KR102587391B1 - 소비 장치의 안전한 제어 - Google Patents

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젯트에프 프리드리히스하펜 아게
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Abstract

본 발명은 소비 장치(105)를 제어하기 위한 제어 장치(100)에 관한 것으로서, 제어 장치(100)는 다음 요소들, 즉 소비 장치(105)의 제1 연결부(105.1)와 작동 전압(145)의 제1 전위(135) 사이의 제1 전류 제어 밸브(115); 소비 장치(105)의 제2 연결부(105.2)와 작동 전압(145)의 제2 전위(140) 사이의 제2 전류 제어 밸브(120); 소비 장치(105)를 통한 전류를 제어하기 위해 제1 전류 제어 밸브(115)가 폐쇄될 때 제2 전류 제어 밸브(120)를 작동시키도록 설계되는 처리 장치(110); 제1 전류 제어 밸브(115)를 가로지른 전압 강하를 결정하기 위한 스캐닝 장치(125)를 포함하고, 처리 장치(110)는 제1 전류 제어 밸브(115)가 점진적으로 개방될 때 전압 강하가 증가하지 않는 경우 제1 연결부(105.1)와 제1 전위(135) 사이의 단락을 결정하도록 설계된다.

Description

소비 장치의 안전한 제어
본 발명은 소비 장치의 안전한 제어에 관한 것으로서, 특히, 본 발명은 진단 기능을 갖는 소비 장치 제어에 관한 것이다.
자동차는 전기 제어 장치를 통해 액추에이터에 의해 제어될 수 있는 변속기를 포함한다. 액추에이터는 예를 들어 직접 또는 유압 요소에 의해 변속기에 작용하는 전기 기계식 밸브를 포함할 수 있다. 자동차의 안전을 유지하기 위해, 액추에이터의 구동은 부품에 에러가 존재하는 경우에도 적어도 안전한 작동 상태를 달성하는 것이 보장되도록 수행되어야 한다.
액추에이터와 같은 소비 장치의 전기적 구동을 위한 제어 장치는 일반적으로 소비 장치와 작동 전압 사이의 상이한 공급 라인에 연결되는 2개의 전류 제어 밸브를 포함한다. 전류 제어 밸브 중 하나는 일반적으로 완전히 폐쇄된 상태로 유지되고, 다른 하나는 소비 장치를 통과하는 전류의 흐름을 제어하도록 사용된다. 이를 위해, 제2 전류 제어 밸브는 펄스 폭 변조 신호(PWM)에 의해 주기적으로 개방 및 폐쇄될 수 있다. 예를 들어, 제2 전류 제어 밸브가 결함이 있거나 또는 제2 전류 제어 밸브를 가로지른 단락이 존재하기 때문에, 소비 장치가 제2 전류 제어 밸브에 의해 차단될 수 없다면, 제1 전류 제어 밸브가 소비 장치를 차단하도록 또한 개방될 수 있다.
제1 전류 제어 밸브를 가로지른 단락을 결정하기 위해, 제1 전류 제어 밸브가 개방될 때, 제2 전류 제어 밸브가 폐쇄되는 동안, 소비 장치를 통해 흐르는 전류가 모니터링될 수 있다. 이 때 전류가 여전히 흐르면, 제1 전류 제어 밸브의 개방은 비효율적이며, 제1 전류 제어 밸브를 가로지른 단락이 존재한다. 그러나 단락이 존재하지 않는다면, 두 전류 제어 밸브의 개방에 의해 소비 장치의 차단이 이루어진다. 소비 장치에 의해 영향을 받는 제어 작업의 계속되는 작동 중에, 이는 종종 바람직하지 못하므로, 제1 전류 제어 밸브를 가로지른 단락의 결정은 특정 작동 상태에서만, 예를 들어 제어 장치의 기동 시에 결정될 수 있다.
일본 공개특허공보 특개2013-211711호(2013. 10. 10.)
본 발명의 목적은 제1 전류 제어 밸브를 가로지른 단락을 개선된 방식으로 진단할 수 있는 개선된 기술을 제공하는 것이다. 본 발명은 독립항의 특징을 갖는 장치 및 방법을 이용하여 상기 목적을 달성한다. 종속항은 바람직한 실시예를 나타낸다.
