KR20200136349A

KR20200136349A - 고 전류 전력 모듈용 코어리스 전류 센서

Info

Publication number: KR20200136349A
Application number: KR1020200160900A
Authority: KR
Inventors: 레오 아이히리들러; 제랄드 브리에스네게르
Original assignee: 인피니언 테크놀로지스 아게
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2020-12-07
Also published as: US20210257925A1; EP3517980B1; US20200350831A1; US20190229640A1; KR20190090355A; CN110071645B; CN110071645A; KR102185705B1; US11394312B2; US11496065B2; US11239761B2; KR102283432B1; EP3517980A1

Abstract

부하에 전력을 공급하도록 구성된 전력 모듈이 제공된다. 전력 모듈은 전류 생성기, 전류 레일, 및 자기 센서를 포함한다. 전류 생성기는 전류를 생성하도록 구성된다. 전류 레일은 전류를 수신하고 전력 모듈로부터 전류를 출력하도록 구성된다. 전류 레일은 관통하여 형성된 제1 개구를 포함하고, 전류는 출력 방향으로 전류 레일을 따라 흐르면서 자기장을 생성한다. 자기 센서는 전류 레일의 제1 개구에 배치되고, 자신에 충돌하는 자기장에 기초하여 차동 센서 신호를 생성하도록 구성된다. 전류 생성기는 차동 센서 신호에 기초하여 전류를 조절하도록 또한 구성된다.

Description

고 전류 전력 모듈용 코어리스 전류 센서{CORELESS CURRENT SENSOR FOR HIGH CURRENT POWER MODULE}

본 명세서는 일반적으로 전류 전력 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 전류 전력 모듈용 코어리스 전류 센서에 관한 것이다.

고출력 구동 구현을 위해, 동위상 전류 센서는 인버터 전력 모듈에 의해 전기 모터에 전달되는 위상 전류를 결정하는 데 사용된다. 동위상 전류 감지를 구현하는 것은 최대 1kA인 위상 전류, 최대 1200V인 전압, 최대 15kV/μs(Si) 또는 120kV/μs(SiC)인 스텝 과도 전압(step voltage transient), (DCLink- 및 DCLink+ 아래) 양 방향으로 100V보다 큰 전압 오버슈트(overshoot), 안전한 절연 요구사항(최소 기본) 및 전력 밀도(볼륨 당 출력 전력)를 포함할 수 있는 고 전력 환경으로 인해 어려운 일이다. 코어 기반 감지 원리에 따라 필드 집중기(field concentrator)를 구현하는 자기 센서가 이러한 동위상 센서에 사용될 수 있다.

코어 기반 솔루션을 사용하여, 필드 집중기(예를 들어, 전류 레일(current rail) 주위에 감긴 철심)가 각각의 전류 레일 주위에 배치된다. 필드 집중기는 각각의 전류 레일을 통해 흐르는 전류에 의해 생성된 자기장을 자기 센서(모노셀)에 집중시켜 측정이 이루어진다.

그러나, 코어 기반 자기 센서를 사용하는 것은 비용, 복잡한 조립 전략, 전력 손실의 비효율성, 이력 효과(hysteresis effect)로부터의 정확성, 필드 집중기의 비선형성 및 포화 효과, 과부하 성능(잔류 자기), 무게 및 크기를 포함하는 다수의 단점을 갖는다. 예를 들어, 조립하려면, 전력 모듈의 각각의 전류 레일을 각각의 자기 센서와 연관된 필드 집중기를 통해 배선해야 한다. 이는 전력 모듈 조립에 복잡성과 부피를 추가한다.

따라서, 개선된 전류 센서를 갖는 전력 모듈이 바람직할 수 있다.

하나 이상의 실시예에 따르면, 부하에 전력을 공급하도록 구성된 전력 모듈이 제공된다. 전력 모듈은 전류 생성기, 전류 레일, 및 자기 센서를 포함한다. 전류 생성기는 전류를 생성하도록 구성된다. 전류 레일은 전류를 수신하고 전력 모듈로부터 전류를 출력하도록 구성된다. 전류 레일은 관통하여 형성된 제1 개구를 포함하고, 전류는 출력 방향으로 전류 레일을 따라 흐르면서 자기장을 생성한다. 자기 센서는 전류 레일의 제1 개구에 배치되고, 자신에 충돌하는 자기장에 기초하여 차동 센서 신호를 생성하도록 구성된다. 전류 생성기는 차동 센서 신호에 기초하여 전류를 조절하도록 또한 구성된다.

하나 이상의 실시예는 다위상 전류 전력 모듈을 더 제공한다. 전력 모듈은 부하에 전력을 공급하도록 구성되고, 전류 생성기, 복수의 전류 레일, 및 복수의 자기 센서를 포함한다. 전류 생성기는 복수의 위상 전류를 생성하도록 구성된다. 복수의 전류 레일은 각각 복수의 위상 전류의 각각의 위상 전류를 수신하고 전력 모듈로부터 각각의 위상 전류를 출력하도록 구성된다. 복수의 전류 레일의 각각은 관통하여 형성된 제1 개구를 포함하고, 복수의 위상 전류는 출력 방향으로 복수의 전류 레일의 각각의 전류 레일을 따라 흐르면서 각각의 자기장을 생성한다. 복수의 자기 센서의 각각의 자기 센서는 복수의 전류 레일 중 다른 전류 레일의 제1 개구에 배치된다. 각각의 자기 센서는 자신에게 충돌하는 각각의 자기장에 기초하여 차동 센서 신호를 생성하여 복수의 차동 센서 신호가 생성되도록 구성된다. 전류 생성기는 복수의 자기 센서로부터 수신된 복수의 차동 센서 신호에 기초하여 복수의 위상 전류를 조절하도록 또한 구성된다.

실시예는 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에 설명된다.
도 1은 하나 이상의 실시예에 따른 전력 모듈의 모터 제어 루프를 나타내는 개략적인 블록도이다.
도 2a-2c는 하나 이상의 실시예에 따른 전력 모듈을 도시한다.
도 3a-3c는 하나 이상의 실시예에 따라 전류 레일에 통합된 개방 루프, 코어리스 자기 센서를 도시한다.
도 4는 하나 이상의 실시예에 따라 3상 시스템에 대한 EOL(end-of-line) 캘리브레이션 셋업의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 5는 다른 실시예에 따른 전력 모듈의 평면도이다.

이하에서는, 예시적인 실시예에 대한보다 완전한 설명을 제공하기 위해 세부사항이 설명된다. 그러나, 실시예가 이들 특정 세부사항 없이 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 다른 경우에, 잘 알려진 구조 및 디바이스는 실시예를 모호하게 하지 않기 위해 상세하게 보다는 블록도 형태 또는 개략도로 도시된다. 또한, 이하에 설명되는 상이한 실시예의 특징은 특별히 이와 다르게 언급하지 않는 한, 서로 조합될 수 있다.

또한, 균등하거나 동일한 구성요소 또는 균등하거나 동일한 기능을 갖는 구성요소는 균등하거나 동일한 참조 번호를 사용하여 다음의 설명에 표시된다. 동일하거나 기능적으로 균등한 구성요소에는 도면에서 동일한 참조 번호가 부여되므로, 동일한 참조 번호가 제공된 구성요소에 대한 반복된 설명은 생략될 수 있다. 따라서, 동일하거나 같은 참조 번호를 가진 구성요소에 대해 제공된 설명은 상호 교환 가능하다.

