KR20150062291A - 모터 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 구동 장치에 대한 것으로, 특히 주행 안정성 제어 시스템 및 브레이크 잠김 방지 시스템 등과 같이 모터의 구동을 이용한 시스템에서 주변 부품의 소손 없이 효율적으로 모터를 구동하기 위한 모터 구동 장치에 대한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 구동 장치는 ESC(주행 안전성 제어 시스템) 동작 조건이 발생할 경우 상기 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC에 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 제공하는 전자 제어 유닛(MCU)과, 상기 MEB ASIC에서 상기 펄스 폭 변조 신호에 근거하여 생성된 주행 안정성 제어 시스템(ESC) 운행을 위한 모터 구동 제어 신호에 의해 턴 온 되는 주행 안정성 제어 시스템 트랜지스터(ESC FET)와, 상기 턴 온된 ESC FET로부터 구동 전류를 공급받는 주행 안정성 시스템(ESC) 모터와, 상기 MEB ASIC과, 상기 ESC FET 사이에서 상기 MEB ASIC의 출력 전압과 기준 전압보다 높은 경우 턴 온 되어 상기 주행 안정성 제어 시스템 트랜지스터(ESC FET)를 턴 오프시켜 상기 모터가 구동되지 않도록 제어하는 비교부를 포함하여 구성된다.

Description

모터 구동 장치{Motor Operating Apparatus}
본 발명은 모터 구동 장치에 대한 것으로, 특히 주행 안정성 제어 시스템 및 브레이크 잠김 방지 시스템 등과 같이 모터의 구동을 이용한 시스템에서 주변 부품의 소손 없이 효율적으로 모터를 구동하기 위한 모터 구동 장치에 대한 것이다.
일반적으로 차량의 자세를 제어하는 주행 안전성 제어 시스템(ESC: Electronic Stability Control)과 브레이크 잠김 방지 시스템(ABS; Anti-lock Brake System)등의 브레이크 시스템을 통해서 차량의 안전성을 향상시킬 수 있다.
이러한 브레이크 시스템은 차량의 이그니션 키가 온 되면 차량의 각 센서에서 센싱된 데이터를 통해 각 휠에 장착된 브레이크의 동작을 구동 모터를 통해 제어하는 시스템이다. 이러한 브레이크 시스템은 구동 모터의 동작을 제어하기 위한 전자 제어 장치(ECU) 및 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)을 포함한다.
도 1은 종래 기술에 따라 ECU 내부에 구성된 ESC 모터 구동 제어를 위한 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, MEB(전자 브레이크 시스템) ASIC(13)에 5V 전압이 인가되면 차지 펌프(14) 회로가 작동하여 배터리로부터 공급받은 전하를 충전한다. 이후 ESC(주행 안전성 제어 시스템) 동작 조건이 발생할 경우 MCU(12)에서 MEB ASIC(13)으로 PWM 신호를 제공하고, MEB ASIC(13)에서는 상기 제공된 PWM 신호에 맞춰 상기 차지 펌프(14)에 의해 배터리 전압의 두 배로 부풀려진 PWM 신호를 ESC 모터(18) 구동단인 ESC FET(17)에 인가하여 모터를 구동시킨다.
REG1(11)은 MCU(12), MEB ASIC(13)의 전원을 공급하기 위한 변환기이다. MCU(12)는 MEB ASIC(13)에 PWM 신호를 인가하여 MEB ASIC(13)이 ESC 모터(18)를 동작시키도록 MCU(12)에서 명령한다.
차지 펌프(14)는 배터리에서 인가된 전압을 두 배로 증가시켜 ESC FET(17)의 게이트 신호로 제공한다.
ESC FET(17)은 MEB ASIC(13)에서 게이트 전압이 인가되면 턴 온되어 ESC 모터(18)에 전류를 인가한다.
DPR, SPR은 ESC FET(17)의 드레인, 소스 전압을 모니터링(Failsafe용)한다.
