CN103359014A

CN103359014A - 电源电路

Info

Publication number: CN103359014A
Application number: CN2013101027064A
Authority: CN
Inventors: 榊原典尚
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: US9188101B2; CA2810841C; EP2644457A1; US20130257062A1; JP2013209017A; CN103359014B; CA2810841A1

Abstract

本发明提供了一种电源电路，该电源电路包括：升压电路，具有升压切换元件、设置在电池与升压切换元件之间的线圈以及设置在线圈与负载之间的整流元件；第一开关，与升压电路并联连接；电流检测电路，检测流过第一开关的电流；以及控制电路，在除了空转停止之后再启动发动机外的正常状态期间接通第一开关，而在空转停止之后再启动发动机时关断第一开关并控制升压切换元件的操作，使得电池的电压被提升并被供给到负载。控制电路基于电流检测电路在正常状态期间检测到的电流来确定第一开关是否具有断开故障。

Description

电源电路

技术领域

本发明涉及使得电池稳定地向具有空转停止控制器的车辆中的负载供给电压的电源电路。

背景技术

近年来，为了降低燃料消耗和废气排放，具有空转停止控制器的车辆已投入实际应用。车辆的空转停止控制器在检测到车辆例如在交通灯处停止时自动关闭其发动机，而在检测到车辆即将再次启动时自动再启动发动机。

当在空转停止之后再启动这种车辆的发动机时，大电流流到车辆的启动电动机，使得车辆的电池的电压暂时下降。相应地，关于连接到电池的各种负载（诸如除了启动电动机外的电子装置）的电源电压在再启动车辆时也暂时下降。因此，存在电压下降到任意电子装置适当地进行操作所需的电平以下从而引起该装置的临时故障的担忧。例如，汽车导航系统和音频系统会被重置，或者音频系统中的声音会跳跃。因此，可能发生任何电子装置的不可预见的操作。

为了解决上述问题，可在电池与负载之间设置电源电路，以在暂时发生电池的电压下降时也能将负载所需的电压保持恒定。

日本专利申请公布2005-112250公开了一种解决上述问题的电源电路。电源电路包括升压电路和旁路继电器，该旁路继电器在该继电器闭合时使升压电路被旁路。在空转停止之后再启动发动机时，在旁路继电器保持断开的情况下激活升压电路，使得电池的电压被升压电路提升并且提升后的电压被供给到车辆的各种电子负载。在除了再启动发动机外的正常状态期间，旁路继电器保持闭合，从而使得升压电路被旁路，使得电池的电压通过旁路继电器供给到负载。

当在空转停止之后在再启动发动机时电池的电压暂时下降时，电源电路确保供给了负载所需的电压。同时，在除了再启动发动机外的正常状态期间，电池的电压被供给到负载而不会被升压电路中的切换元件降低，使得可以维持负载所需的电压的供给。

然而，如果在电源电路中的旁路继电器中发生断开故障并且电池的电压始终通过升压电路供给到负载，则升压电路中的切换元件使得供给到负载的电池电压降低。

本发明旨在提供一种电源电路，其允许向配备有空转停止控制器的车辆的电子装置的负载供给稳定电压。

发明内容

一种电源电路包括：升压电路，具有升压切换元件、设置在电池与升压切换元件之间的线圈以及设置在线圈与负载之间的整流元件；第一开关，与升压电路并联连接；电流检测电路，检测流过第一开关的电流；以及控制电路，在除了空转停止之后再启动发动机外的正常状态期间接通第一开关，而在空转停止之后再启动发动机时关断第一开关并且控制升压切换元件的操作，使得电池的电压被提升并被供给到负载。控制电路基于在正常状态期间电流检测电路检测到的电流来确定第一开关是否具有断开故障。