하나의 구성요소가 다른 구성요소에 "접속" 또는 "연결"된 것으로 언급되는 경우, 다른 구성요소에 직접 접속되거나 연결될 수 있고 또는 개재 구성요소가 존재할 수 있음을 이해할 것이다. 이와 달리, 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 접속" 또는 "직접 연결"된 것으로 언급되는 경우, 개재 구성요소는 없다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위해 사용된 다른 단어들은 동일한 방식으로 해석되어야 한다(예컨대, "사이에"에 비한 "사이에 직접", "인접한"에 비한 "직접 인접한" 등).

본 명세서에 설명되거나 도면에 도시된 실시예에서, 임의의 직접적인 전기 접속 또는 연결, 즉, 추가의 개재 구성요소가 없는 임의의 접속 또는 연결은, 예를 들어, 소정 종류의 신호를 송신하거나 소정 종류의 정보를 송신하기 위한 접속 또는 연결의 일반적인 목적이 본질적으로 유지되는 한, 간접 접속 또는 연결, 즉, 하나의 이상의 추가 개재 구성요소와의 접속 또는 연결에 의해서도 구현될 수 있고 그 역도 가능하다. 상이한 실시예로부터의 특징은 조합되어 추가 실시예를 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시예 중 하나에 관하여 설명된 변형 또는 수정은 달리 언급되지 않는 한 다른 실시예에도 적용될 수 있다.

"실질적으로"라는 용어는 본 명세서에 설명된 실시예의 양상으로부터 벗어나지 않으면서 업계에서 수용 가능한 것으로 간주되는 작은 제조 허용오차(예컨대, 5% 이내)를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다.

실시예는 센서 및 센서 시스템에 관한 것이고, 센서 및 센서 시스템에 관한 정보를 획득하는 것에 관한 것이다. 센서는 측정될 물리량을, 전기 신호, 예컨대, 전류 신호 또는 전압 신호로 변환하는 구성요소를 지칭할 수 있다. 물리량은 예를 들어, 자기장, 전기장, 압력, 힘, 전류 또는 전압을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 센서 디바이스는 각도 센서, 선형 위치 센서, 속도 센서, 모션 센서 등일 수 있다.

자기장 센서는, 예를 들어, 자기장의 하나 이상의 특성(예를 들어, 자속 밀도의 양, 필드 강도, 필드 각도, 필드 방향, 필드 방위 등)을 측정하는 하나 이상의 자기장 센서 소자를 포함한다. 자기장은 자석, 전류 전달 도전체(예컨대, 와이어), 접지 또는 다른 자기장 소스에 의해 생성될 수 있다. 각각의 자기장 센서 소자는 센서 소자에 충돌하는 하나 이상의 자기장에 응답하여 센서 신호(예를 들어, 전압 신호)를 생성하도록 구성된다. 따라서, 센서 신호는 센서 소자에 충돌하는 자기장의 크기 및/또는 방위를 나타낸다.

"센서" 및 "감지 소자"라는 용어는 이 설명 전반에 걸쳐 상호 교환 가능하게 사용될 수 있으며, "센서 신호" 및 "측정 신호"라는 용어도 이 설명 전반에 걸쳐 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다는 것을 알 것이다.

예로서, 하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 자기 센서는 홀 효과 센서(Hall-effect sensor; 즉, 홀 센서)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

홀 효과 센서는 자기장에 응답하여 출력 전압(홀 전압)을 변화시키는 트랜스듀서이다. 그것은 로렌츠 힘(Lorentz force)을 사용하는 홀 효과에 기초한다. 로렌츠 힘은 센서 또는 홀판(hall plate)을 관통하는 전류 흐름에 수직인 자기장이 존재할 때 움직이는 전하를 편향시킨다. 이에 의해 홀판은 반도체 또는 금속의 얇은 조각일 수 있다. 편향은 홀 전기장을 야기하는 전하 분리를 유발한다. 이 전기장은 로렌츠 힘에 대해 반대 방향으로 전하에 작용한다. 두 힘은 서로 균형을 이루고 전류 흐름 방향에 수직인 전위차를 생성한다. 전위차는 홀 전압으로서 측정될 수 있으며 값이 작은 경우 자기장과 선형 관계로 변한다. 홀 효과 센서는 근접 스위칭, 위치결정, 속도 검출 및 전류 감지 응용례에 사용될 수 있다.

일부 예에서, 홀 센서 소자는 수직 홀 센서 소자로서 구현될 수 있다. 수직 홀 센서는 자신의 표면에 평행하게 연장되는 자기장 성분에 민감한 자기장 센서이다. 이는 수직 홀 센서가 IC 표면과 평행하거나 평면 내(in-plane)의 자기장에 민감하다는 것을 의미한다. 감도의 평면은 본 명세서에서 "감도 축" 또는 "감지 축"으로 지칭될 수 있고, 각각의 감지 축은 기준 방향을 갖는다. 홀 센서 소자의 경우, 센서 소자가 출력하는 전압 값은 감지 축 방향의 자기장 세기에 따라 변한다.

다른 예에서, 홀 센서 소자는 수평 홀 센서 소자로서 구현될 수 있다. 수평 홀 센서는 자신의 표면에 수직인 자기장 성분에 민감하다. 이는 수직 홀 센서가 집적 회로(IC) 표면에 수직이거나 평면 외(out-of-plane)의 자기장에 민감하다는 것을 의미한다. 감도의 평면은 본 명세서에서 "감도 축" 또는 "감지 축"으로 지칭될 수 있고, 각각의 감지 축은 기준 방향을 갖는다. 홀 센서 소자의 경우, 센서 소자가 출력하는 전압 값은 감지 축 방향의 자기장 세기에 따라 변한다.

본 명세서에서 제공된 바와 같이 자기장 센서 시스템은 전류 센서로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 자기장 센서 시스템은 일부 1차 도체를 통해 흐르는 측정될 일부 전류에 의해 생성된 자기장에 연결되는 경우 전류 센서로 사용될 수 있다. 예를 들어, 비접촉 전류 측정은 1차 도체를 관통하는 전류(1차 전류로도 지칭됨)에 의해 야기되는 자기장을 감지하기 위해 자기장 센서 시스템을 사용하여 수행될 수 있다. 1차 전류에 의해 야기된 자기장은 1차 전류의 크기에 의존한다. 예를 들어, 1차 전류(iP)를 전달하는 긴 직선 와이어의 경우, 와이어로부터 거리(d)만큼 떨어져 있는 결과적인 자기장(H)의 크기는 1차 전류(iP)에 정비례한다. 비오-사바르(Biot-Savart) 법칙에 따르면, 와이어가 거리(d)에 비해 매우 길면 (이론적으로 무한히 길면) 자기장(H)의 크기는 H = iP/(2πd)와 같다.

하나 이상의 실시예에 따르면, 자기장 센서 및 센서 회로는 모두 동일한 칩 패키지(예컨대, 납(leaded) 패키지 또는 무납(leadless) 패키지, 또는 표면 실장 디바이스(SMD) 패키지와 같은 플라스틱 캡슐화 패키지) 내에 수용(즉, 집적)될 수 있다. 이 칩 패키지는 센서 패키지로도 지칭될 수 있다. 센서 패키지는 백 바이어스 자석과 결합되어 센서 모듈, 센서 디바이스 등을 형성할 수 있다.

