KR101694247B1 - Protection circuit for preventing a short between vehicle battery and ground and the operation method of thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 보호 회로 및 그 동작 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 차량 제어기에 연결되어 사용되는 센서나 액츄에이터의 그라운드 핀에 배터리 전압이 단락되는 경우, 내부 회로를 보호하기 위한 보호 회로 및 그 보호 회로의 동작 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a vehicle battery-ground short-circuit protection circuit and an operation method thereof. More particularly, the present invention relates to a protection circuit for protecting an internal circuit when a battery voltage is short-circuited to a ground pin of a sensor or an actuator connected to a vehicle controller, and a method of operating the protection circuit.
자동차의 보조 또는 주 동력원으로 고전압 배터리의 전원을 모터에 전달하기 위해 배터리에서부터 부하(모터, 에어컨 등)까지 고전압 회로가 구성된다. 고전압 배터리의 주 역할은 배터리에서부터 모터까지 출력 전원을 공급하는 것이다. A high-voltage circuit is constructed from the battery to the load (motor, air conditioner, etc.) to deliver the power of the high-voltage battery to the motor as auxiliary or main power source of automobile. The main role of the high-voltage battery is to supply the output power from the battery to the motor.
고전압 회로는 배터리와 모터 사이의 전력 전달뿐만 아니라 DC 변환이나, 컴프레서, 또는 제어기 전원으로도 이용될 수 있다. 따라서, 배터리 전원 공급의 보조 회로 부분에 대한 보호 회로를 필요로 한다.The high voltage circuit can be used for power transfer between the battery and the motor, as well as for DC conversion, compressor, or controller power. Therefore, a protection circuit for the auxiliary circuit portion of the battery power supply is required.
종래의 보호 회로는 모터 구동 회로와 부하 회로를 병렬로 연결하고, 양극 회로에 퓨즈를 설치함으로써 부하 회로를 보호하는 실시 형태가 있다. 즉, 모터 구동 회로를 제외한 보조 회로의 보호를 퓨즈를 이용하여 보호하는 구성을 포함한다. The conventional protection circuit has an embodiment in which the motor driving circuit and the load circuit are connected in parallel and the load circuit is protected by providing a fuse to the anode circuit. That is, the protection circuit includes a structure for protecting the auxiliary circuit except for the motor driving circuit by using a fuse.
또한, 예를 들어, 센서 그라운드 핀이 제어기 그라운드와 직접 연결된다면, 이 핀이 배터리 전압에 단락되는 경우 고전압 회로가 손상되어 제어기가 정상적으로 동작할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다. Also, for example, if the sensor ground pin is directly connected to the controller ground, if the pin is shorted to the battery voltage, the high voltage circuit may be damaged and the controller can not operate normally.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 감지된 정보를 이용하여 별도의 제어 동작을 수행할 필요 없이, 차량의 배터리 커넥터에 연결된 고전압 회로에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있는 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 보호 회로를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vehicular battery-ground short-circuit protection device capable of preventing an overcurrent from flowing to a high-voltage circuit connected to a battery connector of a vehicle without requiring a separate control operation using sensed information. Circuit.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 제어를 위한 소프트웨어 리소스 할당이 필요하지 않고, 차량의 배터리 커넥터에 연결된 고전압 회로에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있는 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 보호 회로를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a vehicle battery-ground short-circuit protection circuit which can prevent an overcurrent from flowing to a high-voltage circuit connected to a battery connector of a vehicle without requiring software resource allocation for control will be.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 감지된 정보를 이용하여 별도의 제어 동작을 수행할 필요 없고, 제어를 위한 소프트웨어 리소스 할당이 필요하지 않은, 차량의 배터리 커넥터에 연결된 고전압 회로에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있는 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 보호 회로의 동작 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a high voltage circuit connected to a battery connector of a vehicle which does not need to perform a separate control operation using sensed information and does not require software resource allocation for control, And a method of operating a vehicle battery-ground short-circuit protection circuit that can prevent the battery from flowing.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.The technical problems to be solved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems which are not mentioned can be clearly understood by the ordinary skilled in the art from the following description.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양(Aspect)에 따른 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 보호 회로는, 차량 제어기 내의 그라운드 전극과 배터리 커넥터 사이에 전기적으로 연결되는 제1 트랜지스터, 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극에 전기적으로 연결되는 제1 저항, 상기 그라운드 전극과 상기 배터리 커넥터 사이에 전기적으로 연결되고, 드레인 전극에 상기 제1 저항이 전기적으로 연결된 제2 트랜지스터, 및 상기 배터리 커넥터와 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 전기적으로 연결된 제2 저항을 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a vehicle battery-ground short-circuit protection circuit comprising: a first transistor electrically connected between a ground electrode in a vehicle controller and a battery connector; A first resistor electrically connected to the gate electrode, a second transistor electrically connected between the ground electrode and the battery connector and having a drain electrode electrically connected to the first resistor, and a second transistor electrically connected between the battery connector and the second transistor And a second resistor electrically connected between the gate electrodes.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터이고, 상기 제2 트랜지스터는 PMOS 트랜지스터일 수 있다. In some embodiments of the present invention, the first transistor may be an NMOS transistor and the second transistor may be a PMOS transistor.