KR20220057853A - 모터 보호 회로 - Google Patents

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KR20220057853A
KR20220057853A KR1020200142931A KR20200142931A KR20220057853A KR 20220057853 A KR20220057853 A KR 20220057853A KR 1020200142931 A KR1020200142931 A KR 1020200142931A KR 20200142931 A KR20200142931 A KR 20200142931A KR 20220057853 A KR20220057853 A KR 20220057853A
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이승형
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 모터 보호 회로는 모터 입력단에 연결되는 복수의 스위치를 포함하는 스위치부, 배터리 입력단의 전압을 측정하는 전압 측정부, 상기 모터 입력단의 전류를 측정하는 전류 측정부, 및 상기 배터리 입력단의 전압 및 상기 모터 입력단의 전류에 따라 과전압, 저전압, 또는 과전류를 감지하여 상기 스위치부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

모터 보호 회로{Motor protection circuit}
본 발명은 모터 보호 회로에 관한 것으로, 보다 구체적으로 배터리 전압 및 입력단 전류를 이용하여 과전압, 저전압, 과전류를 차단하는 모터 보호 회로에 관한 발명이다.
차량은 장착된 배터리의 전원을 이용하여 차량의 조향 EPS(Electric Power Steering) 액추에이터에 이용된다. 듀얼 와인딩(Dual winding) 모터를 구동함에 있어서, 안전을 위해서 정밀한 제어가 중요하며, 이를 위하여, 안정적인 전원을 제공하여야 한다.
배터리 전원을 이용하여 모터를 구동하거나, 배터리를 충전하는 경우, 과전압이나 과전류가 발생하는 경우, 모터에 문제가 발생할 수 있어, 이를 차단하는 차단회로가 필요하다. 기존의 과전류 차단 회로는 PMIC의 외부 전원 및 기준 전압 입력이 필요하며, 과전류 감지시 즉시 차단이 이루어져 스파이크성 전류 여부를 감지하기 어려운 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 배터리 전압 및 입력단 전류를 이용하여 과전압, 저전압, 과전류를 차단하는 모터 보호 회로를 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 보호 회로는 모터 입력단에 연결되는 복수의 스위치를 포함하는 스위치부; 배터리 입력단의 전압을 측정하는 전압 측정부; 상기 모터 입력단의 전류를 측정하는 전류 측정부; 및 상기 배터리 입력단의 전압 및 상기 모터 입력단의 전류에 따라 과전압, 저전압, 또는 과전류를 감지하여 상기 스위치부를 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 스위치부는, 서로 반대방향으로의 전류 흐름을 연결 또는 차단하는 두 개의 FET를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전압 측정부는, 상기 배터리 입력단의 입력전압 및 기준전압을 측정할 수 있다.
또한, 상기 전류 측정부는, 상기 모터 입력단의 전류를 전압으로 변환하여 측정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 전압 측정부가 측정한 배터리 입력단의 입력전압을 제1 기준 전압과 비교하여 과전압을 판단하거나, 상기 전압 측정부가 측정한 배터리 입력단의 전압을 제2 기준 전압과 비교하여 저전압을 판단하거나, 상기 전류 측정부가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 제3 기준 전압과 비교하여 모터 과전류를 판단하거나, 상기 전류 측정부가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 제4 기준 전압과 비교하여 단락을 판단하거나, 상기 전류 측정부가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 상기 전압 측정부가 측정한 배터리 입력단의 기준전압과 비교하여 배터리 과전류를 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 전류 측정부가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 상기 전압 측정부가 측정한 배터리 입력단의 기준전압과 비교하여 배터리 과전류를 판단시, 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압과 상기 배터리 입력단의 기준전압과의 차이가 임계치 이상일 때, 상기 배터리 과전류가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 스위치부는 상기 배터리 입력단으로부터 상기 모터 입력단으로의 전류 흐름을 연결 또는 차단하는 제1 스위치; 및 상기 모터 입력단으로부터 상기 배터리 입력단으로의 전류 흐름을 연결 또는 차단하는 제2 스위치를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 과전압시 상기 제1 스위치를 하이로 제어하고, 상기 제2 스위치를 로우로 제어하며, 상기 저전압시 상기 제1 스위치를 로우로 제어하고, 상기 제2 스위치를 하이로 제어하며, 상기 모터 과전류 또는 단락시, 과전압시 상기 제1 스위치를 하이로 제어하고, 상기 제2 스위치를 로우로 제어하며, 상기 배터리 과전류시 상기 제1 스위치를 로우로 제어하고, 상기 제2 스위치를 하이로 제어하며, 정상시 상기 제1 스위치를 하이로 제어하고, 상기 제2 스위치를 하이로 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 과전압, 저전압, 또는 과전류 감지시, 소정의 지연 시간 이후 상기 스위치부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 전압 또는 전류 레벨에 따라 상기 지연 시간을 다르게 적용할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 과전류 감지 회로는 배터리의 입력전압이 입력되는 제1 입력단;
