KR20060043566A - 모터 제어 장치 - Google Patents

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KR20060043566A
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타카유키 키후쿠
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미츠비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

과제
마이크로 컨트롤러 등으로 이루어지는 제어 수단이 작동하지 않을 때는, 상기 제어 수단에의 전력 공급을 차단함에 의해 대기 전력을 확실하게 저감하도록 한 모터 제어 장치를 제공하는 것이다.
해결 수단
배터리로부터 모터의 구동 수단에 직접, 고전압을 공급함과 함께, 상기 배터리의 전압을 스위칭 레귤레이터에서 강압하여 마이크로 컨트롤러 등으로 이루어지는 제어 수단에 전력을 공급하는 데 있어서, 상기 스위칭 레귤레이터를, 모터 제어 장치 외부로부터의 기동 신호에 의해 스위칭을 시작하고, 상기 모터 제어 장치 외부로부터의 제 1의 정지 신호와 상기 제어 수단으로부터의 제 2의 정지 신호에 의해 스위칭을 정지하도록 구성한 것.
모터, 제어

Description

모터 제어 장치{MOTOR CONTROL DEVICE}
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 차량탑재용의 스티어링 제어 장치를 도시한 회로도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 차량탑재용의 스티어링 제어 장치를 도시한 회로도.
도 3은 종래의 차량탑재용의 스티어링 제어 장치를 도시한 회로도.
♠도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♠
1 : 배터리 2 : 모터
3 : 제어 장치 4 : 스위칭 레귤레이터
5 : 제 3의 트랜지스터 6 : 제 4의 트랜지스터
31 : 제어 수단 32 : 모터 구동 수단
33 : 직렬 레귤레이터 41 : 제 1의 트랜지스터
47 : 제 2의 트랜지스터
기술 분야
본 발명은, 모터 제어 장치, 특히 전동 파워 스티어링 장치나 자동 조타 장치 등, 차량용의 모터 제어 장치에 관한 것이다.
배경 기술
종래, 대전력의 차량탑재 기기의 효율을 높이기 위해, 전원 전압을 높이는 것이 일반적으로 행하여지고 있다. 예를 들면, 승용차의 전원(배터리)은 통상 12V의 것이 사용되지만, 대전력이 필요한 트럭 등의 상용차의 전원은 24V가 일반적이다. 또한 근래, 차량탑재 기기의 증가에 수반하여 승용차에서도 전원 전압의 42V화가 검토되고 있다. 또한, 전기(電氣) 자동차에서는 200v나 3O0V 등, 더욱 고전압의 전원이 탑재되어 있다. 그런데, 각종 차량탑재 기기를 제어하는 제어 장치를 구성하는 마이크로 컨트롤러나 연산 증폭기 등은 3.3V, 5V, 8V 등의 저전압으로 동작하는 것이 일반적이다. 이와 같은 제어 장치에 높은 전원 전압을 공급하면 전원 회로의 전압 강하가 커지고, 손실이 증대하게 된다.
이와 같은 고전압계의 차량에 탑재되는 모터 제어 장치로서, 종래, 예를 들면 특허 문헌 1(특개2OO2-166837호 공보)에 나타내는 바와 같은 전동 파워 스티어링 장치가 알려져 있다. 이와 같은 전동 파워 스티어링 장치에서는, 도 3에 도시한 바와 같이 배터리(1)로부터 모터(2)의 구동 수단(32)에 직접, 고전압을 공급하는 한편, 상기 배터리(1)의 전압을 일단 스위칭 레귤레이터(4)에서 강압하여 직렬 레귤레이터(series regulator; 33)를 통하여 마이크로 컨트롤러 등으로 이루어지는 제어 수단(31)에 전력을 공급함으로써, 24V, 36V라는 비교적 고전압의 배터리(1)를 갖는 차량에 있어서도, 직렬 레귤레이터(33)에서의 급격한 전압 강하를 억제함에 의해 전력 손실을 저감함과 함께 모터 구동 수단(32)에는 배터리(1)로부터 전력을 직접 공급함으로써, 모터 구동 회로의 효율을 높이고, 전체로서 고효율의 제어 장치를 실현하는 것이다.
