KR20210066406A - Igbt 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템 - Google Patents

Igbt 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템은, 상기 IGBT 모듈을 센싱하여 복수의 센싱 온도 정보를 검출하고, 상기 복수의 센싱 온도 정보 중에서 최대 온도 정보와 적어도 하나의 센싱 온도 정보 사이의 차이값을 획득하고, 획득한 차이값을 이용하여 상기 적어도 하나의 센싱 온도 정보를 보정하여 출력하는 게이트보드를 포함한다.

Description

IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템{MOTOR DRIVE SYSTEM WITH CORRECTION FUNCTION OF TEMPERATURE DEVIATION OF IGBT MODULE}
본 발명은 모터 구동 시스템에 관한 것으로, 일례로 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템에 관한 것이다.
전기자동차, 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차 등 친환경 차량이 성장하면서 전기 차량 및 하이브리드 시스템의 모터 구동이나 고 전압 변환 등 고 전압 신호를 많이 사용하는 구동부의 스위칭 회로로 IGBT(Isolated-Gate Bipolar Transistor) 소자가 많이 사용되고 있다.
IGBT 소자는 차량에 적용되는 반도체 모듈이기 때문에 안전에 대한 요구사항이 많다. 특히, 허용되는 최대 접합온도(Max Junction Temperature) 이상 온도 증가 시 IGBT 소자가 이상 동작할 가능성이 있으며 이로 인해 인명 사고 등의 피해가 발생할 수 있으므로 IGBT 소자의 온도에 대한 센싱 기술은 매우 중요하다.
도 1을 참고하면, 종래 온도 센싱 기능을 구비한 모터 구동시스템을 확인할 수 있다.
종래 모터 구동시스템은, 메인 마이컴(Main uC)을 구비하는 ECU(10), 복수의 집적회로(IC1, IC2, IC3, IC4, IC5, IC6)를 구비하는 게이트보드(20), 복수의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)와 온도센싱 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6)를 구비하는 IGBT 모듈(30), 및 3상 코일로 구성되는 모터(40)를 포함한다.
메인 마이컴(Main uC)은 모터(40)의 전류 정보와 IGBT 모듈(30)의 온도 정보 등을 연산하여 모터 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
복수의 집적회로(IC1, IC2, IC3, IC4, IC5, IC6)는 메인 마이컴(Main uC)의 제어 신호에 따라 복수의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6) 중에서 대응하는 스위칭 소자를 온/오프(On/Off) 제어한다.
또한, 복수의 집적회로(IC1, IC2, IC3, IC4, IC5, IC6)는 복수의 온도센싱 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6) 중에서 대응하는 온도센싱 다이오드를 모니터링하여 온도 정보를 검출한다.
복수의 스위치 소자(S1, S2, S3, S4, S5, S6)는 복수의 집적회로(IC1, IC2, IC3, IC4, IC5, IC6)의 제어에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 이를 통해 모터(40)가 구동될 수 있다.
한편, 게이트보드(20)는 IGBT 모듈(30)의 스위칭 소자의 상태를 모니터링하고, 모니터링값을 제어보드로 전달하는 서브 마이컴(21: Sub uC)과 메모리부(23)를 포함할 수 있다.
서브 마이컴(21)은 복수의 집적회로(IC1, IC2, IC3, IC4, IC5, IC6)로부터 복수의 온도센싱 다이오드(D1, D2, D3, D4, D5, D6)의 온도 정보를 전달받는다. 서브 마이컴(21)은 복수의 온도 정보 사이의 편차를 계산한다. 서브 마이컴(21)은 계산된 온도 편차를 이용하여 IGBT 모듈(30)의 온도 정보를 보정한다. 서브 마이컴(21)은 보정을 통해 마련된 IGBT 모듈(30)의 최대 온도 정보를 메인 마이컴(11)에 전달한다.
메모리부(23)는 계산된 온도 편차와 IGBT 모듈(30)의 최대 온도 정보를 저장한다.
이와 같이, 종래에는 제어기 양산 과정에서 스위칭 소자별 온도 편차를 보상하기 위해, 온도 편차 보정 작업을 일일이 진행하는 서브 마이컴(21)과 메모리부(23) 등의 관련회로가 추가됨으로써 회로 복잡도와 비용이 증가하는 문제가 있다.
