KR20210087205A - 모터 구동 장치 및 모터 비상 제동 방법 - Google Patents

모터 구동 장치 및 모터 비상 제동 방법 Download PDF

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KR20210087205A
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박범준
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치는 배터리 전원 또는 이그니션 전원을 입력받아 제어부에 전원을 공급하는 전원 공급부, 배터리 전원 또는 이그니션 전원을 입력받아 모터 구동부의 스위치를 동작시키는 게이트 드라이버, 전원 공급부로부터 전원을 공급받고, 게이트 드라이버를 제어하는 제어부, 및 배터리 전원을 공급받아 모터를 구동시키는 모터 구동부를 포함하고, 전원 공급부 및 게이트 드라이버는 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 이그니션 전원을 입력받는 것을 특징으로 한다.

Description

모터 구동 장치 및 모터 비상 제동 방법{Motor driving apparatus, and motor emergency breaking method}
본 발명은 모터 구동 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 비상시 이그니션 전원을 이용하여 모터를 구동하는 모터 구동 장치 및 모터 비상 제동 방법에 관한 발명이다.
일반적으로, ECU(Electronic Control Unit)는, 차량의 내부적인 동작을 다양하게 제어하는 전자제어장치로서, MCU, PMIC, 게이트 드라이버 IC 등을 포함한다. ECU는 이그니션(Ignition, IGN)을 통해 시동이 온(ON)된 상태에서, 배터리로부터 전원을 공급받아 동작한다.
외부요인이나 ECU 내부요인으로 인해 배터리로부터 전원이 중단되는 경우, PMIC 및 Gate Driver 등 ECU 내부가 갑자기 셧 다운(Shut Down) 되며 모터 구동 중인 경우, 모터 제어가 불가능하여 안정적으로 모터를 제동할 수 없다. 또한 해당 고장 상황에 대한 정보를 상위제어기에 전달 할 수 없는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 비상시 이그니션 전원을 이용하여 모터를 구동하는 모터 구동 장치 및 모터 비상 제동 방법을 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 모터 구동 장치는 배터리 전원 또는 이그니션 전원을 입력받아 제어부에 전원을 공급하는 전원 공급부; 상기 배터리 전원 또는 상기 이그니션 전원을 입력받아 모터 구동부의 스위치를 동작시키는 게이트 드라이버; 상기 전원 공급부로부터 전원을 공급받고, 상기 게이트 드라이버를 제어하는 제어부; 및 상기 배터리 전원을 공급받아 모터를 구동시키는 모터 구동부를 포함하고, 상기 전원 공급부 및 상기 게이트 드라이버는 상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상기 이그니션 전원을 입력받는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 전원 공급 라인 및 상기 이그니션 전원 공급 라인은 결선되어 상기 전원 공급부 및 상기 게이트 드라이버와 연결될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상기 모터 구동부가 모터 제동 모드로 동작하도록 상기 게이트 드라이버를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상기 모터 구동부를 형성하는 상측 스위치 또는 하측 스위치에 단락 회로가 형성되도록 상기 게이트 드라이버를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상기 모터 구동부를 형성하는 상측 스위치를 제1 전압으로 풀-업 시키고 하측 스위치는 오프시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상기 모터 구동부를 형성하는 하측 스위치를 그라운드 전압으로 풀-다운 시키고 상측 스위치는 오프시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상기 게이트 드라이버에서 출력되는 펄스폭 변조 신호를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상위 제어기 또는 차량 시스템에 알람을 전달할 수 있다.
또한, 상기 모터 구동부는, 3개의 상측 스위치와 3개의 하측 스위치로 형성되고, 상기 상측 스위치와 하측 스위치는 상보적으로 도통될 수 있다.
또한, 상기 배터리 전원을 감지하는 배터리 전원 감지부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전원 공급부 및 상기 게이트 드라이버는, 상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 소정의 시간 동안 상기 이그니션 전원을 입력받을 수 있다.
또한, 상기 이그니션 전원과 상기 전원 공급부 및 상기 게이트 드라이버를 연결하는 다이오드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 모터 구동 장치는 차량의 기어를 동작시키는 모터를 구동할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 비상 제동 방법은 배터리 전원의 공급 이상여부를 감지하는 단계; 상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 이그니션 전원을 공급받아 동작하는 단계; 제어부가 모터 구동부를 형성하는 복수의 스위치가 모터 제동 모드로 동작하도록 게이트 드라이버를 제어하는 단계; 상기 게이트 드라이버가 상기 모터 구동부의 스위치를 모터 제동 모드로 동작시키는 단계; 및 상기 모터 구동부의 상측 스위치 또는 하측 스위치에 단락 회로가 형성되어 모터를 제동하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 게이트 드라이버를 제어하는 단계는, 상기 게이트 드라이버에서 출력되는 펄스폭 변조 신호를 제어할 수 있다.
