KR20020037763A - 승객 보호 수단용 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 승객 보호 수단을 작동시키기 위한 불꽃 점화 유닛, 상기 불꽃 점화 유닛용 공급 전압을 제공하기 위한 에너지원, 상기 불꽃 점화 유닛을 에너지원에 접속시키기 위한 스위칭 트랜지스터를 구비한 승객 보호 수단용 제어 장치에 관한 것이다. 상기 스위칭 트랜지스터의 제어 구역, 에너지원 및 불꽃 점화 유닛은 서로 직렬로 구동 회로에 연결되고, 상기 스위칭 트랜지스터의 제어 단자 앞에 접속되는 구동 회로는 트랜지스터가 스위치 온된 상태에서 상기 제어 구역의 저항이 일정하게 유지되도록 상기 스위칭 트랜지스터를 제어한다. 이 때 스위칭 트랜지스터 내에 전달된 에너지를 측정하기 위해 제어 단자에 인가된 신호가 평가되고, 미리 정해진 에너지 한계값에 도달하면 상기 스위칭 트랜지스터는 차단된다.

Description

승객 보호 수단용 제어 장치{CONTROLLER FOR PASSENGER PROTECTION MEANS}

예컨대 미국 특허공개명세서 제 US 5,194,755호에 공지된 제어 장치는 제 1 제어 스위칭단, 승객 보호 수단에 할당된 점화 소자 및 제 2 제어 스위칭단으로 이루어진 직렬 회로를 포함한다. 상기 직렬 회로는 에너지원으로부터 에너지를 공급받는다. 상기 두 스위칭단이 도전 상태가 되면 점화 소자에 상기 에너지원으로부터 에너지가 공급된다. 발열 저항체로서 형성된 점화 소자는 전류 흐름에 의해 가열되어 관련 가스 제너레이터 내에서 가스 방출을 일으킨다. 방출된 가스는 예컨대 에어백으로 흘러들어간다. 그러나 안전벨트 텐셔너 또는 롤 오버 바 (roll over bar)와 같은 다른 승객 보호 수단도 유사한 방식으로 작동될 수 있다.

그러한 종류의 다수의 점화 회로는 종종 서로 병렬로 배치되고, 특히 스위칭단들은 공통의 회로 캐리어상에 ASIC로서 통합된다. 바람직하게는 모든 점화 회로가 공통 에너지원으로부터 에너지를 공급받는다. 에너지원은 자동차 배터리이거나, 또는 사고시 자동차 배터리가 손상된 경우 에너지를 방출하는 점화 커패시터일 수 있다. 이 때 점화 커패시터는 모든 점화 소자를 점화시키기에 충분한 에너지를 보유하도록 설계된다. 상이한 점화 회로의 점화 소자들은 서로 독립적으로 다른시간에 점화될 수 있다.

점화 소자가 실제로 점화되었는지의 여부를 확인하기 위해서는 스위치 온 시간이 실제로 필요한 것보다 훨씬 더 길도록 해야 한다. 그러나 이 때문에, 에너지원 및 특히 자동차 배터리의 버퍼링을 위해 병렬 접속된 점화 커패시터가 실제 필요한 것보다 훨씬 더 크게 설계되어야 한다. 또한 점화 소자들 중 하나가 점화시 단락될 수 있고, 이러한 단락에 의해 점화 커패시터로부터 대량의 에너지가 방출되는 결과를 가져올 수 있다. 그러면 점화 커패시터는 계속해서 점화되어야 하는 점화 소자들을 위해 더 이상 충분한 에너지를 제공할 수 없게 된다.

본 발명은 승객 보호 수단용 제어 장치에 관한 것이다.

도면은 본 발명에 따른 제어 장치를 나타낸다.

본 발명의 목적은 에너지원으로부터 더 적은 손실 에너지가 제거되는 승객 보호 수단용 제어 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 제 1항에 따른 제어 장치를 통해 달성된다. 본 발명의 실시예 및 개선예는 종속항에 제시되어있다.

본 발명의 장점은 점화 에너지가 각각의 점화 회로마다, 즉 각각의 점화 소자에 개별적으로 공급될 수 있다는 것이다. 이 때 점화 소자에는 점화에 필요한 양의 에너지만 공급된다. 따라서 더 적은 설치 공간과 더 적은 비용 및 향상된 효율을 제공하는 더 작은 에너지 축전지가 제공될 수 있다. 그럼으로써 동일한 에너지원에서 더 많은 점화 소자에 전류가 공급될 수 있다.

