KR20150071821A - 과전류 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

과전류 검출 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 과전류 검출 장치는, 복수의 전류 센서 출력단과 연결되어 아날로그 형태의 센싱값을 수신하여 디지털 형태로 변환하여 출력하는 AD 컨버터; 및 다수의 아날로그 센싱값을 수신한 상기 AD 컨버터의 복수의 채널들 중 하나를 선택하여 상기 채널로부터 디지털 형태의 센싱값을 수신하는 프로그래머블 로직 디바이스를 포함하고, 상기 프로그래머블 로직 디바이스는 상기 수신된 디지털 형태의 센싱값을 전류값으로 환산하여, 미리 결정되어 저장된 과전류 기준값과 비교하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

과전류 검출 장치 및 방법{Apparatus and method for detecting overcurrent}
본 발명은 과전류 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이브리드 차량 및 전기 모터 구동 차량의 전력 변환 장치의 과전류를 정확히 검출할 수 있는 과전류 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량 혹은 전기 자동차, 연료 전지 자동차에서는 고전압 사양의 고출력 모터를 사용하게 된다. 이를 위해서, 인버터, 컨버터와 같은 전력 전자 기기를 사용하게 되는데, 차량의 특성상 소자의 사양 대비 많은 전류, 전압을 이용하게 된다. 따라서 이러한 제품의 회로를 보호하기 위해 과전류 보호 회로를 장착하게 되는데, 대부분의 과전류 보호 회로는 연산 증폭기, 비교기, 다이오드를 이용한 검출 회로를 사용한다.
그러나, 이런 방식은 참조 전압값, 연산 증폭기와 비교기의 아날로그 특성에 따라 오차를 가지며, 다이오드는 온도에 따른 전압, 전류 곡선의 변화가 있기 때문에 과전류를 잘못 검출하거나, 검출하지 못할 수 있어 제품의 내구 성능을 저하시키는 요인이 될 수 있다.
이러한 제품의 편차에 기인하여 과전류 검출시 실제 사용하는 전류에 대비하여 일정한 편차를 두고 설정값을 설정하게 되며, 이는 실제 제품의 사양을 결정하는데 있어서 사용가능한 전류 영역을 축소시키는 결과를 낳으며, 결과적으로 전력 변환 장치의 출력을 제한하게 되는 문제가 있다.
도 1은 종래의 과전류 검출 장치를 간략히 도시한 도면이다. 도 1의 과전류 검출 장치를 참조하면, 프로그래머블 로직 디바이스(10), 비교기(20), 복수의 다이오드로 구성된 다이오드 네트워크(30) 및 버퍼(40)를 포함할 수 있다.
버퍼(40)는 전류 센서값을 저장하고 전달하며, 다이오드 네트워크(30)는 여러 개의 전달된 신호 중 가장 큰 값을 비교기(20)로 전달할 수 있다. 비교기(30)는 참조 전압(Vref)과 다이오드 네트워크로부터 전달된 입력 신호의 크기를 비교하여 고장 신호를 생성하여 프로그래머블 로직 디바이스(10)로 전달한다. 프로그래머블 로직 디바이스(10)는 회로 보호 및 초기화 동작을 한다.
모터 구동시, 인버터에는 3상 전류가 흐르게되며, 이러한 3상 전류는 순시적으로 값이 변화하는데, 종래의 과전류 검출 장치의 경우 3상 전류 중 가장 큰 전류 값을 다이오드 네트워크(30)를 통해 비교기(20)의 입력으로 입력한다. 그러나, 최대 값을 취하기 위한 다이오드 네트워크(30)의 구조상 다이오드 턴온 전압에 의한 전류 드랍이 발생할 수 있으며, 이에 따라 참조 전압은 다이오드 턴온 전압을 고려하여 설정될 수 있다.
