CN101394130B

CN101394130B - 电源控制装置

Info

Publication number: CN101394130B
Application number: CN2008101756580A
Authority: CN
Inventors: 中山雅之; 石间茂巳; 青木一弘; 塚本朗仁
Original assignee: Toyota Motor Corp; Yazaki Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Yazaki Corp
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2028-09-05
Also published as: CN101394130A; DE102008045968A8; DE102008045968B4; JP2009065756A; JP4473294B2; US7969046B2; US20090096293A1; DE102008045968A1

Abstract

本发明提供一种电源控制装置，其当不接地时，可以将大地连接至合适的电势。所述电源控制装置包括控制电路，其具有开关元件和开关控制单元，以及负载。负载的一端通过所述开关元件连接至直流电源，并且另一端连接至地电势。所述开关控制单元具有接地端，其连接至所述地电势，并且输出流向所述地电势的地电流。所述控制电路包括旁路装置，其具有负载侧旁路系统，用于当所述接地端与所述地电势之间的连接断开时，将所述地电流流向所述地电势。所述负载包括阻抗，用于当地电流流过时，将接地端的电势变为所述控制单元稳定工作的电势。

Description

电源控制装置

作为本专利申请基础的日本专利申请号为2007-230215的优先权申请在此结合参考。

技术领域

本发明涉及一种电源控制装置，其用于控制电源与负载的连接和断开。

背景技术

在由分立半导体部件，IC(集成电路)等组成的电子电路中，基于将电源和地连接至额定电势来设计电子电路。例如，当仅仅电子电路的电源连接至电源的电势，并且没有接地时(也就是说，非接地的情况)，这种电子电路的工作变得不稳定。具体来说，在安装在电源控制装置上的电子电路中，当由于不稳定工作产生的不可预期的大电流流入电子电路时，电子电路的元件被损坏。结果，电子电路有可能变为一种危险状态，例如起火。因此，在专利文献1中，提出一种用于避免上述不稳定工作的接地机构。

根据专利文献1，当功率馈送侧连接器与功率输入侧连接器相连接时，在连接电源端之前连接接地端。因此，在功率输入侧连接器之后设置的电子电路中，不会导致不接地的状态。而且，电源和大地通过一对连接器连接。因此，当连接器断开时，电源和大地同时断开。因此，在将电源和大地分别连接至每个单独的连接器的电子电路中，大地侧连接器保持连接状态。此外，不会引起不接地的状态。通过使用上述电连接器的接地机构，避免了产生不接地的状态，而且也可以避免电子电路的不稳定工作状态。

专利文献1：日本公开专利申请H08-78095

发明内容

解决的技术问题

但是，上述专利文献1的接地机构防止了当电连接器连接和断开时引起的不接地的状态。因此，这种接地机构不能防止当连接至功率馈送侧连接器的接地端的地线断开时引起的不接地状态。而且，结果是，在这种情况下，可能发生电路元件的损坏或者装置起火。

因此，本发明提供一种电源控制装置，其在电子电路的接地连接断开时，可以将电子电路的地连接至适合的电势。

实现本发明的目的的方法

根据本发明的第一方面，电源控制装置包括控制电路和负载。控制电路具有开关元件，用于根据开关信号打开和闭合电路，以及开关控制单元，用于输出所述开关信号。负载通过所述开关元件连接一端至DC(直流)电源，并且连接另一端至地电势。其中所述开关控制单元具有接地端，该接地端连接至地电势并输出流向地电势的地电流。所述控制电路具有旁路装置，包括负载侧旁路系统，用于当断开所述接地端与所述地电势之间的连接时，通过所述负载将所述地电流施加到所述地电势。所述负载具有阻抗，用于在地电流流过时，将所述接地端的电势变为其中所述开关控制单元稳定工作的电势。

根据本发明的第二方面，控制电路具有当开关元件闭合时连接至地电势的控制信号线。旁路装置具有信号侧旁路系统，用于当接地端与地电势之间的连接断开且开关元件闭合时，通过控制信号线将地电流施加给地电势。当接地端与地电势之间的连接断开且开关元件开路时，负载侧旁路系统通过负载将地电流施加给地电势。