소비 장치를 제어하기 위한 제어 장치는 소비 장치의 제1 연결부와 작동 전압의 제1 전위 사이의 제1 전류 제어 밸브와, 소비 장치의 제2 연결부와 작동 전압의 제2 전위 사이의 제2 전류 제어 밸브와, 소비 장치를 통한 전류를 제어하기 위해 제1 전류 제어 밸브가 폐쇄될 때 제2 전류 제어 밸브를 작동시키도록 설계되는 처리 장치와, 제1 전류 제어 밸브를 가로지른 전압 강하를 결정하기 위한 스캐닝 장치를 포함한다. 여기서 처리 장치는 제1 전류 제어 밸브가 점진적으로 개방될 때, 전압 강하가 증가하지 않는 경우, 제1 연결부와 제1 전위 사이의 단락을 결정하도록 설계된다.
이 제어 장치에서, 정확하게 기능할 때 제1 전류 제어 밸브를 가로지른 전압 강하가 충분히 증가하도록 제1 전류 제어 밸브를 개방하는 것이 가능하다. 소비 장치는 이러한 경우 스위치 온 상태를 유지하고, 여기에 인가된 전압은 제1 전류 제어 밸브를 가로질러 강하하는 양만큼만, 예를 들어 약 1V까지 감소된다. 소비 장치를 통한 전류 흐름은 제2 전류 제어 밸브에 의해 제어될 수 있는데, 예를 들어 미리 결정된 펄스폭 반복비로 제2 전류 제어 밸브를 주기적으로 개방 및 폐쇄함으로써 제어될 수 있다. 제1 전류 제어 밸브를 가로지른 단락은 소비 장치의 영역, 공급 라인의 영역, 전류 제어 밸브의 영역 또는 예를 들어 합금화되어 있다면 전류 제어 밸브 자체에도 존재할 수 있다.
바람직하게는, 소비 장치가 작동기로서 작용하는 제어의 계속되는 작동 중에도 제1 연결부와 제1 전위 사이의 단락, 즉 제1 전류 제어 밸브를 가로지른 단락이 결정될 수 있다. 제1 전류 제어 밸브를 가로지른 단락이 단독으로 소비 장치의 임계 상태를 유발할 수는 없지만, 제2 에러와 조합하여 임계 상태가 발생할 수 있다. 제1 전류 제어 밸브에 의한 소비 장치의 비상 차단은 더 이상 가능하지 않으므로, 잠복 에러 또는 휴면 에러가 발생한다.
바람직하게는, 처리 장치는 전압 강하가 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우, 제1 연결부와 제2 전위 사이의 단락을 결정하도록 설계된다. 제1 전류 제어 밸브를 가로지른 전압 강하를 결정하기 위한 스캐닝 장치는 제2 전위에 대한 단락을 결정하도록 이미 제공될 수 있다. 전압 강하가 구성에 따라 예를 들어, 0.1 내지 1.0 V의 범위일 수 있는 미리 결정된 값을 초과하면, 이는 흐르는 전류가 너무 높다는 것을 나타내며, 소비 장치의 제1 연결부와 작동 전압의 제2 전위 사이의 단락이 존재하는 것으로 상정할 수 있다. 일 실시예에서, 스캐닝 장치는 전압 강하가 미리 결정된 임계값을 초과할 때 신호를 출력하도록 비교기를 포함할 수 있다. 이러한 회로는 또한 제1 전류 제어 밸브가 점진적으로 폐쇄될 때 제1 전류 제어 밸브를 가로지른 충분한 전압 강하를 결정하도록 사용될 수도 있다.
2개의 전류 제어 밸브와 작동 전압의 극성 사이의 할당은 임의적으로 선택될 수 있다. 제1 변형예에서, 제1 전위는 높은 전위를 포함하고, 제2 전위는 낮은 전위를 포함하며, 작동 전압에 대한 소비 장치의 단락이 결정될 수 있다. 제1 전류 제어 밸브는 이러한 경우 일반적으로 하이-사이드 스위치라고 하고 제2 전류 제어 밸브는 로우-사이드 스위치라고 한다. 제2 변형예에서, 제1 전위는 낮은 전위를 포함하고 제2 전위는 높은 전위를 포함하며, 접지에 대한 소비 장치의 단락이 결정될 수 있다. 이러한 경우, 제1 전류 제어 밸브를 로우-사이드 스위치라 하고, 제2 전류 제어 밸브를 하이-사이드 스위치라고 한다. 즉, 비상 차단을 담당하는 제1 전류 제어 밸브와, 소비 장치를 통과하는 전류의 제어를 담당하는 제2 전류 제어 밸브 사이의 할당과, 하이-사이드 스위치 및 로우-사이드 스위치로서의 할당은 자유롭게 선택될 수 있다. 제2 전류 제어 밸브는 이와 독립적으로 마찬가지로 하이-사이드 스위치 및 로우-사이드 스위치로서 구현될 수 있으며, 여기서 바람직하게는 전류 제어 밸브는 소비 장치의 상이한 연결부들과 연결되고 둘 모두가 하이-사이드 스위치로서 또는 둘 모두가 로우-사이드 스위치로서 제공되는 것은 아니다.
