JP2015224030A - ２つの供給電圧を有する電気または電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】動作時に２つの別々の供給電圧を供給できる電気または電子デバイスに関する。【解決手段】第１の電気ネットワークの接地導体および電圧導体ならびにデータを運ぶことができるシリアルバスシステム７５に接続されることができる第１の接続インターフェイス７０と、第２の電気ネットワークの接地導体および電圧導体に接続されることができる第２の接続インターフェイス７１と、第１の電圧値が供給され、データを受信および／または送信することができる制御モジュール７４と、バス７５と制御モジュール７４との間に直列に挿入されたスイッチングモジュール７６とを備え、各々の接続インターフェイスは、接地接続を備え、互いに接続されて共通の接地を形成し、スイッチングモジュール７６は、データの送信および／または受信時に閉位置に切り替わり、第１の接続インターフェイスのすべての入力／出力が互いに接続されるときに開位置に切り替わる。【選択図】図４

Description

本発明は、２つの別々の供給電圧を必要とする電気または電子デバイスに関する。

本発明は、もっぱらというわけではないが、とりわけ、特定の機器を２つの別々の供給電圧値（典型的には、１２ボルト程度の低電圧および４８ボルト程度の中電圧）で動作するように設計しなければならない自動車の分野に関する。

この種の機器について、とりわけ特定のアーキテクチャおよび検認試験の基準を定める仕様が、現時点において自動車メーカーの共同体によって策定中である。この仕様（「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ４８Ｖ − ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ， Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｅｓｔｓ」、２０１１年８月２９日付の仕様１４８号）は、特には、
すべての１２Ｖ／４８Ｖの機器が、共通の接地を有し、１２Ｖの車両ネットワークへの接続を可能にする１２Ｖの接続インターフェイスと、４８Ｖの車両ネットワークへの接続を可能にする４８Ｖの接続インターフェイスとを含み、各々の接続インターフェイスが、自身の固有の接地接続を有すること、および
すべての１２Ｖ／４８Ｖの機器が、４８ボルトおよび１２ボルトの電源が漏れ電流から充分に保護されることを保証するために、漏れ電流測定試験に合格すること、
を要求している。

図１が、１２ボルト（接地および１２ボルトＤＣ電源）用およびＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）バスへの接続用の第１の接続インターフェイス１０（ＬＩＮバスがシリアルシステムバスであることにさらに注意すべきである）と、４８ボルト（接地および４８ボルトＤＣ電源）用の第２の接続インターフェイス１１とを備える電気または電子デバイス１について、漏れ電流に関する検認試験のために用意されたアセンブリを概略的に示している。

図１に示されるとおり、この試験は、第１の接続インターフェイス１０のすべての入力／出力をＤＣ電圧発生器の第１の端子に接続し、第２の接続インターフェイス１１の入力をＤＣ電圧発生器の第２の端子に接続し、ＤＣ電圧発生器によって７０ボルトの電圧を印加し、伝統的な電流計を使用して電流を測定することからなる。電気または電子デバイス１は、この試験の際に、測定される電流が（絶対値で）１マイクロアンペア以下にとどまれば合格である。

２つの供給電圧で動作することができる電気または電子デバイスのアーキテクチャは、すでに知られている。特には、図２が、電源に２つの１２ボルト電圧を使用し、一方が低出力であって、電圧発生器３によって代表され、他方が典型的には１０００〜１２００ワット程度の大出力であって、電圧発生器４によって代表される追加のヒータモジュール２を概略的に示している。そのような追加のヒータは、自動車の始動時に車内をより速やかに暖めるために使用される。低出力の電源３が、モジュール２の管理およびインターフェイスに使用される一方で、大出力の電源４は、モジュールに含まれる加熱素子（図示されていない）に電力を供給するために使用される。図２のアーキテクチャにおいて見られるように、電圧発生器４の接地だけが、モジュールに接続されている。さらに、モジュールのＬＩＮデータの入力が、電圧発生器３および発生器４の接地によって供給される。したがって、このようなアーキテクチャは、各々の電力網のための２つの別々の接地を要求する上述の仕様に従った１２Ｖ／４８Ｖのデバイスに使用することができない。最後に、このようなアーキテクチャは、１２Ｖ／４８Ｖのデバイスに適用されたとき、ＬＩＮバスを４８ボルトの電源とモジュールのＬＩＮデータ入力との間の漏れ電流に対して保護することができないと考えられる。特には、図１に関して上述した漏れ電流についての検認試験を、ＬＩＮ送信／受信サブモジュールを破壊する恐れなく実行することができない。

