KR100851147B1

KR100851147B1 - 스마트 정션박스를 이용한 이중 전원시스템 및 그의 라인쇼트 감지방법

Info

Publication number: KR100851147B1
Application number: KR1020060127944A
Authority: KR
Inventors: 노태선
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2008-08-08
Also published as: KR20080055074A

Abstract

본 발명은 스마트 정션박스를 이용한 이중 전원시스템 및 그의 라인 쇼트 감지방법에 관한 것으로,

종래의 일반적인 이중 전원시스템에서 라인 쇼트(line short)가 발생한 경우에는 퓨즈만으로는 충분한 보호를 기대할 수 없었고, 그에 따라 배터리의 손상, 부하의 손상, 각종 제어기의 고장, 부하의 이상동작 등을 야기하게 되는 문제가 있었던 바,

스마트 정션박스에 내장되는 고전압 IPS 및 저전압 IPS에 각각 제어유니트로 감지신호를 보낼 수 있도록 하는 감지회로를 접속하고, 각 감지회로에서 출력되는 감지신호를 토대로 라인 쇼트 여부를 판단하도록 한 것 등을 특징으로 하는 본 발명에 의하면 이중 전원시스템의 라인 쇼트를 간편하게 감지하여 필요한 조치를 취할 수 있게 되므로 라인 쇼트 발생에 의한 피해를 방지할 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

이중 전원시스템, 라인 쇼트, 스마트 정션박스, 감지회로, IPS(Intelligent Power Semiconductor)

Description

스마트 정션박스를 이용한 이중 전원시스템 및 그의 라인 쇼트 감지방법 {a dual power system using smart junction box and a line short detection method of the system}

도 1은 종래의 일반적인 이중 전원시스템의 회로도도

도 2는 본 발명의 한 실시예의 스마트 정션박스를 이용한 이중 전원시스템의 구성도

도 3은 동 실시예의 요부 상세 회로도

도 4는 스마트 박스내의 에러 감지 소프트웨어 블록도

도 5는 이중 전원시스템의 감지할 수 있는 이상 상태와 각 이상 상태를 감지하는 순서를 나타낸 순서도

도 6은 본 발명의 고전압측 감지회로를 이용한 라인 쇼트 감지 순서도

도 7은 본 발명의 저전압측 감지회로를 이용한 라인 쇼트 감지 순서도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >

100 : 스마트 정션박스 10 : 제어유니트

20 : 고전압 IPS 30 : 저전압 IPS

40 : 부하 50 : 고전압측 감지회로

60 : 모터 70 : 저전압측 감지회로

본 발명은 스마트 정션박스를 이용한 이중 전원시스템 및 그의 라인 쇼트 감지방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 스마트 정션박스에 내장되는 고전압 IPS 및 저전압 IPS에 각각 제어유니트로 감지신호를 보낼 수 있도록 하는 감지회로를 접속한 것에 관한 것이다.

도 1에는 종래의 일반적인 이중 전원시스템의 회로도가 도시되어 있다.

도 1과 같이 14V-42V 라인 쇼트(line short)가 발생한 경우에는 퓨즈만으로는 충분한 보호를 기대할 수 없다.

이로 인해 생기는 주요한 문제는 다음과 같다.

첫째 배터리의 손상 - 퓨즈가 용단되지 않아 저전압 배터리에 과도한 전압이 걸리게 되며, 고전압 배터리에서 과도한 방전전류가 발생할 가능성이 많게 된다.

둘째 부하의 손상 - 저전압측 부하에 고전압이 인가되어 저전압측 부하가 이상동작 또는 고장이 유발된다.

셋째 각종 제어기의 고장 - 저전압을 제어전원으로 사용하는 각종 제어기에 고전압이 인가되어 고장이 유발된다.

넷째 부하의 이상동작 - 스위치를 개방하여도 라인 쇼트(line short) 경로에 의해 부하가 예상치 못한 동작을 실시하게 될 우려가 많다.

최근에는 스마트 정션박스가 많이 도입되고 있으나 주로 부하의 제어 측면과 과전류 차단 측면에서만 활용될 뿐 도 1과 같은 이중전원시스템에서의 문제를 해결하기 위한 방법은 없는 실정이었다.

한편 미국특허 제6,369,580호에는 전류가 급격히 증가할 때 또는 전압이 급격히 감소할 때 쇼트를 이용해 쇼트를 감지하는 전류와 전압 감지를 통해 쇼트 감지방법(Electrode pattern inspection device and method for detecting voltage variation)이 나타나 있는 바, 이는 전극 패턴(electrode pattern) 검사에만 한정적으로 사용되는 방법으로 이중전원 체계에 적용할 수 없고, 단일전원체계에서의 쇼트 감지만 가능한 것이었다.

