FI109846B

FI109846B - Power distribution system for vehicles, has converter circuit whose output voltage is selected by controlling timing of ON/OFF pulses of switch

Info

Publication number: FI109846B
Application number: FI20002833A
Authority: FI
Inventors: Asko Juntunen
Original assignee: Iws Int Oy
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-10-15
Also published as: FI20002833L; FI20002833A0

Abstract

A node (2) has a controlled current switch (7) that connects a power bus (1a) to output (4), for supplying current to a load. The output voltage of a converter (3) provided between the switch and output of the node, is selected by controlling timing of ON/OFF pulses of the switch.

Description

109846109846

Valinnaisella lähtöjännitteellä toimiva älykäs virranjakelujärjestelmä.Intelligent power distribution system with optional output voltage.

Keksinnön kohteena on valinnaisella lähtöjännitteellä toimiva älykäs virranjakelujärjestelmä, johon kuuluu virransyöttöjohtimilla varustettu kaapeli ja älykäs 5 solmu, jossa on ohjattu virtakytkin, jonka kautta virtajohdin liittyy solmun lähtö-liittimeen virran syöttämiseksi kuormalle älykkään solmun ohjaamana.The present invention relates to an intelligent power distribution system operating on an optional output voltage, comprising a cable with power supply conductors and an intelligent node 5 having a controlled power switch through which the power conductor connects to the node output connector to supply power to the load controlled by the intelligent node.

Tällaiset virranjakelujärjestelmät ovat ennestään tunnettuja esim. hakijan kansainvälisistä patenttihakemuksista WO 99/25585 ja WO 99/25586. Näissä 10 julkaisuissa on esitetty myös tarkempi kuvaus älykkäiden solmujen toiminnasta ja rakenteesta, joihin tässä yhteydessä viitataan tekniikan tasona, johon esillä oleva keksintö perustuu.Such power distribution systems are known in the prior art, e.g., from WO 99/25585 and WO 99/25586 of the applicant. These 10 publications also provide a more detailed description of the operation and structure of smart nodes, which are referred to herein as the prior art upon which the present invention is based.

Autoteollisuus on siirtymässä 42 V järjestelmään lähivuosina. Alkuvaiheessa on 15 kuitenkin mukana useiden vuosien ajan 12 V laitteita, koska kaikkien laitteiden muuttaminen ei teknisesti ole mahdollista ilman useiden vuosien siirtymäaikaa. Tämä aiheuttaa sen, että on olemassa tarve sekä 42 V että 12 V akulle samassa autossa.The automotive industry is moving to a 42 V system in the next few years. However, 15 V units will be included in the initial phase for a number of years, as it is technically not possible to change all units without a transition period of several years. This causes the need for both 42V and 12V batteries in the same car.

20 Samoin nykyiset 24 V järjestelmät ovat siirtymässä (hieman henkilöautopuolta ;. myöhemmin) 42 V järjestelmään, jolloin tarvitaan jonkin aikaa rinnalla myös ; 24 V virtalähde.20 Similarly, the current 24 V systems are moving (somewhat from the passenger side; later) to the 42 V system, which will require some time alongside; 24 V power supply.

..." Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan alussa mainittua tyyppiä oleva äly- , 25 käs virranjakelujärjestelmä, joka mahdollistaa virtalähteen jännitteen lisäksi valinnaisen lähtöjännitteen yhdelle tai useammalle järjestelmän älykkäälle .···. solmulle.It is an object of the present invention to provide an intelligent, 25-hand power distribution system of the type mentioned above which, in addition to power supply voltage, provides an optional output voltage for one or more intelligent system nodes.

,· . Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnöllä oheisessa patenttivaatimuksessa 1 * ; 30 esitettyjen tunnusmerkkien perusteella. Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön edullisia sovellusmuotoja., ·. This object is achieved by the invention in the appended claim 1 *; 30. Preferred embodiments of the invention are disclosed in the dependent claims.

* »· 1 » 109846 2* »· 1» 109846 2

Seuraavassa keksinnön yhtä suoritusesimerkkiä selostetaan lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen järjestelmän yleiskaaviota ja 5 kuvio 2 esittää esimerkkiä piirijärjestelystä, jolla keksinnön mukainen jännite-valinnaisuus toteutetaan. Solmun 2 yhteydessä on esitetty ainoastaan ne lisäpiirteet, jotka keksinnössä tarvitaan tavanomaisen älykkään solmun prosessorin, ohjelmamuistin ja esim. ASIC-piirillä toteutettujen 10 interface-liityntöjen lisäksi. Näiden osalta viitataan esim. patenttihake mukseen WO 99/25586.In the following, an embodiment of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 is a general diagram of the system of the invention and Figure 2 shows an example of a circuit arrangement implementing the voltage option of the invention. In connection with node 2, only the additional features required in the invention in addition to the conventional intelligent node processor, program memory and interface interfaces implemented e.g. with ASIC are provided. For example, reference is made to WO 99/25586.

