KR20210066469A

KR20210066469A - 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치

Info

Publication number: KR20210066469A
Application number: KR1020190155749A
Authority: KR
Inventors: 권오철
Original assignee: 주식회사 현대케피코
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2021-06-07
Also published as: KR102276387B1

Abstract

본 발명에 따른 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치는, 3상 모터에 구동 전압을 인가하는 모터 구동 드라이버의 제1 내지 제3 출력단들에 연결되어 상태 진단을 위한 진단 전압을 인가하는 진단 전원 공급부, 진단 전원 공급부와 출력단들 사이에 연결되는 풀업 저항부, 출력단들과 접지 사이에 연결되는 풀다운 저항부, 출력단들의 전압을 측정하는 측정부, 및 측정된 출력단들의 전압과 기 설정된 기준값을 비교하여 출력단들의 결선 상태를 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치{APPARATUS FOR DIAGNOSING CONDITION OF OUTPUT LINE OF MOTOR DRIVER}

본 발명은 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3상 모터에 구동 전압을 인가하는 모터 구동 드라이버 출력단의 이상 결선 여부를 진단하는 장치에 관한 것이다.

3상 BLDC(Brushless Direct Current) 모터는 고정자 측의 3상 코일과 회전자 측의 영구자석으로 구성되며, 3상 코일에 선택적으로 인가된 전압이 자기장 변화를 유발하고 이것이 회전자 측의 영구자석을 회전시켜 회전력이 발생된다. 이때, 모터 구동 드라이버의 동작은 마이크로 컨트롤러(Micro Controller Unit, MCU)에 의해 제어된다.

그런데, 3상 모터에 구동 전압이 인가되는 회로, 즉, 모터 구동 드라이버의 출력단에 이상 결선이 발생하면 3상 모터뿐만 아니라 모터 구동 드라이버 등 다른 제어 장치도 함께 손상될 수 있다. 따라서, 상기 모터 구동 드라이버 출력단 결선 상태를 정확하게 모니터링 할 필요가 있다.

