KR101109975B1 - Ｄｃ 전력 분배 시스템 및 ｄｃ 전력 분배 어셈블리 제어 방법 - Google Patents

Abstract

DC 고 전력 분배 시스템은 하나 이상의 저장 커패시터와 병렬인 부하에 전력을 제공한다. 시스템은 DC 소스와 커패시터/부하 사이에 직렬로 접속된 병렬 접속 트랜지스터의 어레이(24) 및 핫 스왑 제어기를 포함한다. 전력 접촉기(28)는 트랜지스터 어레이에 병렬로 접속되며, 이들은 제어기의 제어 출력에 접속된다. 제어기는 입력 과전압, 입력 부족 전압 및 과전류와 같은 다양한 관심 회로 조건을 모니터링한다. 회로 조건이 지정된 파라미터를 충족한다면 제어기는 커패시터를 충전시키기 위한 트랜지스터를 활성화시켜셔 돌입 전류를 제한한다. 충전 후, 제어기는 트랜지스터를 션트시키고 진행 중인 동작 동안 150+ 암페어의 전류를 전달하기 위한 전력 접촉기를 활성화시킨다. 모니터링된 회로 조건 중 임의의 것이 지정된 파라미터를 충족하지 못한다면, 제어기는 전력 접촉기 및 트랜지스터 중 적어도 하나를 비활성화시켜서 회로의 동작을 중지시킨다.

Description

ＤＣ 전력 분배 시스템 및 ＤＣ 전력 분배 어셈블리 제어 방법{DC HIGH POWER DISTRIBUTION ASSEMBLY}

본 발명은 전기 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 DC 전력 공급 및 조절 시스템에 관한 것이다.

많은 전자 시스템은 DC(직류) 전력의 제공을 요구한다. 일반적으로 말해서, DC 전력은 고 전압(즉, 전기 전위)으로부터 저 전압으로 흐르는 일정한 방향의 전기 전류 흐름을 포함한다. (AC-교류- 전력 애플리케이션에서, 전기 전류의 크기 및 방향은 주기적으로 변한다.) DC 분배 시스템은 동작에 DC 전력이 요구되는 전자 회로 및 디바이스에 DC 전력을 제공하는 데 사용된다. 이와 같이, DC 분배 시스템은 일반적으로 다음 기능, 즉 AC 소스를 DC 파형으로 변환하는 기능, 변환된 DC 파형을 보다 바람직한 형태, 예를 들어 상이한 전압 레벨, 또는 보다 순수한 DC 파형으로 조절 및/또는 변환하는 기능, 및 안전성 및/또는 기타 제어 목적을 위한 입력 및/또는 출력 전력 파형을 모니터링 및 감시하는 기능 중 하나 이상을 수행한다.

고 전력 DC 공급 시스템은 유사한 기능을 수행하지만, 다량의 DC 전기 전력을 요구하는 전자 애플리케이션에서 사용된다. 예를 들어, 회사 및 정부의 통신 시스템에서, RF(무선 주파수) 증폭기 및 기타 고 전력 전자기기는 장거리 무선 송신을 위해 음성 및 데이터 신호를 증폭하는 데 사용된다. 증폭기는 입력 및 출력 전력 라인/버스, 공급/필터, 바이패스 커패시터 및 회로 차단기 뱅크를 포함하는 프레임 또는 기타 지원 어셈블리 내에 수용된다. 일반적인 프레임에서, 그 내부에 수용된 전자 디바이스는 수백 암페어 레벨의 전류 및 수천 와트 단위의 DC 전력을 요구할 수 있다.

포함되는 고 전압 및/또는 전류 레벨 때문에, 고 전력 DC 분배 시스템은 강인한 고용량 콤포넌트를 요구하며, 몇몇 애플리케이션에서는 보다 강인한 모니터링 및 보호 방식을 요구한다. 예를 들어, 소정 애플리케이션은 과전압 보호 수단(예를 들어, 입력/소스 전압이 현저히 증가하는 상황에 대한 보호), 부족 전압 보호 수단(예를 들어, 입력/소스 전압이 강하되거나 제거되는 상황에 대한 보호), 회로 차단기 기능 및 전류 돌입 보호를 요구할 수 있다. 후자에 관해서는, DC 전력 시스템이 먼저 기동될 때, 커패시터 임피던스의 결과로서 높은 레벨의 과도 전류가 발생할 수 있다. 큰 필터 및 저장 커패시터는 단락 회로처럼 작용하여, 고속 상승 시간에 따라 즉각적 돌입 서지 전류(immediate inrush surge current)를 생성한다. 피크 돌입 전류는 여러 상태의 것으로서 회로의 정상 상태 전류 레벨보다 더 큰 크기의 것일 수 있다. 이 전력 서지는 시스템 콤포넌트에 심각한 손상을 줄 수 있으며, 퓨즈가 끊기고 회로 차단기가 시동되게 하는 결과를 가져올 수도 있다.

일반적으로, 전류 돌입 보호는 큰 고용량 저항기에 의해 제공되었다. 먼저, 저항기는 저장/필터 커패시터를 변경한다. 그 다음, 저항기는 높은 전류 지연을 사용하여 단락된다. 그러한 회로가 기능성이라 하더라도, 그들은 매우 부피가 크고, 부하가 단락되는 경우에는 저항기가 끊길 수 있다. 더욱이, 낮은 전압 드롭아웃 및 높은 드롭아웃에 대한 어떠한 준비, 예를 들어 과전압 보호 수단 및 부족 전압 보호 수단이 없다.

본 발명의 실시예는 통신 네트워크 등에서 사용하기 위한 것들과 같이 DC 전력을 전자 디바이스에 제공하는 DC 고 전력 분배 어셈블리에 관한 것이다. 어셈블리는 DC 소스(예를 들어, 공급 및 복귀 라인에 인가되는 DC 전압), 저장 커패시터 시스템 및 제어 회로를 포함한다. 다수의 병렬접속 트랜지스터는 DC 소스와 저장 커패시터 시스템 사이에 직렬로 접속된다. 바이패스 콤포넌트는 트랜지스터에 병렬로 접속된다. ("바이패스 콤포넌트"에 관해 말하자면, 그것은 전자 디바이스 또는 개방/오프 상태와 저 저항의 폐쇄/온 상태 사이에서 제어 가능한 콤포넌트를 의미한다.) 트랜지스터 및 바이패스 콤포넌트는 제어 회로의 제어 출력을 분리하도록 접속된다. 동작 중, 분배 어셈블리의 초기 개시 시에, 제어 회로는, 돌입 전류를 제한하는 제어 방법으로, 저장 커패시터 시스템을 충전하기 위한 병렬접속 트랜지스터를 기동한다. 일단 커패시터가 충전되면(일반적으로는, 트랜지스터가 충분한 온 상태에 진입하기 전의 짧은 시간에 발생함), 제어 회로는 바이패스 콤포넌트를 기동하여 트랜지스터를 션트시킨다. "션트"는 표준 전기학적 관점에서 볼 때, 일부 전류에 대한 대안 경로를 형성하는 전기 회로 내 2개 지점 사이의 저 저항 커넥션을 의미한다. 따라서, DC 전력을 부하에 공급하기 위한 분배 어셈블리의 정상 상태 동작 모드를 나타내는 이러한 모드에서, 쥬요 DC 전류는 트랜지스터를 통과하는 대신에 바이패스 콤포넌트로 향하여 분배 어셈블리에 의해 소모되는 전력의 양을 감소시키고 큰 트랜지스터 히트 싱크의 필요성을 제거한다. ("주요" DC 전류는 부하 및/또는 저장 커패시터 시스템에 공급되며 분배 어셈블리에 의해 다루어지는 대부분의 전류를 나타내는 전기 전류를 지칭한다.)

