KR101668653B1

KR101668653B1 - 배터리 단락으로부터 내부 소자를 보호하기 위한 제어 유닛

Info

Publication number: KR101668653B1
Application number: KR1020140124484A
Authority: KR
Inventors: 고경권
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 시스템 주식회사
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2016-10-24
Also published as: KR20160033499A

Abstract

본 발명에 따른 배터리 단락으로부터 내부 소자를 보호하기 위한 제어 유닛은, 배터리로부터 소정의 배터리 전압을 인가받아 상기 배터리 전압보다 낮은 정전압을 출력하기 위한 정전압 출력부; 제어 유닛 외부의 장치를 상기 제어 유닛과 연결하기 위한 외부 단자; 상기 정전압 출력부의 출력단과 상기 외부 단자 사이에 연결되며, 상호 직렬로 연결된 제1저항 및 제2저항; 및 상기 제1저항 및 상기 제2저항 사이의 노드에 캐소드가 연결되고, 애노드가 접지단과 연결되며, 상기 정전압 출력부에서 출력하는 정전압보다 높고 상기 배터리 전압보다 낮은 값의 제너 전압을 갖는 제너 다이오드를 포함한다.

Description

배터리 단락으로부터 내부 소자를 보호하기 위한 제어 유닛{CONTROL UNIT FOR PROTECTING AN INTERNAL DEVICE FROM BATTERY SHORT-CIRCUIT}

본 발명은 배터리 단락으로부터 보호하기 위한 회로 구성에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입력 커넥터 단의 배터리 단락 시 다른 커넥터의 오입력/오작동을 방지하고, 내부 소자를 보호하기 위한 회로 구성에 관한 것이다.

차량의 배터리는 각 제어 유닛에 일정한 전원을 공급하는데, 제어 유닛에는 배터리 전압보다 낮은 일정한 정전압이 제공되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 배터리는 12.6V의 전원을 출력하되, 제어 유닛은 12.6V가 직접 입력되는 것이 아니라 레귤레이터(Regulator)를 거쳐 5V의 정전압이 공급될 수 있다.

한편, 종래의 제어 유닛은 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 스위치(160)의 입력을 모니터링 하기 위해, 아날로그 전압 모니터링 로직을 사용한다. 도시된 바와 같이, 각 외부 입력(ADC input) 단자(140)에 복수의 스위치(160)를 연결하고, 각 스위치(160)에 상이한 저항값을 갖는 풀-다운(pull-down) 저항(170)을 연결한다. 이에 따라, 각 스위치(160)가 on 될 때 마이컴(Micom, 150)의 입력 단자에 풀-다운 저항(170)의 저항값에 상응하는 전압이 정상적으로 수신되는 지 확인함으로써 외부 입력을 모니터링 할 수 있다.

이를 위해서는 정확한 풀-업(Pull-up) 저항 및 정전압(예컨대, 5V)의 레퍼런스 전압이 필요하며, 이를 위해 제어 유닛 내부에는 정전압을 제공하기 위한 트랜지스터 및 풀업 저항이 존재한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 배터리(110)는 12.6V의 전압을 출력하며, 배터리의 출력단에 레귤레이터(122)가 마련되고, 캐패시터(123)가 병렬로 마련되어 5V의 레퍼런스 전압을 출력하도록 한다. 또한, 캐패시터(123)와 트랜지스터(124)가 병렬로 연결되어 마이컴(150)의 제어 신호에 따라 전류를 풀업저항(130)으로 흐르게 함으로써 풀업저항(130)의 일단에 정전압이 인가될 수 있다.

이와 같은 제어 유닛의 회로 구조는 배터리 전원이 단락되는 경우, 내부 회로를 보호하기 힘들다. 즉, 배터리 전원이 단락되는 결과, 제어 유닛 내부로 유기되는 전류가 발생하여 정전압 레벨을 변화시킬 수 있으며, 이에 따라 마이컴을 비롯한 내부 소자가 파괴되거나 오작동할 가능성이 존재한다.

