KR102623937B1 - Active discharge apparatus and method for limiting counter electromotive force of motor - Google Patents

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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치는, 모터 역기전력에 의한 DC 링크 커패시터의 전압이 기설정된 기준 전압을 초과하는지를 감지하는 역기전력 감지부, 및 상기 DC 링크 커패시터의 전압의 상기 기준 전압을 초과하는지에 따라 상기 DC 링크 커패시터의 방전을 위한 방전 스위치의 구동 여부를 결정하는 PWM 생성부를 포함한다.An active discharge device for limiting motor back electromotive force according to a preferred embodiment of the present invention includes a back electromotive force detection unit that detects whether the voltage of a DC link capacitor due to motor back electromotive force exceeds a preset reference voltage, and the reference voltage of the DC link capacitor. It includes a PWM generator that determines whether to drive a discharge switch for discharging the DC link capacitor depending on whether the voltage exceeds the voltage.

Figure R1020210154897
Figure R1020210154897

Description

모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치 및 방법{ACTIVE DISCHARGE APPARATUS AND METHOD FOR LIMITING COUNTER ELECTROMOTIVE FORCE OF MOTOR}Active discharge device and method for limiting motor back electromotive force {ACTIVE DISCHARGE APPARATUS AND METHOD FOR LIMITING COUNTER ELECTROMOTIVE FORCE OF MOTOR}

본 발명은 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an active discharge device and method for limiting motor back electromotive force.

배터리와 전기모터를 기반으로 하는 전동형 개인 이동수단은 e-모빌리티(E-Mobility), 스마트 모빌리티(Smart Mobility), 퍼스널 모빌리티(Personal Mobility) 등으로 부르고 있으며, 전동 이륜차, 전동 휠, 전동 킥보드, 전기 자전거, 초소형 전기차 등을 포함할 수 있다.Electric personal mobility based on batteries and electric motors is called e-mobility, smart mobility, and personal mobility, and includes electric two-wheelers, electric wheels, electric kickboards, This may include electric bicycles, micro electric vehicles, etc.

도 1은 전동 이륜차의 방전 시스템을 보여주는 회로도이다.1 is a circuit diagram showing the discharge system of an electric two-wheeled vehicle.

도 1을 참고하면, 전동 이륜차의 방전 시스템(1)은 고전압 법규 만족 및 사용자 감전 방지를 위해, 시동 키 오프(Key-Off) 후 모터 구동부(2)의 DC 링크 커패시터(DC Link Capacitor, C)에 충전된 고전압을 저항(R)을 통해 방전하는 기능을 구비한다.Referring to FIG. 1, the discharge system (1) of the electric two-wheeled vehicle uses the DC link capacitor (C) of the motor drive unit (2) after the ignition key is turned off to satisfy high voltage regulations and prevent user electric shock. It has the function of discharging the high voltage charged in through a resistor (R).

한편, 전동 이륜차가 내리막길에서 시동 오프 후 타력 주행 시, 모터(MOTOR)에서 발생하는 역기전력이 모터 구동부(2)를 통해 DC 링크 커패시터(C)에 충전된다.Meanwhile, when an electric two-wheeled vehicle coasts after starting off on a downhill road, the back electromotive force generated by the motor is charged to the DC link capacitor (C) through the motor drive unit (2).

모터 제어기(미도시)가 오프되어 동작하지 않는 상태라면, 모터(MOTOR)로부터 발생하는 역기전력을 제어할 수 없어 타력 주행 속도(예, 60km/h 이상)에 의해 DC 링크 커패시터(C)에 전압이 과도하게 충전되어 모터 구동부(2) 및 고전압 회로가 소손되는 문제가 발생할 수 있다.If the motor controller (not shown) is turned off and not operating, the back electromotive force generated from the motor cannot be controlled, and the voltage on the DC link capacitor (C) is increased due to the coasting speed (e.g., 60 km/h or more). Excessive charging may cause damage to the motor drive unit 2 and the high voltage circuit.

종래에는 모터 역기전력에 의한 DC 링크 커패시터(C)에 고전압 발생 시 고전압 방전을 수행하는 모터 제어기를 웨이크업(Wake-up) 시키기 위해 별도 전원(대략 12V)이 요구된다. 이를 위한 전원이 없는 경우, DC 링크 커패시터(C)의 전압을 사용하는 별도의 고전압 벅 컨버터(Buck converter)를 통해 모터 제어기에 대한 전원 공급이 수행된다.Conventionally, a separate power source (approximately 12V) is required to wake up the motor controller that performs high voltage discharge when high voltage is generated in the DC link capacitor (C) due to motor back electromotive force. If there is no power source for this, power supply to the motor controller is performed through a separate high-voltage buck converter using the voltage of the DC link capacitor (C).