상기 배터리의 기준전압이 입력되는 제2 입력단;
모터 입력단 전류 측정 전압이 입력되는 제3 입력단;
상기 모터 입력단에 연결되는 제1 스위치의 게이트에 연결되는 제1 출력단;
상기 모터 입력단에 연결되고, 상기 제1 스위치와 연결방향이 반대인 제2 스위치의 게이트에 연결되는 제2 출력단; 및
상기 제1 입력단, 상기 제2 입력단, 또는 상기 제3 입력단으로부터 입력되는 전압을 이용하여 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 각각 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 배터리 전압을 입력받아, 내부에서 동작 전압 및 기준 전압을 생성함으로써 PMIC 고장에 독립적으로 동작할 수 있다. 또한, 배터리 전압 및 전류 감지를 통해 두 개의 FET 스위치를 개별적으로 제어할 수 있다. 나아가, 스위치를 이용하여 전류 차단시 일정 지연 시간 후 차단이 가능하고, 레벨에 따라 다른 지연시간으로 스위치를 제어할 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 보호 회로의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 보호 회로의 비교예에 따른 과전류 감지 회로를 도시한 것이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 보호 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 보호 회로의 블록도이다.
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 보호 회로의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 보호 회로는 과전압, 저전압, 과전류가 발생한 경우, 안전을 위하여, 배터리(100)로부터 모터(200)로 입력되는 전류 또는 모터(200)로부터 배터리(100)로 입력되는 전류를 차단한다. 여기서, 모터(200)는 듀얼 와인딩 모터(Dual winding motor)일 수 있고, B6 브릿지로 구성되는 모터 구동 회로에 의해 모터를 구동할 수 있다. 배터리(100)로부터 입려된 전압은 B6 브릿지 스위치의 동작에 따라 3상으로 모터(200)에 입력되어 모터(200)가 구동할 수 있다. 배터리 전원의 이상, 모터(200)의 이상, 내부 회로의 단락 등에 의해 이상이 발생한 경우, 안전을 위하여, 배터리(100)와 모터(200) 사이의 전류를 차단한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 보호 회로의 비교예로, 배터리(100)와 모터(200) 사이에 전원단의 이상(역전압, 과전류 등)이 감지되면, 전류 흐름을 차단하는 역할을 하는 Shutdown relay 동작하는 FET를 구동하기 위한 과전류 방지 회로(40)를 이용한다. 과전류 방지 회로(40)는 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 기준전압과 비교하는 비교기(comparator, 41), 해당 값을 저장하는 D-플리플롭(D-FF, 42), FET를 구동하는 드라이버(Driver, 43)로 구성된다. 비교기(41)는 모터(200)를 구동하는 제어부(20)로부터 기준전압 및 구동전압을 입력받는다. 제어부(20)는 PMIC(Power Management Integrated Circuit, 21), MCU(Micro Controller Unit, 22), Gate Driver(23), 로터리 포지션 센서(Ratary position Sensor, 24) 등으로 구성될 수 있다. PMIC(21)는 전원 관리 IC이고, MCU(22)는 마이크로 컨트롤러로 마이크로프로세서와 입출력모듈을 포함하는 IC이고, Gate Driver(23)는 MCU(22)에서 저전력 입력을 수신하여 IGBT 또는 MOSFET 등의 게이트에 전력을 인가하는 IC이다. 과전류 방지 회로(40)는 PMIC(21)에서 생성되는 기준전압과 구동전압을 이용하여 동작한다. 비교기(41)의 비교 결과, 측정된 전압이 기준전압보다 큰 경우, 과전류가 발생한 것으로 판단하고, 드라이버(43)는 두 개의 FET(31, 32)를 동시에 턴 오프하여 차단(shut off)한다. 비교기(41)를 이용함으로써 과전류가 감지되면 즉시 차단이 이루어진다. 이로 인해, 스파이크성으로 발생하는 전류만으로도 바로 차단이 이루어져, 스파이크성 전류를 감지하여 처리하기 어렵다. 또한, 과전류 방지 회로(40)가 PMIC(21)에서 생성되는 기준전압과 구동전압을 이용하여 동작하기 때문에, PMIC(21) 고장시 오작동할 수 있는 문제가 존재한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 보호 회로는 도 1과 같이, 스위치부(310), 전압 측정부(320), 전류 측정부(330), 제어부(340)로 구성된다.
