CN102668076A - 混合电路 - Google Patents

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Abstract

一种混合电路包括分别具有不同的电源电压的高压电路和低压电路、将用于连接在混合电路外的外部元件的接线端子安装在上面的板，以及安装在板上的混合集成电路。低压电路包括用于控制高压电路的操作的控制单元。控制单元与高压电路集成在混合集成电路中。

Description

混合电路
技术领域
本发明涉及一种由分别具有不同的电源电压的高压电路和低压电路所构成的混合电路。
背景技术
作为由分别具有不同的电源电压的高压电路和低压电路所构成的混合电路，已经提出了在JP-A-11-176479(PTL1)和JP-A-2006-009687(PTL2)中公开的混合电路。在每个专利文献中，高压电路与低压电路安装在不同的板上并设置成彼此层积，从而抑制板的设置区的增大。
引用列表
专利文献
[PTL1]JP-A-11-176479
[PTL2]JP-A-2006-009687
发明内容
技术问题
作为使用如上所述的分别由高压电路与低压电路构成的混合电路的领域的示例，存在电动车辆(EV)和混合电动车辆(HEV，使用发动机和电动发电机两者的车辆)。在这些车辆中的每种车辆中，关于于车辆内的控制系统和电气设备，提供低压电路，该低压电路通过与将发动机用作功率源的传统车辆中所使用的相同的电压(12伏的有效电压)来操作。此外，关于作为功率源的电机(或电动发电机)及其外围装置，提供一种通过比低压电路高的电压(例如200伏的有效电压)来操作的高压电路。
在用于电动车辆和混合电动车辆每一者的混合电路中，考虑到电路和板的设计，尤其重要的是提供一种用于防止由短路引起的异常放电的对策。这是因为安装在车辆上的电池已由铅酸电池转变成了高压的锂离子电池。也就是说，与铅酸电池比较起来，在锂离子电池中，电池功能更有可能被异常放电损坏。此外，锂离子电池及其布线在异常放电时的生热量比铅酸电池的大。
在不同于车辆的领域中，关于由高压电路和低压电路构成的混合电路，需要注意电路和板的设计，以便与仅低压电路安装在板上的情形比较起来更有效地防止短路。不管是不是使用在短路时在很大程度上被损坏的锂离子电池作为功率源，这都是重要的。
在这点上，上述专利文献(PTL1和PTL2)中的每部专利文献仅提出用于抑制板的设置区的设计，但没有讲授或提出关于上述短路的任何对策。
此外，在这样的由高压电路和低压电路构成的混合电路中，高压电路与和用于控制该高压电路的操作的低压电路分别安装在不同的板上。因此，当发生高压电路的设计变化等时，引起需要改变整个混合电路的问题。
为了解决相关技术的以上问题作出本发明，并且本发明的目的是提供一种由高压电路与低压电路构成的混合电路，其在通用特性方面极优异，并且能抑制设置区的增大并防止短路。
问题的解决方案
为了实现以上目的，根据本发明，提供一种混合电路，包括：
高压电路和低压电路，所述高压电路和所述低压电路分别具有不同的电源电压；
板，在所述板上安装用于连接在所述混合电路外的外部元件的接线端子；以及
混合集成电路，其安装在所述板上，
其中低压电路包括用于控制高压电路的操作的控制单元；以及
其中控制单元和高压电路集成在混合集成电路中。
优选地，高压电路设置在混合集成电路的相对两侧中的一侧上，而低压电路设置在混合集成电路的另一侧上。
优选地，高压电路包括在控制单元的控制下连接至高压电源的正极的正极侧部和在控制单元的控制下连接至高压电源的负极的负极侧部，并且正极侧部设置在混合集成电路的相对两侧中的一侧上，而负极侧部设置在混合集成电路的另一侧上。
本发明的有利效果
采用以上构造，上面安装高压电路的混合集成电路设置在板上，在该板上安装要连接至在混合电路外的外部元件的接线端子。因此，同混合电路的全部构成元件安装在板上的情形比较起来，用于设置混合电路的板所需的区域不会变大。
此外，由于高压电路安装在混合集成电路上，所以能够避免异物进入高压电路从而由于短路而使电路处于失效状态的这种现象。
此外，由于用于控制高压电路的操作的控制单元和该高压电路安装在混合集成电路上(结合在混合集成电路中)，所以高压电路与控制单元的每一者都可通过以另一混合集成电路替代所述混合集成电路而变成不同规格的另一个。因此，当出现改变高压电路的设计等的需求时，可通过仅更换混合集成电路来满足这样的需求，而无需改变整个混合电路。因此，能够提供在通用特性方面极优的高压电路与低压电路的混合电路。
