CN102007694A - 供电控制器 - Google Patents

Abstract

供电控制器(15)，其包括：控制部(25)，所述控制部(25)在确定没有出现异常时，使半导体开关(45)执行导通，并且在确定出现异常时，使半导体开关(45)保持断开状态；监测部(27)，其监测控制部(25)是处于正常还是异常情况；以及切换部(41，43)，在监测部(27)的监测结果显示正常情况时，该切换部使得通过控制部(25)导通和断开半导体开关(45)，在监测结果显示异常情况时，该切换部通过利用外部的导通-断开命令信号S1来导通和断开半导体开关(45)。

Description

供电控制器

技术领域

本发明涉及一种供电控制器。

背景技术

供电控制器包括要被连接在电源和负载之间的半导体开关。供电控制器导通/断开半导体开关，从而控制到负载的供电。在没有使用任何熔丝元件的情况下，此供电控制器具有用于保护负载电路等等的功能(参见专利文献1)。具体地，供电控制器确定是否有等于或者大于预定值的过电流经过半导体开关；并且在确定过电流经过时，供电控制器导通/断开半导体开关。其后，在出现导通-断开状态的预定周期时，供电控制器确定电路被短路，并且供电控制器将半导体开关保持在断开状态下。

[专利文献1]日本未经审查的专利申请公开No.2000-315588

(本发明要解决的问题)

通过微计算机或者控制电路提供半导体开关的导通-断开控制。然而，微计算机等等具有诸如失去控制的异常情况的风险。另一方面，在导通-断开故障时，诸如车辆头灯的负载具有极其高的电势，从而会引起危险情况。因此，通常为该种负载装备备份(backup)功能。通过该备份功能，不管微计算机等等的控制如何，操作员都能够将外部指令给予半导体开关以强迫导通/断开负载。

然而，当试图在具有备份功能的供电控制器中提供电路保护功能时，出现备份功能防止电路保护功能的有效激活的问题。即，通过一般的备份功能，不管微计算机等等是处于异常情况或者是正常情况下，都能够通过外部指令来导通/断开半导体开关。因此，在正常情况下，即使在微计算机等等将半导体开关保持在断开状态下的短路情况下，备份功能也能取消断开状态。因此，出现不管短路情况如何，都允许导通负载的问题。

发明内容

已经基于如上所述的情况而完成了本发明，并且其目的是为了提供一种供电控制器，该供电控制器具有备份功能，同时能够有效地激活电路保护功能。

(用于解决问题的方法)

根据权利要求1所述的供电控制器，包括：半导体开关，其被导通和断开，以用于控制从电源到负载的电源；确定部，该确定部确定在要被提供有半导体开关的电路或者半导体开关中是否出现异常；控制部，在通过确定部确定没有出现异常时，该控制部使半导体开关执行导通，并且在确定出现异常时，使半导体开关保持断开状态；监测部，该监测部监测控制部是处于正常或者异常的情况下；输入部，导通-断开命令信号被从外部输入到该输入部；以及切换部，该切换部在通过监测部监测到显示正常情况的结果时，通过控制部来导通和断开半导体开关，并且在通过监测部监测到显示异常情况的结果时，使用被输入到输入部的导通-断开命令信号来导通和断开半导体开关。

当控制部处于正常情况下时，在要被提供有半导体开关的电路或者半导体开关中出现异常时，根据本发明的供电控制器将半导体开关保持在断开状态下。这时，即使导通-断开命令被输入到输入部，通过导通-断开命令信号来导通/断开半导体开关被禁止。这使能够通过断开状态有效地激活保护。另一方面，当控制部处于异常情况下时，允许通过导通-断开命令信号来导通/断开半导体开关。这使能够通过导通-断开命令信号有效地激活备份功能。

第二发明是根据第一发明的供电控制器。在通过确定部确定还没有出现异常时，控制部基于导通-断开控制信号执行和停止半导体开关的导通-断开控制。在确定出现异常时，不管导通-断开命令信号如何，控制部使半导体开关保持断开状态。