제1 전류 제어 밸브가 N-채널 전계 효과 트랜지스터를 포함하고 점진적인 폐쇄가 게이트-소스-전압의 감소를 포함하는 것이 특히 바람직하다. N-채널 전계 효과 트랜지스터에서 게이트-소스-전압이 충분히 높으면, 소스와 드레인 사이의 경로는 저-저항이 되므로, 제1 전류 제어 밸브는 폐쇄된다. 게이트-소스-전압이 감소되면, 전계 효과 트랜지스터는 소스와 드레인 사이의 저항이 증가하는 작동 포인트에 접근한다. 게이트-소스-전압에 영향을 줌으로써, 제1 전류 제어 밸브를 완전히 개방하지는 않고, 제1 전류 제어 밸브의 기능이 검사될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 전류 제어 밸브는 또한 P-채널 전계 효과 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 점진적인 개방은 게이트-소스-전압의 상승을 포함한다. 대응하는 방식으로, 다른 기술의 트랜지스터, 예를 들어, 바이폴라 트랜지스터가 사용될 수도 있다.
소비 장치를 제어하기 위한 통합된 전류 제어 밸브는 소비 장치의 연결부와 작동 전압의 전위 사이의 전류를 제어하기 위한 반도체 스위치; 반도체 스위치를 가로지른 전압 강하를 미리 결정된 값과 비교하기 위한 비교기; 반도체 스위치를 위한 구동 장치를 포함한다. 여기서 구동 장치는 도전성 반도체 스위치의 제어 전압을 비-도전성 상태의 방향으로 점진적으로 변화시키고, 이러한 경우에 비교기가 충분한 전압을 결정하지 않는 경우, 경고 신호를 제공하도록 설계된다. 특히, 통합된 전류 제어 밸브는 상술한 제어 장치의 부품을 서로 통합할 수 있고, 제2 전류 제어 밸브와 관련하여 여분의 비상 차단을 구현하도록 소비 장치를 제어하는 데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 통합된 전류 제어 밸브는 집적 회로(IC)로서 구현된다. 통합된 전류 제어 밸브에 의해 안전에 필수적인 회로가 단순화된 방식으로 또는 개선된 방식으로 구성될 수 있다. 제2 전류 제어 밸브는 유사한 방식으로 구동 회로와 통합되어 구성될 수 있으며, 여기서 비교기 및 제어 전압의 점진적인 변화는 구현될 필요가 없다.
2개의 연결부를 갖는 소비 장치를 제어하기 위한 방법은, 제1 연결부는 제1 전류 제어 밸브에 의해 작동 전압의 제1 전위와 연결되고 제2 연결부는 제2 전류 제어 밸브에 의해 작동 전압의 제2 전위와 연결되며, 상기 방법은 제2 전류 제어 밸브가 작동될 때 제1 전류 제어 밸브를 점진적으로 개방하는 단계 및 제1 전류 제어 밸브를 가로지른 전압 강하가 증가하지 않는 경우, 제1 연결부와 제1 전위 사이의 단락을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 특히 상술한 제어 장치에 의해 수행될 수 있다.
제2 전류 제어 밸브의 작동은 주기적인 개방 및 폐쇄를 통해 수행되는 것이 일반적으로 바람직하다. 개방 시간 및 폐쇄 시간은 특히 펄스폭 반복비가 소비 장치를 통해 흐르는 전류에 따라 선택되는 펄스 폭 변조된 신호를 통해 제어될 수 있다.
본 발명은 이제 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 소비 장치를 제어하기 위한 제어 장치의 회로도를 도시한다.
도 2는 도 1의 제어 장치 상의 단락을 결정하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3은 소비 장치를 제어하기 위한 통합된 전류 제어 밸브를 도시한다.
도 4는 도 2의 방법을 수행할 때 도 1의 제어 장치의 시간적 흐름도를 도시한다.
