KR100691599B1

KR100691599B1 - 과전류 검출 방법 및 검출 회로

Info

Publication number: KR100691599B1
Application number: KR1020050090892A
Authority: KR
Inventors: 가즈시게 요꼬따; 에이지 쯔루따
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-03-09
Also published as: EP1646121A2; EP1646121A3; CN100434924C; US7446507B2; KR20060051786A; JP4158754B2; CN1755376A; JP2006105603A; US20060066286A1

Abstract

전지와 부하 사이에 FET를 구비한 부하 구동 장치에서, 과전류 검출 회로는 전압 분할기 회로 및 비교기와 함수 발생기 회로를 포함한다. 상기 전압 분할기 회로는 FET의 드레인에 연결된 한 쌍의 저항기와 제2 저항기에 평행으로 연결 지점에 연결된 제너 다이오드를 포함한다. 비교기는 FET의 가변 전압과 연결 지점에서의 기준 전압을 비교하고, 가변전압이 기준 전압보다 낮게 될 때 과전류 검출 신호를 출력한다. 과전류가 존재하지 않고 전지 전압이 감소하지 않을 때, 연결 지점은 제너 다이오드의 항복 전압에서 유지되고 FET의 공급된 전압에 대한 차이는 특히 커진다. 그러므로, 비교기는 시스템에 노이즈가 유입될 때에도 실수로 과전류 신호를 출력하지 않는다.

부하 구동 장치, 과전류 검출 회로, 전압 분할기 회로, 비교기, 함수 발생기 회로

Description

과전류 검출 방법 및 검출 회로 {OVERCURRENT DETECTION METHOD AND DETECTION CIRCUIT}

도1은 본 발명의 실시예에 따른 과전류 검출 회로(overcurrent detection circuit)가 구비된 부하 구동 장치(load-driving apparatus)를 도시한 블록도.

도2는 과전류가 흐르지 않을 때 전지 전압에 대해 비교기(comparator)의 입력 상태를 도시한 다이어그램.

도3은 전지 전압에 대해 과전류 검출 전류값을 도시한 다이어그램.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 전계 효과 트랜지스터

4 : 제어 유닛

5 : 스위치 회로

10 : 과전류 검출 회로

11 : 함수 발생기 회로

12 : 전압 분할기 회로

관련된 출원의 참조문헌

본 발명은 일본 특허 제2004-288432호 35 U.S.C. 119조하의 우선권을 청구한다. 일본 특허 제2004-288432호의 전체 개시내용은 본 명세서에 참조로 병합된다.

본 발명은 전지 전력원으로부터 부하(load)를 구동하는데 사용되는 회로에서 과전류를 검출하기 위한 검출 회로 및 과전류 검출 방법에 관한 것이다.

자동차의 램프를 점등시키기 위한 것처럼 스위치를 통해 전지로부터의 전력을 부하에 제공하기 위한 부하 구동 장치(load-driving apparatus)에, 과전류의 발생을 검출하고 부하 또는 전기 배선을 보호하기 위해 고안된 장치가 있다.

과전류를 검출하기 위한 과전류 검출 회로의 예는 일본 특허 공개 공보 평11-51983호에 개시되어 있다. 이 회로는 부하와 반도체 요소를 절환하는 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor,FET) 사이에 제공된 갈래 저항기(shunt resistor)를 가로질러 연결된다. 이 회로는 과전류가 존재하는 것을 검출하면 갈래 저항기를 통해 흐르는 전류를 기준 전압에 비교되는 전압으로 변환하도록 설계되었다.

위의 관점으로 보면, 향상된 과전류 검출 방법과 검출 회로에 대한 필요성이 있다는 것은 본 개시내용으로부터 본 기술 분야의 당업자들에게 명백해 질 것이다. 본 발명은 다른 요구뿐 아니라 본 기술 분야의 이러한 요구를 제기하고, 이는 본 개시내용으로부터 본 기술 분야의 당업자들에게 명백해 질 것이다.

갈래 저항기가 일본 특허 공개 공보 평11-51983호에 개시된 회로에 사용된 이래 전류가 흐르는 중에 발생되는 열 문제는 무시될 수 없다는 것이 발견되었다. 갈래 저항기에 의해 발생된 열을 최소화시키기 위해 저항 값이 감소될 때 전류에 대해 검출된 전압이 낮기 때문에, 회로로 진입하는 전자기 간섭 등으로 인해 외부에 노이즈가 발생될 때 과전류가 실수로 검출되는 것이 더 쉽게 된다.

