KR20220035835A - 지능형 제어 시스템, 비상 시동 전원 및 지능형 배터리 클램프 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 지능형 제어 시스템, 비상 시동 전원 및 지능형 배터리 클램프를 제공한다. 지능형 제어 시스템은 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU), 부하 검출 모듈, 스위치 제어 모듈, 비상 시동 전원, 부하 및 전원 출력 포트를 포함한다. 전원 출력 포트는 부하에 전기적으로 연결된다. 스위치 제어 모듈은 비상 시동 전원의 내부 배터리 팩에 연결된 제 1 단, 전원 출력 포트를 통해 부하에 전기적으로 연결된 제 2 단 및 MCU에서 송신되는 제어 신호를 수신하도록 구성된 제어단을 포함한다. 부하 검출 모듈은 부하의 상태를 검출하는 데에 사용되며, 부하 검출 모듈은 비 절연 부재를 포함한다. MCU는 부하의 상태에 따라 스위치 제어 모듈이 스위치 온 상태 또는 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용된다.
Description
본 출원은 전자 회로 기술 분야에 관한 것으로, 특히 지능형 제어 시스템, 비상 시동 전원 및 지능형 배터리 클램프에 관한 것이다.
현재 시판되고 있는 지능형 배터리 클램프 및 비상 시동 전원이 자동차용 축전지에 전기적으로 접속될 때에 극성 검출 설계 원리는 다음과 같다. 마이크로 컨트롤러 유닛(microcontroller unit, MCU)은 광전 절연 부재(예를 들면, 핵심 검출 부재로서의 포토 커플러)의 출력 신호에 따라 극성 연결이 올바른지 여부를 판단한다.
광전 절연 부재는 환경에 민감하고, 응답 시간이 느리고, 사용 수명이 짧고, 효력을 잃기 쉬운 단점이 있기 때문에, 광전 절연 부재에서 MCU로 전송되는 신호는 지연이 비교적 길거나, 심지어 정상적인 출력 신호마저 전송할 수 없게 된다. 외부와 자동차용 축전지의 연결이 이상한 경우(예를 들면, 극성이 역접속된 경우), 광전 절연 센서의 스위칭 속도가 비교적 느리거나 또는 광전 절연 센서가 효력을 잃어 MCU는 비정상적인 연결 또는 극성이 역접속된 상황에 신속하게 응답할 수 없거나 또는 응답할 수 없으며, 따라서 출력 회로의 구성 요소(예를 들면, 전원 스위치 유닛)를 차단할 수 없고, 시스템의 내부 회로나 배터리의 손상을 초래할 수 있으며, 심각한 상황에서는 안전 사고가 발생할 수 있다.
본 출원의 제 1 양태에서 지능형 제어 시스템이 제공된다. 지능형 제어 시스템은 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU), 부하 검출 모듈, 스위치 제어 모듈, 비상 시동 전원, 부하 및 전원 출력 포트를 포함한다. 전원 출력 포트는 부하에 전기적으로 연결된다. 스위치 제어 모듈은 비상 시동 전원의 내부 배터리 팩에 연결된 제 1 단, 전원 출력 포트를 통해 부하에 전기적으로 연결된 제 2 단 및 MCU에서 송신되는 제어 신호를 수신하도록 구성된 제어단을 포함한다. 부하 검출 모듈은 부하의 상태를 검출하는 데에 사용되며, 부하 검출 모듈은 비 절연 부재를 포함한다. MCU는 부하의 상태에 따라 스위치 제어 모듈이 스위치 온 상태 또는 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용된다.
본 출원의 제 2 양태에서 비상 시동 전원이 제공된다. 비상 시동 전원은 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU), 내부 배터리 팩, 스위치 제어 모듈 및 부하 검출 모듈을 포함한다. 스위치 제어 모듈은 내부 배터리 팩에 전기적으로 연결된 제 1 단, 부하에 전기적으로 연결된 제 2 단 및 MCU에서 송신되는 제어 신호를 수신하도록 구성된 제어단을 포함한다. 부하 검출 모듈은 부하의 상태를 검출하는 데에 사용되며, 부하 검출 모듈은 비 절연 부재를 포함한다. MCU는 부하의 상태에 따라 스위치 제어 모듈이 스위치 온 상태 또는 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용된다.
본 출원의 제 3 양태에서 지능형 배터리 클램프가 제공된다. 지능형 배터리 클램프는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU), 전원 입력 포트, 전원 출력 포트, 스위치 제어 모듈 및 부하 검출 모듈을 포함한다. 전원 입력 포트는 비상 시동 전원의 내부 배터리 팩에 전기적으로 연결된다. 전원 출력 포트는 부하에 전기적으로 연결된다. 스위치 제어 모듈은 전원 입력 포트를 통해 내부 배터리 팩에 전기적으로 연결된 제 1 단, 전원 출력 포트를 통해 부하에 전기적으로 연결된 제 2 단 및 MCU에서 송신되는 제어 신호를 수신하도록 구성된 제어단을 포함한다. 부하 검출 모듈은 부하의 상태를 검출하는 데에 사용되며, 부하 검출 모듈은 비 절연 부재를 포함한다. MCU는 부하의 상태에 따라 스위치 제어 모듈이 스위치 온 상태 또는 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용된다.
이하, 본 발명의 실시예 또는 종래 기술에 따른 기술 방안을 보다 명확하게 설명하기 위해, 본 발명의 실시예 또는 종래 기술을 설명하는데 필요한 첨부 도면을 간략히 소개한다. 다음 설명에서의 첨부 도면은 단지 본 발명의 일부 실시예를 도시할 뿐이고, 당업자는 또한 창조적인 노력 없이 이들 첨부 도면에 기초하여 다른 도면을 도출할 수도 있다는 점이 자명하다.
도 1은 본 출원의 실시예에 따른 지능형 제어 시스템의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 부하 검출 모듈의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 출원의 실시예에 따른, 도 2에 도시된 부하 검출 모듈에 따라 얻어진 자동차 배터리가 서로 다른 상태에서의 시뮬레이션 결과의 개략도이다.
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 다른 부하 검출 모듈의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른, 도 4에 도시된 부하 검출 모듈에 따라 얻어진 자동차 배터리가 서로 다른 상태에서의 시뮬레이션 결과의 개략도이다.
도 6은 본 출원의 실시예에 따른 다른 부하 검출 모듈의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 출원의 실시예에 따른 다른 지능형 제어 시스템의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 출원의 실시예에 따른 웨이크 업 모듈의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 출원의 실시예에 따른 웨이크 업 회로의 시뮬레이션 결과의 개략도이다.
도 10은 본 출원의 실시예에 따른 안정화 전원 모듈의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 출원의 실시예에 따른 다른 지능형 제어 시스템의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 12는 본 출원의 실시예에 따른 비상 시동 전원의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 13은 본 출원의 실시예에 따른 지능형 배터리 클램프의 구조를 나타내는 도면이다.
도 1은 본 출원의 실시예에 따른 지능형 제어 시스템의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 부하 검출 모듈의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 출원의 실시예에 따른, 도 2에 도시된 부하 검출 모듈에 따라 얻어진 자동차 배터리가 서로 다른 상태에서의 시뮬레이션 결과의 개략도이다.
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 다른 부하 검출 모듈의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른, 도 4에 도시된 부하 검출 모듈에 따라 얻어진 자동차 배터리가 서로 다른 상태에서의 시뮬레이션 결과의 개략도이다.
도 6은 본 출원의 실시예에 따른 다른 부하 검출 모듈의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 출원의 실시예에 따른 다른 지능형 제어 시스템의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 출원의 실시예에 따른 웨이크 업 모듈의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 출원의 실시예에 따른 웨이크 업 회로의 시뮬레이션 결과의 개략도이다.
도 10은 본 출원의 실시예에 따른 안정화 전원 모듈의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 출원의 실시예에 따른 다른 지능형 제어 시스템의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 12는 본 출원의 실시예에 따른 비상 시동 전원의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 13은 본 출원의 실시예에 따른 지능형 배터리 클램프의 구조를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들의 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기술방안에 대하여 명확하고 완전하게 설명한다. 명백하게, 기술된 실시예들은 단지 본 발명의 모든 실시예가 아닌 일부 실시예이다. 창조적인 노력없이 본 발명의 실시예에 기초하여 본 기술분야의 당업자에 의해 획득되는 모든 다른 실시예들은 모두 본 발명의 보호 범위 내에 속한다.
본 발명의 명세서, 청구범위 및 도면에 기재된 '제 1', '제 2' 등 용어는 특정 순서를 설명하는 데에 사용되는 것이 아니라 서로 다른 대상을 구분하는 데에 사용된다. '포함한다', '갖는다'라는 용어 및 그 임의의 변형은 비 배타적인 포함을 커버하는 것을 의도하고 있다. 예를 들어, 일련의 단계 또는 유닛을 포함하는 프로세스, 방법, 시스템, 제품 또는 장치는 나열된 단계 또는 유닛에 한정되지 않고, 선택적으로 나열되지 않은 다른 단계 또는 유닛을 포함할 수 있으며, 또는 선택적으로 이러한 프로세스, 방법, 제품 또는 장치에 고유한 다른 단계 또는 유닛을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 언급되는 '실시예'라는 용어는 실시예에 기재된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있음을 의미한다. 명세서의 각 곳에 '실시예'라는 용어가 나타나는 경우, 모두 동일한 실시예를 나타내는 것은 아니며, 또한 다른 실시예와 서로 배타적인 독립적이거나 대안적인 실시예도 아니다. 당업자는 본 명세서에 기재된 실시예는 다른 실시예와 결합할 수 있음을 명시적 및 암묵적으로 이해할 수 있다.
본 출원의 실시예는 지능형 제어 시스템, 비상 시동 전원 및 지능형 배터리 클램프를 제공한다. 절연 부재를 사용하는 부하 검출 모듈과 비교하면, 부하의 극성이 역접속되어 있는지 여부를 신속하게 검출할 수 있다. 부하의 극성이 역접속되어 있는 것을 검출하면, 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)은 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어할 수 있으며, 따라서 제어 시스템의 안정성과 신뢰성을 향상시킨다.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 상세하게 설명한다.
본 실시예는 지능형 제어 시스템, 비상 시동 전원 및 지능형 배터리 클램프를 제공하고, 이상 연결 또는 극성이 역접속되었을 경우, 신속하게 출력 회로의 구성 요소를 차단할 수 있으며, 안정성 및 제어 시스템의 신뢰성을 향상시킨다.
본 실시예에 따른 지능형 제어 시스템은 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU), 부하 검출 모듈(또는 전압 검출 모듈이라고 할 수 있다), 스위치 제어 모듈, 비상 시동 전원, 부하 및 전원 출력 포트를 포함한다. 전원 출력 포트는 부하에 전기적으로 연결된다. 스위치 제어 모듈은 비상 시동 전원의 내부 배터리 팩에 연결된 제 1 단, 전원 출력 포트를 통해 부하에 전기적으로 연결된 제 2 단 및 MCU에서 송신되는 제어 신호를 수신하도록 구성된 제어단을 포함한다. 부하 검출 모듈은 부하의 상태를 검출하는 데에 사용되며, 부하 검출 모듈은 비 절연 부재를 포함한다. MCU는 부하의 상태에 따라 스위치 제어 모듈이 스위치 온 상태 또는 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용된다.