센서 회로는 하나 이상의 자기장 센서 소자로부터 하나 이상의 신호(즉, 센서 신호)를 미처리(raw) 측정 데이터의 형태로 수신하고 센서 신호로부터 자기장을 나타내는 측정 신호를 도출하는 신호 처리 회로 및/또는 신호 조절 회로로서 지칭될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 신호 조절은 신호가 추가 처리를 위해 다음 단계의 요구사항을 충족시키는 방식으로 아날로그 신호를 조작하는 것을 지칭한다. 신호 조절은 (예를 들어, 아날로그-디지털 변환기를 통해) 아날로그에서 디지털로 변환하는 것, 증폭, 필터링, 변환, 바이어싱, 범위 매칭, 절연 및 센서 출력을 조절 이후 처리에 적합하게 하는 데 필요한 임의의 다른 프로세스를 포함할 수 있다.

따라서, 센서 회로는 하나 이상의 센서 소자로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있다. 센서 회로는 디지털 신호에 몇몇 처리를 수행하는 디지털 신호 프로세서(DSP)도 포함할 수 있다. 따라서, 센서 패키지는 신호 처리 및/또는 조절을 통해 자기장 센서 소자의 작은 신호를 조절하고 증폭시키는 회로를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 센서 디바이스는 전술한 센서 및 센서 회로를 포함하는 디바이스를 지칭할 수 있다. 센서 디바이스는 단일 반도체 다이(예를 들어, 실리콘 다이 또는 칩) 상에 집적될 수 있지만, 다른 실시예에서는 센서 디바이스를 구현하는 데 복수의 다이가 사용될 수 있다. 따라서, 센서 및 센서 회로는 동일한 반도체 다이 상에 또는 동일한 패키지 내의 복수의 다이 상에 배치된다. 예를 들어, 센서는 하나의 다이 상에 있을 수 있고 센서 회로는 다른 다이 상에 있어서 패키지 내에서 서로 전기적으로 접속될 수 있다. 이 경우, 다이는 GaAs 및 Si와 같은 동일하거나 상이한 반도체 물질로 구성될 수 있고, 또는 센서는 반도체가 아닌 세라믹 또는 유리 소판에 스퍼터링될 수 있다.

하나 이상의 실시예에 따르면, 적어도 하나의 자기장 센서 소자(예컨대, 홀 센서 소자)를 포함하는 센서 패키지가 1차 도전체에 근접하여 배치된다. 따라서, 센서 패키지에 포함된 하나 이상의 자기장 센서 소자 (또는 자기장 센서)는 1차 전류에 의해 야기된 자기장에 노출되고, 자기장 센서 소자에 의해 제공되는 센서 신호 (보통 전압 신호)는 자기장의 크기에 비례하므로 1차 전류에도 비례한다. 따라서, 온칩 자기 센서는 1차 전류에 의해 생성된 자기장을 측정하기 위해 제공된다.

특히, 실시예는 전류 센서로서 구현된 자기 센서와 전력 모듈의 조합에 관한 것이다. 전류 센서는 동위상 전류 센서일 수 있다. 전력 모듈은 단일 인버터 또는 n 개의 인버터를 포함할 수 있으므로, 각각 하나의 위상 또는 n 개의 위상을 갖는다. 전력 모듈은 부하를 구동하는 하나의 전류 출력을 포함하는 신호 인버터를 가진 고 전류 전력 모듈일 수 있다. n 개의 인버터를 구현하는 예에서, 전력 모듈은 전기 모터의 3개의 위상 각각을 구동하는 데 사용되는 3개의 전류 출력 (즉, n = 3)을 포함하는 고 전류 전력 모듈일 수 있다. 예를 들어, 전력 모듈은 전기 자동차의 메인 모터를 구동하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 전류 센서는 예를 들어, 전력 모듈의 각각의 전류 출력을 측정하도록 구성된 전류 감지 모듈로서 배열된 3개의 전류 센서를 포함할 수 있다.

도 1은 하나 이상의 실시예에 따른 전력 모듈의 모터 제어 루프(100)를 도시하는 개략적인 블록도이다. 특히, 모터 제어 루프(100)는 전력 모듈(1), 전류 센서 모듈(2) 및 인버터 제어 보드(3)를 포함한다. 모터 제어 루프(100)는 3개의 위상(U, V 및 W)을 포함하는 3상 모터(10)에 더 연결된다. 전력 모듈(1)은 모터(10)를 구동하기 위해 3개의 위상 전류를 공급함으로써 3상 전력을 제공하도록 구성된 3상 전류 생성기를 포함한다.

3상 전력은 서로 120도의 전기적 각도만큼 위상이 다른 3개의 대칭 사인파를 포함한다. 예를 들어, 대칭인 3상 전력 공급 시스템에서, 3개의 도체는 각각 공통 기준에 관하여 주파수 및 전압 진폭은 동일하지만 주기의 1/3의 위상차를 갖는 교류를 전달한다. 공통 기준은 보통 접지에 접속되며 흔히 중성선(neutral)으로 불리는 전류 전달 도전체에 접속된다. 위상차 때문에, 임의의 도체 상의 전압은 다른 도전체 중 하나의 사이클의 1/3 이후 및 나머지 도전체의 사이클의 1/3 이전에 피크에 도달한다. 이 위상 지연은 평형 선형 부하에 일정한 전력 전달을 제공한다. 또한 전기 모터에 회전 자기장을 생성하고 변압기를 사용하여 다른 위상 배열을 생성하는 것을 가능하게 한다.

평형 및 선형 부하에 급전하는 3상 시스템에서, 3개의 도전체의 순시 전류의 합은 0이다. 즉, 각각의 도전체의 전류는 다른 2개의 도전체의 전류의 합과 크기가 동일하지만 부호는 반대이다. 임의의 위상 도전체의 전류에 대한 리턴 경로는 다른 2개의 위상 도전체이다.

크기 및 위상 모두의 편차는 모터의 전력 및 토크(torque)의 손실을 초래할 수 있다. 따라서, 모터 제어 루프(100)는 적절한 전류 균형이 유지됨을 보장하기 위해 모터(10)에 공급되는 전류의 크기 및 위상을 모니터링하고 제어하도록 구성된다.

전력 모듈(1)은 전원(예를 들어, 배터리)에 연결되고, 모터(10)의 각각의 위상에 대한 출력 전류 레일에 전류를 공급하고 조절하도록 구성된다. 따라서, 전력 모듈(1)은 3개의 출력 전류 레일을 포함한다. 전력 모듈(1) 자체는 각각의 출력에 대한 개별 드라이버 회로를 포함할 수 있으며, 각각의 드라이버 회로는 대응하는 전류 레일에 제공되는 출력 전류를 생성하도록 구성된다. 따라서, 전력 모듈(1)은 3개의 드라이버 회로를 포함할 수 있다.

설명을 위해, 각각의 전류 레일은 전류 경로(4u, 4v 및 4w)로서 표현되고, 각각의 전류 경로(4u, 4v 및 4w)는 전력 모듈(1)의 출력과 모터(10)의 대응하는 위상 사이에 연결된다.