또한, 제어기 제품의 노후화에 따른 IGBT 모듈(30)의 특성 변화를 고려하는 단계가 없기 때문에, 추가적인 온도 편차 발생에 따른 온도 편차 보정이 이루어지지 않는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1887906호
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 별도의 제어소자의 추가 없이도 IGBT 모듈의 스위칭 소자별 온도 편차를 보정하는 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템은, IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템에 있어서, 상기 IGBT 모듈을 센싱하여 복수의 센싱 온도 정보를 검출하고, 상기 복수의 센싱 온도 정보 중에서 최대 온도 정보와 적어도 하나의 센싱 온도 정보 사이의 차이값을 획득하고, 획득한 차이값을 이용하여 상기 적어도 하나의 센싱 온도 정보를 보정하여 출력하는 게이트보드;를 포함한다.
상기 보정된 센싱 온도 정보와 상기 IGBT 모듈의 기준 온도 정보를 이용하여 상기 IGBT 모듈의 최종 온도 정보를 산출하는 ECU를 더 포함할 수 있다.
상기 기준 온도 정보는, 상기 IGBT 모듈의 NTC로부터 획득될 수 있다.
상기 IGBT 모듈은 모터 구동을 위한 IGBT 소자를 복수 구비하고, 상기 게이트보드는 상기 복수의 IGBT 소자 각각에 연결되는 집적회로부를 복수 구비하고, 상기 복수의 집적회로부는 상기 IGBT 소자 각각으로부터 센싱 온도 정보를 검출할 수 있다.
상기 복수의 집적회로부 각각은, 상기 IGBT 소자 각각의 주변에 위치하는 센싱 다이오드로부터 센싱 온도 정보를 검출하는 온도 감지부, 상기 온도 감지부에서 검출된 센싱 온도 정보의 형태를 변환하여 듀티 펄스로 출력하는 신호처리부, 및 상기 최대 온도 정보와 상기 신호처리부에서 출력한 듀티 펄스에 대응하는 센싱 온도 정보의 차이값을 산출하는 편차획득부를 포함할 수 있다.
상기 편차획득부에서 산출한 차이값의 평균값을 산출하는 평균산출부를 더 포함할 수 있다.
상기 신호처리부는 상기 센싱 온도 정보에 대응하는 듀티 펄스에 상기 차이값을 더하여 보정된 듀티 펄스를 출력할 수 있다.
상기 집적회로부 각각에서 출력되는 상기 보정된 듀티 펄스는, 서로 동일한 듀티비를 가질 수 있다.
상기 게이트보드는, 상기 기준 온도 정보와 상기 최대 온도 정보를 이용하여 상기 IGBT 모듈의 OC 검출 레벨을 보정할 수 있다.
상기 게이트보드는, 기준 전압에 상기 기준 온도 정보와 상기 최대 온도 정보에 따른 보상 전압을 차감하고, 차감 결과와 상기 IGBT 모듈의 전류에 따른 OC 전압을 비교하는 OC 감지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템에 의하면, 마이컴 등의 별도 제어소자 없이도 IGBT 모듈의 스위칭 소자별 온도 편차를 보정함으로써 제어기 제조 시간 단축 및 관련 회로 삭제를 통한 경제적 효과가 있다.
또한, 제품 노후화에 따라 변하는 특성편차가 차량을 시동 걸 때마다 최적화되기 때문에 제품 성능 향상에도 크게 기여한다.
도 1은 종래기술에 따른 모터 구동 시스템의 구성 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템의 구성 블록도이다.
도 3은 도 2의 집적회로부의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 4는 도 3의 신호처리부의 듀티 펄스 생성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3의 편차획득부의 입력신호와 출력신호를 보여주는 도면이다.
도 6은 온도센싱 다이오드 사이의 온도 특성 편차를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 ECU의 최종 온도 정보 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 집적회로부에서 출력되는 듀티 펄스와 메인 마이컴에서 산출되는 듀티 펄스를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템의 구성 블록도이다.
도 10은 도 9의 집적회로부의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 11은 도 10의 OC 감지부의 세부 구성을 보여주는 도면이다.
도 12는 온도에 따른 집적회로부의 센싱편차와 온도센싱 다이오드의 편차를 예를 들어 보여주는 도면이다.
도 13은 집적회로부의 센싱편차의 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 방법의 순서도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템의 구성 블록도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템(100)은, ECU(110), 게이트보드(120), IGBT 모듈(130), 및 모터(140)를 포함한다.