다른 실시예에서, 제어 회로는 전력 분배 어셈블리의 하나 이상의 회로 조건을 모니터링한다. ("회로 조건"은 동작 중에 회로 또는 그의 일부의 상태나 값, 예를 들어, 전류 레벨, 전압 레벨, 온도, "온/오프" 상태 등을 지칭한다.) 모니터링된 회로 조건 중 임의의 것이 저장 커패시터 시스템(16)을 충전하기 위한 트랜지스터 어레이(24)의 초기 활성화 이전의 지정된 동작 파라미터(예를 들어, 지정된/희망하는 값이나 값의 범위)를 충족하지 못한다면, 트랜지스터(26)든 바이패스 콤포넌트(28)든 어느 것도 활성화되지 않는다. 모니터링된 회로 조건 중 임의의 것이 트랜지스터(26) 활성화 후의 지정된 동작 파라미터를 충족하지 못한다면, 제어 시스템(18)은 바이패스 콤포넌트(28)를 비활성화시키는 것 및/또는 트랜지스터(26)를 오프 상태로 진입하거나 유지되게 제어하는 것에 의해 분배 시스템(10)의 동작을 정지시킨다. 모니터링된 회로 조건의 실례는 DC 소스 과전압 조건(예를 들어, 제어 시스템(18)은 DC 소스가 지정된 전압 레벨 위로 상승하는 지를 모니터링함), DC 소스 부족 전압 조건(제어 시스템(18)은 DC 소스가 지정된 전압 레벨 아래로 떨어지는 지를 모니터링함), 및 과전류 조건(예를 들어, 제어 시스템(18)은 주요 DC 전류 I가 지정된 레벨 위로 상승하는 지를 모니터링함)을 포함한다. 과전류 조건은 트랜지스터 및 바이패스 콤포넌트와 직렬로 접속된 고용량 저항에 걸리는 전압을 측정하는 것으로 모니터링될 수 있다. ("고용량"이란 정상 상태 동작 동안 전력 분배 어셈블리의 주요 DC 전류를 다룰 수 있는 저항을 의미한다).

다른 실시예에서, 분배 어셈블리는 정상 상태 동작 동안 적어도 대략 150 암페어의 주요 DC 전류를 제공하도록 정해진 고 전력 분배 어셈블리이다. 이러한 전류 부하를 다루는 경우, 바이패스 콤포넌트는 전력 접촉기 또는 기타의 헤비 듀티 계전형 디바이스(heavy-duty relay-like device)일 수 있다. 또한, DC 소스, 트랜지스터, 및/또는 바이패스 콤포넌트는 이러한 양의 전류 부하를 전달하도록 정해진 금속 버스 바를 사용하여 접속될 수 있다. 저장 커패시터 시스템은 일반적으로 적어도 대략 100,000 ㎌의 총 전기 저장 용량을 갖는 하나 이상의 커패시터를 포함할 것이다.

다른 실시예에서, 제어 회로는 IC(집적회로) 제어기 부분과, 관심 회로 조건을 모니터링하는 데 사용되는 하나 이상의 외부 감지 콤포넌트를 포함한다. 제어기는 다양한 모니터링 입력 및 다양한 제어 출력을 포함하며, 이러한 입력 및 출력은 트랜지스터 및 바이패스 콤포넌트에 접속된다. 제어기는 핫 스왑 제어기와 같이 다른 상황에서 사용하도록 의도된 기존의 상업적으로 입수 가능한 제어기일 수 있다. (핫 스왑 제어기는 라인 카드가 우선 삽입될 때의 돌입 전류를 제한하는 것에 의해 라인 카드 또는 일반적으로 단일 FET 또는 기타 트랜지스터를 제어하여 기타 회로 보드가 전기적 라이브 백플레인에 삽입되는 저 전류 애플리케이션에서의 손상 및 동작 장애를 방지한다. 그 후, FET는 진행 중인 동작 동안 라인 카드(들)가 공급받는 주요 전류를 전달한다.)

다른 실시예에서, 가능하다면 고 임피던스 게이트 저항을 포함하는 고도의 대칭 어레이 내에 병렬 접속 트랜지스터(일반적으로, 6개 내지 12개의 병렬 접속 트랜지스터가 존재함)가 트랜지스터의 시간 지연 및 트랜지스터 내에서의 전류 상쇄를 보상하도록 배열되고 구성된다. 이것은 제어기에 의한 다수의 트랜지스터의 제어를 용이하게 하여 트랜지스터가 짧은 시간 동안 저장 커패시터 시스템을 충전시키는 선형 동작 상태에 있게 한다. 이에 의해 돌입 전류는 고 전류 및 전력 레벨, 예를 들어 8000 와트의 150 암페어에서도 저항 및 대형 히트 싱크를 사용하는 일 없이 제한된다.

다른 실시예에서, IC 기반 핫 스왑 제어기가 (i) 저장 커패시터 시스템을 충전할 때 돌입 전류를 제어하기 위한 병렬 접속 트랜지스터 어레이, (ii) 과전압, 부족 전압 및 과전류 조건을 모니터링하기 위한 고 용량(적용 가능한 경우)의 기타 감지 콤포넌트, 및 (iii) 정상 상태 동작 동안 트랜지스터를 바이패스시키기 위한 바이패스 콤포넌트와 관련하여 사용된다. 이러한 구성에서, 전력 어셈블리는 저 비용이고, 크기 면에서 조밀하며(예를 들어, 대형 히트 싱크가 아님), 재사용을 허용하고, 매우 높은 전류 및 전력 레벨에서 개선된 모니터링 기능 및 전류 돌입 방지를 제공한다.

다른 실시예에서, DC 고 전력 분배 시스템은 하나 이상의 저장 커패시터와 병렬로 접속된 부하에 전력을 제공한다. 이 시스템은 핫 스왑 제어기 및 DC 소스와 커패시터와 부하 사이에 직렬로 접속된 병렬 접속 트랜지스터 어레이를 포함한다. 전력 접촉기는 트랜지스터 어레이에 병렬로 접속되며, 이들은 모두 제어기의 별도의 제어 출력에 접속된다. 제어기는 입력 과전압, 입력 부족 전압 및 과전류와 같은 다양한 관심 회로 조건을 모니터링한다. 회로 조건이 초기 개시 시의 지정된 파라미터를 충족한다면, 제어기는 커패시터를 충전시키기 위한 트랜지스터를 활성화시켜서 돌입 전류를 제한한다. 충전 후, 제어기는 트랜지스터를 션트시키고 진행 중인 동작 동안에 +150 암페어의 전류를 전달하는 전력 접촉기를 활성화시킨다. 모니터링된 회로 조건 중 임의의 것이 진행 중인 동작 동안의 지정된 파라미터를 충족시키지 못한다면, 제어기는 접촉기 및/또는 트랜지스터를 비활성화시키는 것에 의해 회로 동작을 중지시킨다.

본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 비제한적인 실시예에 대한 다음의 설명을 이해하는 것으로부터 보다 잘 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 DC 고 전력 분배 어셈블리/시스템의 개략도,

도 2는 분배 시스템의 다른 실시예의 개략도,

도 3은 전력 분배 시스템의 일부로서 선택적으로 사용되는 전류 방향 검출 회로의 개략도,

도 4는 역극성 보호 회로의 개략도,

도 5(a)는 표준 분별 트랜지스터의 투시도,

도 5(b)는 본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터 어레이의 부분 투시 (실제 축척이 아닌) 개략도,

도 6은 시스템의 일반적 부하 부분의 개략도이다.

