KR20080007319A - 회로 차단 시스템 - Google Patents

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Abstract

회로 차단 시스템(1)으로서, 상기 회로 차단 시스템(1)은 전류 경로(4) 내에서 로드(7)를 스위칭하기 위해 전압 입력(5)과 로드 출력(6) 사이에서 스위칭되는 제어가능한 전력 반도체 형태의 스위치(2), 및 상기 스위치(2)와 함께 직렬 회로를 형성하는 제 1 플러그-인 위치(13)와 상기 스위치(2)와 함께 병렬 회로를 형성하는 제 2 플러그-인 위치 사이에 재위치될 수 있는 회로 차단기(9)를 갖는다.

Description

회로 차단 시스템{CIRCUIT BREAKER SYSTEM}
본 발명은 스위치를 갖춘 회로 차단 시스템, 특히 로드(load) 스위칭을 위한 제어가능한 전력 반도체에 관한 것이다.
예를 들어 자동차 또는 항공기의 온-보드(on-board) 전력 시스템에서, 컨서머(consumer) 로드를 온 또는 오프로 스위칭하기 위한 전기 부품들이 점차적으로 전방으로 부각되고 있다. 이를 위해, 하나 또는 몇 개의 로드, 또는 각각의 컨서머 로드의 스위칭을 위한 전력 반도체 형태의 제어가능한 스위치들이 특정하게 사용된다. 그러나 이러한 전자 스위치들이 절대적으로 안정한 것은 아니다. 원칙적으로, 2개의 잠재적인 에러 상태, 즉 주 경로(소스 및 드레인)이 절연되는 차단 또는 주 경로가 단락되는 결함이 발생할 수 있다. 결과적으로, 발생하는 에러 상태에 따라, 접속된 로드가 항상 스위치 오프되거나 또는 항상 스위치 온된다.
본 발명의 과제는 중요한 어플리케이션(critical application) 동안에도, 특히 결함이 있는 전자 스위치에서도 로드 스위치가 가능한, 앞서 언급된 형태의 회로 차단 시스템을 식별하는 것에 기초한다.
본 발명에 따라, 이러한 과제는 청구항 제 1 항의 특징부에 의해 달성된다. 이를 위해, 회로 차단 시스템에는 로드 스위칭을 위해 전압 입력 및 전하 출력 사이에서 스위칭되는, 특히 전력 반도체 형태로 바람직하게 제어가능한 스위치가 제공된다. 추가의 회로 차단기가 제 1 플러그-인 위치와 제 2 플러그-인 위치 사이에 재위치될 수 있다. 이와 관련하여, 회로 차단기는 제 1 플러그-인 위치에서 제어가능한 스위치와 직렬로 스위치되는 반면, 제 2 플러그-인 위치에서 회로 차단기는 바람직하게 전자 스위치와 병렬로 스위치된다.
회로 차단기가 스위치와 함께 직렬 접속을 형성하는 제 1 플러그-인 위치에서, 회로 차단기는 바람직하게 스위치 및/또는 로드를 위한 오버로드(overload) 보호기로서의 역할을 한다. 따라서 오버로드 보호기는 에러 발생시 결함 동안 스위치가 손상되어 단락되더라도 이용될 수 있다.
본 명세서 이후 주 전류 경로(main current path)로 간주되는 전류 경로 내에서 회로 차단기의 제 1 플러그 위치는 스위치의 로드 측면에 또는 공급부(feed-in) 상에 제공될 수 있다. 언급된 첫 번째 경우, 바람직하게 제 1 플러그-인 위치를 형성하는 플러그-인 캡이 스위치 상류에 접속된다. 두 번째 경우, 제 1 플러그-인 위치를 형성하는 플러그-인 캡은 스위치의 하류로 스위치된다.
