CN102856600B - 混合电路 - Google Patents

Abstract

在包括彼此具有不同电源电压的高压电路和低压电路的混合电路中，用作高压电路的伏特计、用于连接伏特计与锂离子电池的高压连接器、作为低压电路的一部分并且进行开关控制以接通/断开伏特计的内部开关的控制单元安装在混合集成电路上。然后，将混合集成电路叠置在上面安装了低压电路的其余部分的低压基板的混合集成电路安装区域的顶部上。

Description

混合电路

技术领域

本发明涉及一种混合电路，该混合电路包括彼此具有不同的电源电压的高压电路和低压电路。

背景技术

作为包括彼此具有不同的电源电压的高压电路和低压电路的混合电路，已经提出了JP11-176479（专利文献1）和JP2006-009687（专利文献2）中所描述的混合电路。根据该专利文献1和专利文献2，高压电路和低压电路分别安装在不同的基板上，并且这些基板以层级方式堆叠地放置，从而抑制了基板的布置面积增大。

发明内容

使用包括高压电路和低压电路的混合电路的领域的实例包括诸如电动车（EV）、混合电动车（HEV，利用发动机和电动发电机结合的车辆）这样的车辆。在诸如EV或HEV这样的车辆中，利用与传统的以发动机作为动力源的车辆相同的电压（例如，12V的有效电压）工作的低压电路被设置为与控制系统和车内电气部件相关联。而且，利用高于低压电路的电压（例如，200V的有效电压）工作的高压电路被设置为与用作动力源的电机（电动发电机）及其周围设备相关联。

在EV或HEV中所使用的混合电路中，采取措施以防止由短路引起的异常放电是尤其重要的。原因在于车载蓄电池从铅酸电池向高压锂离子电池转变。这意味着，异常放电对锂离子电池的电池功能比对铅酸电池的电池功能产生更多的损坏，并且当发生异常放电时，与铅酸电池相比，锂离子电池在其自身及其布线中生成更多的热量。

而且，在除车辆之外的领域中，与单个低压电路安装在基板上的情况相比，为了防止短路，需要对具有高压电路和低压电路的混合电路的电路和基板的设计倾注更多的注意力。无论由于短路受到严重损坏的锂离子电池是否用作为动力源，这都是重要的。

关于这点，尽管上述对比文件1和对比文件2提出了设计上的对策以抑制基板的布置面积，但是上述对策中并没有提出应对短路。

此外，在上述的具有高压电路和低压电路的混合电路中，高压电路和控制高压电路的工作的低压电路分别安装在单独的基板上。因此，当高压电路具有设计变化时，存在不得不改变整个混合电路的问题。

为了解决现有技术中的前述问题，已经完成了本发明，并且本发明的目的是提供一种混合电路，该混合电路防止布置面积的增大以及短路的发生，并且该混合电路具有通用的高压电路和低压电路。

为了实现上述目的，根据本发明第一方面的混合电路是包括彼此具有不同电源电压的高压电路和低压电路的混合电路，该混合电路包括：低压基板，该低压基板上安装用于将外部低压部件电连接于所述低压电路的低压系统用连接器；以及基板状的混合集成电路，该混合集成电路可以叠置在所述低压基板上。所述低压电路包括控制所述高压电路的工作的控制单元。所述控制单元、所述高压电路和用于将外部高压部件电连接于高压电路的高压系统用连接器安装在所述混合集成电路上。

这意味着：上面安装高压电路和用于将外部高压部件连接于高压电路的高压系统用连接器的所述混合集成电路被叠置在上面安装用于将外部低压部件连接于低压电路的低压系统用连接器的所述低压基板上。因此，整个集成混合电路所需的面积并未变得比将混合电路的所有构成部件安装在单个基板上的情况更大。

