KR20130065701A - 커넥터 시스템 및 집적 보호 회로를 갖는 조립체 - Google Patents

커넥터 시스템 및 집적 보호 회로를 갖는 조립체 Download PDF

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Abstract

집적 보호 회로를 구비하는 커넥터 조립체(10)는 플러그 부조립체(12)와 센서 커넥터 부조립체(14)를 포함한다. 센서 커넥터 부조립체는 플러그 부조립체에 선택적으로 연결가능하다. 회로 기판(46)은 센서 커넥터 부조립체 내에 고정된다. 회로 기판은, 활성화 스위치(80)와 부하 사이에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 정 온도 계수(PTC) 장치(90, 92)를 포함한다. 회로 기판은, 과전압이나 과전류 중 적어도 하나로부터 부하를 보호하고 부하의 고장 상태를 검출하고 플러그 부조립체가 센서 커넥터 부조립체에 연결되어 있는지 여부를 결정하는 회로(44)를 포함한다.

Description

커넥터 시스템 및 집적 보호 회로를 갖는 조립체{CONNECTOR SYSTEM AND ASSEMBLY HAVING INTEGRATED PROTECTION CIRCUITRY}
본 명세서에서 개시하는 주제는 인텔리전트 커넥터 시스템에 관한 것이다.
많은 차량은, 차량 내의 부품과 시스템의 보호를 보장하도록 그리고 차량의 탑승자를 보호하도록 구성된 안전 제어를 포함하고 있다. 예를 들어, 부품들은 전원 서지 (power surge)의 하류 (downstream)에 있는 출력 회로와 장치를 보호하도록 전력 회로 내에 배치된다. 통상적인 시스템은, 하류 회로에 손상을 가할 수 있는 과전류나 과전압 상황이 발생하는 경우 개방되는 퓨즈, 계전기 (relay), 및 커넥터를 포함한다. 통상적으로, 이러한 적용 분야에서 사용되는 공지된 커넥터는 간단한 패스 스루 연결부 (pass-through connections)이다. 전력은 하류 사용을 위해 출력 회로에 전력을 전달하는 간단한 핀 연결부 및 퓨즈형 계전기에 의해 커넥터의 입력 회로에 공급된다. 그러나, 퓨즈와 계전기, 및 이들의 각각의 연결 시스템은, 통상적으로, 복잡성과 부품들을 증가시키며 장착 공간 문제를 야기하는 원격 접합 박스 내에 수용된다.
또한, 이러한 연결 구성에서는, 통상적으로 단락 회로 고장으로 인해 퓨즈가 끊어지고 단락 회로 고장이 수리될 때까지 (해당 퓨즈들이 제거되어 교체되면) 퓨즈가 계속 끊어지게 된다. 또한, 커넥터의 출력으로부터의 전력을 활용하는 전자 모듈들은 통상적으로 각자의 고유한 과전압 보호를 개별적으로 제공해야 한다.
여러 해 동안 신뢰성과 편의성의 혼합된 레벨들을 가진 기계적 브레이크 라이트 스위치들을 사용해 왔다. 예를 들어, 통상적인 브레이크 라이트 스위치 (brake light switch)는 영구적인 마모 문제와 잡음 레벨 의식을 야기한다. 차량에 대한 한 가지 안전 의식은, 모든 라이트들을 유지할 필요가 있다는 것이며, 특히, 브레이크 라이트들을 조작 순서로 유지할 필요가 있다는 것이다. 통상적으로, 브레이크 라이트는 적어도 하나의 퓨즈에 연결된다. 너무 많은 전류가 퓨즈를 통해 브레이크 라이트에 흐르면, 퓨즈가 끊어질 수 있으며, 이에 따라 브레이크 라이트가 제대로 작동하지 않을 수 있다. 이처럼, 브레이크 라이트 회로 내의 퓨즈(들)는 드라이버가 알지 못한 채 브레이크 라이트가 적절히 기능하지 않게 할 수 있다. 안전 의식으로 인해 오동작하거나 동작 불능의 브레이크 라이트가 발생할 뿐만 아니라 벌금 및/또는 벌금 딱지 등의 바람직하지 못한 법 집행에 직면할 수도 있다. 한 가지 해결책으로는, 브레이크 라이트가 기능하지 않는 경우에 차량 드라이버에게 통지하는 인디케이터 라이트(indicator light)를 구비하는 고장 검출 시스템이 있다. 그러나, 브레이크 라이트 회로 내의 퓨즈들은 여전히 신뢰성이 없으며 교체될 필요가 종종 있다.
이러한 문제점들에 대한 해결책은, 본 명세서에서 개시한 바와 같이 과전류와 과전압 보호를 제공하고 또한 고장 검출 능력을 제공할 수 있는 커넥터 조립체를 제공하는 것이다. 커넥터 조립체는, 플러그 부조립체(subassembly), 플러그 부조립체에 선택적으로 연결가능한 센서 커넥터 부조립체, 및 센서 커넥터 부조립체 내에 고정된 회로 기판을 포함한다. 회로 기판은, 활성화 스위치와 부하 사이에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 정 온도 계수(positive temperature coefficient; PTC) 장치를 포함한다. 회로 기판은, 과전압이나 과전류 중 적어도 하나로부터 부하를 보호하고 부하 스위치의 고장 상태를 검출하고 플러그 부조립체가 센서 커넥터 부조립체에 적절히 연결되어 있는지 여부를 결정하는 회로를 포함한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 예를 들어 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 커넥터 조립체의 등측 분해도(isometric exploded view).
도 2는 일 실시예에 따라 플러그 부조립체가 센서 커넥터 부조립체로부터 분리되어 있는 커넥터 조립체의 등측도.
도 3은 일 실시예에 따라 완전 연결 상태에 있는 커넥터 조립체의 등측도.
도 4는 일 실시예에 따른 커넥터 조립체의 회로 기판 조립체의 개략적인 회로도.
도 1은 일 실시예에 따른 커넥터 조립체(10)의 등측 분해도를 도시한다. 커넥터 조립체(10)는, 캡(16)을 갖는 제2 또는 센서 커넥터 부조립체(14)와 단단하게 결합하도록 구성된 제1 또는 플러그 부조립체(12)를 포함할 수 있다.