만일, REG1(11)이 오프된 상황에서 REG2(10)가 오프 되지 않았을 경우 TR1이 온 되어있기 때문에 차지 펌프(14) 회로에 배터리 전압이 계속 인가된다. 하지만 코어(15)에 전원이 공급되지 않으므로 MEB ASIC(13) 내부의 로직이 동작하지 않고, 전류 패스가 없기 때문에 차지 펌프(14)에 인가된 배터리 전압이 그대로 100% 듀티로 ESC FET(17) 게이트단으로 제공된다. 이때 두 가지 문제가 발생하는데 첫째는 MCU(12)에서 의도하지 않은 상황에서 ESC FET(17)에 게이트 신호가 인가되는 점과, 차지 펌핑이 되지 않은 순수한 배터리 전압이 ESC FET(17)에 게이트 신호로 인가되어 VGS 크기 부족으로 ESC FET(17)가 불완전하게 턴 온 된다는 점이다. 이로 인해 불필요하게 발열이 발생하게 되고, ESC FET(17)가 소손되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, MEB ASIC의 출력단에 비교기를 추가하여 MEB ASIC이 이상 동작할 경우 자동으로 ESC FET의 동작을 차단시켜 의도치 않은 ESC 모터 동작 방지 및 불완전 턴 온으로 인한 소손을 방지하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 구동 장치는 배터리로부터 공급되는 전원을 제1 전압 레벨로 변환하는 제1 레귤레이터와, 상기 배터리로부터 공급되는 전원을 제2 전압 레벨로 변환하는 제2 레귤레이터와, 상기 제1 레귤레이터로부터 상기 제1 전압 레벨을 인가받아 동작하며, 상기 제2 전압 레벨을 충전하도록 제어하는 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC과, 상기 제1 레귤레이터로부터 상기 제1 전압 레벨을 인가받아 동작하며, ESC(주행 안전성 제어 시스템) 동작 조건이 발생할 경우 상기 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC에 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 제공하는 전자 제어 유닛(MCU)과, 상기 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC에서 상기 펄스 폭 변조 신호에 근거하여 생성된 주행 안정성 제어 시스템(ESC) 운행을 위한 모터 구동 제어 신호에 의해 턴 온 되는 주행 안정성 제어 시스템 트랜지스터(ESC FET)와, 상기 턴 온된 주행 안정성 제어 시스템 트랜지스터(ESC FET)으로부터 구동 전류를 공급받는 주행 안정성 시스템(ESC) 모터와, 상기 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC과, 상기 주행 안정성 제어 시스템 트랜지스터(ESC FET) 사이에서 상기 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC의 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 상기 비교 결과, 상기 출력 전압이 상기 기준 전압보다 높은 경우 턴 온 되어 상기 주행 안정성 제어 시스템 트랜지스터(ESC FET)를 턴 오프시켜 상기 모터가 구동되지 않도록 제어하는 비교부를 포함하여 구성된다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, MEB ASIC이 이상 동작할 경우 자동으로 ESC FET의 동작을 차단시켜 소자 소손 방지 및 의도치 않은 동작을 방지하여 모터 구동 장치의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따라 ECU 내부에 구성된 ESC 모터 구동 제어를 위한 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 ECU 내부에 구성된 ESC 모터 구동 제어를 위한 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명은 비교기를 이용해 ESC FET 게이트단에 입력되는 전압이 일정 크기 이상인지 비교하는 회로와, 비교기의 출력을 이용해 ESC FET 게이트를 풀-다운 시키는 페일/세이프 트랜지스터(Failsafe TR)로 구성되어 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 ECU 내부에 구성된 ESC 모터 구동 제어를 위한 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 차량의 구성품들에 전원을 공급하기 위한 배터리(미도시)와, 상기 