KR20150090689A

KR20150090689A - 전류 검출 장치

Info

Publication number: KR20150090689A
Application number: KR1020140011600A
Authority: KR
Inventors: 오대근
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2015-08-06
Also published as: KR102235499B1

Abstract

전류 검출 장치가 개시된다. 상기 전류 검출 장치는 인버터 회로와 3상 모터 사이에 연결되어 션트 전압을 검출하기 위한 션트 저항; 상기 션트 저항 양단에 각각 병렬 연결되는 입력부; 상기 입력부의 입력 전압을 일정 비율로 분배하는 전압 분배부; 및 상기 전압 분배부에서 분배된 분배 전압을 입력으로 하여 차동 증폭 신호를 출력하는 차동 증폭부를 포함한다.

Description

전류 검출 장치{CURRENT SENSING APPARATUS}

본 발명은 전류 검출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3상 모터를 구동하기 위하여 인버터 회로에서 출력되는 전류를 검출하기 위한 전류 검출 장치에 관한 것이다.

자동차의 조향장치로는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 동력 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 1990년대 이후 전기 모터를 이용한 전동식 조향장치(EPS: Electronic Power Steering Apparatus)가 점차 보편화하고 있다.

통상적인 전동식 조향장치는 발생 토크, 차속, 조향각 등을 이용하여 운전자의 조향 의도와 자동차의 운행 상황 등을 파악하고 종합적으로 고려하여 조향 보조력을 생성한 후, 조향 컬럼, 랙바, 랙앤 피니언 등으로 전달함으로써 운전자로 하여금 더욱 쉽게 운전할 수 있도록 하고, 자동차가 더욱 안전하게 운행할 수 있도록 한다.

전동식 조향장치는 많은 기계 부품과 전자 부품들로 구성되지만, 가장 핵심적인 구성으로서는 전자제어장치(ECU: Electronic Control Unit, 이하 'ECU'라 칭함)가 있다. ECU는 외부의 각종 센서로부터 전달되는 전기적인 신호를 분석하여 운전자의 조향 의도와 자동차의 주행 상황 등을 파악하고, 구비된 각종 로직(Logic)을 이용하여 모터를 제어하는 전동식 조향장치의 핵심 장치이다.

통상적으로 전동식 조향장치는 운전자가 조향휠을 조작하면 입력된 조향 토크를 토크 센서 등을 통해 검출하여 ECU로 전달하며, ECU는 조향 토크로 파악되는 운전자의 조향 의도를 파악하여 운전에 도움을 줄 수 있는 조향 보조력을 제공하기 위해 모터를 구동함으로써, 운전자가 쉽게 조향휠을 조작할 수 있도록 한다.

이때, 전동식 조향장치는 3상 모터에 흐르는 모터 전류를 검출하여 ECU로 전달하고, ECU는 3상 모터로 공급하는 구동 전류와 실제 모터에서 흐르는 모터 전류를 비교하여 구동 전류를 보정함으로써, 3상 모터를 더욱 정밀하게 제어한다.

만약, 검출되는 3상 모터 전류의 값의 오차가 큰 경우에는 3상 모터의 제어가 정밀하지 않게 되어, 운전자가 의도하지 않은 조향 토크가 발생하거나 운전자가 조향휠을 조작할 때 진동이 발생할 수 있다.

이러한 3상 모터 전류를 검출하기 위하여 복수개의 연산 증폭기와 각종 수동, 능동 소자들로 구성된 IC회로인 전류 센싱용 OP-Amp를 사용하고 있다. 그러나 전류 센싱용 OP-Amp를 이용하는 경우 하나의 상에 흐르는 전류만을 검출하기 때문에 3상 모터 각각의 상에 흐르는 전류를 검출하기 위하여서는 3개의 전류 센싱용 OP-Amp가 필요하게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단일 연산 증폭기를 이용하여 다채널 특성을 갖는 전류 검출 장치를 제공하는데 있다.

또한, 단일 연산 증폭기의 포화(saturation) 현상을 방지할 수 있는 전류 검출 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 인버터 회로와 3상 모터 사이에 연결되어 션트 전압을 검출하기 위한 션트 저항; 상기 션트 저항 양단에 각각 병렬 연결되는 입력부; 상기 입력부의 입력 전압을 일정 비율로 분배하는 전압 분배부; 및 상기 전압 분배부에서 분배된 분배 전압을 입력으로 하여 차동 증폭 신호를 출력하는 차동 증폭부를 포함하는 전류 검출 장치를 제공한다.

