KR20020043975A - A current amplification circuit of the electric powered vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전동차량의 병렬 구동 FET의 구동 전류 증폭 회로 및 방법에 관한 것으로서, 특히 전동차량의 병렬 구동 FET에 인가되는 구동 전류를 증폭하여 인가해 여러 개의 FET를 동시에 구동하더라도 구동 전류를 충분하게 공급할 수가 있기때문에 스위칭 온/오프 타임을 짧게 하여 스위칭 손실을 줄일 수 있고, 또한 FET의 발열을 줄임으로서 전동차량을 안정하게 동작시킬 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving current amplification circuit and method for a parallel driving FET of an electric vehicle. In particular, the driving current is amplified and applied to the parallel driving FET of an electric vehicle to provide sufficient driving current even when several FETs are driven simultaneously. Since the switching on / off time is shortened, the switching loss can be reduced, and the electric vehicle can be stably operated by reducing the heat generation of the FET.
일반적으로 종래의 전기모터로 구동되는 전동지게차와 같은 전동차량의 병렬 구동 FET 전류 인가 방법은, 1개의 FET 구동 IC를 이용하여 병렬 연결된 여러개의 FET를 구동함으로서, 구동 전류가 부족하여 FET의 온/오프 타임이 길어져서 스위칭 손실이 많았고, 또한 FET의 발열로 인해서 전동차량을 안정하게 동작시킬 수가 없었다.In general, a parallel drive FET current application method for an electric vehicle such as an electric forklift driven by a conventional electric motor is driven by a plurality of FETs connected in parallel using one FET drive IC. Due to the long off time, there were many switching losses, and due to the heat generation of the FET, the electric vehicle could not be operated stably.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전동차량의 병렬 구동 FET에 인가되는 구동 전류를 증폭하여 인가해 여러 개의 FET를 동시에 구동하더라도 구동 전류를 충분하게 공급할 수가 있기 때문에 스위칭 온/오프 타임을 짧게 하여 스위칭 손실을 줄일 수 있고, 또한 FET의 발열을 줄임으로서 전동차량을 안정하게 동작시킬 수 있는 전동차량의 병렬 구동 FET 구동 전류 증폭 회로 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and the switching on because the driving current can be sufficiently supplied even when driving several FETs by amplifying and applying the driving current applied to the parallel driving FET of the electric vehicle. It is an object of the present invention to provide a parallel driving FET driving current amplifying circuit and method for an electric vehicle that can reduce switching loss by shortening the on / off time and also stably operate the electric vehicle by reducing the heat generation of the FET.
도 1은 본 발명에 따른 전동차량의 구동모터 구동을 위한 블록도,1 is a block diagram for driving a driving motor of an electric vehicle according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 FET 모듈 상세도.Figure 2 is a detailed view of the FET module according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 구동 증폭 전류 인가 순서도.3 is a driving amplification current application flow chart according to the present invention.
*도면의 주요부호 설명* Description of the main symbols in the drawings
10 : 제어단(로직 보드) 20 : FET 모듈10: control stage (logic board) 20: FET module
30 : 구동 IC 40 : 전류 증폭 회로30: drive IC 40: current amplification circuit
50 : 브레이크 FET 60 : 아마츄어 FET50: brake FET 60: amateur FET
70 : 구동 모터 80 : 아마츄어 코일70: drive motor 80: amateur coil
90 : 필드 코일90: field coil
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전동차량의 병렬 구동 전계효과 트랜지스터(FET)에 증폭된 구동전류를 공급하는 회로에 있어서, 입력되는 구동전류를 조절하기 위한 저항; 상기 저항에 의해 조절된 전류를, 각 게이트 단자에서 입력받아 증폭하는 N 채널과 P 채널의 2개 FET가 상보형으로 연결된 1쌍의 FET; 상기 FET를 보호하기 위한 다이오드; 및 상기 FET에서 증폭되어 병렬구동 FET로 전달되는 전류를 조절하기 위한 저항을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a circuit for supplying the amplified drive current to the parallel drive field effect transistor (FET) of the electric vehicle according to the present invention, a resistance for adjusting the input drive current; A pair of FETs complementarily connected to two FETs of an N-channel and a P-channel that receive and amplify the current controlled by the resistor at each gate terminal; A diode for protecting the FET; And a resistor for adjusting the current amplified by the FET and delivered to the parallel driving FET.