배터리(미도시)로부터 공급되는 전원을 제1 전압 레벨로 변환하는 제1 레귤레이터(REG1, 30)와, 상기 배터리(미도시)로부터 공급되는 전원을 제2 전압 레벨로 변환하는 제2 레귤레이터(REG2, 20)와, 상기 제1 레귤레이터(REG1, 30)로부터 상기 제1 전압 레벨을 인가받아 동작하며, 상기 제2 전압 레벨을 충전하도록 제어하는 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC(50)과, 상기 제1 레귤레이터(REG1, 30)로부터 상기 제1 전압 레벨을 인가받아 동작하며, ESC(주행 안전성 제어 시스템) 동작 조건이 발생할 경우 상기 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC(50)에 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 제공하는 전자 제어 유닛(MCU, 40)과, 상기 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC(50)에서 상기 펄스 폭 변조(PWM) 신호에 근거하여 생성된 주행 안정성 제어 시스템(ESC) 운행을 위한 모터 구동 제어 신호(게이트 단에 인가됨)에 의해 턴 온 되는 주행 안정성 제어 시스템 트랜지스터(ESC FET, 60)과, 상기 턴 온된 주행 안정성 제어 시스템 트랜지스터(ESC FET, 60)으로부터 구동 전류를 공급받는 주행 안정성 시스템(ESC) 모터(70)와, 상기 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC(50)과, 상기 주행 안정성 제어 시스템 트랜지스터(ESC FET, 60) 사이에서 상기 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC(50)의 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 상기 비교 결과, 상기 출력 전압이 상기 기준 전압보다 높은 경우 턴 온 되어 상기 주행 안정성 제어 시스템 트랜지스터(ESC FET, 60)를 턴 오프시켜 상기 모터가 구동되지 않도록 제어하는 비교부(80)를 포함하여 구성된다.
바람직하게, 상기 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC(50)은 상기 제1 레귤레이터(REG1, 30)로부터 상기 제1 전압 레벨을 인가받아 동작하며, 상기 배터리로부터 인가된 전압을 두 배로 증가시켜 ESC FET(60)의 게이트 신호로 제공하는 차지 펌프(51)를 포함하여 구성된다.
바람직하게, 상기 비교부(80)는 상기 출력 전압이 인가되는 제1 저항들(81)과, 상기 비교 전압이 인가되는 제2 저항들(82)과, 상기 제1 저항들(81)과 상기 제2 저항들(82)에 인가된 전압들을 비교하는 비교기(83)와, 상기 비교기(83)의 출력에 따라 턴 온/턴 오프되는 페일/세이프 TR(트랜지스터, 84)를 포함하여 구성된다.
바람직하게, 상기 페일/세이프 트랜지스터(TR, 84)는 상기 전자 제어 유닛(MCU, 40)이 턴 오프되었을 때 턴 온되어 상기 모터의 구동을 제어하는 것이 바람직하다.
상기 MEB ASIC(50)에서 출력되는 출력전압(GPR 전압)은 제1 저항들(81)에 인가된다. 상기 출력 전압(GPR 신호)과 비교하기 위한 기준 전압이 제2 저항들(82)에 인가된다. 상기 MEB ASIC(50)이 정상 동작할 경우 상기 GPR의 출력 범위는 ECU 동작 전원 10~16V의 2배인 20~32V이므로 기준 전압은 '그 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 비교기(83)가 상기 GPR 전압과 기준 전압 비교한 결과, 상기 비교기(83)의 출력이 하이(High)일 경우 페일/세이프 TR(84)이 턴 온 되어 FET 게이트단을 풀-다운 시킨다.
상기 비교부(80)는 게이트 전압 비교 회로로써 다음과 같이 3가지 상태로 동작한다.
첫째, 상기 MEB ASIC(50) 정상 상태(REG1 온, REG2 온), ESC 모터(70) 구동 신호가 비인가되는 경우이다. 이?, 상기 GPR 전압이 로우(Low)이므로 기준 전압보다 낮아 비교부(80)의 출력이 하이(High) 유지된다. 따라서, 페일/세이프 TR(84) 입력 전압이 0.7V↑ 이므로 턴 온 되고, GPR 전압이 로우(Low), 페일/세이프 TR(84)이 턴 온 되었으므로 ESC FET 게이트 입력단은 로우(Low)가 되어 턴 오프된다. 그러므로, ESC FET(60)가 오프 되었으므로 ESC 모터(70)는 동작을 안 하게 된다.