플러그 부조립체(12)는 결합 단부(21)에서의 센서 결합면(20)과 대향 단부(24)에서의 리어 와이어 배출면(rear wire exit face; 22)을 갖는 본체(18)를 포함한다. 도시한 바와 같이, 플러그 부조립체(12)는, 센서 결합면(20)으로부터 리어 와이어 배출면(22)으로 플러그 부조립체(12)를 통해 연장되는 하나 이상의 캐비티(26)를 갖는 인라인 커넥터일 수 있다. 각 캐비티(26)는 하나의 컨택트(도시하지 않음)를 수용하고 유지하도록 구성된다. 대안으로, 커넥터 조립체(10)는 인라인이 아닌 커넥터 조립체들의 다양한 다른 유형일 수도 있다.
캡(16)은 와이어 밀봉부(28)와 밀봉 캡(30)을 포함한다. 와이어 밀봉부(28)와 밀봉 캡(30)은 하나 이상의 와이어(도시하지 않음)를 수용하고 유지하는 하나 이상의 개구부(32)를 갖는다. 도 1에 도시한 바와 같이, 플러그 부조립체(12)는 12개의 캐비티(26)를 갖고 캡(16)은 12개의 개구부(32)를 갖지만, 임의의 개수의 캐비티(26)와 개구부(32)를 사용할 수도 있다.
센서 커넥터 부조립체(14)는 플러그 부조립체(12)와 캡(16) 사이에 단단히 장착된다. 센서 커넥터 부조립체는, 상벽(38) 및 하벽(40)과 각각 일체형으로 형성된 측벽들(36)을 갖는 하우징(34)을 포함한다. 측벽들(36), 상벽(38), 및 하벽(40)은 내부 챔버(42)를 형성한다. 회로 기판 조립체(44)는 내부 챔버(42) 내에 단단히 장착된다.
회로 기판 조립체(44)는 부품들이 장착된 인쇄 회로 기판(PCB: 46)을 포함한다. 예를 들어, PCB(46)는 계전기(48) 및 하나 이상의 PTC(50)를 지지한다. 각 PTC(50)는 전자 회로에서의 과전류 고장으로부터 보호를 제공하는 데 사용되는 수동형 전자 부품이다. 일반적으로, 각 PTC(50)는, 재설정가능 퓨즈와 유사하게 기능하는 비선형 서미스터이며, 전류가 제거된 후에는 도전 상태로 복귀하여 회로 차단기처럼 기능한다. 회로 기판 조립체(44)의 예시적인 일 실시예를 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 도 4에 대하여 더 설명하는 바와 같이, 회로 기판 조립체(44)는, 이전에는 많은 모듈들이나 제어 장치들을 필요로 했던 기능들을 하나의 효율적인 커넥터 조립체(10) 내로 결합한다. 또한, 커넥터 조립체(10)는 부하들의 인라인 상류(in-line upstream)에 설치될 수 있어서, 원격 위치한 모듈이나 제어 유닛이 필요 없다.
커넥터 조립체(10)를 함께 고정하기 위해, 플러그 부조립체(12)는 캡(16)을 갖는 센서 커넥터 조립체(14)에 연결된다.
플러그 부조립체(12)의 결합 단부(21)는, 회로 기판 조립체(44)로부터의 대향 단부에서 결합 단부(21)가 센서 커넥터 부조립체(14)의 하우징(34)의 내부 챔버(42) 내에 플러그 결합할 수 있도록 외주부(52) 근처에서 오목하게 된다. 래치 빔(54)은, 결합 단부(21)의 상면과 래치 빔(54)의 하면 사이에 간극 갭(56)이 존재하도록 결합 단부(21) 위로 연장된다. 이러한 방식으로, 하우징(34)의 상벽(38)의 플러그 에지(58)가 결합 단부(21)의 위와 래치 빔(54) 사이에 개재된다. 플러그 부조립체(12)가 화살표 A의 방향으로 하우징(34) 내로 미끄러짐에 따라, 하우징의 내면은 결합 단부(21)의 외주부(52) 위로 미끄러지는 한편 래치 빔(54)은 상벽(38)의 플러그 에지(58) 위로 미끄러진다. 화살표 A의 방향으로 계속 진행되면, 래치 빔(54)이, 하우징(34)의 상벽(38)으로부터 상측으로 연장되는 램프형 래치 이(ramped latch teeth; 60)와 맞물린다. 화살표 A의 방향으로 계속 진행되면, 래치 빔(54)은 래치 이(60) 상으로 단단히 래치하거나 후크 결합되며, 래치 빔(54)의 원단부(62)는 상벽(38)으로부터 상측으로 연장되는 래치 정지부(64)에 의해 화살표 A 방향으로 더 이상 이동하지 못한다(또한, 하우징(34)의 선단부는 본체(18) 의 주변 가장자리(perimetric rim; 55)에 인접하며, 이에 따라 추가 이동을 방지한다). 래치 빔(54)은 플러그 부조립체(12)를 센서 커넥터 부조립체(14)에 단단히 래치한다.
