KR20130127621A - 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로 - Google Patents

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Abstract

솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로는 선형 트랜지스터, 전류 감지 센서, 및 마이크로 콘트롤러 유닛을 포함한다. 선형 트랜지스터는 전원과 솔레노이드 밸브의 코일의 사이에 위치하여 드레인 단자와 소스 단자가 연결되고, 전류 감지 센서는 솔레노이드 밸브의 코일에 흐르는 전류를 측정하고, 마이크로 콘트롤러 유닛은 미리 설정된 목표 전류값과 측정 전류값의 오차에 따라 선형 트랜지스터의 게이트 단자에 공급되는 전압을 제어한다.

Description

솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로 {CONTROL CIRCUIT FOR SOLENOID VALVE COIL}
본 발명은 차량의 브레이크 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 브레이크의 작동 시 휠 실린더에 공급되는 유압을 조절하는 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 브레이크 시스템은 브레이크 페달과 연동되어 주행하는 차량을 서행하게 하거나 멈추게 하기 위해 작동되는 시스템을 말한다. 예를 들어, ABS(Anti-lock Brake System) 시스템은 차량이 주행하는 노면의 조건에 따라 브레이크압을 조절하여, 차량의 제동 시 핸들의 조향 성능을 유지하면서 각 바퀴의 제동을 제어하는 것이다.
이러한 ABS 시스템은 부스터, 마스터 실린더, 전자 제어 유닛(ECU; Electronic Control Unit), 유압 제어 유닛(HCU, Hydraulic Control Unit), 휠 속도 센서, 및 페달 변위 센서 등으로 구성된다. 이 중 유압 제어 유닛은 솔레노이드 밸브의 개폐를 조절하여 운전자가 요구하는 압력에 따라 휠 실린더에 공급되는 브레이크압을 제어한다.
솔레노이드 밸브는 전기 신호로 구동되는 방향 제어 밸브로서, 다양한 브레이크 시스템에 사용된다. 솔레노이드 밸브는 자기장의 힘을 이용하여 유압의 방향을 전환할 수 있으며, 이를 위해 자기 코어가 되는 코일을 구비한다. 솔레노이드 밸브는 코일에 의해 형성된 자기장의 힘에 따라 밸브의 스풀이 이동되면서 작동되고, 코일에 의해 형성되는 자기장의 힘은 코일을 흐르는 전류의 세기에 비례하게 된다.
도 1은 종래의 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로는 마이크로 콘트롤러 유닛(100), 및 전류 제어 유닛(200)을 포함한다.
마이크로 콘트롤러 유닛(100)은 목표 전류값을 설정하여 전류 제어 유닛(200)에 전송한다. 마이크로 콘트롤러 유닛(100)과 전류 제어 유닛(200)은 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신 방식을 이용하여 각종 정보를 송수신 할 수 있다.
전류 제어 유닛(200)은 비례 적분(PI; Proportional Integral) 제어부, 펄스 폭(PWM; Pulse Width Modulation) 변조부, 및 트랜지스터(230)를 포함한다.
PI 제어부(210)는 마이크로 콘트롤러 유닛(100)으로부터 목표 전류값을 전송 받고, 트랜지스터(230)의 소스(S) 단자로부터 피드-백(feed-back) 전류값을 수신 하고, 목표 전류값과 피드-백 전류값의 오차를 적분하여 생성되는 제어 신호를 PWM 변조부(220)에 전송한다.
PWM 변조부(220)는 PI 제어부(210)로부터 전송된 제어 신호에 따라 PWM 신호의 듀티를 조정하여 트랜지스터(230)에 전송한다. PWM 신호의 듀티는 PWM 신호의 주기에서 High Side의 폭 또는 Low Side의 폭을 의미한다.
트랜지스터(230)는 PWM 변조부(220)로부터 전송되는 PWM 신호에 따라 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off) 된다. 트랜지스터(230)가 턴-온 되는 시간이 길어질 수록 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 공급되는 평균 전류의 크기가 커지게 된다. 트랜지스터(230)는 일 예로 모스 전계 효과 트랜지스터 (MOSFET; Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)일 수 있다.
