KR100612168B1 - 전류 제어기의 밸런싱 방법 - Google Patents

Abstract

전류 조정기(11, 12; 11, 17)의 조정을 위한 방법은 측정에 의해 결정된 실제치의 전류를 목표치로 조정하는 방법이다. 기술된 방법에서 전류를 조정하기 위해 사용된 실제치와 전류의 실제 크기 사이의 변동을 고려하여 조정이 실현된다.

Description

전류 제어기의 밸런싱 방법{METHOD FOR BALANCING A CURRENT CONTROLLER}

본 발명은 특허 청구항 1의 주 개념에 따른 방법 즉, 전류 제어기의 밸런싱을 위한 방법에 관한 것으로, 측정에 의해 결정된 실제치의 전류를 목표치로 조정하는 방법에 관한 것이다.

이러한 방법이 예를 들면 DE 37 27 122 C2에 나타나 있다. 이것은 내연 기관의 공전 액튜에이터(idle actuator)와 같은 액튜에이터에 특정한 양의 전류가 흐르도록 하는 제어 장치에 관한 것이다. 이 전류의 양은 제어 장치 내의 전류 제어기에 의해 결정된다. 측정 레지스터를 사용하여 결정되는 실제치의 고려 하에, 전류 제어기가 전류를 계속 조정하여 그 크기가 특정 요구치와 일치되도록 한다. 그렇지만 이렇게 조정된 전류는 특히 측정 레지스터의 저항값의 변동으로 인해 전류의 요구치로부터 종종 변동하게 된다. 이러한 변동을 막기 위해, 전류 제어기의 밸런싱이 실행된다. 이를 위하여, 제어 장치에 밸런싱 컴퓨터가 연결되고, 밸런싱 컴퓨터는 제어 장치에 전류에 대한 요구치를 입력하며, 요구치 및 그에 대응하여 실제로 조정될 전류의 크기 사이의 변동(deviation)을 결정한다. 전류의 실제 크기는 액튜에이터를 대신한 표준 측정 레지스터(calibrated measurement resistor) 상의 전압 강하로부터 결정된다. 밸런싱 컴퓨터에 의해 결정된 변동은 제어 장치에 주어져 교정 인자(corrective factor) 형태로 저장된다. 이 제어 장치의 통상 구동시에는, 전류 제어기에 공급되는 요구치가 사용 전에 교정 인자와 곱해진다.

이러한 전류 제어기 밸런싱은 경험상 항상 원하는 결과를 가져오지는 않는다. 즉, 상기와 같이 밸런싱되는 전류 제어기를 사용할 때, 때로는 전류의 요구치와 실제치 사이에 더 이상 허용될 수 없는 오차가 발생할 수 있다. 특히 상술한 밸런싱 컴퓨터의 제공으로 인해, 밸런싱이 복잡하고 에러 발생이 가능한 것임을 간과하게 된다.

본 발명은 청구항 1의 주 개념에 따른 방법을 제시하는 것으로서, 간편하고 가능한 한 정확하게 전류 제어기 밸런싱을 성취할 수 있는 것을 목적으로 한다.

상기 목적은 상술한 방식의 청구항 1의 특징으로 해결된다.

이를 위해, 전류를 조정하기 위해 사용된 실제치와 전류의 실제 크기 사이의 변동을 고려하여 전류 제어기의 밸런싱을 실현하는 것을 제시한다.

전류 조정을 위해 적용되는 요구치와 전류의 실제 크기 사이의 변동은 통상적으로 이 전류의 실제 크기가 요구치와 일치하지 않는다는 것(보다 구체적으로는, 전류 제어기의 구동이 실제 조건에 상응하지 않는다는 것)의 근거가 된다. 전류 제어기를 밸런싱할 때에 이러한 변동을 즉각적이고 본질상 배타적으로 고려함으로써 적정한 밸런싱이 가능해진다. 종전과 달리, 전류의 잘못된 조정을 일으킬 수 있는 외부 환경에 의해 밸런싱이 영향을 받지 않는다. 특히, 공급 전압의 일시적인 피크, 전류 제어기의 실제 알고리즘 및/또는 전류가 흐르는 부하의 크기에 의해 밸런싱이 영향을 받지 않는다.