또한, 상기 모터 구동부의 스위치를 모터 제동 모드로 동작시키는 단계는, 상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상기 모터 구동부를 형성하는 상측 스위치를 제1 전압으로 풀-업 시키고 하측 스위치는 오프시키거나, 상기 하측 스위치를 그라운드 전압으로 풀-다운 시키고 상기 상측 스위치는 오프시킬 수 있다.
또한, 상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 정보를 상위 제어기 또는 차량 시스템에 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 배터리 전원 공급이 차단되는 상황에서 고장여부를 판단하고 안정적인 비상 제동이 가능하다. 또한, 해당 정보를 상위 제어기 또는 차량 시스템에 전달할 수 있다.
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 모터 구동 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 구현예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 비교예를 도시한 것이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 비상 제동 방법의 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 비상 제동 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 모터 구동 장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 장치(100)는 전원 공급부(110), 게이트 드라이버(120), 제어부(130), 모터 구동부(140)로 구성되고, 배터리 전원 감지부(150) 및 다이오드(160)를 포함할 수 있다.
전원 공급부(110)는 배터리 전원(210) 또는 이그니션 전원(220)을 입력받아 제어부(130)에 전원을 공급한다.
보다 구체적으로, 전원 공급부(110)는 제어부(130)에 전원을 공급한다. 이때, 전원 공급부(110)는 배터리 전원(210) 또는 이그니션전원(220)으로부터 전원을 공급받고, 제어부(130)에 맞게 전원을 변환하고, 변환된 전원을 제어부(130)에 공급할 수 있다. 정상적인 동작시에는 배터리 전원(210)을 입력받아 제어부(130)에 전원을 공급하고, 배터리 전원(210)을 정상적으로 입력받아 제어부(130)에 공급하기 어려운 경우, 이그니션 전원(220)으로부터 전원을 입력받아 제어부(130)에 전원을 공급할 수 있다. 배터리 전원은 배터리로부터 입력받는 전원이다. 이그니션(Ignition)은 점화장치로, 이그니션 전원은 차량의 시동을 위한 전원이며, 얼터네이트를 돌리기 위한 전원을 공급한다. 또한, 이그니션 전원은 다른 부품들을 Enable시켜 차량의 부품들이 동작하도록 한다. 이그니션 전원은 키가 키박스에 위치하거나 차량이 시동을 키기 직전의 상황에서 턴 온 된다. 차량의 경우, 배터리 전원은 KL30 및 KL31 라인을 통해 입력되고, 이그니션 전원은 KL15를 통해 입력된다.
전원 공급부(110)는 PMIC(Power Management IC, 전력관리칩)일 수 있다. PMIC는 최적의 전원 성능을 위해 장치 내에서 필요한 전력을 변환, 배분 및 제어하는 역할을 하는 장치이다. PMIC를 통해 다양한 부하 변동에 따라 능동적으로 대처하여 전원을 효율적으로 관리할 수 있다.
게이트 드라이버(120)는 배터리 전원(210) 또는 이그니션 전원(220)을 입력받아 모터 구동부(140)의 스위치를 동작시킨다.
보다 구체적으로, 모터 구동부(140)는 스위치를 포함하고, 스위치 동작에 의해 모터(230)를 구동시킨다. 게이트 드라이버는 모터 구동부(140)를 구성하는 스위치를 온오프시키는 신호를 생성하여 모터 구동부(140)에 전송하는데, 모터 구동부(140)를 구성하는 스위치들 중 어떤 스위치를 온시키고, 어떤 스위치를 오프시킬 지를 제어부(130)로부터 제어 신호를 수신하고, 그에 따라 해당 스위치에 스위치를 온시키거나 오프시켜 모터 구동부(140)의 스위치를 동작시킨다.
게이트 드라이버는 Gate Driver IC일 수 있다. 게이트 드라이버 IC는 스위칭 소자인 IGBT 또는 MOSFET으로 구성되는 스위치의 게이트에 전압을 인가하거나 차단하여 스위치를 온/오프 제어하는 장치로, 로직 레벨 전압을 수신하여 그보다 높은 전력 출력을 제공할 수 있다.
제어부(130)는 전원 공급부(110)로부터 전원을 공급받고, 게이트 드라이버(120)를 제어한다.
