KR20180007567A - Method and apparatus for measuring average current of 3 phase motor based on current measurement of pwm on-duty period - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3상 모터의 전류측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PWM(Pulse Width Modulation) 온 듀티 구간(on-duty period)의 전류측정을 통한 3상 모터의 평균 전류 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current measuring method for a three-phase motor, and more particularly, to a method and an apparatus for measuring an average current of a three-phase motor through current measurement of a PWM (Pulse Width Modulation) on- will be.
자동차의 전자화가 진전되면서, 자동차의 부품을 이루는 모터의 수와 이들이 가지는 역할이 나날이 증가하고 있다. 최근 고급차에는 모터가 더욱 많이 장착되는 경향을 보이고 있으며, 특히, 하이브리드 자동차 및 전기자동차의 보급이 확대되기 시작하면서, 자동차 부품으로서의 모터의 위상이 계속 높아지고 있다. 따라서, 모터 제어 기술은 자동차의 핵심기술로서 자리를 잡고 있다.As the electronics of automobiles progress, the number of motors that make up parts of automobiles and their roles are increasing day by day. In recent years, more and more electric motors have been installed in luxury cars. In particular, as the spread of hybrid electric vehicles and electric vehicles is beginning to expand, the status of motors as automobile parts continues to increase. Therefore, motor control technology has become a core technology of automobiles.
하이브리드 자동차 및 전기자동차에서 동력원으로 많이 사용되고 있는 BLDC(BrushLess Direct Current) 모터의 전류 제어 방식으로서는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 많이 사용한다. PWM 방식은 펄스의 폭을 조정하면서 고속의 스위칭을 통하여 모터 코일에 흐르는 전류의 평균값을 제어해 주는 방법으로 효율이 좋은 전류 제어 방식이다.A PWM (Pulse Width Modulation) method is widely used as a current control method of a brushless direct current (BLDC) motor, which is widely used as a power source in hybrid cars and electric vehicles. The PWM method is an efficient current control method that controls the average value of the current flowing through the motor coil through high-speed switching while adjusting the pulse width.
PWM 방식을 통한 모터 제어에는, 모터의 회전 속도 등을 알기 위하여 모터에 흐르는 평균 전류값을 구하는 것이 필요하다. 종래에는 마이크로컨트롤러 유닛(MicroController Unit, MCU)를 통하여 소프트웨어로 측정하는 방식을 많이 채택하였다. 이하, 도 12 내지 도 14를 참조하여 MCU를 통하여 종래의 소프트웨어를 이용하여 평균 전류값을 측정하는 방식에 대하여 설명한다.For motor control through the PWM method, it is necessary to obtain an average current value flowing through the motor in order to know the rotation speed of the motor and the like. Conventionally, a method of measuring by software through a microcontroller unit (MCU) has been widely adopted. Hereinafter, a method of measuring an average current value using conventional software through an MCU will be described with reference to FIGS. 12 to 14. FIG.
도 12을 참조하면, 종래의 3상 모터 제어 시스템(2000)은 MCU(2010), 프리드라이버(Predriver, 2020), 고전압 측 스위칭부(2030), 저전압 측 스위칭부(2040), 모터(2050), 분류 저항(Shunt resistor, 2060) 및 버퍼(2070)을 포함할 수 있다.12, a conventional three-phase
MCU(2010)는 모터 구동을 위하여 PWM 신호를 PWM 전송선(2015)을 통해 프리드라이버(2020)에 송신한다. 도 20에 도시한 바와 같이, 3상 모터를 위하여 3개의 PWM 제어 신호를 송신하기 위하여 3개의 신호선을 사용하였다.The MCU 2010 transmits the PWM signal to the pre-driver 2020 via the
프리드라이버(2020)는 MCU(2010)로부터 수신한 제어신호에 기초하여 고전압 측 스위칭부(2030) 및 저전압 측 스위칭부(2040)를 제어하여 모터에 전류를 제공한다. 보다 구체적으로, 프리드라이버(2020)는 고전압 측 게이트 제어부(2021) 및 저전압 측 게이트 제어부(2022)를 포함하고, 고전압 측 스위칭부(2030) 및 저전압 측 스위칭부(2040) 중 제어하고자 하는 스위치(2031, 2041)의 게이트에 하이 전압(High voltage) 및/또는 로우 전압(Low voltage)을 인가하여 스위치(2031, 2041)를 온(on) 및/또는 오프(off) 상태로 만든다.The pre-driver 2020 controls the high-voltage-
한편, 모터(2050), 고전압 측 스위치(2031) 및 저전압 측 스위치(2041)를 통해 흐른 전류는 분류 저항(2060)을 통과하게 되고, 버퍼(2070)는 전류가 통과할 때 분류 저항(2060) 양단에 걸린 전압을 MCU(2010)로 다시 전송하게 된다.On the other hand, a current flowing through the
MCU(2010)에서는 아날로그 입력단(2013)을 통하여 버퍼(2070)로부터의 전압값을 수신하고, 수신된 전압을 ADC(Analog to Digital Converter, 2012)를 통하여 평균 전류와 관련한 수치로 변환하고, 변환된 평균 전류값을 활용하여 다시 프리드라이버(2020) 및 모터(2050)를 제어한다.The
단, 도 13(a), 도 13(b)에서 나타낸 바와 같이, 고전압 측 스위치(2031) 및 저전압 측 스위치(2041)가 모두 온(on) 상태인 경우에는 분류 저항(2060)으로 전류가 흐르기 때문에 분류 저항(2060) 양단의 전압의 측정이 가능하지만, 저전압 측 스위치(2041)만 온(on) 상태인 경우에는 분류 저항(2060)에 전류가 흐르지 않으므로, 전압을 측정할 수 없다.13 (a) and 13 (b), when both the high-
도 14의 타이밍도를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. Will be described in more detail with reference to the timing chart of Fig.
MCU(2010)에서 출력되는 PWM 제어신호(2210)가 온(on) 상태일 때에 분류 저항(2060) 양단에는 실제로 신호(2220)와 같은 전압이 걸리게 된다. 보다 구체적으로, PWM 신호가 인가되는 동안 3상 모터(2050)에 흐르는 전류도 지속적으로 증가하게 되고, PWM 신호가 인가되지 않는 동안에는 3상 모터(2050)에 흐르는 전류가 감소하게 된다.When the
ADC(2012)는 분류 저항(2060) 양단 전압을 아날로그 입력단(2013)으로부터 수신하는데, ADC 트리거 모듈(ADC Triggering Module, ATM)로부터 신호가 인가되는 시점의 전압값을 읽게 된다. ADC 트리거 모듈은 종래기술에 따르면, 소프트웨어 모듈로서, PWM 신호의 온 상태의 중간 시점을 소프트웨어적으로 계산하여 그 시점에 ADC(2012)로 하여금 버퍼(2070)에서 송신한 전압값을 디지털 값으로 읽게 한다. ADC 트리거 모듈(2011)에서 ADC(2012)에 전송하는 제어신호는 신호(2230)와 같다. 이는 분류 저항(2060) 양단에 걸리는 전압이 PWM 신호가 온(on)되어 있는 구간에서 개략적으로 선형적으로 증가한다는 점을 고려하여, PWM 신호가 온(on) 구간의 중간시점에 ADC(2012)가 전압값을 읽게 구현한 것이다.The
따라서, 실제적으로 ADC(2012)가 읽는 전압값은 예컨대, 신호(2240)와 같은 형태로 전압값을 읽게 된다.Therefore, the voltage value read by
단, 종래와 같은 구성의 경우에는 MCU(2010)에 상당히 많은 자원을 소모하게 된다. 자동차 제어 등에 활용되는 MCU(2010)의 경우, 데이터를 실시간으로 모니터링하거나, 처리해야 할 경우가 많아 MCU(2010)의 자원을 안정적으로 운영해야 할 경우가 많다. However, in the case of the conventional configuration, the MCU 2010 consumes a considerable amount of resources. In the case of the MCU 2010 used for automobile control and the like, it is often necessary to monitor the data in real time or to process the data in a stable manner.
