KR20210074012A - 전원 입력 회로의 고장 진단 방법 및 그 시스템 - Google Patents

전원 입력 회로의 고장 진단 방법 및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 3 상 인버터의 전류 측정 장치는, 인버터를 구성하는 3개의 하단 스위치 중 하나의 하단 스위치의 하단에 연결되는 전류 검출소자, 전류 검출소자가 연결되지 않은 다른 2개의 하단 스위치 및 전류 검출소자를 이용하여 전류를 측정하는 전류 측정부 및 전류 검출소자를 이용하여 측정한 제1 전류 값과 상기 2개의 하단 스위치를 이용하여 측정한 제2 전류 값 및 제3 전류 값의 관계에 기초하여 제2 전류 값 및 제3 전류 값을 보정하는 전류 보정부를 포함한다.

Description

전원 입력 회로의 고장 진단 방법 및 그 시스템{Method for diagnosing failure of circuit for power input, and system thereof}
본 발명은 전원 입력 회로의 고장 진단 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 복수의 전압 센싱 포인트를 이용하여 전원 입력 회로의 고장을 진단하는 고장 진단 방법 및 그 시스템에 관한 발명이다.
자동차는 장착된 배터리의 전원을 이용하여 내부의 ECU(Electronic Control Unit, 전자제어장치)에 필요한 전원을 제공한다. ECU는 자동차의 다양한 장치 등의 제어를 수행하며, 안전에 필수적인 장치들에 대한 제어를 수행한다. 안전을 위해서는 정밀한 제어가 중요하며, 이를 위하여, ECU에 안정적인 전원을 제공하여야 한다. 또한, ECU에 필요한 전압의 크기는 일반적으로 배터리 전원보다 작기 때문에, 배터리 전원을 ECU에 필요한 전압의 크기로 줄여야 한다.
배터리 전원은 다양한 원인으로 불안정하게 입력될 수 있고, 이로 인해 ECU에 손상이 발생할 수 있다. ECU의 보호를 위하여, 배터리 전원에 대해 모니터링을 수행해야 하는데, ECU에 인가되는 전원에 고장이 발생하는 경우, 고장의 원인이 배터리 전원에 있는지, ECU 내부 회로에 있는지를 판단하기 어렵고, 그에 따라, 고장에 대응하기 어려운 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 복수의 전압 센싱 포인트를 이용하여 전원 입력 회로의 고장을 진단하는 고장 진단 방법 및 그 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 입력 회로의 고장 판단 방법은, 전원 입력부의 후단의 제1 전압, 전원 입력 회로의 후단의 제2 전압, 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이에 흐르는 제1 전류를 측정하는 단계; 상기 측정된 제1 전류를 이용하여 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 전압 강하를 도출하는 단계; 및 상기 제1 전압, 상기 전압 강하, 상기 제2 전압을 이용하여 고장발생 여부 및 고장발생 위치를 판단하는 단계를 포함한다.
또한, 고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 전원 입력부의 전원 입력을 차단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 고장발생 여부 및 고장발생 위치를 판단하는 단계는, 상기 제1 전압이 정상인지 판단하는 단계; 상기 제1 전압이 정상인 경우, 상기 제1 전압에서 상기 전압 강하를 감산한 제3 전압과 상기 제2 전압을 비교하는 단계; 및 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이를 이용하여 상기 고장발생 여부 및 고장발생 위치를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 또는 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이가 임계치 이상인 경우, 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 상기 제1 전압을 측정하는 단자 전단에 고장이 발생한 것으로 판단하고, 상기 제1 전압이 정상이고 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이가 임계치 이상인 경우, 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 회로에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 제1 전류를 측정하는 단계는, 상기 제2 전압을 측정하는 단자 후단에서 상기 제1 전류를 측정할 수 있다.
또한, 상기 제1 전류를 측정하는 단계는, 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이에 위치하는 MOSFET에서 상기 제1 전류를 측정할 수 있다.
또한, 상기 전압 강하를 도출하는 단계는, 상기 제1 전류에 따른 상기 제1 전류 및 전압 강하의 관계를 저장한 룩업 테이블로부터 도출될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 입력 회로의 고장 판단 시스템은 전원 입력부를 포함하는 전원 입력 회로의 고장 판단 시스템에 있어서, 상기 전원 입력부의 후단의 제1 전압을 측정하는 제1 전압 측정부; 상기 전원 입력 회로의 후단의 제2 전압을 측정하는 제2 전압 측정부; 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이에 흐르는 제1 전류를 측정하는 제1 전류 측정부; 및 상기 측정된 제1 전류를 이용하여 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 전압 강하를 도출하고, 상기 제1 전압, 상기 전압 강하, 상기 제2 전압을 이용하여 고장발생 여부 및 고장발생 위치를 판단하는 처리부를 포함한다.
