KR102613022B1 - 전원 시스템 - Google Patents

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KR102613022B1
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Abstract

본 발명은, 차량의 전원 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예는 차량의 구동부에 동력을 공급하는 배터리와 연결되며 상기 배터리의 단자가 역방향으로 연결되는 경우 상기 배터리로부터 상기 구동부로 흐르는 전류를 차단하는 역접속 방지부; 상기 역접속 방지부와 상기 구동부 사이에 배치되며 상기 구동부에서 회생 전압이 발생한 경우 상기 구동부로부터 상기 배터리로의 전류를 차단하는 회생전압 차단부; 상기 회생전압 차단부와 상기 구동부 사이에 배치되며 상기 배터리로부터 공급되는 전력을 균등화시켜 상기 구동부로 전달하는 전원저장부; 및 상기 구동부의 구동을 제어하고, 상기 배터리의 전압을 모니터링하여 상기 회생전압 차단부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 전원저장부는 상기 구동부와 연결되어 있고 동시에 상기 제어부와 연결될 수 있다.

Description

전원 시스템{Power system}
본 발명은, 차량의 전원 시스템에 관한 것으로서 보다 구체적으로는, 배터리의 역접속을 방지하는 회로를 활용하여 구동부에서 발생할 수 있는 회생 제동전압을 차단할 수 있고, 배터리의 갑작스러운 탈거에도 제어기로의 전원 공급이 일정 시간 지속될 수 있는 전원 시스템에 관한 것이다.
차량의 전원 시스템은 고전압 배터리로부터 전력을 구동부로 전달하는 시스템이다. 구동부는 구동 모터와 인버터를 포함하여 구성되며 전원 시스템은 인버터와 고전압 배터리 사이에 배치되는 DC 링크 커패시터를 포함하고 이러한 DC 링크 커패시터는 고전압 배터리가 공급하는 전력을 균등화, 평활화시켜 인버터로 전달하는 역할을 수행한다.
한편, 고전압 배터리는 차량으로부터 탈거되었다가 재조립되는 경우에 역방향으로 접속될 위험이 있다. 즉, 고전압 배터리의 양전압 단자와 음전압 단자가 서로 위치를 바꾸어 접속되는 경우가 생길 수 있다. 이는 차량의 고장 또는 안전 사고를 유발하는 원인이 될 수 있으므로 고전압 배터리가 역접속 되는 경우 고전압 배터리에서 구동부로 흐르는 전류가 차단되도록 전원 시스템이 구성될 필요가 있다.
또한, 구동부의 구동 모터는 브레이킹 제어에 의해 회생 전압이 발생하여 순간적으로 고전압이 인가될 수 있다. 이로 인해 구동 모터에서 배터리 측으로 역전류가 흐를 위험이 있으며 전원 시스템에는 이를 방지하는 회생 전압 차단 회로의 구성이 필요하다.
더불어, 고전압 배터리가 예기치 않은 상황에서 탈거되었을 때와 같이 고전압 배터리 측의 전압이 기 설정된 전압보다 낮은 0전압 또는 저전압 인가 상태가 되는 경우 제어기에 구동 모터의 현재 위치를 저장할 시간이 확보될 필요가 있다.
한편, 배터리의 역접속을 방지하는 기술과 관련된 선행기술자료로서, 한국공개특허 제2015-0064562호가 개시되어 있다.
