KR20190034805A - 모터 구동 제어 장치 및 방법 - Google Patents

모터 구동 제어 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190034805A
KR20190034805A KR1020170123268A KR20170123268A KR20190034805A KR 20190034805 A KR20190034805 A KR 20190034805A KR 1020170123268 A KR1020170123268 A KR 1020170123268A KR 20170123268 A KR20170123268 A KR 20170123268A KR 20190034805 A KR20190034805 A KR 20190034805A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
motor
control signal
switch
switch control
Prior art date
Application number
KR1020170123268A
Other languages
English (en)
Inventor
정선희
이두진
Original Assignee
주식회사 만도
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 만도 filed Critical 주식회사 만도
Priority to KR1020170123268A priority Critical patent/KR20190034805A/ko
Publication of KR20190034805A publication Critical patent/KR20190034805A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/085—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors against excessive load
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0487—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures detecting motor faults
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 모터 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 모터 구동 제어 장치는 모터의 구동 제어 신호 및 모터전원의 스위치 제어 신호를 생성하는 제어부, 상기 구동 제어 신호에 따라 게이트 전압을 출력하는 게이트 드라이버 및 수신된 상기 게이트 전압에 따른 스위칭 동작에 의해 상기 모터의 구동을 제어하는 인버터부를 포함하며, 상기 게이트 전압을 수신하여 직류 전압으로 변환하고, 수신된 상기 스위치 제어 신호에 따라 상기 직류 전압을 출력하여 상기 모터전원을 제어하는 구동부를 포함한다.

Description

모터 구동 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MOTOR DRIVING CONTROL}
본 발명은 차량의 모터에 고장 발생시 스위칭 동작을 통해 상기 모터의 구동을 제어하는 모터 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
조향 시스템은, 조향 휠에 직결된 토크 센서를 통해서 운전자의 조향 의도를 감지하고, 감지 결과에 따라 현재 차량의 속력 등을 고려하여 알맞은 어시스트 조향력을 제공하도록 모터를 구동 제어함으로써 조향력을 보조해준다.
간혹, 예기치 않은 이유로 인해 조향 시스템의 내부 또는 외부에서 고장이 발생하는 경우, 조향 시스템의 조향 기능이 오동작할 수 있으며, 심각한 차량 사고로 이어질 수 있다.
특히, 조향 시스템의 모터 구동 회로에서 고장(short)이 발생하는 것을 감지하여 이에 대한 조치를 취해주는 기술이 개발되고 있으나, 모터 구동이 즉각적으로 중단되지 못하고, 제동 토크(braking torque)에 손실이 발생하므로 차량 사고를 미연에 방지하지 못하는 문제점이 있어 왔다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 배전압 정류회로를 포함하였다. 즉, 모터전원을 온/오프하는 2개의 스위치인 FET(Field Effective Transister) 소자를 제어하는 모터 전원 차단(PCO; Phase Cut Off) 모듈을 조향 시스템에 추가적으로 구성하였다. PCO 모듈은 조향 시스템에 고장 발생시 제어 장치인 MCU(Micro Controller Unit)로부터 제어 신호를 받아 FET 소자에 인가되는 전압을 제어함으로써, 스위칭 동작을 통하여 모터의 전원을 차단하므로 모터의 과부하로 인한 고장을 방지한다.
그러나 PCO 모듈은 추가적인 모듈이므로 원가 비용이 상승하는 문제가 있으며, 배전압 정류회로의 기능을 수행하는 다른 모듈이 존재하므로 PCO 모듈을 추가 장착하는 것은 공간활용 및 생산비용에 있어 비효율적인 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 모터 고장 발생시 모터의 구동을 제어하는 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 추가적인 제어 모듈 없이 기존의 모터 구동 제어 장치를 구성하는 소자를 공용화시킴으로써 효율을 향상시킨 모터 구동 제어 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 모터 구동 제어 장치는 모터의 구동 제어 신호 및 모터전원의 스위치 제어 신호를 생성하는 제어부, 상기 구동 제어 신호에 따라 게이트 전압을 출력하는 게이트 드라이버 및 수신된 상기 게이트 전압에 따른 스위칭 동작에 의해 상기 모터의 구동을 제어하는 인버터부를 포함하며, 상기 게이트 전압을 수신하여 직류 전압으로 변환하고, 수신된 상기 스위치 제어 신호에 따라 상기 직류 전압을 출력하여 상기 모터전원을 제어하는 구동부를 포함할 수 있다.