래치 빔(54)이 플러그 부조립체(12)의 상위 부분에 도시되어 있지만, 추가 래치 빔을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 래치 빔(54)은, 상면에 더하여 또는 상면 대신에 플러그 부조립체의 하측 및/또는 측면 부분에 있을 수 있다(이에 따라, 래치 이(60)와 래치 정지부(64)가 하우징(34) 상에 형성될 수 있다). 또한, 하우징(34)은 도시된 것보다 많거나 적은 래치 이(60)를 포함할 수도 있다. 또한, 하우징(34)은 래치 정지부(64)를 더 많이 또는 더 적게 포함할 수도 있다. 예를 들어, 래치 정지부는 간단하게 상벽(38)으로부터 상측으로 연장되는 단일 막대일 수 있다. 선택 사항으로, 하우징(34)은 래치 정지부(64)를 포함하지 않을 수도 있다. 또한, 래칭 메커니즘 대신에, 플러그 부조립체(12)는 탭을 포함할 수도 있고, 하우징(34)은 슬롯을 포함할 수도 있으며, 반대로 포함하는 경우도 가능하며, 플러그 부조립체(12)는 하우징(34)에 스냅 방식으로 고정될 수도 있다. 또한, 래칭 부재 대신에, 플러그 부조립체(12)는, 예를 들어, 억지 끼워맞춤을 통해 하우징(34)에 고정될 수도 있다. 즉, 플러그 부조립체(12)는 도시되지 않았거나 명시적으로 설명하지 않은 다양한 고정 구성을 통해 하우징(34)에 고정될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 회로 기판 조립체(44)는 화살표 A'의 방향으로 하우징(34)의 내부 챔버(42) 내로 미끄러진다. 회로 기판 조립체(44)는 채널, 슬롯, 홈 등 내로 미끄러질 수 있으며, 다양한 고정 구성을 통해 내부 챔버(42) 내에 고정될 수 있다. 일단 회로 기판 조립체(44)가 내부 챔버(42) 내에 고정되면, 캡(16)을 화살표 A'의 방향으로 내부 챔버 내로 가압한다. 결합 단부(21)처럼, 와이어 밀봉부(28)의 외주부(66)는 하우징(34)의 밀봉 단부(70)의 내주부(68)보다 작다. 와이어 밀봉부(28)는 하우징의 밀봉 단부(70)와 밀봉 방식으로 결합되고 이 밀봉 단부와 맞물리도록 구성되어, 이들 사이에 밀봉 계면을 제공한다. 밀봉 캡(30)의 주요 부분은 밀봉 단부(70) 위로 끼워지는 한편, 내부 정지부는 밀봉 단부(70)의 외측 에지(72) 내에 인접하며, 이에 따라 캡(16)이 하우징(34) 내로 더 가압되는 것을 방지한다.
도 2는 일 실시예에 따라 플러그 부조립체(12)가 센서 커넥터 부조립체(14)로부터 분리된 커넥터 조립체(10)의 등측도를 도시한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 캡(16)은 하우징(34)의 밀봉 단부(70)에 밀봉 방식으로 고정된다. 커넥터 조립체(10)를 완전하게 연결하기 위해, 전술한 바와 같이 래치 부재(54)가 이(60)를 단단히 래치하거나 그 이에 후크 결합될 때까지 플러그 부조립체(12)를 하우징(34) 내로 화살표 A의 방향으로 가압한다.
도 3은 일 실시예에 따라 완전히 연결된 상태에 있는 커넥터 조립체(10)의 등측도를 도시한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 플러그 부조립체(12)는 센서 커넥터 부조립체(14)에 단단하게 래치 방식으로 연결된다. 도 1에 도시한 회로 기판 조립체(44)는 하우징(34) 내에 단단히 연결되어 있다. 개구부(32)와 캐비티(26)를 통과하는 전기적 컨택트들 또는 와이어들은 서로 연결될 수 있거나 커넥터 조립체(10) 내의 다른 부품들에 연결될 수 있다. 이 컨택트 또는 와이어는 예를 들어 회로 기판 조립체(44)의 부품 위로 또는 주위로 이어질 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조해 보면, 그리고 후술하는 바와 같이, 커넥터 조립체(10)는 안전-연결(예를 들어, 인터록(interlock)), 자가-보호(예를 들어, 과전압 및 과전류 보호), 및 고장 검출을 포함한 다수의 기능들을 제공한다. 커넥터 조립체(10)는 재설정가능한 과전류 및 과전압 보호를 제공한다. 커넥터 조립체(10)는 동작 불능 브레이크 라이트의 표시 등의 통합된 고장 검출을 제공할 수 있다. 더 후술하는 바와 같이, 커넥터 조립체(10)는, 커넥터 조립체(10)가 적절히 연결되지 않으면 이 커넥터 조립체의 회로 출력에 전력이 공급되는 것을 방지하는 인터록을 포함한다. 커넥터 조립체(10)는, 커넥터 조립체(10)가 전기 시스템 회로에 적절히 결합될 때까지 커넥터 조립체(10)의 출력에서 전력을 제거함으로써 연결 및 분리 동안 안전한 취급을 제공한다.
통상적인 재설정가능한 과전류 보호 장치는 전력 연결의 재설정가능한 퓨즈 기능을 사용하지만, 커넥터 조립체(10)는 PTC(50)를 활용하므로, 신뢰성 없는 퓨즈가 필요 없다.
커넥터 조립체(10)는 플러그 부조립체(12)와 (캡(16)을 포함하는) 센서 커넥터 부조립체(14)를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 커넥터 조립체(10)는 플러그 및 센서 커넥터 부조립체들 대신에 다양한 다른 부조립체들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 커넥터 조립체(10)는 전술한 모든 부품들을 유지하는 하나의 메인 하우징을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 회로 기판 조립체(44)는 양단에서 컨택트 개구부들을 갖는 단일 하우징 내에 유지될 수도 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 커넥터 조립체(10)의 회로 기판 조립체(44)의 개략적인 회로도를 도시한다. 회로 기판 조립체(44)는 (차량 브레이크에 동작가능하게 연결된) 활성화 또는 브레이크 스위치 또는 핀(80), 그라운드(82), 브레이크 램프(84), 인터록 인디케이터(86), 및 고장 인디케이터(88)에 전기적으로 연결된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 브레이크 스위치(80)는 두 개의 병렬 PTC(90, 92)에 전기적으로 연결된다. 두 개의 병렬 PTC(90, 92)가 도시되어 있지만, 소망하는 전류 정격에 따라 더 많은 또는 더 적은 PTC를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 회로는 하나의 PTC만을 포함할 수도 있고, 또는 세 개, 네 개, 또는 그 이상의 PTC를 포함할 수도 있다. 두 개의 PTC(90, 92)를 이용함으로써, 전류가 두 개의 PTC(90, 92) 간에 나누어진다. 이처럼, 두 개의 PTC(90, 92)는 하나의 PTC만을 사용한 경우보다 높은 전류 정격을 제공한다. 추가 병렬 PTC는 전류 정격을 증가시킨다.
