 인버터의 온도를 정밀하게 측정할 수 있다.

Description

인버터의 온도 측정 장치 및 방법{Method and apparatus for measuring the temperature of an inverter}
본 발명은 차량용 인버터의 온도 측정과 관련된 기술이다.
일반적으로, 전기자동차(EV), 하이브리드 자동차(HEV), 연료전지 자동차(FCEV) 등과 같은 친환경 차량에는 주행을 위한 모터와, 메인 배터리로부터의 직류전원을 교류전원으로 변환시키며 모터를 제어하는 인버터 등을 포함하는 모터 시스템이 탑재되어 있다.
모터를 제어하는 인버터는 스위칭 소자를 포함하며, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라 메인 배터리로부터의 직류전압을 교류전압으로 변환하고, 트랜스 등을 이용해서 전압을 승합하여 모터를 구동시킨다.
인버터내의 스위칭 소자로서, 대 전력에서도 고속 스위칭 동작이 가능한 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 "IGBT") 모듈이 주로 사용되고 있다.
이러한 IGBT모듈에 흐르는 전류의 용량은 매우 크기 때문에, IGBT 모듈은 과온 및 과전류에 의해서 손상될 수 있다.
따라서, 과온 및 과전류 등으로부터 IGBT모듈의 손상을 방지할 수 있는 로직을 위한 측정수단으로서, 별도의 온도센서가 IGBT 모듈에 탑재되어 있으며, 주로 IGBT 모듈의 DBC(Direct Bonded Copper) 위에 온도센서가 배치되어 있다.
이때, 상기 온도센서는 온도계수에 따라 연속적으로 전기저항이 변화하는NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터(thermistor)를 이용하고 있으며, 이 NTC 서미스터는 온도에 따라 저항 값이 바뀌기 때문에, 이를 이용한 온도 센싱이 가능하다.
한편, NTC 서미스터의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 저온 구간(10)과 고온 구간(20)에서 온도에 따른 센싱 전압의 변화 패턴은 비선형적 특정을 나타낸다.
이처럼 저온 구간(10)과 고온 구간(20)에서의 센싱 전압이 비선형적이기 때문에, 작은 온도의 변화에서도 센싱되는 센싱 전압이 크게 변하고, 이는 정밀한 온도 측정을 방해하는 요소 중에 하나이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 저온 구간 및/또는 고온 구간에서 인버터의 온도를 정밀하게 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 인버터의 온도 측정 장치는, 풀-업 전원과 NTC 서미스터의 일단자 사이에 공통으로 연결된 제1 저항과 제1 스위칭 소자; 상기 NTC 서미스터의 타단자와 접지 사이에 공통으로 연결된 제2 저항과 제2 스위칭 소자; 및 상기 제1 스위칭 소자의 출력 단자와 상기 제2 스위칭 소자의 입력 단자에 연결되고, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라, 상기 풀-업 전원으로부터 전압 분배된 제1 및 제2 센싱 전압을 입력받는 마이컴을 포함하고, 상기 제1 센싱 전압은, 저온 구간에서 인버터의 온도를 측정하기 위한 전압이고, 상기 제2 센싱 전압은 고온 구간에서 상기 인버터의 온도를 측정하기 위한 전압인 것을 특징으로 한다.
실시 예에서, 상기 마이컴은, 상기 NTC 서미스터와 상기 제2 저항에 의해 전압 분배된 풀-업 전원의 전압을 상기 제1 센싱 전압으로서 입력받는다.
실시 예에서, 상기 마이컴은, 상기 제1 스위칭 소자가 턴온되고, 상기 제2 스위칭 소자가 턴 오프된 상기 스위칭 동작에 따라, 상기 제1 센싱 전압을 입력받는다.
실시 예에서, 상기 마이컴은, 상기 NTC 서미스터와 상기 제1 저항에 의해 전압 분배된 풀-업 전원의 전압을 상기 제2 센싱 전압으로서 입력받는다.
실시 예에서, 상기 마이컴은, 상기 제1 스위칭 소자가 턴오프 되고, 상기 제2 스위칭 소자가 턴온 되는 상기 스위칭 동작에 따라, 상기 제2 센싱 전압을 입력받는다.
실시 예에서, 상기 마이컴은, 상기 제1 스위칭 소자의 출력 단자와 상기 제2 스위칭 소자의 입력 단자와 각각 연결되어, 상기 제1 및 제2 센싱 전압을 각각 입력받기 위한 2개의 입력단자들을 포함한다.
실시 예에서, 상기 마이컴은, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 스위칭 동작을 각각 제어하기 위한 2개의 출력 단자들을 포함한다.
실시 예에서, 상기 마이컴은, 상기 제1 센싱 전압과 사전에 설정된 제1 문턱 전압 사이의 비교 결과에 따라 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 턴온 및 턴오프 동작을 제어하여 상기 제2 센싱 전압을 입력 받고, 상기 제2 센싱 전압과 사전에 설정된 제2 문턱 전압 사이의 비교 결과에 따라 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 턴온 및 턴오프 동작을 제어하여 상기 제1 센싱 전압을 입력받는다.
