KR20200123198A - 방전 장치, 전기 유닛, 및 방전 방법 - Google Patents

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KR20200123198A
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크리스티안 빈트
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브로제 파르초이크타일레 에스에 운트 코. 콤만디트게젤샤프트, 뷔르츠부르크
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Abstract

본 발명은 전기 계통 또는 전기 작동 유닛(1)을 능동적으로 방전하기 위한 방전 장치(6)에 관한 것이며, 상기 방전 장치는, 전류 제한 저항기(12)와, 간접적으로 전류 제한 저항기(12)를 통해 기준 전위(14)와 계통 내지 전기 작동 유닛(1)의 방전 대상 부품(4)을 연결하기 위한 제1 스위치(10)를 구비한 방전 회로(8); 및 제1 스위치(10)의 제어 단자 측에 배치되어 방전 모드 중에 제1 스위치(10) 및/또는 전류 제한 저항기(12) 상에서 발생하는 가열을 제한하기 위한 제한 회로(16);를 포함하며, 제한 회로(16)는 제1 스위치(10) 및/또는 전류 제한 저항기(12)와 열적으로 결합되어 있는 NTC 저항기(20)를 포함한다.

Description

방전 장치, 전기 유닛, 및 방전 방법
본 발명은 전기 계통(electrical system), 특히 고전압 계통, 또는 상기 계통의 전기 작동 유닛을 능동적으로 방전하기 위한 방전 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 전기 유닛, 그리고 방전 방법에 관한 것이다.
오늘날의 자동차들의 경우, 통상 12볼트의 전압 값을 갖는 전압으로 작동되는 컴포넌트들 외에도, 보통 훨씬 더 높은 작동 전압 값으로 작동되는 컴포넌트들 역시도 사용된다. 이런 방식으로, 특히 완전 전기 구동부 또는 하이브리드 구동부를 장착한 차량들의 경우, 높은 작동 전압 값은 100볼트를 초과할 수 있다. 이 경우, 60볼트를 초과하는 전압 값들은 자동차 분야에서 "고전압"으로서 지칭된다. 이 경우, 특히 예컨대 구동 모터, 냉각제 또는 윤활제 펌프, 에어컨디셔너 컴프레서 등을 포함하는 고전압으로 작동되는 전기 유닛들, 즉 대개는 전기 구동 시스템들은 소위 "고전압 계통"에 편입된다. 대개 상기 고전압 계통은, 각각 고전압 계통의 하나 또는 모든 전기 유닛에 할당되는 하나 이상의 에너지 저장 장치(예: 커패시터) 역시도 포함한다. 상기 에너지 저장 장치는 예컨대 전기 유닛 또는 전기 유닛들을 위해 필요한 작동 전압값을 일정하게 유지하기 위해 이용된다.
그러나 안전의 이유에서, 상기 유형의 고전압 계통들은 한편으로 차단될 수 있어야 하고 다른 한편으로는 특히 방전될 수 있어야 한다. 이는 특히 사람이 각각의 고전압 계통과 접촉할 수 있거나, 또는 다른 방식으로 단락이 발생할 수 있을 때의 경우에 해당한다. 이는 예컨대 차량 유지보수 또는 수리의 경우, 또는 상황에 따라 사고의 경우에 해당한다. 자동 방전을 가능하게 하기 위해, 방전 대상 전기 유닛(electrical unit to be discharged), 또는 적어도 할당된 에너지 저장 장치는 정기적으로 가역적으로 스위치 및 저항기를 통해 기준 전위와 연결될 수 있다. 이 경우, 스위치, 또는 특히 스위치 제어 단자의 제어부는, 제어부의 예상하지 못한 고장 시에도 스위치가 자신의 전도 상태(conducting state)로 전환됨으로써 전기 유닛 도는 적어도 에너지 저장 장치가 방전되는 방식으로 형성된다. 이런 경우 문제는 보통 방전 동안 스위치 및/또는 저항기가 가열되고 최악의 경우에는 이때 발생하는 온도를 통해 파괴될 수 있다는 점이다.
본 발명의 과제는, 전기 계통, 또는 상기 전기 계통의 전기 작동 유닛의 최대한 안전한 방전을 가능하게 하는 것에 있다.
상기 과제는, 본 발명에 따라 청구항 제1항의 특징들을 갖는 능동적인 방전을 위한 방전 장치를 통해 해결된다. 또한, 상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 제9항의 특징들을 갖는 전기 작동 유닛을 통해 해결된다. 또한, 상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 제10항의 특징들을 갖는 방전 방법을 통해 해결된다. 본 발명의 바람직하고 부분적으로 진보성이 있는 실시예들 및 개선예들은 종속 청구항들 및 하기의 기재 내용에 설명되어 있다.
