KR101818017B1 - 다전압 차량 전기 시스템의 구성요소를 격리시키는 회로 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량용 다전압 전기 시스템(10)에 관한 것인데, 이것은 송수신기(110)가 있는 제 1 서브시스템(100) 및 제어 유닛(210)이 있는 제 2 서브시스템(200)을 포함한다. 송수신기(110)의 제 1 신호 출력(120)을 제어 유닛(210)의 제 1 신호 입력(220)으로 커플링시키는 제 1 제어 신호 경로(102)가 제 1 제어 신호를 제 1 신호 출력(120)으로부터 제 1 신호 입력(220)으로 송신하도록 형성되고 구성된다. 본 발명에 따르면, 제 1 제어 신호 경로(102)는, 제 1 서브시스템(100) 및/또는 제 2 서브시스템(200) 내의 오류 동작 전압 공급에 응답하여 차단 상태를 취하는 제 1 회로 모듈(300)을 포함하고, 상기 제 1 제어 신호 경로(102)를 통한 상기 제 1 신호 출력(120)으로부터 제 1 신호 입력(220)으로의 상기 제 1 제어 신호의 송신은 금지된다.
Description
본 발명은 제 1 항의 특징부에 따르는 차량용 다전압 전기 시스템에 관한 것이고, 또한 제 19 항의 특징부에 따르는, 다전압 차량용 전기 시스템을 격리시키기 위한 회로 모듈에 관한 것이다.
승용차, 트럭, 열차 및 기타 등등과 같은 차량에는 때때로 다전압 전기 시스템이 탑재되는데, 여기에서 제 1 서브시스템은 제 1 동작 전압에서 동작하도록 형성되고, 제 2 서브시스템은 제 2 동작 전압에서 동작하도록 형성된다. 이와 관련하여, 특히 승용차에 대하여 12 V 서브시스템 및 48 V 서브시스템이 공지되어 있다.
송수신기는 두 개의 서브시스템 중 하나와 연관될 수 있는데, 이것은 제 1 서브시스템의 제 1 접지 단자를 통하여, 예를 들어 제 1 접지 스터드의 형태로 접지에 연결된다. 송수신기는 보통 제어 신호를 송신하고 수신하는 역할을 하는데, 송수신기에서 수신된 제어 신호가 추가적으로 처리될 수 있다. 이러한 송수신기의 하나의 예는 로컬 상호연결 네트워크(Local Interconnect Network; LIN)이다. 송수신기는 제 1 동작 전압, 즉 예를 들어 12 V에서 작동될 수 있다.
제 2 서브시스템에는 마이크로콘트롤러와 같은 제어 유닛이 연관될 수 있다. 제어 유닛 및 송수신기는 하나의 하우징 내에 통합되고 단일 컴포넌트로서 탑재될 수 있다. 제 1 접지 단자로부터 공간적으로 분리되고 제 2 접지 스터드의 형태로 존재하는, 제 2 서브시스템의 제 2 접지 단자를 통하여, 제어 유닛은 송수신기와 동일한 접지에 연결된다. 접지는 보통 차량의 접지이다.
제어 유닛은 일반적으로 5 V 또는 3.3 V의 전압에서 동작한다. 이러한 전압은 보통, 예를 들어 48 V와 같은 제 2 동작 전압을 대응하도록 변환하는 DC/DC 컨버터 또는 선형 레귤레이터와 같은 전압 컨버터를 통하여 제어 유닛으로 제공된다. 제어 유닛은 작동 신호를 차량 전자적 시스템의 전자 유닛으로, 예컨대 파워 전자 스위치의 드라이버로 공급한다. 그러면 이러한 전자 유닛은 차량의 하나 이상의 전기 모터, 예를 들어 전기차 구동부, 시트 조절 구동부 등을 작동시킨다.
제 1 서브시스템의 송수신기는 제 2 서브시스템의 제어 유닛에 통신하도록 연결된다. 이러한 목적을 위하여, 다수 개의 제어 신호 경로가 송수신기와 제어 유닛 사이에 배치되는데, 이들은 송수신기의 하나 이상의 신호 출력을 제어 유닛의 신호 입력과 커플링시키고 제어 유닛의 신호 출력을 송수신기의 신호 입력과 연결한다. 제어 신호 경로는 제어 신호를 제어 유닛으로부터 송수신기로 그리고 제어 신호를 송수신기로부터 제어 유닛으로 송신한다. 이러한 제어 신호 경로는 보통 옴수가 낮은 직접 연결이다. 이러한 제어 신호 경로는 예를 들어 PHILIPS LIN-송수신기 TJA 1020 에 대한 데이터 시트 AN00093 의 도 12 에 나와 있다.
다전압 차량 전기 시스템에서, 제 1 서브시스템의 송수신기가 보통 제 1 접지 단자에 연결된다는 것 그리고 제 2 서브시스템의 제어 유닛이 보통 제 1 접지 단자와 공간적으로 별개인 제 2 접지 단자로 연결된다는 것은 문제점이다. 그러나, 마지막에 가서는 제 1 접지 단자 및 제 2 접지 단자 양자 모두가 동일한 접지, 즉 성상(star-shaped) 패턴인 차량 접지에 연결된다. 오류(faulty) 동작 전압 공급이 제 1 서브시스템 및/또는 제 2 서브시스템에서 발생하는 경우, 보상 전류가 다전압 차량 전기 시스템에 그리고 특히 제어 신호 경로에 또는 양자 모두의 서브시스템에 연결된 컴포넌트들에서 발생할 수 있는데, 이것은 제 1 서브시스템 및/또는 제 2 서브시스템의 유닛들에 손상을 입히거나 심지어는 파괴할 수 있다.
이와 연계하여, EP 1 291 998 B1 은 두 개의 서브시스템 사이에, 즉 두 개의 전압 레벨 사이에 예를 들어 보통의 변압기의 형태인 갈바닉 격리(galvanic isolation)를 제공하는 것을 제안한다. 더욱이, 서브시스템의 격리를 모니터링하는 것을 수행하는 모니터링 모듈이 제공된다. 모니터링 모듈은 적어도 두 개의 전압 레벨에 연결되는 제어기 내에 집적된다. 제어기는 오류 동작 전압 공급이 검출되면 하나 이상의 서브시스템을 제어기로부터 하나 이상의 서브시스템의 연결을 분리시키기 위한 디바이스 및/또는 제어기를 스위치 오프하기 위한 디바이스를 더 포함한다.
이러한 공지된 접근법에서 불리한 것은 고가의 구조이다. 복수 개의 모니터링 모듈이 필요하고, 추가적으로, 무게가 많이 나가고 상대적으로 고비용인 변압기를 이용하는 갈바닉 격리가 제안된다.
DE 10 2012 215 542 A1 은 다전압 차량 전기 시스템 내의 공통 접지 연결의 문제점에 대해 논의한다. 이러한 공통 접지선에 교란(disturbance)이 발생하면, 컴포넌트들의 극성 반전이 저전압 서브시스템에서 발생할 수 있다. 이러한 문제의 해결책으로서, 측정 수단이 관련되는 다른 접지 단자를 제공하는 것이 제안되는데, 측정 수단은 상기 다른 접지 단자를 통한 전류 흐름을 측정하도록 장착된다. 더욱이, 진단 수단이 제공되는데, 이것은 측정된 전류 흐름에 기초하여 공통 접지 단자 및/또는 다른 접지 단자에 존재하는 외란을 다전압 차량 전기 시스템의 적어도 하나의 동작 상태에 의존하여 진단한다.
본 발명의 목적은 개선된 고장 전류 저항성(resistance)을 가지며, 동시에 간단한 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 다전압 차량 전기 시스템을 제안하는 것이다. 더욱이, 본 발명의 목적은 다전압 차량 전기 시스템의 서브시스템을 격리시키기 위한 회로 모듈을 제안하는 것이다.
본 발명에의 제 1 양태에 따르면, 이러한 목적은 제 1 항의 특징을 가지는 다전압 차량 전기 시스템에 의하여 해결된다. 제 2 양태에 따르면, 이러한 목적은 제 19 항의 특징을 가지는 회로 모듈에 의하여 해결된다. 유리한 개발예의 특징들이 종속항에 표시된다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 송수신기의 제 1 신호 출력을 제어 유닛의 제 1 신호 입력에 커플링시키는 제 1 제어 신호 경로는 제 1 회로 모듈을 포함하게 된다.
