KR20180049964A - 리졸버 여자 신호 생성 장치 및 상기 리졸버 여자 신호 생성 장치를 포함하는 차량 - Google Patents

리졸버 여자 신호 생성 장치 및 상기 리졸버 여자 신호 생성 장치를 포함하는 차량 Download PDF

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김성한
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강건수
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현대자동차주식회사
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Abstract

여자 신호 생성 회로 및 여자 신호 생성 회로가 설치된 차량에 관한 것으로, 여자 신호 생성 회로는 입력 신호를 출력하는 입력부, 상기 입력 신호를 증폭하여 출력 신호를 생성하되, 과전류로부터 회로를 보호하기 위한 회로 보호부를 포함하는 전류 증폭부 및 상기 출력 신호를 출력하는 출력부를 포함하되, 상기 회로 보호부는, 에미터가 상기 출력부와 연결된 제1 트랜지스터, 콜렉터가 상기 출력부와 연결되고, 베이스가 상기 제1 트랜지스터의 베이스와 연결된 제2 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터의 베이스 및 상기 제2 트랜지스터의 베이스와 연결된 정류부를 포함할 수 있다.

Description

리졸버 여자 신호 생성 장치 및 상기 리졸버 여자 신호 생성 장치를 포함하는 차량{An apparatus generating a excitation signal for a resolver and a vehicle including the same}
리졸버 여자 신호 생성 장치 및 상기 리졸버 여자 신호 생성 장치를 포함하는 차량에 관한 것이다.
차량은, 차체에 설치된 하나 이상의 차륜을 회전시켜 도로나 선로를 주행하면서 일 위치에서 다른 위치로 이동할 수 있는 장치를 의미한다. 이와 같은 차량으로는, 예를 들어, 삼륜 또는 사륜 자동차나, 모터사이클 등의 이륜 자동차나, 건설 기계, 자전거 또는 선로 상에 배치된 레일 위에서 주행하는 열차 등이 있을 수 있다.
차량은, 다양한 방법으로 이용하여 차륜 회전을 위한 동력을 얻을 수 있다. 예를 들어, 차량은, 가솔린이나 디젤과 같은 화석 연료를 연소시켜 획득한 열 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 차륜 회전에 필요한 동력을 얻을 수 있다. 또한, 다른 예를 들어, 차량은 차량 내에 배터리에 충전된 전기 에너지를 이용하여 차륜의 회전에 필요한 동력을 얻을 수도 있다. 이와 같이 전기 에너지를 이용하여 동력을 얻는 차량을 전기 자동차라고 한다.
이와 같은 전기 자동차로는, 전기 에너지만을 이용하여 동력을 획득하는 통상적인 전기 자동차(EV, Electric Vehicle)와, 화석 연료의 연소에 따른 에너지와 전기 에너지 양자 중 적어도 하나를 이용하여 동력을 획득하는 하이브리드 전기 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle)와, 연소 에너지와 전기 에너지 양자를 모두 이용하되 외부로부터 전기 에너지를 공급받아 저장할 수 있는 플러그-인 하이브리드 전기 자동차(PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등이 있을 수 있다.
리졸버(resolver)에 인가되는 여자 신호를 생성하는 회로의 안전성을 개선할 수 있는 리졸버 여자 신호 생성 장치 및 상기 리졸버 여자 신호 생성 장치를 포함하는 차량을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 리졸버 여자 신호 생성 장치 및 상기 리졸버 여자 신호 생성 장치를 포함하는 차량이 제공된다.
여자 신호 생성 장치는, 입력 신호를 수신하는 입력부, 상기 입력 신호를 증폭하여 출력 신호를 생성하되, 과전류로부터 회로를 보호하기 위한 회로 보호부를 포함하는 전류 증폭부 및 상기 출력 신호를 출력하는 출력부를 포함하되, 상기 회로 보호부는, 에미터(emitter)가 상기 출력부와 연결된 제1 트랜지스터, 콜렉터(collector)가 상기 출력부와 연결되고, 베이스(base)가 상기 제1 트랜지스터의 베이스와 연결된 제2 트랜지스터 및 상기 제1 트랜지스터의 베이스 및 상기 제2 트랜지스터의 베이스와 연결된 정류부를 포함할 수 있다.
상기 제1 트랜지스터의 베이스, 상기 제2 트랜지스터의 베이스 및 상기 정류부는, 하나의 노드에 연결될 수 있다.
여자 신호 생성 장치는, 반전 입력단이 상기 입력부와 연결되고, 출력단이 상기 정류부와 연결되고, 상기 입력 신호를 증폭하여 상기 정류부로 전달하는 전압 증폭부를 더 포함할 수 있다.
상기 반전 입력단은 상기 출력 신호에 대응하는 피드백 신호가 더 입력될 수 있다.
상기 출력부가 단락되면, 상기 정류부는 동작을 중단하고, 상기 출력 신호는, 상기 피드백 신호가 상기 반전 입력단으로 전달되는 경로를 따라서 상기 전압 증폭부의 반전 입력단으로 입력될 수 있다.
상기 전류 증폭부는, 콜렉터가 외부 전원과 연결되고, 에미터가 상기 제1 트랜지스터의 콜렉터와 연결되는 제3 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
단락이 발생되지 않고 상기 전압 증폭부가 양의 파형의 신호를 출력하면, 상기 제1 트랜지스터의 베이스는 상기 입력 신호의 전부 또는 일부를 수신하고, 상기 제1 트랜지스터의 에미터는 입력 신호의 전류를 증폭하여 출력할 수 있다.