根据以下结合作为示例来说明本发明的原理的附图所进行的描述，本发明的其他方面和优点将变得显而易见。

附图说明

在所附权利要求中具体阐述被认为是新颖的本发明的特征。通过参考以下对当前优选实施例的描述以及附图，可最佳地理解本发明及其目的和优点，在附图中：

图1是示出根据本发明的第一实施例的电源电路的示意性配置图；

图2是示出图1的电源电路的操作的流程图；

图3是示出根据本发明的第二实施例的电源电路的示意性配置图；

图4是示出根据本发明的第三实施例的电源电路的示意性配置图；

图5是示出根据本发明的第四实施例的电源电路的示意性配置图；

图6是示出根据本发明的第五实施例的电源电路的示意性配置图；

图7是示出根据本发明的第六实施例的电源电路的示意性配置图；以及

图8是示出根据本发明的第七实施例的电源电路的示意性配置图。

具体实施方式

参照图1，根据本发明的第一实施例的电源电路一般由附图标记1表示。电源电路1被适配成将安装在非空转车辆上的电池2的电压保持恒定，并且还将电压供给到负载3。电源电路1包括升压电路4和旁路电路5。

升压电路4在发动机的空转停止之后再启动发动机时提升电池2的电压，并将提升后的电压供给到负载3。升压电路4包括升压切换元件6、线圈7、整流二极管8（或者整流元件）、电容器9、10、驱动电路11、控制电路13和用于控制电路13的电源12。

升压切换元件6例如由金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）或绝缘栅双极晶体管（IGBT）构成。

线圈7设置在电池2与升压切换元件6之间。整流二极管8设置在线圈7与负载3之间。电容器9设置在升压电路4的输入级中。

电容器10设置在升压电路4的输出级中。驱动电路11基于控制电路13传送的控制信号S1驱动升压切换元件6。

电源12向控制电路13供电。旁路电路5包括第一开关14、第二开关15、驱动电路16、17和电流检测电路18。

第一开关14和第二开关15例如由MOSFET或继电器构成，并且与升压电路4并联连接。驱动电路16基于控制电路13传送的控制信号S2来驱动第一开关14，并且驱动电路17基于控制电路13传送的控制信号S3驱动第二开关15。

电流检测电路18例如由分流电阻、电流变压器或霍尔元件构成，并且用作电流检测传感器。电流检测电路18设置在第一开关14和第二开关15的连接点与负载13之间。

控制电路13基于上位控制电路（head control circuit）19发送的各种数据来传送控制信号S1至S3。控制电路13由软件或硬件构成。由软件构成的控制电路13包括CPU和存储器。存储在存储器中的程序由CPU读取并执行。控制电路13可设置在升压电路4外部。

在除了在空转停止之后再启动发动机外的正常状态期间，控制电路13基于从上位控制电路19发送的各种数据来传送用于保持第一开关14和第二开关15接通或闭合的控制信号S2、S3，并且还传送用于保持升压切换元件6关断或断开的控制信号S1。在这样的正常状态期间，电池2通过然后闭合的第一开关14和第二开关15电连接到负载3，使得电流从电池2通过开关14、15流到负载3，从而使得升压电路4被旁路。因此，升压电路4没有执行对电池2的电压的提升。可以通过使得电池2由于旁路电路5的第一开关14和第二开关15而引起的压降小于由于升压电路4的线圈7和整流二极管8而引起的压降，维持在除了空转停止之后再启动发动机外的正常状态期间向负载3供给所需电压。下文中将控制电路13的该操作模式称为“旁路模式”。

在空转停止之后再启动发动机时，控制电路13传送控制信号S2、S3以及S1，其中，信号S2、S3用于保持第一开关14和第二开关15关断或断开，以及信号S1用于使得升压切换元件6重复开关操作。因此，电池2与负载3之间通过第一开关14和第二开关15的电连接被切断，但升压电路4被激活以提升电池2的电压，使得提升后的电池2的电压被供给到负载3。因此，即使电池2的电压由于用于再启动发动机的启动电动机的操作而暂时下降，也可以维持负载3所需的电压的供给。下文中将控制电路13的该操作模式称为“升压模式”。

在旁路模式操作中，控制电路13确定电流检测电路18以预定时间间隔（例如，5秒）检测到的电流是否为阈值Ith（例如，5A（安培））以上。如果控制电路13确定所检测到的电流小于Ith，也就是说，当没有驱动负载3并且电流（例如，5A）没有流到负载3时，旁路模式继续。另一方面，如果控制电路13确定所检测到的电流为Ith以上，也就是说，当正驱动负载3并且电流流到负载3时，将确定第一开关14和第二开关15中的任一个或两个是否遭受断开故障。

