JP2016536958A - ２つの供給電圧を有する電気的または電子的な装置 - Google Patents

Abstract

第１の電気ネットワーク（３）と、第２の電気ネットワーク（８）と、のそれぞれから２つの異なる電圧値を供給されることが可能な、電気的または電子的な装置（７）は、通常の接続条件下で、第１の電気ネットワーク（３）のグランド配線（ＧＮＤ＿１２）と、電圧配線と、にリンクされることが可能な、第１の接続インターフェイス（７０）と、通常の接続条件下で、第２の電気ネットワーク（８）のグランド配線（ＧＮＤ＿４８）と、電圧配線と、にリンクされることが可能な、第２の接続インターフェイス（７１）と、互いにリンクされて共通グランドを形成する、２つの接続インターフェイス（７０，７１）のグランド接続と、共通グランドに直列に挿入され、第１または第２のインターフェイスの接続条件の変更に続いて開位置に切り替わることが可能な、少なくとも１つのスイッチモジュール（７４，７５）と、を備える。

Description

本発明は、２つの別個の電源電圧を必要とする電気的または電子的な装置に関する。

本発明は、特に、しかし排他的ではなしに、いくつかの装備アイテムを、別個の値の２つの電源電圧、典型的には約１２ボルト程度の低電圧と、約４８ボルト程度の中間電圧と、により動作するように設計する必要のある、自動車の分野に関する。

これら３種類の装備アイテムに関し、特定のアーキテクチャ規則と検証試験とを特に規定する規格が、現在、自動車製造業者の協会により開発されている。この規格（”車両４８Ｖ内の電気および電子構成部品―車両電気システム、要件および試験”、規格１４８、２０１１年８月２９日）は、特に、以下のことを要求する。

− １２ボルト／４８ボルト装備アイテムはいずれも、共通グランドを有すべきであり、かつ、当該アイテムを１２ボルト車両ネットワークに接続することを可能にする１２ボルトコネクタインターフェイスと、当該アイテムを４８ボルト車両ネットワークに接続することを可能にする４８ボルトコネクタインターフェイスと、を含むべきであり、各コネクタインターフェイスは、自身のグランド接続を有する。

− １２ボルト／４８ボルト装備アイテムはいずれも、４８ボルトおよび１２ボルト電源が、これらのリーク電流から良好に保護されることを保証するように、リーク電流測定試験を満たすべきである。

− １２ボルト／４８ボルト装備アイテムはいずれも、１２ボルトネットワークのグランドケーブルが、４８ボルトネットワークのグランドケーブル内の漏電により破損するリスクを起こさないことを保証するように、４８ボルトネットワークのグランドケーブルの損失試験を満たすべきである。

図１は、１２ボルト用の第１のコネクタインターフェイス１０と、４８ボルト用の第２のコネクタインターフェイス１１と、を備えた電気的または電子的な装置１のリーク電流に関する検証試験用に作製されたセットアップを模式的に示している。この試験は、ＤＣ電圧発生器の第１の端子に対する、第１のコネクタインターフェイス１０の全ての入力／出力の接続と、ＤＣ電圧発生器の第２の端子に対する、第２のコネクタインターフェイス１１の入力の接続と、ＤＣ電圧発生器を用いた、７０ボルトの電圧の印加と、従来の電流計を用いた電流の測定と、に存する。この試験において、測定された電流が、１マイクロアンペア（絶対値として）以下のままであれば、電気的または電子的な装置１は有効とされる。

グランドの損失の第２の試験は、２つの１２ボルトおよび４８ボルトの電源の間の電気的または電子的な装置の接続と、４８ボルト側のグランドケーブルの損失のシミュレーションと、１２ボルト側のグランドケーブルにおける破損の観察と、に存する。この試験において、約３０分の時間の終わりに、どのような破損も観察されなければ、電気的または電子的な装置１は有効とされる。

