KR102512214B1 - 쇼트 방지를 위한 필터 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 쇼트 방지를 위한 필터 회로에 관한 것으로, 입력단(IN)과 출력단(OUT) 사이에 직렬로 연결되는 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2); 입력단(IN)과 제1 인덕터(L1) 사이에 션트(shunt) 타입으로 연결되는 제1 커패시터 어레이(C1, C2) 및 제2 커패시터 어레이(C3, C4); 제1 인덕터(L1)와 제2 인덕터(L2) 사이에 션트(shunt) 타입으로 연결되는 제3 커패시터 어레이(C5, C6) 및 제4 커패시터 어레이(C7, C8); 제2 인덕터(L2)와 출력단(OUT) 사이에 션트(shunt) 타입으로 연결되는 제5 커패시터 어레이(C9, C10) 및 제6 커패시터 어레이(C11, C12);를 포함한다.

Description

쇼트 방지를 위한 필터 회로{FILTER CIRCUIT FOR PREVENTING SHORT}
본 발명은 쇼트 방지를 위한 필터 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소프트 터미네이션 형태가 아닌 MLCC(즉, 일반 MLCC)를 사용하여 재료비를 낮출 수 있으면서, 동시에 필터에 사용된 커패시터의 고장 발생 시 쇼트(short)를 방지할 수 있도록 하는, 쇼트 방지를 위한 필터 회로에 관한 것이다.
최근 자동차는 점차 가전제품화 되고 있으며, 전기자동차의 등장에 따라 가전제품으로의 인식이 더욱 더 가속화되고 있는 상황이다.
이러한 자동차(전기자동차)의 내부에는 다양한 전자제품(전자 장치)이 포함되고 있다. 예컨대 전화 장치, 마이크로컴퓨터 장치(예 : ECU 장치), 디스플레이 장치, 오디오 장치, 카메라 장치, 공기조화 장치, 좌석 무빙 장치, 및 조명 장치 등이 포함되어 있으며, 더욱 많은 전자 장치가 추가될 것임은 자명하다.
또한 상기와 같이 자동차에 포함되는 전자제품(전자 장치)들은 소형화, 고속화, 디지털화 되고 있으며, 이에 따라 외부에서 내부로 유입되는 오류 전압(예 : 순간적인 고전압)이나 노이즈에 의해 전자 장치의 회로가 파손되거나 오작동 상황이 발생하고 있다.
이에 따라 상기 오류 전압(예 : 순간적인 고전압)이나 노이즈가 내부 회로로 유입되는 것을 방지하기 위한 필터를 포함하게 된다.
예컨대 제어기(예 : ECU) 내부에는 전력 무결성을 위해서 필수적으로 DC 링크 필터를 삽입하게 된다. 이 때 주파수 특성상 큰 값의 커패시턴스(capacitance)를 얻기 위하여 큰 사이즈의 MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor)를 사용하여 필터를 구성한다.
그러나 상기와 같이 종래에 큰 사이즈의 MLCC를 사용하여 구성한 필터는, 커패시터(capacitor)의 크랙(crack) 등으로 인한 고장(failure case) 발생 시, DC 링크 필터의 커패시터가 쇼트(short)되어 전원단의 단락을 발생시킴으로써 제어기( 예 : ECU)의 고장을 유발할 수 있는 문제점이 있었다.
이에 따라 상기와 같은 문제점을 방지하기 위하여, 큰 사이즈의 MLCC를 사용하여 구성한 필터에 포함된 커패시터의 파괴 시 오픈(open)되는 소프트 터미네이션(soft termination) 형태의 MLCC를 사용하지만, 상기 소프트 터미네이션 형태의 MLCC는 가격이 비싼 문제점이 있다.