根据本发明的第三方面，旁路装置具有反向电流防止系统。当旁路装置串联连接至负载侧旁路系统且DC电源正常连接时，反向电流防止系统总是闭合电路，从而将电流施加给负载，并且当DC电源反向连接时，反向电流防止系统总是使电路开路，从而防止电流流入负载侧旁路系统。

有益效果

根据本发明，当开关控制单元的接地端和地电势之间的连接断开时，开关控制单元的接地端连接至如下电势，在该电势下开关控制单元可以稳定工作。因此，在控制电路中不会引起非连接状态。而且，可以防止控制电路不稳定工作。因此，可以防止电路元件损坏或者装置起火。

根据本发明，当开关元件闭合时，开关控制单元的接地端和地电势通过控制信号线连接。即，当DC(直流)电源连接至负载时，开关控制单元的接地端通过控制信号线连接至地电势。因此，虽然由于DC电源连接至负载而电势增加，但是开关控制单元的接地端可以通过控制信号线连接至地电势。因此，可以安全地防止控制电路的不稳定工作。结果，能够避免电路元件损坏或者装置起火。

根据本发明，旁路装置具有反向电流防止系统。因此，当DC电源错误地反向连接时，通过旁路装置不会形成DC电源的短路路径。因此，本发明的电源控制装置可以防止由于短路引起的装置损坏，并且可以提供一种更安全的电源控制装置。

通过以下结合附图的描述，本发明的上述以及其它目的和特征将更加明显。

附图说明

图1示出了本发明的电源控制装置的第一实施例的电路图；

图2示出了图1中的电源控制装置在P点断开接地连接；

图3示出了本发明的电源控制装置的第二实施例的电路图；

图4示出了图3中的电源控制装置在P点断开接地连接；

图5示出了当P点的接地连接断开时，图3中的电源控制装置中的每个部分的电压流的图表；和

图6示出了当DC(直流)电源在图3中的电源控制装置处反向连接时的动作。

具体实施方式

下文中，参考图1和图2描述本发明的第一实旋例。

如图1所示，电源控制装置1安装在车辆上，通过从电子控制单元输出的控制信号控制供给电热丝负载的电源。电源控制装置1包括控制电路10和连接至控制电路10的电热丝20。

控制电路10控制DC(直流)电源4与电热丝20之间的连接和断开。控制电路10具有FET(场效应晶体管)11，开关控制单元12，以及旁路装置15。此外，控制电路10具有电源端10a，负载端10b，信号端10c，以及接地端10d。电源端10a连接至电源电压为VCC的DC电源4。负载端10b连接至电热丝20。信号端10c连接至信号线32，该信号线32将控制电路10与电子控制单元30相连接。接地端10d连接至地电势5a。

FET 11对应于权利要求书中的开关元件。例如，出于供电的目的，FET 11采用现有的N沟道功率MOSFET。分别地，栅极端(G)连接至开关信号端12b，漏极端(D)连接至电源端10a，以及源极端(S)连接至负载端10b。根据从开关控制单元输出的开关信号S1，FET 11切换电信号ON/OFF(即，闭合电路/打开电路)。因此，电热丝20与DC电源4连接或断开。

开关控制单元12由例如运算放大器或晶体管等的半导体组件或IC(集成电路)形成。开关控制单元12产生开关信号S1，并且控制FET 11的ON/OFF。而且，开关控制单元12具有接地端12a，开关信号端12b，开关控制单元12的电源端12c(以下，称为电源端12c)，以及用于与电源连接的请求信号的输入端12d(下文为，输入端12d)。接地端12a通过公共地18连接至接地端10d。开关信号端12b连接至FET11的栅极(G)。电源端12c连接至电源端10a。输入端12d通过控制信号线6连接至信号端10c。

当电源电压VCC(例如，14V)连接至电源端12c，并且地电势VG(例如，0V)连接至接地端12a时，开关控制单元12正常供电。但是，当电源端12c的电压(即，电势)或接地端12a的电压在可允许的范围内(例如，小于±1.0V)时，也可以顺利工作。此外，当开关控制单元12工作时，从接地端12a输出的地电流I等于或小于20mA。