또한, 상기 처리부는, 고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 전원 입력부의 전원 입력을 차단할 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 제1 전압이 정상인지 판단하고, 상기 제1 전압이 정상인 경우, 상기 제1 전압에서 상기 전압 강하를 감산한 제3 전압과 상기 제2 전압을 비교하며, 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이를 이용하여 상기 고장발생 여부 및 고장발생 위치를 판단할 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 또는 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이가 임계치 이상인 경우, 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 처리부는, 상기 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 상기 제1 전압을 측정하는 단자 전단에 고장이 발생한 것으로 판단하고, 상기 제1 전압이 정상이고 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이가 임계치 이상인 경우, 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 회로에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 제1 전류 측정부는, 상기 전원 입력 회로의 후단에서 상기 제1 전류를 측정할 수 있다.
또한, 상기 전원 입력 회로는 역접속 방지부를 포함하고, 상기 제1 전류 측정부는, 상기 역접속 방지부에서 상기 제1 전류를 측정할 수 있다.
또한, 상기 제1 전류에 따른 상기 제1 전류 및 전압 강하의 관계를 저장한 룩업 테이블을 저장하는 저장부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전압 센싱 포인트를 추가함으로써 고장 진단의 Coverage가 증가된다. 또한, 고장 진단의 기능을 높이기 위하여, 커넥터의 핀을 늘리는 것보다 재료비를 절감할 수 있으며, 회로 구현이 간단하다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 입력 회로의 고장 진단 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 입력 회로의 고장 진단 시스템의 블록도이다.
도 3은 전원 입력 회로의 구체적인 구현예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 입력 회로의 고장 진단 시스템의 전원 입력 회로에서의 전압 센싱 포인트를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전원 입력 회로의 고장 진단 시스템과의 비교예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 입력 회로의 고장 진단 방법의 흐름도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 입력 회로의 고장 진단 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 입력 회로의 고장 진단 시스템의 블록도이다.
고장 진단 시스템(100)이 고장을 진단하고자 하는 전원 입력 회로(110)는 전원(210)으로부터 전원을 입력받고, 인버터(220) 또는 다른 구성에 전원을 전달하는 역할을 한다. 전원(210)에서 입력되는 전원의 전압은 내부 장치에서 이용되는 전압과 다를 수 있기 때문에, 전압을 내부 장치에서 이용할 수 있는 크기의 전압으로 변환하여 내부 장치로 전달하는 역할을 한다. 또한, 전원(210)이 안정적이지 않은 경우, 이를 안정적인 전원으로 필터링하거나, 내부에서 외부로 전원이 역으로 출력되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 직류와 교류를 변환할 수도 있다. 즉, 전원 입력 회로(110)는 전원(210)으로부터 전원을 입력받아, 내부 장치에서 안정적으로 이용할 수 있도록 하는 역할을 한다.
이를 위하여, 전원 입력 회로(110)는 전원 입력부(111)를 포함하고, 역접속 방지부(112), 및 필터부(113)를 포함할 수 있다. 전원 입력 회로(110)는 차량용 배터리로부터 전원을 입력받아, 모터 등을 구동하는 인버터 등을 포함하는 ECU(Electronic Control Unit, 전자제어장치)의 전원 입력 회로(110)일 수 있다. 이는 하나의 예시로, 차량용 전원 입력 회로 이외에, 전원을 입력받는 다양한 전원 입력 회로일 수 있음은 당연하다. 이하, 전원 입력 회로(110)가 차량용 ECU의 전원 입력 회로인 예를 이용하여 설명하도록 한다.
전원 입력부(111)는 전원(210)과 바로 연결되어 전원을 입력받는다. 여기서, 전원(210)은 차량용 배터리이고, 전원 입력부(111)는 전원(210)과 연결되는 커넥터일 수 있다. 역접속 방지부(112)는 ECU에서 전원이 역으로 전원(210) 방향으로 출력되는 것을 방지하는 역할을 하고, 필터부(113)는 안정적인 전원을 인버터(220) 등에 전달하기 위하여, 필터링하는 역할을 할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 전원(210)을 통해 입력된 전원이 안정적으로 인버터(220) 등에 전달되어야 하는데, 입력되는 전원에 이상이 발생하는 경우, 인버터(220) 등에 고장이 발생할 수 있기 때문에, 전원을 모니터링해야 한다. 전원을 모니터링하기 위하여, 전원 입력 회로의 전압을 측정하여 고장 여부를 감지할 수 있다. 이때, 고장이 발생한 위치가 어디인지 정확히 알 수 있다면, 정확한 진단 및 고장 대응이 가능하다.