제 1 회로 모듈을 통하여, 제 1 제어 신호 경로는 한편으로는 제 1 접지 단자 및/또는 제 2 접지 단자에 연결되고, 다른 한편으로는 제 1 동작 전압 및/또는 제 2 동작 전압으로 충전된다. 본 발명에 따르면, 제 1 제어 신호 경로의 제 1 회로 모듈은, 제 1 서브시스템 및/또는 제 2 서브시스템 내의 오류 동작 전압 공급에 응답하여 차단 상태를 취하도록 형성되고, 여기에서 제 1 제어 신호 경로를 통한 상기 제 1 신호 출력으로부터 제 1 신호 입력으로의 상기 제 1 제어 신호의 송신은 금지된다.
본 발명은, 다전압 차량 전기 시스템 또는, 양자 모두의 동작 전압 단자 및 양자 모두의 접지 단자에 연결되는 다전압 차량 전기 시스템의 컴포넌트가, 오류 동작 전압 공급이 발생한 경우 정의된 고장 전류 저항성을 가지도록 점점 더 요구된다는 사실로부터 비롯된다. 다전압 차량 전기 시스템에서, 특히 더 높은 동작 전압을 가지는 서브시스템이 더 낮은 동작 전압을 가지는 서브시스템으로 절연파괴(breakdown)되어 다전압 차량 전기 시스템의 컴포넌트에 손상을 입히거나 파손하는 것은 피해야 한다.
오류 동작 전압 공급은, 예를 들어 송수신기 및/또는 제어 유닛이 더 이상 접지에 연결되지 않는 경우에 존재하게 된다. 이러한 사건은 또한 질량 파괴(mass demolition) 또는 질량 손실이라고 불린다. 더욱이, 오류 동작 전압 공급은 제 1 서브시스템 및/또는 제 2 서브시스템에 단락이 발생하는 경우 및/또는 제 1 접지 단자와 제 2 접지 단자 사이의 전위차가 임계값, 예컨대 +/- 1 V를 초과하는 경우에 존재한다.
후자의 고장은 접지 오프셋이라고도 불린다. 제 1 회로 모듈이 차단 상태를 취하게 되는 임계값의 크기는 제 1 회로 모듈의 컴포넌트의 치수를 결정함으로써 정의될 수 있다.
이러한 오류 동작 전압 공급에 기인하여 획득되는 고장 전류는 요구 사항 카탈로그에 따르면 어떤 최대값, 예컨대 예를 들어 수 마이크로암페어와 같은 최대값을 초과하면 안 된다. 본 발명에 따라서 제 1 제어 신호 경로가 포함하는 제 1 회로 모듈은 이러한 전류 제한사항에 대해 적합한데, 이것은 제 1 제어 신호 경로가 한편으로는 제 1 회로 모듈을 통해서 제 1 접지 단자 및/또는 제 2 접지 단자에 연결되고, 다른 한편으로는 제 1 동작 전압 및/또는 제 2 동작 전압으로 충전되기 때문이다. 이에 상응하여, 오류 동작 전압 공급은 제 1 제어 신호 경로에 직접적인 효과를 가짐으로써, 즉 제 1 제어 신호 경로에서 제 1 제어 신호의 송신이 금지되게 한다. 그러므로 제 1 제어 신호 경로는 오류 동작 전압 공급에 응답하여 차단한다.
그러므로 제 1 서브시스템을 다전압 차량 전기 시스템의 제 2 서브시스템으로부터 분리시키는 것은, 예를 들어 LIN(로컬 상호연결 네트워크) 송수신기를 포함하는 송수신기와 예를 들어 마이크로콘트롤러를 포함하는 제어 유닛 사이에서 발생한다.
본 발명에 따르는 솔루션의 장점은, 두 개의 서브시스템의 분리는 한편으로는 송수신기와 다른 한편으로는 제어 유닛 사이에서 실행된다는 것인데, 이는 고립될 선들이 비교적으로 적기 때문이다. 예를 들어, 일반적으로 오직 4 개의 신호 경로만이 LIN 송수신기와 마이크로콘트롤러 사이에 배치된다. 그러므로 고장 전류 저항성을 획득하기 위해서 비교적 적은 노력이 필요하다.
추가적으로, 송수신기와 제어 유닛 사이에서 이러한 제어 신호 경로는 일반적으로 분리되어야 하고, 여기에서 신호 송신의 선형성은 예를 들어 아날로그 측정 신호의 송신을 위한 측정선 에서보다 덜 치명적이다. 또한, 이러한 이유로, 고장 전류 저항성을 획득하는 비용이 상대적으로 적다.
제 1 서브시스템은, 예를 들어 12 V 차량 전기 시스템이고 제 2 서브시스템은 48 V 차량 전기 시스템이다. 제 1 서브시스템은 12 V의 제 1 동작 전압에서 작동되고, 제 2 서브시스템은 48 V의 제 2 동작 전압에서 작동된다. 본 발명에 따르는 다전압 차량 전기 시스템의 양자 모두의 서브시스템은 각각의 접지 단자를 포함한다. 제 1 서브시스템의 제 1 접지 단자 및, 제 1 접지 단자와 공간적으로 별개의 제 2 서브시스템의 제 2 접지 단자 양자 모두는 동일한 접지에, 일반적으로 차량 접지에 연결된다. 제 1 접지 단자는 예를 들어 제 1 접지 스터드의 형태로 존재하고, 제 2 접지 단자는 제 2 접지 스터드의 형태로 존재하며, 제 2 접지 스터드는 제 1 접지 스터드와는 공간적으로 분리된다. 제 1 및 제 2 접지 단자를 공통 차량 접지로 연결시키는 것은, 제 1 회로 모듈 밖에서, 또는 제어 유닛 및 송수신기가 그 안에 배치되는 컴포넌트 밖에서 실행되는 것이 바람직하다.
제 1 제어 신호 경로가 모두 두 개의 접지 단자 중 하나에 연결되고 제 1 회로 모듈을 통하여 두 개의 동작 전압 중 적어도 하나로 충전된다는 사실 때문에, 제 1 회로 모듈은 제 1 및/또는 제 2 서브시스템 내의 오류 동작 전압 공급에 대응할 수 있게 된다. 이러한 오류 동작 전압 공급에 응답하여, 제 1 회로 모듈은 차단 상태를 취하는데, 여기에서 제 1 신호 출력으로부터 제 1 신호 입력으로의 신호 송신이 금지된다. 특히, 제 1 회로 모듈은 제 1 제어 신호 경로 내의 허락된 최대 값 위로 고장 전류를 생성하는 것을 피한다.
제 1 회로 모듈은 선택적으로, 제 1 및/또는 제 2 동작 전압으로 직접적으로 충전되거나 또는 하나 이상의 전압 컨버터(들)를 이용하여 충전된다. 그러므로 제 1 회로 모듈은 또한 변환된 제 1 동작 전압 및/또는 변환된 제 2 동작 전압으로 충전될 수 있다.
제 1 회로 모듈을 포함하는 제 1 제어 신호 경로는, 바람직하게는 일 방향으로의 신호 흐름을 허용하고 반대 방향으로의 신호 흐름은 금지하도록 형성되는 단방향성 제어 신호 경로이다. 보통, 이러한 단방향성 제어 신호 경로는 LIN 송수신기를 마이크로콘트롤러에 연결시키기 위하여 채용된다. 제 1 제어 신호 경로에서, 좁은 의미에서 제어 신호만이 송신될 수 있는 것이 아니라, 예를 들어 디지털화된 측정 신호 및/또는 데이터 신호도 역시 송신될 수 있다. 그러므로 제 1 제어 신호는 예를 들어 측정 신호, 데이터 신호의 형태로 및/또는 작동 신호의 형태로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 송수신기는 제 1 제어 신호를 디지털 신호로서 제공한다.
예를 들어, 제 1 제어 신호 경로는 제 1 신호 출력을 제 1 신호 입력 상에 갈바니 전기에 의해 커플링한다. 이에 상응하여, 송수신기와 제어 유닛 사이에 갈바닉 격리가 존재하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르는 다전압 차량 전기 시스템의 추가적인 실시예들이 이제 설명될 것이다. 이러한 추가적 실시예의 특징은 서로 결합되거나 및/또는 위에서 이미 언급된 선택적인 특징과 결합되어 추가적인 변형예를 형성할 수 있는데, 이는 특징들이 서로 대안적인 것이라고 명확하게 얘기되지 않는 경우에 그러하다.
다전압 차량 전기 시스템의 제 1 실시예에서, 제 1 회로 모듈은 제 1 신호 단자 및 제 1 제어 단자가 있는 트랜지스터를 포함하는데, 제 1 신호 단자는 제 1 또는 제 2 접지 단자에 연결되고, 제 1 제어 단자는 제 1 신호 출력에 연결된다. 제 1 신호 출력에서 제 1 제어 신호를 제공함으로써, 송수신기는 이에 상응하여 제 1 트랜지스터를 제어한다. 송수신기로부터 제어 유닛으로의 신호 송신은 제 1 트랜지스터를 통하여 실행된다. 트랜지스터는 오류 동작 전압 공급이 있는 경우에 차단 상태를 취하도록 형성되는데, 여기에서 신호 송신은 송수신기로부터 제어 유닛으로 수행되지 않고, 특히 이들을 흐르는 전류는 규정된 최대 값을 초과하지 않는다.
