CN102474247A - 负载驱动控制装置和负载驱动控制方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种在适当的温度范围内用于驱动驱动负载所用的开关元件的技术。在正常控制状态下，MCS(20)基于电源电压或指示值，使电机(60)的操作状态在PWM驱动、DC驱动和输出停止之间转换。由于自诊断输出电路(40)的输出或温度检测电路(70)的输出的监测结果，如果MCS(20)判断出发生异常，那么MCS(20)将电机(60)的电机控制状态转换为故障安全控制(I)。这里，如果电机(60)处于PWM驱动，那么MCS(20)基于温度检测电路(70)的输出计算IPS(30)的温度，而如果判断出温度为至少预定温度，例如至少110度，那么MCS(20)将电机的操作模式从PWM驱动转换为DC驱动。

Description

负载驱动控制装置和负载驱动控制方法
技术领域
本发明涉及一种负载驱动控制装置和负载驱动控制方法。例如，本发明涉及一种用于控制例如以DC(直流电)驱动和脉冲调制驱动来驱动的泵这样的负载的负载驱动控制装置和负载驱动控制方法。
背景技术
作为用于驱动例如安装在车辆上的燃油泵的电机这样的负载的驱动部，使用DC驱动或例如PWM(脉宽调制)控制的脉冲调制驱动。并且，能够通过根据车辆条件适当地选择DC驱动、脉冲调制驱动或停止操作来控制燃油泵的操作状态。
由于如果开关元件具有故障就不能适当地驱动负载，所以已经提出了各种技术来防止开关元件的故障。作为驱动器(开关元件)的故障原因，可以考虑到流入开关元件的过电流。作为另一个原因，可以考虑到电路温度变高的情况。当在开关元件中发生过电流时，电路温度自然地升高。从而，引起了电机的故障并且需要适当的预防手段。
例如，如图1所示，作为为了保护开关元件免受由于电机的过电流引起的故障而检测电机的过电流的技术，存在一种检测流入开关元件的电流的技术。FPCM(燃油泵控制模块)110a是用于控制燃油泵的电机160的驱动的装置，并且其包括MCS(电机控制系统)120和IPS(智能电源开关)130。该IPS 130包括驱动器135和自诊断输出电路140。该驱动器135包括作为P沟道MOSFET的高侧晶体管131以及作为N沟道MOSFET的低侧晶体管132。并且，MCS 120通过利用PWM控制切换高侧晶体管131和低侧晶体管132而以PWM驱动来驱动电机160。当以DC驱动来驱动电机时，MCS 130将高侧晶体管131维持在导通状态并将低侧晶体管132维持在关断状态。
此外，所述自诊断输出电路140包括用于检测流入驱动器135的高侧晶体管131的电流的电流检测功能以及用于检测错误发生的错误检测功能。自诊断输出电路140的电流检测功能适于输出，例如，流入高侧晶体管131的电流的数千分之一。在电流检测的输出部与接地部之间设置预定的电阻。而且，当MCS 120检测所述电阻的电流检测功能的输出部侧上的电压时，判断过电流是否流入电机。
作为另一种技术，如图2所示的FPCM 110b中表示的，存在这样一种技术，其中通过利用设置在IPS 130附近的温度检测电路170检测驱动器135的温度来推定该驱动器135的过电流。此外，在用于图2的技术的应用技术中，将电流的限制值设定为逐阶(stepwise)形式(例如，专利文献1)。
专利文献1：JP-A-2007-228704
发明内容
技术问题
然而，在图1所示的FPCM 110a中，存在当以PWM驱动来操作FPCM时不能精确判断电流值的风险。具体地，如示出了L成分小的电机的图3(a)和示出了L成分大的电机的图3(b)所示，如果在电机160的电感成分(线圈部件)中发生变化，那么即使驱动器135的开关操作彼此相同，向电机160供应的电流也能够彼此不同。结果，即使使用了自诊断输出电路140的电流传感器功能，对于MCS 120来说也难以精确地判断电流是否是过电流。为了消除该困难，需要具有高精度的电热调节器。然而，从成本的观点来看，已经需要另一种技术。此外，如上所述，由于驱动器135中的电流由于负载特性的变化而彼此不同，所以驱动器135的发热量发生变化，从而难以精确地判断过电流。