한국공개특허공보 제10-2015-0064562호
본 발명은, 상술한 바와 같은 다수의 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서 배터리의 역접속 발생시 배터리로부터 구동부로 전류의 흐름을 차단하는 기존의 역접속 방지 회로를 이용하여 구동부에서 발생한 회생 전압 또한 차단할 수 있는 전원 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 전원 시스템에 포함된 DC 링크 커패시터를 활용하여 배터리가 갑자기 탈거된 경우에도 제어부가 구동 모터의 현재 상태를 저장할 시간을 확보할 수 있는 전원 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전원 시스템은, 차량의 구동부에 동력을 공급하는 배터리와 연결되며 상기 배터리의 단자가 역방향으로 연결되는 경우 상기 배터리로부터 상기 구동부로 흐르는 전류를 차단하는 역접속 방지부; 상기 역접속 방지부와 상기 구동부 사이에 배치되며 상기 구동부에서 회생 전압이 발생한 경우 상기 구동부로부터 상기 배터리로의 전류를 차단하는 회생전압 차단부; 상기 회생전압 차단부와 상기 구동부 사이에 배치되며 상기 배터리로부터 공급되는 전력을 균등화시켜 상기 구동부로 전달하는 전원저장부; 및 상기 구동부의 구동을 제어하고, 상기 배터리의 전압을 모니터링하여 상기 회생전압 차단부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 전원저장부는 상기 구동부와 연결되어 있고 동시에 상기 제어부와 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 역접속 방지부는, 일단이 상기 배터리와 연결되고 타단이 상기 회생전압 차단부와 연결되는 제1 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 스위칭 소자는 P 채널 모스펫(MOSFET)이고, 상기 제1 스위칭 소자의 내부 다이오드는 소스 단자 측으로 전류가 흐르도록 구비될 수 있다.
한편, 상기 회생전압 차단부는, 상기 제1 스위칭 소자의 게이트 단자와 연결되어 상기 제1 스위칭 소자의 온오프를 제어하는 제2 스위칭 소자; 및 상기 구동부와 연결되어 상기 구동부로부터 상기 회생전압이 발생한 경우 상기 회생전압을 기 설정된 기준 전압만큼 하강시키는 제너 다이오드를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 상기 배터리의 전압이 기 설정된 전압보다 작은 저전압 상태인 것으로 감지하면 상기 제2 스위칭 소자를 턴 온 시키는 제어를 하고, 상기 제2 스위칭 소자가 턴 온 되면 상기 제1 스위칭 소자는 턴 오프될 수 있다.
또한, 상기 제1 스위칭 소자가 턴 오프되면, 상기 제1 스위칭 소자의 내부 다이오드가 도통되어 상기 제1 스위칭 소자의 소스 단자로 향하는 전류의 흐름이 형성되고, 상기 제어부는 상기 전원저장부로부터 일정 시간동안 전력을 공급받을 수 있다.
또한, 상기 구동부로부터 상기 회생전압이 발생하여 상기 구동부의 전압이 상기 제너 다이오드에 기 설정된 상기 기준 전압을 초과하는 경우 상기 제2 스위칭 소자가 턴 온 되고, 상기 제2 스위칭 소자의 턴 온 동작에 의해 상기 제1 스위칭 소자는 턴 오프되어 상기 구동부로부터 상기 배터리로 흐르는 전류를 차단할 수 있다.
또한, 상기 제2 스위칭 소자는 PNP BJT이고, 상기 제2 스위칭 소자의 이미터 단자는 상기 제1 스위칭 소자의 소스 단자에 연결되고, 상기 제2 스위칭 소자의 컬렉터 단자는 상기 제1 스위칭 소자의 게이트 단자에 연결될 수 있다.
또한, 상기 제너 다이오드의 캐소드 단자는 상기 제2 스위칭 소자의 베이스 단자 측에 연결되고, 상기 제너 다이오드의 애노드 단자는 접지에 연결될 수 있다.
또한, 상기 전원저장부는, DC 링크 커패시터로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 역접속 방지부는, 상기 배터리가 역방향으로 연결되어 상기 제1 스위칭 소자의 드레인 단자에 음전압이 인가되는 경우 상기 제1 스위칭 소자가 턴 오프되어 상기 배터리로부터 상기 구동부로 흐르는 전류가 차단될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 역접속 방지 회로에 포함된 제1 스위칭 소자를 이용하여 구동 모터의 회생전압으로 인한 역전류를 차단할 수 있고 따라서 경제적으로 전원 시스템의 다기능 구현이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 갑자기 배터리가 탈거된 경우에도 제어부가 이를 감지하여 역접속 방지 회로의 제1 스위칭 소자를 오프시킴으로써 DC 링크 커패시터가 전원으로 기능할 수 있고 따라서 DC 링크 커패시터에 연결된 제어부가 구동 모터의 현재 상태를 저장할 시간을 확보할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 포함된 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 시스템의 회로도이다.