본 발명의 과제는 3상 모터의 작동 여부와 무관하게 모터 구동 드라이버의 출력단 결선 상태를 상시 정확하게 진단할 수 있는 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치를 제공하는 것이다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치는, 3상 모터에 구동 전압을 인가하는 모터 구동 드라이버의 제1 내지 제3 출력단들에 연결되어 상태 진단을 위한 진단 전압을 인가하는 진단 전원 공급부, 상기 진단 전원 공급부와 상기 출력단들 사이에 연결되는 풀업 저항부, 상기 출력단들과 접지 사이에 연결되는 풀다운 저항부, 상기 출력단들의 전압을 측정하는 측정부, 및 상기 측정된 출력단들의 전압과 기 설정된 기준값을 비교하여 상기 출력단들의 결선 상태를 판단하는 제어부를 포함한다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 진단 전원 공급부는 상기 3상 모터의 동작 여부와 무관하게 항상 일정한 전압을 상기 제1 내지 제3 출력단들에 인가할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 풀업 저항부는 상기 제1 내지 제3 출력단들과 각각 연결되는 제1 내지 제3 풀업 저항들을 포함할 수 있고, 상기 풀다운 저항부는 상기 제1 내지 제3 출력단들과 각각 연결되는 제1 내지 제3 풀다운 저항들을 포함할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 제1 내지 제3 풀업 저항들은 모두 동일한 저항값을 가지고, 상기 제1 내지 제3 풀다운 저항들은 서로 다른 저항값을 가질 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는, 측정된 상기 제1 내지 제3 출력단들의 전압이 모두 동일하면 상기 제1 내지 제3 출력단들 모두 정상 결선 상태인 것으로 판단할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는, 측정된 상기 제1 내지 제3 출력단들의 전압이 모두 제1 기준값 이상 제2 기준값 이하인 범위에 포함되면 상기 제1 내지 제3 출력단들 모두 정상 결선 상태인 것으로 판단할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는, 측정된 상기 제1 내지 제3 출력단들의 전압이 모두 제3 기준값 이하이면 상기 제1 내지 제3 출력단들이 접지에 단락된 것으로 판단할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 제3 기준값은 상기 제1 기준값보다 더 작은 값일 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는, 측정된 상기 제1 내지 제3 출력단들의 전압이 모두 제4 기준값 이상이면 상기 제1 내지 제3 출력단들이 배터리에 단락된 것으로 판단할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 제4 기준값은 상기 제2 기준값보다 더 큰 값일 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는, 측정된 상기 제1 내지 제3 출력단들의 전압 중에서 어느 두 개는 크기가 동일하고 나머지 하나는 크기가 다른 경우 전압 크기가 다른 해당 출력단이 단선된 것으로 판단할 수 있고, 측정된 상기 제1 내지 제3 출력단들의 전압 크기가 모두 다른 경우에는 적어도 두 개 이상의 출력단이 단선된 것으로 판단할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 측정부는 출력단의 전압 신호에서 노이즈를 제거하는 필터, 및 노이즈가 제거된 상기 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 제어부로 송신하는 변환기를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 방법은, 3상 모터에 구동 전압을 인가하는 모터 구동 드라이버의 제1 내지 제3 출력단들에 저항값의 크기가 동일한 제1 내지 제3 풀업 저항들 및, 저항값의 크기가 서로 다른 제1 내지 제3 풀다운 저항들을 각각 연결하는 단계, 상기 제1 내지 제3 출력단들에 진단 전압을 인가하는 단계, 상기 제1 내지 제3 출력단의 전압을 측정하는 단계, 및 상기 측정된 제1 내지 제3 출력단들의 전압과 기 설정된 기준값을 서로 비교하여 상기 제1 내지 제3 출력단들의 결선 상태를 판단하는 단계를 포함한다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 내지 제3 출력단들의 결선 상태를 판단하는 단계는, 상기 측정된 제1 내지 제3 출력단들의 전압이 모두 동일하거나 또는 모두 제1 기준값 이상 제2 기준값 이하인 범위 내에 포함되면 상기 제1 내지 제3 출력단들 모두 정상 결선 상태인 것으로 판단할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 내지 제3 출력단들의 결선 상태를 판단하는 단계는, 상기 측정된 제1 내지 제3 출력단들의 전압이 모두 상기 제1 기준값보다 더 작은 제3 기준값 이하이면 접지에 단락된 것으로 판단할 수 있고, 상기 측정된 제1 내지 제3 출력단들의 전압이 모두 상기 제2 기준값보다 더 큰 제4 기준값 이상이면 배터리에 단락된 것으로 판단할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 내지 제3 출력단들의 결선 상태를 판단하는 단계는, 상기 측정된 제1 내지 제3 출력단들의 전압 중에서 어느 두 개는 크기가 동일하고 나머지 하나만 크기가 다른 경우에는 전압 크기가 다른 해당 출력단이 단선된 것으로 판단할 수 있고, 상기 측정된 제1 내지 제3 출력단들의 전압 크기가 모두 다른 경우에는 적어도 두 개 이상의 출력단들이 단선된 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치는 출력단 전압과 기 설정된 기준값을 비교함으로써 모터 구동 드라이버 출력단의 상태를 정확하게 진단할 수 있다. 특히, 복수 개의 출력단들 중에서 단선이 발생한 출력단이 무엇인지 정확하게 판단할 수 있기 때문에, 신속한 대응 및 수리가 가능하다.

또한, 3상 모터 구동 여부와 무관하게 출력단들의 결선 상태를 파악할 수 있기 때문에, 이상 결선으로 인한 모터 및 모터 구동 드라이버의 파손을 방지할 수 있고, 이상 결선 발생 시에도 신속한 대처할 수 있다. 따라서, 이상 결선으로 인한 모터 및 모터 구동 드라이버의 파손을 방지할 수 있다.

도 1은 3상 모터 구동 시스템을 나타내는 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 3은 도 2의 진단 장치를 이용하여 모터 구동 드라이버의 출력단 상태를 진단하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 3상 모터 구동 시스템을 나타내는 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 모터 구동 시스템은 회전력을 발생시키는 3상 모터(10), 3상 모터(10)에 구동 전압을 인가하는 모터 구동 드라이버(20), 및 모터 구동 드라이버(20)의 동작을 제어하는 마이크로 컨트롤러(Micro Controller Unit, MCU, 30)를 포함한다.