또한 미국특허 제6,252,409호에 나타난 쇼트 회로 감지 시스템 및 방법(Directional short circuit detection system and method)도 단순히 하나의 라인에 발생한 쇼트를 감지하는 기술로서 이중 전원시스템에 적용할 경우에 두 개의 파워 라인간에 발생한 쇼트인지 그라운드 쇼트(power to GND short)인지를 구별할 수 없게 되는 등 이중 전원시스템에 적용할 수 없는 것이었다.

본 발명은 상기 종래의 실정을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 이중 전원시스템에서의 라인 쇼트의 발생으로 인한 피해를 방지할 수 있도록 하는 스마트 정션박스를 이용한 이중 전원시스템 및 그의 라인 쇼트 감지방법을 제공하는 데에 있는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 스마트 정션박스에 내장되는 고전압 IPS 및 저전압 IPS에 각각 제어유니트로 감지신호를 보낼 수 있도록 하는 감지회로를 접속하고, 각 감지회로에서 출력되는 감지신호를 토대로 라인 쇼트 여부를 판단하도록 한 것 등을 특징으로 하며, 이하 그 구체적인 기술내용을 첨부도면에 의거하여 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 최근에는 실내 퓨즈박스 기능인 각종 전기장치 회로에 공급되는 전원의 퓨즈와 더불어 각종 릴레이 회로 및 일부 전기장치의 작동시간을 제어할 수 있도록 마이크로컨트롤러를 내장한 다기능을 가진 퓨즈박스인 스마트 정션박스(SJB;Smart Junction Box)가 많이 사용되는 추세이며, 이중 전원시스템에서도 스마트 정션박스를 적용할 수 있다.
본 발명에 있어서 IPS는 지능형 전원 반도체(Intelligent Power Semiconductor)를 의미한다.

도 2에는 본 발명의 한 실시예의 스마트 정션박스를 이용한 이중 전원시스템의 구성도가 도시되어 있고. 도 3에는 동 실시예의 요부 상세 회로도가 도시되어 있다.

본 발명의 스마트 정션박스를 이용한 이중 전원시스템은 스마트 정션박스(100;SJB) 내에 제어유니트(10;마이크로콘트롤러)와;

상기 제어유니트(10)에 접속되는 고전압 IPS(20) 및 저전압 IPS(30; Intelligent Power Semiconductor)와;

고전압 IPS(20)와 부하(40;Load) 사이에 설치되고, 상기 제어유니트(10)에 검지신호를 공급하는 다수의 쇼트검지라인(A,B)을 구비하는 고전압측 감지회로(50)와;

저전압 IPS(30)와 모터(60;M) 사이에 설치되고, 상기 제어유니트(10)에 감지신호를 공급하는 다수의 쇼트검지라인(C,D,E)을 구비하는 저전압측 감지회로(70);를 마련하여서 되는 것이다.

도시된 실시예에 있어서 고전압측 IPS(20)에 접속되는 고전압측 감지회로(50)는 제너다이오드 및 댐핑저항을 통해 출력측에 라인 쇼트가 발생하였을 때 로우(Low)가 되고, 정상일 때 하이(High)가 되는 'A'라인과;

IPS 고장 에러와 라인 쇼트 에러를 구분하기 위하여 한 쌍의 저항을 통해 출력이 발생하거나 라인 쇼트가 발생하였을 때 하이가 되고, 출력부 전압이 0일 때 로우가 되는 'B'라인; 을 구비하고,

저전압측 IPS(30)에 접속되는 저전압측 감지회로(70)는 다이오드와 한 쌍의 저항을 통해 IPS가 정상출력을 발생시킬 때 하이가 되어 IPS 고장 에러를 감지하는 'C'라인과;

제너다이오드와 댐핑저항을 통해 라인 쇼트가 발생하였을 때 하이가 되는 'D'라인과;

한 쌍의 저항을 통해 출력부 전압이 존재할 때 하이가 되는 'E'라인을 구비한다.

본 발명에 있어서는 저전압 IPS(30) 오프상태에서 저전압 회로간에 쇼트가 발생했을 때 'D'라인은 로우, 'E'라인은 하이가 되어 저전압 회로간 쇼트를 감지할 수 있다.

