KR102518752B1 - 차량의 ips 전류 검출 회로 및 그 설계 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 IPS 전류 검출 회로에 관한 것으로, 차량의 IPS(Intelligent Power Switch) 전류 검출 회로에 있어서, 부하 전류가 인가되는 PCB 패턴(PCB1)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 제1 션트 저항(SR1)을 대체하기 위하여, 상기 제1 션트 저항(SR1) 대신, 제2 션트 저항(SR2);과 이 제2 션트 저항(SR2)에 병렬로 연결되는 PCB 패턴(PCB2) 저항;을 포함하여 형성된다.

Description

차량의 IPS 전류 검출 회로 및 그 설계 장치{CIRCUIT FOR DETECTING IPS CURRENT IN VEHICLE AND DESIGN APPARATUS THEREOF}
본 발명은 차량의 IPS 전류 검출 회로 및 그 설계 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 IPS(Intelligent Power Switch) 장치의 PCB(Printed Circuit Board) 패턴 저항을 이용해 션트 저항의 크기와 용량을 감소시킬 수 있도록 하는, 차량의 IPS 전류 검출 회로 및 그 설계 장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에서는 램프류나 바디전장부품, 멀티미디어기기, 모터구동장치와 같이 차량에서 전기를 소모하는 각종 전기장치에 배터리 전원을 공급하기 위한 정션박스가 사용되고 있다.
통상의 정션박스는 외부 회로에 과전류나 과부하가 전달되는 것을 방지하기 위한 다수의 퓨즈나 전원 공급을 개폐하는 릴레이들이 설치되어 배터리 전원의 공급 및 분배, 와이어 보호 등의 기능을 수행하고, 내부에 탑재되는 각종 소자(퓨즈, 릴레이 등)들에 대한 수납 및 보호, 신속한 방열을 통한 작동 효율 유지 등의 기능을 한다.
최근에는 릴레이와 퓨즈를 대체하는 반도체 스위치를 이용하여 배터리 전류를 전기부하에 공급하고 부하 제어 및 과전류 차단, 부하 전류 감지 등을 수행하는 스마트 정션박스(Smart Junction Box, SJB), ICU(Integrated Central Unit) 등이 도입되고 있다.
상기 ICU는 반도체 스위치 소자의 일종인 지능형 파워 스위치(Intelligent Power Switch, 이하 'IPS'라 칭함)와, 상기 IPS를 제어하기 위한 마이크로 컨트롤 유닛(Micro Control Unit, MCU)을 포함하고, 상기 MCU의 제어신호에 따라 동작하는 IPS에 의해 전기부하에 인가되는 전원이 제어된다.
IPS 장치는 전기적 스트레스에 굉장히 취약하여, 쇼트(Short) 발생 시 내부적으로 전기적 스트레스에 의한 진행성 불량이 발생할 수 있다.
이에 모든 IPS 장치는 AEC-Q100-012 Short Circuit Reliability 항목에 대한 시험을 진행하고 있으며 그 시험 결과를 개발사에 제공하고 있다. 즉, Short 또는 과전류 노출 시 보증할 수 있는 횟수에 대한 평가결과를 개발사에 제공하고 있다.
이에 따라 IPS 장치에는 정확한 IPS 전류를 검출하기 위한 전류 검출 회로를 포함한다. 그런데 최근 자율주행을 위한 기능이 증가하면서 전류를 소모하는 장치들이 추가됨에 따라 전류를 많이 소모하는 대용량 부하도 증가되고 있다.
