KR101907604B1 - Mit 기술 기반 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단방법 및 이러한 방법을 사용하는 스위치 - Google Patents

Mit 기술 기반 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단방법 및 이러한 방법을 사용하는 스위치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 MIT 기술을 기반으로 과전류가 흐를 때 과전류를 차단하여 시스템을 보호할 뿐만 아니라, 과전류가 정상전류로 복귀되었을 때 시스템에 자동으로 정상전류가 흐를 수 있게 해주는 MIT 기술 기반 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단방법 및 이러한 방법을 사용하는 스위치를 제공하는 것으로, 게이트(G)와 소스(S) 사이의 전압인 제1 FET 전압의 크기와 제1 임계 전압(Vth1)의 크기를 비교하여, 제1 FET 전압이 제1 임계 전압(Vth1)보다 작은 경우 제1 FET를 오프(off)상태로 결정하고, 제1 FET 전압이 제1 임계 전압(Vth1)보다 큰 경우 제1 FET를 온(on) 상태로 결정하며, 제1 FET와 제2 레퍼런스 저항(Rref2)에 의해 분배되어 제2 FET에 입력되는 제2 FET 전압을 산출하고, 제2 FET 전압의 크기와 제2 임계 전압(Vth2)의 크기를 비교하여 제2 FET 전압이 제2 임계 전압(Vth2)보다 큰 경우 제2 FET를 온(on) 상태로 결정하고, 제2 FET 전압이 제2 임계 전압(Vth2)보다 작은 경우 제2 FET를 오프(off)로 결정하는 것을 특징으로 한다.

Description

MIT 기술 기반 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단방법 및 이러한 방법을 사용하는 스위치{Method for breaking power at high temperature and high current and being automatically recoverable based on Metal-Insulator Transition and switch for using the same}
본 발명은 MIT 기술 기반 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단방법 및 이러한 방법을 사용하는 스위치에 관한 것이다.
일반적으로 스마트폰 등과 같은 전자 디바이스는 과온도에 의한 파손이나 발화 문제가 발생되지 않아야 한다. 한국등록특허공보 제10-1446994호(이하, '선행문헌'이라 함)는 금속-절연체전이(MIT) 소자인 CTS(Critical Temperature Switch)와 FET의 결합으로 시스템(Load)에 과전류가 발생했을 때 FET에 열이 나게 되고 이를 CTS가 감지하여 MIT현상에 의한 저항 감소로 FET를 오프(off)시켜 전류를 차단함으로써 시스템을 보호하는 구조를 개시하고 있다.
도 7을 참조하면, 선행문헌의 회로구조는 CTS와 FET가 하나의 패키지된 상태로 존재하여 FET에 과전류가 흘렀을 때 열이 발생하고, 이 열이 CTS에 전달되어 CTS의 저항 값이 급격히 낮아지는 전이 온도가 되면 수 ms내에 FET에 흐르는 과전류를 차단하지만 과전류가 정상전류로 복귀되었을 때도 계속 전류를 차단하여 시스템에 전류가 흐르지 않는 상태가 지속된다. 이를 해결하기 위해 전원을 껐다가 켜면 다시 정상적으로 복귀되는 구조이다.