그리고 상기 구동부는 상기 게이트 전압을 배전압 정류회로에 의해 상기 직류 전압으로 변환시키고, 수신된 상기 스위치 제어 신호에 따라 양극성 접합 트랜지스터 소자(BJT)를 동작하여 상기 직류 전압의 출력을 제어하는 스위치 제어부 및 상기 직류 전압의 출력 여부에 따라 하나 이상의 스위치를 온(on, close)하거나 오프(off, open)하여 상기 모터전원을 제어하는 스위치부를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 모터 구동 제어 방법은, 모터의 구동 제어 신호 및 모터전원의 스위치 제어 신호를 생성하는 제어단계, 상기 구동 제어 신호에 따라 게이트 전압을 출력하는 전력 증폭단계 및 수신된 상기 게이트 전압에 따른 스위칭 동작에 의해 상기 모터의 구동을 제어하고, 상기 게이트 전압을 수신하여 직류 전압으로 변환하고, 수신된 상기 스위치 제어 신호에 따라 상기 직류 전압을 출력하여 상기 모터전원을 제어하는 구동단계를 포함할 수 있다.
그리고 상기 구동단계는 상기 게이트 전압을 배전압 정류회로에 의해 상기 직류 전압으로 변환시키고, 수신된 상기 스위치 제어 신호에 따라 양극성 접합 트랜지스터 소자(BJT)를 동작하여 상기 직류 전압의 출력을 제어하는 단계 및 상기 직류 전압의 출력 여부에 따라 하나 이상의 스위치를 온(on, close)하거나 오프(off, open)하여 상기 모터전원을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 모터 구동 회로에 고장이 발생한 경우, 모터 구동이 즉각적으로 중단될 수 있도록 해주어 차량 사고를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 모터 구동 회로의 소형화가 가능하며, 모터 구동 회로를 단순화시키므로 내구성을 향상시킬 수 있다.
그리고 모터의 전원 제어 모듈을 추가하지 않으므로 생산 원가 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 모터 전원 차단(PCO; Phase Cut Off) 모듈을 추가적으로 구성한 종래의 모터 구동 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 모터 구동 제어 장치를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 제어 장치의 구동부의 회로를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예들에 따른 구동부의 인버터부에 인가되는 전압 및 스위치 제어부에 인가되는 전압의 일례를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 제어 방법에 대한 시뮬레이션의 일례이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 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 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 1은 모터 전원 차단(PCO; Phase Cut Off) 모듈을 추가적으로 구성한 종래의 모터 구동 장치를 나타낸 도면이다.
종래에는 배전압 정류회로를 포함하여 모터전원을 온/오프하는 2개의 스위치인 FET(Field Effective Transister) 소자를 제어하는 모터 전원 차단(PCO; Phase Cut Off) 모듈을 추가적으로 구성하였다.
조향 시스템의 제어부인 마이크로 컨트롤 유닛(MCU; Micro Control Unit)이 게이트 드라이버(gate driver)로 모터(M)의 구동 제어 신호(SC)를 출력하면, 인버터를 포함하는 구동부에서 모터(M)의 구동을 제어한다. 이때, 상기 구동부의 인버터 회로에서 쇼트가 발생하여 고장이 발생하면 상기 제어부는, 배전압 정류회로를 포함하는 PCO 모듈로 모터(M)의 구동 제어 신호(SC)를 출력하고, 상기 PCO 모듈은 FET 소자인 스위치(S1, S2)로 스위치 제어 신호(SO)를 출력한다.