3상 모터(10)는 3개의 상(u, v, w)이 120° 간격으로 배치되며, 상기 3개의 상(u, v, w)에 선택적으로 전압이 인가됨으로써 자기장 변화가 유발되고, 이에 따라 3상 모터(10) 내부의 영구자석(도시되지 않음)이 회전할 수 있다.

모터 구동 드라이버(20)는 내부에 복수 개의 스위치 소자들(도시되지 않음)을 포함하며, 상기 스위치 소자들의 선택적 on/off에 의해 3상 모터(10)의 3개의 상(u, v, w)에 선택적으로 전압을 인가할 수 있다. 상기 스위치 소자들의 on/off는 MCU(30)에 의해 제어될 수 있다.

한편, 모터 구동 드라이버(20)는 출력단(40)을 통해 3상 모터(10)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 출력단(40)은 제1 내지 제3 출력단(41, 43, 45)을 가지며, 각 출력단(41, 43, 45)은 3상 모터(10)의 각 상(u, v, w)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 제1 출력단(21)은 3상 모터(10)의 u상에 연결될 수 있고, 제2 출력단(23)은 3상 모터(10)의 v상에 연결될 수 있고, 제3 출력단(25)은 3상 모터(10)의 w상에 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치(100)는 모터 구동 드라이버(20)의 출력단(40)에 연결되며, 출력단(40)의 전압을 측정함으로써 출력단(40)의 이상 결선 여부를 진단할 수 있다. 상기 이상 결선은 예를 들면, 배터리 단락, 접지 단락, 단선 등을 포함할 수 있다. 이하에서는 도 2를 참조하여 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치(100)에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치(100)를 설명하기 위한 블록 구성도이다.

도 2를 참조하면, 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치(100)는 진단 전원 공급부(110), 풀업 저항부(120), 풀다운 저항부(130), 측정부(140), 및 제어부(150)를 포함한다.

진단 전원 공급부(110)는 3개의 출력단들(41, 43, 45)에 전기적으로 연결되며, 제어부(150)의 제어 신호에 따라 출력단(40)에 진단 전압을 인가할 수 있다. 이 경우, 필요에 따라 선택적으로 출력단(40)의 결선 상태를 점검할 수 있다. 한편, 상기 진단 전압은 차량의 배터리 전압보다 더 낮은 전압, 예를 들면, 5V일 수 있다.

이와 다르게, 진단 전원 공급부(110)는 상시 일정한 전압을 출력단(40)에 인가할 수도 있다. 즉, 진단 전원 공급부(110)는 3상 모터(10)의 동작 여부와 무관하게 항상 일정한 크기의 전압이 출력단(40)에 형성되도록 할 수 있다. 3상 모터(10)는 자기장 변화에 기반하여 내부의 영구자석을 회전시키는데, 변화 없이 일정한 크기의 전압은 3상 모터(10)의 동작에 영향을 주지 않기 때문이다. 이 경우, 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치(100)를 이용하여 출력단(40)의 결선 상태를 상시 모니터링 할 수 있으며, 진단 전원 공급부(110) 작동(on)을 위해 별도의 스위치 소자를 사용하지 않아도 되는 효과가 있다.

풀업 저항부(120)는 진단 전원 공급부(110)와 출력단(40) 사이에 연결되며, 제1 내지 제3 풀업 저항들(121, 123, 125)을 포함할 수 있다. 제1 풀업 저항(121)은 진단 전원 공급부(110)와 제1 출력단(41) 사이에 연결되고, 제2 풀업 저항(123)은 진단 전원 공급부(110)와 제2 출력단(43) 사이에 연결되며, 제3 풀업 저항(125)은 진단 전원 공급부(110)와 제3 출력단(45) 사이에 연결될 수 있다.