본 발명에 따른 방전 장치는 전기 계통, 특히 고전압 계통, 또는 바람직하게는 상기 고전압 계통의 부분이거나 그 자체를 포함하는 전기 작동 유닛을 능동적으로 방전하기 위해 이용된다. 이 경우, 방전 장치는, 특히 방전 모드 중에 고전압 계통("온보드 전기 시스템" 역시 포함) 내지 전기 작동 유닛의 방전 대상 부품(component to be discharged)이 기준 전위(바람직하게는 접지 전위)와 연결되게 하는 방전 회로를 포함한다. 이를 위해, 방전 회로는, 하기에서 "전류 제한 저항기"로서 지칭되는 저항기와, 하기에서 "방전 스위치"로서 지칭되는 제1 스위치를 포함한다. 이 경우, 방전 스위치는 간접적으로 전류 제한 저항기를 통해 기준 전위와 상기 방전 대상 부품을 특히 가역적으로 연결하기 위해 이용된다. 다시 말하면, 방전 회로는, 방전 스위치가 폐쇄된(다시 말해 통전되거나 전도 연결된) 경우 고전압 계통 또는 적어도 전기 작동 유닛(특히 적어도 방전 대상 부품)이 전류 제한 저항기를 통해 기준 전위와 전기 전도 가능하게 연결되는 방식으로 형성된다. 또한, 방전 장치는 방전 스위치의 제어 단자 측에 배치되고 바람직하게는 상기 방전 스위치와 전도성으로 연결된 제한 회로를 포함하며, 이 제한 회로는 방전 모드 중에 방전 스위치 상에서, 그리고/또는 전류 제한 저항기 상에서 발생하는 가열을 모니터링하고 제한하기 위해 이용된다. 이 경우, 제한 회로는 ["서미스터(thermistor)"로서도 지칭되는] NTC 저항기를 포함하며, 이 NTC 저항기의 저항값은 그 결과 가열된 상태에서 감소된다. 이 경우, 상기 NTC 저항기는 방전 스위치 및/또는 전류 제한 저항기와 열적으로 결합된다.
바람직하게는, NTC 저항기는 단지 방전 스위치와만 열적으로 결합된다.
차량의 고전압 계통, 특히 고전압 온보드 전기 시스템은 여기서, 그리고 하기에서 60볼트보다 크거나 같은 전압 값을 갖는 작동 전압으로 작동되는 계통(온보드 전기 시스템)을 의미한다.
바람직하게 NTC 저항기는, NTC 저항기의 가열된 상태에서(그러므로 NTC 저항기의 "우수한" 전도 상태에서, 요컨대 특히 80℃보다 높은, 바람직하게는 100℃보다 높은, 특히 바람직하게는 150℃보다 높은 온도 값이 가열된 상태로서 해석되는 조건에서), 방전 스위치의 통전을 위해 필요한 제어 전압, 또는 필요한 제어 전류의 직접 또는 간접적인 감소가 수행되는 방식으로 배선된다. 이는, 다시금 방전 스위치를 경유하여 흐르는 전류(방전 전류)를 감소시키고, 그리고/또는 방전 회로를 차단하며, 이때 방전 회로의 차단은, 특히 방전 스위치가 충분히 높은 제어 전압 내지 충분히 높은 제어 전류의 부재(absence)로 인해 개방되면서 이루어진다.
방전 모드 중에, 방전 스위치 및 대개는 전류 제한 저항기 역시도 전력 손실로 인해 가열된다. 이는 두 부품 중 적어도 하나의 부품의 고장에까지 이를 수 있으며, 이는 다시금 고전압 계통 및/또는 전기 작동 유닛의 파괴를 야기할 수 있다. NTC 저항기가 방전 스위치 내지 전류 제한 저항기와 열적으로 결합되는 것을 통해, 바람직한 방식으로, 방전 회로 내로 유입되는 열의 모니터링 및 특히 상기 열의 감소가 방전 회로의 (적어도 열적) 과부하 전에 가능해진다. 이와 같이, 특히 고전압 계통 또는 전기 작동 유닛이 방전 대상 부품으로서 에너지 저장 장치, 예컨대 커패시터를 포함하는 경우, 특히 차량의 상위의 모니터링 시스템의 고장 동안에도 비교적 안전한 방전 모드가 가능해진다.
