KR20080092688A - 차량의 쿨링팬 모터 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 쿨링팬(Cooling Fan)을 구동시키는 직류모터(DC Motor)의 제어에 관한 것으로 특히 직류모터(DC Motor)의 동작 제어시에 모터단의 전류를 검출하여 출력 전압을 보상하고 과전류의 유입을 차단시켜 일정하고 안정적으로 구동시키는 차량의 쿨링팬 모터 제어 장치에 관한 것이다.

본 발명은 쿨링팬을 구동시키는 직류모터, 직류모터의 구동신호를 미리 설정된 가변의 듀티를 갖는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation) 신호로 제공하는 ECU(Electric Control Unit), ECU로부터 직류모터의 구동신호를 수신하면 상기 직류모터와 연결된 FET의 게이트 단자에 구동 전압을 제공하여 턴온시켜 상기 직류모터를 회전시켜서 쿨링팬을 회전시키며 FET의 소드 단자에 연결되어 현재의 전류량을 검출하고 증폭하여 이상이 발생되면 FET로 제공되는 동작 전압을 보상하여 제어하여 안정적으로 제어하는 쿨링팬 컨트롤러를 포함한다.

쿨링팬, 쿨링팬 콘트롤러, ECU, MCU, 게이트 드라이버.

Description

차량의 쿨링팬 모터 제어 장치 {Apparatus of control cooling fan in a car}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 쿨링팬을 구동시키는 직류모터 제어 장치의 구성도.

도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 차량의 쿨링팬을 구동시키는 직류모터를 제어하는 순서도.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

20 : 배터리 22 : 점화스위치(Ignition switch)

24 : 릴레이(Rely) 26 : 쿨링팬 직류모터

28 : 쿨링팬(Cooling Fan) 30 : FET(field effect transistor)

32 : ECU(Engine Controller Unit)

34 : 입력신호처리부(Input signal Processing)

36 : MCU(Micro Control Unit)

38 : 게이트 드라이브 40 : 과전류보호부

42 : 전류센싱부 44 : 정밀저항

본 발명은 차량의 쿨링팬(Cooling Fan)을 구동시키는 직류모터(DC Motor)의 제어에 관한 것으로 특히 직류모터(DC Motor)의 동작 제어시 모터단의 전류를 검출하여 출력 전압을 보상하고 과전류의 유입을 차단시켜 일정하고 안정적으로 구동시키는 차량의 쿨링팬 모터 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 쿨링팬(Cooling Fan)은 차량의 엔진을 냉각시키는 장치로 쿨링 팬의 구동에는 모터가 사용되며 모터는 직류 모터를 이용하여 쿨링팬을 구동한다.

종래의 차량에 장착되는 쿨링팬의 구동은 엔진 제어부로부터 전달된 신호가 팬 콘트롤러(Fan Controller)에 입력되면, 듀티(DUTY) 조건에 따른 출력 전압을 MCU(Micro Control Unit)에서 듀티(Duty)를 변조하여 구동단에 출력하는 피드포워드(Feed forward) 방식으로 직류모터의 구동을 제어 하였다.

이때 고온이나 저온으로 인하여 소자의 특성 변화나 직류 모터의 이상이 발생될 수 있으며 이로 인한 전압 출력이 변경되는 경우 쿨링팬의 동작에 문제가 발생될 수 있으며 또한 엔진 시스템의 냉각에 문제가 발생될 수 있다.