전류 제어 유닛(200)은 일 예로 주문형 반도체(ASIC; Application Specific
Integrated Circuits)의 형태로 설계될 수 있다.
종래의 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로에 의하면, 전류 제어 유닛(200)을 사용하여 PWM 신호의 듀티를 조정함으로써 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 흐르는 전류를 목표 전류값으로 제어할 수 있다. 그리고, 솔레노이드 밸브의 코일(300)의 온도 상승으로 열저항이 증가하여 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 흐르는 전류가 감소되면, 전류 제어 유닛(200)은 PWM 신호의 듀티를 재조정하여 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 흐르는 전류가 일정하게 유지되도록 할 수 있다.
이와 같은 경우 마이크로 콘트롤러 유닛(100)에 의해 목표 전류값이 설정되면, 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 흐르는 전류의 제어는 전류 제어 유닛(200)이 수행하게 된다. 그리고, 솔리노이드 밸브의 코일(300)에 흐르는 전류값에 따라 솔레노이드 밸브가 개폐된다.
이와 같은 종래의 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로는 PWM 변조 방식을 사용하고 변조된 주파수의 대역은 대략 1 내지 5 KHz 내외이기 때문에, 상시 동작하는 회생 제동용 브레이크 시스템(AHB; Active Hydraulic Booster)의 경우, 또는 브레이크 시스템이 차량의 실내와 가깝게 설치되는 경우, PWM 변조에 의한 고주파 노이즈가 차량의 실내로 유입되어 운전자 또는 동승자가 불쾌한 소음을 들을 수 있다.
이와 같은 고주파 노이즈는 현재 PWM 변조 방식에서 사용하는 주파수의 대역이 대부분 가청 주파수 대역이기 때문이며, 이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 가청 주파수 대역을 벗어나서 PWM 변조를 수행하거나, 코일(300)에 공급되는 전류를 단순하게 온/오프(On/Off) 할 수 밖에 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고주파 노이즈가 발생하지 않는 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로는 전원과 솔레노이드 밸브의 코일의 사이에 위치하여 드레인 단자와 소스 단자가 연결되는 선형 트랜지스터, 상기 솔레노이드 밸브의 코일에 흐르는 전류를 측정하는 전류 감지 센서, 및 미리 설정된 목표 전류값과 상기 측정 전류값의 오차에 따라 상기 선형 트랜지스터의 게이트 단자에 공급되는 전압을 제어하는 마이크로 콘트롤러 유닛을 포함한다.
또한, 상기 마이크로 콘트롤러 유닛은, 상기 전류 감지 센서가 측정한 아날로그 전류값을 디지털 신호로 변환하는 ADC 변환부, 상기 목표 전류값과 상기 디지털 신호로 변환된 측정 전류값의 오차를 적분하여 제어 신호를 생성하는 PI 제어부, 및 상기 PI 제어부가 생성한 제어 신호를 아날로그 전압으로 변환하여 상기 선형 트랜지스터의 게이트 단자에 공급하는 DAC 변환부를 포함한다.
또한, 상기 선형 트랜지스터는, 상기 게이트 단자에 공급되는 전압에 따라 상기 소스 단자에서 출력되는 전압이 가변된다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로는 전원과 솔레노이드 밸브의 코일의 사이에 위치하여 드레인 단자와 소스 단자가 연결되는 선형 트랜지스터, 상기 솔레노이드 밸브의 코일에 흐르는 전류를 측정하는 전류 감지 센서, 미리 설정된 목표 전류값과 상기 측정 전류값의 오차에 따라 제어 신호를 생성하는 마이크로 콘트롤러 유닛, 및 상기 마이크로 콘트롤러 유닛이 생성한 제어 신호를 아날로그 전압으로 변환하여 상기 선형 트랜지스터의 게이트 단자에 공급하는 DAC
변환 유닛을 포함한다.