바람직한 실시예에서, 방전 스위치는 특히 파워 트랜지스터를 통해, 바람직하게는 절연 게이트 전극을 포함한 쌍극자 트랜지스터(약어 - IGBT: 절연 게이트 쌍극자 트랜지스터)를 통해, 또는 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(약어 - MOS-FET)를 통해 형성된다. 따라서, 특히 방전 스위치는 전압 제어식 스위치이다. 이 경우, 특히 방전 스위치는 콜렉터 또는 드레인 단자, 이미터 또는 소스 단자 및 게이트 단자를 포함하며, 게이트 단자는 전술한 제어 단자이다. 이 경우, 추가로 바람직하게는, 방전 스위치는, 콜렉터 또는 드레인 단자가 고전압 계통의 방전 대상 부분(부품) 내지 방전 대상 전기 작동 유닛과 (적어도 간접적으로) 연결되는 방식으로, 고전압 계통 내에 통합된다. 이 경우, 이미터 또는 소스 단자는, 특히 전술한 전류 제한 저항기가 중간에 연결된 조건으로, 바람직하게는 기준 전위로 안내된다. 이 경우, (방전 모드 중에) 전류 제한 저항기 상에서 강하하는 전압은 다시 제어 단자 상에 인가된 제어 전압에 영향을 미치며, 그럼으로써 다시금 방전 스위치를 경유하여 흐르는 방전 전류는 제한되게 되거나 제한되어 있게 된다. 이와 같이, 전류 제한 저항기의 각각의 선택에 따라, 특히 최대 방전 전류가 기설정될 수 있다.
특히 정상 온도를 상회하는 경우 방전 스위치 내에서 최대한 초과 비례적인 전류 제한을 가능하게 하기 위해, 본 발명의 목적에 적합한 실시예에서, NTC 저항기는 방전 스위치의 제어 단자와 연결되며, 그리고 특히 바람직하게는 기준 전위와 분리되지 않게, 그리고 특히 간접적으로 연결된다. 이 경우, 바람직하게, NTC 저항기는, 그 밖에도, 특히 방전 전류의 제한이 활성화되는 개시점이 되는 온도 임계값을 기설정하기 위해, 특히 설정하기 위해 이용되는 "추가 저항기"와 (특히 직렬로) 연결된다. 바람직하게 상기 추가 저항기는 NTC 저항기와 기준 전위 사이에 연결된다. 따라서, 이런 NTC 저항기의 배선을 통해, NTC 저항기가 가열되고 그에 따라 그 전도성이 증가할 때, 특히 우선 추가 저항기를 통해 기설정된 온도 임계값을 상회하는 경우, 바람직하게는 (바람직하게 IGBT 또는 MOS-FET로서 형성된) 방전 스위치의 제어 단자 상에서 제어 전압 및 그에 따른 방전 전류의 (그에 따라 초과 비례적인) 제한이 수행된다. 온도 임계값을 상회하는 경우(그리고 그에 따라 추가 저항기로부터 독립적으로) 제한은 특히 NTC 저항기의 온도 거동에 따라서 선택적으로 마찬가지로 초과 비례적으로 수행되거나, 또는 선형으로도 수행된다.
목적에 적합한 실시예에서, 본원의 방전 장치, 바람직하게는 제한 회로는 특히 제어될 수 있거나, 또는 적어도 설정될 수 있는 전압 기준부(voltage reference)를 포함하며, 예컨대 방전 스위치의 제어 단자와 기준 전위 사이에 연결되는 제어 가능한 제너 다이오드를 포함한다. 또한, NTC 저항기는, (앞서 기술한 것처럼 NTC 저항기가 특히 자신의 타측 단자로 방전 스위치의 제어 단자에 연결되는 점 외에도) 전압 기준부의 제어 입력단과 연결된다. 전압 기준부를 기반으로, 바람직한 방식으로, 제한 회로는 보다 더 적합하게, 특히 정밀하게, 그리고/또는 간단한 방식으로 구성(configuration)될 수 있다. 이 경우, NTC 저항기는, 바람직하게는 앞에서 기술한 추가 저항기와 조합되어, 전압 기준부를 위한 설정 값을 결정한다(그리고 그에 따라 방전 전류의 감소가 시작되는 개시점이 되는 온도 임계값으로서도 이용된다). 이 경우, 전압 기준부는 바람직하게는 방전 스위치의 제어 단자 상의 제어 전압에 영향을 미친다. NTC 저항기가 가열될 때, 상기 NTC 저항기는 자신의 증가하는 전도성을 기반으로 특히 간접적으로 전압 기준부에 의해 방전 스위치의 제어 단자 상의 제어 전압의 감소를 야기한다. 그렇게 하여, 다시금, 방전 스위치를 경유하여 흐르는 전류(방전 전류)는 감소되며, 그럼으로써 방전 스위치 내의 전력 손실은 감소하게 된다. 이와 같이, 방전 스위치의 온도는 바람직한 방식으로 방전 회로에 대해 비임계의 온도 범위 이내에서 유지될 수 있다(특히 NTC 저항기, 추가 저항기 등을 적합하게 구성한 경우, 방전 스위치는 냉각되며, 그리고 NTC 저항기 역시도 열적 결합으로 인해 냉각된다). 그렇게 하여, NTC 저항기의 전도성은 감소하며, 그리고 방전 스위치의 제어 단자 상의 제어 전압은 다시 증가한다. 그렇게 하여, 방전 스위치 및 전류 제한 저항기를 통한 규정에 따른 방전은 다시 전체 범위에서, 또는 경우에 따라 적어도 (보다 더 고온인 NTC 저항기의 경우에서보다) 더 큰 범위에서 계속된다. 비록, 기본적으로, NTC 저항기의 사용은 전압 기준부 없이도 가능하긴 하다. 그러나 이런 경우에 NTC 저항기는 비교적 저오옴으로 선택되어야 할 수도 있는데, 이는 다시금 NTC 저항기의 보다 더 높은 (특히 전류로 인한) 자기 가열(self-heating)을 초래할 수도 있다.