図３が、電気自動車に使用される電気または電子デバイス５の別の公知のアーキテクチャを概略的に示している。ここで、デバイス５には、２つの接続インターフェイス５０および５１を介して２つの大きく異なる電圧が供給され、すなわち電圧発生器３によって代表される１２ボルト程度の第１の低い電圧と、電圧発生器６によって代表される４００ボルト程度の第２のきわめて高い電圧とが供給される。安全上の理由で、この種のデバイス５は、１２ボルトの電源と４００ボルトの電源との間に電気的絶縁を生み出すために、絶縁変圧器５２を備えなければならない。

同様のアーキテクチャを、上述の仕様に適合した１２Ｖ／４８Ｖの電気または電子デバイスの製作に使用することができる。しかしながら、この技術的解決策は、絶縁変圧器を用いるがゆえに高価で扱いにくく、実施において複雑である。

本発明は、１２Ｖ／４８Ｖなどの２つの供給電圧による電気または電子デバイスについて、２つの接地端子の存在に関する仕様の要件を満たし、漏れ電流に関する検認試験の際にＬＩＮ送信／受信サブモジュールを保護する単純なアーキテクチャを提案することによって、上述の欠点を克服することを目的とする。

本発明は、動作時に第１の電気ネットワークによって生成される第１の電圧値と、第２の電気ネットワークによって生成される第１の電圧値よりも大きい第２の電圧値と、が供給されることができる電気または電子デバイスであって、
通常の接続状態のもとで、第１の電気ネットワークの接地導体および電圧導体ならびにデータを運ぶことができるシリアルバスシステムに接続されることができる第１の接続インターフェイスと、
第２の電気ネットワークの接地導体および電圧導体に接続されることができる第２の接続インターフェイスと、
第１の電圧値が供給され、前記バスによってデータを受信および／または送信することができる制御モジュールと、
前記バスと制御モジュールとの間に直列に挿入された少なくとも１つのスイッチングモジュールと
を備えており、
各々の接続インターフェイスは、接地接続を備え、２つの接続インターフェイスの接地接続は、互いに接続されて共通の接地を形成し、
スイッチングモジュールは、データの送信および／または受信時に閉位置に切り替わり、第１の接続インターフェイスのすべての入力／出力が互いに接続されるときに開位置に切り替わることができるデバイスを提案することによって、目的を達成する。

ここで、「通常の接続状態」という表現は、デバイスの通常の動作に必要な接続を指し、すなわち２つの電気ネットワークへの接続インターフェイスの常時の接続を指す。

他に考えられる特に好都合な特徴によれば、
前記シリアルバスシステムは、ＬＩＮバスであり、
前記第２の接続インターフェイスは、前記通常の状態において第２の電気ネットワークの前記接地導体および前記電圧導体に接続されるように構成され、
スイッチングモジュールは、第１の電気ネットワークによる電圧が供給されるＭＯＳＦＥＴトランジスタを備えることができ、
スイッチングモジュールは、スイッチングモジュールが開位置にあるときにすべての電流が第１の接続インターフェイスに向かって流れることを防止することができるブロッキングダイオードに組み合わせられ、
この電気または電子デバイスが、ＬＩＮネットワークにおけるマスタノードを形成し、
この電気または電子デバイスが、ＬＩＮネットワークにおけるスレーブノードを形成する。

本発明および本発明の利点が、添付の図面を参照して、本発明の実施例（ただし、これに限られるわけではない）の以下の説明から、よりよく理解されるであろう。

すでに上述したように、上述の仕様１４８号に規定の１２Ｖ／４８Ｖのデバイスについての漏れ電流測定試験に関する等価電気回路を概略的に示している。 すでに上述したように、２つの１２ボルトの供給電圧を使用するデバイスの公知のアーキテクチャを概略的に示している。 すでに上述したように、１２ボルトの供給電圧および４００ボルトの供給電圧を使用するデバイスの公知のアーキテクチャを概略的に示している。 本発明による２つの供給電圧（例えば、１２Ｖ／４８Ｖ）を有する電気または電子デバイスのアーキテクチャの例を概略的に示している。 特定のノードが本発明による２つの供給電圧を有する電気または電子デバイスであるＬＩＮネットワークの例を示している。