보다 구체적으로, 제어부(130)는 전원 공급부(110)로부터 전원을 공급받아 동작하되, 모터(230)가 구동시킴에 있어서, 모터 구동부(140)의 스위치의 동작을 제어하기 위하여, 모터 구동부(140)의 각 스위치들에 대한 온/오프 신호를 송신하도록 게이트 드라이버(120)를 제어한다. 제어부(130)는 게이트 드라이버(120) 이외에도 모터 구동 장치(100) 내 다양한 구성들에 대한 제어를 수행할 수 있고, 모터 구동 장치(100)에서 발생하는 다양한 정보들을 감지하여 그에 따른 동작이 수행되도록 제어하거나 상위 제어기 또는 차량 시스템에 알람을 생성할 수 있다.
제어부(130)는 MCU(Micro Controller unit)일 수 있다. MCU는 마이크로프로세서와 입출력을 하나의 칩으로 만들어 정해진 기능을 수행하는 장치로, 모터 구동 장치(100) 내 필요한 다양한 기능들을 제어하는 역할을 한다.
모터 구동부(140)는 배터리 전원(210)을 공급받아 모터(230)를 구동시킨다.
보다 구체적으로, 모터 구동부(140)는 배터리 전원을 공급받아, 모터(230)에 공급함으로써 모터(230)를 구동시킨다. 모터 구동부(140)는 복수의 스위치로 구성될 수 있고, 게이트 드라이버(120)의 신호에 따라 스위치가 동작함으로써 모터(230)를 구동시킬 수 있는 전원을 공급한다. 여기서, 모터(230)는 차량의 기어를 동작시키는 모터일 수 있다. 즉, 모터 구동 장치(100)는 차량의 기어를 동작시키는 모터를 구동하는 ECU(Electronic Control Unit)일 수 있다. 이외에도 다양한 모터(230)를 구동하는 장치일 수 있다.
모터 구동부(140)는 3개의 상측(High Side) 스위치와 3개의 하측(Low Side) 스위치로 형성될 수 있다. 하나의 상측 스위치와 하나의 하측 스위치는 서로 연결되어 하나의 쌍을 이루어 하나의 하프 브릿지 회로를 형성할 수 있다. 즉, 모터 구동부(140)는 3개의 하프 브릿지 회로 형성될 수 있다. 이때, 상기 상측 스위치와 하측 스위치는 상보적으로 도통될 수 있다. 하프 브릿지를 형성하는 상측 스위치와 하측 스위치가 서로 상보적으로 도통하며, 모터(230)에 전원을 공급할 수 있다. 모터 구동부(140)의 각 스위치는 게이트 드라이버(120)의 신호에 따라 상측 스위치와 하측 스위치가 상보적으로 도통할 수 있다. 이때, 제어부(130)는 게이트 드라이버(120)에서 출력되는 신호의 각 스위치에 대한 시비율을 제어하여, 스위치의 동작을 제어할 수 있다. 3 개의 하프 브릿지 회로는 서로 다른 위상을 가지는 3상 전원을 모터(230)에 공급할 수 있다. 모터 구동부(140)는 DC 전원을 6 개의 스위치 동작을 통해 3상 AC 전원으로 변환하여 모터(230)에 공급할 수 있고, DC 전원을 AC 전원으로 변환하는바, 인버터(inverter)라고 할 수 있다.
전원 공급부(110) 및 게이트 드라이버(120)는 배터리 전원(210)의 공급에 이상이 발생한 경우, 이그니션 전원(220)을 입력받는다, 배터리 전원(210)은 배터리로부터 전원을 입력받는 배터리 전원(KL30) 입력단일 수 있고, 이그니션 전원(220)은 이그니션으로부터 전원을 입력받는 이그니션 전원(KL15) 입력단일 수 있다. 전원 공급부(110) 및 게이트 드라이버(120)는 정상적인 상황에서는 배터리 전원(210)으로부터 전원을 공급받되, 배터리 전원(210)의 공급에 이상이 발생한 경우, 배터리 전원(210)으로부터 정상적으로 전원을 공급받기 어려운바, 배터리 전원(210)이 아닌 이그니션 전원(220)으로부터 전원을 입력받아 동작한다. 즉, 배터리 전원(210)을 공급받기 어려운 비상시에 이그니션 전원(220)을 입력받아 비상 동작을 한다.