목적에 적합하게 특히 앞에서 기술한 실시예에 대해 대안인 본 발명의 실시예에서, 제한 회로는 제2 스위치를 포함한다. 이 경우, NTC 저항기는 제어 단자와 상기 제2 스위치를 연결한다. 그 밖에도, 제2 스위치는, 제2 스위치의 완전한 스위치온(즉, "통전") 상태에서 방전 스위치의 제어 단자가 기준 전위와 연결되는 방식으로 배선된다. 따라서, 제2 스위치의 완전한 스위치온 상태에서(구체적으로는 방전 스위치가 IGBT 또는 MOS-FET로서 형성되는 경우), 방전 스위치의 제어 단자 상에서 제어 전압은 대략 영(0)으로 강하하거나, 또는 적어도 방전 스위치가 개방되는 정도로 작은 값("스위칭 값")으로 강하한다. 이런 경우에, 방전 회로는 "비활성화"되거나 차단된다. NTC 저항기는, 선택적인 변형예에서, NTC 저항기의 가열이 증가하고 그에 따라 그 전도성이 증가하는 경우 특히 제2 스위치의 완전한 통전을 위해 필요한, 할당된 제2 제어 전압 또는 경우에 따라 제2 제어 전류의 한계 값이 상회되는 방식으로도 구성되고, 그리고/또는 방전 스위치 내지 전류 제한 저항기와 열적으로 결합된다. 선택적으로, 상기 한계 값 역시도 그에 상응하게(특히 제2 스위치의 선택을 통해) 매칭된다. 따라서, 이런 경우에, 간접적으로 제2 스위치에 의해, 방전 스위치의 제어 단자 상의 제어 전압의 감소, 특히 차단이 수행된다. 제2 스위치의 완전한 통전의 경우 방전 스위치가 개방되는 것을 통해, 방전 스위치 및 경우에 따른 전류 제한 저항기는 (다시) 비임계 온도 값으로 냉각될 수 있다. 따라서, 방전 스위치와 NTC 저항기의 열적 결합을 기반으로, NTC 저항기 역시도 냉각되며, 그럼으로써 NTC 저항기의 전도성도 감소되고 그에 상응하게 제2 스위치는 다시 개방되게 된다. 그렇게 하여, 방전 스위치 및 전류 제한 저항기를 통해 전기 작동 유닛 또는 고전압 계통의 규정에 따른 방전이 계속된다. 대안의 변형예에서, 제2 스위치의 작동점, 및/또는 특히 NTC 저항기와 방전 스위치 내지 전류 제한 저항기의 열적 결합은, 목적에 적합하게는, NTC 저항기의 가열이 증가하고 그에 따라 그 전도성이 증가하는 경우에도, 제2 스위치의 완전한 통전을 위해 필요한 한계 값이 상회되는 것이 아니라, 특히 그에 상응하게 증가하는 방식으로 근사되도록 선택된다. 그렇게 하여, NTC 저항기의 가열이 증가하는 경우, 제2 스위치는 바람직한 방식으로 (특히 제2 스위치의 전도성도 그에 상응하게 증가하는) 부분 전도 모드 상태가 되며, 그럼으로써 (바람직하게는 방전 스위치의 스위칭 값을 상회하는) 방전 스위치의 제어 단자 상의 제어 전압의 부분적인 감소만이 수행되게 되고 그에 따라 방전 스위치의 완전한 개방은 수행되지 않게 된다.
