KR20210082635A - 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로는, 모터 제어 신호에 따라 동작하여 배터리 전압을 모터에 공급하는 제1 풀-브릿지 회로, 및 상기 모터의 단락 고장 발생시, 고장 제어 신호에 따라 동작하여 증폭된 배터리 전압을 상기 모터에 인가하거나, 또는 반전된 배터리 전압을 상기 모터에 공급하는 제2 풀-브릿지 회로를 포함한다.

Description

페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로 및 그것의 동작 방법{MOTOR DRIVE CIRCUIT WITH FAIL SAFE FUNCTION AND OPERATION METHOD THEREOF}
본 발명은 모터 구동 회로에 관한 것으로, 일례로 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로 및 그것의 페일 세이프 방법에 관한 것이다.
일반적으로 다양한 장치의 구동원으로서 모터가 이용되고 있다. 특히, 차량의 각종 액추에이터(예, 엔진)에 필요한 구동력을 제공하기 위해서 DC 모터가 이용되고 있다.
차량의 각종 액추에이터에 적용되는 DC 모터는 차량의 현재 상태에 맞춰 최적의 동작 조건을 찾아 동작해야 한다.
DC 모터는 외부 와이어와의 단락으로 의해 제어가 불가능한 상황이 발생할 수 있는데, 이때 액추에이터가 최대한 안전위치로 이동해야 더 큰 사고가 방지될 수 있다.
최근에는, DC 모터의 제어가 불가능한 상황의 경우, 스스로 안전위치로 이동하는 자체 안전 기능을 구비한 액추에이터가 개발 상용화되고 있다.
그러나, 이러한 자체 안전 기능을 구비하지 않은 냉각수 순환밸브와 같은 액추에이터는, 배터리 또는 그라운드 단락 고장이 발생할 경우, DC 모터의 제어가 불가능한 상황에서 냉각수를 순환시키지 못하여 엔진 오버히팅과 같은 더 큰 고장을 야기하고 있다.
이와 같이, 자체 안전 기능을 구비하지 못한 액추에이터에 대한 안전 방안이 요구된다.
대한민국 등록특허 제10-1909068호
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 단락 고장 발생시 모터에 흐르는 전류 방향을 제어함으로써 모터 제어가 가능한 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로 및 그것의 페일 세이프 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로는, 모터 제어 신호에 따라 동작하여 배터리 전압을 모터에 공급하는 제1 풀-브릿지 회로; 및 상기 모터의 단락 고장 발생시, 고장 제어 신호에 따라 동작하여 증폭된 배터리 전압을 상기 모터에 인가하거나, 또는 반전된 배터리 전압을 상기 모터에 공급하는 제2 풀-브릿지 회로;를 포함한다.
상기 제2 풀-브릿지 회로의 상위단에 연결되고 상기 배터리 전압을 증폭하여 전달하는 증폭회로; 및 상기 제2 풀-브릿지 회로의 하위단에 연결되고 상기 배터리 전압을 반전하여 전달하는 반전회로;를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 풀-브릿지 회로는, 상기 증폭회로의 출력단과 상기 모터의 플러스단 사이에 연결되는 제1 스위치; 상기 증폭회로의 출력단과 상기 모터의 마이너스단 사이에 연결되는 제2 스위치; 상기 반전회로의 출력단과 상기 모터의 플러스단 사이에 연결되는 제3 스위치; 및 상기 반전회로의 출력단과 상기 모터의 마이너스단 사이에 연결되는 제4 스위치;를 포함할 수 있다.
상기 제1 스위치는, 상기 모터의 마이너스단에 배터리 단락 고장이 발생한 경우, 상기 제2 제어 신호에 따라 턴 온 동작하여 증폭된 배터리 전압을 상기 모터에 공급할 수 있다.
상기 제2 스위치는, 상기 모터의 플러스단에 배터리 단락 고장이 발생한 경우, 상기 제2 제어 신호에 따라 턴 온 동작하여 증폭된 배터리 전압을 상기 모터에 공급할 수 있다.
상기 제3 스위치는, 상기 모터의 마이너스단에 그라운드 단락 고장이 발생한 경우, 상기 제2 제어 신호에 따라 턴 온 동작하여 반전된 배터리 전압으로 상기 모터의 전류를 유도할 수 있다.
상기 제4 스위치는, 상기 모터의 플러스단에 그라운드 단락 고장이 발생한 경우, 상기 제2 제어 신호에 따라 턴 온 동작하여 반전된 배터리 전압으로 상기 모터의 전류를 유도할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로는, 모터 제어 신호에 따라 동작하여 배터리 전압을 모터에 공급하는 풀-브릿지 회로; 상기 풀-브릿지 회로의 상위단에 연결되고 상기 배터리 전압을 증폭하여 전달하는 증폭회로; 및 상기 풀-브릿지 회로의 하위단에 연결되고 상기 배터리 전압을 반전하여 전달하는 반전회로;를 포함한다.