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 트랜지스터의 드레인 전극은 상기 제2 저항과 전기적으로 연결될 수 있다. In some embodiments of the present invention, the drain electrode of the first transistor may be electrically connected to the second resistor.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극과 소오스 전극 사이에 전기적으로 연결된 제1 커패시터를 더 포함할 수 있다. In some embodiments of the present invention, the first transistor may further include a first capacitor electrically connected between the gate electrode and the source electrode of the first transistor.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제2 저항과 병렬로 연결된 제2 커패시터를 더 포함할 수 있다. In some embodiments of the invention, it may further comprise a second capacitor connected in parallel with the second resistor.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 제2 트랜지스터의 드레인 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. In some embodiments of the present invention, the gate electrode of the first transistor may be electrically connected to the drain electrode of the second transistor.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 트랜지스터의 드레인 전극은 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. In some embodiments of the present invention, the drain electrode of the first transistor may be electrically connected to the gate electrode of the second transistor.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양(Aspect)에 따른 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 보호 회로의 동작 방법은, 차량 제어기 내의 그라운드 전극과 배터리 커넥터 사이에 전기적으로 연결된 NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터를 포함하는 배터리-그라운드 단락 방지 보호 회로에 있어서, 상기 PMOS 트랜지스터의 게이트 전극에 배터리 전압이 인가되는 단계, 상기 PMOS 트랜지스터가 턴오프(turn-off)되는 단계, 상기 PMOS 트랜지스터의 드레인 전극에 연결된 상기 NMOS 트랜지스터의 게이트 전극에 로우 레벨 전압이 인가되는 단계, 및 상기 NMOS 트랜지스터가 턴오프되어, 상기 그라운드 전극과 상기 배터리 커넥터가 전기적으로 절연되는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of operating a battery-ground short-circuit protection circuit for a vehicle, the method comprising: providing an NMOS transistor and a PMOS transistor electrically connected between a ground electrode and a battery connector in a vehicle controller Wherein the gate of the PMOS transistor is charged with a battery voltage, the PMOS transistor is turned off, the NMOS transistor connected to the drain electrode of the PMOS transistor, A low level voltage is applied to the gate electrode of the NMOS transistor, and the NMOS transistor is turned off so that the ground electrode and the battery connector are electrically insulated.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 NMOS 트랜지스터의 게이트 전극에 상기 로우 레벨 전압이 인가되는 것은, 상기 PMOS 트랜지스터의 드레인 전극과 상기 NMOS 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 연결된 풀다운 저항을 이용할 수 있다. In some embodiments of the present invention, the application of the low level voltage to the gate electrode of the NMOS transistor may use a pull-down resistor connected between the drain electrode of the PMOS transistor and the gate electrode of the NMOS transistor.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 NMOS 트랜지스터의 드레인 전극이 상기 배터리 커넥터에 전기적으로 연결되고, 상기 PMOS 트랜지스터의 게이트 전극이 상기 배터리 커넥터에 전기적으로 연결될 수 있다. In some embodiments of the present invention, a drain electrode of the NMOS transistor may be electrically connected to the battery connector, and a gate electrode of the PMOS transistor may be electrically connected to the battery connector.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 PMOS 트랜지스터의 소오스 전극에는 구동 전원이 인가되고, 상기 배터리 전압은 상기 구동 전원의 전압보다 높을 수 있다. In some embodiments of the present invention, driving power is applied to the source electrode of the PMOS transistor, and the battery voltage may be higher than the voltage of the driving power source.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 NMOS 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 PMOS 트랜지스터의 드레인 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. In some embodiments of the present invention, the gate electrode of the NMOS transistor may be electrically connected to the drain electrode of the PMOS transistor.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 NMOS 트랜지스터의 드레인 전극은 상기 PMOS 트랜지스터의 게이트 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. In some embodiments of the present invention, the drain electrode of the NMOS transistor may be electrically connected to the gate electrode of the PMOS transistor.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 회로를 이용하여 능동적으로 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 제어를 위한 소프트웨어 리소스 할당이 불필요하고, 센서 등의 부하의 그라운드 커넥터 단이 배터리 전압에 단락이 되어도 제어기 회로를 보호할 수 있다. According to the present invention as described above, it is possible to prevent the overcurrent from actively flowing by using the vehicle battery-ground short circuit prevention circuit. Moreover, it is possible to protect the controller circuit even if the software resource allocation for the control is unnecessary and the ground connector end of the load such as the sensor or the like is short-circuited to the battery voltage.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리-그라운드 단락 방지 회로도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리-그라운드 단락 방지 회로의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리-그라운드 단락 방지 회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 1 is a battery-ground short circuit prevention circuit according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are diagrams for explaining the operation of the battery-ground short circuit prevention circuit according to an embodiment of the present invention.
