KR102264135B1 - 전력 분배기 및 적어도 하나의 전력 분배기를 가진 온-보드 네트워크 - Google Patents

전력 분배기 및 적어도 하나의 전력 분배기를 가진 온-보드 네트워크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중간 탭(16), 2개의 전력 출력들(10) 및 각각의 전력 출력(10)에 대한 하나의 각각의 스위칭 유닛(28)을 가지며, 그리고 연관된 전력 출력(10)의 필요-기반 차단을 위한 스위치(30)를 가진, 특히 자동차(6)의 온-보드 네트워크(4)용 전력 분배기(2)에 관한 것이다. 상기 스위칭 유닛들(28) 각각은, 연관된 전력 출력(10) 및/또는 중간 탭(16)의 전압 강하가 제1 세트포인트 값 미만일 때, 에러 경우가 결정되면, 연관된 전력 출력(10)의 차단이 발생하는 방식으로 설계된다. 대응하는 전압 강하가 클수록, 연관된 전력 출력(10)의 차단이 더 빠르게 발생한다.

Description

전력 분배기 및 적어도 하나의 전력 분배기를 가진 온-보드 네트워크
본 발명은 2개의 전력 출력들 및 하나의 중간 탭(tap)을 가진, 특히 자동차의 온-보드(on-board) 전기 시스템용 전력 분배기에 관한 것이다. 본 발명은 부가적으로 적어도 하나의 그런 전력 분배기를 가진 온-보드 전기 시스템에 관한 것이다.
자동차 분야에서, 온-보드 전기 시스템들은 높은 기능 신뢰성을 위해 소위 리던던트(redundant) 온-보드 전기 시스템들로 점차 설계되고 있다. 이 경우, 대응하는 리던던트 온-보드 전기 시스템은, 서로 독립적으로 리던던트 온-보드 전기 시스템에 통합된 전기 부하들을 공급할 수 있는 적어도 2개의 전기 에너지 소스들을 가진다. 게다가, 대응하는 전기 부하들은 통상적으로 2개의 상호 독립적인 전력 경로들을 통해 전기 에너지 소스들에 연결되어, 2개의 전기 에너지 소스들 중 하나의 고장뿐 아니라, 전력 경로들 중 하나의 고장의 경우, 즉 전력 경로들 중 하나를 따른 중단의 경우에, 대응하는 부하로의 공급은 개별적으로 다른 전력 경로 및 이에 연결된 전기 에너지 소스를 통해 유지될 수 있다.
그런 리던던트 온-보드 전기 시스템들의 중요성은 또한, 자동차들이 점점 보조 시스템들을 갖추고 있기 때문에, 최근에 증가하였다. 이 경우 대응하는 보조 시스템들은 편안함을 증가시킬뿐 아니라 안정성을 증가시키는 역할을 하고, 이 때문에 대응하는 보조 시스템들이 높은 정도의 신뢰성으로 기능하는 것이 보장된다.
이것은 특히, 일반적으로 복수의 전력 분배기들이 공급 노드들로서 링의 형태 또는 스트랜드(strand)의 형태로 배열되는 전술한 온-보드 전기 시스템들의 사용에 의해 달성된다. 이 경우, 각각의 전력 분배기는 다수의 전기 부하들을 공급하는 역할을 하고, 전기 전력이 2개의 독립적인 전기 에너지 소스들로부터 전력을 공급받을 수 있는 2개의 공급 입력들을 가진다.
그러나, 그런 리던던트 온-보드 전기 시스템들에 대한 문제는 예컨대 소위 단락 회로에 의해 유발되는 전압 강하들인 데, 그 이유는 그런 전압 강하들은 통상적으로 또한 공급 노드들까지 전파되어, 공급 전압이 또한 공급 노드들, 즉 전력 분배기들에서 파괴되기 때문이다. 이어서, 예컨대 제어 디바이스들이 전기 부하들로서 그런 전력 분배기에 연결되면, 후자의 경우에서 대응하는 전압 강하는 이들 제어 디바이스들이 소위 자동-리셋 동작 상태로 들어가게 하거나, 리셋되게 하고, 결과적으로 잠재적으로 문제가 되는 오랜 시간 기간에 걸쳐 비활성 상태가 되게 한다. 이어서, 대응하는 제어 시스템에 의해 구현되는 운전자 보조 시스템은 이에 따라 소정 시간 기간 동안 작동되지 않는다. 이것은 부분적으로 자동화되거나 또는 완전히 자동화된 차량 제어, 즉 소위 자동 주행을 위해 설계된 운전자 보조 시스템들의 경우에 특히 문제이다.
이것으로부터 진행하여, 본 발명은 유리하게 구현된 온-보드 전기 시스템 및 유리하게 구현된 전력 분배기를 특정하는 목적에 기반한다.
이 목적은 제1 항의 특징들을 가진 전력 분배기(IPDN), 및 제16 항의 특징들을 가진 온-보드 전기 시스템에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 바람직한 개선들은 종속항들에 포함된다. 전력 분배기 및 바람직한 설계들에 대해 언급된 장점들은 또한 온-보드 전기 시스템에 유사하게 적용될 수 있고, 그 반대도 가능하다.
이 경우, 대응하는 전력 분배기(IPDN) 및/또는 대응하는 온-보드 전기 시스템으로 2개의 개념 접근법들이 추구된다. 이 경우 개념 접근법들 중 하나는 더 간단하게 설계된 리던던트 온-보드 전기 시스템, 및 더 간단하게 설계된 전력 분배기를 구현하는 것으로 이루어진다.
이를 위해, 통상적으로 모든 전기 부하들이 안전에 관련되지 않고, 따라서 2개의 독립적인 공급 가능성들에 의해, 전기 부하들이 모두 보호되지 않거나 또는 보호되어야 하는 것이 아니라는 사실이 이용된다. 결과적으로, 이어서, 온-보드 전기 시스템 및/또는 온-보드 전기 시스템에 사용된 전력 분배기들은 더 간단하게 구성될 수 있다. 그런 간략화된 실시예는, 비교적 적은 수의 안전-관련 전기 부하들을 가지며 그리고/또는 완전히 자동화된 차량 제어가 아닌, 부분적으로 자동화된 차량 제어만을 위해 구현되는 자동차에 사용되면 특히 유리하다. 이 경우 이를 위해 구현된 전력 분배기(IPDN)는 각각이 또한 공급 연결부들로서 사용될 수 있는 적어도 2개의 스위칭가능 전력 출력들을 가지며, 스위칭가능 전력 출력들은 바람직하게, 결함 상황의 경우, 결함 소스에 가장 직접적으로 각각 연결된 전력 출력, 및 특히 결함 소스에 가장 직접적으로 각각 연결된 전력 출력만이 신속하게 스위칭 오프, 연결해제 또는 차단되는 방식으로 설계된다. 이어서, 바람직하게, 그런 전력 분배기(IPDN)는 임의의 추가 전력 출력들을 가지지 않는다.
제2 개념 접근법은, 처음에 언급된 간단한 공급 노드들, 예컨대 링 형태 또는 링 회로(전원 링)의 간단한 공급 노드들이 적어도 2개의 스위칭가능 전력 출력들을 가진 전력 분배기(IPDN)들에 의해 대체된다는 것이고, 스위칭가능 전력 출력들은 바람직하게, 결함 상황의 경우, 결함 소스에 가장 직접적으로 각각 연결된 전력 출력, 및 특히 결함 소스에 가장 직접적으로 각각 연결된 전력 출력만이, 또는 전력 소스에 가장 직접적으로 각각 연결된 전력 출력들, 및 특히 결함 소스에 가장 직접적으로 각각 연결된 전력 출력들만이 신속하게 스위칭 오프, 연결해제 또는 차단되는 방식으로 설계된다.
이 애플리케이션의 의미에서, 둘 모두의 경우들에서, 스위칭-오프, 연결해제 또는 차단은, 전류가 더 이상 대응하는 차단된 전력 출력을 통해 전력 분배기(IPDN) 밖으로 흐를 수 없는 효과를 가지는 반면, 통상적으로 전류가 대응하는 차단된 공급 연결부를 통해 전력 분배기로 흐르는 것은 여전히 가능하다.
바람직하게 이 경우 스위칭 오프, 연결해제 또는 차단을 위해, 지연-스위칭 스위치-오프 엘리먼트가 사용되며, 지연-스위칭 스위치-오프 엘리먼트로 인해, 더 바람직하게, 전압 강하가 증가할수록 지연이 감소하고, 그리고 지연-스위칭 스위치-오프 엘리먼트로 인해, 특히, 지연은 전압 강하의 깊이에 반비례하여, 예컨대 복수의 스위치-오프 엘리먼트들의 배열에서, 가장 신속하게 반응하고 스위칭하는 스위치-오프 엘리먼트는 전압 강하의 원점(origin)에 가장 가깝게 위치된 스위치-오프 엘리먼트이다.
이 경우 결함 상황은 예컨대 발생한 전압 강하 또는 전압 붕괴의 동적 평가에 의해 식별되고, 여기서 더 바람직하게, 어떠한 추가의 부가적인 정보도 부가적인 라인들을 통해 외측으로부터 대응하는 전력 분배기 또는 대응하는 전력 분배기들에 공급되지 않아서, 이런 전력 분배기는 결함 상황을 반-자동으로 결정하거나, 또는 이들 전력 분배기들은 결함 상황을 반-자동으로 결정하고, 그리고 관련된 전력 출력을 스위칭 오프한다.
