KR101873130B1 - 두 개의 공급 전압을 갖는 전기 또는 전자 디바이스 - Google Patents

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Abstract

각각 제 1 전기 네트워크(3)로부터 및 제 2 전기 네트워크(8)로부터 두 개의 상이한 전압값을 공급받을 수 있는 전기 또는 전자 디바이스(7)는, 정상 접속 상태하에서, 상기 제 1 전기 네트워크(3)의 접지 도선(GND_12) 및 전압 도선과 결합될 수 있는 제 1 커넥터 인터페이스(70)와, 정상 접속 상태하에서, 상기 제 2 전기 네트워크(8)의 접지 도선(GND_48) 및 전압 도선과 결합될 수 있는 제 2 커넥터 인터페이스(71) ― 두 개의 커넥터 인터페이스(70, 71)의 접지 접속부들은 함께 접속되어 공통 접지를 형성함 ― 와, 상기 공통 접지 상에서 직렬로 삽입된 적어도 하나의 스위치 모듈(74; 75) ― 상기 스위치 모듈은 상기 제 1 커넥터 인터페이스 또는 상기 제 2 커넥터 인터페이스의 접속 상태의 변경에 수반하여 개방 위치로 스위칭할 수 있음 ― 을 포함한다.

Description

두 개의 공급 전압을 갖는 전기 또는 전자 디바이스{ELECTRICAL OR ELECTRONIC DEVICE WITH TWO SUPPLY VOLTAGES}
본 발명은 두 개의 개별 전원 전압을 요구하는 전기 또는 전자 디바이스에 관한 것이다.
특히, 본 발명은, 내부의 몇몇 장비 아이템이, 보통 12 볼트 정도의 통상적인 낮은 전압 및 48 볼트 정도의 중간 전압인 개별 값을 갖는 두 개의 전원 전압에 의해 동작하도록 설계되어야 하는 자동차의 분야에 관한 것이지만, 이에 제한되지는 않는다.
이런 유형의 장비 아이템들에 대해, 특히 특정 아키텍처 규칙 및 인증 테스트(validation tests)를 정의하는 사양(specification)이 현재 자동차 제조자들의 컨소시엄에 의해 개발되고 있다. 이 사양("Electrical and Electronic components in the vehicle 48　V　-　vehicle electrical system, Requirement and tests", 2011년 8월 29일자 사양 148)은 특히,
임의의 12 볼트/48 볼트 장비 아이템은 공통 접지를 가져야하고, 12 볼트 차량 네트워크에 접속되는 것을 허용하는 12 볼트 커넥터 인터페이스 및 48 볼트 차량 네트워크에 접속되는 것을 허용하는 48 볼트 커넥터 인터페이스를 포함해야 하며, 각각의 커텍터 인터페이스는 자체 접지 접속부를 가질 것과,
48 볼트 및 12 볼트 전원이 누설 전류로부터 충분히 보호되는 것을 보장하기 위해, 임의의 12 볼트/48 볼트 장비 아이템은 누설 전류 측정 테스트를 충족시킬 것과,
48 볼트 네트워크의 접지 케이블의 고장에 수반하여 12 볼트 네트워크의 접지 케이블이 손상될 위험이 없다는 보장하기 위해, 임의의 12 볼트/48 볼트 장비 아이템은 48 볼트 네트워크의 접지 케이블의 손실 테스트를 충족시킬 것을 요구한다.
도 1은 12 볼트용 제 1 커넥터 인터페이스(10) 및 48 볼트용 제 2 커넥터 인터페이스(11)를 포함하는 전기 또는 전자 디바이스(1)의 누설 전류에 관한 인증 테스트에 대해 생성된 설정을 개략적으로 도시한다. 이 테스트는 제 1 커넥터 인터페이스(10)의 모든 입력/출력을 DC 전압 생성기의 제 1 단자에 접속하는 것과, 제 2 커넥터 인터페이스(11)의 입력을 DC 전압 생성기의 제 2 단자에 접속하는 것과, DC 전압 생성기에 의해 70 볼트의 전압을 인가하는 것과, 종래의 전류계를 사용하여 전류를 측정하는 것으로 구성된다. 만일 이 테스트에서 측정된 전류가 1 마이크로암페어(절대값임) 이하로 유지된다면, 전기 또는 전자 디바이스(1)는 인증된다.