図４が、二重の１２Ｖ／４８Ｖの電源の文脈（ただし、これに限られるわけではない）において、本発明について考えられる一実施形態による電気または電子デバイス７を示している。デバイス７は、通常の使用の状態で示されており、すなわち第１の１２ボルトのネットワーク（電圧発生器３によって代表される）からの第１の１２ボルトの供給、および第２のネットワーク（電圧発生器８によって代表される）からの第２のより高い供給電圧（典型的には、４８ボルト程度）を受け取っている。

この目的のために、デバイス７は、
電圧発生器３の２つの端子に接続可能であり、すなわち実際には第１の１２ボルトのネットワークの接地導体ＧＮＤ＿１２および１２ボルト電圧導体に接続可能である第１の接続インターフェイス７０と、
電圧発生器８の２つの端子に接続可能であり、すなわち実際には第２の４８ボルトのネットワークの接地導体ＧＮＤ＿４８および４８ボルト電圧導体に接続可能である第２の接続インターフェイス７１と
を備えている。

デバイス７の内部において、２つの接続インターフェイス７０および７１の接地接続は、互いに接続されて共通の接地を形成している。

２つの接続インターフェイス７０および７１の間に、デバイス７は、好ましくは、生じうる電圧変動を減衰させるためのＥＭＣ（電磁両立性）フィルタモジュール７２と、デバイスに特有の機能を統合する１２Ｖ／４８Ｖインターフェイスモジュール７３とを備える。例えば、デバイス７が追加のヒータである場合、モジュール７３は、制御の構成部品およびインターフェイスならびに加熱素子を特徴とする。

デバイス７は、例えば１２ボルトが供給され、ＬＩＮバス７５を介してＬＩＮデータを受信および／または送信することができるＬＩＮ制御モジュール７４も備える。

さらに、デバイス７は、スイッチングモジュール７６をＬＩＮバス７５とＬＩＮ制御モジュール７４との間に直列に備えており、スイッチングモジュール７６は、ブロッキングダイオード７７に組み合わせられている。スイッチングモジュール７６は、好ましくは、１２ボルトのネットワークによって駆動される金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり、すなわちソースＳおよびドレインＤが、接続モジュール７０の接地接続および接続モジュール７１の接地接続にそれぞれ接続され、グリッドＧが、１２ボルトを受け取る。

このスイッチングモジュール７６の存在は、デバイス７の漏れ電流測定試験の際に、ＬＩＮ構成部品の保護を可能にする。実際に、この試験（図１の回路図による）を実行することによって、第１の接続インターフェイス７０のすべての入力／出力が一体に接続され、したがって試験において必要とされる７０ボルトの電圧の印加時であっても、電圧ＶＧＳがゼロになり、トランジスタ７６が開位置に切り替わる。ブロッキングダイオード７７が、いかなる電流も反対方向に流れることができず、すなわち第２の接続インターフェイス７１から第１の接続インターフェイス７０に流れることができないように保証する。