즉, 상기 PCO 모듈은 배전압 정류회로(double voltage)에 의한 스위치 제어 신호(SO)를 출력하여 스위치(S1, S2)를 제어함으로써, 스위칭 동작을 통하여 모터전원을 차단하므로 모터의 과부하로 인한 고장을 방지하고, 소자의 손실을 방지한다.
그러나 상기 PCO 모듈은 추가적인 모듈이므로 생산 비용이 상승하는 문제가 있으며, 배전압 정류회로의 기능을 수행하는 모듈이 구동부에 존재하므로 PCO 모듈을 추가 장착하는 것은 공간활용 및 생산비용에 있어 비효율적인 문제가 있다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 제어 장치는 모터 구동 회로의 소형화가 가능하며, 모터 구동 회로를 단순화시킨 제어 장치를 제공한다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 모터 구동 제어 장치(200)를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 모터 구동 제어 장치(200)는 모터(23)의 구동 제어 신호(SC1) 및 모터전원의 스위치 제어 신호(SC2)를 생성하는 제어부(210), 구동 제어 신호(SC1)에 따라 게이트 전압(HO, LO)을 출력하는 게이트 드라이버(220) 및 수신된 게이트 전압(HO, LO)에 따른 스위칭 동작에 의해 모터(23)의 구동을 제어하는 인버터부(231)를 포함하며, 게이트 전압(HO, LO)을 수신하여 직류 전압으로 변환하고, 수신된 스위치 제어 신호(SC2)에 따라 상기 직류 전압을 출력하여 모터(23)의 전원을 제어하는 구동부(230)를 포함할 수 있다.
그리고 구동부(230)는 게이트 전압(HO, LO)을 배전압 정류회로에 의해 상기 직류 전압으로 변환시키고, 수신된 스위치 제어 신호(SC2)에 따라 양극성 접합 트랜지스터 소자(BJT)를 동작하여 상기 직류 전압의 출력을 제어하는 스위치 제어부(232) 및 상기 직류 전압의 출력 여부에 따라 하나 이상의 스위치를 온(on, close)하거나 오프(off, open)하여 모터(23)의 전원을 제어하는 스위치부(233)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 제어부(210)는 스위치 제어 신호(SC2)를 인버터부(231)의 고장 발생 여부에 따라 구동부(230)로 출력할 수 있다.
여기서, 구동부(230)의 고장 발생 감지는 통상의 방식을 이용할 수 있으며, 조향각, 토크, 전류 등을 감지하여 이를 통해 구동부(230) 상의 고장 발생 여부를 감지할 수 있고, 이를 제어부(210)로 송신할 수 있다.
또한, 제어부(210)는 마이크로 컨트롤 유닛(MCU)으로, 도 2에서는 모터 구동 제어 장치(200)의 내부에 존재하는 것으로 도시되어 있으나, 경우에 따라서는 모터 구동 제어 장치(200)의 외부에 존재할 수도 있다.
게이트 드라이버(220)는 통상적으로 하이 레벨(high level) 신호 및 로우 레벨(low level) 신호를 일정 주파수로 교대로 출력하는데, 이를 게이트 전압(HO, LO)이라 하며, 게이트 전압(HO, LO)은 하이 레벨 신호(HO) 및 로우 레벨 신호(LO)로 분류된다.
이때, 게이트 전압(HO, LO)은 제어부(210)에서 수신된 모터 구동 제어 신호(SC1)에 따라 인버터부(231)로 입력되며, 게이트 전압(HO, LO)에 의해 동작하는 인버터부(231)의 동작에 따라 모터(23)의 구동이 제어된다.
이때 인버터부(231)는 상기 스위칭 동작을 하는 하이 사이드(hige side) 스위칭 소자(H1, H2) 및 로우 사이드(low side) 스위칭 소자(L1, L2)를 포함하고,　수신된 상기 게이트 전압에 따라 상기 스위칭 소자 각각을 온하거나 오프시킬 수 있다.