접지 손실에 관한 제 2 테스트는 두 개의 12 볼트 및 48 볼트 전원 사이에 전기 또는 전자 디바이스를 접속하는 것과, 48 볼트 측의 접지 케이블의 손실을 시뮬레이트하는 것과, 12 볼트 측의 접지 케이블의 임의의 손상을 관찰하는 것으로 구성된다. 만일 이 테스트에서 약 30분의 시간의 종료시에 어떠한 손상도 관찰되지 않으면, 전기 또는 전자 디바이스(1)는 인증된다.
두 개의 전원 전압을 사용하여 동작하기에 적합한 전기 또는 전자 디바이스의 아키텍처는 이미 공지되어 있다. 도 2는 특히, 두 개의 12 볼트 전압, 즉, 전압 생성기(3)로 표시된 낮은 전력을 갖는 것 및 전압 생성기(4)로 표시된 통상적으로 1000 내지 1200 와트 정도의 더 높을 전력을 갖는 것을 전원으로 사용하는 부가적인 히터 모듈(2)을 개략적으로 도시한다. 그런 부가적인 히터 모듈은 자동차의 시동을 걸 때 내부를 더 빨리 가열하기 위해 사용된다. 낮은 전력을 갖는 전원(3)은 모듈(2)의 관리 및 인터페이스에 사용되고, 높은 전력을 갖는 전원(4)은 모듈 내에 포함된 가열 저항(도시안됨)에 급전하기 위해 사용된다. 도 2의 아키텍처에서 알 수 있는 것처럼, 전압 생성기(4)의 접지만이 모듈에 접속된다. 또한, 모듈의 데이터 입력 LIN은 전압 생성기(3) 및 생성기(4)의 접지에 의해 급전된다. 따라서, 그런 아키텍처는 각각의 전원 네트워크를 위한 두 개의 개별 접지를 요구하는 전술된 사양을 따르는 12 볼트/48 볼트 디바이스에 사용될 수 없다. 또한, 생성기(4)의 접지 케이블의 손실은 모듈(2)이 데이터 입력 LIN을 통해 더 이상 통신할 수 없다는 것을 의미한다.
도 3은 전기 자동차에 사용되는 전기 또는 전자 디바이스(5)의 다른 공지된 아키텍처를 개략적으로 도시한다. 여기서, 디바이스(5)에는 두 개의 커넥터 인터페이스(50 및 52)를 통해 두 개의 매우 다른 전압, 즉, 전압 생성기(3)로 표시된 12 볼트 정도의 낮은 제 1 전압 및 전압 생성기(6)로 표시된 400 볼트 정도의 매우 높은 제 2 전압이 공급된다. 안전을 위해, 이런 유형의 디바이스(5)는 12 볼트 전원과 400 볼트 전원 사이에 전기적 절연(galvanic insulation)을 생성하기 위해 절연용 변압기(52)를 반드시 포함해야 한다.
이와 유사한 아키텍처는 전술된 사양과 호환가능한 12 볼트/48 볼트 전기 또는 전자 디바이스를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이 해결책은 절연용 변압기의 사용으로 인해 비싸고 부피가 크며, 여전히 구현하기가 복잡하다.
본 발명의 목적은, 두 개의 접지 단자의 존재에 대한 사양의 필요조건을 만족시키고 두 개의 전술된 테스트 중 적어도 하나를 충족시킬 수 있는, 예컨대 12 볼트/48 볼트 전압인 두 개의 전원 전압을 갖는 전기 또는 전자 디바이스의 간단한 아키텍처를 제안함으로써 전술된 단점을 완화하는 것이다.