이를 위하여, 배터리 전원 공급 라인 및 이그니션 전원 공급 라인은 결선되어 전원 공급부(110) 및 게이트 드라이버(120)와 연결될 수 있다. 전원 공급부(110) 및 게이트 드라이버(120)는 배터리 전원(210)을 공급받는 배터리 전원 공급 라인과 연결될뿐만 아니라, 이그니션 전원(220)을 공급받는 이그니션 전원 공급 라인과 연결되되, 정상 동작시에는 배터리 전원(210)을 공급받고 비상시 이그니션 전원(220)을 공급받기 위하여, 배터리 전원(210)과 이그니션 전원(220)의 공급라인 서로 결선되어 전원 공급부(110) 및 게이트 드라이버(120)와 연결된다.
이그니션 전원(220)과 전원 공급부(110) 및 게이트 드라이버(120)를 연결하는 다이오드를 포함할 수 있다. 배터리 전원 공급 라인과 이그니션 전원 공급 라인이 결선됨에 있어서, 이그니션 전원 공급 라인에 다이오드(160)가 형성될 수 있다. 정상 동작시에는 배터리 전원 공급 라인에 흐르는 전류가 크기 때문에, 이그니션 전원 공급 라인과 배터리 전원 공급 라인이 결선됨으로 인해 배터리 전원 공급 라인의 전류가 이그니션 전원 공급 라인으로 흐를 수 있고, 이 경우, 이그니션 전원(220)을 공급받는 다른 부품들에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 다이오드(160)는 배터리 전원 공급 라인에 흐르는 전류가 이그니션 전원 공급 라인으로 흘러가지 않도록 역방향 접속을 방지하는 역할을 한다. 또한, 정상 동작시에는 배터리 전원(210)만 전원 공급부(110) 및 게이트 드라이버(120)에 공급되어야 하는데, 다이오드(160)를 형성함으로써 배터리 전원 공급 라인에 흐르는 전류가 큰 경우, 다이오드에 의해 이그니션 전원 공급 라인에서의 입력을 차단할 수 있어, 전원 공급부(110) 및 게이트 드라이버(120)에 배터리 전원(210)만 공급되도록 할 수 있다. 배터리 전원(210)을 이용할 수 없는 비상시에는 배터리 전원 공급 라인에 흐르는 전류가 없거나 이그니션 전원 공급 라인에 흐르는 전류보다 작은 전류가 흐르기 때문에, 이때는 이그니션 전원 공급 라인으로부터 전류가 공급되도록 할 수 있다. 다이오드(160)를 이용함으로써 다른 구성없이 배터리 전원(210) 및 이그니션 전원(220)을 전원 공급부(110) 및 게이트 드라이버(120)에 안정적으로 제공할 수 있다.
이때, 다이오드는 복수의 다이오드를 이용할 수 있다. 하나의 다이오드를 이용하는 경우보다 복수의 다이오드를 직렬로 연결하여 이용함으로써 역접속 방지의 안정성을 높일 수 있어, 안정적인 동작이 가능해진다.
제어부(130)는 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 모터 구동부(140)가 모터 제동 모드로 동작하도록 게이트 드라이버(120)를 제어할 수 있다. 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 즉 비상시에는 모터 구동부(140)에도 배터리 전원의 공급에 이상이 발생할 수 있고, 이 경우, 모터(230)를 정상적으로 동작시키기 어려운 상황을 의미한다. 배터리 전원(210)의 공급이 어려운 상황에서 배터리 전원(210)을 이용한 모터(230) 구동이 어려워, 모터(230)가 스스로 멈출 때까지 기다리는 경우, 모터(230)가 안정적인 정지되지 않기 때문에 안전에 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 모터(230)가 안전하게 안정적으로 정지할 수 있도록 게이트 드라이버(120)를 제어하여 모터 구동부(140)가 모터 제동 모드로 동작하도록 할 수 있다. 모터 구동부(140)가 모터 제동 모드로 동작함으로써 비상시에도 모터(230)가 제어없이 동작하지 않고, 모터 제동 모드에 의해 안정적으로 동작을 정지할 수 있다.
제어부(130)는 배터리 전원(210)의 공급에 이상이 발생하여 모터(230)를 안정적으로 정지시켜야 할 때, 모터 구동부(140)를 형성하는 상측 스위치 또는 하측 스위치에 단락 회로가 형성되도록 게이트 드라이버(120)를 제어할 수 있다. 모터 구동부(140)는 상측 스위치에 단락 회로가 형성되거나 하측 스위치에 단락 회로가 형성될 때, 모터 제동 모드로 동작하여 모터(230)의 동작을 정지시킬 수 있다. 상측 스위치에서의 단락 회로는 모터 구동부(140)의 상측 스위치들을 모두 온시키고, 하측 스위치들을 모두 오프시켜 형성할 수 있고, 하측 스위치에서의 단락 회로는 모터 구동부(140)의 하측 스위치들을 모두 온시키고, 상측 스위치들을 모두 오프시켜 형성할 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 모터 구동부(140)가 모터 제동 모드로 동작할 수 있도록 모터 구동부(140)를 형성하는 상측 스위치들 또는 하측 스위치들만 온시키기 위하여 게이트 드라이버(120)를 제어할 수 있다.
