KR20220086991A - 모터 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법은 모터의 브레이크 모드시, 모터 회전속도의 제1 범위 구간에서 3상 통전을 수행하는 단계, 상기 모터 회전속도의 제2 범위 구간에서 2상 통전을 수행하는 단계, 상기 모터 회전속도의 제1 범위 구간에서 1상 통전을 수행하는 단계, 및 상기 모터 회전속도가 상기 제1 범위 구간 이하가 되면, 통전을 오프하는 단계를 포함한다.

Description

모터 제어 장치 및 그 방법{Motor Controller and method thereof}
본 발명은 모터 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 3상 절환 통전을 통해 모터 브레이크 모드를 수행하는 모터 제어 방법 및 모터 제어 장치에 관한 발명이다.
차량에 적용되는 시프트 바이 와이어 시스템(SBW)은 스위치 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor, SRM)이 적용되며, 마그넷 없이 동작한다. 마그넷 없는 모터의 특성상 급격한 정지를 위해서 모터의 회전을 제동하는 통전을 하여 모터를 정지시켜야 한다.
모터를 정지시키는 브레이크 모드에서 신속한 제어 또는 긴급상황 발생시 빠르고 효율적으로 모터를 정지시킬 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 3상 절환 통전을 통해 모터 브레이크 모드를 수행하는 모터 제어 방법 및 모터 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법은 모터의 브레이크 모드시, 모터 회전속도의 제1 범위 구간에서 3상 통전을 수행하는 단계; 상기 모터 회전속도의 제2 범위 구간에서 2상 통전을 수행하는 단계; 상기 모터 회전속도의 제1 범위 구간에서 1상 통전을 수행하는 단계; 및 상기 모터 회전속도가 상기 제1 범위 구간 이하가 되면, 통전을 오프하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제1 범위 구간은, 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도 및 3상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 3상 통전 유지 속도 이상으로 설정되고, 상기 제2 범위 구간은, 상기 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도, 상기 3상 통전 유지 속도 비율, 및 2상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 2상 통전 유지 속도 이상으로 설정되고, 상기 제3 범위 구간은, 상기 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도, 상기 3상 통전 유지 속도 비율, 상기 2상 통전 유지 속도 비율, 및 상기 1상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 1상 통전 유지 속도 이상으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 3상 통전 유지 속도 비율은 상기 2상 통전 유지 속도 비율보다 크고, 상기 2상 통전 유지 속도 비율은 상기 1상 통전 유지 속도 비율보다 클 수 있다.
또한, 상기 브레이크 모드는 일반 브레이크 모드 및 긴급 브레이크 모드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 긴급 브레이크 모드에서의 제1 범위 구간이 상기 일반 브레이크 모드에서의 제1 범위 구간보다 클 수 있다.
또한, 상기 긴급 브레이크 모드는, DC 전류 이상, 모터 전류 이상, PWM 고장, 기능 고장, 모터회전 이상, 및 상위 제어기의 신호수신 중 어느 하나를 감지하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 3상 통전시 3개의 MOSFET을 모두 통전하고, 상기 2상 통전시, 모터의 회전방향과 반대되는 역토크가 발생하는 2 개의 MOSFET을 통전하고, 상기 1상 통전시, 모터의 회전방향과 반대된 역토크가 발생하는 1 개의 MOSFET을 통전할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치는 모터가 3상으로 동작하도록 서로 다른 위상으로 동작하는 3개의 MOSFET을 포함하는 3상 브릿지부; 및 상기 3개의 MOSFET을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는, 모터의 브레이크 모드시, 모터 회전속도의 제1 범위 구간에서 3상 통전을 수행하고, 상기 모터 회전속도의 제2 범위 구간에서 2상 통전을 수행하고, 상기 모터 회전속도의 제1 범위 구간에서 1상 통전을 수행하며, 상기 모터 회전속도가 상기 제1 범위 구간 이하가 되면, 통전을 오프한다.
또한, 상기 제어부는, 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도 및 3상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 3상 통전 유지 속도 이상으로 상기 제1 범위 구간을 설정되고, 상기 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도, 상기 3상 통전 유지 속도 비율, 및 2상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 2상 통전 유지 속도 이상으로 상기 제2 범위 구간을 설정하고, 상기 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도, 상기 3상 통전 유지 속도 비율, 상기 2상 통전 유지 속도 비율, 및 상기 1상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 1상 통전 유지 속도 이상으로 상기 제3 범위 구간을 설정할 수 있다.