또한, 본 발명은 간단하게 밸런싱을 실현하는 것을 목표로 한다. 여기서 중요한 것은, 이는 서로 전환되는 값들의 절대치에 의한 것이 아니고, 이들 두 값 사이의 변동에 의한 것이라는 점이다.

본 발명은 간단하게 신뢰성있고 정확한 전류 제어기의 밸런싱을 가능하게 하는 방법을 제시한다.

본 발명의 유리한 특징은 하부항에 관련된다.

본 발명의 실시예는 다음과 같이 도면에 상세히 설명된다.

고려될 실시예에서와 같이 밸런싱되는 전류 제어기는 자동차 제어 장치의 일부이다. 전류 제어기에 의해 출력되는 전류는 클록된(clocked) 직류일 수 있다. 전류가 흐르는 전기 부하는 고려될 실시예에서 액튜에이터일 수 있다. 본 발명은 물론 여기에 국한되지 않는다. 본 발명은 어떠한 목적의 어떠한 장비의 어떠한 작동을 하는 전류 제어기를 밸런싱하는 데에도 적합하다.

먼저 도 1에 도시된 구조와 그 밸런싱을 설명한다.

밸런싱될 전류 제어기를 포함하는 제어 장치는 도 1에 도면 번호 1로 나타나며, 마이콤(11), 트랜지스터(12), 측정 회로(13), 차동 증폭기(14), 레지스터와 콘덴서로 이루어지는 로우패스 필터(LPF)(15)로 이루어진다. 마이콤(11)과 트랜지스터(12)는 상호 작용시에 함께 전류 제어기를 정의한다.

전류 제어기에 의해 제어되는 전류가 흐르는 액튜에이터는 도 1에 나타난 구성의 통상 작동시에 제어 장치(1)의 단자(16)를 통해 제어 장치(1)에 연결된다. 여기서 전류 제어기의 밸런싱시에는 액튜에이터가 제어 장치(1)와 연결되지 않으며, 이 때문에 액튜에이터가 도 1에 도시되어 있지 않다.

밸런싱시에는 액튜에이터 대신에 측정 회로(2)가 제어 장치(1)에 연결되며, 측정 회로(2)는 저항 부하 레지스터(ohmic load resistor)(21) 및 측정 레지스터(22)와 전압테스터(23)를 포함하는 전류 센서로 이루어진다.

액튜에이터 또는 측정 회로(2)를 흐르는 전류의 크기는 트랜지스터(12) 또는 트랜지스터(12)의 베이스에 인가되는 제어 신호로 결정된다. 이러한 제어 신호는 마이콤(11)의 출력 단자로부터 트랜지스터(12)로 공급된다.

제어 신호의 시간 의존적 트레이스(trace) 및/또는 크기는 흐르는 전류의 크기가 그 전류의 목표치에 대응되도록 마이콤(11)에서 결정된다. 대응되는지의 여부는 목표치를 측정에 의해 결정된 전류의 실제치와 비교함으로써 결정된다.

이러한 전류의 실제치는 전류 경로에 구비된 측정 레지스터(13)를 이용하여 결정되는데, 고려된 실시예에서 그 크기는 0.3 Ω이다. 레지스터(13)에서의 전압 강하는 차동 증폭기(14)에 의해 증폭되고, 로우패스 필터(LPF)(15)에 의해 평활된 후 상술한 전류의 실제치로서 마이콤(11)의 아날로그 입력 단자에 입력된다.

마이콤(11)은 전류의 목표치가 상술한 바와 같이 결정되는 실제치와 일치하지 않을 때에는, 트랜지스터(12)에 출력되는 제어 신호를 변화시킨다. 이러한 방식으로, 흐르는 전류의 크기가 특정한 목표치와 일치하도록 한다

전류 목표치와 상술한 바와 같이 결정되는 실제치가 종종 일치하지 않으므로, 전류 제어기의 밸런싱이 실행된다.

앞서 언급된 실시예에서 이러한 밸런싱은 전류의 실제 크기와 상술한 바와 같이 결정되는 전류의 실제치 사이의 필요 불가피하게 허용되는 변동에 근거한다.