이때 모터 제어기의 초기화 및 역기전력 제한까지 대략 200ms 이상 소요되기 때문에, 그 시간 동안 역기전력에 의한 소손 대응이 지연 또는 불가한 문제가 있다.At this time, since it takes approximately 200 ms or more to initialize the motor controller and limit back electromotive force, there is a problem that response to damage caused by back electromotive force is delayed or impossible during that time.

대한민국 공개특허 제2014-0042597호Republic of Korea Patent Publication No. 2014-0042597

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 모터 역기전력이 과다하게 발생 시 이를 감지하는 역기전력 감지 회로, 및 기존 고전압 방전 회로를 활용 가능한 PWM 생성 회로를 이용하여 DC 링크 커패시터의 전압을 능동적으로 방전하는 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention was developed in consideration of the above circumstances, and uses a back electromotive force detection circuit that detects excessive motor back electromotive force and a PWM generation circuit that can utilize an existing high voltage discharge circuit to actively increase the voltage of the DC link capacitor. The purpose is to provide an active discharging device and method for limiting back electromotive force of a discharging motor.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치는, 모터 역기전력에 의한 DC 링크 커패시터의 전압이 기설정된 기준 전압을 초과하는지를 감지하는 역기전력 감지부; 및 상기 DC 링크 커패시터의 전압의 상기 기준 전압을 초과하는지에 따라 상기 DC 링크 커패시터의 방전을 위한 방전 스위치의 구동 여부를 결정하는 PWM 생성부;를 포함한다.An active discharge device for limiting motor back electromotive force according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object includes a back electromotive force detection unit that detects whether the voltage of the DC link capacitor due to the motor back electromotive force exceeds a preset reference voltage; and a PWM generator that determines whether to drive a discharge switch for discharging the DC link capacitor depending on whether the voltage of the DC link capacitor exceeds the reference voltage.

상기 역기전력 감지부는, 상기 DC 링크 커패시터의 전압이 상기 기준 전압을 초과하는 경우 동작 전압을 상기 PWM 생성부에 인가할 수 있다.The back electromotive force detection unit may apply an operating voltage to the PWM generator when the voltage of the DC link capacitor exceeds the reference voltage.

상기 역기전력 감지부는, 모터 구동 스위치와 상기 DC 링크 커패시터 사이에 연결되는 제1 제너 다이오드; 상기 제1 제너 다이오드와 그라운드 사이에 연결되는 제1 저항; 상기 제1 제너 다이오드와 상기 제1 저항 사이에 일단이 연결되는 제2 저항; 상기 제2 저항의 타단과 그라운드 사이에 연결되는 제2 제너 다이오드; 및 상기 제2 제너 다이오드의 캐소드단과 상기 PWM 생성부의 인력단에 연결되고, 상기 동작 전압을 상기 PWM 생성부에 인가하는 전원;을 포함할 수 있다.The back electromotive force detection unit includes a first Zener diode connected between a motor driving switch and the DC link capacitor; a first resistor connected between the first Zener diode and ground; a second resistor whose end is connected between the first Zener diode and the first resistor; a second Zener diode connected between the other end of the second resistor and ground; and a power supply connected to the cathode terminal of the second Zener diode and the attractive end of the PWM generator, and applying the operating voltage to the PWM generator.

상기 PWM 생성부는, 상기 역기전력 감지부에 의해 동작되면, PWM 신호를 생성하는 RC 오실레이터; 및 상기 PWM 신호에 따른 게이트 전압을 상기 방전 스위치에 출력하는 게이트 출력부;를 포함할 수 있다.The PWM generation unit includes: an RC oscillator that generates a PWM signal when operated by the back electromotive force detection unit; and a gate output unit that outputs a gate voltage according to the PWM signal to the discharge switch.

상기 PWM 신호는 50%의 듀티 사이클을 가질 수 있다.The PWM signal may have a duty cycle of 50%.

상기 게이트 출력부는, 모터 제어기로부터 디스에이블 신호를 수신하는 경우 상기 게이트 전압의 출력을 중지할 수 있다.The gate output unit may stop outputting the gate voltage when receiving a disable signal from the motor controller.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 방법은, 역기전력 감지부가 모터 역기전력에 의한 DC 링크 커패시터의 전압이 기설정된 기준 전압을 초과하는지를 감지하는 감지 단계; PWM 생성부가 상기 DC 링크 커패시터의 전압의 상기 기준 전압을 초과하는 경우 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호 생성 단계; 및 상기 PWM 생성부가 상기 PWM 신호에 따라 게이트 전압을 방전 스위치에 인가하여 상기 DC 링크 커패시터의 방전을 수행하는 방전 단계;를 포함한다.An active discharge method for limiting motor back electromotive force according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object includes a detection step in which a back electromotive force detection unit detects whether the voltage of the DC link capacitor due to motor back electromotive force exceeds a preset reference voltage; A PWM signal generation step in which a PWM generator generates a PWM signal when the voltage of the DC link capacitor exceeds the reference voltage; and a discharging step in which the PWM generator applies a gate voltage to a discharge switch according to the PWM signal to discharge the DC link capacitor.