이 경우 결함 상황으로서 특정되는 것은, 특히, 전력/전류가 전력 출력을 통해 전력 분배기 밖으로 흐르는 반면, 대응하는 전력 출력 또는 중간 탭의 전압이 특정 제1 세트포인트(setpoint) 값 미만인 경우/동작 상태이다. 이것은, 특히 소위 하드(hard) 단락 회로가 발생할 때 결함 상황이 존재하는 것을 의미한다. 그러므로, 스위치-오프 엘리먼트의 스위칭에 의한 스위칭-오프, 연결해제 또는 차단은 매우 신속하게 이루어질 것이고, 이에 따라 본원에 제시된 전력 분배기는 바람직하게, 반응 시간, 즉 전력 출력 또는 중간 탭에서 전압 강하 간의 시간 차이, 및 대응하는 전력 출력의 차단 또는 차단 완료가 약 10 ms 미만, 바람직하게 약 5 ms 미만, 및 특히 1 ms 미만인 방식으로 구현된다. 그러므로, 대응하는 전력 분배기는 예컨대 DE 10 2009 027 387 A1호에 설명된 바와 같은 소위 크리핑(creeping) 단락 회로들에 대한 보호에 통상적으로 적절하지 않다. 게다가, 특정된 제1 세트포인트 값은 바람직하게 임계 값이고, 임계 값의 언더슈팅(undershooting) 시, 언더슈팅이 얼마나 오래 지속되는지에 무관하게 대응하는 전력 출력의 차단은 실질적으로 시행된다. 따라서, 특히, 상이한 임계 값들, 즉 전압 값들은 상이한 언더슈트 시간들에 대해 특정되는 것이 아니라, 하나의 임계 값에 대해서만 특정된다.
지연-스위칭 스위치-오프 엘리먼트들을 가진 스위칭가능 전력 출력들을 가진 복수의 그런 전력 분배기들이 공급 네트워크를 구현하기 위해 예컨대 링 형태 또는 스트랜드 형태로 상호연결되고, 라인 세그먼트들을 통해 서로 연결되면, 라인 세그먼트에서 결함, 예컨대 하드 단락 회로의 발생 시, 결함 상황은 라인 세그먼트에 연결된 2개의 라인 분배기들에 의해 가장 신속하게 확인되고, 결함 라인 세그먼트에 연결된 스위칭가능 전력 출력들은 스위칭 오프된다. 결과적으로, 이어서, 결함 라인 세그먼트, 따라서 예컨대 전압 붕괴를 유발하는 라인 세그먼트는 이를테면 격리되고, 이런 이유 때문에 추가 스위치-오프 엘리먼트들이 반응하기 전에, 공급 네트워크의 나머지 전압은 다시 안정화된다. 그러므로, 전압 공급은 공급 네트워크의 나머지, 그리하여 예컨대 온-보드 전기 시스템에 대해 연속으로 유지될 수 있다. 따라서, 그런 전력 분배기들에 연결된 제어 디바이스들은 자동-리셋 동작 모드로 들어가지 않을 것이고, 처음에 설명된 문제들은 발생하지 않을 것이다.
더 바람직하게, 본원에 설명된 전력 분배기는 예컨대 부가적인 정보를 위한, 따라서 데이터 통신을 위한 전술한 부가적인 라인을 생략함으로써 간단하게 유지되고, 이에 의해 더 신뢰성 있는 전력 분배기들은 간단한 방식으로 구현될 수 있고, 그리고 이에 의해 대응하는 전력 분배기들은 비교적 저렴하게 제조될 수 있다.
대응하는 전력 분배기의 정확한 설계는 이 경우 개별 애플리케이션 또는 의도된 용도에 매칭되고, 전력 분배기는 바람직하게 육상, 수상 또는 공중용 차량의 온-보드 전기 시스템, 및 임의의 경우 직류 전기 공급 시스템의 부분으로 사용하도록 설계된다.
이 경우 그런 전력 분배기는 통상적으로 중간 탭을 가지거나 또는 특히 전력 분배기가 예컨대 복수의 대응하는 전력 분배기들을 가진 온-보드 전기 시스템용으로 설계되는 경우, 예컨대 다수의 전기 부하들을 공급하기 위한 공급 출력 또는 공급 노드로서 구현된 중간 탭, 및 정상적으로 전력 연결들로 구현되고 따라서 동작 모드에 의존하거나, 또는 전력 분배기의 동작 상태에 의존하는 공급 연결들로서 (가장 가까운 IPDN/배터리의) 2개의 전력 출력들은 전력 입력들 또는 전력 출력들로 역할을 한다. 게다가, 각각의 전력 출력에 대해, 전력 분배기는 필요시 연관된 전력 출력을 차단하기 위한 스위치를 가진 스위칭 유닛을 가져서, 따라서 특히 결함의 경우 전력 출력에 연결된 전도체 세그먼트, 전도체 세그먼트에 연결된 온-보드 전기 서브-시스템 또는 전도체 세그먼트에 연결된 전기 에너지 소스는 대응하는 전력 분배기로부터 디커플링(decouple)되고, 이에 의해 적어도 전류는 대응하는 전력 출력 밖으로 흐르는 것이 방지된다. 이런 방식으로, 전력 출력들은 스위칭가능 전력 출력들로 구현된다.
이 경우 이들 스위칭 유닛들 각각은, 연관된 전력 출력 및/또는 공급 출력에서 제1 세트포인트 값 아래로의 전압 강하의 경우, 결함 상황이 확인되면, 연관된 전력 출력의 차단이 시행되는 방식으로 구현되고, 여기서 대응하는 전압 강하가 클수록, 바람직하게 연관된 전력 출력의 차단이 더 빠르게 시행된다. 이것은, 스위칭 유닛들의 반응 시간이 연관된 전력 출력 및/또는 공급 출력에서의 전압 강하에 의존하고, 짧을수록 대응하는 전압 강하가 커지는 방식으로 스위칭 유닛들이 바람직하게 구현되는 것을 의미한다.
전압 강하라는 용어는, 본 출원의 의미 내에서, 예컨대 전력 출력의 전압이 통상적인 동작 또는 공급 전압, 통상적으로 소위 공칭 전압 주위의 값 범위에서 시작하는 제1 세트포인트 값을 특정 제한 값 미만으로 떨어뜨리는 경우에 사용된다.
게다가, 결함 상황으로 특정된 것은, 특히, 전력/전류가 전력 출력들 중 하나를 통해 전력 분배기 밖으로 흐르거나, 또는 대응하는 전력 출력 및/또는 공급 전압에서의 전압이 특정된 제1 세트포인트 값 미만인 동안 전력/전류가 전력 출력들 중 하나를 통해 전력 분배기 밖으로 흐르는 경우/동작 상태이다.
게다가, 결함 상황이 스위칭 유닛에 의해 확인되면, 연관된 스위치의 스위치오버(switchover) 및 따라서 연관된 전력 출력의 차단이 시행된다.
따라서, 대응하는 전력 분배기가 예컨대 자동차의 온-보드 전기 시스템에 대해 구현되면, 온-보드 전기 시스템은 통상적으로 12 V의 공칭 전압에 대해 설계되고 따라서 이를 위해 의도된 전력 분배기는 또한 12 V의 공칭 전압에 대해 설계된다. 이어서, 보통 동작 동안 발생하는 전압 변동들, 및 공칭 전압으로부터의 허용가능한 편차들은 공칭 전압 주위의 값 범위를 제공하고 ― 값 범위의 최저 값은 제한 또는 마치 제1 세트포인트 값처럼 특정됨 ―, 그리고 제한 초과의 전압을 가진 정상 동작과 제한 미만의 전압의 경우의 결함 상황 사이에서 전력 분배기에서 특정된다. 따라서, 12 V의 공칭 전압을 가진 온-보드 전기 시스템의 경우, 어느 공칭 전압 주위의 값 범위가 허용가능한 것으로 간주되는지에 의존하여, 2 V 내지 7 V이고, 특히 공칭 전압의 값 미만인 3 V 내지 5 V, 따라서 12 V인 제1 세트포인트 값, 따라서 예컨대 8.8 V의 제1 세트포인트 값이 특정된다. 대응하는 개념은 또한 쉽게 더 높은 전압, 예컨대 24 V 또는 48 V를 가진 온-보드 전기 시스템들에 전달될 수 있고, 허용오차 범위는 통상적으로 적절히 적응된다.
게다가, 바람직하게, 각각의 스위칭 유닛은 연관된 전력 출력 및/또는 중간 탭, 또는 공급 출력의 전압을 모니터링하기 위한 전압 모니터링 유닛을 가진다. 바람직하게, 이 경우 그런 전압 모니터링 유닛의 부분은 비교기 회로이고, 비교기 회로에 의해 연관된 전력 입력 및/또는 중간 탭, 또는 공급 출력의 전압은 특히 비교기 회로에 대한 기준 전압으로서 생성되고 따라서 전압으로 존재하는 제1 세트포인트 값과 비교된다.