控制信号线6设置在控制电路10的信号端10c与开关控制单元12的请求信号输入端12d之间，并且通过信号端10c与信号线32连接。控制信号线6将请求与电源连接的请求信号S2(下文为，请求信号S2)输入至开关控制单元12的输入端12d，其中该请求信号S2是从稍后描述的电子控制电路30向电源控制装置1(即，控制电路10)输出的。在本发明的实施例中，控制信号线6连接至开关控制单元12，但是并不限于此。当FET 11关断时，控制信号线6可以连接至变为地电势VG的不同部分。

旁路装置15具有负载侧二极管15a。负载侧二极管15a对应于权利要求书中的负载侧旁路系统。分别地，二极管15a的阳极端连接至公共地18(即，接地端12a)，二极管15a的阴极端连接至负载端10b。在本发明的实施例中，FET11，开关控制单元12和负载侧二极管15a是独立的部分，但是并不只限于此。这些部分可以与IC集成，并且在控制电路10中应用。

电热丝20对应于权利要求书中的负载。例如，电热丝20设置在车辆的后窗上。电热丝20加热后窗，并且除雾。电热丝20的一端20a通过FET 11连接至DC电源4，电热丝20的另一端20b连接至地电势5b。而且，由于电热丝20增加了发热量，因此采用低电阻值(即，阻抗)，例如使用大约0.7欧姆的电阻。在本发明的实施例中使用电热丝20，但是并不限于此。例如，可以使用车辆的前灯。换句话说，当地电流I流过时，如果接地端12a的电压在可允许的工作电压VR的范围内(即，开关控制单元12稳定工作的电压)，则可以使用任何部件。

DC电源4由安装在车辆上的电池或DC(直流)/DC转换器形成，该DC/DC转换器转换电池的电压和不同于电池电压的直流电压。此外，DC电源4连接至控制电路10和电热丝20，并且为其提供电源电压VCC。DC电源4的负端子连接至地电势5c。

电子控制单元30安装在车辆上，并且控制前灯、空调、以及后窗的电热丝等。根据用户的操作，电子控制单元30请求到电源控制装置1中的电热丝20的电源连接或电源断开。电子控制单元30具有控制单元(未示出)、晶体管31、以及连接至晶体管31的信号线32。

晶体管31是用于小信号的NPN(负-正-负)晶体管。晶体管31的基极端连接至未示出的控制单元，晶体管31的集电极端连接至信号线32，并且晶体管31的发射极端连接至地电势5d。

信号线32电连接电子控制单元30和控制电路10，并且传送请求信号S2。具体来说，信号线32由涂覆的导线以及连接器形成，其中导线设置在晶体管31的集电极端和控制电路10的信号端10c之间。而且，信号线32通过上拉电阻(未示出)连接至电子控制单元30的电源电压。当晶体管31导通时，晶体管31连接至地电势5d。因此，信号线32变成地电势VG。另一方面，当晶体管31关断时，信号线32通过上拉电阻连接至电子控制单元30的电源电压。因此，信号线32变成电子控制单元30的电源电压的电势(例如，14V)。即，信号线32的电势变成请求信号S2。在本发明的实施例中，晶体管31用于切换信号线32的电势，但是并不仅限于此。例如，可以使用机械开关等。也就是说，当请求电源连接时，如果信号线32可以连接至地电势VG，则可以采用任何部件。

请求信号S2请求电源连接至电热丝20和从电热丝20断开，并且从电子控制单元30传送请求信号S2至控制电路10。当请求连接电源时，请求信号S2变为L电平(即，地电势VG)。另一方面，当请求断开电源连接时，请求信号S2变为H电平(即，电子控制单元30的电源电压的电势)。

根据请求信号S2，开关信号S1变为电源电压VCC或地电势VG。具体来说，当请求信号S2是H电平，开关信号S1变为地电势VG。因此，FET 11变为关断。另一方面，当请求信号S2为L电平，开关信号S1变为电源电压VCC。从而，FET 11变为导通。