도 2는 배터리가 역접속된 경우 역접속 방지부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 역접속 방지부의 동작 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 4는 종래의 회생전압 차단 회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 구동부에서 회생전압이 발생한 경우 회생전압을 차단하기 위해 회생전압 차단부 및 역접속 방지부가 연계하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 회생전압 차단부 및 역접속 방지부의 동작 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 7은 배터리가 탈거되어 저전압이 발생한 경우 제어부에 일정시간 동안 전원을 공급하기 위해 전원저장부, 회생전압 차단부 및 역접속 방지부가 연계하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 전원저장부, 회생전압 차단부 및 역접속 방지부의 동작 흐름을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
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 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 시스템의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 시스템은 역접속 방지부(100), 회생전압 차단부(200), 전원저장부(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.
역접속 방지부(100)는 차량의 구동부(30)에 동력을 공급하는 배터리(20)와 연결되며 배터리(20)의 단자가 역방향으로 연결되는 경우 배터리(20)로부터 구동부(30)로 흐르는 전류를 차단할 수 있다. 이때, 배터리(20)는 구동부(30)에 필요한 입력 전압을 제공하기 위한 구성으로서 배터리(20)의 단자가 역방향으로 연결되는 경우란, 배터리(20)의 양극 단자와 음극 단자가 서로 반대로 배치되어 구동부(30)와 연결되는 경우를 의미한다. 배터리(20)가 역접속되면 구동부(30)에 전력을 정상적으로 전달할 수 없으므로 전류가 흐르지 못하게 차단하여야 한다. 한편, 구동부(30)는 구동 모터(미도시)와 인버터(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
역접속 방지부(100)는, 배터리(20)와 구동부(30) 사이의 전원 라인에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 역접속 방지부(100)는 일단이 배터리(20)와 연결되고 타단이 후술할 회생전압 차단부(30)와 연결되는 제1 스위칭 소자(M1)를 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 2 및 도 3을 참조하여 배터리(20)의 역접속시 전류를 차단하는 동작에 대해 설명한다.
도 2는 배터리가 역접속된 경우 역접속 방지부의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2의 역접속 방지부의 동작 흐름을 나타낸 순서도이다.
역접속 방지부(100)에 포함된 제1 스위칭 소자(M1)는 예를 들어, P 채널 모스펫(MOSFET)일 수 있다. 이때, 제1 스위칭 소자(M1)의 내부 다이오드는 소스 단자 측으로 전류가 흐르도록 구비된다. 즉, 내부 다이오드의 애노드는 드레인 단자에, 캐소드는 소스 단자에 연결될 수 있다.