한국등록특허공보 제10-1446994호(등록일 2004.09.26)
본 발명의 목적은 MIT 기술을 기반으로 과전류가 흐를 때 과전류를 차단하여 시스템을 보호할 뿐만 아니라, 과전류가 정상전류로 복귀되었을 때 시스템에 자동으로 정상전류가 흐를 수 있게 해주는 MIT 기술 기반 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단방법 및 이러한 방법을 사용하는 스위치를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단방법은, CTS(critical temperature switch)의 저항과 상기 CTS와 직렬로 연결된 제1 레퍼런스 저항(Rref1)에 의해 분배되어 제1 FET에 입력되는 제1 FET 전압을 산출하는 단계와, 상기 제1 FET 전압의 크기와 제1 임계 전압(Vth1)의 크기를 비교하는 단계와, 상기 제1 FET 전압이 상기 제1 임계 전압(Vth1)보다 작은 경우, 상기 제1 FET를 오프(off)상태로 결정하고, 상기 제1 FET 전압이 상기 제1 임계 전압(Vth1)보다 큰 경우 상기 제1 FET를 온(on) 상태로 결정하는 단계와,
상기 제1 FET와 제2 레퍼런스 저항(Rref2)에 의해 분배되어 제2 FET에 입력되는 제2 FET 전압을 산출하는 단계와, 상기 제2 FET 전압의 크기와 상기 제2 임계 전압(Vth2)의 크기를 비교하는 단계와, 상기 제2 FET 전압이 상기 제2 임계 전압(Vth2)보다 큰 경우 상기 제2 FET를 온(on) 상태로 결정하고, 상기 제2 FET 전압이 상기 제2 임계 전압(Vth2)보다 작은 경우 상기 제2 FET를 오프(off) 상태로 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 MIT(Metal-Insulator Transition) 기술을 적용한 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단 스위치는, MIT 소자를 기반으로 구현되어 전이 온도 범위에서만 금속 특성을 기반으로 동작하는 CTS(critical temperature switch)와, 상기 CTS의 저항과 직렬로 연결되어 입력되는 소스 전압을 기반으로 상기 CTS 저항에 부여되는 CTS 전압을 결정하기 위해 사용되는 제1 레퍼런스 저항(Rref1)과,
상기 CTS의 저항과 직렬로 연결된 제1 레퍼런스 저항(Rref1)에 의해 분배되는 전압이 게이트(G) 단자에 입력되고 소스 전압이 소스(S) 단자에 입력되며, 게이트(G)와 소스(S) 사이의 전압의 크기와 제1 임계 전압(Vth1)을 비교하여 온(on) 및 오프(off)동작을 수행하는 제1 FET(field effect transistor)와,
상기 제1 FET와 직렬로 연결되는 제2 레퍼런스 저항(Rref1)과 상기 제1 FET와 제2 레퍼런스 저항(Rref1)에 의해 분배되는 전압이 게이트(G) 단자에 입력되고 소스 전압이 소스(S) 단자에 입력되며, 게이트(G)와 소스(S) 사이의 전압의 크기와 제2 임계 전압(Vth2)을 비교하여 온(on) 및 오프(off)동작을 수행하는 제2 FET(field effect transistor)를 포함하되, 상기 CTS는 상기 제2 FET에서 발생하는 열을 전달받을 수 있는 위치에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단 스위치는 게이트(G)와 소스(S) 사이의 전압인 제1 FET 전압의 크기와 제1 임계 전압(Vth1)의 크기를 비교하여, 상기 제1 FET 전압이 상기 제1 임계 전압(Vth1)보다 작은 경우 상기 제1 FET를 오프(off)상태로 결정하고, 상기 제1 FET 전압이 상기 제1 임계 전압(Vth1)보다 큰 경우 상기 제1 FET를 온(on) 상태로 결정하며,
상기 제1 FET와 제2 레퍼런스 저항(Rref2)에 의해 분배되어 제2 FET에 입력되는 제2 FET 전압을 산출하고, 상기 제2 FET 전압의 크기와 제2 임계 전압(Vth2)의 크기를 비교하여 상기 제2 FET 전압이 상기 제2 임계 전압(Vth2)보다 큰 경우 상기 제2 FET를 온(on) 상태로 결정하고, 상기 제2 FET 전압이 상기 제2 임계 전압(Vth2)보다 작은 경우 상기 제2 FET를 오프(off) 상태로 결정하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 MIT 기술 기반 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단방법 및 이러한 방법을 사용하는 스위치를 사용함으로써, 과전류로 인해 열이 발생하는 경우 회로에 공급되는 전력을 차단하여 회로를 보호할 수 있고, 또한, 과전류(및 고온)에 의해 차단되었더라도 시스템이 정상적으로 돌아올 경우 별도의 조치 없이 자동으로 정상 복구될 수 있다.