또한, 상기 브레이크 모드는 일반 브레이크 모드 및 긴급 브레이크 모드를 포함하고, 상기 긴급 브레이크 모드에서의 제1 범위 구간이 상기 일반 브레이크 모드에서의 제1 범위 구간보다 클 수 있다.
또한, 상기 제어부는, DC 전류 이상, 모터 전류 이상, PWM 고장, 기능 고장, 모터회전 이상, 및 상위 제어기의 신호수신 중 어느 하나를 감지하여 긴급 브레이크 모드를 수행할 수 있다.
또한, 모터 위치를 측정하는 제1 센서 및 제2 센서를 포함하는 모터위치측정부; 상기 제어부로부터 제어신호를 수신하여 상기 3상 브릿지부에 PWM 신호를 출력하는 모터구동부; 상기 제어부에 전원을 공급하고, 상기 제1 센서로부터 제1 모터 회전위치 신호를 수신하여 상기 제어부로 전달하는 전원공급부; 및 상기 모터로 공급되는 전압을 차단하거나 과전류를 검출하는 입력단보호부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제2 센서로부터 제2 모터 회전위치 신호를 수신하여 상기 전원공급부로부터 수신하는 제1 모터 회전위치 신호와의 비교를 통해 기능 고장을 판단하거나, 상기 입력단보호부로부터 DC 전류 이상을 감지하거나, 상기 3개의 MOSFET으로부터 모터 전류 이상을 감지하거나, 상기 모터구동부로부터 PWM 고장을 감지하거나, 상기 전원공급부로부터 모터회전이상을 감지하는 경우, 긴급 브레이크모드를 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 빠르고 효율적으로 모터를 제동시킬 수 있다. 또한, 기존 방식의 2상 고정 통전에 비하여 전체 소모 전류가 작아 소자의 데미지와 손실을 줄일 수 있고, 정지 시간이 기존 2상 고정 통전에 비하여 작기 때문에 긴급 제동 또는 응답 특성을 높이기에 적합하다. 나아가, 기능안전의 안전상태에 효과적으로 진입 가능하며 ASIL-B 이상을 만족 할 수 있는 안전 메카니즘(Safety Mechanism) 기술 구현이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 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 제어 장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치(100)는 3상 브릿지부(110) 및 제어부(120)로 구성되고, 모터위치측정부(130), 모터구동부(140), 전원공급부(150), 입력단보호부(160)를 포함할 수 있고, 모터(200) 또는 외부와 신호를 송수신하는 커넥터(미도시)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치(100)는 모터(200)를 구동하거나 제동하며, 시프트 바이 와이어 시스템(이하 SBW)을 형성하는 모터 제어 장치일 수 있다. SBW는 스위치 릴럭턴스 모터(Switched Reluctance Motor, 이하 SRM)와 SBW 컨트롤 유닛(SBW Control Unit, SCU)로 구성되고, SRM와 SCU는 일체형으로 구성될 수 있다. SRM와 SCU는 독립적으로 구성될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치(100)는 SBW를 구성하는 SCU로 동작할 수 있다.
SBW는 도 2와 같이 구성될 수 있다. SRM(20)과 이를 제어하는 SCU(10)로 구성될 수 있다. SCU(10)는 SRM(20)를 통전하는 3 개의 FET(11)로 구성되며, 3 개의 FET는 서로 다른 위상(U,V,W))으로 동작하는 3 상 브릿지로 구성될 수 있다. SCU(10)는 배터리 전원(30)을 공급받아 SRM(20)에 입력하는데, 이때, SRM(20) 또는 내부 구성들을 보호하기 위하여, 전압의 이상 또는 과전류가 발생시 이를 차단하는 보호 IC(Protection, 13)을 포함할 수 있다. 입력되는 전원에 의해 SRM(20) 구동하는데, 3 개의 FET(11)의 통전에 따라 구동될 수 있다. 이때, 3 개의 FET(11)의 통전에 따라 흐르는 모터 전류를 센싱(14)하여 고장여부들을 판단하는데 이용할 수 있다. 또한, SRM(20)의 위치를 측정하는 위치측정센서(12)를 포함할 수 있다. 위치측정센서(12)는 듀얼 다이(Dual Die)로 형성되는 두 개의 MR 센서로 구성될 수 있고, 각각의 위치 정보를 이용하여 안정성을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 장치(100)의 3상 브릿지부(110)는 모터가 3상으로 동작하도록 서로 다른 위상으로 동작하는 3개의 MOSFET을 포함하고, 제어부(120)는 3 개의 MOSFET을 제어한다.