전술한 단점의 관점에서, 본 발명의 목적은 노이즈에 의해 영향 받지 않고 우수한 정확성으로 과전류를 검출할 수 있는 과전류 검출 회로 및 검출 방법을 제공하는 것이다. 상술한 이 목적은 기본적으로 전지 전력원과 부하 사이에 절환 반도체 요소가 구비된 부하 구동 장치에서 과전류를 검출하기 위한 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다. 이 방법은 기본적으로 절환 반도체 요소를 통해 흐르는 전류에 상응하는 가변값을 검출하는 단계와, 전지 전력원의 전지 전압의 감소량이 더 작아질 때 과전류 상태를 나타내기 위한 과전류 검출 전류값이 증가되도록 전지 전력원의 전지 전압의 함수로서 기준값을 설정하는 단계와, 절환 반도체 요소를 통해 흐르는 전류에 상응하는 가변값과 기준값을 비교하는 단계와, 가변값이 기준값에 도달할 때 과전류 상태가 존재하는 지를 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 이러한 및 다른 목적, 특징, 태양과 장점들은 첨부된 도면과 관련하여 취해지고 본 발명의 양호한 실시예를 개시하는 다음의 상세한 설명으로부터 본 기술 분야의 당업자에게 명백해 질 것이다.

원본 개시내용의 일부를 형성하는 첨부된 도면을 참고하자.

본 발명의 선택된 실시예는 도면을 참조하여 이제 설명된다. 본 발명의 실 시예의 다음의 설명은 첨부된 청구범위 및 그 등가물에 의해 한정되는 바와 같이 발명을 제한하려는 것이 아닌 단지 예시를 위해 제공된다는 것이 본 기술 분야의 당업자들에게 명백할 것이다.

먼저 도1을 참조하면, 부하 구동 장치의 기본 구조는 본 발명의 제1 실시예에 따라 과전류 검출 회로가 구비되게 도시된다. 부하 구동 장치는 전지(1)를 구비하고 전지(1)와 램프나 다른 전기장치와 같은 부하(3) 사이에 전계 효과 트랜지스터(2)가 제공된다. 부하 구동 장치는 또한 제어 유닛(4)과 스위치 회로(5)를 갖는다. 제어 유닛은 FET(2)의 출구에 연결된다. 스위치 회로(5)는 제어 유닛(4)에 연결된다. 제어 유닛(4)은 스위치 회로(5)로부터의 명령을 기초로 FET(2)를 ON 또는 OFF로 전환하도록 구성된다. FET(2)는 전지(1)에 연결된 드레인(D)과 부하(3)에 연결된 소스(S)를 구비한다. FET(2), 제어 유닛(4) 및 스위치 회로(5)는 전지(1)에서 부하(3)까지 이를 통과하여 흐르는 전류를 가진 절환 반도체 요소를 형성한다.

과전류 검출 회로(10)는 FET(2)에 부착된다. 과전류 검출 회로(10)는 전압 분할기 회로(voltage divider circuit,12)와 비교기(13)를 갖는 함수 발생기 회로(function generator circuit,11)를 포함한다. 전압 분할기 회로(12)는 FET(2)의 드레인(D)과 접지 GND(ground GND) 사이에 연속하여 구비된 한 쌍의 저항기(R1, R2)를 기본적으로 포함한다. 함수 발생기 회로 또는 부품(11)은 접지 GND와 저항기 (R1, R2) 사이의 연결 지점(P) 사이에 구비된 제너 다이오드(Zener diode,ZD)를 포함한다.

제너 다이오드(ZD)의 항복 전압은 전지(1)의 정격 전압이 FET(2)의 드레인(D)에 인가될 때 저항기(R1, R2) 사이의 연결 지점(P)에서의 전압보다 낮게 설정된다. 특히, 예를 들어 전지(1)의 정격 전압이 12V로 가정되면, 그 후 저항기(R1)의 저항값은 3kΩ으로 가정되고, 저항기(R2)의 저항값은 27kΩ으로 가정되고, 제너 다이오드(ZD)의 항복 전압은 6.8V로 가정된다.