하나의 실시예에 있어서, 부하 검출 모듈은 부하의 상태를 검출하는 데에 사용된다는 것은, 부하 검출 모듈은 부하의 극성 연결 식별을 수행하는 것을 포함한다. MCU는 부하의 상태에 따라 스위치 제어 모듈이 스위치 온 상태 또는 스위치 오프 상태로 되도록 제어한다는 것은, 부하 검출 모듈을 통해 부하의 극성이 역접속되었다는 것을 검출하였을 때, MCU는 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 것을 포함한다.
하나의 실시예에 있어서, 부하 검출 모듈은 또한 부하의 전압을 검출하는 데에 사용된다.
하나의 실시예에 있어서, 부하 검출 모듈은 전압 비례 연산 회로 및 필터 회로를 포함한다.
하나의 실시예에 있어서, 전압 비례 연산 회로는 제 1 레지스터, 제 2 레지스터, 제 3 레지스터 및 제 1 다이오드를 포함한다. 필터 회로는 제 4 레지스터 및 제 1 커패시터를 포함한다.
하나의 실시예에 있어서, 제 1 레지스터의 제 1 단은 전원단에 연결되어 있다. 제 3 레지스터의 제 1 단은 부하의 제 1 단에 연결되어 있다. 제 1 레지스터의 제 2 단은 제 2 레지스터의 제 1 단, 제 3 레지스터의 제 2 단, 제 4 레지스터의 제 1 단 및 제 1 다이오드의 음극에 연결되어 있다. 제 4 레지스터의 제 2 단은 제 1 커패시터의 제 1 단 및 MCU의 제 1 입력단에 연결되어 있다. 제 2 레지스터의 제 2 단, 제 1 다이오드의 양극 및 제 1 커패시터의 제 2 단은 접지된다.
하나의 실시예에 있어서, MCU는 MCU의 제 1 입력단에 의해 아날로그 전압 신호를 수신하는 데에 사용된다. MCU는 또한 아날로그 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 1 전압 구간의 하한값보다 작은 경우, 부하의 극성이 역접속되어 있다고 확정하고, 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용된다. MCU는 또한 아날로그 전압 신호에 따라 부하의 전압을 확정하는 데에 사용된다.
하나의 실시예에 있어서, MCU는 또한 아날로그 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 1 전압 구간의 상한값보다 큰 경우, 부하의 극성이 정접속되어 있다고 확정하는 데에 사용된다.
하나의 실시예에 있어서, MCU는 또한 부하의 극성이 정접속되어 있는 경우, 아날로그 전압 신호에 대응하는 전압값의 하강 기울기가 미리 설정된 기울기 임계값보다 크다고 검출되면, 스위치 제어 모듈이 스위치 온 상태로 되도록 제어하는 데에 사용된다.
하나의 실시예에 있어서, MCU는 또한 아날로그 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 1 전압 구간에 있는 경우, 부하의 양극과 음극이 단락된 것으로 판단하고, 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용된다.
하나의 실시예에 있어서, MCU는 또한 아날로그 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 2 전압 구간에 있는 경우, 전원 출력 포트와 부하 사이의 전기적 연결이 비정상적인것으로 판단하는 데에 사용된다. 제 1 전압 구간과 제 2 전압 구간은 교차되지 않는다.
하나의 실시예에 있어서, 부하 검출 모듈은 극성 검출 회로 및 전압 검출 회로를 포함한다.
하나의 실시예에 있어서, 극성 검출 회로는 제 5 레지스터, 제 6 레지스터, 제 7 레지스터, 제 8 레지스터, 제 9 레지스터, 제 2 커패시터 및 제 2 다이오드를 포함한다. 전압 검출 회로는 제 10 레지스터, 제 11 레지스터, 제 12 레지스터, 제 3 커패시터 및 제 3 다이오드를 포함한다.
하나의 실시예에 있어서, 제 5 레지스터의 제 1 단은 전원단에 연결되어 있다. 제 5 레지스터의 제 2 단은 제 6 레지스터의 제 1 단, 제 8 레지스터의 제 1 단 및 제 9 레지스터의 제 1 단에 연결되어 있다. 제 8 레지스터의 제 2 단은 제 2 커패시터의 제 1 단 및 극성 검출 회로의 출력단에 연결되어 있다. 제 9 레지스터의 제 2 단은 제 7 레지스터의 제 1 단 및 제 2 다이오드의 양극에 연결되어 있다. 제 2 다이오드의 음극은 부하의 제 1 단 및 제 11 레지스터의 제 1 단에 연결되어 있다. 제 11 레지스터의 제 2 단은 제 10 레지스터의 제 1 단 및 제 12 레지스터의 제 1 단에 연결되어 있다. 제 12 레지스터의 제 2 단은 제 3 커패시터의 제 1 단 및 전압 검출 회로의 출력단에 연결되어 있다. 제 6 레지스터의 제 2 단, 제 7 레지스터의 제 2 단, 제 10 레지스터의 제 2 단, 제 2 커패시터의 제 2 단, 제 3 커패시터의 제 2 단은 접지된다.
하나의 실시예에 있어서, MCU는 MCU의 제 2 입력단에 의해 극성 검출 회로의 출력단에서 출력되는 극성 전압 신호를 수신하는 데에 사용된다. MCU는 또한 극성 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 3 전압 구간에 있는 경우, 부하의 극성이 역접속되어 있는 것으로 판단하고, 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용된다.
하나의 실시예에 있어서, MCU는 또한 극성 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 4 전압 구간에 있는 경우, 부하의 극성이 정접속되어 있는 것으로 판단하는 데에 사용되며, 제 3 전압 구간과 제 4 전압 구간은 교차되지 않는다.
하나의 실시예에 있어서, MCU는 또한 부하의 극성이 정접속된 경우에 MCU의 제 3 입력단에 의해 전압 검출 회로의 출력단에서 출력되는 부하 전압 신호를 수신하고 부하 전압 신호에 따라 부하의 전압을 확정하는 데에 사용된다.
하나의 실시예에 있어서, 부하 검출 모듈은 제 1 스위치, 제 2 스위치, 제 3 스위치, 제 4 스위치 및 부하 레지스터를 포함한다.
하나의 실시예에 있어서, 제 1 스위치의 제 1 단 및 제 4 스위치의 제 1 단은 부하의 제 1 단에 연결되어 있다. 제 2 스위치의 제 1 단 및 제 3 스위치의 제 1 단은 부하의 제 2 단에 연결되어 있다. 제 1 스위치의 제 2 단 및 제 2 스위치의 제 2 단은 내부 배터리 팩의 양극에 연결되어 있다. 제 3 스위치의 제 2 단 및 제 4 스위치의 제 2 단은 부하 레지스터의 제 1 단에 연결되어 있다. 부하 레지스터의 제 2 단은 내부 배터리 팩의 음극에 연결되어 있다.
하나의 실시예에 있어서, MCU는 또한 제 1 스위치 및 제 3 스위치가 온 상태에 있고, 제 2 스위치 및 제 4 스위치가 오프 상태에 있는 경우, 부하 레지스터의 제 1 전류를 검출하는 데에 사용된다. MCU는 또한 제 1 스위치 및 제 3 스위치가 오프 상태에 있고, 제 2 스위치 및 제 4 스위치가 온 상태에 있는 경우, 부하 레지스터의 제 2 전류를 검출하는 데에 사용된다. MCU는 또한 제 1 전류가 제 2 전류보다 큰 경우, 부하의 극성이 역접속되어 있는 것으로 확정하는 데에 사용된다. MCU는 또한 제 1 전류가 제 2 전류보다 작은 경우, 부하의 극성이 정접속되어 있는 것으로 확정하는 데에 사용된다.
하나의 실시예에 있어서, 부하 검출 모듈은 제 5 스위치 및 제 6 스위치를 더 포함하고, 제 5 스위치의 제 1 단은 부하의 제 1 단에 연결되고, 제 5 스위치의 제 2 단은 내부 배터리 팩의 양극에 연결되고, 제 6 스위치의 제 1 단은 부하의 제 2 단에 연결되고, 제 6 스위치의 제 2 단은 내부 배터리 팩의 음극에 연결된다.
하나의 실시예에 있어서, 지능형 제어 시스템은 웨이크 업 모듈을 더 포함한다. 웨이크 업 모듈은 부하의 전압이 제 1 임계값보다 높은 경우에 웨이크 업 모듈의 출력단에서 MCU로 중단 신호를 전송하는 데에 사용된다. 중단 신호는 MCU를 휴면 상태 또는 대기 상태에서 정상 작동 상태로 전환시키는 데에 사용된다.
하나의 실시예에 있어서, 웨이크 업 모듈은 제 1 전압 비교기, 제 2 전압 비교기, 제 4 다이오드, 제 5 다이오드 및 제 13 레지스터를 포함한다. 전원단은 제 1 전압 비교기의 전력 공급단, 제 2 전압 비교기의 전력 공급단, 제 13 레지스터의 제 1 단에 연결되어 있으며, 제 1 전압 비교기의 접지단 및 제 2 전압 비교기의 접지단은 접지되어 있다. 제 1 전압 비교기의 비 반전 입력단(non-inverting input terminal)은 제 1 기준 전압을 전송하기 위한 전송선(transmission line)에 연결되어 있으며, 제 1 전압 비교기의 반전 입력단(inverting input terminal)은 아날로그 전압 신호 또는 부하 전압 신호를 전송하기 위한 전송선에 연결되어 있다. 제 1 전압 비교기의 출력단은 제 4 다이오드의 음극에 연결되어 있으며, 제 4 다이오드의 양극은 제 13 레지스터의 제 2 단 및 제 5 다이오드의 양극 및 웨이크 업 모듈의 출력단에 연결되어 있다. 제 2 전압 비교기의 비 반전 입력단은 아날로그 전압 신호 또는 부하 전압 신호를 전송하기 위한 전송선에 연결되어 있으며, 제 2 전압 비교기의 반전 입력단은 제 2 기준 전압을 전송하기 위한 전송선에 연결되어 있다. 제 2 전압 비교기의 출력단은 제 5 다이오드의 음극에 연결되어 있다.
하나의 실시예에 있어서, 지능형 제어 시스템은 안정화 전원 모듈을 더 포함한다. 안정화 전원 모듈은 제 6 다이오드, 제 7 다이오드 및 로우 드롭 아웃(low-dropout, LDO) 레귤레이터를 포함한다. 제 6 다이오드의 양극은 내부 배터리 팩의 양극에 연결되어 있으며, 제 6 다이오드의 음극은 제 7 다이오드의 음극 및 LDO 레귤레이터의 입력단에 연결되어 있으며, 제 7 다이오드의 양극은 부하의 양극에 연결되어 있으며, LDO 레귤레이터의 출력단은 전원단이다.
하나의 실시예에 있어서, 지능형 제어 시스템은 키 입력 모듈을 더 포함한다. 키 입력 모듈은 키 활성화 신호를 수신하면 MCU로 중단 신호를 보낸다. 중단 신호는 MCU를 휴면 상태 또는 대기 상태에서 정상 작동 상태로 전환시키는 데에 사용된다.