종래의 쿨링팬을 구동하는 직류모터의 경우에는 동작 중에 발생될 수 있는 공급 전압과 전류 등의 변화에 대하여 대처할 수 없었으므로 이러한 변동이 발생되는 경우에도 별도의 조치 없이 쿨링팬을 구동시키므로 안전성에 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 자동차의 쿨링팬(Cooling Fan)을 구동시키는 직류모터(DC Motor)의 모터단 전류를 검출하고 모니터링하여 공급 전압을 일정하게 유지시켜 성능을 유지시키고 또한 모터단의 과전류 유입을 차단시켜 안정적으로 쿨링팬을 구동시키는 차량의 쿨링팬 모터 제어 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 차량용 쿨링팬(Cooling Fan)을 구동시키는 직류모터(DC Motor)의 제어 뿐만 아니라 산업용으로 활용되는 직류 모터의 제어에도 활용할 수 있는 차량의 쿨링팬 모터 제어 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 쿨링팬을 구동시키는 직류모터, 상기 직류모터의 구동신호를 미리 설정된 가변의 듀티를 갖는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation) 신호로 제공하는 ECU(Electric Control Unit), 상기 ECU로부터 상기 직류모터의 구동신호를 수신하면 상기 직류모터와 연결된 FET에 구동 전압을 제공하여 턴온시켜 상기 직류모터를 회전시키고 상기 FET의 단자에 연결하여 전압을 검출하고 이상이 발생되면 상기 FET로 제공되는 동작 전압을 보상하여 제어하는 쿨링팬 컨트롤러를 포함한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명 되며 그 이외 부분의 설명은 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 차량의 쿨링팬을 구동시키는 직류모터 제어 장치의 구성도를 도시한 것이다.

본 발명의 쿨링팬을 구동시키는 직류모터 제어 장치는 배터리(20), 점화스위치(Ignition switch)(22), 릴레이(Rely)(24), 쿨링팬 직류모터(26), 쿨링팬(Cooling Fan)(28), FET(field effect transistor) (30), ECU(Engine Controller Unit)(32), 입력신호처리부(Input signal Processing)(34), MCU(Micro Control Unit)(36), 게이트 드라이브(38), 과전류보호부(40), 전류센싱부(42), 정밀저항(44)을 포함한다.

본 발명의 쿨링 팬 컨트롤러부(200)는 FET(field effect transistor)(30), 입력신호처리부(34), MCU(Micro Control Unit)(36), 게이트 드라이브(Gate Drive)(38), 과전류보호부(Over Current Protection)(40), 전류센싱부(Current Sensing)(42), 저항(44)으로 이루어져 쿨링팬의 구동을 제어하고 동작을 파악한다.

ECU(Electric Control Unit)(32)는 엔진운전을 컨트롤 하며, 엔진 출력의 향상, 연소 소비량의 향상, 주행성능, 배출가스의 제어, 공전속도, 점화시기 등을 정밀 제어한다.

또한, ECU(Electric Controller Unit)(32)는 각종 센서들로부터 정보를 받아서 각종회로와 시스템을 가동하고, 자동차의 엔진, 변속기, 현가 장치, 오디오/비디오 등의 컨트롤을 한다.

쿨링팬 컨트롤러부(200)의 MCU(Micro Control Unit)(36)는 FET(30)를 제어하 여 쿨링팬 직류모터(26)를 제어하고, 전류센싱부(42)로부터 전류정보를 수신하여 피드백 제어한다.

본 발명은 차량에 장착되는 쿨링팬 모터의 제어에 관한 것으로, 보다 효율적으로 제어하기 위해 피드백 방식을 적용하여 오차율을 줄일 수 있는 제어 방식이다.

도 1의 동작을 설명하면, 점화스위치(22)가 온되면 릴레이(24)의 접점이 접속되고 12V 배터리(20)의 전원이 FET(30)의 드레인단으로 제공된다.

릴레이(24)의 접점이 접속되면 쿨링팬 직류모터(26)를 구동하기 위해 FET(30)가 턴온 하여야 쿨링팬(28)이 동작한다.

본 발명에서는 FET(30)를 턴온 시키기 위해 ECU(32)에서 쿨링팬 컨트롤러부(200)에서 제어를 한다.

쿨링팬 직류모터(26)를 제어하여 쿨링팬(28)의 구동이 필요한 것으로 판단되면, ECU(Electric Control Unit)(32)는 미리 설정된 가변의 듀티를 갖는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation) 신호를 쿨링팬 컨트롤러(200)의 입력신호 처리부(34)로 전송하고, 입력신호 처리부(34)는 수신된 신호를 MCU(36)로 전달 처리한다.

MCU(36)는 수신된 신호를 게이트 드라이버(38)로 제공하며 FET(30)를 온/오프 제어할 수 있는 크기의 전압을 게이트 드라이버(38)로 공급하여 FET(30)를 턴온시켜 쿨링팬 직류모터(26)를 구동시켜서 쿨링팬(28)을 회전시킨다.

