KR20010102821A - 구성 가능한 전자 제어기 - Google Patents

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바트나가르라지브
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바르마 에스.디.
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Abstract

본 발명은 제어 회로 및 출력 인터페이스 회로를 포함하는 전자 제어기를 제공하는데 제어 회로 및 출력 인터페이스 회로는 전자 제어기에 포함된 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 각각 여러 가지 제어 기능 및 여러 가지 인터페이스를 구성하도록 설계된다. 전자 제어기는 입력 인터페이스 회로, 사용자 인터페이스 회로, 전원 인터페이스 회로 및 네트워크 인터페이스 회로를 추가로 포함한다.

Description

구성 가능한 전자 제어기 {CONFIGURABLE ELECTRONIC CONTROLLER}
본 발명은 다양한 응용 범위에서 제어 기능을 수행하도록 설계된 구성 가능한 전자 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명의 적용 범위는 가정용 기기의 제어에서부터 상업용, 산업용, 자동차 환경에서 구현되는 제어 기능까지에 이른다. 응용 분야에는 예를 들어, 가정용 기기에는 냉장고와 세탁기가 있으며, 가정용 및 상업용 환경에서는 HVAC(heating, ventilation and air-conditioning) 제어와 보안 제어가 있으며, 자동차 영역에서는 객실 온도 제어 등이 있다. 제어기를 여러 방법으로 구성함으로써 의도하는 응용분야에서 제어 범위를 넓히고 값싼 비용으로 제어를 행할 수 있다.
소자 또는 시스템의 동작을 원하는 방식으로 규제하기 위해 제어 시스템을 사용한다. 대부분의 경우에 이러한 동작은 온도, 압력, 레벨, 흐름, 위치, 속도 등과 같은 하나 이상의 물리적 매개변수의 제어와 연관되어 있다. 일반적으로 제어 시스템은 이러한 기능을 실행하기 위해, 물리적 매개변수의 값을 감지하고 측정하며, 측정 값을 요구사항과 비교한 후에, 이들 매개변수들의 값을 원하는 값으로 자동으로 조정하도록, 하나 이상의 활성화 소자(예를 들어 모터, 밸브, 가열기)를 구동해야 한다. 연관된 물리적 매개변수가 무엇이냐에 따라, 여러 가지 트랜스듀서/센서는 물리적 매개변수의 값을 제어 시스템이 처리하기에 적합한 신호로 변환한다. 전기/전자 제어 시스템에서는 매개변수의 값을 전압, 전류, 저항 등과 같은 적합한 전기적 매개변수로 변환하고, 전자 공기식 또는 기계식 시스템에서는 매개변수의 값을 압력, 변위와 같은 적당한 기계적 특성으로 변환한다. 변환이 이루어질 신호의 형태 및 측정되어야 하는 물리적 매개변수에 따라, 특정 전기 기기의 트랜스듀서/센서의 선택이 달라진다.
대부분의 전기 기기에서 전자 제어는 다른 형태의 제어에 비해 고유한 이점을 가진다. 이러한 이유로, 대다수의 전기 기기에서는 전자 기계식 제어 및 전자 공기식 제어가 전자 제어를 대체하고 있다. 따라서 본 명세서에는 제어기에 대한 분석을 전자 제어기로 한정하고, 전자 제어기 및 제어 시스템으로 한정하여 언급한다.
여러 가지 형태의 트랜스듀서/센서는 서로 다른 인터페이스 요구사항을 가지며, 서로 다른 특성을 가지는 출력을 생성한다. 제어 시스템은 트랜스듀서 각각이 요구하는 필요한 인터페이스 조건을 제공하며, 트랜스듀서로부터 수신한 신호를 처리할 수 있는 기능을 가진다. 이 때문에 제어 시스템은 각각의 형태의 트랜스듀서/센서에 서로 다른 인터페이스 신호를 공급해야 한다.
이와 유사한 방법으로, 감지된 물리적 매개변수를 보정 또는 '제어'하기 위해 제어 시스템이 구동해야 하는 여러 가지 출력 장치는 서로 다른 구동 요구사항을 가진다. 예를 들어 DC 모터 및 AC 모터는 서로 다른 구동 요구사항을 가진다. AC 부하를 사용하는 경우에는 부하를 단순히 온-오프 제어하거나 위상 각 제어 또는 적분-사이클(integral-cycle) 제어 또는 적분 반-사이클(integral half-cycle) 제어를 할 수 있다. 이와 유사하게 DC 부하를 제어하는 경우에는 단순한 온-오프 제어가 적합하며 다른 경우에는 펄스-폭 변조 출력이 필요하다. 이와 마찬가지로 서로 다른 형태의 전력 스위칭(switching)은 서로 다른 동작 요구사항을 가진다. 트라이액-점화 요구사항은 계전기 또는 접촉기를 전환하는 데 필요한 요구사항과는 아주 다르다. 각각의 경우에 제어기의 전자 회로를 변경하여 호환성을 제공한다.
또한 사용자 인터페이스는 여러 가지 형태로 존재하며, 각각의 형태는 전자 제어 시스템에 연결되는 서로 다른 인터페이스를 필요로 한다. 예를 들어 전위차계와 같은 아날로그 소자는 키보드와 같은 디지털 소자와는 다른 방법으로 인터페이스한다. 이와 유사하게 원격 제어 장치는 사용된 원격 제어의 형태, 즉 무선 주파수, 적외선, 초음파 등의 형태에 따라 다른 특별한 인터페이스를 필요로 한다.또한 표시 장치는 예를 들어 LED, LCD, 진공 형광등과 같은 여러 가지 형태를 가지며, 각각의 형태는 서로 다른 인터페이스 신호를 필요로 한다.
오늘날 사용되는 다수의 전자 제어 시스템은 소프트웨어/펌웨어를 사용하여 시스템을 운용하는 마이크로프로세서/마이크로콘트롤러에 기초한다. 그러나 소프트웨어가 변경되는 경우에는 전술한 단락에 개시된 여러 가지 옵션(option)을 구현할 수 없다. 따라서 최근의 설계에서는 설계를 변경하고 각각의 경우에 대한 회로를 제공함으로써 원하는 옵션을 구현할 수 있다. 이는 하드웨어를 많이 변경하지 않는 한, 한 형태의 센서/트랜스듀서용으로 설계되고 제조된 제어 시스템이 다른 트랜스듀서/센서와는 동작하지 않는다는 것을 의미한다. 전자 회로의 인터페이스 요구사항은 서로 다르다. 따라서 각각의 인터페이스에 맞춰 설계된 회로가 필요하다. 이러한 요구사항은 현재의 설계에서는 2개 형태 중의 하나의 형태로 구현된다. 값이 쌀수록 특정 세트의 인터페이스는 고정배선(hardwired) 방식으로 설계된다. 인터페이스 각각의 조합에 의해 서로 다른 버전의 "고정배선"을 사용한다. 이에 의해 인터페이스 사양만 다른 다수의 "모델" 또는 변형이 발생한다. 한편 값이 더 비싼 제어기는 모듈 방식으로 설계되는데, 여기서 입력 및 출력 인터페이스는 개별적인 모듈로 설계된다. 다수의 서로 다른 형태의 모듈이 존재하는데, 여기서 각각의 모듈은 여러 가지 인터페이스 옵션 각각에 해당한다. 필요한 인터페이스 모듈을 설치함으로써 여러 가지 인터페이스 옵션을 가지는 제어기를 구성할 수 있다. 또한 이러한 구성은 필요한 경우 변경될 수 있다. 그러나 모듈식 구조는 하나의 인터페이스 옵션에서부터 다른 인터페이스 옵션으로 변환하기 위해 물리적 변화를 여전히 필요로 한다. 일반적으로 이를 구현하기 위해서는 경비가 많이 들며, 따라서 이는 비교적 비싼 제품에만 적용된다.
통상적으로 원하는 제어 동작을 수행하도록 프로그래밍된 마이크로프로세서/마이크로콘트롤러 등의 현존하는 전자 제어 장치의 설계에는 마이크로프로세서/마이크로콘트롤러의 인터페이스가 심하게 제한된다는 추가 제한 사항이 있다. 이러한 제한은 이들 장치의 구조가 제어 지향적(control-oriented)이기보다는 연산 지향적(compute-oriented)이라는 사실에 기인한다. 통상적으로 제어가 적용되는 실제 환경에서는 아주 많은 수의 신호와 장치(예를 들어 센서, 스위치, 모터 등)를 처리해야 한다. 이들 신호들의 일부는 아날로그 특성을 가진다. 따라서 래치, 복호화기, 구동기, 멀티플렉서, 아날로그-디지털 변환기, 디지털-아날로그 변환기, 신호 조건 제어 회로(signal-conditioning circuitry) 등 이외에도 상당한 양의 회로를 필요로 한다. 오늘날에는 아날로그-디지털 변환기, PWM 회로 등과 같은 몇몇의 추가 회로와 결합하는 더 비싼 마이크로콘트롤러를 사용할 수도 있다. 그러나 또한 이들 장치는 대부분의 경우에 상당한 정도의 추가 회로를 요구하는데, 이는 내부 회로의 기능이 여전히 상당한 정도로 제한되며, 다른 기능의 구현과 절충해야 되기 때문이다. 그 결과 이러한 제어 적용은 전자 제어기의 이점 모두를 구현하지 못한다. 미합중국 특허 제4158759호, 제4367387호, 제4399352호, 제4406945호, 제4431893호, 제4481393호, 제4504716호, 제4533810호, 제4367387호 및 제4504716호는 여러 가지 전기 기기에 응용되는 전자 제어기의 일례이다.