정확한 고장 진단을 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 입력 회로의 고장 진단 시스템(100)은 제1 전압 측정부(120), 제2 전압 측정부(130), 제1 전류 측정부(140), 및 처리부(150)로 구성되고, 저장부(160)를 포함할 수 있다.
제1 전압 측정부(120)는 전원 입력부(111)의 후단의 제1 전압을 측정한다.
보다 구체적으로, 전원 입력부(111)는 전원(210)으로부터 전원을 입력받는 전원 입력 회로의 최전단에 위치한다. 제1 전압 측정부(120)는 전원(210)의 고장 여부 내지 전원(210)에서부터 전원 입력부(111)까지의 회로의 고장 여부를 판단하기 위하여, 전원 입력부(111)의 후단에서 제1 전압을 측정한다.
제1 전압 측정부(120)는 전원 입력부(111) 후단에 병렬로 연결되는 전압 분배 회로를 이용하여 제1 전압을 측정할 수 있다. 여기서, 전압 분배 회로는 복수의 저항으로 이루어지는 회로로 전압을 분배하는 저항비를 갖도록 형성할 수 있다. 전압 분배 회로의 저항비에 따라 처리부(150)에서 측정가능한 전압으로 낮추어 제1 전압을 측정할 수 있다.
제2 전압 측정부(130)는 전원 입력 회로(110)의 후단의 제2 전압을 측정한다.
보다 구체적으로, 인버터(220) 등을 포함하는 ECU를 입력되는 전원의 고장으로부터 보호하고자 하기 위해서 제2 전압 측정부(130)는 전원 입력 회로(110)의 후단에서 제2 전압을 측정한다. 앞서 설명한 바와 같이, 전압을 측정하여 고장을 진단하는 것은 ECU 내부의 장치들을 보호하기 위함으로, 내부 장치로 입력되는 위치에서의 전압을 모니터링하기 위하여, 제2 전압 측정부(130)는 전원 입력 회로(110)의 후단에서 제2 전압을 측정한다.
여기서, 전원 입력 회로(110)의 후단은 DC 링크(Link) 단일 수 있다. DC 링크 단은 양단에 DC 전원이 걸리는 위치로, DC전원인 배터리 전원(210)과 DC-AC 인버터(220) 사이를 연결하는 역할을 한다. 즉, 제2 전압 측정부(130)는 DC 링크 단에서 제2 전압을 측정할 수 있다.
제2 전압 측정부(130) 또한 제1 전압 측정부(120)와 같이, 전원 입력 회로(110) 후단에 병렬로 연결되는 전압 분배 회로를 이용하여 제2 전압을 측정할 수 있다. 제2 전압을 측정하고자 하는 전압 분배 회로의 저항비는 제1 전압을 측정하고자 하는 전압 분배 회로의 저항비와 같거나 다를 수 있다. 각 전압 분배 회로의 저항비는 처리부(150)에서 측정가능한 전압 범위로 전압을 낮추기 위한 것으로, 전압을 측정하는 각 위치에서의 전압의 크기에 따라 저항비가 결정될 수 있다.
제1 전류 측정부(140)는 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이에 흐르는 제1 전류를 측정한다.
보다 구체적으로, 제1 전압을 측정하는 단자 및 제2 전압을 측정하는 단자 사이에 소자가 있는 경우, 전압 강하가 발생할 수 있고, 그에 따라 제1 전압과 제2 전압에 차이가 발생하고, 전압 강항가 해당 소자에 흐르는 전류의 크기에 따라 달라지는 경우, 제1 전압과 제2 전압 사이의 관계가 달라질 수 있다. 따라서, 제1 전압과 제2 전압의 제1 전류에 따른 관계를 산출하기 위하여, 제1 전류 측정부(140)는 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이에 흐르는 제1 전류를 측정한다.
제1 전류 측정부(140)는 전원 입력 회로의 후단에서 제1 전류를 측정할 수 있다. 제1 전압을 측정하는 단자 및 제2 전압을 측정하는 단자에서의 전압은 서로 다를 수 있으나, 제1 전압을 측정하는 단자 및 제2 전압을 측정하는 단자에 흐르는 전류는 같고, 이는 제2 전압을 측정하는 단자인 전원 입력 회로의 후단에서 흐르는 전류와 같은 바, 제1 전류 측정부(140)는 전원 입력 회로의 후단에서 제1 전류를 측정할 수 있다.