제 2 플러그-인 위치에서, 회로 차단기는 차단으로 인해 주 전류 경로를 통한 전력 공급이 더 이상 제공되지 않거나 또는 확보되지 않더라도 로드 또는 컨서머 로드의 전력 공급을 제공할 수 있다. 제 2 플러그-인 위치를 형성하는 플러그-인 캡은 바람직하게 전압 입력과 전압 출력 사이의 스위치와 평행하게 스위치된다. 이를 위해, 제 2 플러그-인 캡은 회로 차단기가 제 2 플러그-인 위치를 형성하는 플러그-인 캡으로 플러깅되더라도 주 전류 경로에 대한 우회(bypass) 전류 경로를 형성한다.
이와 관련하여, 플러그-인 캡은 온보드 전기 시스템에서 플랫(flat) 퓨즈 소켓이 공유되는 방식으로 플랫 소켓으로 설계된다. 따라서, 회로 차단기는 특히 스냅 디스크 바이메탈(snap disk bimetal)의 열 활성 부재를 통해 스위칭 케이싱 내에서 전기적으로 전도성 있는 형태로 접속되고 우회되는 2개의 플랫 케이블 플러그를 갖는 플랫 케이블 플러그 형태로 설계된다. 이러한 장치에서, 바이메탈은 2개의 플랫 케이블 플러그 중 하나에 그리고 다른 플랫 케이블 플러그와 접촉되는 중첩 위치에 고정된다. 과전류 또는 단락 회로의 경우에서, 열활성은 바이메탈의 굽힘(bending up)을 통해 해당 플랫-케이블과의 중첩 위치가 개방되어 단절될 때 과전류 회로 차단기로서 작용하는 회로 차단기에 의해 예비-설정가능한(pre-settable) 전류 임계치 이상에서 발생한다.
이러한 과전류 회로 차단기는 DE 198 56 707 A1 및 EP 1 151 692 A2에 공지되어 있다. 공지된 과전류 회로 차단기는 스프링-로딩(spring-loaded) 절연 슬라이드가 푸시 버튼을 통해 출발 위치로 다시 이동할 수 있는 해당 플랫 케이블과 바이메탈 사이의 중첩 영역으로 이동하는 경우, 수동식으로 활성화되거나 또는 푸시-버튼(push-button) 형태로 활성화되는 과전류 회로 차단기를 수반한다. 푸시-버튼 및/또는 슬라이드-경감(slide-less) 과전류 회로 차단기는 상기 푸시-버튼으로 활성화되는 과전류 회로 차단기 대신에 회로 차단기로서 사용될 수 있다.
바람직하게 스위치는 스위칭 반도체, 특히 MOS 전계효과 트랜지스터(MOSFET)에 바람직하다. 또한, 스위치는 소위 IGBT(절연 게이트 양극성 트랜지스터) 또는 달링턴 트랜지스터일 수 있다. 이러한 스위칭 트랜지스터는 제어 메커니즘에 의해 회로 차단 시스템내에서 바람직하게 동작한다. 이를 위해, 제어 메커니즘에는 반도체로서 설계된 스위치의 게이트로 유도되는 제어 출력이 장착된다.
바람직한 실시예에서, 제어 메커니즘에는 BUS 인터페이스가 제공된다. 또한, 스위치를 형성하는 전력 스위치는 예를 들어, CAN-BUS(제어기 영역 네트워크)와 같은 BUS 시스템의 BUS 인터페이스를 통해 직접 제어될 수 있다.
따라서 회로 차단 시스템은 다수의 전기 회로를 갖춘 전력 분배 시스템에 적합하다. DC 저전압 네트에서 바람직하게 이용가능한 이러한 전력 분배 시스템은 EP 1 186 086 B1에 공지되어 있다. 본 발명에 따른 회로 차단 시스템과 같은 전력 분포 시스템이 각각의 전기 회로에 할당될 경우, 개별 로드가 접속되고 스위치에 의해 접속되는 배출부에 대한 재플러그가능한(repluggable) 회로 차단기에 의해 비상 회로로서 추가의 퓨즈가 제공된다.
하기에서, 본 발명의 실시예는 도면을 참조로 설명된다.