대안적으로, 전력 분배기는 특히 비교기 회로를 가진 단지 하나의 전압 모니터링 유닛을 가지며, 비교기 회로에 의해 전력 출력들 및/또는 중간 탭 둘 모두, 또는 공급 출력이 모니터링된다. 이어서, 이 경우, 2개의 스위칭 유닛들은 이 전압 모니터링 유닛에 링크된다.
게다가, 유리한 개선에서, 지연 엘리먼트, 특히 RC 엘리먼트는 각각의 전압 모니터링 유닛 이전에 직렬로 연결된다. 이 경우 각각의 지연 엘리먼트는 주로 연관된 전력 출력 및/또는 중간 탭, 또는 공급 출력에서 발생하는 전압 강하에 대해 전압 모니터링 유닛, 따라서 예컨대 비교기 회로의 입력에서의 전압 강하를 시간-지연시키는 역할을 하고, 공급 출력의 전압 강하들이 더 느리고, 그리고/또는 대응하는 공급 출력, 또는 중간 탭의 전압 강하가 더 작을수록, 시간 지연이 더 강하게 나타난다. 이런 방식으로, 스위칭 유닛에 대한 반응 시간들은, 이를 위해 특정되어야 하는 복수의 전압-의존 스위칭 조건들 없이, 전압 강하에 준-의존적이게 특정된다. 결과적으로, 바람직하게 단지 하나의 전압 임계 값만이 스위칭 유닛들에 대한 스위칭 조건으로 특정되고, 단지 하나의 전압 임계 값 및 전류 방향은 스위칭 유닛들에 대한 스위칭 조건들로서 특정된다. 이 경우 스위칭 조건은 반응 시간과 동일하지 않아야 한다.
이에 의해, 대응하는 전력 분배기들을 사용하여, 결함 소스에 가장 가까운 이들 전력 출력들만, 특히 단락-회로 위치만, 및 따라서 전압 강하의 원점에 가장 가까운 것만이 항상 차단되는 예컨대 온-보드 전기 시스템을 구성하는 것이 가능하다. 이 경우, 전압이 대응하는 결함의 결과로서 모든 공급 노드들에서 강하하더라도, 공급 노드들에서 전압 붕괴의 깊이가 상이하다는 사실, 및 상기 전압 붕괴의 깊이가, 공급 노드가 전압 강하의 원점에 얼마나 가깝게 위치되는지에 의존한다는 사실이 이용된다.
이에 대한 대안으로 또는 이 외에, 각각의 스위칭 유닛은 전류-방향 모니터링 유닛을 가지며, 전류-방향 모니터링 유닛에 의해, 대응하는 전력 출력에서 전류 흐름의 방향이 모니터링되고, 따라서 전류-방향 모니터링에 의해, 전력/전류가 이 전력 출력을 통해 전력 분배기로 흐르는지 전력 분배기 밖으로 흐르는지가 모니터링된다. 바람직하게 이 경우, 전류 모니터링은 게다가 바람직하게 비교기 회로를 가진 전압 모니터링 시스템에 의해 간접적으로 시행되고, 비교기 회로에 의해, 예컨대, 연관된 스위치 이전 및 이후, 또는 대응하는 전력 출력에서의 보조 저항기 이전 및 이후의 전압들은 서로 비교된다.
이 경우, 특히, 각각의 스위칭 유닛이 비교기 회로를 가진 전압 모니터링 유닛, 및 비교기 회로를 가진 전류-방향 모니터링 유닛을 가지며, 그리고 스위칭 유닛의 2개의 비교기 회로들의 출력들이 서로 링크되는 전력 분배기의 실시예가 유리하고, 따라서 전력/전류가 대응하는 전력 출력을 통해 전력 분배기의 밖으로 흐르는 경우, 스위칭 유닛에 속하는 전력 분배기는 연관된 스위치에 의해서만 차단되는 반면, 대응하는 전력 출력 및/또는 중간 탭, 또는 공급 출력의 전압은 특정된 제1 세트포인트 값 미만이다. 이를 위해, 2개의 비교기 회로들은 예컨대 AND 게이트로 구현된 적어도 하나의 로직 게이트를 통해, 또는 예컨대 AND 게이트들 및 OR 게이트들로부터, 또는 NAND 게이트들 및 NOR 게이트들로부터 구성된 로직 회로를 통해 바람직하게 서로 링크된다. 이에 대한 대안으로, 2개의 스위칭 유닛은 공통 전압 모니터링 유닛을 공유한다. 이어서, 이 경우, 각각의 스위칭 유닛은 편리하게 비교기 회로를 가진 전류-방향 모니터링 유닛을 가지며, 예컨대 AND 게이트로 구현된 적어도 하나의 로직 게이트, 및 공통 전압 모니터링 유닛의 출력은 이들 2개의 로직 게이트들을 통해 양쪽 스위칭 유닛들에 링크된다.
게다가, 각각의 스위칭 유닛은, 확인된 결함 상황 다음, 적어도 리셋 회로를 통해, 그리고/또는 예컨대 리셋 신호가 전력 분배기 상의 리셋 입력을 통해 전력 분배기에 공급되는 수동 리셋에 의해 차단이 제거될 때까지 차단이 유지되는 방식으로 유리하게 설계된다. 이 경우, 예컨대, 차단 다음, 이어서 결함 검증이 제어기, 예컨대 프로세서 또는 프로그램가능 제어 유닛에 의해 시행되고, 그리고 이어서 예컨대 리셋 신호가 제어기에 의해 전력 분배기에 공급된다는 점에서 적절하다면 차단해제가 시행된다. 대안적으로, 대응하는 리셋 입력은 예컨대 전력 분배기의 하우징 상의 소켓으로 구현되거나, 리셋 회로는 수동 작동을 위한 푸시버튼 또는 스위치를 가지며, 이 경우 수동 작동은 스위칭 유닛이 리셋되게 하고, 따라서 연관된 출력이 차단해제되게 한다. 이 경우, 수리 작용을 필요로 하는 결함이 발생하는 경우에만 결함 상황이 정상적으로 확인되는 것이 가정되고, 이런 이유로 대응하는 공급 출력의 차단해제는, 대응하는 수리가 수행된 경우에만 시행되어야 한다. 따라서, 이어서 리셋은 예컨대 서비스 동작의 부분으로서 서비스 종업원에 의해 수행되어야 한다.
이외에도, 일 실시예 변형에서, 전력 분배기는, 일종의 "잠금" 기능이 구현되고, 이에 의해 다른 스위칭 유닛, 또는 모든 다른 스위칭 유닛들의 반응 능력이, 결함 상황으로 인해 스위칭 유닛이 반응하자마자, 예컨대 약 100 내지 약 300 ㎲의 시간 기간 동안 일시적으로 차단되는 방식으로 대응하여 구현된다. 따라서, 예컨대 스위칭 유닛이 이를테면 다른 스위칭 유닛에 의해 유발된 전압 변동들에 반응하고, 따라서 전력 입력들 중 하나의 차단 동작에 의해 반응하는 것을 방지하는 것이 가능하다. 이 경우, 전압 피크들이 전력 출력의 차단의 결과로서, 스위칭 순간에 트리거될 수 있다는 것이 고려되어야 한다. 이 경우 그런 "잠금" 기능은 예컨대 로직 게이트들 및/또는 전술된 로직 회로의 동작에 의해 구현될 수 있다.
게다가, 영구 차단은 바람직하게, 각각의 스위칭 유닛에서, 결함 상황의 확인 시 연관된 전력 출력이 차단되고 후속하여 차단된 채로 유지되는 상태로 되는 세트 메모리에 의해 시행된다. 가장 간단한 경우, 이것은 2개의 상태들을 가진 간단한 준-디지털 메모리이고, 하나의 상태는 연관된 전력 출력의 차단을 유발하지만, 다른 상태는 차단해제를 유발한다.
한편으로 그런 세트 메모리 및 다른 한편으로 리셋 회로가 제공되는 경우, 리셋 회로가 세트 메모리에 직접 링크되면 편리하다. 이어서, 예컨대, 리셋 동작의 경우, 세트 메모리, 예컨대 캐패시터 또는 로직 모듈은 연관된 전력 출력의 차단해제를 유발하거나, 적어도 유발할 수 있는 로우(low) 상태에 대응하는 프레임 전위로 당겨진다. 전력 출력을 차단하기 위해, 한편으로, 세트 메모리는 대응하여 하이(high) 상태로 되고, 여기서 프레임 전위, 예컨대 3 V로부터 쉽게 구분가능한 전압이 세트 메모리에 적용된다.
게다가, 이 경우 대응하는 세트 메모리는 로직 게이트들로 구성된 전술된 바와 같은 간단한 로직 회로에 쉽게 통합될 수 있다. 이 경우, 예컨대 OR 게이트가 AND 게이트 이후 직렬로 연결되고 더 바람직하게 세트 메모리가 OR 게이트의 입력에 연결되는 로직 회로가 유리하다. 이에 대한 대안으로 또는 이 외에, OR 게이트의 출력은 세트 메모리에 연결되고, OR 게이트의 출력은 더 바람직하게 통상적으로, 스위치가 하나 이상의 반도체 스위치들에 의해 구현되는 대응하는 스위칭 유닛의 스위치를 구동하는 데 사용된다. 게다가, 비교기 회로들은 유리하게 전술된 AND 게이트에 연결될 수 있다.