실시 예에서, 상기 제1 저항의 양단은 상기 NTC 서미스터의 일단자와 상기 풀-업 전원에 각각 연결되고, 상기 제1 스위칭 소자의 입력단자는 상기 풀-업 전원에 연결되고, 상기 제1 스위칭 소자의 출력 단자는 상기 NTC 서미스터의 일단자에 연결된다.
실시 예에서, 상기 제2 저항의 양단은 상기 NTC 서미스터의 타단자와 접지에 각각 연결되고, 상기 제2 스위칭 소자의 입력단자는 상기 NTC 서미스터의 타단자에 연결되고, 상기 제2 스위칭 소자의 출력단자는 상기 접지에 연결된다.
본 발명의 다른 일면에 따른 인버터의 온도 측정 방법은, 풀-업 전원과 NTC 서미스터의 일단자 사이에 공통으로 연결된 제1 저항과 제1 스위칭 소자, 상기 NTC 서미스터의 타단자와 접지 사이에 공통으로 연결된 제2 저항과 제2 스위칭 소자, 상기 제1 스위칭 소자의 출력단자와 연결된 제1 입력단자와 상기 제2 스위칭 소자의 입력단자와 연결된 제2 입력단자를 갖는 마이컴을 포함하는 온도 측정 장치에서 상기 마이컴에 의해 수행되는 인버터의 온도 측정 방법으로서, 상기 제1 스위칭 소자를 턴온 시키고, 상기 제2 스위칭 소자를 턴오프 시킨 상태에서 상기 제1 입력단자를 통해 입력되는 전압이 상기 풀-업 전원의 전압인 경우, 상기 제2 입력단자를 통해 입력되는 센싱 전압을 이용하여 저온 구간에서 상기 인버터의 온도를 측정하는 단계; 상기 제2 입력단자를 통해 입력되는 센싱 전압과 제1 문턱 전압의 비교 결과에 따라 상기 제1 스위칭 소자를 턴오프시키고, 상기 제2 스위칭 소자를 턴온 시키는 단계; 및 상기 제1 스위칭 소자가 턴오프되고, 상기 제2 스위칭 소자가 턴온 된 상태에서, 상기 제2 입력단자를 통해 입력되는 전압이 접지 전압인 경우, 상기 제1 입력단자를 통해 입력되는 센싱 전압을 이용하여 고온 구간에서 상기 인버터의 온도를 측정하는 단계를 포함한다.
실시 예에서, 상기 고온 구간에서 상기 인버터의 온도를 측정하는 단계 이후, 상기 제1 입력단자를 통해 입력되는 센싱 전압과 제2 문턱 전압의 비교 결과에 따라, 상기 제1 스위칭 소자를 턴온 시키고, 상기 제2 스위칭 소자를 턴오프 시키는 단계; 및 상기 제1 스위칭 소자를 턴온 시키고, 상기 제2 스위칭 소자를 턴오프 시킨 상태에서 상기 제1 입력단자를 통해 입력되는 전압이 상기 풀-업 전원의 전압인 경우, 상기 제2 입력단자를 통해 입력되는 센싱 전압을 이용하여 저온 구간에서 상기 인버터의 온도를 측정하는 단계를 더 포함한다.
실시 예에서, 상기 제2 입력단자를 통해 입력되는 센싱 전압은, 상기 NTC 서미스터와 상기 제2 저항에 의해 상기 풀-업 전원으로부터 전압 분배된 전압이다.
실시 예에서, 상기 제1 입력단자를 통해 입력되는 센싱 전압은, 상기 NTC 서미스터와 상기 제1 저항에 의해 상기 풀-업 전원으로부터 전압 분배된 전압이다.
본 발명에 따르면, NTC 서미스터의 양단에 저항과 스위칭 소자를 각각 추가하고, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라, 상기 NTC 서미스터와 상기 저항에 의해 풀-업 전원(pull-up source)으로부터 전압 분배된 센싱 전압을 생성함으로써, 고온 및 저온 구간에서의 온도의 변화에 따른 센싱 전압의 전압차이를 증가시키고, 이로 인해, 고온 및 저온 구간에서 보이는 센싱 전압의 비선형적인 패턴을 선형적인 패턴으로 변화시킬 수 있다.
궁극적으로, 센싱 전압이 고온 및 저온 구간에서 선형적 패턴을 갖게 됨으로써, 인버터의 온도를 정밀하게 측정할 수 있다.
도 1은 종래의 NTC 서미스터를 이용하여 측정한 인버터의 온도에 대한 센싱 전압의 변환 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 인버터의 온도 측정 장치를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 측정된 온도별 센싱 전압의 변화 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 인버터의 온도 측정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 NTC 서미스터만을 이용하여 측정한 기존의 센싱 전압과 본 발명에 따라 측정한 센싱 전압을 비교한 표를 나타내는 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 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, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 인버터의 온도 측정 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 인버터의 온도 측정 장치는, NTC 서미스터(110), 마이컴(120, MCU) 및 NTC 서미스터(110)와 마이컴(120)를 연결하는 다수의 전자 회로 소자들(Ra, Rb, FET1, FET2 등)을 포함한다.