알려진 바와 같이 모스펫은, 전계 효과 트랜지스터로서 게이트(Gate)-소스(Source)간 전압차(이하 Vgs) 로 드레인(Drain)-소스(Source)간에 흐르는 전류를 제어하는 소자이다. 배터리(20)의 단자가 역방향으로 연결되면 제1 스위칭 소자(M1)의 드레인 단자에 음전압이 인가된다.(S110) 따라서, 제1 스위칭 소자(M1)가 아직 온(on) 되어 있는 상태에서 Vgs는 점차 커지게 되며(S120) Vgs가 P 채널 모스펫의 문턱전압(Vt) 이하가 되면 제1 스위칭 소자(M1)가 오프(off)된다(S130). 한편, 제1 스위칭 소자(M1)가 오프되면 제1 스위칭 소자(M1)의 내부 다이오드에 의해 배터리(20)에서 구동부(30)로 향하는 전류의 흐름만이 허용되고 배터리(30)는 역접속되어 전원 회로 라인에 음전압이 인가된 상태이므로 배터리(20)에서 구동부(30)로의 전류는 차단된다.(S140)
회생전압 차단부(200)는, 역접속 방지부(100)와 구동부(30) 사이에 배치되며 구동부(30)에서 회생 전압이 발생한 경우 구동부(30)로부터 배터리(20)로의 전류를 차단할 수 있다. 보다 구체적으로, 회생전압 차단부(200)는, 제1 스위칭 소자(M1)의 게이트 단자와 연결되어 제1 스위칭 소자(M1)의 온오프를 제어하는 제2 스위칭 소자(Q1) 및 구동부(30)와 연결되어 구동부(30)로부터 회생전압이 발생한 경우 상기 회생전압을 기 설정된 기준 전압만큼 하강시키는 제너 다이오드(D1)를 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 4 내지 도 6을 참조하여 구동부(30)에서 발생한 회생전압을 차단하는 동작에 대해 설명한다.
도 4는 종래의 회생전압 차단 회로를 나타낸 도면이고, 도 5는 구동부에서 회생전압이 발생한 경우 회생전압을 차단하기 위해 회생전압 차단부 및 역접속 방지부가 연계하는 동작을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 5의 회생전압 차단부 및 역접속 방지부의 동작 흐름을 나타낸 순서도이다.
회생전압 차단부(200)에 포함된 제2 스위칭 소자(Q1)는 예를 들어 PNP BJT일 수 있다. 또한, 제2 스위칭 소자(Q1)의 이미터 단자는 제1 스위칭 소자(M1)의 소스 단자에 연결될 수 있고, 제2 스위칭 소자(Q1)의 컬렉터 단자는 제1 스위칭 소자(M1)의 게이트 단자에 연결될 수 있다. 알려진 바와 같이, BJT는 바이폴라 접합 트랜지스터로서 이미터(emitter), 컬렉터(collector), 베이스(base)의 세 단자로 이루어져 있으며, PNP BJT는 이미터 단자에서 베이스 단자로 흐르는 전류의 흐름에 의해 이미터 단자에서 컬렉터 단자로 전류가 도통 된다.
한편, 회생전압 차단부(200)에 포함된 제너 다이오드(D1)의 캐소드 단자는 제2 스위칭 소자(Q1)의 베이스 단자 측에 연결될 수 있고, 제너 다이오드(D1)의 애노드 단자는 접지에 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 제너 다이오드(D1)의 캐소드는 제2 스위칭 소자(Q1)를 과전류로부터 보호하기 위해 제2 스위칭 소자(Q1)의 베이스 단자와 직렬로 연결되는 저항(R2)의 일단에 연결될 수 있다. 알려진 바와 같이, 제너 다이오드는 인가되는 전압에서 기 설정된 전압인 기준 전압의 초과분을 하강시키도록 상기 초과분 전압을 애노드 단자를 통해 출력시키는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 기준 전압은 20V로 설정될 수 있다. 즉, 제너 다이오드(D1)는 기준 전압을 초과하는 전압이 인가되어도 자신의 양단에 걸리는 전압을 일정한 전압으로 유지할 수 있다. 제너 다이오드(D1)는 상기 기준 전압보다 낮은 전압이 인가될 때에는 아무런 동작도 하지 않는다.
종래의 회생전압 차단 회로는 대용량 TVS(과도 전압 억제기)를 사용하는데 이는 비용이 많이 들고 큰 공간을 필요로 한다(도 4 참조). 본 발명은 TVS와 달리 제너 다이오드(D1)를 사용하여 비용 및 공간면에서 경제적이며, 제너 다이오드(D1)와 스위칭 소자들(M1, Q1)의 조합으로 전원 시스템에 필요한 다기능(역접속 방지, 회생전압 차단, 모터 상태의 저장시간 확보)을 모두 구현할 수 있는 이점이 있다.