考虑到上述情况已经研发了本发明，并且其目的是提供一种其中能够在适当的温度范围之内驱动驱动负载的开关元件的技术。
解决问题的手段
本发明的预定方面涉及一种负载驱动控制装置。该负载驱动控制装置包括：构成为驱动可通过DC驱动和脉冲调制驱动运转的负载的驱动器；构成为检测流入所述驱动器的电流的保护部；构成为检测所述驱动器的高温状态的温度检测部；构成为基于来自所述保护部和温度检测部的输出，判断负载是通过DC驱动还是脉冲调制驱动来运转的控制部，并且当在脉冲调制驱动期间检测到等于或高于预定温度的温度时，所述控制部将所述驱动器切换为DC驱动，并且测量流入该驱动器中的电流。
此外，当判断出在DC驱动期间等于或高于预定电流值的电流流动时，所述控制部控制为以一恒定的时期进行DC驱动。
此外，所述保护部可以包括构成为检测所述驱动器的温度的内置温度检测部；并且当所述内置温度检测部检测到等于或高于预定温度的温度时，所述驱动器可以停止向负载的输出。
本发明的另一方面涉及一种负载驱动方法。这种负载驱动方法在利用具有开关元件和自保护功能的IPS以DC驱动或脉冲调制驱动来驱动燃油泵的电机的装置中使用。该负载驱动控制方法包括：检测步骤，检测流入所述开关元件的电流以及该开关元件附近的温度；以及转换步骤，当在电机的脉冲调制驱动期间，在所述检测步骤中检测到的温度等于或高于预定温度时，将电机的驱动模式转换为DC驱动。
此外，该负载驱动控制方法还可以包括重试驱动步骤，当在对电机的DC驱动期间，流入所述开关元件的电流等于或高于预定电流值时，控制为以恒定的时期进行对电机的DC驱动。
本发明的有益效果
根据本发明，能够在适当的温度范围内驱动用于驱动负载的开关元件。
附图说明
图1是示出了现有技术中驱动燃油泵的FPCM的概略构造的功能框图。
图2是示出了现有技术中驱动燃油泵的FPCM的概略构造的功能框图。
图3是现有技术中，MCS依据燃油泵的电机的电感的变化而检测到的电压信号的理想波形和实际波形的实例的图示。图3(a)图示了L成分小的电机，而图3(b)图示了L成分大的电机。
图4是图示出本发明的实施例中驱动燃油泵的电机的FPCM的概略构造的功能框图。
图5是图示出本发明的实施例中驱动燃油泵的电机的FPCM的控制状态的转换的状态转换示意图。
图6是图示出在本发明的实施例中当以重试驱动来驱动燃油泵的电机时，控制信号的实例的图示。
参考标记列表
10 FPCM
20 MCS
30 IPS
31 高侧晶体管
32 低侧晶体管
35 驱动器
40 自诊断输出电路
60 电机
70 温度检测电路
71 电热调节器
具体实施方式
以下，将通过参照附图来描述用于执行本发明的实施例(以下，称为“实施例”)。在本实施例中，根据车辆的运转状态，选择性地以DC驱动或PWM驱动来操作安装在车辆上的燃油泵的电机。在正常状态时，在例如怠速或低速行驶状态的低负载条件下选择PWM驱动，而在例如加速或高速行驶状态的高负载条件下选择DC驱动。其间，当在PWM驱动期间判断出用于PWM驱动的开关元件附近的温度高时，为了以高精度判断是否发生了异常或故障，以DC驱动来驱动电机。
图4是图示出在本实施例中驱动燃油泵的电机60的FPCM10的概略构造的功能框图。燃油泵例如安装在车辆上，并且通过DC驱动和PWM驱动来驱动包括在燃油泵中的电机60。同时，可以采用PDM(脉冲强度调制)驱动替代PWM驱动来作为脉冲调制驱动。
FPCM 10包括MCS 20和IPS 30。该IPS 30包括构成有开关元件的驱动器35，以及用于实现IPS 30的自保护功能的自诊断输出电路40，并且该IPS 30驱动电机60。该IPS 30可以采用熟知的电路。
驱动器35包括高侧晶体管31和低侧晶体管32。在脉冲调制驱动(PWM驱动)中，通过来自MCS 20的控制信号来脉冲驱动所述驱动器35，以向电机60提供电流。此外，当以DC驱动来驱动电机60时，驱动器35使高侧晶体管31固定在导通状态，并使低侧晶体管32固定在关断状态，以根据固定的状态向电机60提供期望的电流。