풀다운 저항부(130)는 출력단(40)과 접지(ground) 사이에 연결되며, 제1 내지 제3 풀다운 저항들(131, 133, 135)을 포함할 수 있다. 제1 풀다운 저항(131)은 제1 출력단(41)과 접지 사이에 연결되고, 제2 풀다운 저항(133)은 제2 출력단(43)과 접지 사이에 연결되며, 제3 풀다운 저항(125)은 제3 출력단(45)과 접지 사이에 연결될 수 있다.

한편, 제1 내지 제3 풀업 저항들(121, 123, 125)은 모두 동일한 크기의 저항값을 가지는 반면, 제1 내지 제3 풀다운 저항들(131, 133, 135)은 서로 다른 크기의 저항값을 가질 수 있다. 이는 3개의 출력단들(41, 43, 45) 중에서 단선된 출력단이 어떤 것인지 구별하기 위함이다.

측정부(140)는 출력단(40)에 연결되며, 출력단(40)의 전압을 측정하고, 측정된 전압 정보를 디지털 신호로 변환하여 제어부(150)로 송신할 수 있다.

측정부(140)는 제1 출력단(41)에 연결되는 제1 측정부(141), 제2 출력단(43)에 연결되는 제2 측정부(143), 및 제3 출력단(45)에 연결되는 제3 측정부(145)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 3개의 출력단들(41, 43, 45) 모두의 전압을 측정할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 측정부(140)는 필터 및 변환기를 포함할 수 있다.

상기 변환기는 출력단(40)의 전압을 측정하고, 측정된 전압을 디지털 신호로 변환하여 제어부(150)로 송신할 수 있다. 즉, 상기 변환기는 아날로그 신호인 출력단(40)의 전압 정보를 아날로그 신호로 변환하여 제어기(150)로 제공할 수 있다. 예를 들면, 상기 변환기는 아날로그 디지털 컨버터(Analog Digital Converter, ADC)일 수 있다.

상기 필터는 출력단(40)의 전압 신호에서 노이즈를 제거하여 진단의 정확도를 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 필터는 저항과 콘덴서(condenser)를 가지는 RC 필터일 수 있다.

제1 측정부(141)는 제1 필터 및 제1 변환기를 포함할 수 있고, 제2 측정부(143)는 제2 필터 및 제2 변환기를 포함할 수 있고, 제3 측정부(145)는 제3 필터 및 제3 변환기를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 측정부들(141, 143, 145)은 각각 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)에 대한 전압 정보를 제어부(150)로 송신할 수 있다.

제어부(150)는 진단 전원 공급부(110)의 동작을 제어하고, 측정부(140)로부터 출력단(40)의 전압 정보를 수신하고, 수신된 출력단(40) 전압과 기 저장된 기준값을 비교하여 출력단(40)의 상태를 진단할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부(150)는 마이크로 컨트롤러(Micro Controller Unit, MCU)일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치(100)는 3상 모터(10)가 구동 여부와 무관하게 항시 3상 모터(10) 및 출력단(40)의 이상 결선 여부를 모니터링 할 수 있다. 이는 진단 전원 공급부(110)가 항시 일정한 크기의 전압을 출력단(40)에 인가하기 때문이다. 따라서, 3상 모터(10)나 출력단(40)에 이상 결선이 발생한 즉시 이를 파악할 수 있고, 곧바로 보호조치를 취함으로써 3상 모터(10)나 모터 구동 드라이버(20)의 파손을 방지할 수 있다.

제어부(150)는 측정부(140)로부터 수신한 출력단(40)의 전압을 기준값과 비교하여 출력단(40)의 상태를 판단할 수 있다. 이때, 상기 기준값은 출력단(40)에 인가되는 전압의 크기, 풀업 저항부(120) 및 풀다운 저항부(130)의 크기 등에 따라 결정되는 값이며, 미리 테이블화되어 제어부(150)에 저장될 수 있다.