전류 센서 모듈(2)은 전류 경로(4u, 4v 및 4w)에 연결된다. 특히, 전류 센서 모듈(2)은 각각 대응하는 전류 경로(4u, 4v 및 4w)에 배치되는 3개의 자기 센서(5u, 5v 및 5w)를 포함한다. 보다 상세히 후술되는 바와 같이, 각각의 자기 센서(5u, 5v 및 5w)는 각각의 전류 레일에 형성된 개구(예컨대, 구멍 또는 슬롯)에 통합되고, 대응하는 전류 레일을 통해 흐르는 전류를 측정하도록 구성된다. 특히, 각각의 자기 센서(5u, 5v 및 5w)는 후술될 차동 센서 신호를 생성하도록 구성된 차동 홀 센서 쌍을 포함할 수 있다. 당업자는 차동 센서 신호가 센서 내에서 계산되고 출력 신호가 단일 단자를 통해 제공되도록 전류 센서가 구현될 수 있음을 알 것이다. 차동 센서 신호를 언급할 때, 센서의 이러한 구현은 "차동 센서 신호"라는 용어로도 다루어져야 한다.

출력 방향으로 (즉, 전력 모듈로부터 부하를 향해) 전류 레일을 통해 흐르는 각각의 전류는 자기 센서에 의해 측정될 수 있는 자기장을 생성한다. 전류에 의해 야기된 자기장은 각각의 대응하는 전류의 크기에 정비례한다. 특히, 측정된 자기장은 전류 레일을 통해 흐르는 전류의 전류 밀도를 나타낸다(즉, 비례한다).

따라서, 각각의 자기 센서(5u, 5v 및 5w)는 자기장이 충돌하는 것에 응답하여 센서 신호(예를 들어, 차동 센서 신호)를 생성하도록 구성되며, 이는 대응하는 전류 레일을 관통하는 전류의 전류 밀도를 나타낸다. 각각의 자기 센서는 인버터 제어 보드(3)에 센서 신호를 제공하도록 구성된다. 각각의 센서 신호가 전류를 나타내므로, 센서 신호가 실제로, 예를 들어, 홀 센서에 의해 생성된 전압 값이더라도, 각각의 센서 신호는 Iu, Iv 및 Iw로 표시된다.

인버터 제어 보드(3)는 자기 센서(5u, 5v 및 5w)에 의해 제공된 각각의 센서 신호를 수신하고, 센서 신호의 각각의 측정값에 기초하여 전력 모듈(1)을 제어하도록 구성된다. 즉, 인버터 제어 보드(3)는 센서 신호의 측정값에 기초하여 전력 모듈(1)에 제어를 제공하고, 전력 모듈(1)은 피드백에 기초하여 전류를 조절한다. 따라서, 모터 제어 루프(100)는 모터(10)에 공급되는 적절한 전류 균형을 유지하도록 구성될 수 있다.

도 2a는 하나 이상의 실시예에 따른 전력 모듈(200)의 투시도를 도시한다. 전력 모듈(200)은 전술한 바와 같이 전기 모터를 구동하도록 구성된 고 전류 전력 모듈일 수 있다. 특히, 전력 모듈(200)은 모터를 구동하기 위해 3개의 위상 전류를 공급함으로써 3상 전력을 제공하도록 구성된 3상 전류 생성기일 수 있다. 전력 모듈(200)은 플라스틱 또는 다른 절연체 몰딩 물질로 제조된 하우징(20)을 포함한다. 따라서, 하우징(20)은 전력 모듈(200)의 구성요소를 수용하는 구조체이다.

하우징(20)으로부터 연장되는 입력 리드(26u, 26v 및 26w)는 배터리와 같은 전원에 접속되어 전력 모듈(200)에 전력을 제공하도록 구성된다. 전력 모듈(200)의 다른 쪽에, 출력 리드(24u, 24v 및 24w)가 하우징(20)으로부터 연장되고 모터의 개별 위상에 접속되도록 구성된다. 구체적으로, 출력 리드(24u, 24v 및 24w)는 이전에 전류 레일로 지칭되었고, 버스바(busbar)로도 지칭될 수 있다. 입력 리드(26u, 26v 및 26w) 및 출력 리드(24u, 24v 및 24w)는 구리 또는 다른 전기 도전성 물질로 제조될 수 있다.

하우징(20)의 내부에는, 모터의 각각의 위상마다 드라이버 보드(21u, 21v 및 21w)가 제공된다. 드라이버 보드(21u, 21v 및 21w)는 각각 전류 레일(24u, 24v 및 24w)을 통해 모터의 각각의 위상에 공급되는 전류를 생성하도록 구성된 회로를 각각 포함한다. 따라서, 전류 레일(24u, 24v 및 24w)은 제1 단부에서는 전력 모듈(200)의 각각의 출력(즉, 각각의 드라이버 보드(21u, 21v 또는 21w))에 접속되고, 제1 단부에 대향하는 제2 단부에서는 모터의 각각의 입력 (위상)에 접속되도록 구성된다.

또한, 전류 레일(24u, 24v 및 24w)에 전류 센서 모듈(22)이 제공된다. 구체적으로, 전류 센서 모듈(22)은 전류 레일(24u, 24v 및 24w)의 상측 또는 하측에 제공될 수 있다. 예를 들어, 전류 센서 모듈은 자기 홀 센서(25u, 25v 및 25w)를 적어도 부분적으로 수용하도록 구성된 절연체 바디 구조체(27)를 포함할 수 있다. 절연체 바디 구조체(27)는 전류 레일(24u, 24v 및 24w)의 상측 또는 하측에 배치될 수 있다.

이와 달리, 절연체 바디 구조체(27)는 전류 레일(24u, 24v 및 24w)의 상측에 배치된 제1 부분을 포함할 수 있고, 전류 레일(24u, 24v 및 24w)의 하측에 배치된 제2 부분을 포함하여 제1 부분과 제2 부분이 전류 레일(24u, 24v 및 24w)을 둘러싸게 할 수 있다. 예를 들어, 절연체 바디 구조체(27)의 제1 부분 및 제2 부분은 그들이 하우징(20)으로의 연결 및/또는 서로에 대한 연결을 통해 조립될 때 서로 접촉하여 배치될 수 있다. 이렇게 함으로써, 절연체 바디 구조체(27)의 제1 부분 및 제2 부분은 함께 각각의 전류 레일(24u, 24v 및 24w)의 일부를 캡슐화할 수 있다.

제1 부분 및 제2 부분이 사용될 때, 제1 부분은 관통하여 수직으로 연장되는 개구를 포함할 수 있고, 제2 부분은 수직 방향으로 관통하여 부분적으로 연장되는 개구를 포함할 수 있다. 제1 부분의 개구, 전류 레일의 개구 및 제2 부분의 개구는 함께 트렌치를 형성할 수 있고, 자기 센서(25u, 25v 또는 25w)는 개구를 통해 트렌치의 바닥에 도달할 때까지 삽입될 수 있다. 이러한 배치가 반전될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.

절연체 바디 구조체(27)는 주위에 고정 홀(28)도 포함할 수 있는데, 고정 홀(28)은 절연체 바디 구조체(27)를 전력 모듈(200)의 하우징(20)에 고정식으로 연결하기 위한 고정기(fastener)(도시 생략)를 수용하도록 구성된다.