도 1 내지 도 6과 관련하여, 본 발명은 DC 고 전력 분배 어셈블리 또는 시스템(10) 및 그러한 시스템을 통해 DC 전력을 제어 및/또는 제공하는 방법에 관한 것이다. 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 시스템(10)은 DC 소스(12)(예를 들어, 공급 및 복귀 라인(14a, 14b)을 통해 공급되는 전압 전위), 저장 커패시터 시스템(16) 및 모니터링 및 제어 회로/시스템(18)을 포함한다. 제어 시스템(18)은 IC(집적회로) 핫 스왑 제어기와 같은 제어기(20) 및 제어기(20)에 동작 가능하게 전기 접속되는 하나 이상의 외부 모니터링 및 제어 콤포넌트(22)를 포함할 수 있다. 병렬 접속 트랜지스터(26)의 어레이(24)는 DC 소스(12)와 저장 커패시터 시스템(16) 사이에 직렬 접속된다. 바이패스 콤포넌트(28)는 트랜지스터 어레이(24)에 병렬로 접속된다. 트랜지스터 어레이(24) 및 바이패스 콤포넌트(28)는 제어 시스템(18)의 개별 제어 출력에 접속된다. DC 소스(12) 및 트랜지스터 어레이(24)는 부하(30) 및 회로 차단기(들)(32)와도 직렬 접속된다. 부하(30)는, 예를 들어 지지 프레임 내에 수용되는 RF 증폭기와 같이, 동작을 위해 DC 전력을 요구하는 하나 이상의 전기 디바이스를 포함할 수 있다.

동작 중, 초기 개시 시에, 제어 시스템(18)은 돌입 전류를 제한하는 제어 방법으로 병렬 접속 트랜지스터(26)를 활성화시켜 저장 커패시터 시스템(16)을 충전한다. 특히, 트랜지스터(26)는 "오프" 상태로부터 "온" 상태로 제어되며, 그 사이에 트랜지스터는 선형 동작 영역에서 동작한다. 선형 동작 영역에서, 트랜지스터는 가변 저항기로서 기능하여 돌입 전류를 제한한다. 트랜지스터는 저장 커패시터 시스템(16)을 충전시키기에 충분한 짧은 기간(예를 들어, 일반적으로는 80-100 msec보다 적음) 동안에는 여전히 선형 동작 영역에 남아 있다. 이 기간 후, 제어 시스템(18)은 바이패스 콤포넌트(28)를 활성화시켜 트랜지스터를 션트시킨다. DC 전력을 부하(30)에 공급하는 시스템(10)의 정상 상태 동작 모드를 나타내는 이 모드에서, 주요 DC 전류 "I"는 트랜지스터(26)를 통과하는 대신에 바이패스 콤포넌트(28)를 통과하여, 시스템(10)에 의해 소모되는 전력의 양을 감소시킨다.

지속적으로, 제어 시스템(18)은 전력 분배 시스템(10)의 하나 이상의 회로 조건을 모니터링한다. 위에서 주지된 바와 같이, "회로 조건"은 동작 중 전류 레벨, 전압 레벨, 온도, "온/오프" 상태 등과 같은 회로 또는 그의 일부의 상태 또는 값을 지칭한다. 모니터링된 회로 조건 중 임의의 것이 저장 커패시터 시스템(16)을 충전하기 위한 트랜지스터 어레이(24)의 초기 활성화 이전의 지정된 동작 파라미터(예를 들어, 지정된/희망하는 값이나 값의 범위)를 충족하지 못한다면, 트랜지스터(26)든 바이패스 콤포넌트(28)든 어느 것도 활성화되지 않는다. 이러한 방법으로, 시스템(10)은 회로 조건이 지정된 동작 파라미터를 충족할 때까지 전력이 부하(30)에 공급되지 않는 "오프" 또는 스탠바이 모드로 유지된다. (제어 시스템(18)을 수동으로 리셋하거나 유사한 동작을 수행하는 것이 필수적일 수도 있다.) 모니터링된 회로 조건 중 임의의 것이 트랜지스터(26) 활성화 후의 지정된 동작 파라미터를 충족하지 못한다면, 제어 시스템(18)은 바이패스 콤포넌트(28)를 비활성화시키는 것 및/또는 트랜지스터(26)를 오프 상태로 진입하거나 유지되게 제어하는 것에 의해 분배 시스템(10)의 동작을 정지시킨다. 모니터링된 회로 조건의 실례는 DC 소스 과전압 조건(예를 들어, 제어 시스템(18)은 DC 소스가 지정된 전압 레벨 위로 상승하는 지를 모니터링함), DC 소스 부족 전압 조건(제어 시스템(18)은 DC 소스가 지정된 전압 레벨 아래로 떨어지는 지를 모니터링함), 및 과전류 조건(예를 들어, 제어 시스템(18)은 주요 DC 전류 I가 지정된 레벨 위로 상승하는 지를 모니터링함)을 포함한다. 과전류 조건은 주요 전류 I의 경로 내에 트랜지스터 어레이(24) 및 바이패스 콤포넌트(28)와 직렬로 접속된 고용량 저항(36)과 같은 감지 콤포넌트(34)를 삽입하여 모니터링될 수 있다.

이제 시스템(10)의 실시예는 도 2 내지 도 6과 관련하여 보다 상세히 설명될 것이다.

위에서 논의된 바와 같이, 시스템(10)은 네트워크 라인 카드 및 RF 증폭기와 같은 전자 디바이스를 동작시키기 위해 높은 레벨의 DC 전력이 필요한 상황에서의 사용에 특히 적절하다. 많은 원격통신 디바이스는 도면에서 주요 라인(14a) 상에 마련되는 것으로 도시된 바와 같이 기준 -48V에서 동작하도록 구성된다. 이 전압 레벨에서, 주요 공급 라인/버스(14a)의 경우, 주요 정상 상태 전류 용량(예를 들어, 주요 전류 I)은 200 암페어 정도로 높아야 하며, 때때로 더 높아야 한다. 일반적인 추정 용량은 150 암페어이다. 그러한 고 전류 레벨을 다루는 경우, 공급 및 복귀 라인(14a, 14b)(주요 DC 전류의 경로 상에서의 콤포넌트들 사이의 상호접속부를 포함함)은 시스템(10)의 전류 용량으로 또는 그 이상으로 전류 부하를 전달하기 위해 추정되는 헤비게이지 금속 버스 바(heavy-gauge metal bus bars)(예를 들어, 구리 버스 바)일 수 있다. 다른 유형의 헤비 게이지 라인 또는 케이블도 애플리케이션에 따라 사용될 수 있다. 어느 경우이든, 헤비 게이지의 고 전류 경로는 도면에서 굵은 선으로 표현된다. DC 소스(12)는 DC 생성기, 배터리 시스템 또는 DC 전력원(예를 들어, 정류기 및/또는 변압기 기반 회로)과 같은 표준 고용량 DC 소스이다. 저장 커패시터 시스템(16)은 주요 및 복귀 라인(14a, 14b) 전체에 접속된 하나 이상의 벌크 저장 커패시터(38a, 38b) 및 각각의 커패시터와 병렬로 접속되어 UL(R) 보안 규칙을 충족시키는 블리더 저항(bleeder resistor)을 포함한다. 저장 커패시터(38a, 38b)는 총 부하(30)의 전력 필요조건이 증가할 때 전기 전력의 신속한 소스로서 작용하는 것에 의해 시스템의 전체 전류 공급을 조절하는 데 도움이 된다. 고 전력 애플리케이션의 경우, 저장 커패시터 시스템(16)은 일반적으로 대략 100,000 ㎌ 이상의 총 전기 저장 용량을 가질 것이다.