스위치부(310)는 모터 입력단에 연결되는 복수의 스위치를 포함한다.
보다 구체적으로, 배터리(100)와 연결되는 배터리 입력단과 모터(200)와 연결되는 모터 입력단 사이에 연결되어, 배터리(100)로부터 모터(200)로 흐르는 전류 또는 모터(200)에서 배터리(100)로 흐르는 전류의 흐름을 연결 내지 차단한다. 스위치부(310)는 서로 반대방향으로의 전류 흐름을 연결 또는 차단하는 두 개의 FET를 포함할 수 있다. 스위치부(310)는 도 3과 같이, 소스가 서로 연결되어 소스와 드레인의 연결방향이 반대인 두 개의 FET(311, 312)를 포함할 수 있다. 여기서, FET는 다이오드가 내장된 FET일 수 있다. 배터리 입력단과 드레인이 연결되는 제1 스위치(311)는 배터리(100)로부터 모터(200)로 흐르는 전류의 흐름을 차단할 수 있고, 모터 입력단과 드레인이 연결되는 제1 스위치(312)는 모터(200)로부터 배터리(100)로 흐르는 전류의 흐름을 차단할 수 있다. 제1 스위치(311)와 제1 스위치(312)를 각각 제어함으로써 일방향으로의 전류의 흐름만을 차단할 수 있고, 모두 턴오프시 양방향 전류의 흐름을 차단할 수도 있다.
전압 측정부(320)는 배터리 입력단의 전압을 측정한다.
보다 구체적으로, 전압 측정부(320)는 배터리 입력단의 전압을 입력받아, 배터리 입력단의 전압을 측정한다. 전압 측정부(320)는 제어부(340)와 연결되는 배터리 입력단과 연결되어 배터리 전압을 측정할 수 있다. 제어부(340)가 이상여부를 판단하기 위해 필요한 기준전압과 구동전압을 배터리(100)로부터 입력받은 전압을 이용함으로써 PMIC와 독립적으로 동작할 수 있다. 전압 측정부(320)는 도 4와 같이, 저항 및 커패시터로 구성될 수 있다. 커패시터에 걸리는 전압을 이용하여 배터리 전압을 측정할 수 있다.
전압 측정부(320)는 배터리(100) 입력단의 입력전압 및 기준전압을 측정할 수 있다. 전압 측정부(320)는 배터리(100)의 입력전압(VDD)과 기준전압(VSS)를 입력받을 수 있다. 여기서, 기준전압(VSS)는 접지전압이라고도 한다. 배터리 전압은 기준전압(VSS)을 기준으로 입력전압(VDD)으로 측정된다.
전류 측정부(330)는 모터(200) 입력단의 전류를 측정한다.
