CN103023010B - 车载用控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种车载用控制装置,是在发生浪涌时也能够保护MOSFET的电源输入部的电路结构。由p沟道MOSFET(1)、n沟道MOSFET(2)、齐纳二极管(3)、齐纳二极管(4)、抑制电流逆流的线圈(5)、保持p沟道MOSFET(1)的源极与n沟道MOSFET(2)的漏极之间的电压差的电阻(6)、在p沟道MOSFET(1)短路破坏时保护电路的电阻(7)、在n沟道MOSFET(2)短路破坏时保护电路的电阻(8)、抑制对电源IC的输入电压的变动的电解电容器(9)、对ECU供给电压的电池(10)、生成使ECU内部的IC工作的电压的电源IC(11)构成。
Description
技术领域
本发明涉及车载用控制装置,特别涉及用于车载用控制装置的电源IC的电源输入部的电路。
背景技术
在使车载用控制装置(ECU)工作的情况下,一般方法是通过将电池的正端子与ECU电源输入端子连接、将电池的负端子与GND连接,而对ECU供给电源使其工作。但是,可能因人为失误而使电池的端子相反地连接,在没有实施反向连接对策的ECU中,内部电路会被破坏。因此,需要在ECU电源输入部中构成反接保护电路。
以往使用在电源输入部中连接二极管的方法作为反接保护电路。在反向连接电池的情况下,因为二极管的整流作用而截断从电源IC对电池流过的电流的通路,所以对电源IC施加的电压几乎为0V。
但是,该方式中在正常连接电池的情况下,会产生与二极管的顺方向电压相应的电压降,所以在电池电压例如降低至ECU的可工作电压程度的情况下,存在用于使ECU工作的电压不足、发生ECU复位的可能性。
此外,专利文献1中,公开了使用MOSFET代替二极管,不会产生电压降的反接防止电路的技术。
先行技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平7-244584号公报
发明内容
发明要解决的课题
使用二极管的现有的反接保护电路中,在电池电压降低的情况下,存在不能够供给电源IC工作所需的电压、ECU工作不良的可能性。此外,专利文献1的反接防止电路中,没有考虑和公开从输入端子发生浪涌的情况的FET的保护,所以会发生浪涌发生时FET破坏、从电源流过异常电流等问题。
于是,本发明目的在于提供一种用MOSFET代替二极管,在发生浪涌时也能够保护MOSFET的电源输入部的电路结构。
用于解决课题的方法
为了达成上述目的,本发明的结构包括:在车载蓄电池与使来自上述车载蓄电池的输出电压降低至规定值的电源IC之间连接的第一FET;控制上述第一FET的ON/OFF的第二FET;在上述第二FET的栅极与上述车载蓄电池的+端子之间串联连接的第一电阻;在上述第二FET的栅极与接地之间连接的第一浪涌电压保护元件;在上述第一FET的源极与上述电源IC之间串联连接的线圈;在上述第一FET的源极与上述第二FET的漏极之间连接的第二电阻;连接在上述电源IC的输入侧的电容器;在上述第一FET的栅极与上述第二FET的漏极之间串联连接的第三电阻;和连接在上述电源IC的输入侧的第二浪涌电压保护元件。
发明效果
根据本发明,即使在装载于车辆的电池的电压降低到ECU的可工作电压附近时,也能够保证ECU工作,此外,在反向连接电源端子的情况下,也能够保护ECU内部电路。进而,在发生浪涌时能够保护ECU内部电路,防止ECU复位。
附图说明
图1是使用二极管的反接保护电路。
图2是日本特开平1-177865号公报的开关电源电路。
图3是本发明的能够保证电池电压6V工作的反接保护电路。
图4是带诊断功能的反接保护电路。
图5是实施例2中的p沟道MOSFET的ON电阻增加故障时的诊断图。
图6是实施例2中的p沟道MOSFET的短路故障时的诊断图。
图7是使电源输入部与电源IC一体化的电路。
图8是将压敏电阻(varistor)用于n沟道MOSFET的栅极保护的电路。
符号说明
1 p沟道MOSFET
2 n沟道MOSFET
3、4 齐纳二极管
5 线圈
6、7、8 电阻
9 电解电容器
10 电池
11 电源IC
12、13 差动放大电路
14 基准电压
15 MPU
16 压敏电阻
具体实施方式
用图1说明使用二极管的反接保护电路。根据如图1所示的在ECU的电源输入部中连接二极管的方法,即使在ECU上反向连接电池的情况下,从ECU内的电源IC流向电池的电流的通路被截断,所以对电源IC施加的电压几乎为0V。
