KR20080022753A - 차량의 모터 제어 장치 - Google Patents

Abstract

개시된 발명은 차량에 탑재된 배터리 전원, 상기 배터리 전원을 공급받아 구동하는 모터, 상기 모터에 상기 배터리 전원을 공급하기 위한 전원 공급회로를 포함한다. 상기 전원 공급회로는, 상기 모터에 전기적으로 연결된 복수 스위치와, 상기 복수의 스위치를 구동하기 위한 구동회로, 상기 구동회로를 제어하기 위한 제어부를 포함한다.

Description

차량의 모터 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING　MOTOR IN VEHICLE}

도 1은 종래 기술에 따른 차량의 모터 제어장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 차량의 모터 제어장치의 구성도이다.

도 3은 도 2의 각 부에 대한 신호 파형을 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 배터리 전원 12 : 모터

13 : 드라이버 14 : 마이컴

15 : 제어 로직 16 : 차지 펌프 회로

본 발명은 차량의 모터 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대용량의 파워 다이오드를 사용하지 않고 모터의 속도를 제어할 수 있도록 한 차량의 모터 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 전자제어 시스템을 적용한 차량에서는 솔레노이드나 모터 등과 같은 외부 부하를 구동하여 원하는 출력을 얻는다. 여기서 솔레노이드는 휠 실린더에 공급하는 제동압을 조절하기 위해 유압 회로에 설치하는 개폐 밸브에 적용하며, 모터는 유압 펌프를 구동하기 위한 동력원으로서 마련하는 것이다.

기존에는 원하는 출력을 내기 위하여 단순한 on/off 제어방식에 의해서 외부의 부하를 제어하였다. 이러한 단순 on/off 제어방식을 적용하는 경우 여러 제어상황에 맞게 다양하고 세밀한 제어를 할 수 없어 시스템의 성능을 향상시키는데 장애가 되었다.

ABS, ESP와 같은 차량 전자제어 시스템에 적용하는 모터를 정밀하게 제어하기 위해서는 모터 출력에 따라 제어 명령을 변화시키는 PWM 방식을 적용하고 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 따른 차량의 모터 제어 장치는, 모터(2)를 제어하기 위한 마이컴(4)을 포함한다. 마이컴(4)은 드라이버(3)에 제어 명령(IN)을 인가하고, 이에 응답하여 드라이버(3)가 온 시간의 듀티비를 제어하기 위한 구동신호(LSG)를 스위치(FET1)에 인가하고, 이에 따라 모터 구동 스위치(FET1)의 턴온 시간에 상응하여 배터리 전원(1)이 모터(2)에 공급하는 비율이 변화하여 모터 출력이 제어된다.

모터에 공급되는 전원을 차단하기 위해 스위치(FET1)가 턴 오프하는 경우, 모터(2)에서 역기전압이 발생하게 되며, 이 역기전압에 의해 스위치(FET1)가 손상되는 것을 방지하기 위해 프리휠링(freewheeling) 다이오드(Pd2)가 모터(2)에 병렬 접속되어 있고, 또한 역기전압이 프리휠링 다이오드(Pd2)를 통하여 배터리 전원(1)으로 흐르는 것을 방지하기 위해 리버스 프로텍션(reverse protection) 다이오드(Pd1)를 배터리 전원(1)과 모터(2) 사이에 연결한다.

상기 리버스 프로텍션 다이오드(Pd1)와 프리휠링 다이오드(Pd2)는 보통 20A 이상의 구동전류를 감당할 수 있는 대용량의 파워 다이오드를 사용하고 있다. 이와 같은 대용량의 파워 다이오드는 부품 사이즈가 커서 점유 공간을 많이 차지함에 따라 모듈 안에 콤팩트하게 설치하는데 장애가 되고, 또한 고가의 부품이어서 제조 단가의 증가로 인하여 경제적으로 부담이 되었다.

본 발명의 목적은 간단한 제어 로직과 스위치 소자를 이용하여 기존의 대용량 파워 다이오드를 대체함으로써 모듈 안에 콤팩트하게 설치할 수 있고 가격적인 부담을 극복할 수 있도록 한 차량의 모터 제어장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량에 탑재된 배터리 전원, 상기 배터리 전원을 공급받아 구동하는 모터, 상기 모터에 상기 배터리 전원을 공급하기 위한 전원 공급회로를 포함하며, 상기 전원 공급회로는, 상기 모터에 전기적으로 연결된 복수 스위치와, 상기 복수의 스위치를 구동하기 위한 구동회로, 상기 구동회로를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 복수 스위치는 상기 모터와 접지 사이에 연결된 제1스위치와, 상기 모터에 병렬 연결된 제2스위치를 포함한다.

상기 제어부는 상기 복수 스위치가 동시에 턴 온되지 않도록 상기 구동회로를 제어한다.