예를 들어, 제 1 트랜지스터는 제 1 신호 단자가, 예를 들어 직접적으로 또는 저항을 통하여 제 1 접지 단자에 연결되는 이미터 단자에 의하여 형성된다. 이러한 변형예에서, 제 1 제어 단자는 송수신기에 의하여 제공되는 제 1 제어 신호에 의하여 제어되는 베이스 단자이다. 예를 들어, 제 1 트랜지스터는 바이폴라 NPN 트랜지스터이다.
더욱이, 제 1 회로 모듈은 제 2 트랜지스터로서, 제 1 제어 신호를 제 1 신호 입력으로 송신하기 위하여, 제 1 트랜지스터에 연결되고, 한편으로는 제 2 동작 전압으로 충전되며 다른 한편으로는 제 2 접지 단자 및 제 1 신호 입력에 연결되는, 제 2 트랜지스터를 포함하는 것이 바람직하다. 오류 동작 전압 공급이 없는 보통의 경우에, 따라서 송수신기의 제 1 신호 출력으로부터 제어 유닛의 제 1 신호 입력으로의 제 1 제어 신호의 송신은, 따라서 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터를 통하여 실행된다. 양자 모두의 트랜지스터는 바람직하게는 전류-제어 트랜지스터, 예컨대 바이폴라 트랜지스터이다. 제 1 트랜지스터는 예를 들어 바이폴라 NPN 트랜지스터 이고 제 2 트랜지스터는 바이폴라 PNP 트랜지스터이다. 보통의 경우에, 제 1 제어 신호의 송신은 이러한 두 개의 트랜지스터를 통하여 수행된다. 제 1 트랜지스터가 제 1 접지 단자에 연결되고 제 2 트랜지스터가 제 2 동작 전압으로 충전되고 제 2 접지 단자에 연결된다는 사실 때문에, 제 1 서브시스템 및/또는 제 2 서브시스템 내의 오류 동작 전압 공급은 제 1 제어 신호 경로에 차단 상태가 생기게 하고, 여기에서 제 1 제어 신호의 추가적인 송신은 수행되지 않고 특히 이러한 제 1 제어 신호 경로에 존재할 수 있는 고장 전류는 규정된 최대값을 초과하지 않는다.
하나의 변형예에서, 제 1 트랜지스터는 제 2 신호 단자를 포함하는 전계 효과 트랜지스터인데, 여기에서 제 1 신호 단자는 제 1 접지 단자에 연결되는 게이트 단자이고, 제 2 신호 단자는 제어 유닛의 제 1 신호 입력에 연결되는 소스 단자이며, 송수신기의 제 1 신호 출력에 연결되는 제 1 제어 단자는 드레인 단자이다. 다전압 차량 전기 시스템 내에 오류 동작 전압 공급이 존재하는 경우에, 전계 효과 트랜지스터는 이를 차단하는데, 이것은 게이트 단자와 소스 단자 사이에 더 이상 전위차가 존재하지 않기 때문이다. 아무리 낙관해도 누설 전류가 여전히 흐를 수 있는데, 하지만 이것은 일반적으로 예를 들어 200 nA의 훨씬 밑의 값이다. 바람직하게는, 필드-효과 트랜지스터는 p-채널 MOSFET(금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터)이다.
다른 바람직한 실시예에서, 제 1 회로 모듈은 양극 단자 및 음극 단자를 포함하는 제 1 다이오드인데, 송수신기의 제 1 신호 출력은 양극 단자에 연결되고, 음극 단자는 제어 유닛의 제 1 신호 입력에 연결되고 저항을 통하여 제 2 접지 단자에 연결된다. 제 1 다이오드는 제 2 서브시스템의 전압 레벨로부터 제 1 서브시스템의 전압 레벨로의 절연파괴(breakdown)를 방지한다. 그러므로 제 1 제어 신호 경로는 제 1 다이오드에 의하여 절단된다. 보통의 경우에, 제 1 다이오드는 제 1 제어 신호를 송수신기로부터 제어 유닛으로 송신하는데, 즉 제 1 신호 출력으로부터 제 1 신호 입력으로 송신한다. 접지 손실이 제 2 서브시스템에서 발생하는 경우, 포텐셜 증가가 제 2 접지 단자에서 발생하는데, 이것도 역시 제 1 다이오드의 음극 단자에서 반영된다. 이를 통하여 제 1 다이오드는 차단 상태로 진입하게 되고, 이 경우 송수신기로부터 제어 유닛으로의 제 1 제어 신호의 송신은 존재하지 않는다.
다전압 차량 전기 시스템의 다른 실시예에서, 제 1 회로 모듈은 제 1 전극 단자 및 제 2 전극 단자를 포함하는 커패시터를 포함하는데, 여기에서 제 1 신호 출력은 제 1 전극 단자에 연결되고 제 1 신호 입력은 제 2 전극 단자에 연결된다. 이러한 변형예는 특히, 제 1 제어 신호가 교류 신호, 즉 그 레벨이 특정 주파수, 예컨대 20 kHz로 변화하는 신호인 경우에 유용하다. 예를 들어, 이러한 변형예는 제 1 제어 신호 경로가 송수신기와 제어 유닛 사이의 데이터 신호선이라면 유용하다. 커패시터는 두 개의 서브시스템의 갈바닉 격리를 실행하지 않는데, 이것은 서브시스템들이 그들의 접지 단자를 통하여 동일한 접지에 연결되기 때문이다. 커패시터에 의한 용량성 커플링에 기인하여, 오동작을 일으키지 않는, 급격한 플랭크(flank)가 제어 신호에서 발생할 수 있다. 이러한 실시예는 회로의 구성 소자가 매우 적다는 것과 견실성이 높다는 특징을 가진다.
바람직하게는, 두 개의 풀업 저항이 커패시터가 있는 실시예에 제공되는데, 이들 중 첫 번째 것은 제 1 전극 단자에 연결되고 제 1 동작 전압으로 충전되고, 이들 중 두 번째는 제 2 동작 전압으로 충전되고 제 2 전극 단자에 연결된다. 더욱이, 커패시터의 제 2 전극 단자는 차단 방향으로 배치되는 제 2 다이오드를 통하여 제 2 접지 단자에 연결되는 것이 바람직하다. 제 2 풀업 저항 및 커패시터의 크기를 조절함으로써, 제 1 신호 출력에서의 제 1 제어 신호의 레벨에서의 변화가 어떻게 제어 유닛의 제 1 신호 입력에 반영되는지가 정의된다. 아래에서, 이러한 크기 조절의 일 예가 제공될 것이다. 제 2 다이오드는 제 1 제어 신호 경로에서의 레벨에서의 고속 변화 및 영구적인 고레벨 모두를 위하여 제공된다.
지금까지, 제 1 제어를 제 1 서브시스템의 송수신기로부터 제 2 서브시스템의 제어 유닛으로 송신하도록 형성되는 제어 신호 경로에 대하여 설명된 바 있다. 아래에 설명되는 바와 같이, 제어 신호를 제어 유닛으로부터 송수신기로 송신하는 것 역시 흔히 소망된다.
다전압 차량 전기 시스템의 다른 바람직한 실시예에서, 제어 유닛은 제 2 제어 신호를 제공하도록 형성된다. 더욱이, 이러한 실시예에서 다전압 차량 전기 시스템은, 제어 유닛의 제 2 신호 출력을 송수신기의 제 2 신호 입력으로 연결시키고 제 2 제어 신호를 제 2 신호 출력으로부터 제 2 신호 입력으로 송신하도록 형성되고 배치되는 제 2 제어 신호 경로를 포함한다. 제 2 제어 신호 경로는 제 2 회로 모듈을 포함하는데, 제 2 회로 모듈을 통하여 제 2 제어 신호 경로는 한편으로는 제 1 접지 단자 및/또는 제 2 접지 단자에 연결되고, 다른 한편으로는 제 1 동작 전압 및/또는 제 2 동작 전압으로 충전된다. 오류 동작 전압 공급이 제 1 서브시스템 및/또는 제 2 서브시스템에 존재한다면, 제 2 회로 모듈은 제 2 신호 출력으로부터 제 2 신호 입력으로의 제 2 제어 신호의 송신이 금지되는 차단 상태를 취하도록 형성된다.
제 2 회로 모듈은 제 1 회로 모듈과 유사한 방법으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제 2 회로 모듈은 다수 개의 전류-제어 트랜지스터를 포함할 수 있는데, 이것은 예시적인 실시예를 참조하여 아래에서 설명될 것이다.