상기 제2 트랜지스터의 베이스는 상기 입력 신호의 일부를 수신하고, 상기 제2 트랜지스터의 콜렉터는 상기 입력 신호의 일부를 출력할 수 있다.
상기 전류 증폭부는, 콜렉터가 상기 제2 트랜지스터의 에미터와 연결되는 제4 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
상기 제4 트랜지스터는, 상기 전압 증폭부가 양의 파형의 신호를 출력하면 동작을 중단하고, 상기 전압 증폭부가 음의 파형의 신호를 출력하면 동작을 개시할 수 있다.
상기 출력부가 그라운드에 의해 단락되면, 상기 입력 신호는, 상기 정류부 및 상기 제1 트랜지스터를 경유하여 상기 출력부로 전달되거나, 또는 상기 정류부 및 상기 제2 트랜지스터를 경유하여 상기 출력부로 전달될 수 있다.
차량은, 모터, 상기 모터와 전기적으로 연결되고 상기 모터의 회전 정도를 감지하는 리졸버 및 상기 리졸버에 여자 신호를 제공하는 여자 신호 생성부를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 여자 신호 생성부는, 입력 신호를 수신하는 입력부, 여자 신호를 출력하는 출력부, 에미터가 상기 출력부와 연결된 제1 트랜지스터, 베이스가 상기 제1 트랜지스터의 베이스와 연결 되고, 콜렉터가 상기 출력부와 연결된 제2 트랜지스터 및 상기 입력부와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 트랜지스터의 베이스 및 상기 제2 트랜지스터의 베이스와 연결된 정류부를 포함할 수 있다.
상술한 리졸버 여자 신호 생성 장치 및 상기 리졸버 여자 신호 생성 장치에 의하면, 여자 신호를 생성하는 회로의 안전성을 개선할 수 있게 된다.
상술한 리졸버 여자 신호 생성 장치 및 상기 리졸버 여자 신호 생성 장치에 의하면, 단락 시 발생하는 과전류에 의한 여자 신호 생성 회로의 훼손을 방지할 수 있게 되고, 이에 따라 여자 신호 생성 회로의 단락에 대한 취약성을 개선하고, 여자 신호 생성 회로의 안전성을 강화할 수 있게 된다.
또한, 상술한 리졸버 여자 신호 생성 장치 및 상기 리졸버 여자 신호 생성 장치에 의하면, 과전류에 의한 여자 신호 생성 회로의 훼손이 방지될 수 있으므로, 여자 신호 생성 회로와 연결되거나 또는 이를 포함하는 각종 회로의 소손 역시 예방할 수 있게 되고, 아울러 이들이 설치된 차량의 안전성 역시 강화될 수 있게 된다.
또한, 상술한 리졸버 여자 신호 생성 장치 및 상기 리졸버 여자 신호 생성 장치에 의하면, 높은 전압이 인가되는 경우에도 회로 내 소자의 손상 없이 여자 신호를 생성하여 리졸버에 전달할 수도 있게 된다.
또한, 상술한 리졸버 여자 신호 생성 장치 및 상기 리졸버 여자 신호 생성 장치에 의하면, 회로의 부품을 거의 증가시키지 않고도 여자 신호 생성 회로의 안전성을 개선할 수 있게 되어, 경제적으로도 유리한 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 1은 차량의 일 실시예에 대한 블록도이다.
도 2는 여자 신호 생성 회로의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 정상 상태에서의 전류의 흐름을 도시한 도면이다.
도 4는 정상 상태에서의 전류의 흐름을 도시한 다른 도면이다.
도 5는 출력부가 단락되어 고전압이 인가된 경우에서의 전류의 흐름을 도시한 도면이다.
도 6은 출력부가 단락되어 고전압이 인가된 경우 출력부에서 출력되는 전류의 세기를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 그라운드 단락된 경우에서의 전류의 흐름을 도시한 도면이다.
도 8은 그라운드 단락된 경우 출력부에서 출력되는 전류의 세기를 설명하기 위한 그래프이다.
이하 여자 신호 생성 회로 및 여자 신호 생성 회로가 설치된 차량의 일 실시예에 대해 설명한다. 그러나, 본 명세서가 실시예들의 모든 구성 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 부, 모듈 또는 부재라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 부, 모듈 또는 부재가 하나의 부품을 이용하여 구현되거나, 하나의 부, 모듈 또는 부재가 복수의 부품을 포함하여 구현되는 것도 가능하다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 기재되어 있는 경우, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함할 수 있다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 특별한 기재가 없는 이상 이들 용어에 의해 구성요소가 특별한 순서를 가지고 있는 것으로 해석될 수는 없다.
또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
이하 도 1 내지 도 8을 참조하여 여자 신호 생성 회로 및 여자 신호 생성 회로가 설치된 차량의 일 실시예에 대해서 설명하도록 한다.
도 1은 차량의 일 실시예에 대한 블록도이다.
차량(1)은, 적어도 하나의 차륜(2a, 2b)의 회전에 의해 도로나 선로를 주행할 수 있다. 차량(1)은 실시예에 따라서, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 또는 플러그-인 하이브리드 전기 자동차일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 모터(30)를 이용하여 주행에 필요한 구동력을 획득하는 다양한 장치를 포함할 수도 있다.
도 1에 도시된 바를 참조하면, 차량(1)은, 제어부(10)와, 배터리(20)와, 모터(30)와, 리졸버(40)와, 감지 신호 수신부(50)와, 여자 신호 생성부(100)를 포함할 수 있다.