상기 구동회로는 상기 제1스위치를 구동하기 위한 제1구동부와 상기 제2스위치를 구동하기 위한 제2구동부를 포함하며, 상기 제어부는 턴 온된 어느 하나의 스 위치를 턴 오프하고 소정의 휴지 구간이 경과하고 나서 턴 오프된 다른 하나의 스위치를 턴 온하기 위해 상기 제1 및 제2구동부에 출력하는 제1 및 제2타이밍 제어신호의 타이밍을 적절히 형성한다.

상기 모터는 차량 전자제어 시스템의 유압 회로에 마련되는 유압 펌프를 구동하기 위한 동력원으로 사용한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

본 발명은 차량 전자제어 시스템의 유압 회로에서 유압 펌프를 구동하기 위한 동력원으로 모터를 사용하고, 시스템에서 요구하는 유압을 형성하기 위해 모터의 출력을 제어하는 경우 모터에 연결된 스위치 소자를 제어하는 PWM 방식을 이용한다.

도 2를 참고하여, 본 발명은 배터리 전원(11)과 모터(12)를 전기적으로 연결하고, 상기 모터(12)와 접지 사이에 제1스위치(FET1)를 직렬 연결한다. 제1스위치는 반도체 소자인 N채널 전계효과 트랜지스터를 사용한다.

제1스위치(FET1)가 턴 온하면 모터(12)에 배터리 전원(11)이 공급되고, 제1스위치(FET1)가 턴 오프하면 모터(12)에 공급되는 배터리 전원(11)이 차단된다.

모터(12)의 출력 즉 모터에 공급되는 전원의 인가 시간에 상응하는 턴 온 또는 턴 오프하는 동작은 마이컴(14)의 제어에 응답하는 제어로직(15)의 제2타이밍 제어신호(IN-2)에 따라 드라이버(13)가 출력하는 구동신호(LSG)에 의해 이루어진다. 즉, 제2타이밍 제어신호(IN-2)가 제1스위치를 턴 온하는 경우 드라이버(13)는 하이 레벨의 구동신호(LSG)을 제1스위치의 게이트에 인가하고, 제2타이밍 제어신호(IN-2)가 제1스위치를 턴 오프하는 경우 드라이버(13)는 로우 레벨의 구동신호(LSG)를 제1스위치의 게이트에 인가한다.

모터(12)에 병렬 연결한 제2스위치(FET2)의 동작은 개폐 스위치(SW)를 통해 인가되는 구동신호(HSG)에 의해 이루어진다. 여기서 제2스위치는 반도체 소자인 N채널 전계효과 트랜지스터를 사용하고, 개폐 스위치(SW)는 마이컴(14)의 제어에 응답하는 제어로직(15)의 제1타이밍 제어신호(IN-1)에 따라 온 또는 오프된다. 개폐 스위치(SW)의 일단에는 배터리 전원을 승압하여 출력하는 차지 펌프회로(16)가 연결되어 있으며, 제1타이밍 제어신호(IN-1)에 의해 개폐 스위치(SW)가 온되면 차지 펌프 회로(16)의 출력 전압 즉 제2스위치를 턴 온하기 위한 하이 레벨의 구동신호(HSG)를 제2스위치의 게이트에 인가한다. 제1타이밍 제어신호(IN-1)에 의해 개폐 스위치(SW)가 오프되면 차지 펌프 회로(16)의 출력 전압을 차단하며 이에 따라 제2스위치를 턴 오프하기 위한 로우 레벨의 구동신호(HSG)를 제2스위치의 게이트에 인가한다.

미 설명 부호 R은 배터리 전원과 제2스위치의 게이트 사이를 연결하는 동작 저항이다.

제1스위치(FET1)가 턴 오프하는 경우 모터(12)에서 역기전압이 발생하며, 이때 모터(12)에 병렬 연결한 제2스위치(FET2)가 턴 온 상태이면 모터에 의해 발생된 역기전압이 배터리 전원(11)측으로 흐르게 되는 문제가 발생되므로, 이를 방지하기 위해서는 제2스위치가 턴 온되지 않도록 제어하여야 한다. 이를 위해 제어 로 직(15)은 모터 출력을 제어하기 위한 마이컴(14)의 제어신호(IN)에 응답하여 제1스위치를 구동하기 위한 구동신호(LSG)와 제2스위치를 구동하기 위한 구동신호(HSG)가 서로 동시에 턴 온되지 않도록 소정 구간의 휴지구간(dead time)을 갖도록 제1타이밍 제어신호(IN-1)와 제2타이밍 제어신호(IN-2)를 출력한다.

도 3을 참고하여, 마이컴(14)의 제어신호(IN)가 하이 레벨인 경우 제어 로직(15)은 모터에 전원을 공급하기 위해 제1 및 제2타이밍 제어신호를 출력하며, 이에 따라 제1스위치(FET1)에 하이 레벨의 구동신호(LSG)가 인가되고 제2스위치(FET2)에 로우 레벨의 구동신호(HSG)가 인가된다.