또한 스위칭 유닛들의 각각이 전압을 모니터링하기 위한 비교기 회로, 및 전류-방향을 모니터링하기 위한 비교기 회로를 가진 전력 분배기의 실시예가 유리하고, 2개의 비교기 회로들은 AND 게이트를 통해 출력 측 상에서 서로 링크된다. 이어서, AND 게이트 이후 OR 게이트가 직렬로 연결되고, OR 게이트의 입력은 OR 게이트의 출력에 동시에 연결되는 전술된 세트 메모리에 연결된다. 게다가, OR 게이트의 입력에는 OR 게이트의 출력에서의 출력 신호에 의존하여 차단되거나 차단해제되는 적어도 하나의 반도체 스위치가 직접적으로 또는 간접적으로 연결된다. 이에 대한 대안으로, 2개의 스위칭 유닛들은 다시 공통 전압 모니터링 유닛을 공유한다.
전력 분배기의 스위칭 유닛들의 정확한 설계와 무관하게, 스위칭 유닛들은 바람직하게, 각각의 스위칭 유닛이 격리된 자율적인 로직 유닛을 가지거나 구현하여, 연관된 전력 출력의 차단 또는 대응하는 전력 분배기 또는 다른 전력 분배기들의 다른 스위칭 유닛들과의 통신이 실행된다는 점에서 자율적인 스위칭 유닛들로 구현된다. 특히, 대응하는 전력 분배기가 정보의 교환을 위해 다른 전력 분배기들에 연결될 수 있는 대응하는 전력 분배기의 데이터 인터페이스가 이 경우 생략된다. 또한, 대응하는 스위칭 유닛들은 바람직하게 프로세서들 또는 프로그램가능 제어 유닛들을 가질 필요가 없고, 이 때문에 스위칭 유닛들, 및 궁극적으로 또한 전력 분배기가 간단하게 유지된다. 다른 한편, 프로세서 또는 프로그램가능 제어 유닛, 따라서 예컨대 제어기가 존재하면, 바람직하게 결함 식별, 결함 확인 및/또는 스위칭 오프, 특히 전력 출력의 잠금이 요구 및/또는 사용되지 않는다.
이외에도, 이 경우 대응하는 전력 분배기 또는 각각의 스위칭 유닛이 스위칭 유닛들, 또는 개별 스위칭 유닛을 공급하는 내부 전압 공급 회로를 가지며, 바람직하게 전압을 안정화하는 작용을 하는 것이 유리하다. 이 경우 스위칭 유닛들의 공급 전압은 통상적으로 전력 분배기의 공칭 전압 미만이다.
이미 이전에 언급된 바와 같이, 각각의 스위칭 유닛의 스위치는 적어도 하나의 반도체 스위치에 의해 형성된다. 이 경우, 전력 분배기 또는 각각의 스위칭 유닛이 전력 분배기의 반도체 스위치들, 또는 개별 스위칭 유닛의 반도체 스위치들을 구동하기 위한 적어도 하나의 전압 펌프를 가지며, 이에 의해 반도체 스위치들이 정상 동작을 위해 차단해제되는 것은 편리하다.
스위칭 유닛의 스위치가 더 높은 전력 정격들을 위해 구성되면, 부가적으로 스위치가 병렬로 연결된 복수의 반도체 스위치들에 의해 구현되고, 이어서 또한 병렬로 구동되고, 따라서 특히 동시에 차단되고 차단해제되는 것이 편리하다. 이 경우 스위칭 유닛의 반도체 스위치들은 바람직하게 동일한 설계이다.
게다가, 전력 분배기의 스위칭 유닛들, 특히 스위치들의 반도체 스위치들이 부족전압 방지부, 즉 이용가능한 공급 전압이 완전 관통-연결에 충분한 경우에만 게이트 구동을 허용하는 적어도 하나의 회로, 예컨대 비교기 회로를 제공하는 것이 유리하다.
게다가, 전력 분배기의 스위칭 유닛들이 인쇄 회로 기판 상에 구현되고, 그리고/또는 대응하는 전력 분배기 또는 전력 분배기의 각각의 스위칭 유닛이 구동 및/또는 테스트 신호들을 위한 적어도 하나의 입력을 가지는 경우 바람직하다.
게다가, 의도된 애플리케이션에 의존하여, 본원에 제시된 온-보드 전기 시스템은 이전에 설명된 설계 변형들 중 하나에 따르거나 구현되는 하나 이상의 전력 분배기들을 가진다.
실시예 변형에 따라, 이 경우 온-보드 전기 시스템은 다수의 안전-관련 부하들 및 다수의 다른 부하들뿐 아니라, 제1 온-보드 전기 서브-시스템 및 제2 온-보드 전기 서브-시스템을 가지며, 제1 및 제2 온-보드 전기 서브-시스템은 전력 분배기를 통해 서로 연결 또는 링크된다. 이 경우, 리던던트 공급을 위해, 안전-관련 부하들은 바람직하게 양쪽 온-보드 전기 서브-시스템들에 통합된다. 단일 공급을 위해, 다른 부하들은 바람직하게 2개의 온-보드 전기 서브-시스템들 중 하나에 각각 통합되고, 그리고/또는 전력 분배기의 중간 탭에 연결된다.
이어서, 이 경우 온-보드 전기 시스템은 이를테면 2 개로 분할되고, 바람직하게 어떠한 추가 전력 분배기들, 따라서 이런 설계의 추가 전력 분배기들도 온-보드 전기 시스템에 제공 및 사용되지 않는다. 온-보드 전기 시스템의 그런 설계는 이 경우, 특히, 안전-관련 부하들의 수가 비교적 적고 따라서 비교적 적은 전기 부하들이 이중 보호를 가지거나 가져야 할 때 유리하다. 이 경우 안전-관련 전기 부하들로 간주되는 예컨대 제어 유닛들은 자동차의 부분적 자동 제어를 위해 설계되고, 즉 이를테면 자동차의 제어에 개입하는 운전자 보조 시스템들을 통해 구현된다.
게다가, 유리한 개선에 따라, 모든 다른 부하들은 제1 온-보드 전기 서브-시스템에 통합되고, 따라서 제2 온-보드 전기 서브-시스템은 안전-관련 부하들의 부가적인 보호를 위해서만 역할을 하거나, 모든 다른 부하들은 전력 분배기의 중간 탭에 연결된다.
대안적인 설계 변형에 따라, 안전-관련 부하들, 즉 안전-관련 기능을 구현하는 데 사용되고 이에 따라 배치된 이들 전기 부하들은 리던던트 공급을 위해 양쪽 온-보드 전기 서브-시스템들에 통합되는 것이 아니라, 대신 유사한 리던던시는, 안전-관련 부하들이 두 번, 구체적으로 제1 온-보드 전기 서브-시스템에서 한 번 및 제2 온-보드 전기 서브-시스템에서 한 번 존재한다는 점에서 달성된다. 2개의 원리들은 또한 서로 조합될 수 있고, 이 경우 일부 안전-관련 부하들은 두 번 존재하고, 그리고 안전-관련 부하들은 리던던트 공급을 위해 양쪽 온-보드 전기 서브-시스템들에 통합된다.
온-보드 전기 시스템의 그런 설계의 경우, 의도된 목적에 의존하여, 전력 분배기의 2개의 스위칭 유닛들이 서로 공간적으로 분리되고, 특히 별도의 하우징들에 배열되면 추가로 유리하다. 이어서, 그런 경우, 중간 탭은 2개의 스위칭 유닛들, 또는 2개의 별도의 하우징들을 전기적으로 전도 방식으로, 특히 전력의 교환 또는 전력의 전송을 위해 서로 연결하는 전도체 연결 또는 분배기 노드로 편리하게 구현된다.
이어서, 유리한 개선에서, 2개의 스위칭 유닛들은 예컨대 분배기 버스바 및/또는 다수의 용융 퓨즈들 및/또는 다른 퓨즈 엘리먼트들과 함께 소위 퓨즈박스, 이를테면 전자 퓨즈들에 각각 배열된다.
대안적으로, 전술된 실시예 변형들 중 하나에 따라 설계된 복수의 전력 분배기들은 온-보드 전기 시스템을 구현하고, 이 경우 이어서 다수의 전기 부하들은 공급 출력으로 구현된 자신의 중간 탭을 통해 각각의 전력 분배기에 바람직하게 연결된다. 온-보드 전기 시스템의 그런 설계의 경우, 이어서 전력 분배기들은 자신의 전력 출력들 및 중간 연결 전도체들을 통해 통상적으로 상호연결되고, 2개의 전기 에너지 소스들은 전기 부하들에 전기 전력의 린던던트 공급을 위해 2개의 전력 분배기들의 예컨대 2개의 전력 출력들 또는 2개의 중간 탭들에 연결되어, 연결 전도체들 중 하나를 따른 단락 회로의 경우, 연결 전도체들은 연결된 연결 전도체들에 의해 전기적으로 격리된다.