제어부(10)와, 배터리(20)와, 모터(30)와, 리졸버(40)와, 감지 신호 수신부(50)와, 여자 신호 생성부(100) 중 적어도 두 개는 도선이나 또는 각종 무선 통신 장치를 이용하여 상호 통신 가능하게 마련된다. 여기서 무선 통신 장치는, 와이파이(Wi-Fi)나, 블루투스(Bluetooth)나, 캔(CAN, Controller Area Network)이나, 또는 지그비(Zigbee) 등과 같은 소정의 무선 통신 기술을 이용하여 구현된 것일 수 있다.
실시예에 따라서, 차량(1)은, 연료의 연소 에너지를 이용하여 전방 차륜(2a) 및 후방 차륜(2b) 중 적어도 하나에 대한 회전력을 획득하는 엔진(미도시)을 더 포함할 수도 있다.
제어부(10)는, 차량(1)의 전반적인 동작을 제어하도록 마련된다.
제어부(10)는, 예를 들어, 여자 신호 생성부(100)로 제어 신호를 전송하여 여자 신호 생성부(100)가 여자 신호를 생성하고 생성한 여자 신호를 리졸버(40)로 전달하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(10)는, 배터리(20)와 모터(30)가 서로 전기적으로 연결되도록 제어하거나, 또는 감지 신호 수신부(50)로부터 전달되는 신호를 기초로 모터(30)의 동작 상태를 판단하고, 판단된 동작 상태를 기초로 모터(30)의 동작을 결정한 후 결정된 동작에 따라 모터(30)가 동작하도록 제어할 수도 있다. 뿐만 아니라, 제어부(10)는 차량(1) 내에 설치된 적어도 하나의 부품이나 장치, 일례로 내비게이션 장치 등에 제어 신호를 전달하여 적어도 하나의 부품이나 장치가 필요한 동작을 수행하도록 제어하도록 마련된 것일 수도 있다.
제어부(10)는, 적어도 하나의 반도체 칩 및 관련 부품을 포함하는 적어도 하나의 프로세서를 이용하여 구현 가능하며, 프로세서는 예를 들어 전자 제어 유닛(ECU, Electronic Control Unit) 등을 포함한다.
배터리(20)는, 모터(30)의 동작에 필요한 전력을 저장하며, 제어부(10)의 제어에 따라 모터(30)에 전력을 공급할 수 있도록 마련된다. 배터리(20)는 실시예에 따라 교환 가능한 것일 수도 있다. 또한, 배터리(20)는 외부의 전원이나 모터(30)로부터 전력을 공급받고 공급받은 전력을 충전할 수도 있다. 또한, 배터리(20)는, 모터(30) 이외에도 차량(1)에 설치된 각종 부품, 일례로 제어부(10)나 여자 신호 생성부(100)가 요구하는 전력을 공급할 수도 있다.
실시예에 따라서, 차량(1) 내에는 복수 개의 배터리(20)가 설치될 수 있으며, 복수 개의 배터리(20) 중 일부는 모터(30)로 주로 전력을 공급하고, 다른 일부는 모터(30) 이외의 다른 부품, 일례로 여자 신호 생성부(100)나 전조등 등에 전력을 공급하도록 설계될 수도 있다.
모터(30)는, 배터리(20)에서 공급된 전기 에너지를 전방 차륜(2a) 및 후방 차륜(2b) 중 적어도 하나의 회전에 필요한 운동 에너지로 변환한다. 모터(30)는 고정자 및 회전자를 포함한다.
리졸버(40)는 모터(30)의 회전자의 회전 정도, 일례로 회전 각도를 측정한다. 리졸버(40)는 고정자(41)와 회전자(42)를 포함할 수 있다. 고정자(41)에는 여자 권선이 설치될 수 있으며, 리졸버(40)의 회전자(42)는 모터(30)의 회전자의 회전에 대응하여 회전하도록 마련될 수 있다.
리졸버(40)의 여자 권선에 여자 신호 생성부(100)로부터 일정 주파수의 여자 신호가 인가되고 회전자(42)가 모터(30)의 동작에 따라 회전하게 되면, 리졸버(40)는 역기전력에 따른 쇄교 자속의 변화에 따라서 서로 상이한 복수의 정현파 신호, 즉 사인 신호(sine signal) 및 코사인 신호(cosine signal)를 출력한다.
감지 신호 수신부(50)는 리졸버(40)로부터 복수의 출력 신호를 수신하고, 복수의 출력 신호를 제어부(10)로 전달할 수 있다. 감지 신호 수신부(50)는, 적어도 하나의 회로를 이용하여 구현될 수 있으며, 필요에 따라, 복수의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지털 컨버터나, 복수의 출력 신호를 증폭하기 위한 증폭기 등을 포함할 수 있다.
감지 신호 수신부(50)로부터 복수의 출력 신호가 전달되면, 제어부(10)는, 전달된 복수의 출력 신호를 기초로 리졸버(40)의 회전자(42)의 회전 각도를 연산할 수 있다. 제어부(10)는 연산된 회전자(42)의 회전 각도를 기초로 모터(30)의 회전자의 회전 정도를 판단할 수 있으며, 이를 기초로 모터(30)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(10)는 모터(30)가 현재의 각속도로 회전하도록 제어할 수도 있고, 또한 소정의 제어 신호를 생성하여 현재의 각속도보다 더 높은 각속도로 회전하도록 제어하거나, 또는 더 낮은 각속도로 회전하도록 제어할 수도 있다.
도 2는 여자 신호 생성 회로의 일 실시예를 도시한 도면이다.
여자 신호 생성부(100)는 리졸버(40)의 여자 권선에 여자 신호를 인가한다. 여자 신호 생성부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 소정의 회로(100a, 이하 여자 신호 생성 회로)를 이용하여 구현될 수 있다.