在旁路操作模式下，控制电路13以以下方式确定第一开关14和第二开关15是否具有断开故障。控制电路13传送控制信号S2、S3以在预定时长（例如，5mS）内分别保持第一开关14接通或闭合并保持第二开关15关断或断开。如果电流检测电路18检测到的电流为0A或近似0A，则控制电路13确定第一开关14具有断开故障并向上位控制电路19（或输出装置）通知该结果。随后，上位控制电路19在显示器20（或输出装置）上或者通过扬声器21（或输出装置）给出第一开关14具有断开故障的警告。

控制电路13还传送控制信号S2、S3以在预定时长（例如，5mS）内分别保持第一开关14关断或断开并保持第二开关15接通或闭合。如果电流检测电路18检测到的电流为0A或近似0A，则控制电路13确定第二开关15具有断开故障，并向上位控制电路19（或输出装置）通知该结果。上位控制电路19在显示器20上或通过扬声器21给出第二开关15具有断开故障的警告。因此，在正常状态期间，控制电路13以规则的时间间隔（例如，5S）交替地关断第一开关14和第二开关15，并且基于电流检测电路18检测到的电流来确定在第二开关15关断时第一开关14是否具有断开故障，并且还确定在第一开关14关断时第二开关15是否具有断开故障。

图2是示出图1的控制电路13的操作的流程图。假设第一开关14和第二开关15在初始状态下（例如，在启动发动机之前的停靠状态下）都接通或闭合。

如果上位控制电路19向控制电路13通知点火信号（IG）通过用户（例如，驾驶者）对点火开关的操控而转变为高电平（如果在S21为是），则将执行升压模式操作，直到经过了预定时长为止（S22至S24）。假设在点火信号转变为高电平时启动电动机被启动以驱动车辆的发动机，并且预定时长基本上与电池2由于启动电动机的操作而引起电压下降的时长相同。

控制电路13读取电流检测电路18检测到的电流，并且将所读取的电流设置为偏移值（S25）。也就是说，控制电路13在升压模式操作结束之后且在旁路模式操作开始之前的时间（或者，当第一开关14和第二开关15都保持关断或断开并且升压切换元件6保持关断或断开时的时间）内将电流检测电路18检测到的电流值设置为偏移值。

在旁路模式操作开始（S26）之后，如果上位控制电路19向控制电路13通知在空转停止之后再启动发动机（如果在S27为是），则处理返回到S22。

另一方面，如果上位控制电路19没有向控制电路13通知在空转停止之后再启动发动机（如果在S27为否）并且在旁路模式开始（S26）之后经过了预定时长（5秒）（如果在S28为是），则控制电路13读取电流检测电路18检测到的电流（S29），并且确定电流值是否为阈值Ith以上（S30）。

如果控制电路13确定在S29读取的电流值小于阈值Ith（如果在S30为否）并且随后上位控制电路19向控制电路13通知在空转停止之后再启动发动机（如果在S31为是），则控制电路13结束旁路模式操作（S32）并且将处理返回到S22。

另一方面，如果控制电路13确定在S29读取的电流值小于阈值Ith（如果在S30为否）并且随后控制电路13未从上位控制电路19接收到在空转停止之后再启动发动机的信息（如果在S31为否），则控制电路13在经过了预定时长之后（在S28为是）再次读取电流检测电路18检测到的电流（S29），并且确定电流值是否为阈值Ith以上（S30）。

当控制电路13确定在S29所读取的电流值为阈值Ith以上时（如果在S30为是），则控制电路13接通第一开关14并关断第二开关15（S33）。随后，控制电路13读取电流检测电路18检测到的电流（S34），并且以在S25已设置的偏移值校正电流，并且确定校正后的电流是否为0A或近似0A（S35）。具体地，在S35处，控制电路13将通过从在S34检测到的电流值减去在S25所设置的偏移值而算出的值设置为校正后的电流值。

如果控制电路13确定校正后的电流值为0A或近似0A（如果在S35为是），则控制电路13向上位控制电路19通知第一开关14具有断开故障（S36），并且处理进行到S37。