일반적으로, PTC(90, 92)는 소정량의 전류가 해당 PTC를 통과할 수 있게 한다. 예를 들어, 각 PTC(90, 92)는 (총 10A에 대하여) 전류 5A가 해당 PTC를 통과하게 할 수 있다. 그러나, 일단 PTC(90, 92)를 통과하는 전류가 임계값을 초과하면, PTC(90, 92)는 개방 회로를 제공하도록 기능한다. 따라서, 도 4에 도시한 바와 같이, 전류가 전류 임계값 미만인 경우, 전류는 브레이크 스위치(80)로부터 PTC(90, 92)를 통해 부하로, 이 경우에는, 브레이크 램프(84)로 흐른다. 다시 말하면, 적절히 기능하는 경우, 드라이버가 브레이크를 밟으면, 전류가 브레이크 스위치(80)로부터 PTC(90, 92)를 통해 브레이크 램프(84)로 흐른다.
그러나, 특정한 전류 임계값을 초과하는 전류가 PTC(90, 92)로 흐르면, PTC(90, 92)가 트립(trip)되며, 저항이 기하급수적으로 증가한다. 이에 따라, PTC(90, 92)는, 전류 흐름을 제한하고, 매우 소량의 전류만이 PTC(90, 92)를 통과하여 브레이크 램프(84)로 향하게 할 수 있다. 일례로, PTC(90, 92)가 과전류 상태에 의해 트립되면, PTC(90, 92)의 저항은 1MOhms보다 크게 급속히 증가한다. V=IR, 12Volts/1MOhms을 이용함으로써, PTC를 통과하는 전류가 12microAmps로 된다. 이러한 방식으로, PTC(90, 92)는 브레이크 램프(84)로 흐르는 과전류로부터 보호를 제공한다. 따라서, 실시예들은 부하를 과전류로부터 보호한다.
일단 전류가 전류 또는 단락 임계값 미만으로 되면, PTC(90, 92)는 수퍼 저항기로서 기능하는 것 대신에 전류를 자동 재설정하여 그 전류가 통과할 수 있게 한다. 따라서, 회로는 상황 변화에 적응하며, 자동으로 재설정가능하다.
과전압에 대하여, 제너 다이오드(98)는, 이상적인 다이오드처럼 전류가 순방향으로 흐를 수 있게 하지만 또한 전압이 소정의 값(항복 전압)을 초과하면 전류가 역방향으로 흐를 수 있게 하는 특별한 종류의 다이오드이다.
과전압 보호 면에서 볼 때, 계전 스위치(100)는 도 4에 도시한 바와 같이 정상 폐쇄 위치(즉, 전류가, 부하, 즉, 브레이크 램프(84)로 흐를 수 있음)에 있다. 이 위치에서, 계전 코일(119)은, 에너지를 공급받지 않으며, 따라서 계전 스위치(100)를 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동시키지 않는다.
계전 스위치(100)가 폐쇄 위치에 있는 경우, 전류는 브레이크 스위치(80)로부터, PTC(90, 92)를 통해, 이어서 폐쇄된 계전기(100)를 통해, 브레이크 램프(84)로 흐를 수 있다. 동시에, 제너 다이오드(98)는 자신을 통해 전류가 흐르는 것을 방지한다. 대신에, 전류는 PTC(90, 92)로부터 계전 스위치(100)로 그리고 브레이크 램프(84)로 흐른다.
제너 다이오드(98)는, 제너 다이오드(98)가 미리 설정된 항복 전압(예를 들어, 28V)에 도달할 때까지 자신을 통해 전류가 흐르는 것을 계속 차단한다. 그러나, 일단 제너 다이오드(98)가 항복 전압, 예를 들어, 전압 스파이크에 도달하면, 제너 다이오드(98)는 항복하며, 전류가 다이오드(96)를 통해 그라운드(82)로 흐를 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 전류는 PTC(90, 92)로부터 계전 코일(119)을 통해 흐르며, 이에 따라 계전 코일(119)에 에너지를 공급하며, 이러한 계전 코일은 계전 스위치(100)를 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 자기적으로 끌어당겨, 전류가 브레이크 램프(84)로 흐르는 것을 방지한다. 이러한 방식으로, 브레이크 램프(84)는 손상을 야기할 수 있는 과전압 상태로부터 보호된다.
제너 다이오드(98)에서의 전압이 항복 전압 미만으로 되면, 제너 다이오드(98)는 전류가 자신을 통해 흐르는 것을 차단하고, 계전 코일(119)로의 전류 흐름이 중단되어, 계전 코일(119)이 더 이상 에너지를 공급받지 못한다. 이어서, 계전 스위치(100)는 다시 폐쇄 위치로 이동하고 전류가 브레이크 램프(84)로 흐른다. 이러한 방식으로, 회로는 자동으로 재설정되며, 상황 변화에 적응한다.
그러나, 폐쇄 위치와 개방 위치 간의 전환시, 계전 스위치(100)는 상당량의 시간 지연을 겪게 된다. 예를 들어, 계전 스위치(100)가 폐쇄 위치로부터 개방 위치가 이동하는 데 3 내지 10 밀리초가 걸릴 수 있다. 이 시간 동안, 전압 스파이크로 인해 브레이크 램프(84)가 손상되는 것을 방지하기 위해, 금속 산화물 배리스터(MOV; 102)가 계전 스위치(100)와 브레이크 램프(84) 사이에서 그라운드(82)에 연결된다. MOV(102)는 정격 전압을 초과하는 전압이 제공되는 경우 대 전류를 전도할 수 있는 (소결된 입상 아연 산화물 등의) 벌크 반도체 재료를 포함할 수 있다. MOV(102)는, 서지 전류를 보호되는 부하(즉, 브레이크 램프(84)) 대신에 그라운드(82)로 우회시킴으로써 전압을 정상 회로 전압의 3배 내지 4배 정도로 제한하도록 구성된다.