바람직한 실시예에서, 앞에서 기술한 제2 스위치는 전계효과 트랜지스터, 특히 MOS-FET를 통해 형성되고 그에 따라 특히 그 전압이 제어된다. 이런 경우에, 다시 말해 NTC 저항기는 특히 전계효과 트랜지스터, 특히 MOS-FET의 "게이트 단자"와 연결된다.
앞에서 기술한 실시형태들 각자에서, 바람직한 실시예에서, 본원의 방전 장치는 제어 회로를 포함하고, 이 제어 회로는 다시금 기준 전위와 방전 스위치의 제어 단자를 가역적으로 연결하기 위해 스위칭 수단을 포함한다. 특히 상기 제어 회로는, 방전 스위치를 그의 개방된 상태에서 유지하고 그에 따라 고전압 계통 내지 전기 작동 유닛의 규정에 따른 작동 모드(특히 규정에 따른 연속 작동 모드)를 유지하기 위해 이용된다.
목적에 적합한 실시예에서, 스위칭 수단은, 추가(경우에 따라 제3) 스위치, 특히 트랜지스터, 바람직하게는 쌍극자 트랜지스터를 포함한다. 상기 스위치는 (특히 콜렉터 측에서) 방전 스위치의 제어 단자와 결합된다. 특히 제한 회로가 제2 스위치를 포함하는 경우, 상기 제3 스위치는 바람직하게는 방전 스위치의 제어 단자와 직접적으로 결합된다. 따라서, 이런 경우, 제3 스위치는 직접적으로 기준 전위와 방전 스위치의 제어 단자를 연결하기 위해 이용된다.
또한, 바람직하게는, 제어 회로는 스위칭 수단, 특히 제3 스위치의 제어를 위한 컨트롤러 역시도 포함한다.
바람직하게는, 제3 스위치는 앞에서 기술한 경우들 각자에서 규정에 따른 연속 작동 모드를 위해 통전되며, 그럼으로써 방전 스위치는 개방되게 된다. 그러므로 제어 회로의 차단 또는 고장 시, 어느 경우에서든 제3 스위치는 개방되며, 그에 따라 방전 스위치는 바람직한 방식으로 자동으로 통전되고 방전 모드가 시작된다. 그렇게 하여, 비교적 고장으로부터 안전하면서 특히 자동으로 시작되는 방전 모드가 가능해진다.
본 발명에 따른 전기 작동 유닛은 바람직하게는 차량의 부분이며, 그리고 특히 고전압 작동용으로 구성된다. 그러므로 전기 작동 유닛은 앞에서 기술한 고전압 계통의 부분이거나, 또는 상기 유형의 고전압 계통 자체를 형성한다. 이 경우, 본 발명에 따른 전기 작동 유닛은 앞에서 기술한 방전 장치를 포함한다. 예컨대 전기 작동 유닛은 차량의 구동 모터, 에어컨디셔너 컴프레서, 냉각제 또는 윤활제 펌프, 워터펌프, 조향 구동부 등을 포함한다. 이 경우, 특히 전기 작동 유닛은, 특정한 사례들(예: 사고, 차량의 수리 등)에서 바람직하게는 자동으로 방전되어야 하는 에너지 저장 장치, 특히 커패시터 역시도 포함한다.
본 발명에 따른 방전 방법은 앞에서 기술한 전기 (고전압) 계통 내지 앞에서 기술한 전기 작동 유닛을 특히 능동적으로 방전하기 위해 이용된다. 이 경우, 방전 방법은 앞에서 기술한 방전 장치에 의해 특히 자동으로 실행된다. 이 경우, 방전 회로에 의해 방전 대상 부품은 전류 제한 저항기 및 방전 스위치를 통해 기준 전위와 연결된다. 이 경우, 방전 스위치 및/또는 전류 제한 저항기와 열적으로 결합된 NTC 저항기가 가열된다. 그렇게 하여, 전류 제한 저항기 및 방전 스위치를 경유하여 흐르는 방전 전류는 감소된다.
그에 따라, 본 발명에 따른 전기 작동 유닛 및 본 발명에 따른 방전 방법은 앞에서 기술한 방전 장치의 장점들 역시도 공유한다.
"및/또는" 접속사는 여기서, 그리고 하기에서, 특히 상기 접속사에 의해 연결되는 특징들이 함께 형성될 수 있을 뿐만 아니라 상호 간의 대안으로서도 형성될 수 있다는 방식으로 해석되어야 한다.
하기에서, 본 발명의 실시예들은 도면에 따라서 보다 더 상세하게 설명된다.
도 1은 차량의 전기 작동 유닛을 위한 방전 장치를 도시한 개략적 회로도이다.