이에 따라 IPS 전류를 검출하기 위한 션트 저항의 용량도 커짐에 따라 션트 저항의 크기도 커지게 되어 PCB 면적도 커지게 됨으로써 IPS 장치의 설계에 어려움이 있고 가격도 상승하게 되는 문제점이 있다. 따라서 션트 저항의 용량을 증가시키지 않고도 전류를 검출할 수 있는 회로가 필요한 상황이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2019-0048027호(2019.05.09. 공개, 차량의 IPS 전류 검출 장치 및 그 방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, IPS(Intelligent Power Switch) 장치의 PCB(Printed Circuit Board) 패턴 저항을 이용해 션트 저항의 크기와 용량을 감소시킬 수 있도록 하는, 차량의 IPS 전류 검출 회로 및 그 설계 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 IPS 전류 검출 회로는, 차량의 IPS(Intelligent Power Switch) 전류 검출 회로에 있어서, 부하 전류가 인가되는 PCB 패턴(PCB1)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 제1 션트 저항(SR1)을 대체하기 위하여, 상기 제1 션트 저항(SR1) 대신, 제2 션트 저항(SR2);과 이 제2 션트 저항(SR2)에 병렬로 연결되는 PCB 패턴(PCB2) 저항;을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 션트 저항(SR2)과 이에 병렬로 연결되는 PCB 패턴(PCB2) 저항의 합성 저항은, 상기 제1 션트 저항(SR1)과 같은 저항값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 션트 저항(SR2)은, 상기 PCB 패턴(PCB2) 저항보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 차량의 IPS 전류 검출 회로의 설계 장치는, 상기 PCB 패턴(PCB2) 저항에 대응하는 PCB 패턴 정보를 산출하기 위한 차량의 IPS 전류 검출 회로의 설계 장치에 있어서, 상기 제1 션트 저항(SR1)의 저항값, 또는 이와 동일한 제2 션트 저항(SR2)과 PCB 패턴(PCB2) 저항의 합성 저항값을 입력받는 저항값 입력부; 전류와 전압 및 그 동안 누적된 PCB 패턴 생산 데이터베이스 자료를 바탕으로, 상기 PCB 패턴(PCB2) 저항을 얻기 위한 PCB 패턴 정보를 산출하는 제어부; 및 상기 PCB 패턴 정보를 PCB 생산 장치에 연결하는 PCB 패턴 정보 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 PCB 패턴(PCB2) 저항을 얻기 위한 PCB 패턴 정보는, 패턴 재질, 패턴 폭, 패턴 두께, 및 패턴 길이 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 저항값 입력부는, 상기 제2 션트 저항(SR2)과 이에 병렬로 연결되는 PCB 패턴(PCB2) 저항의 비율을 추가로 입력받을 수 있도록 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 저항값 입력부를 통해 상기 합성 저항값 중 상기 제2 션트 저항(SR2)의 저항값만 입력받을 경우, 상기 합성 저항값을 바탕으로, 상기 PCB 패턴(PCB2) 저항을 자동으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 IPS(Intelligent Power Switch) 장치의 PCB(Printed Circuit Board) 패턴 저항을 이용해 션트 저항의 크기와 용량을 감소시킬 수 있도록 한다.
도 1은 종래의 차량의 IPS 전류 검출 회로를 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 IPS 전류 검출 회로를 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 IPS 전류 검출 회로의 설계 장치를 보인 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 차량의 IPS 전류 검출 회로 및 그 설계 장치의 일 실시예를 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 종래의 차량의 IPS 전류 검출 회로를 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래에는 대용량 부하에 전류가 인가되는 PCB 패턴(PCB1)의 사이에 션트 저항(SR1)을 직렬로 연결하고, 상기 션트 저항(SR1)에서 발생하는 전압을 측정하여 마이크로 컨트롤 유닛(Micro Control Unit, MCU)(10)에서 상기 측정(센싱)한 전압 값을 이용하여 실제 전류 값을 계산한다.
이 때 상기 션트 저항(SR1)을 통해 센싱된 전압 값은 증폭기(AMP1)를 통해 증폭되어 상기 마이크로 컨트롤 유닛(MCU, 10)에 입력될 수 있다.
여기서 상기 션트 저항(Shunt Resistor, SR1)은, 분로 저항의 일종으로 전류 측정에 주로 사용되는 저항으로서, 기본적으로 저항값이 매우 낮은 저항을 의미한다. 그런데 상기 션트 저항(SR1)의 경우, 이미 상술한 바와 같이, 부하 용량에 따라 크기와 용량이 결정되는데, 부하 용량이 크면 클수록 션트 저항의 크기와 용량도 커지게 된다.