NTC 서미스터(110)는 온도에 따라 저항 값이 바뀌는 저항 소자로서, 예를 들면, 온도가 올라가면 저항값이 내려가는 저항 소자일 수 있다. NTC 서미스터(110)는 'NTC 저항'이라는 용어로 지칭될 수도 있다.
마이컴(120)은 2개의 입력 단자들(ADC1, ADC2)와 2개의 출력 단자들(OUT1, OUT2)를 가지며, 2개의 입력 단자들(ADC1, ADC2)을 통해 NTC 서미스터(110)에 의해 센싱된 센싱 전압을 수신하고, 수신된 센싱 전압을 이용하여 인버터의 온도를 측정한다.
실시 예로, 마이컴(120)은 제2 입력 단자(ADC2)를 통해 입력된 센싱 전압을 기반으로 저온 구간에서의 인버터의 온도를 측정하고, 제1 입력 단자(ADC1)를 통해 입력된 센싱 전압을 이용하여 고온 구간에서의 인버터의 온도를 측정한다.
다수의 전자 회로 소자들(R1, R2, FET1, FET2 등)은 마이컴(120)의 입력 단자들(ADC1, ADC2)로 입력되는 센싱 전압의 전압차를 증가시켜서, 저온 구간 및 고온 구간에서 센싱 전압이 선형적으로 변화하도록 NTC 서미스터(110)와 마이컴(120)를 연결하는 회로 구조를 갖는다. 여기서, 센싱 전압의 전압차는 제1 온도에서의 센싱 전압과 상기 제1 온도에 연속하는 제2 온도에서의 센싱 전압 사이의 차이를 의미한다.
우선, NTC 서미스터(110)의 일단(110a)과 마이컴(120)의 제1 입력 단자(ADC1) 사이의 회로 구성에 대해 설명하기로 한다.
제1 저항(R1)의 양단은 NTC 서미스터(110)의 일단자(110a)와 풀-업 전압원(pull-up source)에 각각 연결된다. 아래에서 설명하겠지만, 제1 저항(R1)은 NTC 서미스터(110)와 함께 풀-업 전압원의 전압을 분배하는 역할을 한다.
제1 스위칭 소자(FET1)는 NTC 서미스터(110)의 일단자(110a)와 풀-업 전압원(pull-up source)을 연결한다. 따라서, 제1 저항(R1)과 제1 스위칭 소자(FET1)은 풀-업 전원과 NTC 서미스터의 일단 사이에 공통으로(병렬로) 연결된다.
제1 스위칭 소자(FET1)는, 예를 들면, 드레인과 소스 사이에 바디 다이오드(Body Diode)가 존재하는 MOSFET일 수 있다.
제3저항(R3)은 제1 스위칭 소자(FET1)의 입력단자와 제1 스위칭 소자(FET1)의 제어 단자를 연결한다. 여기서, 제1 스위칭 소자(FET1)의 입력 단자는 '드레인 단자'로 지칭될 수 있고, 제1 스위칭 소자(FET1)의 제어 단자는 '게이트 단자'로 지칭될 수 있다.
제4 저항(R4)은 제1 스위칭 소자(FET1)의 제어 단자와 마이컴(120)의 제1 출력 단자(OUT1)를 연결한다. 마이컴(120)의 제1 출력 단자(OUT1)로부터 출력되는 제어 신호에 따라, 제1 스위칭 소자(FET1)는 턴온 또는 턴오프 된다.
이러한 제3 및 제4 저항(R3 및R4)는 제1 스위칭 소자(FET1)를 턴온 또는 턴오프시키 위한 역할을 한다.
제5 저항(R5)는 제1 스위칭 소자(FET1)의 출력 단자와 마이컴(120)의 제1 입력 단자(ADC1)를 연결한다. 여기서, 제1 스위칭 소자(FET1)의 출력 단자는 '소스 단자'로 지칭될 수 있다.
제1 커패시터(C1)는 마이컴(120)의 제1 입력 단자(ADC1)와 접지를 연결한다.
제5 저항(R5)과 제1 커패시터(C1)는 병렬로 연결되어, 마이컴(120)의 제1 입력 단자(ADC1)로 입력되는 센싱 전압의 노이즈를 필터링하는 RC 필터로 역할을 한다.
이하, NTC 서미스터(110)의 타단(110b)과 마이컴(120)의 제2 입력 단자(ADC2) 사이의 회로 구성에 대해 설명하기로 한다.
제2 저항(R2)의 양단은 NTC 서미스터(110)의 타단(110b)과 접지에 각각 연결된다. 아래에서 설명하겠지만, 제2 저항(R2)은 제1 저항(R1)과 마찬가지로 NTC 서미스터(110)와 함께 풀-업 전압원의 전압을 분배하는 역할을 한다.
제2 스위칭 소자(FET2)는 NTC 서미스터(110)의 타단자(110b)와 접지를 연결한다. 즉, 제2 스위칭 소자(FET2)의 입력 단자(또는 드레인 단자)는 NTC 서미스터(110)의 타단자(110b)에 연결되고, 그 출력 단자(또는 소스 단자)는 접지에 연결된다. 따라서, 제2 저항(R2)과 제2 스위칭 소자(FET2)는 상기 NTC 서미스터의 타단자와 접지 사이에 공통으로(병렬로) 연결된다.