하나의 실시예에 있어서, 지능형 제어 시스템은 전류 검출기를 더 포함한다. 전류 검출기는 전원 출력 포트와 부하 사이에 설치되어 있으며, 내부 배터리 팩에서 부하로 방전할 때의 방전 전류를 검출하는 데에 사용된다. 방전 전류가 과전류 임계값 또는 단락 임계값보다 큰 경우, 전류 검출기는 MCU로 과전류 보호 신호 또는 단락 보호 신호를 보낸다. MCU는 과전류 보호 신호 및 단락 보호 신호 중 적어도 하나에 따라 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어한다.
하나의 실시예에 있어서, 지능형 제어 시스템은 양방향 전류 검출 센서를 더 포함한다. 양방향 전류 검출 센서는 전원 출력 포트와 부하 사이에 설치되어 있으며, 내부 배터리 팩이 방전 상태에 있는지 충전 상태에 있는지를 검출하는 데에 사용된다. 내부 배터리 팩이 충전 상태에 있는 경우, 양방향 전류 검출 센서는 MCU로 충전 보호 신호를 보낸다. MCU는 충전 보호 신호에 따라 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어한다.
하나의 실시예에 있어서, 지능형 제어 시스템은 상태 표시 모듈을 더 포함한다. 상태 표시 모듈은 MCU에 연결되어 있으며, 지능형 제어 시스템의 상태 표시를 실현한다. 상태 표시는 작동 상태 표시 및 경보 알림을 포함한다.
하나의 실시예에 있어서, 부하는 용량성 부하이다.
하나의 실시예에 있어서, 용량성 부하는 배터리, 슈퍼 커패시터 및 리튬 배터리 중 임의의 하나 또는 임의의 조합을 포함한다.
본 실시예에 따른 비상 시동 전원은 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU), 내부 배터리 팩, 스위치 제어 모듈 및 부하 검출 모듈을 포함한다. 스위치 제어 모듈은 내부 배터리 팩에 전기적으로 연결된 제 1 단, 부하에 전기적으로 연결된 제 2 단 및 MCU에서 송신되는 제어 신호를 수신하도록 구성된 제어단을 포함한다. 부하 검출 모듈은 부하의 상태를 검출하는 데에 사용되며, 부하 검출 모듈은 비 절연 부재를 포함한다. MCU는 부하의 상태에 따라 스위치 제어 모듈이 스위치 온 상태 또는 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용된다.
본 실시예에 따른 지능형 배터리 클램프는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU), 전원 입력 포트, 전원 출력 포트, 스위치 제어 모듈 및 부하 검출 모듈을 포함한다. 전원 입력 포트는 비상 시동 전원의 내부 배터리 팩에 전기적으로 연결된다. 전원 출력 포트는 부하에 전기적으로 연결된다. 스위치 제어 모듈은 전원 입력 포트를 통해 내부 배터리 팩에 전기적으로 연결된 제 1 단, 전원 출력 포트를 통해 부하에 전기적으로 연결된 제 2 단 및 MCU에서 송신되는 제어 신호를 수신하도록 구성된 제어단을 포함한다. 부하 검출 모듈은 부하의 상태를 검출하는 데에 사용되며, 부하 검출 모듈은 비 절연 부재를 포함한다. MCU는 부하의 상태에 따라 스위치 제어 모듈이 스위치 온 상태 또는 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용된다.
본 출원의 실시예에 따른 지능형 제어 시스템은 비 절연 부재를 포함하는 부하 검출 모듈을 통해 부하에 대하여 극성 연결 식별을 수행하고, 또한 부하의 전압을 검출할 수 있다. 절연 부재를 사용하는 부하 검출 모듈과 비교하면, 본 출원의 부하 검출 모듈은 부하의 극성이 역접속되어 있는지 여부를 빠르게 검출할 수 있다. 부하의 극성이 역접속되어 있음을 검출한 경우, MCU는 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어함으로써 출력 회로의 구성 요소를 신속하게 차단할 수 있으며, 따라서 제어 시스템의 안전성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 출원의 실시예에 따른 지능형 제어 시스템의 구조를 나타내는 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 지능형 제어 시스템은 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)10, 부하 검출 모듈(20), 스위치 제어 모듈(30), 비상 시동 전원(40), 부하(50) 및 전원 출력 포트(60)를 포함한다. 전원 출력 포트(60)는 부하(50)에 전기적으로 연결된다. 스위치 제어 모듈(30)은 비상 시동 전원(40)의 내부 배터리 팩(41)에 연결된 제 1 단과, 전원 출력 포트(60)를 통해 부하(50)에 전기적으로 연결된 제 2 단과, MCU(10)에서 송신되는 제어 신호를 수신하도록 구성된 제어단을 포함한다. 부하 검출 모듈(20)은 부하(50)에 대하여 극성 연결 식별을 수행하는 데에 사용되며, 부하 검출 모듈(20)은 비 절연 부재를 포함한다. MCU(10)는 부하 검출 모듈(20)을 통해 부하(50)의 극성이 역접속되어 있는 것으로 검출한 경우, 스위치 제어 모듈(30)이 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용된다.
하나의 실시예에 있어서, 부하 검출 모듈(20)은 부하(50)의 전압을 검출하는 데에 사용된다.
본 출원의 실시예에 따른 지능형 제어 시스템은 부하(50)의 극성이 역접속되어 있는지 여부를 검출하는 데에 사용되며, 또한 부하(50)의 전압을 검출할 수 있다.
부하(50)는 용량성 부하일 수 있고, 자동차용 축전지(카배터리라고도 한다), 슈퍼 커패시터, 리튬 배터리 중 임의의 하나 또는 임의의 조합을 포함할 수 있다. 자동차용 축전지는 자동차 축전지라고도 한다. 자동차용 축전지는 기존의 연산축전지를 포함할 수 있다. 부하의 극성이 역접속되어 있는 경우, 부하가 소재하는 전류 루프가 손상될 수 있다(예를 들어, 루프의 구성 요소가 소손되거나, 비상 시동 전원(40)의 내부 배터리 팩(41)이 손상될 수 있다).
자동차용 축전지는 자동차가 엔진을 시동할 때, 스타터(예를 들어, 자동차 모터)에 강력한 시동 전류를 공급하여 엔진을 시동시킬 수 있다. 자동차의 엔진을 시동한 후에 자동차의 발전기를 구동하여 발전기를 시동할 수 있다. 발전기는 스타터를 제외한 자동차 내의 모든 전기 장치(예를 들어, 자동차 에어컨, 오디오, 담뱃불 점화기, 와이퍼 등)에 전력을 공급할 수 있다. 발전기가 과부하되면, 자동차용 축전지도 발전기가 전기 장치에 전력을 공급하는 데에 도움이 될 수 있다. 엔진이 공회전할 때, 자동차용 축전지는 전기 장치에 전원을 공급할 수도 있다. 발전기는 자동차용 축전지를 충전할 수도 있다.
스위치 제어 모듈(30)은 전력 전자 스위치, 릴레이, 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor, FET) 중 어느 하나일 수 있다. FET는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field effect transistor, MOSFET)를 포함할 수 있다. 스위치 제어 모듈(30)은 하이 레벨에서 스위치 온 상태로 되고, 로우 레벨에서 스위치 오프 상태로 된다. 스위치 제어 모듈(30)이 스위치 온 상태에 있으면, 비상 시동 전원(40)의 내부 배터리 팩(41)은 전원 출력 포트(60)를 통해 부하(50)에 전기적으로 연결된다. 이런 경우에 내부 배터리 팩(41)은 부하(50)에 에너지를 공급할 수 있다. 스위치 제어 모듈(30)이 스위치 오프 상태에 있으면, 비상 시동 전원(40)의 내부 배터리 팩(41)과 부하(50)의 연결이 끊어진다. 부하 검출 모듈(20)에 의해 부하(50)의 극성이 역접속되어 있음을 검출한 경우, 제어 시스템 전체의 손상을 방지하기 위하여, MCU(10)는 스위치 제어 모듈(30)이 스위치 오프 상태로 되도록 제어한다.
비상 시동 전원(40)은 자동차 비상 시동 전원이라고도 하며, 자동차를 몰고 여행하는 사용자를 위해 개발한 다기능 휴대용 이동 전원이다. 비상 시동 전원(40)은 자동차용 축전지의 전기량이 부족할 때, 또는 다른 이유로 자동차를 시동할 수 없는 경우에 자동차를 시동하기 위한 백업 전원 공급 장치로 사용될 수 있다.
비상 시동 전원(40)은 내부 배터리 팩(41)을 포함할 수 있다. 내부 배터리 팩(41)은 연산 축전지 또는 리튬 폴리머 배터리(예를 들어, 리튬 배터리)일 수 있다. 비상 시동 전원(40)은 자동차용 축전지에 에너지 보충을 제공할 수 있거나, 또는 자동차의 엔진을 시동할 때 필요하는 에너지 출력으로 사용될 수도 있다.
전원 출력 포트(60)는 부하(50)에 전기적으로 연결되어 있다. 부하(50)의 전기량이 부족한 경우, 내부 배터리 팩(41)은 전원 출력 포트(60)를 통해 부하(50)를 충전할 수 있다. 자동차가 시동된 경우, 부하(50)는 자동차의 발전기로 충전할 수도 있다. 내부 배터리 팩(41)의 전기량이 부족한 경우, 자동차 발전기로 내부 배터리 팩(41)을 충전할 수 있다. 자동차의 발전기는 부하(50) 및 내부 배터리 팩(41)를 동시에 충전할 수 있다.
전원 출력 포트(60)는 배터리 클램프의 클립(배터리 클램프의 양 극 클립 및 음극 클립을 포함한다)에 대응할 수 있다.
비 절연 부재는 절연 센서가 없는 부재를 말하며, 절연 센서는 광 커플러를 포함할 수 있다.
본 출원의 실시예에 따른 지능형 제어 시스템은 비 절연 부재를 포함하는 부하 검출 모듈을 통해 부하에 대하여 극성 연결 식별을 수행하고, 또한 부하의 전압을 검출할 수 있다. 절연 부재를 사용하는 부하 검출 모듈과 비교하면, 본 출원의 부하 검출 모듈은 부하의 극성이 역접속되어 있는지 여부를 빠르게 검출할 수 있다. 부하의 극성이 역접속되어 있음을 검출한 경우, MCU는 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어함으로써 제어 시스템의 안전성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
부하 검출 모듈(20)은 부하(50)에 대하여 극성 연결 식별을 수행할 수 있고, 부하(50)의 전압을 검출할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 도 2는 본 출원의 실시예에 따른 부하 검출 모듈의 구조를 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 부하 검출 모듈(20)은 전압 비례 연산 회로(21) 및 필터 회로(22)를 포함한다. 전압 비례 연산 회로(21)는 제 1 레지스터(R1), 제 2 레지스터(R2), 제 3 레지스터(R3) 및 제 1 다이오드(D1)를 포함한다. 필터 회로(22)는 제 4 레지스터(R4) 및 제 1 커패시터(C1)를 포함한다. 제 1 레지스터(R1)의 제 1 단은 전원단(VDD)에 연결되어 있다. 제 3 레지스터(R3)의 제 1 단은 부하(50)의 제 1 단에 연결되어 있다. 제 1 레지스터(R1)의 제 2 단은 제 2 레지스터(R2)의 제 1 단, 제 3 레지스터(R3)의 제 2 단, 제 4 레지스터(R4)의 제 1 단 및 제 1 다이오드(D1)의 음극에 연결되어 있다. 제 4 레지스터(R4)의 제 2 단은 제 1 커패시터(C1)의 제 1 단 및 MCU(10)의 제 1 입력단에 연결되어 있다. 제 2 레지스터(R2)의 제 2 단, 제 1 다이오드(D1)의 양극 및 제 1 커패시터(C1)의 제 2 단은 접지된다.