저항기(R1, R2) 사이의 연결 지점(P)은 함수 발생기 회로(11)의 출력으로써 연결 지점(P)의 전압이 비교기(13)에 입력되도록 비교기(13)의 비역전식 입력 단자("플러스"단자 또는 양극 단자)에 연결된다. 비교기(13)의 역전식 입력단자("마이너스"단자 또는 음극 단자)는 FET(2)의 소스(S)에 연결된다. 비교기(13)의 출력 단자는 제어 유닛(4)에 연결된다.

도2는 FET(2)에 과전류가 흐르지 않을 때, 즉, 과전류 상태가 존재하지 않을 때 비교기(13)의 입력 상태를 도시한다. 과전류가 흐르지 않을 때 전지(1)의 전압 감소가 적기 때문에, FET(2)에 입력 전압은 전지 전압에 대하여 직선(A)으로 나타낸 바와 같이 된다. FET(2)의 소스 전압(source potential)은 또한 이때 입력 전압과 동일하다. 이 직선(A)의 전압은 가변값으로 소스(S)에 연결된 비교기(13)의 역전식 입력 단자에 인가된다.

비교기(13)의 비역전식 입력 단자에 입력된 함수 발생기 회로(11)의 출력은 저항기(R1, R2)의 전압 분할률을 기초로 한 전압에 의해 직선(A)에 대해 변경되지만, 제너 다이오드(ZD)의 항복 전압 6.8V에 도달한 후에 6.8V에서 유지된다. 6.8V의 일정한 전압이 아래 식을 따라 도달될 때 전지 전압의 전환점은 7.6V이다.

6.8×(3+27)/27=7.6(V)

점선(B)으로 나타낸 함수 발생기 회로(11)의 출력은 과전류 상태가 존재하는지 여부를 검출하기 위한 기준 전압(규정된 기준값)이 된다. 과전류가 흐르지 않을 때, 직선 A는 기준 전압(B)보다 높고, 비교기(13)의 출력 신호는 비과전류 상태를 나타내기 위해 L(Low)이다.

과전류 상태가 존재할 때, 그 과전류는 전지(1)의 전압을 감소시켜서, 작동 상태 저항(on-state resistance) 뿐만 아니라 FET(2)의 소스(S)와 드레인(D) 사이에 전압 강하가 야기된다. 따라서, 역전식 입력 단자에 입력된 소스 전압이 비역전식 입력 단자에 입력된 기준 전압보다 낮게 될 때, 비교기(13)는 과전류 검출의 신호로써 H(High)를 출력한다.

과전류 검출 신호가 비교기(13)로부터 출력될 때, 제어 유닛(4)는 과전류가 부하(3)에 흐르는 것을 방지하기 위해 FET(2)의 전원을 끈다.
*상술된 바와같이, 저항기(R1)의 저항값이 3kΩ이라고 가정하면, 저항기(R2)의 저항값은 27kΩ이고, 제너 다이오드(ZD)의 항복 전압은 6.8V이고, FET(2)의 작동 상태 저항은 3.3mΩ라고 가정하면, 전지 전압에 대한 과전류 검출 전류(비교기(13)의 출력이 H일 때의 전류값)는 도3에 도시된 형태로 가정된다.

삭제

특히, 과전류 상태가 존재하고 전지 전압이 5V로 감소하는 상태에서, 과전류 검출 전류는 152A이다. 다시 말해서, 152A의 전류가 FET(2) 또는 부하(3)를 통해 흐른다면, 이 전류는 과전류로 결정되고 과전류 검출 신호가 출력된다.

실제 과전류 상태가 존재하지 않음으로 인해 전지(1)에서 전압 감소가 없고, 전지 전압이 12V인 상태에서, 아래 계산에 의해 도시된 바와 같이 과전류 검출 전류는 1576A이다.

(12-6.8)V/3.3mΩ=1576A

특히, 과전류 상태가 존재하지 않을 때, 매우 큰 전류가 흐르지 않기 때문에 비교기(13)로부터 출력되는 과전류 검출 신호는 없다.