또는, 제1 전류 측정부(140)는 도 2와 같이, 전원 입력 회로(110) 포함된 역접속 방지부(112)에서 제1 전류를 측정할 수 있다. 역접속 방지부(112)는 제1 전압을 측정하는 단자 및 제2 전압을 측정하는 단자 사이에 위치하는 소자 중 하나일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 전압을 측정하는 단자 및 제2 전압을 측정하는 단자 사이에 흐르는 전류는 동일하기 때문에, 역접속 방지부(112)에 흐르는 전류를 이용하여 제1 전류 측정부(140)가 제1 전류를 측정할 수 있다.
역접속 방지부는 MOSFET으로 구성될 수 있다. MOSFET은 게이트(Gate), 소스(Source), 드레인(Drain)으로 구성되는 반도체 소자로, 게이트에 전압이 인가되면 소스와 드레인 사이에 채널이 형성되어 전류가 흐르게 된다. MOSFET은 등가회로로 치환시 Rdson의 저항으로 나타낼 수 있고, Rdson에 의해 전압강하가 발생한다. 이때, Rdson에 의해 발생하는 전압강하를 이용하여 MOSFET에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
처리부(150)는 상기 측정된 제1 전류를 이용하여 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 전압 강하를 도출하고, 상기 제1 전압, 상기 전압 강하, 상기 제2 전압을 이용하여 고장발생 여부 및 고장발생 위치를 판단한다.
보다 구체적으로, 처리부(150)는 제1 전압 측정부(120)로부터 제1 전압, 제2 전압 측정부(130)로부터 제2 전압, 제1 전류 측정부(140)로부터 제1 전류를 입력받는다, 처리부(150)는 제1 전류를 이용하여 제1 전압을 측정하는 단자 및 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 전압 강하를 도출한다. 처리부(150)는 MCU(Micro Control Unit)일 수 있고, MCU와 다른 별도의 처리부로 구현될 수도 있다.
처리부(150)는 측정가능한 전압의 범위가 설정되어 있을 수 있다. 이는 처리부(150)의 안전을 위해 처리부(150)의 스펙에 따라 설정되어 있을 수 있다. 제1 전압 및 제2 전압은 처리부(150)가 측정가능한 전압의 범위로 낮춰져 입력될 수 있다. 실제 전압이 낮추어 입력되더라도, 처리부(150)는 전압을 낮추는 각 위치에서의 저항비를 이용하여 실제 제1 전압 및 제2 전압의 크기를 산출할 수 있다. 예를 들어, 제2 전압의 실제 전압의 크기 5 V이고, 5:2의 저항비를 갖는전압 분배 회로를 통해 2 V가 처리부(150)에 입력될 수 있다. 이때, 처리부(150)는 미리 저장하고 있는 5:2의 저항비를 이용하여 실제 제2 전압은 2 V가 아닌 5 V로 판단할 수 있다.
제1 전압을 측정하는 단자 및 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 전압 강하는 제1 전압을 측정하는 단자 및 제2 전압을 측정하는 단자 사이에 존재하는 임피던스와 제1 전압을 측정하는 단자 및 제2 전압을 측정하는 단자 사이를 흐르는 제1 전류를 이용하여 다음 식을 이용하여 도출할 수 있다.
Figure pat00001
제1 전류에 따른 전압 강하, 즉 전원 입력 회로(110)에서의 제1 전류 및 전압 강하의 관계는 저장부(160)에 저장되어 있을 수 있다. 전원 입력 회로(110)에서 R_total은 회로가 변경되지 않는 경우, 고정된 값인 바, 제1 전류의 값에 따른 전압 강하는 미리 산출하거나 실험을 통해 정확한 값을 미리 알 수 있다. 따라서, 제1 전류에 따른 제1 전류 및 전압 강하의 관계를 룩업 테이블로 저장부(160)가 저장할 수 있다. 처리부(150)는 제1 전류를 제1 전류 측정부(140)로부터 입력받으면, 저장부(160)로부터 제1 전류에 따른 제1 전류 및 전압 강하의 관계를 저장하고 있는 해당 룩업 케이블을 독출하여 빠르게 전압 강하를 획득할 수 있다. 전원에 고장이 발생한 경우, 빠른 대응이 중요하기 때문에, 룩업 테이블을 이용하여 연산량을 줄일 수 있고, 이를 통해 고장에 대한 빠른 대응이 가능할 수 있다.