구동부(30)에서 회생전압이 발생하여(S210) 구동부(30)의 전압이 제너 다이오드(D1)에 기 설정된 기준 전압(이하 '20V')을 초과하는 경우(S220) 20V를 초과하는 전압은 제너 다이오드(D1)의 애노드를 통해 접지로 출력되고(S230) 20V를 초과하는 전압에 의해 제2 스위칭 소자(Q1)의 이미터에서 베이스로의 전류 흐름이 발생하여 제2 스위칭 소자(Q1)가 턴 온 된다(S240). 제2 스위칭 소자(Q1)가 턴 온되는 동작에 의해 제1 스위칭 소자(M1)는 턴 오프된다(S250). 보다 구체적으로, 제2 스위칭 소자(Q1)가 턴 온되면 제2 스위칭 소자(Q1)의 이미터 단자와 컬렉터 단자가 도통되므로 제1 스위칭 소자의 Vgs가 음전압인 P 채널 모스펫의 문턱전압보다 큰 값을 가지게 되고 제1 스위칭 소자(M1)가 오프되는 것이다. 따라서, 구동부(30)로부터 배터리(20)로 흐르는 전류를 차단될 수 있다(S260).
한편, 본 발명에 따르면, 회생전압의 차단을 위해 역접속 방지부(100)의 제1 스위칭 소자(M1)가 활용된다. 즉, 하나의 스위칭 소자(M1)를 설치하여 역접속 방지와 회생전압 차단에 모두 이용 가능하므로 전원 시스템 회로를 비용과 공간면에서 경제적으로 구성할 수 있는 이점이 있다.
전원저장부(300)는 회생전압 차단부(200)와 구동부(30) 사이에 배치되며 배터리(20)로부터 공급되는 전력을 균등화시켜 구동부(30)로 전달할 수 있다.
이때, 본 발명의 전원 시스템에서 전원저장부(300)는 구동부(30)와 연결되어 있고 동시에 제어부(400)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하며, 전원저장부(300)는 DC 링크 커패시터(C)로 이루어질 수 있다. 제어부(400)는 구동부(30)의 구동을 제어하는 구성으로서 보다 구체적으로, 구동부(30)에 포함된 인버터에 제어신호를 전달하여 구동 모터의 구동을 제어하는 구성이다. 제어부(400)는 구동 모터의 위치를 모니터링하여 적절한 제어신호를 구동 모터에 전달할 수 있다.
한편, 제어부(400)는 배터리(20)의 전압을 모니터링할 수 있고, 모니터링한 배터리(20)의 전압값을 기초로 회생전압 차단부(200)의 동작을 제어할 수 있다. 전압의 모니터링을 위해 제어부(400)는 ADC(Analog Digital Converter) 소자를 통해 배터리(20)로부터의 전류를 전달받아 전압을 센싱할 수 있다. 제어부(400)는 구동 모터의 제어, 구동 모터의 위치 저장 및 배터리의 전압 센싱 등을 수행하기 위한 프로세서인 MCU(microcontroller unit)일 수 있다.
이하에서는 도 7 및 도 8을 참조하여 배터리(20)가 탈거된 경우에 제어부(400)에 일정시간 동안 전원을 공급하는 동작을 설명한다.
도 7은 배터리가 탈거되어 저전압이 발생한 경우 제어부에 일정시간 동안 전원을 공급하기 위해 전원저장부, 회생전압 차단부 및 역접속 방지부가 연계하는 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 도 7의 전원저장부, 회생전압 차단부 및 역접속 방지부의 동작 흐름을 나타낸 순서도이다.