전동차량의 병렬 구동 전계효과 트랜지스터(FET)에 증폭된 구동 전류를 공급하는 방법에 있어서, 구동 집적회로(IC)로부터 발생된 구동 전류를 인가받는 제 1단계; 상기 인가된 전류를 조절하여 증폭하는 제 2단계; 상기 증폭된 전류를 조절하는 제 3단계; 및 상기 조절된 증폭 전류를 병렬 구동 FET로 인가하는 제 4단계를 포함하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 한다.A method of supplying an amplified driving current to a parallel driving field effect transistor (FET) of an electric vehicle, comprising: a first step of receiving a driving current generated from a driving integrated circuit (IC); A second step of controlling and amplifying the applied current; Adjusting the amplified current; And a fourth step of applying the regulated amplifying current to the parallel drive FET.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 전동차량의 구동 모터 구동을 위한 블록도로서, 전동차량을 구동하기 위해 온/오프(On/Off)의 제어신호를 인가하는 제어단(10), 제어단으로부터 인가된 신호로부터 FET의 온/오프 동작을 행하고, 온/오프의 비율에 따라 구동 모터에 인가되는 전압을 조절하는 FET 모듈(20), 그리고 인가된 전압으로 동작하는 구동 모터(70)로 구성된다. FET 모듈(20)은 제어단으로부터 인가된 신호를, 별도로 구성된 내부회로를 거쳐 규정된 전류를 발생시키는 구동 IC(30), IC로부터 발생된 전류를 인가받아 증폭하는 전류 증폭회로(40), 증폭회로에서 증폭된 전류를 인가받는 병렬 연결된 12개의 아마츄어(Armature) FET(60), 및 상기 IC(30)로부터 전류를 인가받는 병렬 연결된 12개의 브레이크(Brake) FET(50)로 구성된다. 구동 모터(70)는 아마츄어 코일(80)과 필드(Field) 코일(90)로 구성된다. 이들 FET는 한 개의 구동 IC(30)에서 출력되는 펄스 신호로 온/오프 동작을 하는데, FET는 게이트 단자와 소스 단자 사이에 전하를 축적하는 역할을 하는 커패시터(이하 Cgs라 한다)를 형성하고 있다. 따라서 만약에 N 채널형 FET 게이트 단자에 하이(High)전압이 인가되면 Cgs에 전하가 축적되고, 일정한 전하가 축적되면 드레인 단자와 소스 단자 사이가 도통된다. 그런데, 상기와 같이 구동 IC 하나로 12개의 FET를 구동시키면 구동 IC의 전류 용량이 작아서 FET를 스위칭 온/오프(FET의 Cgs를 충전하고 방전)하는데 많은 시간이 걸리게 되어 스위칭 손실이 발생하고, 결국은 FET가 발열되어 구동 모터(70)가 불안정하게 동작한다. 그러므로 구동 IC(30)와 FET 사이에 구동 전류 증폭 회로를 구성하여, 온/오프 신호를 구동 IC에서 인가받아 구동 전류를 발생시키고 발생된 전류를 증폭하여 FET에 공급하게 되면 FET가 온/오프하는 시간을 단축함으로서, 구동모터를 보다 안정된 상태에서 동작할 수 있게 할 수가 있다.1 is a block diagram for driving a driving motor of an electric vehicle according to the present invention, the control stage 10 for applying a control signal of the on / off (On / Off) for driving the electric vehicle, applied from the control stage The FET module 20 performs on / off operation of the FET from the signal, adjusts the voltage applied to the drive motor according to the ratio of on / off, and the drive motor 70 operates at the applied voltage. The FET module 20 includes a driving IC 30 for generating a prescribed current through a separately configured internal circuit, a current amplifying circuit 40 for receiving and amplifying a current generated from the IC, and amplifying the signal applied from the control terminal. 12 armature FETs 60 connected in parallel to receive amplified currents in the circuit, and 12 brake FETs 50 connected in parallel to receive current from the IC 30. The drive motor 70 is composed of an amateur coil 80 and a field coil 90. These FETs operate on / off with a pulse signal output from one driving IC 30. The FETs form a capacitor (hereinafter referred to as Cgs) that accumulates charge between the gate terminal and the source terminal. . Therefore, if a high voltage is applied to the N-channel FET gate terminal, charges are accumulated in Cgs, and if a constant charge is accumulated, the drain terminal and the source terminal become conductive. However, when driving 12 FETs with one driving IC as described above, the current capacity of the driving IC is small, which takes a long time to switch on / off the FET (charges and discharges the Cgs of the FET), resulting in switching loss. The FET generates heat and the drive motor 70 operates unstable. Therefore, a driving current amplification circuit is formed between the driving IC 30 and the FET, and when the on / off signal is applied from the driving IC to generate a driving current and amplify the generated current to supply the FET, the FET turns on / off By shortening the time, the drive motor can be operated in a more stable state.