MOV(102)는 계전 코일(119)과 계전 스위치(100)보다 훨씬 빠르게 작동한다. 따라서, 계전 스위치(100)가 개방되도록 기동하지만 계전 스위치(100)가 개방되는 데 걸리는 짧은 시간에 전류 스파이크가 해당 계전 스위치를 통과하는 것을 방지할 정도로 빠르지 않으면, MOV(102)는 트립되며, 전류 흐름이 브레이크 램프(84)로부터 MOV(102) 내로 그리고 그라운드(82)로 분류된다(shunt). 본질적으로, MOV(102)는 계전 스위치(100)와 유사한 보호를 브레이크 램프(84)에 제공하지만, MOV(102)가 훨씬 빠르게 반응한다. 따라서, 계전 스위치(100)가 개방되는 데 걸리는 짧은 기간에, MOV(102)는 트립되며 전류 스파이크를 그라운드(82)로 우회하게 한다. 계전 스위치(100)가 개방된 후, MOV(102)는 재설정되며 더 이상 전류 스파이크를 그라운드(82)로 우회시키지 않는다. 따라서, MOV(102)는, 계전 스위치(100)가 개방되는 데 걸리는 3 내지 10 밀리초의 시간 프레임 동안 과전압 보호를 제공한다.
전술한 바와 같이, 제너 다이오드(98)에서의 전압이 항복 전압 미만으로 되면, 제너 다이오드(98)는 계전 스위치(100)와 유사하게 기능하여 전류가 브레이크 램프(84)로 흐를 수 있다. 마찬가지로, PTC(90, 92)를 통해 흐르는 전류가 PTC(90, 92)에 의해 전류가 제한되는 전류 임계값 미만으로 되면, 전류는 간단하게 PTC(90, 92)를 통해, 폐쇄된 계전 스위치(100)를 통해, 브레이크 램프(84)로 흐른다.
또한, 배터리를 재시작하는 데 점퍼 케이블을 사용하고 있거나 케이블 헤드가 거꾸로 된 상황에서, 회로 기판 조립체(44)는 전력이 그라운드에 공급되는 부적절한 연결로부터 보호를 제공하며, 그라운드에 전력이 공급된다. 이 상황에서, 전류는 그라운드(82)로부터 (다시, 전력이 부적절하게 이 지점에서 공급됨) 다이오드(94)로 흐른다(전류가 다이오드(96)에 의해 차단된다는 점에 주목). 이어서, 전류는 제너 다이오드(98)를 통해 흐르며, 이어서 제너 다이오드는 계전 코일(119)에 에너지를 공급하고, 이어서 계전 코일이 계전 스위치(100)를 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동시키며, 이에 따라 역 배터리 보호(reverse battery protection)를 제공한다. 이처럼, 전류는 브레이크 램프(84)로 흐르지 않는다. 이러한 방식으로, 브레이크 램프(84)는 부적절한 점퍼 케이블 연결로부터 보호된다.
브레이크 라이트 고장 검출에 관하여, 브레이크 스위치(80)와 PTC(90, 92)는 저항기들(104, 106)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 비교기를 갖는 마이크로컨트롤러(108)(예를 들어, 프로세서, 집적 회로 등)는 저항기들(104, 106) 사이에 전기적으로 연결된다. 저항기들(104, 106)은, 저항기들(110, 112)과 마찬가지로, PTC(90, 92)에 대한 입력 전압의 분압기(voltage divider)를 형성한다. PTC(90, 92) 양단에 걸친 전압 강하를 마이크로컨트롤러(108) 내의 비교기로의 입력으로서 사용한다. 전압 임계값이 초과되면, 후술하는 바와 같이 트랜지스터(118)가 턴온된다. 트랜지스터(124)를 마이크로컨트롤러(108)용 전원으로서 제너 다이오드(126)와 함께 사용한다는 점에 주목한다.
마이크로컨트롤러(108)는 또한 트랜지스터(118)를 통해 고장 인디케이터(88)에 전기적으로 연결된다. 또한, PTC(90, 92)는 저항기들(110, 112)과 저항기들(104, 106)의 접합을 통해 마이크로컨트롤러(108)에 또한 전기적으로 연결되며, 저항기들(106, 112)은 그라운드(82)에 연결된다. 이러한 방식으로, PTC(90, 92) 양단에 걸친 전압 강하는 마이크로컨트롤러(108)에 의해 구별되어 측정된다. 즉, (전류가 PTC(90, 92)로 흐르기 전인) 지점(114)에서의 전압, 및 (전류가 PTC(90, 92)를 통해 흐른 후인) 지점(116)에서의 전압이 마이크로컨트롤러(108)에 의해 측정된다. 이처럼, 지점들(114, 116) 사이에 전류 흐름/전압 강하의 차가 존재한다고 마이크로컨트롤러(108)가 결정하면, 마이크로컨트롤러는 (차량 내의 가시적 신호(visual signal) 또는 오디오 신호(audio signal)에 연결된) 고장 인디케이터(88)를 활성화하여 브레이크 라이트 고장이 있음을 조작자에게 경고할 수 있다.
예를 들어, 마이크로컨트롤러(108)는 지점들(114, 116) 사이의 전압 차를 결정할 수 있다(다시, V=IR). 지점들(114, 116) 사이의 전압 차가 매우 크면(예를 들어, PTC(90, 92) 양단에 걸친 전압 강하가 허용가능 양보다 크면), 마이크로컨트롤러(108)는 매우 많은 전류가 PTC(90, 92)를 통해 흐르며 회로 내에 고장이 있다고 결정한다. 주목할 점은 PTC(90, 92)가 션트 저항기로서 사용된다는 점이다. 제조 또는 캘리브레이션 프로세스 동안, (션트 저항기로서 기능하는) PTC(90, 92) 양단의 허용가능한 전압 강하가 마이크로컨트롤러(108)에 저장된다. 마이크로컨트롤러(108)가 (허용가능한 전압 강하에 비해) PTC(90, 92) 양단의 상당히 낮은 또는 높은 전압 강하를 측정하면, 마이크로컨트롤러(108)는 브레이크 라이트의 하나 이상의 전구가 고장 났고 이에 따라 고장 인디케이터(88)를 턴온하는 것을 결정한다. 어느 경우든, 마이크로컨트롤러(108)는, 고장 인디케이터(88)에 전기적으로 연결되어 있는 트랜지스터(118)를 턴온함으로써 (예를 들어, 발광 다이오드(LED) 또는 이러한 임의의 다른 발광 장치일 수 있는) 고장 인디케이터(88)를 활성화할 수 있다. 트랜지스터(118)가 오프되면, 트랜지스터(118)가 그라운드(82)에 연결되지 않기 때문에 고장 인디케이터(88)가 활성화되지 않는다. 일단 전압 강하가 허용가능한 범위 내에 있다고 마이크로컨트롤러(108)가 결정하면, 마이크로컨트롤러(108)는 트랜지스터(118)를 턴오프하고, 고장 인디케이터(88)가 비활성화된다.