그런데, 이와 같은 전동 파워 스티어링 장치에서는, 마이크로 컨트롤러 등으로 이루어지는 제어 수단(31)의 동작·부동작에 관계없이, 스위칭 레귤레이터(4)는 항상 동작되는 것이고, 직렬 레귤레이터(33)에 전력을 계속 공급하는 구성으로 되어 있기 때문에, 배터리의 전력 소비가 무시할 수 없는 것으로 되어 있다. 예를 들면 일단 스위칭 레귤레이터(4)의 자려(自勵) 발진이 시작되면, 점화 스위치가 오프한 후에도 발진은 지속하기 때문에, 점화 스위치의 오프 기간에도 불구하고 배터리(1)의 전력 소비를 초래하게 된다.
[특허 문헌 1]
특개20O2-166837호 공보(도 1, 단락 (0O15) 참조)
본 발명은, 마이크로 컨트롤러 등으로 이루어지는 제어 수단이 작동하지 않을 때에는, 상기 제어 수단에의 전력 공급을 차단하도록 구성함에 의해 대기 전력을 확실하게 저감시킬 수 있는 모터 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 모터 제어 장치는, 배터리로부터 모터의 구동 수단에 직접, 전력을 공급함과 함께, 상기 배터리의 전압을 스위칭 레귤레이터에서 강압하여 마 이크로 컨트롤러 등으로 이루어지는 제어 수단에 전력을 공급하는 데 있어서, 상기 스위칭 레귤레이터는, 모터 제어 장치 외부로부터의 기동 신호에 의해 스위칭을 시작하고, 상기 모터 제어 장치 외부로부터의 제 1의 정지 신호와 상기 제어 수단으로부터의 제 2의 정지 신호에 의해 스위칭이 정지하도록 구성된 것이다.
또한, 본 발명에 관한 모터 제어 장치는, 배터리로부터 모터의 구동 수단에 직접, 전력을 공급함과 함께 상기 배터리의 전압을 스위칭 레귤레이터에서 강압하여 마이크로 컨트롤러 등으로 이루어지는 제어 수단에 전력을 공급하는 데 있어서, 상기 스위칭 레귤레이터는, 상기 제어 수단으로부터의 기동 신호에 의해 스위칭을 시작하고, 상기 제어 수단으로부터의 정지 신호에 의해 스이칭이 정지하도록 구성된 것이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
실시의 형태 1
도 1은, 본 발명을 차량탑재용의 스티어링 제어 장치에 적용한 한 실시예를 도시한 회로도이고, 도면 중 제어 장치(3)는, 도 3에 도시한 종래 장치와 마찬가지로 마이크로 컨트롤러 등으로 이루어지는 제어 수단(31)과, 상기 제어 수단(31)으로부터의 지시에 의거하여 모터(2)를 구동하는 구동 수단(32)과, 직렬 레귤레이터(33)로 구성되어 있다. 배터리(1)는 상기 모터 구동 수단(32)에 직접적으로 전력을 공급함과 함께, 마이크로 컨트롤러 등으로 이루어지는 제어 수단(31)에는 DC-DC 컨버터로 이루어지는 스위칭 레귤레이터(4)에 의해 배터리(1)로부터의 전압을 소정의 저전압으로 변환하여 가하고 있다.
여기서는 스위칭 레귤레이터(4)는 자려식 강압 초퍼 회로로 구성한 예를 도시하고 있다. 또한, 직렬 레귤레이터(33)는 스위칭 레귤레이터(4)로부터의 전압을 다른 소정의 안정 전압으로 변환함과 함께, 저전압시에는 리셋 신호를 발생하도록 구성된 것이다. 또한, 10은 해당 장치의 외부로부터 해당 장치에 기동 신호, 정지 신호를 주는 점화 스위치이다.