다전압 차량 전기 시스템의 일 실시예에서, 송수신기 및 제어 유닛은 다수 개의 제 1 제어 신호 경로 및 다수 개의 제 2 제어 신호 경로를 통하여 서로 연결된다. 각각의 제 1 제어 신호 경로, 즉 송수신기로부터 제어 유닛으로의 신호 송신을 제공하는 각각의 제어 신호 경로는, 개별적인 제 1 회로 모듈을 포함하는 것이 바람직한데, 제 1 회로 모듈들은 상이하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나의 제 1 회로 모듈은 상기 제 1 커패시터를 포함하고, 다른 제 1 회로 모듈은 전압-제어 트랜지스터의 형태로 상기 제 1 다이오드 또는 상기 제 1 트랜지스터를 포함한다. 각각의 제 2 제어 신호 경로, 즉 제어 유닛으로부터 송수신기로의 신호 송신을 제공하는 각각의 제어 신호 경로는, 개별적인 제 2 회로 모듈을 포함하는 것이 바람직한데, 제 2 회로 모듈들도 역시 상이하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 제 2 회로 모듈 중 적어도 하나는 다수 개의 전류-제어 트랜지스터를 포함한다. 그러므로 제어 신호 경로의 회로 모듈은 신호 방향에 따라서 및/또는 송신될 신호의 타입에 따라서 상이하게 구현될 수 있다.
제 1 제어 신호 경로에 신호 변화가 발생하는 경우, 보상 전류가 발생할 수 있으며, 보상 전류는 다전압 차량 전기 시스템을 통하여 흐른다. 다른 바람직한 실시예에서, 따라서 제 1 회로 모듈은 제 1 전극 단자 및 제 2 전극 단자를 포함하는 보상 커패시터를 포함하고, 제 1 전극 단자는 제 1 접지 단자에 연결되고 제 2 전극 단자는 제 2 접지 단자에 연결된다. 제 1 접지 단자와 제 2 접지 단자 사이에 보상 커패시터가 제공된다는 사실 때문에, 전자파 적합성(전자기 호환성; EMC), 특히 통전 배선(line-conducted) EMC가 개선되고 배선에 있는 교란이 감소된다. 보상 커패시터는 단시간 보상 전류를 보상하여, 보상 전류가 다전압 차량 전기 시스템을 통해서는 흐르지 않게 하고, 단지 제어 유닛, 송수신기 및 제 1 회로 모듈을 포함하는 컴포넌트에서만 흐르게 한다. 보상 커패시터는 제 1 회로 모듈이 상기 커패시터를 포함하는 경우에 특히 유리하다. 그러나, 제 1 회로 모듈의 다른 변형예에서, 이것은 EMC를 개선하기 위하여 그리고 교란을 감소시키기 위하여 역시 적합하다.
위에서 이미 언급된 바와 같이, 송수신기는 바람직하게는 12 V의 동작 전압에서 동작하는 LIN 송수신기이다. 제 2 서브시스템의 제어 유닛은 바람직하게는 5 V의 동작 전압에서 동작하는 마이크로콘트롤러이다.
본 발명에의 제 2 양태에 따르면, 위에 언급된 목적은 제 19 항에 따르는 회로 모듈에 의하여 해결된다. 본 발명의 제 2 양태에 따른 진보적인 회로 모듈은 위에서 언급된 장점들을 본 발명의 제 1 양태와 공유한다. 회로 모듈의 바람직한 실시예는 위에서 언급된 실시예에, 특히 종속항에 표시되어 있는 바와 같이 유사하게 대응한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점들은 도면을 참조하여 예시적인 실시예들의 후속하는 설명으로부터 명백해질 것이다.
도면에서:
도 1 은 본 발명에 따르는 다전압 차량 전기 시스템의 일 실시예의 개략적이고 예시적인 부분적인 도면을 도시한다;
도 2 는 다전압 차량 전기 시스템의 서브시스템들을 격리시키기 위한 제 1 회로 모듈의 제 1 디자인 변형예의 개략적이고 예시적인 표현을 도시한다;
도 3 은 제 1 회로 모듈의 제 2 디자인 변형예의 개략적이고 예시적인 표현을 도시한다;
도 4 는 제 1 회로 모듈의 제 3 디자인 변형예의 개략적이고 예시적인 표현을 도시한다;
도 5 는 제 1 회로 모듈의 제 4 디자인 변형예의 개략적이고 예시적인 표현을 도시한다; 그리고
도 6 은 제 1 회로 모듈의 제 5 디자인 변형예의 개략적이고 예시적인 표현을 도시한다.
도 1 은 예시에 의하여 그리고 개략적으로, 본 발명에 따르는 차량용 다전압 전기 시스템(10)의 구성을 도시한다. 다전압 차량 전기 시스템(10)은 제 1 서브시스템(100) 및 제 2 서브시스템(200)을 포함한다. 제 1 서브시스템(100)은 제 1 동작 전압에서 동작하고 제 2 서브시스템(200)은 제 2 동작 전압에서 동작한다. 예를 들어 제 1 동작 전압은 12 V이고, 제 2 동작 전압은 예를 들어 48 V이다.
제 2 서브시스템(200)은 제어 유닛(210), 예를 들어 마이크로콘트롤러(μC)를 포함한다. 제어 유닛(210)은 작동 신호를 다전압 차량 전기 시스템(10)의 드라이버(260)로 전송한다. 드라이버(260)는 하나 이상의 전력-전자적 스위치(265)를 작동시킨다. 모터(270; M)는 이를 통하여 세트 전압 및/또는 세트 전류로써 작동될 수 있다. 측정선(266)을 통해서, 측정 신호가 제어 유닛(210)으로 공급된다. 이러한 측정 신호에 따라, 제어 유닛(210)은 드라이버(260)를 제어한다.
제 1 서브시스템(100)은 예를 들어 LIN 송수신기 또는 LIN 마스터의 형태인 송수신기(110)를 포함한다.
송수신기(110) 및 제어 유닛(210)은 제 1 제어 신호 경로(102) 및 제 2 제어 신호 경로(201)를 통하여 서로 통신하도록 연결된다. 제 1 제어 신호 경로(102)를 통하여, 송수신기(110)는 제 1 제어 신호를 제어 유닛(210)으로 공급하고, 제 2 제어 신호 경로(201)를 통하여, 제어 유닛(210)은 제 2 제어 신호를 송수신기(110)로 공급한다. 따라서 양자 모두의 제어 신호 경로(102 및 201)는 하나의 방향에서만 신호 흐름을 허용하는 단방향성 제어 신호 경로이다. 이러한 제 1 제어 신호 경로(102) 및 제 2 제어 신호 경로(201) 외에, 다른 제어 신호 경로가 송수신기(110)를 제어 유닛(210)에 연결하기 위하여 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제 1 제어 신호 경로(102) 및 제 2 제어 신호 경로(210)에 제 1 서브시스템(100) 및/또는 제 2 서브시스템(200) 내의 오류 동작 전압 공급에 의하여 야기될 수 있는 고장 전류가 발생하는 것을 피하기 위하여, 제 1 회로 모듈(300)이 제 1 제어 신호 경로(102)에 제공되고, 제 2 회로 모듈(400)이 제 2 제어 신호 경로(201)에 제공된다.
오류 동작 전압 공급은, 예를 들어 송수신기(110) 또는 제어 유닛(210)이 더 이상 접지에 연결되지 않는 경우에 존재하게 된다. 이러한 사건은 또한 질량 파괴(mass demolition) 또는 질량 손실이라고 불린다. 더욱이, 오류 동작 전압 공급은 제 1 서브시스템(100) 및/또는 제 2 서브시스템(200)에 단락이 발생하는 경우 및/또는 제 1 접지 단자(150, 도 2 내지 도 6 참조)와 제 2 접지 단자(250, 도 2 내지 도 6 참조) 사이의 전위차가 임계값, 예컨대 +/- 1 V를 초과하는 경우에 존재한다. 이러한 오류 동작 전압 공급에 기인하여 획득되는 고장 전류는 요구 사항 카탈로그에 따르면 어떤 최대값, 예컨대 예를 들어 수 마이크로암페어와 같은 최대값을 초과하면 안 된다. 이러한 전류 제한사항에 대하여, 본 발명에 따르는 제 1 제어 신호 경로(102)가 포함하는 제 1 회로 모듈(300), 및 본 발명에 따르는 제 2 제어 신호 경로(201)가 포함하는 제 2 회로 모듈(300)이 적합하다.