ECU(110)는 모터 구동 제어를 위한 제어 신호를 생성하는 메인 마이컴(111)을 구비한다. 메인 마이컴(111)은 제어 신호를 게이트보드(120)에 전송하여 게이트보드(120)를 통해 모터 구동을 제어할 수 있다. 메인 마이컴(111)은 제어 신호 생성에 필요한 각종 정보를 게이트보드(120)와 IGBT 모듈(130)로부터 전달받을 수 있다.
메인 마이컴(111)은 게이트보드(120)로부터 IGBT 모듈(130)의 센싱 온도 정보에 관련한 듀티 펄스(Duty out) 신호를 전달받을 수 있다. 또한, 메인 마이컴(111)은 IGBT 모듈(130)의 NTC(Negative Temperature Coefficient)로부터 기준 온도 정보(Reference Temp)를 전달받을 수 있다.
메인 마이컴(111)은 전달받은 듀티 펄스(Duty out)와 기준 온도 정보(Reference Temp)를 별도의 레지스터에 저장한다. 메인 마이컴(111)은 듀티 펄스와 기준 온도 정보의 차이를 계산할 수 있다. 메인 마이컴(111)은 계산한 온도 차이에 따라 IGBT 모듈(130)의 최종 온도 정보를 산출할 수 있다. 메인 마이컴(111)은 최종 온도 정보를 이용하여 IGBT 모듈(130)의 이용 가능 여부를 판단할 수 있다.
또한, 메인 마이컴(111)은, 게이트보드(120)의 집적회로부 각각에서 듀티 펄스 생성시, 복수의 듀티 펄스 사이의 동기화를 위한 동기 신호(Sync)를 게이트보드(120)에 전송할 수 있다.
게이트보드(120)는 ECU(110)로부터 전달받은 제어 신호에 따라 IGBT 모듈(130)의 IGBT 소자를 턴 온(Turn on) 또는 턴 오프(Turn off) 제어하는 집적회로부를 복수 구비할 수 있다. 복수의 집적회로부는 제1 집적회로부(IC1), 제2 집적회로부(IC2), 제3 집적회로부(IC3), 제4 집적회로부(IC4), 제5 집적회로부(IC5), 및 제6 집적회로부(IC6)를 포함할 수 있다.
복수의 집적회로부 각각은 IGBT 모듈(130)의 대응하는 IGBT 소자 각각을 턴 온 또는 턴 오프 제어할 수 있다. 복수의 집적회로부 각각은 IGBT 모듈(130)의 대응하는 IGBT 소자 각각으로부터 센싱 온도 정보를 검출할 수 있다. 복수의 집적회로부 각각은 적절한 보정을 통해 서로 동일한 온도 정보를 가지는 센싱 온도 정보를 듀티 펄스 형태로 메인 마이컴(111)에 전달할 수 있다.
IGBT 모듈(130)은 게이트보드(120)의 구동 전압에 따라 턴 온 또는 턴 오프 동작하는 IGBT 소자 복수개를 구비할 수 있다. 복수의 IGBT 소자는 제1 IGBT 소자(S1), 제2 IGBT 소자(S2), 제3 IGBT 소자(S3), 제4 IGBT 소자(S4), 제5 IGBT 소자(S5), 및 제6 IGBT 소자(S6)를 포함할 수 있다.
복수의 IGBT 소자 각각은 게이트단이 게이트보드(120)의 대응하는 집적회로부에 연결될 수 있다. 복수의 IGBT 소자 각각은 게이트보드(120)의 대응하는 집적회로부에 의해 턴 온 또는 턴 오프 제어될 수 있다.
제1 IGBT 소자(S1)와 제2 IGBT 소자(S2)는 모터(140)의 제1 상에 연결될 수 있다. 제3 IGBT 소자(S3)와 제4 IGBT 소자(S4)는 모터(140)의 제2 상에 연결될 수 있다. 제5 IGBT 소자(S5)와 제6 IGBT 소자(S6)는 모터(140)의 제3 상에 연결될 수 있다. 복수의 IGBT 소자 각각은 턴 온 또는 턴 오프 동작하여 배터리전압(VBAT)을 인가하여 모터(140)를 회전시킬 수 있다.
IGBT 모듈(130)은 복수의 IGBT 소자 각각의 주변 온도 정보를 측정하는 온도센싱 다이오드 복수개를 구비할 수 있다. 복수의 온도센싱 다이오드는 제1 온도센싱 다이오드(D1), 제2 온도센싱 다이오드(D2), 제3 온도센싱 다이오드(D3), 제4 온도센싱 다이오드(D4), 제5 온도센싱 다이오드(D5), 및 제6 온도센싱 다이오드(D6)를 포함할 수 있다.