제어부(130)는 배터리 전원(210)의 공급에 이상이 발생한 경우, 모터 구동부(140)를 형성하는 상측 스위치를 제1 전압으로 풀-업 시키고 하측 스위치는 오프시키거나, 모터 구동부(140)를 형성하는 하측 스위치를 그라운드 전압으로 풀-다운 시키고 상측 스위치는 오프시킬 수 있다. 제어부(130)에서 게이트 드라이버(120)로 신호를 전달하는 연결라인 중 상측 스위치에 대한 연결라인 각각은 전원 공급부(110)에서 공급되는 제1 전압 출력라인에 연결될 수 있고, 하측 스위치에 대한 연결라인 각각은 그라운드(GND)에 연결될 수 있다. 여기서, 제1 전압은 그라운드와 구별되는 전압으로 예를 들어, 3.3 V 일 수 있다. 풀-업(Pull-up)은 강제로 소정의 값으로 올리는 것을 의미하며, 풀-다운(Pull-down)은 강제로 소정의 값으로 내리는 것을 의미한다. 제어부(130)는 비상시에는 상측 스위치들을 상기 제1 전압으로 모두 풀-업 시키고, 하측 스위치를 모두 오프시켜 상측 스위치에 단락 회로를 형성하여 모터(230)를 정지시킬 수 있다. 또는 비상시에 하측 스위치들을 그라운드로 모두 풀-다운 시키고, 상측 스위치들을 모두 오프시켜 하측 스위치에 단락 회로를 형성하여 모터(230)를 정지시킬 수 있다.
제어부(130)는 배터리 전원(210)의 공급에 이상이 발생한 경우, 게이트 드라이버(120)에서 출력되는 펄스폭 변조 신호를 제어할 수 있다. 게이트 드라이버(120)는 펄스폭 변조(PWM, Pulse-Width Modulation) 신호를 통해 모터 구동부(140)의 스위치를 동작시키는데, 정상 동작시, 모터 구동부(140)가 모터(230)에 3상 전원을 공급할 수 있도록 모터 구동부(140)의 각 스위치들에 대한 펄스폭을 변조하여 신호를 송신한다. 하지만, 비상시에는 모터(230)를 정지시키기 위해서 모터 구동부(140)의 각 스위치들을 정상 동작시와 다르게 동작시켜야 하고, 이를 위하여, 제어부(130)는 게이트 드라이버(120)에서 출력되는 펄스폭 변조 신호를 제어할 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이, 모터 구동부(140)가 모터 제동 모드로 동작하기 위하여, 상측 스위치 또는 하측 스위치를 모두 온 시키도록 게이트 드라이버(120)의 펄스폭 변조 신호를 제어할 수 있다.
제어부(130)는 배터리 전원(210)의 공급에 이상이 발생한 경우, 상위 제어기 또는 차량 시스템에 알람을 전달할 수 있다. 제어부(130)는 비상시, 모터(230)를 정지시키는 동작을 수행함과 동시에 또는 그 이후에 비상이 발생한 정보를 상위 제어기 또는 차량 시스템에 알람을 전달할 수 있다. 모터(230)를 정지시켰다는 정보를 함께 전달할 수도 있다. 배터리 전원(210)의 공급에 이상이 발생하였다는 정보를 상위 제어기 또는 차량 시스템에 전달함으로써 그에 따른 상위 제어기의 동작을 수행하도록 할 수 있고, 이후, 고장의 원인을 파악하는데 도움을 줄 수도 있다.
배터리 전원 감지부(150)는 배터리 전원(210)을 감지할 수 있다. 배터리 전원 감지부(150)가 배터리 전원을 감지하고, 배터리 전원 감지 정보를 제어부(130)에 전달함으로써 제어부(130)가 배터리 전원(210)을 모니터링하도록 할 수 있다. 배터리 전원 감지부(150)는 전압 분배회로, 트랜지스터 등을 이용해 다양한 방식으로 구성이 가능하다.