도 1은 제1 연결부(105.1) 및 제2 연결부(105.2)를 갖는 소비 장치(105)를 제어하기 위한 제어 장치(100)의 회로도를 도시한다. 소비 장치(105)는 바람직하게는 유도성 구성 요소(L) 및 저항성 구성 요소(R)를 갖는 부하, 특히 코일을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 소비 장치(105)는 특히 예를 들어 자동차의 구동 트레인에서 변속기를 제어하도록 설계되는, 전기적으로 작동되는 유압 밸브를 포함할 수 있다.
제어 장치(100)는 처리 장치(110), 제1 전류 제어 밸브(115), 제2 전류 제어 밸브(120) 및 스캐닝 장치(125)를 포함한다. 일 변형예에서, 제1 전류 제어 밸브(115) 및 복수의 소비 장치(105)가 제공되며, 상기 복수의 소비 장치의 제2 연결부는 각각 할당되어 있는 제2 전류 제어 밸브(120)에 의해 구동될 수 있다. 예를 들어, 최대 10개 또는 이보다 많은 소비 장치(105)가 제1 전류 제어 밸브(115)에 의해서만 보호될 수 있다. 이하에서는, 보다 용이한 이해를 위해 단지 하나의 소비 장치(105) 및 하나의 제2 전류 제어 밸브(120)만이 상정된다.
작동 전압(145)은 제1 전위(135) 및 제2 전위(140)를 포함한다. 이 경우, 제1 전위(135)는 높은 전위이고 제2 전위(140)는 낮은 전위인 것으로 상정한다. 제1 전류 제어 밸브(115)는 소비 장치(105)의 제1 연결부(105.1)와 제1 전위(135) 사이에 연결되고, 제2 전류 제어 밸브(120)는 소비 장치(105)의 제2 연결부(105.2)와 제2 전위(140) 사이에 연결된다. 선택적으로, 제1 전위(135)와 제1 전류 제어 밸브(115) 사이에 극성 반전 방지 장치(150)가 제공될 수 있다. 대안으로, 극성 반전 방지 장치(150)는 또한 제2 전류 제어 밸브(120)와 제2 전위(140) 사이에 배치될 수도 있다.
제1 전류 제어 밸브(115)는 처리 장치(110)에 의해 직접 제어될 수 있다. 제2 전류 제어 밸브(120)는 동일한 방식으로, 또는 특히 처리 장치(110)에 의해 제어될 수 있는 펄스 폭 변조 장치(155)에 의해 제어될 수 있다. 펄스 폭 변조 장치(155)의 적절한 펄스폭 반복비를 선택함으로써, 제2 전류 제어 밸브(120)는 제1 전류 제어 밸브(115)가 폐쇄될 때 미리 결정된 전류가 소비 장치(105)를 통해 흐르는 방식으로 스위치 온 및 스위치 오프될 수 있다.
선택적으로, 소비 장치(105)를 통한 전류의 흐름에 위치하는 직렬 저항(션트)(160)이 제공된다. 여기서 직렬 저항(160)의 위치는 자유롭게 선택될 수 있다. 본 실시예에서 직렬 저항(160)은 소비 장치(105)의 제2 연결부(105.2)와 제2 전류 제어 밸브(120) 사이에 위치한다. 과전압으로부터 보호하기 위해, 제1 전위(135)로부터 제2 전위(140)로의 전류 방향과 반대로 소비 장치(105)에 병렬로 연결되는 다이오드(165)가 프리 휠로서 또한 제공될 수 있다. 소비 장치(105)를 통해 흐르는 전류를 결정하기 위해, 직렬 저항(160)을 가로지른 전압 강하가 스캐닝될 수 있다. 펄스 폭 변조 장치(155)는 이 전류에 따라 제어될 수 있다.
소비 장치(105)의 작동 시, 제1 전류 제어 밸브(115)는 폐쇄되고 제2 전류 제어 밸브(120)는 소비 장치(105)를 통해 흐르는 전류가 미리 결정된 값에 대응하도록 작동된다. 이를 위해, 제2 전류 제어 밸브(120)는 특히 미리 결정된 펄스폭 반복비(PWM)로 개방 및 폐쇄될 수 있으므로, 미리 결정된 전압이 소비 장치(105)에 설정된다. 이러한 제어는 소비 장치(105)가 유도성 부하 또는 용량성 부하를 포함하는 경우에 특히 양호하게 적합하다.