이에, 본 발명은 도 1에 도시된 회로에서 배터리 단락 시에도 레퍼런스 전압의 변동 및 제어 유닛 내부의 소자가 손상되는 것을 방지하기 위한 회로 구성을 제안하기로 한다.

한편, 상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명의 목적은 배터리 단락 시 레퍼런스 전압의 변동 및 제어 유닛 내부의 소자가 손상되는 것을 방지할 수 있는 제어 유닛을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 배터리 단락으로부터 내부 소자를 보호하기 위한 제어 유닛은, 배터리로부터 소정의 배터리 전압을 인가받아 상기 배터리 전압보다 낮은 정전압을 출력하기 위한 정전압 출력부; 제어 유닛 외부의 장치를 상기 제어 유닛과 연결하기 위한 외부 단자; 상기 정전압 출력부의 출력단과 상기 외부 단자 사이에 연결되며, 상호 직렬로 연결된 제1저항 및 제2저항; 및 상기 제1저항 및 상기 제2저항 사이의 노드에 캐소드가 연결되고, 애노드가 접지단과 연결되며, 상기 정전압 출력부에서 출력하는 정전압보다 높고 상기 배터리 전압보다 낮은 값의 제너 전압을 갖는 제너 다이오드를 포함한다.
여기서, 상기 정전압 출력부는, 애노드가 상기 배터리와 연결되는 다이오드; 상기 다이오드의 캐소드와 연결되는 레귤레이터; 및 상기 레귤레이터가 출력하는 정전압을 유지하기 위한 캐패시터를 포함할 수 있다.
또한, 제어 유닛은 상기 제1저항을 상기 정전압 출력부의 출력단에 연결하는 트랜지스터를 더 포함하고, 상기 트랜지스터는 제어 신호에 의해, 상기 정전압 출력부의 출력단으로부터 상기 제1저항으로의 전압의 인가를 제어할 수 있다.
또한, 제어 유닛은 상기 정전압 출력부로부터 정전압을 인가받는 마이크로컴퓨터를 더 포함하고, 상기 마이크로컴퓨터는 상기 제어 유닛의 상기 외부 단자와 연결되는 ADC 입력단을 포함하며, 상기 제1저항 및 상기 제2저항은 상기 ADC 입력단에 대한 풀업 저항으로 기능할 수 있다.

삭제

상술한 본 발명에 따르면, 배터리 단락 시 레퍼런스 전압의 변동 및 제어 유닛 내부의 소자가 손상되는 것을 방지할 수 있는 제어 유닛을 제공할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 제어 유닛의 내부 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 유닛의 회로도이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다. 본 발명의 사상은 첨부된 도면 외에 모든 변경, 균등물 내지 대체물에 까지도 확장되는 것으로 해석되어야 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 유닛의 회로도이다.

도시된 바와 같이, 배터리 단락으로부터 내부 소자를 보호하기 위한 제어 유닛은 배터리(210)와 연결되며, 정전압 출력부(220), 제1저항(230) 및 제2저항(240)과, 제너 다이오드(270)를 포함할 수 있다.

배터리(210)는 소정의 배터리 전압을 출력하며, 예컨대 DC 12.6V의 배터리 전압을 출력할 수 있다.

배터리(210)의 + 출력단에는 정전압 출력부(220)가 연결되며, 정전압 출력부(220)는 배터리 전압보다 낮은 정전압의 레퍼런스 전압을 출력하도록 마련된다.

보다 구체적으로, 정전압 출력부(220)는 배터리(210)로 전류가 역류하는 것을 방지하기 위한 다이오드(221)를 포함하고, 다이오드(221)의 캐소드(Cathode)에는 레귤레이터(222)가 연결된다.

레귤레이터(222)는 12.6V의 배터리 전압보다 낮은 5V의 정전압을 출력하기 위한 공지의 회로 구성을 포함할 수 있다.