도 2는 도 1에 따른 도면으로 방전 장치의 대안의 실시예를 도시한 개략적 회로도이다.
상호 간에 상응하는 부재들에는 모든 도면에서 항상 동일한 도면부호들이 부여된다.
도 1에는, 전기 작동 유닛(1)의 전기 고전압 계통의 일부분이 개략적 블록회로도로 도시되어 있다. 이 경우, 전기 작동 유닛(1)은 부품들로서 별도로 도시되지 않은 전기 모터, 및 커패시터(4)를 통해 형성되어 전기 모터의 작동을 위해 필요한 작동 전압 값의 안정화를 위한 에너지 저장 장치를 포함한다. 특정한 경우에 커패시터(4)를 방전할 수 있도록 하기 위해, 전기 작동 유닛(1)은 방전 장치(6)를 포함한다. 방전 장치(6)는 다시금 커패시터(4)에 병렬로 연결되는 방전 회로(8)를 포함한다. 방전 회로(8)는 "방전 스위치(10)"로서 지칭되는 제1 스위치와, 이에 대해 직렬로, 다시 말해 방전 스위치(10)의 이미터 단자(11)에 연결되는 전류 제한 저항기(12)를 포함한다. 이 경우, 방전 스위치(10)는 IGBT를 통해 형성된다. 따라서, 방전 스위치(10)의 폐쇄되거나 "통전된" 스위칭 상태에서(그러므로 "방전 모드"에서), 커패시터(4)는 방전 스위치(10), 구체적으로는 방전 스위치의 콜렉터 단자(13)를 통해 기준 전위, 구체적으로는 접지 전위(14)와 연결된다. 따라서, 방전 모드 중에, 방전 전류는 커패시터(4)에서부터 방전 스위치(10) 및 전류 제한 저항기(12)를 경유하여 접지 전위(14) 쪽으로 흐른다.
대안의 실시예에서, 방전 스위치(10)는 MOS-FET를 통해 형성된다.
방전 모드 중에 방전 전류를 기반으로 방전 스위치(10)가 자신의 부하 한계를 넘어 가열되고 그로 인해 파괴되는 점을 방지하기 위해, 방전 장치(6)는 그 밖에도 제한 회로(16)를 포함한다. 이 경우, 상기 제한 회로(16)는 방전 스위치(10)의 제어 단자(18)와 연결된다. 제한 회로(16)는, 구체적으로 제어 단자(18)와 연결되는 NTC 저항기(20)를 포함한다. NTC 저항기(20)는 그 밖에도 별도로 도시되지 않은 방식으로 방전 스위치(10)와 열적으로 결합된다. 예컨대 이를 위해 NTC 저항기(20)는 방전 스위치(10)의 하우징 상에 배치된다. 그에 추가로, 제한 회로(16)는 "추가 저항기(22)"로서 지칭되는 추가 저항기를 포함하며, 이 추가 저항기는 NTC 저항기(20)에 대해 직렬로, 구체적으로는 상기 NTC 저항기와 접지 전위(14) 사이에 연결된다. 또한, 제한 회로(16)는 설정 가능한 전압 기준부(23)를 포함하며, 이 전압 기준부는 제어 가능한 제너 다이오드(다시 말해 추가 제어 입력단을 포함한 제너 다이오드)의 형태로 제어 단자(18)와 접지 전위(14) 사이에 연결된다. 이 경우, 전압 기준부(23)의 제어 입력단은 NTC 저항기(20)와 추가 저항기(22) 사이에서 안내된다.
또한, 방전 장치(6)는, 전기 작동 유닛(1)의 규정에 따른 작동 상태에서 방전 스위치(10)를 그의 개방된 상태에서 유지하고 그에 따라 커패시터(4)의 방전을 방지하기 위해 이용되는 제어 회로(24)도 포함한다. 이를 위해, 제어 회로(24)는, 컨트롤러(26), 및 여기서는 "제어 스위치(30)"로서 지칭되는 추가 스위치의 형태로 컨트롤러(26)에 의해 간접 또는 직접적으로 작동될 수 있는(또한, 스위칭될 수 있는) 스위칭 수단을 포함한다. 제어 스위치(30)는, 자체의 제어 단자가 컨트롤러(26)와 연결되어 있는 쌍극자 트랜지스터를 통해(또는 그 대안으로 MOS-FET 등을 통해) 형성된다. 규정에 따른 작동 상태에서, 컨트롤러(26)는 제어 스위치(30)를 폐쇄함으로써 방전 스위치(10)의 제어 단자(18)는 접지 전위(14)와 연결되며, 그럼으로써 방전 스위치(10)는 개방되게 된다.