此外，高压电路安装在混合集成电路上。因此，能够防止由于异物混入到高压电路中而发生短路故障。

此外，控制高压电路的工作的控制电源、所述高压电路以及所述高压系统用连接器安装在混合集成电路上。因此，通过将所述混合集成电路更换成别的东西，可以使其高压电路和控制电源以及所述高压系统用连接器改变为不同规格。因而，当高压电路中有设计改变时，可以仅仅通过更换混合集成电路来进行这种改变，而无需改变整个混合电路。这使得能够提供一种具有通用的高压电路和低压电路的混合电路。

因而，能够提供防止布置面积的增大和短路的发生并且具有通用的高压电路和低压电路的混合电路。

优选的是，在低压基板与混合集成电路之间的间隔的方向上，所述高压系统用连接器的至少一部分布置在所述混合集成电路的与面向所述低压基板的表面相对的表面侧上。

利用这种结构，即使当高压系统用连接器的尺寸超过了低压基板与混合集成电路之间的间隔，也变得能够在不增大该低压基板与混合集成电路之间的间隔的情况下布置所述高压系统用连接器。换句话说，能够以比高压系统用连接器的尺寸更小的间隔布置所述低压基板和混合集成电路。因而，可以实现整个混合电路的小型化。

优选的是，高压电路和高压系统用连接器布置在所述混合集成电路的相互面对的一对边的其中一条边上，并且控制单元布置在所述一对边的其中另一条边上。

利用这种结构，高压电路和高压系统用连接器可以布置成与用于低压电路的控制单元物理地间隔。因而，可以实现用于防止高压电路与低压电路之间的短路的适当布置。

根据本发明第一方面，可以提供防止布置面积的增大和短路的发生并且具有通用的高压电路和低压电路的混合电路。

附图说明

图1是根据本实施例的混合电路的局部分解透视图。

图2A是根据本实施例的混合集成电路的平面图。

图2B是根据本实施例的混合集成电路的侧视图。

图3是根据本实施例的混合电路的平面图。

图4是根据本实施例的混合集成电路的电路布置图。

图5A和图5B是图示了图2B所示的混合集成电路中的高压连接器的布置的修改实例的侧视图。

图6是图示了图2B所示的混合集成电路中的高压连接器的布置的修改实例的平面图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明的实施例。

首先，参考图1、2A和2B来描述根据本实施例的混合电路的安装结构。

如图1所示，根据本实施例的混合电路1设置在测量由电池单元制成的锂离子电池B（外部高压部件）的输出电压的伏特计装置中，并且包括低压基板3和基板状的混合集成电路5。

安装在低压基板3上的例如是：低压连接器31，将要连接于安装在车辆（未示出）中的ECU（电子控制单元，相当于外部低压部件）；电源32，向所述低压连接器31供电；以及接口33，连接于所述低压连接器31。

在所述低压基板3中，设置有混合集成电路安装区域3a，所述混合集成电路5可以通过堆叠在该混合集成电路安装区域3a上而被安装。

在平面图具有矩形形状的混合集成电路5的上表面5a（混合集成电路的与其面向低压基板的那个表面相对侧上的表面）上，设置有其中安装高压电路和低压电路的高压系统安装区域6a，以及其中安装低压电路的其余部分的低压系统安装区域6b。

如图2A和2B所示，在混合集成电路5中，高压系统安装区域6a设置于在该混合集成电路5的纵向上相互面对的两条边的其中一条边上，并且低压系统安装区域6b安装在这两条边的其中另一条边上。

在高压系统安装区域6a中，安装有用于测量锂离子电池B的输出电压的伏特计26（高压电路）。而且，在高压系统安装区域6a中，安装高压连接器21（高压系统用连接器），以将所述高压电路连接于锂离子电池B的每个电池单元。

在低压系统安装区域6b中，安装有用于控制高压电路的工作的控制单元36，作为所述低压电路的其中一个组成部分。控制电路36包括利用电源32作的微机34、根据从该微机34输出的控制信号使设置在所述伏特计26中的开关S1至S4接通/断开的逻辑IC35，以及使输入电压接通/断开以便防止预定量或更大量的电压输入到微机34中的模拟开关（A-SW）37。