상기 증폭회로의 출력단과 상기 모터의 플러스단 사이에 연결되는 제1 구동 스위치; 상기 증폭회로의 출력단과 상기 모터의 마이너스단 사이에 연결되는 제2 구동 스위치; 상기 반전회로의 출력단과 상기 모터의 플러스단 사이에 연결되는 제3 구동 스위치; 및 상기 반전회로의 출력단과 상기 모터의 마이너스단 사이에 연결되는 제4 구동 스위치;를 포함할 수 있다.
상기 제1 스위치는, 상기 모터의 마이너스단에 배터리 단락 고장이 발생한 경우, 고장 제어 신호에 따라 턴 온 동작하여 증폭된 배터리 전압을 상기 모터에 공급할 수 있다.
상기 제2 스위치는, 상기 모터의 플러스단에 배터리 단락 고장이 발생한 경우, 고장 제어 신호에 따라 턴 온 동작하여 증폭된 배터리 전압을 상기 모터에 공급할 수 있다.
상기 제3 스위치는, 상기 모터의 마이너스단에 그라운드 단락 고장이 발생한 경우, 고장 제어 신호에 따라 턴 온 동작하여 반전된 배터리 전압으로 상기 모터의 전류를 유도할 수 있다.
상기 제4 스위치는, 상기 모터의 플러스단에 그라운드 단락 고장이 발생한 경우, 고장 제어 신호에 따라 턴 온 동작하여 반전된 배터리 전압으로 상기 모터의 전류를 유도할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로의 동작 방법은, 모터의 단락 고장 상황을 판단하는 단락 상황 판단 단계; 단락 고장 상황 별로 증폭전압 또는 반전전압을 출력하는 전압 제어 단계; 단락 고장 상황 별로 상기 모터에 연결된 풀-브릿지 회로가 스위칭 동작하여 상기 증폭전압 또는 상기 반전전압을 상기 모터에 인가하는 스위치 제어 단계; 및 상기 증폭전압 또는 상기 반전전압에 의해 상기 모터가 회전 동작하는 모터 구동 단계;를 포함한다.
상기 단락 고장 상황은, 상기 모터의 플러스단의 배터리 단락 고장, 상기 모터의 플러스단의 그라운드 단락 고장, 상기 모터의 마이너스단의 배터리 단락 고장, 및 상기 모터의 마이너스단의 그라운드 단락 고장을 포함할 수 있다.
상기 전압 제어 단계는, 배터리 단락 고장 상황인 경우, 배터리 전압을 증폭하여 상기 증폭전압을 상기 풀-브릿지 회로에 인가하는 전압 증폭 단계를 포함할 수 있다.
상기 전압 제어 단계는, 그라운드 단락 고장 상황인 경우, 배터리 전압을 반전하여 상기 반전전압을 상기 풀-브릿지 회로에 인가하는 전압 반전 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로 및 그것의 페일 세이프 방법에 의하면, 단락 고장 발생시 모터에 흐르는 전류 방향을 제어함으로써 모터 제어가 가능한 효과가 있다.
또한, 단락 고장 발생시 동작 전원을 변경함으로써 액추에이터 제어가 가능한 효과가 있다.
또한, 모터의 단락 고장으로 인해 액추에이터 고장을 야기할 수 있는 문제를 차단함으로써 AS 비용 절감 및 운전자의 안전을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로의 회로도이다.
도 2는 도 1의 단락 고장 상황 별 전류 제어 방향을 나타내는 제1 도면이다.
도 3은 도 1의 단락 고장 상황 별 전류 제어 방향을 나타내는 제2 도면이다.
도 4는 도 1의 단락 고장 상황 별 전류 제어 방향을 나타내는 제3 도면이다.
도 5는 도 1의 단락 고장 상황 별 전류 제어 방향을 나타내는 제4 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로의 회로도이다.
도 7은 도 6의 단락 고장 상황 별 전류 제어 방향을 나타내는 제1 도면이다.
도 8은 도 6의 단락 고장 상황 별 전류 제어 방향을 나타내는 제2 도면이다.
도 9는 도 6의 단락 고장 상황 별 전류 제어 방향을 나타내는 제3 도면이다.
도 10은 도 6의 단락 고장 상황 별 전류 제어 방향을 나타내는 제4 도면이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 구동 회로의 페일 세이프 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 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로의 회로도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로(100)는, 모터(M)의 단락 상황 발생시 페일 세이프 방식으로 모터(M)의 제어가 가능한 것으로서, 제1 풀-브릿지 회로(110), 제2 풀-브릿지 회로(120), 증폭회로(130), 및 반전회로(140)를 포함한다.