주요 공급 라인(14a)을 통해 공급되는 주요 전류 I는 다소 낮은 전류 용량을 갖는 회로 차단기(32)를 통과하여 흐르는 다양한 브랜치 전류로서 배분된다. (예를 들어, 회로 차단기(32)는 일반적으로는 부하에 따라 1-100 암페어 용량의 범위에 있는 플러그-인 스타일 회로 차단기일 수 있다.) 회로 차단기 및 부하가 도 1 및 도 2에 함께 배열된 것으로 도시되어 있지만, 실제로는, 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 회로 차단기가 지정된 부하 디바이스에 별도로 직렬 접속되고 각각의 부하/회로 차단기 쌍이 공급 및 복귀 라인 전체에 병렬로 접속되는 것이 통상적이다. 시스템(10)에 의해 제공되는 제약 내에서, 임의의 특정 시간에 흐르는 실제 주요 전류 I는 부하 디바이스(30)가 공급받는 전력에 의존할 것이다.

모니터링 및 제어 시스템(18)은, 다양한 회로 조건을 모니터링하고, 트랜지스터 어레이(24)를 제어하여 커패시터 시스템을 충전하게 하며, 회로 조건이 시스템(10)의 희망 동작 상태에 대응하는 지정된 동작 파라미터를 충족한다면 바이패스 콤포넌트(28)를 제어한 다음에 트랜지스터를 션트시키게 하는 기능을 한다. 제어 시스템(18)은 또한 회로 조건이 진행 중인 모니터링 동안 지정된 파라미터를 충족하지 못한다면 시스템(10)을 차단하는 전자 회로 차단기로서 작용한다. 제어 시스템(18)은 IC 기반 제어기(20) 및 하나 이상의 외부 제어 콤포넌트(22)를 포함한다. 제어기(20)는 저 전력 핫 스왑 애플리케이션에 사용되는 타입의 표준 합 스왑 제어기일 수 있다.

상세히 말해서, 핫 스왑 제어기는 라인 카드 또는 기타 회로 보드 또는 전기 디바이스의 설치가 라이브 전력 소스로의 연결을 필요로 하는 저 전력 애플리케이션(예를 들어, 48V에서 수 암페어)에서의 손상 및 동작 장애, 예를 들어 라이브 백플레인 내에 삽입된 라인 카드에서의 손상 및 동작 장애를 방지한다. 디바이스가 전력 소스에 연결될 때, 방전된 전력 공급 필터 커패시터는 돌입 전류 스파이크와 만나는 저 임피던스를 나타낸다. 전류 스파이크는 전력 공급 실패 또는 기타의 회로 손상을 야기할 수 있다. 핫 스왑 제어기는 전력 백플레인 또는 디바이스 내에 존재하며, 디바이스가 우선 라이브 전력 소스에 연결될 때 돌입 전류 제한을 제공한다. 그들은 또한 디바이스가 동작 중에 있는 동안 쇼트 회로 보호를 제공한다. 대부분의 경우, 핫 스왑 제어기는 단일 N 채널 MOSFET의 온-저항을 서서히 줄이는 것에 의해 돌입 전류를 제한한다. 디바이스가 우선 플러그 인될 때, 제어기는 MOSFET를 서서히 강화하여, MOSFET의 드레인 단자의 전압이 0V로부터 상승하게 하거나, 또는 네거티브 전원에 의해 전력이 공급되는 디바이스의 경우에는 0V로부터 하강하게 한다. 이 목적을 위해, 제어기는 감지 저항(예를 들어, 저 전력 표면 탑재 저항)을 흐르는 전류를 감지하며 그에 따라 MOSFET의 게이트를 제어한다.

핫 스왑 제어기가 원래 고 전력 회로에서 사용되도록 의도되지 않았던 것이라 해도, 시스템(10)은 안전하고 효과적인 방법으로, 예를 들어 고용량 감지 저항(34) 및 대칭 멀티저항 어레이(24)의 사용을 통해, 그러한 사용을 가능하게 하도록 구성된다. 또한, 정상 상태 동작 시에 주요 전류가 트랜지스터를 통과시키면 전력 소모가 증가하게 되고 매우 큰 크기의 트랜지스터 어레이 및 히트 싱크가 요구될 것임을 생각하면, 저 비용의 소형 패키지 내의 시스템(10)의 효율적인 동작은 바이패스 콤포넌트(28)의 사용을 통해 더욱 용이해진다. 이하에 추가로 설명되는 바와 같이, 바이패스 콤포넌트는 외부 DC/DC 변환기 또는 기타 외부 디바이스를 인에이블링시키기 위한 통상적인 애플리케이션에서 사용되는 제어기의 기존 제어 기능을 통해 제어된다.

제어기(20)로서 사용되는 적합한 핫 스왑 제어기는 특히 아날로그 디바이스^TM ADM1070 모델 및 슈미트 마이크로일렉트로닉스^TM SMH4812 및 SMH4802 모델을 포함한다. 실례로서, 전력 분배 시스템(10)의 설계 및 동작은 본 명세서에서 슈미트 마이크로일렉트로닉스^TM SMH4812 핫 스왑 제어기와 관련하여 추가로 설명될 것이다. 그러나, 시스템(10)은 제어기가 본 명세서에서 설명된 바와 같은 일반적인 제어 및 모니터링 기능을 갖는 것으로 가정하면 임의의 타입의 핫 스왑 제어기를 사용하기 위해 용이하게 적응될 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 제어기(20)는 다수의 입력 및 출력 핀 또는 단자를 포함하는 표준 패키지된 집적회로이다. 예를 들어, SMH4812 핫 스왑 제어기는 도 2에 도시된 바와 같이 번호가 지정된 16개의 핀을 갖는다(도 2에는 일부 핀만이 사용됨). 제어기(20)에 전력을 공급하기 위해, 제어기(20)의 포지티브 전력 공급 핀 "Vdd"가 저항 및 다이오드(42)를 통해 복귀 라인(14b)에 접속된다. 다이오드(42)는 역극성(reverse polarity) 입력 전압의 가능성에 대비해 제어기(20)를 보호한다. 제어기(20)의 네거티브 전력 공급 핀은 공급 라인(14a)에 접속된다.

제어기(20)는 트랜지스터 어레이(24)를 제어하기 위한 "게이트" 출력 핀도 포함한다. 게이트 핀은 트랜지스터(26)의 게이트 단자(44)에 인가되어 트랜지스터를 "오프" 상태, 선형 영역 상태 및 "온" 상태 사이에서 제어하기 위한 출력 전압을 제공한다. 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 각각의 트랜지스터(26)는 게이트 커넥터("G")(44), 드레인 커넥터("D")(46) 및 소스 커넥터("S")(48)를 구비한 고체 상 태의 3-단자 디바이스이다. 이것이 너무 간략한 설명이라 하더라도, 이러한 타입의 트랜지스터는 드레인(46)과 소스(48) 사이에 배치되는 가변 저항을 포함하는 것으로 간주될 수 있으며, 이 때 저항 값은 게이트 단자(44)에 인가되는 전압에 의존한다. 오프 상태에서, 저항은 극히 높다. 예를 들어, 사실상 오픈 회로가 된다. 온 상태에서, 저항은 낮다. 선형 영역에서, 저항은 최저와 최고 사이에서 변화한다. 일반적으로, 각각의 트랜지스터(26)는 전력 MOSFET와 같은 신중하게 패키지된 FET(필드 효과 트랜지스터)이다. 적합한 실례는 170 암페어의 전류를 전달하도록 정해진 인가된 인터내셔널 렉티파이어^TM로부터의 IRFPS3810 파워 HEXFET^TM이다. 트랜지스터 어레이(24)는 병렬로 접속된 6개 내지 12개의 트랜지스터(6은 많은 애플리케이션에 충분함)를 포함하며, 이러한 트랜지스터의 병렬 접속은 공통으로 접속된 게이트 단자, 공통으로 접속된 소스 단자, 및 공통으로 접속된 드레인 단자를 의미한다. 트랜지스터(24)는 제어기(20)에 의해 통상적으로 제어되는 단일 트랜지스터를 대체한다. 돌입 전류는 짧은 기간 동안 선형 영역에서 트랜지스터(26)를 동작시키는 것에 의해 제한된다. 예를 들어 150 암페어의 제한된 돌입 전류로 인해, 트랜지스터에 의해 다루어지는 과도 전력은 8000와트에 달할 수 있다.