재구성이 가능한 일부 전자식 제어기 또한 공지되어 있다. 미합중국 특허제 5306995호, 제 5412291호, 제 5619614호 및 제 5647231호는 재구성이 가능한 일부 전자식 제어기에 대하여 기술하고 있다. 그러나 이들 특허에 의해 포함되는 발명은 세탁기 및 건조기로만 제한되며, 마이크로프로세서 기반의 하드웨어 상에서 구현되는 퍼지-논리 구현을 활용하는 연산-집약적(computation intensive) 알고리즘을 사용하기 때문에 구현 시에는 비용이 많이 든다. 마이크로프로세서에 기초하여 전자 제어를 구현하는 경우 전술한 제한사항을 가질 수 있다.
재구성이 가능한 일부 범용 하드웨어 장치가 공지되어 있다. 일반적으로 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate arrays)(FPGAs)로 알려진 이들 장치는 게이트 레벨에서 구성이 가능한 하드웨어를 제공한다. 이들 장치를 사용하여 서로 다른 기능을 가지는 다양한 하드웨어를 구성할 수 있다. 아날로그 신호와 디지털 신호가 혼합된 혼합 신호 프로그래머블 어레이 장치 또한 사용할 수 있다. 그러나 이들 장치의 다양성 및 사용가능한 아날로그 기능의 수가 제한되어 있다. 또한 FPGA 및 혼합된 신호 어레이 소자를 구성하고 이들을 사용하는 것은 어려운데, 이는 이들 장치에 설치된 회로 소자가 원하는 기능을 제공하기 위해서는 이들 소자 사이에서 다수의 상호접속을 요구하는 매우 기본적인 소자이기 때문이다. 아주 종종 충분한 수의 회로 소자를 포함하는 장치에서 원하는 상호 접속을 구현할 수 없는 경우도 있으며, 더 크고 더 비싼 장치를 사용해야 하는 경우도 있다. 이러한 제한은 프로그래머블 어레이 소자가 매우 극단적으로 범용 장치로 설계되며 임의의 특정 영역의 기기에는 적용되지 않는다는 사실에 기인한다.
따라서 원하는 모든 기능을 가지도록 구성될 수 있는 배열을 가지는 적합한회로 소자 세트를 사용하여, 여러 가지 서로 다른 방법으로 입력 및 출력 장치와 인터페이스 접속하기 위한 요구사항을 포함하는 특정 제어 적용 요구사항을 충족하도록 설계된 장치가 필요하다.
본 발명의 기술적 과제는 아날로그 및 디지털 입력, 출력, 사용자 인터페이스 및 전원 인터페이스로 구성되며, 필요한 경우에는 최소의 물리적 변화와 낮은 경비를 가지며 아주 광범위한 제어 기능을 가지도록 구성 가능하게 설계된 제어 소자를 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 제어 기능을 제공하는 제어 회로 및 하나 이상의 부하 장치를 제어하기 위한 출력 신호를 공급하는 출력 인터페이스 회로를 포함하는 전자 제어기를 제공하는 것인데, 여기서 제어 회로 및 출력 인터페이스 회로 각각은 전자 제어기에 포함된 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 여러 가지 제어 기능 및 다양한 인터페이스에 대한 구성이 가능하도록 설계된다.
전자 제어기는 하나 이상의 아날로그 또는 디지털 입력 장치 또는 스위치에 접속되어 사용자 입력을 수신하며 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성이 가능하도록 설계되는 입력 인터페이스 회로를 포함한다.
전자 제어기는 하나 이상의 아날로그 또는 디지털 입력 장치 또는 스위치에 연결되어 사용자 입력을 수신하고, 하나 이상의 디스플레이 또는 오디오 장치에 연결되어 사용자에게 피드백을 제공하며, 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해구성될 수 있도록 설계되는 사용자 인터페이스 회로를 추가로 포함한다.
전자 제어기는 전원에 접속되어 있으며 전원 조건을 감시하고 제어 신호를 공급하고, 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성 가능하도록 설계되는 전원 인터페이스 회로를 추가로 포함한다.
전자 제어기는 네트워크 상에서 다른 장치와 단방향 또는 양방향으로 데이터를 교환하는 네트워크와 인터페이스 접속하는 네트워크 인터페이스 회로를 추가로 포함한다.
회로 각각에 있어서, 구성 가능한 제어 회로 및 구성 가능한 출력 인터페이스 회로는
각각의 특정 기능을 제공하는 복수의 공지된 회로 소자 형태를 포함하는 소정의 복수의 회로 소자 및
필요한 정해진 방법으로 회로 소자를 상호접속하는 수단
을 각각의 회로에 제공함으로써 구성되며,
여기서 회로 소자의 수 및 형태는 원하는 구성 각각의 기능적인 요구사항을 충족하도록 선택되며, 방법은 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 원하는 세트의 기능을 구현한다.
구성 가능한 입력 인터페이스 회로는
각각의 특정 기능을 제공하는 복수의 공지된 회로 소자 형태를 포함하는 소정의 복수의 회로 소자 및
필요한 정해진 방법으로 회로 소자를 상호접속하는 수단
을 각각의 회로에 제공함으로써 구성되며,
여기서 회로 소자의 수 및 형태는 원하는 구성 각각의 기능적인 요구사항을 충족하도록 선택되며, 방법은 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 원하는 세트의 기능을 구현한다.
구성 가능한 사용자 인터페이스 회로는
각각의 특정 기능을 제공하는 복수의 공지된 회로 소자 형태를 포함하는 소정의 복수의 회로 소자 및
필요한 정해진 방법으로 회로 소자를 상호접속하는 수단
을 각각의 회로에 제공함으로써 구성되며,
여기서 회로 소자의 수 및 형태는 원하는 구성 각각의 기능적인 요구사항을 충족하도록 선택되며, 방법은 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 원하는 세트의 기능을 구현한다.
구성 가능한 전원 인터페이스 회로는
각각의 특정 기능을 제공하는 복수의 공지된 회로 소자 형태를 포함하는 소정의 복수의 회로 소자 및
필요한 정해진 방법으로 회로 소자를 상호접속하는 수단
을 각각의 회로에 제공함으로써 구성되며,
여기서 복수의 형태의 회로 소자는 각각 특정 기능을 제공하고, 회로 소자의 수 및 형태는 원하는 구성 각각의 기능적인 요구사항을 충족하도록 선택되며, 방법은 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 원하는 세트의 기능을 구현한다.
다른 실시예에 따른 제어 회로는 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 필요한 기능을 수행하도록 구성되는 게이트 어레이이다.
다른 실시예에 따른 제어 회로는 한 세트의 제어 프로그램을 포함하는 연관 프로그램 메모리를 가지는 내장 마이크로콘트롤러이며, 여기서 제어 프로그램의 적합한 서브세트는 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 원하는 기능을 수행하도록 선택된다.
다른 실시예에 따른 제어 회로는 한 세트의 제어 프로그램을 포함하는 연관 프로그램 메모리를 가지는 내장 디지털 신호 프로세서(DSP)이며, 여기서 프로그램의 적합한 서브세트는 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 원하는 기능을 수행하도록 선택된다.
제어 회로는 단순한 온-오프 제어 동작을 제공하는 기능적 특성을 포함한다.
제어 회로는 비례, 적분, 미분(proportional, Integral, derivative)(PID) 제어 동작을 제공하는 기능적 특성을 포함한다.
제어 회로는 실시간 이벤트에 기초하는 제어 기능을 제공하기 위하여 실시간 클록(RTC)을 포함한다.
출력 인터페이스 회로는 부하를 제어하는 일정 레벨의 신호 또는 펄스된 출력 신호를 제공하도록 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성 가능하다.
출력 인터페이스 회로는 부하를 제어하는 트라이액 구동 신호(triac-drive signal) 또는 계전기/접촉기 구동 신호 또는 MOSFET/IGBT 구동 신호 또는 트랜지스터 구동 신호를 제공하도록 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 출력 각각에대해 구성 가능하게 된다.