예컨대 100A 전류가 흐를 경우 션트 저항 허용 용량을 계산하면, 가령 션트 저항이 1mΩ 이라고 가정할 때, P(전력)=I2R=100*100*0.001=10W 용량의 션트 저항이 필요하게 되며, 션트 저항의 허용 용량이 커짐에 따라 션트 저항의 크기도 커지게 되는 것이다.
이와 같이 대용량 부하가 증가함에 따라 전류 센싱을 위한 션트 저항의 허용 용량도 커지게 되고, 션트 저항의 허용 용량이 커짐에 따라 션트 저항 소자의 크기도 커지게 되며, 션트 저항의 크기가 커짐에 따라 PCB 면적도 커지게 되어 IPS 장치의 설계에 어려움이 발생할 뿐만 아니라, IPS 장치의 가격도 상승하게 되는 문제점이 있다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 션트 저항(SR2)과 병렬로 연결되는 PCB 패턴(PCB2) 저항(즉, 션트 저항(SR2)에 병렬로 연결하기 위하여 설정된 저항값을 갖는 PCB 패턴)을 생성하여, 큰 전류는 PCB 패턴(PCB2)으로 흐르게 하고, 작은 전류는 션트 저항(SR2)으로 흐르게 한다. 여기서 상기 션트 저항(SR2)과 병렬로 연결되는 PCB 패턴(PCB2) 저항의 합성 저항은 종래의 션트 저항(SR1)과 같다.
이에 따라 기존에 설계된 IPS 장치의 회로 및 소프트웨어는 그대로 유지한 상태에서 저항값이 기존의 션트 저항(SR1)과 같도록 설계된 합성 저항(즉, 션트 저항(SR2)과 병렬로 연결되는 PCB 패턴(PCB2) 저항)으로 대체할 수 있도록 함으로써, 션트 저항의 용량만 기존의 션트 저항(SR1) 대비 더 작게 조정할 수 있게 된다. 즉, 본 실시예에 따른 션트 저항(SR2)이 기존의 션트 저항(SR1) 대비 용량이 작아짐으로써, IPS 장치의 부피와 무게 및 가격을 절감할 수 있도록 하는 효과가 발생한다.
예컨대 본 실시예에서 100A 전류가 흐를 경우, PCB 패턴으로 설계한 저항은 0.1mΩ, 션트 저항은 0.9mΩ의 저항으로 설계할 수 있으며, 이에 따라 PCB 패턴으로 흐르는 전류는 90A, 션트 저항으로 흐르는 전류는 10A가 된다. 이로부터 션트 저항(SR2)의 허용 용량은 P=I2R=10x10x0.0009=0.09W≒0.1W 용량의 저항을 사용할 수 있게 되는 것이다. 이 때 10A로 흐른 전류를 MCU(10)에서 x10의 프로그래밍을 통해 100A로 센싱할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 IPS 전류 검출 회로의 설계 장치를 보인 예시도로서, 저항값 입력부(110), 제어부(120), 및 PCB 패턴 정보 출력부(130)를 포함한다.
상기 저항값 입력부(110)는 본래 설계되어야 할 션트 저항(SR1)의 저항값, 또는 이와 동일한 합성 저항값(즉, 션트 저항(SR2)과 병렬로 연결되는 PCB 패턴(PCB2) 저항의 합성 저항값)을 입력받는다.
또한 상기 저항값 입력부(110)를 통해서 합성 저항의 비율(즉, 션트 저항(SR2)과 병렬로 연결되는 PCB 패턴(PCB2) 저항의 비율)(예 : 9:1)을 추가로 입력받을 수 있다. 또한 상기 저항값 입력부(110)를 통해 상기 합성 저항값 및 본 실시예에 따른 션트 저항(SR2)의 저항값을 입력받을 수 있다. 이 때 본 실시예에 따른 션트 저항(SR2)의 저항값이 입력되면 PCB 패턴(PCB2) 저항은 상기 합성 저항값(즉, 기존 션트 저항(SR1)의 저항값)에 따라 자동으로 결정된다.