예를 들어, 배터리 전압보다 낮은 진단 전압이 인가되었을 때, 출력단(40)에 걸리는 전압의 크기가 제1 범위에 포함되면 출력단(40)이 정상 상태라고 가정하자. 저항이나 회로에 존재하는 오차 등이 없는 이상적인 상황이라면, 정상 결선 상태에서 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)에 걸리는 전압은 모두 동일할 수 있다. 그러나 실제로는 어느 정도의 오차가 발생할 수 있기 때문에, 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)에 걸리는 전압들이 모두 동일하지는 않더라도, 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)에 걸리는 전압들이 모두 상기 제1 범위에 포함되는 경우에는 모든 출력단들(41, 43, 45)이 정상 결선 상태인 것으로 볼 수 있는 것이다.

만약 출력단들(41, 43, 45) 중에서 적어도 하나의 출력단이 접지에 단락(Short Circuited to Ground, SCG)되면, 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)에 걸리는 전압은 이상적으로 모두 0V가 될 것이다. 이와 다르게, 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45) 중에서 적어도 하나의 출력단이 배터리에 단락(Short Circuited to Battery, SCB)되면, 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)에 걸리는 전압은 이상적으로 배터리 전압과 모두 동일할 것이다. 즉, 차량에서 12V 배터리를 사용한다고 가정하면, 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)에 걸리는 전압도 이상적으로는 모두 12V가 될 것이다.

마지막으로, 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45) 중에서 적어도 하나의 출력단이 단선(Open-circuited Line, OL)되면, 저항의 연결관계가 변하면서 측정되는 전압의 크기 또한 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 출력단(41)이 단선되면, 제2 출력단(43)과 제3 출력단(45)의 전압은 서로 동일하나 제1 출력단(41)의 전압은 이들과 다른 값을 가질 수 있다. 마찬가지로, 제2 출력단(43)이 단선되면, 제1 출력단(41)과 제3 출력단(45)에 걸리는 전압은 서로 동일하나 제2 출력단(43)에 걸리는 전압은 이들과 다를 수 있다. 또한, 3개의 출력단들(41, 43, 45) 중에서 적어도 두 개 이상의 출력단이 단선된 경우에는, 3개의 출력단들(41, 43, 45)에서 측정된 전압이 모두 다를 수 있다.

이해를 돕기 위하여, 실제 측정 데이터를 이용하여 제어부(150)가 출력단(40)의 상태를 진단하는 과정에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

제1 내지 제3 풀업 저항들(121, 123, 125)로는 모두 저항값이 10kΩ인 저항을 연결하고, 제1 풀다운 저항(131)은 10kΩ, 제2 풀다운 저항(133)은 20kΩ, 제3 풀다운 저항(135)은 30kΩ인 저항을 각각 연결한다. 진단 전원 공급부(110)에서는 5V의 진단 전압을 각 출력단(41, 43, 45)에 인가하고, 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)에 걸리는 전압을 각각 측정한다.

먼저, 모든 출력단(41, 43, 45)이 정상적으로 결선된 상태인 경우, 측정된 전압은 모두 3.1V로 동일하였다. 따라서, 저항이나 회로에 존재하는 오차 등을 고려했을 때, 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)에서 측정된 전압이 모두 제1 기준값 이상 제2 기준값 이하인 제1 범위에 포함되면 출력단(40)이 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 기준값은 약 3.0V이고 상기 제2 기준값은 약 3.2V일 수 있다.

이번에는 출력단들(41, 43, 45) 중에서 적어도 하나를 접지에 단락(SCG)시킨 이후, 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)에 걸리는 전압을 각각 측정하였다. 이 경우 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)의 전압은 모두 0V 였다.

따라서, 저항이나 회로에 존재하는 오차 등을 고려했을 때, 측정 전압이 제3 기준값 이하이면 출력단(40)이 접지 단락(SCG) 상태인 것으로 판단할 수 있다. 예를 들면, 상기 제3 기준값은 약 0.1V일 수 있다.

다음으로, 출력단들(41, 43, 45) 중에서 적어도 하나를 12V 배터리에 단락(SCB)시킨 이후, 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)에 걸리는 전압을 측정하였다. 이 경우 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)의 전압은 모두 12V 였다.

따라서, 저항이나 회로에 존재하는 오차 등을 고려했을 때, 측정 전압이 제4 기준값 이상이면 출력단(40)이 배터리 단락(SCB) 상태인 것으로 판단할 수 있다. 예를 들면, 상기 제3 기준값은 약 5.0V일 수 있다.