배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 전원 공급부(110) 및 게이트 드라이버(120)는 이그니션 전원(220)으로부터 전원을 공급받아 동작을 수행하되, 모터(230)를 정지시키는 동작을 수행해야 한다. 비상시에 빠르게 대응하기 위하여, 제어부(130)가 배터리 전원 감지부(150)로부터 전달받은 신호에 따라 빠르게 배터리 전원(210)의 공급에 이상이 있음을 판단할 수 있고, 빠르게 모터(230)를 안정적으로 정지시키는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 배터리 전원(210)에 이상이 있음을 정확히 알 수 있는 바, 해당 정보를 상위 제어기 또는 차량 시스템에 제공하여 모니터링 및 고장 원인 파악이 가능하도록 할 수 있다.
전원 공급부(110) 및 게이트 드라이버(120)는 배터리 전원(210)의 공급에 이상이 발생한 경우, 소정의 시간 동안 이그니션 전원(220)을 입력받을 수 있다. 전원 공급부(110) 및 게이트 드라이버(120)는 비상시 이그니션 전원(220)을 입력받아 동작할 수 있으나, 이그니션 전원(220)은 비상 전원으로 공급되는 것으로, 이그니션 전원(220)은 다른 장치에도 제공되고 있는바, 이그니션 전원(220)을 계속 이용하기 어려울 수 있다. 따라서, 이그니션 전원(220)은 모터(230)를 안정적으로 정지시킬 때까지만 공급받고 소정의 시간이 경과되면 이그니션 전원(220)의 공급을 차단할 수 있다. 이그니션 전원(220)을 공급받는 시간은 모터(230) 제동하는데 필요한 시간이거나 사용자에 의해 미리 설정되어 있을 수 있다. 또는, 모터(230)가 정지하거나, 모터(230)의 속도가 소정의 속도 이하가 될 때까지 이그니션 전원(220)을 입력받을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치는 도 3과 같이 구현될 수 있다. 배터리 전원은 KL30(210)으로 입력되고, 그라운드는 KL31(240)으로 연결될 수 있다. 이그니션 전원은 KL15(220)로 입력될 수 있다. 배터리 전원(210)은 역접속 보호 회로(Reverse protection Circuit)을 통해 입력되어 B+ 단에서 분기되어 B6 브릿지로 구성되는 모터 구동부(140), PMIC인 전원 공급부(110), 및 게이트 드라이버(120)에 공급된다. 배터리 전원 즉, KL30의 전원이 공급되지 않는 경우, 이그니션 전원 즉 , KL15 라인에서 전원을 공급하기 위하여, B+(KL30) 라인과 KL15 라인이 결선되어 전원 공급부(110) 및 게이트 드라이버(120)에 전원을 공급한다. 전원 공급부(110) 및 게이트 드라이버(120)는 정상 동작시 B+단으로부터 입력되는 배터리 전원(210)을 입력받고, 배터리 전원(210)의 공급에 이상이 발생한 경우, 이그니션 전원(220)을 입력받는다. 정상 동작시 이그니션 전원을 공급받지 않고, 역전압 및 전류가 흐르지 않도록 다이오드(160)가 형성된다. 전원 공급부(110)는 MCU인 제어부(130)에 적합하도록 전압을 3.3 V로 변압하여 전원을 제공한다. 제어부(130)는 게이트 드라이버(120)가 모터 구동부(140)의 스위치들을 동작시키는 신호를 전달하도록 게이트 드라이버(120)를 제어한다. 이때, 제어부(130)는 상측 스위치는 3.3 V로 풀-업 시킬 수 있고, 하측 스위치는 그라운드로 풀-다운 시킬 수 있다. 각 신호라인은 전원 공급부(110)에서 출력되는 3.3 V 출력라인에 연결되거나, 그라운드에 연결될 수 있다. 게이트 드라이버(120)는 제어부(130)의 제어 신호에 따라 공급되는 전원을 해당 모터 구동부(140)의 각 스위치에 인가하여 모터 구동부(140)를 동작시키고, 모터 구동부(140)는 그에 따라 3상 전원을 모터(230)에 인가하여 모터(230)를 구동한다. KL30 측정 회로인 배터리 전원 감지부(150)는 B+ 단에서 배터리 전원을 감지하여 제어부(130)로 전송한다. 제어부(130)는 배터리 전원을 감지하여 비상시 모터(230)를 안정적으로 정지시키기 위하여, 모터 구동부(140)의 스위치가 모터 제동 모드로 동작하도록 게이트 드라이버(120)를 제어한다. 이를 통해, 배터리 전원 공급이 중단되어도 모터 구동 장치는 동작을 정지하지 않을 수 있고, 제어부(130)는 고장(fault)상황을 인지할 수 있고, 게이트 드라이버(120)에 PWM 지형을 플로팅(floating)tㅣ켜 상측(high side) 또는 하측(low side) 제동 모드(break mode)를 50ms 이상 동작시켜 모터(230)를 안정적으로 제동시킬 수 있다. 구체적으로, 모터 구동부의 상측 또는 하측 3개의 MOSFET 스위치를 도통시키고 반대 측 MOSFET 스위치는 오프시켜 B6 브릿지를 단락회로로 동작시켜 제동 모드를 수행할 수 있다.