본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래 기술에서의 한계와 단점에 의해 발생하는 다양한 문제점을 실질적으로 보완할 수 있는 것으로, 모터의 전류를 측정하기 위하여 ADC를 트리거하기 위한 별도의 소프트웨어 모듈 없이 전압 측정 회로를 구비하여 하드웨어적으로 전류값을 측정하는 전압 측정 회로, 3상 모터 제어 시스템 및 모터 전류 측정 방법을 제공한다.It is an object of the present invention to substantially obviate various problems caused by the limitations and disadvantages of the prior art, and it is an object of the present invention to provide an ADC A three-phase motor control system, and a motor current measurement method, which are equipped with a voltage measurement circuit without a separate software module for triggering the three-phase motor control system.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 3상 모터에 흐르는 전류를 측정하기 위하여 분류 저항 양단에 걸린 전압을 측정하는 전압 측정 회로는, 상기 3상 모터를 제어하는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 상승 에지 및 하강 에지를 검출하여 상승 에지 검출 신호 및 하강 에지 검출 신호를 출력하는 에지 추출부; 상기 상승 에지 검출 신호 및 하강 에지 검출 신호에 기초하여 에지 검출시의 상기 분류 전압 양단에 걸린 전압을 샘플링하는 샘플 및 홀딩 회로; 및 상기 샘플 및 홀딩 회로에서 출력되는 신호를 수신하여 상기 샘플 및 홀딩 회로의 출력 신호의 저대역을 통과시키는 저대역 통과 필터를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, in order to measure a current flowing in a three-phase motor according to an embodiment of the present invention, a voltage measuring circuit for measuring a voltage across both ends of the voltage dividing resistor comprises a PWM (Pulse Width An edge extraction unit for detecting a rising edge and a falling edge of a modulation signal and outputting a rising edge detection signal and a falling edge detection signal; A sample and hold circuit for sampling a voltage across the split voltage at edge detection based on the rising edge detection signal and the falling edge detection signal; And a low pass filter that receives the signal output from the sample and hold circuit and passes the low frequency band of the output signal of the sample and holding circuit.
또한, 상기 샘플 및 홀딩 회로는 상승 에지 전압 측정부 및 하강 에지 전압 측정부를 구비할 수 있다.Also, the sample and holding circuit may include a rising edge voltage measuring unit and a falling edge voltage measuring unit.
또한, 상기 상승 에지 전압 측정부 및 상기 하강 에지 전압 측정부는 상승 에지 스위치 및 하강 에지 스위치를 각각 포함하며, 상기 상승 에지 스위치는 상기 상승 에지 검출 신호에 응답하여 상기 분류 전압 양단에 걸린 전압을 샘플링하도록 스위칭되며, 상기 하강 에지 스위치는 상기 하강 에지 검출 신호에 응답하여 상기 분류 전압 양단에 걸린 전압을 샘플링하도록 스위칭될 수 있다.Further, the rising edge voltage measuring unit and the falling edge voltage measuring unit each include a rising edge switch and a falling edge switch, and the rising edge switch samples the voltage across the divided voltage in response to the rising edge detecting signal And the falling edge switch can be switched to sample the voltage across the divided voltage in response to the falling edge detection signal.
또한, 상기 저대역 통과 필터는 상기 상승 에지 전압 측정부에서 샘플링된 전압과 상기 하강 에지 전압 측정부에서 샘플링된 전압을 가중 평균하는 전압 분배기를 포함할 수 있다.The low-pass filter may include a voltage divider for weight-averaging the voltage sampled by the rising edge voltage measuring unit and the voltage sampled by the falling edge voltage measuring unit.
또한, 상기 전압 분배기는 동일한 저항값을 가지는 저항들을 포함하며, 상기 전압 분배기의 출력은 상기 상승 에지 전압 측정부에서 샘플링된 전압과 상기 하강 에지 전압 측정부에서 샘플링된 전압의 평균값을 출력하도록 구성될 수 있다.The voltage divider may include resistors having the same resistance value and the output of the voltage divider may be configured to output a voltage sampled by the rising edge voltage measuring unit and an average value of voltages sampled by the falling edge voltage measuring unit .
또한, 상기 에지 추출부는 상승 에지 추출부 및 하강 에지 검출부를 포함하고, 상기 상승 에지 추출부는 NOT 게이트, 상기 상승 에지 추출부의 NOT 게이트의 출력을 입력 받는 저대역 통과 필터 및 상기 상승 에지 추출부의 저대역 통과 필터의 출력을 입력 받는 NAND 게이트를 포함하고, 상기 3상 모터를 제어하는 PWM 신호의 전압값은 상기 상승 에지 추출부의 NOT 게이트 및 상기 하강 에지 추출부의 NOT 게이트, 상기 OR 게이트 및 상기 NAND 게이트의 입력부로 입력되고, 상기 NAND 게이트는 상기 상승 에지 추출부의 저대역 통과 필터의 출력과 PWM 신호를 NAND 연산할 수 있다.The rising edge extracting unit includes a NOT gate, a low-pass filter that receives the output of the NOT gate of the rising edge extracting unit, and a low-pass filter of the rising edge extracting unit. The rising edge extracting unit includes a rising edge extracting unit and a falling edge extracting unit. Wherein a voltage value of a PWM signal for controlling the three-phase motor is input to a NOT gate of the rising edge extracting unit, a NOT gate of the falling edge extracting unit, an OR gate, and a NAND gate of the falling edge extracting unit The NAND gate may NAND the PWM signal with the output of the low-pass filter of the rising edge extractor.
또한, 상기 하강 에지 추출부는 NOT 게이트, 상기 하강 에지 추출부의 NOT 게이트의 출력을 입력 받는 저대역 통과 필터 및 상기 하강 에지 추출부의 저대역 통과 필터의 출력을 입력 받는 OR 게이트를 포함하며, 상기 OR 게이트는 상기 하강 에지 추출부의 저대역 통과 필터의 출력과 PWM 신호를 OR 연산할 수 있다.The falling edge extracting unit includes a NOT gate, a low bandpass filter receiving the output of the NOT gate of the falling edge extracting unit, and an OR gate receiving the output of the low band pass filter of the falling edge extracting unit. May OR the output of the low-pass filter of the falling edge extractor and the PWM signal.
또한, 상기 상승 에지 추출부의 출력 신호의 폭은 상기 하강 에지 추출부의 신호의 폭보다 더 클 수 있다.The width of the output signal of the rising edge extracting unit may be greater than the width of the signal of the falling edge extracting unit.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 3상 모터 제어시스템은, 3상 모터; 상기 3상 모터에 흐르는 전류를 측정하기 위하여 분류 저항 양단에 걸린 전압을 측정하는 전압 측정 회로; PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 출력하고, 상기 전압 측정 회로로부터 측정된 전압값을 디지털 값으로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함하는 마이크로컨트롤러 유닛; 전원에 연결되는 고전압 측 스위칭부; 접지에 연결되는 저전압 측 스위칭부; 및 상기 PWM 신호를 수신하고, 수신된 PWM 신호에 기초하여 상기 고전압 측 스위칭부 및 상기 저전압 측 스위칭부에 제어 신호를 인가하는 프리드라이버를 포함하며, 상기 전압 측정 회로는, 상기 PWM 신호의 상승 에지 및 하강 에지를 검출하여 상승 에지 검출 신호 및 하강 에지 검출 신호를 출력하는 에지 추출부; 상기 상승 에지 검출 신호 및 하강 에지 검출 신호에 기초하여 에지 검출시의 상기 분류 전압 양단에 걸린 전압을 샘플링하는 샘플 및 홀딩 회로; 및 상기 샘플 및 홀딩 회로에서 출력되는 신호를 수신하여 상기 샘플 및 홀딩 회로의 출력 신호의 저대역을 통과시키는 저대역 통과 필터를 포함할 수 있다.Meanwhile, a three-phase motor control system according to an embodiment of the present invention includes a three-phase motor; A voltage measuring circuit for measuring a voltage across the voltage dividing resistor to measure a current flowing through the three-phase motor; A microcontroller unit including an ADC (Analog to Digital Converter) for outputting a PWM (Pulse Width Modulation) signal and converting a voltage value measured by the voltage measuring circuit into a digital value; A high voltage side switching unit connected to a power source; A low voltage side switching unit connected to the ground; And a pre-driver for receiving the PWM signal and applying a control signal to the high-voltage-side switching unit and the low-voltage-side switching unit based on the received PWM signal, the voltage measuring circuit comprising: An edge extraction unit for detecting a falling edge and outputting a rising edge detection signal and a falling edge detection signal; A sample and hold circuit for sampling a voltage across the split voltage at edge detection based on the rising edge detection signal and the falling edge detection signal; And a low pass filter that receives the signal output from the sample and hold circuit and passes the low frequency band of the output signal of the sample and holding circuit.