제 1 회로 모듈(300) 및 제 2 회로 모듈(400) 양자 모두는 제어 신호를 송신하도록 형성된다. 더 정확하게, 제 1 회로 모듈(300)은, 제 1 신호 출력(120)(도 2 내지 도 6 참조)에서 송수신기(110)에 의하여 제공되는 제 1 제어 신호를 제어 유닛(210)의 제 1 신호 입력(220)(도 2 내지 도 6 참조)으로 송신하도록 형성된다. 이와 같이, 제 2 회로 모듈(400)은, 제 1 신호 출력(240)(도 2 내지 도 6 참조)에서 제어 유닛(210)에 의하여 제공되는 제 2 제어 신호를 송수신기(110)의 제 2 신호 입력(140)(도 2 내지 도 6 참조)으로 제공하도록 형성된다.
제 1 서브시스템(100) 및/또는 제 2 서브시스템(200) 내의 오류 동작 전압 공급에 대해 직접적으로 응답하여, 제 1 회로 모듈(300) 및 제 2 회로 모듈(400)은 각각, 제 1 신호 출력(120)으로부터 제 1 신호 입력(220)으로의 제 1 제어 신호 송신 및 제 2 신호 출력(240)으로부터 제 2 신호 입력(140)으로의 제 2 제어 신호의 송신이 금지되는 차단 상태를 취한다.
본 발명에 따르면, 따라서 두 개의 서브시스템(100 및 200)을 격리하는 것은 송수신기(110)와 제어 유닛(210) 사이에서 수행된다. 도 1 내지 도 6 에서, 제 1 서브시스템(100)과 제 2 서브시스템(200) 사이의 점선 세로선이 두 개의 서브시스템(100 및 200)의 이러한 격리를 표시한다.
다전압 차량 전기 시스템(10)의 장점은, 두 개의 서브시스템(100 및 200)의 격리가 한편으로 송수신기(110)와 다른 편으로 제어 유닛(210) 사이에서 수행된다는 점이다. 여기서 비교적으로 적은 수의 배선이 격리될 것이다. 그러므로 고장 전류 저항성을 획득하기 위해서 비교적 적은 노력이 필요하다. 추가적으로, 두 개의 제어 유닛들 사이에서, 일반적으로 신호 송신의 선형성이 덜 중요한 제어 신호선들만 격리되면 된다. 예를 들어, 측정선(266)을 격리할 필요성이 없다. 선형성은 측정 신호의 정확한 검출을 위한 경우에 필요할 것이다.
도 2 에 대하여, 제 1 서브시스템(100) 내의 송수신기(110)의 구성과 제 2 서브시스템(200) 내의 제어 유닛(210)의 구성이 이제 상세히 설명될 것이다. 이러한 설명은 도 3 내지 도 6 에 따르는 설계 변형예에 대해서도 역시 적용된다.
예를 들어, 12 V의 제 1 동작 전압이 예를 들어 배터리와 같은 제 1 에너지 공급 유닛(190)에 의하여 제공된다. 제 2 동작 전압은, 이와 유사하게 배터리의 형태인 제 2 에너지 공급 유닛(290)에 의하여 제공된다. 제 2 동작 전압은 예를 들어 약 48 V이다.
제 1 서브시스템(100)에서, 여러 제 1 동작 전압 단자(180)가 제 1 동작 전압을 제공하도록 제공된다. 이와 유사하게, 다수 개의 제 2 동작 전압 단자(280)가 (변환된) 제 2 동작 전압을 제공하도록 제 2 서브시스템(200) 내에 제공된다.
제 1 서브시스템(100)은 여러 제 1 접지 단자(150)를 포함하는데, 이것을 통해서 제 1 서브시스템(100)의 컴포넌트가 접지에 연결된다. 이와 유사하게 제 2 서브시스템(200)은 여러 제 2 접지 단자(250)를 포함하는데, 이것을 통해서 제 2 서브시스템(200)의 컴포넌트가 접지에 연결된다. 접지 단자(150 및 250)는 예를 들어 공간적으로 별개의 접지 스터드인데, 이들은 차체에 연결된다. 마지막으로, 모두의 제 1 접지 단자(150) 및 제 2 접지 단자(250) 양자 모두가 동일한 접지에, 보통은 차량의 접지에 연결된다. 이것은 차량의 접지로 제 1 및 제 2 접지 단자(150, 250)를 성상 연결(star-shaped connection)하는 것에 대응한다. 접지 단자(150 및 250)를 공통 차량 접지에 결합하는 것은 회로 모듈(300 및 400) 밖에서, 그리고 가능하게는 제어 유닛(210) 및 송수신기(110)가 그 안에 배치되는 컴포넌트 밖에서 수행된다.
제 1 서브시스템(100)은 제 1 접지 단자(150)에 그리고 제 1 동작 전압 단자(180)에 연결되는 송수신기(110)를 포함한다. 송수신기(110)는 예를 들어 LIN 송수신기이다.
제 2 서브시스템(200)은 제어 유닛(210), 예를 들어 마이크로콘트롤러를 포함한다. 제어 유닛(210)은 제 2 접지 단자(250)에 연결된다. DC/DC 컨버터의 형태인 전압 컨버터(284)를 사용하여, 제 2 동작 전압이 제어 유닛(210)으로 공급된다. 예를 들어, DC/DC 컨버터(284)는 48 V의 입력 전압을 5 V의 출력 전압으로 변환하고 이러한 5 V를 제어 유닛(210)에 제공하는 컨버터이다. DC/DC 컨버터 대신에, 선형 레귤레이터 또는 다른 전압 컨버터도 역시 제공될 수 있다.
제 1 회로 모듈(300)을 통하여, 제 1 제어 신호 경로(102)가 제 1 접지 단자(150) 및 제 2 접지 단자(250) 모두에 연결된다.
동일한 내용이 제 2 회로 모듈(400)에도 적용되는데, 제 2 회로 모듈을 통하여 제 2 제어 신호 경로(201)가 제 1 접지 단자(150) 및 제 2 접지 단자(250) 모두에 연결된다.
후속하는 설명에서, 제 1 회로 모듈(300) 및 제 2 회로 모듈(400)의 구체적인 디자인 변형예가 도 2 내지 도 6 에 대하여 제공될 것이다. 회로 모듈(300 및 400)은 오류 동작 전압 공급이 발생한 경우에 서브시스템(100 및 200)의 격리를 각각 담당한다.
도 2 에 도시된 바와 같이 제 1 회로 모듈(300)의 제 1 디자인 변형예는 두 개의 전류-제어 트랜지스터인 바이폴라 트랜지스터(310 및 320)의 용법에 기초한다. 제 1 바이폴라 트랜지스터(310)는 베이스 단자(310.3)가 저항(312)을 통하여 송수신기(110)의 제 1 신호 출력(120)(Tx에 연결되는 바이폴라 NPN 트랜지스터이다. 제 1 트랜지스터(310)의 제 1 이미터 단자(310.1)는 다른 저항(314)을 통하여 제 1 접지 단자(150)에 연결된다. 다른 저항(316)을 통하여, 제 1 트랜지스터(310)의 콜렉터 단자(310.2)는 제 2 트랜지스터(320)의 베이스 단자(320.3)에 연결된다. 이러한 제 2 트랜지스터(320)는 바이폴라 PNP 트랜지스터이다. 이것의 이미터 단자(320.1)는 제 2 동작 전압 단자(280), 즉 DC/DC 컨버터(284)의 출력에 연결된다. 두 개의 다른 저항(322 내지 324)을 통하여, 제 2 트랜지스터(320)의 콜렉터 단자(320.2)는 제 2 접지 단자(250)에 연결된다. 두 개의 저항(322 및 324) 사이에, 제어 유닛(210)의 제 1 신호 입력(220)(Rx)으로 공급되는 단자가 제공된다.
바람직하게는 제 2 트랜지스터(320)는 70 V의 절연강도를 가지는 아날로그 트랜지스터이다. 제 1 트랜지스터(310)는 아날로그 또는 디지털로(즉 집적된 직렬 저항을 가지도록) 설계될 수 있다.
제 1 서브시스템(100) 및/또는 제 2 서브시스템(200) 내에 오류 동작 전압 공급이 발생한 경우에, 제 1 회로 모듈(300)은 두 개의 트랜지스터(310 및 320)에 기인하여 차단 상태를 취하는데, 이러한 경우 제 1 신호 경로(102)에는 말하자면 보상 전류가 흐르지 않고, 따라서 이러한 보상 전류에 의하여 송수신기(110)도 제어 유닛(210)도 손상을 입거나 파손되지 않는다.