더 바람직하게, 실시예 변형에 의존하여, 전력 분배기들은 또한 전기 에너지 소스가 있거나, 대안적으로 전력 분배기들이 분배기 링을 구현하는 단부들에 각각 연결된 분배기 체인을 구현하고, 전기 에너지 소스는 각각의 경우 2개의 전력 분배기들에 연결된다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 개략도에 기반하여 다음에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 제어 유닛의 제1 실시예를 가진 전력 분배기의 제1 실시예의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 2는 제어 유닛의 제2 실시예를 가진 전력 분배기의 제2 실시예의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 3은 복수의 전력 분배기들을 가진 온-보드 전기 시스템의 제1 실시예의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 4는 복수의 전력 분배기들을 가진 온-보드 전기 시스템의 제2 실시예의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 5는 전력 분배기를 가진 온-보드 전기 시스템의 제3 실시예의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 6은 전력 분배기를 가진 온-보드 전기 시스템의 제4 실시예의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 7은 전력 분배기를 가진 온-보드 전기 시스템의 제5 실시예의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 8은 전력 분배기를 가진 온-보드 전기 시스템의 제6 실시예의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 9는 제어 유닛의 제3 실시예의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 10은 제어 유닛의 제4 실시예의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 11은 제어 유닛의 제5 실시예의 블록 다이어그램을 도시한다.
모든 도면들에서, 서로 대응하는 부분들은 각각 동일한 참조 부호들에 의해 표시된다.
아래에 예시적으로 설명되고 도 1에 개략적으로 도시된 전력 분배기(2)는, 바람직하게 도 3 내지 도 6에 예시적으로 표현된, 자동차(6)의 온-보드 전기 시스템(4)에서 소위 공급 노드를 구현하는 역할을 한다.
도 1에 따른 예시적인 실시예에서, 이 경우 전력 분배기(2)는 플라스틱 하우징에 둘러싸인 인쇄 회로 기판(8) 상에 적어도 부분적으로 구현되고, 이는 묘사에 포함되지 않는다. 전력 분배기(2)는 2개의 전력 출력들(10)을 가지며, 전력 출력들(10)은 전력 연결부들로서 구현되어, 전력 분배기(2)의 동작 상황 또는 동작 상태에 의존하여, 전력/전류가 대응하는 전력 출력(10)을 통해 전력 분배기(2)로 흘러들어가거나 또는 대안적으로는 전력 분배기(2)로부터 흘러나오도록 한다. 전력 분배기(2)가 설치된 상태일 때, 대응하는 전력 출력들(10)은, 직접적으로 또는 라인 세그먼트들(12)을 통해 간접적으로, 추가의 전력 분배기들(2)에, 다른 전기 어셈블리들에 그리고/또는 전기 에너지 소스들, 예컨대 배터리(14)에 연결되어, 전력 분배기(2)가 특히 자동차(6)의 온-보드 전기 시스템(4)에서 공급 노드를 구현하도록 한다.
게다가, 전력 분배기(2)는 중간 탭(16)을 가지며, 도 1에 따른 예시적인 실시예에서, 중간 탭(16)은 공급 출력(16)으로서 구현되어 2개의 전력 출력들(10) 사이에 직렬로 연결되고, 그리고 전력 분배기(2)가 동작할 때 전기 에너지가 중간 탭(16)을 통해 다수의 전기 부하들(18)에 공급될 수 있다. 이를 위해, 도 1에 따른 예시적인 실시예에서, 공급 출력(16)은 복수의 연결 아암들(22)을 가진 분배기 플레이트(20)로서 구현되고, 그 자체로 알려진 원리에 따라, 용융 퓨즈(24)는 각각의 연결 아암(22)에 통합된다. 예시적인 실시예에서, 차례로 각각의 연결 아암(22)에는 플러그-인 연결기(26)가 연결되고, 전기 부하(18)가 플러그-인 연결을 통해 플러그-인 연결기(26)에 연결될 수 있다. 대안적인 실시예에 따라, 연결 아암들(22)은 단일 플러그-인 연결기(26)의 플러그-인 콘택들을 공동으로 구현한다.
전력 분배기(2)는 부가적으로, 필요한 경우 연관된 전력 출력(10)을 차단할 수 있는, 각각의 전력 출력(10)에 대한 스위치(30)를 가진 스위칭 유닛(28)을 가진다.
도 1에 따른 예시적인 실시예에서, 대응하는 스위치(30)는 병렬로 연결된 3개의 반도체 스위치들(32)에 의해 구현되고, 차단 다이오드(34)가 각각의 반도체 스위치(32)에 병렬로 연결된다. 이 예에서, 반도체 스위치들(32)은 실질적으로 동일하게 설계되고, 신속한 스위칭 동작을 위해 구성된다. 바람직하게 이 경우, 수 ㎲로 차단될 수 있는 반도체 스위치들(32)이 따라서 10 내지 100 ㎲에서 사용된다.
이 경우에, 특히 비교적 큰 전력 요건을 가진 애플리케이션들에는 병렬로 연결된 복수의 반도체 스위치들(32)을 가진 스위치들(30)이 제공되어, 복수의 반도체 스위치들(32)에 대응하는 전력이 분배된다. 더 적은 전력 요건의 경우 그리고/또는 스위칭 속도에 대한 요건들이 더 낮은 경우들에서, 대응하는 스위치(30)는 가능하게는 단지 하나의 반도체 스위치(32)에 의해서 구현될 수 있고, 그리고 이 경우들에서 복수의 반도체 스위치들(32)의 사용은 또한 생략된다. 각각의 스위치(30)가 병렬로 연결된 차단 다이오드(34)를 가진 하나의 반도체 스위치(32)에 의해 구현되는 대응하는 예시적인 실시예가 도 2에 표현된다.
또한, 각각의 스위칭 유닛(28)의 일부가 제어 유닛(36)이며, 제어 유닛(36)에 의해 대응하는 스위칭 유닛(28)의 스위치(30)가 구동되고, 그리고 제어 유닛(36)에 의해 연관된 스위치(30) 및 이에 따라 연관된 전력 출력(10)이 차단되는지 차단해제되는지가 결정된다. 예시적인 실시예에서, 한편으로는 전력 분배기(2)의 제어 유닛들(36)이 그리고 다른 한편으로는 전력 분배기(2)의 스위치들(30)이 인쇄 회로 기판(8)의 상이한 측들 상에 구현되고 관통-도금들을 통해 상호연결된다. 대안적인 변형에 따르면, 한편으로는 제어 유닛들(36)이 그리고 다른 한편으로는 스위치들(30)이 상이한 인쇄 회로 기판들(8) 상에 구현되어 예컨대 라인들을 통해 상호연결되거나, 또는 대안적으로 전력 분배기(2)의 스위칭 유닛들(28)이 전체적으로 인쇄 회로 기판(8)의 일 측 상에 구현된다.
게다가, 예시적인 실시예에서, 스위칭 유닛들(28)은, 초기 상태에서, 외측으로부터 공급되거나 전력 분배기(2)에 이용가능한 공급 전압 없이, 스위치들(30)의 반도체 스위치들(32)이 차단되어 있고, 따라서 온-보드 전기 시스템(4)에서 전력 분배기(2)의 동작 또는 정상 동작을 위해 차단해제되어야 하는 방식으로 구현된다. 이를 위해 정상 동작시 전력 출력들(10)을 통해 이용가능한 전압이 사용되고, 이 전압으로부터, 스위치들(30)의 반도체 스위치들(32)을 동시에 차단해제하는, 스위칭 유닛들(28)에 대한, 특히 스위치들(30)에 대한 공급 전압이, 전압 펌프(40)를 가진 내부 전압 공급 회로(38)에 의해 생성된다. 이 경우 전압 공급 회로(38)를 통한 스위치들(30)의 반도체 스위치들(32)의 공급 전압은 통상적으로 영구적으로 유지되고, 따라서 반도체 스위치들(32)은, 대응하는 전력 분배기(2)가 먼저 자동차(6)에 설치되고 전기 에너지 소스, 예컨대 배터리(14)에 연결되자마자 정상적으로 차단해제된다. 일부 경우들에서, 대응하는 내부 전압 공급 회로(38)는 또한, 공급 전압이 모든 반도체 스위치들(32)을 완전히 스위치-스루(switch-through)하기에 충분할 때에만, 스위칭 유닛들(28), 특히 스위치들(30)에 대한 공급 전압을 방출하는 부족전압 방지부(42)를 가진다.
반도체 스위치들(32) 및 이에 따라 스위치들(30)이 차단해제될 때, 스위칭 유닛들(28)에 의해 연관된 전력 출력들(10)의 모니터링이 시행되고, 스위칭 유닛(28)에 의해 전력 출력(10)에서 결함 상황이 확인되는 경우, 연관된 스위치(30)가 구동되어 이에 의해 차단됨으로써, 대응하는 전력 출력(10)이 차단된다. 차단된 상태에서는, 전류가 대응하는 전력 출력(10)을 통해 전력 분배기(2) 밖으로 흐르는 것이 방지된다.
이때, 전력/전류가 이런 전력 출력(10)을 통해 전력 분배기(2) 밖으로 흐르는 반면 대응하는 전력 출력(10)에서의 전압이 특정된 제1 세트포인트 값 미만인 경우, 결함 상황이 전력 출력(10)에 존재한다. 따라서, 전력 출력들(10)에서의 전압들 및 전류 방향들이 스위칭 유닛들(28)에 의해 모니터링된다.