将上面安装有伏特计26、控制单元36和高压连接器21的混合集成电路5堆叠在上面安装有低压连接器31、电源32和接口33的低压基板3的顶部上。因而，与将混合电路1的全部构成部件安装在低压基板3上的情况相比，用于布置混合电路1的低压基板3所需的面积并未变大。此外，由于伏特计26安装在混合集成电路5上，所以能够避免由于污染该伏特计26的异物而引起的短路故障。

此外，控制单元36、高压连接器21和伏特计26安装在混合集成电路5上，这使得该混合集成电路5就其自身而言是单一部件。因此，该混合集成电路5可以作为单一物品出售。此外，通过用不同的部件来更换该混合集成电路5或低压基板3，可以改变该混合电路1的规格。因而，当混合电路1中存在设计改变时，可以仅仅通过更换混合集成电路5或低压基板3来进行这种改变，而无需改变整个混合电路1。这使得能够提供具有通用的高压电路和低压电路的混合电路1。

此外，所述混合集成电路5通过模制形成，因此可以提升其抗扰性。

进一步地，所述高压连接器21和伏特计26位于所述混合集成电路5在纵向上相互面对的两条边的其中一条边上，并且控制单元36位于所述两条边的其中另一条边上。利用这种布置，用作为高压电路的构成部件的所述高压连接器21和伏特计26与作为低压电路的一部分构成部件的控制单元36之间可以具有充分的绝缘距离。因而，可以防止由于该高压连接器21和伏特计26与控制单元36之间的电位差而发生短路。

接下来，将参考图3和图4来详细说明根据本实施例的混合电路1的混合集成电路的安装结构。

如图3所示，伏特计26包括双极性快速电容器C1、将所述快速电容器C1的两极选择性地连接于锂离子电池B的正极或负极的开关S1和S2，以及将所述快速电容器C1的两极分别选择性地连接于微机34和地电位部分的开关S3和S4。每个开关27（S1至S4）都是被光信号控制而接通/断开的半导体开关，并且例如是由固态继电器（photoMOSFET）构成的。

在图3所示的伏特计26中，当测量锂离子电池B的电压时，首先，通过微机34的控制，使开关S1和S2接通并使开关S3和S4断开。这形成了从锂离子电池B的正极起经过开关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、开关S2到锂离子电池B的负极的充电电路。于是，在该充电电路中，快速电容器C1以与锂离子电池B的电压一致的电荷量充电。该快速电容器C1的一端变成正极，而其另一端变成负极。

接下来，通过微机34的控制，使开关S1和S2断开并使开关S3和S4接通。这使得所述快速电容器C1并联连接于电阻器R5、电阻器R3和电阻器R4的串联电路。于是，该快速电容器C1的充电电压被分压为用于所述电阻器R5、R4和R3的电压，并且与电阻器R3两端之间的电压差相等的电位被输入到微机34以用于测量。基于所述电位的测量值和电阻器R5、R4和R3的分压比，由微机34测量快速电容器C1的充电电压，从而获得锂离子电池B的电压的测量。

如上所述，伏特计26包括：通过微机34的控制而连接于锂离子电池B的正极的正极侧部分26a（开关S1、电阻器R1和快速电容器C1的一端）；以及通过微机34的控制而连接于锂离子电池B的负极的负极侧部分26b（快速电容器C1的另一端、电阻器R2和开关S2）。

然后，如图4所示，将所述伏特计26的正极侧部分26a布置于所述混合集成电路5的在并非其纵向的方向上相互面对的两条边的其中一条边上，并且将该伏特计26的负极侧部分26b布置在这两条边的其中另一条边上。由于这种结构，能够确保正极侧部分26a与负极侧部分26b之间的充分绝缘距离。这使得能够防止发生由于该正极侧部分26a与该负极侧部分26b之间的电位差而引起的短路。