또한, 인버터부(231)는 모터(23)의 3상 구동 즉, 회전운동을 용이하게 하기 위하여 H-브리지(H-bridge) 회로인 것이 바람직하나 이에 한정하지는 않는다.
여기에서 하이 사이드 스위칭 소자(H1, H2)는 H-브리지 회로의 상단에 위치한 스위칭 소자 즉, 입력 전압(Vcc)에 연결되는 스위칭 소자일 수 있으며, 로우 사이드 스위칭 소자(L1, L2)는 상기 H-브리지 회로의 하단에 위치한 스위칭 소자 즉, 그라운드 전압에(GND) 연결되는 스위칭 소자일 수 있다. 또한 하이 사이드 스위칭 소자(H1, H2) 및 로우 사이드 스위칭 소자(L1, L2)는 다수의 전계효과 트랜지스터(FET) 소자일 수 있다.
그리고 스위치 제어부(232)는 종래의 PCO(Phase Cut Off) 모듈의 기능을 대체하는 소자를 포함할 수 있으며, 스위치 제어부(232)는 상기 직류 전압을 발생시키고, 상기 직류 전압의 출력을 제어하는 상기 배전압 정류회로 및 상기 양극성 접합 트랜지스터 소자(BJT)를 포함할 수 있다.
즉, 스위치 제어부(232)의 상기 배전압 정류회로는 게이트 전압(HO, LO)의 하이 레벨 신호(HO)에 대한 전압을 저장하는 캐패시터, 인버터부(231)와 스위치 제어부(232) 간의 역전압 발생을 방지하는 다이오드 및 상기 다이오드에 인가되는 전류의 크기를 제한하는 저항을 포함할 수 있다.
이때, 상기 양극성 접합 트랜지스터 소자(BJT)는 제어부(210)로부터 스위치 제어 신호(SC2)를 입력받는 NPN 트랜지스터 및 상기 직류 전압을 입력받는 PNP 트랜지스터를 포함할 수 있다.
따라서 상기 배전압 정류회로는 게이트 전압(HO, LO)을 상기 직류 전압으로 변환시켜 상기 양극성 접합 트랜지스터 소자(BJT)에 안정적인 정류 전압을 인가할 수 있다.
그리고 스위치부(233)는 하나 이상의 스위치(S1, S2)로 구성되며, 스위치(S1, S2)의 온/오프 동작에 따라 모터전원이 온/오프되므로 고장 발생시 모터(23)의 구동이 제어될 수 있다.
이때 스위치(S1, S2)는 FET와 같은 트랜지스터 등의 스위치 소자로 구현될 수도 있고, 구동부(230)의 전류 소모가 상당히 작은 경우, 간단한 전자식 스위치 회로(릴레이, relay)로도 구현이 가능할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 모터(23) 고장 발생시, 모터(23)의 구동을 제어하는 장치 및 방법을 제공한다. 또한, 추가적인 제어 모듈 없이 기존의 모터 구동 제어 장치를 구성하는 소자를 공용화시킴으로써 효율을 향상시킨 모터 구동 제어 장치 및 방법을 제공한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 제어 장치(200)의 구동부(230)의 회로를 간략하게 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예들에 따른 구동부(230)의 인버터부(231)에 인가되는 전압 및 스위치 제어부(232)에 인가되는 전압의 일례를 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 구동부(230)는 인버터부(231), 스위치 제어부(232) 및 스위치부(233)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 인버터부(231)는 스위칭 동작을 수행하는 FET 소자인 하이 사이드 스위칭 소자(H1, H2) 및 로우 사이드 스위칭 소자(L1, L2)를 포함할 수 있다.