출력 인터페이스 회로는 부하를 제어하는 위상각 제어 신호, 적분 사이클 제어 신호, 적분 반사이클 제어 신호를 제공하도록 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 출력 각각에 대해 구성 가능하게 된다.
입력 인터페이스 회로는 원하는 값의 정전류 바이어스, 밸런싱된 브리지 인터페이스, AC 바이어스 공급 중에서 하나를 외부 신호원에 공급하도록 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 입력 각각에 대해 구성 가능하게 된다.
입력 인터페이스 회로는 입력 신호의 특성이 아날로그인 경우 입력 신호를 아날로그-디지털 변환하고, 입력 신호의 특성이 디지털인 경우 입력 신호를 아날로그-디지털 변환하지 않고 신호를 처리하도록 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 입력 각각에 대해 구성 가능하게 된다.
입력 인터페이스 회로는 기계적 스위치로부터 입력 신호를 수신하는 경우 입력 신호를 디바운싱(debouncing)하도록 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 입력 각각에 대해 구성 가능하게 된다.
입력 인터페이스 회로는 필요한 경우 수신된 신호를 처리하는 필터(filter)를 포함하도록 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 입력 각각에 대해 구성 가능하게 된다.
입력 인터페이스 회로는 필요한 경우 입력 신호를 처리하는 평균화 회로(averaging circuit)를 포함하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 입력 각각에 대해 구성 가능하게 된다.
사용자 인터페이스 회로는 외부 사용자 입력 장치가 요구하는 경우 원하는 정전류 바이어스를 공급하도록 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 입력 각각에 대해 구성 가능하게 된다.
사용자 인터페이스 회로는 적외선/초음파/무선-주파수 원격 엔트리 장치(radio-frequency remote entry device)를 통해 사용자 입력을 수신하도록 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성 가능하게 된다.
사용자 인터페이스 회로는 LED 표시장치, 진공 형광성 표시장치(vacuum fluorescent display) 또는 LCD 표시장치 중에서 하나를 구동하는 출력 신호를 공급하도록 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성 가능하게 된다.
사용자 인터페이스 회로는 다중-숫자 7세그먼트 표시장치, 또는 막대 그래프 표시장치 중에서 하나를 구동하기 위한 출력 신호를 공급하도록 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성 가능하게 된다.
사용자 인터페이스 회로는 톤(tone)을 생성하고 오디오 트랜스듀서를 구동하는 것을 포함한다.
사용자 인터페이스 회로는 합성화된(synthesized) 음성 출력 신호를 생성하고 오디오 트랜스듀서를 구동하는 것을 포함한다.
전원 인터페이스 회로는 입력 교류 공급 전압을 감시하고 교류 공급 전압이 정의된 한계보다 크거나 또는 작은 경우 신호를 공급하도록 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성 가능하게 된다.
전원 인터페이스 회로는 입력 직류 공급 전압을 감시하고 직류 공급 전압이정의된 한계보다 크거나 또는 작은 경우 신호를 공급하도록 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성 가능하게 된다.
전원 인터페이스 회로는 입력 교류 공급 전압을 감시하고 입력 교류 공급의 모든 제로-교차 전압에 신호를 공급하도록 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성 가능하게 된다.
네트워크 인터페이스 회로는 TCP/IP 네트워크에 대한 인터페이스를 제공한다.
네트워크 인터페이스 회로는 CAN 버스 네트워크에 대한 인터페이스를 제공한다.
네트워크 인터페이스 회로는 BACNet 네트워크에 대한 인터페이스를 제공한다.
네트워크 인터페이스 회로는 BlueTooth 무선 네트워크에 대한 인터페이스를 제공한다.
구성 메모리는 비휘발성 메모리인 것이 바람직하다.
클록 발생기는 바람직하게는 32 ㎑ 내지 25 ㎒ 범위의 주파수를 가지는 발진기이다.
세탁기에서, 전자 제어기는 구성이 가능한 제어 회로, 출력 인터페이스 회로, 입력 인터페이스 회로, 사용자 인터페이스 회로, 전원 인터페이스 회로, 네트워크 인터페이스 회로 및 구성 메모리를 포함하며, 구성 메모리로부터의 구성 데이터는
a) 선택된 세트의 저장 제어 프로그램을 사용하여 원하는 제어 기능을 공급하도록 내장 마이크로콘트롤러에 기초하는 구성 가능한 제어 회로를 구성하며,
b) 세탁 모터, 급수, 배수 및 세제 공급 솔레노이드를 트라이액 제어 구동하도록 구성 가능한 출력 인터페이스 회로를 구성하며,
c) 수온 센서 및 수위 센서를 바이어스 구동하며, 이들 센서로부터 수신한 아날로그 신호에 대하여 아날로그-디지털 변환, 적합한 감도, 오프셋 및 선형 보정, 노이즈 필터링 및 신호 평균화를 수행하도록 구성 가능한 입력 인터페이스 회로를 구성하며,
d) 제어 패널 상의 키보드와 인터페이스 접속하여 사용자 선택 입력을 수신하고, 디지털 LCD 표시장치 및 오디오 버저(audio buzzer)를 구동하여 사용자에게 피드백을 제공하도록 구성 가능한 사용자 인터페이스 회로를 구성하며,
e) 입력 교류 공급 전압을 감시하고 전압이 지정된 한계 값을 벗어나는 경우 신호를 공급하도록 구성 가능한 전원 인터페이스를 구성한다.
가정용 냉장고에서 전자 제어기는 구성이 가능한 제어 회로, 출력 인터페이스 회로, 입력 인터페이스 회로, 사용자 인터페이스 회로, 전원 인터페이스 회로, 네트워크 인터페이스 회로 및 구성 메모리를 포함하며, 구성 메모리로부터의 구성 데이터는
a) 선택된 세트의 저장 제어 프로그램을 사용하여 온도 제어 기능을 공급하도록 게이트 어레이 논리에 기초하는 구성 가능한 제어 회로를 구성하며,
b) 냉장고 압축기, 서리 방지용 가열기 및 공기순환 송풍기ㆍ댐퍼(damper)를트라이액 제어 구동하도록 구성 가능한 출력 인터페이스 회로를 구성하며,
c) 온도 센서를 바이어스 구동하고, 이들 센서로부터 수신한 아날로그 신호에 대하여 아날로그-디지털 변환, 적합한 감도, 오프셋 및 선형 보정, 노이즈 필터링 및 신호 평균화를 수행하도록 구성 가능한 입력 인터페이스 회로를 구성하며,
d) 제어 패널 상의 키보드 및 적외선 원격 제어기와 인터페이스 접속하여 사용자 선택 입력을 수신하고 디지털 LCD 표시장치 및 오디오 버저를 구동하여 사용자에게 피드백을 제공하도록 구성 가능한 사용자 인터페이스 회로를 구성하며,
e) 입력 교류 공급 전압을 감시하고 전압이 지정된 한계 값을 벗어나는 경우 신호를 공급하도록 구성 가능한 전원 인터페이스를 구성한다.
HVAC 제어 시스템에서 전자 제어기는 구성이 가능한 제어 회로, 출력 인터페이스 회로, 입력 인터페이스 회로, 사용자 인터페이스 회로, 전원 인터페이스 회로, 네트워크 인터페이스 회로 및 구성 메모리를 포함하며, 구성 메모리로부터의 구성 데이터는
a) 선택된 세트의 저장 제어 프로그램을 사용하여 공기 흐름 제어 및 온도 제어 기능을 공급하도록 내장 마이크로콘트롤러에 기초하는 구성 가능한 제어 회로를 구성하며,
b) 공기 흐름 송풍기를 브러시리스 직류 모터 구동하고, 공기 조절용 압축기 모터를 트라이액 제어 구동하고, 공기 조절용 가열기를 적분 사이클 제어 구동하도록 구성 가능한 출력 인터페이스 회로를 구성하며,
c) 온도 센서, 공기 흐름 센서 및 습도 센서를 바이어스 구동하고 이들 센서로부터 수신한 아날로그 신호에 대하여 아날로그-디지털 변환, 적합한 감도 오프셋 및 선형 보정, 노이즈 필터링 및 신호 평균화를 수행하도록 구성 가능한 입력 인터페이스 회로를 구성하며,
d) 제어 패널 상의 키보드 및 적외선 원격 제어기와 인터페이스 접속하여 사용자 선택 입력을 수신하고, 디지털 LCD 표시장치 및 오디오 버저를 구동하여 사용자에게 피드백하도록 구성 가능한 사용자 인터페이스 회로를 구성하며,
e) 입력 교류 공급 전압을 감시하고 전압이 지정된 한계 값을 벗어나는 경우 신호를 공급하도록 구성 가능한 전원 인터페이스를 구성한다.
도 1은 제어 회로(control circuit), 출력 인터페이스 회로(output interface circuit) 및 구성 메모리(configuration memory)를 포함하는 본 발명에 따른 전자 제어기의 블록도를 도시하는 도면이다.