소비 장치(105)가 제2 전류 제어 밸브(120)에 의해 차단될 수 없다면, 제1 전류 제어 밸브(115)가 개방된다. 추가적인 안전 기능이 제어 장치(100) 상에 설치될 수 있다. 특히, 스캐닝 장치(125)에 의해 스캐닝된, 제1 전류 제어 밸브(115)를 가로지른 전압 강하가 미리 결정된 임계값을 초과하는지 여부가 결정될 수 있다. 이는 소비 장치(105)의 제1 연결부(105.1) 또는 제2 연결부(105.2)가 작동 전압(145)의 제2 전위(140)로 단락됨으로써 트리거링될 수 있다.
추가적인 안전 수단으로서, 제2 전류 제어 밸브(120)가 작동될 때, 제1 전류 제어 밸브(115)는, 제1 전류 제어 밸브(115)를 가로지른 전압 강하가 미리 결정된 임계값 - 일 실시예에서 상기 언급된 임계값 - 에 도달할 때까지 점진적으로 개방됨으로써, 제1 전류 제어 밸브(115)의 기능을 검사하는 것이 제안된다. 점진적인 개방은 바람직하게는 점차적으로, 선택적으로는 연속적으로(아날로그식으로) 또는 이산적인 단계로(디지털식으로) 수행된다. 다른 실시예에서, 또한 제1 전류 제어 밸브(115)는, 예를 들어 이를 위해 필요한 제어 전압을 알고 있다면, 직접 부분적으로 개방될 수 있다. 이러한 경우, 전압 강하에 의해 임계값에 도달하지 않는다면, 제1 전류 제어 밸브(115)의 개방은 소비 장치(105)를 통해 흐르는 전류에 영향을 미치지 않으며, 소비 장치(105)의 제1 연결부(105.1)와 작동 전압(145)의 제1 전위(135) 사이의 단락이 결정될 수 있다. 이러한 접근법은 제1 전류 제어 밸브(115)가 하이-사이드 스위치 또는 로우-사이드 스위치를 형성하는지 여부에 관계없이 사용될 수 있다. 두 경우 모두, 제2 전류 제어 밸브(120)는 하이-사이드 스위치 또는 로우-사이드 스위치를 형성할 수 있다. 제1 전류 제어 밸브(115)를 가로지른 단락의 결정은 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 2는 도 1의 제어 장치(100)에서 단락을 결정하기 위한 방법(200)의 흐름도를 도시한다. 방법(200)은 특히 처리 장치(110) 상에서 수행되도록 설계된다. 다양한 실시예에서, 방법(200)은 예를 들어, 소비 장치(105)를 통해 흐르는 전류가 미리 결정된 최소값을 초과할 때마다 주기적으로, 즉 시간 제어 방식으로 또는 이벤트 제어 방식으로 시작될 수 있다.
방법(200)은 단계(205)에서 시작한다. 단계(210)에서, 제2 전류 제어 밸브(120)가 작동되어, 전류가 소비 장치(105)를 통해 흐른다. 단계(210)는 또한 방법(200)에 대한 경계 조건으로서 존재할 수 있고, 본 방법(200)의 범주에서 수행될 필요는 없다.
단계(215)에서, 제1 전류 제어 밸브(115)는 폐쇄된다. 이 단계는 또한 방법(200)의 실행에 대한 전제 조건으로 간주될 수도 있다. 계속되는 단계(220)에서, 제1 전류 제어 밸브(115)는 점진적으로 더 개방된다. 제1 전류 제어 밸브(115)는 바람직하게는 제어 전압에 의해 도전성 상태 또는 비-도전성 상태로 될 수 있는 트랜지스터를 포함한다. 이러한 경우 제1 전류 제어 밸브(115)의 점진적인 폐쇄는 도전성 상태에 대응하는 제1 값으로부터, 차단 상태에 대응하는 제2 값의 방향으로 제어 전압을 변화시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 전류 제어 밸브(115)가 부분적으로만 폐쇄되어 제1 전류 제어 밸브(115)를 가로질러 결정 가능한 전압이 강하하는 제어 전압을 알게 되고, 이 제어 전압은 제1 전류 제어 밸브(115)에서 직접 설정된다. 다른 실시예에서, 제어 전압은 비-도전성 상태의 방향으로 연속적으로 변화된다. 이 실시예는 도 2의 흐름도에 기초한다.