具体地，高侧晶体管31是P沟道MOSFET(金属氧化层半导体场效应晶体管)并且具有源极和漏极。源极连接于电源电位Vs，而漏极连接于低侧晶体管32的漏极并且还连接于向电机60提供电力的输出端子OUT。此外，其栅极连接于MCS 20的控制信号所输入的输入端子IN。同时，二极管33设置在高侧晶体管31的源极与漏极之间。在该二极管中，将从漏极朝着源极的方向称为整流方向。
低侧晶体管32是N沟道MOSFET并且具有源极和漏极。源极经由接地端子GND连接于地电位Vs，而漏极连接于高侧晶体管31的漏极并且还连接于向电机60提供电力的输出端子OUT。此外，与高侧晶体管31类似，其栅极连接于MCS 20的控制信号所输入的输入端子IN。同时，二极管34设置在低侧晶体管32的源极与漏极之间。在该二极管中，将从漏极朝着源极的方向称为整流方向。
IPS 30具有自保护功能。例如，当检测到等于或高于预定的保护电压值(IPS自保护电压)的电压、等于或高于预定的保护电流值(IPS自保护电流)的电流值或者等于或高于预定的保护温度(IPS自保护温度)的温度时，ISP 30自身的功能停止。所述自诊断输出电路40还包括当通过上述自保护功能停止输出时的信号输出功能以及在正常状态期间输出流入高侧晶体管31的电流的数千分之一的电流传感器功能。预定的电阻45设置在电流传感器功能的输出部与接地部之间。并且，通过利用下面将描述的MCS 20来检测电阻45的电流传感器功能的输出部侧上的电压，判断过电流是否流入电机60。
此外，温度检测电路70设置在IPS 30附近。该温度检测电路具有电热调节器71和电阻72从电源端子V_tp串联连接的构造。而且，电源端子V_tp的电位连接于基准电压输入端子V_ref，并且电热调节器71的电阻72侧的电位连接于温度检测端子AD_TP。
MCS 20将用于驱动IPS 30的驱动器35的控制信号经由控制信号输出端子PWM1输出到IPS 30的驱动器35。当进行PWM驱动时，MCS 20输出PWM调制信号，而当进行DC驱动时，MCS 20输出锁信号。此时，PWM驱动的驱动频率例如是大约6kHZ。此外，MCS 20从如上所述的IPS 30的自诊断输出电路40经由保护信号输入端子AD_VIS获取信号，以判断流入驱动器35的高侧晶体管31的电流的状态。此外，MCS 20基于经由基准电压输入端子V_ref和温度检测端子AD_TP所获得的温度检测电路70的电热调节器71的电压，判断IPS 30附近的温度。
并且，在正常的控制状态中，MCS 20在低负载条件下输出用于PWM驱动的控制信号，并且在高负载条件下输出用于DC驱动的控制信号。而且，当判断出过电流流入电机60或者存在过电流流入电机的可能性时，MCS 20根据故障安全控制I进行电机的控制模式，这将在下面描述。
图5是图示出FPCM 10的控制状态的转换的状态转换示意图。通过参照该状态转换示意图，将描述例如正常控制状态和故障安全控制状态的控制状态。
在正常控制状态中，MCS 20基于电源电压、指示值或者该指示值所输入的故障安全，使电机60的操作状态转换为PWM驱动、DC驱动或动力停止。MCS 20一直监控自诊断输出电路40的输出或者温度检测电路70的输出，并且基于所述输出来判断是否发生异常。当判断出发生异常时，MCS 20使电机60的控制状态转换为故障安全控制I。
具体地，当在正常控制状态中进行PWM驱动时，MCS 20基于温度检测电路70的输出来计算IPS 30的温度。并且，当由计算结果判断出IPS的温度为等于或高于例如110℃的预定温度时，为了更精确的判断，MCS 20根据故障安全控制I将电机60的控制状态从PWM驱动转换为DC驱动。此外，当基于自诊断输出电路40的输出计算出DC驱动中的电流值为等于或高于例如8A的预定值时，MCS 20根据故障安全控制I将电机60的控制状态转换为重试驱动。当电机的控制状态转换为重试驱动时，将作为临界值的电流值称为锁电流值。并且，在重试驱动中，如图6所示，在大约一秒之内(即，大约一秒的周期)的100ms期间进行DC驱动。而且，除了过电流检测或温度测量精确度的提高，重试驱动能够解决由电机60驱动的燃油泵的堵塞问题。