레귤레이터(222)의 출력단에는 캐패시터(223)가 병렬로 연결되어 정전압 5V를 유지하도록 구성될 수 있다.

캐패시터(223)의 우측에는 트랜지스터(224)가 마련되는데, 트랜지스터(224)의 에미터(Emitter)가 캐패시터(223)와 병렬 연결되고 콜렉터(Collector)가 제1저항(230)과 연결되며, 마이컴(250)의 제어신호가 베이스(Base)로 입력되어 콜렉터 전류를 제어하도록 구성할 수 있다.

트랜지스터(224)는 도시된 바이폴라 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor, BJT) 외에 공지의 트랜지스터 소자를 포함할 수 있다.

마이컴(250)에는 적어도 하나의 입력단이 마련되며, 연결되는 외부 장치의 신호를 수신하도록 구성될 수 있다.

도 2에서는 3개의 입력단을 도시하였으나, 그 수에는 제한이 없을 것이다.

앞서 도 1을 통해 설명한 회로도와의 차이점으로써, 본 발명에 따른 제어 유닛은 직렬로 연결되는 제1저항(230) 및 제2저항(240)과 제1저항(230) 및 제2저항(240) 사이의 노드와 연결되는 제너 다이오드(Zener diode, 270)를 포함할 수 있다.

제1저항(230) 및 제2저항(240)은 도 1의 풀업 저항(130)에 대응될 수 있으며, 각각의 저항값은 도 1의 풀업 저항(130)의 1/2로써 동일한 값을 가질 수 있다.

제1저항(230)의 일단은 트랜지스터(224)의 콜렉터와 연결되고, 제2저항(240)의 일단은 외부 입력 단자(ADC input, 260)와 연결될 수 있다.

제너 다이오드(270)의 캐소드(Cathode)는 제1저항(230) 및 제2저항(240)과 연결되며, 애노드(Anode)는 접지단과 연결된다.

알려진 바와 같이, 제너 다이오드(Zener diode)는 순방향에서는 일반적인 다이오드와 그 특성이 동일하고, 일정한 제너 전압 이상의 역방향 전압이 걸리는 경우, 제너 항복(breakdown)이 발생하여 급격한 전류 증가가 발생하는 결과, 전류의 대폭적인 변화에 대해서도 단자 전압이 크게 변화하지 않으므로 정전압 장치에 이용될 수 있다.

본 발명에 있어서, 제너 다이오드(270)의 제너 전압은 정전압 출력부(220)에서 출력되는 레퍼런스 전압과 비슷한 값이 바람직하며, 예를 들어 5.6V가 될 수 있다.

제1저항(230) 및 제2저항(240)과 제너 다이오드(270)를 포함하는 회로 구성은 도시된 바와 같이 각 외부 입력 단자(260)마다 마련되어, 배터리 단락에 의해 각각의 외부 입력단자(260)에 배터리 전압이 직접적으로 인가되는 경우, 제너 전압 이하로 노드 전압이 유지되도록 할 수 있다.

한편, 종래의 경우 통상적으로 배터리 단락 시 내부로 유기되는 전류를 차단하기 위해 일반적인 다이오드를 사용하였다.

다만, 일반적인 다이오드를 사용하는 경우 레퍼런스 전압이 기대했던 전압 레벨(5V)가 아닌 다이오드 드롭(diode drop) 된 후의 전압이 되기 때문에 5V이하로 전압 레벨이 떨어질 수 있으며, 다이오드의 전압 드롭은 흐르는 전류 및 온도 특성에 따라 그 오차가 크게 발생할 수 있는 바, 기대했던 오차 범위(±0.2V 정도)를 벗어난 넓은 범위의 오차(±0.4V 정도)를 나타낼 수 있다.

이를 해결하기 위해, 본 발명에서는 제너 다이오드(270)를 제1저항(230)과 제2저항(240) 사이에 삽입함으로써, 배터리 단락 시에만 제너 항복(breakdown)이 발생하도록 하여, 기대했던 성능을 낼 수 있게 하는 회로를 구성하는 것이 가능하다.