제2 스위칭 소자(FET2)는 제1 스위칭 소자(FET1)와 동일하게 MOSFET일 수 있다.
제6 저항(R6)은 제2 스위칭 소자(FET2)의 입력 단자(또는 드레인 단자)와 게이트 단자를 연결한다.
제7 저항(R7)은 제2 스위칭 소자(FET2)의 제어 단자(또는 게이트 단자)와 마이컴(120)의 제2 출력단자(OUT2)를 연결한다. 마이컴(120)의 제2 출력 단자(OUT2)로부터 출력되는 제어 신호에 따라, 제2 스위칭 소자(FET2)는 턴온 또는 턴오프 된다.
이러한 제6 및 제7 저항(R6 및R7)는 제2 스위칭 소자(FET2)를 턴온 또는 턴오프시키 위한 역할을 한다.
제8 저항(R8)는 제2 스위칭 소자(FET2)의 입력 단자와 마이컴(120)의 제2 입력 단자(ADC2)를 연결한다.
제2 커패시터(C2)는 마이컴(120)의 제2 입력 단자(ADC2)와 접지를 연결한다.
제8 저항(R8)과 제2 커패시터(C2)는 병렬로 연결되어, 마이컴(120)의 제2 입력 단자(ADC2)로 입력되는 센싱 전압의 노이즈를 필터링하는 RC 필터로 역할을 한다.
이하, NTC 서미스터(110)와 마이컴(120) 사이에 설계된 회로의 동작 과정에 대해 설명한다.
NTC 서미스터(110)의 양단에 각각 연결된 제1 및 제2 스위칭 소자(FET1 및 FET2)는 저온 구간과 고온 구간에서 서로 다른 스위칭 동작을 수행한다.
저온 구간에서의 회로 동작
저온 구간(예, -40 ~ 50도)에서, 제1 스위칭 소자(FET1)는 마이컴(120)의 제1 출력 단자(OUT1)로부터 출력되는 제어 신호(또는 게이트 신호)에 따라 턴온되고, 제2 스위칭 소자(FET2)는 마이컴(120)의 제2 출력 단자(OUT2)로부터 출력되는 제어 신호(또는 게이트 신호)에 따라 턴오프 된다.
제1 스위칭 소자(FET1)가 턴온 되면, 제1 스위칭 소자(FET1)에 병렬로 연결된 제1 저항(R1)은 무시할 수 있기 때문에, 풀-업 소스의 전압이 마이컴(120)의 제1 입력 단자(ADC1)로 입력된다. 예를 들어, 풀-업 소스의 전압을 5V라 가정하면, 제1 입력 단자(ADC1)로 5V의 전압이 입력된다.
제2 스위칭 소자(FET2)가 턴오프 되면, NTC 서미스터(110)와 NTC 서미스터(110)의 타단(110b)에 연결된 제2 저항(R2)이 풀-업 소스의 전압을 전압 분배하는 역할로 동작하여, NTC 서미스터(110)와 제2 저항(R2)에 의해 전압 분배된 풀-업 소스의 전압이 인버터의 온도를 측정하기 위한 센싱 전압으로서 마이컴(120)의 제2 입력 단자(ADC2)로 입력된다.
고온 구간에서의 회로 동작
고온 구간(예, 60 ~ 150도)에서, 제1 스위칭 소자(FET1)는 마이컴(120)의 제1 출력 단자(OUT1)로부터 출력되는 제어 신호(또는 게이트 신호)에 따라 턴오프되고, 제2 스위칭 소자(FET2)는 마이컴(120)의 제2 출력 단자(OUT2)로부터 출력되는 제어 신호(또는 게이트 신호)에 따라 턴온 된다.
제1 스위칭 소자(FET1)가 턴오프 되면, NTC 서미스터(110)와 NTC 서미스터(110)의 일단(110a)에 연결된 제1 저항(R1)이 풀-업 소스의 전압을 전압 분배하는 역할로 동작하여, NTC 서미스터(110)와 제1 저항(R2)에 의해 전압 분배된 풀-업 소스의 전압이 인버터의 온도를 측정하기 위한 센싱 전압으로서 마이컴(120)의 제1 입력 단자(ADC1)로 입력된다.
제2 스위칭 소자(FET2)가 턴온 되면, 제2 스위칭 소자(FET2)에 병렬로 연결된 제2 저항(R2)은 무시할 수 있기 때문에, 접지 전압(예, 0V)이 마이컴(120)의 제2 입력 단자(ADC2)로 입력된다. 예를 들어, 접지 전압이 0V이라 가정하면, 제2 입력 단자(ADC2)로 OV의 전압이 입력된다.
아래의 표1은 5V의 풀-업 소스에서, 종래의 NTC 서미스터만을 이용하여 측정한 온도별 센싱 전압과 본 발명의 실시 예에 따라 NTC 서미스터의 양단에 각각 풀-업 소스의 전압을 분배하는 저항과 스위칭 소자를 추가한 경우에서 측정한 온도별 센싱 전압을 비교한 표이다.