이는 스위치 온 상태에 있는, 스위칭단으로서 사용되는 트랜지스터의 적절한 제어를 통해 상기 트랜지스터의 저항이 일정하게 유지됨으로써 달성된다. 트랜지스터를 통하는 전류 흐름에 의해 상기 트랜지스터가 가열된다. 여기서 트랜지스터의 반도체 부피가 에너지 적분기의 열용량으로서 작용한다. 에너지 증분에 의해 실리콘 온도가 상승함으로써 트랜지스터의 제어 경로의 저항이 그에 상응하게 증가된다. 자체 변동되는 온도에도 불구하고 제어 경로의 저항을 일정하게 유지시키기 위해서는 구동 전압을 변동시켜야 한다. 전압 변동은 온도에 비례하기 때문에 에너지 계산에 이용될 수 있다. 에너지 기록이 시작되면 상응하는 에너지 계산에 의해 제어된 스위칭단(들)의 스위치 오프가 수행된다.

상세하게 설명하면, 에너지원으로부터 에너지를 공급받는, 스위칭 트랜지스터의 제어 경로 및 점화 소자로 구성된 직렬 회로의 경우 상기 스위칭 트랜지스터의 제어 단자는 그 앞에 접속된 구동 회로에 의해, 상기 트랜지스터가 스위치 온 상태에 있을 때 제어 경로의 저항이 일정하게 유지되도록, 그리고 스위칭 트랜지스터 내에 전달된 에너지를 측정하기 위해 제어 단자에 인가된 신호가 평가되고, 규정 시간 이내에 미리 정해진 에너지 한계값에 도달하면 상기 스위칭 트랜지스터가 차단되도록 제어된다.

커패시터, 예컨대 점화 커패시터는 바람직하게는 에너지원에 병렬로 접속되고, 자동차 배터리의 고장시 점화 소자용 에너지를 공급하는데 사용된다. 점화용 에너지원으로서 기판 전압보다 더 높은 충전 전압을 가질 수 있는 단 1 개의 커패시터만 제공될 수도 있다.

상기 구동 회로는 바람직하게는 센서, 예컨대 충격 센서에 연결된다. 그러면 센서의 특정 신호, 예컨대 충격에 상응하는 신호에서 스위칭 트랜지스터가 센서신호에 따라 구동 회로를 통해 스위칭된다. 스위칭 트랜지스터가 스위칭되면, 상기 스위칭 트랜지스터는 에너지를 부분적으로 공급받음으로써 바람직하게 클로킹된다. 이 때 에너지 부분은 개별 펄스가 점화를 일으킬 수 없는 방식으로 펄스에 의해 방출된다. 이러한 방식으로 에너지량이 매우 간단하게 계량될 수 있고, 유리하게는 단 1 개의 에너지 축전지로부터 (상이한 불꽃 점화 유닛을 갖춘) 모든 점화 회로에 에너지가 공급될 수 있다.

본 발명의 한 개선예에서는 제어 회로가 1 개의 비교 트랜지스터를 포함하고, 상기 비교 트랜지스터의 제어 경로에는 전류원에 의해 전류가 공급되며, 스위칭 트랜지스터의 제어 경로에서의 저항을 측정하기 위해 비교 트랜지스터의 제어 경로에 걸쳐있는 전압을 측정함으로써 상기 비교 트랜지스터의 저항이 측정된다. 그럼으로써 제어 경로에서의 스위칭 트랜지스터의 저항이 적은 비용으로, 상기 스위칭 트랜지스터의 출력 회로와 연관되지 않고 더 정확하게 측정될 수 있다.

또한 비교 트랜지스터를 사용하면, 스위칭 트랜지스터가 스위치 오프될 때 비교 트랜지스터의 제어 경로에서의 저항이 검출되고, 스위칭 트랜지스터가 스위치 온되면 각각의 실제 저항값이 저장되며, 스위칭 트랜지스터의 제어 단자가 스위치 온되면 비교기 트랜지스터의 제어 단자에 연결되고, 계속해서 서로 연결된 스위칭 트랜지스터와 비교 트랜지스터의 제어 단자들의 전압값이 스위치 온시 저장된 비교 트랜지스터의 저장값과 관련하여 조정될 수도 있다. 이 때 구동 전압의 변동이 평가되고, 에너지 계산을 위해 사용된다. 그럼으로써 스위칭 트랜지스터의 에너지 흡수량이 적은 비용으로 매우 정확하게 측정될 수 있다.

본 발명은 1 개의 도면에 도시된 실시예에 따라 하기에 더 자세히 설명된다.