또한, 상기 마이크로 콘트롤러 유닛은, 상기 전류 감지 센서가 측정한 아날로그 전류값을 디지털 신호로 변환하는 ADC 변환부, 및 상기 목표 전류값과 상기 디지털 신호로 변환된 측정 전류값의 오차를 적분하여 제어 신호를 생성하는 PI 제어부를 포함한다.
또한, 상기 선형 트랜지스터는, 상기 게이트 단자에 공급되는 전압에 따라 상기 소스 단자에서 출력되는 전압이 가변된다.
본 발명에 따르면, DAC(Digital to Analog Converter) 변환 구성 요소와 선형 트랜지스터를 사용하여 전류를 제어하기 때문에, 솔레노이드 밸브의 코일에 흐르는 전류에 오차가 존재하지 않을 뿐만 아니라, PWM 변조 방식을 사용하지 않기 때문에, 고주파 노이즈가 차량의 실내로 유입되어 발생되는 소음도 존재하지 않는 효과가 있다.
도 1은 종래의 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 솔레노이드 밸브의 코일에 흐르는 전류를 비교하여 개략적으로 도시하는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하면 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로는 마이크로 콘트롤러 유닛(400), 트랜지스터(500), 및 전류 감지 센서(600)를 포함한다.
마이크로 콘트롤러 유닛(400)은 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로의 전반적인 동작을 제어하며, 미리 저장된 프로그램 또는 사용자가 입력한 정보에 따라 작동할 수 있다. 이를 위해, 마이크로 콘트롤러 유닛(400)은 ADC(Analog to Digital Converter) 변환부, PI 제어부(420), 및 DAC(Digital to Analog Converter) 변환부를 포함한다.
ADC 변환부(410)는 전류 감지 센서(600)로부터 측정된 전류값을 전송 받고, 측정된 아날로그 전류값을 디지털 신호로 변환하여 PI 제어부(420)에 전송 한다.
PI 제어부(420)는 하드웨어 또는 소프트웨어 형태로 구비되어, 미리 저장된프로그램 또는 사용자가 입력한 정보에 대응되는 목표 전류값에 따라 제어 신호를 생성한다. PI 제어부(420)는 ADC 변환부(410)로부터 전류 감지 센서(600)가 측정한 전류값을 전송 받고, 목표 전류값과 측정 전류값의 오차를 적분하여 생성되는 제어 신호를 DAC 변환부(430)에 전송한다.
DAC 변환부(430)는 PI 제어부(420)로부터 생성된 제어 신호를 전송 받고, 디지털 제어 신호를 아날로그 전압으로 변환하여 트랜지스터(500)의 게이트(G) 단자에 공급한다.
트랜지스터(500)의 드레인(D) 단자는 상시 전원(Batt)에 연결되고, 트랜지스터(500)의 소스(S) 단자는 전류 감지 센서(600)를 거쳐 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 연결된다. 드레인(D) 단자와 소스(S) 단자는 반대로 연결될 수도 있으나, 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의를 위해 드레인(D) 단자가 전원 측에 연결되는 것으로 한다.
트랜지스터(500)는 게이트(G) 단자의 전압에 따라 소스(S) 단자의 전압의
출력이 가변되는 선형 트랜지스터로서, 일 예로 모스 전계 효과 트랜지스터(500)(MOSFET; Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)일 수 있다.
이에 따라, 트랜지스터(500)의 소스(S) 단자에는 DAC 변환부(430)로부터 공급되는 아날로그 전압에 대응되는 전압이 출력되고, 트랜지스터(500)의 소스(S) 단자에서 출력되는 전압에 대응되는 전류가 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 흐르게 된다.