도 2에 도시된 바를 참조하면, 여자 신호 생성부(100)는, 일 실시예에 있어서, 입력부(101), 출력부(102), 전류 증폭부(110) 및 전압 증폭부(140)를 포함할 수 있다.
입력부(101)는, 제어부(10)와 직접적으로 또는 간접적으로 전기적으로 연결되어, 제어부(10)에서 전달되는 전기적 신호, 즉 입력 신호를 수신하고, 수신한 입력 신호를 회로 내로 전달한다. 입력부(101)로부터 출력된 입력 신호는 전압 증폭부(140)로 전달될 수도 있고, 실시예에 따라서 전류 증폭부(120)로 전달될 수도 있다. 여기서, 입력 신호는 소정 주파수의 교류 신호를 포함할 수 있다.
입력부(101)는 전압 증폭부(140)의 반전 입력단(142)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 따라 입력부(101)에서 출력된 전기적 신호는 전압 증폭부(140)의 반전 입력단(142)으로 입력될 수 있다. 실시예에 따라서, 입력부(101)와 반전 입력단(142) 사이에는 제1 피드백 저항(151)이 더 설치될 수 있다.
출력부(102)는, 전압 증폭부(140)에서 전압이 증폭되거나, 및/또는 전류 증폭부(110)에서 전류가 증폭된 전기적 신호, 즉 여자 신호로 이용되는 출력 신호를 외부로 출력할 수 있다.
출력부(102)는, 리졸버(40)의 여자 권선과 전기적으로 연결될 수 있으며, 예를 들어 차량(1) 내부에 설치된 도선 등을 이용하여 여자 권선과 전기적으로 연결될 수 있다. 출력부(102)에서 출력된 여자 신호는 도선 등을 통하여 여자 권선으로 전달되고, 리졸버(40)는 회전자(42)의 동작에 대응하는 복수의 출력 신호를 출력할 수 있게 된다.
전압 증폭부(140)는, 입력부(101)가 출력한 전기적 신호의 전압을 증폭한다. 전압 증폭부(140)는, 예를 들어, 연산 증폭기(op-amp, Operational Amplifier)를 이용하여 구현 가능하다.
전압 증폭부(140)는, 반전 입력단(142)과, 비반전 입력단(144)과, 출력단(145)을 포함한다.
반전 입력단(142)은 입력부(101)와 직접 또는 제1 피드백 저항(151)을 경유하여 연결되어, 입력부(101)가 출력한 전기적 신호를 수신한다.
또한, 반전 입력단(142)은, 전류 증폭부(110)의 출력단과 연결되어, 전류 증폭부(110)에서 출력되는 피드백 신호를 수신하도록 마련될 수도 있다. 구체적으로 여자 신호 생성부(100)는, 입력부(101)와 반전 입력단(142) 사이와, 전류 증폭부(110)의 출력단과 출력부(102) 사이를 연결하는 피드백 라인(153)과 피드백 라인(153)에 마련된 제2 피드백 저항(152)을 포함할 수 있으며, 전류 증폭부(110)에서 출력된 전기적 신호에 대응하는 피드백 신호는 라인(153)과 제2 피드백 저항(152)을 경유하여 반전 입력단(142)에 전달될 수 있다.
비반전 입력단(144)은 입력 오프셋 전압(Vos)을 인가하기 위한 전원(103)과 연결된다.
출력단(145)은, 전압 증폭부(140)에 의해 증폭된 전기적 신호를 출력하여 전류 증폭부(110)로 전달한다. 일 실시예에 의하면, 출력단(145)은 전류 증폭부(110)의 회로 보호부(130)에 마련된 정류부(138)와 직접 또는 간접적으로 전기적으로 연결되도록 마련될 수 있다.
전압 증폭부(140)는, 전원(141) 및 그라운드(143)와 연결되어 있을 수 있으며, 전원(141)은 양전원 및 음전원 중 적어도 하나를 포함한다. 전원(141)은 소정 전압(Vcc1)을 전압 증폭부(140)에 인가하여, 전압 증폭부(140)가 입력 신호의 전압을 적절히 증폭할 수 있도록 한다.
전류 증폭부(110)는 전압 증폭부(140)에서 출력된 전기적 신호의 전류를 증폭할 수 있다. 전류 증폭부(110)는 푸시풀(push-pull) 전류 증폭 회로를 이용하여 구현될 수 있다.
도 2에 도시된 바를 참조하면, 전류 증폭부(110)는, 일 실시예에 있어서, 회로 보호부(130)를 포함할 수 있으며, 회로 보호부(130)는, 제1 트랜지스터(131), 제2 트랜지스터(132) 및 제1 정류부(138)를 포함할 수 있다.
또한, 전류 증폭부(110)는 회로 보호부(130)와 전기적으로 연결된 제3 트랜지스터(111) 및 제4 트랜지스터(112)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 전류 증폭부(110)는, 적어도 하나의 저항, 일례로 제1 저항 내지 제4 저항(114, 117, 118, 119)을 더 포함할 수도 있고, 및/또는 적어도 하나의 정류부, 일례로 제2 정류부 및 제3 정류부(115, 116)를 더 포함할 수도 있다. 이들(114 내지 119) 중 전부 또는 일부는 설계자의 선택에 따라 생략 가능하다.
제1 정류부(138), 제2 정류부(115) 및 제3 정류부(116)는, 각각 다이오드를 이용하여 구현 가능하다.