실시예로서 도시된 본 발명에 따른 제어 장치에서는 점화 소자(1)가 High-side-스위치 및 Low-side-스위치에 의해 에너지원에 접속되고, 상기 에너지원은 예컨대 배터리(2) 및 상기 배터리에 병렬 접속된, 다이오드(23)와 커패시터(3)로 이루어진 직렬 회로에 의해 형성된다. Low-side-스위치는 N-채널 타입의 MOS-전계효과 트랜지스터(4)로 구성되며, 상기 트랜지스터(4)의 소스 단자는 배터리(2)의 음극 및 전압원(5)의 음극에 연결된다. 상기 전계효과 트랜지스터(4)의 드레인 단자는 점화 소자(1)의 한쪽 단자에 연결되고, 상기 점화 소자(1)의 다른 한 쪽 단자는 n-채널 타입의 MOS-전계효과 트랜지스터(6)의 소스 단자에 연결된다.

전계효과 트랜지스터(6)는 High-side-스위치의 필수 요소이며, 그의 드레인 단자를 통해, 중간에 다이오드(23)와 접속되어, 배터리(2)의 양극에 연결된다. 상기 전계효과 트랜지스터(6)의 게이트 단자는 제어 스위치(7)를 통해 n-채널 타입의 MOS-전계효과 트랜지스터(8)의 게이트 단자에 접속될 수 있다. 상기 두 전계효과 트랜지스터(6 및 8)의 소스 단자들은 서로 연결되고, 중간에 저항(9)과 접속되어 차동 증폭기(10)의 반전 입력에 연결된다. 상기 차동 증폭기(10)의 비반전 입력은 저항(11)과 중간 접속되어 전계효과 트랜지스터(8)의 드레인 단자에 연결되고, 이 때 상기 전계효과 트랜지스터(8)의 드레인 단자는 전류원(12)을 통해 전압원(5)의양극에 연결된다. 차동 증폭기(10)의 출력은 저항(13)을 통해 또 다른 차동 증폭기(14)의 비반전 입력에 연결되고, 상기 차동 증폭기(14)의 반전 입력은 기준 전압원(15)을 통해 전압원(5) 내지는 배터리(2)의 음극에 연결된다.

차동 증폭기(14)의 출력은 전계효과 트랜지스터(8)의 게이트 단자에 영구적으로 연결되는 방식으로, 그리고 스위치(7)를 통해 전계효과 트랜지스터(6)의 게이트 단자에 접속될 수 있는 방식으로 전계효과 트랜지스터(8)의 게이트 단자에 연결된다. 또한 상기 차동 증폭기(14)의 출력은 한 편으로는 저항(150)을 통해 차동 증폭기(16)의 비반전 입력에, 다른 한 편으로는 제어 스위치(17)를 통해 차동 증폭기(16)의 반전 입력에 접속될 수 있다. 차동 증폭기(16)의 반전 입력은 커패시터(18)를 통해, 그리고 차동 증폭기(16)의 비반전 입력은 전류 싱크(19)를 통해 전압원(5) 내지는 배터리(2)의 음극에 연결된다. 차동 증폭기(16)의 출력은 결과적으로 스위치 (7)을 제어한다. 스위치(17) 및 전계효과 트랜지스터(4)의 게이트 단자는 충격이 발생할 때 충격 센서(21)에 전달되는 신호에 따라 평가 회로(20)에 의해 제어된다.

도시된 제어 장치의 작동 방식은 전계효과 트랜지스터(6)가 그를 통해 흐르는 전류 흐름에 의해 가열된다는 점에 기인한다. 이 때 전계효과 트랜지스터의 실리콘 부피는 에너지 적분기의 열용량으로서 사용된다. 실리콘 부피의 온도 변동의 결과 전계효과 트랜지스터(6)의 드레인-소스-경로의 저항이 그에 비례하여 변동한다. 전계효과 트랜지스터(6)의 게이트 단자의 적절한 제어를 통해 상기 전계효과 트랜지스터(6)의 드레인-소스-경로의 저항이 일정하게 유지된다. 저항을 일정하게유지시키기 위해 필요한 전압 변동은 온도 변동에 비례하기 때문에 에너지 계산에 활용될 수 있다. 이를 위해 스위치 온시 게이트 전압이 저장되어, 초기값으로서 채택된다. 상기 값에 대해 온도 변동이 측정된다. 상기 온도 변동이 특정값을 초과하면, 전계효과 트랜지스터(6)의 제어된 스위치 오프가 발생한다. 그러나 전계효과 트랜지스터(4)도 특별한 조치를 통해 동일한 방식으로 스위치 오프될 수 있다.