도 2에 따른 예시적인 실시예에서, 반도체 스위치들(32)이 폐쇄된 때의 전압 탭(16) 또는 공급 출력(16)의 전압이 전력 출력들(10)의 전압들과 유사하다는 것이 가정되어, 전력 출력들(10)의 전압들의 모니터링은 중간 탭(16) 또는 공급 출력(16)의 전압의 모니터링에 의해 간접적으로 시행된다. 한편, 대안적인 설계에 따르면, 전압들의 직접적인 모니터링은 대응하는 전력 출력들(10)에서 직접 시행된다.
대응하는 전압 모니터링은 이 경우 전압 모니터링 유닛(44)에 의해 시행되고, 이에 의해 중간 탭(16) 또는 대응하는 공급 출력(16)의 전압 강하들이 검출될 수 있다. 전력 분배기(2)의 동작 동안, 예컨대 약 12 볼트의 공급 전압 또는 공칭 전압으로부터 시작하여, 모니터링된 전압이 예컨대 9 볼트의 특정된 제1 세트포인트 값 미만으로 떨어지면, 이에 의해 결함 상황에 대한 제1 조건이 스위칭 유닛(28)에 의해 확인된다.
이 경우, 제1 세트포인트 값의 사양에서, 온-보드 전기 시스템(4)의 전압이 통상적으로 국부적으로 변화하고 그리고/또는 시간에 따른 변동들을 겪는 것이 고려된다. 그러나, 이들 변동들은 문제가 되지 않는 것으로 고려되며, 따라서 결함 상황의 확인을 초래하지 않을 것이다. 그러나, 동시에, 전력 분배기(2) 또는 오히려 스위칭 유닛들(28)은, 특히 오기능, 예컨대 온-보드 전기 시스템(4)의 컴포넌트의 결함의 발생이 온-보드 전기 시스템(4)의 공급 전압의 완전한 붕괴, 즉 프레임 전위의 범위 내의 값으로 전력 출력(0)의 전압이 강하하는 것을 초래하지 않는 경우에도, 온-보드 전기 시스템의 오기능들에 가능한 한 신속하게 반응하는 것이 바람직하다. 이 경우에 소위 공칭 전압의 약 20% 미만인 제1 세트포인트 값이 유리한 절충이다.
게다가, 예시적인 실시예에서, 스위칭 유닛들(28)은, 전압을 모니터링하는 것 외에, 전류-방향 모니터링 유닛(45)에 의해 연관된 전력 출력(10)에서의 전류 방향을 모니터링한다. 이 경우, 전류 방향은 전압 차이를 통해 간접적으로 확인되고, 이를 위해, 차례로, 비교기 회로가 사용되고, 비교기 회로에 의해 연관된 스위치(30) 이전 및 이후의 전위들이 서로 비교된다. 이어서, 제2 조건은, 전류가 연관된 전력 출력(10)을 통해 전력 분배기(2) 밖으로 흐를 때 충족된다.
그러나, 예시적인 실시예에서, 결함 상황은 양쪽 조건들이 충족되는 경우에만, 따라서 연관된 전력 출력(10)의 전압이 제1 세트포인트 값 미만인 동안, 전류가 연관된 전력 출력(10)을 통해 전력 분배기(2)의 밖으로 흐르는 것을 하나의 스위칭 유닛(28)이 확인하는 경우 존재한다. 그러므로, 도 2에 따른 예시적인 실시예에 표현된 바와 같이, 각각의 스위칭 유닛(28)의 2개의 비교기 회로들은 출력 측 상에서 간단한 로직 수단, 즉 본원에서 AND 게이트(46)를 통해 서로 링크된다.
이 경우 연관된 스위치(30)는, AND 게이트(46) 이후 직렬로 연결된 반도체 스위치(48)가 차단해제된다는 점에서 차단되고, 그리고 스위치(30)의 반도체 스위치(32)의 게이트 전압은 프레임 전위 또는 소스 전위로 당겨진다. 일단 차단해제되면, AND 게이트(46) 이후 직렬로 연결된 반도체 스위치(48)는 세트 메모리(50)에 의해 영구적으로 차단해제된 채로 유지되고, 그 결과로서, 궁극적으로, 연관된 스위치(30)는 영구적으로 차단된 채로 있는다. 이를 위해, AND 게이트 이후 직렬로 연결된 것은, 입력 측과 출력 측 둘 모두에서, 세트 메모리(50)에 연결된 OR 게이트(52)이다. 예시적인 실시예에서, 예컨대 캐패시터로 구현된 세트 메모리(50)의 리세팅, 및 결과적으로 직렬-연결된 반도체 스위치(48)의 차단 및 궁극적으로 연관된 스위치(30)의 차단해제는, OR 게이트(52)의 연관된 입력과 함께 세트 메모리(50)가 리셋 콘택(54)을 통해 프레임 전위 또는 소스 전위로 당겨진다는 점에서만 가능하다.
리셋 콘택(54) 외에, 전력 분배기(2) 또는 각각의 스위칭 유닛(28)은, 실시예 변형에 의존하여, 예컨대 전력 분배기, 또는 개별 스위칭 유닛(28)의 상태, 따라서 특히 전력 분배기(2), 또는 개별 스위칭 유닛(28)에 결함이 존재하는지 여부를 확인하기 위해, 다양한 신호들이 공급 및/또는 판독되게 하는 구동 및 테스트 콘택들 또는 콘택 연결들을 가진다. 이어서, 이를 위해, 예컨대 자동차의 서비싱의 부분으로서, 테스트 디바이스는 콘택들 또는 콘택 연결들을 통해 전력 분배기(2) 또는 개별 스위칭 유닛(28)에 연결된다. 세트 메모리(50)의 리세팅은 통상적으로, 특히 세트 메모리(50)의 세팅, 및 따라서 연관된 스위치(30)의 차단을 초래한 오기능이 제거된 이후, 자동차(6)의 서비스의 부분으로서 시행된다.
게다가, 각각의 전압 모니터링 유닛(44) 이전에 직렬로 바람직하게 연결된 것은 예컨대 RC 엘리먼트(56)로 설계된 지연 엘리먼트이다. 전압 모니터링 유닛(44)의 입력, 따라서, 예시적인 실시예에서, 대응하는 비교기 회로의 입력의 전압 강하는 이에 의해 연관된 전력 출력(10), 또는 중간 탭, 또는 공급 출력(16)에서 발생하는 전압 강하에 대해 부가적으로 지연되고, 전력 출력(10), 또는 공급 출력(16)에서의 전압 강하들이 더 적게 또는 더 느리게 강하할수록, 지연이 더 커진다.
이어서, 그런 전력 분배기(2)로 인해, 실시예 변형에 따라, 예컨대 링 형태이고 도 3에 표현되거나, 또는 스트랜드 형태이고 도 4에 표현된 복수의 전력 분배기들(2)이 배열되고, 2개의 독립적인 전기 에너지 소스들, 즉 특히 2개의 배터리들(14)에 연결되는 유리한 리던던트 온-보드 전기 시스템(2)을 구현하는 것이 또한 가능하다.
이어서, 예컨대, 단락 회로 또는 상당한 전압 강하를 유발하는 다른 결함이 라인 세그먼트들(12) 중 하나에서 발생하면, 각각의 경우 전류 경로들에 따른 결함에 가장 가까운, 즉 결함 소스에 가장 가깝게 위치결정된 이들 스위치들만이 차단되고, 그 결과로서 대응하는 라인 세그먼트(12)가 격리된다. 그러나, 라인 세그먼트(12)의 대응하는 격리 다음, 모든 전력 분배기들(2)은 적어도 하나의 배터리(14)에 계속 연결되어, 전력 분배기들(2)에 연결된 전기 부하들(18)에 대한 공급은 여전히 보장된다.
대안적인 실시예 변형에 따라, 온-보드 전기 시스템(4)은 단지 하나의 그런 이미 설명된 전력 분배기(2)로 구현되고, 이 경우 온-보드 전기 시스템(4)은, 이를테면 2개의 부분들로 구성되고, 따라서 제1 온-보드 전기 서브-시스템(58) 및 제2 온-보드 전기 서브-시스템(60)을 가진다. 이에 대한 예시적인 실시예는 도 5에 개략적으로 묘사되고, 제2 온-보드 전기 서브-시스템(60)은 파선으로 표현된다.
이 경우 제1 온-보드 전기 서브-시스템(58)은 다수의 안전-관련 전기 부하들(62) 및 다수의 다른 전기 부하들(64)을 공급하는 역할을 하는 반면, 제2 온-보드 전기 서브-시스템(60)은 안전-관련 전기 부하들(62)만을 공급하도록 구현되어, 안전-관련 전기 부하들(62)은 제2 공급 가능성에 의해 부가적으로 보호된다. 이것은, 리던던트 공급이 안전-관련 전기 부하들(62)을 위해서만 제공되는 것을 의미한다.