상기 PWM 신호 생성 단계 이후에, 상기 PWM 생성부가 모터 제어기의 동작 여부에 따라 상기 게이트 전압의 출력 여부를 결정하는 동작 판단 단계;를 더 포함할 수 있다.After the PWM signal generation step, the PWM generator may further include an operation determination step of determining whether to output the gate voltage depending on whether the motor controller is operating.

상기 동작 판단 단계 이후에, 상기 PWM 생성부가 상기 모터 제어기로부터 디스에이블 신호를 수신하는 경우, 상기 게이트 전압의 출력을 중지하는 출력 중지 단계;를 더 포함할 수 있다.After the operation determination step, when the PWM generator receives a disable signal from the motor controller, an output stop step of stopping output of the gate voltage may be further included.

상기 감지 단계는, 상기 DC 링크 커패시터의 전압이 상기 기준 전압을 초과하는 경우, 상기 역기전력 감지부가 동작 전압을 상기 PWM 생성부에 인가할 수 있다.In the detection step, when the voltage of the DC link capacitor exceeds the reference voltage, the back electromotive force detection unit may apply an operating voltage to the PWM generator.

상기 PWM 신호는 50%의 듀티 사이클을 가질 수 있다.The PWM signal may have a duty cycle of 50%.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치 및 방법에 의하면, 모터 역기전력이 과다하게 발생 시 이를 감지하는 역기전력 감지 회로, 및 기존 고전압 방전 회로를 활용 가능한 PWM 생성 회로를 이용하여 DC 링크 커패시터의 전압을 능동적으로 방전하는 효과가 있다.According to the active discharge device and method for limiting motor back electromotive force according to a preferred embodiment of the present invention, a back electromotive force detection circuit that detects excessive motor back electromotive force and a PWM generation circuit that can utilize an existing high voltage discharge circuit are used for DC link. It has the effect of actively discharging the voltage of the capacitor.

또한, 간단한 하드웨어로 구성된 능동 방전 회로를 이용함으로써 구성으로 모터 제어기의 웨이크업 없이 빠르게 DC 링크 커패시터에 충전된 역기전력을 방전하는 효과가 있다.In addition, by using an active discharge circuit composed of simple hardware, the configuration has the effect of quickly discharging the back electromotive force charged in the DC link capacitor without waking up the motor controller.

또한, 듀티 사이클(Duty cycle) 100%로 방전 스위치 구동 시 방전 저항의 급격한 온도 상승이 이루어지나, PWM 생성 회로를 통해 Duty Cycle 50% 이하로 방전 스위치를 구동함으로써 방전 저항의 온도 상승이 방지되는 효과가 있다.In addition, when the discharge switch is driven with a duty cycle of 100%, the temperature of the discharge resistor rises rapidly, but by operating the discharge switch with a duty cycle of 50% or less through the PWM generation circuit, the temperature rise of the discharge resistor is prevented. There is.

또한, 모터 제어기의 전원 오프에 따른 타력 주행 또는 정상 주행 중 회생 제동에 의한 의도치 않은 역기전력이 과다 발생하더라도 능동적으로 방전 가능한 효과가 있다.In addition, even if unintentional back electromotive force is excessively generated due to regenerative braking during coasting or normal driving due to the power of the motor controller being turned off, it is possible to actively discharge the battery.

도 1은 전동 이륜차의 방전 시스템을 보여주는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치의 시뮬레이션 동작 파형을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 방법의 순서도이다.1 is a circuit diagram showing the discharge system of an electric two-wheeled vehicle.
Figure 2 is a circuit diagram of an active discharge device for limiting motor back electromotive force according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing a simulation operation waveform of an active discharge device for limiting motor back electromotive force according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 4 is a flowchart of an active discharge method for limiting motor back electromotive force according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. First, when adding reference signs to components in each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. In addition, preferred embodiments of the present invention will be described below, but the technical idea of the present invention is not limited or restricted thereto, and of course, it can be modified and implemented in various ways by those skilled in the art.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치의 회로도이다.Figure 2 is a circuit diagram of an active discharge device for limiting motor back electromotive force according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치(100)는, 전기 모터로 동작하는 전동 개인 이동수단의 모터 역기전력에 의한 DC 링크 커패시터(C)의 과전압을 방지하기 위한 것으로서, 역기전력 감지부(110), PWM 생성부(120), 방전 스위치(130), 및 방전 저항(DR)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the active discharge device 100 for limiting motor back electromotive force according to a preferred embodiment of the present invention prevents overvoltage of the DC link capacitor (C) caused by motor back electromotive force of an electric personal transportation means operated by an electric motor. To this end, it may include a back electromotive force detection unit 110, a PWM generation unit 120, a discharge switch 130, and a discharge resistor (DR).