상기 분배 전압은 상기 차동 증폭부의 공급 전압보다 작게 설정될 수 있다.

상기 전압 분배부는 상기 입력부로부터 분기되어 상기 차동 증폭부에 연결되는 분배 저항을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 차등 증폭 신호를 입력받고, 상기 3상 모터에 공급되는 인버터 회로의 출력 전류를 제어하는 MCU를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명인 전류 검출 장치는 단일 연산 증폭기를 이용하여 다채널 특성을 가질 수 있으며, 단일 연산 증폭기의 포화(saturation) 현상을 방지할 수 있다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 전류 검출 장치와 인버터 회로, 3상 모터와의 연결 구성도,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 전류 검출 장치의 구성 블록도 및
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 전류 검출 장치의 회로도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

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.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 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 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 전류 검출 장치와 인버터 회로, 3상 모터와의 연결 구성도이다.

도1을 참조하면, 인버터 회로(100)는 복수개의 스위치 소자(미도시)가 연결되어 3상 모터(300)에 공급 전압을 전달하는 것을 제어할 수 있다. 인버터 회로(100)를 구성하는 복수개의 스위치 소자는 예를 들면, FET(Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor), SCR(Silicon-controlled rectifier), GTO사이리스터(Gate-Turn-Off Thyristor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)등의 소자에서 선택되는 6개의 스위치 소자로 구성될 수 있다.

인버터 회로(100)의 스위치 소자는 3개의 하이 레벨 스위치 소자와 3개의 로우 레벨 스위치 소자가 각각 직렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 하이레벨 스위치 소자는 일단은 공급 전원에 연결되어 있으며, 타단은 3상 모터의 각 상에 연결되어 있다. 로우레벨 스위치 소자는 일단은 3상 모터의 각 상에 연결되어 있으며, 타단은 접지되어 있다.

3상 모터(300)는 인버터 회로(100)로부터 공급되는 구동 전류에 의하여 동작하며, 전류 검출 장치(200)는 구동 전류와 3상 모터(300)에 실제로 흐르는 전류를 검출하여 차이를 비교하고 보정함으로써 인버터 회로(100)를 제어하는 신호를 출력한다.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 전류 검출 장치의 구성 블록도 및 도3은 본 발명의 일실시예에 따른 전류 검출 장치의 회로도이다.

도2 내지 도3은 3상 모터(300) 중 임의의 하나의 상에 흐르는 전류를 검출하기 위한 구성을 설명하기 위한 일부 구성 블록도와 회로도이나, 본 발명의 일실시예에 따른 전류 검출 장치(200)를 인버터 회로(100)에서 3상 모터(300)로 연결되는 각 상의 경로에 연결함으로써 3상 모터에 흐르는 전류를 각각 검출할 수 있다.

도2 내지 도3을 참조하면, 전류 검출 장치(200)는 3상 모터(300)로 연결되어 전류를 공급하는 인버터 회로(100)와 3상 모터(300) 사이에 배치되는 션트 저항(210), 션트 저항(210) 양단에 각각 병력 연결되는 입력부(220), 입력부(220)의 입력 전압을 일정 비율로 분배하는 전압 분배부(230), 전압 분배부(230)에서 분배된 분배 전압을 입력으로 하여 차동 증폭 신호를 출력하는 차동 증폭부(240) 및 차등 증폭 신호를 입력받고, 3상 모터에 공급되는 인버터 회로의 출력 전류를 제어하는 MCU(250)를 포함하여 구성될 수 있다.

입력부(220)는 션트 저항(210) 양단에 병렬로 연결되며, 입력부(220)를 통하여 션트저항(210) 양단의 전압은 전압 분배부(230)에 인가된다.