제1 풀-브릿지 회로(110)는, 배터리 전원(UBR)에 연결되는 제1 구동 스위치(T5)와 제2 구동 스위치(T6)를 포함하고, 접지단에 연결되는 제3 구동 스위치(T7)와 제4 구동 스위치(T8)를 포함한다.
제1 구동 스위치(T5)와 제3 구동 스위치(T7)는 모터(M)의 플러스단(+)에 연결되고, 제2 구동 스위치(T6)와 제4 구동 스위치(T8)는 모터(M)의 마이너스단(-)에 연결된다.
일 실시예에 있어서, 제1 구동 스위치(T5), 제2 구동 스위치(T6), 제3 구동 스위치(T7), 및 제4 구동 스위치(T8)는, 모스펫(MOSFET) 소자일 수 있다.
상기한 구성으로 이루어진 제1 풀-브릿지 회로(110)는, 평상시 제어부(미도시)의 모터 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 배터리 전원(UBR)의 전압을 인가함으로써 모터(M)를 구동할 수 있다.
또한, 제1 풀-브릿지 회로(110)는, 모터(M)의 단락 고장 발생시 제어부의 고장 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 모터(M)에 흐르는 전류 방향을 제어함으로써 모터(M)를 구동할 수 있다.
제2 풀-브릿지 회로(120)는, 증폭회로(130)의 출력단(V1)에 연결되는 제1 스위치(T1)와 제2 스위치(T2)를 포함하고, 반전회로(140)의 출력단(V2)에 연결되는 제3 스위치(T3)와 제4 스위치(T4)를 포함한다.
제1 스위치(T1)와 제3 스위치(T3)는, 제1 구동 스위치(T5), 제3 구동 스위치(T7), 및 모터(M)의 플러스단(+) 각각에 연결될 수 있다.
제2 스위치(T2)와 제4 스위치(T4)는, 제2 구동 스위치(T6), 제4 구동 스위치(T8), 및 모터(M)의 마이너스단(-) 각각에 연결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 스위치(T1), 제2 스위치(T3), 제3 스위치(T3), 및 제4 스위치(T4)는, 모스펫(MOSFET) 소자일 수 있다.
상기한 구성으로 이루어진 제2 풀-브릿지 회로(120)는, 모터(M)의 단락 고장 발생시 제어부(미도시)의 고장 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 모터(M)에 흐르는 전류 방향을 제어함으로써 모터(M)를 구동할 수 있다.
증폭회로(130)는, 배터리 전원(UBR)에 연결되는 입력단과, 증폭된 배터리 전원(UBR)의 전압이 출력되는 출력단(V1)을 구비할 수 있다. 증폭회로(130)는 배터리 전원(UBR)의 전압을 증폭하도록 구성될 수 있다. 증폭회로(130)는 출력단(V1)이 제2 풀-브릿지 회로(120)의 상위단에 연결될 수 있다. 증폭회로(130)는 이미 알려진 다양한 전압 증폭 구성 중에서 선택 적용될 수 있으며, 이에 대한 상세 구성 설명은 생략한다.
반전회로(140)는, 배터리 전원(UBR)에 연결되는 입력단과, 반전된 배터리 전원(UBR)의 전압이 출력되는 출력단(V2)을 구비할 수 있다. 반전회로(140)는 배터리 전원(UBR)의 전압을 반전하도록 구성될 수 있다. 반전회로(140)는 출력단(V2)이 제2 풀-브릿지 회로(120)의 하위단에 연결될 수 있다. 반전회로(140)는 이미 알려진 다양한 전압 반전 구성 중에서 선택 적용될 수 있으며, 이에 대한 상세 구성 설명은 생략한다.
도 2는 도 1의 단락 고장 상황 별 전류 제어 방향을 나타내는 제1 도면이다.
도 2를 참고하면, 모터(M)의 플러스단(+)에 배터리 단락 고장이 발생한 것을 확인할 수 있다. 이때 제어부(미도시)는 별도의 센싱 장치(미도시)를 통해 배터리 단락 고장을 감지할 수 있다.
제어부는, 모터(M)의 플러스단(+)에 배터리 단락 고장이 발생한 상태에서 모터(M)의 구동이 계속해서 필요하다고 판단되면, 제1 풀-브릿지 회로(110)와 제2 풀-브릿지 회로(120)의 동작 제어를 위한 고장 제어 신호를 생성할 수 있다.
제2 풀-브릿지 회로(120)의 제2 스위치(T2)는 고장 제어 신호가 인가되면 턴 온(Turn On) 동작할 수 있다.
증폭회로(130)는 제어부에 의해 동작하여 배터리 전압을 대략 2 배 증폭시킬 수 있다.
증폭된 배터리 전압은 제2 스위치(T2)를 통해 모터(M)에 인가되어 모터(M)의 역방향 회전이 가능하게 한다.