4 is a timing chart for explaining the operation of the battery-ground short circuit prevention circuit according to the embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
하나의 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 구성요소와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 구성요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 구성요소가 다른 구성요소와 "직접 연결된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성요소를 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected to" or "coupled to" another element, it can be directly connected or coupled to another element, One case. On the other hand, when an element is referred to as being "directly coupled to" or "directly coupled to " another element, it means that it does not intervene in another element. "And / or" include each and every combination of one or more of the mentioned items.
비록, 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다. Although the first, second, etc. are used to describe various elements, components and / or sections, it is needless to say that these elements, components and / or sections are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, element or section from another element, element or section. Therefore, it goes without saying that the first element, the first element or the first section mentioned below may be the second element, the second element or the second section within the technical spirit of the present invention.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms "comprises" and / or "made of" means that a component, step, operation, and / or element may be embodied in one or more other components, steps, operations, and / And does not exclude the presence or addition thereof.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리-그라운드 단락 방지 회로도이다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리-그라운드 단락 방지 회로의 동작을 설명하기 위한 도면들이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리-그라운드 단락 방지 회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 1 is a battery-ground short circuit prevention circuit according to an embodiment of the present invention. 2 and 3 are diagrams for explaining the operation of the battery-ground short circuit prevention circuit according to an embodiment of the present invention. 4 is a timing chart for explaining the operation of the battery-ground short circuit prevention circuit according to the embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리-그라운드 단락 방지 회로는 제1 트랜지스터(M1), 제2 트랜지스터(M2), 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제3 저항(R3), 제4 저항(R4), 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2) 등을 포함한다. 1, a battery-ground short circuit prevention circuit according to an embodiment of the present invention includes a first transistor M1, a second transistor M2, a first resistor R1, a second resistor R2, A third resistor R3, a fourth resistor R4, a first capacitor C1, a second capacitor C2, and the like.
제1 트랜지스터(M1)는 예를 들어, NMOS 트랜지스터일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. The first transistor M1 may be, for example, an NMOS transistor, but the present invention is not limited thereto.
제1 트랜지스터(M1)는 소오스 전극이 그라운드 전극에 전기적으로 연결되고, 드레인 전극이 배터리 커넥터(CONNECTOR)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전극과 소오스 전극 사이에는 제1 커패시터(C1)가 연결될 수 있다. The source electrode of the first transistor M1 may be electrically connected to the ground electrode, and the drain electrode of the first transistor M1 may be electrically connected to the battery connector CONNECTOR. A first capacitor C1 may be connected between the gate electrode and the source electrode of the first transistor M1.
제1 커패시터(C1)는 서지(surge)성 노이즈 제거를 위해 이용될 수 있다. 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전극에는 제1 저항(R1)이 전기적으로 연결될 수 있다. The first capacitor C1 may be used for surge noise rejection. The first resistor R1 may be electrically connected to the gate electrode of the first transistor M1.
또한, 제1 저항(R1)은 제3 저항(R3)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전극에는 제1 저항(R1), 제3 저항(R3), 제1 커패시터(C1)가 전기적으로 연결될 수 있다. Also, the first resistor R1 may be electrically connected to the third resistor R3. That is, the first resistor R1, the third resistor R3, and the first capacitor C1 may be electrically connected to the gate electrode of the first transistor M1.