역기전력 감지부(110)는, 전동 개인 이동수단의 시동 오프 상태에서 타력 주행에 따라 모터의 역기전력이 발생하는 경우, 모터의 역기전력에 의한 dc 링크 커패시터(C)의 전압을 감지하고, 역기전력에 의해 충전된 DC 링크 커패시터(C)의 전압이 기준 전압을 초과하는 지에 따라 PWM 생성부(120)의 구동 여부를 결정할 수 있다. 여기서, 기준 전압은 대략 125V일 수 있다. DC 링크 커패시터(C)는 대략 2200μF 정전 용량을 가질 수 있다.The back electromotive force detection unit 110 detects the voltage of the dc link capacitor (C) due to the back electromotive force of the motor when the back electromotive force of the motor is generated due to coasting in the ignition-off state of the electric personal transportation means, and charges by the back electromotive force. Whether or not to drive the PWM generator 120 can be determined depending on whether the voltage of the DC link capacitor C exceeds the reference voltage. Here, the reference voltage may be approximately 125V. The DC link capacitor (C) can have a capacitance of approximately 2200μF.

역기전력 감지부(110)는 제1 제너 다이오드(ZD1), 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제2 제너 다이오드(ZD2), 및 전원(VCC)을 포함할 수 있다.The back electromotive force detection unit 110 may include a first Zener diode (ZD1), a first resistor (R1), a second resistor (R2), a second Zener diode (ZD2), and a power source (VCC).

제1 제너 다이오드(ZD1)는 모터 구동 스위치(S) 및 DC 링크 커패시터(C) 사이에 캐소드단이 연결될 수 있다. 여기서, 모터 구동 스위치(S)는 모스펫(MOSFET) 소자일 수 있다. 제1 제너 다이오드(ZD1)는 대략 120V의 제너 전압을 가질 수 있다. 제1 제너 다이오드(ZD1)는 모터의 역기전력에 의해 대략 120V를 넘는 전압이 DC 링크 커패시터(C)에 충전되는 경우 항복 현상이 발생하여 역방향 전류가 흐를 수 있다.The cathode terminal of the first Zener diode (ZD1) may be connected between the motor driving switch (S) and the DC link capacitor (C). Here, the motor driving switch (S) may be a MOSFET device. The first Zener diode ZD1 may have a Zener voltage of approximately 120V. When a voltage exceeding approximately 120 V is charged to the DC link capacitor C due to the back electromotive force of the motor, a breakdown phenomenon may occur in the first Zener diode ZD1 and a reverse current may flow.

제1 저항(R1)은 제1 제너 다이오드(ZD1)와 그라운드 사이에 연결될 수 있다. 제1 저항(R1)은 제1 제너 다이오드(ZD1)에 인가되는 전압이 분배될 수 있다. 제1 저항(R1)은 대략 50K의 저항값을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The first resistor R1 may be connected between the first Zener diode ZD1 and the ground. The first resistor R1 may distribute the voltage applied to the first Zener diode ZD1. The first resistor R1 may have a resistance value of approximately 50K, but is not limited thereto.

제2 저항(R2)은 제1 제너 다이오드(ZD1)와 제1 저항(R1) 사이에 일단이 연결될 수 있다. 제2 저항(R2)은 제1 제너 다이오드(ZD1)에 인가되는 전압이 분배될 수 있다. 제2 저항(R2)은 대략 10K의 저항값을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.One end of the second resistor R2 may be connected between the first Zener diode ZD1 and the first resistor R1. The second resistor R2 may distribute the voltage applied to the first Zener diode ZD1. The second resistor R2 may have a resistance value of approximately 10K, but is not limited thereto.

제2 제너다이오드(ZD2)는 제2 저항(R2)의 타단과 그라운드 사이에 연결될 수 있다. 제2 제너 다이오드(ZD2)는 대략 5.1V의 제너 전압을 가질 수 있다.The second Zener diode ZD2 may be connected between the other end of the second resistor R2 and the ground. The second Zener diode ZD2 may have a Zener voltage of approximately 5.1V.

전원(VCC)은 제2 저항(R2)의 타단, 제2 제너다이오드(ZD2)의 캐소드단, 및 PWM 생성부(120)의 입력단에 연결될 수 있다. 전원(VCC)은 모터 역기전력에 의한 DC 링크 커패시터(C)에 대략 125V의 과도한 전압이 감지되어 제2 제너다이오드(ZD2)가 항복 상태로 변환되면, 동작 전압을 PWM 생성부(120)에 인가할 수 있다.The power source VCC may be connected to the other terminal of the second resistor R2, the cathode terminal of the second zener diode ZD2, and the input terminal of the PWM generator 120. The power source (VCC) applies an operating voltage to the PWM generator 120 when an excessive voltage of approximately 125V is detected in the DC link capacitor (C) due to the motor back electromotive force and the second zener diode (ZD2) is converted to a breakdown state. You can.