当控制部处于正常情况下时，本发明能够使控制部基于导通-断开命令信号执行和停止半导体开关的导通-断开控制。

第三发明是根据第一或者第二方面的供电控制器，包括：检测部，该检测部检测通过半导体开关的电流。基于通过检测部的检测结果，确定部确定在半导体开关或者要被提供有半导体开关的电路中是否出现异常。

本发明能够检测在半导体开关或者要被提供有半导体开关的电路中出现异常。

第四方面是根据第一至第三发明的任何一个的供电控制器，包括：报警部，该报警部向外部报告关于由监测部进行的显示异常情况的监测结果的警报。

通过本发明，通过报警部的报警操作能够容易地确认控制部的异常情况。

(本发明的效应)

通过本发明，供电控制器能够具有备份功能，同时能够有效地激活电路保护功能。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的备份系统的总体构造的框图；

图2是示出半导体器件的内部构造的框图；

图3是用于解释阈值电流Ilth的设定电平和生烟特性曲线之间的关系的图；

图4是比较示例的备份系统的总体构造的框图。

(参考字符的解释)

[0012]

15 供电控制器

17 电源；

19 负载19

25 微计算机(确定部，控制部)；

27 看门狗(监测部)；

31 输入端子(输入部)；

41 AND电路(切换部)；

43 OR电路(切换部)；

45 功率MOSFET(半导体开关)；以及

S1 信号(导通-断开命令信号)。

具体实施方式

将会参考图1至图14解释根据本发明的第一实施例。

(备份系统的总体构造)

图1是本实施例的备份系统1的总体构造的框图。备份系统1被示意性地安装在未被示出的车辆中。备份系统1包括组合开关3、室内ECU 5(电子控制单元)、以及引擎室ECU 7。

(1)组合开关和室内ECU

组合开关3被示意性地布置在方向盘(未示出)附近，从而由紧握方向盘的驾驶员进行导通/断开。当被导通时，组合开关3将低电平的命令信号S1(在下文中还被称为导通命令信号S1)示意性地施加给室内ECU 5。当被断开时，组合开关3将高电平的命令信号S1(在下文中还被称为断开命令信号S1)施加给室内ECU 5。

室内ECU 5具有微计算机9。室内ECU 5响应于诸如来自于例如驾驶员的控制台的命令信号S1的命令信号来执行整个车辆的总控制。室内ECU 5通过LAN电缆11被连接到引擎室ECU 7。来自于组合开关3的命令信号S1通过室内ECU 5被施加给引擎室ECU 7。组合开关3的输出端子通过切换线13被直接地连接到引擎室ECU 7。因此，即使当室内ECU 5处于正常情况下时，引擎室ECU 7能够接收直接地反映驾驶员的输入的命令信号S1。

引擎室ECU

引擎室ECU 7包括供电控制器15。供电控制器15被用于从车辆电源(在下文中称谓“电源17”)到诸如车辆头灯和喇叭(头灯在附图中被示出)的负载19的供电控制。术语“负载”在下文中表示供电控制器15控制的装置。术语“负载”排除被连接在供电控制器15和被控制的装置之间的电线21。另一方面，术语“外部电路”包括负载19和电线21。

供电控制器15主要具有半导体器件23(智能功率装置)、微计算机25、看门狗27、端子(29、31、33、35、37、38)、以及逻辑电路(39、41、43)。

图2是示出半导体器件23的内部构造的框图。半导体器件23具有功率MOSFET 45(半导体开关的示例)、感应MOSFET 47作为电流检测元件(稍后进行描述)、栅极驱动器49、以及电流镜部51。这些组件被集成在一个芯片中。

具体地，多个MOSFET被布置在半导体器件23上。MOSFET的漏极端子被相互共同地连接，并且然后被连接到供电连接端子33。大多数MOSFET的源极端子被连接至下面将会进行描述的电流镜部51的功率FET输入51A，并且被连接到负载连接端子35，使得MOSFET形成功率MOSFET 45.剩下的MOSFET的源极端子被连接至电流镜部51的感应FET输入51B，使得MOSFET形成感应MOSFET 47。组成感应MOSFET 47的MOSFET的数目与组成功率MOSFET 45的MOSFET的数目的比率近似对应于感应比。