도 2b는 도 2a에 도시된 전력 모듈(200)의 평면도이다. 특히, 전류 센서 모듈(22)은 전류 레일(24u, 24v 및 24w)의 하측에 배치된 것으로 도시되거나, 전류 레일(24u, 24v 및 24w)을 보여주기 위해 절연체 바디 구조체(27)의 제1 부분이 제거된 것으로 도시된다. 여기서, 각각의 전류 레일(24u, 24v 및 24w)은 각각의 전류 레일(24u, 24v 및 24w)을 통해 연장되는 개구(29)(예를 들어, 구멍 또는 슬롯)를 포함한다는 것을 알 수 있다. 각각의 개구(29)는 내부에 각각의 자기 홀 센서(25u, 25v 또는 25w)를 수용 및 보관하도록 구성된다.

각각의 전류 레일(24u, 24v 및 24w)은 자기 센서(25u, 25v 또는 25w)가 내부에 통합되는 개구(29)를 포함한다. 각각의 자기 센서(25u, 25v 또는 25w)는 센서 IC 및 센서 다이 상의 상이한 위치에 차동 배치된 차동 홀 센서 쌍을 포함할 수 있다. 도시되는 바와 같이, 차동 홀 센서 쌍은 각각의 전류 레일(24u, 24v 및 24w)의 중심 두께에 관하여 수직 방향으로 차동 이격된 2개의 홀 센서 소자이다.

함께, 차동 홀 센서 쌍은 아날로그 차동 센서 신호(예컨대, 차동 홀 전압)를 생성한다. 일반적으로, 차동 센서 신호는 미분학을 사용하여 차동 홀 센서 쌍의 센서 소자에 의해 생성된 2개의 센서 신호로부터 유도된다. 일례로서, 차동 홀 센서 소자는 차동 센서 신호를 생성하도록 구성된 결합 회로 또는 결합 로직에 연결될 수 있다. 따라서, 센서 회로의 결합 회로는 홀 센서 소자로부터 센서 신호를 수신할 수 있고, 그로부터 차동 센서 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 결합 회로는 홀 센서 소자들 사이의 차이를 출력하는 하나 이상의 차동 증폭기를 포함할 수 있다. 차동 센서 신호는 동종 및 비동종 외부 누설 자기장에 견고성을 제공할 수 있으며, 모노셀 센서 구성에 비해 보다 정확한 측정을 제공할 수 있다.

도 2c는 도 2a 및 도 2b에 도시된 전력 모듈(200)의 다른 투시도를 도시한다. 특히, 도 2c는 각각의 전류 레일(24u, 24v 및 24w)의 개구(29)를 통해 삽입된 자기 센서(25u, 25v 및 25w)를 도시하는데, 각각의 자기 센서(25u, 25v 및 25w)의 부분은 각각의 전류 레일(24u, 24v 및 24w)의 중간 영역 위에 및 아래에 배치된다. 따라서, 각각의 자기 센서(25u, 25v 및 25w)의 2개의 차동 홀 센서 소자는 각각의 전류 레일(24u, 24v 및 24w)의 중심 두께에 관하여 차동 이격될 수 있다. 예시적인 설명을 위해, 전류 레일(24w)의 중심을 따라 연장되는 세로축(31)을 나타내는 점선이 도시된다.

또한, 각각의 자기 센서(25u, 25v 및 25w)마다 커넥터(30)가 제공된다. 각각의 커넥터(30)는 절연체 바디 구조체(27)의 외부에 배치될 수 있고, 전력 모듈(200)(예를 들어, 인버터 회로 보드(3))에 전기 접속을 제공하기 위해 자기 센서(25u, 25v 및 25w) 중 하나에 연결될 수 있다. 따라서, 자기 센서(25u, 25v 및 25w)로부터의 센서 신호(예컨대, 차동 센서 신호)가 커넥터(30)를 통해 전력 모듈(200)로 송신될 수 있다.

도 3a-3c는 하나 이상의 실시예에 따른 전류 레일(즉, 버스바)에 통합된 개방 루프, 코어리스 자기 센서를 도시한다. 특히, 도 3a는 전류 레일(24)에 형성된 개구(29) 내에 통합된 개방 루프, 코어리스 자기 센서(25)를 포함하는 전류 레일(24)의 평면도를 도시한다. 개구(29)는 전류 레일(24)의 세로축(31) 및 가로축(32)의 중심에 있을 수 있다. 달리 말하면, 자기 센서(25)는 전류 레일(24)의 섹션 내에서 실질적으로 중심에 있을 수 있고 또는 전류 레일의 전류 경로에서 실질적으로 중심에 있을 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 세로축(31) 및 가로축(32)은 각각 전류 레일(24)의 세로 방향 및 가로 방향을 나타낸다. 전류 레일(24)의 두께는 전류 레일(24)의 수직 방향을 나타낸다.

전술한 바와 같이, 자기 센서(25)는 2개의 차동 이격된 감지 소자(33)를 포함할 수 있으며, 그 중 하나는 도 3a에 도시된 반면 다른 하나는 도시된 감지 소자(33) 뒤에 숨어 있다. 자기 센서(25)는 또한 인쇄 회로 보드(34)에 연결되도록 도시된다. 그러나, 실시예는 이에 한정되는 것은 아니며, 자기 센서(25)는 이와 달리 납 패키지로 제공될 수 있다.

도 3b는 도 3a에 도시된 전류 레일에 통합된 개방 루프, 코어리스 자기 센서의 단면도를 도시한다. 여기서, 자기 센서(25)는 전류 레일(24)의 중심축(예를 들어, 가로축(32))으로부터 균등하게 이격된 2개의 홀 감지 소자(33a 및 33b)를 포함한다는 것을 알 수 있다. 즉, 감지 소자(33a 및 33b)는 전류 레일(24)의 중심에 대하여 대칭이며, 전류 레일(24)의 중심 두께로부터 두께(즉, 수직) 방향으로 동일한 정도로 오프셋된다.

이와 달리, 센서 소자(33a 및 33b)는 전류 레일(24)의 중심 위치로부터 비대칭으로 오프셋될 수 있고 그럼에도 자기 센서(25)는 작동 가능할 수 있다. 트레이드 오프로서, 자기 센서(25)에 의해 검출된 신호 강도는 감소될 수 있다.

도 3c도 도 3a에 도시된 전류 레일에 통합된 개방 루프, 코어리스 자기 센서의 단면도를 도시하지만, 개구(29)가 있는 전류 레일(24)을 통해 흐르는 전류에 의해 생성된 자기장의 형상(즉, 패턴)을 더 포함한다. 전류 레일(24)을 통해 흐르는 전류의 고 전류 밀도는 대응하는 고 자기장 밀도를 생성한다.

가로축(32)은 전류 레일(24)의 수직 중심을 따라 연장되고, 이로부터 감지 소자(33a 및 33b)는 균등하게 이격된다. 감지 소자(33a 및 33b)의 차동 위치에 기초하여, 자기장이 감지 소자(33a 및 33b) 모두에 동일한 크기로 충돌한다는 것을 알 수 있다. 감지 소자(33a 및 33b)는 자기장 내에 위치하도록 배치되어야 한다. 이러한 현상의 가능성을 증가시키기 위해, 감지 소자(33a 및 33b)는 개구(29) 내에서 실질적으로 중심에 있을 수 있고, 서로 이격될 수 있다. 그러나, 전류가 전류 레일을 통해 인가될 때 자기장 내에 또는 자기장이 예상되는 위치에 감지 소자가 배치되는 한 다른 배치도 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 센서 소자(33a 및 33b)는 중심 위치로부터 비대칭적으로 오프셋될 수 있다.