제1 온도센싱 다이오드(D1)는 제1 IGBT 소자(S1)의 주변에 위치할 수 있다. 제1 온도센싱 다이오드(D1)는 제1 집적회로부(IC1)에 연결될 수 있다.
제2 온도센싱 다이오드(D2)는, 제2 IGBT 소자(S2)의 주변에 위치할 수 있다. 제2 온도센싱 다이오드(D1)는 제2 집적회로부(IC2)에 연결될 수 있다.
제3 온도센싱 다이오드(D3)는, 제3 IGBT 소자(S3)의 주변에 위치할 수 있다. 제3 온도센싱 다이오드(D3)는 제3 집적회로부(IC3)에 연결될 수 있다.
제4 온도센싱 다이오드(D4)는, 제4 IGBT 소자(S4)의 주변에 위치할 수 있다. 제4 온도센싱 다이오드(D4)는 제4 집적회로부(IC4)에 연결될 수 있다.
제5 온도센싱 다이오드(D5)는, 제5 IGBT 소자(S5)의 주변에 위치할 수 있다. 제5 온도센싱 다이오드(D1)는 제5 집적회로부(IC5)에 연결될 수 있다.
제6 온도센싱 다이오드(D6)는 제6 IGBT 소자(S6)의 주변에 위치할 수 있다. 제6 온도센싱 다이오드(D1)는 제6 집적회로부(IC6)에 연결될 수 있다.
복수의 온도센싱 다이오드 각각은 게이트보드(120)의 대응하는 집적회로부에 의해 온도 정보가 센싱될 수 있다. 복수의 온도센싱 다이오드 각각의 온도 정보는 편차를 가지므로, 집적회로부 각각은 온도 정보의 편차를 보정하여 메인 마이컴(111)에 전달할 수 있다.
모터(140)는 차량 구동용 모터일 수 있다. 모터(140)는 3상 코일에 인가되는 전류를 통해 회전 동작할 수 있다.
도 3은 도 2의 집적회로부의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3을 참고하면, 집적회로부의 세부 구성을 확인할 수 있다. 도 3의 집적회로부는 제1 집적회로부(IC1), 제2 집적회로부(IC2), 제3 집적회로부(IC3), 제4 집적회로부(IC4), 제5 집적회로부(IC5), 및 제6 집적회로부(IC6) 중에서 어느 하나에 대응한다. 제1 집적회로부(IC1), 제2 집적회로부(IC2), 제3 집적회로부(IC3), 제4 집적회로부(IC4), 제5 집적회로부(IC5), 및 제6 집적회로부(IC6)는 듀티 아웃단(Duty Out)을 통해 서로 연결될 수 있다.
집적회로부는, 온도 감지부(210), 신호처리부(220), 스위치 구동부(230), 편차 획득부(240), 및 평균 산출부(250)를 포함할 수 있다.
온도 감지부(210)는 대응하는 IGBT 소자의 온도 정보를 감지할 수 있다. 온도 감지부(210)는 대응하는 IGBT 소자 주변의 온도센싱 다이오드의 전압을 감지할 수 있다. 즉 온도 감지부(210)는 온도센싱 다이오드의 전압을 통해 대응하는 IGBT 소자의 온도 정보를 추정할 수 있다.
신호처리부(220)는 메인 마이컴(111)으로부터 동기 신호(Sync)를 전달받을 수 있다. 신호처리부(220)는 온도 감지부(210)로부터 대응하는 IGBT 소자의 센싱 온도 정보를 전달받을 수 있다. 신호처리부(220)는 대응하는 IGBT 소자의 센싱 온도 정보의 형태를 듀티 펄스로 변환할 수 있다. 듀티 펄스 형태로 변환하는 과정은 도 4를 통해 확인할 수 있다.
도 4를 참고하면, 신호처리부(220)는 IGBT 소자의 온도 정보에 대응하는 다이오드 전압(V_diode)과 SAW 파형을 비교하여 듀티 펄스(Duty Pulse)를 생성할 수 있다. 이를 위해 신호처리부(220)는 SAW 파형을 생성하는 파형생성부(미도시)와 비교기(미도시)를 포함할 수 있다.
다시 도 3을 참고하면, 신호처리부(220)는 동기 신호의 상승 엣지에 맞춰 듀티 펄스를 출력할 수 있다.