도 1은 제어가능한 전력 스위치 및 재플러그가능한 회로 차단기를 갖춘 회로 차단 시스템의 블록도를 개략적으로 나타낸다.
회로 차단 시스템(1)은 전력 반도체(2) 형태의 제어가능한 스위치를 포함한다. 전력 반도체는 프리-휠링(free-wheeling) 다이오드에 의해 와이어링되는 MOS 전계 효과 트랜지스터이다.
전력 스위치(2)는 전압 입력(LINE)(5)과 로드 출력(LOAD)(6) 사이의 전류 경로(4) 내에 접속된다. 회로 차단 시스템의 입력 전압(Uv)은 저전압 범위 내에서 예를 들어 24V DC 또는 48V DC에 이른다. 출력 측에서, 로드 또는 전력 컨서머 로드(7)는 매스(mass)에 대한 로드 출력(GROUND)(8)에 접속된다.
실시예의 일례에서 전류 경로(4) 내에서, 회로 차단기(9)는 드레인 측면 상의 전력 스위치(2)로 상류에 접속된다. 이러한 회로 차단기(9)는 예를 들어 DE 198 56 707 A1 또는 EP 0 151 692에 공지된 플랫 접속으로 실행되는 열 과전류 회로 차단기이다. 바이메탈(10)은 회로 차단기(9)의 열 활성 부재로서 표시된다. 또한, 푸시 버튼에 의한 회로 차단기(9)의 수동 활성화 또는 수동 활성화 부재(11)도 표시된다.
회로 차단기(9)는 제 1 소켓 접속(12a)이 드레인 측면 상의 전력 스위치(2)와 접속되는 플러그-인 소켓(12)으로 플러깅된다. 맞은편 측면 상의 제 2 소켓 접속(12b)은 회로 차단 시스템의 전압 입력(5)과 접속된다. 플러그-인 소켓(12)은 회로 차단기(9)가 전력 스위치(9)와 함께 직렬 접속을 형성하는 제 1 플러그-인 위치(13)를 형성한다. 상기 플러그-인 위치(13)에서, 회로 차단기(9)는 특히 결함이 있는 또는 단락된 전력 스위치(2)의 경우, 오버로드로부터 로드(7)를 보호한다.
결함이 있게 동작하는 전력 스위치(2)의 경우, 전력 스위치(2)는 회로 차단기(9)에 의한 오버로드로부터 보호된다. 이러한 오버로드 보호 기능은 제 1 플러그-인 위치(13)가 주 전류 경로(4) 내에서 로드 출력(6)과 전력 반도체 사이에서 구현될 때 보장된다. 이 경우, 회로 차단기(9)는 소스 측면 상의 전력 스위치(2) 하류에 접속된다.
전압 입력(5)과 로드 출력(6) 사이에 우회 전류 경로(14)가 제공되어 회로 차단기(9)의 제 2 플러그-인 위치(15)가 구현된다. 이러한 제 2 플러그-인 위치(15)는 제 1 플러그-인 위치에 해당하는 플랫 접속 플러그-인 소켓(12')에 의해 형성된다. 결국, 하나의 소켓 접속(12')은 전압 입력(5)과 접속되는 반면 맞은편 소켓 접속(12'a)은 로드 출력(6)과 직접 접속된다. 따라서 우회 전류 경로(14)는 제 1 플러그-인 위치(13)를 형성하는 플러그-인 소켓(12)과 전력 스위치(2)에 의해 형성된 직렬 접속과 평행하게 놓인다.
회로 차단 시스템(1)의 우회 전류 경로(14)는 주 전류 경로(4)가 결함이 있는 전력 반도체(2)로 인해 차단되더라도, 로드(7)의 전력 또는 전압 공급을 위한 비상 기능부로서의 역할을 한다. 이러한 에러가 있는 경우는 전력 반도체(2)의 소스-드레인 라인이 차단되거나 고립되는 경우 존재한다. 이 경우, 주 전류 경로(4)를 통해 공급되는 로드(7)는 사실상 폐쇄된다.