보다 구체적으로, 전류 측정부(330)는 모터(200)의 전단에 흐르는 전류를 측정한다. 모터(200)를 구동하는 모터 구동회로의 전단에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 스위치부(310)의 모터(200) 측 연결단에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 전류 측정부(330)는 모터 입력단의 전류를 전압으로 변환하여 측정할 수 있다. 전류 측정부(330)는 전류가, 모터 입력단에 흐르는 전류를 전압으로 변환하여 측정함으로써 기준 전압고 비교를 수행할 수 있다. 전류 측정부(330)는 도 4와 같이, 커패시터 및 저항으로 구성될 수 있다. 저항에 걸리는 전압을 이용하여 모터 입력단의 전류를 전압으로 변환하여 측정할 수 있다.
제어부(340)는 상기 배터리 입력단의 전압 및 상기 모터 입력단의 전류에 따라 과전압(over voltage), 저전압(under volatage), 또는 과전류(overcurrent)를 감지하여 스위치부(310)를 제어한다.
보다 구체적으로, 전압 측정부(320)가 측정한 상기 배터리 입력단의 전압 및 전류 측정부(330)가 측정한 상기 모터 입력단의 전류를 이용하여 전원 이상여부를 감지하고, 그에 따라 스위치부(310)를 제어한다. 제어부(340)는 측정된 값들과 기준 전압들을 비교하여 과전압, 저전압, 또는 과전류 발생여부를 감지할 수 있다.
제어부(340)는 전압 측정부(320)가 측정한 배터리 입력단의 입력전압을 제1 기준 전압과 비교하여 과전압을 판단하거나, 배터리 입력단의 전압을 제2 기준 전압과 비교하여 저전압을 판단하거나, 전류 측정부(330)가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 제3 기준 전압과 비교하여 모터 과전류를 판단하거나, 전류 측정부(330)가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 제4 기준 전압과 비교하여 단락을 판단하거나, 전류 측정부(330)가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 전압 측정부(320)가 측정한 배터리 입력단의 기준전압과 비교하여 배터리 과전류를 판단할 수 있다.
제어부(340)는 전원 이상여부를 감지하고 스위치부(310)를 제어하는데 배터리(100) 입력전압을 이용한다. 이때, 입력받는 배터리(100)의 입력전압을 이용하여 과전류 이외에 과전압 또는 저전압을 감지할 수 있다. 과전압은 배터리(100)의 입력전압이 제1 기준전압보다 큰 지 판단하여 감지할 수 있다. 과전압은 배터리(100)를 충전시 감지될 수 있고, 과전압이 발생하는 경우, 배터리(100)에 고장이 발생할 수 있는바, 제어부(340)는 전압 측정부(320)가 측정한 배터리 입력단의 입력전압을 제1 기준 전압과 비교하여 과전압을 판단한다. 과전압은 배터리(100)의 입력전압이 제2 기준전압보다 작은 지 판단하여 감지할 수 있다. 저전압은 배터리(100) 방전시 감지될 수 있고, 저전압이 발생하는 경우, 모터(200)를 구동하기 충분한 전압을 제공하기 어려운 바, 제어부(340)는 전압 측정부(320)가 측정한 배터리 입력단의 입력전압을 제2 기준 전압과 비교하여 저전압을 판단한다.
제어부(340)는 전류 측정부(330)가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 기준전압과 비교하여 모터 과전류(Motor Overcurrent), 단락(short), 또는 배터리 과전류(Battery Overcurrent)를 감지할 수 있다. 모터 과전류는 모터 입력단의 전류에 따른 전압이 제3 기준전압보다 큰 지 판단하여 감지할 수 있다. 모터 과전류는 배터리(100)를 방전시 감지될 수 있고, 모터 과전류가 발생하는 경우, 모터(200)에 고장이 발생할 수 있는바, 제어부(340)는 전류 측정부(330)가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 제3 기준 전압과 비교하여 모터 과전류를 판단한다. 단락은 모터 입력단의 전류에 따른 전압이 제4 기준전압보다 큰 지 판단하여 감지할 수 있다. 단락은 배터리(100)를 방전시 감지될 수 있고, 단락이 발생하는 경우, 모터(200)에 고장이 발생할 수 있는바, 제어부(340)는 전류 측정부(330)가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 제4 기준 전압과 비교하여 과전류를 판단한다.