마지막으로, 출력단들(41, 43, 45) 중에서 적어도 하나를 단선(OL)시킨 이후, 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)에 걸리는 전압을 측정하였다. 이것이 아래 표 1에 나타나 있다.

상태	제1 출력단 전압(V)	제2 출력단 전압(V)	제3 출력단 전압(V)
제1 출력단 단선	2.5	3.5	3.5
제2 출력단 단선	3.0	3.3	3.0
제3 출력단 단선	2.85	2.85	3.75
제1, 2 출력단 단선	2.5	3.3	3.75
제1, 3 출력단 단선	2.5	3.3	3.75
제2, 3 출력단 단선	2.5	3.3	3.75
제1, 2, 3 출력단 단선	2.5	3.3	3.75

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 측정된 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)의 전압 크기를 서로 비교 함으로써 출력단들(41, 43, 45)의 단선 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 측정된 전압 중에서 어느 2개의 전압은 크기가 동일한데 나머지 하나는 크기가 다른 경우, 크기가 다른 전압이 걸린 출력단은 단선된 것으로 판단할 수 있다. 이와 다르게, 측정된 3개의 전압 모두 크기가 서로 다른 경우에는, 적어도 2개 이상의 출력단이 단선된 것으로 판단할 수 있다.정리하면, 제어부(150)는 측정부(140)로부터 수신한 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)의 전압 크기가 모두 동일한 경우, 즉, 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)의 전압 크기가 모두 제1 기준값 이상 제2 기준값 이하(제1 범위)이면 모든 출력단들(41, 43, 45)이 정상 결선 상태인 것으로 진단할 수 있다. 이와 달리, 측정부(140)로부터 수신한 출력단들(41, 43, 45)의 전압 크기가 모두 제3 기준값 이하이면 접지 단락(SCG) 상태인 것으로 판단할 수 있고, 제4 기준값 이상이면 배터리 단락(SCB) 상태인 것으로 판단할 수 있다. 이때, 상기 제3 기준값은 상기 제1 기준값보다 더 작고, 상기 제4 기준값은 상기 제2 기준값보다 더 클 수 있다. 또한, 측정부(140)로부터 수신한 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)의 전압 신호 중에서 어느 2개의 전압은 크기가 동일한데 나머지 하나만 크기가 다른 경우, 전압 크기가 다른 출력단은 단선된 것으로 진단할 수 있다. 이와 달리, 수신된 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)의 전압 신호가 모두 다른 경우에는 적어도 2개 이상의 출력단이 단선된 것으로 판단할 수 있다.

한편, 상기 제1 내지 제4 기준값들은 특정 저항값 및 특정 진단 전압 하에서 측정된 출력단의 전압에 의한 것으로, 풀업 저항부(120) 및 풀다운 저항부(130)를 구성하는 저항의 크기 및 진단 전원 공급부(110)에서 인가되는 진단 전압의 크기가 정해지면 함께 결정될 수 있다. 따라서, 제1 내지 제4 기준값들은 미리 테이블화되어 제어부(150)에 저장될 수 있다. 이 경우, 제어부(150)는 측정부(140)에서 측정한 출력단(40)의 전압 크기와 미리 저장된 제1 내지 제4 기준값들과 비교함으로써 곧바로 출력단(40)의 상태를 정확하게 진단할 수 있다. 또한, 측정된 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)의 전압 크기를 서로 비교함으로써 어느 출력단이 단선되었는지 여부를 신속하게 파악할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 모터 구동 드라이버(20)의 출력단(40)이 단락(SCG, SCB) 또는 단선(OL)등 이상 상태인 것으로 진단되면, 제어부(140)는 모터 구동 드라이버(20)가 구동 전압을 인가하지 않도록 제어하거나, 또는 운전자에게 경고 신호를 출력하거나, 또는 차량의 다른 제어 장치들로 고장 정보를 송신할 수 있다. 이에 따라, 3상 모터(10) 및 모터 구동 드라이버(20)의 파손을 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치(100)는 측정된 출력단 전압과 기 설정된 기준값을 비교하여 모터 구동 드라이버(20)의 출력단(40) 상태를 정확하게 진단할 수 있다. 특히, 3상 모터(10) 구동 여부와 무관하게 출력단(40)의 상태를 진단할 수 있기 때문에, 3상 모터(10) 구동 이전 단계에서 미리 출력단(40)의 결선 상태를 검사하면 3상 모터(10)나 모터 구동 드라이버(20)의 파손을 사전에 방지할 수 있고, 3상 모터(10) 동작 중이라면 이상 결선 발생 여부를 신속하게 파악할 수 있다.