온도[℃] 저항값[Ω] 기존 본 발명
ADC1 ADC2
센싱전압[V] 전압차[V] 센싱전압[V] 전압차[V] 센싱전압[V] 전압차[V]
저온 구간 -40 194200 4.969 0.021 5.000 0.000 0.669 -0.375
-30 113700 4.948 0.034 5.000 0.000 1.044 -0.474
-20 68820 4.914 0.050 5.000 0.000 1.518 -0.540
-10 42880 4.864 0.073 5.000 0.000 2.058 -0.552
0 27460 4.791 0.103 5.000 0.000 2.611 -0.513
10 18030 4.688 0.138 5.000 0.000 3.123 -0.438
20 12120 4.550 0.180 5.000 0.000 3.561 -0.353
30 8322 4.370 0.223 5.000 0.000 3.914 -0.272
40 5832 4.147 0.266 5.000 0.000 4.186 -0.205
50 4163 3.881 0.302 5.000 - 4.391 -
고온 구간 60 3023 3.579 0.328 4.060 0.254 0.000 0.000
70 2230 3.251 0.341 3.805 0.282 0.000 0.000
80 1671 2.910 0.340 3.524 0.301 0.000 0.000
90 1269 2.570 0.327 3.222 0.310 0.000 0.000
100 976.5 2.243 0.303 2.912 0.308 0.000 0.000
110 760.8 1.940 0.274 2.604 0.297 0.000 0.000
120 599.5 1.666 0.242 2.307 0.279 0.000 0.000
130 477.5 1.423 0.211 2.028 0.256 0.000 0.000
140 384 1.212 0.181 1.771 0.230 0.000 0.000
150 311.8 1.031 - 1.541 - 0.000 -
위의 표 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에서는, FET1이 턴온 되고, FET2가 턴오프 되는 -40℃~50℃의 저온 구간에서는 마이컴(120)의 제2 입력 단자(ADC2)로 입력되는 전압이 인버터의 온도 측정을 위한 센싱 전압으로 사용되고, FET1가 턴오프 되고, FET2가 턴온 되는 60℃~150℃의 고온 구간에서는 마이컴(120)의 제1 입력 단자(ADC1)에 입력되는 전압이 인버터의 온도 측정을 위한 센싱 전압으로 사용된다.
저온 구간 및 고온 구간에서의 센싱 전압은, 위의 표 1에서 볼 수 있듯이, 기존 대비 전압차가 크고, 센싱 전압이 온도 변화에 따라 선형적으로 변하는 것을 알 수 있으며, 이로 인해 정밀한 온도 측정이 가능하다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는, 위의 표 1에서, 50℃와 60℃사이의 경계에서 히스테리시스(Hysteresis) 기능을 수행할 수 있도록 문턱(threshold) 전압을 설정하고, ADC1과 ADC2의 입력값을 비교하여 어떤 값을 사용할지 판단하는 과정이 수행될 수 있다.
예를 들면, 풀-업 소스가 5V인 경우, 저온 구간에서 ADC1에 입력되는 전압값이 5V이고, 고온 구간에서 ADC2에 입력되는 전압값이 OV임을 확인하여, 센싱 전압이 저온 구간인지 고온 구간인지를 판단한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 측정된 온도별 센싱 전압의 변화 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 3의 (A)에서는 2개의 그래프들(G1, G2)이 나타내는데, 그래프(G1)는 저온 구간 및 고온 구간을 포함하는 전체 온도 구간에서 마이컴(120)의 ADC2에 입력되는 표 1의 센싱 전압들을 나타낸 것이고, 그래프(G2)는 마이컴(120)의 ADC1에 입력되는 표 1의 센싱 전압들을 나타낸 것이다.
도 3의 (B)에서는 1개의 그래프(G3)가 나타내는데, 그래프(G3)는 본 발명의 이해를 돕기 위해, 그래프(G1)에서 저온 구간에서 측정한 ADC2로 입력되는 센싱 전압들을 나타내는 선형 구간(32)과 그래프(G2)에서 고온 구간에서 측정한 ADC1으로 입력되는 센싱 전압들을 나타내는 선형 구간(42)을 하나의 그래프로 나타낸 것이다.
도 3의 (B)와 같이, 본 발명의 실시 예에서는, 마이컴(120)이 저온 구간에서는 ADC2을 통해 입력되는 센싱 전압들을 이용하여 인버터의 온도를 측정하고, 고운 구간에서는 ADC1을 통해 입력되는 센싱 전압들을 이용하여 인버터의 온도를 측정한다.
이렇게 함으로써, 마이컴(120)은 저온 구간과 고온 구간을 포함하는 전체 온도 구간에서 선형적으로 변화하는 센싱 전압들을 획득할 수 있기 때문에, 정밀한 온도를 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 인버터의 온도 측정 방법을 나타내는 순서도이다. 아래의 각 단계를 설명함에 있어서, 도 2 및 3가 참조된다.
도 4를 참조하면, 먼저, S411에서, 차량이 시동이 온(ON)된다.