상기 제어부(120)는 상기 본래 설계되어야 할 션트 저항(SR1)의 저항값, 또는 이와 동일한 합성 저항값(즉, 션트 저항(SR2)과 병렬로 연결되는 PCB 패턴(PCB2) 저항의 합성 저항값) 중, 합성 저항의 비율(즉, 션트 저항(SR2)과 병렬로 연결되는 PCB 패턴(PCB2) 저항의 비율)이나 본 실시예에 따른 션트 저항(SR2)의 저항값에 기초하여 PCB 패턴(PCB2) 저항을 계산(산출)한다.
예컨대 상기 제어부(120)는 전류와 전압 및 그 동안 누적된 PCB 패턴 생산 데이터베이스 자료(미도시)를 바탕으로, 상기 PCB 패턴(PCB2) 저항을 얻기 위한 PCB 패턴 정보(예 : 패턴 재질, 패턴 폭, 패턴 두께, 패턴 길이 등)를 계산(산출)한다.
상기와 같이 PCB 패턴(PCB2) 저항에 대응하는 PCB 패턴 정보(예 : 패턴 재질, 패턴 폭, 패턴 두께, 패턴 길이 등)가 산출되면, 상기 제어부(120)는 상기 PCB 패턴 정보 출력부(130)를 통해 상기 PCB 패턴 정보를 출력한다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 PCB 패턴 정보 출력부(130)는 PCB 생산 장치(미도시)에 연결될 수 있다.
상기와 같이 본 실시예는 IPS(Intelligent Power Switch) 장치의 PCB(Printed Circuit Board) 패턴 저항을 이용해 션트 저항의 크기와 용량을 감소시킬 수 있도록 하는 효과가 있다. 이에 따라 IPS 장치의 가격이 절감될 수 있는 효과도 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 프로그래밍가능한 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.
SR1, SR2 : 션트 저항
PCB1, PCB2 : PCB 패턴
110 : 저항값 입력부
120 : 제어부
130 : PCB 패턴 정보 출력부

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 부하 전류가 인가되는 PCB 패턴(PCB1)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 제1 션트 저항(SR1)을 대체하기 위하여, 상기 제1 션트 저항(SR1) 대신, 제2 션트 저항(SR2);과 상기 제2 션트 저항(SR2)에 병렬로 연결되는 PCB 패턴(PCB2) 저항;을 포함하여 형성되는 차량의 IPS(Intelligent Power Switch) 전류 검출 회로의 상기 PCB 패턴(PCB2) 저항에 대응하는 PCB 패턴 정보를 산출하기 위한 차량의 IPS 전류 검출 회로의 설계 장치에 있어서,
    상기 제1 션트 저항(SR1)의 저항값, 또는 이와 동일한 제2 션트 저항(SR2)과 PCB 패턴(PCB2) 저항의 합성 저항값을 입력받는 저항값 입력부;
    전류와 전압 및 그 동안 누적된 PCB 패턴 생산 데이터베이스 자료를 바탕으로, 상기 PCB 패턴(PCB2) 저항을 얻기 위한 PCB 패턴 정보를 산출하는 제어부; 및
    상기 PCB 패턴 정보를 PCB 생산 장치에 연결하는 PCB 패턴 정보 출력부;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 저항값 입력부를 통해 상기 합성 저항값 및 상기 제2 션트 저항(SR2)의 저항값을 입력받을 경우,
    상기 합성 저항값을 바탕으로, 상기 PCB 패턴(PCB2) 저항을 자동으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 회로의 설계 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 PCB 패턴(PCB2) 저항을 얻기 위한 PCB 패턴 정보는,
    패턴 재질, 패턴 폭, 패턴 두께, 및 패턴 길이 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 회로의 설계 장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 저항값 입력부는,
    상기 제2 션트 저항(SR2)과 이에 병렬로 연결되는 PCB 패턴(PCB2) 저항의 비율을 추가로 입력받을 수 있도록 구현된 것을 특징으로 하는 차량의 IPS 전류 검출 회로의 설계 장치.
  7. 삭제
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