일 실시예에 의하면, 전류 증폭부(110)는 각각의 부품, 노드 및 라인이 서로 대칭되도록 마련될 수 있다. 즉, 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)와, 제3 트랜지스터(111) 및 제4 트랜지스터(112)와, 제1 저항(114) 및 제2 저항(117)과, 제3 저항(118) 및 제4 저항(119)과, 제2 정류부(115) 및 제3 정류부(116)가 서로 대칭적으로 회로(100a) 내에 배치될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 제1 트랜지스터(131) 및 제3 트랜지스터(111)는 직접적으로 또는 간접적으로 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 트랜지스터(131) 및 제3 트랜지스터(111)는 NPN 트랜지스터일 수 있으며, 이 경우 제1 트랜지스터(131)의 콜렉터(collector, 131c)는 제3 트랜지스터(111)의 에미터(emitter, 111e)와 연결될 수 있다.
또한, 제1 트랜지스터(131)의 베이스(base, 131b)는 제2 트랜지스터(132)의 베이스(132b)와 연결될 수 있다. 또한, 제1 트랜지스터(131)의 에미터(131e)는 출력부(102)와 연결되도록 마련된다. 제1 트랜지스터(131)의 에미터(131e)와 출력부(102) 사이에는 제3 저항(118)이 더 마련될 수 있다.
제3 트랜지스터(111)는, 콜렉터(111c)가 외부 전원(113)와 전기적으로 연결된다. 이에 따라 외부 전원(113)에서 공급되는 소정 전압(Vcc2)의 전류는 제3 트랜지스터(111)의 콜렉터(111c)로 전달되고, 제3 트랜지스터(111)의 에미터(111a)는 공급된 전류에 대응하는 전류를 제1 트랜지스터(131)의 콜렉터(131c)로 전달한다. 제3 트랜지스터(111)의 베이스(111c)는 제1 저항(114) 및 제2 정류부(115)와 전기적으로 연결되도록 마련될 수 있다.
또한, 일 실시예에 의하면, 제2 트랜지스터(132) 및 제4 트랜지스터(112)는 서로 직접적으로 또는 간접적으로 전기적으로 연결된다. 일 실시예에 따르면, 제2 트랜지스터(132)는 NPN 트랜지스터이고, 제4 트랜지스터(112)는 PNP 트랜지스터일 수 있으며, 이 경우, 제2 트랜지스터(132)의 에미터(132e)가 제4 트랜지스터(112)의 콜렉터(112c)와 직접 또는 간접적으로 연결되도록 마련된다.
또한, 상술한 바와 동일하게 제2 트랜지스터(132)의 베이스(132b)는 제1 트랜지스터(131)의 베이스(131b)와 직접적 또는 간접적으로 연결되고, 제2 트랜지스터(132)의 콜렉터(132c)는 출력부(102)와 연결된다.
제4 트랜지스터(112)는, 콜렉터(112c)가 제2 트랜지스터(132)의 에미터(132e)와 연결되고, 에미터(112e) 및 베이스(112b)는 각각 그라운드(113a)나 제2 저항(117)과 연결될 수 있다.
제1 정류부(138)는, 단락이 발생되지 않은 정상 상태에서 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)를 온 상태로 변경할 수 있는 전압을 확보하기 위해 마련된다.
제1 정류부(138)는, 일 단은 전압 증폭부(140)의 출력단(145)과 연결되고, 타 단은 제1 트랜지스터(131)의 베이스(131b) 및 제2 트랜지스터(132)의 베이스(132b)를 연결하는 라인에 형성된 노드(139)와 전기적으로 연결된다. 다시 말해서, 제1 정류부(138), 제1 트랜지스터(131)의 베이스(131b) 및 제2 트랜지스터(132)의 베이스(132b)는 하나의 노드(139)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 전압 증폭부(140)에서 증폭된 후 출력단(145)에서 출력된 전기적 신호는 제1 정류부(138)를 경유하여 제1 트랜지스터(131)의 베이스(131b) 및 제2 트랜지스터(132)의 베이스(132b) 중 적어도 하나로 전달될 수 있게 된다.
이하 여자 신호 생성부(100)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 정상 상태에서의 전류의 흐름을 도시한 도면이고, 도 4는 정상 상태에서의 전류의 흐름을 도시한 다른 도면이다.
단락이 발생되지 않은 정상 상태의 경우, 입력 신호와 출력 신호의 DC 오프셋 전압은 동일하고, 도 2에 도시된 바와 같이 여자 신호 생성 회로(100a)는 대칭적으로 구성되므로, 제1 트랜지스터(131)의 베이스(131b)의 전압과 제2 트랜지스터(132)의 베이스(132b)의 베이스 전압의 오프셋은 입력 신호와 출력 신호의 DC 오프셋 전압과 동일하게 된다.
만약 도 3에 도시된 바와 같이 전압 증폭부(140)의 출력단(145)에서 양의 파형의 신호, 즉 플러스(+) 반파가 출력된다면, 제3 트랜지스터(111)의 에미터(111c)와, 제1 트랜지스터(131)의 콜렉터(131c)가 서로 연결되어 있고, 제1 트랜지스터(131)의 베이스(131b)는 제1 정류부(138)를 경유하여 출력단(145)과 연결되어 있으므로, 제1 트랜지스터(131)와 제3 트랜지스터(111)는 온(On) 상태가 되어 동작 가능하게 된다.