스위칭 레귤레이터(4)는, 배터리(1)의 전압을 단속(斷續)하기 위한 제 1의 트랜지스터(41)와, 제 1의 트랜지스터(41)의 컬렉터로부터의 단속적인 전압을 평활하기 위한 코일(42)과, 상기 코일(42)의 전류를 환류(還流)하기 위한 제 1의 다이오드(43)와, 상기 코일(42)과 함께 제 1의 트랜지스터(41)의 컬렉터로부터의 단속적인 전압을 평활하기 위한 콘덴서(44)와, 상기 코일(42)과 콘덴서(44)로 평활되는 스위칭 레귤레이터(4)의 출력 전압으로부터의 피드백 신호를 후술하는 제 2의 트랜지스터(47)에 입력하기 위한 제 2의 다이오드(45)와, 스위칭 레귤레이터(4)의 출력 전압을 결정하기 위한 참조 신호를 생성하는 제너 다이오드(46)와, 제 2의 다이오드(45)로부터의 피드백 신호와, 제너 다이오드(46)에 의한 참조 신호에 의거하여, 제 1의 트랜지스터(41)를 온·오프하고, 초퍼 동작시키는 제 2의 트랜지스터(47)로부터 주로 구성되어 있다. 본 발명에 관한 실시의 형태 1에서는, 특히 점화 스위치(10)에 의한 기동 정지 신호를 마이크로 컨트롤러(31)에 입력하기 위한 제 3의 트랜지스터(5)와, 마이크로 컨트롤러(31)로부터의 신호에 의해 스위칭 레귤레이터(4)의 발진을 정지시키기 위한 제 4의 트랜지스터(6)를 부가하고 있다.
다음에 이 회로의 동작에 관해 설명한다. 지금, 점화 스위치(10)가 온 하면, 배터리(1)로부터 저항(7)을 통하여 제 2의 트랜지스터(47)에 베이스 전류가 공급되어 제 2의 트랜지스터(47)가 온 한다. 이로써 배터리(1)로부터 제 1의 트랜지스터(41)의 베이스 전류가 흐르고, 제 1의 트랜지스터(41)가 온 한다. 제 1의 트랜지스터(41)가 온 하면, 제 1의 트랜지스터(41)의 컬렉터로부터 코일(42)을 통하여 콘덴서(44)에 전류가 흐르고, 스위칭 레귤레이터(4)의 출력 전압이 상승한다. 스위칭 레귤레이터(4)의 출력 전압은, 제 2의 다이오드(45)를 통하여 피드백 신호로서 제 2의 트랜지스터(47)의 이미터에 주어진다.
제 2의 트랜지스터(47)의 베이스에는, 제너 다이오드(46)에 의한 정전압이 참조 신호로서 주어져 있고, 상술한 피드백 신호와 비교되어 피드백 제어되고 있다. 즉, 참조 신호가 피드백 신호보다도 전압이 높은 경우에는, 제 2의 트랜지스터(47)가 온 하고, 제 1의 트랜지스터를 온 시킨다. 역으로 참조 신호가 피드백신호보다도 전압이 낮은 경우에는, 제 2의 트랜지스터(47)가 오프하고, 제 1의 트랜지스터(41)를 오프시킨다. 상기 제 1의 트랜지스터(41)의 온·오프 동작에 의해 발생하는 단속적인 전압은 코일(42)에 주어지고, 제 1의 트랜지스터(41)가 오프인 기간에는 코일(42)의 전류는 제 1의 다이오드(43)를 통하여 환류되고, 콘덴서(44)에 축적되고, 평활되는 것이다.
이상의 동작에 의해, 제 2의 다이오드(45)의 순방향 전압과, 제 2의 트랜지스터(47)의 베이스·이미터간 전압이 동등하다고 하면, 스위칭 레귤레이터(4)의 출력 전압은, 제너 다이오드(46)의 전압과 동등하게 되도록 피드백 제어되게 된다. 상기 스위칭 레귤레이터(4)의 출력 전압은, 다음에 직렬 레귤레이터(33)에 주어지 고, 소정의 전압으로 안정화된다. 직렬 레귤레이터(33)는 상술한 안정화된 전압을 마이크로 컨트롤러(31)의 전원으로서 공급함과 함께, 전압 저하시나 기동시에는 마이크로 컨트롤러(31)의 RES 단자에 리셋 신호를 준다. 직렬 레귤레이터(33)로부터 전력과 리셋 신호가 공급된 마이크로 컨트롤러(31)는 소정의 연산을 행하고, 모터 구동 회로(32)에 소정의 지시를 주고, 모터(2)를 구동한다.