설정된 다이오드 턴온 전압은 온도, 사용 전압 및 전류에 따라 가변할 수 있고, 인버터 전류의 실제 사용 가능 영역은 보호 레벨과 다이오드 턴온 전압의 최대 편차값 간의 차로 제한될 수 있다. 따라서 최대 사용 가능 전류량이 제한되고, 실제 인버터가 사용 가능한 파워 영역이 줄어들게 되는 것이다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해, 과전류 검출시 오차를 줄여 전력 변환 장치의 출력을 증가시킬 수 있는 과전류 검출 장치 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 과전류 검출 장치는, 복수의 전류 센서 출력단과 연결되어 아날로그 형태의 센싱값을 수신하여 디지털 형태로 변환하여 출력하는 AD 컨버터; 및 복수의 아날로그 센싱값을 수신한 상기 AD 컨버터의 복수의 채널들 중 하나를 선택하여 상기 채널로부터 디지털 형태의 센싱값을 수신하는 프로그래머블 로직 디바이스를 포함하고, 상기 프로그래머블 로직 디바이스는 상기 수신된 디지털 형태의 센싱값을 전류값으로 환산하여, 미리 결정되어 저장된 과전류 기준값과 비교하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 프로그래머블 로직 디바이스로부터 상기 환산된 전류값과 상기 과전류 기준값의 비교 결과를 수신하여 보호 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 프로그래머블 로직 디바이스는, 기설정된 시간 간격으로 상기 복수의 채널 중 하나를 선택하면서 상기 디지털 형태의 센싱값을 수신하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 프로그래머블 로직 디바이스는, 상기 환산된 전류값과 상기 과전류 기준값의 비교 결과 상기 환산된 전류값이 상기 과전류 기준값보다 더 큰 경우, 비교 결과를 상기 제어부로 송신하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 프로그래머블 로직 디바이스는, 상기 환산된 전류값과 상기 과전류 기준값의 비교 결과 상기 환산된 전류값이 상기 과전류 기준값보다 더 작은 경우, 이전에 선택된 채널과 상이한 채널을 재선택하여 재선택된 채널로부터 디지털 형태의 센싱값을 수신하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 검출 방법은 AD컨버터에서, 복수의 전류 센서 출력단으로부터 아날로그 형태의 센싱값을 수신하여 디지털 형태로 변환하여 출력하는 단계; 프로그래머블 로직 디바이스에서, 복수의 아날로그 센싱값을 수신한 상기 AD 컨버터의 복수의 채널들 중 하나를 선택하는 단계; 프로그래머블 로직 디바이스에서 상기 선택된 채널로부터 디지털 형태의 센싱값을 수신하는 단계; 및 프로그래머블 로직 디바이스에서, 상기 수신된 디지털 형태의 센싱값을 전류값으로 환산하여, 미리 결정되어 저장된 과전류 기준값과 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 프로그래머블 로직 디바이스는, 상기 환산된 전류값과 상기 과전류 기준값의 비교 결과 상기 환산된 전류값이 상기 과전류 기준값보다 더 큰 경우, 보호 동작을 제어하는 제어부로 비교 결과를 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 센싱값을 수신하는 단계는 기설정된 시간 간격으로 상기 복수의 채널 중 하나를 선택하면서 상기 디지털 형태의 센싱값을 수신하는 단계인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 환산된 전류값과 상기 과전류 기준값의 비교 결과 상기 환산된 전류값이 상기 과전류 기준값보다 더 작은 경우, 상기 프로그래머블 로직 디바이스는 이전에 선택된 채널과 상이한 채널을 재선택하여 재선택된 채널로부터 디지털 형태의 센싱값을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 종래의 과전류 검출 장치를 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 검출 장치를 간략히 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 검출 장치에서 채널 선택에 따른 전류값의 변화를 표현한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 검출 방법을 도시한 순서도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기구성 요소들은 상기용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 검출 장치를 간략히 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면 과전류 검출 장치는 프로그래머블 로직 디바이스(210), AD 컨버터(220), 복수의 전류 센서(230, 232, 234) 및 제어부(240)를 포함할 수 있다.