한편, 제1 풀-브릿지 회로(110)의 제4 구동 스위치(T8)는 고장 제어 신호가 인가되면 턴 온(Turn On) 동작할 수 있다.
모터(M)의 플러스단(+)에 단락된 배터리 전압이 모터(M)에 인가되어 모터(M)의 정방향 회전이 가능하게 한다.
도 3은 도 1의 단락 고장 상황 별 전류 제어 방향을 나타내는 제2 도면이다.
도 3을 참고하면, 모터(M)의 플러스단(+)에 그라운드 단락 고장이 발생한 것을 확인할 수 있다. 이때 제어부는 별도의 센싱 장치를 통해 그라운드 단락 고장을 감지할 수 있다.
제어부는, 모터(M)의 플러스단(+)에 그라운드 단락 고장이 발생한 상태에서 모터(M)의 구동이 계속해서 필요하다고 판단되면, 제1 풀-브릿지회로(110)와 제2 풀-브릿지회로(120)의 동작 제어를 위한 고장 제어 신호를 생성할 수 있다.
제2 풀-브릿지 회로(120)의 제4 스위치(T4)는 고장 제어 신호가 인가되면 턴 온(Turn On) 동작할 수 있다.
반전회로(140)는 제어부에 의해 동작하여 배터리 전압을 반전하여 출력할 수 있다.
그라운드 단락 전압과 반전된 배터리 전압에 의해 모터(M)에서 제4 스위치(T4)로 전류 흐름이 나타나게 되어 모터(M)의 정방향 회전이 가능하게 한다.
한편, 제1 풀-브릿지 회로(110)의 제2 구동 스위치(T6)는 고장 제어 신호가 인가되면 턴 온(Turn On) 동작할 수 있다.
배터리 전압은 제2 구동 스위치(T6)를 통해 모터(M)에 인가되어 모터(M)의 역방향 회전이 가능하게 한다.
도 4는 도 1의 단락 고장 상황 별 전류 제어 방향을 나타내는 제3 도면이다.
도 4를 참고하면, 모터(M)의 마이너스단(-)에 배터리 단락 고장이 발생한 것을 확인할 수 있다. 이때 제어부는 별도의 센싱 장치를 통해 배터리 단락 고장을 감지할 수 있다.
제어부는, 모터(M)의 마이너스단(-)에 배터리 단락 고장이 발생한 상태에서 모터(M)의 구동이 계속해서 필요하다고 판단되면, 제1 풀-브릿지회로(110)와 제2 풀-브릿지회로(120)의 동작 제어를 위한 고장 제어 신호를 생성할 수 있다.
제2 풀-브릿지 회로(120)의 제1 스위치(T1)는 고장 제어 신호가 인가되면 턴 온(Turn On) 동작할 수 있다.
증폭회로(130)는 제어부에 의해 동작하여 배터리 전압을 대략 2 배 증폭하여 출력할 수 있다.
증폭된 배터리 전압은 제1 스위치(T1)를 통해 모터(M)에 인가되어 모터(M)의 정방향 회전이 가능하게 한다.
한편, 제1 풀-브릿지 회로(110)의 제3 구동 스위치(T7)는 고장 제어 신호가 인가되면 턴 온(Turn On) 동작할 수 있다. 이때 모터(M)의 마이너스단(-)에 단락된 배터리 전압은 모터(M)에 인가되어 모터(M)의 역방향 회전이 가능하게 한다.
도 5는 도 1의 단락 고장 상황 별 전류 제어 방향을 나타내는 제4 도면이다.
도 5를 참고하면, 모터(M)의 마이너스단(-)에 그라운드 단락 고장이 발생한 것을 확인할 수 있다. 이때 제어부는 별도의 센싱 장치를 통해 그라운드 단락 고장을 감지할 수 있다.
제어부는, 모터(M)의 마이너스단(-)에 그라운드 단락 고장이 발생한 상태에서 모터(M)의 구동이 계속해서 필요하다고 판단되면, 제1 풀-브릿지회로(110)와 제2 풀-브릿지회로(120)의 동작 제어를 위한 고장 제어 신호를 생성할 수 있다.
제2 풀-브릿지 회로(120)의 제3 스위치(T3)는 고장 제어 신호가 인가되면 턴 온(Turn On) 동작할 수 있다.
반전회로(140)는 제어부에 의해 동작하여 배터리 전압을 반전하여 출력할 수 있다.
그라운드 단락 전압과 반전된 배터리 전압에 의해 모터(M)에서 제3 스위치(T3)로 전류 흐름이 나타나게 되어 모터(M)의 역방향 회전이 가능하게 한다.