도 2는 본 발명에 따른 FET 모듈 상세도이다. 전류 증폭 회로(40)의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다. 전류 증폭 회로의 구성을 N 채널과 P 채널의 두 FET를 상보형으로 연결하여 드라이버 IC(30)로부터 FET 게이트 단자에 온신호(High)가 입력되면 N 채널 FET 2(43)의 소스 단자와 드레인 단자가 도통되어, 소스 단자에 연결된 그라운드 전위, 즉 오프신호(Low)가 FET 4(60)의 게이트 저항 R 5(61)의 전단에 인가된다. 이때 저항 R 3(48)을 작게하면 할수록 FET 4(62)의 게이트 단자와 소스 단자 사이의 충전된 전류를 빨리 소거시킬 수 있어 오프타임을 짧게 할 수 있다. 그리고 FET 게이트 단자에 오프신호(Low)가 입력되면 P 채널 FET 1(42)의 소스 단자와 드레인 단자가 도통되어, 소스 단자에 연결된 Vdd 전위, 즉 온신호(High)가 FET 4(60)의 게이트 저항 R 5(61)의 전단에 인가된다. 이때 저항 R 2(45)의 값에따라 구동 최대 전류를 조절할 수도 있다. 상기에서 설명한 것처럼 구동 IC에서 인가된 온/오프신호가 반전되어 FET 4(60)에 전달된다. 따라서 온 듀티(On Duty)가 반대로 전달되게 된다. 예를 들면 35% 듀티는 65%로, 80% 듀티는 20% 듀티가 된다. 해결 방법은 로직 보드를 포함한 제어단에서 온/오프 신호를 반전시켜서 드라이버 IC(30)에 인가하거나 전류 증폭 회로를 하나 더 구성하는 방법을 적용할 수 있다. 사용된 다이오드 D1,D2(44,46)와 D3,D4(47,49)는 각각 FET1(42), FET(43)의 내장 다이오드이다. 실제로 사용된 실시예를 보면, FET 모듈에 사용된 구동 IC(30)의 전류 최대용량은 2 암페어, 전류 증폭용 FET 1, 2(42, 43)의 전류 최대 용량은 각 15 암페어를 사용하여 상기와 같이 전류를 증폭하여 FET 4(60)에 공급한다.2 is a detailed view of a FET module according to the present invention. The operating principle of the current amplifier circuit 40 will be described below. In the configuration of the current amplification circuit, two FETs of the N channel and the P channel are complementarily connected to each other, and when the on signal High is input from the driver IC 30 to the FET gate terminal, the source terminal and the drain of the N channel FET 2 43 The terminal is turned on so that the ground potential connected to the source terminal, that is, the off signal Low, is applied to the front end of the gate resistor R 5 61 of the FET 4 60. At this time, as the resistance R 3 (48) is smaller, the charged current between the gate terminal and the source terminal of the FET 4 (62) can be quickly erased, thereby shortening the off time. When the off signal Low is input to the FET gate terminal, the source terminal and the drain terminal of the P channel FET 1 42 are turned on so that the Vdd potential connected to the source terminal, that is, the on signal High, is connected to the FET 4 60. It is applied to the front end of the gate resistor R 5 (61). At this time, the driving maximum current may be adjusted according to the value of the resistor R 2 (45). As described above, the on / off signal applied from the driving IC is inverted and transmitted to the FET 4 60. Therefore, on duty is reversed. For example, 35% duty is 65%, 80% duty is 20% duty. The solution can be applied to the driver IC 30 by inverting the on / off signal at the control stage including the logic board or to configure one more current amplifying circuit. The diodes D1, D2 (44, 46) and D3, D4 (47, 49) used are the built-in diodes of the FET1 42 and the FET 43, respectively. In the embodiment actually used, the maximum current capacity of the drive IC 30 used in the FET module is 2 amps, and the maximum current capacity of the current amplification FETs 1, 2 (42, 43) is 15 amperes, respectively. The current is amplified and supplied to the FET 4 (60).
도 3은 본 발명에 따른 구동 증폭 전류 인가 순서도이다. 구동 IC로부터 전류가 인가되고(110), 인가된 전류는 저항을 통해 조절되어 상보형 FET에서 증폭된다(120). 그리고 증폭된 전류는 저항을 통해서 조절되어(130), 조절된 증폭 전류가 병렬 구동 FET의 게이트 단자로 인가되어(140) FET가 구동된다.3 is a flowchart illustrating a driving amplification current application according to the present invention. Current is applied from the drive IC 110, and the applied current is regulated through a resistor and amplified in the complementary FET 120. The amplified current is adjusted through a resistor 130, and the adjusted amplified current is applied to the gate terminal of the parallel driving FET 140 to drive the FET.
이상 설명한 바와 같이 전동차량의 병렬 구동 FET의 구동 전류 증폭 회로 및 방법은, 전동차량의 병렬 구동 FET에 드라이빙 전류를 충분히 공급함으로써, 스위칭 온/오프 타임을 짧게 하여 스위칭 손실을 줄일 수 있고 또한 FET의 발열을 줄여서 전동차량의 병렬 구동 FET를 안정 영역에서 구동할 수가 있어 전동차랑을 보다 안정한 상태로 동작시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the drive current amplification circuit and method of the parallel drive FET of an electric vehicle provide a sufficient driving current to the parallel drive FET of the electric vehicle, thereby shortening the switching on / off time and reducing the switching loss. By reducing the heat generation, the parallel drive FET of the electric vehicle can be driven in a stable region, which makes it possible to operate the electric car in a more stable state.
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