以下，在上述电源控制装置1中，参考图2作为实例解释当开关控制单元12的接地端12a和地电势5a之间的连接断开时的动作。

在电源控制装置1中，在DC电源4不连接至电热丝20的情况下(即，当FET 11关断时)，当如图2所示通过在P点断开而断开接地端10d和地电势5a之间的连接时，电热丝20的端子20a的电势变为地电势VG。因此，开关控制单元12的地电流I沿电流路径I1通过负载侧二极管15a从电热丝20流向地电势5b。电热丝20的电阻值是0.7Ω，开关控制单元12的地电流I最大为20mA。因此，电热丝20的端子20a的电势最大值变为0.014V。因此，即使考虑到负载侧二极管15a在正向方向的电压降(一般地，大约0.6V)，开关控制单元12中的接地端12a的电势也保持在可允许的工作电压VR的范围内(0V±1.0V)。因此，控制电路10持续正常工作，并且保持电源从电热丝20断开的状态。

如上所述，根据本发明的实施例，当开关控制单元12的接地端12a和地电势5a之间的连接断开时，开关控制单元12的接地端12a连接至可允许的工作范围内的电势。因此，在控制电路10中不会引起不接地的状态。而且，可以防止控制电路10的不稳定动作。因此，能够避免电路元件损坏或装置起火。

以下，结合图3至图6解释本发明的第二实施例。

如图3所示，电源控制装置2安装在车辆上，并且通过从电子控制单元输出的控制信号控制供给电热丝负载的电源。电源控制装置2包括控制电路10和连接至控制电路10的电热丝20。

控制电路10控制DC(直流)电源4与电热丝20的连接和断开。控制电路10具有FET 11、开关控制单元12、以及旁路装置151。在第二实施例中，除旁路装置151外，同样的部分与采用与第一实施例中相同的附图标记。

旁路装置151具有负载侧二极管15a、信号侧二极管15b、FET(场效应晶体管)15c、以及固定电阻R1和R2。

负载侧二极管15a对应于权利要求书中的负载侧旁路系统。分别地，负载侧二极管15a的阳极端连接至FET15c的源极端(S)，负载侧二极管15a的阴极端连接至负载端10b。

信号侧二极管15b对应于权利要求书中的信号侧旁路系统。分别地，信号侧二极管15b的阳极端连接至FET15c的源极端(S)，信号侧二极管15b的阴极端连接至控制信号线6。

FET15c对应于权利要求书中的反向电流防止系统。例如，FET15c采用现有的N沟道MOSFET，其可以通过数十mA(毫安培)的电流。FET15c的栅极端(G)通过大约20kΩ至100kΩ的固定电阻R1连接至电源电压VCC。FET15c的源极端(S)通过大约20kΩ至100kΩ的固定电阻R2连接至电源电压VCC。FET15c的漏极端(D)连接至控制电路10的公共端18(即，接地端12a)。当DC电源4正常连接时，FET 11总是导通(即，闭合电路)。另一方面，当DC电源4反向连接时，FET 11总是关断(即，电路开路)。

以下，在上述电源控制装置2中，参考图4和5作为实例解释当开关控制单元12的接地端12a与地电势5a之间的连接断开时的动作。

在上述电源控制装置2中，在DC电源4不连接到电热丝20的情况下(即，当请求信号S2为H电平时)，当如图4所示通过在P点断开而断开接地端10b和地电势5a之间的连接时，电热丝20的端子20a的电势变为地电势VG。因此，开关控制单元12的地电流I沿电流路径I21通过负载侧二极管15a从电热丝20流向地电势5b。电热丝20的电阻值是0.7Ω，开关控制单元12的地电流I最大为20mA。因此，电热丝20的端子20a的电势最大值变为0.014V。因此，即使考虑到负载侧二极管15a在正向方向的电压降(一般地，大约0.6V)，开关控制单元12中的接地端12a的电势也保持在可允许的工作电压VR的范围内(0V±1.0V)。因此，控制电路10持续正常工作，并且保持电源从电热丝20断开的状态。