도 2는 입력 인터페이스 회로(input interface circuit)를 추가로 포함하는 본 발명에 따른 전자 제어기의 블록도를 도시하는 도면이다.
도 3은 사용자 인터페이스 회로(user interface circuit)를 추가로 포함하는 본 발명에 따른 전자 제어기의 블록도를 도시하는 도면이다.
도 4는 전원 인터페이스 회로(power supply interface circuit)를 추가로 포함하는 본 발명에 따른 전자 제어기의 블록도를 도시하는 도면이다.
도 5는 네트워크 인터페이스 회로(network interface circuit)를 추가로 포함하는 본 발명에 따른 전자 제어기의 블록도를 도시하는 도면이다.
도 6은 한 실시예에 따른 게이트 어레이(gate array), 시퀀스 제어 회로(sequence control circuit) 및 카운터ㆍ타이머(counter and timer)를 사용하는 제어 회로를 도시하는 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 프로그램 메모리, 데이터 메모리, 카운터ㆍ타이머 및 실시간 클록과 연관된 내장 마이크로콘트롤러(microcontroller)를 사용하는제어 회로를 도시하는 도면이다.
도 8은 한 실시예에 따른 출력 인터페이스 회로를 도시하는 도면이다.
도 9는 한 실시예에 따른 출력 인터페이스 회로의 스위치 제어 회로를 도시하는 도면이다.
도 10은 한 실시예에 따른 입력 인터페이스 회로를 도시하는 도면이다.
도 11은 한 실시예에 따른 사용자 인터페이스 회로를 도시하는 도면이다.
도 12는 한 실시예에 따른 전원 인터페이스 회로를 도시하는 도면이다.
도 13은 한 실시예에 따른 네트워크 인터페이스 회로를 도시하는 도면이다.
도 14는 세탁기에 적용된 전자 제어기를 도시하는 도면이다.
도 15는 냉장고에 적용된 전자 제어기를 도시하는 도면이다.
도 16은 HVAC 전기 기기에서 사용되는 전자 제어기를 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하여, 구성 메모리(M)가 공급하는 구성 데이터(m)에 의해 원하는 제어 기능을 수행하는 제어 회로(C)에 대해 설명한다.
이와 유사하게 출력 인터페이스 회로(0)는
a) 출력 채널 각각을 인에이블/디스에이블하고
b) 인에이블된 출력 채널 각각의 기능을 구동하고
c) 인에이블된 채널 각각의 기능을 보호하도록
구성된다(자세한 내용은 도 8에 도시되어 있음).
제어 회로(C)가 동작하는 동안, 출력 인터페이스 회로(O)는 선택 제어 신호(Cla)를 사용하여 특정 채널을 순차적으로 선택하고, 이와 동시에 제어 회로(C)는 선택된 출력 채널을 활성화하기 위한 구동 신호(C1b)를 공급한다. 출력 상태 신호(O2a)는 출력 상태에 대하여 제어 회로를 피드백한다. 리셋 회로(R) 및클록 발생기(G)는 제어 회로(C) 및 출력 인터페이스 회로(O)의 내부 동작을 위해 리셋 신호(r) 및 클록 신호(g)를 공급한다.
도 1에 기술된 접속 이외에도 도 2를 참조하여 설명하면, 입력 인터페이스 회로(I)의 입력단은 전기 기기의 여러 가지 지점에 위치한 스위치 및 트랜스듀서/센서와 같은 신호원으로부터 신호(I1a - I1p)를 수신한다. 입력 인터페이스 회로(I)는 구성 메모리(M)가 공급한 구성 데이터(m)에 의해
a) 신호원의 요구사항에 따라 이들 하나 이상의 신호원을 선택적으로 구동하고,
b) 아날로그 형태로 수신된 신호를 디지털 형태로 변환하고 감도, 오프셋 및 선형성을 보정하고,
c) 변환된 디지털 값에 대하여 노이즈 필터링 및/또는 신호 평균화를 선택적으로 수행하고,
d) 스위치로부터 수신한 신호를 선택적으로 디바운싱하도록
구성된다(상세한 내용은 도 9에 도시되어 있음).
제어 회로(C)는 선택 제어 신호(C2a)를 공급함으로써 순차적으로 하나의 입력 채널을 선택한다. 입력 인터페이스 회로(I)는 입력 신호(I2a)의 현재 값을 공급한다. 리셋 회로(R) 및 클록 발생기(G)는 입력 인터페이스 회로(I)의 내부 동작을 위해 리셋 신호(r) 및 클록 신호(g)를 공급한다.
도 3을 참조하여 설명하면, 도 2에 기술된 접속 이외에도, 사용자 인터페이스 회로(U)의 입력단은 전위차계, 스위치, IR/무선 주파수/초음파 원격 제어기 또는 음성 입력 장치와 같은 사용자 입력 장치로부터의 신호(U1a 내지 U1g) 또는 손가락 지문 식별을 위한 영상 센서와 같은 생물측정(biometric) 센서로부터의 입력을 수신한다. 사용자 인터페이스 회로(U)는 구성 메모리(M)가 공급한 구성 데이터에 의해
a) 입력 장치의 요구사항에 따라 이들 하나 이상의 입력 장치를 선택적으로 구동하고,
b) 아날로그 형태로 수신한 신호를 디지털 형태로 변환하고 감도, 오프셋 및 선형성을 보정하고,
c) 변환된 디지털 값에 대하여 노이즈 필터링 및/또는 신호 평균화를 선택적으로 수행하고,
d) 스위치로부터 수신한 신호를 선택적으로 디바운싱하고,
e) 음성 입력 장치로부터 수신한 입력의 음성을 인식하고 영상 센서 장치로부터 수신한 입력의 영상을 인식하며,
f) 필요한 경우에, 음성을 분석하고 음성 출력 장치를 구동하도록
구성된다(상세한 내용은 도 9에 도시되어 있음).
제어 회로는 선택 제어 신호(C3a)를 공급함으로써 하나의 입력 채널을 순차적으로 선택한다. 사용자 인터페이스 회로(U)는 입력 신호(U3a)의 현재 값을 공급한다. 이와 동시에 제어 회로(C)는 신호(C3a)를 공급하는데, 사용자 인터페이스 회로(U)는 이러한 신호(C3a)로부터 출력 신호(U2a 내지 U2p)를 생성하여 정보를 디스플레이하거나 사용자에게 음성 출력을 공급한다. 리셋 회로(R) 및 클록발생기(G)는 사용자 인터페이스 회로(U)의 내부 동작을 위한 리셋 신호(r) 및 클록 신호(g)를 공급한다.
도 4를 참조하여 설명하면, 도 3에 기술된 접속 이외에도, 전원 인터페이스 회로(S)는 제어 회로(C)에 공급 조건에 대한 정보를 제공하는 신호(S1a)를 공급한다. 리셋 회로(R) 및 클록 발생기(G)는 사용자 인터페이스 회로(U)의 내부 동작을 위한 리셋 신호(r) 및 클록 신호(g)를 공급한다.
도 5를 참조하여 설명하면, 도 4에 기술된 접속 이외에도, 네트워크 인터페이스 회로(N)는 제어 회로(C)와 인터페이스 접속하여, 신호(N2a)를 통해 네트워크 상에서 외부 소자로부터 수신한 정보를 제어 회로(C)에 공급하고, 네트워크를 통해 다른 장치에 전송되어야 하는 데이터를 포함하는 신호(C4a)를 수신한다. 리셋 회로(R) 및 클록 발생기(G)는 네트워크 인터페이스 회로(N)의 내부 동작을 위해 리셋 신호(r)와 클록 신호(g)를 공급한다.
도 6은 한 실시예에 따른 제어 회로(C)를 도시한다. 논리 회로(L)는 원하는 구성 메모리(M)가 공급하는 구성 데이터(m)에 의해 구성되어 제어 기능을 공급하는데, 게이트 어레이 회로로 논리 회로(L)를 구성할 수 있다. 이와 마찬가지로 시퀀스 제어 회로(SQ) 및 카운터ㆍ타이머 블록(CT)은 구성 메모리(M)가 공급하는 구성 데이터(m)에 의해 구성되어, 신호(SQ1 및 CT1)를 각각 사용하여 제어 논리 회로(L)를 지지한다. 리셋 회로(R) 및 클록 발생기(G)는 제어 논리 회로(L), 시퀀스 제어 회로(SQ) 및 카운터ㆍ타이머 회로(CT)의 내부 동작을 위해 리셋 신호(r) 및 클록 신호(g)를 공급한다.