스위치 구동부(230)는 메인 마이컴(111)의 제어신호에 따라 대응하는 IGBT 소자의 게이트단에 전압을 인가하여 턴 온 제어할 수 있다.
편차획득부(240)는 복수의 집적회로부에서 출력되는 듀티 펄스 중에서 최대 듀티를 가지는 최대 듀티 펄스(Feedback)가 입력될 수 있다. 최대 듀티 펄스는 복수의 듀티 펄스가 OR 게이트(미도시)를 통과함으로써 생성될 수 있다.
편차획득부(240)는 신호처리부(220)에서 출력되는 듀티 펄스가 직접 입력될 수 있다. 편차획득부(240)는 최대 듀티 펄스와 신호처리부(220)에서 출력되는 듀티 펄스를 비교함으로써 차이값을 획득할 수 있다. 편차획득부(240)의 차이값 획득 방법은 도 5를 통해 확인할 수 있다.
도 5는 도 3의 편차획득부의 입력신호와 출력신호를 보여주는 도면이다.
도 5를 참고하면, 최대 듀티 펄스(Feedback)가 60%의 듀티를 가지고, 듀티 펄스(Duty out)가 40%의 듀티를 가지는 경우, 편차획득부(240)는 20%의 듀티 차이값을 획득할 수 있다.
다시 도 3을 참고하면, 편차획득부(240)는 메인 마이컴(111)으로부터 보상 신호(Compensation)가 입력되어 인에이블(Enable)되면 획득한 듀티 차이값을 출력할 수 있다.
평균산출부(250)는 소정 시간 동안 듀티 차이값을 입력받고, 입력받은 듀티 차이값의 평균값을 산출할 수 있다. 이를 통해 듀티 차이값의 노이즈 제거가 가능하다. 평균산출부(250)는 노이즈 제거된 듀티 차이값을 신호처리부(220)에 전달할 수 있다.
신호처리부(220)는 모터 구동시 듀티 차이값만큼 더하여 보정된 듀티 펄스를 출력할 수 있다. 이를 통해, 집적회로부는 복수의 온도센싱 다이오드 사이의 온도 편차를 자체적으로 보정하여 출력할 수 있다. 또한, 집적회로부 각각에서 출력되는 보정된 듀티 펄스는 서로 동일한 듀티를 가질 수 있다.
도 6은 온도센싱 다이오드 사이의 온도 특성 편차를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참고하면, 온도센싱 다이오드 사이의 온도 특성 편차를 확인할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 온도센싱 다이오드(D1)가 다른 온도센싱 다이오드보다 온도대비 높은 전압값을 출력할 수 있다. 또한, 제2 온도센싱 다이오드(D2)가 제1 온도센싱 다이오드(D1)를 제외하고 다른 온도센싱 다이오드보다 온도대비 높은 전압값을 출력할 수 있다. 또한, 제3 온도센싱 다이오드(D3)가 제1 온도센싱 다이오드(D1) 및 제2 온도센싱 다이오드(D2)를 제외하고 다른 온도센싱 다이오드보다 온도대비 높은 전압값을 출력할 수 있다.
이러한 온도센싱 다이오드의 온도 특성에 따라 복수의 집적회로부 각각에서 검출하는 센싱 온도 정보에 편차가 발생하게 된다.
도 7은 ECU의 최종 온도 정보 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참고하면, 어느 하나의 ECU(ECU1)는 다른 제어기(ECUn)(n은 2 이상의 정수)와의 온도 편차를 보정하기 위해, 집적회로부로부터 전달받은 보정된 센싱 온도 정보와 기준 온도 정보를 이용하여 최종 온도 정보를 산출할 수 있다.
도 8은 집적회로부에서 출력되는 듀티 펄스와 메인 마이컴에서 산출되는 듀티 펄스를 보여주는 도면이다.
도 8을 참고하면, 모터 오프(Motor OFF) 구간에 따른 시스템 스탠바이(STBY) 모드에서의 각종 펄스 파형과 모터 동작 구간에 따른 시스템 노말(Normal) 모드에서의 각종 펄스 파형을 확인할 수 있다.