도 3과 다르게, 도 4와 같이, PMIC(11) 및 Gate Driver IC(12)가 배터리 전원인 KL30(21) 및 KL31(24)라인을 통해서만 전원을 입력받는다. B6 브릿지(14)는 KL30 라인과 연결되어 모터(23)를 구동한다. 이그니션 라인인 KL15(22)는 PMIC(11)를 Enable해주는 신호로만 이용되며, KL15(22) 신호가 온 되면 PMIC(11)는 ECU 내부 요소(component)에 전원을 공급하여 MCU(13)가 온 되고, MCU(13) 제어에 따라 다른 부품들이 동작한다. 외부요인 또는 내부요인에 의해 KL30(B+)의 공급이 중단되면, PMIC(11) 및 Gate Driver IC(12)는 동작하지 못하고, 갑자기 셧 다운(Shut Down) 되며 모터(23)가 구동중인 상황에서 모터(23) 제어가 불가능하여 안정적으로 모터(23)를 제동할 수 없다. 또한 해당 Fault 상황에 대한 정보를 상위 제어기에 전달 할 수 없다.
앞서 설명한 바와 같이, 모터 구동부(140)가 모터 제동 모드로 동작하기 위하여, 모터 구동부(140)의 상측 스위치 또는 하측 스위치에 단락 회로가 형성되어야 하는데, 제어부(130)는 모터 구동부(140)가 도 5 또는 도 6과 같이 동작하도록 게이트 드라이버(120)를 제어할 수 있다. 도 5는 모터 구동부(140)의 상측 스위치에 단락 회로가 형성되는 예를 나타낸 것으로, 상측 스위치(141)는 모두 온 되고, 하측 스위치(142) 모두 오프되어, 상측 스위치들에 의해 모터(230)로의 전류 경로가 형성되어 단락회로 형성되고, 이를 통해 모터(230)는 제동될 수 있다. 도 6은 모터 구동부(140)의 하측 스위치에 단락 회로가 형성되는 예를 나타낸 것으로, 상측 스위치(141)는 모두 오프 되고, 하측 스위치(142) 모두 온 되어, 하측 스위치들에 의해 모터(230)로의 전류 경로가 형성되어 단락회로 형성되고, 이를 통해 모터(230)는 제동될 수 있다.
도 7은 배터리 전원의 공급이 차단된 상황의 파형으로 B+ 전원이 내려간 이후 이그니션 전원을 이용하여 전원을 공급하는 파형이다. 배터리 전원이 차단된 이후 이그니션 전류가 증가하며 전원을 공급하는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 하측 스위치에 단락 회로를 형성하는 Low Side Break 동작을 나타낸 것으로, 배터리 전원이 차단(Fuse break)된 경우, 약 6 ms 이후 상측 MOSFET 스위치 H1, H2, H3는 오프(Off)되고, 하측 MOSFET 스위치 L1, L2, L3는 온(ON)되어 하측 스위치에 단락 회로(Short Circuit)을 형성하며 제동 동작(Break Operation)을 수행하는 것을 확인할 수 있다.
배터리 전원(KL 30) 전원 공급이 중단되면, 배터리 전원 감지부를 통해 배터리 전원 전압 모니터링 후 고장(Fault) 상황을 제어부(MCU)가 인지하고, 게이트 드라이버로 출력되는 PWM 신호를 플로팅(Floating)하여 PWM 신호를 풀-업 또는 풀-다운함으로써 모터 구동부(B6 브릿지)에 단락 회로를 형성함으로써 모터 제동 모드로 동작하고 차량 시스템 또는 상위 제어기에 상황을 전달할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 비상 제동 방법의 흐름도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 비상 제동 방법의 흐름도이다. 도 9 및 도 10의 각 단계에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 8의 모터 구동 장치에 대한 상세한 설명에 대응되는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
S11 단계에서 배터리 전원의 공급 이상여부를 감지하고, 상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, S12 단계에서 이그니션 전원을 공급받아 동작한다. S13 단계에서 제어부가 모터 구동부를 형성하는 복수의 스위치가 모터 제동 모드로 동작하도록 게이트 드라이버를 제어하고, S14 단계에서 상기 게이트 드라이버가 상기 모터 구동부의 스위치를 모터 제동 모드로 동작시킨다. 이때, 상기 게이트 드라이버에서 출력되는 펄스폭 변조 신호를 제어할 수 있다. 이를 통해, S15 단계에서 상기 모터 구동부의 상측 스위치 또는 하측 스위치에 단락 회로가 형성되어 모터를 제동한다.