전압 분배부(230)는 연산 증폭기(OP-Amp)의 입력단과 연결되는 입력부(220)로부터 분기되어 직렬 연결되는 저항 소자를 포함하여 구성될 수 있다. 전압 분배부(230)를 구성하는 저항소자와 입력부(210) 저항 소자는 각각 그 크기에 비례하여 전압 강하가 이루어진다. 즉, +V_in단을 통하여 연산 증폭기로 인가되는 전압은 R₂와 R₃ 그리고 R₆의 저항값의 비(rate)에 따라 정해지며, -V_in단을 통하여 연산 증폭기로 인가되는 R₁와 R₄ 그리고 R₅의 저항값의 비에 따라 정해진다. 저항비는 전원단이 12이고 V_CC가 3.3V 일 때를 기준으로 최소 R₁:R₄//R₅=4:1, R₂:R₃//R₆=4:1이 되어야한다. 즉, R₁은 R₄와R₅의 병렬 등가 저항(R₄//R₅)의 4배 이상이어야 하며, R₂는 R₃와 R₆의 병렬 등가 저항(R₃//R₆)의 4배 이상이어야 한다. 이때 비율의 결정은 V_IN과 V_CC의 비율의 오차 또는 허용 범위 등을 고려하여 유동적으로 결정할 수 있다.

연산 증폭기에 인가되는 입력 전압은 연산 증폭기에 공급되는 공급 전압의 크기에 따라 포화(saturation)된다. 따라서, 전압 분배부(230) 저항소자의 저항값은 각 저항간의 비를 고려하여 결정된다.

연산 증폭기에 공급되는 공급전압과 MCU(Micro control Unit)(250)에 공급되는 전압은 동일한 크기로 예를 들면 3.3V일 수 있다. 인버터 회로(100)로부터 출력되는 구동 전압의 크기는 예를 들면 12V로, 션트 저항(210)을 통하여 입력부(220)에 인가된다. 이 때, 입력부(220)에 인가되는 전압이 연산 증폭기에 공급되는 공급 전압보다 크기 때문에 연산 증폭기의 출력단에서는 포화 현상이 발생하여 정상적인 차동 증폭 신호가 출력될 수 없다. 따라서, 전압 분배부(230)는 12V의 전압을 공급 전압인 3.3V이하로 강하시켜 연산 증폭기에 인가하게 된다.

차동 증폭부(240)는 연산 증폭기, 반전 단자의 부궤환 피드백 저항소자(R₅), 그리고 비반전 단자의 저항소자(R₆)와 용량소자(C)로 구성될 수 있다. 차동 증폭부(240)는 전압 분배부(230)에서 분배된 분배 전압을 입력으로 하여 동상 모드를 제거하고, 차동 증폭 신호를 출력한다.

MCU(250)는 차동 증폭 신호를 입력받아 3상 모터(300) 각 상에 흐르는 전류값과 인버터 회로(100)의 구동 전류값을 상호 비교하여 그 차이값을 산출하며, 차이값에 따라 인버터 회로(100)를 제어하는 신호를 출력한다.

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 인버터 회로
200: 전류 검출 장치
210: 션트 저항
220: 입력부
230: 전압 분배부
240: 차동 증폭부
250: MCU
300: 3 상 모터

Claims

인버터 회로와 3상 모터 사이에 연결되어 션트 전압을 검출하기 위한 션트 저항;
상기 션트 저항 양단에 각각 병렬 연결되는 입력부;
상기 입력부의 입력 전압을 일정 비율로 분배하는 전압 분배부; 및
상기 전압 분배부에서 분배된 분배 전압을 입력으로 하여 차동 증폭 신호를 출력하는 차동 증폭부를 포함하는 전류 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 분배 전압은 상기 차동 증폭부의 공급 전압보다 작은 전류 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 전압 분배부는 상기 입력부로부터 분기되어 상기 차동 증폭부에 연결되는 분배 저항을 포함하는 전류 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 차등 증폭 신호를 입력받고, 상기 3상 모터에 공급되는 인버터 회로의 출력 전류를 제어하는 MCU를 더 포함하는 전류 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 전압분배부는 상기 입력부에 직렬 연결되는 제1 저항, 상기 제1저항과 직렬 연결되는 제2저항 및 상기 제2저항과 병렬 연결되는 제3저항을 포함하며,
상기 제1저항의 저항값은 상기 제2저항 및 상기 제3저항의 등가 저항값보다 4배 이상 큰 값을 가지는 전류 검출 장치.