3 개의 MOSFET은 서로 다른 위상(U상, V상, W상)으로 온오프되어 모터(200)가 회전할 수 있는 토크를 형성함으로써 모터(200)를 구동시킨다. 모터(200)를 제동하는 브레이크 모드에서는 모터(200)가 회전하고 있는 방향의 역방향으로 역토크가 발생하도록 3 개의 MOSFET이 온오프되어 모터 브레이크 모드를 수행한다.
제어부(120)는 3 개의 MOSFET의 통전을 제어함으로써 모터(200)를 구동시키거나 제동시킬 수 있다. 제어부(120)는 모터의 브레이크 모드시, 효율적이고 빠른 제동을 위하여, 모터 회전속도의 제1 범위 구간에서 3상 통전을 수행하고, 상기 모터 회전속도의 제2 범위 구간에서 2상 통전을 수행하고, 상기 모터 회전속도의 제1 범위 구간에서 1상 통전을 수행하며, 상기 모터 회전속도가 상기 제1 범위 구간 이하가 되면, 통전을 오프할 수 있다. 모터 브레이크 모드를 수행시, 먼저 3상 통전으로 모터 회전 속도를 줄이고, 모터 회전 속도가 일정 속도 이하가 되면, 2상 통전을 통해 모터 회전 속도를 줄이며, 모터 회전 속도가 일정 속도 이하가 되면, 1상 통전을 통해 모터 회전 속도를 줄이며, 최종적으로 모터가 멈추거나 모터 회전속도가 일정 속도 이하가 되면 통전을 오프한다. 3상-2상-1상의 절환 통전을 통해 브레이크 모드를 수행함으로써 효율적이고 빠른 제동이 가능하다.
제어부(120)는 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도 및 3상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 3상 통전 유지 속도 이상으로 상기 제1 범위 구간을 설정하고, 상기 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도, 상기 3상 통전 유지 속도 비율, 및 2상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 2상 통전 유지 속도 이상으로 상기 제2 범위 구간을 설정하고, 상기 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도, 상기 3상 통전 유지 속도 비율, 상기 2상 통전 유지 속도 비율, 및 상기 1상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 1상 통전 유지 속도 이상으로 상기 제3 범위 구간을 설정할 수 있다. 제1 범위 구간, 제2 범위 구간, 및 제3 범위 구간은 각각 절환 여부 또는 통전 오프를 판단하기 위한 유지 속도를 이용하여 설정된다.
도 3과 같이, 모터 구동(301) 중에 모터 브레이크 신호(302)를 입력받거나 고장이나 이상발생에 따른 모터 브레이크 모드 동작이 필요한 경우, 먼저, 3상 통전 즉 U, V, W 3상 MOSFET을 모두 통전시킨다. PC는 Phase Commutation으로 통전을 의미한다. 3상 통전을 통해 모터 회전 속도를 줄이는데, 3상 통전을 수행하는 제1 범위 구간은 3상 통전 유지 속도를 이용하여 설정된다. 제1 범위 구간, 즉 모터 회전 속도가 3상 통전 유지 속도 이하가 되기 전까지 3상 통전을 유지한다. 제1 범위 구간을 설정하는 3상 통전 유지 속도는 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도 및 3상 통전 유지 속도 비율로부터 산출된다. 3상 통전 유지 속도 비율은 브레이크 모드 수행시 모터 회전속도를 브레이크 모드 시작시의 속도와 정지시의 0의 속도로 낮추는 과정에서 모터 회전속도가 어느 속도까지 낮아질 때까지 3상 통전을 유지할지를 설정하는 비율을 의미한다.
3상 통전을 통해 모터 회전속도가 제1 범위 구간, 즉 3상 통전 유지 속도 이하가 되면, 2상 통전을 수행한다. 2상 통전시, 모터의 회전방향과 반대되는 역토크가 발생하는 2 개의 MOSFET을 통전할 수 있다. 이때, U-V, V-W, 또는 U-W의 MOSFET을 통전시킬 수 있다. 2상 통전을 통해 모터 회전 속도를 줄이는데, 2상 통전을 수행하는 제2 범위 구간은 2상 통전 유지 속도를 이용하여 설정된다. 2상 통전을 수행한 이후, 제2 범위 구간, 즉 모터 회전 속도가 2상 통전 유지 속도 이하가 되기 전까지 2상 통전을 유지한다. 제2 범위 구간을 설정하는 2상 통전 유지 속도는 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도, 3상 통전 유지 속도 비율, 및 2상 통전 유지 속도 비율로부터 산출된다. 2상 통전 유지 속도 비율은 브레이크 모드 수행시 모터 회전속도를 브레이크 모드 시작시의 속도와 정지시의 0의 속도로 낮추는 과정에서 모터 회전속도가 어느 속도까지 낮아질 때까지 2상 통전을 유지할지를 설정하는 비율을 의미한다.