지점들(116, 114)에서의 전압 차가 미리 정해진 기준 전압 범위에 있으면, 마이크로컨트롤러(108)는 고장 인디케이터(88)를 활성화하지 않는다. 대신에, 회로가 정상적으로 동작한다.
전술한 바와 같이, 고장 인디케이터(88)는 가시적 신호 또는 오디오 신호를 방출할 수 있는 임의의 장치일 수 있다. 고장 인디케이터(88)는 차량의 계기판 내의 LED일 수 있다. 선택 사항으로, 고장 인디케이터(88)는 표준 전구, 디지털 판독기 등일 수 있다. 또한, 고장 인디케이터(88)는 윙하는 소리를 내는 오디오 신호 또는 미리 녹음된 음성 메시지를 방출하는 스피커일 수 있다.
다른 일례로, 차량은 다수의 브레이크 라이트를 구비할 수 있다. 예를 들어, 각 브레이크 라이트 조립체는 세 개의 서로 다른 별개의 전구를 포함할 수 있다. 따라서, 드라이버가 브레이크를 밟는 경우, 소정량의 전류가 세 개의 전구에 흐르게 된다. 예를 들어, 전구에 불이 들어오면, 브레이크 전구는 관통 전류 2A를 가질 수 있다. 따라서, 브레이크 라이트 조립체가 세 개의 전구를 포함하는 경우에, 드라이버가 브레이크 페달을 밟으면, 총 6A의 전류가 브레이크 라이트 조립체를 통과하여 흐른다. 마이크로컨트롤러(108)는 브레이크 라이트 조립체의 세 개의 전구를 통해 흐르는 6A의 정상 상태에 상관되는 PTC(90, 92)에서의 전압을 결정한다.
그러나, 전구들 중 하나가 고장나면, 브레이크 라이트 조립체를 통해 4A만이 흐를 것이다. 이 경우에, 마이크로컨트롤러(108)는 고장을 검출하며, 즉, 세 개의 전구 중 두 개의 전구만이 작동하고 있음을 검출한다. 따라서, 마이크로컨트롤러(108)는 이러한 상태를 드라이버에게 경고하기 위해 트랜지스터(118)를 간헐적으로 활성화하여 고장 인디케이터(88)를 활성화할 수 있다. 예를 들어, 고장 인디케이터는 제1 속도로 플래시를 행할 수 있다. 세 개의 전구 중 한 개의 전구만이 작동하고 있음을 마이크로컨트롤러(108)가 검출하면(예를 들어, 2A가 브레이크 라이트 조립체를 통해 흐르면), 마이크로컨트롤러(108)는 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 고장 인디케이터(88)를 활성화할 수 있다. 예를 들어, 고장 인디케이터(88)는 두배 속도(double-time rate)로 플래시를 행할 수 있다. PTC(90, 92)의 지점들(114, 116)에서 측정된 전압에 기초하여 브레이크 라이트 조립체를 통해 흐르는 전류가 없음을 마이크로컨트롤러(108)가 검출하면, 마이크로컨트롤러(108)는 고장 인디케이터(88)를 활성화하여 고장 인디케이터를 단순히 켜져 있게 한다(즉, 스위치(88)에 연결된 고장 지시 장치가 일정한 광이나 신호를 끊임없이 방출한다).
또한, 회로는 (도 1 내지 도 3에 도시한) 커넥터 조립체(10)가 적절히 연결되어 있는지 여부를 검출하도록 구성된다. 플러그 부조립체(12)가 센서 커넥터 부조립체(14)와 적절히 결합되어 있으면, 인터록 핀(86)이 그라운드(82)로 당겨진다. 그러나, 커넥터 조립체(10)가 적절히 결합되어 있지 않으면, 인터록 핀(86)은 접지되지 않는다. 따라서, 트랜지스터(121)가 온(on) 상태로 유지되어, 전류가 계전 코일(119)을 통해 흐를 수 있다. 이에 따라, 계전 코일(119)은 에너지를 공급받아 계전 스위치(100)를 개방 위치로 이동시킨다.
도 1 내지 도 4를 참조해 보면, 전술한 바와 같이 일단 플러그 부조립체(12)가 (캡(16)을 포함하는) 센서 커넥터 부조립체(14)에 적절히 연결되면, 센서 커넥터 부조립체(14) 내에 있을 수 있는 인터록 핀(86)이 플러그 부조립체(12) 내의 상호 구조(reciprocal structure)와 결합되어 접지된다. 즉, 센서 커넥터 부조립체(14) 내의 인터록 핀(86)이, 예를 들어, 플러그 부조립체(12) 내의 상호 핀과 완전히 결합되면, 인터록 핀(86)이 접지된다.
그러나, 플러그 부조립체(12)가 센서 커넥터 부조립체(14)와 결합되지 않거나 부적절하게 결합되면, 인터록 핀(86)은 플러그 부조립체(12) 내의 상호 구조와 결합하지 않는다. 따라서, 비 연결 상태나 부적절한 연결 상태 동안 브레이크 스위치(80)가 폐쇄되면, 전류가 PTC(90, 92)로 또는 풀업 저항기(122)로 흐르지 않는다. 전류가 그라운드(82)로 흐르지 않으면, 트랜지스터(121)가 온 상태로 유지되어 그라운드(82)로의 경로를 제공한다. 주목할 점은 트랜지스터(121)도 계전 코일(119)에 연결되어 있다는 점이다. 이에 따라, 계전 코일(119)은, 에너지를 공급받아, 계전 스위치(100)가 개방되게 한다. 전압이 항복 전압 미만이기 때문에, 제너 다이오드(98)는 전류가 자신을 통해 흐르는 것을 차단한다. 따라서, 인터록 핀(86)이 결합되지 않으면, 트랜지스터(121)가 온으로 되며, 전류가 PTC(90, 92)를 통해 계전 코일(119)로, 트랜지스터(121)로, 그리고 그라운드(82)로 흐르지만, 제너 다이오드(98)를 통해 흐르지는 않는다. 트랜지스터(121)가 온 상태이기만 하면, 브레이크 램프(84)에는 전력이 공급되지 않는다.