PWM 생성부(120)는, 전원(VCC)의 동작 전압이 인가되어 동작하는 경우 방전 스위치(130)를 구동시킬 수 있다. PWM 생성부(120)는 RC 오실레이터(121), 및 게이트 출력부(123)를 포함할 수 있다.The PWM generator 120 may drive the discharge switch 130 when the operating voltage of the power source VCC is applied and operates. The PWM generator 120 may include an RC oscillator 121 and a gate output unit 123.

RC 오실레이터(121)는 전원(VCC)의 동작 전압에 따라 동작하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성할 수 있다. PWM 신호는 대략 50% 듀티 사이클을 가질 수 있다. RC 오실레이터(121)는 PWM 신호를 게이트 출력부(123)에 전달할 수 있다.The RC oscillator 121 operates according to the operating voltage of the power supply (VCC) and may generate a pulse width modulation (PWM) signal. The PWM signal can have a duty cycle of approximately 50%. The RC oscillator 121 can transmit a PWM signal to the gate output unit 123.

게이트 출력부(123)는 50% 듀티 사이클을 가지는 PWM 신호에 따른 게이트 전압을 방전 스위치(130)의 게이트단에 인가할 수 있다. 게이트 출력부(123)는 모터 제어기의 동작에 따른 디스에이블(Disable) 신호를 수신하는 경우, PWM 신호에 따른 게이트 전압 출력을 중지할 수 있다.The gate output unit 123 may apply a gate voltage according to a PWM signal with a 50% duty cycle to the gate terminal of the discharge switch 130. When the gate output unit 123 receives a disable signal according to the operation of the motor controller, it may stop outputting the gate voltage according to the PWM signal.

방전 스위치(130)는 모스펫(MOSFET) 소자일 수 있다. 방전 스위치(130)는 게이트 출력부(123)의 게이트 전압이 게이트단에 인가되면, 턴 온 동작할 수 있다. 한편, 방전 스위치(130)는 모터 제어기가 웨이크업된 상태이면, 모터 제어기의 동작에 따른 방전 전압이 게이트단에 인가되어 턴 온 동작할 수도 있다. 방전 스위치(130)는 턴 온 동작을 통해 DC 링크 커패시터(C)의 전압이 방전 저항(DR)으로 방전되도록 할 수 있다. 여기서, 방전 저항(DR)은 방전 스위치(130)와 DC 링크 커패시터(C)의 사이에 연결될 수 있다. 방전 저항(DR)은 대략 47의 저항값을 가질 수 있다.The discharge switch 130 may be a MOSFET device. The discharge switch 130 may be turned on when the gate voltage of the gate output unit 123 is applied to the gate terminal. Meanwhile, when the motor controller is in a wake-up state, the discharge switch 130 may be turned on by applying a discharge voltage according to the operation of the motor controller to the gate terminal. The discharge switch 130 may discharge the voltage of the DC link capacitor (C) to the discharge resistor (DR) through a turn-on operation. Here, the discharge resistor DR may be connected between the discharge switch 130 and the DC link capacitor C. The discharge resistance (DR) may have a resistance value of approximately 47.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치(100)는, 전기 모터로 구동하는 개인 이동 수단의 시동 오프 이후에 타력 주행시, 모터의 역기전력을 통해 DC 링크 커패시터(C)의 전압이 과도하게 충전되고 모터 제어기가 미동작 상태인 경우, 역기전력 감지부(110)를 통해 모터의 역기전력에 의한 DC 링크 커패시터(C)의 과도한 전압을 감지하고, PWM 생성부(120)를 통해 방전 스위치(130)를 턴 온시킴으로써 모터 제어기의 미동작에 따라 DC 링크 커패시터(C)의 방전이 이루어지지 않아서 과도한 전압으로 인해 DC 링크 커패시터(C)가 소손되는 상황을 미연에 방지할 수 있다.The active discharge device 100 for limiting motor back electromotive force according to a preferred embodiment of the present invention configured as described above is, when coasting after starting off of a personal transportation vehicle driven by an electric motor, the DC link capacitor ( When the voltage of C) is excessively charged and the motor controller is not in operation, the excessive voltage of the DC link capacitor (C) due to the back electromotive force of the motor is detected through the back electromotive force detection unit 110, and the PWM generator 120 By turning on the discharge switch 130, it is possible to prevent a situation in which the DC link capacitor (C) is damaged due to excessive voltage because the DC link capacitor (C) is not discharged due to non-operation of the motor controller. there is.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치의 시뮬레이션 동작 파형을 보여주는 도면이다.Figure 3 is a diagram showing a simulation operation waveform of an active discharge device for limiting motor back electromotive force according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치(100)는 모터 역기전력에 의해 기준 전압(예, 125V)이상의 전압이 DC 링크 커패시터(C)에 충전되는 경우, 역기전력 감지부(110)를 통해 DC 링크 커패시터(C)의 전압을 감지하고, DC 링크 커패시터(C)의 방전을 위해 PWM 생성부(120)를 통해 PWM 신호를 생성하고, PWM 신호에 따른 동작 전압을 방전 스위치(130)의 게이트단에 인가할 수 있다. 이를 통해 방전 저항(DR)에 전류가 흘러 DC 링크 커패시터(C)의 방전이 수행될 수 있다.Referring to FIG. 3, the active discharge device 100 for limiting motor back electromotive force is charged through the back electromotive force detection unit 110 when a voltage higher than the reference voltage (e.g., 125V) is charged to the DC link capacitor (C) by the motor back electromotive force. Detects the voltage of the DC link capacitor (C), generates a PWM signal through the PWM generator 120 to discharge the DC link capacitor (C), and transmits an operating voltage according to the PWM signal to the gate of the discharge switch 130. It can be approved at the end. Through this, current can flow through the discharge resistor (DR) to discharge the DC link capacitor (C).