Virranjakelujärjestelmään kuuluu virransyöttöjohtimilla 1a, 1b varustettu kaapeli 1, johon on liitetty haluttu määrä älykkäitä solmuja 2. Kussakin solmussa 2 on 15 ohjattu virtakytkin 7 (puolijohdekytkin), jonka kautta toinen virtajohdin 1a liittyy solmun 2 lähtöliittimeen 4 virran syöttämiseksi kuormalle 5, 6. Älykäs solmu 2 ohjaa tätä virran syöttämistä kytkemällä kytkimen 7 ON- tai OFF-tilaan kaapelin 1 ohjausväylältä tai suoraan solmuun 2 liittyvältä INPUT-ohjaukselta solmuun 2 saapuvien ohjausviestien mukaisesti.The power distribution system includes a cable 1 with power supply leads 1a, 1b to which a desired number of smart nodes 2 are connected. Each node 2 has a 15 controlled power switch 7 2 controls this power supply by switching the switch 7 to ON or OFF according to the control messages received from the cable control bus 1 or the INPUT control directly connected to the node 2 to the node 2.

20 >. ! Keksinnössä on oivallettu käyttää älykkään solmun 2 ohjattuja virtakytkimiä 7 ’ v. (joita on tyypillisesti neljä kappaletta yhdessä solmussa 2) hyväksi myös lähtö- 1 » · jännitteen tason valinnassa. Tätä varten on ohjatun kytkimen 7 ja lähtöliittimen .···. 4 lähdön väliin kytketty konvertteri 3, jonka lähtöjännitteen taso valitaan ohjatun .···. 25 kytkimen 7 ON/OFF-pulssien ajoituksen ohjauksella. Konvertteri 3 voi muodos tua esim. tavanomaisesta kelan L, kondensaattorin C ja diodin D yhdistelmästä, •' ’ *. jossa kelalle L johdettu pulssimuotoinen jännite lataa kondensaattoria C ja nostaa konvertterin 3 lähtöjännitettä. Kun haluttu lähtöjännite on saavutettu, . pidetään pulssien antamisessa lyhyt tauko (kytkin 7 ohjataan hetkeksi OFF- 30 tilaan). Pulssittomien taukojen pituus valitaan kuormavirran ja kondensaattorin C koon mukaan niin, että lähtöjännite ei ehdi olennaisesti pienentyä ennen ; uutta pulssijaksoa.20>. ! In the invention, it has been realized to use the controlled current switches 7 'v of the smart node 2 (typically four pieces in one node 2) also for selecting the output voltage level. For this, there is a wired switch 7 and an output terminal. A converter 3 connected between 4 outputs, the output voltage level of which is selected by the wizard. 25 switch with 7 ON / OFF pulse timing control. The converter 3 may be formed, for example, from a conventional combination of coil L, capacitor C and diode D, • '' *. wherein the pulse voltage applied to coil L charges capacitor C and raises the output voltage of converter 3. When the desired output voltage is reached,. a short pause in pulse output (switch 7 is briefly moved to OFF). The length of the pulse-free pauses is selected according to the load current and the size of the capacitor C so that the output voltage will not be substantially reduced before; new pulse cycle.

109846 3109846 3

Vaihtoehtoisesti ohjataan kytkimen 7 pulssisuhdetta lyhentämällä pulssien kestoa, kun virta tai jännite pyrkii kasvamaan yli halutun arvon. Virran yläraja ja/tai jännitteen haluttu arvo voidaan järjestää valittavaksi älykkään solmun antamalla ohjauksella.Alternatively, the pulse rate of the switch 7 is controlled by shortening the pulse duration as the current or voltage tends to increase above the desired value. The upper current limit and / or the desired voltage value can be arranged to be controlled by the control provided by the smart node.

55

Seuraavassa selostetaan tarkemmin piirin toimintaa kytkimen 7 ohjaamiseksi edellä mainittua jännitevalintaa ja virran rajoitusta varten.The operation of the circuit for controlling the switch 7 for the aforementioned voltage selection and current limitation will now be described in more detail.