처리부(150)는 제1 전압, 전압 강하, 제2 전압을 이용하여 고장발생 여부 및 고장발생 위치를 판단한다. 정상 동작 상황에서는 제1 전압과 제2 전압 사이의 관계는 다음과 같다.
Figure pat00002
전원 입력 회로(110)가 정상 동작하는 경우, 전원(210)의 전압에 해당하는 제1 전압은 정상이고, 제2 전압은 제1 전압에서 전압 강하를 뺀 전압일 수 있다. 즉, 제1 전압이 소정의 범위 이내인 경우, 제1 전압을 정상으로 판단할 수 있다. 제1 전압의 정상 범위는 배터리 전원의 전압에 따라 달라질 수 있다. 배터리 전원의 정상범위 전압에 따라 설정되거나, 일정한 마진 범위를 적용하여 정상범위를 설정할 수 있다. 배터리 전원과 전원 입력부(111) 사이에 전압 강하가 있는 경우, 해당 전압 강하를 고려하여 정상 범위를 설정할 수 있다. 또한, 제1 전압에서 전압 강하를 감산한 제3 전압과 제2 전압의 차이가 임계치 미만인 경우, 정상으로 판단할 수 있다. 제3 전압과 제2 전압의 차이에 대한 임계치는 보호하고자 하는 장치에 따라 달라질 수 있다. 해당 장치의 스펙에 따라 고장날 확률에 따라 달라질 수 있다. 또는 사용자에 의해 미리 설정될 수 있다. 일정한 마진률을 적용하여 설정될 수도 있다.
처리부(150)는 상기 제1 전압이 정상인지 판단하고, 상기 제1 전압이 정상인 경우, 상기 제1 전압에서 상기 전압 강하를 감산한 제3 전압과 상기 제2 전압을 비교하며, 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이를 이용하여 상기 고장발생 여부 및 고장발생 위치를 판단할 수 있다. 처리부(150)는 제1 전압에 대해서 제2 전압과의 비교없이 바로 정상여부를 판단할 수 있다. 전원(210)이 배터리인 경우, 배터리 전압은 정상 동작시 12 V 내지 15 V일 수 있고, 제1 전압이 배터리 전압의 정상 범위를 벗어나는 경우, 제1 전압이 정상이 아닌 것으로 판단할 수 있다. 제1 전압이 정상이더라도, 제2 전압이 정상이 아닐 수 있다. 이를 판다하기 위하여, 처리부(150)는 제1 전압에서 전압 강하를 감산한 제3 전압과 제2 전압을 비교하고, 제3 전압과 제2 전압의 차이를 이용하여 고장발생 여부를 판단할 수 있다.
처리부(150)는 상기 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 또는 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이가 임계치 이상인 경우, 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 고장이 발생한 것으로 판단하며, 제1 전압이 정상이라고 하더라도, 제3 전압과 제2 전압의 차이가 임계치 이상인 경우, 정상적인 전압 강하 이외의 다른 문제로 인해 제3 전압과 제2 전압의 차이가 임계치 이상이 된 것인 바, 처리부(150)는 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
처리부(150)는 상기 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 상기 제1 전압을 측정하는 단자 전단에 고장이 발생한 것으로 판단하고, 상기 제1 전압이 정상이고 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이가 임계치 이상인 경우, 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 회로에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 고장 발생여부 뿐만 아니라, 고장이 발생한 위치를 판단하기 위하여, 처리부(150)는 경우에 따라 판단을 달리할 수 있다.
먼저, 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 제1 전압을 측정하는 단자 전단에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 전원(210)으로부터 입력되는 전원 또는 전원 입력부(111) 앞단의 회로에 고장이 발생한 것인 바, 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 제1 전압을 측정하는 단자 전단에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
제1 전압이 정상이고 제3 전압과 제2 전압의 차이가 임계치 이상인 경우, 제1 전압을 측정하는 단자 및 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 회로에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 제1 전압이 정상이라는 것은 전원(210)으로부터 입력되는 전원은 정상이라는 것이고, 제1 전압이 정상임에도, 제2 전압에 고장이 발생한 경우, 제1 전압을 측정하는 단자 및 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 회로, 즉 전원 입력 회로에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 처리부(150)는 제1 전압이 정상이 아닌 상태에서 제3 전압과 제2 전압의 차이가 임계치 이상인 경우, 제1 전압을 측정하는 단자 전단 및 제1 전압을 측정하는 단자 및 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 회로 모두에 고장이 발생한 것으로 판단할 수도 있다.