한편, 제1 풀-브릿지 회로(110)의 제1 구동 스위치(T5)는 고장 제어 신호가 인가되면 턴 온(Turn On) 동작할 수 있다. 이때 배터리 전압은 제1 구동 스위치(T5)를 통해 모터(M)에 인가되어 모터(M)의 정방향 회전이 가능하게 한다.
다음 표 1은, 고장 유형 별 모터 방향 제어를 위한 제1 풀-브릿지 회로(110), 제2 풀-브리짓 회로(120)의 상태 변화를 나타낸다.
고장유형/
모터 방향		 모터(M)의 플러스단(+) 모터(M)의 마이너스단(-)
배터리 단락 그라운드 단락 배터리 단락 그라운드 단락
정방향 T8(ON) T4(ON) T1(ON) T5(ON)
역방향 T2(ON) T6(ON) T7(ON) T3(ON)
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로(100)는, 모터(M) 구동 중에 배터리 단락 또는 그라운드 단락 고장이 발생하더라도, 추가적인 회로 구성을 통해 모터(M)의 동작을 계속해서 유지시킬 수 있으며, 예기치 않은 모터(M)의 동작 중단으로 인해 액추에이터(미도시)가 멈추어 차량에 큰 손실이 발생하는 것을 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로의 회로도이다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로(200)는, 도 1의 모터 구동 회로(100)의 제2 풀-브릿지 회로(120) 구성이 제외된 것으로서, 풀-브릿지 회로(210), 증폭회로(220), 및 반전회로(230)를 포함한다.
풀-브릿지 회로(210)는, 증폭회로(220)의 출력단(V1)에 연결되는 제1 구동 스위치(FET1)와 제2 구동 스위치(FET2)를 포함하고, 반전회로의 출력단(V2)에 연결되는 제3 구동 스위치(FET3)와 제4 구동 스위치(FET4)를 포함한다.
제1 구동 스위치(FET1)와 제3 구동 스위치(FET3)는 모터(M)의 플러스단(+)에 연결되고, 제2 구동 스위치(FET2)와 제4 구동 스위치(FET4)는 모터(M)의 마이너스단(-)에 연결된다.
일 실시예에 있어서, 제1 구동 스위치(FET1), 제2 구동 스위치(FET2), 제3 구동 스위치(FET3), 및 제4 구동 스위치(FET4)는, 모스펫(MOSFET) 소자일 수 있다.
상기한 구성으로 이루어진 풀-브릿지 회로(210)는, 평상시 제어부(MCU)의 모터 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 배터리 전원의 전압을 인가함으로써 모터(M)를 구동할 수 있다.
풀-브릿지 회로(210)는, 모터(M)의 단락 고장 발생시 제어부(MCU)의 고장 제어 신호에 따라 스위칭 동작하여 모터(M)에 흐르는 전류 방향을 제어함으로써 모터(M)를 구동할 수 있다.
증폭회로(220)는, 배터리 전원(UBR)에 연결되는 입력단과, 증폭된 배터리 전원(UBR)의 전압이 출력되는 출력단(V1)을 구비할 수 있다. 증폭회로(220)는 제어부(MCU)에 의해 동작하여 배터리 전원(UBR)의 전압을 증폭하도록 구성될 수 있다. 증폭회로(220)는 출력단(V1)이 풀-브릿지 회로(210)의 상위단에 연결될 수 있다. 증폭회로(220)는 이미 알려진 다양한 전압 증폭 구성 중에서 선택 적용될 수 있으며, 이에 대한 상세 구성 설명은 생략한다.
반전회로(230)는, 배터리 전원(UBR)에 연결되는 입력단과, 반전된 배터리 전원(UBR)의 전압이 출력되는 출력단(V2)을 구비할 수 있다. 반전회로(230)는 제어부(MCU)에 의해 동작하여 배터리 전원(UBR)의 전압을 반전하도록 구성될 수 있다. 반전회로(230)는 출력단(V2)이 풀-브릿지 회로(210)의 하위단에 연결될 수 있다. 반전회로(230)는 이미 알려진 다양한 전압 반전 구성 중에서 선택 적용될 수 있으며, 이에 대한 상세 구성 설명은 생략한다.
도 7은 도 6의 단락 고장 상황 별 전류 제어 방향을 나타내는 제1 도면이다.
도 7을 참고하면, 모터(M)의 플러스단(+)에 배터리 단락 고장이 발생한 것을 확인할 수 있다. 이때 제어부(MCU)는 별도의 센싱 장치를 통해 배터리 단락 고장을 감지할 수 있다.
제어부는, 모터(M)의 플러스단(+)에 배터리 단락 고장이 발생한 상태에서 모터(M)의 구동이 계속해서 필요하다고 판단되면, 풀-브릿지회로(210)의 동작 제어를 위한 고장 제어 신호를 생성할 수 있다.
풀-브릿지 회로(210)의 제2 구동 스위치(FET2)는 고장 제어 신호가 인가되면 턴 온(Turn On) 동작할 수 있다.