또한, 3개의 출력단들(41, 43, 45) 중에서 단선이 발생한 출력단이 무엇인지도 확인이 가능하기 때문에, 고장 부위 판단과 대응, 및 수리를 신속하게 진행할 수 있다.

도 3은 도 2의 진단 장치를 이용하여 모터 구동 드라이버의 출력단 상태를 진단하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 이하에서는, 도 3을 참조하여 모터 구동 드라이버 출력단의 결선 상태를 진단하는 방법에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 3을 참조하면, 3상 모터(10) 구동 명령을 수신한다(S10).

운전자의 차량 조작에 따라 3상 모터(10) 구동이 결정되면, 제어부(150)는 3상 모터(10) 구동 명령을 수신할 수 있다. 이 때, 제어부(150)는 3상 모터(10)를 구동시키기 이전에 후술하는 S20 내지 S40 단계부터 먼저 수행하여 출력단(40)의 결선 상태를 점검하는 것이다.

이와 다르게, 3상 모터(10) 구동 명령이 수신되었는지 여부와 무관하게, 필요한 경우 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치(100)를 이용하여 출력단(40)의 결선 상태를 점검할 수도 있다. 예를 들면, 차량의 시동키가 온(on)되면 곧바로 3상 모터(10)의 상태 진단 프로세스를 진행할 수 있다.

먼저 모터 구동 드라이버의 출력단 전압을 측정한다(S20).

예를 들면, 도 2에 도시된 진단 장치(100)를 사용하여 모터 구동 드라이버(20)의 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)에 걸리는 전압을 측정할 수 있다. 이 때, 상기 출력단들(41, 43, 45)에는 진단 전압이 인가되어 있는 상태이며, 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)에는 동일한 저항값의 풀업 저항들(121, 123, 125) 및 서로 다른 저항값의 풀다운 저항들(131, 133, 135)이 각각 연결된 상태일 수 있다. 이와 같은 회로 연결 상태 하에서, 제1 내지 제3 출력단들(41, 43, 45)에 걸리는 전압을 각각 측정한다.

측정된 출력단 전압과 기 설정된 기준값을 서로 비교하여 출력단의 결선 상태를 판단한다(S30).

예를 들어, 측정된 제1 내지 제3 출력단 전압이 모두 제1 기준값 이상 제2 기준값 이하인 범위에 포함되거나 또는 제1 내지 제3 출력단 전압이 모두 동일하면, 모든 출력단들(41, 43, 45)이 정상 결선 상태인 것으로 판단할 수 있다.

이와 다르게, 측정된 전압이 모두 제3 기준값 이하이면 출력단(40)이 접지 단락(SCG) 상태인 것으로 판단할 수 있고, 측정된 전압이 모두 제4 기준값 이상이면 출력단(40)이 배터리 단락(SCB) 상태인 것으로 판단할 수 있다. 이 때, 상기 제3 기준값은 상기 제1 기준값보다 더 작은 값일 수 있고, 상기 제4 기준값은 상기 제2 기준값보다 더 큰 값일 수 있다. 예를 들면, 상기 제3 기준값은 0.1V이고, 상기 제4 기준값은 5V일 수 있다.

한편, 측정된 제1 내지 제3 출력단 전압 중에서 어느 하나의 전압만 나머지 2개의 전압과 다른 경우에는, 전압 크기가 다른 해당 출력단이 단선(OL)된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 측정된 제1 내지 제3 출력단 전압이 모두 서로 다른 경우에는 적어도 2개 이상의 출력단이 단선된 것으로 판단할 수 있다.