본 발명의 이중 전원시스템 스마트 정션박스(100) 내에는 에러 감지 소프트웨어가 내장되며, 각 회로에 대해서 에러 감지가 가능하도록 각 회로별 에러 감지 블록이 설계되고, 각 에러감지 블록내에는 도 4와 같은 여러가지 에러 감지 기능이 갖출 수 있다.

도 5에는 이중 전원시스템의 감지할 수 있는 이상 상태와 각 이상 상태를 감지하는 순서를 나타낸 순서도가 도시되어 있다.

도 5와 같이 이중 전원시스템에서는 그라운드 쇼트(short to GND)를 감지하는 단계;

과온도(Over Temperature)를 감지하는 단계;

부하 개방(Open Load)을 감지하는 단계;

IPS 오동작(IPS-Fail)을 감지하는 단계;

고전압측 감지회로를 이용하여 라인 쇼트(Short to line)를 감지하는 단계;

저전압측 감지회로를 이용하여 라인 쇼트(Short to line)를 감지하는 단계;의 순서로 각 이상 상태를 감지하게 된다.

도 6에는 본 발명의 고전압측 감지회로를 이용한 라인 쇼트 감지 순서도가 도시되어 있다.

본 발명의 고전압측 감지회로를 이용한 라인 쇼트 감지는

'B'라인 신호가 하이인가를 판단하는 단계;

'B'라인 신호가 하이인 경우 'A'라인 신호가 로우인가를 판단하는 단계;

'A'라인 신호가 로우인 경우 다른 에러에 의해서 'A'라인 신호와 'B'라인 신호가 각각 로우, 하이가 되었는지를 재확인(Cond1)하는 단계;로서 고전압 IPS(20)와 부하(40)를 구비하는 고전압 회로에 라인 쇼트가 발생했음을 판정하여서 되는 것이다.

본 발명의 이중 전원시스템에 있어서 고전압 IPS(20)와 부하(40)를 구비하는 고전압 회로에 라인 쇼트가 발생하게 되면 'A'라인 신호가 로우, 'B'라인 신호가 하이가 되며, 그에 따라 'B'라인 신호가 하이, 'A'라인 신호가 로우인 경우에 라인 쇼트로 판정하게 된다.

상기 다른 에러에 의해서 'A'라인 신호와 'B'라인 신호가 각각 로우, 하이가 되었는지를 재확인(Cond1)하는 단계에 있어서, 재확인 조건(Cond1)의 상세 내용은 다음과 같다.

상기에서 Ctrl은 마이크로콘트롤러의 IPS ON/OFF 지령이다.

Sense는 IPS의 전류 센싱 출력값이며, Sense=0은 전류가 0이라는 의미이고, Sense=H는 과온도 또는 전류 측정 실패의 의미이다.

삭제

도 7에는 본 발명의 저전압측 감지회로를 이용한 라인 쇼트 감지 순서도가 도시되어 있다.

본 발명의 저전압측 감지회로를 이용한 라인 쇼트 감지방법은

'E'라인 신호가 하이인가를 판단하는 단계;

'E'라인 신호가 하이인 경우 'D'라인 신호가 하이인가를 판단하는 단계;

'D'라인 신호가 하이인 경우 'C'라인 신호가 로우인가를 판단하는 단계;

'C'라인 신호가 로우인 경우나 로우가 아닌 경우에 다른 에러에 의해서 'C'라인 신호, 'D'라인 신호, 'E'라인 신호가 각각 로우, 하이, 하이가 되었는지를 재확인(Cond1)(Cond2)하는 단계;로서 저전압 IPS(30)와 모터(60)를 구비하는 저전압 회로에 라인 쇼트가 발생했음을 판정하여서 되는 것이다.

본 발명의 이중 전원시스템에 있어서 저전압 IPS(30)와 모터(60)를 구비하는 저전압 IPS회로에 라인 쇼트가 발생하게 되면 'C'라인 신호가 로우, 'D'라인 신호가 하이, 'E'라인 신호가 하이가 되며, 그에 따라 'E'라인 신호가 하이, 'D'라인 신호가 하이, 'C'라인 신호가 로우인 경우에 라인 쇼트로 판정하게 된다.

상기 다른 에러에 의해서 'C'라인 신호, 'D'라인 신호, 'E'라인 신호가 각각 로우, 하이, 하이가 되었는지를 재확인(Cond1)(Cond2)하는 단계에 있어서, 재확인 조건(Cond1)(Cond2)의 상세 내용은 다음과 같다.