전류 감지 센서(600)는 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 흐르는 전류를 측정하여 측정 전류값을 ADC 변환부(410)에 전송한다. 전류 감지 센서(600)는 일 예로 집적 회로(IC; Integrated Circuit)의 형태로 설계될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 코일(300) 제어 회로에 의하면, DAC 변환부(430)와 선형 트랜지스터(500)를 이용하여 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 흐르는 전류를 목표 전류값으로 제어할 수 있다.
그리고, 솔레노이드 밸브의 코일(300)의 온도 상승으로 열저항이 증가하여 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 흐르는 전류가 감소되면, PI 제어부(420)의 제어 신호에 따라 DAC 변환부(430)에서 공급하는 아날로그 전압이 재조정되어 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 흐르는 전류가 일정하게 유지되도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로는 마이크로 콘트롤러 유닛(400), DAC 변환 유닛(700), 트랜지스터(500), 및 전류 감지 센서(600)를 포함한다.
마이크로 콘트롤러 유닛(400)은 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로의 전반적인 동작을 제어하며, 미리 저장된 프로그램 또는 사용자가 입력한 정보에 따라 작동할 수 있다. 이를 위해, 마이크로 콘트롤러 유닛(400)은 ADC 변환부(410), 및 PI
제어부(420)를 포함한다.
ADC 변환부(410)는 전류 감지 센서(600)로부터 측정된 전류값을 전송 받고,
측정된 아날로그 전류값을 디지털 신호로 변환하여 PI 제어부(420)에 전송 한다.
PI 제어부(420)는 하드웨어 또는 소프트웨어 형태로 구비되어, 미리 저장된 프로그램 또는 사용자가 입력한 정보에 대응되는 목표 전류값에 따라 제어 신호를 생성한다. PI 제어부(420)는 ADC 변환부(410)로부터 전류 감지 센서(600)가 측정한 전류값을 전송 받고, 목표 전류값과 측정 전류값의 오차를 적분하여 생성되는 제어 신호를 DAC 변환 유닛(700)에 전송한다.
DAC 변환 유닛(700)은 마이크로 콘트롤러 유닛(400)으로부터 제어 신호를 전송 받고, 디지털 제어 신호를2아날로그 전압으로 변환하여 트랜지스터(500)의 게이트(G) 단자에 공급한다. 마이크로 콘트롤러 유닛(400)과 DAC 변환 유닛(700)은 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신 방식을 이용하여 각종 정보를 송수신할 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로는 도 2와 달리 DAC 변환 구성 요소가 마이크로 콘트롤러 유닛(400)에 내장되지 않고, 별도의 구성 요소로 구비된다. DAC 변환 유닛(700)은 일 예로 집적 회로(IC; Integrated Circuit)의 형태로 설계될 수 있다.
트랜지스터(500)의 드레인(D) 단자는 상시 전원(Batt)에 연결되고, 트랜지스터(500)의 소스(S) 단자는 전류 감지 센서(600)를 거쳐 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 연결된다. 드레인(D) 단자와 소스(S) 단자는 반대로 연결될 수도 있으나, 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의를 위해 드레인(D) 단자가 전원 측에 연결되는 것으로 한다.
트랜지스터(500)는 게이트(G) 단자의 전압에 따라 소스(S) 단자의 전압의
출력이 가변되는 선형 트랜지스터로서, 일 예로 모스 전계 효과 트랜지스터(500)(MOSFET; Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)일 수 있다.
이에 따라, 트랜지스터(500)의 소스(S) 단자에는 DAC 변환부(430)로부터 공급되는 아날로그 전압에 대응되는 전압이 출력되고, 트랜지스터(500)의 소스(S) 단자에서 출력되는 전압에 대응되는 전류가 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 흐르게
된다.
전류 감지 센서(600)는 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 흐르는 전류를 측정하여 측정 전류값을 ADC 변환부(410)에 전송한다. 전류 감지 센서(600)는 일 예로 집적 회로(IC; Integrated Circuit)의 형태로 설계될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로에 의하면, DAC 변환 유닛(700)과 선형 트랜지스터(500)를 이용하여 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 흐르는 전류를 목표 전류값으로 제어할 수 있다.