트랜지스터(26)의 공통으로 접속된 드레인 단자(46)는 저항 및 다이오드(50)를 통해 제어기(20)의 "드레인 감지" 핀에 접속된다. 드레인 감지 핀에 의해, 제어기(20)는 Vss 값과 관련하여 드레인 단자에서의 전압(예를 들어, -48V와 같이 공급 라인(14a) 상에 존재하는 전압)을 모니터링한다. 드레인 감지가 2.5V 차이 아 래로 유지되지 않는다면, 바이패스 콤포넌트를 활성화시키는 데 사용되는 제어기의 "PG#"("전력 양호") 핀(이후에 논의됨)은 인에이블링되지 않는다. 드레인 감지 핀에서의 모니터링은 제어기로 하여금 트랜지스터(26) 중 임의의 것이 고장났는지의 여부를 판별하게 한다.

완충기 회로(52)는 트랜지스터 어레이(24) 및 복귀 라인(14b) 사이에 접속되어 유도성 부하를 갖는 전압 오버슈트를 제한할 수 있다. 완충기 회로는 도 2에 도시된 바와 같이 배열된 커패시터, 다이오드 및 저항을 포함한다. 다이오드(54)는 트랜지스터어레이(24) 및 저장 커패시터 시스템(16)과 직렬로 접속되어 저장 커패시터(38a, 38b)로부터의 전류가 저 전압 공급 라인에 들어가지 못하게 한다.

드레인 단자(46)는 또한 각각 예를 들어 10 ㎋ 및 1㏀ 값을 갖는 커패시터 및 저항을 통해 제어기의 게이트 핀에 더 접속된다. 제어기의 게이트 및 감지 핀은 100 ㎋ 커패시터를 통해 상호 접속된다. 이들 콤포넌트는 제어기(20)의 동작에 피드백을 제공하며, SMH4812에 대해 특정적이다. 기타의 핫 스왑 제어기 또는 기타의 제어기는 일반적으로 제조자의 인스트럭션에 따라 상이한 피드백 콤포넌트를 사용할 수도 있고 또는 이러한 타입의 피드백 콤포넌트를 사용하지 않을 수도 있다.

감지 저항(36)은 제어기(20)의 Vss 및 감지 핀에 접속되며, 트랜지스터(24)와도 직렬로 접속된다. 감지 핀은 제어기(20)에 의해 사용되어 주요 DC 전류 I를 전달하는 감지 저항(36) 전체에서의 과전류 I를 검출하는 회로 차단기 감지 입력이다. 지정된 기간을 넘어 저항(36) 전체에서 50 ㎷보다 더 큰 전압 강하는 제어기의 회로 차단기 기능, 예를 들어 트랜지스터(24) 및 바이패스 콤포넌트(28)를 비활성화시키기 위한 기능을 시동할 것이다. 고 전력 애플리케이션의 경우, 감지 저항(36)은 미터 션트일 수 있다. 미터 션트는 전기적 용도를 측정하는 프로세스의 일부분으로서 전기적 유틸리티 미터(또는 기타의 DC 측정 디바이스)에서 사용되는 고 전류의 저 임피던스 저항이며, 때때로 금속 바(들)와 엔드 단자가 닮은 형태로 제공된다. 보다 구체적으로, 션트는 특별히 지정된 온도 안정 저항으로서 저항을 통해 흐르는 전류에 비례하여 밀리볼트 출력을 (밀리볼트 미터 또는 도구에) 전달한다. (이 기능의 목적은 여전히 측정될 양을 표현하는 전기 신호를 제공하면서, 측정 도구로부터 떨어져 있는 대형 전류 부하를 션트/바이패스시키는 것이다.) 일반적인 미터 션트는 0.5 내지 15,000 암페어의 범위가 정해질 수 있는 그들의 전체 지정 전류 부하에서 50 ㎷ 또는 100 ㎷의 전압 강하에서 동작하도록 표준화된다. 시스템(10)에 적합한 미터 션트는 램 미터 사로부터 입수 가능한 A150A50 션트(150 A에서 50 ㎷) 및 AL200A50 션트(200 A에서 50 ㎷)를 포함한다. (참조는 번호를 분류하기 위한 것이다.) 핫 스왑 제어기의 일반적 표면 탑재된 및/또는 저 전력인 감지 저항을 금속 션트 또는 기타의 대형 션트 저항으로 교체하는 것은 대전류 상황에서 핫 스왑 제어기의 사용을 용이하게 한다.

위에서 설명된 바와 같은 바이패스 콤포넌트(28)는 오픈/오프 상태와 폐쇄/온된 저 저항 상태 사이에서 제어 가능한 전기 디바이스 또는 콤포넌트이다. 고 전력 애플리케이션의 경우, 통상적으로, 오픈 회로 상태와 폐쇄된 무시할만한 저항 상태 사이에서 동작 가능한 전기 제어 기계적 스위치를 지칭하는 전자기계 바이패스 콤포넌트를 사용하는 것이 가장 효율적이다. 계전기는 전자기계 바이패스 콤포넌트의 한 가지 실례이다. 전력 접촉기(28)는 시스템(10)이 고 전력 레벨을 다루도록 의도되는 경우에 사용될 수 있다. 전력 접촉기는 일반적으로 전기 차량 및 전기 전력 산업에서 사용되는 헤비 듀티 계전형 디바이스이다. 전력 접촉기(28)는 콤팩트 패키지 내에 모두 수용되는 코일 부분(56) 및 스위치 부분(58)을 포함하는 4단자 디바이스이다. 스위치 부분(58)은 통상적으로 오픈 상태이다. 코일 및 스위치는 코일이 (예를 들어 지정된 전압을 코일에 인가하는 것에 의해) 활성화될 때 코일(56)이 스위치(58)를 폐쇄시키는 전자기계 필드를 방출하도록 동작가능하게 배치된다. 그에 의해 코일은 특정 전류 부하를 전달하도록 정해진 스위치를 제어하는 저 전압 제어 엘리먼트로서 작용한다. 적합한 접촉기(28)는 150-200+ 암페어로 정해진 Ametek Prestolite^TM JB 46 시리즈 DC 접촉기를 포함한다.

