KR20080023875A - 밸브 구동용 솔레노이드의 전류제어장치 - Google Patents

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KR20080023875A
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Abstract

본 발명은 펄스폭변조 방식의 밸브 구동용 솔레노이드의 전류제어장치에 관한 것으로, 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 실시간으로 측정하여 솔레노이드 코일의 저항변화를 보상함으로서 솔레노이드의 구동 시 저항변화에 따른 전류오차를 최소화하도록 하는데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명은, 펄스폭변조 방식의 밸브 구동용 솔레노이드에 있어서, 상기 솔레노이드에 연결되어 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 검출하는 션트저항; 상기 션트저항에 의해 검출된 값을 증폭하여 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 실시간으로 측정하는 전류증폭부; 및 상기 션트저항 및 전류증폭부를 통해 측정된 코일 전류를 입력받아 전류변화에 따라 솔레노이드 코일의 저항변화를 실시간으로 보상하는 제어부를 포함하는 것이다.

Description

밸브 구동용 솔레노이드의 전류제어장치{Apparatus to control current of solenoid for a valve operation}
도 1은 종래에 의한 밸브 구동용 솔레노이드의 전류제어 회로도,
도 2는 본 발명에 의한 밸브 구동용 솔레노이드의 전류제어 회로도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 솔레노이드 20 : 제어부
30 : 기준전원공급부 40 : 전류증폭부
50 : 전류피드백부
본 발명은 펄스폭변조(PWM) 방식의 밸브 구동용 솔레노이드에 관한 것으로, 특히 솔레노이드 코일의 저항변화에 따른 전류오차를 최소화하여 원하는 제어성능을 확보하는 밸브 구동용 솔레노이드의 전류제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 전자제어시스템(ECU)은 솔레노이드나 모터 등과 같은 외부 로드(load)를 구동하여 원하는 출력을 얻는다. 이중에서 유압밸브(Hydraulic Unit Valve) 등을 구동하는 솔레노이드는 등가적으로 볼 때 저항(R)과 인덕턴스(L) 의 연결로 생각할 수 있으며, 솔레노이드에 발생되는 자기장(Magnetic Force)은 솔레노이드에 흐르는 전류에 비례한다. 따라서 밸브에 작용하는 자기장도 전류에 비례한다고 볼 수 있다.
이러한 밸브의 솔레노이드 전류제어를 위해 펄스폭변조(이하, PWM이라 한다) 구동하는 방식이 도 1에 제안되었다.
도 1을 참조하면, 저항(Rc) 및 코일(Lc)로 구성된 솔레노이드(10)에 배터리전원(VBAT; +12V) 인가를 위한 보호용 전계효과 트랜지스터(FET1)와, 솔레노이드(10) 코일(Lc)의 전류인가를 위한 제어용 전계효과 트랜지스터(FET2)를 연결하여 솔레노이드(10)의 구동을 위해 보호용 전계효과 트랜지스터(FET1)를 ON하여 차량용 배터리전원(VBA)이 인가되도록 하고, 제어부(20)의 PWM 구동신호에 따라 제어용 전계효과 트랜지스터(FET2)를 ON 또는 OFF하는 방식으로 솔레노이드(10) 코일(Lc)에 흐르는 전류를 제어하였다.
이러한 솔레노이드(10)의 PWM 구동회로에 있어서, 저항(Rc) 및 코일(Lc)로 구성된 솔레노이드(10)를 PWM 구동할 때, 저항(Rc) 및 코일(Lc)이 일정하면 전류는 PWM 듀티비(Duty Ratio)에 비례하므로 PWM 듀티비를 제어하여 밸브의 자기장을 선형적으로 제어하였다.
그런데, 솔레노이드(10) 코일(Lc)은 전류가 흐르면 전력을 소비하면서 발열하는 특성을 가지므로 이 경우 솔레노이드(10) 코일(Lc)의 저항값이 변화하면서 듀티비에 비례하는 자기장도 변화하여 원하는 전류를 안정되게 제어할 수 없게 된다.
이에, 종래에는 솔레노이드(10) 코일(Lc)의 전류제어를 위해 솔레노이드(10)가 구동하지 않을 때 저항 추정을 위한 임의의 구동을 위해 보호용 전계효과 트랜지스터(FET1)를 OFF하여 내부 전원(Vcc; 5V)이 인가되도록 하고, 저항 추정하고자 하는 솔레노이드(10) 코일(Lc)단의 제어용 전계효과 트랜지스터(FET2)를 ON한 뒤 도 1에 도시한 바와 같이, 전압(Vs1, Vs2)을 측정하여 아래의 [식 1]로부터 저항(Ro; 솔레노이드 코일 내부저항)을 추정하였다.