Älykkäässä solmussa 2 on oskillaattori 8, joka ohjaa kytkimen 7 ON/OFF-puls-10 sien ajoitusta. Jännitekomparaattori 9 ohjaa oskillaattorin 9 toimintaa konvertterin 3 lähdöstä mitatun jännitteen ja älykkään solmun 2 antaman vertailujännit-teen Vref vertailun perusteella siten, että saadaan haluttu konvertterin lähtöjän-nite. Älykkään solmun 2 konfiguraatio ja solmulle 2 tulevat viestit ratkaisevat, mikä on haluttu lähtöjännite. Tätä toiminnetta voidaan hyödyntää esim. ajovalo-15 pakon yhteydessä pienentämällä ainoastaan järjestelmän ajovalojen syöttöjän-nitettä valoisana aikana. Tätä jänniteohjausta varten voidaan tunnustella sensorilla ulkovalaistusta ja lähettää tieto valaistustasosta solmuille 2, jotka syöttävät virtaa ajovaloille. Vastaavasti voidaan tunnustella esim. ulkolämpötilaa ja pakkasella lisätä ikkunannostimen moottorin saamaa jännitettä sen mahdolli-20 sen kiinnijäätymisen irrottamiseksi.The intelligent node 2 has an oscillator 8 which controls the timing of the ON / OFF pulse-10 switches 7. The voltage comparator 9 controls the operation of the oscillator 9 on the basis of a comparison between the voltage measured at the output of the converter 3 and the reference voltage Vref provided by the intelligent node 2 to obtain the desired output voltage of the converter. The configuration of the smart node 2 and the messages coming to the node 2 determine what the desired output voltage is. This function can be utilized, for example, in conjunction with the Headlamp-15 forcing, by reducing only the system's headlamp power supply during daylight hours. For this voltage control, the sensor can be used to sense the exterior lighting and to send information about the illumination level to the nodes 2 which supply power to the headlights. Correspondingly, it is possible to sense, for example, the outdoor temperature and to increase the voltage received by the window motor in frost, in order to remove its possible freezing.

* · · •. ·. Älykkäässä solmussa 2 on esitetyssä tapauksessa kaksivaiheinen virtakompa- ; ‘. : raattori 10, 11, joka ohjaa oskillaattorin 8 toimintaa konvertterin 3 lähdöstä, "': mittausvastuksen R jälkeen mitatun virran ja älykkään solmun 2 antaman ver- * * · ; 25 tailuvirran lref vertailun perusteella siten, että konvertterin 3 lähtövirta ei ylitä haluttua tai ennalta asetettua virtarajaa. Tätä toiminnetta voidaan hyödyntää toimilaitteiden tavanomaiseen virran rajoitukseen ja lisäksi sitä voidaan hyödyn- [": tää toimilaitteita päälle kytkettäessä virran alkusyöksyn rajoitukseen.* · · •. ·. The smart node 2 has a two-phase current compression case in the case shown; '. : a generator 10, 11 controlling the operation of the oscillator 8 at the output of the converter 3, "': the measured current after the measuring resistor R and the reference * * ·; 25 tail current lref based on a comparison so that the output current of the converter 3 does not This function can be utilized for the normal current limitation of the actuators and can also be utilized when starting the actuators for the initial current limitation.

• * • * 30 Esitetyssä tapauksessa on oskillaattori 8 varustettu ENABLE/DISABLE-kytken-/ . nällä, joka on yhteinen jännitekomparaattorille 9 ja virtakomparaattorille 10, 11.• * • * 30 In the case shown, oscillator 8 is equipped with an ENABLE / DISABLE switch /. which is common to the voltage comparator 9 and the current comparator 10, 11.

! Tällöin jännitetason valinta ja virran rajoitus täydentävät toisiaan siten, että virran rajoitusta tarvittaessa jännite laskee valitusta tasosta, mutta palaa valitul- 109846 4 le tasolle, kun kuormavirta ei ylitä asetettua virtarajaa. Tämä tapahtuu esim. estämällä oskillaattorin 8 ohjauspulssien tuotanto aina, kun konvertterin 3 lähtövirta tai -jännite pyrkii kasvamaan yli halutun arvon. Oskillaattori 8 ja vastaavasti kytkin 7 toimivat siis tietyllä pulssisuhteella, kunnes jännite tai virta-5 komparaattori 9 tai 10,11 pysäyttää oskillaattorin 8 lyhyen pulssitauon ajaksi, jona aikana ohjattu kytkin 7 pysyy OFF-tilassa. Vaihtoehtoisesti oskillaattori 8 voi ohjata kytkimen 7 pulssisuhdetta lyhentämällä pulssien kestoa, kun virta tai jännite pyrkii kasvamaan yli halutun arvon. Oskillaattorin 8 pulssitaajuus valitaan komponenttien L, C kokoon nähden siten, että normaalilla kuormavirralla 10 pulssitauot minimoituvat, jolloin kytkimen 7 kuormitus on optimaalista ja lähtö-jännitteen vaihtelu vähäistä.! Thus, the voltage level selection and the current limitation complement each other so that, if necessary, the voltage is reduced from the selected level, but returns to the selected level when the load current does not exceed the set current limit. This occurs, for example, by preventing the control pulses of the oscillator 8 from being produced whenever the output current or voltage of the converter 3 tends to increase above a desired value. Thus, the oscillator 8 and the switch 7, respectively, operate at a certain pulse rate until the voltage or current-5 comparator 9 or 10.11 stops the oscillator 8 for a short pulse break, during which the controlled switch 7 remains in the OFF state. Alternatively, the oscillator 8 may control the pulse ratio of the switch 7 by shortening the pulse duration as the current or voltage tends to increase above a desired value. The pulse frequency of the oscillator 8 is selected with respect to the size of the components L, C so that with normal load current 10 the pulse breaks are minimized, whereby the load of the switch 7 is optimal and the output voltage variation is small.