当电子控制单元30请求与电源连接时(即，请求信号S2为L电平)，电热丝20连接至DC电源4。结果，电热丝20的端子20a的电势变为电源电压VCC。因此，如图4所示，开关控制单元的地电流I流向更低的电势。即，开关控制单元的地电流I沿电流路径I22通过信号侧二极管15d从控制信号线6流向地电势5d。此时，即使考虑到信号侧二极管15b在正向方向的电压降(一般地，大约0.6V)，开关控制单元12中的接地端12a的电势也保持在可允许的工作电压VR的范围内。因此，控制电路10持续正常工作，并且保持电源从电热丝20断开的状态。

另一方面，当电子控制单元30请求与电源断开时(即，请求信号S2为H电平)，电热丝20与DC电源4之间的连接断开。结果，电热丝20的端子20a的电势又回到地电势VG。因此，开关控制单元12的地电流I流向更低的电势。即，开关控制单元的地电流I沿电流路径I21通过负载侧二极管15a再次从电热丝20流向地电势5b。如上所述，开关控制单元12中的端子12a的电势保持在可允许的工作电压VR的范围内。因此，控制电路10持续正常工作，并且保持电源从电热丝20断开的状态。

以下，在上述电源控制装置2中，参考图6解释当DC电源4反向连接时的动作(功能)。

在电源控制装置2中，当DC电源4正常连接时，在FET15c的栅极端(G)和源极端(S)之间施加正电源电压。因此，FET15c变为正常导通。但是，如图6所示，当DC电源4反向连接时，栅极端(G)和源极端(S)之间的电势不存在这样大的差。因此，FET15c总是关断。由于这个原因，DC电源4的短路路径I31由于FET15c而断开，并且避免产生短路DC电源4的路径。

如上所述，在该实施例中，当DC电源4从电热丝20断开时，开关控制单元12中的接地端12a通过电热丝20连接至地电势5b。另一方面，当DC电源4连接至电热丝20时，开关控制单元12中的接地端12a通过控制信号线6连接至地电势5d。因此，根据控制电路10的动作状态，开关控制单元12中的接地端12a可以连接至接近地电势的电势。因此，可以更加安全地防止控制电路10的不稳定工作。而且，可以防止电路元件损坏或装置起火。

此外，当DC电源4通过FET15c错误地反向连接时，由于旁路装置151而没有形成DC电源4的短路路径I31。因此，可以防止由于短路造成的电源控制装置2的损坏。而且，可以提供更加安全的电源控制装置。

虽然本发明在实施例中进行描述，但是并不仅限于此。各种变形和改动都在本发明的范围之内。

Claims

1.一种电源控制装置，包括：

控制电路，其具有用于根据开关信号打开和闭合电路的开关元件，以及用于输出所述开关信号的开关控制单元；以及

负载，一端通过所述开关元件连接至直流电源，并且另一端连接至地电势，

所述开关控制单元具有接地端，该接地端连接至地电势并输出流向地电势的地电流，

所述控制电路具有旁路装置，其包括负载侧旁路系统，用于当断开所述接地端与所述地电势之间的连接时，通过所述负载将所述地电流施加到所述地电势，

所述负载具有阻抗，用于在地电流流过时，将所述接地端的电势变为其中所述开关控制单元稳定工作的电势，以及

所述旁路装置具有反向电流防止系统，所述反向电流防止系统串联连接至所述负载侧旁路系统，当直流电源正常连接时，所述反向电流防止系统被配置为总是闭合电路，从而将电流施加给所述负载，并且当所述直流电源反向连接时，所述反向电流防止系统被配置为总是使电路开路从而防止电流流入所述负载侧旁路系统。

2.如权利要求1所述的电源控制装置，其中当所述开关元件闭合时，所述控制电路使控制信号线连接至所述地电势，所述旁路装置具有信号侧旁路系统，用于当所述接地端与所述地电势之间的连接被断开且所述开关元件闭合时，通过所述控制信号线将所述地电流施加到所述地电势，以及当所述接地端与所述地电势之间的连接断开且打开所述开关元件时，所述负载侧旁路系统通过所述负载将所述地电流施加到所述地电势。