증폭회로(220)는 제어부에 의해 동작하여 배터리 전압을 대략 2배 증폭하여 출력할 수 있다.
증폭된 배터리 전압은 제2 구동 스위치(FET2)를 통해 모터(M)에 인가되어 모터(M)의 역방향 회전이 가능하게 한다.
한편, 풀-브릿지 회로(210)의 제4 구동 스위치(FET4)는 고장 제어 신호가 인가되면 턴 온(Turn On) 동작할 수 있다. 이때 모터(M)의 플러스단(+)에 단락된 배터리 전압이 모터(M)에 인가되어 모터(M)의 정방향 회전이 가능하게 한다.
도 8은 도 6의 단락 고장 상황 별 전류 제어 방향을 나타내는 제2 도면이다.
도 8을 참고하면, 모터(M)의 플러스단(+)에 그라운드 단락 고장이 발생한 것을 확인할 수 있다. 이때 제어부(MCU)는 별도의 센싱 장치를 통해 그라운드 단락 고장을 감지할 수 있다.
제어부는, 모터(M)의 플러스단(+)에 그라운드 단락 고장이 발생한 상태에서 모터(M)의 구동이 계속해서 필요하다고 판단되면, 풀-브릿지회로(210)의 동작 제어를 위한 고장 제어 신호를 생성할 수 있다.
풀-브릿지 회로(210)의 제2 구동 스위치(FET2)는 고장 제어 신호가 인가되면 턴 온(Turn On) 동작할 수 있다.
배터리 전압은 제2 구동 스위치(FET2)를 통해 모터(M)에 인가되어 모터(M)의 역방향 회전이 가능하게 한다.
한편, 풀-브릿지 회로(210)의 제4 구동 스위치(FET4)는 고장 제어 신호가 인가되면 턴 온(Turn On) 동작할 수 있다.
반전회로(230)는 제어부에 의해 동작하여 배터리 전압을 반전하여 출력할 수 있다.
모터(M)의 플러스단(+)에 단락된 그라운드 전압과 반전된 배터리 전압에 의해 모터(M)에서 제4 구동 스위치(FET4)로 전류 흐름이 나타나게 되어 모터(M)의 정방향 회전이 가능하게 한다.
도 9는 도 6의 단락 고장 상황 별 전류 제어 방향을 나타내는 제3 도면이다.
도 9를 참고하면, 모터(M)의 마이너스단(-)에 배터리 단락 고장이 발생한 것을 확인할 수 있다. 이때 제어부(MCU)는 별도의 센싱 장치를 통해 배터리 단락 고장을 감지할 수 있다.
제어부는, 모터(M)의 마이너스단(-)에 배터리 단락 고장이 발생한 상태에서 모터(M)의 구동이 계속해서 필요하다고 판단되면, 풀-브릿지회로(210)의 동작 제어를 위한 고장 제어 신호를 생성할 수 있다.
풀-브릿지 회로(210)의 제1 구동 스위치(FET1)는 고장 제어 신호가 인가되면 턴 온(Turn On) 동작할 수 있다.
증폭회로(220)는 제어부에 의해 동작하여 배터리 전압을 대략 2배 증폭하여 출력할 수 있다.
증폭된 배터리 전압은 제1 구동 스위치(FET1)를 통해 모터(M)에 인가되어 모터(M)의 정방향 회전이 가능하게 한다.
한편, 풀-브릿지 회로(210)의 제3 구동 스위치(FET3)는 고장 제어 신호가 인가되면 턴 온(Turn On) 동작할 수 있다.
모터(M)의 마이너스단(-)에 단락된 배터리 전압이 모터(M)에 인가되어 모터(M)의 역방향 회전이 가능하게 한다.
반전된 배터리 전압에 의해 모터(M)에서 제4 구동 스위치(FET4)로 전류 흐름이 나타나게 되어 모터(M)의 정방향 회전이 가능하게 한다.
도 10은 도 6의 단락 고장 상황 별 전류 제어 방향을 나타내는 제4 도면이다.
도 10을 참고하면, 모터(M)의 마이너스단(-)에 그라운드 단락 고장이 발생한 것을 확인할 수 있다. 이때 제어부(MCU)는 별도의 센싱 장치를 통해 배터리 단락 고장을 감지할 수 있다.
제어부는, 모터(M)의 마이너스단(-)에 그라운드 단락 고장이 발생한 상태에서 모터(M)의 구동이 계속해서 필요하다고 판단되면, 풀-브릿지회로(210)의 동작 제어를 위한 고장 제어 신호를 생성할 수 있다.
풀-브릿지 회로(210)의 제1 구동 스위치(FET1)는 고장 제어 신호가 인가되면 턴 온(Turn On) 동작할 수 있다.