Kuorman päälle-ja poiskytkentä tapahtuu älykkäältä solmulta 2 oskillaattorille tulevan ON/OFF-ohjauksen avulla.The load is switched on and off by ON / OFF control from the smart node 2 to the oscillator.

1515

Konvertteri 3 voi olla älykkään solmun 2 lähtöliittimen 4 väliin kytkettävä erillinen komponentti, jolloin se on valinnaisesti kytkettävissä niihin solmuihin 2, joista halutaan syöttää virtaa valinnaisella jännitteellä toimiville laitteille. Konvertteri 3 voi olla rakennettu myös lähtöliittimen 4 integraaliseksi osaksi.The converter 3 may be a separate component to be connected between the output terminal 4 of the intelligent node 2, whereby it may optionally be coupled to the nodes 2 from which power is provided to devices operating at an optional voltage. The converter 3 may also be constructed as an integral part of the output terminal 4.

Claims

An intelligent power distribution system operating with any output voltage comprising a cable 5 (1) provided with a power supply line (1a, 1b) and an intelligent node (2) with a controlled current connection (7), through which the current conductor (1a) is connected to the output terminals (4) of the node (2) to supply current to the load (5, 6) controlled by the intelligent node (2), characterized in that between the regulated coupling (7) and the output terminal (4) If a converter (3) is connected, the output voltage level of 10 can be selected by controlling the timing of the ON / OFF pulses of the controlled coupling (7).

2. A system according to claim 1, characterized in that the intelligent node (2) has an oscillator (8) which controls the timing of the regulated switch (7) ON / OFF pulses, and a voltage comparator (9), which controls the function of the oscillator (9) on the basis of the comparison between the voltage measured from the output of the converter (3) and the comparison voltage from the intelligent node (2) so that the desired output voltage of the converter is obtained.

3. A system according to claim 2, characterized in that the intelligent node (2) has a current comparator (10,11) which controls the oscillator (8) * *: · ': function on the basis of the comparison of the from the converter (3) output measured current and comparative current, as the intelligent node • stated, so that the output current of the converter (3) does not exceed a desired t · current limit.

4. A system according to claim 3, characterized in that the voltage comparator (9) and the current comparator (10,11) have a common oscillator [8] ENABLE / DISABLE connection, which prevents generation of oscillator control pulses always where the output voltage or current of the converter (8) tends to grow above a desired value. • · “109846 O.

System according to any one of claims 2-4, characterized in that the oscillator (8) and the respective controlled coupling (7) operate with a certain pulse ratio until the voltage or current comparator (9; 10, 11) stops the oscillator. the cillator (8) during a short pulse break, during which the controlled coupling 5 (7) is poured into the OFF position.

System according to any one of claims 2-4, characterized in that the oscillator (8) controls the pulse ratio of the controlled coupling (7) by shortening the pulse width, where the output current or voltage of the converter (3) tends to grow over a desired value.

System according to any one of claims 1-6, characterized in that the output voltage level of the converter (3) and the upper limit of the output current are arranged to be selected by the control provided by the intelligent node (2).

System according to any one of claims 1-7, wherein the voltage between the current supply lines (1a, 1b) is 42 V, characterized in that 12 V or 24 V is selected as the level of the output voltage of the converter (3).

9. A system according to any one of claims 1-8, characterized in that: the host (3) is a separate device arranged between the intelligent node (2) and the output connection (4). «· <·. '·! 25

System according to any of claims 1-8, characterized in that the converter (3) is an integral part of the output terminal (4). t · i i! | »T · <> · * · i ·» * · · · (· t *