전압 비례 연산 회로(21)(R1, R2, R3 및 D1를 포함한다)와 로우 패스 필터 회로(22)(R4와 C1을 포함한다)가 협동하여 부하(50)와 전원 출력 포트가 연결되어 있을 때의 극성 식별을 실행하고, 또한 부하(50)의 전압을 검출한다.
이하, 도 2의 부하(50)는 자동차용 축전지(또는 카배터리라고도 한다)를 예로 들어 설명한다.
MCU(10)는 MCU(10)의 제 1 입력단에 의해 아날로그 전압 신호(즉, 도 2에 도시된 EP_VSN_TO_MCU_AD)을 수신하는 데에 사용된다. MCU(10)는 또한 아날로그 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 1 전압 구간의 하한값보다 작은 경우, 부하(50)의 극성이 역접속되어 있는 것으로 판단하고, 스위치 제어 모듈(30)이 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용된다. MCU(10)는 MCU(10)의 제 1 입력단(예를 들면, A/D 입력 포트)을 통해 아날로그 전압 신호 EP_VSN _TO_MCU_AD를 수신한 다음에, 아날로그-디지털(A/D) 변환 결과 및 수학 연산에 따라 카배터리의 극성 연결이 정확한지 여부를 판단할 수 있으며, 또한 카배터리의 전압을 정확하게 획득할 수 있다. A/D 변환 후에, 아날로그 전압 신호 EP_VSN _TO_MCU_AD의 전압값이 제 1 전압 구간의 하한값보다 작은 경우, 부하(50)의 극성이 역접속되어 있는 것으로 판단한다. A/D 변환 후에, 아날로그 전압 신호 EP_VSN _TO_MCU_AD의 전압값이 제 1 전압 구간의 상한값보다 큰 경우, 부하(50)의 극성이 정접속되어 있는 것으로 판단한다.
예를 들어, 제 1 전압 구간을 1~1.15V 범위로 설정하고, 제 1 전압 구간의 상한값은 1.15V이고, 제 1 전압 구간의 하한값은 1V이다. 비교적 낮은 검출 정밀도(즉, 비교적 높은 검출 오차)로 인한 오판을 방지하기 위하여, 전압 구간은 상대적으로 좁게 설정되어 있다.
구체적으로, MCU(10)는 부하(50)의 극성이 역접속되어 있다고 판단하면 드라이버(U1)에 폐신호(close signal)(즉, 도 2에 도시된 SW_Drive_from_MCU)를 보내고, 드라이버(U1)를 통해 스위치 제어 모듈(30)이 스위치 오프 상태로 되도록 제어한다. 드라이버(U1)는 직류-직류(DC-DC) 드라이버일 수 있다. 드라이버(U1)는 스위치 제어 모듈(30)을 구동하여 스위치 제어 모듈(30)이 스위치 오프 상태 또는 스위치 온 상태에 있도록 한다. 예를 들어, MCU(10)에서 드라이버(U1)로 보낸 SW_Drive_from_MCU가 로우 레벨 펄스인 경우, 드라이버(U1)는 스위치 제어 모듈(30)을 구동하여 스위치 제어 모듈(30)이 스위치 오프 상태로 되도록 한다. MCU(10)에서 드라이버(U1)로 보낸 SW_Drive_from_MCU가 하이 레벨 펄스인 경우, 드라이버(U1)는 스위치 제어 모듈(30)을 구동하여 스위치 제어 모듈(30)이 스위치 온 상태로 되도록 한다.
MCU(10)는 또한 아날로그 전압 신호에 따라 부하(50)의 전압을 확정하는 데에 사용된다.
본 출원의 실시예에 있어서, 아날로그 전압 신호(EP_VSN_TO_MCU_AD)의 크기와 부하(50)의 전압은 일정한 비례 계수를 구성하고, 비례 계수는 전압 비례 연산 회로(21)의 R1, R2 및 R3과 관련된다. MCU(10)는 아날로그 전압 신호에 대응하는 전압값과 전압 비례 연산 회로(21)의 비례 계수에 따라 부하(50)의 전압을 계산할 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, MCU(10)는 또한 아날로그 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 1 전압 구간의 상한값보다 큰 경우, 부하(50)의 극성이 정접속되어 있다고 확정하는 데에 사용된다.
하나의 실시예에 있어서, MCU(10)는 또한 부하(50)의 극성이 정접속되어 있는 경우, 아날로그 전압 신호에 대응하는 전압값의 하강 기울기가 미리 설정된 기울기 임계값보다 크다고 검출되면, 스위치 제어 모듈(30)이 스위치 온 상태로 되도록 제어하는 데에 사용된다.
본 출원의 실시예에 있어서, 부하(50)는 카배터리인 것을 예로써 설명한다. 카배터리 점화 시나리오에서, 자동차의 엔진을 시동하기 위해 카배터리가 점화되면, 카배터리의 전압이 급격히 하강되며, 이 때 카배터리의 전압 하강 기울기가 미리 설정된 기울기 임계값보다 크다는 것을 검출할 수 있다. 이런 경우에 MCU는 스위치 제어 모듈(30)이 스위치 온 상태로 되도록 제어하고, 비상 시동 전원의 배터리 팩으로 카배터리를 충전할 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, MCU(10)는 또한 아날로그 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 1 전압 구간에 있는 경우, 부하(50)의 양극과 음극이 단락된 것으로 판단하고, 스위치 제어 모듈(30)이 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용된다.
하나의 실시예에 있어서, MCU(10)는 또한 아날로그 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 2 전압 구간에 있는 경우, 전원 출력 포트와 부하(50) 사이의 전기적 연결이 비정상적인것으로 판단하는 데에 사용된다. 제 1 전압 구간과 제 2 전압 구간은 교차되지 않는다.
예를 들어, 제 2 전압 구간은 1.2~1.35V 범위로 설정된다. 비교적 낮은 검출 정밀도(즉, 비교적 높은 검출 오차)로 인한 오판을 방지하기 위하여, 전압 구간은 상대적으로 좁게 설정되어 있다.
본 출원의 실시예에 따른 부하 검출 모듈(20)은 전압 비례 연산 회로(21) 및 필터 회로(22)를 통해 부하에 대하여 극성 연결 식별을 수행하고, 또한 부하의 전압을 검출할 수 있다. 절연 부재를 사용하는 부하 검출 모듈과 비교하면, 본 출원의 부하 검출 모듈은 부하의 극성이 역접속되어 있는지 여부를 빠르게 검출할 수 있다. 부하의 극성이 역접속되어 있음을 검출한 경우, MCU는 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어함으로써 제어 시스템의 안전성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하, 카배터리를 부하(50)의 예로 하여, 부하 검출 모듈(20)의 원리를 간단하게 설명한다.
카배터리의 양극이 전원 출력 포트의 음극에 연결되고, 카배터리의 음극이 전원 출력 포트의 양극에 연결되면 극성이 역접속된 상황이 나타난다. 카배터리는 제 1 다이오드(D1) 및 제 3 레지스터(R3)를 통해 방전 루프를 형성한다. 제 2 레지스터(R2)의 전압 강하가 제 1 다이오드(D1)의 턴온 전압을 초과하면 -0.7V 부근에서 음으로 클램프된다(negatively clamped).
도 3은 본 출원의 실시예에 따른, 도 2에 도시된 부하 검출 모듈에 따라 얻어진 서로 다른 상태에서의 카배터리의 시뮬레이션 결과의 개략도이다. 도 3의 시뮬레이션 결과에 나타난 바와 같이, DC 스윕 시뮬레이션 후에, X축은 카배터리의 전압이 0V에서 20V로 변화되는 것을 시뮬레이션하고, Y축은 부하 검출 모듈(20)을 통해 카배터리의 전압을 계산한 후의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 아날로그 전압 신호는 EP_VSN_TO_MCU_AD로 명명되고, EP_VSN_TO_MCU_AD는 MCU의 A/D 입력 포트(즉, MCU의 제 1 입력단)에 전기적으로 연결된다. MCU는 A/D 변환 결과와 수학 연산에 따라 카배터리의 극성 연결이 정확한지 여부를 판단하고, 카배터리의 전압을 정확하게 얻을 수 있다.
도 3의 2# 시뮬레이션 곡선의 결과에 나타난 바와 같이, 아날로그 전압 신호 EP_VSN_TO_MCU_AD에 대응하는 전압값이 미리 설정된 임계값 A보다 낮은 경우, MCU는 카배터리와 제품(예를 들면, 비상 시동 전원 또는 지능형 배터리 클램프)의 출력 포트가 연결될 때에 극성이 역접속되어 있다고 판단한다. 이런 경우, 내부의 스위치 제어 모듈은 스위치 오프 상태로 유지되고, 비상 시동 전원의 배터리 팩이 카배터리에 출력하는 것을 금지한다. 도 3의 시뮬레이션 결과에 대응하는 미리 설정된 임계값 A는 1.07V이다.
도 3의 3# 시뮬레이션 곡선의 결과에 나타난 바와 같이, 아날로그 전압 신호 EP_VSN_TO_MCU_AD의 전압값이 미리 설정된 임계값 A보다 높은 경우, MCU는 카배터리와 제품(예를 들면, 비상 시동 전원 또는 지능형 배터리 클램프)의 출력 포트가 연결될 때에 극성이 정확하게 연결되어 있다(극성이 정접속되어 있다)고 판단한다. 따라서 MCU의 A/D 포트(즉, MCU의 제 1 입력단)에 연결된 전압 신호 EP_VSN_TO_MCU_AD는 선형 정비례로 카배터리의 전압(배터리 전압이라고도 한다)을 따른다.
극성이 정확하게 연결된 경우, MCU의 A/D 입력 포트(즉, MCU의 제 1 입력단)는 배터리 전압의 하강 기울기가 설정된 기울기 임계값에 도달하는 것을 검출하면, MCU는 스위치 제어 모듈에 인 에이블 출력 신호를 출력하여 스위치 제어 모듈은 스위치 온 상태로 되고, 비상 시동 전원의 배터리 팩이 카배터리로 출력하도록 한다.