도 7은 논리 회로 대신에 내장 마이크로콘트롤러(EM)를 사용하는 다른 실시예에 따른 구성 가능한 제어 회로(C)를 도시한다. 마이크로콘트롤러는 제어 프로그램 한 세트를 포함하는 연관된 프로그램 메모리(PM)를 가진다. 구성 메모리(M)가 공급하는 구성 데이터(m)는 원하는 기능에 따라 한 서브세트의 제어 프로그램을 선택한다. 내장 마이크로콘트롤러는 카운터ㆍ타이머 회로(CT)에 의해 지지된다. 메모리 장치(LM)와 실시간 클록 회로(RTC)는 신호(LM1), (L1) 및 (RC1), (L2)를 통해 추가로 지지한다. 리셋 회로(R) 및 클록 발생기(G)는 내장 마이크로콘트롤러(EM), 카운터ㆍ타이머 회로(CT), 메모리 장치(LM) 및 실시간 클록 회로(RTC)의 내부 동작을 위해 리셋 신호(r) 및 클록 신호(g)를 공급한다.
도 8은 한 실시예에 따른 출력 인터페이스 회로를 도시한다. 구성 메모리(M)가 공급하는 구성 데이터(m)는 스위치 제어 회로(SCa 내지 SCp)의 기능을 구성한다. 제어 회로(C)로부터의 제어 신호(C1a) 및 선택 신호(C1b)는 래치(LTa 내지 LTp)를 통해 스위치 제어(SCa 내지 SCp) 각각의 입력을 선택적으로 활성화하며, 선택은 디지털 디멀티플렉서(DD1)를 통해 제어된다. 스위치 제어 출력 각각은 출력을 제어하도록 스위치(SWa 내지 SWp)를 구동하는 제어 신호(O1a 내지 O1p)를 공급한다. 전류 감지 회로(CSa 내지 CSp)는 부하 전류를 감지하고, 구성 데이터에 의해 구성된 보호 제어 논리를 포함하는 스위치 제어 회로에 신호를 피드백하여, 원하는 보호 기능을 제공한다. 또한 스위치 제어 회로(SWa 내지 SWp)는 부하의 상태에 따라 디지털 멀티플렉서(DM2)를 통해 신호(O2a)를 제어 회로(C)에 피드백한다. 리셋 회로(R) 및 클록 발생기(G)는 구성 가능한 출력 인터페이스 회로(O)의내부 동작을 위해 리셋 신호(r) 및 클록 신호(g)를 공급한다.
도 9는 한 실시예에 따라 출력 부하를 위상 제어 구동하거나 적분 사이클 제어하도록 구성될 수 있는 구성 가능한 출력 인터페이스 회로의 제어 회로(SC)를 도시한다. 구성 메모리(M)로부터의 구성 데이터(m)는 선택적으로 적분 사이클 제어의 경우에는 제로 교차 검파기(zero-crossing detector; ZCD) 신호를 멀티플렉서(M3)의 출력단으로 라우팅하고, 위상 각 제어의 경우에는 클록 신호를 멀티플렉서(M3)의 출력단으로 라우팅한다. 따라서 사전설정이 가능한 카운터(presettable counter; PC)는 입력 공급 사이클 또는 클록 사이클 중에서 하나를 카운트한다. 켠 상태 카운트 래치(on-state count latch)(OCL) 및 끈 상태 카운트 래치(off-state count latch)(FCL)는 멀티플렉서(M4)를 통해 구성 메모리로부터의 사전설정 값을 PC에 공급하는데 PC의 출력은 출력 상태 래치(output state latch)(OSL)에 저장된다. 이와 동시에 멀티플렉서(M5)는 선택적으로 트라이액 구동의 경우에는 구성 데이터(m)의 제어 하에서 TRIGGER CLOCK를 그 출력단과 결합하고, 계전기/접촉기 구동의 경우에는 TRIGGER LEVEL을 그 출력단과 결합한다. AND 게이트(A1)는 멀티플렉서(M5) 및 출력 상태 래치(OSL)로부터의 신호를 구성 가능한 제어 회로(C)로부터의 ACTIVATE 입력과 구성 메모리로부터의 ENABLE 신호와 결합하여, 최종적으로 스위치 제어(SC)로부터 출력한다.
도 10은 한 실시예에 따른 입력 인터페이스 회로를 도시한다. 구성 메모리(M)가 공급한 구성 데이터(m)는
a) 센서 구동 회로(SDa 내지 SDp),
b) 감도, 오프셋 및 선형 보정 회로를 가지는 아날로그-디지털 변환기(AD1),
c) 노이즈 필터(NF1),
d) 평균화 회로(AC1)
를 구성한다.
필요한 경우 외부 신호원은 센서 구동 회로(SDa 내지 SDp)로부터 구동 신호(Ⅰ1a 내지 Ⅰ1p)를 수신하여 아날로그 멀티플렉서(AM1)의 입력단에 신호를 공급한다. 구성 가능한 제어 회로(C)로부터의 선택 신호(C2a)는 멀티플렉서 제어(MC)를 구성 메모리로부터 적합한 멀티플렉서 제어 신호를 선택하도록 제어하여 멀티플렉서(M1)를 제어하는데, 여기서 멀티플렉서는 다음 신호 중의 하나의 신호를 출력 신호(I2a)로 구성 가능한 제어 회로(C)에 연결한다.
a) 내장 감도, 오프셋 및 선형 보정 회로를 가지는 아날로그-디지털 변환기의 출력,
b) 노이즈 필터의 출력,
c) 평균화 회로의 출력,
d) 입력 아날로그 멀티플렉서의 출력
리셋 회로(R) 및 클록 발생기기(G)는 구성 가능한 입력 인터페이스 회로(I)의 내부 동작을 위해 리셋 신호(r) 및 클록 신호(g)를 공급한다.
도 11은 한 실시예에 따른 사용자 인터페이스 회로를 도시한다. 구성 메모리(M)가 공급한 구성 데이터(m)는
a) 센서 구동 회로(SDq 내지 SDx),
b) 감도, 오프셋 및 선형 보정 회로를 가지는 아날로그-디지털 변환기(AD2),
c) 노이즈 필터(NF2),
d) 평균화 회로(AC2),
e) 멀티플렉서(M2)
를 구성한다.
필요한 경우, 외부 신호원은 센서 구동 회로(SDq 내지 SDx)로부터 구동 신호(U1a 내지 U1p)를 수신하고 아날로그 멀티플렉서(AM2)의 입력단에 신호를 공급한다. 구성 가능한 제어 회로(C)로부터의 선택 신호(C3a)는 구성 메모리(m)로부터의 멀티플렉서 제어 신호 중의 하나를 멀티플렉서(M2)의 제어 입력단에 인가하도록 멀티플렉서 제어(MC1)를 제어하며, 멀티플렉서(M2)는 다음 신호 중에서 하나의 신호를 출력 신호(U3a)로 구성 가능한 제어 회로(C)에 선택적으로 연결한다.
a) 내장 감도, 오프셋 및 선형 보정 회로를 가지는 아날로그-디지털 변환기의 출력,
b) 노이즈 필터의 출력,
c) 평균화 회로의 출력,
d) 입력 아날로그 멀티플렉서의 출력
이와 유사하게, 선택 제어 신호(C3a) 및 구성 가능한 제어 회로(C)로부터의 데이터 신호(C3b)는 래치(LAa 내지 LAp)와 표시 장치 및 오디오 구동기(DAD)를 통해 신호(U2a 내지 U2p)를 출력하여 사용자에게 표시 및 음성 출력을 선택적으로 공급한다. 리셋 회로(R) 및 클록 발생기(G)는 사용자 인터페이스 회로(U)의 내부 동작을 위해 리셋 신호(r) 및 클록 신호(g)를 공급한다.
도 12는 한 실시예에 따른 전원 인터페이스 회로의 내부 구조를 도시한다. 공급 전압 감지 회로(VS)는 구성 가능한 전자 제어기로 입력되는 공급 전압을 감시하고, 그 출력단에 해당 디지털 값을 공급한다. 공급 전압 감지 회로(VS)의 출력단은 2개의 디지털 비교기(DC1 및 DC2) 각각의 입력단에 연결된다. 각각의 디지털 비교기의 다른 입력단은 구성 메모리(M)가 공급한 기준 데이터(m)를 수신한다. 이들 디지털 비교기의 출력은 래치(LAq)를 제어하고 래치(LAq)는 신호(S1a)를 제어 회로(C)에 공급한다. 리셋 회로(R) 및 클록 발생기(G)는 구성 가능한 전원 인터페이스 회로(U)의 내부 동작을 위해 리셋 신호(r) 및 클록 신호(g)를 공급한다.