각종 펄스 파형으로는, 동기 신호(Sync), 보상 신호(Compensation), 듀티 펄스가 있을 수 있다. 여기서, 듀티 펄스는 제1 집적회로부(IC1)의 제1 듀티 펄스(Duty out#1) 내지 제6 집적회로부(IC6)의 제6 듀티 펄스(Duty out#6)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 모터 오프 구간에서 제1 듀티 펄스(Duty out#1)의 듀티비 55%, 54%, 56%와 최대 온도 정보의 듀티비 60%에 따른 차이값 5%, 6%, 4%가 산출될 수 있다. 또한 차이값 5%, 6%, 4%에 따른 평균값 5%가 산출될 수 있다. 모터 동작 구간에서 제1 듀티 펄스(Duty out#1)는 평균값 5%가 더해져 최대 온도 정보에 상응하는 듀티비 60%를 가지도록 보정될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 모터 오프 구간에서 제2 듀티 펄스(Duty out#2)의 듀티비 40%, 41%, 39%와 최대 온도 정보의 듀티비 60%에 따른 차이값 20%, 19%, 21%가 산출될 수 있다. 또한 차이값 20%, 19%, 21%에 따른 평균값 20%가 산출될 수 있다. 모터 동작 구간에서 제2 듀티 펄스(Duty out#2)는 평균값 20%가 더해져 최대 온도 정보에 상응하는 듀티비 60%를 가지도록 보정될 수 있다.
복수의 집적회로부에서 출력되는 듀티 펄스 각각은 OR 논리 게이트를 통과함으로써 최대 듀티비를 가지는 상태로 메인 마이컴(111)에 입력될 수 있다.
메인 마이컴(111)은 입력받은 듀티 펄스의 듀티비 60%에서 기준 온도 정보에 상응하는 듀티비 10%를 차감하여 듀티비 50%를 가지는 듀티 펄스를 산출할 수 있다. 이렇게 산출한 듀티비 50%를 가지는 듀티 펄스의 경우, 최종 온도 정보에 상응할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템의 구성 블록도이다.
도 9를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템(100)은, 도 1 내지 도 8에 따른 모터 구동 시스템 대비 메인 마이컴(111)과 복수의 집적회로부를 연결하는 SPI(Serial Peripheral Interface) 회로가 추가 구비될 수 있다. 또한 SPI 회로는 복수의 집적회로부 사이를 통신이 가능하게 연결할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템(100)은, 복수의 IGBT 소자의 OC(Over Current) 검출 레벨의 편차를 보정하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는, 집적회로부에서 OC 검출 레벨의 편차를 보정하는 방법을 설명한다.
도 10은 도 9의 집적회로부의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 10을 참고하면, 집적회로부는 온도 감지부(310), 신호처리부(320), 편차획득부(330), 평균산출부(340), 인터페이스부(350), 및 OC 감지부(360)를 포함할 수 있다.
온도 감지부(310), 신호처리부(320), 편차획득부(330), 및 평균산출부(340)는 도 1 내지 도 8에서 설명한 바 있는 온도 감지부(210), 신호처리부(220), 편차획득부(240), 및 평균산출부(250)에 대응하는 구성이며, 이에 대한 상세 설명은 도 1 내지 도 8에 대한 설명으로 대체한다.
인터페이스부(350)는 SPI 회로를 통해 최종 보상 신호(Final compensation)를 수신할 수 있다. 인터페이스부(350)는 최종 보상 신호(Final compensation)를 OC 감지부(360)로 전달할 수 있다. OC 감지부(360)는 최종 보상 신호에 따라 동작할 수 있다.
OC 감지부(360)는 복수의 IGBT 소자에 흐르는 전류를 검출하여 과전류(OC) 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 복수의 IGBT 소자에 흐르는 전류는 온도에 따라 편차가 발생하는데, OC 감지부(360)는 이러한 편차를 보정하여 OC 검출 레벨을 출력할 수 있다. 이를 통해 복수의 집적회로부는 동일한 OC 검출 레벨을 메인 마이컴(111)에 전달할 수 있다.
도 11은 도 10의 OC 감지부의 세부 구성을 보여주는 도면이다.
도 11을 참고하면, OC 감지부(360)는 비교기(360), 제1 감산기(363), 제2 감산기(365), 및 기준전원(367)을 포함할 수 있다.
비교기(360)는 대응하는 IGBT 소자로부터 과전류에 따른 전압 Voc를 입력받을 수 있다. 비교기(360)는, 기준 전압 VREFT에 제1 전압 ?KVT이 차감되고, 제2 전압 ?Vcomp이 추가 차감되어 마련된 OC 보상 전압 Voc_c을 입력받을 수 있다. 비교기(360)는 Voc와 Voc_c를 비교함으로써 편차 보정된 OC 검출 레벨을 출력할 수 있다.