상술된 실시예에서, 부하 구동 장치는 전지(1)와 부하(3) 사이에 FET(2)를 구비하며, 기준값을 생성하는 함수 발생기 회로(11)는 FET(2)의 측면 전지에 연결되어 전지 전압에 대한 함수로서 규정된 기준 전압을 출력한다. 부하 구동 장치는 FET(2)의 소스 전압이 기준 전압으로 감소할 때 즉, 과전류 상태가 존재할 때 과전류 검출 신호를 출력하기 위해 비교기(13)를 사용한다. 전지 전력원의 전지 전압의 감소량이 작아질수록 과전류 상태를 나타내기 위한 과전류 검출 값이 증가하도록 기준 전압이 설정된다. 따라서, 기준 전압과 공급원이나 FET(2)의 소스 또는 부하 측 전압 사이의 차이는 전지 전압이 너무 높아서 과전류가 발생하지 않게 될 정도로 증가한다. 결과적으로, 노이즈가 시스템에 유입될 때에도 상술된 차이가 극복되기 어렵고 비교기(13)는 실수로 과전류 검출 신호를 출력하는 것을 방지한다.

함수 발생기 회로(11)는 스스로 FET(2)의 전지(1)측에 연결된 저항기(R1)와 연속하여 연결된 저항기(R2)를 가진 전압 분할기 회로(12)를 구비하고, 저항기 (R1, R2)의 연결 지점(P)이 가변값과 기준값을 비교하여 과전류 상태의 존재를 결정하는 비교기(13)의 비역전식 입력 단자로 연결되기 때문에, 기준 전압은 전지 전압에 대하여 저항기(R1, R2)의 전압 분할률을 기초로 한 전압에 의해 변경된다. 이런 간단한 구조로, 소스 전압과 기준 전압 사이의 차이는 증가된 전지 전압에 따라 증가하고, 과전류 검출 전류값은 증가될 수 있다.

함수 발생기 회로(11)에서 제너 다이오드(ZD)는 저항기(R2)와 병렬로 제공되고, 제너 다이오드(ZD)의 음극은 저항기(R1, R2) 사이의 연결 지점(P)에 연결된다. 연결 지점(P)는 전지 전압이 규정된 값이나 그 위에 있을 때, 제너 다이오드(ZD)의 항복에 의해 제너 다이오드(ZD)의 항복 전압에서 유지되고, 따라서 FET(2)의 소스 전압에 대한 차이는 특히 커진다. 결과적으로, 과전류 검출 신호는 과전류가 흐르지 않는 상태에서 실수로 출력되는 것으로부터 매우 신뢰성있게 방지된다.

저항기의 저항값, 제너 다이오드의 항복 전압, FET의 작동 상태 저항, 전지의 정격 전압, 및 상술된 실시예에서 다른 값들은 예시로 의도되었고, 본 발명을 제한시키지 않고, 필요시 및/또는 원하면 임의의 값으로 설정될 수 있다.

상시 실시예를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 부품, 섹션 및 장치 등에 의해 수행되는 작동 또는 기능을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용된 "검출하다"라는 용어는 물리적 검출을 요구하지 않는 부품, 섹션 및 장치 등을 포함하지만, 작동 또는 기능을 수행하기 위해 결정하는 단계, 측정하는 단계, 모델링하는 단계, 예측하거나 계산하는 단계 등을 더 포함한다. 부품, 섹션 또는 장치의 일부를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용된 "구성되는"이라는 용어는 원하는 기능을 수행하기 위해 프로그래밍되거나 및/또는 구성되는 소프트웨어 및/ 또는 하드웨어를 포함한다.

더욱이, 청구범위에서"수단 더하기 기능(means-plus function)"이라고 표현 된 용어는 본 발명의 일부분의 기능을 수행하는데 이용될 수 있는 임의 구조를 포함한다. 본 명세서에 사용된 "실질적으로 ", "약" 및 "대략적으로"같이 정도를 나타내는 용어는 최종 결과가 상당히 변하지 않는 정도로 수정된 용어의 합리적인 양의 편차를 의미한다. 예를 들어, 이런 편차가 수정된 단어의 의미를 부정하지 않으면, 이런 용어들은 수정된 용어의 적어도 ±5%의 편차를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.

단지 선택된 실시예들이 본 발명을 설명하기 위해 선택되지만, 첨부된 청구범위에서 한정된 바와 같이 발명의 범주 내에서 다양한 변화와 수정이 본 명세서에 형성될 수 있다는 것이 본 개시내용으로부터 본 기술 분야의 당업자들에게 자명하다. 더욱이, 본 발명에 따른 실시예의 상술된 설명은 단지 예시를 위해 제공되고, 첨부된 청구범위 및 그 등가물에 의해 한정된 바와 같이 본 발명을 제한하려는 목적은 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 개시된 실시예에 제한되지 않는다.

