CN101903843A - 感应负载驱动电路 - Google Patents

Abstract

感应负载驱动电路(10)包括控制电路(11)和保护电路(13)。控制电路(11)控制切换电路(12)的切换操作。在电池(Ba)的正常连接中，切换电路(12)在接通和断开之间切换到感应负载的载流。在电池(Ba)的反向连接中，切换电路(12)能够在与正常电池连接中的方向相反的方向中载送电流。保护电路(13)具有电流断路器(Q1)，该电流断路器(Q1)至少在正常电池连接中通过切换电路(12)将载流从接通切换到断开时导通；并且在反向电池连接中，根据反向电池连接而不导通。

Description

感应负载驱动电路

技术领域

本发明涉及感应负载驱动电路，或者具体地，涉及包括防止反向电池连接的保护功能的感应负载驱动电路。

背景技术

传统上，在感应负载被驱动的情况下，使用二极管的回流电路作为浪涌电压保护电路。此外，在感应负载的电流值变大的情况下，MOSFET通常被用作驱动装置。然而，在感应负载用于车辆中的情况下，电池(电源)的反向连接是可想象到的。在反向电池连接中，存在大的电流流过MOSFET的主体二极管(寄生二极管)和续流二极管从而损坏续流二极管、MOSFET、以及布线的可能。

因此，为了避免反向电池连接中的此麻烦，例如，如在日本未经审查的专利申请公开No.2-179223中公布的，MOSFET传统上被插入在电池电源线(负载电流电源线)中。此外，要插入二极管或者机械继电器的技术传统上是已知的。

然而，在此种方法中，使用被插入在电池电源线中的MOSFET等等来防止反向电池连接中大的电流，而且在正常状态下预定的电流流过插入的MOSFET，这引起不需要的额外功率消耗。此外，在机械继电器被使用的情况下，组件尺寸被不利地变大。

基于上述情况完成了本发明，并且其目的是为了提供一种感应负载电路，该感应负载电路在正常状态下消耗较少的功率同时在反向电池连接中能够适当地防止产生大的电流。

发明内容

作为用于实现上述目的的手段，感应负载驱动电路的一个方面包括切换电路，该切换电路被提供在电池和感应负载之间。在正常电池连接中，切换电路在接通和断开之间切换到感应负载的载流，并且，在反向电池连接中，切换电路能够在与正常电池连接的方向相反的方向中载送电流。感应负载驱动电路还包括：控制电路，该控制电路控制切换电路的切换接通和断开操作；和保护电路，该保护电路与感应负载并行地连接并且具有电流断路器。在正常电池连接中，至少在通过切换电路将到感应负载的载流从接通切换到断开时，断路器导通；并且在反向电池连接中，断路器根据反向电池连接而不导通。

通过此方面的构造，在正常电池连接中，当通过切换电路将载流从接通切换到断开时，感应负载的浪涌电流能够被回流，而当到感应负载的载流被接通时，保护电路能够被置入非导通状态，使得功率消耗被减少。此外，在反向电池连接中，保护电路的电流断路器根据反向电池连接而不导通，或者换言之，通过自身来检测反向电池连接并且不导通。这时，在反向电池连接中，预定的反向连接电流流过与保护电路并联连接的感应负载，和切换电路。因此，在反向电池连接中，能够适当地防止由于短路等等导致大的电流的生成。此外，由于不必单独地提供用于检测反向电池连接的电路，所以能够简化保护电路的构造。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的感应负载驱动电路的示意性框图，该图是处于正常电池连接中；

图2是第一实施例中的正常电池连接中的时序图；

图3是第一实施例的感应负载驱动电路的示意性框图，该图是处于反向电池连接中；

图4是第一实施例中的反向电池连接中的时序图；

图5是第二实施例的感应负载驱动电路的示意性框图，该图是处于正常电池连接中；

图6是第二实施例的感应负载驱动电路的示意性框图，该图是处于反向电池连接中；

图7是第三实施例的感应负载驱动电路的示意性框图，该图是处于正常电池连接中；以及

图8是第三实施例的感应负载驱动电路的示意性框图，该图是处于反向电池连接中。

(附图字符的解释)

10  感应负载驱动电路

11  控制单元

12N 沟道MOSFET(切换电路)

12A 寄生二极管

13、13A、13B保护电路

D1、D2、D3续流二极管(二极管)

R1  第一电阻器

R2  第二电阻器

Q1  NPN双极晶体管(晶体管，电流断路器)

Q2  N沟道MOSFET(场效应晶体管，电流断路器)

Ba  电池

L   激励线圈

M   感应负载

RLY 继电器

SP  接触组件(电流断路器)