다음에, 대기 전력의 저감 동작에 관해 설명한다. 지금, 점화 스위치(10)가 온 하고 있는 기간은, 배터리(1)로부터 제 3의 트랜지스터(5)에 베이스 전류가 흐르고, 제 3의 트랜지스터(5)가 온 한다. 이 제 3의 트랜지스터(5)의 온에 의해 마이크로 컨트롤러(31)에 기동 신호가 주어지게 되고, 마이크로 컨트롤러(31)가 작동하여 각종 차량탑재 기기의 제어가 시작된다. 이 상태에서, 점화 스위치(10)가 오프하면, 제 3의 트랜지스터(5)가 오프하고, 정지 신호로서 마이크로 컨트롤러(31)에 주어지고, 이에 수반하여 마이크로 컨트롤러(31)는, 모터(2)를 적절한 가속도로 감속하고 정지시킴과 함께, 소정의 데이터를 마이크로 컨트롤러(31)에 내장된 불휘발 메모리에 기억한다는 소정의 정지 처리를 행한다.
상기 정지 처리를 위한 소정 시간이 경과한 후, 마이크로 컨트롤러(31)는 제 4의 트랜지스터(6)의 베이스에 정지 신호를 공급하고, 제 4의 트랜지스터(6)를 온 시킴에 의해, 제 2의 트랜지스터(47)를 오프하고, 스위칭 레귤레이터(4)의 발진을 정지시킨다. 이로써, 제 1의 트랜지스터(41)는 오프되고, 배터리(1)로부터 마이크로 컨트롤러(31)에의 전력 공급은 차단되게 된다.
이상과 같이, 본 실시예에 있어서의 모터 제어 장치는, 마이크로 컨트롤러 (31)에 전력 공급하는 직렬 레귤레이터(33)에, 배터리(1)로부터 스위칭 레귤레이터(4)를 통하여 전력 공급하도록 구성되어 있기 때문에, 마이크로 컨트롤러(31)의 전원의 손실을 저감시킬 수 있고, 또한, 마이크로 컨트롤러(31)가 작동하지 않을 때는, 마이크로 컨트롤러(31)에의 전력 공급을 차단하도록 구성하였기 때문에, 모터 제어 장치(4)의 대기 전력을 아주 작게 할 수 있다.
또한, 모터 구동 회로(32)에는 배터리(1)로부터 직접 전력 공급하고, 마이크로 컨트롤러(31)에는 스위칭 레귤레이터(4)를 통하여 전력 공급하도록 구성되어 있어, 24V, 36V라는 고전압의 전원계를 갖는 차량에 탑재하는 경우에 있어서도, 마이크로 컨트롤러(31)의 전원의 손실을 저감시킬 수 있음과 함께, 모터(2)에는 고전압을 공급할 수 있고, 효율을 높일 수 있다.
또한, 여기서는 스위칭 레귤레이터(4)에는 강압(降壓) 초퍼 회로를 이용하였지만, 승강압(昇降壓) 초퍼 회로를 이용하여도 좋다. 이 경우는, 배터리(1)의 전압이 저하된 경우에도 마이크로 컨트롤러(31)를 안정되게 동작시킬 수 있다는 효과가 있다.