电流镜部51包括电势控制电路53和一对电流镜电路55，55。为了将功率MOSFET 45和感应MOSFET 47的输出电势(源电势)保持相等，提供电势控制电路53。

电势控制电路53包括运算放大器57和FET 59。FET 59被提供作为切换元件。运算放大器57的负输入被连接到功率FET输入51A，同时运算放大器57的正输入被连接到感应FET输入51B。FET 59被连接在感应FET输入51B和外部端子38之间，并且运算放大器57的输出被施加给控制端子。运算放大器57的差分输出通过FET 59的栅极和漏极之间而被反馈到正输入。

由于运算放大器57的差分输出的反馈，运算放大器57被保持在虚短路状态中。换言之，正输入和负输入的电势被保持几乎彼此相等。这保持功率MOSFET 45和感应MOSFET 47的漏极的电势彼此相等，并且还保持其源极的电势彼此相等。因此，经过感应MOSFET 47的感应电流Is能够与经过功率MOSFET 45的负载电流IL的稳定地保持在恒定比率(上述的感应比)。

来自于电势控制电路53的感应电流Is通过一对电流镜电路55，55并且通过外部端子38，从而经过外部电阻器61。外部端子38的端子电压随着感应电流Is进行变化。端子电压Vo被进行A/D转换并且被馈送到微计算机25(参见图1)。因此微计算机25能够基于端子电压Vo的值检测经过功率MOSFET 45的负载电流IL。因此，感应MOSFET47和微计算机25用作检测部。

栅极驱动器49响应于从OR电路43输出的输出信号S2来执行功率MOSFET 45和感应MOSFET 47的导通/断开控制。具体地，在接收到来自于OR电路43的命令进行导通的高电平输出信号S2时，栅极驱动器49将功率MOSFET 45和感应MOSFET 47导通为导通(ON)(导电)状态。另一方面，在接收到命令进行断开的低电平输出信号S2时，栅极驱动器49断开功率MOSFET 45和感应MOSFET 47，以使它们进入断开(OFF)(切断)状态。

OR电路43和AND电路41用作本发明的“切换部”。来自于微计算机25的命令信号S3被输入到OR电路43。AND电路41的输出信号S4还被输入到OR电路43。微计算机25根据事先预定的程序来输出命令信号S3，从而控制功率MOSFET 45的导通/断开。下面将会解释此控制。

微计算机25的输入通过OR电路39和连接端子29而被连接到LAN电缆11。微计算机25的输入还通过OR电路39和输入端子31(输入部的示例)还被连接到切换线13。换言之，微计算机25能够通过微计算机9接收来自于组合开关3的命令信号S1；并且，此外，微计算机25能够直接地通过切换线13来接收命令信号S1。因此，即使在微计算机9处于异常情况下，微计算机25能够接收直接地反映驾驶员的输入的命令信号S1。

看门狗27(看门狗定时器；监测部的示例)是用于监测系统是否正常地操作的装置。具体地，看门狗27能够定期地接收来自于微计算机25的输出信号S5。当定期地接收输出信号S5时，看门狗27确定微计算机25处于正常情况下。另一方面，当在一定周期的时段内没有接收到输出信号S5时，看门狗27确定微计算机25处于异常情况下，并且然后，看门狗27输出高电平输出信号S6(异常信号)。高电平输出信号S6被施加给AND电路41。AND电路41还接收来自于切换线13的命令信号S1，同时对命令信号S1进行电平转化。

(引擎室ECU 7中的微计算机确定的异常)

微计算机25用作：确定部，该确定部确定在外部电路中是否出现异常；和控制部，在通过确定部确定还没有出现异常时，该控制部使功率MOSFET 45执行导通，和在确定出现异常时，使功率MOSFET 45保持断开状态。