具体实施方式

<第一实施例>

将会参考图1至图4描述根据本发明的第一实施例。图1是根据本发明的第一实施例的感应负载驱动电路10的示意性框图，该图是处于正常电池连接中。图2是正常电池连接中的时序图。图3是反向电池连接中的感应负载驱动电路10的示意性框图。图4是反向电池连接中的时序图。

感应负载驱动电路10包括控制电路11、切换电路12、以及保护电路13。在本实施例中，感应负载驱动电路10被装备在汽车中并且被连接在电池Ba与感应负载M(例如，引擎冷却风扇驱动电机)之间，以便操作感应负载M的驱动控制。

例如，控制电路11包括CPU，并且通过PWM(脉冲宽度调制)信号控制切换电路12的切换(接通/断开)操作。为了控制切换操作，控制电路10根据感应负载M的需要，调制PWM信号的占空比(脉冲宽度)。

切换电路12被提供在电池Ba与感应负载M之间。例如，如图1中所示，通过包括寄生二极管12A的N沟道MOSFET构造切换电路12。在正常地连接电池Ba的情况下，根据被提供给栅极G的PWM信号，切换电路12在接通和断开之间切换到感应负载M的载流。在电池Ba的反向连接的情况下，切换电路12能够在通过寄生二极管12A的方向中载送电流，该方向与电池Ba的正常连接中的方向相反。

如图1中所示，保护电路13被连接至切换电路12。保护电路13包括晶体管(NPN双极晶体管)Q1、二极管(续流二极管)D1、第一电阻器R1、以及第二电阻器R2。

晶体管(电流断路器的图示)Q1的发射极被连接至切换电路12，或者具体地，被连接至N沟道MOSFET的源极S。晶体管Q1的集电极被连接至二极管D1的阴极。(在电池Ba的正常连接下)晶体管Q1的基极经由第二电阻器R2被连接至高压侧.

此外，第一电阻器R1被连接在晶体管Q1的发射极和基极之间。在电池Ba的正常连接中，二极管D1的阳极被连接至电池Ba的低压侧，即，被接地。

在此注意，第一电阻器R1和第二电阻器R2具有各自被设置的值，使得在电池Ba的正常连接下通过切换电路12将到感应负载M的载流从接通切换到断开时，接通晶体管Q1。在电池电压Vb是12V的情况下，第一电阻器R1和第二电阻器R2的值均是例如1(一)KΩ。

因此，在保护电路13中，在电池Ba的正常连接下，续流二极管D1防止负载电流流入保护电路13。此外，在电池Ba的正常连接下通过切换电路12将到感应负载M的载流从接通切换到断开时，晶体管Q1的集电极-发射极路径导通。这能够允许浪涌电流(保护电路电流)Ib由于感应负载M的反电动势电压而通过晶体管Q1回流。

即，在电池Ba的正常连接中，如图2的时序图中所示，在图2中的时间点t1将FET12切换为接通之后，切换电路12和保护电路13之间的结点处的电压V1基本上增加到电池电压Vb，并且负载电流Ia被提供给感应负载M。然后，在图2中的时间点t2将FET12切换为断开之后，负载电流Ia减少并且，与此同时，在感应负载M中生成反电动势电压(负浪涌)，并且结点电压V1的电势变成负的。通过续流二极管D1的正电压降VF和晶体管Q1的接通状态电压，将反电动势电压箝位，并且此被箝位的电压使浪涌电流Ib即刻流过保护电路13。因此，反电动势电压被吸收。

另一方面，在电池Ba的反向连接中，保护电路不导通。即，如图4的时序图中所示，在图4中的时间点t3颠倒电池Ba的连接之后，续流二极管D1的阳极电压V2增加到电池电压Vb。此外，第二电阻器R2被连接至电池Ba的低电压侧(参见图3)。因此，因为晶体管Q1的基极电压变得既不等于也不高于发射极电压，所以晶体管Q1没有被接通，并且由于电池Ba的反向连接而导致的反向连接电流(保护电路电流)IB没有流动。这时，在该方向中负载电流Ia流过感应负载M和寄生二极管12A，该方向与正常电池连接下的方向相反(参见图3和图4)。

即，即使在电池Ba被反向连接的情况下，取决于感应负载M的电阻的预定的负载电流Ia流动，同时诸如短路电流的大电流没有被生成。因此，避免了对切换电路(FET元件)12、布线等等的损坏。