如上所述，能够提供高压电路与低压电路的混合电路，其能抑制设置区的增大、防止短路的产生并且在通用特性方面极好。
采用以上构造，高压电路设置在混合集成电路的相对两侧中的一侧上，而控制单元设置在该混合集成电路的另一侧上，能够确保高压电路与控制单元之间足够的绝缘距离。因此，能够避免由高压电路与控制单元之间的电压差引起的短路的产生。
采用以上构造，高压电路的要在控制单元的控制下连接至高压电源的正极端子的正极侧部设置在混合集成电路的相对两侧中的一侧上，而高压电路的要在控制单元的控制下连接至高压电源的负极端子的负极侧部设置在该混合集成电路的另一侧上。因此，能够确保正极侧部与负极侧部之间足够的绝缘距离。因此，能够避免由正极侧部与负极侧部之间的电压差引起的短路的产生。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的混合电路的局部分解平面图。
图2是根据本发明的实施例的混合IC(集成电路)的平面图和侧视图。
图3是根据本发明的实施例的混合电路的平面图。
图4是示出根据本发明的实施例的混合IC的电路布置的示意图。
附图标记列表：
1    混合电路
3    板
5    混合IC
5a   混合IC安装区
6a   高压电路安装区
6b   低压电路安装区
21     高压连接器
26     电压测量电路
26a    正极侧部
26b    负极侧部
27     半导体开关
31     低压连接器
32     电源
33     接口
34     微型计算机
35     逻辑IC
36     控制单元
具体实施方式
以下，将参考附图说明根据本发明的实施例。首先，将参考图1和2说明根据本发明的实施例的混合电路的安装结构。图1是根据本发明的实施例的混合电路的局部分解平面图。图2是根据本发明的实施例的混合IC的平面图和侧视图。
如图1所示，混合电路1设置在用于测量由多个电池构成的锂离子电池B(对用于外部元件)的输出电压的电压测量装置处。混合电路包括板3和混合IC(集成电路)5。
用于将高压电路连接至锂离子电池B的各电池的高压连接器21(对应于接线端子)安装在板3上。此外，在板3上安装用于与例如安装在车辆(未示出)上的ECU(电子控制单元)相连接的低压连接器31(对应于接线端子)、用于将电功率供应至低压连接器31的电源32以及连接至低压连接器31的接口33和微型计算机34。
此外，板3具有混合IC安装区5a，在该混合IC安装区5a上以层积方式安装混合IC5。
混合IC5具有用于分别安装高压电路的部分和低压电路的部分的高压电路安装区6a和低压电路安装区6b。
如图2所示，高压电路安装区6a和低压电路安装区6b分别设置在混合IC5的相对两侧中的一侧和另一侧上。
用于测量锂离子电池B的输出电压的电压测量电路(对应于高压电路)26安装在高压电路安装区6a上。此外，关于低压电路的构成元件，用于控制高压电路的操作的控制单元36安装在高压电路安装区6a上。控制单元36包括：微型计算机34；逻辑IC 35，其用于根据从微型计算机34输出的控制信号来转换设置在电压测量电路26处的开关S1至S4的接通/断开状态；以及模拟开关(以下称作A-SW)37，其用于转换输入电压的接通/断开状态，以便防止预定值或预定值以上的电压被施加到微型计算机34。
以这种方式，上面安装电压测量电路26和控制单元36的混合IC5以层积方式设置在板3上，在该板3上安装有高压连接器21、低压连接器31、电源32和接口33。因此，同混合电路1的全部构成元件安装在板3上的情形比较起来，用于设置混合电路1的板3所需的区域不会变得较大。此外，由于电压测量电路26安装在混合IC 5上，所以能够避免异物进入电压测量电路26从而由于短路而使电路处于失效状态的这种现象。
此外，由于电压测量电路26和控制单元26安装在混合IC 5上，并且混合IC 5本身构成单一部分，所以混合IC 5可作为单一部件出售。此外，通过以另一混合IC或板替代所述混合IC 5或板3，混合电路1可以变成不同规格的另一混合电路。因此，当出现改变混合电路1的设计等的需求时，可在不改变混合电路1的全部的情况下通过仅更换混合IC 5或板3来满足这样的需求。因此，能够提供在通用特性方面极优的高压电路与低压电路的混合电路1。