배터리(20)가 예기치 않은 상황에서 갑자기 탈거되거나 고장 등의 원인으로 저전압이 인가되는 경우가 생길 수 있다(S310). 이때, 제어부(400)는, 배터리(20)의 전압을 지속적으로 모니터링하다가 배터리(20)의 전압이 기 설정된 전압보다 작은 저전압 상태인 것으로 감지하면(S320) 제2 스위칭 소자(Q1)의 베이스 단자에 로우(low) 신호를 인가한다(S330). 이에 따라, 제2 스위칭 소자(Q1)는 이미터 단자에서 베이스 단자로 전류가 흐르게 되고 이미터 단자와 컬렉터 단자가 도통되어 제2 스위칭 소자(Q1)가 턴 온 된다(S340). 상술한 바와 같이 제2 스위칭 소자(Q1)가 턴 온 동작을 하면 제1 스위칭 소자(M1)는 턴 오프된다(S350).
이때, 제1 스위칭 소자(M1)의 오프 동작으로 제1 스위칭 소자(M1)의 내부 다이오드에 의해 배터리(20)에서 제어부(400)로 향하는 전류 흐름(제1 스위칭 소자(M1)의 드레인 단자에서 소스 단자로 향하는 전류 흐름)만이 허용된다. 다시 말해, 제1 스위칭 소자(M1)의 내부 다이오드에 의해 전류가 단방향으로 도통되고(S360) 제어부(400)의 외부에서 내부로 향하는 전류 패스만이 형성된다(S370). 따라서, 전원저장부(300)의 DC 링크 커패시터(C)는 충전되어 있는 전압을 이용하여 제어부(400)에 전력을 일정 시간동안 공급할 수 있다. 즉, DC 링크 커패시터(C)가 배터리(20)를 대신하여 전원으로 기능할 수 있으며 제어부(400)는 구동 모터의 정보를 저장할 시간을 확보할 수 있다(S380).
배터리(20)가 갑자기 탈거되거나 고장으로 인한 저전압이 인가되는 경우에 구동 모터의 마지막 위치를 제어부(400)에 저장하지 못할 수 있다. 이후, 다시 배터리(20)를 부착 또는 정상화시키더라도 구동 모터의 정보를 잘못 저장하고 있는 제어부(400)에 의해 차량의 오동작이 발생할 수 있으며 이는 안전사고의 원인이 될 수 있다.
이때, 본 발명과 같이 DC 링크 커패시터(C)를 제어부(400)에 연결하면 별도의 소자를 더 구비하지 않고도 제어부(400)의 저장 소자(예를 들어, EEPROM)에 구동 모터의 마지막 위치정보를 저장할 수 있도록 DC 링크 커패시터(C)가 전력을 일정 시간 동안 공급해줄 수 있고 상술한 바와 같은 문제를 방지할 수 있다.
또한, 구동부(30)에 연결된 기존의 DC 링크 커패시터(C)를 제어부(400)에 동시에 연결하여 활용하므로 별도의 소자를 추가할 필요가 없이 상술한 기능을 구현할 수 있고 이는 전원 시스템 구성시 비용과 공간면에서 경제적인 이점이 있다.