이에 따라, 외부의 전원(113)에서 공급된 소정 전압(Vcc2)의 전류(161)는 제3 트랜지스터(111)를 경유하여 제1 트랜지스터(131)의 콜렉터(131c)로 전달되고, 또한, 출력단(145)에서 출력된 전기적 신호(162)는 제1 정류부(138) 및 노드(139)를 경유하여 제1 트랜지스터(131)의 베이스(131b)로 전달된다. 이에 따라, 제1 트랜지스터(131)의 에미터(131e)에서는 전기적 신호(162)를 증폭한 신호(163)가 출력된다. 증폭된 신호(163)는, 실시예에 따라 제3 저항(118)을 경유하여, 출력부(102)로 전달된다.
한편, 제4 트랜지스터(112)는 오프 상태가 되어 동작하지 않으나, 제1 트랜지스터(131)의 베이스(131b) 및 제2 트랜지스터(132)의 베이스(132b)는 상호 연결되어 있으므로, 제2 트랜지스터(132)는 오프(Off) 상태가 되지 않고, 도통된다. 다시 말해서, 제4 트랜지스터(112)로는 전류가 흐르지 않으나, 제2 트랜지스터(132)는, 베이스(132b)의 전압이 유지되므로 포화(saturation) 상태가 되고, 또한 제2 트랜지스터(132)의 에미터(132e)의 전압은 제4 트랜지스터(112)의 전압과 동일하므로, 제2 트랜지스터(132)로 전류가 흐를 수 있게 된다.
이에 따라, 제1 정류부(138)를 경유하여 노드(139)로 전달된 전기적 신호(162) 중 일부(164)가 제2 트랜지스터(132)의 베이스(132b)로 입력될 수 있게 된다. 제2 트랜지스터(132)의 베이스(132b)로 전류(164)가 입력됨에 따라 제2 트랜지스터(132)의 콜렉터(132c)에서는 전류(165)가 방출되고, 방출된 전류(165)는, 실시예에 따라 제4 저항(119)을 경유하여, 출력부(102)로 전달된다.
따라서, 출력부(102)로, 제1 트랜지스터(131)에서 출력되는 전류(163) 및 제2 트랜지스터(132)에서 출력되는 전류(165)가 전달되며, 출력부(102)는 전달된 전류(163, 165)에 대응하는 전기적 신호, 즉 여자 신호를 출력할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 전압 증폭부(140)의 출력단(145)에서 음의 파형의 신호, 즉 마이너스(-) 반파가 출력되는 경우, 제1 트랜지스터(131)의 베이스(131b)의 전압 및 제2 트랜지스터(132)의 베이스(132b)의 전압이 여자 신호의 오프셋 전압에 도달하면 제1 정류부(138)는 오프 상태가 되고, 제1 트랜지스터(131)의 베이스(131b)의 전압은, 음의 파형의 신호의 입력에 의해 제4 트랜지스터(112)가 온 상태가 되어 동작 가능해질 때까지, 오프셋 전압으로 유지된다.
이에 따라 제2 트랜지스터(132)는 온 상태가 되어 전류가 흐를 수 있게 된다. 음의 파형의 신호의 입력에 의해 제4 트랜지스터(112)가 온 상태가 되면, 도 4에 도시된 바와 같이 전류(165)가 흘러 전류 증폭부(110) 내에서 여자 신호가 생성될 수 있게 된다.
이와 같이 양의 파형의 신호 및 음의 파형의 신호의 입력에 의해 여자 신호 생성부(100)에서 생성된 여자 신호의 교류 전압은, 예를 들어, 7.35V 내지 -7.35V 사이로 주어질 수 있고, 여자 신호의 교류 전류는 60mA 내지 -60mA 사이로 주어질 수도 있다. 그러나, 여자 신호의 전압 및 전류는 이에 한정되는 것이 아니며, 설계자의 설계나 또는 전원(113, 141)에서 인가되는 전압에 따라서 다양할 수 있다.
도 5는 출력부가 단락되어 고전압이 인가된 경우에서의 전류의 흐름을 도시한 도면이다.
예를 들어, 여자 신호 생성부(100)의 출력부(102)와 리졸버(40)의 고정자(41)를 연결하는 도선과, 다른 도선, 일례로 배터리(20)와 모터(30) 및/또는 리졸버(40)를 연결하는 도선은 서로 인접하여 배치될 수 있으며, 이 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 양 도선 사이에는 단락이 발생할 수 있다. 이와 같이 여자 신호 생성부(100)와 리졸버(40)를 연결하는 도선과 다른 도선이 단락되는 경우, 여자 신호 생성부(100)의 출력부(102)에 상대적으로 높은 전압이 형성될 수 있다.
만약 출력부(102)에 상대적으로 높은 전압이 인가되면, 전류(171)는 출력부(102)로부터 피드백 라인(153)를 경유하여 전압 증폭부(140)의 반전 입력단(142)으로 입력된다. 이 경우, 전압 증폭부(140)의 출력 신호는 그라운드(143)로 전달되고, 출력단(145)에서는 전기적 신호가 출력되지 않는다. 이에 따라, 제1 정류부(138)는 오프 상태가 되고, 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)의 베이스(131b, 132b)의 전압은 0V 또는 0V에 근사한 값으로 수렴하게 된다. 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)의 베이스(131b, 132b)의 전압은 0V 또는 0V에 근사한 값으로 수렴함에 따라서, 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132) 역시 오프 상태가 된다. 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)가 오프됨에 따라서, 전류 증폭부(110) 및 출력부(102) 사이의 전류 흐름은 중단되고, 전류 증폭부(110)의 각 소자들과 출력부(102) 사이의 전기적 연결은 절단된다.
따라서, 출력부(102)가 단락된다고 하더라도, 전류 증폭부(110)에는 이에 따른 고전압의 전류가 흐르지 않으므로, 전류 증폭부(110)의 각 소자, 일례로 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132) 등은 보호될 수 있게 된다.