적어도 어느 하나의 출력단(41, 43, 45)이 단락 또는 단선된 것으로 판단하면, 출력단(40)이 이상 결선 상태인 것으로 판단할 수 있다.

판단 결과, 출력단(40)이 정상 결선 상태이면(S40) 모터 구동 드라이버(20)를 통해 3상 모터(10)를 구동한다(S70). 이와 다르게, 출력단(40)이 이상 결선 상태이면 3상 모터(10) 구동을 차단하여(S50) 3상 모터(10) 및 모터 구동 드라이버(20)의 파손을 방지할 수 있다. 이후, 고장 신호를 출력하여(S60) 운전자에게 경고하고, 차량의 다른 제어 장치들로 고장 정보를 전송한다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 3상 모터 20: 모터 구동 드라이버
30: MCU 40: 출력단
100: 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치
110: 진단 전원 공급부 120: 풀업 저항부
130: 풀다운 저항부 140: 측정부
150: 제어부

Claims

3상 모터에 구동 전압을 인가하는 모터 구동 드라이버의 제1 내지 제3 출력단들에 연결되어 상태 진단을 위한 진단 전압을 인가하는 진단 전원 공급부;
상기 진단 전원 공급부와 상기 출력단들 사이에 연결되는 풀업 저항부;
상기 출력단들과 접지 사이에 연결되는 풀다운 저항부;
상기 출력단들의 전압을 측정하는 측정부; 및
상기 측정된 출력단들의 전압과 기 설정된 기준값을 비교하여 상기 출력단들의 결선 상태를 판단하는 제어부를 포함하는 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 진단 전원 공급부는 상기 3상 모터의 동작 여부와 무관하게 항상 일정한 전압을 상기 제1 내지 제3 출력단들에 인가하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치.
제1항에 있어서,
상기 풀업 저항부는 상기 제1 내지 제3 출력단들과 각각 연결되는 제1 내지 제3 풀업 저항들을 포함하되, 상기 제1 내지 제3 풀업 저항들은 동일한 저항값을 가지고,
상기 풀다운 저항부는 상기 제1 내지 제3 출력단들과 각각 연결되는 제1 내지 제3 풀다운 저항들을 포함하되, 상기 제1 내지 제3 풀다운 저항들은 서로 다른 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
측정된 상기 제1 내지 제3 출력단들의 전압이 모두 동일하면 상기 제1 내지 제3 출력단들 모두 정상 결선 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
측정된 상기 제1 내지 제3 출력단들의 전압이 모두 제1 기준값 이상 제2 기준값 이하인 범위에 포함되면 상기 제1 내지 제3 출력단들 모두 정상 결선 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치.
제5항에 있어서, 상기 제어부는,
측정된 상기 제1 내지 제3 출력단들의 전압이 모두 제3 기준값 이하이면 상기 제1 내지 제3 출력단들이 접지에 단락된 것으로 판단하며, 상기 제3 기준값은 상기 제1 기준값보다 더 작은 것을 특징으로 하는 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치.
제5항에 있어서, 상기 제어부는,
측정된 상기 제1 내지 제3 출력단들의 전압이 모두 제4 기준값 이상이면 상기 제1 내지 제3 출력단들이 배터리에 단락된 것으로 판단하며, 상기 제4 기준값은 상기 제2 기준값보다 더 큰 것을 특징으로 하는 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
측정된 상기 제1 내지 제3 출력단들의 전압 중에서 어느 두 개는 크기가 동일하고 나머지 하나는 크기가 다른 경우 전압 크기가 다른 해당 출력단이 단선된 것으로 판단하고,
측정된 상기 제1 내지 제3 출력단들의 전압 크기가 모두 다른 경우에는 적어도 두 개 이상의 출력단이 단선된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치.
제1항에 있어서, 상기 측정부는,
출력단의 전압 신호에서 노이즈를 제거하는 필터; 및
노이즈가 제거된 상기 전압 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 제어부로 송신하는 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 드라이버의 출력단 상태 진단 장치.