배터리 과전류는 전류 측정부(330)가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 전압 측정부(320)가 측정한 배터리 입력단의 기준전압과 비교하여 감지할 수 있다. 배터리 과전류는 배터리(100) 충전시 감지될 수 있고, 배터리 과전류가 발생하는 경우, 배터리(100)에 고장이 발생할 수 있는바, 제어부(340)는 전류 측정부(330)가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 전압 측정부(320)가 측정한 배터리 입력단의 기준전압과 비교하여 배터리 과전류를 판단한다. 이때, 제어부(340)는 전류 측정부(330)가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 상기 전압 측정부가 측정한 배터리 입력단의 기준전압과 비교하여 배터리 과전류를 판단시, 모터 입력단의 전류에 따른 전압과 상기 배터리 입력단의 기준전압과의 차이가 임계치 이상일 때, 상기 배터리 과전류가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 임계치는 배터리를 충전시 정격 범위 내인지 여부를 판단하는 전압으로 설정될 수 있다.
제어부(340)는 과전압, 저전압, 과전류를 감지하는 경우, 각 경우에 따라 스위치부(310)를 구성하는 제1 스위치(311) 및 제1 스위치(312)를 개별 제어할 수 있다. 여기서, 제1 스위치(311)는 상기 배터리 입력단으로부터 상기 모터 입력단으로의 전류 흐름을 연결 또는 차단하는 FET 일 수 있고, 제1 스위치(312)는 상기 모터 입력단으로부터 상기 배터리 입력단으로의 전류 흐름을 연결 또는 차단하는 FET 일 수 있다.
제어부(340)는 상기 과전압시 제1 스위치(311)를 하이로 제어하고, 제1 스위치(312)를 로우로 제어할 수 있다. 이를 통해, 상기 모터 입력단으로부터 상기 배터리 입력단으로의 전류 흐름을 차단할 수 있다. 제어부(340)는 저전압시 제1 스위치(311)를 로우로 제어하고, 제1 스위치(312)를 하이로 제어하여, 상기 배터리 입력단으로부터 상기 모터 입력단으로의 전류 흐름을 차단할 수 있다. 제어부(340)는 상기 모터 과전류 또는 단락시, 과전압시 제1 스위치(311)를 하이로 제어하고, 제1 스위치(312)를 로우로 제어하여, 상기 모터 입력단으로부터 상기 배터리 입력단으로의 전류 흐름을 차단할 수 있다. 제어부(340)는 상기 배터리 과전류시 제1 스위치(311)를 로우로 제어하고, 제1 스위치(312)를 하이로 제어하여, 상기 배터리 입력단으로부터 상기 모터 입력단으로의 전류 흐름을 차단할 수 있다. 제어부(340)는 정상시 제1 스위치(311) 및 제1 스위치(312)를 하이로 제어하여 양방향 동작할 수 있도록 할 수 있다.
제어부(340)는 상기 과전압, 저전압, 또는 과전류 감지시, 소정의 지연 시간 이후 스위치부(310)를 제어할 수 있다. 측정된 전압과 기준 전압과의 비교를 통해 과전압, 저전압, 또는 과전류 감지하더라도 바로 스위치부(310)를 제어하지 않고, 소정의 지연 시간을 적용하여 과전압, 저전압, 또는 과전류가 유지되는 경우, 스위치부(310)를 제어할 수 있다. 지연 시간을 이용하여 스파이크성으로 발생하는 과전압, 저전압, 또는 과전류 여부를 판단할 수 있고, 스파이크성으로 발생하는 과전압, 저전압, 또는 과전류에서는 전류의 차단을 수행하지 않을 수 있다. 이를 통해 보다 안정적인 연속동작이 가능하다.
이때, 지연 시간은 장치의 설계 스펙이나, 요구 스펙에 따라 설정되거나 사용자에 의해 설정될 수 있다. 또는, 지연 시간을 적용함에 있어서 제어부(340)는 상기 전압 또는 전류 레벨에 따라 상기 지연 시간을 다르게 적용할 수 있다. 예를 들어, 단락의 경우, 측정되는 전류가 80 A 이상인 경우 즉시 차단하고, 50 A 이상을 1분 이상을 유지하는 경우 차단할 수 있다. 이상의 종류에 따라 지연 시간을 다르게 적용할 수도 있다. 과전압 또는 저전압에 대한 지연 시간을 과전류에 대한 지연 시간보다 길게 적용할 수 있다.