따라서 상기와 같은 소프트 터미네이션 형태의 MLCC는 가격이 높기 때문에 소프트 터미네이션 형태가 아닌 MLCC(즉, 일반 MLCC)를 사용하여 재료비를 낮출 수 있으면서, 동시에 필터에 사용된 커패시터의 고장(failure case) 발생 시 쇼트(short)를 방지할 수 있도록 하는 회로가 필요한 상황이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-1360917호(2014.02.04. 등록, 고주파 저역통과여파기)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 소프트 터미네이션 형태가 아닌 MLCC(즉, 일반 MLCC)를 사용하여 재료비를 낮출 수 있으면서, 동시에 필터에 사용된 커패시터의 고장 발생 시 쇼트(short)를 방지할 수 있도록 하는, 쇼트 방지를 위한 필터 회로를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 쇼트 방지를 위한 필터 회로는, 입력단(IN)과 출력단(OUT) 사이에 직렬로 연결되는 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2); 상기 입력단(IN)과 상기 제1 인덕터(L1) 사이에 션트(shunt) 타입으로 연결되는 제1 커패시터 어레이(C1, C2) 및 제2 커패시터 어레이(C3, C4); 상기 제1 인덕터(L1)와 상기 제2 인덕터(L2) 사이에 션트(shunt) 타입으로 연결되는 제3 커패시터 어레이(C5, C6) 및 제4 커패시터 어레이(C7, C8); 상기 제2 인덕터(L2)와 상기 출력단(OUT) 사이에 션트(shunt) 타입으로 연결되는 제5 커패시터 어레이(C9, C10) 및 제6 커패시터 어레이(C11, C12);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 션트 타입으로 연결되는 제1 커패시터 어레이(C1, C2)는, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 입력단(IN)과 상기 제1 인덕터(L1) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)되며, 상기 션트 타입으로 연결되는 제2 커패시터 어레이(C3, C4)는, 제3 커패시터(C3)와 제4 커패시터(C4)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 입력단(IN)과 상기 제1 인덕터(L1) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)되되, 상기 제1 커패시터 어레이(C1, C2)와 상기 제2 커패시터 어레이(C3, C4)는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 션트 타입으로 연결되는 제3 커패시터 어레이(C5, C6)는, 제5 커패시터(C5)와 제6 커패시터(C6)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 제1 인덕터(L1)와 상기 제2 인덕터(L2) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)되며, 상기 션트 타입으로 연결되는 제4 커패시터 어레이(C7, C8)는, 제7 커패시터(C7)와 제8 커패시터(C8)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 제1 인덕터(L1)와 상기 제2 인덕터(L2) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)되되, 상기 제3 커패시터 어레이(C5, C6)와 상기 제4 커패시터 어레이(C7, C8)는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 션트 타입으로 연결되는 제5 커패시터 어레이(C9, C10)는, 제9 커패시터(C9)와 제10 커패시터(C10)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 제2 인덕터(L2)와 상기 출력단(OUT) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)되며, 상기 션트 타입으로 연결되는 제6 커패시터 어레이(C11, C12)는, 제11 커패시터(C11)와 제12 커패시터(C12)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 제2 인덕터(L2)와 상기 출력단(OUT) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)되되, 상기 제5 커패시터 어레이(C9, C10)와 상기 제6 커패시터 어레이(C11, C12)는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 소프트 터미네이션 형태가 아닌 MLCC(즉, 일반 MLCC)를 사용하여 재료비를 낮출 수 있으면서, 동시에 필터에 사용된 커패시터의 고장 발생 시 쇼트(short)를 방지할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 쇼트 방지를 위한 필터 회로의 구성을 보인 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 쇼트 방지를 위한 필터 회로의 일 실시 예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 쇼트 방지를 위한 필터 회로의 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 커패시터의 쇼트 방지를 위한 필터 회로는, 입력단(IN)과 출력단(OUT) 사이에 직렬로 연결되는 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2), 상기 입력단(IN)과 상기 제1 인덕터(L1) 사이에 션트(shunt) 타입으로 연결되는 제1 커패시터 어레이(C1, C2) 및 제2 커패시터 어레이(C3, C4), 상기 제1 인덕터(L1)와 상기 제2 인덕터(L2) 사이에 션트(shunt) 타입으로 연결되는 제3 커패시터 어레이(C5, C6) 및 제4 커패시터 어레이(C7, C8), 상기 제2 인덕터(L2)와 상기 출력단(OUT) 사이에 션트(shunt) 타입으로 연결되는 제5 커패시터 어레이(C9, C10) 및 제6 커패시터 어레이(C11, C12)를 포함한다.