이 경우 2개의 온-보드 전기 서브-시스템들(58, 60)은 하나의 전력 분배기(2)를 통해 서로 연결 또는 링크되고, 따라서 결함 상황에서, 따라서 이미 설명된 결함의 경우, 2개의 온-보드 전기 서브-시스템들(58, 60)은 서로 분리되고, 그 결과로 2개의 온-보드 전기 서브-시스템들(58, 60) 중 하나만이 고장나고 안전-관련 전기 부하들(62)에 대한 공급은 개별 다른 온-보드 전기 서브-시스템(58, 60)에 의해 계속 보장된다.
도 5에 따른 온-보드 전기 시스템(4)의 수정된 변형에서, 양쪽 온-보드 전기 서브-시스템들(58, 60)은 다른 전기 부하들(64)을 공급하는 데 사용되지만, 이 경우 또한 다른 전기 부하들(64)은 바람직하게 2개의 온-보드 전기 서브-시스템들(58, 60) 중 단지 하나에만 각각 연결되어, 연관된 온-보드 전기 서브-시스템(58, 60)이 고장나는 경우 대응하는 다른 전기 부하들(64)이 고장난다.
도 5에 따른 온-보드 전기 시스템(4)의 수정은 도 6에 표현되고, 이 경우, 전력 분배기(2)의 2개의 스위칭 유닛들(28)은 서로 공간적으로 분리되고 분리된 하우징들에 배열된다. 이 경우, 2개의 스위칭 유닛들(28) 각각은 바람직하게 소위 퓨즈 박스(66)의 부분이고, 여기서 소위 분배기 버스바(68)분 아니라, 통상적으로 다수의 퓨즈 엘리먼트들, 예컨대 용융 퓨즈들 및/또는 전자 퓨즈들이 배열된다. 이 실시예 변형의 경우, 전력 분배기(2)는 이를테면 절반으로 되고, 2개의 하우징 각각 또는 각각의 퓨즈 박스는 이를테면 전력 분배기(2)의 절반을 가진다.
스위칭 유닛들(28)이 내부에 포함되어 있는 2개의 퓨즈 박스들(66)은 게다가 편리하게 전력의 교환 또는 전력의 전송을 위해 전력 분배기(2)의 중간 탭(16)을 통해 전기 전도 방식으로 서로 연결되고, 이 경우 중간 탭(16)은 예컨대 전도체 연결 또는 케이블 연결로 설계된다. 이 경우 2개의 퓨즈박스들(66) 중 하나는 자동차(6)의 전면 구역에 배열되고, 이어서 2개의 퓨즈박스들(66) 중 다른 하나는 예컨대 자동차(6)의 후면 구역에 배열된다.
게다가, 이 실시예의 경우, 각각의 스위칭 유닛(28)은 바람직하게 그 자신의 내부 전압 공급 회로(38)를 가진다.
도 7에는 도 6에 따른 실시예 변형과 구조가 유사한 온-보드 전기 시스템(4)의 추가 변형이 도시된다. 그러나, 여기서, 다른 전기 부하들(64)은 양쪽 온-보드 전기 서브-시스템들(68, 60)에 통합되고, 게다가 다른 전기 부하(64)는 공급을 위해 중간 탭(16)에 연결된다.
안전-관련 전기 부하들(62)의 리던던트 공급에 대한 대안으로, 리던던시는, 특히 각각의 안전-관련 전기 부하(62)가 제1 온-보드 전기 서브-시스템(58)에 한 번 존재하고 제2 온-보드 전기 서브-시스템(60)에 한 번 존재하는 방식으로 안전-관련 전기 부하들(62)이 두 번 설치된다는 점에서 달성될 수 있다. 그런 온-보드 전기 시스템 실시예는 도 8에 표시된다. 게다가, 이 실시예 변형의 경우, 모든 다른 전기 부하들(64)은 중간 탭(16)에 연결된다. 이 경우 이런 연결은 간접 연결로 설계되고, 부가적인 스위칭 유닛(28)을 가진 부가적인 퓨즈박스(66)는 중간 탭(16)과 다른 전기 부하들(64) 간에 직렬로 연결된다. 이어서, 이 경우, 전력 분배기(2)는 이를테면 3개의 스위칭 유닛들(28)을 가진다.
마지막으로, 도 9 및 도 10의 표현들에서, 제어 유닛(36)의 2개의 대안적인 실시예들이 묘사된다. 이들 실시예들의 경우, 로직 회로는 AND 게이트(46) 및 OR 게이트들(52)이 아닌, NAND 게이트들(72) 및 NOR 게이트들(74)에 의해 구성된다.
게다가, 제어 유닛(36)의 이들 실시예들의 경우, 소위 "잠금" 기능은 구현되어, 적어도 일시적으로, 따라서 예컨대 약 100 내지 약 300 ㎲의 기간 동안 그런 제어 유닛(36)을 가진 스위칭 유닛(28)의 반응 능력을 차단하는 것을 가능하게 한다. 이어서, 이를 위해, 스위칭 신호 또는 제어 신호는, 적어도 일시적으로, 전압 모니터링 유닛(44)에 의해 모니터링된 전압에 무관하게, 반도체 스위치(48)가 더 이상 차단해제되지 않을 수 있고, 따라서 스위칭 유닛(28)의 연관된 스위치(30)가 차단되지 않을 수 있는 방식으로 예컨대 "잠금" 입력(70)을 통해 스위칭 유닛(28)의 제어 유닛(36)의 로직 회로에 공급된다.
통상적으로 이 경우, 스위칭 유닛(28)의 반응 능력은, 동일한 전력 분배기(2)의 추가 스위칭 유닛(28)이 결함 상황으로 인해 반응하였거나 이어서 막 반응하는 경우, 및 그 경우에만 차단되어야 한다. 그러므로, 도 11에 따른 예시적인 실시예에서, 전력 분배기(2)의 2개의 스위칭 유닛들(28)의 2개의 제어 유닛들(36)의 로직 회로들은 그런 "잠금" 기능을 구현하기 위해 서로 링크된다. 이 경우, 2개의 제어 유닛들(36)의 로직 회로들은, 이들이 도 9에 따른 제어 유닛(36)의 로직 회로에 대응하도록, 링크와 별도로 설계된다. 링크를 구현하기 위해, 양쪽 제어 유닛들(36)의 경우, 개별 제어 유닛(36)의 연관된 반도체 스위치(48)를 구동하는 NOR 게이트(74)의 출력은 각각의 경우 RC 엘리먼트(76)를 통해, 연관된 전압 모니터링 유닛(44) 이후 직렬로 연결된 개별적으로 다른 제어 유닛(36)의 NAND 게이트(72)의 입력에 연결된다. 이어서, 결과적으로, 전력 분배기(20의 제어 유닛들(36) 중 하나에서, 연관된 반도체 스위치(48)를 차단해제하는 스위칭 신호 또는 제어 신호는 이를테면 전력 분배기(2)의 다른 제어 유닛(36)의 반도체 스위치(48)의 차단해제를 동시에 막는다.
본 발명은 위에서 설명된 예시적인 실시예로 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명의 다른 변형들은 또한 본 발명의 규정에서 벗어남이 없이 당업자들에 의해 유도될 수 있다. 게다가, 특히, 예시적인 실시예와 관련하여 설명된 모든 개별 피처(feature)들은 또한 본 발명의 규정에서 벗어나지 않고 임의의 방식으로 서로 조합될 수 있다.
2 전력 분배기
4 온-보드 전기 시스템
6 자동차
8 인쇄 회로 기판
10 전력 출력
12 라인 세그먼트
14 배터리
16 중간 탭/공급 출력
18 전기 부하
20 분배기 플레이트
22 연결 아암
24 용융 퓨즈
26 플러그-인 연결기
28 스위칭 유닛
30 스위치
32 반도체 스위치
34 차단 다이오드
36 제어 유닛
38 내부 전압 공급 회로
40 전압 펌프
42 부족전압 방지부
44 전압 모니터링 유닛
45 전류-방향 모니터링 유닛
46 AND 게이트
48 반도체 스위치
50 세트 메모리
52 OR 게이트
54 리셋 콘택
56 RC 엘리먼트
58 제1 온-보드 전기 서브-시스템
60 제2 온-보드 전기 서브-시스템
62 안전-관련 전기 부하
64 다른 전기 부하
66 퓨즈박스
68 분배기 버스바
70 "잠금" 입력
72 NAND 게이트
74 NOR 게이트
76 RC 엘리먼트

Claims (25)

  1. 2개의 전력 출력들(10) 및 중간 탭(tap)(16)을 가진 전력 분배기(2)로서,
    필요시 연관된 전력 출력(10)을 차단하기 위한 스위치(30)를 가진, 각각의 전력 출력(10)에 대한 개별 스위칭 유닛(28)을 포함하고,
    상기 스위칭 유닛들(28) 각각은, 상기 연관된 전력 출력(10)에서 그리고/또는 상기 중간 탭(16)에서 제1 세트포인트 값 미만으로의 전압 강하가 발생하는 경우, 결함 상황이 확인되면, 상기 연관된 전력 출력(10)이 차단되도록 구현되고, 이때, 대응하는 전압 강하가 더 클수록 상기 연관된 전력 출력(10)이 더 신속하게 차단되는,
    전력 분배기(2).