단계(225)에서, 제1 전류 제어 밸브(115)를 가로지른 전압 강하가 미리 결정된 임계값에 도달하는지 또는 초과하는지 여부가 검사된다. 스캐닝 장치(125)가 비교기를 포함하면, 이러한 경우에 인터럽트(interrupt)가 처리 장치(110)에서 트리거링될 수 있다. 임계값에 도달한다는 것은 제1 전류 제어 밸브(115)가 소비 장치(105)를 통해 흐르는 전류를 인터럽트하도록 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 단계(230)에서, 제1 전류 제어 밸브(115)는 소비 장치(105)를 통한 전류 흐름을 방해하지 않도록 가능한 한 신속하게 다시 완전히 폐쇄된다. 방법(200)은 단계(235)에서 종료한다.
그러나, 단계(225)에서 제1 전류 제어 밸브(115)를 가로지른 충분한 전압 강하가 결정되지 않는다면, 단계(240)에서 제1 전류 제어 밸브(115)가 이미 충분히 개방되었는지 여부가 검사된다. 이를 위해, 예를 들어 제1 전류 제어 밸브(115)의 제어 전압이 미리 결정된 값과 비교될 수 있다. 제1 전류 제어 밸브(115)가 아직 충분히 개방되지 않은 경우, 방법(200)은 바람직하게는 단계(220)로 복귀하여, 다시 진행될 수 있다. 그러나, 제1 전류 제어 밸브(115)가 신뢰성 있는 결론을 가능하게 하도록 이미 충분히 개방되어 있다면, 단계(245)에서 소비 장치(105)의 제1 연결부(105.1)와 작동 전압(145)의 제1 전위(135) 사이의 단락의 존재가 결정된다. 대응하는 메시지가 제공될 수 있다. 또한, 소비 장치(105)는 바람직하게는 제2 전류 제어 밸브(120)에 의해 차단되는 안전한 상태로 된다. 제2 전류 제어 밸브(120)를 제어하기 위한 대응하는 펄스 폭 변조된 신호는 예를 들어 0% 또는 100%의 펄스폭 반복비를 포함할 수 있어서, 제2 전류 제어 밸브(120)는 가능한 한 완전히 폐쇄된다.
도 3은 소비 장치(105)를 제어하기 위한 통합된 전류 제어 밸브(305)를 도시한다. 통합된 전류 제어 밸브(305)는 특히 도 1에 도시된 제어 장치(100)의 제1 전류 제어 밸브(115)로서 사용될 수 있다. 통합된 전류 제어 밸브(305)는 도 1의 도시에서 전류 제어 밸브(115, 120) 중 하나를 통해 형성되는 반도체 스위치(310), 비교기(315), 구동 장치(320) 및 시그널링(325)을 포함한다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 통합된 전류 제어 밸브(305)는 또한 도 1의 극성 반전 방지 장치(150)를 포함한다. 통합된 전류 제어 밸브(305)는 전용 집적 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 반도체 스위치(310)를 제외한 모든 요소는 시스템-베이스-칩으로 구현될 수 있는 처리 장치(110)에 포함된다.
반도체 스위치(310)는 바람직하게는 게이트(G), 드레인(D) 및 소스(S)로 언급되는 3개의 연결부를 갖는 MOSFET을 포함한다. IGBT와 같은 다른 유형의 스위치도 가능하다. 소스와 드레인 사이의 전류는 소스와 게이트 사이에 인가되는 제어 전압(Vgs)에 의해 제어될 수 있다. 구동 장치(320)는 제1 제어 입력(330)에서의 신호에 따라 S와 D 사이의 제어 전압(Vgs)을 대안으로 반도체 스위치(310)의 도전성 상태 또는 비-도전성 상태의 방향으로 변화시키도록 설계되어, 소비 장치(105)를 통한 전류가 가능하게 되거나 또는 방지된다.
비교기(315)는 반도체 스위치(310)를 통해 흐르는 전류 및 소스와 드레인 사이의 미리 결정된 전기 저항에 비례하는 반도체 스위치(310)를 가로지른 전압 강하(VSd)와 미리 결정된 값을 비교한다. 저항은 반도체 스위치(310)의 도전성 상태에 대해 알려져 있고, 상기 값은, 바람직하게는, 반도체 스위치(310)가 도전성 상태에 있을 때, 전압 강하가 상기 값을 초과하는 것은 반도체 스위치(310)를 통과하는 전류가 최대 허용 전류를 초과하는 것에 대응하는 방식으로, 미리 결정된다. 이러한 경우, 시그널링(325)에 의해, 대응하는 신호가 출력(335)을 통해 출력될 수 있다. 이와 병렬로, 제어 전압(Vgs)은 전류가 제한되거나 또는 차단되도록 변경될 수 있다.