본 발명에 있어서는 도 6의 고전압측 감지회로를 이용한 라인 쇼트 감지방법에서 고전압측 IPS(20)와 부하(40)를 구비하는 고전압 회로에 라인 쇼트가 발생한 것으로 판정되고, 도 7의 저전압측 감지회로를 이용한 라인 쇼트 감지방법에서 저전압측 IPS(30)와 모터(60)를 구비하는 저전압 회로에 라인 쇼트가 발생한 것으로 판정되면, 최종적으로 고전압 회로와 저전압 회로 사이에 라인 쇼트가 발생한 것으로 판정한다.
스마트 정션박스에 다수의 고전압 IPS와 다수의 저전압 IPS가 존재하고, 각각의 IPS에 각각 연결된 다수의 전기부하가 존재하는 경우에는 각각의 고전압측 감지회로와 각각의 저전압측 감지회로를 이용하여 도 6의 고전압측 감지회로를 이용한 라인 쇼트 감지 방법과 도 7의 저전압측 감지회로를 이용한 라인 쇼트 감지 방법을 순차적으로 수행한 후 라인 쇼트로 판정된 회로들 상호간에 라인 쇼트가 발생한 것으로 판정한다.

삭제

이상에서와 같이 본 발명은 스마트 정션박스에 내장되는 고전압 IPS 및 저전압 IPS에 각각 제어유니트로 감지신호를 보낼 수 있도록 하는 감지회로를 접속하고, 각 감지회로에서 출력되는 감지신호를 토대로 라인 쇼트 여부를 판단하도록 한 것으로, 본 발명에 의하면 이중 전원시스템의 라인 쇼트를 간편하게 감지하여 필요한 조치를 취할 수 있게 되므로 라인 쇼트 발생에 의한 피해를 방지할 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

Claims

제어유니트(10;마이크로콘트롤러)와;

상기 제어유니트(10)에 접속되는 고전압 IPS(20) 및 저전압 IPS(30)와;

고전압 IPS(20)와 부하(40;Load) 사이에 설치되고, 상기 제어유니트(10)에 검지신호를 공급하는 다수의 쇼트검지라인(A,B)을 구비하는 고전압측 감지회로(50)와;

저전압 IPS(30)와 모터(60;M) 사이에 설치되고, 상기 제어유니트(10)에 감지신호를 공급하는 다수의 쇼트검지라인(C,D,E)을 구비하는 저전압측 감지회로(70);를 스마트 정션박스(100;SJB) 내에 마련한 것을 특징으로 하는 스마트 정션박스를 이용한 이중 전원시스템.
제1항에 있어서, 고전압 IPS(20)에 접속되는 고전압측 감지회로(50)는 제너다이오드 및 댐핑저항을 통해 출력측에 라인 쇼트가 발생하였을 때 로우(Low)가 되고, 정상일 때 하이(High)가 되는 'A'라인과;

IPS 고장 에러와 라인 쇼트 에러를 구분하기 위하여 한 쌍의 저항을 통해 출력이 발생하거나 라인 쇼트가 발생하였을 때 하이가 되고, 출력부 전압이 0일 때 로우가 되는 'B'라인;을 구비하고,

저전압 IPS(30)에 접속되는 저전압측 감지회로(70)는 다이오드와 한 쌍의 저항을 통해 IPS가 정상출력을 발생시킬 때 하이가 되어 IPS 고장 에러를 감지하는 'C'라인과;

제너다이오드와 댐핑저항을 통해 라인 쇼트가 발생하였을 때 하이가 되는 'D'라인과;

한 쌍의 저항을 통해 출력부 전압이 존재할 때 하이가 되는 'E'라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 스마트 정션박스를 이용한 이중 전원시스템.
제어유니트(10;마이크로콘트롤러)와; 상기 제어유니트(10)에 접속되는 고전압 IPS(20) 및 저전압 IPS(30)와; 고전압 IPS(20)와 부하(40;Load) 사이에 설치되고, 상기 제어유니트(10)에 검지신호를 공급하는 다수의 쇼트검지라인(A,B)을 구비하는 고전압측 감지회로(50)와; 저전압 IPS(30)와 모터(60;M) 사이에 설치되고, 상기 제어유니트(10)에 감지신호를 공급하는 다수의 쇼트검지라인(C,D,E)을 구비하는 저전압측 감지회로(70);가 스마트 정션박스(100;SJB) 내에 마련되고,