  2. 제1항에 있어서,
    결함 상황의 경우, 전력 소스에 가장 직접적으로 각각 연결된 전력 출력이 차단되도록 구현되는 것을 특징으로 하는,
    전력 분배기(2).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중간 탭(16)은 다수의 전기 부하들(18)을 공급하기 위한 분배기 노드 또는 공급 출력(16)으로 구현되는 것을 특징으로 하는,
    전력 분배기(2).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛들(28) 각각은 전류 방향 모니터링 유닛(45)을 가지는 것을 특징으로 하는,
    전력 분배기(2).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛들(28) 각각은 비교기 회로(45)를 가진 전류 방향 모니터링 유닛(45)을 가지며,
    전류 방향을 결정하기 위해, 상기 비교기 회로(45)에 의해, 상기 연관된 스위치(30) 이전의 전압 및 이후의 전압, 또는 상기 대응하는 전력 출력(10)에서의 보조 저항기 이전의 전압 및 이후의 전압이 서로 비교되는 것을 특징으로 하는,
    전력 분배기(2).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛들(28) 각각은 전압 모니터링 유닛(44)에 링크되고, 상기 전압 모니터링 유닛(44)에 의해, 상기 전력 출력들(10)의 전압들 및/또는 상기 중간 탭(16)의 전압이 모니터링되거나, 또는
    상기 스위칭 유닛들(28) 각각은 전압 모니터링 유닛(44)을 가지며, 상기 전압 모니터링 유닛(44)에 의해, 상기 연관된 전력 출력(10)의 전압 및/또는 상기 중간 탭(16)의 전압이 모니터링되는 것을 특징으로 하는,
    전력 분배기(2).
  7. 제6항에 있어서,
    각각의 전압 모니터링 유닛(44)은 비교기 회로(44)를 가지며, 상기 비교기 회로(44)에 의해, 상기 연관된 전력 출력(10)의 전압 및/또는 상기 중간 탭(16)의 전압이 생성된 기준 전압과 비교되고, 상기 기준 전압(URef)은 상기 제1 세트포인트 값에 대응하는 것을 특징으로 하는,
    전력 분배기(2).
  8. 제6항에 있어서,
    지연 엘리먼트(56)가 각각의 전압 모니터링 유닛(44) 이전에 직렬로 연결되어, 상기 연관된 전력 출력(10)에서의 전압 강하 및/또는 상기 중간 탭(16)에서의 전압 강하가 대응하는 전압 모니터링 유닛(44)에 변경된 시간 특성을 가진 전압 강하를 유발하는 것을 특징으로 하는,
    전력 분배기(2).
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛들(28) 각각은 비교기 회로(45)를 가진 전류 방향 모니터링 유닛(45)을 가지며, 상기 전류 방향 모니터링 유닛(45)의 출력은 상기 연관된 출력 신호들의 공동 평가를 위해 비교기 회로(44)를 가진 전압 모니터링 유닛(44)의 출력에 링크되는 것을 특징으로 하는,
    전력 분배기(2).
  10. 제9항에 있어서,
    각각의 스위칭 유닛(28)의 2개의 비교기 회로들(44, 45)의 출력들은 로직 게이트(46)를 통해 서로 링크되는 것을 특징으로 하는,
    전력 분배기(2).
  11. 제10항에 있어서,
    각각의 스위칭 유닛(28)의 상기 2개의 비교기 회로들(44, 45)의 출력들은 AND 게이트(46)를 통해 서로 링크되고, 상기 AND 게이트(46) 이후에는 OR 게이트(52)가 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    전력 분배기(2).
  12. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛들(28) 각각은 개시된(initiated) 차단을 영구적으로 유지하는 세트 메모리(50)를 가지는 것을 특징으로 하는,
    전력 분배기(2).
  13. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛들(28) 각각은 개시된 차단을 영구적으로 유지하는 세트 메모리(50)를 가지며, 상기 세트 메모리(50)는 OR 게이트(52)의 출력에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    전력 분배기(2).
  14. 제1항에 있어서,
    일종의 "잠금" 기능이 구현되고, 이에 의해, 다른 스위칭 유닛(28), 또는 모든 다른 스위칭 유닛들(28)의 반응 능력은, 결함 상황으로 인해 스위칭 유닛(28)이 반응하자마자 일시적으로 차단되는 것을 특징으로 하는,
    전력 분배기(2).
  15. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛들(28) 각각은, 다른 스위칭 유닛들(28)과 통신하지 않고 상기 연관된 전력 출력(10)이 차단되도록 구현되는 것을 특징으로 하는,
    전력 분배기(2).
  16. 제1항에 있어서,
    2개의 스위칭 유닛들(28)은 공간적으로 서로 분리되고, 상기 중간 탭(16)은 상기 2개의 스위칭 유닛들을 전기 전도적으로 서로 연결하는 전도체 연결로 구현되는 것을 특징으로 하는,
    전력 분배기(2).
  17. 제16항에 있어서,
    상기 2개의 스위칭 유닛들(28) 중 적어도 하나는 퓨즈박스(66)에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    전력 분배기(2).
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 전력 분배기(2)를 가진, 자동차(6)용 온-보드 전기 시스템(4).
  19. 제18항에 있어서,
    상기 온-보드 전기 시스템(4)은 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 전력 분배기(2)를 복수개 가지며, 다수의 전기 부하들(18)이 각각의 전력 분배기(2)의 중간 탭(16)을 통해 각각의 전력 분배기(2)에 연결되고, 상기 전력 분배기들(2)은 자신의 전력 출력들(10) 및 중간 연결 전도체들(12)을 통해 상호연결되고, 그리고
    2개의 전기 에너지 소스들(14)이, 상기 전기 부하들(18)로의 전력의 리던던트(redundant) 공급을 위해, 2개의 전력 분배기들(2)의 2개의 전력 출력들(10)에 또는 2개의 중간 탭들(16)에, 또는 2개의 전력 분배기들(2)의 하나의 전력 출력(10) 및 하나의 중간 탭(16)에 연결되어, 상기 연결 전도체들(12) 중 하나를 따라 단락(short circuit)이 발생하는 경우, 연결된 전력 분배기들(2)에 의해 전기적으로 격리되는 것을 특징으로 하는,
    자동차(6)용 온-보드 전기 시스템(4).
  20. 제19항에 있어서,
    상기 전력 분배기들(2)은 분배기 체인(chain)을 구현하며, 상기 분배기 체인(chain)의 단부들에, 공급 출력(16) 또는 전력 출력(10)을 통해, 상기 전기 에너지 소스들(14) 중 하나가 각각 연결되는 것을 특징으로 하는,
    자동차(6)용 온-보드 전기 시스템(4).
  21. 제19항에 있어서,
    상기 전력 분배기들(2)은 전력 링을 구현하고, 전기 에너지 소스(14)가 각각 공급 출력(16) 또는 전력 출력(10)을 통해 2개의 전력 분배기들(2)에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    자동차(6)용 온-보드 전기 시스템(4).
  22. 제18항에 있어서,
    안전-관련 기능을 구현하는 데 사용되는 다수의 안전-관련 전기 부하들(62), 및 다수의 다른 전기 부하들(64), 그리고 제1 온-보드 전기 서브-시스템(58) 및 제2 온-보드 전기 서브-시스템(60)을 더 포함하고,
    상기 제1 온-보드 전기 서브-시스템(58) 및 상기 제2 온-보드 전기 서브-시스템(60)은 상기 전력 분배기(2)를 통해 서로 연결되고, 리던던트 공급을 위해, 상기 안전-관련 전기 부하들(62) 각각은 양쪽 온-보드 전기 서브-시스템들(58, 60)에 통합되고, 단일 공급을 위해, 상기 다른 전기 부하들(64) 각각은 상기 2개의 온-보드 전기 서브-시스템들(58, 60) 중 하나에 통합되는,
    자동차(6)용 온-보드 전기 시스템(4).
  23. 제22항에 있어서,
    상기 다른 전기 부하들(64) 모두는 상기 제1 온-보드 전기 서브-시스템(58)에 통합되는,
    자동차(6)용 온-보드 전기 시스템(4).
  24. 제18항에 있어서,
    안전-관련 기능을 구현하는 데 사용되는 다수의 안전-관련 전기 부하들(62), 및 다수의 다른 전기 부하들(64), 그리고 제1 온-보드 전기 서브-시스템(58) 및 제2 온-보드 전기 서브-시스템(60)을 더 포함하고,
    상기 제1 온-보드 전기 서브-시스템(58) 및 상기 제2 온-보드 전기 서브-시스템(60)은 상기 전력 분배기(2)를 통해 서로 연결되고, 리던던트 공급을 위해, 상기 안전-관련 전기 부하들(62) 각각은 양쪽 온-보드 전기 서브-시스템들(58, 60)에 통합되고, 단일 공급을 위해, 상기 다른 전기 부하들(64)은 상기 중간 탭(16)에 연결되는,
    자동차(6)용 온-보드 전기 시스템(4).
  25. 제24항에 있어서,
    상기 다른 전기 부하들(64)은 부가적인 스위칭 유닛(28), 또는 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 부가적인 전력 분배기(2)를 통해 상기 중간 탭(16)에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    자동차(6)용 온-보드 전기 시스템(4).
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