2상 통전 중에 모터 회전속도가 비이상적으로 높아지는 경우, 3상 통전에서 2상 통전으로 절환된 이후에는 다시 3상 통전으로 절환하지 않고 2상 통전을 유지할 수 있다. 또는, 3상 통전을 이용하여 모터를 제동하기 위하여, 다시 3상 통전으로 절환할 수 있다. 이때, 3상 통전으로 절환하는 속도는 3상 통전 유지 속도를 이용할 수 있다. 즉, 모터 회전속도가 3상 통전 유지 속도보다 높아지면 3상 통전으로 절환할 수 있다. 또는, 2상 통전에서 3상 통전으로 절환되는 경우에는 3상 통전 유지 속도보다 높은 속도를 적용할 수도 있다. 예를 들어, 3상 통전 유지 속도에 마진값을 더하거나, 일정 비율로 속도를 높여 해당 속도보다 높아지는 경우, 3상 통전으로 절환할 수 있다.
2상 통전을 통해 모터 회전속도가 제2 범위 구간, 즉 2상 통전 유지 속도 이하가 되면, 1상 통전을 수행한다. 1상 통전시, 모터의 회전방향과 반대되는 역토크가 발생하는 1 개의 MOSFET을 통전할 수 있다. 이때, U, V, 또는 W의 MOSFET 중 하나의 MOSFET을 통전시킬 수 있다. 1상 통전을 통해 모터 회전 속도를 줄이는데, 1상 통전을 수행하는 제3 범위 구간은 1상 통전 유지 속도를 이용하여 설정된다. 1상 통전을 수행한 이후, 제3 범위 구간, 즉 모터 회전 속도가 1상 통전 유지 속도 이하가 되기 전까지 1상 통전을 유지한다. 제3 범위 구간을 설정하는 1상 통전 유지 속도는 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도, 3상 통전 유지 속도 비율, 2상 통전 유지 속도 비율, 및 1상 통전 유지 속도 비율로부터 산출된다. 1상 통전 유지 속도 비율은 브레이크 모드 수행시 모터 회전속도를 브레이크 모드 시작시의 속도와 정지시의 0의 속도로 낮추는 과정에서 모터 회전속도가 어느 속도까지 낮아질 때까지 1상 통전을 유지할지를 설정하는 비율을 의미한다.
1상 통전 중에 모터 회전속도가 비이상적으로 높아지는 경우, 2상 통전에서 1상 통전으로 절환된 이후에는 다시 2상 통전으로 절환하지 않고 1상 통전을 유지할 수 있다. 또는, 2상 통전을 이용하여 모터를 제동하기 위하여, 다시 2상 통전으로 절환할 수 있다. 이때, 2상 통전으로 절환하는 속도는 2상 통전 유지 속도를 이용할 수 있다. 즉, 모터 회전속도가 2상 통전 유지 속도보다 높아지면 2상 통전으로 절환할 수 있다. 또는, 1상 통전에서 2상 통전으로 절환되는 경우에는 2상 통전 유지 속도보다 높은 속도를 적용할 수도 있다. 예를 들어, 2상 통전 유지 속도에 마진값을 더하거나, 일정 비율로 속도를 높여 해당 속도보다 높아지는 경우, 2상 통전으로 절환할 수 있다.
3상 통전 유지 속도 비율, 2상 통전 유지 속도 비율, 및 1상 통전 유지 속도 비율은 사용자에 의해 설정되거나, 브레이크 모드의 종류 또는 브레이크 모드 시작시의 모토 회전속도에 따라 달라질 수 있다.
3상 통전 유지 속도 비율은 2상 통전 유지 속도 비율보다 크고, 2상 통전 유지 속도 비율은 1상 통전 유지 속도 비율보다 크게 설정할 수 있다. 3상 통전이 2상 통전에 비해 전류 소모는 크나 제동에 효과적이고, 2상 통전 역시 1상 통전에 비해 전류 소모는 크가 제동에 효과적이다. 따라서, 효율적이고 빠른 제동을 위하여 상 통전 유지 속도 비율은 2상 통전 유지 속도 비율보다 크고, 2상 통전 유지 속도 비율은 1상 통전 유지 속도 비율보다 크게 설정할 수 있다. 또는, 사용자의 설정 또는 환경 요인등에 따라 동일 비율 내지, 3상 통전 유지 속도 비율은 2상 통전 유지 속도 비율보다 작고, 2상 통전 유지 속도 비율은 1상 통전 유지 속도 비율보다 작게 설정할 수도 있다.