이러한 변동을 아는 것은, 예컨대 측정 레지스터(13)의 저항값이 요구 저항값에 상응하지 않음으로 인해 흐르는 전류의 실제 크기를 나타내지 않게 되는 실제치와 전류의 요구치를 비교하는 조건에 기초하는 잘못된 제어를 배제함으로써 간단하게 이루어질 수 있다.

이러한 에러의 근원을 제거하므로, 전류 제어기에 의한 잘못된 제어의 근본적 원인을 제거할 수 있다.

흐르는 전류의 실제적인 크기는, 앞서 설명하였듯이 제어 장치에 의해 구동되는 액튜에이터를 대신하여 밸런싱시에 제어 장치에 연결되는 측정 회로(2)에 의해 결정된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 측정 회로(2)에서는 전압 테스터(23)에 의해 측정 레지스터(22)에서의 전압 강하를 측정할 수 있다. 측정 레지스터(22)는 본 실시예에서 1 Ω의 저항값을 가질 수 있는데, 이는 다른 수치로 정해질 수 있으며, 이러한 측정 레지스터는 정확한 표준 레지스터이다. 그러므로, 이 레지스터에서 전압 테스터(23)로 검출된 전압 강하는 흐르는 전류의 실제 크기를 정확하게 나타낸다.

상술한 부하 레지스터(21)는 측정 레지스터(22)와 직렬로 놓여진다. 본 실시예에서는 부하 레지스터(21)가 22 Ω의 저항값을 가지고, 50 Ｗ까지 부하가 걸릴 수 있다. 이 부하 레지스터는 측정 회로가 제어 장치에 연결될 때와 통상 부하가 제어 장치에 연결될 때에 대략 동일한 조건이 형성되도록 제공된다. 그렇지만 전류 제어기의 밸런싱은 전류의 실제치{제어 장치에서 측정 레지스터(13)를 이용하여 결정됨}와 전류의 실제 크기{측정 회로(2)에 의해 결정됨} 사이의 변동을 고려할 때 주로 이루어진다. 이러한 까닭에, 측정 회로는 자신의 전기적인 특성에 있어서 정상 부하, 즉 액튜에이터(도시되지 않음)의 전기적 특성으로부터 어느 정도 변동할 수 있게 된다.

앞서 말한 바와 같이 액튜에이터는 실시예에서 클록식(clocked manner)으로 구동된다. 즉, 흐르는 전류는 규칙적 또는 불규칙적인 방식으로 두 개 또는 다수개의 값 사이에서 반복적으로 전환된다.

추후 설명에서 나타나듯이, 통상 작동시에는 최소치 0 A와 최대치 500 ㎃사이에서 전류의 반복적인 전환이 이루어질 것이다. 이러한 최소치 및/또는 최대치는 여러 변동 가능한 값일 수 있다.

그러나, 이와는 독립적으로, 밸런싱은 전류 제어기의 클록식 동작중이 아닌 정상 상태 동안에 이루어진다. 이러한 방식으로, 전류의 시간 의존적인 코스에 적용되는 타이밍에 밸런싱을 수행할 필요가 없어지게 된다. 또한, 이로서 밸런싱이 매우 빠르게 수행될 수 있다.

본 실시예에서, 밸런싱은 두 개의 다른 전류치에 대해서만 실행된다. 이들 은 각각 앞서 거론된 최소치(0 A)에 근접한 전류치와 최대치(500 ㎃)에 인접한 전류치이다. 보다 상세히 말해, 제어 장치(1)에서 결정되는 전류의 실제치{측정 레지스터(13)를 이용하여 결정됨}와 전류의 실제치{측정 회로(2)에 의해 결정됨} 사이의 변동이 결정되는 것이다. 이러한 변동은 최대치의 약 90 ％(즉, 약 450 ㎃의 전류 흐름에 대응됨)에서, 그리고 최대치의 약 5 ％(즉, 약 25 ㎃의 전류 흐름에 대응됨)에서 결정된다.