도 1a는 VO2(이산화바나듐) 박막의 온도에 따른 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
도 1b는 MIT 기술이 적용된 CTS의 온도/저항 의존성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단 스위치를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 MIT 기술 기반 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단방법이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동 시스템 복귀 과정에서의 제2 FET 전압 값과 CTS 저항 값과의 관계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동 시스템 복귀 과정에서의 제2 FET에 흐르는 전류 값과 CTS 저항 값과의 관계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동 시스템 복귀 과정에서의 제2 FET의 열 발생량을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 종래 기술에 따른 자동 고온 및 고전류 차단 스위치를 나타낸 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성 요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1a은 VO2(이산화바나듐) 박막의 온도에 따른 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
금속-절연체-전이(Metal-Insulator Transition, MIT)는 특정 절연 물질이 특정한 온도 또는 전기장에 해당하는 환경에서 절연 특성(부도체적 특성)에서 갑자기 금속 특성으로 변하는 현상을 말한다. 도 1을 참조하면, 상온에서 절연체(부도체)인 이산화바나듐(VO2)에 온도를 올려주면 67도 근처에서 저항이 거의 10만분의 1로 급격히 감소한다는 사실을 알 수 있다. 이러한 온도에 따른 저항의 급격한 변화는 금속-절연체 전이(MIT)의 대표적인 특징일 수 있다.
도 1b는 MIT 기술이 적용된 CTS의 온도/저항 의존성을 나타낸 그래프이다.
CTS는 도 1b를 참조하면, 온도에 따라 서로 다른 저항 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 30도에서 1Mohm(메가 옴)을 가지는 CTS 저항은 30도 내지 70도의 온도 영역에서는 온도가 상승함에 따라 완만하게 감소되다가 70도 내지 80도의 온도 영역에서는 약 100옴 이하로 급격하게 감소될 수 있다. 즉, 온도가 상승함에 따라 완만하게 감소하던 저항값은 전이 온도(60℃~90℃, 증착 조건에 따라서 결정)가 되면 10-4의 비율로 급격히 감소하는 특성을 보인다.
CTS에 적용되는 MIT 소자에 따라 온도에 따른 CTS 저항의 변화 특징이 다르게 구현될 수 있다. 이와 같은 특성을 갖는 CTS와 레퍼런스 저항 및 FET를 이용하여 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단 스위치를 구성함으로써 전이 온도나 특정 전류 이상에서 자동으로 차단되는 스위치를 구현할 수 있다.
또한, CTS는 히스테리시스(Hysteresis) 특성을 갖고 있어서, 온도 상승시의 저항값 변화 추이와 온도 하강시의 저항값 변화 추이에 차이가 존재한다. 이러한 CTS의 히스테리시스(Hysteresis) 특성을 이용하여, 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단 스위치는 도 1b에 도시한 바와 같이, 임계 전압(Vth)을 제1 내지 제4 임계 전압(Vth1, Vth2, Vth3, Vth4 )이 설정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단 스위치를 나타낸 개념도이다.
자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단 스위치는 도 2를 참조하면, CTS(critical temperature switch), 제1 레퍼런스 저항(Rref1), 제1 FET(field effect transistor)(Q1), 제2 레퍼런스 저항(Rref1), 및 제2 FET(field effect transistor)(Q2)를 기반으로 구현될 수 있다.
CTS는 MIT 소자를 기반으로 구현되어 전이 온도 범위에서만 금속 특성을 기반으로 동작한다. MIT 소자가 급격한 금속-절연체 전이를 일으키는 온도를 '전이 온도'라 한다. MIT 소자는, 급격한 금속-절연체 전이 박막 및 적어도 2 개의 전극 박막을 포함하여 구현될 수 있다. MIT 소자는 전이 박막 및 전극 박막들의 위치에 따라 적층형(또는 수직형) 구조와 평면형 구조를 가질 수 있다.
전이 박막은 산소, 탄소, 반도체 원소(III-V족, II-VI족), 전이금속원소, 희토류원소, 란탄계 원소들을 포함하는 저 농도의 정공이 첨가된 무기물 화합물 반도체 및 절연체, 저 농도의 정공이 첨가된 유기물 반도체 및 절연체, 저 농도의 정공이 첨가된 반도체, 및 저 농도의 정공이 첨가된 산화물 반도체 및 절연체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 전이 박막은 n형이면서 매우 큰 저항을 갖는 반도체 및 절연체를 포함하여 형성될 수도 있다.