처리부(150)는 제1 전압이 정상이고, 제3 전압과 제2 전압의 차이가 임계치 미만인 경우, 전원(210) 및 전원 입력 회로(110) 모두 정상인 것으로 판단할 수 있다.
처리부(150)는 고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, 전원 입력부(111)의 전원 입력을 차단할 수 있다. 처리부(150)의 판단을 통해 고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, 전원(210)으로부터 전원 입력부(111)로의 전원 입력을 차단하여, ECU의 내부 장치들을 보호할 수 있다. 처리부(150)는 전원 입력을 차단하고, 이에 대한 정보를 상위제어기에 알람 등을 통해 전달할 수 있다.
고장 발생여부 뿐만 아니라, 고장 발생 위치를 알 수 있기 때문에, 고장에 빠르고 정확하게 대응하여, 고장 원인을 제거하여, 다시 정상적인 동작이 가능하도록 할 수 있다.
고장 진단 시스템(100)에 고장을 진단하는 전원 입력 회로는 도 3 및 도 4와 같이 구현될 수 있다. 구체적으로, 전원 입력부(310), 노이즈 필터부(320), 역접속 방지부(330), 클램핑부(340), EMI 필터부(350), 및 평활화부(360)를 포함할 수 있다. 전원 입력부(310)는 전원을 입력받는 커넥터일 수 있고 배터리 전원인 입력을 위한 KL30 및 KL31과 같은 복수의 핀이 형성될 수 있다. 제1 전압을 측정하는 제1 전압 측정부(120)는 전원 입력부(310) 후단에서 제1 전압을 측정할 수 있다. 노이즈 필터부(320)는 입력되는 전원에 포함된 노이즈를 제거하며, 복수의 커패시터로 형성될 수 있다. 역접속 방지부(330)는 내부 장치의 전원이 전원 입력부(310)로 역으로 입력되는 것을 방지하는 역할을 하며, 도 4와 같이, MOSFET을 포함할 수 있고, 저항 및 다이오드를 더 포함할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 전류는 역접속 방지부(112)에 포함된 MOSFET에서 측정될 수 있다. 클램핑부(340)는 일정 레벨의 전원으로 클램핑(Clamping)하는 역할을 하면, 다이오드 형성될 수 있다. EMI 필터부(350)는 EMI(Electro Magnetic Interference) 필터로 형성되며, 전자간섭을 방지하기 위한 필터이고, 인덕터 및 커패시터로 형성될 수 있다. EMI 필터부(350)에 포함되는 인덕터는 기생 저항 RL이 포함되어 있어, 제1 전압을 측정하는 단자 및 제2 전압을 측정하는 단자 사이에 전압 강하를 일으킬 수 있다. 평활화부(360)는 앞선 필터 등에 따라 출력되는 전원을 고르게 평활화하는 역할을 하며 커패시터로 형성될 수 있다.
도 4와 같이, 구현되는 전원 입력 회로는 두 위치(120, 130))에서 배터리 전압을 센싱하여 고장 발생여부 및 고장 발생위치를 판단할 수 있다. 배터리 전압을 센싱하는 두 위치(120, 130) 사이에 위치하는 소자는 역접속 방지부(330)에 포함된 MOSFET과 EMI 필터부(350)의 인덕터임을 알 수 있다.
따라서, 배터리 전압을 센싱하는 두 위치(120, 130) 사이에서 발생하는 전압 강하는 다음과 같이 산출할 수 있다.
Figure pat00003
상기와 같이 산출되는 제1 전류에 따른 전압 강하는 룩업 테이블로 저장할 수 있다. 배터리 전압을 센싱하는 두 위치(120, 130)에서 센싱된 전압 및 전압 강하를 이용하여 고장여부를 판단할 수 있고, 어느 위치에 고장이 발생했는지를 정확히 알 수 있다
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고장 진단 시스템(100)의 비교예로, 본 발명의 실시예에 따른 고장 진단 시스템(100)에서 두 위치(120, 130)에서 전압을 센싱하는 것과 달리, DC 링크 단 위치에서만 전압을 센싱할 수 있다. 이 경우, 커넥터와 DC 링크 커패시터 사이의 부품이 고장나면, 이를 진단할 수 있는 방법이 없어, 기능안전 측면에서 문제가 있었다. 그에 따라 배터리 전압 모니터링은 효율 계산이나 저전압 발생시 대처를 위한 용도로만 사용이 가능하다. 고장이 발생한 경우, 전원이 문제인지 내부 회로가 문제인지를 판단하기 위해서 도 6과 같이, 커넥터 단의 핀 KL30 및 KL31을 두 핀씩 배열하여 사용할 수 있는데, 이 경우, 커넥터의 사이즈가 커지고 원가 상승하는 문제가 있다.