또한, 제2 피드백 저항(152)이 높은 저항값(R2), 일례로 100Ω 정도를 갖는다면, 출력부(102) 및 전압 증폭부(140)에 의해 형성되는 닫힌 루프에는 전류가 거의 흐르지 않게 되므로, 상대적으로 높은 전압에서도 회로(100a)는 소손되지 않고, 회로(100a) 내의 각 소자들은 보호될 수 있게 된다.
도 6은 출력부가 단락되어 고전압이 인가된 경우 출력부에서 출력되는 전류의 세기를 설명하기 위한 그래프의 일례를 도시한 것이다. 도 6은 출력부(102)가 단락된 경우, 피드백 라인(153)을 따라 흐르는 전류(171)를 도시한 것으로, 상단부터 순차적으로 상술한 회로 보호부(130)가 적용되지 않은 경우에 흐르는 전류, 48V의 전압이 출력부(102)에 인가된 경우에 흐르는 전류, 24V의 전압이 출력부(102)에 인가된 경우에 흐르는 전류 및 12V의 전압이 출력부(102)에 인가된 경우에 흐르는 전류를 도시한 것이다.
상술한 바와 같이 회로 보호부(130)가 적용되지 않은 경우, 피드백 라인(153)에는 대략 2A의 전류가 유동할 수 있다. 이에 따라, 회로(100a) 내에는 과도한 전류가 흐르게 되고, 상대적으로 과전류에 취약한 트랜지스터(131, 132 등) 등의 소자가 소손되어, 회로의 손상이 발생될 수 있다.
상술한 회로 보호부(130)를 이용하여 전류 증폭부(110)를 구현하는 경우, 단락에 의해 12V의 전압이 출력부(102)에 인가되면 대략 30μA의 전류가 피드백 라인(153)을 통해 흐르고, 또한 단락에 의해 24V의 전압이 출력부(102)에 인가되면 대략 90μA의 전류가 피드백 라인(153)을 통해 흐르는 것으로 측정되었다. 또한, 단락에 의해 48V의 전압이 출력부(102)에 인가되더라도 대략 200μA의 전류만이 흐르는 것으로 측정되었다. 다시 말해서, 상술한 회로 보호부(130)를 이용하여 전류 증폭부(110)를 구현하는 경우에는, 상대적으로 매우 작은 전류가 회로(100a) 내에 흐르게 되므로, 과전류에 의한 회로(100a)의 손상을 방지할 수 있게 된다.
도 6에 기재된 전압 및 전류의 크기는 예시적인 것으로서, 실제 구현 시의 전압 및/또는 전류의 크기는 이들과 상이할 수 있다.
도 7은 그라운드 단락된 경우에서의 전류의 흐름을 도시한 도면이다.
또한, 예를 들어, 여자 신호 생성부(100)의 출력부(102)와 연결된 도선이 그라운드와 연결되어 그라운드 단락이 발생할 수도 있다.
출력부(102)가 그라운드와 단락되는 경우, 출력부(102)의 피드백 신호는 전압 증폭부(140)의 반전 입력단(142)으로 입력되고, 전압 증폭부(140)의 출력단(145)에서는 출력단(102)의 전압에 대응하는 전기적 신호가 출력된다. 출력단(145)에서 출력된 전기적 신호는 제1 정류부(138)로 전달된다.
제1 트랜지스터(131) 및 제3 트랜지스터(111)는 NPN 트랜지스터이고 또한 각각의 에미터(111e, 131e)가 그라운드에 연결되므로 온 상태가 된다. 한편, PNP 트랜지스터인 제4 트랜지스터(112)는 에미터(112e)가 그라운드에 연결되므로 오프 상태가 된다. 제2 트랜지스터(132)는, 베이스(132b)의 전압이 제1 트랜지스터(131)에 의해 유지되고 또한 제4 트랜지스터(112)가 오프 상태가 되므로, 포화 상태가 되고, 이에 따라 전류가 흐를 수 있게 된다.
이에 따라, 제1 정류부(138)로 전달된 전기적 신호는, 도 7에 도시된 바와 같이, 노드(139)에서 제1 트랜지스터(131) 방향 및 제2 트랜지스터(132) 방향으로 분할되어 출력부(102)로 전달된다. 다시 말해서, 일부의 전류(172)는 제1 트랜지스터(131)를 경유하여 흐르고, 다른 일부의 전류(173)는 제2 트랜지스터(131)를 경유하여 흐르게 된다. 따라서, 전류 증폭부(110)의 각 소자, 일례로 제1 트랜지스터(131)로 전달되는 전류(172)의 크기가 제한될 수 있게 된다. 다시 말해서, 과전류가 전류 증폭부(110)의 각 소자에 흐르는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 8은 그라운드 단락된 경우 출력부에서 출력되는 전류의 세기를 설명하기 위한 그래프의 일례를 도시한 것이다. 도 8의 상단의 그래프는 상술한 회로 보호부(130)가 적용되지 않은 경우에, 회로를 흐르는 전류를 도시한 것이고, 하단의 그래프는 회로 보호부(130)가 적용된 경우에 회로를 흐르는 전류를 도시한 것이다.
회로 보호부(130)가 적용되지 않고 출력부(102)가 그라운드 단락된 경우, 회로 내로는 대략 170mA의 전류가 흐르는 것으로 측정되었다 그러나, 상술한 회로 보후부(130)가 적용된 경우에는 회로(100a) 내에 오직 110mA의 전류만이 흐르는 것으로 측정되었다. 다시 말해서, 출력부(102)가 단락에 의해 그라운드와 연결된 경우에도, 회로(100a) 내에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있으므로, 과전류에 의한 각 부품, 일례로 제1 트랜지스터(131) 및 제2 트랜지스터(132)의 손상을 방지할 수 있게 된다.