그러나, 인터록 핀(86)이 완전히 연결되면, 인터록 핀(86)이 접지되며, 트랜지스터(121)에 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 트랜지스터(121)가 턴오프되고, 계전 코일(119)이 더 이상 에너지를 공급받지 못하며, 계전 스위치(100)가 폐쇄 위치로 이동한다.
따라서, 인터록 핀(86)은, 플러그 부조립체(12)가 (캡(16)을 포함하는) 센서 커넥터 부조립체(14)에 적절히 연결되는 경우 전류가 브레이크 램프(84)로만 흐르는 것을 보장하도록 구성된다. 커넥터 조립체(10)의 인터록 특징은 조립체(10)를 취급하기 위한 자동 안전 장치를 제공한다. 즉, 전술한 바와 같이, 적절히 연결되지 않으면, 전류가 브레이크 램프(84)로 공급되지 않는다.
회로는 전술한 PTC(90, 92), 제너 다이오드(98), 및 계전 스위치(100)의 보호, 고장 인디케이터(88)와 마이크로컨트롤러(108)의 고장 검출, 및 인터록 핀(86)을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 회로는 이러한 특징들 모두보다 적은 특징을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일 실시예에서는, 과전류 또는 과전압 검출 회로, 인터록 지시, 또는 고장 지시 회로만을 포함할 수도 있다. 또한, 회로는 이러한 특징들 중 두 개만을 포함할 수도 있다.
커넥터의 일부 실시예들은 단락 회로 상태에서 회로가 동작하게 할 수 있는 도 4에 도시한 바와 같은 회로 조립체를 포함하며, 커넥터 조립체(10)는 전력 회로 연결을 개방할 수 있다(즉, 관통 전류가 흐르는 것을 허용하지 않는다). 회로는 추가 조정(additional intervention)이나 수동 조정(manual intervention) 없이 단락 회로 고장이 해결되어 회로가 정상 동작으로 자동 복귀될 때까지 개방 상태로 유지된다. 과전압 특징은 하류 전자 모듈들로부터 과전압 보호를 제공하여, 개별적인 보호를 필요로 하지 않는다.
예시적인 실시예에서, 고장 검출 특징은 동작 불능인 브레이크 라이트를 위한 것이다. 그러나, 다른 다양한 고장 검출 회로들이 본 명세서에서 설명한 커넥터 시스템을 사용할 수도 있다. 커넥터 조립체(10)는 동작 불능의 브레이크 라이트를 경고하도록 활성화되는 인디케이터 램프를 포함할 수도 있다. 이 모듈은 브레이크 램프만을 위한 전력 패스 스루이다. 브레이크 스위치(80)에 연결된 브레이크 페달 스위치 회로를 통해 외부에서 전력 전환을 행한다. 다시 말하면, 브레이크 스위치(80)는 브레이크 페달로부터의 입력이며, 이에 따라 드라이버가 브레이크를 밟으면, 전환된 라인 입력으로 된다. 인터록 스위치 또는 핀(86)은 외부에서 그라운드에 정상적으로 연결된 제어 입력이며, 이에 따라 어떠한 이유로 인해 커넥터가 분리되고 브레이크 스위치(80)에 전력이 공급되면, 트랜지스터(121)는 계전 코일(119)에 에너지를 공급하여 계전 스위치(100)가 정상 폐쇄 상태로부터 정상 개방 상태로 전환되게 하여, 브레이크 램프(84)로부터 전력을 제거하여 브레이크 램프를 아크 방전으로부터 보호한다.
따라서, 실시예들은 (브레이크 라이트 등의) 부하를 과전류 및/또는 과전압으로부터 보호하도록 구성된 스마트 커넥터 시스템을 제공한다. 또한, 실시예들은 스마트 커넥터 시스템 내의 고장을 자동 검출하도록 구성된 스마트 커넥터 시스템을 제공한다. 또한, 실시예들은 커넥터가 적절히 결합되고 연결되어 있는지 여부를 결정하도록 구성된 커넥터 시스템을 제공한다. 실시예들은 이러한 특징들 중 하나보다 많은 특징을 수행하는 커넥터 시스템을 제공할 수 있다. 예를 들어, 실시예들은 이러한 기능들 모두를 수행하는 커넥터 시스템을 제공할 수 있다.
전술한 설명은 예시적이며 제한적이 아니라는 점을 이해하기 바란다. 예를 들어, 전술한 실시예들(및/또는 이들의 양태들)은 서로 조합하여 사용될 수도 있다. 또한, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명의 다양한 실시예들의 교시에 적응하도록 특정 상황이나 재료에 대하여 많은 수정을 행할 수 있다. 본 명세서에서 설명한 재료들의 치수와 유형은 본 발명의 다양한 실시예들의 파라미터들을 정의하려는 것이지만, 이러한 실시예들은 제한적이 아닌 예시적인 실시예들이다. 다른 많은 실시예들은 전술한 설명을 읽는 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위는 청구범위를 이러한 청구범위에 대한 균등론의 전체 범위와 함께 참조하여 결정되어야 한다. 청구범위에서, "포함"(including)과 "에서"(in which)라는 용어들은 각각 용어들인 "포함"(comprising)과 "여기서"(wherein)의 평이한 영어로 된 균등 용어들로서 사용된다. 또한, 이하의 청구범위에서, "제1", "제2", "제3' 등의 용어들은 라벨로서 사용된 것일 뿐이며, 해당 대상물에 수치 요건을 부가하려는 것이 아니다. 또한, 다음에 따르는 청구범위의 한정 사항은, 추가 구조 없이 기능 표현이 기재되는 "~을 위한 수단"이라는 구를 이러한 청구범위의 한정 사항에서 명백하게 사용하지 않는 한, 수단 플러스 기능의 형식으로 기재되지 않았으며 특허법(35 U.S.C. § 112, sixth paragraph)에 기초하여 해석되려는 것이 아니다.