제3 저항(R3)은 제1 트랜지스터(M1)의 기본 동작 상태를 정의하기 위해 이용될 수 있다. 즉, 제1 트랜지스터(M1)와 제2 트랜지스터(M2)가 턴온(turn-on)된 상태에서, 제1 저항(R1)과 제3 저항(R3)에 의해 전류가 분배되어 회로 내 적정 전류가 흐르게 된다. The third resistor R3 may be used to define the basic operating state of the first transistor M1. That is, in a state where the first transistor M1 and the second transistor M2 are turned on, the current is divided by the first resistor R1 and the third resistor R3, Flow.
제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전극은 제2 트랜지스터(M2)의 드레인 전극과 전기적으로 연결되며, 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전극과 제2 트랜지스터(M2)의 드레인 전극 사이에 제1 저항(R1)과 제3 저항(R3)이 존재하게 된다. The gate electrode of the first transistor M1 is electrically connected to the drain electrode of the second transistor M2 and a first resistor M1 is connected between the gate electrode of the first transistor M1 and the drain electrode of the second transistor M2. R1 and the third resistor R3 are present.
또한, 제1 트랜지스터(M1)의 드레인 전극은 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전극과 전기적으로 연결되며, 제1 트랜지스터(M1)의 드레인 전극과 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전극 사이에 제2 저항(R2)과 제4 저항(R4)이 존재하게 된다.The drain electrode of the first transistor M1 is electrically connected to the gate electrode of the second transistor M2 and the drain electrode of the second transistor M2 is connected between the drain electrode of the first transistor M1 and the gate electrode of the second transistor M2. The resistor R2 and the fourth resistor R4 are present.
제2 트랜지스터(M2)는 예를 들어, PMOS 트랜지스터일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. The second transistor M2 may be, for example, a PMOS transistor, but the present invention is not limited thereto.
제2 트랜지스터(M2)는 소오스 전극이 구동 전원(VDD)에 전기적으로 연결되고, 드레인 전극이 제1 저항(R1) 및 제3 저항(R3)에 전기적으로 연결될 수 있다. The source electrode of the second transistor M2 may be electrically connected to the driving power supply VDD and the drain electrode may be electrically connected to the first resistor R1 and the third resistor R3.
구동 전원(VDD)은 예를 들어, 3.3V 또는 5V일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. The driving power supply VDD may be, for example, 3.3V or 5V, but the present invention is not limited thereto.
제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전극은 배터리 커넥터(CONNECTOR)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전극과 배터리 커넥터(CONNECTOR) 사이에는 제2 저항(R2)이 전기적으로 연결될 수 있다. The gate electrode of the second transistor M2 may be electrically connected to the battery connector and the second resistor R2 may be electrically connected between the gate electrode of the second transistor M2 and the battery connector CONNECTOR have.
제2 저항(R2)에는 병렬로 제2 커패시터(C2)가 연결될 수 있다. 제2 저항(R2)은 배터리 커넥터(CONNECTOR)가 그라운드 전극에 단락 시, 제2 트랜지스터(M2)에 인가되는 게이트 전류를 제한하기 위해 이용될 수 있다. The second resistor (R2) may be connected in parallel with the second capacitor (C2). The second resistor R2 may be used to limit the gate current applied to the second transistor M2 when the battery connector CONNECTOR is shorted to the ground electrode.
그리고, 제2 커패시터(C2)는 배터리 커넥터(CONNECTOR)가 그라운드 전극에 단락 시, 제2 트랜지스터(M2)에 인가되는 초기 게이트 전압을 형성하기 위해 이용될 수 있다. The second capacitor C2 may be used to form an initial gate voltage applied to the second transistor M2 when the battery connector CONNECTOR is short-circuited to the ground electrode.
제4 저항(R4)은 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전극에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전극에는 제2 저항(R2), 제4 저항(R4), 및 제2 커패시터(C2)가 전기적으로 연결될 수 있다. The fourth resistor R4 may be electrically connected to the gate electrode of the second transistor M2. That is, the second resistor R2, the fourth resistor R4, and the second capacitor C2 may be electrically connected to the gate electrode of the second transistor M2.