또한, 상기 샘플 및 홀딩 회로는 상승 에지 전압 측정부 및 하강 에지 전압 측정부를 구비할 수 있다.Also, the sample and holding circuit may include a rising edge voltage measuring unit and a falling edge voltage measuring unit.
또한, 상기 상승 에지 전압 측정부 및 상기 하강 에지 전압 측정부는 상승 에지 스위치 및 하강 에지 스위치를 각각 포함하며, 상기 상승 에지 스위치는 상기 상승 에지 검출 신호에 응답하여 상기 분류 전압 양단에 걸린 전압을 샘플링하도록 스위칭되며, 상기 하강 에지 스위치는 상기 하강 에지 검출 신호에 응답하여 상기 분류 전압 양단에 걸린 전압을 샘플링하도록 스위칭될 수 있다.Further, the rising edge voltage measuring unit and the falling edge voltage measuring unit each include a rising edge switch and a falling edge switch, and the rising edge switch samples the voltage across the divided voltage in response to the rising edge detecting signal And the falling edge switch can be switched to sample the voltage across the divided voltage in response to the falling edge detection signal.
또한, 상기 저대역 통과 필터는 상기 상승 에지 전압 측정부에서 샘플링된 전압과 상기 하강 에지 전압 측정부에서 샘플링된 전압을 가중 평균하는 전압 분배기를 포함할 수 있다.The low-pass filter may include a voltage divider for weight-averaging the voltage sampled by the rising edge voltage measuring unit and the voltage sampled by the falling edge voltage measuring unit.
또한, 상기 전압 분배기는 동일한 저항값을 가지는 저항들을 포함하며, 상기 전압 분배기의 출력은 상기 상승 에지 전압 측정부에서 샘플링된 전압과 상기 하강 에지 전압 측정부에서 샘플링된 전압의 평균값을 출력하도록 구성될 수 있다.The voltage divider may include resistors having the same resistance value and the output of the voltage divider may be configured to output a voltage sampled by the rising edge voltage measuring unit and an average value of voltages sampled by the falling edge voltage measuring unit .
또한, 상기 에지 추출부는 상승 에지 추출부 및 하강 에지 검출부를 포함하고, 상기 상승 에지 추출부는 NOT 게이트, 상기 상승 에지 추출부의 NOT 게이트의 출력을 입력 받는 저대역 통과 필터 및 상기 상승 에지 추출부의 저대역 통과 필터의 출력을 입력받는 NAND 게이트를 포함하고, 상기 3상 모터를 제어하는 PWM 신호의 전압값은 상기 상승 에지 추출부의 NOT 게이트 및 상기 하강 에지 추출부의 NOT 게이트, 상기 OR 게이트 및 상기 NAND 게이트의 입력부로 입력되고, 상기 NAND 게이트는 상기 상승 에지 추출부의 저대역 통과 필터의 출력과 PWM 신호를 NAND 연산할 수 있다.The rising edge extracting unit includes a NOT gate, a low-pass filter that receives the output of the NOT gate of the rising edge extracting unit, and a low-pass filter of the rising edge extracting unit. The rising edge extracting unit includes a rising edge extracting unit and a falling edge extracting unit. Wherein a voltage value of a PWM signal for controlling the three-phase motor is input to a NOT gate of the rising edge extracting unit, a NOT gate of the falling edge extracting unit, an OR gate, and a NAND gate of the falling edge extracting unit The NAND gate may NAND the PWM signal with the output of the low-pass filter of the rising edge extractor.
또한, 상기 하강 에지 추출부는 NOT 게이트, 상기 하강 에지 추출부의 NOT 게이트의 출력을 입력 받는 저대역 통과 필터 및 상기 하강 에지 추출부의 저대역 통과 필터의 출력을 입력 받는 OR 게이트를 포함하며, 상기 OR 게이트는 상기 하강 에지 추출부의 저대역 통과 필터의 출력과 PWM 신호를 OR 연산할 수 있다.The falling edge extracting unit includes a NOT gate, a low bandpass filter receiving the output of the NOT gate of the falling edge extracting unit, and an OR gate receiving the output of the low band pass filter of the falling edge extracting unit. May OR the output of the low-pass filter of the falling edge extractor and the PWM signal.
또한, 상기 상승 에지 추출부의 출력 신호의 폭은 상기 하강 에지 추출부의 신호의 폭보다 더 클 수 있다.The width of the output signal of the rising edge extracting unit may be greater than the width of the signal of the falling edge extracting unit.
또한, 상기 분류 저항은 상기 저전압 측 스위칭부 및 상기 접지부와 연결될 수 있다.Further, the classifying resistor may be connected to the low voltage side switching unit and the ground unit.
또한, 상기 분류 저항은 상기 저전압 측 스위칭부 및 상기 고전압 측 스위칭부가 연결되는 부분 및 상기 모터와 연결될 수 있다.In addition, the dividing resistor may be connected to the motor and the portion to which the low-voltage-side switching unit and the high-voltage-side switching unit are connected.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 3상 모터에 흐르는 전류를 측정하는 방법은, 전압 측정 회로를 이용하여 분류 저항 양단에 걸린 전압을 측정하고, 상기 분류 전압 양단에 걸린 전압을 이용하여 3상 모터에 흐르는 전류를 측정하는 방법에 있어서, 상기 3상 모터를 제어하는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 상승 에지 및 하강 에지를 검출하여 상승 에지 검출 신호 및 하강 에지 검출 신호를 출력하는 단계; 상기 상승 에지 검출 신호 및 하강 에지 검출 신호에 기초하여 에지 검출시의 상기 분류 전압 양단에 걸린 전압을 샘플링하는 단계; 및 상기 상승 에지 검출 신호에서 샘플링된 전압과, 상기 하강 에지 검출 신호에 기초하여 샘플링된 전압을 전압 분배기를 통하여 가중 평균하여 출력하는 단계; 및 상기 가중 평균된 전압을 ADC(Analog to Digital Converter)를 통하여 디지털 값으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.Meanwhile, in a method of measuring current flowing in a three-phase motor according to an embodiment of the present invention, a voltage across both ends of a dividing resistor is measured using a voltage measuring circuit, The method comprising: detecting a rising edge and a falling edge of a PWM (Pulse Width Modulation) signal for controlling the three-phase motor to output a rising edge detection signal and a falling edge detection signal; Sampling a voltage across the split voltage at edge detection based on the rising edge detection signal and the falling edge detection signal; And outputting a weighted average of a voltage sampled at the rising edge detection signal and a voltage sampled based on the falling edge detection signal through a voltage divider and outputting the result; And converting the weighted average voltage to a digital value through an analog to digital converter (ADC).
또한, 상기 전압 분배기는 동일한 저항값을 가지는 저항들로 구성되고, 상기 가중 평균하여 출력하는 단계는 단순 평균된 전압값을 출력할 수 있다.Also, the voltage divider may include resistors having the same resistance value, and the weighted average output may output a simple averaged voltage value.
따라서, 본 발명에 따르면, ADC 트리거 모듈을 별도의 소프트웨어 모듈로 실행시키는 종래의 3상 모터 제어시스템 대비, MCU의 리소스 부담이 현저하게 줄어들고, 절약된 MCU의 리소스 부담을 다른 차량 안전을 위한 제어에 활용할 수 있어서, 차량 안전에도 상당한 도움을 줄 수 있다.Therefore, according to the present invention, compared to the conventional three-phase motor control system in which the ADC trigger module is executed by a separate software module, the resource burden of the MCU is remarkably reduced and the resource burden of the saved MCU is controlled It can be used, which can be a great help to vehicle safety.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전압 측정 회로를 포함하는 3상 모터 제어 시스템을 도시한 도면이다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 본 발명의 실시예에 따른 전압 측정 회로의 동작을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 다른 전압 측정 회로를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에지 검출부를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에지 검출부에서 검출된 에지 검출 신호와 PWM 신호와의 관계를 나타낸 타이밍도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전압 측정 회로를 통하여 측정된 전압의 예시를 나타낸 타이밍도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압 측정 회로를 포함하는 3상 모터 제어 시스템을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압 측정 회로의 동작을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압 측정 회로에 인가되는 전압을 나타낸 타이밍도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압 측정 회로를 나타낸 도면이다.