방전 모드에서[다시 말해 제어 스위치(30)가 개방된 경우] 전압 기준부(23) 상의 전압 강하는, ["풀업(pull-up)"으로서도 지칭되는] 추가 게이트 충전 저항기(32)(gate charging resistor)를 통해 커패시터(4)에서부터 제어 단자(18) 상에 인가된 (하기에서 "제어 전압"으로서도 지칭되는) 전압이 방전 스위치(10)의 통전을 위해 필요한 스위칭 값을 상회하고 그에 따라 방전 스위치(10)가 전도 연결될 정도로 높다. 방전 스위치(10) 및 전류 제한 저항기(12)를 경유하여 흐르는 방전 전류를 기반으로 상기 방전 스위치 및 전류 제한 저항기는 가열된다. NTC 저항기(20)와 방전 스위치(10)의 열적 결합으로 인해, NTC 저항기(20) 역시도 가열된다. 그렇게 하여, NTC 저항기(20)의 전기 전도성은 증가하며, 그럼으로써 다시금 전압 기준부(23)에 걸친 전압 및 그에 따른 방전 스위치(10)의 제어 단자(18) 상의 제어 전압 역시도 감소하게 된다. 그렇게 하여, 방전 스위치(10)를 경유하여 흐르는 방전 전류는 제한되며, 이는 다시금 방전 스위치(10) 내의 전력 손실 및 그에 따른 방전 스위치의 가열 역시도 감소(제한)되게 한다. 이로써, 특히 방전 전류로 인한 방전 스위치(10)의 "방전 온도"의 폐루프 제어부가 형성된다.
또한, 방전 장치(6)는, 전압 기준부(23)에 대해 병렬로 연결되는 제너 다이오드(33) 역시도 포함한다. 상기 제너 다이오드는, 방전 스위치(10)의 제어 단자(18) 상의 제어 전압이 낮은 온도 값에서 방전 스위치(10)를 위해 허용되는 최댓값을 상회하는 점을 방지한다.
도 2에는, 전기 작동 유닛(1), 구체적으로는 제한 회로(16) 및 제어 회로(24)의 대안의 실시예가 도시되어 있다. 또한, 방전 회로(16)의 NTC 저항기(20)는, 본 실시예에서 방전 스위치(10)와 열적으로 결합된다. 그러나 제한 회로(16)는 추가로 본 실시예에서 전계효과 트랜지스터로서, 구체적으로는 MOS-FET(34)로서 형성되는 스위치를 포함한다. 이 경우, 상기 MOS-FET(34)는 방전 스위치(10)의 제어 단자(18)와 접지 전위(14) 사이에 연결된다. 이 경우, 제어 단자로서 이용되는 MOS-FET(34)의 게이트 단자(36)는 NTC 저항기(20)와 추가 저항기(22) 사이에 연결된다. 또한, NTC 저항기(20)는 추가 게이트 충전 저항기(38)를 통해 커패시터(4)와 연결된다. 방전 모드 중에 NTC 저항기(20)가 가열되면, [NTC 저항기(20)의 감소하는 저항으로 인해] MOS-FET(34)의 게이트 단자(36) 상의 제어 전압은 증가한다. MOS-FET(34)의 통전 값에 도달할 때, 방전 스위치(10)의 제어 단자(18)는 접지 전위(14)와 연결되며, 그럼으로써 방전 스위치(10)는 다시 개방되고 그에 따라 커패시터(4)의 방전은 중단되게 된다. 방전 스위치(10) 및 그에 따른 NTC 저항기(20) 역시도 충분하게 냉각된다면, MOS-FET(34)는 다시 개방되고 그에 따라 방전 스위치(10)는 폐쇄된다.
자체의 회로가 도 2에 도시된 실시예에 상응하는 또 다른 실시예에서, MOS-FET(34)와 NTC 저항기(20)는, NTC 저항기의 가열 시 MOS-FET(34)의 완전한 통전을 위한 통전 값에 도달하지 않는 방식으로 서로 매칭된다. 오히려, 이런 경우에, MOS-FET(34)는 부분 전도 모드로 전이되며, 이런 부분 전도 모드 이내에서 MOS-FET의 전도성은 (NTC 저항기의 가열이 증가함에 따라) 역시 계속하여 증가한다. 그렇게 하여, 방전 스위치(10)의 제어 단자(18) 상의 제어 전압은 감소되기만 하며, 그럼으로써 상기 방전 스위치는 완전히 개방되지 않게 된다. 그러므로 도 2에 따른 회로에 의해서도 방전 스위치(10)를 경유하여 흐르는 방전 전류는 제한될 수 있으며, 이는 다시금 방전 스위치(10) 내의 전력 손실 및 그에 따른 방전 스위치의 가열 역시도 감소(제한)되게 한다.