도 13은 한 실시예에 따른 네트워크 인터페이스 회로(N)의 내부 구조를 도시한다. 네트워크 인터페이스 회로(N)는 외부 네트워크로부터의 신호 라인에 연결되어 있으며, 네트워크와 구성 가능한 전자 제어기 사이에 호환성 전기 신호 레벨 및 타이밍을 공급하고 이들 사이에서 신호를 양방향 전달한다. 네트워크로부터 수신한 신호는 네트워크 프로토콜 복호화기 회로(network protocol decoder circuit)(NPD)에 의해 수신되는데, 네트워크 프로토콜 복호화기 회로는 수신한 신호로부터 유용한 정보를 추출하고 이를 신호(N2a)로 제어 회로(C)에 공급한다. 제어 회로(C)로부터 수신되어 네트워크로 전송될 신호는 네트워크 프로토콜 부호기(network protocol encoder)(NPE)에 의해 수신되는데, 네트워크 프로토콜 부호기는 프로토콜 정의 정보를 이 신호에 추가하고 이를 네트워크 인터페이스 회로(NIC)에 공급하여 외부 네트워크로 전송한다. 리셋 회로(R) 및 클록발생기(G)는 네트워크 인터페이스 회로(N)의 내부 동작을 위해 리셋 신호(r) 및 클록 신호(g)를 공급한다.
도 14는 세탁기(WM)에 적용된 구성 가능한 전자 제어기(CECI)를 도시한다. 구성 가능한 전자 제어기의 구성 메모리로부터의 구성 데이터는
a) 전자 제어기 내부에 위치하고 있으며 세탁기의 원하는 제어 기능을 수행하는 구성 가능한 제어 회로,
b) 세탁기의 세탁 모터(WM), 급수 밸브 솔레노이드(WFV), 배수 밸브 솔레노이드(WDV), 세제 공급 밸브 솔레노이드(DDV) 및 가열기(HT)를 구동하는 인터페이스 신호를 공급하는 구성 가능한 전자 제어기 내의 구성 가능한 출력 회로,
c) 수위 센서(WLS), 수온 센서(WTS), 덮개 열림 스위치(CS)와 인터페이스 접속하는 구성 가능한 입력 회로,
d) 세탁기의 제어 패널(CP)의 사용자 입력 장치 및 사용자 출력 장치와 인터페이스 접속하는 구성 가능한 사용자 인터페이스 회로,
e) 세탁기에 공급된 교류 입력 전력 공급을 감시하는 구성 가능한 전원 인터페이스 회로
를 구성한다.
구성 가능한 전자 제어기(CECI)는 수위 센서(WLS), 수온 센서(WTS) 및 덮개 열림 스위치(CS)로부터 수신한 신호 및 세탁 종류와 같은 사용자 선택 데이터를 사용하여, 원하는 방법으로 세탁기를 자동으로 동작시키도록 세탁 모터(WM), 급수 밸브(WFV), 가열기(HT), 세제 공급 밸브(DDV) 및 배수 밸브(WDV)를 제어한다.
도 15는 냉장고(RF)에 적용된 구성 가능한 전자 제어기(ECR)를 도시한다. 구성 가능한 전자 제어기의 구성 메모리로부터의 구성 데이터는
a) 전자 제어기의 내부에 위치하고 있으며 냉장고의 원하는 제어 기능을 수행하는 구성 가능한 제어 회로,
b) 냉장고 내의 냉장용 압축기(CM), 송풍기(BL0 및 BL1) 및 서리 방지용 가열기(HTR)를 구동하기 위한 인터페이스 신호를 공급하는 구성 가능한 전자 제어기의 구성 가능한 출력 회로,
c) 냉장고 내의 냉동기 온도(FS), 냉장실 온도 센서(MCS), 냉동실 온도 센서(CTS), 서리 방지용 가열기 온도 센서(DHS), 압축기 하우징 온도 센서(CS) 및 문 열림 스위치(DS)와 인터페이스 접속하는 구성 가능한 입력 회로,
d) 냉장고의 제어 패널(CP1)의 사용자 입력 장치 및 사용자 출력 장치와 인터페이스 접속하는 구성 가능한 사용자 인터페이스 회로,
e) 냉장고에 공급된 교류 입력 전력 공급을 감시하는 구성 가능한 전원 인터페이스 회로
를 구성한다.
온도 센서(FS), (MCS), (CTS) 및 (HTS)는 냉장고의 냉동기, 냉장실, 냉동실 및 서리 방지용 가열기 각각의 온도를 감지하고, 감지된 값에 해당하는 신호를 전자 제어기(ECR)의 입력단에 공급한다. 또한 센서(CS)는 압축기(CM)의 하우징에 연결된 과열 센서의 기능을 하며, 감지된 온도에 해당하는 신호를 전자 제어기(ECR)의 다른 입력단에 공급한다. 스위치(DS)는 문 상태 정보를 공급하며, 제어패널(CP1)의 키 스위치는 사용자 선택 데이터를 전자 제어기(ECR)의 다른 입력단에 공급한다. 전자 제어기(CEC2)의 출력은 압축기 구동 권선(RW), 압축기 시동 권선(SW), 송풍기(BL0, BL1) 및 가열기(HTR)를 구동하고, 또한 전자 제어기(ECR)의 제어 패널(CP1)에 표시장치를 제공하여 사용자를 피드백한다.
도 16은 HVAC 제어 장치(HVAC1)에 적용된 전자 제어기(HVC)를 도시한다. 전자 제어기의 구성 메모리로부터의 구성 데이터는
a) 전자 제어기 내부에 위치하고 있으며 HVAC 제어 장치의 원하는 제어 기능을 수행하는 제어 회로,
b) 통풍 송풍기(VBL), 공기 조절용 압축기(CM1) 및 공기 조절용 가열기(HT1)를 구동하는 인터페이스 신호를 공급하는 전자 제어기의 출력 회로,
c) 공기흐름 센서(AFS), 온도 센서(TS), 습도 센서(HS), 존재 센서(PS), 압축기 하우징 온도 센서(CS1)와 인터페이스 접속하는 입력 회로,
d) 제어 패널(CP2)의 사용자 입력 장치 및 사용자 출력 장치와 인터페이스 접속하는 사용자 인터페이스 회로,
e) HVAC 제어기에 공급된 교류 입력 전력 공급을 감시하는 전원 인터페이스 회로
를 구성한다.
온도 센서(TS)는 실내 온도를 감지하고, 습도 센서(HS)는 습도를 감지하고, 공기흐름 센서(AFS)는 공기 흐름을 감지하고 존재 센서(PS)는 실내 점유(occupancy) 정도를 감지한다. 센서 각각으로부터의 신호는 전자 제어기(HVC)의 입력단에 공급된다. 또한 센서(CS1)는 압축기(CM1) 하우징에 연결된 과열 센서의 기능을 하며, 감지된 온도에 해당하는 신호를 전자 제어기(HVC)의 다른 입력단에 공급한다. 제어 패널(CP2)의 키-스위치는 사용자-선택 데이터를 전자 제어기(HVC)의 다른 입력단에 공급한다. 전자 제어기(HVC)의 출력은 압축기 구동 권선(RW1), 압축기 시동 권선(SW1), 송풍기(VBL) 및 가열기(HT1)를 구동하며, 전자 제어기(HVC)의 제어 패널(CP2)에 표시장치를 공급하여 사용자를 피드백한다.
본 발명에 따라 아날로그 및 디지털 입력, 출력, 사용자 인터페이스 및 전원 인터페이스로 구성되며, 필요한 경우에는 최소의 물리적 변화와 낮은 경비를 가지며 아주 광범위한 제어 기능을 가지도록 구성 가능하게 설계된 제어 소자를 제공할 수 있다.

Claims (52)

  1. 제어 기능을 제공하는 제어 회로 및
    하나 이상의 부하 장치를 제어하기 위한 출력 신호를 공급하는 출력 인터페이스 회로
    를 포함하며,
    상기 제어 회로 및 출력 인터페이스 회로 각각은 상기 전자 제어기에 포함된 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 여러 가지 제어 기능 및 다양한 인터페이스에 대한 구성이 가능하도록 설계되는
    전자 제어기.
  2. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 아날로그 또는 디지털 입력 장치 또는 스위치에 접속되어 사용자 입력을 수신하며 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해, 여러 가지 인터페이스에 대한 구성이 가능하도록 설계되는 입력 인터페이스 회로를 추가로 포함하는 전자 제어기.
  3. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 아날로그 및/또는 디지털 입력 장치 및/또는 스위치 및/또는 오디오 입력 장치 및/또는 영상 센서를 포함하는 생물측정(biometric) 입력 장치와접속되어 사용자 입력을 수신하고, 하나 이상의 디스플레이 및/또는 오디오 장치에 연결되어 사용자에게 피드백을 제공하며, 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 여러 가지 인터페이스에 대한 구성이 가능하도록 설계되며, 오디오 인식 및/또는 생물측정 인식을 수행하는 수단을 선택적으로 포함하는 사용자 인터페이스 회로를 추가로 포함하는 전자 제어기.
  4. 제2항에 있어서,
    하나 이상의 아날로그 또는 디지털 입력 장치 또는 스위치와 접속되어 사용자 입력을 수신하고, 하나 이상의 디스플레이 또는 오디오 장치와 접속되어 사용자에게 피드백을 제공하며, 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 여러 가지 인터페이스에 대한 구성이 가능하도록 설계되는 사용자 인터페이스 회로를 추가로 포함하는 전자 제어기.