실시예에서는 온도 변동 및 그에 따른 전계효과 트랜지스터(6) 내에서의 에너지 흡수가 비교 트랜지스터, 즉 전계효과 트랜지스터(8)에 의해 측정되고, 이 때 상기 두 전계효과 트랜지스터(6, 8)는 서로 열적으로 매우 바람직하게 연결된다. 스위치 온시 상기 전계효과 트랜지스터들(6, 8)은 입력측에서 병렬 작동되며, 이 때 전계효과 트랜지스터(8)에 전류원(12)에 의해 일정 전류가 공급되고 상기 전계효과 트랜지스터(8)의 드레인-소스-경로에 걸친 전압이 차동 증폭기(10)에 의해 측정됨으로써 상기 전계효과 트랜지스터(8)의 드레인-소스-경로에서의 저항이 측정된다. 뒤에 접속된 차동 증폭기(14)는 상기 전계효과 트랜지스터(8)의 드레인-소스-경로의 부동(浮動) 전압을 2 개의 배터리(2 및 5)의 음극과 관련된 전압으로 변환하는데 사용된다. 따라서 상기 차동 증폭기(14)의 출력에서는 전계효과 트랜지스터(8)의 드레인-소스-경로에서의 저항을 조절하기 위해 게이트 단자에 인가되는 전압이 사용될 수 있다.

전계효과 트랜지스터(6 및 8)가 입력측에서 병렬 접속됨으로써 드레인-소스-경로의 저항들(R₆, R₈)이 전계효과 트랜지스터(6 및 8)의 면적(F₆, F₈)에 대해 반비례 특성을 나타낸다. 또한 전계효과 트랜지스터(8)의 게이트 단자용 구동 전압은 에너지 계산을 위해, 스위치 온 작동 이전에 전계효과 트랜지스터(8)의 게이트 단자에서 발생한 전압이 커패시터(18) 내에 저장되고 평가 장치(20)를 통해 제어 장치가 스위칭되면 스위치(17)가 개방됨으로써 평가된다. 그럼으로써 이전의 값이 커패시터(18) 내에 계속 저장된 채로 유지된다. 이러한 경우 상기 두 전계효과 트랜지스터(6 및 8)의 게이트 단자들도 서로 병렬 접속됨에 따라 전계효과 트랜지스터(6)에서의 온도 변동이 상기 두 게이트 단자를 위한 구동 전압에 영향을 미친다. 이러한 변동은 저항(150)을 통해 차동 증폭기(16)로 연결되고, 상기 차동 증폭기(16)에는 또한 전류원(19)으로부터 전류가 공급된다. 이 경우 전류원(19)의 전류는 온도 한계값을 표시한다.

저항(150)을 통해 흐르는 전류가 전류원(19)으로부터 공급된 기준 전류와 관련하여 커패시터(18)를 지나는 전압에 의해 미리 정해진 레벨 위로 상승하면, 차동 증폭기(16)가 그의 출력부에서 스위치 오버되어 전계효과 트랜지스터(8)의 게이트 단자로부터 전계효과 트랜지스터(6)의 게이트 단자를 분리시킨다. 그 결과, 전계효과 트랜지스터(6)가 다시 스위치 오프되고, 점화 소자(1)를 포함하는 회로가 차단된다.

충격 센서(21)가 트리거링되면 결과적으로 스위치(17) 및 전계효과 트랜지스터(4)를 클로킹 방식으로 스위치 온시키는 평가 회로가 활성화된다. 이는 스위치온 상태동안 수회의 스위치 온/오프가 실시되는 반면, 스위치 오프 상태에서는 전계효과 트랜지스터(4 및 6)가 영구적으로 차단된다는 것을 의미한다. 따라서 에너지는 상기 전계효과 트랜지스터들(4 및 6)에 부분적으로 공급되고, 그로 인해 에너지 축전지, 더 정확히 말하면 커패시터(3)와 함께 배터리(2)로부터 다수개의 점화 회로(도면에는 도시되지 않음)에 전원이 공급될 수 있다. 에너지 펄스는 바람직하게는 단일 펄스에 의해 점화가 일어날 수 없도록 크기가 정해진다.

점화 소자(1)를 통해 충분한 양의 에너지가 흐른 후에 점화 소자(1)가 점화되고, 그 결과 에어백(22)이 팽창된다. 점화 후 상기 점화 소자(1)는, 전계효과 트랜지스터(4 및 6)를 통해 흐르는 전류 흐름이 어떠한 경우에도 극도로 작도록 매우 높은 저항을 가지거나, 또는 특히 전계효과 트랜지스터(6)가 가열되도록 하는 단락과 유사한 매우 작은 저항을 갖는다. 따라서 온도가 상승하면 상기 점화 소자는 전계효과 트랜지스터(6)에 의해 전술한 방식으로 스위치 오프된다. 그 결과 배터리(2) 및/또는 커패시터(3)로 구성된 에너지원으로부터 추가 점화 소자들을 위해 사용될 수 있는 추가의 에너지가 더 이상 방출되지 않게 된다.