제 2 회로 모듈(400)은 제 1 회로 모듈(300)및 유사하게 구성된다. 이것은 제 2 신호 출력(240)에서 제어 유닛(210)에 의하여 제공되는 제어 신호를 송수신기(110)의 제 2 신호 입력(140)으로 공급하도록 형성된다. 이러한 목적을 위하여, 제 2 회로 모듈(400)도 유사하게 두 개의 바이폴라 트랜지스터, 즉 바이폴라 NPN 트랜지스터의 형태인 제 3 바이폴라 트랜지스터(410) 및 바이폴라 PNP 트랜지스터의 형태인 제 4 바이폴라 트랜지스터(420)를 포함한다. 제 2 신호 출력(240)은 저항(412)을 통하여 제 3 트랜지스터(410)의 베이스 단자(410.3)로 공급된다. 다른 저항(414)을 통하여, 제 3 트랜지스터(410)의 이미터 단자(410.1)는 제 2 접지 단자(250)로 공급된다. 제 3 트랜지스터(410)의 콜렉터 단자(410.2)는 제 3 다이오드(430) 및 다른 저항(416)을 통하여 제 4 트랜지스터(420)의 베이스 단자(420.3)로 진행한다.
제 4 트랜지스터(420)의 이미터 단자(420.1)는 제 1 동작 전압 단자(180)로 연결된다. 제어 유닛(210)에 의하여 제공된 신호는, 제 2 트랜지스터(420)의 콜렉터 단자(420.2) 및 다른 저항(422)을 통하여 송수신기(110)의 제 2 신호 입력(140)으로 공급된다. 더욱이 제 2 신호 입력(140)은 다른 저항(424)을 통하여 제 1 접지 단자(150)에 연결된다.
제 1 서브시스템(100) 및/또는 제 2 서브시스템(200) 내에 오류 동작 전압 공급이 발생한 경우에, 제 2 회로 모듈(400)은 두 개의 트랜지스터(410 및 420)에 기인하여 차단 상태를 취하는데, 이러한 경우 제 2 신호 경로(201)에는 말하자면 보상 전류가 흐르지 않고, 따라서 이러한 보상 전류에 의하여 송수신기(110)도 제어 유닛(210)도 손상을 입거나 파손되지 않는다.
도 3 은 제 1 제어 신호 경로(102) 내에 집적되는 제 1 회로 모듈(300)의 제 2 디자인 변형예를 개략적으로 도시한다. 도 3 에서, 도 4 에서 도 6 에서와 유사하게, 송수신기(110) 및 제어 유닛(210)은 단순화된 형태로 도시된다.
제 1 회로 모듈(300)의 제 2 디자인 변형예에서, p-채널 MOSFET이 도 3 에 따라 제공되는데, 이것의 드레인 단자(330.3)는 신호 출력(120)으로 공급된다. MOSFET(330)의 게이트 단자(330.1)는 제 2 접지 단자(250)에 연결된다. 소스 단자(330.2)는 제 1 신호 입력(220)으로 공급된다. 더욱이, 풀업 저항(332)이 제공되는데, 이것을 통하여 제 1 신호 출력(120) 및 드레인 단자(330.3)가 제 1 동작 전압 단자(180)에 연결된다.
그러므로, 제 1 신호 출력(120)에서 송수신기(110)에 의하여 제공되는 제 1 제어 신호는 드레인-소스 연결을 통하여 회로 모듈(300)에 의하여 제어 유닛(210)의 제 1 신호 입력(220)으로 공급된다. 제 1 제어 신호가 고레벨을 가질 경우, MOSFET(330)은 통전된다. 제어 신호가 저레벨을 가지는 경우, MOSFET(330)은 차단된다. 이제 오류 동작 전압 공급이 예를 들어 제 2 서브시스템(200) 내에 발생된다면, 게이트 단자(330.1) 그리고 소스 단자(320.2) 사이의 전압은 약 0 V가 되어서, MOSFET(330)이 차단되고 고장 전류가 말하자면 제어 신호 경로(102) 내에 생성되지 않게 한다. 고작 수 나노암페어의 누설 전류가 얻어질 뿐이다.
제 1 회로 모듈(300)의 이러한 디자인 변형예는 제 1 제어 신호가 연속하는 신호이거나 교번하는 신호일 경우에 사용될 수 있다. 제 1 제어 신호는 예를 들어 20 kHz의 주파수를 가지는 경우 교번하는 신호인데, 이것은 최소 주파수보다 높다. 예를 들어, 제 1 제어 신호는 비트 시퀀스를 포함하는 데이터 신호이다. 제 1 제어 신호는 자신의 레벨이 변화되지 않거나 오직 드물게만 변경되는 연속하는 신호이다. 이러한 디자인 변형예에서 제 1 회로 모듈(300)을 통하여 송신되어야 하는 제 1 제어 신호는, 기능성 장애를 유발하지 않으면서 급격한 플랭크(flank)를 가질 수 있다. 이러한 디자인 변형예는 특히 크기 조절이 간단하고 회로부의 양이 매우 적다는 특징을 가진다. 더욱이, 이것은 교란에 대하여 견실하다. 이것은 제어 유닛(210)으로의 송수신기(110)의 제어 신호의 송신을 위하여, 즉 특히 LIN 송수신기로부터 마이크로콘트롤러로의 신호의 송신을 위하여 특히 적합하다.
도 4 는 제 1 회로 모듈(300)에 대한 제 3 디자인 변형예를 개략적으로 그리고 일 예로서 도시한다. 제어 신호 경로(102)에 제 1 다이오드(340)가 제공된다. 제 1 다이오드는 양극 단자(340.1) 및 음극 단자(340.2)를 포함하는데, 제 1 신호 출력(120)은 양극 단자(340.1)에 연결되고, 음극 단자(340.2)는 제 1 신호 입력(220)에 그리고 저항(342)을 통하여 제 2 접지 단자(250)에 연결된다.
더욱이, 풀업 저항(344)이 제공되는데, 이것을 통하여 제 1 신호 출력(120) 및 양극 단자(340.1)가 제 1 동작 전압 단자(180)에 연결된다. 제 2 접지 단자(250)에서의 포텐셜이 제 1 서브시스템(100)의 전압 아래인 동안에는 제 1 다이오드(340)만 통전한다. 예를 들어 접지 손실에 기인하여 오류 동작 전압 공급이 제 2 서브시스템(200)에서 발생되는 경우, 제 2 접지 단자(250)에서의 전압이 상승하고 제 1 다이오드(340)는 차단 상태를 취한다. 결과적으로, 보상 전류가 제 1 제어 신호 경로(102)에 흐르지 않는다. 고작 수 나노암페어의 낮은 다이오드 누설 전류가 얻어질 뿐이다.
도 4 에 따르는 제 3 디자인 변형예는 제 1 제어 신호를 연속 신호의 형태로 또는 교번하는 신호의 형태로 송신하는 것 양자 모두에 대하여 적합하다. 여기에서도, 기능 장애를 일으키지 않고서 급격한 플랭크가 제 1 제어 신호 내에 발생할 수 있다. 제 1 회로 모듈(300)의 제 3 디자인 변형예는, 크기 조절이 간단하고, 회로부의 양이 적으며 교란에 대한 견실성을 가진다는 특징이 있다. 특히, 도 3 에 따르는 제 3 디자인 변형예는 제 1 제어기(110)로부터 제 2 제어기(220)로, 즉 LIN 송수신기로부터 마이크로콘트롤러로 제어 신호를 송신하기에 적합하다.
도 5 는 제 1 회로 모듈(300)의 제 4 디자인 변형예를 도시한다. 이에 상응하여, 커패시터(350)가 제공된다. 제 1 신호 출력(120)은 커패시터(350)의 제 1 전극 단자(350.1)에 연결된다. 커패시터(350)의 제 2 전극 단자(350.2)는 제 1 신호 입력(220)에 연결된다. 더욱이, 전극 단자(350.1 및 350.2) 양자 모두는 각각의 풀업 저항(352, 354)을 통하여 제 1 동작 전압 단자(180) 및 제 2 동작 전압 단자(280)로 연결된다. 추가적으로, 제 2 다이오드(356)가 제공되는데, 이것은 제 2 접지 단자(250) 그리고 제 2 전극 단자(350.2) 사이에 연결되고 차단 방향으로 배치된다. 수신기 측, 즉 제 2 서브시스템(200) 측의 풀업 저항(354) 및 제 2 다이오드(356)가 고속 신호 변화 및 영구적 고레벨을 허용하도록 제공된다.
제 4 디자인 변형예는 제 1 제어기(110)로부터 제 2 제어기(210)로 송신되어야 하는 제 1 제어 신호가 교류 신호인 경우에 특히 적합하다. 예를 들어, 이러한 변형예에서 제 1 제어 신호 경로(102)는 LIN 송수신기와 연계하여 공지되는 RXD 또는 TXD 선과 같은 데이터 신호선이다.