단지 두 개의 전류치에 대한 변동의 결정은, 전류가 이들 값(또는 이들 값에 매우 가까운 값)이 되기만 하거나 또는 오직 이들 값이 될 수 있다면, 두 개에 대한 것으로 충분하다. 이는 결정될 변동의 선형(또는 일반적으로 알려진 비선형) 트레이스가 측정 지점들 사이에서 예상될 수 있는 경우에 적용된다. 이러한 변동은 상기 측정 지점들 사이에 있거나 또는 그에 매우 인접한 다른 지점들에 대하여 보간법으로 결정될 수 있다.

변동이 알려지지 않은 코스일 때에는, 많은 부가적인 측정 지점들이 제공될 수 있다. 사실, 서로 인접한 측정 지점들 사이에서 적어도 대략 선형이거나 또는 다른 알려진 변동 트레이스가 발생할 만큼 많은 측정 지점들이 제공될 수 있다.

적은 수의 측정 지점들에 대해서만 밸런싱을 실행하는 것은 짧은 시간 내에 모든 밸런싱 동작을 다루는 것을 가능하게 한다.

전류 제어기의 밸런싱이 실행되는 때에 다른 크기의 전류 흐름이 도 1의 장치에서 전압 크기 U_H에 상응하는 양의 전환에 의해 발생된다. 이러한 전압 U_H는 제어 장치(1) 외부에 구비된 전압원으로부터 측정 회로(2)에 인가된다.

본 실시예에서는 얻고자 하는 전류 흐름을 U_H가 10.3 Ｖ일 때 450 ㎃, U_H가 0.57 Ｖ일 때 25 ㎃로 얻는다.

측정 레지스터(13)를 이용하여 제어 장치(1)에서 결정되는 전류의 실제치와, 측정 회로(2)를 통해 결정되는 전류의 실제치 사이에서 전류 흐름에 대하여 결정되는 변동, 또는 이러한 변동이 나타내는 크기는 제어 장치(1)에, 보다 구체적으로는 마이콤(11)에 저장되며, 통상 작동시에 변동을 제거하도록 사용된다.

변동의 제거는 실제치가 사용되기에 앞서 실제치에 의해 변동이 교정되는 가장 간단한 경우에 이루어진다. 이들 실제치는 측정 레지스터(13)를 이용하여 제어 장치(1)에서 결정되고, 변동은 보간법으로 계산되거나 밸런싱시에 결정된다. 특정한 실제치의 크기는 그것에 의해 어느 변동이 교정되었는지를 결정한다.

밸런싱에 의해 결정되는 변동을 평가하기 위한 다수의 대안이 존재함에는 설명이 필요하지 않다.

전류의 실제치와 실제 크기 사이의 변동을 고려하여 전류 제어기의 밸런싱을 실행하기 위한 다른 구조가 도 2에 나타난다. 이러한 실제치는 전류를 조정하는 데 적용된다.

도 2의 구조는 대부분 도 1의 구조와 일치하며, 상호 일치하는 요소는 같은 참조 부호로 나타낸다.

도 2의 구성은 역시 제어 장치(1)를 포함하며, 이는 도시가 생략된 액튜에이터를 제어한다. 보다 자세히 말하면, 제어 장치(1)는 액튜에이터에 흐르는 전류를 제어한다.

제어 장치(1)는 무엇보다 마이콤(11), 작동시에 트랜지스터(12)에 대응되는 드라이버(17), 측정 레지스터(13), 차동 증폭기(14) 및 레지스터와 콘덴서로 이루어지는 로우패스 필터(LPF)(15)를 포함한다. 마이콤(11)과 드라이버(17)는 함께 작동시에, 밸런싱되는 전류 제어기를 정의한다.

전류 제어기에 의해 제어되는 전류가 흘려보내지는 액튜에이터는 도 2에 나타난 구성의 통상 작동시에 단자(16)를 통해 제어 장치(1)에 연결된다. 여기서, 전류 제어기의 밸런싱시에 액튜에이터는 제어 장치(1)와 연결되지 않으며, 따라서 액튜에이터는 도 2에 도시되어 있지 않다.