제2 제어 입력(335)에서의 신호에 의해, 구동 장치(320)는 제어 전압(Vgs)을 비-도전성 상태의 방향으로 어느 정도 변경시키도록 구동될 수 있다. 이러한 변경은 바람직하게는 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이 점차적으로, 그리고 반도체 스위치(310)를 통해 흐르는 전류가 차단되지 않는 범위까지만 수행된다. 반도체 스위치(310)의 점진적인(부분적인) 개방을 통해 소스와 드레인 사이의 전기 저항이 증가하므로, 전류가 반도체 스위치(310)를 통해 흐르는 경우, 이 경로를 가로지른 전압 강하가 증가한다. 전압 강하의 증가는 비교기(315)에 의해 검출된다. 이러한 작동 모드에서, 전압 강하가 미리 결정된 값 이상으로 증가하지 않는 경우에만, 에러 신호가 시그널링(325)에 의해 생성된다. 이러한 작동은 반도체 스위치(310)를 가로지른 단락, 즉 소스와 드레인 사이의 단락을 표시한다. 에러가 있는 경우, 반도체 스위치(310)를 통해 흐르는 전류는 제한되거나 또는 차단될 수 있다.
이러한 작동은 도 4를 참조하여 다시 설명될 것이다. 통합된 전류 제어 밸브(305)의 각각의 언급된 구성 요소에 대해 수평 방향으로 시간이 표시되고 수직 방향으로 전압 또는 로직 신호가 표시된다. 지정된 전압 및 사용된 포지티브 로직( "1"은 활성에 대응되고, "0"은 비활성에 대응됨)은 예시적인 것이다.
시간(t0)에서, 제1 제어 입력(330)에서의 신호에 의해 반도체 스위치(310)의 접속이 이루어진다. 제어 전압(Vgs)은 높고, 반도체 스위치(310)를 가로지른 전압 강하(Vds)는 낮고, 비교기(315)는 미리 결정된 값을 초과하지 않았다는 것을 결정하고, 에러 신호는 존재하지 않는다.
시간(t1)과 시간(t2) 사이에서, 제어 전압(Vgs)은 전압 강하(Vds)가 미리 결정된 값을 초과하고 비교기(315)의 출력이 활성이 될 때까지 선형적으로 감소된다. 이러한 작동은, 제어 전압(Vgs)이 비-도전성 상태의 방향으로 더욱 변경됨으로써, 즉, 본 실시예에서는 더욱 감소됨으로써, 반도체 스위치(310)가 반도체 스위치를 통해 - 그리고 소비 장치(105)를 통해 - 흐르는 전류를 차단시키도록 사용될 수 있다는 것을 나타낸다. 비교기(315)의 신호에 의해, 제어 전압(Vgs)의 감소는 바람직하게는 중단되고 가능한 한 신속하게 다시 반전되므로, 반도체 스위치(310)에서 가능한 한 적은 전력이 열로 변환된다.
시간(t3)에서 에러로 인해 작동 전압(145)의 제1 연결부(135)와 소비 장치(105)의 제1 연결부(105.1)는 서로 단락된다. 단락의 전기 저항은 통상적으로 도전성 상태의 반도체 스위치(310)의 소스와 드레인 사이의 전기 저항보다 낮다.
시간(T4)에서는 시간(t1)에서와 동일한 절차가 시작되지만, 비교기(315)가 미리 결정된 값을 초과하는 반도체 스위치(310)에서의 전압 강하를 시그널링하지 않고, 제어 전압(Vgs)은 미리 결정된 낮은 값에 도달한다. 이러한 관계는 반도체 스위치(310)가 단락으로 인해 소비 장치(105)를 통해 흐르는 전류를 인터럽트하도록 제공되지 않는다는 것을 나타낸다. 이러한 에러는 출력(340)에서 신호를 출력함으로써 표시된다. 그런 다음 전류 제어 밸브(120)를 통해 차단이 이루어진다.
100 제어 장치
105 소비 장치
105.1 제1 연결부
105.2 제2 연결부
110 처리 장치
115 제1 전류 제어 밸브
120 제2 전류 제어 밸브
125 스캐닝 장치
135 제1 전위
140 제2 전위
145 작동 전압
150 극성 반전 방지 장치
155 펄스 폭 변조 장치
160 직렬 저항(션트)
165 다이오드
200 방법
205 시작
210 제2 전류 제어 밸브 작동
215 제1 전류 제어 밸브 폐쇄
220 제1 전류 제어 밸브 더 개방
225 과전류 경보?