모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치(100)는 DC 링크 커패시터(C)의 전압이 125V 이하가 되는 경우 PWM 신호 생성을 중지하여 방전 스위치(130)의 동작을 중지시킴으로써 DC 링크 커패시터(C)의 방전을 중지시킬 수 있다.The active discharge device 100 for limiting motor back electromotive force stops generating a PWM signal when the voltage of the DC link capacitor (C) becomes 125 V or less, thereby stopping the operation of the discharge switch 130 to discharge the DC link capacitor (C). It can be stopped.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 방법의 순서도이다.Figure 4 is a flowchart of an active discharge method for limiting motor back electromotive force according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 방법은, 모터 역기전력에 의해 기준 전압(예, 125V)이상의 전압이 DC 링크 커패시터(C)에 충전되는 경우, 역기전력 감지부(110)를 통해 DC 링크 커패시터(C)의 전압을 감지하고, DC 링크 커패시터(C)의 방전을 위해 PWM 생성부(120)를 통해 PWM 신호를 생성하고, PWM 신호에 따른 동작 전압을 방전 스위치(130)의 게이트단에 인가함으로써 모터 제어기의 슬립(Sleep) 상태에서도 DC 링크 커패시터(C)의 전압을 방전시킬 수 있다.Referring to Figures 2 and 4, the active discharge method for limiting motor back electromotive force according to a preferred embodiment of the present invention is when a voltage higher than the reference voltage (e.g., 125V) is charged to the DC link capacitor (C) by motor back electromotive force. , detects the voltage of the DC link capacitor (C) through the back electromotive force detection unit 110, generates a PWM signal through the PWM generator 120 to discharge the DC link capacitor (C), and operates according to the PWM signal. By applying voltage to the gate terminal of the discharge switch 130, the voltage of the DC link capacitor (C) can be discharged even in the sleep state of the motor controller.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 방법은, 감지 단계(S410), PWM 신호 생성 단계(S420), 동작 판단 단계(S430), 및 방전 단계(S440)을 포함할 수 있다.The active discharge method for limiting motor back electromotive force according to a preferred embodiment of the present invention may include a detection step (S410), a PWM signal generation step (S420), an operation determination step (S430), and a discharge step (S440).

감지 단계(S410)에서, 전압 감지부(110)는 전동 개인 수단의 타력 주행 등으로 인해 모터 역기전력이 발생하는 경우, DC 링크 커패시터(C)의 전압을 감지할 수 있다. 전압 감지부(110)는 DC 링크 커패시터(C)의 전압이 기준 전압을 초과하는 경우 PWM 생성부(120)에 동작 전압을 인가할 수 있다. 전압 감지부(110)는 DC 링크 커패시터(C)의 전압이 기준 전압을 초과하지 않는 경우, PWM 생성부(120)에 동작 전압을 인가하지 않을 수 있다.In the detection step (S410), the voltage detection unit 110 may detect the voltage of the DC link capacitor (C) when motor back electromotive force is generated due to coasting of the electric personal vehicle, etc. The voltage detection unit 110 may apply an operating voltage to the PWM generation unit 120 when the voltage of the DC link capacitor C exceeds the reference voltage. If the voltage of the DC link capacitor C does not exceed the reference voltage, the voltage detection unit 110 may not apply the operating voltage to the PWM generation unit 120.

PWM 신호 생성 단계(S420)에서, PWM 생성부(120)는 전압 감지부(110)에 의해 동장 전압이 인가되면, PWM 신호를 생성할 수 있다. 여기서, PWM 신호는 대략 50%의 듀티 사이클을 가질 수 있다.In the PWM signal generation step (S420), the PWM generation unit 120 may generate a PWM signal when the operating voltage is applied by the voltage detection unit 110. Here, the PWM signal may have a duty cycle of approximately 50%.