２つの電源電圧で動作可能な、電気的または電子的な装置のアーキテクチャが、既に知られている。図２は、特に、追加のヒータモジュール２を模式的に示しており、このヒータモジュールは、その電源用に、２つの１２ボルト電圧を使用しており、そのうちの一方は、電圧発生器３により表される低電力を有し、他方は、電圧発生器４により表される、典型的には約１０００〜１２００ワット程度のより高い電力を有する。このような追加のヒータは、自動車を始動する際に、車内をより迅速に暖めるために用いられる。低出力３を有する電源は、モジュール２の管理およびインターフェイスのために用いられるのに対し、より高い出力４を有する電源は、モジュールに含まれる加熱抵抗器（図示せず）に供給を行うために用いられる。図２のアーキテクチャに見られるように、電圧発生器４のグランドだけが、モジュールに接続されている。さらに、モジュールのデータ入力ＬＩＮには、電圧発生器３と、発生器４のグランドとにより供給が行われる。このようなアーキテクチャは、よって、各電源ネットワークに対して２つの別個のグランドを要求する上述の規格に準拠する１２ボルト／４８ボルト装置用に用いることができない。さらに、発生器４のグランドケーブルを損失することは、モジュール２が、それ以上そのデータ入力ＬＩＮを介した通信ができなくなることを意味する。

図３は、電気自動車内で用いられる電気的または電子的な装置５の、もう１つの既知のアーキテクチャを模式的に表している。ここで、装置５には、２つのコネクタインターフェイス５０および５１を通して、電圧発生器３により表される、約１２ボルト程度の低い第１の電圧と、電圧発生器６により表される、約４００ボルト程度の非常に高い第２の電圧と、の２つの大きく異なる電圧が供給される。安全のために、この種類の装置５は、１２ボルト電源と、４００ボルト電源との間の、ガルバニック絶縁を生成するために、絶縁トランスフォーマ５２を必ず含まなければならない。

類似するアーキテクチャを用いて、上述の規格に適合する１２ボルト／４８ボルト電気的または電子的な装置を作製することができる。それでも、この解決策は、絶縁トランスフォーマを使用するため、高コストでかさばるものであり、実施するのは複雑なままである。

本発明の目的は、２つの電源電圧、例えば１２ボルト／４８ボルトを有する電気的または電子的な装置の簡潔なアーキテクチャを提案することにより、上述の欠点を軽減することであり、このアーキテクチャは、２つのグランド端子の存在に関する規格の必要条件を満たし、かつ、２つの上述の試験のうちの少なくとも１つを満たすことを可能にする。

本発明は、動作中に、第１の電気ネットワークにより生成される第１の電圧値と、第１の電圧値よりも高く、かつ第２の電気ネットワークにより生成される第２の電圧値と、が供給される、電気的または電子的な装置を提案することにより、この目的を果たし、この装置は、
− 標準リンク条件下で、第１の電気ネットワークのグランド配線と、電圧配線と、に接続された、第１のコネクタインターフェイスと、
− 前記標準リンク条件下で、第２の電気ネットワークのグランド配線と、電圧配線と、に接続された第２のコネクタインターフェイスと、を備え、
各コネクタインターフェイスは、グランド接続を備え、２つの前記コネクタインターフェイスのグランド接続は、互いに接続されて共通グランドを形成し、装置は、
− 前記共通グランドに直列に挿入され、前記第１または第２のインターフェイスのリンク条件の変更に続いて開位置に切り替わることが可能な、少なくとも１つのスイッチモジュールを備える。

標準リンク条件は、装置の通常動作、すなわち、コネクタインターフェイスから２つの電気ネットワークへの通常接続に必要なリンクを意味するものと理解されるべきである。

他の特に有利で、可能な特徴によれば、
− 前記スイッチモジュールは、第２の電気ネットワークのグランド配線の損失が起こった場合に、開位置に切り替えることを可能とすることができ、
− 前記スイッチモジュールは、この場合、共通グランドに直列な正係数の抵抗器を備えることができ、
− 変形例として、前記スイッチモジュールは、前記共通グランドを流れる電流を測定する電流測定回路により制御されるトランジスタを備え、
− 前記スイッチモジュールは、前記第１のコネクタインターフェイスの入力／出力の全てが、互いに接続された際に、開位置に切り替わることを可能とすることができる。

− 前記スイッチモジュールは、この場合、前記第１の電気ネットワークにより電圧が供給されるＭＯＳＦＥＴトランジスタを備えることができる。

− 前記スイッチモジュールは、前記スイッチモジュールが開位置にある際に、前記第１のコネクタインターフェイスに向かって流れるいかなる電流も防ぐ逆流防止ダイオードに関連付けられている。