상기 션트 타입으로 연결되는 제1 커패시터 어레이(C1, C2)는, 제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 입력단(IN)과 상기 제1 인덕터(L1) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)된다. 이와 마찬가지로 상기 션트 타입으로 연결되는 제2 커패시터 어레이(C3, C4)는, 제3 커패시터(C3)와 제4 커패시터(C4)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 입력단(IN)과 상기 제1 인덕터(L1) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)된다.
이 때 상기 제1 커패시터 어레이(C1, C2)와 상기 제2 커패시터 어레이(C3, C4)는 병렬로 연결된다.
상기 션트 타입으로 연결되는 제3 커패시터 어레이(C5, C6)는, 제5 커패시터(C5)와 제6 커패시터(C6)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 제1 인덕터(L1)와 상기 제2 인덕터(L2) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)된다. 이와 마찬가지로 상기 션트 타입으로 연결되는 제4 커패시터 어레이(C7, C8)는, 제7 커패시터(C7)와 제8 커패시터(C8)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 제1 인덕터(L1)와 상기 제2 인덕터(L2) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)된다.
이 때 상기 제3 커패시터 어레이(C5, C6)와 상기 제4 커패시터 어레이(C7, C8)는 병렬로 연결된다.
상기 션트 타입으로 연결되는 제5 커패시터 어레이(C9, C10)는, 제9 커패시터(C9)와 제10 커패시터(C10)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 제2 인덕터(L2)와 상기 출력단(OUT) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)된다. 이와 마찬가지로 상기 션트 타입으로 연결되는 제6 커패시터 어레이(C11, C12)는, 제11 커패시터(C11)와 제12 커패시터(C12)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 제2 인덕터(L2)와 상기 출력단(OUT) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)된다.
이 때 상기 제5 커패시터 어레이(C9, C10)와 상기 제6 커패시터 어레이(C11, C12)는 병렬로 연결된다.
상기와 같이 본 실시 예는 기존에 커패시터-인덕터-커패시터의 일반적인 파이(PI) 형태의 저역 통과 필터의 구성과는 다른 형태로 구성됨을 알 수 있다.
즉, 기존의 일반적인 파이(PI) 형태의 저역 통과 필터는 인덕터의 양 단에 하나씩의 커패시터가 션트 형태로 구성되지만, 본 실시 예에 따른 필터 회로는 제1 내지 제6 커패시터 어레이에 도시된 바와 같이, 두 개의 커패시터를 직렬로 연결함으로써 내압을 높일 수 있는 효과가 있다.
상기와 같이 내압을 높일 수 있는 효과가 있는 제1 내지 제6 커패시터 어레이를 통하여, 외부로부터 유입되는 전원 서지(surge)나 내부 회로의 모터 등으로부터 발생하는 전원 서지(surge)에 순간적으로 견딜 수 있게 된다.
또한 상기 제1 내지 제6 커패시터 어레이에 포함된 직렬 연결된 복수의 커패시터 중 어느 하나의 커패시터에 크랙(crack)이 발생하더라도 나머지 하나의 커패시터를 통하여 DC 링크 기능을 수행하게 하는 효과가 있다.