이제 홀 감지 소자(33a 및 33b)의 감지 원리 및 전류 센서 모듈(22)의 배치가 더 상세히 설명될 것이다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 검출 소자(33a 및 33b)는 전류 레일(24)의 수직 자기장을 감지하도록 구성될 수 있다. 감지 소자(33a 및 33b)는, 함께 각각의 감지 소자에 충돌하는 자기장에 기초하여 미분학을 통해 차동 센서 신호를 생성하는 차동 감지 소자로서 배치된다. 특히, 각각의 감지 소자는 센서 회로로 출력되는 센서 신호를 생성하고, 센서 회로는 이어서 각각의 감지 소자로부터 수신된 센서 신호를 사용하여 아날로그 차동 센서 신호를 생성한다. 이들 센서 신호는 자기장의 측정된 값을 나타내는 측정 신호로도 지칭될 수 있다.

차동 센서 신호는 2개의 감지 위치들 사이의 차동 자기장을 나타낸다. 차동 자기장을 측정하는 것은 또한 센서(25)로 하여금 부정확한 측정을 초래할 수 있는 측정에 영향을 미칠 수 있는 동종 및 비동종 누설 필드에 대해 강건하게 한다.

따라서, 2개의 홀 센서 소자(33a 및 33b)는 전류 레일(24)의 개구(29)에 배치되는 센서 패키지에 배치될 수 있다. 각각의 감지 소자(33a 및 33b)의 감지 축은 서로 평행하게 정렬되어 자기장의 동일한 자기장 성분(예를 들어, x 성분)이 측정될 수 있다.

도 2a-2c에 도시된 바와 같이, 각각의 개구(29)는 예를 들어, 디바이스의 크기(즉, 풋프린트)를 감소시킬 수 있는 전력 모듈(200)에 근접하여 배치될 수 있다.

또한, 전류 센서 모듈(22)은 전류 레일(24u, 24v 및 24w)의 개구(29)에 관하여 유사하게 배치된 3개의 개구를 포함하는 절연체 바디 구조체(27)(예를 들어, 플라스틱)를 포함할 수 있다. 각각의 자기 센서(25u, 25v 및 25w)의 적어도 일부는 절연체 바디 구조체(27)에 형성된 각각의 개구 내에 통합될 수 있지만, 각각의 자기 센서(25u, 25v 및 25w)의 나머지 부분은 전류 레일(24u, 24v 및 24w)의 개구(29) 내에 통합된다. 따라서, 수직 방향에서 볼 때, 감지 소자(33a 및 33b)는 개구(29)에 근접하지만 개구(29)의 외부에 제공될 수 있지만, 절연체 바디 구조체(27)의 대응하는 개구 내에 배치될 수 있다. 감지 소자(33a 및 33b)의 깊이 및 이의 수직 간격은 전류 레일(24)의 중심축에 대해 설정될 수 있으며, 중심축은 전류 레일(24)의 수직 중심을 따라 연장된다. 중심축은 전술한 바와 같이 세로축(31) 또는 가로축(32)일 수 있다.

조립 목적을 위해, 전류 센서 모듈(22)의 3개의 홀은 전류 레일(24u, 24v 또는 24w)에 형성된 홀(29)과 정렬될 수 있다. 따라서, 전류 센서 모듈(22)이 (예컨대, 전류 레일의 상측, 하측, 또는 상측 및 하측 중 하나로부터의) 전류 레일(24u, 24v 또는 24w)의 표면에 배치되는 경우, 각각의 감지 소자(33a 및 33b)는 각각의 전류 레일(24u, 24v 또는 24w)에 근접한 차동 감지 구성으로 제공된다. 절연체 바디 구조체(27)는 주위에 고정 홀(28)도 포함할 수 있는데, 이는 전류 센서 모듈(22)을 전력 모듈(200)에 고정식으로 연결하기 위한 고정기를 수용하도록 구성된다. 절연체 바디 구조체(27)는 전력 모듈(200)의 고 전력 밀도로부터 자기 센서(25u, 25v, 25w)를 절연시킨다.

다른 조립 공정에서, 전류 센서 모듈(22)은 전력 모듈(200)에 장착될 수 있고, 장착 후에, 자기 센서(25u, 25v 및 25w)가 전류 센서 모듈(22)과 전류 레일 (24u, 24v 및 24w) 양자의 개구로 최종 위치까지 삽입될 수 있다.

따라서, 전술한 방식으로 개별 전류 센서 모듈(22)을 통합함으로써, 전류 감지 원리(예를 들어, 동위상 전류 감지 원리)가 전기 모터의 각각의 위상에 대한 출력 전류를 모니터링하고 조절하는 데 이용될 수 있다. 또한, 설명된 방식으로 전력 모듈의 출력 구조에 자기 센서(25u, 25v 및 25w)를 제공함으로써, 자기 센서 (25u, 25v 및 25w)는 조립을 단순화할 수 있고, 전체 디바이스의 풋프린트가 감소하게 할 수 있다. 또한, 코어 기반 솔루션과 같이 철 코어가 없으므로, 코어리스 자기 센서에 의해 검출된 자기장의 변화는 선형 방식으로 발생한다. 이는 또한 보다 정확한 측정 및 센서 회로의 단순화를 초래할 수 있다.

또한, 전류 센서 모듈의 정확도를 높이고 기계적 위치결정 허용오차로 인한 추가 오류를 상쇄하기 위해 EOL(end-of-line) 전류 교정이 사용될 수 있다. 추가 오류는 온도 및 수명 정확도 오류를 발생시킬 수 있다. 도 4는 하나 이상의 실시예에 따른 3상 시스템에 대한 EOL 교정 셋업의 개략적인 블록도를 도시한다. 도 1에 유사하게 도시된 바와 같이, EOL 고정 셋업은 전력 모듈(1), 전류 센서 모듈(2) 및 인버터 제어 보드(3)를 포함한다. 또한, EOL 고정 셋업은 인-시투(in-situ) 센서 프로그래밍 툴(41) 및 EOL 테스트 시스템(42)을 포함한다.

인-시투 센서 프로그래밍 툴(41)은 EOL 테스트 시스템(42)을 초기화하기 위해 자기 센서(5u, 5v 및 5w)로부터 센서 신호를 수신하도록 구성된다. EOL 테스트 시스템은 또한 전류 센서 모듈(2)로 입력되는 테스트 전류를 프로그래밍하도록 구성된다. 예를 들어, 3점 EOL 교정 절차에서는 외부 소스(43u, 43v 및 43w)를 사용하여 3개의 테스트 전류(예컨대, -IFSR, 0 및 +IFSR)가 인가된다. 테스트 전류는 EOL 테스트 시스템(42)에 의해 설정되어 전류는 각각의 전류 경로(4u, 4v 및 4w)를 통해 흐른다. 인가된 전류는 자기 센서(5u, 5v 및 5w)에 의해 측정되고, 보상 계수는 EOL 테스트 시스템(42)에 의해 결정되며 제어기에 또는 각각의 자기 센서(5u, 5v 및 5w)에 저장된다. 따라서, 전류 센서 모듈(2)에 존재할 수 있는 하나 이상의 초기 에러가 제거될 수 있다.