구체적으로, 제4 저항(R4)은 제2 트랜지스터(M2)의 초기 동작 상태를 정의하기 위해 이용될 수 있다. 배터리 커넥터(CONNECTOR)가 그라운드 전극에 단락 시, 제2 커패시터(C2)에 의해 제4 저항(R4)에 초기 전압이 인가되고, 이는 제2 트랜지스터(M2)의 초기 게이트 전압으로 제공될 수 있다. Specifically, the fourth resistor R4 may be used to define the initial operating state of the second transistor M2. When the battery connector is short-circuited to the ground electrode, an initial voltage is applied to the fourth resistor R4 by the second capacitor C2, which can be provided as an initial gate voltage of the second transistor M2.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리-그라운드 단락 방지 회로는 당업자에게 이해되는 범위 내에서 적절하게 변형되어 이용될 수 있으며, 도 1에 도시된 회로에서 변경 설계되어 이용될 수 있다. The battery-ground short-circuit prevention circuit according to an embodiment of the present invention can be appropriately modified and used within a range understood by a person skilled in the art, and can be modified and used in the circuit shown in Fig.
도 2 및 도 3을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리-그라운드 단락 방지 회로의 동작에 대해 설명한다. The operation of the battery-ground short circuit prevention circuit according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.
도 2를 참조하면, 배터리 커넥터(CONNECTOR)와 그라운드 전극이 단락되지 않은 정상 상태의 동작에 대해 나타나 있다. Referring to FIG. 2, there is shown a normal state operation in which the battery connector (CONNECTOR) and the ground electrode are not short-circuited.
우선, 정상 상태에서는, 제1 트랜지스터(M1)는 플로팅 상태라고 가정한다. 즉, 제1 트랜지스터(M1)의 드레인 전극이 플로팅 상태인 것으로 가정한다. First, in a steady state, it is assumed that the first transistor M1 is in a floating state. That is, it is assumed that the drain electrode of the first transistor M1 is in a floating state.
이 때, 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전극에 전기적으로 연결된 풀다운 저항(즉, 제2 저항(R2))과 제2 트랜지스터(M2)의 소오스 전극에 전기적으로 연결된 구동 전원(VDD)에 의해 제2 트랜지스터(M2)는 도통 상태이다. 즉, 제2 트랜지스터(M2)는 턴온된 상태이다(①).At this time, by the pull-down resistor (i.e., the second resistor R2) electrically connected to the gate electrode of the second transistor M2 and the driving power VDD electrically connected to the source electrode of the second transistor M2, The second transistor M2 is in the conduction state. That is, the second transistor M2 is turned on (1 & cir &).
제2 트랜지스터(M2)의 드레인 전극은 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전극에 전기적으로 연결되어 있기 때문에, 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전극에는 도통된 제2 트랜지스터(M2)에 의해 하이 레벨(high-level) 전압이 인가된다(②). 제1 트랜지스터(M1)는 NMOS 트랜지스터이기 때문에, 하이 레벨 전압에 의해 도통된다. Since the drain electrode of the second transistor M2 is electrically connected to the gate electrode of the first transistor M1, the gate electrode of the first transistor M1 is connected to the high level high-level voltage is applied (②). Since the first transistor M1 is an NMOS transistor, it is conducted by a high level voltage.
따라서, 제1 트랜지스터(M1)도 턴온된 상태로 존재하고, 제1 트랜지스터(M1)의 드레인 전류가 제1 저항(R1)과 제3 저항(R3)을 따라 흐르게 된다(③). 이에 따라, 배터리 커넥터(CONNECTOR)와 그라운드 전극이 정상적으로 전기적 연결되는 상태가 된다. Therefore, the first transistor M1 is also turned on, and the drain current of the first transistor M1 flows along the first resistor R1 and the third resistor R3 (3). As a result, the battery connector (CONNECTOR) and the ground electrode are normally electrically connected.
도 3을 참조하면, 배터리 커넥터(CONNECTOR)와 그라운드 전극이 단락된 상태의 동작에 대해 나타나 있다. Referring to FIG. 3, there is shown a state in which the battery connector CONNECTOR and the ground electrode are short-circuited.
우선, 배터리 커넥터(CONNECTOR)와 그라운드 전극이 단락된 상태가 발생하면, 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전극에 배터리 전압이 인가되고, 제2 트랜지스터(M2)의 소오스 전극에 연결된 구동 전원(VDD)보다 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전압이 더 높아지게 된다. When the battery connector and the ground electrode are short-circuited, the battery voltage is applied to the gate electrode of the second transistor M2, and the driving power VDD connected to the source electrode of the second transistor M2, The gate voltage of the second transistor M2 becomes higher than that of the second transistor M2.
이에 따라, 도통되어 있던 제2 트랜지스터(M2)는 턴오프(turn-off) 상태가 된다. 따라서, 제2 트랜지스터(M2)의 드레인 전류는 제4 저항(R4) 쪽으로 흐르게 된다(①). Thus, the turned-on second transistor M2 is in a turn-off state. Accordingly, the drain current of the second transistor M2 flows toward the fourth resistor R4 (1 & cir &).