제어부(340)는 도 5와 같이 구현될 수 있다. 배터리 입력단의 입력 전압(VDD, 501) 및 배터리 입력단의 기준 전압(VSS, 502), 모터 입력단의 입력 전류를 변환한 전압(VM, 503)을 각 입력단으로 통해 입력받고, 배터리 입력단의 입력 전압을 이용하여 기준전압 생성부(507)에서 생성된 제1 기준 전압 내지 제4 기준 전압을 측정 값들과 비교하여 과전압, 저전압, 과전류, 단락을 감지한다. 이때, 외부의 메인 제어부로부터 로직 신호(logic signal, 506)을 수신하여 동작할 수 있다. 제어부(340)는 VDD(501)와 제1 기준 전압을 비교(510)하고, VDD(501)와 제2 기준 전압을 비교(511)하고, VM(503)과 제3 기준 전압을 비교(510)하고, VM(503)과 VSS(502)을 비교(511)하고, VM(503)과 제4 기준 전압을 비교(512)한다. 그 결과를 메인 프로세서(Main logic, 513)에서 수신하고, 그 결과에 따라 제1 스위치를 제어하는 신호를 출력하는 BO 드라이버(BOUT driver) 및 제2 스위치를 제어하는 신호를 출력하는 MO 드라이버(MOUT driver)를 통해 제1 스위치 및 제2 스위치를 제어한다. 이때, 전류방향감지부(Current Direction Cetection, 518)이 감지한 전류 방향에 따라 배터리 충전 또는 방전을 판단하여 이상여부를 판단할 수 있다. 메인 프로세서(513)가 과전압, 저전압, 모터 과전류, 단락, 배터리 과전류를 감지시, 오실레이터(OSC, 516)와 지연 시간 생성부(Delay time generator, 517)를 이용하여 지연 시간 경과 후 차단을 수행할 수 있다.
각 상태별로, 제어부(340)는 제1 스위치를 제어하는 제어신호 BO와 제2 스위치를 제어하는 제어신호 MO를 도 6과 같이, 제어할 수 있다. MO 및 BO는 각 FET의 게이트로 입력될 수 있다. 배터리 입력단의 입력 전압 및 모터 입력단의 전류에 따라 5 개의 상황으로 구분할 수 있다.
먼저, 전압 및 전류가 정상 범위에 위치하는 정상 상황(Normal State)에서는 MO 및 BO를 모두 "HIGH"로 제어한다. 전류는 정상 범위이나, 전압이 과전압인 과전압 상황(Over volatage)에서는 MO는 "LOW", BO는 "HIGH"로 제어한다. 전류는 정상 범위이나, 전압이 저전압인 저전압 상황(Under volatage)에서는 MO는 "HIGH", BO는 "LOW"로 제어한다. 전압은 정상 범위이나, 전류가 모터 과전류인 모터 과전류 상황(Motor Overcurrent)에서는MO는 "HIGH", BO는 "LOW"로 제어한다. 전압은 정상 범위이나, 전류가 배터리 과전류인 배터리 과전류 상황(Battery Overcurrent)에서는MO는 "LOW", BO는 "HIGH"로 제어한다.