  5. 제1항에 있어서,
    전원에 접속되어 전원 조건을 감시하고 제어 신호를 공급하며, 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해, 여러 가지 인터페이스에 대한 구성이 가능하도록 설계되는 전원 인터페이스 회로를 추가로 포함하는 전자 제어기.
  6. 제2항에 있어서,
    전원에 접속되어 전원 조건을 감시하고 제어 신호를 공급하며, 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 여러 가지 인터페이스에 대한 구성이 가능하도록 설계되는 전원 인터페이스 회로를 추가로 포함하는 전자 제어기.
  7. 제3항에 있어서,
    전원에 접속되어 전원 조건을 감시하고 제어 신호를 공급하며, 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해, 여러 가지 인터페이스에 대한 구성이 가능하도록 설계되는 전원 인터페이스 회로를 추가로 포함하는 전자 제어기.
  8. 제4항에 있어서,
    전원에 접속되어 전원 조건을 감시하고 제어 신호를 공급하며, 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 여러 가지 인터페이스에 대한 구성이 가능하도록 설계되는 전원 인터페이스 회로를 추가로 포함하는 전자 제어기.
  9. 제1항에 있어서,
    네트워크 상에서 컴퓨터 및 다른 전자 제어기와 같은 다른 장치와 단방향 또는 양방향으로 데이터를 교환하는 네트워크 인터페이스 회로를 추가로 포함하는 전자 제어기.
  10. 제2항에 있어서,
    네트워크 상에서 컴퓨터 및 다른 전자 제어기와 같은 다른 장치와 단방향 또는 양방향으로 데이터를 교환하는 네트워크 인터페이스 회로를 추가로 포함하는 전자 제어기.
  11. 제3항에 있어서,
    네트워크 상에서 컴퓨터 및 다른 전자 제어기와 같은 다른 장치와 단방향 또는 양방향으로 데이터를 교환하는 네트워크 인터페이스 회로를 추가로 포함하는 전자 제어기.
  12. 제4항에 있어서,
    네트워크 상에서 컴퓨터 및 다른 전자 제어기와 같은 다른 장치와 단방향 또는 양방향으로 데이터를 교환하는 네트워크 인터페이스 회로를 추가로 포함하는 전자 제어기.
  13. 제5항에 있어서,
    네트워크 상에서 컴퓨터 및 다른 전자 제어기와 같은 다른 장치와 단방향 또는 양방향으로 데이터를 교환하는 네트워크 인터페이스 회로를 추가로 포함하는 전자 제어기.
  14. 제6항에 있어서,
    네트워크 상에서 컴퓨터 및 다른 전자 제어기와 같은 다른 장치와 단방향 또는 양방향으로 데이터를 교환하는 네트워크 인터페이스 회로를 추가로 포함하는 전자 제어기.
  15. 제7항에 있어서,
    네트워크 상에서 컴퓨터 및 다른 전자 제어기와 같은 다른 장치와 단방향 또는 양방향으로 데이터를 교환하는 네트워크 인터페이스 회로를 추가로 포함하는 전자 제어기.
  16. 제8항에 있어서,
    네트워크 상에서 컴퓨터 및 다른 전자 제어기와 같은 다른 장치와 단방향 또는 양방향으로 데이터를 교환하는 네트워크 인터페이스 회로를 추가로 포함하는 전자 제어기.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로 및 출력 인터페이스 회로는
    각각 특정 기능을 제공하는 복수의 공지된 회로 소자 형태를 포함하는 소정의 복수의 회로 소자 및
    필요한 정해진 방법으로 회로 소자를 상호접속하는 수단
    을 각각의 회로에 제공함으로써 구성되며,
    상기 회로 소자의 수 및 형태는 원하는 구성 각각의 기능적인 요구사항을 충족하도록 선택되며,
    상기 방법은 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 원하는 세트의 기능을 구현하는
    전자 제어기.
  18. 제2항에 있어서,
    상기 입력 인터페이스 회로는
    각각 특정 기능을 제공하는 복수의 공지된 회로 소자 형태를 포함하는 소정의 복수의 회로 소자 및
    필요한 정해진 방법으로 회로 소자를 상호접속하는 수단
    을 각각의 회로에 제공함으로써 구성되며,
    상기 회로 소자의 수 및 형태는 원하는 구성 각각의 기능적인 요구사항을 충족하도록 선택되며,
    상기 방법은 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 원하는 세트의 기능을 구현하는
    전자 제어기.
  19. 제3항에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스 회로는
    각각 특정 기능을 제공하는 복수의 공지된 회로 소자 형태를 포함하는 소정의 복수의 회로 소자 및
    필요한 정해진 방법으로 회로 소자를 상호접속하는 수단
    을 각각의 회로에 제공함으로써 구성되며,
    상기 복수의 형태의 회로 소자는 각각 특정 기능을 제공하고
    상기 회로 소자의 수 및 형태는 원하는 구성 각각의 기능적인 요구사항을 충족하도록 선택되며,
    상기 방법은 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 원하는 세트의 기능을 구현하는
    전자 제어기.
  20. 제5항에 있어서,
    상기 전원 인터페이스 회로는
    각각 특정 기능을 제공하는 복수의 공지된 회로 소자 형태를 포함하는 소정의 복수의 회로 소자 및
    필요한 정해진 방법으로 회로 소자를 상호접속하는 수단
    을 각각의 회로에 제공함으로써 구성되며,
    상기 복수의 형태의 회로 소자는 각각 특정 기능을 제공하고
    상기 회로 소자의 수 및 형태는 원하는 구성 각각의 기능적인 요구사항을 충족하도록 선택되며,
    상기 방법은 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 원하는 세트의기능을 구현하는
    전자 제어기.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는 연관 시퀀스 제어 회로 및 카운터ㆍ타이머를 가지며, 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 필요한 기능을 수행하도록 구성되는 게이트 어레이인 전자 제어기.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는 한 세트의 제어 프로그램을 포함하는 연관 프로그램 메모리, 연관 데이터 메모리 및 연관 카운터ㆍ타이머를 가지는 내장 마이크로콘트롤러이며,
    상기 제어 프로그램의 적합한 서브세트는 구성 메모리가 공급한 구성 데이터가 필요로 하는 기능을 수행하도록 선택되는
    전자 제어기.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는 한 세트의 제어 프로그램을 포함하는 연관 프로그램 메모리, 연관 데이터 메모리 및 연관 카운터ㆍ타이머를 가지는 내장 디지털 신호 프로세서(DSP)이며,
    상기 프로그램의 적합한 서브세트는 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 원하는 기능을 수행하도록 선택되는
    전자 제어기.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는 단순한 온-오프 제어 동작을 제공하는 기능적 특성을 포함하는 전자 제어기.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는 비례, 적분, 미분(proportional, Integral, derivative)(PID) 제어 동작을 제공하는 기능적 특성을 포함하는 전자 제어기.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는 실시간 이벤트에 기초하는 제어 기능을 제공하기 위하여 실시간 클록(RTC)을 포함하는 전자 제어기.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 출력 인터페이스 회로는 부하를 제어하는 일정 레벨의 신호 또는 펄스된 출력 신호를 제공하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 출력 각각에 대해 구성 가능하게 되는 전자 제어기.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 출력 인터페이스 회로는 부하를 제어하는 트라이액 구동 신호(triac-drive signal) 또는 계전기/접촉기 구동 신호 또는 MOSFET/IGBT 구동 신호 또는 트랜지스터 구동 신호를 제공하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 출력 각각에 대해 구성 가능하게 되는 전자 제어기.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 출력 인터페이스 회로는 부하를 제어하는 위상각 제어 신호, 적분 사이클 제어 신호, 또는 적분 반사이클 제어 신호를 제공하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 출력 각각에 대해 구성가능하게 되는 전자 제어기.
  30. 제1항에 있어서,
    상기 입력 인터페이스 회로는 원하는 값의 정전류 바이어스, 밸런싱된 브리지 인터페이스, AC 바이어스 공급 중에서 하나를 외부 신호원에 공급하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 입력 각각에 대해 구성 가능하게 되는 전자 제어기.
  31. 제2항에 있어서,
    상기 입력 인터페이스 회로는 입력 신호의 특성이 아날로그인 경우 입력 신호를 아날로그-디지털 변환하고, 입력 신호의 특성이 디지털인 경우 입력 신호를 아날로그-디지털 변환하지 않고 신호를 처리하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 입력 각각에 대해 구성 가능하게 되는 전자 제어기.
  32. 제2항에 있어서,
    상기 입력 인터페이스 회로는 기계적 스위치로부터 입력 신호를 수신하는 경우 입력 신호를 디바운싱(debouncing)하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 입력 각각에 대해 구성 가능하게 되는 전자 제어기.