도 5 및 도 6과 달리 본 발명의 실시예에 따른 전원 입력 회로의 고장 진단 시스템은 전압 센싱 포인트를 추가함으로써 고장 진단의 Coverage가 증가되며, 고장 진단의 기능을 높이기 위하여, 커넥터의 핀을 늘리는 것보다 재료비를 절감할 수 있으며, 회로 구현이 간단하다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 입력 회로의 고장 진단 방법의 흐름도이고, 도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 입력 회로의 고장 진단 방법의 흐름도이다. 도 7 내지 도 10의 각 단계에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 6의 고장 진단에 대한 상세한 설명에 대응되는바, 중복된 설명은 생략하도록 한다. 도 7 내지 도 10의 각 단계는 하나 이상의 처리부에서 수행될 수 있다.
전원 입력 회로의 고장을 진단하기 위하여, 먼저, S11 단계에서 전원 입력부의 후단에서의 제1 전압, 전원 입력 회로의 후단에서의 제2 전압, 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이에 흐르는 제1 전류를 측정한다. 이때, 제1 전류는 상기 제2 전압을 측정하는 단자 후단에서 측정할 수 있다. 또는, 제1 전류는 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이에 위치하는 MOSFET에서 측정할 수 있다. 여기서, 상기 MOSFET은 역접속 방지부에 포함되는 MOSFET일 수 있다.
제1 전류를 측정하면, S12 단계에서 상기 측정된 제1 전류를 이용하여 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 전압 강하를 도출한다. 상기 전압 강하를 도출함에 있어서, 상기 제1 전류에 따른 상기 제1 전류 및 전압 강하의 관계를 저장한 룩업 테이블로부터 전압 강하를 도출할 수 있다.
이후, S13 단계에서 상기 제1 전압, 상기 전압 강하, 상기 제2 전압을 이용하여 고장발생 여부 및 고장발생 위치를 판단한다.
고장발생 여부 및 고장발생 위치를 판단하는 과정은 S31 내지 S33 단계를 통해 수행될 수 있다. S31 단계에서 상기 제1 전압이 정상인지 판단하고, 상기 제1 전압이 정상인 경우, S32 단계에서 상기 제1 전압에서 상기 전압 강하를 감산한 제3 전압과 상기 제2 전압을 비교하고, S33 단계에서 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이를 이용하여 상기 고장발생 여부 및 고장발생 위치를 판단할 수 있다.
이때, 상기 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 또는 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이가 임계치 이상인 경우, 전원 입력 회로에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있고, 고장발생 위치에 대해서, 상기 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 상기 제1 전압을 측정하는 단자 전단에 고장이 발생한 것으로 판단하고, 상기 제1 전압이 정상이고 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이가 임계치 이상인 경우, 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 회로에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
고장발생 여부 및 고장발생 위치는 도 10과 같이, 먼저, 제1 전압이 정상인지 판단(S41)한다. S41 단계의 판단결과, 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 제1 전압을 측정하는 단자 전단에 고장이 발생한 것으로 판단(S42)할 수 있다. S41 단계의 판단결과, 제1 전압이 정상인 경우, 제1 전압에서 전압 강하를 감산한 제3 전압과 제2 전압의 차이가 임계치 이상인지를 판단(S43)할 수 있다. S43 단계의 판단 결과, 제3 전압과 제2 전압의 차이가 임계치 미만인 경우, 고장이 발생하지 않은 것으로, 전원 입력 회로는 정상으로 판단(S45)할 수 있다. S43 단계의 판단 결과, 제3 전압과 제2 전압의 차이가 임계치 이상인 경우, 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 회로에 고장이 발생한 것으로 판단(S44)할 수 있다.