도 12는 종래의 3상 모터 제어 시스템을 나타낸 도면이다.
도 13(a) 및 도 13(b)는 종래의 3상 모터 제어 시스템의 동작을 나타낸 도면이다.
도 14는 종래의 3상 모터 제어 시스템의 동작을 나타낸 타이밍도이다.1 is a diagram showing a three-phase motor control system including a voltage measurement circuit according to an embodiment of the present invention.
2 (a) and 2 (b) are views showing the operation of the voltage measuring circuit according to the embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a voltage measuring circuit according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an edge detector according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are timing charts showing the relationship between the edge detection signal and the PWM signal detected by the edge detection unit according to the embodiment of the present invention.
7 is a timing diagram illustrating an example of a voltage measured through a voltage measurement circuit according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a three-phase motor control system including a voltage measurement circuit according to another embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating an operation of a voltage measuring circuit according to another embodiment of the present invention.
10 is a timing chart showing a voltage applied to a voltage measuring circuit according to another embodiment of the present invention.
11 is a view showing a voltage measuring circuit according to another embodiment of the present invention.
12 is a diagram showing a conventional three-phase motor control system.
13 (a) and 13 (b) are diagrams showing the operation of a conventional three-phase motor control system.
14 is a timing chart showing the operation of a conventional three-phase motor control system.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user. In addition, for convenience of explanation, components may be exaggerated or reduced in size.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it will be understood by those skilled in the art that the following embodiments are provided so that those skilled in the art will be able to fully understand the present invention, and that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is not.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전압 측정 회로(200)를 이용한 평균 전류값을 측정하는 3상 모터 제어 시스템에 대하여 설명한다.Hereinafter, a three-phase motor control system for measuring an average current value using the
도 1을 참조하면, 3상 모터 제어시스템(100)은 MCU(110), 프리드라이버(Pre-driver, 120), 고전압 측 스위칭부(130), 저전압 측 스위칭부(140), 3상 모터(150), 분류 저항(Shunt resistor, 160) 및 전압 측정 회로(200)를 포함할 수 있다. 이 경우, 고전압 측 스위칭부(130)는 전원에 연결되며, 저전압 측 스위칭부(140)는 접지에 연결된다.1, the three-phase
MCU(110)는 모터 구동을 위하여 PWM 신호를 PWM 전송선(115, 116, 117)을 통해 프리드라이버(120)에 송신한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 3상 모터 제어를 위하여 3개의 PWM 제어 신호를 송신하기 위하여 3개의 전송선(115, 116, 117)을 사용 하였으며, 각각의 입력부(PWM_A, PWM_B, PWM_C)에 입력된다. The
프리드라이버(120)는 MCU(110)으로부터 수신한 PWM 신호에 기초하여 고전압 측 스위칭부(130) 및 저전압 측 스위칭부(140)를 제어하여 3상 모터(150)에 전류를 제공한다. 보다 구체적으로, 프리드라이버(120)는 고전압 측 게이트 제어부(121) 및 저전압 측 게이트 제어부(122)를 포함하고, PWM 신호에 기초하여 고전압 측 스위칭부(130) 및 저전압 측 스위칭부(140) 중 제어하고자 하는 스위치(131, 141)의 게이트에 고전압(high voltage) 및/또는 저전압(Low voltage)을 인가하여 스위치(131, 141)를 온(on) 및/또는 오프(off) 상태로 만든다.The pre-driver 120 controls the high voltage
한편, 모터(150), 고전압 측 스위치(131) 및 저전압 측 스위치(141)를 통해 흐른 전류는 분류 저항(Shunt Resistor, 160)을 통과하게 된다. 이 때, 전압 측정 회로(200)는 PWM 전송선(115, 116, 117)을 통해 공급된 PWM 신호의 상승 및 하강 에지(edge) 검출 순간에 분류 저항(160) 양단에 걸린 전압을 샘플 및 홀딩한다. On the other hand, a current flowing through the
전압 측정 회로(200)에서 측정된 전압은 다시 MCU(110)로 전송하게 된다. 바람직하게는 전압 측정 회로(200)에서 상승 및 하강 에지에서 측정된 전압들을 평균하여 출력하도록 회로를 구성할 수 있다.The voltage measured by the
MCU(110)는 전압 측정 회로(200)에서 측정된 전압을 아날로그 입력단(113)을 통해 수신한 후, ADC(112)를 통하여 디지털 값으로 읽을 수 있다. 이 경우, 종래 기술과는 달리 평균 전압을 구하기 위한 별도의 타이밍 연산이 필요 없으므로, MCU의 리소스 부담을 크게 절감시킬 수 있다.The
도 2(a) 및 도 2(b)는 본 발명의 실시예에 따른 전압 측정 회로(200)의 동작을 나타낸 도면이다. 2 (a) and 2 (b) are views showing the operation of the
도 2(a)는 온-듀티 구간에서의 동작을 나타낸 도면이다. 온-듀티 구간에서는 고전압 측 스위치(131) 및 저전압 측 스위치(141)가 모두 온(on)되면서, 모터 전원에 공급된 전압이 고전압 측 스위치(131) 및 저전압 측 스위치(141)를 거쳐 분류 저항(160)에도 흐르게 된다. 이 경우, 분류 저항(160) 양단에 걸린 전압은 전압 측정 회로(200)에 의해 측정되어 MCU(110)로 제공된다.FIG. 2 (a) is a diagram showing the operation in the on-duty section. Both the high
도 2(b)는 프리휠링 구간에서의 동작을 나타낸 도면이다. 프리휠링 구간에서는 고전압 측 스위치(131)가 오프(Off)되고, 저전압 측 스위치(141)가 온(on)되어, 폐쇄회로를 이루면서 전류가 흐르게 된다. 이 때, 프리휠링 전류는 분류 저항(160)에 흐르지 않게 된다.2 (b) is a diagram showing the operation in the freewheeling period. In the free-wheeling section, the high
이하에서는 도 3을 참조하여 전압 측정 회로(200)의 구체적인 구성을 상세히 설명한다.Hereinafter, the specific configuration of the
전압 측정 회로(200)는 버퍼(220), 샘플 및 홀드 회로(230), 저대역 통과 필터 회로(250) 및 에지 추출부(400)를 포함하며, MCU(110) 내의 아날로그 입력단(113)으로 측정된 전압값을 출력하게 된다.The
일단, 분류 저항(160) 양단에 걸린 전압은 증폭기(165)를 거쳐서 전압 측정 회로(200)을 거쳐 ADC(112)에서 읽을 때에 ADC(112)가 읽을 수 있는 범위의 전압으로 증폭된다. 최초에 입력되는 전압의 크기가 너무 작은 경우에는 ADC(112)를 통해 디지털 값으로 전압값을 변환할 때에 정확한 측정이 어렵기 때문이다.The voltage across both ends of the classifying