이와 같이 쿨링팬 컨트롤러(200)는 미리 설정된 ECU(32)의 입력 신호를 받으면 쿨링팬 컨트롤러(200)의 MCU(36)에서 FET(30)를 온/오프 제어할 수 있는 크기의 전압을 게이트 드라이브(38)로 공급하여 FET(30)를 턴 온시켜 쿨링 팬 직류모터(26)를 회전시킨다.

쿨링팬 컨트롤러(200)의 MCU(36)는 ECU(32)로부터 엔진의 온도 등의 정보에 따른 제어신호를 수신하여 쿨링팬(28)의 회전속도를 제어하여 차량이 적정하게 냉각되도록 한다.

도 1의 과전류 보호부(40)는 FET(30)의 소스단에 연결되어 과전류(Over Current)가 이르는지 판단하고, 과전류가 흐르는 것으로 파악되면 MCU(32)는 쿨링 팬 직류모터(26)의 동작을 정지시켜 보호한다.

한편, 쿨링팬 직류모터(26)가 동작시에 여분의 전류는 도 1의 정밀 저항(44)을 거쳐서 그라운드로 빠지게 된다.

본 발명은 정밀 저항(44)으로 흐르는 전류를 전류센싱부(42)에서 수신 증폭시켜 감지된 전압을 파악하고, MCU(36)는 전류센싱부(42)를 통하여 수신되는 전압 정보를 이용하여 현재 쿨링팬 직류모터(26)의 정상 작동 여부를 판단하고, 공급 전압의 이상 유무와 편차를 판단하여 쿨링팬 직류모터(26)로 공급되는 출력 전압을 보상하여 제어한다.

MCU(36)는 전류센싱부(42)에서 제공되는 전압 정보를 기준 정보와 비교하여 현재 쿨링팬 직류모터(26)로 적정한 전압이 제공되는 지를 판단하고 출력 전압을 보상하여 제어한다.

따라서 본 발명은 차량 엔진의 과열이나 장기간의 구동으로 인하여 쿨링팬 컨트롤러(200)의 제어에 이상이 발생되어 공급전압이 변동되는 경우에도 이를 전류 센싱부(42)를 통하여 검출하고 피드백(Feedback) 제어하므로 쿨링팬 직류모터의 동작이 일정하고 안정적으로 동작하므로 쿨링팬(28)의 동작이 원활하게 되어, 제품의 내구성을 향상시키고 고장의 발생이 적게 된다.

도 2는 본 발명의 차량의 쿨링팬을 구동시키는 직류모터를 제어하는 순서도이다.

단계 301 내지 단계 303에서 점화스위치(22)가 온되면 릴레이(24)의 접점이 접속되고 12V 배터리(20)의 전원이 FET(30)의 드레인단으로 제공되며, ECU(Engine Controller Unit)(32)는 쿨링팬 직류모터(26)를 제어하여 쿨링팬(28)의 구동이 필요한 것으로 판단되면, 미리 설정된 가변의 듀티를 갖는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation) 신호를 쿨링팬 컨트롤러(200)의 입력신호 처리부(34)로 전송한다.

단계 305에서 입력신호 처리부(34)는 수신된 신호를 MCU(36)로 전달 처리한다.

단계 307 내지 단계 309에서 MCU(36)는 입력신호 처리부(34)에서 제어신호를 수신하면, FET(30)를 온/오프 제어할 수 있는 크기의 전압을 게이트 드라이브(38)로 공급하여 FET(30)를 턴온하고 쿨링팬 직류모터(26)를 구동시켜 쿨링팬을 동작시킨다.

단계 311 내지 단계 313에서 쿨링팬 직류모터(26)가 작동되어 쿨링팬(28)이 동작하면, 정밀 저항(44)으로 흐르는 전류를 전류센싱부(42)에서 수신 증폭시켜 전압을 파악하고, MCU(36)는 전류센싱부(42)를 통하여 수신되는 전압 정보를 이용하여 현재 쿨링팬 직류모터(26)의 정상 작동 여부를 판단하고, 공급 전압의 이상 유 무와 편차를 판단하여 쿨링팬 직류모터(26)로 공급되는 출력 전압을 보상하여 제어한다.