도 3의 4 # 시뮬레이션 곡선의 결과에 나타난 바와 같이, MCU의 A/D 입력 포트(즉, MCU의 제 1 입력단)의 전압값이 미리 설정된 임계값 B와 같을 때, MCU는 카배터리와 외부 제품(예를 들면, 비상 시동 전원 또는 지능형 배터리 클램프)이 전기적으로 연결되어 있지 않다고 판단하거나 차량 내부에 배터리 부하가 없다고 판단한다. 이런 경우에 외부에서 강제로 키를 누르면, 스위치 제어 모듈을 트리거하여 스위치 온 상태로 될 수 있고, 비상 시동 전원의 배터리 팩이 카배터리에 출력하도록 한다. 도 3의 시뮬레이션 결과에 대응하는 미리 설정된 임계값 B는 1.27V이다.
도 3의 1 # 시뮬레이션 곡선의 결과에 나타난 바와 같이, MCU의 A/D 입력 포트(즉, MCU의 제 1 입력단)의 전압값이 미리 설정된 임계값 A와 같을 때, MCU는 카배터리의 양극과 음극이 단락되어 있다고 판단한다. 이런 경우에 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어하며, 비상 시동 전원의 배터리 팩이 카배터리에 출력하는 것을 금지한다.
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 다른 부하 검출 모듈의 구조를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 부하 검출 모듈(20)은 극성 검출 회로(23) 및 전압 검출 회로(24)를 포함한다. 극성 검출 회로(23)는 제 5 레지스터(R5), 제 6 레지스터(R6), 제 7 레지스터(R7), 제 8 레지스터(R8), 제 9 레지스터(R9), 제 2 커패시터(C2) 및 제 2 다이오드(D2)를 포함한다. 전압 검출 회로(24)는 제 10 레지스터(R10), 제 11 레지스터(R11), 제 12 레지스터(R12), 제 3 커패시터(C3) 및 제 3 다이오드(D3)를 포함한다. 제 5 레지스터(R5)의 제 1 단은 전원단(VDD)에 연결되어 있다. 제 5 레지스터(R5)의 제 2 단은 제 6 레지스터(R6)의 제 1 단, 제 8 레지스터(R8)의 제 1 단 및 제 9 레지스터(R9)의 제 1 단에 연결되어 있다. 제 8 레지스터(R8)의 제 2 단은 제 2 커패시터(C2)의 제 1 단 및 극성 검출 회로(23)의 출력단에 연결되어 있다. 제 9 레지스터(R9)의 제 2 단은 제 7 레지스터(R7)의 제 1 단 및 제 2 다이오드(D2)의 양극에 연결되어있다. 제 2 다이오드(D2)의 음극은 부하(50)의 제 1 단 및 제 11 레지스터(R11)의 제 1 단에 연결되어 있다. 제 11 레지스터(R11)의 제 2 단은 제 10 레지스터(R10)의 제 1 단 및 제 12 레지스터(R12)의 제 1 단에 연결되어 있다. 제 12 레지스터(R12)의 제 2 단은 제 3 커패시터(C3)의 제 1 단 및 전압 검출 회로(24)의 출력단에 연결되어 있다. 제 6 레지스터(R6)의 제 2 단, 제 7 레지스터(R7)의 제 2 단, 제 10 레지스터(R10)의 제 2 단, 제 2 커패시터(C2)의 제 2 단, 제 3 커패시터(C3)의 제 2 단은 접지된다. MCU(10)는 MCU(10)의 제 2 입력단에 의해 극성 검출 회로(23)의 출력단에서 출력되는 극성 전압 신호(즉, 도 4에 도시된 Polarity_det_TO_MCU)를 수신하는 데에 사용된다. MCU(10)는 또한 극성 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 3 전압 구간에 있는 경우, 부하(50)의 극성이 역접속되어 있는 것으로 판단하고, 스위치 제어 모듈(30)이 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용된다.
일례로, 제 3 전압 구간은 0.45V보다 낮게 설정될 수 있다.
극성 검출 회로(23)의 제 5 레지스터(R5), 제 6 레지스터(R6), 제 7 레지스터(R7), 제 9 레지스터(R9), 제 2 커패시터(C2)는 비례 분압 회로를 구성한다. 제 8 레지스터(R8) 및 제 2 다이오드(D2)는 로우 패스 필터(low-pass filter)를 구성한다.
전압 검출 회로(24)의 제 10 레지스터(R10), 제 3 다이오드(D3) 및 제 11 레지스터(R11)는 비례 분압 회로를 구성한다. 제 3 다이오드(D3)와 제 레지스터(R10)는 병렬로 연결되기 때문에 MCU(10)의 제 3 입력단이 수신하는 전압이 -0.7V이상이도록 보호하는 데에 사용된다. 제 12 레지스터(R12) 및 제 3 커패시터(C3)는 다른 로우 패스 필터를 구성한다.
하나의 실시예에 있어서, MCU는 또한 극성 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 4 전압 구간에 있는 경우, 부하(50)의 극성이 정접속되어 있는 것으로 판단하는 데에 사용되며, 제 3 전압 구간과 제 4 전압 구간은 교차되지 않는다.
예를 들어, 제 4 전압 간격은 0.45~0.6V의 범위로 설정될 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, MCU(10)는 또한 부하(50)의 극성이 정접속된 경우에 MCU(10)의 제 3 입력단에 의해 전압 검출 회로의 출력단에서 출력되는 부하 전압 신호(도 4에 도시된 Car_BAT_Sens_TO_MCU)를 수신하고, 본 출원의 실시예에 따른 부하 검출 모듈(20)은 부하 전압 신호에 따라 부하(50)의 전압을 확정하는 데에 사용된다.
본 출원의 실시예에 따른 부하 검출 모듈(20)은 극성 검출 회로(23)를 통해 부하(50)에 대하여 극성 연결 식별을 수행하고, 또한 전압 검출 회로(24)를 통해 부하(50)의 전압을 검출할 수 있다. 절연 부재를 사용하는 부하 검출 모듈과 비교하면, 본 출원의 부하 검출 모듈은 부하의 극성이 역접속되어 있는지 여부를 빠르게 검출할 수 있다. 부하의 극성이 역접속되어 있음을 검출한 경우, MCU는 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어함으로써 제어 시스템의 안전성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하, 부하(50)의 예로써 카배터리를 채택하여 부하 검출 모듈(20)의 원리를 간단하게 설명한다.
카배터리의 극성이 역접속되어 있을 때, 전압 신호 Polarity_det_TO_MCU는 설정된 전압 임계값(예를 들면, 0.45V)보다 작다. 카배터리의 극성이 정접속되어 있을 때, 전압 신호 Polarity_det_TO_MCU는 제 4 전압 구간(예를 들어, 0.45~0.6V) 내에 있고, 전압 신호 Car_BAT_Sens_TO_MCU는 선형 비례로 카배터리의 전압에 따른다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른, 도 4에 도시된 부하 검출 모듈에 따라 얻어진 서로 다른 상태에서의 카배터리의 시뮬레이션 결과의 개략도이다. 도 5의 시뮬레이션 결과에 나타난 바와 같이, DC 스윕 시뮬레이션 후에, X축은 카배터리의 전압이 0V에서 20V로 변화되는 것을 시뮬레이션하고, Y축은 부하 검출 모듈(20)을 통해 카배터리의 전압을 계산한 후의 극성 전압 신호 Polarity_det_TO_MCU 및 부하 전압 신호 Car_BAT_Sens_TO_MCU의 회로 시뮬레이션 결과를 나타낸다. Polarity_det_TO_MCU는 MCU의 하나의 A/D 입력 포트(즉, MCU의 제 2 입력단)에 전기적으로 연결되고, Car_BAT_Sens_TO_MCU는 MCU의 다른 A/D 입력 포트(즉, MCU의 제 3 입력단)에 전기적으로 연결된다. MCU는 Car_BAT_Sens_TO_MCU의 전압 신호에 따라 수학적 연산에 의해 카배터리의 전압을 정확하게 얻을 수 있다.
도 5의 1# 시뮬레이션 곡선의 결과에 나타난 바와 같이, 극성 전압 신호 Polarity_det_TO_MCU에 대응하는 전압값이 제 4 전압 구간(예를 들어, 0.45~0.6V)에 있을 때, MCU는 카배터리와 제품(예를 들면, 비상 시동 전원 또는 지능형 배터리 클램프)의 출력 포트가 연결될 때에 극성이 정확하게 연결되어 있다(극성이 정접속되어 있다)고 판단한다.
도 5의 2# 시뮬레이션 곡선의 결과에 나타난 바와 같이, 카배터리와 제품(예를 들면, 비상 시동 전원 또는 지능형 배터리 클램프)의 출력 포트가 연결될 때에 극성이 정접속되어 있으면, MCU의 A/D 포트(즉, MCU의 제 3 입력단)에 연결된 전압 신호 Car_BAT_Sens_TO_MCU는 선형 정비례로 배터리 전압을 따른다.
도 5의 3# 시뮬레이션 곡선의 결과에 나타난 바와 같이, 극성 전압 신호 Polarity_det_TO_MCU의 전압값이 제 3 전압 구간(예를 들면, 0.45V보다 작다) 내에 있을 때, MCU는 카배터리와 제품(예를 들면, 비상 시동 전원 또는 지능형 배터리 클램프)의 출력 포트가 연결될 때에 극성이 역접속되어 있다고 판단한다. 이런 경우, MCU는 내부의 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 유지하고, 비상 시동 전원의 배터리 팩이 카배터리에 출력하는 것을 금지한다.
도 5의 4# 시뮬레이션 곡선의 결과에 나타난 바와 같이, 카배터리와 제품(예를 들면, 비상 시동 전원 또는 지능형 배터리 클램프)의 출력 포트가 연결될 때에 극성이 역접속되어 있으면, MCU의 A/D 포트(즉, MCU의 제 3 입력단)에 연결된 전압 신호 Car_BAT_Sens_TO_MCU는 선형 반비례로 배터리 전압을 따른다.
도 6을 참조하면, 도 6은 본 출원의 실시예에 따른 다른 부하 검출 모듈의 구조를 나타내는 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 부하 검출 모듈은 제 1 스위치(S1), 제 2 스위치(S2), 제 3 스위치(S3), 제 4 스위치(S4) 및 부하 레지스터(RL)를 포함한다. 제 1 스위치(S1)의 제 1 단 및 제 4 스위치(S4)의 제 1 단은 부하(50)의 제 1 단(51)에 연결되어 있다. 제 2 스위치(S2)의 제 1 단 및 제 3 스위치(S3)의 제 1 단은 부하(50)의 제 2 단(52)에 연결되어 있다. 제 1 스위치(S1)의 제 2 단 및 제 2 스위치(S2)의 제 2 단은 내부 배터리 팩(41)의 양극(BAT+)에 연결되어 있다. 제 3 스위치(S3)의 제 2 단 및 제 4 스위치(S4)의 제 2 단은 부하 레지스터(RL)의 제 1 단에 연결되어 있다. 부하 레지스터(RL)의 제 2 단은 내부 배터리 팩(41)의 음극(BAT-)에 연결되어 있다. MCU는 또한 제 1 스위치(S1) 및 제 3 스위치(S3)가 온 상태에 있고, 제 2 스위치(S2) 및 제 4 스위치(S4)가 오프 상태에 있은 경우, 부하 레지스터(RL)의 제 1 전류를 검출하는 데에 사용된다. MCU(10)는 또한 제 1 스위치(S1) 및 제 3 스위치(S3)가 오프 상태에 있고, 제 2 스위치(S2) 및 제 4 스위치(S4)가 온 상태에 있는 경우, 부하 레지스터(RL)의 제 2 전류를 검출하는 데에 사용된다. MCU(10)는 또한 제 1 전류가 제 2 전류보다 큰 경우, 부하(50)의 극성이 역접속되어 있는 것으로 확정하는 데에 사용된다. MCU(10)는 또한 제 1 전류가 제 2 전류보다 작은 경우, 부하의 극성이 정접속되어 있는 것으로 확정하는 데에 사용된다.