제1 레퍼런스 저항(Rref1)은 CTS의 저항과 직렬로 연결되어 입력되는 소스 전압(Vsource)을 기반으로 CTS 저항(RCTS)에 부여되는 CTS 전압을 결정하기 위해 사용된다. 제1 레퍼런스 저항(Rref1)은 주위 온도에 관계없이 고정된 저항 값을 갖는다.
제1 FET(field effect transistor)(Q1)은 CTS의 저항(RCTS)과 직렬로 연결된 제1 레퍼런스 저항(Rref1)에 의해 분배되는 전압이 게이트(G) 단자에 입력되고 소스 전압이 소스(S) 단자에 입력되며 일례로, N 모스펫(MOSFET)으로 구현될 수 있다. 제1 FET(field effect transistor)(Q1)은 게이트(G)와 소스(S) 사이의 전압(Vgs) 즉, 제1 FET 전압의 크기와 제1 FET를 턴온하는데 필요한 임계 전압(Vth) 즉, 게이트 임계전압(이하, 문맥에 따라 각각 제1 FET 전압 및 임계전압 또는 제1 임계전압으로 약칭하기로 함)을 비교하여 온(on) 및 오프(off) 상태가 결정될 수 있다.
예를 들어, 게이트(G)와 소스(S) 사이의 전압(Vgs)이 임계 전압(Vth) 이하이면 오프(off) 상태가 된다. 반대로, 게이트(G)와 소스(S) 사이의 전압(Vgs)이 임계 전압(Vth) 이상이면 온(on) 상태가 된다. 온도에 따른 다른 저항값을 가지는 CTS 소자를 사용하고, 제1 레퍼런스 저항(Rref1)에 고정 저항을 사용할 경우, 제1 FET(field effect transistor)(Q1)의 게이트(G)와 소스(S) 사이에 인가되는 전압(Vgs)은 아래와 같은 수학식 1과 같은 값을 가질 수 있다.
Figure 112016070536305-pat00001
Figure 112016070536305-pat00002
제1 FET(Q1)의 게이트(G)와 소스(S) 사이에 인가되는 전압
Figure 112016070536305-pat00003
소스 전압
Figure 112016070536305-pat00004
CTS의 저항값
Figure 112016070536305-pat00005
제1 레퍼런스 저항값
본 발명의 실시예에 따르면, 온도에 따라 변화하는 CTS의 저항(RCTS) 값에 따라 제1 FET(field effect transistor)(Q1)의 온(on) 및 오프(off)상태가 결정된다. 예를 들어, 소스 전압(Vsource)= 5V, 제1 레퍼런스 저항(Rref1)= 100kohm을 사용한다고 가정할 경우, 상온 및 전이 온도(예를 들면, 72℃) 이하에서는 도 2에서와 같이 CTS의 저항(RCTS) 값이 제1 레퍼런스 저항(Rref1) 값보다 높기 때문에, 제1 FET(Q1)의 게이트(G)와 소스(S) 사이에 인가되는 전압(Vgs) 값은 임계 전압(Vth) 보다 낮아지게 되어, 제1 FET(Q1)은 오프(off)상태를 유지하게 된다.
한편, 부하(Rload)에 과전류가 흐르게 되는 경우, 제2 FET(field effect transistor)(Q2)에 드레인(D)과 소스(S) 사이의 저항(RDS)에 비례하는 주울열(Iload 2×RDS)이 발생하게 된다. 이러한 주울열은 CTS에 전달되어 CTS는 온도가 상승하게 된다. CTS의 온도가 전이 온도를 넘어서는 경우, CTS의 저항(RCTS) 값은 급격한 전이를 통해 100ohm이하의 낮은 저항값을 갖게 되고, 결과적으로 제1 FET(Q1)의 게이트(G)와 소스(S) 사이에 인가되는 전압(Vgs) 값은 임계 전압(Vth) 보다 높아지게 되어, 제1 FET(Q1)은 온(on) 상태가 된다.