AD 컨버터(220)는 다채널일 수 있으며, 복수의 채널이 복수의 전류 센서 출력단과 연결되어 아날로그 형태의 센싱값을 수신하여 디지털 형태로 변환하여 출력할 수 있다. 디지털 형태의 센싱값은 8비트 내지 16비트의 디지털 값일 수 있다.
프로그래머블 로직 디바이스(210)는 수신된 디지털 형태의 센싱값을 전류값으로 환산하여, 미리 결정되어 저장된 과전류 기준값과 비교할 수 있다. 프로그래머블 로직 디바이스(210)는, 기설정된 시간 간격으로 복수의 채널들 중 하나를 선택하면서 디지털 형태의 센싱값을 수신할 수 있다. 프로그래머블 로직 디바이스(210)는 환산된 전류값과 과전류 기준값의 비교 결과 환산된 전류값이 과전류 기준값보다 더 큰 경우, 비교 결과를 제어부(240)로 송신할 수 있다. 반면에, 프로그래머블 로직 디바이스(210)는, 환산된 전류값과 과전류 기준값의 비교 결과 환산된 전류값이 과전류 기준값보다 더 작은 경우, 이전에 선택된 채널과 상이한 채널을 재선택하여 재선택된 채널로부터 디지털 형태의 센싱값을 수신할 수 있다.
제어부(240)는 프로그래머블 로직 디바이스(210)로부터 상기 환산된 전류값과 상기 과전류 기준값의 비교 결과를 수신하여 보호 동작을 제어할 수 있다.
즉, 복수의 채널을 갖는 AD 컨버터(220)를 전류 센서들(230, 232, 234)의 출력단에 연결하여 아날로그 형태의 센싱값을 수신하고 선택된 채널의 아날로그 센싱값을 디지털 형태로 변환하여 프로그래머블 로직 디바이스(210)로 출력할 수 있다.
프로그래머블 로직 디바이스(210)는 소정 시간 간격으로 전류 센서(230, 232, 234)의 출력 전압 값을 확인하며, 소정 크기 이상의 전류가 흐를 때 제어부로 하여금 해당 전력 변환 제품의 보호기능을 수행하도록 디지털 센싱값으로부터 환산된 전류값과 미리 결정되어 저장된 과전류 기준값을 비교할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 검출 장치에서 채널 선택에 따른 전류값의 변화를 표현한 그래프이다. 도 3을 참조하면, 인버터 등 전력 변환 장치에 흐르는 전류는 3상 전류로 AD 컨버터(220)가 갖는 복수의 채널(a, b, c) 중 하나가 선택되면, 선택된 채널에 해당하는 전류 센싱값을 이용하여 이를 디지털화하고, 프로그래머블 로직 디바이스(210)로 전달할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 과전류 검출 방법을 도시한 순서도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, AD컨버터(220)에서, 복수의 전류 센서 출력단(230, 232, 234)으로부터 아날로그 형태의 센싱값을 수신하여 디지털 형태로 변환하여 출력하는데, 프로그래머블 로직 디바이스(210)는, 복수의 아날로그 센싱값을 수신한 AD 컨버터(220)의 복수의 채널들 중 하나를 선택할 수 있다(S401). 프로그래머블 로직 디바이스(210)는 상기 선택된 채널로부터 디지털 형태의 센싱값을 수신할 수 있다(S403). 프로그래머블 로직 디바이스(210)는 수신된 디지털 형태의 센싱값을 양자화시켜 전류값으로 환산할 수 있다(S405) 프로그래머블 로직 디바이스(210)는 환산된 전류값과 미리 결정되어 저장된 과전류 기준값과 비교할 수 있다(S407).
환산된 전류값과 과전류 기준값의 비교 결과 환산된 전류값이 과전류 기준값보다 더 큰 경우, 보호 동작을 제어하는 제어부(240)로 비교 결과를 송신할 수 있다. 제어부(240)는 환산된 전류값이 과전류 기준값보다 크다는 비교 결과가 수신되면, 고장 확정 보호 동작을 수행할 수 있다(S409).