하나의 실시예에 있어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 부하 검출 모듈은 제 5 스위치(S5) 및 제 6 스위치(S6)를 더 포함한다. 내부 배터리 팩(41)과 부하(50) 사이에 전기적으로 연결된 제 5 스위치(S5) 및 제 6 스위치(S6)는 내부 배터리 팩(41)의 전력 출력을 제어하기 위한 스위치 제어 모듈로 기능한다. 제 5 스위치(S5)의 제 1 단은 부하(50)의 제 1 단(51)에 연결되고, 제 5 스위치(S5)의 제 2 단은 내부 배터리 팩(41)의 양극(BAT+)에 연결되고, 제 6 스위치(S6)의 제 1 단은 부하(50)의 제 2 단(52)에 연결되고, 제 6 스위치(S6)의 제 2 단은 내부 배터리 팩(41)의 음극(BAT-)에 연결된다.
본 출원의 실시예에 있어서, 부하(50)의 예로써 카배터리를 채택하여 설명한다.
S5와 S6는 고전력 전자 스위치(High-power electronic switches)이고, 점화하지 않을 때는 스위치 오프 상태에 있다. S1, S2, S3 및 S4는 저전력 전자 스위치(low-power electronic switches)이다. S1~S4의 스위치 온 상태 및 스위치 오프 상태 간의 전환을 제어함으로써, 루프 내의 RL에 흐르는 전류를 비교하여 내부 배터리 팩(41)과 카배터리가 극성 역접속되어 있는지 극성 정접속되어 있는지를 판단한다.
구체적으로, 저전력 전자 스위치 S1과 S3이 온(도통) 상태에 있고, 저전력 전자 스위치 S2와 S4가 오프 상태에 있으면, MCU는 부하 레지스터(RL)의 전류(I1)을 검출한다. 이런 경우, 도 6의 전류 루프는 카배터리(50)의 제 1 단(51), S1, BAT+, BAT-, RL, S3, 카배터리(50)의 제 2 단(52)을 포함한다. 저전력 전자 스위치 S2와 S4가 온(도통) 상태에 있고, 저전력 전자 스위치 S1과 S3이 오프 상태에 있으면, MCU는 부하 레지스터(RL)의 전류(I2)를 검출한다. 이런 경우, 도 6의 전류 루프는 BAT+, S2, 카배터리(50)의 제 2 단(52), 카배터리(50)의 제 1 단(51), S4, RL, BAT-을 포함한다.
I1＜I2인 경우, 내부 배터리 팩(41)과 카배터리는 극성이 정접속되어 있음을 의미하며, 이런 경우, 카배터리(50)의 제 1 단(51)은 카배터리(50)의 양극이고, 카배터리(50)의 제 2 단(52)은 카배터리(50)의 음극이다. I1＞I2인 경우, 내부 배터리 팩(41)과 카배터리는 극성이 역접속되어 있음을 의미한다. I1＝I2＝0이면 카배터리는 내부 배터리 팩(41)에 연결되어 있지 않음을 의미하며, 이런 경우, 카배터리(50)의 제 1 단(51)은 카배터리(50)의 음극이고, 카배터리(50)의 제 2 단(52)은 카배터리(50)의 양극이다.
본 출원의 실시예에 따른 부하 검출 모듈(제 1 스위치(S1), 제 2 스위치(S2), 제 3 스위치(S3), 제 4 스위치(S4)와 부하 레지스터(RL)를 포함한다)은 부하에 대하여 극성 연결 식별을 수행할 수 있다. 절연 부재를 사용하는 부하 검출 모듈과 비교하면, 본 출원의 부하 검출 모듈은 부하의 극성이 역접속되어 있는지 여부를 빠르게 검출할 수 있다. 부하의 극성이 역접속되어 있음을 검출한 경우, MCU는 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어함으로써 제어 시스템의 안전성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 7을 참조하면, 도 7은 본 출원의 실시예에 따른 다른 지능형 제어 시스템의 구조를 나타내는 도면이다. 도 7은 도 1의 상세도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 지능형 제어 시스템은 웨이크 업 모듈(70)을 더 포함한다. 웨이크 업 모듈(70)은 부하(50)의 전압이 제 1 임계값보다 높은 경우에 웨이크 업 모듈(70)의 출력단에서 MCU(10)로 중단 신호를 전송하는 데에 사용된다. 중단 신호는 MCU(10)를 휴면 상태 또는 대기 상태에서 정상 작동 상태로 전환시키는 데에 사용된다.
하나의 실시예에 있어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 웨이크 업 모듈(70)은 제 1 전압 비교기(X1), 제 2 전압 비교기(X2), 제 4 다이오드(D4), 제 5 다이오드(D5) 및 제 13 레지스터(R13)를 포함한다. 전원단(VDD)은 제 1 전압 비교기(X1)의 전력 공급단, 제 2 전압 비교기(X2)의 전력 공급단, 제 13 레지스터(R13)의 제 1 단에 연결되어 있으며, 제 1 전압 비교기(X1)의 접지단 및 제 2 전압 비교기(X2)의 접지단은 접지되어 있다. 제 1 전압 비교기(X1)의 비 반전 입력단(non-inverting input terminal)은 제 1 기준 전압(VREF_A)을 전송하기 위한 전송선(transmission line)에 연결되어 있으며, 제 1 전압 비교기(X1)의 반전 입력단(inverting input terminal)은 아날로그 전압 신호(도 2에 도시된 EP_VSN_TO_MCU_AD) 또는 부하 전압 신호(도 4에 도시된 Car_BAT_Sens_TO_MCU)를 전송하기 위한 전송선에 연결되어 있다. 제 1 전압 비교기(X1)의 출력단은 제 4 다이오드(D4)의 음극에 연결되어 있으며, 제 4 다이오드(D4)의 양극은 제 13 레지스터(R13)의 제 2 단 및 제 5 다이오드(D5)의 양극 및 웨이크 업 모듈(70)의 출력단에 연결되어 있다. 제 2 전압 비교기(X2)의 비 반전 입력단은 아날로그 전압 신호 또는 부하 전압 신호를 전송하기 위한 전송선에 연결되어 있다. 제 2 전압 비교기(X2)의 반전 입력단은 제 2 기준 전압(VREF_B)을 전송하기 위한 전송선에 연결되어있다. 제 2 전압 비교기(X2)의 출력단은 제 5 다이오드(D5)의 음극에 연결되어 있다.
제 1 기준 전압(VREF_A) 및 제 2 기준 전압(VREF_B)은 동일하거나 동일하지 않을 수 있다.
제 2 전압 비교기(X2)의 비 반전 입력 단자와 제 1 전압 비교기(X1)의 반전 입력 단자는 동일한 입력 신호를 가지며, 입력 신호는 도 2의 EP_VSN_TO_MCU_AD일 수 있거나, 또는 도 4의 Car_BAT_Sens_TO_MCU일 수 있다.
부하의 예로써 카배터리를 채택하면, 카배터리의 전압이 설정된 제 1 임계값(예를 들어, 5V)보다 큰 경우, 12V의 카배터리에 대하여, 카배터리의 전압이 5V보다 작은 경우, 카배터리는 더는 사용할 수 없음을 나타내고, 이러한 상황에서는 MCU를 웨이크 업하여 카배터리 대하여 다시 극성 검출 및 전압 검출을 수행할 필요가 있다.
도 9를 참조하면, 도 9는 본 출원의 실시예에 따른 웨이크 업 회로의 시뮬레이션 결과의 개략도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 카배터리의 전압이 설정된 제 1 임계값(예를 들어, 5V)보다 높은 경우, 카배터리가 정접속 상태에 있는지, 역접속 상태에 있는지에 관계없이 웨이크 업 모듈(70)은 하이 레벨에서 로우 레벨의 전환 신호(도 8에 도시된 Wake_up_to_MCU)를 출력하여 MCU의 중단 입력 포트로 보낼 수 있으며, 따라서 MCU를 웨이크 업한다. 도 9에서 제 1 기준 전압(VREF_A)과 제 2 기준 전압(VREF_B)가 다르게 설정되어 있음을 알 수 있다.
도 10을 참조하면, 도 10은 본 출원의 실시예에 따른 안정화 전원 모듈의 구조를 나타내는 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 안정화 전원 모듈(80)은 제 6 다이오드(D6), 제 7 다이오드(D7) 및 로우 드롭 아웃(low-dropout, LDO) 레귤레이터를 포함한다. 제 6 다이오드(D6)의 양극은 내부 배터리 팩(41)의 양극에 연결되어 있으며, 제 6 다이오드(D6)의 음극은 제 7 다이오드(D7)의 음극 및 LDO 레귤레이터의 입력단(Vin)에 연결되어 있으며, 제 7 다이오드(D7)의 양극은 부하(50)의 양극에 연결되어 있으며, LDO 레귤레이터의 출력단(Vout)은 전원단(VDD)이다.
안정화 전원 모듈(80)은 올바른 DC 전압(입력)을 받고 설정된 정확한 전압을 출력하여 지능형 제어 시스템의 각 기능 모듈 또는 관련 전자 부품에 전력을 공급한다. 안정화 전원 모듈(80)의 입력단은 내부 배터리 팩의 양극과 부하의 양극에 연결되어 있다. 안정화 전원 모듈(80)은 지능형 제어 시스템의 각 기능 모듈에 안정된 VDD(예를 들어, 3.3V 또는 5V)를 제공할 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, 지능형 제어 시스템은 키 입력 모듈을 더 포함한다. 키 입력 모듈은 키 활성화 신호를 수신하면 MCU로 중단 신호를 보낸다. 중단 신호는 MCU를 휴면 상태 또는 대기 상태에서 정상 작동 상태로 전환시키는 데에 사용된다.
MCU는 키 입력 모듈로부터 키 활성화 신호를 수신하여 레벨 트리거 웨이크 업을 수행한다. MCU는 시동된 다음에 정상 작동 상태로 들어가며 대응하는 상태 표시 신호를 상태 표시 모듈에 출력한다.
일부 시나리오에서, 예를 들면, 카배터리의 전압이 5V보다 작은 경우, 웨이크 업 모듈(70)은 정상적으로 작동할 수 없다. 이런 경우에 사용자는 키 입력 모듈을 누를 수 있으며, 키 입력 모듈을 통해 MCU가 휴면 상태 또는 대기 모드에서 정상 작동 상태로 전환시킬 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, 지능형 제어 시스템은 전류 검출기를 더 포함한다. 전류 검출기는 전원 출력 포트와 부하 사이에 설치되어 있으며, 내부 배터리 팩에서 부하로 방전할 때의 방전 전류를 검출하는 데에 사용된다. 방전 전류가 과전류 임계값 또는 단락 임계값보다 큰 경우, 전류 검출기는 MCU로 과전류 보호 신호 또는 단락 보호 신호를 보낸다. MCU는 과전류 보호 신호 및 단락 보호 신호 중 적어도 하나에 따라 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어한다.