제2 레퍼런스 저항(Rref2)은 제1 FET(Q1)와 직렬로 연결되며, 제1 레퍼런스 저항(Rref1)과 동일하게 주위 온도에 관계없이 고정된 저항 값을 갖는다. 제2 레퍼런스 저항(Rref2)은 제1 FET(Q1)의 게이트(G) 단자에 인가되는 아날로그 신호를 디지털화하여 제2 FET(field effect transistor)(Q2)의 게이트(G) 단자에 전달하기 위해 사용된다.
제2 FET(field effect transistor)(Q2)은 제1 FET(Q1)의 게이트(G)와 소스(S) 사이의 저항(RDS)과 제2 레퍼런스 저항(Rref2)에 의해 분배되는 전압이 게이트(G) 단자에 입력되고 소스 전압이 소스(S) 단자에 입력되며 일례로, N 모스펫(MOSFET)으로 구현될 수 있다. 제2 FET(field effect transistor)(Q2)은 일례로, 게이트(G)와 소스(S) 사이의 전압(Vgs) 즉, 제2 FET 전압의 크기와 제2 FET를 턴온하는데 필요한 게이트 임계 전압(Vth2) 즉, 제2 임계전압(이하, 문맥에 따라 각각 제2 FET 전압 및 제2 임계전압으로 약칭하기로 함)을 비교하여 온(on) 및 오프(off)상태가 결정될 수 있다.
상기 제2 FET 전압의 게이트(G)와 소스(S) 사이의 전압(Vgs) 값이 제2 임계 전압(Vth2)보다 큰 경우, 제2 FET(Q2)를 온(on) 상태로 결정하고, 상기 제2 FET 전압이 제2 임계 전압(Vth2)보다 작은 경우 제2 FET(Q2)를 오프(off)상태로 결정한다.
도 3 는 본 발명에 따른 MIT 기술 기반 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단방법이다.
자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단 스위치는 도 3을 참조하면, 먼저 CTS(critical temperature switch)의 저항과 직렬로 연결된 제1 레퍼런스 저항(Rref1)에 의해 분배되어 제1 FET(Q1)에 입력되는 제1 FET 전압을 산출한다(S311).
이후, 제1 FET(Q1)의 게이트(G)와 소스(S) 사이의 전압인 제1 FET 전압의 크기와 제1 임계 전압(Vth1)의 크기를 비교한다(S312). 단계 S312에서의 비교결과, 제1 FET 전압이 제1 임계 전압(Vth1)보다 큰 경우 제1 FET(Q1)를 온(on) 상태로 결정한다(S313).
일례로, 제1 FET 전압이 제1 임계 전압(Vth1)보다 큰 경우는, 도 2를 참조하면 시스템에 과전류가 흐르고, 과전류에 의해 제2 FET(Q2)에서 발생하는 열이 CTS에서 전달되어, CTS의 저항(RCTS)이 RCTS<<Rref1이 되도록 급격히 감소되는 전이 온도까지 상승하게 되는 경우이다.
단계 S312에서의 비교결과, 제1 FET 전압이 제1 임계 전압(Vth1)보다 작은 경우, 제1 FET를 오프(off)상태로 결정한다(S323). 일례로, 제1 FET 전압이 제1 임계 전압(Vth1)보다 작은 경우는 시스템에 정상전류가 흐르고, 정상전류에 의해 제2 FET(Q2)에서 발생하여 CTS에 전달되는 열이 작아 CTS의 저항(RCTS)이 RCTS>>Rref1인 경우이다. 다른 예로, 제1 FET 전압이 제1 임계 전압(Vth1)보다 작은 경우는 시스템에 과전류가 흐른 후 다시 정상전류가 흐르는 과정에서 CTS의 저항(RCTS)이 증가하여 미리 설정된 저항 값 이상이 되는 시점이다.