본 발명의 대상은 앞에서 기술한 실시예들로 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명의 또 다른 실시형태들은 통상의 기술자에 의해 전술한 기재 내용에서 추론될 수 있다. 특히 다양한 실시예들에 근거하여 기술되는 본 발명의 개별 특징들 및 그 구성 변형예들은 다른 방식으로도 상호 간에 조합될 수 있다.
1: 전기 작동 유닛
4: 커패시터
6: 방전 장치
8: 방전 회로
10: 방전 스위치
11: 이미터 단자
12: 전류 제한 저항기
13: 콜렉터 단자
14: 접지 전위
16: 제한 회로
18: 제어 단자
20: NTC 저항기
22: 추가 저항기
23: 전압 기준부
24: 제어 회로
26: 컨트롤러
30: 제어 스위치
32: 게이트 충전 저항기
33: 제너 다이오드
34: MOS-FET
36: 게이트 단자
38: 게이트 충전 저항기

Claims (10)

  1. 전기 계통 또는 전기 작동 유닛(1)을 능동적으로 방전하기 위한 방전 장치(6)에 있어서,
    상기 방전 장치는,
    - 전류 제한 저항기(12)와, 간접적으로 전류 제한 저항기(12)를 통해 기준 전위(14)와 상기 계통 내지 전기 작동 유닛(1)의 방전 대상 부품(4)을 연결하기 위한 제1 스위치(10)를 구비한 방전 회로(8); 및
    - 제1 스위치(10)의 제어 단자 측에 배치되어 방전 모드 중에 제1 스위치(10) 및/또는 전류 제한 저항기(12) 상에서 발생하는 가열을 제한하기 위한 제한 회로(16);를 포함하며, 제한 회로(16)는 제1 스위치(10) 및/또는 전류 제한 저항기(12)와 열적으로 결합되어 있는 NTC 저항기(20)를 포함하는, 방전 장치(6).
  2. 제1항에 있어서, 제1 스위치(10)는 파워 트랜지스터, 특히 IGBT 또는 MOS-FET를 통해 형성되는, 방전 장치(6).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, NTC 저항기(20)는 제1 스위치(10)의 제어 단자(18)와 연결되는, 방전 장치(6).
  4. 제3항에 있어서, 상기 방전 장치는, 제1 스위치(10)의 제어 단자(18)와 기준 전위(14) 사이에 연결되는 전압 기준부(23)를 포함하며, NTC 저항기(20)는 그 밖에도 전압 기준부(23)의 제어 입력단과 연결되는, 방전 장치(6).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제한 회로(16)는 제2 스위치(34)를 포함하고, 상기 제2 스위치의 제어 단자(36)에는 NTC 저항기(20)가 연결되며, 제2 스위치(34)는 완전한 스위치온 상태에서 기준 전위(14)와 제1 스위치(10)의 제어 단자(18)를 연결하는, 방전 장치(6).
  6. 제5항에 있어서, 제2 스위치는 전계효과 트랜지스터(34), 특히 MOS-FET를 통해 형성되는, 방전 장치(6).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방전 장치는, 기준 전위(14)와 제1 스위치(10)의 제어 단자(18)를 가역적으로 연결하기 위해 스위칭 수단(26, 30)을 구비한 제어 회로(24)를 포함하는, 방전 장치(6).
  8. 제7항에 있어서, 상기 스위칭 수단은, 제1 스위치(10)의 제어 단자(18)와 결합되는 제3 스위치, 특히 트랜지스터(30)를 포함하는, 방전 장치(6).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방전 장치(6)를 포함하는, 차량용 전기 작동 유닛(1).
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방전 장치(6)를 이용하여 전기 계통 또는 전기 작동 유닛(1)을 능동적으로 방전하기 위한 방전 방법에 있어서,
    방전 회로(8)에 의해 상기 계통의 방전 대상 부품(4) 내지 방전 대상 전기 작동 유닛(1)은 전류 제한 저항기(12) 및 제1 스위치(10)를 통해 기준 전위(14)와 연결되고, 제1 스위치(10)의 제어 단자 측에 배치된 제한 회로(16)의 NTC 저항기(20)이며, 제1 스위치(10) 및/또는 전류 제한 저항기(12)와 열적으로 결합된 상기 NTC 저항기는 가열되며, 그렇게 하여 전류 제한 저항기(12) 및 제1 스위치(10)를 경유하여 흐르는 방전 전류는 감소되는, 방전 방법.
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