풀업 저항(32)은 예를 들어 1 kΩ의 값을 가지고 커패시터(350)는 150 nF의 값을 가진다. 풀업 저항(354)의 크기 조절은 제 1 제어 신호의 온 주파수에 의존한다. 예를 들어, 이러한 주파수는 약 20 kHz인데, 신호가 저레벨을 가지는 시간은 비교적으로 짧아서, 예를 들어 수 백 마이크로초, 예컨대 676 μs이다. 예를 들어 제 1 제어 신호의 저레벨은 0.5 V 이하이고, 예를 들어 고레벨은 4 V 이상이다. 이러한 값에서, 수 십 kΩ, 예컨대 예를 들어 42.8 kΩ의 풀업 저항(354)에 대한 저항 값이 획득된다.
송수신기(110)가 제 1 신호 출력(120)에 제공하는 제 1 제어 신호의 레벨이 고레벨로부터 저레벨로 변화하는 경우, 커패시터(350)에서 전하 보상이 발생하고, 제어 유닛(210)에서의 전압 스윙은 송수신기(110)에서의 전압 스윙에 대응한다. 그러면 제어 유닛에서의 전압 스윙은 풀업 저항(34)의 값 및 커패시터(350)의 커패시턴스 값에 의존한다.
송수신기(110)에 의하여 제공되는 제 1 제어 신호의 신호 레벨이 저레벨로부터 고레벨로 변화하면, 회로는 제 2 다이오드(356)를 통하여 폐쇄되고, 전하 보상이 커패시터(350)에서 다시 발생한다. 여기에서도, 제어 유닛(210)에서의 전압 스윙은 송수신기(110)에서의 전압 스윙에 대응한다.
제 1 회로 모듈(300)의 제 4 디자인 변형예의 장점은 한편으로 커패시터(350)에 의하여 생성된 직류를 차단하는 것에 있다. 용량성 커플링에 기인하여, 급격한 플랭크가 송신될 제 1 제어 신호 내에 역시 생길 수 있다. 더욱이, 제 4 회로 변형예는 회로부의 매우 낮은 양에 의하여 그리고 따라서 교란에 대한 높은 견실성이라는 특징을 가진다. 더욱이, 제 1 접지 단자(150) 그리고 제 2 접지 단자(250) 사이의 DC 접지 오프셋은, 제 1 제어 신호가 다르게 송신되기 때문에 중요하지 않다.
도 6 에 따르는 제 1 회로 모듈(300)의 변형예는 필수적인 부분으로서 도 5 도시되는 변형예에 대응한다. 그러나, 제 1 제어 신호 경로(102)에 신호 변화가 발생하는 경우, 보상 전류가 발생할 수 있으며, 보상 전류는 다전압 차량 전기 시스템(10)을 통하여 흐른다. 추가적으로, 도 6 에 따르는 변형예의 제 1 회로 모듈(300)은, 따라서 제 1 전극 단자(360.1) 및 제 2 전극 단자(360.2)를 포함하는 보상 커패시터(360)를 포함하고, 제 1 전극 단자(360.1)는 제 1 접지 단자(150)에 연결되고 제 2 전극 단자(360.2)는 제 2 접지 단자(250)에 연결된다. 제 1 접지 단자(150)와 제 2 접지 단자(250) 사이에 보상 커패시터(360)가 제공된다는 사실 때문에, 전자파 적합성, 특히 통전 배선(line-conducted) EMC가 다전압 차량 전기 시스템(10)의 배선에 있는 교란이 감소된다. 보상 커패시터(360)는 단시간 보상 전류를 보상하여, 보상 전류가 다전압 차량 전기 시스템(10)을 통해서는 흐르지 않게 하고, 단지 제어 유닛(210), 송수신기(110) 및 제 1 회로 모듈(300)을 포함하는 컴포넌트에서만 흐르게 한다. 보상 커패시터(360)는 제 1 회로 모듈(300)이 상기 커패시터(350)를 포함하는 경우에 특히 유리하다. 그러나, 제 1 회로 모듈(300)의 다른 변형예에서, 이것은 EMC를 개선하기 위하여 역시 적합하다.
송수신기(110) 및 제어 유닛(210)은 예를 들어 별개의 칩 내에 각각 구현된다. 송수신기(110) 및 제어 유닛(210) 양자 모두는 반면에 공통 컴포넌트 내에 집적될 수 있다. 송수신기(110)는 예를 들어 제 2 서브시스템의 제 2 제어 유닛의 일부를 형성한다.
제 1 서브시스템 및 제 2 서브시스템에 대한 예로서, 12 V 전기 시스템 및 48 V 전기 시스템이 언급된 바 있다. 그러나, 본 발명은 절대로 이러한 두 개의 전기 시스템으로 한정되는 것이 아니고, 원리상 임의의 종류의 다전압 차량 전기 시스템에 대하여 적합하다.
참조 번호들의 목록
10 다전압 차량 전기 시스템
100 제 1 서브시스템
110 송수신기
120 제 1 신호 출력
140 제 2 신호 출력
150 제 1 접지 단자
180 제 1 동작 전압 단자
190 제 1 에너지 공급 유닛
102 제 1 제어 신호 경로
200 제 2 서브시스템
201 제 2 제어 신호 경로
210 구동 유닛
220 제 1 신호 입력
240 제 2 신호 출력
250 제 2 접지 단자
260 드라이버
265 다수 개의 전력-전자적 스위치
266 측정선
270 모터
280 제 2 동작 전압 단자
284 전압 컨버터
290 제 2 에너지 공급 유닛
300 제 1 회로 모듈
310 제 1 트랜지스터
310.1 내지 310.3 제 1 트랜지스터의 이미터, 콜렉터 및 베이스 단자
312 내지 316 저항
320 제 2 트랜지스터
320.1 내지 320.3 제 2 트랜지스터의 이미터, 콜렉터 및 베이스 단자
322, 324 저항
330 전계 효과 트랜지스터
330.1 내지 330.3 전계 효과 트랜지스터의 게이트, 소스 및 드레인 단자
332 풀업 저항
340 제 1 다이오드
340.1, 340.2 제 1 다이오드(340)의 양극 및 음극 단자
344 풀업 저항
342 풀다운 저항
350 커패시터
350.1, 350.2 커패시터의 전극 단자
352, 354 풀업 저항
356 제 2 다이오드
360 보상 커패시터
360.1, 360.2 보상 커패시터의 전극 단자
400 제 2 회로 모듈
410 제 3 트랜지스터
410.1 내지 410.3 제 3 트랜지스터의 이미터, 콜렉터 및 베이스 단자
412, 414, 416 저항
420 제 4 트랜지스터
420.1 내지 420.3 제 4 트랜지스터의 이미터, 콜렉터 및 베이스 단자
422, 424 저항
430 제 3 다이오드
Claims (19)
- 차량용 다전압 전기 시스템(10)으로서,
- 제 1 동작 전압(180)에서 동작하도록 형성되고, 제 1 접지 단자(150)를 통하여 접지에 연결되는 송수신기(110)를 포함하는 제 1 서브시스템(100)으로서, 상기 송수신기(110)는 제 1 제어 신호를 제공하도록 형성되는, 제 1 서브시스템(100);
- 제 2 동작 전압(280)에서 동작하도록 형성되고, 제 2 접지 단자(250)를 통하여 동일한 접지에 연결되는 제어 유닛(210)을 포함하는 제 2 서브시스템(200); 및
- 상기 송수신기(110)의 제 1 신호 출력(120)을 상기 제어 유닛(210)의 제 1 신호 입력(220)에 커플링시키고, 상기 제 1 제어 신호를 상기 제 1 신호 출력(120)으로부터 상기 제 1 신호 입력(220)으로 송신하도록 형성되고 구성되는 제 1 제어 신호 경로(102)를 포함하고,
상기 제 1 제어 신호 경로(102)는 제 1 회로 모듈(300)을 포함하고, 상기 제 1 회로 모듈(300)을 통하여 상기 제 1 제어 신호 경로(102)는 한편으로는 상기 제 1 접지 단자(150), 상기 제 2 접지 단자(250), 또는 상기 제 1 접지 단자(150)와 제 2 접지 단자(250) 둘 다에 연결되고 다른 한편으로는 상기 제 1 동작 전압(180), 상기 제 2 동작 전압(280), 또는 상기 제 1 동작 전압(180)과 제 2 동작 전압(280) 둘 다로 충전되며, 상기 제 1 회로 모듈(300)은 상기 제 1 서브시스템(100), 상기 제 2 서브시스템(200), 또는 상기 제 1 서브시스템(100)과 제 2 서브시스템(200) 둘 다 내의 오류(faulty) 동작 전압 공급에 응답하여 차단 상태를 취하도록 형성되고 상기 제 1 제어 신호 경로(102)를 통한 상기 제 1 신호 출력(120)으로부터 제 1 신호 입력(220)으로의 상기 제 1 제어 신호의 송신은 금지되는, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 1 항에 있어서,
상기 오류 동작 전압 공급은:
- 상기 송수신기(110)가 더 이상 접지에 연결되지 않는 것;
- 상기 제어 유닛(210)이 더 이상 접지에 연결되지 않는 것;
- 상기 제 1 서브시스템(100), 상기 제 2 서브시스템(200), 또는 상기 제 1 서브시스템(100)과 상기 제 2 서브시스템(200) 둘 다 내의 단락; 또는