이러한 본 명세서의 설명은 예들을 사용하여, 최상의 모드를 포함한 본 발명의 다양한 실시예들을 개시하며, 또한, 어떠한 당업자라도 임의의 장치나 시스템을 제조하고 사용하고 임의의 통합된 방법들을 수행하는 것을 비롯하여 본 발명의 다양한 실시예들을 실시할 수 있게 한다. 본 발명의 다양한 실시예들의 특허가능한 범위는 청구범위에 의해 정해지며, 당업자에게 발생하는 다른 예들을 포함해도 된다. 이러한 다른 예들은, 이 예들이 청구범위의 축어적 언어와 다르지 않은 구조적 요소들을 갖는다면 또는 이 예들이 청구범위의 축어적 언어와의 차이가 미미한 균등한 구조적 요소들을 포함한다면, 청구범위 내에 포함하려는 것이다.
10 커넥터 조립체 (connector assembly)
12 플러그 부조립체 (plug subassembly)
14 센서 커넥터 부조립체 (sensor connector subassembly)
80 브레이크 스위치(brake switch)
82 그라운드 (ground)
84 브레이크 램프 (brake Lamp)
86 인터록 핀 (interlock pin)
88 고장 인디케이터 (fault indicator)
98 제너 다이오드 (Zener diode)
100 계전 스위치 (relay switch)
108 마이크로컨트롤러 (microcontroller)
119 계전 코일 (relay coil)

Claims (12)

  1. 집적 보호 회로를 구비하는 커넥터 조립체(10)로서,
    플러그 부조립체(plug subassembly; 12)와,
    상기 플러그 부조립체(12)에 선택적으로 연결가능한 센서 커넥터 부조립체(14)와,
    상기 센서 커넥터 부조립체(14) 내에 고정되는 회로 기판(46)으로서, 활성화 스위치(80)와 부하 사이에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 정 온도 계수 장치(positive temperature coefficient device; PTC)(90, 92)를 포함하는, 상기 회로 기판(46)을 포함하고,
    상기 회로 기판(46)은, 상기 부하를 과전압이나 과전류 중 적어도 하나로부터 보호하고 부하 스위치의 고장 상태를 검출하고 상기 플러그 부조립체(12)가 상기 센서 커넥터 부조립체(14)에 적절히 연결되어 있는지 여부를 결정하는 회로(44)를 포함하는, 커넥터 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 활성화 스위치(80)는 브레이크 페달에 동작가능하게 연결된 브레이크 스위치(80)를 포함하고, 상기 부하는 브레이크 램프(84)를 포함하는, 커넥터 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 회로 기판(46)은,
    상기 적어도 하나의 PTC(90, 92) - 상기 적어도 하나의 PTC(90, 92)는 상기 적어도 하나의 PTC(90, 92)에서의 전류가 전류 임계값을 초과하면 상기 계전 스위치(100)로 흐르는 전류를 제한함 - 와 상기 부하 사이에 연결된 계전 스위치(100)와,
    계전 코일(119)에 연결된 제너 다이오드(98)를 더 포함하고,
    상기 제너 다이오드(98)는, 상기 제너 다이오드(98)가 항복 전압을 겪는 경우 전류가 상기 계전 코일(119)로 흐를 수 있게 하여 상기 계전 코일(119)에 에너지를 공급하여 상기 계전 스위치(100)를 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동시키도록 구성된, 커넥터 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 계전 스위치(100)와 상기 부하 사이에 전기적으로 연결된 금속 산화물 배리스터(metal oxide varistor; MOV)(102)를 더 포함하는, 커넥터 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 회로 기판(46)은 상기 적어도 하나의 PTC(90, 92)의 양단에 그리고 고장 인디케이터(fault indicator; 88)에 전기적으로 연결된 마이크로컨트롤러(108)를 더 포함하는, 커넥터 조립체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러(108)는 상기 고장 인디케이터(88)를 활성화해야 하는지 여부를 결정하도록 상기 적어도 하나의 PTC(90, 92)의 양단에 걸친 전압 차를 감시(monitor)하는, 커넥터 조립체.
  7. 제5항에 있어서, 상기 고장 인디케이터(88)는 가시적 인디케이터 또는 오디오 인디케이터 중 하나 이상을 포함하는, 커넥터 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 회로(46)는 인터록 핀(interlock pin; 86)을 갖는 인터록 회로를 포함하고,
    상기 회로(46)는, 상기 플러그 부조립체(12)가 상기 센서 커넥터 부조립체(14)와 부적절하게 결합되는 경우 전류가 상기 부하로 흐르는 것을 방지하는, 커넥터 조립체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 인터록 핀(86)에 전기적으로 연결된 트랜지스터(121)를 더 포함하고,
    상기 트랜지스터(121)는, 상기 플러그 부조립체(12)가 상기 센서 커넥터 부조립체(14)에 적절히 연결되지 않은 경우 온(on) 상태로 되어 그라운드(82)에 연결되고, 상기 트랜지스터(121)는, 상기 플러그 부조립체(12)가 상기 센서 커넥터 부조립체(14)에 적절히 연결되는 경우 오프(off) 상태로 되어 상기 그라운드(82)에 연결되지 않는, 커넥터 조립체.
  10. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 PTC(90, 92)는 병렬 연결된 적어도 두 개의 PTC(90, 92)를 포함하는, 커넥터 조립체.
  11. 제1항에 있어서, 상기 과전압이나 과전류로부터의 보호는 수동 조정 없이 자동으로 재설정가능한, 커넥터 조립체.
  12. 제1항에 있어서, 상기 회로(46)는 역 배터리 보호(reverse battery protection)를 더 제공하는, 커넥터 조립체.
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