증폭기(165)를 통하여 입력된 신호는 입력 버퍼(220)를 거쳐서 샘플 및 홀드 회로(230)로 입력된다.The signal input through the
한편, 샘플 및 홀드 회로(230)는 상승 에지 전압 측정부와 하강 에지 전압 측정부를 포함할 수 있다. Meanwhile, the sample and hold
이 때, 상승 에지 전압 측정부는, 상승 에지 스위치(231), 홀딩 저항(233), 홀딩 커패시터(234) 및 출력 버퍼(232)를 포함할 수 있다. 하강 에지 전압 측정부는, 하강 에지 스위치(235), 홀딩 저항(237), 홀딩 커패시터(238) 및 출력 버퍼(236)을 포함할 수 있다.At this time, the rising edge voltage measuring section may include a rising
상승 에지 스위치(231)는 에지 추출부(400)로부터 상승 에지 검출 신호(/V_ST_RED)를 입력 받는다. 상승 에지 스위치(231)는 입력된 상승 에지 검출 신호(/V_ST_RED)가 예컨대, 로우 전압일 경우에는, 홀딩 저항(233)을 통하지 않고 입력 버퍼(220)와 출력 버퍼(232)가 연결되도록 스위칭한다. 입력 버퍼(220)는 생략될 수도 있는 바, 이 경우, 상승 에지 스위치(231)는 증폭기(165)의 출력과 직접 연결되도록 스위칭한다.The rising
또한, 상승 에지 스위치(231)는 입력된 상승 에지 검출 신호(/V_ST_RED)가 예컨대, 하이 전압인 경우에는 입력 버퍼(220)가 홀딩 저항(233)을 통해 출력 버퍼(232)와 연결되도록 스위칭한다. 입력 버퍼(220)는 생략될 수도 있는 바, 이 경우, 상승 에지 스위치(231)는 증폭기(165)의 출력과 출력 버퍼(232)가 홀딩 저항(233)을 통하여 연결되도록 스위칭한다.The rising
상승 에지 스위치(231)가 홀딩 저항(233)을 통하지 않고 입력 버퍼(220)와 출력 버퍼(232)가 연결되도록 스위칭되는 경우, 분류 저항(160) 양단에 걸린 전압이 증폭기(165) 및 버퍼(220)를 거쳐 출력된 전압값이 출력 버퍼(232)의 입력단에 인가되게 된다. 즉, 상승 에지 순간의 분류 저항(160) 양단의 전압값이 샘플링되고, 출력 버퍼(232)를 통하여 출력된다. When the rising
반대로, 상승 에지 스위치(231)가 입력 버퍼(220)와 출력 버퍼(233)을 홀딩 저항(233)을 통해 연결되도록 스위칭하는 경우에는, 샘플링 되었던 분류 저항(160) 양단의 전압값이 홀딩(유지)된다. 이 경우, 유지 시간은 홀딩 저항(233)과 홀딩 커패시터(234)의 곱에 따라 결정된다. 즉, 홀딩 저항(233)과 홀딩 커패시터(234)의 곱이 커지는 경우에는 샘플링 되었던 전압값의 유지 시간이 길어지고, 반대의 경우에는 유지 시간이 짧아지게 된다. 상술한 유지 시간 중에는 샘플링된 전압값이 유지되어 출력 버퍼(232)를 통하여 출력되게 된다.Conversely, when the rising
한편, 하강 에지 스위치(235)는 에지 추출부(400)로부터 하강 에지 검출 신호(/V_ST_FED)를 입력받는다. 하강 에지 스위치(235)는 입력된 하강 에지 검출 신호(/V_ST_FED)가 예컨대, 로우 전압일 경우에는, 홀딩 저항(237)을 통하지 않고 입력 버퍼(220)와 출력 버퍼(236)가 연결되도록 스위칭한다. 입력 버퍼(220)는 생략될 수도 있는 바, 이 경우, 하강 에지 스위치(235)는 증폭기(165)의 출력과 직접 연결되도록 스위칭한다.On the other hand, the falling
또한, 하강 에지 스위치(235)는 입력된 하강 에지 검출 신호(/V_ST_FED)가 예컨대, 하이 전압인 경우에는 입력 버퍼(220)가 홀딩 저항(237)을 통해 출력 버퍼(236)와 연결되도록 스위칭한다. 입력 버퍼(220)는 생략될 수도 있는 바, 이 경우, 하강 에지 스위치(235)는 증폭기(165)의 출력과 출력 버퍼(236)가 홀딩 저항(237)을 통하여 연결되도록 스위칭한다.The falling
하강 에지 스위치(235)가 홀딩 저항(237)을 통하지 않고 입력 버퍼(220)와 출력 버퍼(236)가 연결되도록 스위칭되는 경우, 분류 저항(160) 양단에 걸린 전압이 증폭기(165) 및 버퍼(220)를 거쳐 출력된 전압값이 출력 버퍼(236)의 입력단에 인가되게 된다. 즉, 하강 에지 순간의 분류 저항(160) 양단의 전압값이 샘플링되고, 출력 버퍼(236)를 통하여 출력된다. When the falling
반대로, 하강 에지 스위치(235)가 입력 버퍼(220)와 출력 버퍼(236)을 홀딩 저항(237)을 통해 연결되도록 스위칭하는 경우에는, 샘플링 되었던 분류 저항(160) 양단의 전압값이 홀딩(유지)된다. 이 경우, 유지 시간은 홀딩 저항(237)과 홀딩 커패시터(238)의 곱에 따라 결정된다. 즉, 홀딩 저항(237)과 홀딩 커패시터(238)의 곱이 커지는 경우에는 샘플링 되었던 전압값의 유지 시간이 길어지고, 반대의 경우에는 유지 시간이 짧아지게 된다. 상술한 유지 시간 중에는 샘플링된 전압값이 유지되어 출력 버퍼(236)를 통하여 출력되게 된다.Conversely, when the falling
출력 버퍼들(232, 236)을 통하여 출력된 저항은 저대역 통과 필터 회로(250)를 통하여 출력된다.The resistors output through the output buffers 232 and 236 are output through the low
저대역 통과 필터 회로(250)는 예를 들어, RC 회로로 구성할 수 있다. 본 실시예에서는 저항들(251, 252, 254) 및 커패시터(254, 255)를 통하여 저대역 통과 필터(250)을 구현하였지만, 당업자라면, 다양한 방식으로 저대역 통과 필터(250)를 구현하는 것이 가능하다. The low
추가적으로, 저대역 통과 필터(250)에 포함된 저항의 일부(251, 252)는 전압 분배기의 기능도 할 수 있다. 상술한 저항들(251, 252)은 전압 분배기의 기능을 수행하며, 따라서, 출력 버퍼들(232, 236)에서 출력된 전압값은 전압 분배기의 기능을 수행하는 저항들(251, 252)에 의하여 가중 평균 될 수 있다. 이 경우, 전압 분배기의 기능을 수행하는 저항들(251, 252)의 전압값이 동일할 경우에는 출력 버퍼들(232, 236)에서 출력된 전압값들의 평균값이 출력되게 된다.Additionally,
이하에서는, 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 에지 추출부(400)를 상세히 설명한다.Hereinafter, an
본 발명의 실시예에 따른 에지 추출부(400)는 신호 합성부(410), 상승 에지 검출부(420) 및 하강 에지 검출부(430)를 포함한다.The
신호 합성부(410)는 PWM 전송선(115, 116, 117)을 통해 전압 측정 회로(200)에 수신된 PWM 신호를 하나의 신호로 합성하는 구성으로, 바람직하게는 OR 게이트를 이용한다. 도 4에서는 3개의 입력부를 가지는 OR 게이트로 표현하였지만, 당업자는 다양한 구성을 통하여 본 실시예의 신호 합성부(410)를 구성할 수 있음을 알 수 있다.The
신호 합성부(410)의 출력은 NOT 논리 연산을 수행하는 상승 에지 검출부(420)의 NOT 게이트(410), 상승 에지 검출부(420)의 NAND 게이트(424), 하강 에지 검출부(430)의 NOT 게이트(431), 하강 에지 검출부(430)의 OR 게이트(434)의 입력부로 입력된다.The output of the
도 4 및 도 5를 참조하면, 신호 합성부(410)의 출력부를 통해 NOT 게이트(421) 및 저대역 통과 필터(422, 423)을 통과한 신호(520)는 직접 신호 합성부(410)에서 직접 NAND 게이트(424)에 입력되는 신호(510) 대비 지연이 발생한다. NAND 게이트(424)는 신호 합성부(410)의 출력과, 지연된 신호(V_OUT_LPF_RED)를 NAND 연산하여 상승 에지 검출 신호(530)를 출력한다.4 and 5, the signal 520 passing through the
도 4 및 도 6을 참조하면, 신호 합성부(410)의 출력부를 통해 NOT 게이트(431) 및 저대역 통과 필터(432, 433)을 통과한 신호(620)는 직접 신호 합성부(410)에서 직접 OR 게이트(434)에 입력되는 신호(610) 대비 지연이 발생한다. OR 게이트(434)는 신호 합성부(410)의 출력과, 지연된 신호(620)를 OR 연산하여 하강 에지 검출 신호(630)를 출력한다. 4 and 6, the signal 620 having passed through the
단, 바람직하게 상승 에지 검출 신호(530)의 폭은 하강 에지 검출 신호(630)의 폭보다 넓다. 왜냐하면, 신호의 전압이 상승할 경우에는 오버슈팅이 발생할 가능성이 있으므로, 상승 에지에서 실제 인가되는 전압보다 높은 전압을 측정할 가능성이 있다. 따라서, 상승 에지에서의 정확한 전압 측정을 위하여 상승 에지 검출 신호(530)의 폭을 하강 에지 검출 신호(630)의 폭보다 넓게 한다.However, the width of the rising edge detection signal 530 is preferably larger than the width of the falling edge detection signal 630. Because, if the voltage of the signal rises, there is a possibility of overshooting, so it is possible to measure a voltage higher than the voltage actually applied at the rising edge. Thus, the width of the rising edge detection signal 530 is made wider than the width of the falling edge detection signal 630 for accurate voltage measurement at the rising edge.