실시의 형태 2
이 실시의 형태 2에서는, 스위칭 레귤레이터(4)로서 타려식 초퍼 회로를 이용한 경우를 나타내고 있다. 도 2는 그 구체적인 회로 예를 도시한 도면이고, 상기 실시의 형태 1과 같은 기능을 갖는 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다. 상기 실시의 형태 1과 대비하여 다른 부분은, 코일(42)과 콘덴서(44)로 평활된 스위칭 레귤레이터(4)의 출력 전압으로부터의 피드백 신호를 제 2의 트랜지스터(47)에 입력하 기 위한 제 2의 다이오드(45)가 존재하지 않는 것과, 참조 신호를 생성하는 제너 다이오드(46)에 대신하여 저항(48)이 삽입되어 있는 점뿐이다. 그 밖의 구성은 중복을 피하기 위해 설명을 생략한다.
다음에 이 회로의 동작에 관해 설명한다. 점화 스위치(10)가 온 하면, 배터리(1)로부터 제 2의 트랜지스터(47)에 베이스 전류가 공급되어 제 2의 트랜지스터(47)가 온 하고, 제 1의 트랜지스터(41)의 베이스로부터 제 2의 트랜지스터(47)의 컬렉터에 전류가 흐르고, 제 1의 트랜지스터(41)가 온 한다. 제 1의 트랜지스터(41)가 도통하면, 제 1의 트랜지스터(41)의 컬렉터로부터 코일(42)을 통하여 콘덴서(44)에 전류가 흐르고, 스위칭 레귤레이터(4)의 출력 전압이 상승한다. 스위칭 레귤레이터(4)의 출력 전압은 다음에 직렬 레귤레이터(33)에 주어지고, 소정의 전압으로 안정화된다.
직렬 레귤레이터(33)는, 상술한 안정화된 전압을 마이크로 컨트롤러(31)의 전원으로서 공급됨과 함께, 전압 저하시나 기동시에는 마이크로 컨트롤러(31)에 리셋 신호를 준다. 이 시점에서는, 아직 스위칭 레귤레이터(4)는 스위칭 동작하지 않고. 제 1의 트랜지스터(41)는 포화 영역에서 온 하고 있다. 따라서, 직렬 레귤레이터(33)에는 배터리 전압과 마이크로 컨트롤러(31)의 전원 전압(Vcc)의 전위차가 생기고, 손실이 크다.
마이크로 컨트롤러(31)는, 기동하면 곧바로 제 4의 트랜지스터(6)를 소정의 주파수로 온·오프하고, 제 2의 트랜지스터(47)를 통하여 제 1의 트랜지스터(41)를 온·오프한다. 제 1의 트랜지스터(41)의 온·오프에 의해 발생하는 단속적인 전압 은 코일(42)에 주어지고, 제 1의 트랜지스터(41)의 오프의 기간에는 코일(42)의 전류는 제 1의 다이오드(43)로 환류되고, 콘덴서(44)에 축적되고, 평활된다. 이상의 동작에 의해, 예를 들면 트랜지스터(41)의 스위칭의 듀티비 50%의 경우에는, 스위칭 레귤레이터(4)의 출력 전압은 배터리(1)의 전압의 약 반분으로 된다.
점화 스위치(10)가 온 하고 있는 기간은 제 3의 트랜지스터(5)가 온 하고, 기동 신호로서 마이크로 컨트롤러(31)에 주어져 있다. 점화 스위치(10)가 오프하면, 제 3의 트랜지스터(5)가 오프하고, 정지 신호로서 마이크로 컨트롤러(31)에 주어지고, 마이크로 컨트롤러(31)는, 모터(2)를 적절한 가속도로 감속하고 정지시킴과 함께, 소정의 데이터를 마이크로 컨트롤러(31)에 내장된 불휘발 메모리에 기억한다는 소정의 정지 처리를 행한다. 상기 정지 처리에 필요한 소정 시간 후, 마이크로 컨트롤러(31)는 제 4의 트랜지스터(6)에 정지 신호를 공급한다. 이 신호에 의해 제 4의 트랜지스터(6)를 온 하고, 스위칭 레귤레이터(4)의 발진을 정지시킨다. 그 결과, 제 1의 트랜지스터는 오프되고, 배터리(1)로부터 마이크로 컨트롤러(31)에의 전력 공급이 차단된다.