230 제1 전류 제어 밸브가 충분히 개방?
235 종료
240 제1 전류 제어 밸브가 완전히 개방
245 단락 결정
305 통합 전류 제어 밸브
310 반도체 스위치
315 비교기
320 구동 장치
325 시그널링
330 제1 제어 입력
335 제2 제어 입력
340 출력(Err)

Claims (8)

  1. 소비 장치(105)를 제어하기 위한 제어 장치(100)로서, 상기 제어 장치(100)는 다음의 구성 요소들:
    상기 소비 장치(105)의 제1 연결부(105.1)와 작동 전압(145)의 제1 전위(135) 사이의 제1 전류 제어 밸브(115);
    상기 소비 장치(105)의 제2 연결부(105.2)와 상기 작동 전압(145)의 제2 전위(140) 사이의 제2 전류 제어 밸브(120);
    상기 소비 장치(105)를 통한 전류를 제어하기 위해 상기 제1 전류 제어 밸브(115)가 폐쇄될 때 상기 제2 전류 제어 밸브(120)를 작동시키도록 설계되는 처리 장치(110); 및
    상기 제1 전류 제어 밸브(115)를 가로지른 전압 강하를 결정하기 위한 스캐닝 장치(125)
    를 포함하고,
    상기 제1 전류 제어 밸브(115)의 제어 전압이 미리 결정된 값에 도달할 때까지 상기 제1 전류 제어 밸브(115)는 점진적으로 개방되고, 상기 처리 장치(110)는 상기 제1 전류 제어 밸브(115)가 점진적으로 개방될 때, 상기 전압 강하가 증가하지 않는 경우, 상기 제1 연결부(105.1)와 상기 제1 전위(135) 사이의 단락을 결정하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 소비 장치(105)를 제어하기 위한 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리 장치(110)는, 상기 전압 강하가 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우, 상기 제1 연결부(105.1), 또는 상기 제2 연결부(105.2), 또는 상기 제1 연결부(105.1) 및 상기 제2 연결부(105.2)와 상기 제2 전위(140) 사이의 단락을 결정하도록 설계되는 것인, 소비 장치(105)를 제어하기 위한 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 전위(135)와 상기 제2 전위(140)중 하나는 높은 전위를 포함하고, 다른 하나는 낮은 전위를 포함하는 것인, 소비 장치(105)를 제어하기 위한 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 전류 제어 밸브(115)는 전계 효과 트랜지스터를 포함하고, 상기 점진적인 개방은 게이트-소스-전압의 감소를 포함하는 것인, 소비 장치(105)를 제어하기 위한 제어 장치.
  6. 삭제
  7. 2개의 연결부를 갖는 소비 장치(105)를 제어하기 위한 방법(200)에 있어서,
    제1 연결부(105.1)는 제1 전류 제어 밸브(115)에 의해 작동 전압(145)의 제1 전위(135)와 연결되고, 제2 연결부(105.2)는 제2 전류 제어 밸브(120)에 의해 상기 작동 전압(145)의 제2 전위(140)와 연결되며, 상기 방법(200)은,
    상기 제2 전류 제어 밸브(120)가 작동될 때 상기 제1 전류 제어 밸브(115)를 점진적으로 개방하는 단계(220);
    상기 제1 전류 제어 밸브(115)의 개방 상태를 검사하는 단계(240)로서, 상기 제1 전류 제어 밸브(115)의 제어 전압이 미리 결정된 값과 비교되고, 상기 제1 전류 제어 밸브(115)의 제어 전압이 상기 미리 결정된 값에 도달하지 않는 경우 상기 단계(220)로 복귀하는 것인, 단계(240); 및
    상기 제1 전류 제어 밸브(115)를 가로지른 전압 강하가 증가하지 않는 경우, 상기 제1 연결부(105.1)와 상기 제1 전위(135) 사이의 단락을 결정하는 단계(245)
    를 포함하는 것인, 2개의 연결부를 갖는 소비 장치(105)를 제어하기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    주기적인 개방 및 폐쇄를 통해 상기 제2 전류 제어 밸브(120)를 작동시키는 단계
    를 더 포함하는, 2개의 연결부를 갖는 소비 장치(105)를 제어하기 위한 방법.
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