펄스폭 변조 신호 전송용 장치 document_id A220623071431

송신기로서의 제어 장치로부터 실례를 들면 팬 레귤레이터 상에 수신기로서의 피제어 전자 모듈까지 아날로그 제어량(analogue control quantities; 아날로그 제어 신호)을 전송하기 위하여, 펄스폭 변조 신호는 송신기와 수신기 사이에서 접지 오프셋 전압의 영향을 받지 않으므로, 종종 반송 신호(carrier signal)로서 자동차에 사용된다. 도 3은, 종래 기술로부터 주지된 바와 같이, 이러한 신호의 전송을 위한 장치(1)의 블록도이다. 예를 들면 공조기의 제어를 위하여 전송기로서의 제어 장치(2)로부터 00제 1 DC 전압(UDC1)이 신호선(3)을 통하여 수신기로서의 팬 레귤레이터(4)의 제어 입력(S)에 전송되며, 이 제어 입력은 팬 모터의 제어를 위하여 제 2 DC 전압(UDC2)을 사용하는데, 이상적인 전송의 경우 상기 제 2 DC 전압(UDC2)은 상기 제 1 DC 전압(UDC1)과 동일하다. 제 1 DC 전압(UDC1)은 제어 장치(2)의 DC/PWM-컨버터(5) 내에서 펄스폭 변조(PWM) 신호로 전환되며, 이는 제 1 저항(R1)을 통하여 양극성(bipolar) 트랜지스터(Q1)에 공급된다. PWM 신호는 또한 마이크로컨트롤러(도시 생략)로부터 직접 발생될 수도 있다. 펄스폭 변조 신호는 스위치로서 작동하는 트랜지스터(Q1)의 베이스 전류를 제어하는 역할을 하며, 펄스폭 변조 신호의 펄스-휴지 비율(pulse-pause rate)에 따라 스위치-온/오프 된다. 트랜지스터(Q1)는 소위 오픈 콜렉터 모드, 즉, 공통 에미터 회로 모드로 작동하며, 제 2 저항(R2)은 제어장치(2)에서는 아니지만 팬 레귤레이터(4)에서는 콜렉터 저항으로서 배열된다. 이렇게 오픈 콜렉터 단을 갖는 제어장치는 단순하게 저가로 실용화될 수 있기 때문에 매우 빈번하게 사용 된다. 이미 언급한 바와 같이, 팬 레귤레이터(4)는 풀-업 저항으로서 콜렉터 저항 또는 제 2 저항(R2)에서의 전압을 위한 임피던스 컨버터(전압 폴로워: voltage follower)로서 작동하며, 저역 필터를 갖는 PWM/DC-컨버터(6)를 구동하는 차동 증폭기(OP)를 포함한다. PWM/DC-컨버터(6)는 수신된 펄스폭 변조 신호를 제 2 DC 전압(UDC2)로 재 변환한다. 팬 레귤레이터(4)에는 주로 12V의 일정한 공급 전압(Ub)을 발생시키도록 전압전원(7)이 설치된다. 비용 부담이 매우 큰 자동차 부문에서, 신호선(3)은 통상 스크린(screen: 차폐)되지 않는다. 스크린 되지 않은 신호선(3)은 펄스폭 변조 신호의 스위칭 플랭크(switching flanks; 스위칭 절환신호)를 전송하게 되고, 이 때문에 신호선(3) 주위의 전기장 강도가 각 스위칭 플랭크에 의하여 급격하게 변경되며, dU/dt 의 외란(장애)를 일으키게 되어 장치(1)의 전자기 호환성을 감소시킬 수 있다. 이는 신호선(3) 근처에 배열되는 모듈 상에 장애를 유발하게 된다; 신호선(3)은 자동차에서 차지하는 부피가 작아야 하므로 이들 모듈들이 없는 곳에서 관리 되어야 한다. 플랭크의 상승률을 제한하기 위하여, 캐패시턴스(CEMV)를 갖는 캐패시터(8)가 마련되어 신호선(3)에 의하여 유발되는 간섭을 억제한다. 간섭 억제 캐패시턴스(CEMV)는 신호선(3) 상의 전압 변동율(dU/dt)을 제한하며, 신호선(3)으로부터 방출되는 과도 전기장(transient electric fields)의 강도를 감소시킨다. 예를 들면, 캐패시터(8)는 신호선(3)의 중앙에 마련되지만, 제어 장치(2) 또는 팬 레귤레이터(4)에 집적될 수도 있다. 캐패시터(8)는 제 2 저항(R2)을 통하여 충전되는 속도보다 트랜지스터(Q1)를 통하여 방전되는 속도가 더 빠르기 때문에, 그 결과 신호선(3)에서 신호 플랭크의 비대칭 왜곡을 초래한다. 신호선(3)은 펄스 듀티 팩터(pulse duty factor)를 변경시키며, 따라서 펄스폭 변조 신호의 정보 내용을 변경시킨다. 이 현상은, 실제에서 항상 요구되는 바와 같이 제 2 DC 전압(UDC2)이 제 1 DC 전압(UDC1)과 동일하게 되는 경우 우려되는 일이다. 이러한 문제는 펄스폭 변조 신호에 대하여 비교적 낮은 주파수(예를 들면, 35Hz)를 선택함으로써 처리된다. 펄스폭 변조 신호의 주기 기간이 플랭크의 상승률에 비하여 클 경우, 이러한 오차는 작아진다. 그러나, 펄스폭 변조 신호용 낮은 주파수는 PWM/DC-컨버터(6) 내 저역 필터에 대하여 큰 적분 시간 상수를 요하며, 그러므로 팬 레귤레이터(4)는 수신기로서 비교적 느리게 작동한다. 고품질 및 낮은 고장율과 함께 신뢰성 있는 제품 테스트 또한 요구되는 자동차 산업에서, 이러한 팬 레귤레이터(4)는 느린 작동으로 그 자체가 문제가 되는데, 불가피하게 긴 테스트 시간 및 높은 테스트 비용을 초래하게 된다. 따라서, 제조 공정 말기에 여러 기능들이 테스트되며 각각의 측정 이전에 팬 레귤레이터(4)의 작업 시점이 안정화되기까지 대기시간이 필요하게 된다. 큰 적분 시간 상수를 갖는 PWM/DC-컨버터(6)의 경우, 이는 긴 테스트 시간 및 높은 테스트 비용으로 이어진다.