OC 보상 전압 산출 과정을 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
[수학식1]
Voc_c = VREF - K*(VT) - Vcomp,
Vcomp = 집적회로부 사이의 보정값 + NTC 보정값
수학식1에서 K는 상수를 나타내고, 집적회로부 사이의 보정값은 최대 온도 정보에 대응하는 전압을 나타내고, NTC 보정값은 기준 온도 정보에 따른 전압을 나타낸다.
도 12는 온도에 따른 집적회로부의 센싱편차와 온도센싱 다이오드의 편차를 예를 들어 보여주는 도면이다.
도 12를 참고하면, 제1 집적회로부(IC1)의 센싱편차는 20V로 나타나고, 제1 온도센싱 다이오드(D1)의 편차는 10V로 나타날 수 있다. 이때 제1 집적회로부(IC1)의 보정된 OC 검출 레벨 VIC1은 VREFT - K(VT) + 30V(집적회로부 사이의 보정값) - 30V(NTC 보정값)으로 나타날 수 있다.
제2 집적회로부(IC2)의 센싱편차는 20V로 나타나고, 제2 온도센싱 다이오드(D2)의 편차는 25V로 나타날 수 있다. 이때 제2 집적회로부(IC2)의 보정된 OC 검출 레벨 VIC2은 VREFT - K(VT) + 45V(집적회로부 사이의 보정값) + 45V(NTC 보정값)으로 나타날 수 있다.
제3 집적회로부(IC3)의 센싱편차는 10V로 나타나고, 제3 온도센싱 다이오드(D3)의 편차는 -5V로 나타날 수 있다. 이때 제3 집적회로부(IC3)의 보정된 OC 검출 레벨 VIC3은 VREFT - K(VT) + 5V(집적회로부 사이의 보정값) - 5V(NTC 보정값)으로 나타날 수 있다.
제4 집적회로부(IC4)의 센싱편차는 5V로 나타나고, 제4 온도센싱 다이오드(D4)의 편차는 10V로 나타날 수 있다. 이때 제4 집적회로부(IC4)의 보정된 OC 검출 레벨 VIC4는 VREFT - K(VT) + 15V(집적회로부 사이의 보정값) - 15V(NTC 보정값)으로 나타날 수 있다.
제5 집적회로부(IC5)의 센싱편차는 15V로 나타나고, 제5 온도센싱 다이오드(D5)의 편차는 15V로 나타날 수 있다. 이때 제5 집적회로부(IC5)의 보정된 OC 검출 레벨 VIC5는 VREFT - K(VT) + 30V(집적회로부 사이의 보정값) - 30V(NTC 보정값)으로 나타날 수 있다.
제6 집적회로부(IC6)의 센싱편차는 10V로 나타나고, 제6 온도센싱 다이오드(D6)의 편차는 -20V로 나타날 수 있다. 이때 제6 집적회로부(IC6)의 보정된 OC 검출 레벨 VIC6은 VREFT - K(VT) - 10V(집적회로부 사이의 보정값) + 10V(NTC 보정값)으로 나타날 수 있다.
이를 통해 제1 집적회로부(IC1), 제2 집적회로부(IC2), 제3 집적회로부(IC3), 제4 집적회로부(IC4), 제5 집적회로부(IC5), 및 제6 집적회로부(IC6)는 동일한 OC 검출 레벨을 가질 수 있다.
도 13은 집적회로부의 센싱편차의 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참고하면, 제1 집적회로부(IC1), 제5 집적회로부(IC5), 및 제6 집적회로부(IC6)는 온도(Temp1) 별로 서로 다른 OC 전압 Voc1, Voc5, Voc6을 가지는데, 추가적인 서브블락 없이도 상술한 바와 같은 자체 보정을 통해 타겟 전압(Target)을 가질 수 있다. 즉, 제1 집적회로부(IC1), 제5 집적회로부(IC5), 및 제6 집적회로부(IC6)는 동일한 OC 검출 레벨을 가질 수 있다. 이를 통해 OC 검출 레벨이 최적화 되어 모터의 최대 동작영역이 확대되는 효과가 있다. 또한, 모터의 최대 동작영역 확대를 통해 연비가 향상되는 효과가 있다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 방법의 순서도이다.