밸런싱시에는 액튜에이터 대신에 측정 회로(2)가 제어 장치(1)에 연결된다. 이러한 측정 회로(2)는 도 1의 같이 저항 부하 레지스터(21)를 대체하는 것으로서, 상이한 저항값을 갖는 부하 레지스터(25, 24), 부하 레지스터(24, 25) 사이의 전환을 위한 스위칭 장치(26) 및 측정 레지스터(22)와 전압 테스터(23)를 포함하는 전류 테스터로 이루어진다.

액튜에이터 또는 측정 회로(2)를 통해 흐르는 전류의 크기는 드라이버(17)에 의해, 즉 마이콤(11)의 출력 단자로부터 드라이버(17)에 공급되는 제어 신호에 의해 결정된다.

제어 신호의 시간 의존적 트레이스 및/또는 크기는 흐르는 전류의 크기가 그 전류의 목표치에 대응되도록 마이콤(11)에서 결정된다. 대응되는지의 여부는 목표치를 측정에 의해 결정된 전류의 실제치와 비교함으로써 결정된다.

이러한 전류의 실제치는 전류 경로에 구비된 측정 레지스터(13)를 이용하여 결정된다. 레지스터(13)에서의 전압 강하는 차동 증폭기(14)에 의해 증폭되고, 로우패스 필터(LPF)(15)에 의해 평활된 후 상술한 전류의 실제치로서 마이콤(11)의 아날로그 입력 단자에 입력된다.

마이콤(11)은 전류의 목표치가 상술한 바와 같이 결정되는 실제치와 일치하지 않을 때에는, 트랜지스터(12)에 출력되는 제어 신호를 변화시킨다. 이러한 방식으로, 흐르는 전류의 크기가 특정한 목표치와 일치하도록 한다

도 1의 설명과 관련하여 거론된 이유로 인해, 여기서도 또한 전류 제어기의 밸런싱이 필요하다. 도 1과 같이, 이러한 밸런싱은 상이한 크기를 갖는 전류의 실제치와 이들 전류 각각의 실제 크기 사이의 필요 불가피하게 허용되는 변동에 근거한다.

흐르는 전류 각각의 실제적인 크기는 측정 회로(2)를 통해 결정되된다. 앞서 설명하였듯이, 이 회로는 제어 장치에 의해 제어되는 액튜에이터를 대신하여 밸런싱시에 제어 장치(1)에 연결된다.

전류의 실제 크기의 측정, 이들 전류와 이들의 실제치{측정 레지스터(13)를 이용하여 결정됨} 사이의 변동의 결정 및 도 2에 나타난 구성의 통상 작동시의 변동의 평가는 도 1에 나타난 구성에서 실행되는 단계와 다르지 않다.

여기서 또한 밸런싱은 상이한 크기를 갖는 두 개(또는 가급적 적은 다수)의 전류 흐름에 대하여 실행된다.

도 1의 측정 회로와는 달리, 다른 크기의 전류 흐름들은 공급 전압의 전환에 의해서는 영향을 받지 않고, 전류 경로에 다른 크기의 부하 레지스터를 전환시키는 것에 의해 영향을 받는다.

이러한 전환은, 앞서 말한 실시예에서 스위칭 장치(26)를 통해 이루어진다. 이러한 장치에 의해, 부하 레지스터(24) 또는 부하 레지스터(25)가 선택적으로 전류 경로에 전환될 수 있다.

부하 레지스터(24, 25)의 저항값은, 어떤 경우에는 약 25 ㎃의 전류 흐름이 일어나도록, 다른 경우에는 약 450 ㎃의 전류 흐름이 일어나도록 조정된다.

측정 레지스터(13)를 이용하여 제어 장치(1)에서 결정되는 전류의 실제치와, 측정 회로(2)에 의해 결정되는 전류의 실제치 사이에서 전류 흐름에 대하여 결정되는 변동은 제어 장치(1)에, 보다 구체적으로는 마이콤(11)에 저장되며, 통상 작동시에 변동을 제거하도록 사용된다.

도 1에 의한 구성에서의 전류 제어기 밸런싱과 도 2에 의한 구성에서의 전류 제어기 밸런싱은 다른 기술과 방법으로 동일 결과에 이른다.