동작 판단 단계(S430)에서, PWM 생성부(120)는 모터 제어기의 동작 여부에 따라 게이트 전압을 출력 여부를 결정할 수 있다. PWM 생성부(120)는 모터 제어기로부터 디스에이블 신호를 수신하는 경우 모터 제어기의 동작으로 판단할 수 있다. PWM 생성부(120)모터 제어기로부터 디스에이블 신호를 수신하지 않는 경우 모터 제어기의 미동작으로 판단할 수 있다.In the operation determination step (S430), the PWM generator 120 may determine whether to output the gate voltage depending on whether the motor controller is operating. When the PWM generator 120 receives a disable signal from the motor controller, it can determine the operation of the motor controller. If the PWM generator 120 does not receive a disable signal from the motor controller, it can be determined that the motor controller is not operating.

방전 단계(S440)에서, PWM 생성부(120)는 모터 제어기의 미동작으로 판단되는 경우 PWM 신호에 따라 게이트 전압을 방전 스위치(130)에 인가할 수 있다. 이때 방전 스위치(130)는 게이트 전압에 의해 턴 온 동작할 수 있다. 방전 스위치(130)의 턴 온 동작에 따라 DC 링크 커패시터(C)로부터 방전 저항(DR)으로 전류가 흐르게 된다. 이를 통해 DC 링크 커패시터(C)가 방전되어 기준 전압 이하로 DC 링크 커패시터(C)의 전압이 유지될 수 있다.In the discharging step (S440), the PWM generator 120 may apply a gate voltage to the discharging switch 130 according to the PWM signal when it is determined that the motor controller is not operating. At this time, the discharge switch 130 may be turned on by the gate voltage. According to the turn-on operation of the discharge switch 130, current flows from the DC link capacitor (C) to the discharge resistor (DR). Through this, the DC link capacitor (C) can be discharged and the voltage of the DC link capacitor (C) can be maintained below the reference voltage.

출력 중지 단계(S450)에서, PWM 생성부(120)는 모터 제어기의 동작으로 판단되는 경우 PWM 신호에 따른 게이트 전압의 출력을 중지할 수 있다. 이때 모터 제어기는 방전 전압을 방전 스위치(130)에 직접 인가할 수 있다. 이를 통해 DC 링크 커패시터(C)의 방전이 이루어질 수 있다.In the output stop step (S450), the PWM generator 120 may stop outputting the gate voltage according to the PWM signal if it is determined to be an operation of the motor controller. At this time, the motor controller may directly apply the discharge voltage to the discharge switch 130. Through this, discharge of the DC link capacitor (C) can occur.

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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions can be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the attached drawings are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the attached drawings. .

본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.Steps and/or operations according to the invention may occur simultaneously in different embodiments, in different orders, in parallel, for different epochs, etc., as would be understood by those skilled in the art. You can.

실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.Depending on the embodiment, some or all of the steps and/or operations may include executing instructions, programs, interactive data structures, clients and/or servers stored on one or more non-transitory computer-readable media. At least a portion may be implemented or performed using one or more processors. The one or more non-transitory computer-readable media may illustratively be software, firmware, hardware, and/or any combination thereof. Additionally, the functionality of the “modules” discussed herein may be implemented in software, firmware, hardware, and/or any combination thereof.

100: 능동형 방전 장치
110: 역기전력 감지부
120: PWM 생성부
130: 방전 스위치
DR: 방전 저항
C: DC 링크 커패시터100: Active discharge device
110: Back electromotive force detection unit
120: PWM generation unit
130: discharge switch
DR: discharge resistance
C: DC link capacitor

Claims (11)