<第一实施例的效果>

如上所述，在第一实施例中，保护电路13或者，具体地，晶体管Q1的集电极-发射极路径仅在正常电池连接下的由于感应负载M而导致的浪涌电压生成时导通，同时在反向电池连接下不导通。即，在正常状态下，当通过电池Ba驱动感应负载M时，能够减少功率消耗，同时能够适当地吸收感应负载M的反电动势电压；此外，在反向电池连接中，能够适当地防止大电流的生成。

此外，保护电路13被构造为根据电池Ba的反向连接，即，通过自身来检测电池Ba的反向连接，从而断开晶体管Q1的集电极-发射极路径。因此，没有必要单独地提供检测反向电池连接的电路。因此，能够使保护电路的构造更加简单。

此外，仅通过晶体管Q1、二极管D1、第一电阻器R1、以及第二电阻器R2简单地构造保护电路13。因此，通过比较简单的构造能够产生上述效应。除此之外，因为晶体管Q1没有被提供在电池电源线(负载电流电源线)中，所以低功率和小尺寸的双极晶体管能够被用作晶体管Q1。即，能够减少保护电路13的部件数目，并且能够小型化。

<第二实施例>

将会参考图2、图4、图5、以及图6描述根据本发明的第二实施例。图5是第二实施例的感应负载驱动电路10的示意性框图，该图是处于正常电池连接中。图6是第二实施例的感应负载驱动电路10的示意性框图，该图是处于反向电池连接中。注意的是，与第一实施例相同的构造将会由相同的附图标记来指定，同时将会省略描述。此外，因为第二实施例的感应负载驱动电路10的构造仅在保护电路的构造中不同于第一实施例，所以将会仅描述保护电路中的不同。

如图5中所示，第二实施例的感应负载驱动电路10的保护电路13A包括场效应晶体管(N沟道MOSFET)Q2、二极管(续流二极管)D2、以及电阻器R3。即，在第二实施例的保护电路13A中，第一实施例的保护电路13的NPN双极晶体管Q1被替换为N沟道MOSFET(电流断路器的图示)Q2。

场效应晶体管Q2的源极被连接至切换电路12，或者具体地，被连接至FET元件12的源极S。场效应晶体管Q2的漏极被连接至二极管D2的阴极。(在电池Ba的正常连接中)场效应晶体管Q2的栅极经由电阻器R3被连接至电池Ba的高压侧。此外，在电池Ba的正常连接中，二极管D2的阳极被连接至电池的低压侧，即，被接地。

通过此构造，在电池Ba的正常连接中，仅在通过切换电路12将载流从接通切换到断开时，通过经由电阻器R3施加的电池电压Vb来接通场效应晶体管Q2。此外，在电池Ba的反向连接中断开场效应晶体管Q2。

因此，在保护电路13A中，在电池Ba的正常连接中，续流二极管D2防止负载电流流入保护电路13A中。此外，在电池Ba的正常连接中通过切换电路12将到感应负载M的载流从接通切换到断开时，晶体管Q2的漏极-源极路径导通。这能够允许由于感应负载M的反电动势电压导致的浪涌电流(保护电路电流)Ib通过晶体管Q2流回。

即，与第一实施例相类似，在电池Ba的正常连接中，如图2的时序图中所示，在时间点t1接通FET12之后，FET12和保护电路13A之间的结点处的电压V1基本上增加到电池电压Vb，并且负载电流Ia被提供给感应负载M。然后，在图2中的时间点t2断开FET12之后，负载电流Ia减少，并且与此同时，在感应负载M中生成反电动势电压(负浪涌)，同时结点电压V1的电势变成负的。通过续流二极管D2的正电压降和晶体管Q2的接通状态电压来箝位反电动势电压，并且此箝位的电压使浪涌电流Ib暂时流过保护电路13A的晶体管Q2。因此，反电动势电压被吸收。

另一方面，在电池Ba的反向连接中，保护电路13A不导通。即，如图4的时序图中所示，在图4中的时间点t3颠倒电池Ba的连接之后，续流二极管D2的阳极电压增加到电池电压Vb。此外，电阻器R3被连接至电池Ba(参见图6)的低压侧。因此，因为晶体管Q2的栅极电压变得既不等于也不高于源极电压，所以晶体管Q2没有被接通，并且由于电池Ba的反向连接而导致的反向连接电流(保护电路电流)Ib没有流动。这时，在与正常电池连接中的方向相反的方向中，负载电流Ia流过感应负载M和寄生二极管12A(参见图6)。

即，即使在电池Ba被反向连接的情况下，取决于感应负载M的电阻值的预定的负载电流Ia流动，同时在感应负载驱动电路10中没有生成诸如短路电流的大电流。因此，避免了对切换电路(FET元件)12、布线等等的损坏。