전력 접촉기(28)(또는 다른 바이패스 콤포넌트)의 스위치 부분(58)은 헤비 게이지 버스 바를 통해 트랜지스터 어레이(24)에 병렬로 접속된다. 스위치(58)가 개방되는 경우, 주요 전류 경로는 트랜지스터 어레이(24)를 통과한다. 스위치(58)가 폐쇄되는 경우, 주요 전류 경로는 스위치를 통과한다. 스위치가 트랜지스터에 병렬로 접속되기 때문에, 스위치의 폐쇄는 트랜지스터를 션트시켜, 트랜지스터를 비활성화시키고 주요 전류(I)의 경우가 스위치를 통과하도록 한다. (스위치가 폐쇄되는 경우, 그 스위치는 매우 낮은 저항을 나타내고 전압 강하를 사실상 나타내지 않는다. 트랜지스터의 드레인 및 소스 단자 모두에서의 전압은 사실상 동일하 기 때문에, 트랜지스터는 비활성화되고 고-저항 상태에 있게 된다. 대량의 전류가 최소 저항의 경로를 따라 폐쇄된 스위치를 통과한다.) 전력 접촉기를 통과하도록 주요 전류(I)를 션팅하게 되면 트랜지스터를 위한 큰 히트 싱크는 필요없게 되는데, 그 이유는 트랜지스터들은 과도 전류에만 기초하여 전류를 운반하기 때문이다. 전력 접촉기(28)의 코일 부분(56)은 복귀 라인(14b)(양의 전압)과 광-절연체(60)의 출력 사이에 접속된다. 광-절연체(60)의 입력은 제어기(20)의 PG#에 접속된다. 광-절연체(60)는 12V 저항력을 갖는 제어기 PG# 핀으로부터 코일(56)을 절연시켜, 제어기(20)가 전력 접촉기(28)를 제어할 수 있도록 한다. 광-절연체(60)는 다양한 저항 및 제너 다이오드를 포함하는 회로(62)를 사용하는 동작을 위해 바이어싱된다. (이 회로(62)는 또한 전류를 조절하다.) 제어기(20)의 PG# 출력은 "액티브 로우(active low)" 출력이다. 따라서, PG# 핀이 인에이블링되지 않는 경우, 그것은 고 임피던스 상태로 존재한다. 광-절연체(60)는 턴 오프된 상태로 유지되고 전력 접촉기 코일(56) 양단에는 전압이 존재하지 않는다. PG# 핀이 인에이블링되는 경우, 그의 출력은 저 전압으로 강하되고, 이는 광-절연체를 활성화시켜 공급 라인 전압(-48V)을 코일의 일 단자에 인가한다. 다른 코일 단자는 복귀 라인(14b)에 접속되기 때문에, 코일 양단의 전압 차이는 코일(56)을 활성화시켜 스위치(58)를 폐쇄시킨다. 아크 억제 커패시터(64)가 스위치 부분(58)의 단자에 병렬로 접속되어 DC 전력 접촉기(28)가 부하의 존재 시 개방될 때의 아크를 제거한다.

핫-스왑 제어기(20)는 또한 "UV"(부족 전압)" 및 "OV"(과전압) 모니터링 입력을 포함한다. UV 및 OV 입력은 DC 전압원(12)이 사용자 정의된 한계치를 초과하 는 경우, 예를 들어 공급 라인(14a,14b) 간에 존재하는 전압이 원하는 레벨을 넘어 증가하거나 또는 원하는 레벨 아래로 떨어지는 경우를 감지하기 위해 외부의 저항성 디바이더 래더(external resistive divider ladder)(66,68)와 연계하여 동작하는 비교기의 세트를 제공한다. 과전압 또는 부족전압 상황이 각각 OV 또는 UV 입력 핀에서 검출되는 경우, 게이트 단자는 디스에이블링되어 트랜지스터 어레이(24)를 비활성화한다. 전력 접촉기(28)도 또한 비활성화된다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 두 개의 저항 래더를 사용하는 대신, 단일 저항 래더가 사용될 수도 있다. 커패시터(70)는 OV 입력 및 공급 라인(14a) 사이에 배치되어 OV 입력 상의 잡음을 억제한다.

동작 시, 공급 및 복귀 라인(14a,14b) 양단의 전압이 초기에 예를 들어 DC 공급(12)에 의해 공급되는 경우, 제어기(20)는 "파워 온" 또는 스타트-업 상태로 진입한다. 초기에, 제어기(20)의 게이트 출력 핀 및 PG# 출력 핀 모두는 디스에이블링된 상태로 유지되는데, 이는 트랜지스터 어레이(24) 및 전력 접촉기(28)가 비활성화됨을 의미한다. 이러한 초기 상태에서, 커패시터 시스템(16) 또는 부하(30)에는 전력이 공급되지 않는다. 접촉 활성 및 내부 레귤레이터 안정화를 위한 매우 짧은 지연 이후, 제어기(20)는 라인(14a,14b) 양단의 DC 소스 전압이 사용자 지정된 범위 내에 있는지 여부를, UV 및 OV 입력 핀에 각각 접속된 내부의 부족전압 및 과전압 회로를 통해 결정한다. (사용자 지정된 범위는 예를 들어 -48V±1V일 수 있다.) 소스 전압이 지정된 지연 기간 동안 지정된 범위 내에 있는 경우, 제어기(20)의 게이트 출력은 인에이블링되어 트랜지스터 어레이를 활성화한다. 게이트 출력이 인에이블링되는 것에 후속하여, 트랜지스터(26)는 "오프" 상태에서 "온" 상태로 변화되는데, 이들 사이에는 트랜지스터가 가변 저항으로서 동작하여 돌입 전류를 제한하는 선형 동작 영역이 존재한다. 돌입 기간은 도 2에 도시된 회로의 경우 전형적으로 정격 시스템 전류(예를 들어, 150 암페어)에서 약 80 마이크로초로 제한되는데, 이 기간은 커패시터 시스템(16)을 충전시키기에 충분하다. (돌입 기간의 길이는 특정 회로 구성에 따라 달라질 수 있다.) 트랜지스터는 전형적으로 80 마이크로초 미만에서 "오프"에서 "온"으로 변화되기 때문에, 트랜지스터(26)에는 게이트 저항(72)이 마련된다. 각 트랜지스터(26)에 대해, 게이트 저항(72) 중 하나는 트랜지스터의 게이트 단자와 제어기의 게이트 출력 사이에서 직렬로 접속된다. 게이트 저항은 회로의 RC 시상수를 변경시켜, 제어기 게이트 출력의 인에이블링시 트랜지스터가 턴온하는데 걸리는 전이 시간을 보다 길게 하는 효과를 가진다. 도 2에 도시되어 있는 회로에 대한 적절한 게이트 저항 값은 100 옴이다. (제어기 게이트 출력은 설정된 값으로 전류가 제한되어, 트랜지스터 슬루율(slew rate)을 변경하는데 이러한 수동 콤포넌트를 사용할 수 있다.)

제어된 돌입 기간 동안, 제어기(20)는 "드레인 감지" 입력을 통해, 트랜지스터 어레이(24) 양단의 전압(예를 들어, VDS)을 모니터링한다. 모니터링된 전압이 낮은 값으로 떨어지는 경우(전형적으로 VSS에 대해 <2.5V), 또한 제어기 게이트 출력 상의 전압이 VDD-VGT(트랜지스터(26)의 임계 전압)에 도달한 경우, 이것은 트랜지스터가 턴온되었음을 나타낸다. 제어기(20)는 액티브-로우 PG# 출력을 인에이블링하며, 이는 대개 DC/DC 컨버터를 개시하는데 사용된다. 그러나, PG# 출력의 인 에이블링은 광-절연체(60)를 통한 전력 접촉기(28)의 활성화를 야기한다. 전력 접촉기(28)는 트랜지스터 어레이(24) 및 다이오드(54) 주변으로 주요 전류(I)를 션트한다. 전력 접촉기(28)는 시스템(10)의 정상 상태 동작 동안 주요 전류(I)를 운반하여 전력을 부하(30)로 공급하며, 그에 따라 시스템(10)에 의해 소비되는 전류를 감소시키고 트랜지스터 어레이(24)에 큰 히트 싱크를 제공할 필요성을 제거한다. (히트 싱크는 대개 연장된 기간 동안 주요 전류(I)를 운반할 때 트랜지스터 및 다이오드(54)에 의해 생성되는 폐열을 방산시키는 데 요구될 수 있다.)