도 2의 회로도에서, 배터리 단락 보호 회로가 정상 동작하는 경우에는 정전압 출력부(220)에 의해 5V가 출력되어 제1저항(230) 및 제2저항(240)에는 5V에 근접하는 전압이 인가될 수 있다.

이 때, 제너 다이오드(270)는 영향을 미치지 않는다.

이 후, 배터리 단락이 발생하게 되면, 외부 입력 단자(260)에 배터리 전압 12.6V가 직접적으로 인가될 수 있다.

이 때, 제너 다이오드(270)가 없는 경우에는 제1저항(230)과 제2저항(240) 사이의 노드에도 제너 다이오드(270)의 제너 전압 5.6V 보다 높은 전압이 걸리게 되나, 본 발명과 같이 제너 다이오드(270)를 마련하는 경우, 제너 항복에 의해 전류가 제1저항(230)과 제2저항(240) 사이의 노드에서 제너 다이오드(270)를 거쳐 접지단으로 흐를 수 있다.

이와 같은 제너 효과에 의해 제1저항(230)과 제2저항(240) 사이의 노드의 전압은 제너 전압인 5.6V를 초과하지 않도록 유지될 수 있으며, 그 결과 배터리 단락이 발생하여도 배터리 전압이 5V 전원을 사용하는 다른 내부 소자에 직접적인 영향을 미치지 않게 된다.

상술한 본 발명에 따르면, 배터리 단락 시 레퍼런스 전압의 변동 및 제어 유닛 내부의 소자가 손상되는 것을 방지할 수 있는 제어 유닛을 제공할 수 있는 효과가 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

210: 배터리
220: 정전압 출력부
230: 제1저항
240: 제2저항
250: 마이컴
260: 외부 입력 단자
270: 제너 다이오드

Claims

배터리 단락으로부터 내부 소자를 보호하기 위한 제어 유닛으로서,
배터리로부터 소정의 배터리 전압을 인가받아 상기 배터리 전압보다 낮은 정전압을 출력하기 위한 정전압 출력부;
제어 유닛 외부의 장치를 상기 제어 유닛과 연결하기 위한 외부 단자;
상기 정전압 출력부의 출력단과 상기 외부 단자 사이에 연결되며, 상호 직렬로 연결된 제1저항 및 제2저항; 및
상기 제1저항 및 상기 제2저항 사이의 노드에 캐소드가 연결되고, 애노드가 접지단과 연결되며, 상기 정전압 출력부에서 출력하는 정전압보다 높고 상기 배터리 전압보다 낮은 값의 제너 전압을 갖는 제너 다이오드
를 포함하는,
배터리 단락으로부터 내부 소자를 보호하기 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 정전압 출력부는,
애노드가 상기 배터리와 연결되는 다이오드;
상기 다이오드의 캐소드와 연결되는 레귤레이터; 및
상기 레귤레이터가 출력하는 정전압을 유지하기 위한 캐패시터
를 포함하는,
배터리 단락으로부터 내부 소자를 보호하기 위한 제어 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1저항을 상기 정전압 출력부의 출력단에 연결하는 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 트랜지스터는 제어 신호에 의해, 상기 정전압 출력부의 출력단으로부터 상기 제1저항으로의 전압의 인가를 제어하는,
배터리 단락으로부터 내부 소자를 보호하기 위한 제어 유닛.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 정전압 출력부로부터 정전압을 인가받는 마이크로컴퓨터를 더 포함하고,
상기 마이크로컴퓨터는 상기 제어 유닛의 상기 외부 단자와 연결되는 ADC 입력단을 포함하며,
상기 제1저항 및 상기 제2저항은 상기 ADC 입력단에 대한 풀업 저항으로 기능하는,
배터리 단락으로부터 내부 소자를 보호하기 위한 제어 유닛.