도 2에 의한 구성에서의 전류 제어기 밸런싱을 보다 보편적으로 사용할 수 있는데, 이는 밸런싱시에 측정 회로(2)에 인가되는 전압에 어떠한 간섭도 일어나지 않기 때문이다. 도 2에 나타나 바와 같이, 측정 회로(2)가 제어 장치를 통해 전압 공급원(배터리)의 접지 되지 않은 극에 연결될 때 특히 유리하다.

앞서 설명한 구성 및 그 구성에서의 전류 제어기 밸런싱에 사용되는 방법은 간단하고 특별히 빠르게 신뢰성 있고 정확한 전류 제어기 밸런싱을 실행할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 방법을 실시하기에 적합한 제1의 장치.

도 2는 본 발명의 방법을 실시하기에 적합한 제2의 장치.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 측정 회로

11, 12, 17 : 전류 제어기

13, 22 : 레지스터(resistor)

Claims (8)

1. 전류를 제어하기 위한 전류 제어기를 밸런싱(balancing)하기 위한 방법에 있어서, 상기 전류 제어기는 제1 측정치에 의해 결정되는 전류의 실제치를 고려하여 상기 전류를 목표치로 조정하도록 동작하고, 상기 방법은

   상기 전류를 조정하기 위해 적용되는 상기 실제치와 제2 측정치에 의해 결정되는 전류의 실제 크기 사이의 변동을 비교하는 단계와,

   상기 변동을 상기 전류 제어기에 저장하는 단계와,

   상기 저장된 변동을 통상 작동시에 사용하는 단계

   를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전류의 경로에 배치되고 허용 오차(tolerance)를 부담할 수 있는 측정 레지스터를 제공하는 단계와,

   상기 측정 레지스터를 이용하여 상기 실제치를 결정하는 단계

   를 더 포함하는 방법.
3. 제1항에 있어서,

   표준 레지스터를 포함하는 측정 회로를 제공하는 단계와,

   상기 측정 회로를 통해 상기 전류의 상기 실제 크기를 결정하는 단계

   를 더 포함하는 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 전류 제어기는 상기 전류 제어기에 의해 조정되는 전류를 부하에 제공하고,

   상기 방법은 상기 부하 대신 상기 측정 회로를 이용하는 단계를 포함하는 방법.
5. 제4항에 있어서,

   각각 상이한 크기를 갖는 적어도 두 개의 전류 흐름들에 대한 변동을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 측정 회로에 전압이 인가되고,

   상기 방법은 상기 전압을 조정함으로써 각각 상이한 크기를 갖는 상기 전류 흐름들에 대하여 영향을 미치는 단계를 더 포함하는 방법.
7. 전류를 제어하기 위한 전류 제어기를 밸런싱(balancing)하기 위한 방법에 있어서, 상기 전류 제어기는 측정치에 의해 결정되는 전류의 실제치를 고려하여 상기 전류를 목표치로 조정하도록 동작하고, 상기 방법은

   상기 전류를 조정하기 위해 적용되는 상기 실제치와 상기 전류의 실제 크기 사이의 변동을 고려하여 상기 전류 제어기를 밸런싱하는 단계와,

   표준 레지스터를 포함하는 측정 회로를 제공하는 단계와,

   상기 측정 회로를 통해 상기 전류의 상기 실제 크기를 결정하는 단계와,

   상기 전류 제어기에 의해 조정되는 전류를 상기 전류 제어기에 의해 부하에 제공하는 단계와,

   상기 부하 대신 상기 측정 회로를 이용하는 단계와,

   각각 상이한 크기를 갖는 적어도 두 개의 전류 흐름들에 대한 변동을 결정하는 단계와,

   상기 측정 회로에 전압을 인가하는 단계와,

   상기 전압을 조정함으로써 각각 상이한 크기를 갖는 상기 전류 흐름들에 대하여 영향을 미치는 단계와,

   각각 상이한 저항값을 갖는 적어도 두 개의 부하 레지스터들을 상기 전류 제어기에 순차적으로 접속시켜 상기 전류 흐름들을 발생시키는 단계

   를 포함하는 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 변동을 상기 실제치 또는 다른 크기로 교정하는 단계를 더 포함하는 방법.