도 5는 다른 실시예에 따른 전력 모듈의 평면도를 도시한다. 특히, 전력 모듈(500)은 자기 센서(25u, 25v 및 25w)가 전력 모듈(500)의 하우징(20)에 제공된 리세스에 통합되거나 장착된다는 점을 제외하고는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 전력 모듈(200)과 유사하다. 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 전술한 바와 같이, 하우징(20)은 전력 모듈(500)의 구성요소를 수용하는 절연 물질(예를 들어, 몰딩 또는 플라스틱)로 만들어진 프레임 바디이다.

따라서, 각각의 전류 레일(24u, 24v 및 24w)은 전력 모듈(500)의 하우징(20)에 제공된 리세스와 정렬된 개구(29)를 포함한다. 특히, 각각의 리세스는 전력 모듈(500)의 주변에(즉, 하우징(20)의 주변에) 배치되고 각각의 전류 레일(24u, 24v 및 24w)의 개구(29)와 일치하도록 배치된다. 자기 센서(25u, 25v 및 25w)는 전류 레일(24u, 24v 및 24w)의 각각의 개구(29)를 통해 삽입되어 자기 센서(25u, 25v 및 25w)의 적어도 일부는 각각의 리세스는 하우징(20)의 각각의 리세스로 연장될 수 있다. 각각의 리세스는 각각의 자기 센서(25u, 25v 및 25w)의 감지 소자가 전술한 것과 유사한 방식으로 전류 레일(24u, 24v 및 24w)의 중심에 대해 차동 이격되도록 구성될 수 있다. 절연체 바디 구조체(27)를 수용하기 위한 추가 공간이 필요하지 않으므로, 전류 레일(24u, 24v 및 24w)은 도 2a 내지 도 2c에 도시된 전류 레일에 비해 단축될 수 있다. 또한, EOL 교정 프로세스 필요없이 완전히 교정된 전력 모듈 및 전류 감지 시스템이 제공될 수 있다.

다양한 실시예가 설명되었지만, 본 명세서의 범위 내에서 보다 많은 실시예 및 구현예가 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 균등물을 고려하는 것을 제외하고는 제한되어서는 안 된다. 전술한 구성요소 또는 구조체(조립체, 디바이스, 회로, 시스템 등)에 의해 수행되는 다양한 기능과 관련하여, 그러한 구성요소를 설명하는 데 사용된 용어("수단"으로 지칭하는 것을 포함함)는, 이와 다르게 나타내지 않는 한, 본 명세서에 설명된 본 발명의 예시적인 구현예에서 기능을 수행하는 개시된 구조체와 구조적으로 동등하지 않더라도, 설명된 구성요소의 특정 기능을 수행하는(즉, 기능적으로 동등한) 임의의 구성요소 또는 구조체에 대응하도록 의도된다.

또한, 이하의 청구범위는 상세한 설명에 통합되며, 여기서 각각의 청구항은 별개의 예시적인 실시예로서 독립적일 수 있다. 각각의 청구항은 별개의 예시적인 실시예로서 독립적일 수 있지만, (종속항은 청구범위에서 하나 이상의 다른 청구항과의 특정 조합을 지칭할 수 있지만) 다른 예시적인 실시예는 종속항과 각각의 다른 종속항 또는 독립항의 청구대상의 조합도 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 특정 조합이 의도되지 않는다고 명시되지 않는 한, 본 명세서에서는 그러한 조합이 제안된다. 또한, 청구항이 독립항을 직접 인용하지 않는 경우에도 임의의 다른 독립항에 이 청구항의 특징을 포함하도록 의도된다.

명세서 또는 청구범위에 개시된 방법들은 이들 방법의 각각의 동작을 수행하는 수단을 갖는 디바이스에 의해 구현될 수 있다는 점에 또한 유의해야 한다.

또한, 명세서 또는 청구범위에 개시된 복수의 동작 또는 기능의 개시가 특정 순서 내에 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있음을 이해해야 한다. 그러므로, 복수의 동작 또는 기능의 개시는 그러한 동작 또는 기능이 기술적인 이유로 교환 가능하지 않은 경우를 제외하고는 특정 순서로 제한되지 않을 것이다. 또한, 일부 실시예에서, 단일 동작은 복수의 하위 동작을 포함할 수 있고 또는 복수의 하위 동작으로 나뉠 수 있다. 명시적으로 배제되지 않는 한 이러한 하위 동작은 이 단일 동작의 개시에 포함되고 일부일 수 있다.

본 명세서에서 설명된 기술들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합으로 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들의 다양한 양상은 하나 이상의 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 또는 임의의 다른 균등한 집적 또는 개별 로직 회로를 포함하는 하나 이상의 프로세서뿐만 아니라 이러한 구성요소의 임의의 조합 내에 구현될 수 있다. "프로세서" 또는 "처리 회로"라는 용어는 일반적으로 전술한 로직 회로 중 임의의 것을 단독으로 또는 다른 로직 회로 또는 임의의 다른 균등 회로와 조합하여 지칭할 수 있다. 하드웨어를 포함하는 제어 유닛은 또한 본 명세서의 하나 이상의 기술을 수행할 수 있다. 이러한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어는 동일한 디바이스 내에서 또는 본 명세서에 설명된 다양한 기술을 지원하는 개별 디바이스 내에서 구현될 수 있다.

다양한 예시적인 실시예가 개시되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 개시된 개념의 이점 중 일부를 달성할 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 명백히 알 것이다. 동일한 기능을 수행하는 다른 구성요소가 적절하게 대체될 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예가 이용될 수 있고 구조적 또는 논리적 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 명시 적으로 언급되지 않은 도면에서도, 특정 도면을 참조하여 설명된 특징이 다른 도면의 특징과 조합될 수 있다고 언급되어야 한다. 일반적인 발명 개념에 대한 이러한 수정은 첨부된 청구범위 및 그 법적 균등물에 의해 커버되도록 의도된다.