전계효과 트랜지스터(6)에 의해 흡수된 전기 에너지(E)는 상기 전계효과 트랜지스터(6)의 드레인-소스-전류(I), 드레인-소스-저항(R₆) 및 시간(t)에 따라, 열전도가 무시될 수 있을 정도로 상기 시간(t)이 짧다는 조건 하에, 일반적으로 다음과 같이 표현될 수 있다.

E = I²ㆍR₆ㆍtQ = CㆍmㆍT

또한 흡수된 전기 에너지(E)는 열량(Q)에 비례하며, 상기 열량(Q) 자체는 전계효과 트랜지스터(6)의 비열(C)과 반도체의 질량(m)과 온도 변동(T)의 곱과 같다. 이 때 저항(R₆)은 전계효과 트랜지스터(6)의 게이트 전압(U_gs)과 온도(T)와 반도체 면적에 따라 좌우되는 상수(K)의 곱에 비례한다.

R₆= KㆍT/U_gs

이는 에너지 흡수에 따라 온도(T)가 상승할 때 저항(R₆)의 상수를 고정시키기 위해 게이트 전압이 적절하게 조정되어야 한다는 것을 의미한다. 그러나 그에 따라 필요한 전압 변동은 온도 변동의 측정을 위해, 그리고 그에 따른 흡수된 에너지의 측정을 위해 평가될 수 있다.

그러므로 올바른 점화를 위해서는 특정량의 에너지가 사용된 불꽃 점화 유닛에 따라 정해진 시간 주기 이내에 공급되어야 한다. 이에 반해 예컨대 같은 양의 에너지가 더 긴 시간 주기 이상으로 공급되면, 필요한 열이 다시 방출되고 점화에 필요한 온도(점화선에서 약 300 ℃)에 도달되지 않기 때문에 점화가 수행되지 않는다.

Claims (6)

1. 승객 보호 수단을 작동시키기 위한 불꽃 점화 유닛,

   상기 불꽃 점화 유닛을 위한 공급 전압을 제공하는 에너지원,

   상기 에너지원에 불꽃 점화 유닛을 접속시키기 위한 스위칭 트랜지스터,

   상기 스위칭 트랜지스터의 제어 단자 앞에 접속된 구동 회로를 포함하는 승객 보호 수단용 제어 장치로서,

   상기 스위칭 트랜지스터의 제어 경로, 에너지원 및 불꽃 점화 유닛이 서로 직렬로 접속되고,

   상기 구동 회로는, 트랜지스터가 스위치 온될 때 상기 제어 경로의 저항이 일정하게 유지되고, 이 때 제어 단자에 인가된 신호가 평가되며, 상기 제어 단자의 신호로부터 스위칭 트랜지스터 내에 전달된 에너지가 측정되고, 정해진 시간 내에 미리 정해진 에너지값에 도달하면 상기 스위칭 트랜지스터가 스위치 오프되는 방식으로 상기 스위칭 트랜지스터를 제어하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 에너지원의 커패시터가 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   상기 구동 회로는 센서에 연결되고, 상기 센서의 특정 신호에서 상기 스위칭 트랜지스터를 스위칭시키는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제어 회로는 상기 스위칭 트랜지스터를 클로킹 방식으로 스위칭시키는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어 회로는 1 개의 비교 트랜지스터를 포함하고, 상기 비교 트랜지스터의 제어 경로에는 전류원에 의해 전류가 공급되며, 스위칭 트랜지스터의 제어 경로에서의 저항을 측정하기 위해 비교 트랜지스터의 제어 경로에 걸쳐있는 전압을 측정함으로써 상기 비교 트랜지스터의 저항이 측정되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어 회로는 1 개의 비교 트랜지스터를 포함하며,

   상기 스위칭 트랜지스터가 스위치 오프되면 상기 비교 트랜지스터의 제어 경로에서의 저항이 검출되고,

   상기 스위칭 트랜지스터가 스위치 온되면 각각의 실제 저항값이 저장되며,

   스위치 온시 상기 스위칭 트랜지스터의 제어 단자가 상기 비교 트랜지스터의제어 단자와 연결되고,

   이어서 스위치 온시 저장된 상기 비교 트랜지스터의 전압값에 대해 상기 스위칭 트랜지스터 및 비교 트랜지스터의 연결된 제어 단자들에서의 전압값이 조정되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.