마이컴(14)의 제어신호(IN)가 하이 레벨에서 로우 레벨로 전환하는 경우, 제어 로직(15)은 제어신호(IN)의 하강 에지에서 제1스위치(FET1)가 턴 오프되도록 제2타이밍 제어신호를 출력함과 동시에 제2스위치(FET2)는 오프 상태를 유지하도록 제1타이밍 제어신호를 출력한다. 이때 제1스위치가 오프되어 모터에서 역기전압이 발생하더라도 제2스위치가 오프 상태를 유지하고 있어서 역기전압은 배터리 전원측으로 흐르지 않고 모터의 내부저항에 의해 소모될 수 있도록 한다. 여기서 모터에 흐르는 전류(I_motor)는 제1스위치가 턴 온되는 구간에서 점차 증가하다가 턴 오프되는 시점을 기준으로 점차 감소한다.

이후 소정의 휴지시간(dead time)이 경과하면, 제어 로직(15)은 제2스위치(FET2)를 턴 온하기 위한 제1타이밍 제어신호를 출력한다. 휴지시간이 경과하고 나서 제2스위치에 하이 레벨의 구동신호(HSG)가 인가되어 턴 온된다. 이와 같이 제2스위치가 턴 온되고 제1스위치가 턴 오프되는 상태에서 모터에 인가되는 전원이 차단됨에 따라 모터의 전류(I_motor)는 감소한다.

이후 마이컴(14)의 제어신호(IN)가 로우 레벨에서 하이 레벨로 전환하는 경우, 제어 로직(15)은 제어신호(IN)의 상승 에지에서 제2스위치(FET2)가 턴 오프되도록 제1타이밍 제어신호를 출력하며 동시에 제1스위치(FET1)는 오프 상태를 유지하도록 제2타이밍 제어신호를 출력한다.

이후 소정의 휴지시간(dead time)이 경과하면, 제어 로직(15)은 제1스위치(FET1)를 턴 온하기 위한 제2타이밍 제어신호를 출력한다. 휴지시간이 경과하고 나서 제1스위치에 하이 레벨의 구동신호(LSG)가 인가되어 턴 온된다. 이와 같이 제1스위치가 턴 온되고 제2스위치가 턴 오프되는 상태에서 모터에 전원이 공급됨에 따라 모터의 전류(I_motor)는 점차 증가한다.

모터의 출력을 높이는 경우 마이컴(14)은 제어신호(IN)의 하이 레벨을 유지하는 구간을 길게 하고, 이와 달리 모터 출력을 낮추는 경우 마이컴(14)은 제어신호(IN)의 로우 레벨을 유지하는 구간을 길게 한다. 이때 모터 출력을 변화하기 위해 제어신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 전환하거나 로우 레벨에서 하이 레벨로 전환하는 경우 제1스위치와 제2스위치가 동시에 턴 온 되지 않도록 제어 로직에서 출력하는 제1 및 제2타이밍 제어신호의 타이밍을 적절하게 형성하여야 한다.

상기 설명한 바와 같이 본 발명에서는 제어 로직을 이용하여 제1 및 제2스위치 중 턴 온된 어느 하나를 턴 오프하고 나서 소정의 휴지 구간을 두고 오프된 다른 하나를 턴 온시킴으로써 동시에 복수 스위치가 턴 온되지 않도록 한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 간단한 제어 로직과 반도체 스위치 소자를 이용하므로 모듈 안에 콤팩트하게 설치할 수 있어 제품 제조 시 작업성이 뛰어날 뿐 아니라 저렴하게 구현할 수 있어 가격적인 부담을 극복할 수 있다.

Claims (5)

1. 차량에 탑재된 배터리 전원, 상기 배터리 전원을 공급받아 구동하는 모터, 상기 모터에 상기 배터리 전원을 공급하기 위한 전원 공급회로를 포함하며,

   상기 전원 공급회로는,

   상기 모터에 전기적으로 연결된 복수 스위치와, 상기 복수의 스위치를 구동하기 위한 구동회로, 상기 구동회로를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 모터 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 복수 스위치는 상기 모터와 접지 사이에 연결된 제1스위치와, 상기 모터에 병렬 연결된 제2스위치를 포함하는 차량의 모터 제어장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는 상기 복수 스위치가 동시에 턴 온되지 않도록 상기 구동회로를 제어하는 차량의 모터 제어장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 구동회로는 상기 제1스위치를 구동하기 위한 제1구동부와 상기 제2스위치를 구동하기 위한 제2구동부를 포함하며,

   상기 제어부는 턴 온된 어느 하나의 스위치를 턴 오프하고 소정의 휴지 구간이 경과하고 나서 턴 오프된 다른 하나의 스위치를 턴 온하기 위해 상기 제1 및 제2구동부에 출력하는 제1 및 제2타이밍 제어신호의 타이밍을 적절히 형성하는 차량 의 모터 제어장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 모터는 차량 전자제어 시스템의 유압 회로에 마련되는 유압 펌프를 구동하기 위한 동력원으로 사용하는 차량의 모터 제어 장치.

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