CN103262374A - 负载电路断路检测器 - Google Patents

Abstract

负载电路断路检测器，包括：用于检测流经负载电路的电线（W1）的电流的电流传感器（16）；及保护装置（100），用于根据检测的电流推算电线（W1）的温度，并且如果电线的推算温度达到阈值温度，则强制断开半导体开关（Q1）。如果半导体开关（Q1）接通之后，甚至在预定时间（P1）由温度计算单元（24）计算的温度升高仍然为零，则该负载电路断路检测器判定，在负载电路中存在连接故障。

Description

负载电路断路检测器

技术领域

本发明涉及一种立即检测为负载电路设置的电线的断路或开路故障的断路检测器。

背景技术

通过电线、连接器、接线块、继电器模块、如半导体开关之类的电子开关等，将安装在车辆上的各种负载连接到电池上。在这种负载电路中，需要检查负载是否正常连接到电子开关上。具体地，在某些情况下发生电线的断路和连接器的连接不良（下文中，断路、连接不良和开路故障统称为断路）。在这种情况下，负载电路无法正常工作。因此，已经提出用于检测负载电路的断路的某些断路检测器并投入实际使用。

常规的断路检测器采用：采用为负载电路设置的用于检测断路的电流检测电路来检测断路的方法（专利文献1），或者通过提供用于负载电路的分路电阻器并测量该分路电阻器两端产生的电压来检测断路的方法。

引用列表

专利文献

专利文献1：WO2007/139108A1

发明内容

然而，在这种如上所述的传统断路检测器中，需要提供许多部件、检测电路等，用于检测负载电路的断路。因此，电路构造的尺寸增大，并且其成本升高。

作出了本发明，以解决前述常规问题，并且本发明的目的是，提供一种负载电路断路检测器，它能够在其电路构造的尺寸不增大的情况下检测负载电路的断路。

为了实现前述目的，本发明的第一方面所述负载电路断路检测器在负载电路的电线的温度升高时断路负载电路，并检测负载电路中断路的发生，该负载电路将从电源输出的电力供给到负载并驱动该负载。该负载电路断路检测器包括：电流检测器，用于检测流经负载电路的电线的电流；电子开关，用于在负载电路的接通和断路之间转换；温度推算器，用于在电子开关接通时根据电流传感器检测的电流计算电线在预定采样周期的温度升高，并在电子开关接通之后推算预定时间周期电线的温度；及开关控制器，用于根据驱动指令控制电子开关的接通和断路，并且当温度推算器推算的电线温度达到预先设定的阈值温度时强制断路电子开关。如果在电子开关接通之后，在预定时间周期，温度推算器计算的温度升高等于零，则该开关控制器判定负载电路中发生连接故障。

优选地，本发明的第一方面所述的负载电路断路检测器，还包括操作开关，该操作开关用于设定所述负载电路的诊断模式。当操作所述操作开关以设定所述诊断模式时，所述开关控制器只在预先设定的导通时间期间接通所述电子开关，并且，如果在所述导通时间过去之后所推算的温度等于零，则该开关控制器判定在连接于负载电路的所述负载中发生所述连接故障。

更优选地，本发明的第一方面所述的负载电路断路检测器，还包括报警装置，如果开关控制器判定发生了连接故障，则该报警装置用于输出报警信号。

本发明的第一方面所述负载电路断路检测器包括作为保护装置的开关控制器，该开关控制器检测在负载电路中流动的电流，基于检测的电流推算电线温度，并且如果推算的电线温度达到阈值温度，则强制断路电子开关。如果即使在电子开关接通之后在预定时间（P1）中温度升高为零，则第一方面所述的断路检测器判定负载电路中存在连接故障。因此，不需要提供许多部件用于断路检测。因此，能够减小检测器尺寸并降低成本。

附图说明

图1是图示出根据本发明的实施例所述断路检测器的构造和设置有该断路检测器的负载电路的电路图。

图2是图示出设置有根据本发明的实施例所述断路检测器的负载电路的半导体开关和电流传感器的具体构造的电路图。

图3是图示出根据本发明的实施例所述断路检测器中时间与推算温度之间关系的特性图。

具体实施方式

下文中，参照附图描述本发明的实施例。

图1是图示出包括根据本实施例所述断路检测器和负载电路的保护装置的构造的电路图。如图1中所示，根据本实施例所述保护装置100具有检测在安装在车辆上的负载电路中流动的过电流，以断开负载电路，和检测该负载电路中发生断路的功能。