지속적으로, 또한 게이트 출력을 인에이블링시킴과 동시에, 제어기(20)는 "감지" 입력에 의해 감지 저항(36)에 걸리는 전압을 모니터링한다. 지정된 프로그래밍 가능 기간보다 긴 시간 동안 감지 저항에 걸리는 50㎷보다 작은 전압 강하는 제어기의 전자 회로 차단기 기능을 활성화시킬 것이다. 회로 차단기 기능은 또한 전술한 바와 같이 과전압 또는 부족 전압 조건이 검출되는 경우 또는 "드레인 감지" 입력에 의해 트랜지스터 고장이 검출되는 경우에 시동(trip)된다. 회로 차단기 기능의 경우, 제어기 게이트 출력이 디스에이블링되어, 트랜지스터 어레이(24)를 오프 상태로 변환한다. 게이트 출력의 디스에이블링은 전력 접촉기(28)를 비활성화시키기 위한 PG# 출력의 디스에이블링을 가져온다. 일반적으로, 제어기는 회로 차단기 기능이 활성화될 때(제어기가 수동으로 리셋될 것을 요구함) "오프" 상태로 래치하거나, 또는 모니터링된 회로 조건이 지정된 파라미터를 충족하도록 복귀될 때 전력 공급 사이클에 재 진입하도록 구성될 수 있다.

소정 산업 표준 하에서, 그것은 시스템(20)이 10 msec의 입력 부족 전압 전이를 통해, 예를 들어 퓨즈 제거를 위해 구동되게 할 조건일 수 있다. 이를 위해, 시스템(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 감지 저항(36)을 통해 흐르는 전류의 방향을 모니터링하기 위한 비교기 회로(74)가 설치될 수 있다. (비교기 회로(74)는 또한 제어기의 주요 부족 전압 검출 메커니즘을 증가시키는 기능을 한다.) 비교기 회로(74)는 감지 저항(36)에 병렬 접속된 입력 및 제어기(20)의 "ENPG" 입력에 접속된 출력을 구비한다. 비교기 회로(74)는 연산 증폭기(76)와, 도시된 바와 같이 배열된 다양한 저항 및 다이오드를 포함하는 외부 바이어싱/구성 회로를 포함한다. (제어기의 "+5Vref" 출력은 간단히 +5V 기준 전압이다.) 비교기 회로(74)에 의해 (입력 전압의 손실로 인한) 역전류가 검출되면 그것은 제어기(20)의 ENPG 입력을 저전압으로 강하시킨다. ENPG 입력은 PG# 출력을 제어한다. ENPG가 강하되면, PG# 출력은 즉시 고 임피던스 상태로 되는데, 다시 말해 그것은 디스에이블되어 트랜지스터 어레이(24) 및 전력 접촉기(28)의 비활성화를 가져온다. 다이오드(54)는 커패시터 시스템(16)으로부터의 전류가 입력 라인에 입력되는 것을 방지하여, 커패시터가 그들의 총 출력을 부하(30)에 전달하게 한다. 입력 전압이 그것의 지정된 동작 범위 내에서 복귀될 때, 제어기 개시 시퀀스가 개시된다.

그것은 또한 시스템(10)을 역극성 입력 전압, 예를 들어 공급 라인(14a)과 대비되는 복귀 라인(14b)에 접속된 -48V 소스 전압에 대비하여 시스템(10)을 보호하는 요건일 수 있다. 역극성 보호의 경우, 제어기(20)의 전력 입력은 전술한 바와 같이 다이오드(42)가 장착될 수 있다. 전압 소스에는 또한 도 4에 도시된 역극성 보호 회로(78)와 같은 다이오드 보호부가 제공될 수 있다. 회로(78)는 도 2에 서 포인트 "A" 및 "B"로 나타낸 바와 같은 회로에 접속된다. 회로(78)는 트랜지스터 어레이(80)(낮은 전압 강하를 제공함), 게이트 제어 회로(82), 및 완충기 회로(84)를 포함한다. 입력 전압이 초기 배선 중에 반전된다면, 다이오드처럼 행동하는 트랜지스터 어레이(80)는 온 상태로 변환되지 않음으로써 손상을 방지한다.

제어기(20)는 또한 핀 보호 목적을 위한 "PD1#" 입력을 포함한다. PD1# 입력은 플러그 인 회로 보드가 적절히 설치되어 있음을 나타내는 데 일반적으로 사용되는 활성 로우 인에이블링 입력이다. 시스템(10)에서, PD1# 핀은 입력 커넥터, 예를 들어 시스템(10)의 DC 소스(12)에 접속시키기 위한 커넥터 내의 쇼트 핀에 접속될 수 있다. 커넥터의 고 전류 핀이 메이트되어 호광(arcing)을 제거할 때까지는 어떠한 작용도 일어날 수 없다. PD1# 핀은 시스템(10)의 정확한 구성에 따라 다른 방법으로 사용될 수 있다.

전술한 레벨에서의 고 전력 스위칭을 위해 비교적 소형인 트랜지스터의 사용을 용이하게 위해, 병렬 접속 트랜지스터(26)는 고도의 대칭 어레이(24)로 배열 및 구성된다. 어레이에 대한 한 가지 가능한 기계적 배열의 실례가 도 5(b)에 도시된다. 이 어레이의 구성은 도 5(a)에 도시된 바와 같은 트랜지스터(26)의 사용에 부분적으로 기초한다. 도시된 바와 같이, 각각의 트랜지스터는 각각의 단자(44, 46, 48)에 대한 종속적 레그를 포함하며, 또한 트랜지스터 패키지의 백플레인 상에 드레인 커넥션(46a)을 포함한다. (이 단자는 종속적 드레인 핀에 전기적으로 접속되며, 이들은 트랜지스터 패키지 내에 수용된 반도체 트랜지스터 엘리먼트의 실제 드레인 단자에 전기적으로 접속된다.) 어레이(24)는 구리 버스 바와 같은 헤비 게이 지 금속으로 형성된 드레인 버스 바(90)를 포함한다. 트랜지스터(26)는 드레인 버스 바(90)에 기계적으로 연속해서 접속되어 백플레인 드레인 커넥터(46a)가 드레인 버스 바(90)와 전기 접속 상태에 있게 한다. 드레인 버스 바(90)는 다이오드(54)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(26) 및 드레인 버스 바(90)는 서로에게 전기적으로 접속된 제 1 소스 버스 바와 제 2 소스 버스 바(92a, 92b)(예를 들어, 구리 버스 바) 사이에 샌드위치된다. 버스 바들 사이에서부터 돌출된 트랜지스터의 종속적 소스 커넥터(48)는 도 5(b)에 개략적으로 예시된 바와 같이 그들의 이웃하는 소스 버스 바(92a, 92b) 각각에 전기적으로 접속된다. 소스 버스 바(92a, 92b)는 감지 저항(36)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터의 게이트 커넥터(44)는, (i) 게이트 커넥터(44)를 각각의 저항(76)에 접속시키고 (ii) 저항의 공통 접속 포인트를 제어기 게이트 출력에 접속시키는 게이트 저항(76) 및 전도성 트레이스를 포함하는 게이트 회로 보드(94)에 전기적으로 접속된다. (게이트 회로 보드는 또한 완충기 회로(52), 제어기 드레인 감지 입력에 접속된 외부 콤포넌트 등을 보유할 수 있다.)

본 명세서에서, "대략"은 수학식에서 값의 최소 유효 숫자의 ±1을 지칭한다. 따라서, "대략 150 암페어"라는 것은 예컨대 150±1 암페어를 의미한다.

슈미트 마이크로일렉트로닉스^TM SMH4812 핫 스왑 제어기에 관한 추가 정보는 그것의 데이터 시트에서 발견될 수 있다. 본 명세서에서 그것의 전체가 참조로서 인용되며 http://www.summitmicro.com/prod_select/summary/pdf/SMH4812.pdf인 인 터넷 상에서 입수 가능하다.