如上所述,作为反接保护电路,图1的电路是理想的,但在正常连接电池端子的情况下,会产生相当于二极管的顺方向电压的电压降。在电源电压降低至ECU的可工作电压(例如6V)程度的情况下,存在用于使ECU工作的电压不足、发生ECU复位的可能性。
用图2说明使用MOSFET代替二极管的不产生电压降的反接防止电路。
图2的电路包括:在输入端子与输出端子之间安装的反接保护用FET;进行该FET的开关的开关用FET;在两个FET之间安装的电阻和二极管;和用于对栅极电压分压的电阻。这样的结构中,发生浪涌时开关用FET会破损,从输入端子流入异常电流。本发明中,对于开关用FET,通过在其栅极使用齐纳二极管,而实现发生浪涌时防止FET破坏。以下根据附图对本发明的实施例加以说明。
【实施例1】
图3是即使电池电压降低至作为ECU的可工作电压的6V程度时也能够保证ECU工作的反接保护电路的本发明的一个实施例。
图3的实施例中,由p沟道MOSFET1、n沟道MOSFET2、齐纳二极管3、齐纳二极管4、抑制电流逆流的线圈5、保持p沟道MOSFET1的源极与n沟道MOSFET2的漏极之间的电压差的电阻6、在p沟道MOSFET1短路破坏时保护电路的电阻7、在n沟道MOSFET2短路破坏时保护电路的电阻8、抑制对电源IC的输入电压的变动的电解电容器9、对ECU供给电压的电池10、生成使ECU内部的IC工作的电压的电源IC11构成。
图3中,在正常连接电池10的情况下,通过p沟道MOSFET1的寄生二极管,对电源IC11供给电压。此外,通过使n沟道MOSFET2为ON、p沟道MOSFET1的栅极为Low,而在p沟道MOSFET1的栅极-源极间产生电位差。然后,因为p沟道MOSFET1为ON,所以在电池10与电源IC11之间不会像图1的电路那样产生电压降,所以在电池10的电压降低至ECU可工作电压6V程度的情况下也能够保证ECU工作。
另一方面,图3中,在反向连接电池10的端子的情况下,n沟道MOSFET2成为OFF状态,p沟道MOSFET1也是OFF状态,所以从电源IC11流向电池10的电流的通路被截断。因此,能够防止电源IC11破损。
图3中,在ECU通常工作时,在从与电池10端子连接的负载发生负浪涌的情况下,n沟道MOSFET2成为OFF状态,p沟道MOSFET1的栅极-源极间的电位差消失而成为OFF状态,所以从电源IC11流向电池10的电流的通路被截断。因此,可以保持对电压IC11供给的电压,防止因电池电压降低引起的ECU复位。此外,从发生负浪涌起到p沟道MOSFET1成为OFF之间,会产生从电源IC11到电源10方向的电流的旁通,但线圈5使旁通的电流的相位延迟,进而,电解电容器9起到保持对电源IC11供给的电压的作用。
图3中,在ECU通常工作时电池10电压输入部中发生正浪涌的情况下,通过齐纳二极管3使n沟道MOSFET2的栅极电压固定为齐纳电压,所以能够保护n沟道MOSFET2。此外,通过电阻8能够实现n沟道MOSFET2短路故障的情况下防止电池10与接地短路。此外,通过由齐纳二极管4保护电源IC11,ECU能够持续通常工作。
根据本实施例,因为在发生浪涌的情况下也可以保护n沟道MOSFET2,所以可以保证使p沟道MOSFET1的栅极开关的功能。由此,能够使异常电流不会流向电源IC,所以在发生浪涌时也能够保证ECU的动作。
【实施例2】
图4是设置了p沟道MOSFET1的故障诊断的实施例。
图4的实施例中,在图3的电路上,加上检测p沟道MOSFET1的源极-漏极间的电压差的差动放大电路12、检测电阻7的电压差的差动放大电路13、差动放大电路12的基准电压14、MPU15构成。可以从电源IC11供给电压,也可以兼用进行用于由ECU对控制对象器件进行控制的运算的MPU和MPU15。
在p沟道MOSFET1正常的情况下,设差动放大电路12的差动放大率为α,p沟道MOSFET1的ON电阻为Ron,p沟道MOSFET的漏极-源极间电流为Ids,基准电压为X时,差动放大电路12的输出A能够用式(1)运算。A=α·Ron·Ids+X……(1)
在p沟道MOSFET1发生ON电阻增加故障的情况下,漏极-源极间电压上升,差动放大电路12的输出A超过一定值时,MPU15判定p沟道MOSFET1发生故障。
在p沟道MOSFET1短路故障的情况下,漏极-源极间不产生电压差,所以差动放大电路12的输出A成为基准电压X。
电池10电压输入部中发生瞬间断开或者负浪涌的情况下,直到ECU恢复正常工作为止,差动放大电路12的输出都会瞬间成为基准电压以下。
由此,随着p沟道MOSFET1的状态变化,对于差动放大电路12的输出A,能够制作如图5所示的诊断图。图5的纵轴表示差动放大电路12的输出A,横轴表示p沟道MOSFET1的状态变化。