모터 역기전력에 의한 DC 링크 커패시터의 전압이 기설정된 기준 전압을 초과하는지를 감지하는 역기전력 감지부; 및
상기 DC 링크 커패시터의 전압의 상기 기준 전압을 초과하는지에 따라 상기 DC 링크 커패시터의 방전을 위한 방전 스위치의 구동 여부를 결정하는 PWM 생성부;
를 포함하고,
상기 역기전력 감지부는,
상기 DC 링크 커패시터의 전압이 상기 기준 전압을 초과하는 경우 동작 전압을 상기 PWM 생성부에 인가하는 것을 특징으로 하는 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치.A back electromotive force detection unit that detects whether the voltage of the DC link capacitor due to the motor back electromotive force exceeds a preset reference voltage; and
a PWM generator that determines whether to drive a discharge switch to discharge the DC link capacitor depending on whether the voltage of the DC link capacitor exceeds the reference voltage;
Including,
The back electromotive force detection unit,
An active discharge device for limiting motor back electromotive force, characterized in that an operating voltage is applied to the PWM generator when the voltage of the DC link capacitor exceeds the reference voltage. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 역기전력 감지부는,
모터 구동 스위치와 상기 DC 링크 커패시터 사이에 연결되는 제1 제너 다이오드;
상기 제1 제너 다이오드와 그라운드 사이에 연결되는 제1 저항;
상기 제1 제너 다이오드와 상기 제1 저항 사이에 일단이 연결되는 제2 저항;
상기 제2 저항의 타단과 그라운드 사이에 연결되는 제2 제너 다이오드; 및
상기 제2 제너 다이오드의 캐소드단과 상기 PWM 생성부의 인력단에 연결되고, 상기 동작 전압을 상기 PWM 생성부에 인가하는 전원;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치.According to claim 1,
The back electromotive force detection unit,
A first Zener diode connected between the motor driving switch and the DC link capacitor;
a first resistor connected between the first Zener diode and ground;
a second resistor whose end is connected between the first Zener diode and the first resistor;
a second Zener diode connected between the other end of the second resistor and ground; and
A power supply connected to the cathode terminal of the second Zener diode and the attractive end of the PWM generator, and applying the operating voltage to the PWM generator;
An active discharge device for limiting motor back electromotive force, comprising: 제 1 항에 있어서,
상기 PWM 생성부는,
상기 역기전력 감지부에 의해 동작되면, PWM 신호를 생성하는 RC 오실레이터; 및
상기 PWM 신호에 따른 게이트 전압을 상기 방전 스위치에 출력하는 게이트 출력부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치.According to claim 1,
The PWM generator,
an RC oscillator that generates a PWM signal when operated by the back electromotive force detection unit; and
a gate output unit that outputs a gate voltage according to the PWM signal to the discharge switch;
An active discharge device for limiting motor back electromotive force, comprising: 제 4 항에 있어서,
상기 PWM 신호는 50%의 듀티 사이클을 가지는 것을 특징으로 하는 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치.According to claim 4,
An active discharge device for limiting motor back electromotive force, characterized in that the PWM signal has a duty cycle of 50%. 제 4 항에 있어서,
상기 게이트 출력부는,
모터 제어기로부터 디스에이블 신호를 수신하는 경우 상기 게이트 전압의 출력을 중지하는 것을 특징으로 하는 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 장치.According to claim 4,
The gate output unit,
An active discharge device for limiting motor back electromotive force, characterized in that it stops outputting the gate voltage when receiving a disable signal from the motor controller. 역기전력 감지부가 모터 역기전력에 의한 DC 링크 커패시터의 전압이 기설정된 기준 전압을 초과하는지를 감지하는 감지 단계;
PWM 생성부가 상기 DC 링크 커패시터의 전압의 상기 기준 전압을 초과하는 경우 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호 생성 단계; 및
상기 PWM 생성부가 상기 PWM 신호에 따라 게이트 전압을 방전 스위치에 인가하여 상기 DC 링크 커패시터의 방전을 수행하는 방전 단계;
를 포함하고,
상기 감지 단계는,
상기 DC 링크 커패시터의 전압이 상기 기준 전압을 초과하는 경우, 상기 역기전력 감지부가 동작 전압을 상기 PWM 생성부에 인가하는 것을 특징으로 하는 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 방법.A detection step in which the back electromotive force detection unit detects whether the voltage of the DC link capacitor due to the motor back electromotive force exceeds a preset reference voltage;
A PWM signal generation step in which a PWM generator generates a PWM signal when the voltage of the DC link capacitor exceeds the reference voltage; and
A discharging step in which the PWM generator applies a gate voltage to a discharge switch according to the PWM signal to discharge the DC link capacitor;
Including,
The detection step is,
An active discharge method for limiting motor back electromotive force, wherein when the voltage of the DC link capacitor exceeds the reference voltage, the back electromotive force detection unit applies an operating voltage to the PWM generator. 제 7 항에 있어서,
상기 PWM 신호 생성 단계 이후에, 상기 PWM 생성부가 모터 제어기의 동작 여부에 따라 상기 게이트 전압의 출력 여부를 결정하는 동작 판단 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 방법.According to claim 7,
After the PWM signal generation step, an operation determination step in which the PWM generator determines whether to output the gate voltage depending on whether the motor controller is operating;
An active discharge method for limiting motor back electromotive force, further comprising: 제 8 항에 있어서,
상기 동작 판단 단계 이후에, 상기 PWM 생성부가 상기 모터 제어기로부터 디스에이블 신호를 수신하는 경우, 상기 게이트 전압의 출력을 중지하는 출력 중지 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 방법.According to claim 8,
After the operation determination step, an output stop step of stopping output of the gate voltage when the PWM generator receives a disable signal from the motor controller;
An active discharge method for limiting motor back electromotive force, further comprising: 삭제delete 제 7 항에 있어서,
상기 PWM 신호는 50%의 듀티 사이클을 가지는 것을 특징으로 하는 모터 역기전력 제한용 능동형 방전 방법.According to claim 7,
An active discharge method for limiting motor back electromotive force, characterized in that the PWM signal has a duty cycle of 50%.
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