고전압측 IPS(20)에 접속되는 고전압측 감지회로(50)가 제너다이오드 및 댐핑저항을 통해 출력측에 라인 쇼트가 발생하였을 때 로우(Low)가 되고, 정상일 때 하이(High)가 되는 'A'라인과; IPS 고장 에러와 라인 쇼트 에러를 구분하기 위하여 한 쌍의 저항을 통해 출력이 발생하거나 라인 쇼트가 발생하였을 때 하이가 되고, 출력부 전압이 0일 때 로우가 되는 'B'라인;을 구비하는 스마트 정션박스를 이용한 이중 전원시스템에 있어서,

상기 'B'라인 신호가 하이인가를 판단하는 단계;

상기 'B'라인 신호가 하이인 경우 'A'라인 신호가 로우인가를 판단하는 단계;

상기 'A'라인 신호가 로우인 경우 다른 에러에 의해서 'A'라인 신호와 'B' 라인 신호가 각각 로우, 하이가 되었는지를 재확인(Cond1)하는 단계;로 고전압 IPS(20)와 부하(40)를 구비하는 고전압 회로에 라인 쇼트가 발생했음을 판정하는 것을 특징으로 하는 스마트 정션박스를 이용한 이중 전원시스템의 라인 쇼트 감지방법.
제어유니트(10;마이크로콘트롤러)와; 상기 제어유니트(10)에 접속되는 고전압 IPS(20) 및 저전압 IPS(30)와; 고전압 IPS(20)와 부하(40;Load) 사이에 설치되고, 상기 제어유니트(10)에 검지신호를 공급하는 다수의 쇼트검지라인(A,B)을 구비하는 고전압측 감지회로(50)와; 저전압 IPS(30)와 모터(60;M) 사이에 설치되고, 상기 제어유니트(10)에 감지신호를 공급하는 다수의 쇼트검지라인(C,D,E)을 구비하는 저전압측 감지회로(70);가 스마트 정션박스(100;SJB) 내에 마련되고,

저전압측 IPS(30)에 접속되는 저전압측 감지회로(70)는 다이오드와 한 쌍의 저항을 통해 IPS가 정상출력을 발생시킬 때 하이가 되어 IPS 고장 에러를 감지하는 'C'라인과; 제너다이오드와 댐핑저항을 통해 라인 쇼트가 발생하였을 때 하이가 되는 'D'라인과; 한 쌍의 저항을 통해 출력부 전압이 존재할 때 하이가 되는 'E'라인을 구비하는 스마트 정션박스를 이용한 이중 전원시스템에 있어서,

상기 'E'라인 신호가 하이인가를 판단하는 단계;

상기 'E'라인 신호가 하이인 경우 'D'라인 신호가 하이인가를 판단하는 단계;

상기 'D'라인 신호가 하이인 경우 'C'라인 신호가 로우인가를 판단하는 단계;

상기 'C'라인 신호가 로우인 경우나 로우가 아닌 경우에 다른 에러에 의해서 'C'라인 신호, 'D' 라인 신호, 'E'라인 신호가 각각 로우, 하이, 하이가 되었는지를 재확인(Cond1)(Cond2)하는 단계;로 저전압 IPS(30)와 모터(60)를 구비하는 저전압 회로에 라인 쇼트가 발생했음을 판정하는 것을 특징으로 하는 스마트 정션박스를 이용한 이중 전원시스템의 라인 쇼트 감지방법.
제어유니트(10;마이크로콘트롤러)와; 상기 제어유니트(10)에 접속되는 고전압 IPS(20) 및 저전압 IPS(30)와; 고전압 IPS(20)와 부하(40;Load) 사이에 설치되고, 상기 제어유니트(10)에 검지신호를 공급하는 다수의 쇼트검지라인(A,B)을 구비하는 고전압측 감지회로(50)와; 저전압 IPS(30)와 모터(60;M) 사이에 설치되고, 상기 제어유니트(10)에 감지신호를 공급하는 다수의 쇼트검지라인(C,D,E)을 구비하는 저전압측 감지회로(70);가 스마트 정션박스(100;SJB) 내에 마련되는 스마트 정션박스를 이용한 이중 전원시스템에 있어서,

상기 고전압측 감지회로(50)를 이용하여 고전압 회로에 라인 쇼트가 발생한 것으로 판정되고, 저전압측 감지회로(70)를 이용하여 저전압 회로에 라인 쇼트가 발생한 것으로 판정된 경우에 최종적으로 고전압 회로와 저전압 회로 사이에 라인 쇼트가 발생한 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 스마트 정션박스를 이용한 이중 전원시스템의 라인 쇼트 감지방법.