而且，如图4所示，通过光信号来控制接通/断开的半导体开关27（S1至S4）布置在伏特计26与控制单元36之间。通过光信号来控制接通/断开的所述半导体开关27（S1至S4）具有相互电绝缘的部分。由于在伏特计26与控制单元36之间存在绝缘部分，所以阻断了该伏特计26与控制单元36之间的放电路线。因而，能够确保所述伏特计26与控制单元36之间的绝缘。

半导体开关27（S1至S4）布置在伏特计26的正极侧部分26a与负极侧部分26b之间。通过光信号来控制接通/断开的所述半导体开关27（S1至S4）具有相互电绝缘的部分。由于在伏特计26的正极侧部分26a与负极侧部分26b之间存在这种绝缘部分，所以阻断了伏特计26的正极侧部分26a与负极侧部分26b之间的放电路线。因而，能够确保所述伏特计26的正极侧部分26a与负极侧部分26b之间的绝缘。

如上所述，根据本实施例的绝缘电路1以如下方式布置：将上面安装有作为高压电路的构成部件的高压连接器21和伏特计26以及作为低压电路的构成部件的控制单元36的所述混合集成电路5堆叠在上面安装有低压连接器31、电源32和接口33的低压基板3上。因此，与将混合电路1的全部构成部件安装在单个基板上的情况相比，用于布置混合电路1的低压基板3所需的面积并未变大。

此外，由于伏特计26安装在混合集成电路5上，所以能够避免由于异物混入而引起的短路故障。

更进一步地，伏特计26、用于控制该伏特计26的工作的控制单元36、用于将锂离子电池B连接于该伏特计26的高压连接器21安装在混合集成电路5上。因而，通过将所述混合集成电路5或低压基板3更换成别的东西，可以改变混合电路1的规格。这意味着：当混合电路1中存在设计改变时，可以仅仅通过更换混合集成电路5或低压基板3来进行这种改变，而无需改变整个混合电路1。这使得能够提供具有通用的高压电路和低压电路的混合电路1。

因而，根据本实施例的混合电路1，可以提供这样的混合电路1，其防止布置面积的增大和短路的发生并且具有通用的高压电路和低压电路。

进一步地，在根据本实施例的混合电路1中，所述伏特计26位于所述混合集成电路5在其纵向上相互面对的两条边的其中一条边上，并且控制单元36位于所述两条边的其中另一条边上。因此，用能够确保所述伏特计26与所述控制单元36之间的充分的绝缘距离。这使得可以防止由于该伏特计26与控制单元36之间的电位差而发生短路。

此外，在根据本实施例的混合电路1中，通过光信号控制接通/断开的半导体开关27（S1至S4）布置在伏特计26与控制单元36之间。通过光信号控制接通/断开的所述半导体开关27（S1至S4）具有相互电绝缘的部分。由于在该伏特计26与控制单元36之间存在绝缘部分，所以阻断了该伏特计26与控制单元36之间的放电路线。因而，能够确保所述伏特计26与控制单元36之间的绝缘。

而且，在根据本实施例的混合电路1中，通过微机34的控制而连接于锂离子电池B的正极的正极侧部分26a布置于所述混合集成电路5的在并非其纵向的方向上相互面对的两条边的其中一条边上，并且通过微机34的控制而连接于锂离子电池B的负极的负极侧部分26b布置在这两条边的其中另一条边上。利用这种结构，能够确保正极侧部分26a与负极侧部分26b之间的充分绝缘距离。因此，能够防止发生由于伏特计26的该正极侧部分26a与该负极侧部分26b之间的电位差而发生的短路。

更进一步地，在根据本实施例的混合电路1中，通过光信号控制接通/断开的所述半导体开关27（S1至S4）布置在伏特计26的正极侧部分26a与负极侧部分26b之间。通过光信号控制接通/断开的所述半导体开关27（S1至S4）具有相互电绝缘的部分。由于在伏特计26的正极侧部分26a与负极侧部分26b之间存在这种绝缘部分，所以阻断了伏特计26的正极侧部分26a与负极侧部分26b之间的放电路线。这使得能够确保所述伏特计26的正极侧部分26a与负极侧部分26b之间的绝缘。