Ro = Vs2/(Vcc-Vs1) x Rref ..... [식 1]
따라서, 솔레노이드(10)의 실제 구동 시 제어부(20)의 PWM 구동신호에 따라 제어용 전계효과 트랜지스터(FET2)를 ON 또는 OFF하여 솔레노이드(10) 코일(Lc)에 흐르는 전류를 제어할 때 원하는 전류에 대한 듀티비 출력값에 추정된 저항값을 고려하여 보상된 듀티비를 가지고 전류를 제어하였다.
그런데, 솔레노이드(10)가 구동하지 않을 때 임의 구동을 하여 저항을 추정하는 종래 솔레노이드(10)의 전류제어장치는 출력하고 있는 동안에는 저항 추정이 불가능하여 솔레노이드(10)가 오랫동안 동작하여 코일(Lc)의 저항값이 변경될 경우 저항변화에 따른 밸브 제어특성이 온도변화의 영향을 받아 달라진다는 문제점이 있었다.
이는 밸브(예를 들어, 유압 브레이크 등) 구동의 단순성과 강인성을 확보해야 하는 측면에서 볼 때, 안전성이 저하되는 결과를 초래하였다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 실시간으로 측정하여 솔레노이드 코일의 저항변화를 보상함으로서 솔레노이드의 구동 시 저항변화에 따른 전류오차를 최소화할 수 있는 밸브 구동용 솔레노이드의 전류제어장치를 제공하는데 있다
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 펄스폭변조 방식의 밸브 구동용 솔레노이드에 있어서, 상기 솔레노이드에 연결되어 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 검출하는 션트저항; 상기 션트저항에 의해 검출된 값을 증폭하여 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 실시간으로 측정하는 전류증폭부; 및 상기 션트저항 및 전류증폭부를 통해 측정된 코일 전류를 입력받아 전류변화에 따라 솔레노이드 코일의 저항변화를 실시간으로 보상하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 솔레노이드의 구동 시 입력되는 전류변화에 따라 솔레노이드 코일의 저항값을 추정하여 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 션트저항 및 전류증폭부를 통해 측정된 코일 전류를 피드백하여 상기 제어부에 입력하는 전류피드백부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 밸브 구동용 솔레노이드의 전류제어 회로도로서, 솔 레노이드(10), 보호용 및 제어용 전계효과 트랜지스터(FET1, FET2), 제어부(20), 기준전원공급부(30), 션트저항(Rs), 전류증폭부(40), 전류피드백부(50) 및 플라이백 다이오드(D2)를 포함하며, 종래의 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 병기한다.
도 2에서, 상기 솔레노이드(10)는 유압밸브를 구동하기 위한 것으로, 등가적으로 볼 때 저항(Rc) 및 코일(Lc)로 구성된다.
상기 솔레노이드(10)에는 플라이백 다이오드(D2)가 병렬로 연결되어 있으며, 이 플라이백 다이오드(D2)는 상기 솔레노이드(10)의 전류제어를 위한 PWM 동작특성을 고려하여 보호회로를 구성한다.
상기 솔레노이드(10)에는 제어부(20)로부터 출력되는 PWM 구동신호에 따라 원하는 출력을 얻기 위해 ON/OFF되는 제어용 전계효과 트랜지스터(FET2)가 직렬로 연결되어 있으며, 이 제어용 전계효과 트랜지스터(FET2)는 PWM 듀티비에 비례하여 솔레노이드(10)에 흐르는 전류를 제어한다.
또한, 상기 솔레노이드(10)에는 제어용 전계효과 트랜지스터(FET2)의 오동작 시 회로를 보호하기 위한 보호용 전계효과 트랜지스터(FET1)가 직렬로 연결되어 있으며, 이 보호용 전계효과 트랜지스터(FET1)는 제어부(20)로부터 출력되는 구동신호를 전달받아 ON/OFF 동작하며 솔레노이드(10)에 차량용 배터리전원(VBAT)을 공급한다.
또한, 상기 솔레노이드(10)에는 기준저항(Rref) 및 역전압 방지용 다이오 드(D1)로 구성된 기준전원공급부(30)가 연결되어 기준전원(Vcc; 5V)을 공급받고, 상기 역전압 방지용 다이오드(D1)는 배터리전원(VBAT)과 기준전원(Vcc) 사이의 역출력을 방지하기 위한 것이다.
상기 보호용 전계효과 트랜지스터(FET1)와 솔레노이드(10) 사이에는 솔레노이드(10) 코일(Lc)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 션트저항(Rs)이 연결되며, 상기 션트저항(Rs)에는 전류증폭부(40)가 연결되어 션트저항(Rs)에 의해 검출된 값을 차동 증폭하여 솔레노이드(10) 코일(Lc)에 흐르는 전류를 실시간으로 측정한다.