该负载电路包括：安装在车辆上的电池VB；半导体开关（电子开关）Q1；将驱动信号输出到该半导体开关Q1的驱动器电路15；及通过线W1连接的负载RL。在某些情况下，在半导体开关Q1与负载RL（附图中未示出）之间设置接线块、连接器等。

当过电流在负载电路中流动，以使得负载电路的线W1过热时，该保护装置100具有断开半导体开关Q1，以保护整个负载电路防止过热的功能。该保护装置包括输入I/F11、逻辑电路12、内部电源13、时钟电路14和检测在负载电路中流动的电流的电流传感器16。

当外部提供的负载驱动开关SW1接通时或者当用于诊断负载的操作开关SW2接通时，输入I/F11检测开关SW1或SW2接通，并将指令信号输出到逻辑电路12，将内部电源启动信号输出到内部电源13。该负载驱动开关SW1是接通以驱动负载RL的开关。当负载驱动开关SW1处于接通并且半导体开关Q1接通时，该负载RL被驱动。操作开关SW2是接通而用于诊断负载RL是否正常工作的开关。当操作开关SW2接通时，保护装置100的操作进入诊断模式，并且半导体开关Q1在预定导通时间期间接通。

内部电源13包括由安装在车辆上的电池VB供给的电压产生期望的恒定电压，并将驱动电力供给到保护装置100的每个元件的功能。当被提供有来自输入I/F11的内部电源启动信号时，该内部电源13将输出电压供给到每个元件。当被提供有来自逻辑电路12的用于停止内部电源的睡眠信号供给时，该内部电源13停止输出电压。换句话说，当接收内部电源启动信号时，该内部电源13以正常模式工作，并且当供给睡眠信号时，进入睡眠模式，以停止输出电力。

时钟电路14输出时钟信号，以驱动逻辑电路12并将其输出到时钟电路12。

电流传感器16检测负载电路中流动的电流，并将检测到的电流信号输出到逻辑电路12。例如，检测电流的其中一个方法将多源FET用作半导体继电器Q1，并使用由该多源FET测量的电流值。图2是使用多源FET（T1）的情况的电路图。由附图标记T1表示的部分对应于图1中所示的半导体开关Q1和电流传感器16。当电流在负载电路中流动时，与负载电流成比例的电流流经多源FET（T1）的子源端子。因此，通过测量检测电阻器R1的两端之间引起的电压，能够检测负载电流。而且，电流传感器16并不局限于多源FET（T1），并能够配置成使用例如分路电阻器来检测电流。

逻辑电路12包括输入判定单元21、控制器22、计时器25、异常检测单元23和温度计算单元24。当从输入I/F11输出接通指令信号时，输入判定单元21将接通指令信号输出到控制器22，并将温度测量指令信号输出到温度计算单元24。

当被提供了来自输入判定单元21的温度测量指令信号时，温度计算单元24根据由电流传感器16测量的电流值和由时钟电路14输出的时钟信号确定的采样周期，在每个采样周期计算热量产生温度或热量释放温度，从而推算电线温度。推算电线温度的方法在后面描述。由该温度计算单元24计算的电线温度信息输出到控制器22、计时器25和异常检测单元23。

计时器25测量由于温度计算单元24开始计算电线温度所经过的时间。当经过的时间达到预先设定的时间的预定周期P1时，计时器25将时间测量终止信号输出到异常检测单元23。

根据由温度计算单元24计算的电线温度，当电线温度达到预先设定的阈值温度（例如150华氏度）时，该异常检测单元23将异常温度检测信号输出到控制器22。而且，当从计时器25接收时间测量终止信号时，异常检测单元23判定所计算的温度在时间的预定周期P1期间是否已经升高。如果计算的温度尚未升高，也就是如果电线W1的温度升高在半导体开关Q1接通之后的时间的预定周期P1期间等于零，则异常检测单元23将断路检测信号输出到控制器22。

当被供给来自输入判定单元21的接通指令信号时，该控制器22将驱动指令信号输出到驱动器电路15。然后，驱动器电路15输出驱动信号到半导体开关Q1的控制端子（例如，MOSFET的门），并且然后半导体开关Q1接通，以驱动负载RL。另一方面，当从输入判定单元21供给的接通指令信号停止时，驱动器电路15停止输出驱动指令信号。因此，控制器22断开半导体开关Q1，以停止负载RL。