그리고, 솔레노이드 밸브의 코일(300)의 온도 상승으로 열저항이 증가하여 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 흐르는 전류가 감소되면, 마이크로 콘트롤러 유닛(400)의 제어 신호에 따라 DAC 변환 유닛(700)에서 공급하는 아날로그 전압이 재조정되어 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 흐르는 전류가 일정하게 유지되도록 할 수있다.
도 4는 솔레노이드 밸브의 코일(300)에 흐르는 전류를 비교하여 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 4를 참조하면, 목표 전류값이 2 A로 설정된 경우, (a)의 종래의 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로에 의하면 PWM 변조 방식을 사용하여 전류를 제어하기 때문에, 코일(300)에 흐르는 전류에2200 내지 500 mA의 피크 투피크(peak to peak) 전류가 발생하여 전류 오차가 존재하게 된다.
그러나, (b)의 본 발명의 실시예에 다른 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로에 의하면 선형 트랜지스터(500)를 사용하여 전류를 제어하기 때문에, 코일(300)에 흐르는 전류에 오차가 존재하지 않게 된다. 또한, PWM 변조 방식을 사용하지 않기 때문에 고주파 노이즈가 차량의 실내로 유입되어 발생되는 소음도 존재하지 않게 된다.
300: 솔레노이드 밸브의 코일 400: 마이크로 콘트롤러 유닛
430: DAC 변환부 500: 트랜지스터
600: 전류 감지 센서 700: DAC 변환 유닛

Claims (6)

  1. 전원과 솔레노이드 밸브의 코일의 사이에 위치하여 드레인 단자와 소스 단자가연결되는 선형 트랜지스터;
    상기 솔레노이드 밸브의 코일에 흐르는 전류를 측정하는 전류 감지 센서; 및
    미리 설정된 목표 전류값과 상기 측정 전류값의 오차에 따라 상기 선형 트랜지스터의 게이트 단자에 공급되는 전압을 제어하는 마이크로 콘트롤러 유닛;을 포함하는 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 콘트롤러 유닛은,
    상기 전류 감지 센서가 측정한 아날로그 전류값을 디지털 신호로 변환하는 ADC 변환부;
    상기 목표 전류값과 상기 디지털 신호로 변환된 측정 전류값의 오차를 적분하여 제어 신호를 생성하는 PI 제어부; 및
    상기 PI 제어부가 생성한 제어 신호를 아날로그 전압으로 변환하여 상기 선형 트랜지스터의 게이트 단자에 공급하는 DAC 변환부;를 포함하는 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 선형 트랜지스터는,
    상기 게이트 단자에 공급되는 전압에 따라 상기 소스 단자에서 출력되는 전압이 가변되는 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로.
  4. 전원과 솔레노이드 밸브의 코일의 사이에 위치하여 드레인 단자와 소스 단자가 연결되는 선형 트랜지스터;
    상기 솔레노이드 밸브의 코일에 흐르는 전류를 측정하는 전류 감지 센서;
    미리 설정된 목표 전류값과 상기 측정 전류값의 오차에 따라 제어 신호를 생성하는 마이크로 콘트롤러 유닛; 및
    상기 마이크로 콘트롤러 유닛이 생성한 제어 신호를 아날로그 전압으로 변환하여 상기 선형 트랜지스터의 게이트 단자에 공급하는 DAC 변환 유닛;을 포함하는 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 마이크로 콘트롤러 유닛은,
    상기 전류 감지 센서가 측정한 아날로그 전류값을 디지털 신호로 변환하는 ADC변환부; 및
    상기 목표 전류값과 상기 디지털 신호로 변환된 측정 전류값의 오차를 적분하여 제어 신호를 생성하는 PI 제어부;를 포함하는 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 선형 트랜지스터는,
    상기 게이트 단자에 공급되는 전압에 따라 상기 소스 단자에서 출력되는 전압이 가변되는 솔레노이드 밸브의 코일 제어 회로.
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