본 발명에 의하면, 전지 전력원과 부하 사이에 절환 반도체 요소가 구비된 부하 구동 장치에서 과전류를 검출하기 위한 방법을 제공함으로써, 노이즈에 의해 영향받지 않고 우수한 정확성으로 과전류를 검출할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims

전지 전력원과 부하 사이에 절환 반도체 요소가 구비된 부하 구동 장치에서 과전류를 검출하기 위한 방법이며,

절환 반도체 요소를 통해 흐르는 전류에 상응하는 가변값을 검출하는 단계와,

전지 전력원의 전지 전압에서의 감소량이 작을수록 과전류 상태를 나타내기 위한 과전류 검출 전류값이 증가되도록 전지 전력원의 전지 전압의 함수로써 기준값을 설정하는 단계와,

절환 반도체 요소를 통해 흐르는 전류에 상응하는 가변값과 기준값을 비교하는 단계와,

가변값이 기준값에 도달할 때 과전류 상태가 존재한다고 결정하는 단계를 포함하는 과전류를 검출하는 방법.
제1항에 있어서, 기준값을 함수로 설정하는 단계는 전지 전력원의 전지 전압이 규정된 값에 또는 그 위에 있을 때 기준값을 일정하게 유지시키는 단계를 더 포함하는 과전류를 검출하는 방법.
전지 전력원과 부하 사이에 절환 반도체 요소가 구비된 부하 구동 장치에서 과전류를 검출하기 위한 과전류 검출 회로이며,

전지 전력원의 전지 전압에 대한 함수로서 기준 전압을 출력하도록 구성되고 절환 반도체 요소의 전지 전원측에 연결되도록 구성된 함수 발생 부품과,

기준 전압을 수신하도록 함수 발생 부품에 작동식으로 연결된 비역전식 입력 단자와, 절환 반도체 요소의 부하측의 부하측 전압을 수신하도록 절환 반도체 요소의 부하 측에 작동식으로 연결되도록 구성된 역전식 입력 단자와, 절환 반도체 요소의 부하측의 부하측 전압이 기준전압으로 감소할 때 과전류 검출 신호를 출력하도록 구성된 출력 단자를 구비한 비교기를 포함하고,

전지 전력원의 전지 전압에서의 감소량이 작아짐에 따라 과전류 상태를 나타내기 위한 과전류 검출 전류가 증가하도록 기준전압이 설정되는 과전류 검출 회로.
제3항에 있어서, 상기 함수 발생 부품은 절환 반도체 요소의 전지 전력원 측에 연결된 제1 저항기와, 상기 제1 저항기에 연속하여 연결된 제2 저항기를 구비한 전압 분배기 회로를 포함하고,

상기 비교기의 비역전식 입력단자는 제1과 제2 저항기 사이의 연결 지점에서 연결되는 과전류 검출 회로.
제4항에 있어서, 상기 함수 발생 부품은 전지 전력 공급원의 전압이 규정된 값에 또는 그 위에 있을 때 제1과 제2 저항기 사이의 연결 지점(P)의 전압이 일정하게 유지되도록 제1과 제2 저항기 사이의 연결 지점(P)에 제너 다이오드(ZD)의 음극이 연결되어 제2 저항기와 평행하게 연결된 제너 다이오드를 더 포함하는 과전류 검출 회로.
전지 전력원과 부하 사이에 절환 반도체 요소가 구비된 부하 구동 장치에서 과전류를 검출하기 위한 과전류 검출 회로이며,

전지 전력원의 전지 전압에서의 감소량이 작을수록 과전류 상태를 나타내기 위한 과전류 검출 전류값이 증가되도록 전지 전력원의 전압에 대한 함수로서 기준값을 생성하는 수단과,

절환 반도체 요소를 통해 흐르는 전류에 상응하는 가변값과 기준값을 비교하는 수단과,

가변값이 기준값에 도달할 때 과전류 상태가 존재한다고 결정하는 수단을 포함하는 과전류 검출을 위한 과전류 검출 회로.