而且，当被供给来自异常检测单元23的异常温度检测信号时，控制器22停止输出驱动指令信号，以强制断开半导体开关Q1。而且，当被供给来自异常检测单元23的断路检测信号时，控制器22将报警信号输出到报警装置31。而且，如果由温度计算单元24计算的电线温度降低到预先设定的睡眠阈值（设定得比环境温度稍高的温度），则控制器22输出睡眠信号到内部电源13。当接收睡眠信号时，内部电源13进入睡眠模式，以停止电压的输出。

当被供给来自控制器22的报警信号时，报警装置31通过蜂鸣器、灯等警告用户。

接下来，给出对在温度计算单元24中的温度推算过程的描述。该电线温度推算过程能够采用例如WO2009/151084A中描述的方法。

当电流流经电线W1时，每单位长度的电线W1产生的热量X1用下述等式（1）表示。

X1＝I²Ron dt…（1）

此处，I是由电流传感器16检测的电流；Ron是每单位长度的电线W1的电阻值；并且dt是采样时间（例如dt是5毫秒）。

每单位长度电线W1释放的热量Y1能够用下述等式（2）表示。

Y1＝Q／（Cth*Rth／dt）…（2）

此处，Cth*是电线W1的伪热容（设定得比真实热容小的热容）；Rth是每单位长度的电线W1的热阻值；并且Q是每单位长度的电线W1的热量（与Cth*相乘的电线温度）。

当前采样Tn处测量的电线温度能够用下述等式（3）表示，其中前一采样处测量的电线温度为Tp（最初环境温度）。

Tn=Tp+(X1-Y1)/Cth*…（3）

用作用于断开半导体开关Q1的条件的阈值温度设定为电线W1的发烟温度（例如，150华氏度）。当等式（3）计算的电线温度Tn达到阈值温度时，进行控制，以断开半导体开关Q1。这允许在电线W1发烟之前，安全地断开半导体开关Q1。具体地，当电线温度Tn达到阈值温度时，由于使用伪热容（Cth*）计算电线温度Tn，所以电线W1的真实温度低于阈值温度。因此，在电线W1发烟之前，断开半导体开关Q1，从而防止电线W1过热。

接下来，对如上所述构造的本实施例所述负载电路断路检测器的操作进行描述。下文中，参照图3（a）至3（d）中所示时序图，对半导体开关Q1断开并且没有电流在负载电路中流动、正常电流在负载电路中流动、过电流在负载电路中流动、以及在负载电路中发生连接故障的情况给出描述。

（i）半导体开关Q1断开并且没有电流流经电线W1的情况

当半导体开关Q1断开并且没有电流流经电线W1时，如图3（a）中所示，电流传感器16检测的电流为零。因此，由温度计算单元24计算的温度升高为零，并且电线温度等于环境温度。

（ii）正常电流在负载电路中流动的情况

当半导体开关Q1接通并且电流流经电线W1驱动负载RL时，电流传感器16检测电流。基于等式（1）至（3）中的温度计算逻辑，温度计算单元24在每个采样周期计算电线W1的温度。此时，如图3（b）中所示，该电线W1的温度随着时间升高，并且在饱和温度（环境温度＋温度升高）处稳定。由于该饱和温度低于阈值温度，所以半导体开关1保持接通，并且负载RL继续受到驱动。

（iii）过电流在负载电路中流动的情况

考虑半导体开关Q1接通并且过电流流经电线W1的情况。此时，如图3（c）中所示，当由温度计算单元24计算的电线W1的推算温度超过阈值温度时，异常检测单元23检测到：电线W1的推算温度超过阈值温度并输出异常温度检测信号到控制器22。该控制器22停止输出到驱动器电路15的驱动指令信号，以强制断开半导体开关Q1。因此，负载电路在电线W1发烟之前断开。因此，该负载电路能够受到保护。

（iv）负载电路中发生连接故障的情况

当在负载电路中存在连接故障时，即使半导体开关Q1接通，也没有电流流经电线W1。因此，由温度计算单元24计算的温度升高为零。如果当由计时器25测量的时间为预定周期P1的时间时，异常检测单元23检测到电线W1的温度升高为零，则异常检测单元23将断路检测信号输出到控制器22。然后，控制器22输出报警信号到报警装置31。该报警装置31报警，以通知用户负载电路中的连接故障。