본 출원의 실시예에 있어서, 내부 배터리 팩이 스위치 온 상태에 있는 스위치 제어 모듈을 통해 카배터리에 대하여 방전할 때, 방전된 출력 전류는 전류 검출기(예를 들어, 전류 검출 저항 또는 도체)에서 흐른다. 전류 흐름에 의해 발생하는 전압은 증폭된 후에 MCU의 A/D 입력 포트로 전송되며, A/D 변환 및 수학적 계산을 수행하여 방전된 출력 전류를 간접적으로 획득한다. MCU는 실제 출력 전류값을 과전류 상태 또는 단락 상태의 설정된 임계값과 비교한다. 실제 출력 전류값이 과전류 상태 또는 단락 상태의 설정된 임계값보다 큰 경우, 스위치 제어 모듈은 오프 상태로 되고 출력 루프가 차단된다. 본 출원의 실시예는 전류 검출기를 설치하여 지능형 제어 시스템은 출력 과전류 및 외부 부하 단락에 대한 보호 메커니즘을 갖게 된다.
하나의 실시예에 있어서, 지능형 제어 시스템은 양방향 전류 검출 센서를 더 포함한다. 양방향 전류 검출 센서는 전원 출력 포트와 부하 사이에 설치되어 있으며, 내부 배터리 팩이 방전 상태에 있는지 충전 상태에 있는지를 검출하는 데에 사용된다. 내부 배터리 팩이 충전 상태에 있는 경우, 양방향 전류 검출 센서는 MCU로 충전 보호 신호를 보낸다. MCU는 충전 보호 신호에 따라 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어한다.
본 출원의 실시예에 있어서, 자동차의 보조 시동이 완료되면 자동차 내부의 발전기가 작동하기 시작한다. 카배터리의 전압은 비상 시동 전원의 내부 배터리 팩의 전압보다 높은 경우가 있다. 그 결과, 전류 역류 및 내부 배터리 팩을 충전하는 것과 같은 불안전 현상이 발생한다. 엔진에 발전기가 탑재되어 있기 때문에, 엔진을 시동하면, 엔진 모터가 회전하여 발전기를 구동하여 발전기가 발전하기 시작한다. 이런 경우, 발전기는 카배터리와 내부 배터리 팩을 충전한다. 이것이 전류 역류이다. 본 출원의 실시예에 있어서, 양방향 전류 검출 센서는 출력 전류의 방향과 전류값을 검출하는 데에 사용된다. MCU는 양방향 전류 검출 센서의 출력을 수신하고, 일반적인 시동 출력은 방전 방향에 대응된다. 검출된 전류의 방향이 충전 방향인 경우, 스위치 제어 모듈을 오프 상태로 제어하고 출력 루프가 차단된다.
하나의 실시예에 있어서, 지능형 제어 시스템은 상태 표시 모듈을 더 포함한다. 상태 표시 모듈은 MCU에 연결되어 있으며, 지능형 제어 시스템의 상태 표시를 실현한다. 상태 표시는 작동 상태 표시 및 경보 알림을 포함한다.
본 출원의 실시예에 있어서, 상태 표시 모듈은 발광 다이오드(LED) 램프 또는 LED 램프 및 부저와의 조합으로 구성된다.
상술한 지능형 제어 시스템은 비상 시동 전원, 배터리 클램프 및 부하를 포함한다. 비상 시동 전원은 내부 배터리 팩을 포함한다. 배터리 클램프는 전원 출력 포트 및 전원 입력 포트를 포함한다. 부하는 자동차용 축전지(또는 카배터리라고도 함) 등일 수 있다. 배터리 클램프의 전원 입력 포트는 내부 배터리 팩에 연결되어 있으며, 배터리 클램프의 전원 출력 포트는 카배터리에 연결되어 있다. 구체적으로, 배터리 클램프의 전원 입력 포트의 양극은 내부 배터리 팩의 양극에 연결되고, 배터리 클램프의 전원 입력 포트의 음극은 내부 배터리 팩의 음극에 연결된다. 배터리 클램프의 전원 출력 포트의 양극은 배터리 클램프의 양극 클립(양극 클립은 일반적으로 빨간색이다)에 대응되고, 배터리 클램프의 전원 출력 포트의 음극은 배터리 클램프의 음극 클립(음극 클립은 일반적으로 까만색이다)에 대응된다. 일반적으로, 배터리 클램프의 양극 클립은 카배터리의 양극을 클램핑하고, 배터리 클램프의 음극 클립은 카배터리의 음극을 클램핑한다. 이런 경우, 배터리 클램프의 전원 출력 포트의 양극은 카배터리의 양극에 연결되고, 배터리 클램프의 전원 출력 포트의 음극은 카배터리의 음극에 연결되며, 카배터리의 극성은 정접속되어 있다. 어떤 경우에 사용자의 잘못된 조작이나 전문가가 아닌 보수 인원의 오조작으로 인해 배터리 클램프의 양극 클립이 카배터리의 음극을 클램핑하고, 배터리 클램프의 음극 클립이 카배터리의 양극을 클램핑하여 카배터리의 극성이 역접속되는 현상이 발생한다.
도 11을 참조하면, 도 11은 본 출원의 실시예에 따른 다른 지능형 제어 시스템의 구조를 나타내는 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 지능형 제어 시스템은 비상 시동 전원, 배터리 클램프 및 부하를 포함한다. 도 11은 배터리 클램프와 부하가 극성 정접속되어 있음을 보여주고 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 지능형 제어 시스템의 MCU, 부하 검출 모듈 및 스위치 제어 모듈은 비상 시동 전원과 통합될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 지능형 제어 시스템의 MCU, 부하 검출 모듈 및 스위치 제어 모듈은 배터리 클램프와 통합될 수 있으며, 이런 경우에 배터리 클램프는 지능형 배터리 클램프라고도 한다.
본 출원의 실시예에 따른 지능형 제어 시스템, 비상 시동 전원 및 지능형 배터리 클램프를 상세하게 설명하였다. 본 명세서에서는 구체적인 예시로 본 출원의 원리 및 실시예를 설명하였지만, 상술한 실시예는 단지 본 출원의 방법 및 그 핵심 아이디어를 이해하는 것을 돕는 데에 사용된다. 당업자라면 본 출원의 기술 방안의 요지에서 벗어나지 않고, 본 출원의 기술 방안에 대한 보정이 가능하다는 것을 이해할 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 명세서의 내용은 본 출원을 한정하고자 하는 것은 아니다.
Claims (32)
- 지능형 제어 시스템으로서,
마이크로 컨트롤러 유닛(MCU), 부하 검출 모듈, 스위치 제어 모듈, 비상 시동 전원, 부하 및 전원 출력 포트를 포함하고,
상기 전원 출력 포트는 부하에 전기적으로 연결되고,
상기 스위치 제어 모듈은 상기 비상 시동 전원의 내부 배터리 팩에 연결된 제 1 단, 상기 전원 출력 포트를 통해 상기 부하에 전기적으로 연결된 제 2 단 및 상기 MCU에서 송신되는 제어 신호를 수신하도록 구성된 제어단을 포함하고,
상기 부하 검출 모듈은 상기 부하의 상태를 검출하는 데에 사용되며, 상기 부하 검출 모듈은 비 절연 부재를 포함하고,
상기 MCU는 상기 부하의 상태에 따라 상기 스위치 제어 모듈이 스위치 온 상태 또는 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 부하 검출 모듈은 상기 부하의 상태를 검출하는 데에 사용된다는 것은, 상기 부하 검출 모듈은 상기 부하의 극성 연결 식별을 수행하는 것을 포함하고,
상기 MCU는 상기 부하의 상태에 따라 상기 스위치 제어 모듈이 스위치 온 상태 또는 스위치 오프 상태로 되도록 제어한다는 것은, 상기 부하 검출 모듈을 통해 상기 부하의 극성이 역접속되었다는 것을 검출하였을 때, 상기 MCU는 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 부하 검출 모듈은 또한 부하의 전압을 검출하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 부하 검출 모듈은 전압 비례 연산 회로 및 필터 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 전압 비례 연산 회로는 제 1 레지스터, 제 2 레지스터, 제 3 레지스터 및 제 1 다이오드를 포함하고, 상기 필터 회로는 제 4 레지스터 및 제 1 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 레지스터의 제 1 단은 전원단에 연결되어 있고, 상기 제 3 레지스터의 제 1 단은 상기 부하의 제 1 단에 연결되어 있고, 상기 제 1 레지스터의 제 2 단은 상기 제 2 레지스터의 제 1 단, 상기 제 3 레지스터의 제 2 단, 상기 제 4 레지스터의 제 1 단 및 상기 제 1 다이오드의 음극에 연결되어 있으며, 상기 제 4 레지스터의 제 2 단은 상기 제 1 커패시터의 제 1 단 및 상기 MCU의 제 1 입력단에 연결되어 있고, 상기 제 2 레지스터의 제 2 단, 상기 제 1 다이오드의 양극 및 상기 제 1 커패시터의 제 2 단은 접지되는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 MCU는 상기 MCU의 제 1 입력단에 의해 아날로그 전압 신호를 수신하는 데에 사용되고,
상기 MCU는 또한 상기 아날로그 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 1 전압 구간의 하한값보다 작은 경우, 상기 부하의 극성이 역접속되어 있다고 확정하고, 상기 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용되며,
상기 MCU는 또한 상기 아날로그 전압 신호에 따라 상기 부하의 전압을 확정하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 MCU는 또한 상기 아날로그 전압 신호에 대응하는 전압값이 상기 제 1 전압 구간의 상한값보다 큰 경우, 상기 부하의 극성이 정접속되어 있다고 확정하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 MCU는 또한 상기 부하의 극성이 정접속되어 있는 경우, 상기 아날로그 전압 신호에 대응하는 전압값의 하강 기울기가 미리 설정된 기울기 임계값보다 크다고 검출되면, 상기 스위치 제어 모듈이 스위치 온 상태로 되도록 제어하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 MCU는 또한 상기 아날로그 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 1 전압 구간에 있는 경우, 상기 부하의 양극과 음극이 단락된 것으로 판단하고, 상기 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 MCU는 또한 상기 아날로그 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 2 전압 구간에 있는 경우, 상기 전원 출력 포트와 상기 부하 사이의 전기적 연결이 비정상적인것으로 판단하는 데에 사용되며, 상기 제 1 전압 구간과 상기 제 2 전압 구간은 교차되지 않는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 부하 검출 모듈은 극성 검출 회로 및 전압 검출 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 극성 검출 회로는 제 5 레지스터, 제 6 레지스터, 제 7 레지스터, 제 8 레지스터, 제 9 레지스터, 제 2 커패시터 및 제 2 다이오드를 포함하고, 상기 전압 검출 회로는 제 10 레지스터, 제 11 레지스터, 제 12 레지스터, 제 3 커패시터 및 제 3 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 5 레지스터의 제 1 단은 전원단에 연결되어 있고, 상기 제 5 레지스터의 제 2 단은 상기 제 6 레지스터의 제 1 단, 상기 제 8 레지스터의 제 1 단 및 상기 제 9 레지스터의 제 1 단에 연결되어 있으며, 상기 제 8 레지스터의 제 2 단은 상기 제 2 커패시터의 제 1 단 및 상기 극성 검출 회로의 출력단에 연결되어 있고, 상기 제 9 레지스터의 제 2 단은 상기 제 7 레지스터의 제 1 단 및 상기 제 2 다이오드의 양극에 연결되어 있고, 상기 제 2 다이오드의 음극은 상기 부하의 제 1 단 및 상기 제 11 레지스터의 제 1 단에 연결되어 있고, 상기 제 11 레지스터의 제 2 단은 상기 제 10 레지스터의 제 1 단 및 상기 제 12 레지스터의 제 1 단에 연결되어 있고, 상기 제 12 레지스터의 제 2 단은 상기 제 3 커패시터의 제 1 단 및 상기 전압 검출 회로의 출력단에 연결되어 있으며, 상기 제 6 레지스터의 제 2 단, 상기 제 7 레지스터의 제 2 단, 상기 제 10 레지스터의 제 2 단, 상기 제 2 커패시터의 제 2 단, 상기 제 3 커패시터의 제 2 단은 접지되는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 MCU는 상기 MCU의 제 2 입력단에 의해 극성 검출 회로의 출력단에서 출력되는 극성 전압 신호를 수신하는 데에 사용되고,