그리고, 제2 트랜지스터(M2)의 드레인 전극에 전기적으로 연결된 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전극에는 풀다운 저항(즉, 제1 저항(R1))에 의해 로우 레벨(low-level) 전압이 인가된다(②). A low-level voltage is applied to the gate electrode of the first transistor M1 electrically connected to the drain electrode of the second transistor M2 by a pull-down resistor (i.e., the first resistor R1) (②).
이에 따라, 제1 트랜지스터(M1)는 턴오프 상태로 전환된다. 제1 트랜지스터(M1)가 턴오프 상태로 전환되면, 제1 트랜지스터(M1)를 통한 드레인 전류가 흐르지 않게 되고, 배터리 커넥터(CONNECTOR)와 그라운드 전극은 서로 전기적으로 분리되어 절연된 상태가 된다. Accordingly, the first transistor M1 is turned off. When the first transistor M1 is turned off, no drain current flows through the first transistor M1, and the battery connector CONNECTOR and the ground electrode are electrically isolated from each other to be in an insulated state.
배터리 커넥터(CONNECTOR)로부터 그라운드 전극으로 전류가 흐르지 않으면서, 배터리의 고전압이 회로 내로 인가되지 않는다. 배터리 커넥터(CONNECTOR)와 그라운드 전극 사이의 단락 현상이 해소되면, 보호 회로는 다시 정상 동작하게 된다. No current flows from the battery connector (CONNECTOR) to the ground electrode, and a high voltage of the battery is not applied to the circuit. When the short circuit between the battery connector and the grounding electrode is eliminated, the protection circuit will operate normally again.
이상에서 설명한 보호 회로는 현장 프로그래머블 게이트 어레이(Field-Programmable Gate Array, FPGA)나 에이직(Application-Specific Integrated Circuit, ASIC)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있다. 그렇지만, 상기 보호 회로는 더 세분화된 구성요소에 의하여 구현될 수도 있으며, 복수의 구성요소들을 합하여 특정한 기능을 수행하는 하나의 구성요소로 구현될 수도 있다.The protection circuit described above can be implemented in hardware such as a Field-Programmable Gate Array (FPGA) or an Application-Specific Integrated Circuit (ASIC). However, the protection circuit may be implemented by a more detailed component, or may be implemented as a single component that performs a specific function by combining a plurality of components.
이하에서는, 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리-그라운드 단락 방지 회로의 전압-전류 변화에 대해 설명한다. Hereinafter, the voltage-current variation of the battery-ground short circuit prevention circuit according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
도 4를 참조하면, 배터리 커넥터(CONNECTOR)가 그라운드 전극에 단락되는 상황이 발생 시에, 배터리 커넥터(CONNECTOR)의 전압 레벨은 하이 레벨로 상승하게 된다. Referring to FIG. 4, when the battery connector CONNECTOR is short-circuited to the ground electrode, the voltage level of the battery connector CONNECTOR is raised to a high level.
이 때, 제1 트랜지스터(M1)에는 순간적으로 고전류가 흐르게 된다. 즉, 피크를 갖는 드레인 전류가 제1 트랜지스터(M1)에 흐르게 된다. 그리고, 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전압 레벨이 하이 레벨로 상승하면서, 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전압 레벨은 로우 레벨로 하강하게 된다. At this time, a high current flows instantaneously in the first transistor M1. That is, a drain current having a peak flows to the first transistor M1. Then, as the gate voltage level of the second transistor M2 rises to a high level, the gate voltage level of the first transistor M1 falls to a low level.
즉, 제1 트랜지스터(M1)가 턴오프된 상태가 되며, 제1 트랜지스터(M1)가 턴오프 상태로 전환되면, 제1 트랜지스터(M1)를 통한 드레인 전류가 흐르지 않게 되고, 배터리 커넥터(CONNECTOR)와 그라운드 전극은 서로 전기적으로 분리되어 절연된 상태가 된다. That is, when the first transistor M1 is turned off and the first transistor M1 is turned off, no drain current flows through the first transistor M1, and the battery connector CONNECTOR is turned off. And the ground electrode are electrically separated from each other to be in an insulated state.