예를 들어, 3상 통전 유지 속도 비율은 70 내지 30 % 사이로 설정될 수 있고, 2상 통전 유지 속도 비율은 50 내지 20 %, 1상 통전 유지 속도 비율은 30 내지 0 %로 설정될 수 있다. 1상 통전 유지 비율이 0% 로 설정되는 경우, 3상 통전 및 2상 통전으로 모터를 정지시키는 것을 의미할 수 있다. 3상 통전 유지 속도 비율, 2상 통전 유지 속도 비율, 및 1상 통전 유지 속도 비율의 합은 100 %일 수 있고, 100 % 미만일 수도 있다. 합이 100 %인 경우, 모터가 정지할 때까지 통전을 유지하는 것을 의미하고, 100 % 미만인 경우, 모터가 일정 속도 이하가 되면 정지하기 전이라도 통전을 오프할 수도 있다. 즉, 모터의 회전속도가 안전한 속도 이하가 되면 통전을 오프할 수 있다.
3상 통전 유지 속도, 2상 통전 유지 속도, 1상 통전 유지 속도는 다음과 같이 산출될 수 있다.
3상 통전 유지 속도 = (100 % - 3상 통전 유지 속도 비율) x 모터 회전 속도
2상 통전 유지 속도 = (100 % - (3상 통전 유지 속도 비율 + 2상 통전 유지 속도 비율)) x 모터 회전 속도
1상 통전 유지 속도 = (100 % - (3상 통전 유지 속도 비율 + 2상 통전 유지 속도 비율 + 1상 통전 유지 속도 비율)) x 모터 회전 속도
예를 들어, 모터 회전속도가 1000 rpm이고, 3상 통전 유지 속도 비율이 50 %, 2상 통전 유지 속도 비율이 30 %, 및 1상 통전 유지 속도 비율이 20 % 이면, 3상 통전 유지 속도, 2상 통전 유지 속도, 1상 통전 유지 속도는 다음과 같이 산출될 수 있다.
3상 통전 유지 속도 = (100 % - 50 %) x 1000 rpm = 500 rpm
2상 통전 유지 속도 = (100 % - (50 + 30) %) x 1000 rpm = 200 rpm
2상 통전 유지 속도 = (100 % - (50 + 30 + 20) %) x 1000 rpm = 0 rpm
이와 같이, 브레이크 모드를 수행하는 경우, 도 4와 같이, 3-2-1 절환 통전과 같이, 1000 rpm 에서 시작하여 500 rpm 까지 3상 통전이 수행되고, 500 내지 200 rpm 에서는 2상 통전이 수행되며, 200 내지 0 rpm 에서는 1상 통전이 수행되어 모터가 정지한다. 이후에는 통전이 오프된다. 2상 통전이 고정되는 2상고정통전에 비해 3-2-1 절환통전시 보다 전체 소모 전류가 작아지는 것을 알 수 있다. 도 4에서 2상고정통전시 1.62 Coulomb인 반면 3-2-1 절환통전시 1.22 Coulomb로 작아져 소자의 데미지와 손실을 줄일 수 있다. 또한, 아래 그래프와 같이, 정지까지의 시간이 짧아져 빠르게 모터가 정지가 가능하여 긴급 제동 또는 응답 특성을 높일 수 있다.
상기 브레이크 모드는 일반 브레이크 모드 및 긴급 브레이크 모드를 포함할 수 있다. 정상적인 일반 상황에서 모터를 제동하는 일반 브레이크 모드에 비해 비상상황 등에서 긴급하게 모터를 제동해야 하는 긴급 브레이크 모드를 다르게 설정할 수 있다. 긴급 브레이크 모드에서의 제1 범위 구간이 상기 일반 브레이크 모드에서의 제1 범위 구간보다 크게 설정할 수 있다.
일반 브레이크 모드에서 각 유지 속도 비율을 다음과 같이 설정할 수 있다.
3상 통전 유지 속도 비율: 50 ± 5 %
2상 통전 유지 속도 비율: 30 ± 5 %
1상 통전 유지 속도 비율: 20 ± 5 %
긴급 브레이크 모드에서는 일반 브레이크 모드에서보다 3상 통상 유지 속도 비율을 크게 설정할 수 있고, 그에 따라 각 유지 속도 비율을 다음과 같이 설정할 수 있다.