참고로 본 실시 예에 따른 필터 회로에서는 기존의 필터 설계치에서 계산된 커패시턴스(capacitance)를 맞추기 위하여, 커패시터를 직렬로 연결 시 그 값이 1/2로 줄어듦을 고려하여, 더 높은 값을 갖는 커패시터를 고려하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 본 실시 예는 소프트 터미네이션 형태가 아닌 MLCC(즉, 일반 MLCC)를 사용하여 재료비를 낮출 수 있으면서, 동시에 필터에 사용된 커패시터의 고장 발생 시 쇼트(short)를 방지할 수 있도록 한다. 또한 상기와 같이 내압을 높일 수 있는 효과가 있는 제1 내지 제6 커패시터 어레이를 통하여, DC 링크를 사용하는 제어기 및 파워 모듈의 설계 시 외부로부터 유입되는 전원 서지(surge)나 내부 회로의 모터 등으로부터 발생하는 전원 서지(surge)에 순간적으로 견딜 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
L1, L2 : 인덕터
C1 ~ C12 : 커패시터
IN : 입력단
OUT : 출력단

Claims (4)

  1. 입력단(IN)과 출력단(OUT) 사이에 직렬로 연결되는 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2);
    상기 입력단(IN)과 상기 제1 인덕터(L1) 사이에 션트(shunt) 타입으로 연결되는 제1 커패시터 어레이(C1, C2) 및 제2 커패시터 어레이(C3, C4);
    상기 제1 인덕터(L1)와 상기 제2 인덕터(L2) 사이에 션트(shunt) 타입으로 연결되는 제3 커패시터 어레이(C5, C6) 및 제4 커패시터 어레이(C7, C8);
    상기 제2 인덕터(L2)와 상기 출력단(OUT) 사이에 션트(shunt) 타입으로 연결되는 제5 커패시터 어레이(C9, C10) 및 제6 커패시터 어레이(C11, C12);를 포함하는 것을 특징으로 하는 쇼트 방지를 위한 필터 회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 션트 타입으로 연결되는 제1 커패시터 어레이(C1, C2)는,
    제1 커패시터(C1)와 제2 커패시터(C2)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 입력단(IN)과 상기 제1 인덕터(L1) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)되며,
    상기 션트 타입으로 연결되는 제2 커패시터 어레이(C3, C4)는,
    제3 커패시터(C3)와 제4 커패시터(C4)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 입력단(IN)과 상기 제1 인덕터(L1) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)되되,
    상기 제1 커패시터 어레이(C1, C2)와 상기 제2 커패시터 어레이(C3, C4)는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 쇼트 방지를 위한 필터 회로.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 션트 타입으로 연결되는 제3 커패시터 어레이(C5, C6)는,
    제5 커패시터(C5)와 제6 커패시터(C6)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 제1 인덕터(L1)와 상기 제2 인덕터(L2) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)되며,
    상기 션트 타입으로 연결되는 제4 커패시터 어레이(C7, C8)는,
    제7 커패시터(C7)와 제8 커패시터(C8)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 제1 인덕터(L1)와 상기 제2 인덕터(L2) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)되되,
    상기 제3 커패시터 어레이(C5, C6)와 상기 제4 커패시터 어레이(C7, C8)는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 쇼트 방지를 위한 필터 회로.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 션트 타입으로 연결되는 제5 커패시터 어레이(C9, C10)는,
    제9 커패시터(C9)와 제10 커패시터(C10)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 제2 인덕터(L2)와 상기 출력단(OUT) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)되며,
    상기 션트 타입으로 연결되는 제6 커패시터 어레이(C11, C12)는,
    제11 커패시터(C11)와 제12 커패시터(C12)가 직렬 연결되어 일 단은 상기 제2 인덕터(L2)와 상기 출력단(OUT) 사이에 연결되고 타 단은 접지(GND)되되,
    상기 제5 커패시터 어레이(C9, C10)와 상기 제6 커패시터 어레이(C11, C12)는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 쇼트 방지를 위한 필터 회로.
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