이어, S413에서, FET1이 턴온 되고, FET2가 턴 오프 된다.
S413의 실시 예로서, 시동 제어 유닛(도시하지 않음)이 시동 온과 관련된 신호를 차량 내부 통신을 이용하여 마이컴(120)으로 송신한다. 여기서, 차량 내부 통신은, 예를 들면, CAN 통신 또는 LIN 통신일 수 있다.
이후, 마이컴(120)은, 시동 온과 관련된 신호에 따라, 제1 출력 단자(OUT1)를 통해 FET1을 턴온시키기 위한 제어 신호를 FET1의 제어 단자(또는 게이트 단자)으로 전송하고, 제2 출력 단자(OUT2)를 통해 FET2를 턴 오프 시키기 위한 제어 신호를 FET2의 제어 단자(또는 게이트 단자)로 전송함으로써, FET1은 턴온 되고, FET2는 턴 오프 된다.
이어, S415에서, 마이컴(120)이 ADC1을 통해 입력되는 전압이 풀-업 소스의 전압인지를 확인한다. S415의 실시 예로서, 5V의 풀-업 소스를 가정할 때, 마이컴(120)은 ADC1을 통해 입력되는 전압이 5V인지를 확인한다.
ADC1을 통해 입력되는 전압이 5V가 아닌 경우, 단계는 S415에서 S429으로 이동하고, S429에서, 마이컴(120)은 인버터 또는 인버터의 온도 측정 장치를 고장으로 판단하고, 경고등 점등을 통해 사용자에게 고장을 알린다.
ADC1을 통해 입력되는 전압이 5V인 경우, 단계는 S415에서 S417로 이동한다.
S417에서, ADC1을 통해 입력되는 전압이 풀-업 소스의 전압인 경우, 마이컴(120)은 ADC2를 통해 입력되는 전압을 센싱 전압으로 이용하여 저온 구간에서 인버터의 온도 측정을 시작한다.
여기서, ADC2를 통해 입력되는 센싱 전압은 NTC 서미스터(110)와 NTC 서미스터(110)의 타단(110b)에 연결된 제2 저항(R2)에 의해 풀-업 소스의 전압을 전압 분배한 전압이다.
이처럼 NTC 서미스터(110)의 타단에 연결된 제2 저항(R2)이 NTC 서미스터(110)와 함께 풀-업 소스의 전압을 전압 분배하는 역할을 함으로써, 센싱 전압의 분해능(resolution)이 증가하고, 이로 인해 저온 구간에서 온도 변화에 따른 센싱 전압의 변화 패턴을 비선형적인 패턴에서 선형적인 패턴으로 변화시킬 수 있다. 궁극적으로 인버터의 온도를 정밀하게 측정할 수 있게 된다.
이어, S419에서, 마이컴(120)은, ADC2를 통해 입력되는 센싱 전압을 이용하여 저온 구간에서 인버터의 온도를 측정하면서, ADC2를 통해 입력되는 센싱 전압이 사전에 설정된 제1 문턱 전압(TH1)을 초과하는지를 모니터링한다.
여기서, 제1 문턱 전압은 인버터의 온도가 저온 구간에서 고온 구간으로 진입하였는지를 판단하기 위해 ADC2를 통해 입력되는 센싱 전압과 비교되는 기준 전압일 수 있다.
이처럼 인버터의 온도가 저온 구간에서 고온 구간으로 진입하였는지를 판단하는 이유는 저온 구간에서 증가된 센싱 전압의 분해능이 고온 구간에서는 다르게 조정될 필요가 있기 때문이다. 이것은 풀-업 소스의 전압을 전압 분배하는데 사용되는 저항이 제2 저항(R2)에서 제1 저항(R1)으로 변경됨을 의미한다.
한편, ADC2를 통해 입력되는 센싱 전압이 제1 문턱 전압(TH1)보다 작은 경우, S417로 돌아가서, S417을 반복 수행하고, 반대인 경우, 단계는 S419에서 S421으로 이동한다.
제1 문턱 전압은 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 표 1을 기준으로 할 때, 예를 들면, 4.54V일 수 있다.
S421에서, ADC2를 통해 입력되는 센싱 전압이 제1 문턱 전압(TH1) 이상인 경우, 풀-업 소스의 전압을 전압 분배하는데 사용되는 저항을 제2 저항(R2)에서 제1 저항(R1)으로 변경하기 위해, 마이컴(120)으로부터 출력되는 제어 신호에 따라 FET1가 턴오프 되고, FET2가 턴온 된다.
이어, S423에서, 마이컴(120)이 ADC2를 통해 입력되는 전압이 접지 전압, 예를 들면, 0V인지를 확인한다.
풀-업 소스의 전압을 5V라 가정할 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 회로 구조에서는 표 1에서 나타나는 바와 같이, 저온 구간에서는 ADC1에 5V의 전압이 입력되고, 고온 구간에서는 0V의 전압이 ADC2에 입력되도록 설계되었기 때문에, FET1가 턴오프 되고, FET2가 턴온 된 상태에서 ADC2에 입력되는 전압이 0V인 경우, 인버터의 온도가 고온 구간임을 확인할 수 있다.