본 발명은, 동작 시에, 제 1 전기 네트워크에 의해 생성된 제 1 전압값, 및 제 1 전압값보다 높은, 제 2 전기 네트워크에 의해 생성된 제 2 전압값을 공급받도록 구성된 전기 또는 전자 디바이스로서,
표준 링크 상태하에서, 상기 제 1 전기 네트워크의 접지 도선 및 전압 도선에 접속되도록 구성된 제 1 커넥터 인터페이스와,
상기 표준 링크 상태하에서, 상기 제 2 전기 네트워크의 접지 도선 및 전압 도선에 접속되도록 구성된 제 2 커넥터 인터페이스 ― 상기 제 1 커넥터 인터페이스 및 상기 제 2 커넥터 인터페이스의 각각은 접지 접속부를 포함하고, 상기 제 1 커넥터 인터페이스 및 상기 제 2 커넥터 인터페이스의 접지 접속부들은 함께 접속되어 공통 접지를 형성함 ― 와,
상기 공통 접지 상에 직렬로 삽입된 적어도 하나의 스위치 모듈 ― 상기 스위치 모듈은 상기 제 1 커넥터 인터페이스 또는 상기 제 2 커넥터 인터페이스의 링크 상태의 변경에 수반하여 개방 위치로 스위칭할 수 있음 ― 을 포함하는 전기 또는 전자 디바이스를 제안함으로써, 이 목적을 달성한다.
표준 링크 상태는 디바이스의 정상 동작에 필요한 링크, 즉, 두 개의 전기 네트워크에의 커넥터 인터페이스의 보통의 접속을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
다른 특히 유리한 가능한 특징에 따라,
스위치 모듈은 제 2 전기 네트워크의 접지 도선의 손실의 경우에 개방 위치로 스위칭할 수 있고,
이 경우에, 스위치 모듈은 공통 접지 상에서 직렬로 양의 계수 저항을 포함하고,
변형으로서, 스위치 모듈은 공통 접지 상에서 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 전류 측정 회로에 의해 제어되는 트랜지스터를 포함하고,
스위치 모듈은 제 1 커넥터 인터페이스의 모든 입력/출력이 함께 접속될 때 개방 위치로 스위칭할 수 있으며,
이 경우에, 스위치 모듈은 제 1 전기 네트워크에 의해 전압이 공급되는 MOSFET 트랜지스터를 포함할 수 있으며,
스위치 모듈은, 스위치 모듈이 개방 위치에 있을 때 임의의 전류가 제 1 커넥터 인터페이스를 향해 흐르는 것을 방지하기에 적합한 역류 방지 다이오드(non-return diode)와 연관된다.
본 발명 및 본 발명이 가져오는 이점들은, 첨부된 도면의 참조에 의해 제공되는, 본 발명의 비제한적인 예시적 구현에 관한 이하의 설명을 통해 더 잘 이해될 것이다.
위에서 이미 설명된 도 1은 전술된 사양 148에 의해 규정된 12 볼트/48 볼트 디바이스에 대한 누설 전류 측정 테스트용 등가 전기 회로를 개략적으로 나타낸다.
위에서 이미 설명된 도 2는 두 개의 12 볼트 전원 전압을 사용하는 디바이스에 대한 공지된 아키텍처를 개략적으로 도시한다.
위에서 이미 설명된 도 3은 12 볼트 전원 전압 및 400 볼트 전원 전압을 사용하는 디바이스에 대한 공지된 아키텍처를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명에 따라 두 개의 공급 전압, 예컨대, 12 볼트/48 볼트를 갖는 전기 또는 전자 디바이스의 예시적 구조를 개략적으로 도시한다.
도 4는 듀얼 12 볼트/48 볼트 전원의 비제한적 상황에서 본 발명의 가능한 실시형태에 따른 전기 또는 전자 디바이스(7)를 나타낸다. 이 디바이스(7)는 그 사용 상태에서 표시되는데, 즉, 12 볼트 제 1 네트워크(전압 생성기(3)로 표시됨)로부터 12 볼트의 제 1 전원 전압을 수신하고, 48 볼트 제 2 네트워크(전압 생성기(8)로 표시됨)로부터 보통 48 볼트 정도의 더 높은 제 2 전원 전압을 수신하는 것으로 표시된다. 이를 위해, 디바이스(7)는,
전압 생성기(3)의 두 개의 단자, 즉, 실제로, 12 볼트 제 1 네트워크의 접지 도선(GND_12) 및 12 볼트 전압 도선에 접속되도록 구성된 제 1 커넥터 인터페이스(70)와,
전압 생성기(8)의 두 개의 단자, 즉, 실제로, 48 볼트 제 2 네트워크의 접지 도선(GND_48) 및 48 볼트 전압 도선에 접속되도록 구성된 제 2 커넥터 인터페이스(71)를 포함한다.