而且，对操作开关SW2进行操作，以使得保护装置100的操作进入诊断模式。具体地，如果用户接通操作开关SW2，则在预先设定的导通时间（比前述周期P1的时间更长的时间）期间，输入接通半导体开关Q1的驱动指令信号，并且控制器22只在该导通时间期间接通半导体开关Q1。当负载电路正常工作时，由温度计算单元24推算的温度由于对应于该导通时间的热量产生而升高。另一方面，在负载电路中连接故障的情况下，甚至在导通时间过去之后，电线W1的温度升高也保持为零。如果该温度升高为零，则报警装置31以类似于前述过程的方式报警。因此用户能够得到通知，负载电路中导致的连接故障。简而言之，通过接通操作开关SW2，能够诊断构成负载电路的电线和负载RL是否正常工作。

图1说明了由报警装置31通知的连接故障发生的例子。然而，能够配置的是，表示发生连接故障的信号作为诊断信号使用安装在车辆等上的LIN（局域互联网络）或CAN（控制器局域网络）发送到上层系统中。

以这种方式，根据本实施例所述的负载电路断路检测器采用保护装置100，该保护装置基于由电流传感器16检测的电流来推算电线温度，如果推算的温度达到阈值温度，则断开半导体开关Q1，以保护电路防止过热。当尽管半导体开关Q1接通，但是在预定周期P1的时间过去之后，温度计算单元24推算的电线W1的温度升高为零时，判定在负载电路中存在连接故障。

因此，不像常规方法中单独提供断路检测电路或分路电阻器等那样，利用非常简单的构造就能够检测负载电路中断路。检测器的尺寸能够减小，并且其成本能够进一步降低。

而且，即使在不实际驱动负载电路的情况下，如果操作开关SW2接通，则半导体开关Q1也只在对于断路检测而预先设定的导通时间期间接通。因此，能够很容易地对其操作难以检测的负载进行连接故障的诊断。

而且，在连接故障的情况下，由报警装置31通知用户连接故障。因此，用户能够立即认识到负载电路中断路的发生，并且能够开始维护工作。

在上面，基于附图中所示实施例，描述了本发明的负载电路断路检测器。本发明并不局限于此，并且每个单元的构造都能够用包括任意构造和相同功能的构造代替。

例如，在实施例的上面描述中，电子开关是如MOSFET之类的半导体开关。然而，本发明并不局限于此，并且电子开关也能够由包括继电器线圈和继电器触点的继电器电路组成。

工业实用性

本发明可应用于采用简单方法对负载电路的连接故障的检测。

Claims (3)

1.一种负载电路断路检测器，该负载电路断路检测器在负载电路的电线的温度升高时断开该负载电路，并且检测该负载电路中断路的发生；该负载电路将从电源输出的电力供给到负载，并驱动该负载；该断路检测器包括：

电流传感器，该电流传感器用于检测流经所述负载电路的所述电线的电流；

电子开关，该电子开关用于在所述负载电路的接通和断开之间转换；

温度推算器，当所述电子开关接通时，该温度推算器用于基于由所述电流传感器检测的电流，以预定采样周期计算所述电线的温度升高，并且，在所述电子开关接通之后的预定时间周期，该温度推算器推算所述电线的温度；以及

开关控制器，该开关控制器基于驱动指令，控制所述电子开关的接通和断开，并且，当由所述温度推算器推算的所述电线的温度达到预先设定的阈值温度时，该开关控制器强制断开所述电子开关；其中，如果在所述电子开关接通之后的预定时间周期，由所述温度推算器计算的温度升高等于零，则该开关控制器判定在所述负载电路中发生连接故障。

2.如权利要求1的负载电路断路检测器，还包括操作开关，该操作开关用于设定所述负载电路的诊断模式，其中

当操作所述操作开关以设定所述诊断模式时，所述开关控制器只在预先设定的导通时间期间接通所述电子开关，并且，如果在所述导通时间过去之后所推算的温度等于零，则该开关控制器判定在连接于负载电路的所述负载中发生所述连接故障。

3.如权利要求1和2中任意一项的负载电路断路检测器，还包括：

报警装置，如果所述开关控制器判定发生了所述连接故障，则该报警装置用于输出报警信号。

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