3상 통전 유지 속도 비율: 70 ± 5 %
2상 통전 유지 속도 비율: 20 ± 5 %
1상 통전 유지 속도 비율: 10 ± 5 %
제어부(120)는 DC 전류 이상, 모터 전류 이상, PWM 고장, 기능 고장, 모터회전 이상, 및 상위 제어기의 신호수신 중 어느 하나를 감지하여 긴급 브레이크 모드를 수행할 수 있다. 제어부(120)는 긴급 브레이크 모드를 수행할 경우를 모니터링하고, 해당 상황이 감지되면 긴급 브레이크 모드를 수행할 수 있다.
긴급 브레이크 모드를 수행할지 여부를 모니터링함에 있어서 빠른 감지를 위하여 제어부(120) 이외에 다른 구성들을 이용하여 모니터링을 수행할 수 있다.
도 5와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 장치(100)는 모터위치측정부(130), 모터구동부(140), 전원공급부(150), 입력단보호부(160)를 포함할 수 있다.
모터위치측정부(130)는 모터(200) 위치를 측정하는 제1 센서(132) 및 제2 센서(131)를 포함한다. 제1 센서(132)와 제2 센서(131)는 Dual Die의 MR 센서로 구현될 수 있다.
모터구동부(140)는 제어부(120)로부터 제어신호를 수신하여 3상 브릿지부(110)에 PWM 신호를 출력한다. 모터구동부(140)는 자체 진단이 가능한 Motor Driver일 수 있고, 3상 브릿지부(110)의 각 MOSFET의 게이트 신호에 PWM 신호를 출력하는 역할을 하며, PWM 신호의 이상 여부를 바로 감지할 수 있다.
전원공급부(150)는 배터리 전원(300) 및 이그니션(Ignition, 500)을 입력받아 제어부(120)에 전원을 공급하고, 제1 센서(132)로부터 제1 모터 회전위치 신호를 수신하여 제어부(120)로 전달할 수 있다. 전원공급부(150)는 Micom, MR 센서를 모니터링할 수 있고, 자체 고장을 진단할 수 있는 Power Supply IC로 구성될 수 있다. 전원공급부(150)는 제1 센서(132)로부터 제1 모터 회전위치 신호를 수신하여 제1 모터 회전 수를 모니터링할 수 있고, 모터회전 이상을 빠르게 감지할 수 있다.
입력단보호부(160)는 모터(200)로 공급되는 전압을 차단하거나 과전류를 검출할 수 있다. 입력단보호부(160)는 모터로 공급되는 배터리 전압을 차단할 수 있으며 자체 과전류를 검출 할 수 있는 Protection IC 로 구성될 수 있다. 입력단보호부(160)는 배터리 전원(300)을 모터(200)에 입력하는 입력단에 위치하여 DC 전류를 모니터링하여 DC 전류 이상을 바로 감지할 수 있다.
또한, 3상 브릿지부(110)에는 모터 전류가 흐르는 바, 모터 전류를 모니터링하여 모터 전류 이상을 바로 감지할 수 있다.
제어부(120)는 제2 센서(131)로부터 제2 모터 회전위치 신호를 수신하여 전원공급부(150)로부터 수신하는 제1 모터 회전위치 신호와의 비교를 통해 기능 고장을 판단할 수 있다. 제어부(120)는 입력단보호부(160)로부터 DC 전류 이상을 감지하거나, 3개의 MOSFET의 3상 브릿지부(110)로부터 모터 전류 이상을 감지하거나, 모터구동부(140)로부터 PWM 고장을 감지하거나, 전원공급부(150)로부터 모터회전이상을 감지하는 경우, 긴급 브레이크모드를 수행할 수 있다. 또는 상위 제어기로부터 긴급 브레이크 진입 신호를 수신하는 경우, 긴급 브레이크 모드를 수행할 수 있다.