자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단 스위치는 제1 FET(Q1)와 제2 레퍼런스 저항(Rref2)에 의해 분배되어 제2 FET(Q2)에 입력되는 제2 FET 전압을 산출한다(S314). 이후, 제2 FET 전압의 크기와 제2 임계 전압(Vth2)의 크기를 비교한다(S315). 제2 FET 전압이 제2 임계 전압(Vth2)보다 큰 경우, 제2 FET(Q2)를 온(on) 상태로 결정한다(S316). 단계 S316의 동작에 따라 제2 FET(Q2)는 시스템에 흐르는 정상전류를 통과시킨다.
일례로, 제2 FET 전압이 제2 임계 전압(Vth2)보다 큰 경우는 시스템에 정상전류가 흐르고, 정상전류에 의해 제2 FET(Q2)에서 발생하여 CTS에 전달되는 열이 작아 CTS의 저항(RCTS)이 RCTS>>Rref1인 경우이다.
다른 예로, 제2 FET 전압이 제2 임계 전압(Vth2)보다 큰 경우는 시스템에 과전류가 흐른 후 다시 정상전류가 흐르는 과정에서 CTS의 저항(RCTS)이 증가하여 미리 설정된 저항 값에 도달한 경우이다.
단계 S315에서의 비교결과, 제2 FET 전압이 제2 임계 전압(Vth2)보다 작은 경우, 즉, 시스템에 과전류가 흐르고, 과전류에 의해 제2 FET(Q2)에서 발생하는 열이 CTS에서 전달되어, CTS의 저항(RCTS)이 RCTS<<Rref1인 경우 제2 FET(Q2)를 오프(off)상태로 결정한다(S326). 단계 S326의 동작에 따라 제2 FET(Q2)는 시스템에 흐르는 과전류를 차단한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동 시스템 복귀 과정에서의 제2 FET 전압 값과 CTS 저항 값과의 관계를 설명하기 위한 예시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동 시스템 복귀 과정에서의 제2 FET에 흐르는 전류 값과 CTS 저항 값과의 관계를 설명하기 위한 예시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동 시스템 복귀 과정에서의 제2 FET의 열 발생량을 설명하기 위한 예시도이다.
부하(Rload)에 과전류가 흐르게 되는 경우, 도 2를 참조하면 제2 FET(field effect transistor)(Q2)에 드레인(D)과 소스(S) 사이의 저항(RDS)과 부하(Rload) 전류에 비례하는 주울열(Iload 2×RDS)이 발생하게 된다. 이러한 주울열은 CTS에 전달되어 CTS는 온도가 상승하게 된다. CTS의 온도가 전이 온도를 넘어서는 경우, CTS의 저항(RCTS) 값은 급격한 전이를 통해 100ohm이하의 낮은 저항값을 갖게 된다. 이에 따라 제1 FET(field effect transistor)(Q1)은 온(on) 상태가 되고, 제2 FET(field effect transistor)(Q2)은 오프(off)상태가 된다.
부하(Rload)에 다시 정상전류가 흐르게 되면, 도 4, 5, 6에 도시한 바와 같이, CTS의 온도는 점차 감소하게 된다. 종래 기술에 따른 자동 고온 및 고전류 차단 스위치(도 7을 참고)는 CTS의 온도가 점차 감소(또는 CTS의 저항 값은 증가)함에 따라, 부하(Rload)에 연결된 FET의 전압 값과 전류 값이 점차 상승하게 된다. 이러한 종래 기술에 따르면 도 6에 도시한 바와 같이, FET에서 가장 많은 열이 발생하는 CTS 저항 값(ⓐ)이 되는 시점을 필연적으로 지나게 되며, 그때까지 FET에서 발생하는 열을 전달받은 CTS는 미리 설정된 온도 이하로 식지 못하고 FET는 계속해서 오프(off)상태, 즉 정상 전류를 흘릴 수 없는 상태를 유지한다.