混合IC 5通过模制形成，能改善耐受噪声的特性(noisewithstanding properties)。
此外，由于电压测量电路26设置在混合IC 5的相对两侧中的一侧上，而控制单元36设置在该混合IC 5的另一侧上，所以能够确保作为高压电路的构成元件的电压测量电路26与作为低压电路的构成元件的一部分的控制单元36之间足够的绝缘距离。因此，能够避免由电压测量电路26与控制单元36之间的电压差引起的短路的产生。
接下来，将参考图3和4说明根据本发明的实施例的混合IC的安装结构。图3是根据本发明的实施例的混合电路的平面图。图4是示出根据本发明的实施例的混合IC的电路布置的示意图。
如图3所示，电压测量电路26包括双极性快速电容器C1、用于将快速电容器C1的双极性电极中的每一个选择性地连接至锂离子电池B的正极或负极的开关S1、S2，以及用于将快速电容器C1的双极性电极中的每一个选择性地连接至微型计算机34和接地电压部的开关S3、S4。半导体开关27(S1至S4)中的每一个均为根据光信号转换接通/断开状态的半导体开关。半导体开关例如由固态MOSFET(photo MOSFET)构成。
在图3所示的电压测量电路26中，在测量锂离子电池B的电压时，首先在微型计算机34的控制下接通开关S1和S2每一者并断开开关S3和S4每一者，由此形成充电电路，该充电电路从锂离子电池B的正极开始，并经由开关S1、电阻器R1、快速电容器C1的一端、快速电容器C1的另一端、电阻器R2和开关S2达到锂离子电池B的负极。在该充电电路中，用根据锂离子电池B的电压的电荷量给快速电容器C1充电。根据该充电，快速电容器C1的一端与另一端分别构成正极与负极。
随后，在微型计算机34的控制下断开开关S1和S2每一者并接通开关S3和S4每一者，由此快速电容器C1并联地连接至电阻器R5、电阻器R3和电阻器R4的串联电路。于是，关于快速电容器C1被电阻器R5、R3、R4分压的分压电压(divided voltages)，与在电阻器R3两端处的电压之间的差对应的电压被输入到微型计算机34，从而被测量。微型计算机34基于测量值和电阻器R5、R3、R4的电压分压比率来计算快速电容器C1的充电电压，从而测量锂离子电池B的电压。
这样，电压测量电路26具有在微型计算机34的控制下连接至锂离子电池B的负极的负极侧部26a(开关S1、电阻器RI和快速电容器C1的一端)和在微型计算机34的控制下连接至锂离子电池B的负极的负极侧部26b(快速电容器C1的另一端、电阻器R2和开关S2)。
于是，如图4所示，由于电压测量电路26的正极侧部26a设置在混合IC 5的相对两侧中的一侧上，而电压测量电路26的负极侧部26b设置在混合IC 5的另一侧上，所以能够确保正极侧部26a与负极侧部26b之间足够的绝缘距离。因此，能够避免由正极侧部26a与负极侧部26b之间的电压差引起的短路的产生。
此外，如图4所示，半导体开关27(S1至S4)设置在电压测量电路26与控制单元36之间。半导体开关27(S1至S4)的接通/断开状态根据光信号而转换。半导体开关27(S1至S4)具有彼此电绝缘的部分。由于这样的绝缘部分布置在电压测量电路26与控制单元36之间，所以中断了该电压测量电路26与该控制单元36之间的放电路径。因此，能可靠地确保该电压测量电路26与该控制单元36之间的绝缘状态。
此外，半导体开关27(S1至S4)还设置在正极侧部26a与负极侧部26b之间。半导体开关27(S1至S4)的接通/断开状态根据光信号而转换。半导体开关27(S1至S4)具有彼此电绝缘的部分。由于这样的绝缘部分布置在正极侧部26a与负极侧部26b之间，所以中断了该正极侧部26a与该负极侧部26b之间的放电路径。因此，能可靠地确保电压测量电路26的该正极侧部26a与该负极侧部26b之间的绝缘状态。
这样，根据本发明的实施例的混合电路1以如下方式构成：上面安装作为高压电路的构成元件的电压测量电路26和作为低压电路的构成元件的控制单元36的所述混合IC 5以层积方式设置在板3上。高压连接器21、低压连接器31、电源32和接口33安装在板3上。因此，同混合电路1的全部构成元件安装在板3上的情形比较起来，用于设置混合电路1的板3所需的区域不会变大。