상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상기 모터 구동부를 형성하는 상측 스위치를 제1 전압으로 풀-업 시키고 하측 스위치는 오프시키거나, 상기 하측 스위치를 그라운드 전압으로 풀-다운 시키고 상기 상측 스위치는 오프시켜 상기 모터 구동부의 스위치를 모터 제동 모드로 동작시킬 수 있다.
모터가 정지되면, S21 단계에서 상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 정보를 상위 제어기 또는 차량 시스템에 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: 모터 구동 장치
110: 전원 공급부
120: 게이트 드라이버
130: 제어부
140: 모터 구동부
141: 상측 스위치
142: 하측 스위치
150: 배터리 전원 감지부
160: 다이오드
210: 배터리 전원
220: 이그니션 전원
230: 모터

Claims (17)

  1. 배터리 전원 또는 이그니션 전원을 입력받아 제어부에 전원을 공급하는 전원 공급부;
    상기 배터리 전원 또는 상기 이그니션 전원을 입력받아 모터 구동부의 스위치를 동작시키는 게이트 드라이버;
    상기 전원 공급부로부터 전원을 공급받고, 상기 게이트 드라이버를 제어하는 제어부; 및
    상기 배터리 전원을 공급받아 모터를 구동시키는 모터 구동부를 포함하고,
    상기 전원 공급부 및 상기 게이트 드라이버는 상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상기 이그니션 전원을 입력받는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 전원 공급 라인 및 상기 이그니션 전원 공급 라인은 결선되어 상기 전원 공급부 및 상기 게이트 드라이버와 연결되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상기 모터 구동부가 모터 제동 모드로 동작하도록 상기 게이트 드라이버를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상기 모터 구동부를 형성하는 상측 스위치 또는 하측 스위치에 단락 회로가 형성되도록 상기 게이트 드라이버를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상기 모터 구동부를 형성하는 상측 스위치를 제1 전압으로 풀-업 시키고 하측 스위치는 오프시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상기 모터 구동부를 형성하는 하측 스위치를 그라운드 전압으로 풀-다운 시키고 상측 스위치는 오프시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상기 게이트 드라이버에서 출력되는 펄스폭 변조 신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상위 제어기 또는 차량 시스템에 알람을 전달하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모터 구동부는,
    3개의 상측 스위치와 3개의 하측 스위치로 형성되고,
    상기 상측 스위치와 하측 스위치는 상보적으로 도통되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 전원을 감지하는 배터리 전원 감지부를 포함하는 모터 구동 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전원 공급부 및 상기 게이트 드라이버는,
    상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 소정의 시간 동안 상기 이그니션 전원을 입력받는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 이그니션 전원과 상기 전원 공급부 및 상기 게이트 드라이버를 연결하는 다이오드를 포함하는 모터 구동 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 모터 구동 장치는 차량의 기어를 동작시키는 모터를 구동하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  14. 배터리 전원의 공급 이상여부를 감지하는 단계;
    상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 이그니션 전원을 공급받아 동작하는 단계;
    제어부가 모터 구동부를 형성하는 복수의 스위치가 모터 제동 모드로 동작하도록 게이트 드라이버를 제어하는 단계;
    상기 게이트 드라이버가 상기 모터 구동부의 스위치를 모터 제동 모드로 동작시키는 단계; 및
    상기 모터 구동부의 상측 스위치 또는 하측 스위치에 단락 회로가 형성되어 모터를 제동하는 단계를 포함하는 모터 비상 제동 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버를 제어하는 단계는,
    상기 게이트 드라이버에서 출력되는 펄스폭 변조 신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 비상 제동 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 모터 구동부의 스위치를 모터 제동 모드로 동작시키는 단계는,
    상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 경우, 상기 모터 구동부를 형성하는 상측 스위치를 제1 전압으로 풀-업 시키고 하측 스위치는 오프시키거나, 상기 하측 스위치를 그라운드 전압으로 풀-다운 시키고 상기 상측 스위치는 오프시키는 것을 특징으로 하는 모터 비상 제동 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 배터리 전원의 공급에 이상이 발생한 정보를 상위 제어기 또는 차량 시스템에 전달하는 단계를 포함하는 모터 비상 제동 방법.
KR1020200000170A 2019-12-11 2020-01-02 모터 구동 장치 및 모터 비상 제동 방법 KR20210087205A (ko)

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