그리고 스위치 제어부(232)는 게이트 전압 중 하이 레벨 신호(HO)에 대한 전압을 저장하는 캐패시터(C), 역전압을 방지하는 다이오드(D1, D2, D3, D4), 다이오드(D1, D2, D3, D4)에 과전류가 인가되는 것을 방지하는 저항(R1, R2) 및 상기 직류 전압((Vdouble)의 출력을 제어하는 양극성 접합 트랜지스터 소자(TR1, TR2)를 포함할 수 있다. 이때, TR1은 PNP 트랜지스터일 수 있으며, TR2는 NPN 트랜지스터일 수 있다.
그리고 스위치부(233, S1, S2)는 2개의 FET 소자 또는 릴레이를 포함할 수 있다.
이때 인버터부(231)의 스위칭 소자(H1, H2, L1, L2) 각각은 게이트 드라이버(220)로부터 하이 레벨 신호(HO) 및 로우 레벨 신호(LO)를 포함하는 게이트 전압(HO, LO)을 입력받아 모터(23)의 구동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 모터 구동 제어 신호(SC1)에 의해 게이트 드라이버(220)가 H1 소자로 하이 레벨 신호(HO)를 입력하면, L2 소자에도 하이 레벨 신호(HO)가 입력되고, H2 소자 및 L1 소자에는 로우 레벨 신호(LO)가 입력될 수 있다. 즉, H1 및 L2 소자는 온하는 스위칭 동작을 하므로 전류가 인가되어 모터(23)의 구동을 제어하고, H2 및 L1 소자는 오프하는 스위칭 동작을 하므로 모터(23)에 전류가 흐르지 않는다.
반면에, 게이트 드라이버(220)가 H2 소자로 하이 레벨 신호(HO)를 입력하면, L1 소자에도 하이 레벨 신호(HO)가 입력되고, H1 소자 및 L2 소자에는 로우 레벨 신호(LO)가 입력될 수 있다. 즉, H2 및 L1 소자는 온하는 스위칭 동작을 하므로 전류가 인가되어 모터(23)의 구동을 제어하고, H1 및 L2 소자는 오프하는 스위칭 동작을 하므로 모터(23)에 전류가 흐르지 않는다.
상술한 바와 같이, 하이 사이드 스위칭 소자(H1, H2) 및 로우 사이드 스위칭 소자(L1, L2) 각각에 교대로 게이트 전압(HO, LO)이 인가됨으로써, 모터(23)의 회전 동작이 제어될 수 있다. 즉, 모터(23)의 회전 동작을 제어함으로써, 차량 조향 시스템의 조향 보조력을 제어할 수 있다.
즉, 이러한 인버터부(231)를 구성하는 스위칭 소자(H1, H2, L1, L2)에서 고장 발생시, 마이크로 컨트롤 유닛인 제어부(210)는 스위치 제어 신호(SC2)를 스위치 제어부(232)로 출력함으로써, 모터(23)의 전원을 제어할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 배전압 정류회로에서 출력되는 직류 전압(Vdouble)은 하이 사이드 스위칭 소자(H1, H2)로 입력되는 게이트 전압 중 하이 레벨 신호(H0)에 대한 전압(VG)에 의해 생성될 수 있다.
즉, 마이크로 컨트롤 유닛인 제어부(210)로부터 출력되는 모터(23)의 구동 제어 신호(SC1)에 의해 24 V인 하이 레벨 신호(HO) 및 12 V인 로우 레벨 신호(LO)가 교대로 출력되는 게이트 전압(HO, LO)이 H1 및 H2를 통해 상기 배전압 정류회로로 입력될 수 있다. 이때, 캐패시터(C)는 H1 및 H2 소자로 입력되는 하이 레벨 신호(HO)만을 저장함으로써, 24V의 직류 전압(Vdouble)을 출력할 수 있다.