도 6과 같이, 변속 신호를 수신(501)하면, 변속을 위하여 모터를 구동(502)한다. 모터를 구동하는 동안 DC 전류 이상 모니터링(503), 모터 전류 이상 모니터링(504), PWM 고장 모니터링(505), 기능 고장 모니터링(506), 모터회전 이상 또는Micom 고장 모니터링(507)을 수행한다. 이때, 이상이 감지되지 않으면, 변속 위치 도달 신호를 수신(508)하면, 모터를 해당 위치에 멈추도록 일반 브레이크 모드를 수행(509)한다. 3-2-1 절환 통전을 수행하고, 모터가 정지하면 통전을 오프(510)한다. 모니터링 과정에서 이상이 감지되면 긴급 브레이크 모드를 수행(511)한다. 3-2-1 절환 통전을 수행하는데, 이때, 일반 브레이크 모드보다 3상 통전 유지 속도 비율을 크게 설정하여 절환 통전을 수행한다. 모터가 정지하면 통전을 오프(510)한다. 모니터링 과정에서 이상이 감지되지 않더라도 상위 제어기로부터 브레이크 모드 진입 신호를 수신(512)하면 긴급 브레이크 모드를 수행(511)한다. 3-2-1 절환 통전을 수행하는데, 이때 역시, 일반 브레이크 모드보다 3상 통전 유지 속도 비율을 크게 설정하여 절환 통전을 수행한다. 모터가 정지하면 통전을 오프(510)한다.
각 구성에서의 감지 및 두 개의 센서의 모터 회전위치 신호의 비교를 통해 안전운전을 위한 자체 진단이 가능하다. 이를 통해 기능안전의 안전상태에 효과적으로 진입가능하며 ASIL-B 이상을 만족하는 안전 메카니즘(Safety Mechanism)을 구현할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법의 흐름도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 6의 모터 제어 장치에 대한 상세한 설명에 대응하는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법은 브레이크 모드시 모터를 제동함에 있어서, 하기의 단계를 수행한다.
S11 단계에서 모터의 브레이크 모드시, 모터 회전속도의 제1 범위 구간에서 3상 통전을 수행한다. 3상 통전시, 3개의 MOSFET을 모두 통전하고, 상기 제1 범위 구간은, 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도 및 3상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 3상 통전 유지 속도 이상으로 설정될 수 있다.
이후, 모터 회전속도가 상기 제1 범위 구간 이하가 되면, S12 단계에서 상기 모터 회전속도의 제2 범위 구간에서 2상 통전을 수행한다. 2상 통전시, 모터의 회전방향과 반대되는 역토크가 발생하는 2 개의 MOSFET을 통전하고, 상기 제2 범위 구간은, 상기 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도, 상기 3상 통전 유지 속도 비율, 및 2상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 2상 통전 유지 속도 이상으로 설정될 수 있다.
이후, 모터 회전속도가 상기 제2 범위 구간 이하가 되면, S13 단계에서 상기 모터 회전속도의 제1 범위 구간에서 1상 통전을 수행한다. 1상 통전시, 모터의 회전방향과 반대된 역토크가 발생하는 1 개의 MOSFET을 통전하고, 상기 제3 범위 구간은, 상기 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도, 상기 3상 통전 유지 속도 비율, 상기 2상 통전 유지 속도 비율, 및 상기 1상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 1상 통전 유지 속도 이상으로 설정될 수 있다.
이후, 모터 회전속도가 상기 제1 범위 구간 이하가 되면, S14 단계에서 통전을 오프한다.
상기 3상 통전 유지 속도 비율은 상기 2상 통전 유지 속도 비율보다 크고, 상기 2상 통전 유지 속도 비율은 상기 1상 통전 유지 속도 비율보다 클 수 있다.
상기 브레이크 모드는 일반 브레이크 모드 및 긴급 브레이크 모드를 포함할 수 있고, 긴급 브레이크 모드는 일반 브레이크 모드보다 빠른 제동이 필요한바, 상기 긴급 브레이크 모드에서의 제1 범위 구간이 상기 일반 브레이크 모드에서의 제1 범위 구간보다 클 수 있다.