디바이스(7) 내부에서, 두 개의 커넥터 인터페이스(70 및 71)는 함께 접속되어 공통 접지를 형성한다.
두 개의 커넥터 인터페이스(70 및 71) 사이에서, 디바이스(7)는, 우선적으로, 가능한 전압 변동을 제거하는 EMC(electromagnetic compatibility) 필터링 모듈(72) 및 디바이스에 특유한 기능성들을 포함하는 12 볼트/48 볼트 인터페이스 모듈(73)을 포함한다. 예컨대, 디바이스(7)가 부가적 히터라면, 모듈(73)은 가열 저항뿐 아니라 관리 구성요소 및 인터페이스를 포함할 것이다.
디바이스(7)는 커넥터 인터페이스(70 및 71)의 두 개의 접지 접속부를 접속하는 공통 접지 상에서 직렬로 삽입된 제 1 스위치 모듈(74)을 더 포함하는데, 이 제 1 스위치 모듈(74)은 약 200 mA 정도의 임계값보다 낮은 전류가 흐르는 동안은 폐쇄 위치에서 제어될 수 있고, 임계값보다 높은 전류가 흐를 경우 개방 위치로 스위칭될 수 있다.
이 제 1 스위치 모듈(74)은, 보통 증폭기 및 비교기로 구성되는 전류 측정 회로와, 전류 측정 회로가 임계값보다 더 높은 전류를 검출하자마자 접지 회로를 개방하도록 제어되는 MOSFET 트랜지스터의 연관에 의해 생성될 수 있다.
변형으로서, 그리고 우선적으로, 이 스위치 모듈(74)은 리셋가능한 퓨즈, 예컨대 양의 온도 계수(positive temperature coefficient) 저항, 즉 PTC 저항으로 구성될 것인데, 이 저항은 자신을 통해 흐르는 전류가 임계값보다 훨씬 더 높을 경우 무한의 값을 갖는다.
이 제 1 스위치 모듈(74)의 존재로 인해, 디바이스(7)는 접지 케이블(GND_48)의 손실 테스트를 충족시킬 수 있다. 실제로, 접지 케이블(GND_48)이 절단되면, 공통 접지를 통해 높은 전류가 흘러 스위치(74)를 개방시킬 것이다.
디바이스(7)는 역시 공통 접지 상에서 직렬로 제 2 스위치 모듈(75)을 더 포함하는데, 이것은 역류 방지 다이오드(76)와 연관된다. 제 2 스위치 모듈(75)은, 예컨대, 12 볼트 네트워크에 의해 급전되는 MOSFET 트랜지스터 즉, 소스(S) 및 드레인(D)이 각각 커넥터 모듈(70)의 접지 접속부 및 커넥터 모듈(71)의 접지 접속부에 접속되고, 게이트(G)가 12 볼트 전압을 수신하는 MOSFET 트랜지스터이다. 정상 동작시에, 이 MOSFET 트랜지스터는 통상적으로 폐쇄 위치에 있고, 이 때 게이트와 소스 사이의 전압(VGS)은 12 볼트와 같다. 다이오드(76)는 그 역할에 따라 12 V/48 V 인터페이스 모듈(73)을 향에 12 볼트 방향으로 전류를 통과시킬 것이다.
이 제 2 스위치 모듈(75)의 이점은, 디바이스로 하여금 누설 전류 테스트를 충족시킬 수 있게 하는 것이다. 실제로, (도 1의 전기 회로도에 따라) 이 테스트를 수행할 때, 제 1 커넥터 인터페이스(70)의 모든 입력/출력은 함께 접속되어, 테스트에 의해 부과되는 70 볼트의 전압을 인가하더라도 전압(VGS)이 0이 되고 트랜지스터가 개방 위치로 스위칭되게 한다. 역류 방지 다이오드(76)는, 그 역할에 따라, 전류가 다른 방향, 즉, 제 2 커넥터 인터페이스(71)로부터 제 2 커넥터 인터페이스(7)로 흐를 수 없을 것이라는 점을 보장한다.