이러한 에지 검출 신호들(530, 630)의 폭은 저대역 통과 필터의 저항(422, 433) 및 커패시턴스(423, 432)의 곱에 의해 결정되는 시정수에 따라 변화할 수 있다.The width of these edge detection signals 530 and 630 may vary according to the time constant determined by the product of the
이하에서는 도 7을 참조하여,본 발명의 실시예에 따른 샘플 및 홀더 회로(200)의 동작에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the sample and
MCU(110)에서 PWM 신호(700)가 PWM 전송선(115, 116, 117)을 통해 프리드라이버(120)에 입력되면, 프리드라이버(120)는 입력된 PWM 신호에 기초하여 고전압 측 스위칭부(130) 및 저전압 측 스위칭부(140)를 구동한다. 그리고, 고전압 측 스위칭부130)을 통하여 모터(150)에 전류가 공급되고, 공급된 전류가 다시 저전압 스위칭부(140)를 거쳐 분류 저항(160)에 흐르게 된다. When the
분류 저항(160) 양단에 걸린 전압(710)은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 측정 회로(200)에 인가된다. 그리고, 전압 측정 회로(200)에 인가된 전압(710)은 상승 에지 전압 측정부와 하강 에지 전압 측정부에 인가된다. The
한편, 상술한 PWM 신호(700)는 에지 추출부(400)에도 입력되고, 에지 추출부(400)는 상승 에지 검출 신호(720) 및 하강 에지 검출 신호(730)를 추출하여 상승 에지 스위치(231) 및 하강 에지 스위치(235)에 공급한다.The
상승 에지 검출 신호(720)가 로우 전압일 때, 상승 에지 스위치(231)가 버퍼(220)의 출력부에 직접 연결되면서 상승 에지 때에 분류 저항(160) 양단의 전압이 샘플링된다. 반대로, 상승 에지 검출 신호(720)가 하이 전압일 때에는, 홀딩 저항(233) 및 홀딩 커패시턴스(236)에 의해 전압이 유지되게 된다. When the rising
이와 유사하게, 하강 에지 검출 신호(730)가 로우 전압일 때, 하강 에지 스위치(235)가 버퍼(220)의 출력부에 직접 연결되면서 하강 에지 때에 분류 저항(160) 양단의 전압이 샘플링된다. 반대로, 하강 에지 검출 신호(720)가 하이 전압일 때에는, 홀딩 저항(237) 및 홀딩 커패시턴스(238)에 의해 전압이 유지(홀딩)되게 된다. Similarly, when the falling
상승 에지 및 하강 에지에서 샘플링 및 홀딩된 전압(740, 760)은 저대역 통과 필터(250) 내의 전압 분배기(251, 252)에 의해 가중 평균된 전압값(750)을 출력한다. 바람직하게는 저항들(251, 252)은 동일한 저항값을 가지며, 평균 전압값(750)을 출력하게 된다. 출력된 전압값은 다시 MCU(110)의 아날로그 입력부(113) 및 ADC(112)에 입력된다.The sampled and held
이하에서는, 도 8 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압 측정 회로(200)를 이용한 평균 전류값을 측정 방식에 대하여 설명한다. 도 8 내지 도 10을 설명함에 있어서, 설명의 간략화을 위하여 도 1 내지 도 7과 동일한 부분의 설명부분은 생략한다.Hereinafter, a method of measuring an average current value using the
도 8을 참조하면, 3상 모터 제어시스템(100)은 MCU(110), 프리드라이버(Pre-driver, 120), 고전압 측 스위칭부(130), 저전압 측 스위칭부(140), 모터(150), 분류 저항(Shunt resistor, 160) 및 전압 측정 회로(200)를 포함할 수 있다.8, the three-phase
도 8에 따르면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분류 저항(160-1)은 모터(150)와 고전압 측 스위칭부(130), 저전압 측 스위칭부(140)의 사이에 설치된다.8, a voltage divider resistor 160-1 according to another embodiment of the present invention is installed between the
통상적으로, 스위칭부(130) 및 저전압 측 스위칭부(140)과 모터(150)은 커넥터를 통하여 연결되게 되므로, 분류 저항(160-1)은 커넥터 단에 설치되게 된다. Since the
도 9(a) 및 도 9(b)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압 측정 회로(200)의 동작을 나타낸 도면이다. 9 (a) and 9 (b) are diagrams showing the operation of the
도 9(a)는 온 듀티 구간에서의 동작을 나타낸 도면이다. 온 듀티 구간에서는 고전압 측 스위치(131) 및 저전압 측 스위치(141)가 모두 온(on)되면서, 모터 전원에 공급된 전압이 고전압 측 스위치(131) 및 저전압 측 스위치(141)를 거쳐 분류 저항(160-1)에도 흐르게 된다. 이 경우, 분류 저항(160-1) 양단에 걸린 전압은 전압 측정 회로(200)에 의해 측정되어 MCU(110)로 제공된다.9 (a) is a diagram showing the operation in the on-duty period.
도 9(b)는 프리휠링 구간에서의 동작을 나타낸 도면이다. 프리휠링 구간에서는 고전압 측 스위치(131)가 오프(Off)되고, 저전압 측 스위치(141)만 모두 온(on)되어, 폐쇄회로를 이루면서 전류가 흐르게 된다. 단, 본 실시예에서는 도 10에 도시한 바와 같이, 프리휠링 전류도 분류 저항(160-1)에 흐르게 되므로 3상 모터(150)가 구동되는 전 구간 동안에 모터에 흐르는 전류의 측정이 가능하게 된다.9 (b) is a diagram showing the operation in the freewheeling period. In the free wheeling period, the high
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압 측정 회로(200)를 나타낸 도면이다. 도 8 내지 도 10을 설명함에 있어서, 설명의 간략화를 위하여 도 1 내지 도 7과 동일한 부분의 설명부분은 생략한다.11 is a diagram illustrating a
도 11에 따르면, 전압 측정 회로(200)에서 샘플 및 홀딩 회로(230)를 하나만 구비하고, 대신 에지 추출부(400)에서 추출된 상승 에지 검출 신호 및 하강 에지 검출 신호를 모두 사용하여 상승 및 하강 에지 스위치(231-1)를 구동하게 된다. 따라서, 별도의 전압 분배기 없이 분류 저항(160 또는 160-1)의 양단에 걸린 전압을 측정할 수 있고, 간단한 구성으로 회로를 간편화할 수 있다.11, only one sampling and holding
한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities. Accordingly, the scope of the present invention should be construed as being limited to the embodiments described, and it is intended that the scope of the present invention encompasses not only the following claims, but also equivalents thereto.
