전력 레일 스위치 (Power Rail Switch, PRS) — 존 아키텍처에서 다수의 부하 라인에 전력을 분배하는 제어 가능한 노드. 동적 전력 라우팅·결함 관리 시나리오를 위해 양방향 전류 흐름을 지원해야 하며, 결함을 신속히 격리하는 강력한 보호 메커니즘이 필수다.
양방향 전력 스위치 (BPS) 개념
- ON 상태: 양방향 전류 전달
- OFF 상태: 양방향 전류 차단 + 대칭 전압 차단
- 두 라인(L과 R)은 상호 교체 가능한 입력·출력 단자
B2B MOSFET 구현
공통 드레인의 두 N채널 MOSFET을 백투백(Back-to-Back, B2B) 구성:
- BPS와 유사한 대칭적 OFF 상태 차단 특성
- 게이트 드라이버 회로로 G1·G2 제어 → 제어된 양방향 라인
게이트 드라이버는 정밀한 스위칭 + 보호 제어를 보장 → 자동차 전력 분배 응용에 적합.
ST 구현 사례 (2026-01)
ST 로베르토 카푸토(Roberto Caputo)·주시 감비노(Giusy Gambino)에 따르면:
구성
- 4개의 STi²Fuse 컨트롤러 VNF1248F가 MOSFET 게이트 구동
- 두 양방향 라인을 공통 노드에 연결
- 48V 최대 150A 양방향 전력 스위치 구성
보호 기능
- 과전류(Overcurrent, OVC) 감지
- 하드 단락(Hard Short-Circuit, HSC) 감지
- 퓨즈 기능 에뮬레이션 위한 전류 대 시간 래치오프 (SPI로 설정 가능)
- 외부 MOSFET 과열 셧다운 (열 관리)
실험 결과 — I²t 곡선 기반 반응 시간
| 과전류 부하 | 반응 시간 |
|---|---|
| 20A | 31.6ms |
| 30A | 8.16ms |
| 85A | 10µs |
→ 고전류 결함에서 10µs 빠른 반응으로 결함 라인을 신속 격리.
단일 레일(L2) 단락 시나리오 — 내결함성
| 단계 | 동작 |
|---|---|
| 1. 정상 | L1·L2 모두 정상, 스마트 퓨즈 1·3 게이트 활성, 램프 ON |
| 2. L2 하드 단락 | 스마트 퓨즈 3 결함 감지·래치, 게이트 LOW로 전류 차단 |
| 3. 결함 격리 | L2 분리, L1으로 부하 전력 공급 유지, 램프 ON |
→ 양방향 전력 스위치 + 스마트 퓨즈 구성이 시스템 작동을 유지하고 고장을 방지.
의의
- 광범위 와이어링 하네스·중앙 집중식 제어 의존의 기존 전력 분배가 무게·확장성 측면에서 한계
- 존 아키텍처가 분할 → 배선 단순화·무게 절감·격리된 결함 처리
- PRS는 그 분할을 유연·안전·효율적으로 운영하는 핵심 부품