- 상기 제 1 접지 단자(150)와 제 2 접지 단자(250) 사이의 전위차가 임계값을 초과하는 것 중 적어도 하나의 경우가 적용될 때 존재하는, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 회로 모듈(300)은 제 1 신호 단자(310.1; 330.1) 및 제 1 제어 단자(310.3; 330.3)가 있는 제 1 트랜지스터(310; 330)를 포함하고, 상기 제 1 신호 단자(310.1; 330.1)는 제 1 또는 제 2 접지 단자(150; 250)에 연결되며, 상기 제 1 제어 단자(310.3; 330.3)는 제 1 신호 출력(120)에 연결되는, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터(310)는 전류-제어 트랜지스터이고, 상기 제 1 신호 단자(310.1)는 상기 제 1 접지 단자(150)에 연결되는, 상기 전류-제어 트랜지스터의 이미터 단자(310.1)이며, 상기 제 1 제어 단자(310.3)는 베이스 단자인, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 회로 모듈은 제 2 트랜지스터(320)를 포함하고, 상기 제 2 트랜지스터(320)는 상기 제 1 제어 신호를 상기 제 1 신호 입력(220)으로 송신하기 위하여 상기 제 1 트랜지스터(310)에 연결되고, 한편으로는 상기 제 2 동작 전압으로 충전되며 다른 한편으로는 상기 제 2 접지 단자(250) 및 상기 제 1 신호 입력(220)에 연결되는, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터(330)는 제 2 신호 단자(330.2)를 포함하는 전계 효과 트랜지스터이고, 상기 제 1 신호 단자(330.1)는 게이트 단자이고, 상기 제 2 신호 단자(330.2)는 상기 제 1 신호 입력(220)에 연결되는 소스 단자이며, 상기 제 1 제어 단자(330.3)는 드레인 단자인, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 회로 모듈(300)은 양극 단자(340.1) 및 음극 단자(340.2)를 포함하는 제 1 다이오드(340)를 포함하고, 상기 제 1 신호 출력(120)은 상기 양극 단자(340.1)에 연결되고, 상기 음극 단자(340.2)는 상기 제 1 신호 입력(220)에 그리고 저항(342)을 통하여 상기 제 2 접지 단자(250)에 연결되는, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 회로 모듈(300)은 제 1 전극 단자(350.1) 및 제 2 전극 단자(350.2)를 포함하는 커패시터(350)를 포함하고,
- 상기 제 1 신호 출력(120)은 상기 제 1 전극 단자(350.1)에 연결되고 상기 제 1 신호 입력(220)은 상기 제 2 전극 단자(350.2)에 연결되는, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 8 항에 있어서,
- 상기 제 1 전극 단자(350.1)는 제 1 풀업 저항(352)을 통하여 상기 제 1 동작 전압으로 충전되고;
- 상기 제 2 전극 단자(350.2)는 제 1 풀업 저항(354)을 통하여 상기 제 2 동작 전압으로 충전되는, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 제 2 전극 단자(350.2)는 차단 방향으로 배치되는 제 2 다이오드(356)를 통하여 상기 제 2 접지 단자(250)에 연결되는, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
- 상기 제어 유닛(210)은 제 2 제어 신호를 제공하도록 형성되고,
- 상기 차량용 다전압 전기 시스템(10)은 제 2 제어 신호 경로(201)를 포함하며, 상기 제 2 제어 신호 경로는 상기 제어 유닛(210)의 제 2 신호 출력(240)을 상기 송수신기(110)의 제 2 신호 입력(140)에 커플링시키고, 상기 제 2 제어 신호를 상기 제 2 신호 출력(240)으로부터 상기 제 2 신호 입력(140)으로 송신하도록 형성되고 구성되며,
상기 제 2 제어 신호 경로(201)는 제 2 회로 모듈(400)을 포함하고, 상기 제 2 회로 모듈을 통하여 상기 제 2 제어 신호 경로(201)는 한편으로는 상기 제 1 접지 단자(150), 상기 제 2 접지 단자(250), 또는 상기 제 1 접지 단자(150)와 제 2 접지 단자(250) 둘 다에 연결되고 다른 한편으로는 상기 제 1 동작 전압(180), 상기 제 2 동작 전압(280), 또는 상기 제 1 접지 단자(150)와 제 2 접지 단자(250) 둘 다로 충전되며, 상기 제 2 회로 모듈(400)은 상기 제 1 서브시스템(100), 상기 제 2 서브시스템(200), 또는 상기 제 1 서브시스템(100)과 제 2 서브시스템(200) 둘 다 내의 오류(faulty) 동작 전압 공급에 응답하여 차단 상태를 취하도록 형성되고 상기 제 2 신호 출력(240)으로부터 제 2 신호 입력(140)으로의 상기 제 2 제어 신호의 송신은 금지되는, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 제어 신호 경로(102) 및 상기 제 2 제어 신호 경로(201) 중 적어도 하나는 단방향(undirectional) 제어 신호 경로인, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 송수신기(110)는 상기 제 1 동작 전압에서 동작하도록 형성되는 LIN 송수신기를 포함하는, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제어 유닛(210)은 전압 컨버터(284)에 의하여 변환되는 제 2 동작 전압에서 동작하도록 형성되는 마이크로콘트롤러를 포함하는, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 동작 전압(180)은 상기 제 2 동작 전압(280)보다 더 낮은, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 접지는 차량의 접지인, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 제어 신호 경로(102)는 갈바니 전기에 의해(galvanically) 상기 제 1 신호 출력(120)을 상기 제 1 신호 입력(220)에 커플링시키는, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 회로 모듈(300)은 제 1 전극 단자(360.1) 및 제 2 전극 단자(360.2)를 포함하는 보상 커패시터(360)를 포함하고, 상기 제 1 전극 단자(360.1)는 상기 제 1 접지 단자(150)에 연결되고 상기 제 2 전극 단자(360.2)는 상기 제 2 접지 단자(250)에 연결되는, 차량용 다전압 전기 시스템(10). - 차량용 다전압 전기 시스템(10)의 서브시스템(100, 200)을 격리하는 회로 모듈(300)로서,
상기 차량용 다전압 전기 시스템(10)은:
- 제 1 동작 전압(180)에서 동작하도록 형성되고, 제 1 접지 단자(150)를 통하여 접지에 연결되는 송수신기(110)를 포함하는 제 1 서브시스템(100)으로서, 상기 송수신기(110)는 제 1 제어 신호를 제공하도록 형성되는, 제 1 서브시스템(100);
- 제 2 동작 전압(280)에서 동작하도록 형성되고, 제 2 접지 단자(250)를 통하여 동일한 접지에 연결되는 제어 유닛(210)을 포함하는 제 2 서브시스템(200); 및
- 상기 송수신기(110)의 제 1 신호 출력(120)을 상기 제어 유닛(210)의 제 1 신호 입력(220)에 커플링시키고, 상기 제 1 제어 신호를 상기 제 1 신호 출력(120)으로부터 상기 제 1 신호 입력(220)으로 송신하도록 형성되고 구성되는 제 1 제어 신호 경로(102)를 포함하고,
상기 회로 모듈(300)은 상기 제 1 제어 신호 경로(102) 내에 배치되도록 설계되고, 또한:
- 한편으로는 상기 제 1 제어 신호 경로(102)를 상기 제 1 접지 단자(150), 상기 제 2 접지 단자(250), 또는 상기 제 1 접지 단자(150)와 제 2 접지 단자(250) 둘 다에 커플링시키고, 다른 한편으로는 상기 제 1 제어 신호 경로를 상기 제 1 동작 전압(180), 상기 제 2 동작 전압(280), 또는 상기 제 1 동작 전압(180)과 제 2 동작 전압(280) 둘 다로 충전하도록 형성되고, 그리고
- 상기 제 1 서브시스템(100), 상기 제 2 서브시스템(200), 또는 상기 제 1 서브시스템(100)과 제 2 서브시스템(200) 둘 다 내의 오류(faulty) 동작 전압 공급에 응답하여 차단 상태를 취하도록 형성되며 상기 제 1 제어 신호 경로(102)를 통한 상기 제 1 신호 출력(120)으로부터 제 1 신호 입력(220)으로의 상기 제 1 제어 신호의 송신은 금지되는, 차량의 다전압 전기 시스템의 서브시스템을 격리하는 회로 모듈.
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