본 발명에 따른 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단 스위치는 도 4에 도시한 바와 같이, CTS의 저항 값이 미리 설정된 값이 되기 전까지는 부하(Rload)에 연결된 FET는 오프(off)상태이고, CTS의 저항 값이 미리 설정된 값 이상이 되면 온(on) 상태로 변환되며 이때 도 5에 도시한 바와 같이 부하(Rload)에 연결된 FET에는 정상전류가 흐르게 된다. 도 6에 도시한 바와 같이, 온(on) 상태로 되는 순간까지 FET에서 발생된 열은 ⓑ 지점을 필연적으로 지나지만 CTS온도 상승에 큰 영향을 주지 못하여, FET에는 정상 전류가 흐르게 되는 것이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. MIT(Metal-Insulator Transition) 기술을 적용한 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단 스위치는,
    상기 MIT 소자를 기반으로 구현되어 전이 온도 범위에서만 금속 특성을 기반으로 동작하는 CTS(critical temperature switch);
    상기 CTS의 저항과 직렬로 연결되어 입력되는 소스 전압을 기반으로 상기 CTS 저항에 부여되는 CTS 전압을 결정하기 위해 사용되는 제1 레퍼런스 저항(Rref1);
    상기 CTS의 저항과 직렬로 연결된 제1 레퍼런스 저항(Rref1)에 의해 분배되는 전압이 게이트(G) 단자에 입력되고 소스 전압이 소스(S) 단자에 입력되며, 게이트(G)와 소스(S) 사이의 전압의 크기와 제1 임계 전압(Vth1)을 비교하여 온(on) 및 오프(off)동작을 수행하는 제1 FET(field effect transistor);
    상기 제1 FET와 직렬로 연결되는 제2 레퍼런스 저항(Rref1); 및
    상기 제1 FET와 제2 레퍼런스 저항(Rref1)에 의해 분배되는 전압이 게이트(G) 단자에 입력되고 소스 전압이 소스(S) 단자에 입력되며, 게이트(G)와 소스(S) 사이의 전압의 크기와 제2 임계 전압(Vth2)을 비교하여 온(on) 및 오프(off)동작을 수행하는 제2 FET(field effect transistor)를 포함하되,
    상기 CTS는 상기 제2 FET 에서 발생하는 열을 전달받아 전이 온도 범위 이상으로 상승할 수 있는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단 스위치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단 스위치는 상기 게이트(G)와 소스(S) 사이의 전압인 제1 FET 전압의 크기와 제1 임계 전압(Vth1)의 크기를 비교하여, 상기 제1 FET 전압이 상기 제1 임계 전압(Vth1)보다 작은 경우 상기 제1 FET를 오프(off)상태로 결정하고, 상기 제1 FET 전압이 상기 제1 임계 전압(Vth1)보다 큰 경우 상기 제1 FET(Q1)를 온(on) 상태로 결정하며,
    상기 제1 FET(Q1)와 제2 레퍼런스 저항(Rref2)에 의해 분배되어 제2 FET(Q2)에 입력되는 제2 FET 전압을 산출하고, 상기 제2 FET 전압의 크기와 제2 임계 전압(Vth2)의 크기를 비교하여 상기 제2 FET 전압이 상기 제2 임계 전압(Vth2)보다 큰 경우 상기 제2 FET(Q2)를 온(on) 상태로 결정하고, 상기 제2 FET 전압이 상기 제2 임계 전압(Vth2)보다 작은 경우 상기 제2 FET(Q2)를 오프(off)상태로 결정하는 것,
    을 특징으로 하는 자동 시스템 복귀가 가능한 고온 및 고전류 차단 스위치.
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JPWO2005046017A1 (ja) * 2003-11-07 2007-05-24 タイコ エレクトロニクス レイケム株式会社 過熱防止デバイスおよびこれを備える電気装置
KR20090049008A (ko) * 2007-11-12 2009-05-15 한국전자통신연구원 금속-절연체 전이（ｍｉｔ）소자를 이용한 트랜지스터발열제어 회로 및 그 발열제어 방법
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KR20160011743A (ko) * 2014-07-22 2016-02-02 주식회사 모브릭 MIT(Metal-Insulator Transition)기술을 이용한 전류차단스위치 시스템 및 전류차단 방법

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