상기 긴급 브레이크 모드는, DC 전류 이상, 모터 전류 이상, PWM 고장, 기능 고장, 모터회전 이상, 및 상위 제어기의 신호수신 중 어느 하나를 감지하여 수행될 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.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 모터 제어 장치
110: 3상 브릿지부
120: 제어부
130: 모터위치측정부
140: 모터구동부
150: 전원공급부
160: 입력단보호부
200: 모터
300: 배터리 전원

Claims (12)

  1. 모터의 브레이크 모드시, 모터 회전속도의 제1 범위 구간에서 3상 통전을 수행하는 단계;
    상기 모터 회전속도의 제2 범위 구간에서 2상 통전을 수행하는 단계;
    상기 모터 회전속도의 제3 범위 구간에서 1상 통전을 수행하는 단계; 및
    상기 모터 회전속도가 상기 제3 범위 구간 이하가 되면, 통전을 오프하는 단계를 포함하는 모터 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 범위 구간은,
    브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도 및 3상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 3상 통전 유지 속도 이상으로 설정되고,
    상기 제2 범위 구간은,
    상기 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도, 상기 3상 통전 유지 속도 비율, 및 2상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 2상 통전 유지 속도 이상으로 설정되고,
    상기 제3 범위 구간은,
    상기 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도, 상기 3상 통전 유지 속도 비율, 상기 2상 통전 유지 속도 비율, 및 상기 1상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 1상 통전 유지 속도 이상으로 설정되는 모터 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 3상 통전 유지 속도 비율은 상기 2상 통전 유지 속도 비율보다 크고, 상기 2상 통전 유지 속도 비율은 상기 1상 통전 유지 속도 비율보다 큰 모터 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 브레이크 모드는 일반 브레이크 모드 및 긴급 브레이크 모드를 포함하는 모터 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 긴급 브레이크 모드에서의 제1 범위 구간이 상기 일반 브레이크 모드에서의 제1 범위 구간보다 큰 모터 제어 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 긴급 브레이크 모드는,
    DC 전류 이상, 모터 전류 이상, PWM 고장, 기능 고장, 모터회전 이상, 및 상위 제어기의 신호수신 중 어느 하나를 감지하여 수행되는 모터 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 3상 통전시 3개의 MOSFET을 모두 통전하고,
    상기 2상 통전시, 모터의 회전방향과 반대되는 역토크가 발생하는 2 개의 MOSFET을 통전하고,
    상기 1상 통전시, 모터의 회전방향과 반대된 역토크가 발생하는 1 개의 MOSFET을 통전하는 모터 제어 방법.
  8. 모터가 3상으로 동작하도록 서로 다른 위상으로 동작하는 3개의 MOSFET을 포함하는 3상 브릿지부; 및
    상기 3개의 MOSFET을 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    모터의 브레이크 모드시, 모터 회전속도의 제1 범위 구간에서 3상 통전을 수행하고, 상기 모터 회전속도의 제2 범위 구간에서 2상 통전을 수행하고, 상기 모터 회전속도의 제3 범위 구간에서 1상 통전을 수행하며, 상기 모터 회전속도가 상기 제3 범위 구간 이하면, 통전을 오프하는 모터 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도 및 3상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 3상 통전 유지 속도 이상으로 상기 제1 범위 구간을 설정하고,
    상기 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도, 상기 3상 통전 유지 속도 비율, 및 2상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 2상 통전 유지 속도 이상으로 상기 제2 범위 구간을 설정하고,
    상기 브레이크 모드 시작시의 모터 회전속도, 상기 3상 통전 유지 속도 비율, 상기 2상 통전 유지 속도 비율, 및 상기 1상 통전 유지 속도 비율로부터 산출되는 1상 통전 유지 속도 이상으로 상기 제3 범위 구간을 설정하는 모터 제어 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 브레이크 모드는 일반 브레이크 모드 및 긴급 브레이크 모드를 포함하고,
    상기 긴급 브레이크 모드에서의 제1 범위 구간이 상기 일반 브레이크 모드에서의 제1 범위 구간보다 큰 모터 제어 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    DC 전류 이상, 모터 전류 이상, PWM 고장, 기능 고장, 모터회전 이상, 및 상위 제어기의 신호수신 중 어느 하나를 감지하여 긴급 브레이크 모드를 수행하는 모터 제어 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    모터 위치를 측정하는 제1 센서 및 제2 센서를 포함하는 모터위치측정부;
    상기 제어부로부터 제어신호를 수신하여 상기 3상 브릿지부에 PWM 신호를 출력하는 모터구동부;
    상기 제어부에 전원을 공급하고, 상기 제1 센서로부터 제1 모터 회전위치 신호를 수신하여 상기 제어부로 전달하는 전원공급부; 및
    상기 모터로 공급되는 전압을 차단하거나 과전류를 검출하는 입력단보호부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제2 센서로부터 제2 모터 회전위치 신호를 수신하여 상기 전원공급부로부터 수신하는 제1 모터 회전위치 신호와의 비교를 통해 기능 고장을 판단하거나, 상기 입력단보호부로부터 DC 전류 이상을 감지하거나, 상기 3개의 MOSFET으로부터 모터 전류 이상을 감지하거나, 상기 모터구동부로부터 PWM 고장을 감지하거나, 상기 전원공급부로부터 모터회전이상을 감지하는 경우, 긴급 브레이크모드를 수행하는 모터 제어 장치.
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