도 3 및 도 14를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 방법은, IGBT 모듈(130)의 복수의 센싱 온도 정보를 검출하는 검출 단계(S1410), 복수의 센싱 온도 정보 중에서 최대 온도 정보와 적어도 하나의 센싱 온도 정보 사이의 차이값을 획득하는 획득 단계(S1420), 및 차이값을 이용하여 적어도 하나의 센싱 온도 정보를 보정하여 출력하는 보정 단계(1440)를 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 방법은, 차이값의 평균값을 산출하는 평균값 산출 단계(S1430)와, 보정된 센싱 온도 정보와 IGBT 모듈(130)의 기준 온도 정보를 이용하여 IGBT 모듈(130)의 최종 온도 정보를 산출하는 최종값 산출 단계(S1450)를 더 포함할 수 있다.
보정 단계(S1440)는 평균값 산출 단계(S1430)에서 산출한 평균값을 이용하여 적어도 하나의 센싱 온도 정보를 보정하여 출력할 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 방법의 순서도이다.
도 10 및 도 15를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 방법은, IGBT 모듈의 전류에 따른 OC 전압을 검출하는 전압 검출 단계(S1510)와, 기준 온도 정보와 최대 온도 정보를 이용하여 검출된 OC 전압의 레벨을 보정하는 레벨 보정 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 레벨 보정 단계는, 기준 온도 정보와 최대 온도 정보에 따른 보상 전압을 기준 전압에서 차감하는 차감 단계(S1520)와, 차감 결과와 OC 전압을 비교하는 비교 단계(S1530)를 포함할 수 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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.
실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.
100: 모터 구동 시스템
110: ECU
111: 메인 마이컴
120: 게이트보드
IC1, IC2, IC3, IC4, IC5, CI6: 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제5 집적회로부
210, 310: 신호처리부
220, 320: 온도 감지부
230: 스위치 구동부
240, 330: 편차획득부
250, 340: 평균산출부
350: 인터페이스부
360: OC 감지부
130: IGBT 모듈
140: 모터

Claims (10)

  1. IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템에 있어서,
    상기 IGBT 모듈을 센싱하여 복수의 센싱 온도 정보를 검출하고, 상기 복수의 센싱 온도 정보 중에서 최대 온도 정보와 적어도 하나의 센싱 온도 정보 사이의 차이값을 획득하고, 획득한 차이값을 이용하여 상기 적어도 하나의 센싱 온도 정보를 보정하여 출력하는 게이트보드;
    를 포함하는 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정된 센싱 온도 정보와 상기 IGBT 모듈의 기준 온도 정보를 이용하여 상기 IGBT 모듈의 최종 온도 정보를 산출하는 ECU를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기준 온도 정보는, 상기 IGBT 모듈의 NTC로부터 획득되는 것을 특징으로 하는 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 IGBT 모듈은 모터 구동을 위한 IGBT 소자를 복수 구비하고,
    상기 게이트보드는 상기 복수의 IGBT 소자 각각에 연결되는 집적회로부를 복수 구비하고,
    상기 복수의 집적회로부는 상기 IGBT 소자 각각으로부터 센싱 온도 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 집적회로부 각각은,
    상기 IGBT 소자 각각의 주변에 위치하는 센싱 다이오드로부터 센싱 온도 정보를 검출하는 온도 감지부,
    상기 온도 감지부에서 검출된 센싱 온도 정보의 형태를 변환하여 듀티 펄스로 출력하는 신호처리부, 및
    상기 최대 온도 정보와 상기 신호처리부에서 출력한 듀티 펄스에 대응하는 센싱 온도 정보의 차이값을 산출하는 편차획득부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 편차획득부에서 산출한 차이값의 평균값을 산출하는 평균산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 신호처리부는 상기 센싱 온도 정보에 대응하는 듀티 펄스에 상기 차이값을 더하여 보정된 듀티 펄스를 출력하는 것을 특징으로 하는 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 집적회로부 각각에서 출력되는 상기 보정된 듀티 펄스는, 서로 동일한 듀티비를 가지는 것을 특징으로 하는 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 게이트보드는, 상기 기준 온도 정보와 상기 최대 온도 정보를 이용하여 상기 IGBT 모듈의 OC 검출 레벨을 보정하는 것을 특징으로 하는 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 게이트보드는, 기준 전압에 상기 기준 온도 정보와 상기 최대 온도 정보에 따른 보상 전압을 차감하고, 차감 결과와 상기 IGBT 모듈의 전류에 따른 OC 전압을 비교하는 OC 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 IGBT 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템.
KR1020190155609A 2019-11-28 2019-11-28 Igbt 모듈의 온도 편차 보정 기능을 구비한 모터 구동 시스템 KR102343296B1 (ko)

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