만일, FET1가 턴오프 되고, FET2가 턴온 된 상태에서 ADC2에 입력되는 전압이 0V가 아닌 경우, 단계는 S423에서 S429로 이동하여, 본 발명의 온도 측정 장치가 고장난 상태로 판단하고, 이를 경고등 점등을 통해 사용자에게 알린다.
반대로, ADC2에 입력되는 전압이 0V인 경우, 단계는 S423에서 S425로 이동한다.
S425에서는, ADC2에 입력되는 전압이 0V인 경우, 마이컴(120)은 ADC1을 통해 입력되는 전압을 센싱 전압으로 이용하여 고온 구간에서 인버터의 온도 측정을 시작한다.
이어, S427에서, 고온 구간에서 인버터의 온도 측정을 수행하는 동안, 마이컴(120)은 ADC1에 입력되는 센싱 전압이 사전에 설정된 제2 문턱 전압(TH2)을 초과하는지를 판단한다.
ADC1에 입력되는 센싱 전압이 제2 문턱 전압(TH2)보다 작은 경우, 마이컴(120)은 ADC1을 통해 입력되는 전압을 센싱 전압으로 이용하여 고온 구간에서 인버터의 온도 측정을 계속 수행한다.
ADC1에 입력되는 센싱 전압이 제2 문턱 전압(TH2) 이상인 경우, 인버터의 온도가 저온 구간으로 진입한 것으로 판단하여, S413으로 돌아가서, S413 내지 S425로 이루어진 일련의 단계들을 반복 수행한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 온도 측정 방법에 따르면, NTC 서미스터의 양단에 저항과 스위칭 소자를 각각 추가하고, 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라, 상기 NTC 서미스터와 상기 저항에 의해 풀-업 전원(pull-up source)으로부터 전압 분배된 센싱 전압을 생성함으로써, 고온 및 저온 구간에서의 온도의 변화에 따른 센싱 전압의 전압차이를 증가시키고, 이로 인해, 고온 및 저온 구간에서 보이는 센싱 전압의 비선형적인 패턴을 선형적인 패턴으로 변화시킬 수 있다. 궁극적으로, 센싱 전압이 고온 및 저온 구간에서 선형적 패턴을 갖게 됨으로써, 인버터의 온도를 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
이하, 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 효과를 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 NTC 서미스터만을 이용하여 측정한 기존의 센싱 전압과 본 발명에 따라 측정한 센싱 전압을 비교한 표를 나타내는 도면이다.
도 5의 표는 풀-업 전원이 5±0.1V일 때, 센싱 전압을 최소 전압값(MIN값), 최대 전압값(MAX값) 및 이들 사이의 표준 전압값(TYP(typical) 값)으로 나타낸 점에서 전술한 표 1과 차이가 있다.
풀-업 전원이 5±0.1V인 경우, 기존 방식에서는 풀-업 전원의 오차(±0.1V)에 의해, 마이컴(120)이 -40℃에서 센싱된 4.870V의 MIN값이 0℃에서 센싱된 4.886V의MAX 값보다 작기 때문에 -40℃를 0℃로 잘못 인식할 수 있다.
하지만, 본 발명에서는 온도차에 따라 입력되는 전압 차이가 크기 때문에 -40℃에서 센싱된 0.701V의 MAX값이 -30℃에 센싱될 수 있는 센싱 전압의 범위(0.999V ~ 1.091)에 들어가지 않게 된다. 이로써 온도를 더 정밀하게 측정할 수 있다.
본 실시 예에서 설명하는 특정 실행들은 예시들로서, 어떠한 방법으로도 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한번 첨언한다

Claims (14)

  1. 풀-업 전원과 NTC 서미스터의 일단자 사이에 공통으로 연결된 제1 저항과 제1 스위칭 소자;
    상기 NTC 서미스터의 타단자와 접지 사이에 공통으로 연결된 제2 저항과 제2 스위칭 소자; 및
    상기 제1 스위칭 소자의 출력 단자와 상기 제2 스위칭 소자의 입력 단자에 연결되고, 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라, 상기 풀-업 전원으로부터 전압 분배된 제1 및 제2 센싱 전압을 입력받는 마이컴을 포함하고,
    상기 제1 센싱 전압은, 저온 구간에서 인버터의 온도를 측정하기 위한 전압이고, 상기 제2 센싱 전압은 고온 구간에서 상기 인버터의 온도를 측정하기 위한 전압인 것인 인버터의 온도 측정 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 마이컴은,
    상기 NTC 서미스터와 상기 제2 저항에 의해 전압 분배된 풀-업 전원의 전압을 상기 제1 센싱 전압으로서 입력받는 것인 인버터의 온도 측정 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 마이컴은,
    상기 제1 스위칭 소자가 턴온되고, 상기 제2 스위칭 소자가 턴 오프된 상기 스위칭 동작에 따라, 상기 제1 센싱 전압을 입력받는 것인 인버터의 온도 측정 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 마이컴은,
    상기 NTC 서미스터와 상기 제1 저항에 의해 전압 분배된 풀-업 전원의 전압을 상기 제2 센싱 전압으로서 입력받는 것인 인버터의 온도 측정 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 마이컴은,