100: 3상 모터 제어 시스템
200: 전류 측정 회로
230: 샘플 및 홀딩 회로
250: 저대역 통과 필터
400: 에지 추출부100: Three-phase motor control system
200: Current measuring circuit
230: SAMPLE AND HOLDING CIRCUIT
250: Low-pass filter
400: edge extracting unit
Claims (20)
상기 3상 모터를 제어하는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 상승 에지 및 하강 에지를 검출하여 상승 에지 검출 신호 및 하강 에지 검출 신호를 출력하는 에지 추출부;
상기 상승 에지 검출 신호 및 상기 하강 에지 검출 신호에 기초하여 에지 검출시의 상기 분류 전압 양단에 걸린 전압을 샘플링하는 샘플 및 홀딩 회로; 및
상기 샘플 및 홀딩 회로에서 출력되는 신호를 수신하여 상기 샘플 및 홀딩 회로의 출력 신호의 저대역을 통과시키는 저대역 통과 필터를 포함하는
전압 측정 회로.
1. A voltage measuring circuit for measuring a voltage across a breaking resistor to measure a current flowing in a three-phase motor,
An edge extraction unit for detecting a rising edge and a falling edge of a PWM (Pulse Width Modulation) signal for controlling the three-phase motor to output a rising edge detection signal and a falling edge detection signal;
A sample and hold circuit for sampling a voltage across the split voltage at edge detection based on the rising edge detection signal and the falling edge detection signal; And
And a low pass filter for receiving a signal output from the sample and hold circuit and passing the low frequency signal through the low band of the output signal of the sample and holding circuit
Voltage measuring circuit.
상기 샘플 및 홀딩 회로는 상승 에지 전압 측정부 및 하강 에지 전압 측정부를 구비하는,
전압 측정 회로.
The method according to claim 1,
Wherein the sample and holding circuit includes a rising edge voltage measuring unit and a falling edge voltage measuring unit,
Voltage measuring circuit.
상기 상승 에지 전압 측정부 및 상기 하강 에지 전압 측정부는 상승 에지 스위치 및 하강 에지 스위치를 각각 포함하며,
상기 상승 에지 스위치는 상기 상승 에지 검출 신호에 응답하여 상기 분류 전압 양단에 걸린 전압을 샘플링하도록 스위칭되며,
상기 하강 에지 스위치는 상기 하강 에지 검출 신호에 응답하여 상기 분류 전압 양단에 걸린 전압을 샘플링하도록 스위칭되는,
전압 측정 회로.
3. The method of claim 2,
The rising edge voltage measuring unit and the falling edge voltage measuring unit each include a rising edge switch and a falling edge switch,
Wherein the rising edge switch is switched to sample a voltage across the classification voltage in response to the rising edge detection signal,
Wherein the falling edge switch is switched to sample a voltage across the split voltage in response to the falling edge detection signal,
Voltage measuring circuit.
상기 저대역 통과 필터는 상기 상승 에지 전압 측정부에서 샘플링된 전압과 상기 하강 에지 전압 측정부에서 샘플링된 전압을 가중 평균하는 전압 분배기를 포함하는,
전압 측정 회로.
The method of claim 3,
Wherein the low-pass filter includes a voltage divider that weight-averages a voltage sampled by the rising edge voltage measuring unit and a voltage sampled by the falling edge voltage measuring unit,
Voltage measuring circuit.
상기 전압 분배기는 동일한 저항값을 가지는 저항들을 포함하며, 상기 전압 분배기의 출력은 상기 상승 에지 전압 측정부에서 샘플링된 전압과 상기 하강 에지 전압 측정부에서 샘플링된 전압의 평균값을 출력하도록 구성된,
전압 측정 회로.
5. The method of claim 4,
Wherein the voltage divider includes resistors having the same resistance value and the output of the voltage divider is configured to output an average value of a voltage sampled in the rising edge voltage measuring unit and a voltage sampled in the falling edge voltage measuring unit,
Voltage measuring circuit.
상기 에지 추출부는 상승 에지 추출부 및 하강 에지 검출부를 포함하고,
상기 상승 에지 추출부는 NOT 게이트, 상기 상승 에지 추출부의 NOT 게이트의 출력을 입력 받는 저대역 통과 필터 및 상기 상승 에지 추출부의 저대역 통과 필터의 출력을 입력 받는 NAND 게이트를 포함하고,
상기 3상 모터를 제어하는 PWM 신호의 전압값은 상기 상승 에지 추출부의 NOT 게이트 및 상기 하강 에지 추출부의 NOT 게이트, 상기 OR 게이트 및 상기 NAND 게이트의 입력부로 입력되고,
상기 NAND 게이트는 상기 상승 에지 추출부의 저대역 통과 필터의 출력과 PWM 신호를 NAND 연산하여 상기 상승 에지 검출 신호를 출력하는,
전압 측정 회로.
The method according to claim 1,
Wherein the edge extracting unit includes a rising edge extracting unit and a falling edge detecting unit,
Wherein the rising edge extracting unit includes a NOT gate, a low band pass filter receiving the output of the NOT gate of the rising edge extracting unit, and a NAND gate receiving the output of the low band pass filter of the rising edge extracting unit,
The voltage value of the PWM signal for controlling the three-phase motor is input to the NOT gate of the rising edge extracting unit, the NOT gate of the falling edge extracting unit, the OR gate, and the input unit of the NAND gate,
Wherein the NAND gate NANDs an output of the low-pass filter of the rising edge extractor with a PWM signal to output the rising edge detection signal,
Voltage measuring circuit.
상기 하강 에지 추출부는 NOT 게이트, 상기 하강 에지 추출부의 NOT 게이트의 출력을 입력 받는 저대역 통과 필터 및 상기 하강 에지 추출부의 저대역 통과 필터의 출력을 입력 받는 OR 게이트를 포함하며,
상기 OR 게이트는 상기 하강 에지 추출부의 저대역 통과 필터의 출력과 PWM 신호를 OR 연산하여 상기 하강 에지 검출 신호를 출력하는,
전압 측정 회로.
The method according to claim 6,
Wherein the falling edge extracting unit includes a NOT gate, a low band pass filter receiving the output of the NOT gate of the falling edge extracting unit, and an OR gate receiving the output of the low band pass filter of the falling edge extracting unit,
Wherein the OR gate ORs an output of the low-pass filter of the falling edge extractor with a PWM signal to output the falling edge detection signal,
Voltage measuring circuit.
상기 상승 에지 검출 신호의 폭은 상기 하강 에지 검출 신호의 폭보다 더 큰,
전압 측정 회로.
The method according to claim 6,
Wherein the width of the rising edge detection signal is greater than the width of the falling edge detection signal,
Voltage measuring circuit.
상기 3상 모터에 흐르는 전류를 측정하기 위하여 분류 저항 양단에 걸린 전압을 측정하는 전압 측정 회로;
PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 출력하고, 상기 전압 측정 회로로부터 측정된 전압값을 디지털 값으로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter)를 포함하는 마이크로컨트롤러 유닛;
전원에 연결되는 고전압 측 스위칭부;
접지에 연결되는 저전압 측 스위칭부; 및
상기 PWM 신호를 수신하고, 수신된 PWM 신호에 기초하여 상기 고전압 측 스위칭부 및 상기 저전압 측 스위칭부에 제어 신호를 인가하는 프리드라이버를 포함하며,
상기 전압 측정 회로는,
상기 상기 PWM 신호의 상승 에지 및 하강 에지를 검출하여 상승 에지 검출 신호 및 하강 에지 검출 신호를 출력하는 에지 추출부;
상기 상승 에지 검출 신호 및 상기 하강 에지 검출 신호에 기초하여 에지 검출시의 상기 분류 전압 양단에 걸린 전압을 샘플링하는 샘플 및 홀딩 회로; 및
상기 샘플 및 홀딩 회로에서 출력되는 신호를 수신하여 상기 샘플 및 홀딩 회로의 출력 신호의 저대역을 통과시키는 저대역 통과 필터를 포함하는
3상 모터 제어 시스템.
Three - phase motor;
A voltage measuring circuit for measuring a voltage across the voltage dividing resistor to measure a current flowing through the three-phase motor;
A microcontroller unit including an ADC (Analog to Digital Converter) for outputting a PWM (Pulse Width Modulation) signal and converting a voltage value measured by the voltage measuring circuit into a digital value;
A high voltage side switching unit connected to a power source;
A low voltage side switching unit connected to the ground; And
And a pre-driver that receives the PWM signal and applies a control signal to the high voltage side switching unit and the low voltage side switching unit based on the received PWM signal,
The voltage measuring circuit includes:
An edge extraction unit for detecting a rising edge and a falling edge of the PWM signal and outputting a rising edge detection signal and a falling edge detection signal;
A sample and hold circuit for sampling a voltage across the split voltage at edge detection based on the rising edge detection signal and the falling edge detection signal; And
And a low pass filter for receiving a signal output from the sample and hold circuit and passing the low frequency signal through the low band of the output signal of the sample and holding circuit
Three - phase motor control system.