しかしながら、このスイッチングモジュール７６の存在は、特にはＬＩＮバス７５上で生じうるＬＩＮデータの交換に関して、デバイス７の通常の動作に影響を及ぼすことがない。一例（ただし、これに限られるわけではない）として、図５が、自動車に装備することができるＬＩＮネットワークのアーキテクチャを示している。ＬＩＮネットワークが、マスタ−スレーブの構成に基づく通信プロトコルに従って互いに通信するネットワークノードと称されるいくつかのスマートデバイスをつなぎ合わせて構成されることに、留意されたい。この例においては、ネットワークが、マスタノードＭと、それぞれＳ１、Ｓ２、Ｓ３として特定される３つのスレーブノードとを備えている。ここで、マスタノードＭならびに２つのスレーブノードＳ１およびＳ３は、本発明による２つの電源を有するデバイスである。対照的に、スレーブノードＳ２は、１２ボルトのみが供給される電子デバイスである。図５を必要以上に一杯にすることがないように、各ノードのＬＩＮ制御モジュール７４、ノードＭ、Ｓ１、およびＳ３のブロッキングダイオード７７に組み合わせられたスイッチ７６、１２ボルトおよび４８ボルトの２つの供給への種々の接続、ならびにＬＩＮバス７５だけが、図示されている。図５に示されるとおり、種々のＬＩＮ制御モジュール７４は、オープンコレクタモードで使用され、すなわち１２ボルトの供給端子の間のプルアップ抵抗に直列なＮＰＮ型のスイッチを備える。そのようなやり方において、種々のノードは、バス７５上で「支配メッセージ（ｄｏｍｉｎａｎｔ ｍｅｓｓａｇｅｓ）」と称されるゼロボルトのメッセージを交換しなければならない。より正確には、マスタノードＭがバス７５上に支配メッセージをもたらさなければならない場合、マスタノードＭの制御モジュール７４のスイッチは、バス７５上に論理のゼロを生成するために閉位置にある。スレーブノードＳ１およびＳ３に含まれるスイッチングモジュール７６のドレイン−グリッド電圧は、１２ボルトに等しく、これは閉位置のスイッチングモジュールに相当する。したがって、マスタノードＭによって送信された支配メッセージは、すべてのスレーブノードのＬＩＮ制御モジュール７４の入力に到達する。スレーブノードＳ１がＬＩＮバス７５による支配メッセージの送信を望む場合、スレーブノードＳ１の制御モジュール７４も、スレーブノードＳ１のスイッチングモジュール７６のドレインに論理のゼロを生成する。スイッチングモジュール７６が閉じ、自身のドレインをソースに接続する。ここでもやはり、支配メッセージをＬＩＮバス７５で運ぶことができる。

本発明を、自動車分野の１２Ｖ／４８Ｖの文脈において説明したが、デバイスがいわゆる安全電圧値の２つの電源を必要とする場合が、対象となりうる。さらに、ＬＩＮバスは、任意の他のシリアルバスシステムであってよい。

Claims (8)

1. 動作時に第１の電気ネットワーク（３）によって生成される第１の電圧値と、第２の電気ネットワーク（８）によって生成される前記第１の電圧値よりも大きい第２の電圧値とが供給されることができる電気または電子デバイス（７）であって、
   通常の接続状態のもとで、前記第１の電気ネットワーク（３）の接地導体および電圧導体、並びに、データを運ぶことができるシリアルバスシステム（７５）に接続されることができる第１の接続インターフェイス（７０）と、
   前記第２の電気ネットワーク（８）の接地導体および電圧導体に接続されることができる第２の接続インターフェイス（７１）であって、各々の接続インターフェイス（７０、７１）は接地接続を備え、前記２つの接続インターフェイス（７０、７１）の前記接地接続は、互いに接続されて共通の接地を形成する、第２の接続インターフェイス（７１）と、
   前記第１の電圧値が供給され、前記バス（７５）によってデータを受信および／または送信することができる制御モジュール（７４）と、
   前記バス（７５）と前記制御モジュール（７４）との間に直列に挿入された少なくとも１つのスイッチングモジュール（７６）であって、前記スイッチングモジュール（７６）は、データの送信および／または受信時に閉位置に切り替わることができ、前記第１の接続インターフェイス（７０）のすべての入力／出力が互いに接続されるときに開位置に切り替わることができる、スイッチングモジュール（７６）と、
   を備える電気または電子デバイス（７）。
2. 前記シリアルバスシステム（７５）は、ＬＩＮバスであることを特徴とする請求項１に記載の電気または電子デバイス（７）。
3. 前記第２の接続インターフェイス（７１）は、前記通常の状態において前記第２の電気ネットワーク（８）の前記接地導体および前記電圧導体に接続されることができることを特徴とする請求項１または２に記載の電気または電子デバイス（７）。
4. 前記スイッチングモジュール（７６）は、前記第１の電気ネットワーク（３）による電圧が供給されるＭＯＳＦＥＴトランジスタを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電気または電子デバイス（７）。
5. 前記スイッチングモジュール（７６）は、前記スイッチングモジュール（７６）が開位置にあるときに前記第１の接続インターフェイス（７０）に向かって流れるすべての電流を阻止するように構成されたブロッキングダイオード（７７）に組み合わせられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電気または電子デバイス（７）。
6. ＬＩＮネットワークにおけるマスタノードを形成することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電気または電子デバイス（７）。
7. ＬＩＮネットワークにおけるスレーブノードを形成することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電気または電子デバイス（７）。
8. 前記第１の電圧値は１２ボルト程度であり、前記第２の電圧値は４８ボルト程度であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電気または電子デバイス（７）。