    상기 제1 스위칭 소자가 턴오프 되고, 상기 제2 스위칭 소자가 턴온 되는 상기 스위칭 동작에 따라, 상기 제2 센싱 전압을 입력받는 것인 인버터의 온도 측정 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 마이컴은,
    상기 제1 스위칭 소자의 출력 단자와 상기 제2 스위칭 소자의 입력 단자와 각각 연결되어, 상기 제1 및 제2 센싱 전압을 각각 입력받기 위한 2개의 입력단자들을 포함하는 인버터의 온도 측정 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 마이컴은,
    상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 스위칭 동작을 각각 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 2개의 출력 단자들을 포함하는 인버터의 온도 측정 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 마이컴은,
    상기 제1 센싱 전압과 사전에 설정된 제1 문턱 전압 사이의 비교 결과에 따라 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 턴온 및 턴오프 동작을 제어하여 상기 제2 센싱 전압을 입력 받고,
    상기 제2 센싱 전압과 사전에 설정된 제2 문턱 전압 사이의 비교 결과에 따라 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 턴온 및 턴오프 동작을 제어하여 상기 제1 센싱 전압을 입력받는 것인 인버터의 온도 측정 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 저항의 양단은 상기 NTC 서미스터의 일단자와 상기 풀-업 전원에 각각 연결되고,
    상기 제1 스위칭 소자의 입력단자는 상기 풀-업 전원에 연결되고, 상기 제1 스위칭 소자의 출력 단자는 상기 NTC 서미스터의 일단자에 연결되는 것인 인버터의 온도 측정 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 제2 저항의 양단은 상기 NTC 서미스터의 타단자와 접지에 각각 연결되고,
    상기 제2 스위칭 소자의 입력단자는 상기 NTC 서미스터의 타단자에 연결되고, 상기 제2 스위칭 소자의 출력단자는 상기 접지에 연결되는 것인 인버터의 온도 측정 장치.
  11. 풀-업 전원과 NTC 서미스터의 일단자 사이에 공통으로 연결된 제1 저항과 제1 스위칭 소자, 상기 NTC 서미스터의 타단자와 접지 사이에 공통으로 연결된 제2 저항과 제2 스위칭 소자, 상기 제1 스위칭 소자의 출력단자와 연결된 제1 입력단자와 상기 제2 스위칭 소자의 입력단자와 연결된 제2 입력단자를 갖는 마이컴을 포함하는 온도 측정 장치에서 상기 마이컴에 의해 수행되는 인버터의 온도 측정 방법에서,
    상기 제1 스위칭 소자를 턴온 시키고, 상기 제2 스위칭 소자를 턴오프 시킨 상태에서 상기 제1 입력단자를 통해 입력되는 전압이 상기 풀-업 전원의 전압인 경우, 상기 제2 입력단자를 통해 입력되는 센싱 전압을 이용하여 저온 구간에서 상기 인버터의 온도를 측정하는 단계;
    상기 제2 입력단자를 통해 입력되는 센싱 전압과 제1 문턱 전압의 비교 결과에 따라 상기 제1 스위칭 소자를 턴오프시키고, 상기 제2 스위칭 소자를 턴온 시키는 단계; 및
    상기 제1 스위칭 소자가 턴오프되고, 상기 제2 스위칭 소자가 턴온 된 상태에서, 상기 제2 입력단자를 통해 입력되는 전압이 접지 전압인 경우, 상기 제1 입력단자를 통해 입력되는 센싱 전압을 이용하여 고온 구간에서 상기 인버터의 온도를 측정하는 단계를 포함하는 인버터의 온도 측정 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 고온 구간에서 상기 인버터의 온도를 측정하는 단계 이후,
    상기 제1 입력단자를 통해 입력되는 센싱 전압과 제2 문턱 전압의 비교 결과에 따라, 상기 제1 스위칭 소자를 턴온 시키고, 상기 제2 스위칭 소자를 턴오프 시키는 단계; 및
    상기 제1 스위칭 소자를 턴온 시키고, 상기 제2 스위칭 소자를 턴오프 시킨 상태에서 상기 제1 입력단자를 통해 입력되는 전압이 상기 풀-업 전원의 전압인 경우, 상기 제2 입력단자를 통해 입력되는 센싱 전압을 이용하여 저온 구간에서 상기 인버터의 온도를 측정하는 단계
    를 더 포함하는 인버터의 온도 측정 방법.
  13. 제11항에서,
    상기 제2 입력단자를 통해 입력되는 센싱 전압은,
    상기 NTC 서미스터와 상기 제2 저항에 의해 상기 풀-업 전원으로부터 전압 분배된 전압인 것인 인버터의 온도 측정 방법.
  14. 제11항에서,
    상기 제1 입력단자를 통해 입력되는 센싱 전압은,
    상기 NTC 서미스터와 상기 제1 저항에 의해 상기 풀-업 전원으로부터 전압 분배된 전압인 것인 인버터의 온도 측정 방법.
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