Claims

부하에 전력을 공급하도록 구성된 전력 모듈로서,
전류를 생성하도록 구성된 전류 생성기와,
상기 전류를 수신하고 상기 전력 모듈로부터 상기 전류를 출력하도록 구성된 전류 레일(current rail) - 상기 전류 레일은 관통하여 형성된 제1 개구를 포함하고, 상기 전류는 출력 방향으로 상기 전류 레일을 따라 흐르면서 자기장을 생성함 - 과,
상기 전류 레일의 상기 제1 개구에 배치된 자기 센서 - 상기 자기 센서는 자신에 충돌하는 상기 자기장에 기초하여 차동 센서 신호를 생성하도록 구성됨 - 와,
절연체 바디 구조체를 포함하되,
상기 절연체 바디 구조체는 관통하여 형성된 제2 개구를 포함하고, 상기 제2 개구는 상기 전류 레일의 상기 제1 개구와 정렬되며, 상기 자기 센서는 상기 제1 개구에 부분적으로 배치되고 상기 제2 개구에 부분적으로 배치되며,
상기 전류 생성기는 상기 차동 센서 신호에 기초하여 상기 전류를 조절하도록 구성되는
전력 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 자기 센서는 홀 효과 자기 센서(Hall-effect magnetic sensor)인
전력 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 자기 센서는 개방 루프, 코어리스(core-less) 자기 센서인
전력 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 개구는 상기 전류 레일을 통해 형성되고, 상기 전류 레일의 전류 경로에서 중앙에 위치하는
전력 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 자기 센서는 제1 센서 신호를 생성하도록 구성된 제1 센서 소자 및 제2 센서 신호를 생성하도록 구성된 제2 센서 소자를 포함하고, 상기 제2 센서 소자는 상기 제1 센서 소자에 대해 차동적으로 배치되며,
상기 자기 센서는 상기 제1 센서 신호 및 상기 제2 센서 신호에 기초하여 상기 차동 센서 신호를 생성하도록 구성되는
전력 모듈.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 센서 소자 및 상기 제2 센서 소자는 상기 전류 레일의 중심 위치에 대해 차동적으로 배치되고 상기 전류 레일의 상기 중심 위치로부터 대칭적으로 오프셋되는
전력 모듈.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 센서 소자 및 상기 제2 센서 소자는 상기 전류 레일의 중심 위치에 대해 차동적으로 배치되고 상기 전류 레일의 상기 중심 위치로부터 비대칭적으로 오프셋되는
전력 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 전류 레일이 외부로 연장되는 외부 프레임을 더 포함하되,
상기 절연체 바디 구조체는 상기 외부 프레임에 연결되는
전력 모듈.
부하에 전력을 공급하도록 구성된 전력 모듈로서,
전류를 생성하도록 구성된 전류 생성기와,
상기 전류를 수신하고 상기 전력 모듈로부터 상기 전류를 출력하도록 구성된 전류 레일(current rail) - 상기 전류 레일은 관통하여 형성된 제1 개구를 포함하고, 상기 전류는 출력 방향으로 상기 전류 레일을 따라 흐르면서 자기장을 생성함 - 과,
상기 전류 레일의 상기 제1 개구에 배치된 자기 센서 - 상기 자기 센서는 자신에 충돌하는 상기 자기장에 기초하여 차동 센서 신호를 생성하도록 구성됨 - 와,
상기 전류 레일이 외부로 연장되는 외부 프레임 - 상기 외부 프레임은 상기 전류 레일의 상기 제1 개구와 정렬된 리세스(recess)를 포함함 - 을 포함하고,
상기 전류 생성기는 상기 차동 센서 신호에 기초하여 상기 전류를 조절하도록 구성되며,
상기 자기 센서는 상기 전류 레일의 상기 제1 개구 내에 배치되고 상기 외부 프레임의 상기 리세스 내에 배치되어 상기 자기 센서가 상기 외부 프레임과 통합되는,
전력 모듈.
부하에 전력을 공급하도록 구성된 전력 모듈로서,
복수의 위상 전류를 생성하도록 구성된 전류 생성기와,
각각 복수의 위상 전류의 각각의 위상 전류를 수신하고 상기 전력 모듈로부터 상기 각각의 위상 전류를 출력하도록 구성된 복수의 전류 레일 - 상기 복수의 전류 레일의 각각은 관통하여 형성된 제1 개구를 포함하고, 상기 복수의 위상 전류는 출력 방향으로 상기 복수의 전류 레일의 각각의 전류 레일을 따라 흐르면서 각각의 자기장을 생성함- 과,
복수의 자기 센서 - 상기 복수의 자기 센서의 각각의 자기 센서는 상기 복수의 전류 레일 중 다른 전류 레일의 제1 개구에 배치되고, 각각의 자기 센서는 자신에게 충돌하는 각각의 자기장에 기초하여 차동 센서 신호를 생성하여 복수의 차동 센서 신호가 생성되도록 구성됨 - 와,
절연체 바디 구조체를 포함하되,
상기 절연체 바디 구조체는 관통하여 형성된 복수의 제2 개구를 포함하고, 상기 복수의 제2 개구의 각각은 상기 각각의 전류 레일의 상기 제1 개구와 정렬되며, 상기 각각의 자기 센서는 상기 각각의 전류 레일의 상기 제1 개구에 부분적으로 배치되고 상기 복수의 제2 개구의 각각의 제2 개구에 부분적으로 배치되며,
상기 전류 생성기는 상기 복수의 자기 센서로부터 수신된 상기 복수의 차동 센서 신호에 기초하여 상기 복수의 위상 전류를 조절하도록 구성되는
전력 모듈.
제 10 항에 있어서,
상기 전류 생성기는 상기 부하로서 모터를 구동하도록 구성된 3상 전류 생성기인
전력 모듈.
제 10 항에 있어서,
상기 복수의 자기 센서는 각각 상기 복수의 전류 레일의 각각의 전류 레일에 개별적으로 통합된 개방 루프, 코어리스 자기 센서인
전력 모듈.
제 10 항에 있어서,
각각의 개구는 상기 각각의 전류 레일을 통해 형성되고 상기 각각의 전류 레일의 전류 경로에서 중앙에 위치하는
전력 모듈.
제 10 항에 있어서,
상기 복수의 자기 센서의 각각의 자기 센서는 제1 센서 신호를 생성하도록 구성된 제1 센서 소자 및 제2 센서 신호를 생성하도록 구성된 제2 센서 소자를 포함하고, 상기 제2 센서 소자는 상기 제1 센서 소자에 대해 차동적으로 배치되며,
상기 복수의 자기 센서의 각각의 자기 센서는 상기 제1 센서 신호 및 상기 제2 센서 신호에 기초하여 상기 차동 센서 신호를 생성하도록 구성되는
전력 모듈.
제 14 항에 있어서,
상기 제1 센서 소자 및 상기 제2 센서 소자는 상기 전류 레일의 중심 위치에 대해 차동적으로 배치되고 상기 전류 레일의 상기 중심 위치로부터 대칭적으로 오프셋되는
전력 모듈.
제 14 항에 있어서,
상기 제1 센서 소자 및 상기 제2 센서 소자는 상기 전류 레일의 중심 위치에 대해 차동적으로 배치되고 상기 전류 레일의 상기 중심 위치로부터 비대칭적으로 오프셋되는
전력 모듈.
제 10 항에 있어서,
상기 복수의 전류 레일이 외부로 연장되는 외부 프레임을 더 포함하되,
상기 절연체 바디 구조체는 상기 외부 프레임에 연결되는
전력 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 자기 센서는 상기 전류 레일의 상기 제1 개구에 삽입되는
전력 모듈.
제 18 항에 있어서,
상기 자기 센서는 상기 제1 개구를 형성하는 상기 전류 레일의 내부 측벽들 사이에 삽입되는
전력 모듈.
제 19 항에 있어서,
상기 내부 측벽들은, 상기 제1 개구가 상기 전류 레일의 두께를 통해 연장되도록, 상기 전류 레일의 두께를 통해 연장되는
전력 모듈
제 19 항에 있어서,
상기 제1 개구는 상기 전류 레일의 폭을 따라 실질적으로 중앙에 위치하고, 상기 자기 센서는 상기 제1 개구에서 실질적으로 중앙에 위치하는
전력 모듈.
제 18 항에 있어서,
상기 자기장의 일부분은 상기 제1 개구 내에 존재하며, 상기 자기 센서는 상기 제1 개구 내에 존재하는 상기 자기장의 상기 일부분 내에 배치되는,
전력 모듈.