本発明および本発明がもたらす利点は、添付の図面を参照して与えられる、発明の非限定の例示的な実施の以下の説明に鑑みて、より理解されるであろう。

上述の規格１４８により規定された１２ボルト／４８ボルト装置用の、リーク電流測定試験用の等価の電気回路を模式的に表す、既に上述した図。 ２つの１２ボルト電源電圧を用いた装置用の既知のアーキテクチャを模式的に示す、既に上述した図。 １２ボルト電源電圧と、４００ボルト電源電圧と、を用いた装置用の既知のアーキテクチャを模式的に示す、既に上述した図。 本発明に準ずる、２つの供給電圧、例えば１２ボルト／４８ボルトを有する、電気的または電子的な装置の例示的なアーキテクチャを模式的に示す図。

図４は、２つの１２ボルト／４８ボルト電源に関して非限定である、本発明の可能な実施形態に係る電気的または電子的な装置７を表している。この装置７は、その使用条件で、すなわち、１２ボルトの第１のネットワーク（電圧発生器３により表される）からの、１２ボルトの第１の電源電圧と、４８ボルトの第２のネットワーク（電圧発生器８により表される）からの、典型的には約４８ボルト程度の、より高い第２の電源電圧と、を受けるように表されている。このために、装置７は、
− 電圧発生器３の２つの端子に接続される第１のコネクタインターフェイス７０であって、すなわち、実際には、１２ボルトの第１のネットワークのグランド配線ＧＮＤ＿１２と、１２ボルト電圧配線に接続される、第１のコネクタインターフェイス７０と、
− 電圧発生器８の２つの端子に接続される第２のコネクタインターフェイス７１であって、すなわち、実際には、４８ボルトの第２のネットワークのグランド配線ＧＮＤ＿４８と、４８ボルト電圧配線に接続される、第２のコネクタインターフェイス７１と、を備える。

装置７内で、２つのコネクタインターフェイス７０および７１のグランド接続は、互いに接続されて、共通のグランドを形成する。

２つのコネクタインターフェイス７０および７１の間で、装置７は、優先的には、可能な電圧変化を除去するための、ＥＭＣ（電磁適合性）フィルタリングモジュール７２と、装置に固有の機能性を内蔵する１２ボルト／４８ボルトインターフェイスモジュール７３と、を備える。例えば、装置７が、追加のヒータである場合、モジュール７３は、管理構成要素およびインターフェイスと、加熱抵抗器とを備える。

装置７は、コネクタインターフェイス７０および７１の２つのグランド接続を接続する共通のグランドに直列に挿入された、第１のスイッチモジュール７４をさらに備えており、この第１のスイッチモジュール７４は、このスイッチを通過する電流が、約２００ｍＡ程度の閾値よりも低い限り、閉位置に制御されること、および、このスイッチを通過する電流が、閾値よりも上で通過する場合は、開位置に切り換えられること、が可能である。

この第１のスイッチモジュール７４は、典型的には増幅器と比較器とからなる電流測定回路と、電流測定回路が、閾値よりも高い電流を検出するとすぐに、グランド回路を開くように制御されるＭＯＳＦＥＴトランジスタと、の関連によって作製することができる。

変形例として、かつ優先的に、このスイッチモジュール７４は、抵抗器を通過する電流が閾値よりもずっと高い場合は、無限の値である、リセット可能なヒューズ、例えば、正温度係数の抵抗器、またはＰＴＣ抵抗器、からなる。

この第１のスイッチモジュール７４の存在は、装置７が、グランドケーブルＧＮＤ＿４８の損失の試験を満たすことを可能にする。事実上、グランドケーブルＧＮＤ＿４８が切断された場合、高電流が共通グランドを通過し、スイッチ７４を開かせる。

装置７は、逆流防止ダイオード７６と関連付けられている、共通グランドに直列な、第２のスイッチモジュール７５をさらに備える。第２のスイッチモジュールは、例えば、１２ボルトネットワークにより供給されるＭＯＳＦＥＴトランジスタであり、すなわち、そのソースＳおよびドレインＤが、それぞれ、コネクタモジュール７０のグランド接続と、コネクタモジュール７１のグランド接続と、に接続され、かつ、そのゲートＧが、１２ボルト電圧を受ける。通常動作においては、このＭＯＳＦＥＴトランジスタは、通常では閉位置にあり、ゲートとソースの間のその電圧Ｖ_ＧＳは、１２ボルトに等しい。ダイオード７６は、その部分において、１２ボルト方向から１２Ｖ／４８Ｖインターフェイスモジュール７３まで、電流を通過させる。