更进一步地，在根据本实施例的混合电路1中，整个高压电路通过模制成型而封装为混合集成电路5并且与周围绝缘。因而，就可以防止维护等期间的电震（eclecticshock）而言，可以实现针对低压电路侧的绝缘性的提升并且提升安全性。此外，包括高压连接器21的整个高压电路被排除在待安装于低压基板3上的部件之外。因此，可以实现低压基板3的小型化。此外，由于不需要在低压基板3上使高压电路与低压电路混合，所以可以提升低压基板3的部件安装效率。

已经参考附图描述了根据本实施例的混合电路1，但是本发明并不局限于此，并且其各部分的结构可以用具有相似功能的不同给定结构所替代。

例如，上面的实施例说明的是图2A和2B所示的将高压连接器21连同包括伏特计26和控制单元36的部件一起布置在混合集成电路5的上表面上的情况。

然而，如图5A的侧视图所示，该高压连接器21还可以布置在混合集成电路5的面向所述低压基板3的下表面5b（混合集成电路的面向低压基板的表面）上。利用这种结构，在上表面5a不需要布置高压连接器21的空间，因而使得能够有效地利用布置伏特计26和控制单元36的该上表面5a。

替换地，如图5B中所示，通过将高压连接器21嵌合于形成在混合集成电路5的基板部分中的切口，该高压连接器21可以布置为横跨该混合集成电路5的两个表面，使得而使该高压连接器21的一部分处于该混合集成电路5的上表面侧并且该高压连接器21的其余部分处于该混合集成电路5的下表面侧。利用这种布置，能够以比高压连接器21的高度更短的间隔来布置低压基板3和混合集成电路5，使得能够减小整个混合电路1的尺寸。

此外，如图6的平面图所示，高压连接器21可以布置在所述混合集成电路5的在与该混合集成电路5纵向不同的方向上相互面对的两条边的其中一条边上，而不是所述混合集成电路5在纵向上的两条边的其中一条边上。在这种情况下，如图5A和5B所示，高压连接器21也可以设置在混合集成电路5的下表面5b侧上，或者通过将高压连接器21嵌入在形成于混合集成电路5中的切口中而横跨该混合集成电路5的上表面5a和下表面5b。

此外，在前述实施例中，以测量锂离子电池B的每个电池单元的电压的混合电路1为例进行说明。然而，作为用于将具有高电源电压的高压电路和具有低电源电压的低压电路安装在基板上的结构，本发明可以应用于广泛的领域。

例如，本发明还可以应用于用于监控包括镍氢组装电池和燃料电池的一般高压电池的电源的混合电路。而且，除了电源监控之外，本发明还可以应用于例如漏电传感器用的混合电路。此外，根据本实施例的混合电路并不局限于用于车载蓄电池或非车载蓄电池，并且可以广泛地应用为用于高压电源系统的各种目的的混合电路。

Claims (3)

1.一种包括高压电路和低压电路的混合电路，该高压电路和该低压电路彼此具有不同的电源电压，该混合电路包括：

低压基板，该低压基板上安装用于将外部低压部件电连接于所述低压电路的低压系统用连接器；以及

基板状的混合集成电路，该混合集成电路叠置在所述低压基板上，其中

所述低压电路包括控制所述高压电路的工作的控制单元，并且

所述控制单元、所述高压电路和用于将外部高压部件电连接于所述高压电路的高压系统用连接器安装在所述混合集成电路上。

2.根据权利要求1所述的混合电路，其中，在所述低压基板与所述混合集成电路之间的间隔的方向上，所述高压系统用连接器的至少一部分布置在所述混合集成电路的表面侧上，所述混合集成电路的所述表面侧与面向所述低压基板的所述混合集成电路的表面相对。

3.根据权利要求1或2所述的混合电路，其中，所述高压电路和所述高压系统用连接器布置在所述混合集成电路的相互面对的一对边的其中一条边上，并且所述控制单元布置在所述一对边的其中另一条边上。