고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, S21 단계에서 상기 전원 입력부의 전원 입력을 차단할 수 있다. 장치 및 회로 보호를 위해 전원 입력부의 전원 입력을 차단하고, 이에 대해 상위제어기에 알람 등을 통해 전달할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 고장 진단 시스템
110: 전원 입력 회로
111, 310: 전원 입력부
112, 330: 역접속 방지부
113: 필터부
120: 제1 전압 측정부
130: 제2 전압 측정부
140: 제1 전류 측정부
150: 처리부
160: 저장부
210: 전원
220: 인버터
320: 노이즈 필터부
340: 클램핑부
350: EMI 필터부
360: 평활화부

Claims (16)

  1. 전원 입력부의 후단의 제1 전압, 전원 입력 회로의 후단의 제2 전압, 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이에 흐르는 제1 전류를 측정하는 단계;
    상기 측정된 제1 전류를 이용하여 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 전압 강하를 도출하는 단계; 및
    상기 제1 전압, 상기 전압 강하, 상기 제2 전압을 이용하여 고장발생 여부 및 고장발생 위치를 판단하는 단계를 포함하는 전원 입력 회로의 고장 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 전원 입력부의 전원 입력을 차단하는 단계를 포함하는 전원 입력 회로의 고장 진단 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고장발생 여부 및 고장발생 위치를 판단하는 단계는,
    상기 제1 전압이 정상인지 판단하는 단계;
    상기 제1 전압이 정상인 경우, 상기 제1 전압에서 상기 전압 강하를 감산한 제3 전압과 상기 제2 전압을 비교하는 단계; 및
    상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이를 이용하여 상기 고장발생 여부 및 고장발생 위치를 판단하는 단계를 포함하는 전원 입력 회로의 고장 진단 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 또는 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이가 임계치 이상인 경우, 고장이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전원 입력 회로의 고장 진단 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 상기 제1 전압을 측정하는 단자 전단에 고장이 발생한 것으로 판단하고,
    상기 제1 전압이 정상이고 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이가 임계치 이상인 경우, 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 회로에 고장이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전원 입력 회로의 고장 진단 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전류를 측정하는 단계는,
    상기 제2 전압을 측정하는 단자 후단에서 상기 제1 전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 전원 입력 회로의 고장 진단 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전류를 측정하는 단계는,
    상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이에 위치하는 MOSFET에서 상기 제1 전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 전원 입력 회로의 고장 진단 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전압 강하를 도출하는 단계는,
    상기 제1 전류에 따른 상기 제1 전류 및 전압 강하의 관계를 저장한 룩업 테이블로부터 도출되는 것을 특징으로 하는 전원 입력 회로의 고장 진단 방법.
  9. 전원 입력부를 포함하는 전원 입력 회로의 고장 진단 시스템에 있어서,
    상기 전원 입력부의 후단의 제1 전압을 측정하는 제1 전압 측정부;
    상기 전원 입력 회로의 후단의 제2 전압을 측정하는 제2 전압 측정부;
    상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이에 흐르는 제1 전류를 측정하는 제1 전류 측정부; 및
    상기 측정된 제1 전류를 이용하여 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 전압 강하를 도출하고, 상기 제1 전압, 상기 전압 강하, 상기 제2 전압을 이용하여 고장발생 여부 및 고장발생 위치를 판단하는 처리부를 포함하는 전원 입력 회로의 고장 진단 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 처리부는,
    고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 전원 입력부의 전원 입력을 차단하는 것을 특징으로 하는 전원 입력 회로의 고장 진단 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 제1 전압이 정상인지 판단하고, 상기 제1 전압이 정상인 경우, 상기 제1 전압에서 상기 전압 강하를 감산한 제3 전압과 상기 제2 전압을 비교하며, 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이를 이용하여 상기 고장발생 여부 및 고장발생 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 전원 입력 회로의 고장 진단 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 또는 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이가 임계치 이상인 경우, 고장이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전원 입력 회로의 고장 진단 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 제1 전압이 정상이 아닌 경우, 상기 제1 전압을 측정하는 단자 전단에 고장이 발생한 것으로 판단하고, 상기 제1 전압이 정상이고 상기 제3 전압과 상기 제2 전압의 차이가 임계치 이상인 경우, 상기 제1 전압을 측정하는 단자 및 상기 제2 전압을 측정하는 단자 사이의 회로에 고장이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전원 입력 회로의 고장 진단 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전류 측정부는,
    상기 전원 입력 회로의 후단에서 상기 제1 전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 전원 입력 회로의 고장 진단 시스템.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 전원 입력 회로는 역접속 방지부를 포함하고,
    상기 제1 전류 측정부는,
    상기 역접속 방지부에서 상기 제1 전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 전원 입력 회로의 고장 진단 시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전류에 따른 상기 제1 전류 및 전압 강하의 관계를 저장한 룩업 테이블을 저장하는 저장부를 포함하는 전원 입력 회로의 고장 진단 시스템.

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