当通过重试驱动判断出正常的电流检测时，即，当判断出电流为低于8A时，MCS 20将电机60的驱动控制转换为DC驱动。
此外，在正常控制状态或故障安全控制I中，当IPS 30检测出等于或高于自保护电压值的电压、大于IPS自保护电流值的电流值或者等于或高于IPS自保护温度的温度时，IPS 30将电机60的控制状态转换为故障安全控制II。
此时，在故障安全控制II中，当基于IPS自保护电压来转换电机的控制状态时，IPS 30将驱动器35从驱动状态转换为锁定状态，并且使DC电源输出。当IPS检测出低于IPS自保护电压的电压时，IPS 30将电机的控制状态转换为正常控制状态。
此外，当基于检测到的IPS自保护电流值或IPS自保护温度来转换电机的控制状态时，IPS 30使从驱动器35转移到电机60的电力停止，并且通知发动机EUC(未示出)电力停止。而后，接收到通知的发动机EUC临时关掉点火操作作为回复动作，并且再起动FPCM 10的控制操作。
以上，根据上述实施例，无论电机60的线圈部件(电感L)为何，都能检测过电流。因此，能够在可用的温度范围内适当地使用开关元件(高侧晶体管或低侧晶体管)。结果，由于没有发生对开关元件给予不利影响的压力，所以能够适当地确保产品的使用寿命。此外，能够使用通用的开关元件电路(IPS 30)或通常的电热调节器(71)而节约成本。
此外，可以将开关元件的散热抑制到不需要使用热沉的程度。具体地，仅通过略微使印刷板的线路布图之间的间隙变宽就能够实现期望的散热。因此，能够实现FPCM 10的小型化和重量减轻。
以上，已经通过参照上述实施例说明了本发明。本领域技术人员能够容易地意识到，上述实施例仅仅意在用于说明，上述实施例的每个部件及其组合能够被各种修改，并且这些修改落在本发明的范围之内。
尽管已经详细描述了本发明的特定实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种修改和变化，
本发明基于并要求2009年8月10日提交的日本专利申请No.2009-185797的优先权，其内容通过引用结合于此。

Claims (5)

1.一种负载驱动控制装置，包括：
驱动器，该驱动器驱动可通过DC驱动和脉冲调制驱动而运转的负载；
保护部，该保护部检测流入所述驱动器的电流；
温度检测部，该温度检测部检测所述驱动器的高温状态；以及
控制部，该控制部基于来自所述保护部和温度检测部的输出，判断负载是通过DC驱动还是脉冲调制驱动来运转，
其中，当在脉冲调制驱动期间检测到等于或高于预定温度的温度时，所述控制部将所述驱动器切换在DC驱动，并且测量流入该驱动器中的电流。
2.根据权利要求1所述的负载驱动控制装置，其中，当判断出在DC驱动期间等于或高于预定电流值的电流流动时，所述控制部控制为在一恒定的时期进行DC驱动。
3.根据权利要求1或2所述的负载驱动控制装置，其中，所述保护部包括检测所述驱动器的温度的内置温度检测部；并且
其中，当所述内置温度检测部检测到等于或高于预定温度的温度时，所述驱动器停止向所述负载的输出。
4.一种在利用具有开关元件和自保护功能的IPS以DC驱动或脉冲调制驱动来驱动燃油泵的电机的装置中使用的负载驱动控制方法，该负载驱动控制方法包括：
检测步骤，检测流入所述开关元件的电流以及该开关元件附近的温度；以及
转换步骤，当在电机的脉冲调制驱动期间，在所述检测步骤中检测到的温度等于或高于预定温度时，将电机的驱动模式转换为DC驱动。
5.根据权利要求4所述的负载驱动控制方法，还包括：
重试驱动步骤，当在对电机的DC驱动期间，流入所述开关元件的电流等于或高于预定电流值时，控制为在一恒定的时期对电机进行DC驱动。
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