지금까지의 설명에 비추어, 전술된 두 개의 스위치 모듈(74 및 75)의 각각은 제 1 또는 제 2 인터페이스의 링크 상태의 변경에 수반하여 개방 위치로 스위칭할 수 있는데, 특히, 누설 전류 측정 테스트 동안, 커넥터 인터페이스(70)의 접속부들은 스위치 모듈(75)이 폐쇄되는 정상 동작에 비해 변경된다. 마찬가지로, 접지 케이블(GND_48)의 손실(단락 또는 케이블 손상)은, 스위치 모듈(74)이 폐쇄되는 제 2 커넥터 인터페이스(71)의 정상 링크 상태의 변경을 형성한다.
물론, 디바이스(7)는, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 이들 스위치 모듈들 중 하나 만을 포함할 수도 있다.
모든 경우에, 획득되는 디바이스는 사양 148에 의해 요구되는 다양한 사항들을 처리하면서도, 간단하고, 저렴하며, 작은 부피를 갖는다.
본 발명은 자동차 분야의 12 볼트/48 볼트 애플리케이션의 상황에서 설명되었지만, 디바이스가 소위 안전한 전압 값을 갖는 듀얼 전원을 요구하는 모든 경우에 적용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 동작 시에, 제 1 전기 네트워크(3)에 의해 생성된 제 1 전압값, 및 상기 제 1 전압값보다 높은, 제 2 전기 네트워크(8)에 의해 생성된 제 2 전압값을 공급받도록 구성된 전기 또는 전자 디바이스(7)로서,
    표준 링크 상태하에서, 상기 제 1 전기 네트워크(3)의 접지 도선(GND_12) 및 전압 도선에 접속되도록 구성된 제 1 커넥터 인터페이스(70)와,
    상기 표준 링크 상태하에서, 상기 제 2 전기 네트워크(8)의 접지 도선(GND_48) 및 전압 도선에 접속되도록 구성된 제 2 커넥터 인터페이스(71) ― 상기 제 1 커넥터 인터페이스(70) 및 상기 제 2 커넥터 인터페이스(71)의 각각은 접지 접속부를 포함하고, 상기 제 1 커넥터 인터페이스(70) 및 상기 제 2 커넥터 인터페이스(71)의 접지 접속부들은 함께 접속되어 공통 접지를 형성함 ― 와,
    상기 공통 접지 상에서 직렬로 삽입된 적어도 하나의 스위치 모듈(74; 75) ― 상기 스위치 모듈은 상기 제 1 커넥터 인터페이스 또는 상기 제 2 커넥터 인터페이스의 링크 상태의 변경에 수반하여 개방 위치로 스위칭할 수 있음 ― 을 포함하며,
    상기 스위치 모듈(75)은, 상기 제 1 커넥터 인터페이스의 모든 입력/출력이 함께 접속될 때, 개방 위치로 스위칭할 수 있는
    전기 또는 전자 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치 모듈(74)은 상기 제 2 전기 네트워크(8)의 접지 도선(GND_48)의 손실의 경우에 개방 위치로 스위칭할 수 있는
    전기 또는 전자 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위치 모듈(74)은 상기 공통 접지 상에서 직렬로 양의 계수 저항(positive coefficient resistor)을 포함하는
    전기 또는 전자 디바이스.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위치 모듈(74)은, 상기 공통 접지 상에 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 전류 측정 회로에 의해 제어되는 트랜지스터를 포함하는
    전기 또는 전자 디바이스.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치 모듈(75)은, 상기 제 1 전기 네트워크(3)에 의해 전압이 공급되는 MOSFET 트랜지스터를 포함하는
    전기 또는 전자 디바이스.
  7. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 스위치 모듈(75)은, 상기 스위치 모듈(75)이 개방 위치에 있을 때 상기 제 1 커넥터 인터페이스(70)를 향해 임의의 전류가 흐르는 것을 방지하도록 구성된 역류 방지 다이오드(non-return diode)(76)와 연관되는
    전기 또는 전자 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전압값은 12 볼트이고, 상기 제 2 전압값은 48 볼트인
    전기 또는 전자 디바이스.
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