배터리 전압은 제1 구동 스위치(FET1)를 통해 모터(M)에 인가되어 모터(M)의 정방향 회전이 가능하게 한다.
한편, 풀-브릿지 회로(210)의 제3 구동 스위치(FET3)는 고장 제어 신호가 인가되면 턴 온(Turn On) 동작할 수 있다.
반전회로(230)는 제어부에 의해 동작하여 배터리 전압을 반전하여 출력할 수 있다.
모터(M)의 마이너스단(-)에 단락된 그라운드 단락 전압과 반전된 배터리 전압에 의해 모터(M)에서 제3 구동 스위치(FET3)로 전류 흐름이 나타나게 되어 모터(M)의 역방향 회전이 가능하게 한다.
다음 표 2는, 고장 유형 별 모터 방향 제어를 위한 풀-브리짓 회로(210), 증폭회로(220), 및 반전회로(230)의 상태 변화를 나타낸다.
고장유형/
모터 방향		 모터(M)의 플러스단(+) 모터(M)의 마이너스단(-)
배터리 단락 그라운드 단락 배터리 단락 그라운드 단락
정방향 FET4(ON), V2(그라운드 전압) FET4(ON), V2(반전전압) FET1(ON), V1(증폭전압) FET1(ON), V1(배터리전압)
역방향 FET2(ON),
V1(증폭전압)		 FET2(ON),
V1(배터리전압)		 FET3(ON),
V2(그라운드 전압)		 FET3(ON),
V2(반전전압)
상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로(200)는, 모터(M) 구동 중에 배터리 단락 또는 그라운드 단락 고장이 발생하더라도, 추가적인 회로 구성을 통해 모터(M)의 동작을 계속해서 유지시킬 수 있으며, 예기치 않은 모터(M)의 동작 중단으로 인해 액추에이터(미도시)가 멈추어 차량에 큰 손실이 발생하는 것을 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 구동 회로의 페일 세이프 방법의 순서도이다.
도 1 및 도 11을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 구동 회로의 페일 세이프 방법은, 단락 고장 감지 단계(S1110), 단락 상황 판단 단계(S1120), 스위치 제어 단계(S1130), 및 모터 구동 단계(S1140)를 포함할 수 있다.
단락 고장 감지 단계(S1110)에서, 제어부(미도시)는 센싱 장치를 통해 모터(M)의 단락 고장을 감지한다.
단락 상황 판단 단계(S1120)에서, 제어부는 감지된 단락 고장의 상황을 판단한다. 제어부는 미리 마련된 알고리즘을 통해 모터(M)의 플러스단(+)의 배터리 단락 고장, 모터(M)의 플러스단(+)의 그라운드 단락 고장, 모터(M)의 마이너스단(-)의 배터리 단락 고장, 및 모터(M)의 마이너스단(-)의 그라운드 단락 고장을 판단할 수 있다.
전압 제어 단계(S1130)에서, 제어부는 단락 고장 상황 별로 증폭회로(130) 또는 반전회로(140)의 동작을 제어한다. 증폭회로(130)는 배터리 단락 고장 상황이 발생한 경우, 배터리 전압을 증폭하여 증폭전압을 출력할 수 있다. 반전회로(140)는 그라운드 단락 고장 상황이 발생한 경우, 배터리 전압을 반전하여 반전전압을 출력할 수 있다.
스위치 제어 단계(S1140)에서, 제어부는 단락 고장 상황 별로 고장 제어 신호를 생성하여 제1 풀-브릿지 회로(110)와 제2 풀-브릿지 회로(120)의 스위칭 동작을 제어한다.
모터 구동 단계(S1140)에서, 모터(M)는 제1 풀-브릿지 회로(110)와 제2 풀-브릿지 회로(120)의 스위칭 동작에 의해 역방향 회전 및 정방향 회전 동작을 수행한다.