이상과 같이, 스위칭 레귤레이터(4)를 타려식으로 하고, 클록을 마이크로 컨트롤러(31)로부터 공급하고, 스위칭 레귤레이터(4)의 출력 전압을 오픈 루프 제어로 함에 의해, 실시의 형태 1과 같은 효과를 얻으면서, 부품 점수를 삭감할 수 있다.
본 발명에 의한 모터 제어 장치는, 마이크로 컨트롤러 등으로 이루어지는 제 어 수단의 전력 손실을 저감함과 함께, 제어 수단이 작동하지 않을 때에는, 상기 제어 수단에의 전력 공급을 차단함에 의해 대기 전력을 확실하게 저감시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (10)

  1. 전원과, 상기 전원에 의해 전력이 공급되고 모터를 구동하는 모터 구동 수단과, 상기 전원에 의해 전력이 공급되는 스위칭 레귤레이터와, 상기 스위칭 레귤레이터에 의해 전력이 공급되어 상기 모터 구동 수단을 제어하는 제어 수단으로 이루어지는 모터 제어 장치에 있어서,
    상기 스위칭 레귤레이터는, 외부로부터의 기동 신호에 의해 스위칭을 시작하고, 외부로부터의 제 1의 정지 신호와 상기 제어 수단으로부터의 제 2의 정지 신호에 의해 스위칭이 정지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  2. 전원과, 상기 전원에 의해 전력이 공급되고 모터를 구동하는 모터 구동 수단과, 상기 전원에 의해 전력이 공급되는 스위칭 레귤레이터와, 상기 스위칭 레귤레이터에 의해 전력이 공급되어 상기 모터 구동 수단을 제어하는 제어 수단으로 이루어지는 모터 제어 장치에 있어서,
    상기 스위칭 레귤레이터는, 상기 제어 수단으로부터의 기동 신호에 의해 스위칭을 시작하고, 상기 제어 수단으로부터의 정지 신호에 의해 스위칭이 정지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 스위칭 레귤레이터로부터의 전압을 소정의 안정 전 압으로 변환하는 직렬 레귤레이터를 통하여 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스위칭 레귤레이터는, 전원 전압을 단속하기 위한 제 1의 트랜지스터와, 상기 제 1의 트랜지스터의 출력 전압을 평활하기 위한 평활 회로와, 상기 평활 회로를 구성하는 코일의 전류를 환류시키는 제 1의 다이오드와, 상기 평활된 출력 전압을 피드백하는 제 2의 다이오드와, 참조 신호를 생성하는 제너 다이오드와, 제 2의 다이오드로부터의 피드백 신호와, 제너 다이오드에 의한 참조 신호에 의거하여, 상기 제 1의 트랜지스터를 온·오프하고, 초퍼 동작시키는 제 2의 트랜지스터로 구성한 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 스위칭 레귤레이터는, 전원 전압을 단속하기 위한 제 1의 트랜지스터와, 상기 제 1의 트랜지스터의 출력 전압을 평활하는 평활 회로와, 상기 코일의 전류를 환류시키는 다이오드와, 상기 제어 수단으로부터의 신호에 의해, 상기 제 1의 트랜지스터를 온·오프하고, 초퍼 동작시키는 제 2의 트랜지스터로 구성한 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    외부로부터의 기동 신호 또는 정지 신호는, 점화 스위치의 온 신호 또는 오프 신호인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    점화 스위치에 의한 기동 신호 또는 정지 신호를 상기 제어 수단에 입력시키는 제 3의 트랜지스터와, 상기 제어 수단으로부터의 신호에 의해 스위칭 레귤레이터의 발진을 정지시키는 제 4의 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    점화 스위치에 의한 기동 신호 또는 정지 신호를 상기 제어 수단에 입력시키는 제 3의 트랜지스터와, 상기 제어 수단으로부터의 신호에 의해 스위칭 레귤레이터의 발진을 시작 또는 정지시키는 제 4의 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 스위칭 레귤레이터는, 강압 초퍼 회로인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 스위칭 레귤레이터는, 승강압 초퍼 회로인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
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