<第二实施例的效果>

如上所述，第二实施例也能够产生与第一实施例相类似的效果。此外，因为能够减少保护电路中的电阻器的数目，所以减少保护电路的部件数目能够更少，并且能够小型化。

<第三实施例>

接下来，将会参考图2、图4、图7、以及图8描述根据本发明的第三实施例。图7是第三实施例的感应负载驱动电路10的示意性框图，该图是处于正常电池连接。图8是第二实施例的感应负载驱动电路10的示意性框图，该图是处于反向电池连接中。注意的是，与第一实施例相同的构造将会由相同的附图字符来指定，同时描述将会被省略。此外，由于第三实施例的感应负载驱动电路10的构造仅在保护电路中不同于第一实施例，所以将会仅描述保护电路中的不同。

如图7中所示，第三实施例的保护电路13B包括继电器RLY、第一二极管(续流二极管)D3、以及第二二极管D4。继电器RLY包括激励线圈L和常闭型接触组件(电流断路器的图示)SP。激励线圈L具有第一端子T1和第二端子T2。接触组件SP具有第一接触P1和第二接触P2。经由可移动的片P3，第一接触P1和第二接触P2被连接在一起或者被相互断开。当激励线圈L没有被激励时，第一接触P1和第二接触P2经由可移动的片P3被连接在一起。

第一二极管D3的阳极被连接至接触组件SP的第一接触P1。第一二极管D3的阴极被连接至切换电路12，或者具体地，被连接至FET元件12的源极S。(在正常电池连接中)第二二极管D4的阴极被连接至电池的高压侧。第二二极管D4的阳极被连接至激励线圈L的第一端子T1。此外，在电池Ba的正常连接中，激励线圈L的第二端子T2和接触组件Sp的第二接触P2被连接至电池Ba的低压侧，即，被接地。

通过此构造，在电池Ba的正常连接中，因为第二二极管D4阻止来自于电池Ba的电流，所以没有通过电池Ba的电压Vb对激励线圈L进行激励，使得接触组件SP处于导通状态下。另一方面，在电池Ba的反向连接中，通过电池电压Vb来对激励线圈L进行激励，使得接触组件SP的导通被断开。

因此，在保护电路13B中，在电池Ba的正常连接中，续流二极管D3阻止负载电流流入保护电路13B。此外，在电池Ba的正常连接中通过切换电路12将到感应负载M的载流从接通切换到断开时，继电器RLY的接触组件SP处于导通状态下。这能够允许由于感应负载M的反电动势电压导致的浪涌电流(保护电路电流)Ib通过接触组件SP流回。

即，与第一实施例相类似，在电池Ba的正常连接中，如图2的时序图中所示，在时间点t1接通FET12之后，FET12和保护电路13B之间的结点处的电压V1基本上增加到电池电压Vb，并且负载电流Ia被提供给感应负载M。然后，在图2的时间点t2断开FET12之后，负载电流Ia减少，并且与此同时，在感应负载M中生成反电动势电压。反电动势电压使浪涌电流Ib即刻流过保护电路13B的晶体管Q2。因此，反电动势电压被吸收。

另一方面，在电池Ba的反向连接中，保护电路13B中的接触组件SP的导通被断开。即，如图4的时序图中所示，在图4中的时间点t3颠倒电池Ba的连接之后，激励线圈L的第二端子T2的电压V2增加到电池电压Vb，并且激励线圈L被激励。随着激励线圈L的激励，接触组件SP的可移动片P3从第二接触P2移开。即，接触组件SP的第二接触P2和第一接触P1之间的连接被断开(参见图8)。因此，由于电池Ba的反向连接导致的浪涌电流(保护电路电流)Ib不能流动。这时，在与正常电池连接的方向相反的方向中，负载电流Ia流过感应负载M和寄生二极管12A(参见图8)。

即，即使在电池Ba的反向连接的情况下，取决于感应负载M的电阻值的预定的负载电流Ia流动，同时在感应负载驱动电路10中没有生成诸如短路电流的大电流。因此，避免了在反向电池连接中对切换电路(FET元件)12、布线等等的损坏。

<第三实施例的效果>

如上所述，而且在第三实施例中，在正常电池连接中，保护电路13B，或者具体地，继电器RLY的接触组件SP导通，并且仅在生成浪涌电压时，浪涌电流流过接触组件SP。另一方面，在反向电池连接中，激励线圈L被激励，使得继电器RLY的接触组件没有导通。即，当通过电池Ba驱动感应负载M时，在正常状态下，能够减少功率消耗，同时能够适当地吸收感应负载M的反电动势电压；此外，在反向电池连接中，能够适当地防止大电流的生成。