微计算机25基于感应电流Is确定是否出现熔合异常。熔合异常是如下的异常情况，在其中，如果熔丝元件被提供在外部电路中，则熔丝元件可能会被熔合。接下来，将会示意性地描述用于检测熔合异常的构造。本实施例的供电控制器15在外部电路中不具有熔丝元件；微计算机25执行提供与熔丝元件的功能(熔丝功能)相同的功能的控制。微计算机25确定经过功率MOSFET 45的负载电流IL等于或者大于阈值电流ILth。然后，当其中负载电流IL等于或者大于阈值电流ILth的时间(可能是不连续的或者间歇的)已经达到规定的时间时，则微计算机25确定出现熔合异常。

图3是用于解释阈值电流ILth的设定电平和发烟特性曲线L1之间的关系的图。该图示出可连接到供电控制器15的电线21(诸如电线的涂层材料)的发烟特性，其通过表示恒定的电流电平-电流施加时间(为熔合所耗费的时间)关系的发烟特性曲线L1来表示。即，在附图中示出的是表示任意的恒电流(单稳电流)与当电流经过电线21时电线21的涂层材料开始燃烧所耗费的时间之间关系的发烟特性曲线。

在附图中，ILmax表示负载19的额定电流(即，相对于设计确保能进行使用的限制)。Io表示均衡临界电流，所述平衡临界电流能够在保持在其中电线21中的热量产生和辐射被平衡的热平衡态的同时被施加。如果高于均衡临界电流Io的电平的电流被施加，则这将导致过热阻区域，在过热阻区域中，发烟所耗费的时间和电流电平基本上相互成反比例。如图3中所示，阈值电流ILth被设置为稍微高于负载19的额定电流Ilmax的电平。

存在如下的情况，例如一部分电线涂层材料被损坏，并且电线不时地接触车辆车体，这是所谓的震颤短路。在这样的情况下，尽管没有通过通过高电流，但是特定电平或者较高的电流能够持续地通过并且导致电线21发烟。在这样的情况下熔丝功能是有效的。

(备份系统的操作)

(1)当引擎室ECU 7中的微计算机处于正常情况下

当引擎室ECU 7中的微计算机25的情况正常时，微计算机25执行预定的控制。具体地，在导通组合开关3时，微计算机25响应于导通命令信号S1发起功率MOSFET 45和第二MOSFET 47的导通-断开控制。例如，当作为负载19的头灯在晚上被导通时，微计算机25保持功率MOSFET 45处于导通状态下。

此外，微计算机25还适当地读出端子电压Vo的值，从而确定是否出现熔合异常。具体地，当确定还没有出现熔合异常时，微计算机25响应于来自于组合开关3的断开命令信号S1来断开功率MOSFET45并且，其后，响应于来自于组合开关3的导通命令信号S1来导通功率MOSFET 45。

另一方面，在确定出现熔合异常时，微计算机25将功率MOSFET 45保持断开状态中。因为微计算机25那时处于正常情况下，所以看门狗27将低电平输出信号(正常(NORMAL)信号)S6施加给AND电路41。因此，AND电路41使来自于组合开关3的命令信号S1无效，使得信号S1没有被施加给半导体器件23上。换言之，利用组合开关3，通过输入来指导导通/断开功率MOSFET 45是不可用的。相反地，微计算机25保持对功率MOSFET 45的导通-断开控制。

因此，即使驾驶员在出现熔合异常时导通/断开组合开关3，仍然不能取消功率MOSFET 45的断开状态。因此，熔丝功能被有效地激活。

(2)当引擎室ECU 7中的微计算机处于异常情况下时

当引擎室ECU 7中的微计算机的情况变成诸如失去控制等等的异常时，看门狗27将高电平输出信号(异常(ANORMAL)信号)S6施加给AND电路41。然后，AND电路41使来自于组合开3的命令信号S1有效，并且将命令信号S1施加给半导体器件23。换言之，使用组合开关3，通过输入指导导通/断开功率MOSFET 45变成可用的，使得备份功能被有效地激活。此外，来自于看门狗27的备份功能通过输出端子37(报警部的示例)被输出到外部。通过此，通过驾驶员的控制台中的灯的灯光或者通过扬声器的声音能够报警微计算机25的异常情况。注意，图1中的线16示出本实施例的备份线，而图4中的线18示出传统的备份线。

