[자동차] 블로워 모터가 멈추는 이유:PWM 제어와 모터 구속 보호 로직의 이해.

 

자동차에서 연비 (주행거리)와 안전이 가장 중요합니다.

 

연비 (주행거리) 향상을 위해 PWM 제어 기반 모터를 보편화하는 추세인데,

모터는 내/외부 환경에 의해 구속되어 화제가 발생할 위험이 있습니다.

 

 

목차.

 

1. PWM 제어란.

2. PWM 모터 보호기능.

3. PWM 제어기 보호 로직.

 

 

 

 

1. PWM 제어란.

출처 : https://techweb.rohm.co.kr/product/power-ic/dcdc/897/

 

PWM 제어란 Pulse Width Modulation의 약자입니다.

일정한 주파수의 고/저 전압을 duty 변화에 따라 인가하는 방식입니다.

 

 

출처 : 나무위키

 

 

블로워모터로 PWM 제어에 대한 이해를 돕는 예를 들자면

보통 사용자는 블로워 모터 사용 시 항상 제일 고단으로 사용하지 않습니다.

 

8단이 최대 단수라면 2단 혹은 4단 등 중간보다 좀 더 약한 세기로 작동시키는 경우가 많습니다.

 

 

 

이러한 사용 방식은 기존 블로워 모터 방식에서 전기적으로 막대한 낭비가 발생합니다.

기존 방식은 최대치 전기를 항상 공급받으며 작동하는 방식이며,

2단을 사용하면 8단까지의 전기로 2단까지만 사용하고 나머지 전기를 버리는 방식입니다.

 

전기를 버리는 방식은 저항을 이용하여 쓰고남은 전기에너지를 열 에너지로 바꿔 

태워버리는 방식입니다. 이는 화제의 가능성을 높입니다.

 

 

 

PWM 제어는 블로워 모터가 필요한 순간에만

필요한 만큼의 전기 공급이 가능하고, 때문에 기존 문제를 개선합니다.

 

 

공급 가능한 일정한 전압이 12V라면,

12V 전압을 줬다,뺐다 하며 실제로 가해지는 전압을 조절하는 방식입니다.

 

 

 

때문에 불필요한 전기 소모를 줄일 수 있습니다.

 

 

 

 

2. PWM 모터 보호 기능.

 

 

 

모터 설계시 전류 감지 핀을 통해 보호 기능에 대한 진단을  할 수 있도록 설계합니다.

과전류가 감지되면 모터가 구속되었다고 판단하여 제어기를 정지하는 보호 기능이 있습니다.

 

 

하지만 해당 보호기능은 모터 상태에 관계없이 비정상이라고 판단되는 

상당히 크고, 일정한 전류 값으로 설정되어 있기 때문에 완벽한 보호가 불가능합니다.

 

 

 

모터가 구속되면 모터 자체에 변형, 열화, 발화가 발생할 수 있고,

과전류에 의해 배선이 열화, 발화하여 화제까지 발생할 수 있습니다.

 

이 약점을 보완하기 위해 제어기는 보호로직을 사용합니다.

 

 

3. PWM 제어기 보호 로직.

 

대처 방안으로 구속 보호 로직이 사용됩니다.

 

전류 감지기로 모터의 작동 상태를 파악하며, 주의할 점은 

PWM 제어 이기 때문에 정상 작동이라 하더라도 파형이 일정하지 않고 (계속 on, off반복)

심한 진동의 현상으로 보일 수 있다는 점입니다.

 

PWM 제어 특성상 출력 파형에 잡음이 잘 발생할 수 있습니다.

때문에 제어기는 일정 시간 동안 파형을 측정하고 그중 일정 이상이 기준치를 벗어날 경우

구속 상태라 판단하여 모터를 정지시킵니다.

 

또한, 구속 보호 로직은 저단(1,2단)에서는 기동 토크나 역기전력이 작아

정상 전류와 구속 전류의 차이가 적기 때문에, 더 정밀한 판정 기준(가중치 변화)을 적용합니다.

 

 

 

그리고 순간적인 모터 구속으로 인해 모터를 정지시키고, 정지가 유지될 경우

정상 작동이 가능한데도 불구하고 사용자가 고장으로 잘못 인식할 수 있기 때문에

이를 방지하기 위해 제어기 전원이 꺼진 후 다시 켜질 경우 

정상 작동을 시도하여 고장을 다시 확인할 수 있도록 합니다.

 

 

 

 

 

출처 : 한국자동차공학회 - 학술대회자료