따라서 게이트 전압(HO, LO)을 직류 전압(Vdouble)으로 변환시켜 스위치부(233)에 안정적인 정류 전압을 인가할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 스위치 제어부(232)의 PNP 트랜지스터(TR1)로 입력되는 제어부(210)의 스위치 제어 신호(SC2)에 의해 TR1이 온하면 NPN 트랜지스터(TR2)는 온하므로 스위치부(233)로 직류 전압(Vdouble)이 입력될 수 있고, 스위치 제어 신호(SC2)에 의해 TR1이 오프하면 TR2도 오프하므로 스위치부(233)로 입력되는 상기 직류 전압(Vdouble)을 차단할 수 있다.
그러므로 스위치부(233)로 직류 전압(Vdouble)이 입력되면 스위치(S1, S2)가 온하여 S1, S2 각각에 전압(VC)이 인가되므로 모터(23)의 전원을 온할 수 있고, 상기 직류 전압이 차단되면 스위치(S1, S2)가 오프하므로 모터(23)의 전원을 오프할 수 있다.
즉, 인버터부(231)에 쇼트(고장) 발생시, 제어부(210)는 TR2가 오프되도록 스위치 제어 신호(SC2)를 출력하여 모터(23)의 전원을 오프함으로써, 모터(23)의 손상을 최소화시킬 수 있다.
다시 말해, 인버터부(231)에 고장이 발생한 경우, 스위치 제어 신호(SC2)에 의해 스위치 제어부(232)는 스위치부(233)로 상기 직류 전압이 입력되는 동작을 제어하고, 이를 통해 모터전원을 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 제어 방법에 대한 시뮬레이션의 일례이다. 이때 도 5는 시간 - 전압 그래프를 통해 보여주는 시뮬레이션 이미지이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르는 모터 구동 제어 장치(200)의 회로를 구성하고 이를 온(on)시킨다. 이때 전원 공급장치인 배터리에서 출력되는 배터리 전압(Vbat)은 24 V이며, 게이트 전압(VGS)은 ±18.6 V이다.
그리고 구동부(230)의 스위치 제어부(232)에서 게이트 드라이버(220)에서 출력되는 게이트 전압(VG)을 직류 전압(Vdouble)으로 변환시키는데, 캐패시터에 의해 충전되는 직류 전압(Vdouble)은 39.5 V 내지 43 V 이 된다. 이때 구동부(230)를 온하여 직류 전압(Vdouble)을 39.5 V 내지 43 V까지 충전시키는데 걸리는 시간은 6.8 msec(밀리초)이다.
그리고 구동부(230)가 정상으로 작동되는 경우에는, 마이크로 컨트롤 유닛인 제어부(210)로부터 출력되는 스위치 제어 신호에 의해 스위치 제어부(232)의 PNP 트랜지스터(TR1)가 온하면 NPN 트랜지스터(TR2)는 온한다. 그러면 스위치부(233)로 직류 전압(Vdouble)이 인가되는데, 이로 인해 모터에 흐르는 전류는 0 A에서 65 A로 증가하게 된다.
반면에 인버터부(231)에 쇼트(고장) 발생시에는 상기 스위치 제어 신호에 의해 스위치 제어부(232)의 PNP 트랜지스터(TR1)가 오프하면 PNP 트랜지스터(TR2)도 오프하므로 스위치부(233)로 직류 전압(Vdouble)이 인가되지 않는데, 이로 인해 전류는 65 A에서 0 A로 감소하게 된다. 이때, 상기 전류가 0 A까지 되는데 걸리는 시간이 0.75 msec로 다소 짧은 응답시간임을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 따르는 모터 구동 제어 장치(200)의 시뮬레이션을 참조하면, 구동부(230)의 쇼트(고장) 발생시 짧은 시간인 0.75 msec만에 모터(23)의 전원을 오프함으로써, 모터(23)의 손상을 최소화시키는 것을 알 수 있다.