  33. 제2항에 있어서,
    상기 입력 인터페이스 회로는 필요한 경우 수신된 신호를 처리하는 필터를 포함하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 입력 각각에 대해 구성 가능하게 되는 전자 제어기.
  34. 제2항에 있어서,
    상기 입력 인터페이스 회로는 필요한 경우 입력 신호를 처리하는 평균화 회로(averaging circuit)를 포함하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 입력 각각에 대해 구성 가능하게 되는 전자 제어기.
  35. 제3항에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스 회로는 외부 사용자 입력 장치가 요구하는 경우 원하는 정전류 바이어스를 공급하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 입력 각각에 대해 구성 가능하게 되는 전자 제어기.
  36. 제3항에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스 회로는 적외선/초음파/무선-주파수 원격 엔트리 장치(radio-frequency remote entry device)를 통해 사용자 입력을 수신하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성 가능하게 되는 전자 제어기.
  37. 제3항에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스 회로는 LED 표시장치, 진공 형광성 표시장치(vacuum fluorescent display) 또는 LCD 표시장치 중에서 하나를 구동하는 출력 신호를 공급하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성 가능하게 되는 전자 제어기.
  38. 제3항에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스 회로는 다중-숫자 7세그먼트 표시장치, 또는 막대 그래프 표시장치 중에서 하나를 구동하기 위한 출력 신호를 공급하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성 가능하게 되는 전자 제어기.
  39. 제3항에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스 회로는 톤(tone)을 생성하고 오디오 트랜스듀서를 구동하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성 가능하게 되는 전자 제어기.
  40. 제3항에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스 회로는 합성화된(synthesized) 음성 출력 신호를 생성하고 오디오 트랜스듀서를 구동하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성 가능하게 되는 전자 제어기.
  41. 제5항에 있어서,
    상기 전원 인터페이스 회로는 입력 교류 공급 전압을 감시하고 교류 공급 전압이 정해진 한계보다 크거나 또는 작은 경우 신호를 공급하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성 가능하게 되는 전자 제어기.
  42. 제5항에 있어서,
    상기 전원 인터페이스 회로는 입력 직류 공급 전압을 감시하고 직류 공급 전압이 정해진 한계보다 크거나 또는 작은 경우 신호를 공급하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성 가능하게 되는 전자 제어기.
  43. 제5항에 있어서,
    상기 전원 인터페이스 회로는 입력 교류 공급 전압을 감시하고 입력 교류 공급의 제로-교차 전압이 발생할 때마다 신호를 공급하도록 상기 구성 메모리가 공급한 구성 데이터에 의해 구성 가능하게 되는 전자 제어기.
  44. 제9항에 있어서,
    상기 네트워크 인터페이스 회로는 TCP/IP 네트워크에 대한 인터페이스를 제공하도록 구성되는 전자 제어기.
  45. 제9항에 있어서,
    상기 네트워크 인터페이스 회로는 CAN 버스 네트워크에 대한 인터페이스를 제공하도록 구성되는 전자 제어기.
  46. 제9항에 있어서,
    상기 네트워크 인터페이스 회로는 BACNet 네트워크에 대한 인터페이스를 제공하도록 구성되는 전자 제어기.
  47. 제9항에 있어서,
    상기 네트워크 인터페이스 회로는 BlueTooth 무선 네트워크에 대한 인터페이스를 제공하도록 구성되는 전자 제어기.
  48. 제1항에 있어서,
    상기 구성 메모리는 바람직하게는 비휘발성 메모리인 전자 제어기.
  49. 제3항에 있어서,
    상기 클록 발생기는 바람직하게는 32 ㎑ 내지 25 ㎒ 범위의 주파수를 가지는 발진기인 전자 제어기.
  50. 세탁기에서, 구성이 가능한 제어 회로, 출력 인터페이스 회로, 입력 인터페이스 회로, 사용자 인터페이스 회로, 전원 인터페이스 회로, 네트워크 인터페이스 회로 및 구성 메모리를 포함하는 전자 제어기에 있어서,
    상기 구성 메모리로부터의 구성 데이터는
    a) 선택된 세트의 저장 제어 프로그램을 사용하여 원하는 제어 기능을 공급하도록 내장 마이크로콘트롤러에 기초하는 구성 가능한 제어 회로를 구성하며,
    b) 세탁 모터, 급수, 배수 및 세제 공급 솔레노이드를 트라이액 제어 구동하도록 구성 가능한 출력 인터페이스 회로를 구성하며,
    c) 수온 센서 및 수위 센서를 바이어스 구동하며, 상기 센서로부터 수신한 아날로그 신호에 대하여 아날로그-디지털 변환, 적합한 감도, 오프셋 및 선형 보정, 노이즈 필터링 및 신호 평균화를 수행하도록 구성 가능한 입력 인터페이스 회로를 구성하며,
    d) 제어 패널 상의 키보드와 인터페이스 접속하여 사용자 선택 입력을 수신하고, 디지털 LCD 표시장치 및 오디오 버저(audio buzzer)를 구동하여 사용자에게 피드백을 제공하도록 구성 가능한 사용자 인터페이스 회로를 구성하며,
    e) 입력 교류 공급 전압을 감시하고 상기 전압이 지정된 한계 값을 벗어나는 경우 신호를 공급하도록 구성 가능한 전원 인터페이스를 구성하는
    전자 제어기.
  51. 가정용 냉장고에서 구성이 가능한 제어 회로, 출력 인터페이스 회로, 입력 인터페이스 회로, 사용자 인터페이스 회로, 전원 인터페이스 회로, 네트워크 인터페이스 회로 및 구성 메모리를 포함하는 전자 제어기에 있어서,
    상기 구성 메모리로부터의 구성 데이터는
    a) 선택된 세트의 저장 제어 프로그램을 사용하여 온도 제어 기능을 공급하도록 게이트 어레이 논리에 기초하는 구성 가능한 제어 회로를 구성하며,
    b) 냉장고 압축기, 서리 방지용 가열기 및 공기순환 송풍기ㆍ댐퍼(damper)를 트라이액 제어 구동하도록 구성 가능한 출력 인터페이스 회로를 구성하며,
    c) 온도 센서를 바이어스 구동하고, 상기 센서로부터 수신한 아날로그 신호에 대하여 아날로그-디지털 변환, 적합한 감도, 오프셋 및 선형 보정, 노이즈 필터링 및 신호 평균화를 수행하도록 구성 가능한 입력 인터페이스 회로를 구성하며,
    d) 제어 패널 상의 키보드 및 적외선 원격 제어기와 인터페이스 접속하여 사용자 선택 입력을 수신하고 디지털 LCD 표시장치 및 오디오 버저를 구동하여 사용자에게 피드백을 제공하도록 구성 가능한 사용자 인터페이스 회로를 구성하며,
    e) 입력 교류 공급 전압을 감시하고 상기 전압이 지정된 한계 값을 벗어나는 경우 신호를 공급하도록 구성 가능한 전원 인터페이스를 구성하는
    전자 제어기.
  52. HVAC 제어 시스템에서 구성이 가능한 제어 회로, 출력 인터페이스 회로, 입력 인터페이스 회로, 사용자 인터페이스 회로, 전원 인터페이스 회로, 네트워크 인터페이스 회로 및 구성 메모리를 포함하는 전자 제어기에 있어서,
    상기 구성 메모리로부터의 구성 데이터는
    a) 선택된 세트의 저장 제어 프로그램을 사용하여 공기 흐름 제어 및 온도 제어 기능을 공급하도록 내장 마이크로콘트롤러에 기초하는 구성 가능한 제어 회로를 구성하며,
    b) 공기 흐름 송풍기를 브러시리스 직류 모터 구동하고, 공기 조절용 압축기 모터를 트라이액 제어 구동하고, 공기 조절용 가열기를 적분 사이클 제어 구동하도록 구성 가능한 출력 인터페이스 회로를 구성하며,
    c) 온도 센서, 공기 흐름 센서 및 습도 센서를 바이어스 구동하고 상기 센서로부터 수신한 아날로그 신호에 대하여 아날로그-디지털 변환, 적합한 감도 오프셋 및 선형 보정, 노이즈 필터링 및 신호 평균화를 수행하도록 구성 가능한 입력 인터페이스 회로를 구성하며,
    d) 제어 패널 상의 키보드 및 적외선 원격 제어기와 인터페이스 접속하여 사용자 선택 입력을 수신하고, 디지털 LCD 표시장치 및 오디오 버저를 구동하여 사용자에게 피드백하도록 구성 가능한 사용자 인터페이스 회로를 구성하며,
    e) 입력 교류 공급 전압을 감시하고 상기 전압이 지정된 한계 값을 벗어나는 경우 신호를 공급하도록 구성 가능한 전원 인터페이스를 구성하는
    전자 제어기.
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