전류센싱부(42)는 증폭기를 설치하여 약한 전류를 증폭하여 전압을 감지한다.

MCU(36)는 출력 전압을 보상 제어시 전류센싱부(42)에서 제공되는 전압 정보를 기준 정보와 비교하여 현재 쿨링팬 직류모터(26)로 적정한 전압이 제공되는 지를 판단하고 출력 전압을 보상하여 제어한다.

따라서 본 발명은 차량 엔진의 과열이나 여러 원인으로 인하여 쿨링팬 직류모터의 작동에 문제가 발생되는 경우 전류센싱부(42)를 통하여 검출하고 피드백(Feedback) 제어하므로 쿨링팬 직류모터의 동작이 일정하고 안정적으로 동작한다.

또한, 본 발명에 의하여 쿨링팬 직류모터(26)의 동작을 전류센싱부(42)를 이용하여 피드백 제어하는 방식은 차량 뿐만 아니라 산업용 직류모터의 제어에도 활용할 수 있으므로 적용 범위가 매우 넓다.

지금까지 본 발명의 실시 예의 구성 및 동작에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형을 가할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다

언급한 바와 같이, 본 발명은 자동차의 쿨링팬(Cooling Fan)을 구동시키는 직류모터(DC Motor)의 모터쪽 전류를 검출하고 모니터링하여 공급 전압을 일정하게 유지시켜 성능을 유지시키고 또한 모터쪽의 과전류의 유입을 차단시켜 안정적으로 쿨링팬을 구동시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 차량의 쿨링팬을 작동시키는 직류모터의 제어를 피드백 방식으로 제어하므로 보다 안전정이며 장치의 내구성이 향상되는 효과가 있다.

또한 본 발명의 직류모터 제어 방식은 차량의 쿨링팬의 구동 외에도 산업용 직류 모터의 제어에도 활용할 수 있으며, 12V, 42V 차량은 물론이며 하이브리드 차량에 적용할 수 있다.

Claims (4)

1. 쿨링팬을 구동시키는 직류모터;

   상기 직류모터의 구동신호를 미리 설정된 가변의 듀티를 갖는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation) 신호로 제공하는 ECU(Electric Control Unit); 및

   상기 ECU로부터 상기 직류모터의 구동신호를 수신하면 상기 직류모터와 연결된 FET에 구동 전압을 제공하여 턴온하고 상기 직류모터를 회전시키고 상기 FET의 단자에 연결되어 전류를 검출하여 이상을 판별하고 이상 발생시에는 상기 FET로 제공되는 상기 구동 전압을 보상하여 제어하는 쿨링팬 컨트롤러를 포함하는 차량의 쿨링팬 모터 제어 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 쿨링팬 컨트롤러는

   ECU에서 전송하는 상기 펄스폭 변조 신호를 수신하여 제공하는 입력신호 처리부;

   FET의 게이트단에 전원을 제공하여 상기 직류모터를 온/오프시키는 게이트 드라이브;

   상기 FET의 소스단에 연결되어 전류를 정밀하게 파악하도록 하는 저항;

   상기 저항에 연결되어 전류를 검출 증폭하여 제공하는 전류센싱부; 및

   상기 입력신호 처리부에서 신호를 수신하면 상기 게이트 드라이브로 상기 FET의 온/오프 구동 전압을 제공하며, 상기 전류센싱부에서 증폭된 전류값을 수신하여 현재 상기 직류모터의 정상 작동 여부를 판별하고 이상 발생시에는 구동 전압을 제어하여 보상시키는 MCU를 포함하는 차량의 쿨링팬 모터 제어 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 직류모터는

   전원을 제공하는 배터리와 연결되며 상기 배터리에서 공급되는 전원을 상기 FET의 드레인 단자에 공급하여 구동하는 것을 포함하는 차량의 쿨링팬 모터 제어 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 쿨링팬 컨트롤러는 산업용 직류모터의 제어에 적용 가능함을 포함하는 차량의 쿨링팬 모터 제어 장치.

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