각 상황을 측정 전압과 기준 전압의 비교를 통해 설명하면 도 7과 같다. 배터리단의 입력 전압(VDD) 및 모터 입력단에 흐르는 전류에 따른 전압(VM)을 이용하여 과전압, 저전압, 과전류를 감지할 수 있다. VM은 충전 또는 방전에 따라 충전시 VSS보다 크고, 방전시 VSS 작아지는 것을 알 수 있다. VDD가 과전압을 판단하는 기준전압인 V_DET1보다 커지면, 과전압으로 감지하되, 지연 시간(tV_DET1, 701) 동안 유지시, 지연 시간 이후, 과전압(702) 제어에 따라 MO 및 BO를 제어한다. 이때, MO는 "LOW, BO는 "HIGH"로 제어한다. VDD가 저전압을 판단하는 기준전압인 V_DET2보다 작아지면, 저전압으로 감지하되, 지연 시간(tV_DET2, 703) 동안 유지시, 지연 시간 이후, 저전압 제어(704)에 따라 MO를 "HIGH", BO를 "LOW"로 제어한다. VDD가 V_DET1보다 작고 V_DET2보다 큰 상황에서 VM이 모터 과전류를 판단하는 기준전압인 V_DET3보다 커지면, 모터 과전류로 감지하되, 지연 시간(tV_DET3, 705) 동안 유지시, 지연 시간 이후, 모터 과전류 제어(706)에 따라 MO를 "HIGH", BO를 "LOW"로 제어한다. VDD가 V_DET1보다 작고 V_DET2보다 큰 상황에서 VM이 배터리 과전류를 판단하는 기준전압인 V_DET4보다 작아지면, 배터리 과전류로 감지하되, 지연 시간(tV_DET4, 707) 동안 유지시, 지연 시간 이후, 배터리 과전류 제어(708)에 따라 MO를 "LOW", BO를 "HIGH"로 제어한다. 정상 상태인 경우에는 MO를 "HIGH", BO를 "HIGH"로 제어한다.
상기와 같이, PMIC와 독립적으로 모터 보호 회로를 구성함으로써 PMIC 고장에 독립적으로 동작할 수 있다. 또한, 각 상황별로 복수의 스위치를 개별제어하며, 스위치 제어시 지연 시간을 적용함으로써 보다 세분화된 제어가 가능하며, 레벨에 따라 다른 지연시간으로 스위치를 제어하여, 안정적인 동작이 가능해진다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 보호 회로의 블록도이다. 도 8의 모터 보호 회로에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 7의 모터 보호 회로에 대한 상세한 설명에 대응되는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 보호 회로는 배터리(100)의 입력전압이 입력되는 제1 입력단(810), 배터리(100)의 기준전압이 입력되는 제2 입력단(820), 모터(200) 입력단 전류 측정 전압이 입력되는 제3 입력단(830), 모터(200) 입력단에 연결되는 제1 스위치(311)의 게이트에 연결되는 제1 출력단(840), 모터(200) 입력단에 연결되고, 제1 스위치와 연결방향이 반대인 제1 스위치(312)의 게이트에 연결되는 제2 출력단(850) 및 제1 입력단(810), 제2 입력단(820), 또는 제3 입력단(830)으로부터 입력되는 전압을 이용하여 제1 스위치(311) 및 제1 스위치(312)를 각각 제어하는 제어부(860)를 포함한다.
제어부(860)는 배터리 입려단의 입력전압을 제1 기준 전압과 비교하여 과전압을 판단하고, 상기 배터리 입력단의 전압을 제2 기준 전압과 비교하여 저전압을 판단하고, 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 제3 기준 전압과 비교하여 배터리 과전류를 판단하고, 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 제4 기준 전압과 비교하여 단락을 판단하며, 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 배터리 입력단의 기준전압과 비교하여 모터 과전류를 판단할 수 있다. 제어부(860)는, 모터 과전류를 판단시, 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압과 상기 배터리 입력단의 기준전압과의 차이가 임계치 이상일 때, 상기 모터 과전류가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
제어부(860)는 상기 과전압시 상기 제1 스위치를 하이로 제어하고, 상기 제2 스위치를 로우로 제어하며, 상기 저전압시 상기 제1 스위치를 로우로 제어하고, 상기 제2 스위치를 하이로 제어하며, 상기 배터리 과전류 또는 단락시, 과전압시 상기 제1 스위치를 하이로 제어하고, 상기 제2 스위치를 로우로 제어하며, 상기 모터 과전류시 상기 제1 스위치를 로우로 제어하고, 상기 제2 스위치를 하이로 제어하며, 정상시 상기 제1 스위치를 하이로 제어하고, 상기 제2 스위치를 하이로 제어할 수 있고, 상기 과전압, 저전압, 또는 과전류 감지시, 소정의 지연 시간 이후 상기 스위치부를 제어할 수 있으며, 상기 전압 또는 전류 레벨에 따라 상기 지연 시간을 다르게 적용할 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: 배터리