뿐만 아니라, 상술한 기능은 단순히 DC 링크 커패시터(C)를 동시에 구동부(30)와 제어부(400)에 동시에 연결한 것만으로는 구현할 수 없고 본 발명의 일 실시예에 포함된 역접속 방지부(100) 및 회생전압 방지부(200)를 함께 활용하여야 하는데, 본 발명은 역접속 방지부(100), 회생전압 방지부(200) 및 전원저장부(300)의 연계동작으로 배터리(20)의 역접속 방지, 회생전압 차단 및 전원 공급 기능을 모두 구현할 수 있으므로 전원 시스템 회로 구성의 비용면에서 경제적이며 하나의 소자로 다기능의 구현이 가능하므로 회로를 소형화시킬 수 있다는 이점이 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기존의 역접속 방지 회로에 포함된 제1 스위칭 소자를 이용하여 구동 모터의 회생전압으로 인한 역전류를 차단할 수 있고 따라서 경제적으로 전원 시스템의 다기능 구현이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 갑자기 배터리가 탈거된 경우에도 제어부가 이를 감지하여 역접속 방지 회로의 제1 스위칭 소자를 오프시킴으로써 DC 링크 커패시터가 전원으로 기능할 수 있고 따라서 DC 링크 커패시터에 연결된 제어부가 구동 모터의 현재 상태를 저장할 시간을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
20: 배터리
30: 구동부
100: 역접속 방지부
200: 회생전압 차단부
300: 전원 저장부
400: 제어부

Claims (11)

  1. 차량의 구동부에 동력을 공급하는 배터리와 연결되며 상기 배터리의 단자가 역방향으로 연결되는 경우 상기 배터리로부터 상기 구동부로 흐르는 전류를 차단하는 역접속 방지부;
    상기 역접속 방지부와 상기 구동부 사이에 배치되며 상기 구동부에서 회생 전압이 발생한 경우 상기 구동부로부터 상기 배터리로의 전류를 차단하는 회생전압 차단부;
    상기 회생전압 차단부와 상기 구동부 사이에 배치되며 상기 배터리로부터 공급되는 전력을 균등화시켜 상기 구동부로 전달하는 전원저장부; 및
    상기 구동부의 구동을 제어하고, 상기 배터리의 전압을 모니터링하여 상기 회생전압 차단부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 역접속 방지부는 일단이 상기 배터리와 연결되고 타단이 상기 회생전압 차단부와 연결되는 제1 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 회생전압 차단부는,
    상기 제1 스위칭 소자의 게이트 단자와 연결되어 상기 제1 스위칭 소자의 온오프를 제어하는 제2 스위칭 소자; 및
    상기 구동부와 연결되어 상기 구동부로부터 상기 회생전압이 발생한 경우 상기 회생전압을 기 설정된 기준 전압만큼 하강시키는 제너 다이오드를 포함하며,
    상기 제2 스위칭 소자는 PNP BJT이고,
    상기 제2 스위칭 소자의 이미터 단자는 상기 제1 스위칭 소자의 소스 단자에 연결되고,
    상기 제2 스위칭 소자의 컬렉터 단자는 상기 제1 스위칭 소자의 게이트 단자에 연결되며,
    상기 전원저장부는 상기 구동부와 연결되어 있고 동시에 상기 제어부와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 소자는 P 채널 모스펫(MOSFET)이고,
    상기 제1 스위칭 소자의 내부 다이오드는 소스 단자 측으로 전류가 흐르도록 구비된 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 배터리의 전압이 기 설정된 전압보다 작은 저전압 상태인 것으로 감지하면 상기 제2 스위칭 소자를 턴 온 시키는 제어를 하고,
    상기 제2 스위칭 소자가 턴 온 되면 상기 제1 스위칭 소자는 턴 오프되는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 소자가 턴 오프되면, 상기 제1 스위칭 소자의 내부 다이오드가 도통되어 상기 제1 스위칭 소자의 소스 단자로 향하는 전류의 흐름이 형성되고,
    상기 제어부는, 상기 전원저장부로부터 일정 시간동안 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구동부로부터 상기 회생전압이 발생하여 상기 구동부의 전압이 상기 제너 다이오드에 기 설정된 상기 기준 전압을 초과하는 경우 상기 제2 스위칭 소자가 턴 온 되고,
    상기 제2 스위칭 소자의 턴 온 동작에 의해 상기 제1 스위칭 소자는 턴 오프되어 상기 구동부로부터 상기 배터리로 흐르는 전류가 차단되는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제너 다이오드의 캐소드 단자는 상기 제2 스위칭 소자의 베이스 단자 측에 연결되고, 상기 제너 다이오드의 애노드 단자는 접지에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전원저장부는,
    DC 링크 커패시터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 역접속 방지부는,
    상기 배터리가 역방향으로 연결되어 상기 제1 스위칭 소자의 드레인 단자에 음전압이 인가되는 경우 상기 제1 스위칭 소자가 턴 오프되어 상기 배터리로부터 상기 구동부로 흐르는 전류가 차단되는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
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