この第２のスイッチモジュール７５の利点は、装置７が、リーク電流測定試験を満たすことを可能にすることである。事実上、この試験を（図１の電気回路図に従って）行う際に、第１のコネクタインターフェイス７０の入力／出力の全ては、互いに接続され、これにより、試験により課される７０ボルトの電圧の印加によっても、電圧Ｖ_ＧＳはゼロとなり、トランジスタをその開位置に切り替えさせるようにする。逆流防止ダイオード７６は、その部分において、他の方向、すなわち第２のコネクタインターフェイス７１から第１のコネクタインターフェイス７０まで、電流が流れないことを保証する。

上記に鑑みて、前述した２つのスイッチモジュール７４および７５のそれぞれは、第１または第２のインターフェイスのリンク条件の変更に続いて、開位置に切り替わることが可能である。特に、リーク電流測定試験用に、コネクタインターフェイス７０の接続は、通常動作に対し変更され、そのことに起因してスイッチモジュール７５は閉じる。同様に、グランドケーブルＧＮＤ＿４８の損失（切断またはケーブル破損）は、第２のコネクタインターフェイス７１の通常リンク条件の変更を生み、結果として、スイッチモジュール７４を閉じさせる。

装置７は、勿論、本発明の範囲から逸脱することなく、これらのスイッチモジュールのうちの１つだけを、備えることができる。

全ての場合において、得られる装置は、規格１４８により要求される様々なポイントを解決し、一方、簡潔、安価かつあまりかさばらない構造を有する。

本発明は、自動車分野の１２ボルト／４８ボルトの応用に関して説明したが、いわゆる安全電圧値を有する２つの電源を装置が必要とする全ての場合に、対象となり得る。

Claims (8)

1. 動作中に、第１の電気ネットワーク（３）により生成される第１の電圧値と、前記第１の電圧値よりも高く、かつ第２の電気ネットワーク（８）により生成される第２の電圧値と、が供給される、電気的または電子的な装置（７）であって、前記装置は、
   − 標準リンク条件下で、前記第１の電気ネットワーク（３）のグランド配線（ＧＮＤ＿１２）と、電圧配線と、に接続された第１のコネクタインターフェイス（７０）と、
   − 前記標準リンク条件下で、前記第２の電気ネットワーク（８）のグランド配線（ＧＮＤ＿４８）と、電圧配線と、に接続された、第２のコネクタインターフェイス（７１）と、を備え、
   各コネクタインターフェイスは、グランド接続を備え、２つの前記コネクタインターフェイス（７０，７１）のグランド接続は、互いに接続されて共通グランドを形成し、前記装置は、
   − 前記共通グランドに直列に挿入され、前記第１または第２のインターフェイスのリンク条件の変更に続いて開位置に切り替わることが可能な、少なくとも１つのスイッチモジュール（７４；７５）を備える装置。
2. 前記スイッチモジュール（７４）は、前記第２の電気ネットワーク（８）のグランド配線（ＧＮＤ＿４８）の損失が起こった場合に、開位置に切り替わることが可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記スイッチモジュール（７４）は、前記共通グランドに直列な正係数の抵抗器を備える、ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記スイッチモジュール（７４）は、前記共通グランドを流れる電流を測定する電流測定回路により制御されるトランジスタを備える、ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
5. 前記スイッチモジュール（７５）は、前記第１のコネクタインターフェイスの入力／出力の全てが、互いに接続された際に、開位置に切り替わることが可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記スイッチモジュール（７５）は、前記第１の電気ネットワーク（３）により電圧が供給されるＭＯＳＦＥＴトランジスタを備える、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記スイッチモジュール（７５）は、前記スイッチモジュール（７５）が前記開位置にある際に、前記第１のコネクタインターフェイス（７０）に向かって流れるいかなる電流も防ぐ逆流防止ダイオード（７６）に関連付けられている、ことを特徴とする請求項５または６に記載の装置。
8. 前記第１の電圧値は、１２ボルトであり、前記第２の電圧値は、４８ボルトである、ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の装置。

Images