환산된 전류값과 과전류 기준값의 비교 결과 환산된 전류값이 과전류 기준값보다 더 작은 경우, 프로그래머블 로직 디바이스(210)는 이전에 선택된 채널과 상이한 채널을 재선택하여(S401) 재선택된 채널로부터 디지털 형태의 센싱값을 수신할 수 있다(S403).
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
210 : 프로그래머블 로직 디바이스 220 : AD 컨버터
230, 232, 234 : 전류 센서 240 : 제어부

Claims (9)

  1. 복수의 전류 센서 출력단과 연결되어 아날로그 형태의 센싱값을 수신하여 디지털 형태로 변환하여 출력하는 AD 컨버터; 및
    복수의 아날로그 센싱값을 수신한 상기 AD 컨버터의 복수의 채널들 중 하나를 선택하여 상기 채널로부터 디지털 형태의 센싱값을 수신하는 프로그래머블 로직 디바이스를 포함하고,
    상기 프로그래머블 로직 디바이스는 상기 수신된 디지털 형태의 센싱값을 전류값으로 환산하여, 미리 결정되어 저장된 과전류 기준값과 비교하는 것을 특징으로 하는,
    과전류 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로그래머블 로직 디바이스로부터 상기 환산된 전류값과 상기 과전류 기준값의 비교 결과를 수신하여 보호 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는,
    과전류 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로그래머블 로직 디바이스는, 기설정된 시간 간격으로 상기 복수의 채널 중 하나를 선택하면서 상기 디지털 형태의 센싱값을 수신하는 것을 특징으로 하는,
    과전류 검출 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 프로그래머블 로직 디바이스는, 상기 환산된 전류값과 상기 과전류 기준값의 비교 결과 상기 환산된 전류값이 상기 과전류 기준값보다 더 큰 경우, 비교 결과를 상기 제어부로 송신하는 것을 특징으로 하는,
    과전류 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로그래머블 로직 디바이스는, 상기 환산된 전류값과 상기 과전류 기준값의 비교 결과 상기 환산된 전류값이 상기 과전류 기준값보다 더 작은 경우, 이전에 선택된 채널과 상이한 채널을 재선택하여 재선택된 채널로부터 디지털 형태의 센싱값을 수신하는 것을 특징으로 하는,
    과전류 검출 장치.
  6. AD컨버터에서, 복수의 전류 센서 출력단으로부터 아날로그 형태의 센싱값을 수신하여 디지털 형태로 변환하여 출력하는 단계;
    프로그래머블 로직 디바이스에서, 상기 복수의 아날로그 센싱값을 수신한 상기 AD 컨버터의 복수의 채널들 중 하나를 선택하는 단계;
    프로그래머블 로직 디바이스에서 상기 선택된 채널로부터 디지털 형태의 센싱값을 수신하는 단계; 및
    프로그래머블 로직 디바이스에서, 상기 수신된 디지털 형태의 센싱값을 전류값으로 환산하여, 미리 결정되어 저장된 과전류 기준값과 비교하는 단계를 포함하는,
    과전류 검출 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로그래머블 로직 디바이스는, 상기 환산된 전류값과 상기 과전류 기준값의 비교 결과 상기 환산된 전류값이 상기 과전류 기준값보다 더 큰 경우, 보호 동작을 제어하는 제어부로 비교 결과를 송신하는 단계를 더 포함하는,
    과전류 검출 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 센싱값을 수신하는 단계는 기설정된 시간 간격으로 상기 복수의 채널 중 하나를 선택하면서 상기 디지털 형태의 센싱값을 수신하는 단계인 것을 특징으로 하는,
    과전류 검출 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 환산된 전류값과 상기 과전류 기준값의 비교 결과 상기 환산된 전류값이 상기 과전류 기준값보다 더 작은 경우, 상기 프로그래머블 로직 디바이스는 이전에 선택된 채널과 상이한 채널을 재선택하여 재선택된 채널로부터 디지털 형태의 센싱값을 수신하는 단계를 더 포함하는,
    과전류 검출 방법.
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