제1 트랜지스터(M1)의 턴오프 상태에 따라 배터리 커넥터(CONNECTOR)로부터 전류가 제1 저항(R1) 및 제3 저항(R3)을 통해 흐르기 때문에, 전류 분배에 의해 제2 트랜지스터(M2)의 드레인 전극에 연결된 노드의 전압 레벨이 약간 하강하게 된다. Since the current flows from the battery connector CONNECTOR through the first resistor Rl and the
종래에는, 센서 그라운드의 경우 제어기의 그라운드와 직접 연결되어 있어서, 센서 그라운드 핀에 배터리 전압이 단락되는 경우 제어기 손상이 발생하였다.Conventionally, in the case of the sensor ground, it is directly connected to the ground of the controller, so that the controller is damaged when the battery voltage is short-circuited to the sensor ground pin.
본 발명에 따르면, 감지된 정보를 이용하여 별도의 제어 동작을 수행할 필요 없이, 차량의 배터리 커넥터에 연결된 고전압 회로에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. According to the present invention, it is possible to prevent the overcurrent from flowing to the high-voltage circuit connected to the battery connector of the vehicle, without needing to perform separate control operations using the sensed information.
또한, 제어를 위한 소프트웨어 리소스 할당이 불필요하고, 센서 등의 부하의 그라운드 커넥터 단이 배터리 전압에 단락이 되어도 제어기 회로를 보호할 수 있다.In addition, it is unnecessary to allocate software resources for control, and the controller circuit can be protected even if a ground connector end of a load such as a sensor is short-circuited to the battery voltage.
별도의 제어를 위한 구성요소 없이, 동작할 수 있기 때문에, 보호 회로의 구성 부품을 간소화할 수 있으며, 부품 실장 면적을 감소시켜 공간 활용도를 증가시킬 수 있다. 그리고, 제조 공정 비용을 감소시킬 수 있다. It is possible to simplify the components of the protection circuit and reduce the component mounting area, thereby increasing the space utilization. And, the manufacturing process cost can be reduced.
지금까지, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 보호 회로에 관한 구성요소는 단일의 칩 형태로 구현될 수 있다. 또한, 위에서 설명한 구성요소들의 동작 상태에 관한 알고리즘 형태로 저장되어 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 구동 방법은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현된 컴퓨터 프로그램의 실행에 의하여 수행될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램은 인터넷 등의 네트워크를 통하여, 제1 컴퓨팅 장치로부터 제2 컴퓨팅 장치에 전송되어 제2 컴퓨팅 장치에 설치될 수 있고, 이로써 제2 컴퓨팅 장치에서 사용될 수 있다. Up to now, the components related to the protection circuit described with reference to Figs. 1 to 4 can be implemented in a single chip form. Also, it can be stored and used in the form of an algorithm relating to the operation state of the above-described components. The driving method according to the embodiment of the present invention may be performed by executing a computer program embodied in computer readable code. The computer program may be transmitted from the first computing device to the second computing device via a network, such as the Internet, and installed in the second computing device, thereby enabling it to be used in the second computing device.
제1 컴퓨팅 장치 및 제2 컴퓨팅 장치는, 데스크탑(Desktop), 서버(Server) 또는 워크스테이션(Workstation) 등과 같은 고정식 컴퓨팅 장치, 스마트폰(Smart phone), 태블릿(Tablet), 패블릿(Phablet) 또는 랩탑(Laptop) 등과 같은 모바일 컴퓨팅 장치 및 스마트 와치(Smart watch), 스마트 안경(Smart glasses) 또는 스마트 밴드(Smart band) 등과 같은 웨어러블(Wearable) 컴퓨팅 장치를 모두 포함할 수 있다.The first computing device and the second computing device may be a fixed computing device such as a desktop, a server or a workstation, a smart phone, a tablet, a phablet, A mobile computing device such as a laptop or the like and a wearable computing device such as a Smart watch, Smart glasses or a Smart band.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
Claims (13)
상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극에 전기적으로 연결되는 제1 저항;
상기 그라운드 전극과 상기 배터리 커넥터 사이에 전기적으로 연결되고, 드레인 전극에 상기 제1 저항이 전기적으로 연결된 제2 트랜지스터; 및
상기 배터리 커넥터와 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 전기적으로 연결된 제2 저항을 포함하는 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 보호 회로.A first transistor electrically connected between the ground electrode in the vehicle controller and the battery connector;
A first resistor electrically connected to the gate electrode of the first transistor;
A second transistor electrically connected between the ground electrode and the battery connector and having a drain electrode electrically connected to the first resistor; And
And a second resistor electrically connected between the battery connector and a gate electrode of the second transistor.