(本实施例的效应)

图4是示出作为比较示例的备份系统1’的总体构造的框图。通过相同的附图字符来指定与图1中的备份系统相同的构造。备份系统1’将来自于组合开关3的命令信号S1直接地施加给半导体器件23。通过此构造，当微计算机25处于异常情况下时能够有效地激活备份功能。然而，通过该构造，当微计算机25处于正常情况下时，通过导通/断开组合开关3，驾驶员也能够直接地导通/断开功率MOSFET 45。因此，即使由于熔合异常的出现，微计算机25试图保持功率MOSFET 45处于断开状态下，驾驶员也能够通过导通/断开开关3而取消断开状态。

本实施例的备份系统1不同于此。当微计算机25处于正常情况下时，在出现熔合异常时，备份系统1将功率MOSFET 45保持在断开状态下。然后，即使导通-断开命令信号S1被输入到输入端子31时，通过导通-断开命令信号S1来导通/断开功率MOSFET 45也被禁止。因此，通过断开状态能够有效地激活熔合功能。另一方面，当微计算机25处于异常情况下时，允许通过导通/断开命令信号S1进行功率MOSFET 45的导通/断开。因此，还能够有效地激活通过导通/断开命令信号S1的备份功能。

(其它的实施例)

本发明不限于参考附图在上面解释的实施例。例如，下面的实施例也被包括在本发明的范围内。

(1)在上面的实施例中，微计算机25确定基于感应电流Is(负载电流IL)的检测电流是否超过阈值电流Ilth。本发明不限于此。例如，比较电路可以被提供在半导体器件23中，使得比较电路执行确定并且将确定的结果提供给微计算机25。此外，可以提供逻辑电路使得逻辑电路确定是否出现熔合异常，并且然后，逻辑电路将关于熔合异常的存在或者不存在的确定的结果提供给微计算机25。

(2)在上面的实施例中，微计算机25用作控制部。本发明不限于此。例如，诸如ASIC的控制电路可以是控制部。

(3)在上面的实施例中，通过使用感应FET的感应方法来检测经过半导体开关的电流。本发明不限于此。例如，通过使用被提供在电线21中的分流电阻的分流方法可以检测电流。

(4)在上面的实施例中，“熔合异常”是示例性的。本发明不限于此。异常仅需要是相对于半导体开关应变成断开状态的异常。例如，异常可以是负载19的短路异常、暂时的高电流异常、或者加热异常(热感应元件被用于在检测温度达到预定的温度时确定出现异常)。

Claims (4)

1.一种供电控制器，包括：

半导体开关，所述半导体开关被导通和断开，以控制从电源到负载的供电；

确定部，所述确定部确定在要被提供有所述半导体开关的电路或者所述半导体开关中是否出现异常；

控制部，所述控制部在通过所述确定部确定没有出现异常时，使所述半导体开关执行导通，并且在确定出现异常时，使所述半导体开关保持断开状态；

监测部，所述监测部监测所述控制部是处于正常还是异常的情况下；

输入部，其被从外部输入导通-断开命令信号；以及

切换部，在所述监测部的监测结果显示正常情况时，所述切换部使得通过所述控制部来导通和断开所述半导体开关，而在所述监测部的监测结果显示异常情况时，所述切换部使得利用被输入到所述输入部的导通-断开命令信号来导通和断开所述半导体开关。

2.根据权利要求1所述的供电控制器，其中：

在通过所述确定部确定没有出现异常时，所述控制部基于所述导通-断开命令信号来执行和停止所述半导体开关的导通-断开控制；

在确定经出现异常时，不管所述导通-断开命令信号如何，所述控制部使所述半导体开关保持断开状态。

3.根据权利要求1或者2所述的供电控制器，包括：

检测部，所述检测部检测通过所述半导体开关的电流，其中：

基于所述检测部的检测结果，所述确定部确定在要被提供有所述半导体开关的所述半导体开关或者电路中是否出现异常。

4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的供电控制器，包括：

报警部，所述报警部向外部报告关于由所述监测部进行的显示异常情况的监测结果的警报。

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