둘째, MEB ASIC(50) 정상 상태(REG1 온, REG2 온), ESC 모터(70) 구동 신호가 비인가되는 경우이다. 이때, GPR 전압이 하이(High)이므로 기준 전압보다 높아 비교부(80)의 출력은 로우(Low)로 유지된다. 따라서, 페일/세이프 TR(84) 입력 전압이 0.7V↓ 이므로 턴 오프 된다. 그러므로, GPR 전압이 하이(High), 페일/세이프 TR(84)이 턴 오프되었으므로 ESC FET(60) 게이트 입력단은 하이(High)가 되어 턴 온 된다. ESC FET(60)가 온 되었으므로 ESC 모터(70)가 동작을 하게 된다.
셋째, MEB ASIC 비정상상태(REG1 오프, REG2 온), ESC 모터(70) 구동 신호가 비인가되는 경우이다. 이때, GPR 전압이 하이(High)이지만 기준 전압보다 높아 비교부(80)의 출력은 하이(High)를 유지한다. 따라서, 페일/세이프 TR(84) 입력 전압이 0.7V↑ 이므로 턴 온 되고, GPR 전압이 하이(High)인 반면 페일/세이프 TR(84)이 턴 온 되어있으므로 저항 R이 풀-다운 역할을 하여 ESC FET(60) 게이트 입력단은 로우(Low)가 되고 턴 오프된다. 그러므로, ESC FET(60)가 오프되었으므로 ESC 모터(70) 동작을 안 하게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 MCU가 오프되어 페일/세이프 로직이 동작하지 않는 상황에서 MEB ASIC(50)이 이상 동작할 경우 자동으로 ESC FET(60)를 차단시켜 의도치 않은 ESC 모터 동작 방지 및 불완전 턴온으로 인한 소손을 방지한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시 예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
REG1 : 30
REG2 : 20
MEB ASIC : 50
MCU : 51
차지 펌프 : 51
코어 : 52
증폭기 : 53
ESC FET : 60
ESC 모터 : 70
비교부 : 80
제1 저항들 : 81
제2 저항들 : 82
비교기 : 83
페일/세이프 TR : 84

Claims (3)

  1. 배터리로부터 공급되는 전원을 제1 전압 레벨로 변환하는 제1 레귤레이터;
    상기 배터리로부터 공급되는 전원을 제2 전압 레벨로 변환하는 제2 레귤레이터;
    상기 제1 레귤레이터로부터 상기 제1 전압 레벨을 인가받아 동작하며, 상기 제2 전압 레벨을 충전하도록 제어하는 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC;
    상기 제1 레귤레이터로부터 상기 제1 전압 레벨을 인가받아 동작하며, ESC(주행 안전성 제어 시스템) 동작 조건이 발생할 경우 상기 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC에 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 제공하는 전자 제어 유닛(MCU);
    상기 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC에서 상기 펄스 폭 변조 신호에 근거하여 생성된 주행 안정성 제어 시스템(ESC) 운행을 위한 모터 구동 제어 신호에 의해 턴 온 되는 주행 안정성 제어 시스템 트랜지스터(ESC FET);
    상기 턴 온된 주행 안정성 제어 시스템 트랜지스터(ESC FET)으로부터 구동 전류를 공급받는 주행 안정성 시스템(ESC) 모터;
    상기 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC과, 상기 주행 안정성 제어 시스템 트랜지스터(ESC FET) 사이에서 상기 전자 브레이크 시스템(MEB) ASIC의 출력 전압과 기준 전압을 비교하여 상기 비교 결과, 상기 출력 전압이 상기 기준 전압보다 높은 경우 턴 온 되어 상기 주행 안정성 제어 시스템 트랜지스터(ESC FET)를 턴 오프시켜 상기 모터가 구동되지 않도록 제어하는 비교부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 비교부는
    상기 출력 전압이 인가되는 제1 저항들;
    상기 비교 전압이 인가되는 제2 저항들;
    상기 제1 저항들과 상기 제2 저항들에 인가된 전압들을 비교하는 비교기;
    상기 비교기의 출력에 따라 턴 온/턴 오프되는 페일/세이프 트랜지스터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 페일/세이프 트랜지스터는 상기 전자 제어 유닛이 턴 오프되었을 때 턴 온되어 상기 모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
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