상기 제1 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터이고, 상기 제2 트랜지스터는 PMOS 트랜지스터인 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 보호 회로.The method according to claim 1,
Wherein the first transistor is an NMOS transistor and the second transistor is a PMOS transistor.
상기 제1 트랜지스터의 드레인 전극은 상기 제2 저항과 전기적으로 연결된 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 보호 회로.The method according to claim 1,
And a drain electrode of the first transistor is electrically connected to the second resistor.
상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극과 소오스 전극 사이에 전기적으로 연결된 제1 커패시터를 더 포함하는 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 보호 회로.The method according to claim 1,
Further comprising a first capacitor electrically connected between a gate electrode of the first transistor and a source electrode of the first transistor.
상기 제2 저항과 병렬로 연결된 제2 커패시터를 더 포함하는 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 보호 회로.5. The method of claim 4,
And a second capacitor connected in parallel with the second resistor.
상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 제2 트랜지스터의 드레인 전극과 전기적으로 연결된 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 보호 회로.The method according to claim 1,
And a gate electrode of the first transistor is electrically connected to a drain electrode of the second transistor.
상기 제1 트랜지스터의 드레인 전극은 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 전기적으로 연결된 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 보호 회로.The method according to claim 6,
And a drain electrode of the first transistor is electrically connected to a gate electrode of the second transistor.
상기 PMOS 트랜지스터의 게이트 전극에 배터리 전압이 인가되는 단계;
상기 PMOS 트랜지스터가 턴오프(turn-off)되는 단계;
상기 PMOS 트랜지스터의 드레인 전극에 연결된 상기 NMOS 트랜지스터의 게이트 전극에 로우 레벨 전압이 인가되는 단계; 및
상기 NMOS 트랜지스터가 턴오프되어, 상기 그라운드 전극과 상기 배터리 커넥터가 전기적으로 절연되는 단계를 포함하는 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 회로의 동작 방법.A battery-ground short-circuit protection circuit comprising an NMOS transistor and a PMOS transistor electrically connected between a ground electrode and a battery connector in a vehicle controller,
Applying a battery voltage to a gate electrode of the PMOS transistor;
The PMOS transistor being turned off;
Applying a low level voltage to a gate electrode of the NMOS transistor connected to a drain electrode of the PMOS transistor; And
And the NMOS transistor is turned off to electrically insulate the ground electrode and the battery connector.
상기 NMOS 트랜지스터의 게이트 전극에 상기 로우 레벨 전압이 인가되는 것은,
상기 PMOS 트랜지스터의 드레인 전극과 상기 NMOS 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 연결된 풀다운 저항을 이용하는 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 회로의 동작 방법.9. The method of claim 8,
The reason why the low level voltage is applied to the gate electrode of the NMOS transistor is that,
And a pull-down resistor connected between a drain electrode of the PMOS transistor and a gate electrode of the NMOS transistor.
상기 NMOS 트랜지스터의 드레인 전극이 상기 배터리 커넥터에 전기적으로 연결되고, 상기 PMOS 트랜지스터의 게이트 전극이 상기 배터리 커넥터에 전기적으로 연결된 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 회로의 동작 방법.9. The method of claim 8,
A drain electrode of the NMOS transistor is electrically connected to the battery connector, and a gate electrode of the PMOS transistor is electrically connected to the battery connector.
상기 PMOS 트랜지스터의 소오스 전극에는 구동 전원이 인가되고, 상기 배터리 전압은 상기 구동 전원의 전압보다 높은 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 회로의 동작 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the source voltage of the PMOS transistor is applied with driving power and the battery voltage is higher than the voltage of the driving power supply.
상기 NMOS 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 PMOS 트랜지스터의 드레인 전극과 전기적으로 연결된 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 회로의 동작 방법.9. The method of claim 8,
And a gate electrode of the NMOS transistor is electrically connected to a drain electrode of the PMOS transistor.
상기 NMOS 트랜지스터의 드레인 전극은 상기 PMOS 트랜지스터의 게이트 전극과 전기적으로 연결된 차량용 배터리-그라운드 단락 방지 회로의 동작 방법.
13. The method of claim 12,
And a drain electrode of the NMOS transistor is electrically connected to a gate electrode of the PMOS transistor.
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|---|---|---|---|
| KR1020150167202A KR101694247B1 (en) | 2015-11-27 | 2015-11-27 | Protection circuit for preventing a short between vehicle battery and ground and the operation method of thereof |
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- 2015-11-27 KR KR1020150167202A patent/KR101694247B1/en active IP Right Grant
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