상기 샘플 및 홀딩 회로는 상승 에지 전압 측정부 및 하강 에지 전압 측정부를 구비하는,
3상 모터 제어 시스템.
10. The method of claim 9,
Wherein the sample and holding circuit includes a rising edge voltage measuring unit and a falling edge voltage measuring unit,
Three - phase motor control system.
상기 상승 에지 전압 측정부 및 상기 하강 에지 전압 측정부는 상승 에지 스위치 및 하강 에지 스위치를 각각 포함하며,
상기 상승 에지 스위치는 상기 상승 에지 검출 신호에 응답하여 상기 분류 전압 양단에 걸린 전압을 샘플링하도록 스위칭되며,
상기 하강 에지 스위치는 상기 하강 에지 검출 신호에 응답하여 상기 분류 전압 양단에 걸린 전압을 샘플링하도록 스위칭되는,
3상 모터 제어 시스템.
11. The method of claim 10,
The rising edge voltage measuring unit and the falling edge voltage measuring unit each include a rising edge switch and a falling edge switch,
Wherein the rising edge switch is switched to sample a voltage across the classification voltage in response to the rising edge detection signal,
Wherein the falling edge switch is switched to sample a voltage across the split voltage in response to the falling edge detection signal,
Three - phase motor control system.
상기 저대역 통과 필터는 상기 상승 에지 전압 측정부에서 샘플링된 전압과 상기 하강 에지 전압 측정부에서 샘플링된 전압을 가중 평균하는 전압 분배기를 포함하는,
3상 모터 제어 시스템.
12. The method of claim 11,
Wherein the low-pass filter includes a voltage divider that weight-averages a voltage sampled by the rising edge voltage measuring unit and a voltage sampled by the falling edge voltage measuring unit,
Three - phase motor control system.
상기 전압 분배기는 동일한 저항값을 가지는 저항들을 포함하며, 상기 전압 분배기의 출력은 상기 상승 에지 전압 측정부에서 샘플링된 전압과 상기 하강 에지 전압 측정부에서 샘플링된 전압의 평균값을 출력하도록 구성된,
3상 모터 제어 시스템.
13. The method of claim 12,
Wherein the voltage divider includes resistors having the same resistance value and the output of the voltage divider is configured to output an average value of a voltage sampled in the rising edge voltage measuring unit and a voltage sampled in the falling edge voltage measuring unit,
Three - phase motor control system.
상기 에지 추출부는 상승 에지 추출부 및 하강 에지 검출부를 포함하고,
상기 상승 에지 추출부는 NOT 게이트, 상기 상승 에지 추출부의 NOT 게이트의 출력을 입력 받는 저대역 통과 필터 및 상기 상승 에지 추출부의 저대역 통과 필터의 출력을 입력 받는 NAND 게이트를 포함하고,
상기 3상 모터를 제어하는 PWM 신호의 전압값은 상기 상승 에지 추출부의 NOT 게이트 및 상기 하강 에지 추출부의 NOT 게이트, 상기 OR 게이트 및 상기 NAND 게이트의 입력부로 입력되고,
상기 NAND 게이트는 상기 상승 에지 추출부의 저대역 통과 필터의 출력과 PWM 신호를 NAND 연산하여 상기 상승 에지 검출 신호를 출력하는,
3상 모터 제어 시스템.
10. The method of claim 9,
Wherein the edge extracting unit includes a rising edge extracting unit and a falling edge detecting unit,
Wherein the rising edge extracting unit includes a NOT gate, a low band pass filter receiving the output of the NOT gate of the rising edge extracting unit, and a NAND gate receiving the output of the low band pass filter of the rising edge extracting unit,
The voltage value of the PWM signal for controlling the three-phase motor is input to the NOT gate of the rising edge extracting unit, the NOT gate of the falling edge extracting unit, the OR gate, and the input unit of the NAND gate,
Wherein the NAND gate NANDs an output of the low-pass filter of the rising edge extractor with a PWM signal to output the rising edge detection signal,
Three - phase motor control system.
상기 하강 에지 추출부는 NOT 게이트, 상기 하강 에지 추출부의 NOT 게이트의 출력을 입력 받는 저대역 통과 필터 및 상기 하강 에지 추출부의 저대역 통과 필터의 출력을 입력 받는 OR 게이트를 포함하며,
상기 OR 게이트는 상기 하강 에지 추출부의 저대역 통과 필터의 출력과 PWM 신호를 OR 연산하여 상기 하강 에지 검출 신호를 출력하는,
3상 모터 제어 시스템.
15. The method of claim 14,
Wherein the falling edge extracting unit includes a NOT gate, a low band pass filter receiving the output of the NOT gate of the falling edge extracting unit, and an OR gate receiving the output of the low band pass filter of the falling edge extracting unit,
Wherein the OR gate ORs an output of the low-pass filter of the falling edge extractor with a PWM signal to output the falling edge detection signal,
Three - phase motor control system.
상기 상승 에지 검출 신호의 폭은 상기 하강 에지 검출 신호의 폭보다 더 큰,
3상 모터 제어 시스템.
15. The method of claim 14,
Wherein the width of the rising edge detection signal is greater than the width of the falling edge detection signal,
Three - phase motor control system.
상기 분류 저항은 상기 저전압 측 스위칭부 및 상기 접지부와 연결되는,
3상 모터 제어 시스템.
10. The method of claim 9,
Voltage side switching unit and the grounding unit,
Three - phase motor control system.
상기 분류 저항은 상기 저전압 측 스위칭부 및 상기 고전압 측 스위칭부가 연결되는 부분 및 상기 모터와 연결되는,
3상 모터 제어 시스템
10. The method of claim 9,
Wherein the voltage dividing resistor is connected to the part to which the low voltage side switching part and the high voltage side switching part are connected,
Three-phase motor control system
상기 3상 모터를 제어하는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 상승 에지 및 하강 에지를 검출하여 상승 에지 검출 신호 및 하강 에지 검출 신호를 출력하는 단계;
상기 상승 에지 검출 신호 및 하강 에지 검출 신호에 기초하여 에지 검출시의 상기 분류 전압 양단에 걸린 전압을 샘플링하는 단계; 및
상기 상승 에지 검출 신호에서 샘플링된 전압과, 상기 하강 에지 검출 신호에 기초하여 샘플링된 전압을 전압 분배기를 통하여 가중 평균하여 출력하는 단계; 및
상기 가중 평균된 전압을 ADC(Analog to Digital Converter)를 통하여 디지털 값으로 변환하는 단계를 포함하는,
3상 모터에 흐르는 전류를 측정하는 방법. A method of measuring a current flowing through a three-phase motor using a voltage measuring circuit to measure a voltage across a dividing resistor and using a voltage across the dividing voltage,
Outputting a rising edge detection signal and a falling edge detection signal by detecting a rising edge and a falling edge of a PWM (Pulse Width Modulation) signal for controlling the three-phase motor;
Sampling a voltage across the split voltage at edge detection based on the rising edge detection signal and the falling edge detection signal; And
Outputting a weighted average of a voltage sampled at the rising edge detection signal and a voltage sampled based on the falling edge detection signal through a voltage divider; And
And converting the weighted average voltage to a digital value via an analog to digital converter (ADC).
A method for measuring current flowing in a three-phase motor.
상기 전압 분배기는 동일한 저항값을 가지는 저항들로 구성되고,
상기 가중 평균하여 출력하는 단계는 단순 평균된 전압값을 출력하는,
3상 모터에 흐르는 전류를 측정하는 방법.
20. The method of claim 19,
Wherein the voltage divider is composed of resistors having the same resistance value,
Wherein the step of outputting the weighted average comprises:
A method for measuring current flowing in a three-phase motor.
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