이상 리졸버 여자 신호 생성 장치 및 상기 리졸버 여자 신호 생성 장치를 포함하는 차량의 일 실시예에 대해 설명하였으나, 리졸버 여자 신호 생성 장치 및 상기 리졸버 여자 신호 생성 장치를 포함하는 차량은 오직 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 상술한 실시예를 기초로 수정 및 변형하여 구현 가능한 다양한 실시예 역시 상술한 리졸버 여자 신호 생성 장치 및 상기 리졸버 여자 신호 생성 장치를 포함하는 차량에 해당한다. 예를 들어, 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성 요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성 요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 상술한 리졸버 여자 신호 생성 장치 및 상기 리졸버 여자 신호 생성 장치를 포함하는 차량과 동일하거나 유사한 결과를 획득할 수 있다.
1: 차량 10: 제어부
20: 배터리 30: 모터
40: 리졸버 41: 리졸버의 고정자
42: 리졸버의 회전자 50: 감지 신호 수신부
100: 여자 신호 생성부 101: 입력부
102: 출력부 110: 전류 증폭부
111: 제3 트랜지스터 112: 제4 트랜지스터
130: 회로 보호부 131: 제1 트랜지스터
132: 제2 트랜지스터 138: 정류부
139: 노브 140: 전압 증폭부

Claims (12)

  1. 입력 신호를 수신하는 입력부;
    상기 입력 신호를 증폭하여 출력 신호를 생성하되, 과전류로부터 회로를 보호하기 위한 회로 보호부를 포함하는 전류 증폭부; 및
    상기 출력 신호를 출력하는 출력부;를 포함하되,
    상기 회로 보호부는,
    에미터(emitter)가 상기 출력부와 연결된 제1 트랜지스터;
    콜렉터(collector)가 상기 출력부와 연결되고, 베이스(base)가 상기 제1 트랜지스터의 베이스와 연결된 제2 트랜지스터; 및
    상기 제1 트랜지스터의 베이스 및 상기 제2 트랜지스터의 베이스와 연결된 정류부;를 포함하는 여자 신호 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터의 베이스, 상기 제2 트랜지스터의 베이스 및 상기 정류부는, 하나의 노드에 연결되는 여자 신호 생성 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    반전 입력단이 상기 입력부와 연결되고, 출력단이 상기 정류부와 연결되고, 상기 입력 신호를 증폭하여 상기 정류부로 전달하는 전압 증폭부;를 더 포함하는 여자 신호 생성 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반전 입력단은 상기 출력 신호에 대응하는 피드백 신호가 더 입력되는 여자 신호 생성 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 출력부가 단락되면, 상기 정류부는 동작을 중단하고, 상기 출력 신호는, 상기 피드백 신호가 상기 반전 입력단으로 전달되는 경로를 따라서 상기 전압 증폭부의 반전 입력단으로 입력되는 여자 신호 생성 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전류 증폭부는, 콜렉터가 외부 전원과 연결되고, 에미터가 상기 제1 트랜지스터의 콜렉터와 연결되는 제3 트랜지스터;를 더 포함하는 여자 신호 생성 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    단락이 발생되지 않고 상기 전압 증폭부가 양의 파형의 신호를 출력하면, 상기 제1 트랜지스터의 베이스는 상기 입력 신호의 전부 또는 일부를 수신하고, 상기 제1 트랜지스터의 에미터는 입력 신호의 전류를 증폭하여 출력하는 여자 신호 생성 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터의 베이스는 상기 입력 신호의 일부를 수신하고, 상기 제2 트랜지스터의 콜렉터는 상기 입력 신호의 일부를 증폭하여 출력하는 여자 신호 생성 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 전류 증폭부는, 콜렉터가 상기 제2 트랜지스터의 에미터와 연결되는 제4 트랜지스터;를 더 포함하는 여자 신호 생성 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제4 트랜지스터는, 상기 전압 증폭부가 양의 파형의 신호를 출력하면 동작을 중단하고, 상기 전압 증폭부가 음의 파형의 신호를 출력하면 동작을 개시하는 여자 신호 생성 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 출력부가 그라운드에 의해 단락되면, 상기 입력 신호는, 상기 정류부 및 상기 제1 트랜지스터를 경유하여 상기 출력부로 전달되거나, 또는 상기 정류부 및 상기 제2 트랜지스터를 경유하여 상기 출력부로 전달되는 여자 신호 생성 장치.
  12. 모터;
    상기 모터와 전기적으로 연결되고 상기 모터의 회전 정도를 감지하는 리졸버; 및
    상기 리졸버에 여자 신호를 제공하는 여자 신호 생성부;를 포함하되,
    상기 여자 신호 생성부는,
    입력 신호를 수신하는 입력부;
    여자 신호를 출력하는 출력부;
    에미터가 상기 출력부와 연결된 제1 트랜지스터;
    베이스가 상기 제1 트랜지스터의 베이스와 연결 되고, 콜렉터가 상기 출력부와 연결된 제2 트랜지스터; 및
    상기 입력부와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 트랜지스터의 베이스 및 상기 제2 트랜지스터의 베이스와 연결된 정류부;를 포함하는 차량.
KR1020160146527A 2016-11-04 2016-11-04 리졸버 여자 신호 생성 장치 및 상기 리졸버 여자 신호 생성 장치를 포함하는 차량 KR20180049964A (ko)

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