상기 MCU는 또한 상기 극성 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 3 전압 구간에 있는 경우, 상기 부하의 극성이 역접속되어 있는 것으로 판단하고, 상기 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 15 항에 있어서,
상기 MCU는 또한 상기 극성 전압 신호에 대응하는 전압값이 제 4 전압 구간에 있는 경우, 상기 부하의 극성이 정접속되어 있는 것으로 판단하는 데에 사용되며, 상기 제 3 전압 구간과 상기 제 4 전압 구간은 교차되지 않는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 MCU는 또한 상기 부하의 극성이 정접속된 경우에 상기 MCU의 제 3 입력단에 의해 상기 전압 검출 회로의 출력단에서 출력되는 부하 전압 신호를 수신하고, 상기 부하 전압 신호에 따라 상기 부하의 전압을 확정하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 부하 검출 모듈은 제 1 스위치, 제 2 스위치, 제 3 스위치, 제 4 스위치 및 부하 레지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 1 스위치의 제 1 단 및 상기 제 4 스위치의 제 1 단은 상기 부하의 제 1 단에 연결되어 있고, 상기 제 2 스위치의 제 1 단 및 상기 제 3 스위치의 제 1 단은 상기 부하의 제 2 단에 연결되어 있으며, 상기 제 1 스위치의 제 2 단 및 상기 제 2 스위치의 제 2 단은 상기 내부 배터리 팩의 양극에 연결되어 있고, 상기 제 3 스위치의 제 2 단 및 상기 제 4 스위치의 제 2 단은 상기 부하 레지스터의 제 1 단에 연결되어 있으며, 상기 부하 레지스터의 제 2 단은 상기 내부 배터리 팩의 음극에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 MCU는 또한 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치가 온 상태에 있고, 상기 제 2 스위치 및 상기 제 4 스위치가 오프 상태에 있는 경우, 상기 부하 레지스터의 제 1 전류를 검출하는 데에 사용되고,
상기 MCU는 또한 상기 제 1 스위치 및 상기 제 3 스위치가 오프 상태에 있고, 상기 제 2 스위치 및 상기 제 4 스위치가 온 상태에 있는 경우, 상기 부하 레지스터의 제 2 전류를 검출하는 데에 사용되며,
상기 MCU는 또한 상기 제 1 전류가 상기 제 2 전류보다 큰 경우, 상기 부하의 극성이 역접속되어 있는 것으로 확정하는 데에 사용되고,
상기 MCU는 또한 상기 제 1 전류가 상기 제 2 전류보다 작은 경우, 상기 부하의 극성이 정접속되어 있는 것으로 확정하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 부하 검출 모듈은 제 5 스위치 및 제 6 스위치를 더 포함하고,
상기 제 5 스위치의 제 1 단은 상기 부하의 제 1 단에 연결되고, 상기 제 5 스위치의 제 2 단은 상기 내부 배터리 팩의 양극에 연결되고, 상기 제 6 스위치의 제 1 단은 상기 부하의 제 2 단에 연결되고, 상기 제 6 스위치의 제 2 단은 상기 내부 배터리 팩의 음극에 연결되는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 지능형 제어 시스템은 웨이크 업 모듈을 더 포함하고, 상기 웨이크 업 모듈은 상기 부하의 전압이 제 1 임계값보다 높은 경우에 상기 웨이크 업 모듈의 출력단에서 상기 MCU로 중단 신호를 전송하는 데에 사용되며, 상기 중단 신호는 상기 MCU를 휴면 상태 또는 대기 상태에서 정상 작동 상태로 전환시키는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 22 항에 있어서,
상기 웨이크 업 모듈은 제 1 전압 비교기, 제 2 전압 비교기, 제 4 다이오드, 제 5 다이오드 및 제 13 레지스터를 포함하고,
전원단은 상기 제 1 전압 비교기의 전력 공급단, 상기 제 2 전압 비교기의 전력 공급단, 상기 제 13 레지스터의 제 1 단에 연결되어 있으며, 상기 제 1 전압 비교기의 접지단 및 상기 제 2 전압 비교기의 접지단은 접지되어 있고,
상기 제 1 전압 비교기의 비 반전 입력단은 제 1 기준 전압을 전송하기 위한 전송선에 연결되어 있으며, 상기 제 1 전압 비교기의 반전 입력단은 아날로그 전압 신호 또는 부하 전압 신호를 전송하기 위한 전송선에 연결되어 있으며, 상기 제 1 전압 비교기의 출력단은 상기 제 4 다이오드의 음극에 연결되어 있으며, 상기 제 4 다이오드의 양극은 상기 제 13 레지스터의 제 2 단 및 상기 제 5 다이오드의 양극 및 상기 웨이크 업 모듈의 출력단에 연결되어 있으며,
상기 제 2 전압 비교기의 비 반전 입력단은 상기 아날로그 전압 신호 또는 상기 부하 전압 신호를 전송하기 위한 전송선에 연결되어 있으며, 상기 제 2 전압 비교기의 반전 입력단은 제 2 기준 전압을 전송하기 위한 전송선에 연결되어 있고, 상기 제 2 전압 비교기의 출력단은 상기 제 5 다이오드의 음극에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 지능형 제어 시스템은 안정화 전원 모듈을 더 포함하고,
상기 안정화 전원 모듈은 제 6 다이오드, 제 7 다이오드 및 로우 드롭 아웃(LDO) 레귤레이터를 포함하며,
상기 제 6 다이오드의 양극은 상기 내부 배터리 팩의 양극에 연결되어 있고, 상기 제 6 다이오드의 음극은 상기 제 7 다이오드의 음극 및 상기 LDO 레귤레이터의 입력단에 연결되어 있으며, 상기 제 7 다이오드의 양극은 상기 부하의 양극에 연결되어 있으며, 상기 LDO 레귤레이터의 출력단은 전원단인 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 지능형 제어 시스템은 키 입력 모듈을 더 포함하고,
상기 키 입력 모듈은 키 활성화 신호를 수신하면 상기 MCU로 중단 신호를 보내며, 상기 중단 신호는 상기 MCU를 휴면 상태 또는 대기 상태에서 정상 작동 상태로 전환시키는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 지능형 제어 시스템은 전류 검출기를 더 포함하고, 상기 전류 검출기는 전원 출력 포트와 부하 사이에 설치되어 있으며, 상기 내부 배터리 팩에서 상기 부하로 방전할 때의 방전 전류를 검출하는 데에 사용되고,
상기 방전 전류가 과전류 임계값 또는 단락 임계값보다 큰 경우, 상기 전류 검출기는 상기 MCU로 과전류 보호 신호 또는 단락 보호 신호를 보내며,
상기 MCU는 상기 과전류 보호 신호 및 상기 단락 보호 신호 중 적어도 하나에 따라 상기 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 지능형 제어 시스템은 양방향 전류 검출 센서를 더 포함하고, 상기 양방향 전류 검출 센서는 상기 전원 출력 포트와 상기 부하 사이에 설치되어 있으며, 상기 내부 배터리 팩이 방전 상태에 있는지 충전 상태에 있는지를 검출하는 데에 사용되고,
상기 내부 배터리 팩이 충전 상태에 있는 경우, 상기 양방향 전류 검출 센서는 상기 MCU로 충전 보호 신호를 보내고,
상기 MCU는 상기 충전 보호 신호에 따라 상기 스위치 제어 모듈이 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 지능형 제어 시스템은 상태 표시 모듈을 더 포함하고,
상기 상태 표시 모듈은 상기 MCU에 연결되어 있으며, 상기 지능형 제어 시스템의 상태 표시를 실현하고, 상기 상태 표시는 작동 상태 표시 및 경보 알림을 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 부하는 용량성 부하인 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 제 29 항에 있어서,
상기 용량성 부하는 배터리, 슈퍼 커패시터 및 리튬 배터리 중 임의의 하나 또는 임의의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 제어 시스템. - 비상 시동 전원으로서,
마이크로 컨트롤러 유닛(MCU), 내부 배터리 팩, 스위치 제어 모듈 및 부하 검출 모듈을 포함하고,
상기 스위치 제어 모듈은 상기 내부 배터리 팩에 전기적으로 연결된 제 1 단, 상기 부하에 전기적으로 연결된 제 2 단 및 상기 MCU에서 송신되는 제어 신호를 수신하도록 구성된 제어단을 포함하고,
상기 부하 검출 모듈은 상기 부하의 상태를 검출하는 데에 사용되며, 상기 부하 검출 모듈은 비 절연 부재를 포함하고,
상기 MCU는 상기 부하의 상태에 따라 상기 스위치 제어 모듈이 스위치 온 상태 또는 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 비상 시동 전원. - 지능형 배터리 클램프로서,
마이크로 컨트롤러 유닛(MCU), 전원 입력 포트, 전원 출력 포트, 스위치 제어 모듈 및 부하 검출 모듈을 포함하고,
상기 전원 입력 포트는 비상 시동 전원의 내부 배터리 팩에 전기적으로 연결되고,
상기 전원 출력 포트는 부하에 전기적으로 연결되며,
상기 스위치 제어 모듈은 상기 전원 입력 포트를 통해 상기 내부 배터리 팩에 전기적으로 연결된 제 1 단, 상기 전원 출력 포트를 통해 부하에 전기적으로 연결된 제 2 단 및 상기 MCU에서 송신되는 제어 신호를 수신하도록 구성된 제어단을 포함하고,
상기 부하 검출 모듈은 상기 부하의 상태를 검출하는 데에 사용되며, 상기 부하 검출 모듈은 비 절연 부재를 포함하고,
상기 MCU는 상기 부하의 상태에 따라 상기 스위치 제어 모듈이 스위치 온 상태 또는 스위치 오프 상태로 되도록 제어하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 지능형 배터리 클램프.
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