此外，仅通过继电器RLY、第一二极管D3、以及第二二极管D4简单地构造保护电路13B。因此，通过比较简单的构造能够产生上述效应。除此之外，因为继电器RLY没有被提供在电池电源线中，所以低功率和小尺寸的双极晶体管能够被用作继电器RLY。

<其它的实施例>

本发明不限于参考附图的上述实施例；例如，下述实施例也包括在本发明的范围内。

(1)保护电路的构造不限于第一至第三实施例的保护电路(13-13B)的构造。本质上，对保护电路来说仅需要的是与感应负载并行连接的保护电路并且具有电流短路器，该电流断路器至少在正常电池连接下通过切换电路将载流从接通切换到断开时导通；在反向电池连接中，根据反向电池连接而不导通，即，通过自身检测反向电池连接并且不导通。

(2)上述实施例是下述情况的说明，其中，感应负载驱动电路10被示意地装备在汽车中，并且驱动作为感应负载M的引擎冷却风扇驱动电机。根据本发明的感应负载驱动电路能够适合于感应负载驱动电路被布置在电池Ba与感应负载M之间的任何情况。

Claims (5)

1.一种感应负载驱动电路，包括：

切换电路，所述切换电路被提供在电池和感应负载之间，其中，在正常电池连接中，所述切换电路在接通和断开之间切换到所述感应负载的载流，并且，在反向电池连接中，所述切换电路能够在与所述正常电池连接的方向相反的方向中载送电流；

控制电路，所述控制电路控制所述切换电路的切换接通和断开操作；以及

保护电路，所述保护电路与所述感应负载并行连接并且具有电流断路器，

其中：

至少在所述正常电池连接中通过所述切换电路将到所述感应负载的载流从接通切换到断开时，所述电流断路器导通，并且

在所述反向电池连接中，所述电流断路器根据反向电池连接而不导通。

2.根据权利要求1所述的感应负载驱动电路，其中：

所述保护电路包括作为所述电流断路器的晶体管、二极管、第一电阻器、以及第二电阻器；

所述晶体管的发射极被连接至所述切换电路，所述晶体管的集电极被连接至所述二极管，并且在所述正常电池连接中，所述晶体管的基极经由所述第二电阻器被连接至所述电池的高压侧，

所述第一电阻器被连接在所述晶体管的发射极和基极之间；

所述二极管的阴极被连接至所述晶体管的集电极，并且在所述正常电池连接中，所述二极管的阳极被连接至所述电池的低压侧；

所述第一电阻器和所述第二电阻器具有被设置的各自的值，使得在所述正常电池连接中通过所述切换电路将载流从接通切换到断开时，所述晶体管被接通；并且

在所述反向电池连接中，根据所述反向电池连接断开所述晶体管。

3.根据权利要求1所述的感应负载驱动电路，其中：

所述保护电路包括作为所述电流断路器的场效应晶体管、二极管、以及电阻器；

所述场效应晶体管的源极被连接至所述切换电路，所述场效应晶体管的漏极被连接至所述二极管，并且在所述正常电池连接中，所述场效应晶体管的栅极被连接至所述电池的高压侧；

所述二极管的阴极被连接至所述漏极，并且在所述正常电池连接中，所述二极管的阳极被连接至所述电池的低压侧；

在所述正常电池连接中通过所述切换电路将载流从接通切换到断开时，所述场效应晶体管被接通；并且

在所述反向电池连接中，根据所述反向电池连接断开所述场效应晶体管。

4.根据权利要求1所述的感应负载驱动电路，其中：

所述保护电路包括继电器、第一二极管、以及第二二极管，并且所述继电器包括激励线圈和接触组件；

所述激励线圈具有第一和第二端子；

所述接触组件是所述电流断路器，并且具有第一和第二接触；

所述第一二极管的阳极被连接至所述接触组件的第一接触，并且所述第一二极管的阴极被连接至所述切换电路；

在所述正常电池连接中，所述第二二极管的阴极被连接至所述电池的高压侧，并且所述第二二极管的阳极被连接至所述激励线圈的第一端子；

在所述正常电池连接中，所述激励线圈的第二端子和所述接触组件的第二接触被连接至所述电池的低压侧；

在所述正常电池连接中，所述激励线圈不被所述电池的电压激励，并且所述接触组件处于导通状态；并且

在所述反向电池连接中，根据所述反向电池连接来激励所述激励线圈，并且所述接触组件的导通被断开。

5.根据权利要求1至4中的任何一项所述的感应负载驱动电路，其中，所述切换电路包括场效应晶体管，并且所述控制电路利用PWM信号对所述场效应晶体管进行接通-断开控制。

Images