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 회로
110: 제1 풀-브릿지 회로
120: 제2 풀-브릿지 회로
130: 증폭회로
140: 반전회로
200: 모터 구동 회로
210: 풀-브릿지 회로
220: 증폭회로
230: 반전회로

Claims (17)

  1. 모터 제어 신호에 따라 동작하여 배터리 전압을 모터에 공급하는 제1 풀-브릿지 회로; 및
    상기 모터의 단락 고장 발생시, 고장 제어 신호에 따라 동작하여 증폭된 배터리 전압을 상기 모터에 인가하거나, 또는 반전된 배터리 전압을 상기 모터에 공급하는 제2 풀-브릿지 회로;
    를 포함하는 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 풀-브릿지 회로의 상위단에 연결되고 상기 배터리 전압을 증폭하여 전달하는 증폭회로; 및
    상기 제2 풀-브릿지 회로의 하위단에 연결되고 상기 배터리 전압을 반전하여 전달하는 반전회로;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 풀-브릿지 회로는,
    상기 증폭회로의 출력단과 상기 모터의 플러스단 사이에 연결되는 제1 스위치;
    상기 증폭회로의 출력단과 상기 모터의 마이너스단 사이에 연결되는 제2 스위치;
    상기 반전회로의 출력단과 상기 모터의 플러스단 사이에 연결되는 제3 스위치; 및
    상기 반전회로의 출력단과 상기 모터의 마이너스단 사이에 연결되는 제4 스위치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 스위치는,
    상기 모터의 마이너스단에 배터리 단락 고장이 발생한 경우, 상기 제2 제어 신호에 따라 턴 온 동작하여 증폭된 배터리 전압을 상기 모터에 공급하는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 스위치는,
    상기 모터의 플러스단에 배터리 단락 고장이 발생한 경우, 상기 제2 제어 신호에 따라 턴 온 동작하여 증폭된 배터리 전압을 상기 모터에 공급하는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제3 스위치는,
    상기 모터의 마이너스단에 그라운드 단락 고장이 발생한 경우, 상기 제2 제어 신호에 따라 턴 온 동작하여 반전된 배터리 전압으로 상기 모터의 전류를 유도하는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제4 스위치는,
    상기 모터의 플러스단에 그라운드 단락 고장이 발생한 경우, 상기 제2 제어 신호에 따라 턴 온 동작하여 반전된 배터리 전압으로 상기 모터의 전류를 유도하는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로.
  8. 모터 제어 신호에 따라 동작하여 배터리 전압을 모터에 공급하는 풀-브릿지 회로;
    상기 풀-브릿지 회로의 상위단에 연결되고 상기 배터리 전압을 증폭하여 전달하는 증폭회로; 및
    상기 풀-브릿지 회로의 하위단에 연결되고 상기 배터리 전압을 반전하여 전달하는 반전회로;
    를 포함하는 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 증폭회로의 출력단과 상기 모터의 플러스단 사이에 연결되는 제1 구동 스위치;
    상기 증폭회로의 출력단과 상기 모터의 마이너스단 사이에 연결되는 제2 구동 스위치;
    상기 반전회로의 출력단과 상기 모터의 플러스단 사이에 연결되는 제3 구동 스위치; 및
    상기 반전회로의 출력단과 상기 모터의 마이너스단 사이에 연결되는 제4 구동 스위치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 스위치는,
    상기 모터의 마이너스단에 배터리 단락 고장이 발생한 경우, 고장 제어 신호에 따라 턴 온 동작하여 증폭된 배터리 전압을 상기 모터에 공급하는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 스위치는,
    상기 모터의 플러스단에 배터리 단락 고장이 발생한 경우, 고장 제어 신호에 따라 턴 온 동작하여 증폭된 배터리 전압을 상기 모터에 공급하는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제3 스위치는,
    상기 모터의 마이너스단에 그라운드 단락 고장이 발생한 경우, 고장 제어 신호에 따라 턴 온 동작하여 반전된 배터리 전압으로 상기 모터의 전류를 유도하는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제4 스위치는,
    상기 모터의 플러스단에 그라운드 단락 고장이 발생한 경우, 고장 제어 신호에 따라 턴 온 동작하여 반전된 배터리 전압으로 상기 모터의 전류를 유도하는 것을 특징으로 하는 페일 세이프 기능을 구비한 모터 구동 회로.
  14. 모터의 단락 고장 상황을 판단하는 단락 상황 판단 단계;
    단락 고장 상황 별로 증폭전압 또는 반전전압을 출력하는 전압 제어 단계;
    단락 고장 상황 별로 상기 모터에 연결된 풀-브릿지 회로가 스위칭 동작하여 상기 증폭전압 또는 상기 반전전압을 상기 모터에 인가하는 스위치 제어 단계; 및
    상기 증폭전압 또는 상기 반전전압에 의해 상기 모터가 회전 동작하는 모터 구동 단계;
    를 포함하는 모터 구동 회로의 페일 세이프 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 단락 고장 상황은,
    상기 모터의 플러스단의 배터리 단락 고장, 상기 모터의 플러스단의 그라운드 단락 고장, 상기 모터의 마이너스단의 배터리 단락 고장, 및 상기 모터의 마이너스단의 그라운드 단락 고장을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 회로의 페일 세이프 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전압 제어 단계는,
    배터리 단락 고장 상황인 경우, 배터리 전압을 증폭하여 상기 증폭전압을 상기 풀-브릿지 회로에 인가하는 전압 증폭 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 회로의 페일 세이프 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 전압 제어 단계는,
    그라운드 단락 고장 상황인 경우, 배터리 전압을 반전하여 상기 반전전압을 상기 풀-브릿지 회로에 인가하는 전압 반전 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 회로의 페일 세이프 방법.
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