로드(7)의 전력 공급을 가능케함에도 불구하고 공급 전압(Uv)과 로드 또는 전력 컨서머(7)를 접속하기 위해, 회로 차단기(9)는 제 1 플러그-인 위치(13)로부터 제 2 플러그-인 위치(15)로 재위치설정된다. 이 경우, 전력 공급은 우회 전류 경로(14)를 통해 이루어진다. 이와 관련하여, 컨서머(7)의 오버로드 보호는 회로 차단기(9)가 열 과전류 회로 차단기로서 실행되기 때문에 광범위하게 보장된다.
전력 스위치(2)의 제어는 제어 메커니즘(16)을 통해 이루어지며 이를 위해 제어 메커니즘(16)의 제어 출력(17)은 전력 반도체(2)의 제어 입력(게이트)에 접속된다. 또한, 제어 메커니즘(16)에는 회로 차단 시스템(1)과 BUS 시스템의 결합을 위해 BUS 인터페이스(18)가 제공된다.
상위 제어 또는 진단 시스템과 회로 차단 시스템(1)의 통신은 BUS 인터페이스를 통해 이루어질 수 있으며, 특히 상위 제어 및 진단 메커니즘에 대한 에러 발생시 예를 들어, CAN BUS 통신에 의해 직접적으로, 또는 제어 메커니즘, 및/또는 전송 진단 데이터를 통해 전력 스위치(2)는 BUS 시스템을 통해 로드(7)의 스위칭을 위한 해당 제어 신호를 수신한다. 따라서, 회로 차단 시스템(1)과 상위 제어 및/또는 진단 메커니즘 사이의 데이터 교환은 에러 및/또는 상태 보고 뿐만 아니라 로드(7)의 제어, 보호 및 모니터링을 위해 BUS 인터페이스(18)를 통해 이루어질 수 있다.

Claims (10)

  1. 회로 차단 시스템(1)으로서,
    상기 회로 차단 시스템(1)은 전류 경로(4) 내에서 로드(7)를 스위칭하기 위해 전압 입력(5)과 로드 출력(6) 사이에서 스위칭되는 제어가능한 전력 반도체 형태의 스위치(2), 및 상기 스위치(2)와 함께 직렬 회로를 형성하는 제 1 플러그-인 위치(13)와 상기 스위치(2)와 함께 병렬 회로를 형성하는 제 2 플러그-인 위치 사이에 재위치될 수 있는 회로 차단기(9)를 갖는, 회로 차단 시스템(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플러그-인 위치(13)를 형성하는 플러그-인 소켓(12)은 상기 스위치(2) 상류에 접속되는 것을 특징으로 하는 회로 차단 시스템(1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 플러그-인 위치를 형성하는 플러그-인 소켓(12')은 상기 전압 입력(5)과 상기 로드 출력(6) 사이에서 상기 스위치(2)와 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 회로 차단 시스템(1).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위치(2)는 전계효과트랜지스터(FET)이며, 특히 MOS 전계효과트랜지스 터(MOSFET)인 것을 특징으로 하는 회로 차단 시스템(1).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로 차단기(9)는 열 과전류 회로 차단기인 것을 특징으로 하는 회로 차단 시스템(1).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위치(2)를 제어하기 위한 제어 메커니즘(16)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단 시스템(1).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    BUS 인터페이스를 통해 상기 스위치(2)를 제어하기 위한 버스 인터페이스(18)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 차단 시스템(1).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 플러그-인 위치(13)에 있는 상기 회로 차단기(9)는 오버로드를 보호하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 회로 차단 시스템(1).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 플러그-인 위치(15)에 있는 상기 회로 차단기(9)는 로드(7)의 온 및 오프 스위칭을 위한 우회 전류 경로(14)를 형성하는 것을 특징으로 하는 회로 차단 시스템(1).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항을 따른 회로 차단 시스템(1)을 각각 구비한 다수의 전기 회로를 갖는 전력 분배기.
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