따라서 본 발명에 따르는 모터 구동 제어 장치(200)는 게이트 전압(VG)을 직류 전압(Vdouble)으로 변환시켜 스위치부(223)에 안정적인 정류 전압을 인가함으로써, 모터의 전원을 신뢰성 있게 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 모터 구동 회로에 고장이 발생한 경우, 모터 구동이 즉각적으로 중단될 수 있도록 해주어 차량 사고를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 모터 구동 회로의 소형화가 가능하며, 모터 구동 회로를 단순화시키므로 내구성을 향상시킬 수 있고 모터의 전원 차단 모듈을 추가하지 않으므로 생산 원가 비용을 절감할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200 : 모터 구동 제어 장치
210 : 제어부
220 : 게이트 드라이버
230 : 구동부
231 : 인버터부 232 : 스위치 제어부
233 : 스위치부
23 : 모터

Claims (12)

  1. 모터의 구동 제어 신호 및 모터전원의 스위치 제어 신호를 생성하는 제어부;
    상기 구동 제어 신호에 따라 게이트 전압을 출력하는 게이트 드라이버; 및
    수신된 상기 게이트 전압에 따른 스위칭 동작에 의해 상기 모터의 구동을 제어하는 인버터부를 포함하며, 상기 게이트 전압을 수신하여 직류 전압으로 변환하고, 수신된 상기 스위치 제어 신호에 따라 상기 직류 전압을 출력하여 상기 모터전원을 제어하는 구동부; 를 포함하는 모터 구동 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 게이트 전압을 배전압 정류회로에 의해 상기 직류 전압으로 변환시키고, 수신된 상기 스위치 제어 신호에 따라 양극성 접합 트랜지스터 소자(BJT)를 동작하여 상기 직류 전압의 출력을 제어하는 스위치 제어부; 및
    상기 직류 전압의 출력 여부에 따라 하나 이상의 스위치를 온(on, close)하거나 오프(off, open)하여 상기 모터전원을 제어하는 스위치부; 를 더 포함하는 모터 구동 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 인버터부는,
    상기 스위칭 동작을 하는 하이 사이드(hige side) 스위칭 소자 및 로우 사이드(low side) 스위칭 소자를 포함하고,　수신된 상기 게이트 전압에 따라 상기 스위칭 소자 각각을 온하거나 오프시키는 모터 구동 제어 장치
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하이 사이드 스위칭 소자 및 상기 로우 사이드 스위칭 소자는 다수의 전계효과 트랜지스터(FET) 소자인 모터 구동 제어 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 직류 전압은 상기 하이 사이드 스위칭 소자에 입력되는 하이 레벨 신호로 생성하는 모터 구동 제어 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위치 제어부의 상기 배전압 정류회로는,
    상기 게이트 전압의 하이 레벨(high level) 신호에 대한 전압을 저장하는 캐패시터;
    상기 인버터부와 상기 스위치 제어부 간의 역전압 발생을 방지하는 다이오드; 및
    상기 다이오드에 인가되는 전류의 크기를 제한하는 저항; 을 포함하는 모터 구동 제어 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 양극성 접합 트랜지스터 소자(BJT)는,
    상기 스위치 제어 신호를 입력받는 NPN 트랜지스터 및 상기 직류 전압을 입력받는 PNP 트랜지스터를 포함하는 모터 구동 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스위치 제어 신호에 의해 상기 NPN 트랜지스터가 온하면 상기 PNP 트랜지스터는 오프하므로 상기 스위치부로 상기 직류 전압을 입력하고,
    상기 스위치 제어 신호에 의해 상기 NPN 트랜지스터가 오프하면 상기 PNP 트랜지스터는 온하므로 상기 스위치부로 상기 직류 전압을 차단하는 모터 구동 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    상기 직류 전압이 입력되면 상기 스위치를 온하여 상기 모터전원을 온하고,
    상기 직류 전압이 차단되면 상기 스위치를 오프하여 상기 모터전원을 오프하는 구동 제어 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 스위치 제어 신호를 상기 인버터부의 고장 발생 여부에 따라 출력하는 모터 구동 제어 장치.