상기 전류증폭부(40)를 통해 실시간으로 측정된 솔레노이드(10) 코일(Lc) 전류는 전류피드백부(50)를 거쳐 제어부(20)에 입력되고, 상기 제어부(20)는 솔레노이드(10)의 구동 중에 솔레노이드(10) 코일(Lc)의 저항변화를 보상함으로서 솔레노이드(10)의 구동시 저항변화에 따른 전류오차를 최소화하도록 PWM 듀티비를 보상하게 된다.
이하, 상기와 같이 구성된 밸브 구동용 솔레노이드의 전류제어장치의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.
먼저, 솔레노이드(10)의 구동을 위해 제어부(20)에서 보호용 전계효과 트랜지스터(FET1)를 ON하여 차량용 배터리전원(VBAT)이 솔레노이드(10)에 인가되도록 한다.
그리고, 제어부(20)는 PWM 구동신호에 따라 제어용 전계효과 트랜지스터(FET2)를 ON 또는 OFF하여 솔레노이드(10) 코일(Lc)에 흐르는 전류를 제어함으로 서 솔레노이드(10)의 구동이 시작된다.
이와 같이, 솔레노이드(10)의 구동이 시작되면 솔레노이드(10) 코일(Lc)에 흐르는 전류를 솔레노이드(10)에 연결된 션트저항(Rs)에서 실시간으로 검출하여 전류증폭부(40)에 출력한다.
따라서, 전류증폭부(40)에서는 션트저항(Rs)에 의해 검출된 값을 차동 증폭하여 솔레노이드(10) 코일(Lc)에 흐르는 전류를 측정한다.
상기 션트저항(Rs)과 전류증폭부(40)를 통해 측정된 솔레노이드(10) 코일(Lc) 전류는 전류피드백부(50)를 거쳐 실시간으로 제어부(20)에 입력되고, 제어부(20)는 솔레노이드(10)의 구동 시에 입력되는 전류변화에 따라 솔레노이드(10) 코일(Lc)의 저항변화를 실시간으로 보상한다.
이에 따라, 솔레노이드(10)의 실제 구동 시 코일(Lc)의 저항값이 온도변화의 영향을 받아 변경되더라도 제어부(20)에서 솔레노이드(10) 코일(Lc)의 저항변화를 실시간으로 보상하여 전류오차를 최소화함으로서 원하는 제어성능을 확보할 수 있게 된다.
상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 밸브 구동용 솔레노이드의 전류제어장치에 의하면, 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 실시간으로 측정하여 솔레노이드 코일의 저항변화를 보상함으로서 솔레노이드의 구동 시 저항변화에 따른 전류오차를 최소화하여 원하는 제어성능을 확보할 수 있다는 효과가 있다.
상기에서 설명한 것은 본 발명에 의한 밸브 구동용 솔레노이드의 전류제어장 치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (3)

  1. 펄스폭변조 방식의 밸브 구동용 솔레노이드에 있어서,
    상기 솔레노이드에 연결되어 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 검출하는 션트저항;
    상기 션트저항에 의해 검출된 값을 증폭하여 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 실시간으로 측정하는 전류증폭부; 및
    상기 션트저항 및 전류증폭부를 통해 측정된 코일 전류를 입력받아 전류변화에 따라 솔레노이드 코일의 저항변화를 실시간으로 보상하는 제어부를
    포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 구동용 솔레노이드의 전류제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 솔레노이드의 구동 시 입력되는 전류변화에 따라 솔레노이드 코일의 저항값을 추정하여 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 밸브 구동용 솔레노이드의 전류제어장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 션트저항 및 전류증폭부를 통해 측정된 코일 전류를 피드백하여 상기 제어부에 입력하는 전류피드백부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 구동용 솔레노이드의 전류제어장치.
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KR101029942B1 (ko) * 2006-06-27 2011-04-19 주식회사 만도 차량용 솔레노이드 전류 제어 회로
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