此外，由于电压测量电路26设置在混合IC 5上，所以能够避免异物进入电路中从而由于短路而使电压测量电路处于失效状态的这种现象。
此外，由于用于控制电压测量电路26的操作的控制单元36和该电压测量电路26安装在混合IC 5上，所以混合电路1可通过以另一混合IC或板替代所述混合IC 5或板3而变成另一混合电路。因此，当出现改变混合电路1的设计等的需求时，可通过在不改变混合电路1的全部的情况下仅更换混合IC 5或板3来满足这样的需求。因此，能够提供在通用特性方面极优的高压电路与低压电路的混合电路1。
如上所述，根据本发明的混合电路1，能够提供高压电路与低压电路的混合电路1，其能抑制设置区的增大、防止短路的产生并且在通用特性方面极优。
此外，由于根据本发明的实施例的混合电路1以如下方式构成：电压测量电路26设置在混合IC 5的相对两侧中的一侧上，而控制单元36设置在该混合IC5的另一侧上，所以能够确保该电压测量电路26与该控制单元36之间足够的绝缘距离。因此，能够避免由该电压测量电路26与该控制单元36之间的电压差引起的短路的产生。
此外，在根据本发明的实施例的混合电路1中，半导体开关27(S1至S4)设置在电压测量电路26与控制单元36之间。半导体开关27(S1至S4)的接通/断开状态根据光信号而转换。半导体开关27(S1至S4)具有彼此电绝缘的部分。由于这样的绝缘部分布置在该电压测量电路26与该控制单元36之间，所以中断了该电压测量电路与该控制单元36之间的放电路径。因此，能可靠地确保电压测量电路26与控制单元36之间的绝缘状态。
此外，在根据本发明的实施例的混合电路1中，电压测量电路26的要在微型计算机34的控制下连接至锂离子电池B的正极端子的正极侧部26a设置在混合IC 5的相对两侧中的一侧上，而电压测量电路26的要在微型计算机34的控制下连接至锂离子电池B的负极端子的负极侧部26b设置在该混合IC 5的另一侧上。因此，能够确保正极侧部26a与负极侧部26b之间足够的绝缘距离。因此，能够避免由正极侧部26a与负极侧部26b之间的电压差引起的短路的产生。
此外，在根据本发明的实施例的混合电路1中，根据光信号转换接通/断开状态的所述半导体开关27(S1至S4)设置在部分26a与负极侧部26b之间。半导体开关27(S1至S4)具有彼此电绝缘的部分。由于这样的绝缘部分存在于所述部分26a与所述负极侧部26b之间，所以中断了该部分26a与该负极侧部26b之间的放电路径。因此，能够提供一种混合电路，其在安全方面极好，并且在该混合电路中，确保电压测量电路26的该部分26a与该负极侧部26b之间的绝缘。
尽管已基于附图所示的实施例说明了根据本发明的混合电路，但本发明不局限于此，并且相应的部分的构造分别可用具有类似功能的任意构造替代。
例如，尽管以上已关于用于测量锂离子电池B的相应电池的电压的混合电路1说明了实施例，但本发明可应用于如用于将混合电路安装在板上的构造的广泛领域，其中该混合电路由利用高的电源电压的高压电路和利用低的电源电压的低压电路构成。
本发明基于2009年12月22日提交的日本专利申请，该日本专利申请的内容在此以参考的方式并入。
工业实用性
本发明在用于将利用不同的电源电压的高压电路与低压电路的混合电路安装在板上的情况下非常有用。

Claims (3)

1.一种混合电路，包括：
高压电路和低压电路，所述高压电路和所述低压电路分别具有不同的电源电压；
板，在所述板上安装用于连接在所述混合电路外的外部元件的接线端子；以及
混合集成电路，该混合集成电路安装在所述板上，
其中，所述低压电路包括用于控制所述高压电路的操作的控制单元；以及
其中，所述控制单元和所述高压电路集成在所述混合集成电路中。
2.根据权利要求1所述的混合电路，其中，所述高压电路设置在所述混合集成电路的相对两侧中的一侧上，而所述低压电路设置在所述混合集成电路的相对两侧中的另一侧上。
3.根据权利要求1所述的混合电路，其中，所述高压电路包括：
正极侧部，该正极侧部在所述控制单元的控制下连接至高压电源的正极；以及
负极侧部，该负极侧部在所述控制单元的控制下连接至所述高压电源的负极；并且
其中，所述正极侧部设置在所述混合集成电路的相对两侧中的一侧上，而所述负极侧部设置在所述混合集成电路的相对两侧中的另一侧上。
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