200: 모터
310: 스위치부
311: 제1 스위치
312: 제2 스위치
320: 전압 측정부
330: 전류 측정부
340, 860: 제어부
800: 모터 보호 회로
810, 820, 830: 입력단
840, 850: 출력단

Claims (10)

  1. 모터 입력단에 연결되는 복수의 스위치를 포함하는 스위치부;
    배터리 입력단의 전압을 측정하는 전압 측정부;
    상기 모터 입력단의 전류를 측정하는 전류 측정부; 및
    상기 배터리 입력단의 전압 및 상기 모터 입력단의 전류에 따라 과전압, 저전압, 또는 과전류를 감지하여 상기 스위치부를 제어하는 제어부를 포함하는 모터 보호 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    서로 반대방향으로의 전류 흐름을 연결 또는 차단하는 두 개의 FET를 포함하는 모터 보호 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압 측정부는,
    상기 배터리 입력단의 입력전압 및 기준전압을 측정하는 모터 보호 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전류 측정부는,
    상기 모터 입력단의 전류를 전압으로 변환하여 측정하는 모터 보호 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압 측정부가 측정한 배터리 입력단의 입력전압을 제1 기준 전압과 비교하여 과전압을 판단하거나,
    상기 전압 측정부가 측정한 배터리 입력단의 입력전압을 제2 기준 전압과 비교하여 저전압을 판단하거나,
    상기 전류 측정부가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 제3 기준 전압과 비교하여 모터 과전류를 판단하거나,
    상기 전류 측정부가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 제4 기준 전압과 비교하여 단락을 판단하거나,
    상기 전류 측정부가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 상기 전압 측정부가 측정한 배터리 입력단의 기준전압과 비교하여 배터리 과전류를 판단하는 모터 보호 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전류 측정부가 측정한 상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압을 상기 전압 측정부가 측정한 배터리 입력단의 기준전압과 비교하여 배터리 과전류를 판단시,
    상기 모터 입력단의 전류에 따른 전압과 상기 배터리 입력단의 기준전압과의 차이가 임계치 이상일 때, 상기 배터리 과전류가 발생한 것으로 판단하는 모터 보호 회로.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    상기 배터리 입력단으로부터 상기 모터 입력단으로의 전류 흐름을 연결 또는 차단하는 제1 스위치; 및
    상기 모터 입력단으로부터 상기 배터리 입력단으로의 전류 흐름을 연결 또는 차단하는 제2 스위치를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 과전압시 상기 제1 스위치를 하이로 제어하고, 상기 제2 스위치를 로우로 제어하며,
    상기 저전압시 상기 제1 스위치를 로우로 제어하고, 상기 제2 스위치를 하이로 제어하며,
    상기 모터 과전류 또는 단락시, 과전압시 상기 제1 스위치를 하이로 제어하고, 상기 제2 스위치를 로우로 제어하며,
    상기 배터리 과전류시 상기 제1 스위치를 로우로 제어하고, 상기 제2 스위치를 하이로 제어하며,
    정상시 상기 제1 스위치를 하이로 제어하고, 상기 제2 스위치를 하이로 제어하는 모터 보호 회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과전압, 저전압, 또는 과전류 감지시, 소정의 지연 시간 이후 상기 스위치부를 제어하는 모터 보호 회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압 또는 전류 레벨에 따라 상기 지연 시간을 다르게 적용하는 모터 보호 회로.
  10. 배터리의 입력전압이 입력되는 제1 입력단;
    상기 배터리의 기준전압이 입력되는 제2 입력단;
    모터 입력단 전류 측정 전압이 입력되는 제3 입력단;
    상기 모터 입력단에 연결되는 제1 스위치의 게이트에 연결되는 제1 출력단;
    상기 모터 입력단에 연결되고, 상기 제1 스위치와 연결방향이 반대인 제2 스위치의 게이트에 연결되는 제2 출력단; 및
    상기 제1 입력단, 상기 제2 입력단, 또는 상기 제3 입력단으로부터 입력되는 전압을 이용하여 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 각각 제어하는 제어부를 포함하는 모터 보호 회로.
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