此外,在p沟道MOSFET1正常的情况下,电阻7中不会流过电流,所以差动放大电路13的输出B是运算放大器的偏移电压。
在p沟道MOSFET1短路故障的情况下,设电阻7的电阻值为R7,电阻7中流过的电流值为I7,差动放大电路13的差动放大率为β时,差动放大电路13的输出B能够用式(2)运算。B=β·R7·I7……(2)
由此,随着p沟道MOSFET1的状态变化,对于差动放大电路13的输出B,能够制作如图6所示的诊断图。图6的纵轴表示差动放大电路12的输出B,横轴表示p沟道MOSFET1的状态变化。
像这样,MPU15通过对差动放大电路12、13的输出A、B与基准电压14和预先在ECU内的ROM中保存的判定值等进行比较,能够判定p沟道MOSFET1的故障。
用以上方法,在MPU15判定p沟道FET1故障的情况下,通过从ECU输出信号,点亮警告灯,能够对驾驶员通知异常,或者进行规定的失效保险控制(Fail-safe control)。
【实施例3】
图7是将图3的p沟道MOSFET1和n沟道MOSFET2集成在电源IC11内作为一个封装的情况的实施例。通过在电源IC11的内部集成p沟道MOSFET1和n沟道MOSFET2,能够减少安装面积。此外,也能够将p沟道MOSFET1和n沟道MOSFET2作为ASIC安装。
【实施例4】
图8是使用压敏电阻16代替图3的齐纳二极管3的情况的实施例。在压敏电阻16在两端子间的电压低的情况下电阻高,端子间电压高达规定以上的情况下电阻变低。从而,使用压敏电阻16代替齐纳二极管3,也能够在从电池1电源输入部发生浪涌的情况下,保护n沟道MOSFET2的栅极。同样,也可以使用压敏电阻代替齐纳二极管4。
Claims (7)
1.一种车载用控制装置,其特征在于,包括:
在车载蓄电池与使来自所述车载蓄电池的输出电压降低至规定值的电源IC之间连接的第一FET;
控制所述第一FET的ON/OFF的第二FET;
在所述第二FET的栅极与所述车载蓄电池的+端子之间串联连接的第一电阻;
在所述第二FET的栅极与接地之间连接的第一浪涌电压保护元件;
在所述第一FET的源极与所述电源IC之间串联连接的线圈;
在所述第一FET的源极与所述第二FET的漏极之间连接的第二电阻;
连接在所述电源IC的输入侧的电容器;
在所述第一FET的栅极与所述第二FET的漏极之间串联连接的第三电阻;
连接在所述电源IC的输入侧的第二浪涌电压保护元件;
检测所述第一FET的源极与漏极之间的电压差的第一差动放大电路;和
检测所述第三电阻两端的电压差的第二差动放大电路,
其中,基于所述第一差动放大电路的输出和所述第二差动放大电路的输出,诊断所述第一FET的故障。
2.如权利要求1所述的车载用控制装置,其特征在于:
在所述第一FET和所述第二FET,分别并联地设置有寄生二极管。
3.如权利要求1所述的车载用控制装置,其特征在于:
所述车载蓄电池的端子反向连接时,所述第二FET成为OFF,从而使所述第一FET成为OFF状态。
4.如权利要求3所述的车载用控制装置,其特征在于:
从与所述车载蓄电池的端子连接的负载发生负浪涌时,截断从所述电源IC流向所述车载蓄电池的电流的通路。
5.如权利要求1所述的车载用控制装置,其特征在于:
在从所述车载蓄电池的端子发生正浪涌的情况下,所述第二浪涌电压保护元件保护所述第二FET。
6.如权利要求1所述的车载用控制装置,其特征在于:
在从所述车载蓄电池的端子施加了适当的电压的情况下,所述第一FET和所述第二FET成为ON状态,使电压输入到所述电源IC。
7.一种车载用控制装置用保护电路,其特征在于,包括:
在车载蓄电池与使来自所述车载蓄电池的输出电压降低至规定值的电源IC之间连接的第一FET;
控制所述第一FET的ON/OFF的第二FET;
在所述第二FET的栅极与接地之间串联连接的第一电阻;
在所述第二FET的栅极与接地之间连接的第一浪涌电压保护元件;
在所述第一FET的源极与所述电源IC之间串联连接的线圈;
在所述第一FET的源极与所述第二FET的漏极之间连接的第二电阻;
连接在所述电源IC的输入侧的电容器;
在所述第一FET的栅极与所述第二FET的漏极之间串联连接的第三电阻;
连接在所述电源IC的输入侧的第二浪涌电压保护元件;
检测所述第一FET的源极与漏极之间的电压差的第一差动放大电路;和
检测所述第三电阻两端的电压差的第二差动放大电路,
其中,基于所述第一差动放大电路的输出和所述第二差动放大电路的输出,诊断所述第一FET的故障。
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