시스템(10)에서 사용되는 특정 콤포넌트, 예를 들어 특정 타입의 제어기(20)에 따라, 시스템(10)은 도면에 도시된 것 이외의 콤포넌트 및/또는 그에 부가된 콤포넌트를 포함할 수 있다. 그러한 콤포넌트는 표준 회로 설계 실습을 이용하여 본 건의 제어기의 명세서에 따라 선택될 수 있다. 본 명세서 및 도면에서 언급된 콤포넌트 값은 단지 실례로서 제공된다.

본 명세서에 포함된 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고도 전술한 DC 전력 분배 어셈블리에서 소정 변화가 일어날 수 있으므로, 위에서 설명되거나 첨부한 도면에 도시된 설명의 모든 주제 사항은 본 명세서에서 단지 발명 개념을 예시하는 실례로서 이해되어야 하고 본 발명을 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

Claims (11)

1. 정상 상태 동작 동안 적어도 150 암페어의 주요 전류를 제공하도록 정해진(rated) 고전류 DC 전력 분배 시스템으로서,

   DC 소스와 저장 커패시터 시스템 사이에 직렬로 접속된 다수의 병렬 접속 트랜지스터 - 상기 트랜지스터는 상기 저장 커패시터 시스템과 함께 고전류 부하에 병렬로 접속됨 - 와,

   상기 트랜지스터 및 상기 트랜지스터에 병렬로 접속된 바이패스 콤포넌트에 동작가능하게 접속되는 제어 회로를 포함하되,

   상기 제어 회로는, 상기 저장 커패시터 시스템을 제어가능하게 충전하기 위해 상기 트랜지스터를 선형 모드로 활성화시키고 이어서 상기 시스템의 정상 상태 동작 동안 상기 트랜지스터를 션트시키기 위해 광-절연체(opto-isolator)를 통해 상기 바이패스 콤포넌트를 활성화시키도록 구성되는

   DC 전력 분배 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어 회로는, 상기 전력 분배 시스템의 모니터링되는 다수의 회로 조건 중 하나 이상이 각각의 지정된 동작 파라미터를 총족하지 못하는 경우, 상기 전력 분배 시스템의 비활성화를 위해 상기 트랜지스터 및 상기 바이패스 콤포넌트 중 적어도 하나를 비활성화시키도록 구성되는

   DC 전력 분배 시스템.
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4. 제 1 항에 있어서,

   상기 저장 커패시터 시스템은 적어도 100,000 ㎌의 총 전기 저장 용량을 갖는 하나 이상의 커패시터를 포함하고,

   상기 바이패스 콤포넌트는, 스위치 부분 및 상기 스위치 부분의 선택적 시동을 위한 제어 부분을 갖는 전력 접촉기를 포함하되, 상기 스위치 부분은 상기 트랜지스터에 병렬로 접속되고 상기 제어 부분은 상기 제어 회로에 접속되며,

   상기 DC 소스, 상기 트랜지스터 및 상기 바이패스 콤포넌트의 상기 스위치 부분은 상기 시스템의 정상 상태 동작 동안 적어도 150 암페어의 DC 전류를 전달하도록 정해진 금속 버스 바에 의해 전기적으로 상호 접속되는

   DC 전력 분배 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어 회로는 집적회로(IC) 제어기 부분 및 상기 제어기 부분에 접속되어 상기 회로 조건을 모니터링하는 적어도 하나의 외부 감지 콤포넌트를 포함하되,

   상기 제어기 부분은 상기 트랜지스터의 게이트 전압을 제어하는 제 1 출력과 상기 바이패스 콤포넌트를 제어하기 위한 제 2 출력을 구비한

   DC 전력 분배 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 모니터링된 회로 조건은 과전류 조건 및 주요 전류 방향 조건을 포함하고,

   상기 적어도 하나의 감지 콤포넌트는,

   상기 과전류 조건을 모니터링하는 데 사용하기 위해 상기 트랜지스터 및 바이패스 콤포넌트와 직렬로 접속되며, 상기 전력 분배 시스템의 동작 중에 상기 주요 DC 전류를 전달하고, 상기 제어기의 2개의 과전류 모니터링 입력에 병렬로 접속되는 고용량 저항과,

   상기 주요 전류 방향 조건을 모니터링하는 데 사용하기 위해 상기 고용량 저항과 병렬로 접속되며, 상기 트랜지스터 및 상기 바이패스 콤포넌트 중 적어도 하나의 비활성화를 트리거하기 위해 상기 제어기의 입력에 접속된 출력을 구비하는 전류 방향 검출 회로를 포함하는

   DC 전력 분배 시스템.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 모니터링된 회로 조건은 DC 소스 과전압 조건 및 DC 소스 부족 전압 조건을 포함하며,

   상기 적어도 하나의 감지 콤포넌트는 상기 과전압 조건 및 상기 부족전압 조건을 모니터링하기 위해 적어도 하나의 분압기를 포함하되,

   상기 적어도 하나의 분압기는, DC 소스의 공급 라인 부분과 복구 라인 부분 사이에 접속되며 상기 제어기의 과전압 및 부족 전압 모니터링 입력에 더 접속되는 다수의 저항을 포함하는

   DC 전력 분배 시스템.
8. 정상 상태 동작 동안 적어도 150 암페어의 주요 전류를 제공하도록 정해지며, DC 소스 및 저장 커패시터 시스템을 구비한 DC 전력 분배 어셈블리를 제어하는 방법으로서,

   상기 DC 소스로부터 상기 저장 커패시터 시스템을 충전하기 위해 다수의 병렬 접속 트랜지스터를 제어하는 단계와,

   상기 저장 커패시터 시스템의 충전에 이어서, 상기 어셈블리의 정상 상태 동작 동안 상기 트랜지스터를 션트시키도록 바이패스 콤포넌트를 제어하는 단계를 포함하되,

   상기 바이패스 콤포넌트는 광-절연체를 통해 활성화되는

   DC 전력 분배 어셈블리 제어 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 DC 전력 분배 어셈블리의 적어도 하나의 회로 조건을 모니터링하는 단계를 더 포함하되,

   상기 트랜지스터는 상기 적어도 하나의 모니터링된 회로 조건이 지정된 동작 파라미터를 충족하는 경우 상기 저장 커패시터 시스템을 충전하도록 제어되는

   DC 전력 분배 어셈블리 제어 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 회로 조건을 지속적으로(ongoing basis) 모니터링하는 단계와,

    상기 적어도 하나의 회로 조건이 상기 지정된 동작 파라미터를 충족하지 못하는 경우, 상기 트랜지스터 및 상기 바이패스 콤포넌트 중 적어도 하나를 비활성화시켜서 상기 전력 분배 어셈블리의 동작 중지시키는

    DC 전력 분배 어셈블리 제어 방법.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 다수의 병렬 접속 트랜지스터는, 제 1 공통 버스 바에 대해 백-투-백(back-to-back)의 대칭 어레이로 배치되고,

    상기 제 1 공통 버스 바는 상기 트랜지스터의 제 1 유형의 동작 단자에 전기 접속되며,

    상기 어레이는 상기 트랜지스터의 제 2 유형의 동작 단자에 공통적으로 전기 접속되는 제 2 버스 바와 제 3 버스 바 사이에 배치되며,

    상기 버스 바는 상기 DC 소스와 상기 저장 커패시터 시스템 사이에 직렬 접속되고,

    상기 트랜지스터 각각의 제 3 유형의 동작 단자는 상기 트랜지스터의 활성화를 제어하는 상기 제어 회로에 전기 접속되는

    DC 전력 분배 시스템.

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