  11. 모터의 구동 제어 신호 및 모터전원의 스위치 제어 신호를 생성하는 제어단계;
    상기 구동 제어 신호에 따라 게이트 전압을 출력하는 전력 증폭단계; 및
    수신된 상기 게이트 전압에 따른 스위칭 동작에 의해 상기 모터의 구동을 제어하고, 상기 게이트 전압을 수신하여 직류 전압으로 변환하고, 수신된 상기 스위치 제어 신호에 따라 상기 직류 전압을 출력하여 상기 모터전원을 제어하는 구동단계; 를 포함하는 모터 구동 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 구동단계는,
    상기 게이트 전압을 배전압 정류회로에 의해 상기 직류 전압으로 변환시키고, 수신된 상기 스위치 제어 신호에 따라 양극성 접합 트랜지스터 소자(BJT)를 동작하여 상기 직류 전압의 출력을 제어하는 단계; 및
    상기 직류 전압의 출력 여부에 따라 하나 이상의 스위치를 온(on, close)하거나 오프(off, open)하여 상기 모터전원을 제어하는 단계; 를 포함하는 모터 구동 제어 방법.
KR1020170123268A 2017-09-25 2017-09-25 모터 구동 제어 장치 및 방법 KR20190034805A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170123268A KR20190034805A (ko) 2017-09-25 2017-09-25 모터 구동 제어 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170123268A KR20190034805A (ko) 2017-09-25 2017-09-25 모터 구동 제어 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190034805A true KR20190034805A (ko) 2019-04-03

Family

ID=66165275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170123268A KR20190034805A (ko) 2017-09-25 2017-09-25 모터 구동 제어 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20190034805A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210135361A (ko) * 2019-04-04 2021-11-12 주식회사 만도 모터 권선을 선택적으로 단락시키는 모터 제어 시스템 및 방법
US12061224B2 (en) 2019-11-21 2024-08-13 Lg Energy Solution, Ltd. Diagnosis circuit of parallel-structure MOSFETs including MUX and diagnosis method using the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210135361A (ko) * 2019-04-04 2021-11-12 주식회사 만도 모터 권선을 선택적으로 단락시키는 모터 제어 시스템 및 방법
US12061224B2 (en) 2019-11-21 2024-08-13 Lg Energy Solution, Ltd. Diagnosis circuit of parallel-structure MOSFETs including MUX and diagnosis method using the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2827489B1 (en) Inverter device and power steering device
CN103359159B (zh) 电机驱动装置
JP4581892B2 (ja) ロボット制御装置
KR101711711B1 (ko) 스위치 구동 회로, 인버터 장치 및 파워 스티어링 장치
EP2328268A1 (en) Motor controller and electric power steering device
US9438148B2 (en) Motor drive device
JP2002272162A (ja) ブラシレスモータの駆動装置およびそれを使用するモータ
JP2011244611A (ja) モータ駆動装置
KR101512953B1 (ko) 전동 모터의 구동 장치
CN102237849A (zh) 电动机驱动装置
US20160006237A1 (en) Method and device for safe voltage connection of a drive inverter
JP6770986B2 (ja) 誘導性負荷制御装置
CN110168922B (zh) 马达驱动装置以及电动助力转向装置
US10833614B2 (en) Motor drive device and electric power steering device
US5771166A (en) Asymmetrical bridge inverter circuit for driving a switched reluctance motor
KR20190034805A (ko) 모터 구동 제어 장치 및 방법
CN110915121B (zh) 电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置
JP6715046B2 (ja) 交流発電機のブレーキ装置
WO1997005691A1 (fr) Frein dynamique pour servomoteur
JP2017153223A (ja) インバータ、モータ制御装置及びパワーステアリング装置
KR20200130956A (ko) Ecu 보호회로, 전자 제어 유닛 및 조향 보조 시스템
KR102333900B1 (ko) 전자식 릴레이를 이용하여 모터를 구동하기 위한 장치
JP7226533B2 (ja) 電気機器
WO2023079961A1 (ja) 負荷駆動装置
US10944343B2 (en) Actuator having two motors and cooling fan module using the same