另一方面，当控制电路13确定校正后的电流值既不为0A也不为近似0A（S35为否）时，控制电路13关断第一开关14并接通第二开关15（S17）。随后，控制电路13读取电流检测电路18检测到的电流（S38），并且以在S25所设置的偏移值校正电流，并确定校正后的电流值是否为0A或为近似0A（S39）。具体地，在S39处，控制电路13将通过从在S38所检测到的电流值减去在S25所设置的偏移值而算出的值设置为校正后的电流值。

如果控制电路13确定校正后的电流值为0A或近似0A（如果在S39为是），则控制电路13向上位控制电路19通知第二开关15具有断开故障（S40），并且处理进行到S41。

另一方面，如果控制电路13确定校正后的电流值既不为0A也不为近似0A（S39为否），则控制电路13接通第一开关14和第二开关15，并确定上位控制电路19是否向控制电路13本身通知了在空转停止之后再启动发动机（S31）。

根据具有第一开关14和第二开关15的第一实施例的电源电路1，即使第一开关和第二开关中的任一个由于断开故障而变得不可用，在除了在空转停止之后再启动发动机外的正常状态期间也可以维持电池2的电压并通过其他可用开关将该电压供给到车辆的负载3。因此，可以将电池2的电压稳定地供给到具有空转停止控制器的车辆的负载3。另外，在旁路电路5中设置两个开关14、15允许即使开关14、15之一发生故障，电池2也能通过开关14、15中的另一个将其电压提供到负载3。结果，在旁路模式操作期间没有电流从电池2流至升压电路4，因此，防止线圈7或整流二极管8发热，从而可以保护线圈7或整流二极管8免于由于这样的热而导致的损坏。

与车辆的基本性能（诸如，行驶、转弯和停止）相关并因此需要被供给严格受控的电压的电子装置可以用作连接到稳定地供给电力的电源电路1的负载3。另外，电源电路1被配置成使得在发动机的正常状态操作期间没有电流从电池2通过升压电路4流到负载3。因此，电源电路1的升压电路4不需要将大容量元件用于线圈7或整流二极管8，这有助于降低电源电路1的成本。

确定第一开关14和第二开关15中的任一个或两个是否具有断开故障并通过显示器20或扬声器21向车辆用户通知开关14、15的状态的、根据第一实施例的电源电路1允许用户识别第一开关14或第二开关15的任何麻烦。因此，可以提示用户用新的开关或单元替换有故障的开关或包括有故障的开关的单元，以便及时恢复电源电路1。

图1所示的电源电路1仅具有一个电流检测电路18，但可以具有两个以上的电流检测电路18。例如，根据第二实施例的电源电路1包括两个电流检测电路，如图3所示。电源电路1的旁路电路5具有用于检测流过第一开关14的电流的电流检测电路31以及用于检测流过第二开关15的电流的电流检测电路32。在图3所示的控制电路13中，在升压模式操作之后且在旁路模式操作之前（或者，当第一开关14和第二开关15都关断且升压切换元件6也关断时）的时间内，将接着流过第一开关14和第二开关15的电流的值分别设置为偏移值A和B。在图3所示的控制电路13中，如果电流检测电路31、32检测到的电流值之和在旁路模式操作期间为阈值Ith以上并且确定电流检测电路31、32读取的电流值中的至少一个为0A或近似0A，则向上位控制电路19通知与表现出0A或近似0A的电流检测电路相对应的开关具有断开故障。根据第二实施例，在确定第一开关14或第二开关15的断开故障时，不需要交替地关断第一开关14和第二开关15，并且也不需要多次读取电流，从而可以简化控制电路13的操作。另外，电流检测电路在图3所示的电源电路1中是冗余的，使得可以提高确定第一开关14或第二开关15的断开故障的精确性。

图1或图3所示的电源电路1被配置成使得基于电流检测电路18、31、32检测到的电流来确定第一开关14或第二开关15的断开故障。图4所示的根据第三实施例的电源电路1与第一实施例和第二实施例的电源电路1的不同之处在于，设置了电位差检测电路41，其检测升压电路4的输入电压与输出电压之间的电位差，并将表示所检测到的电位差的信号传送到控制电路13，该控制电路13基于来自电位差检测电路41的检测信号来确定第一开关14和第二开关15中的任一个中是否存在断开故障。如果在开关14、15之一接通且开关14、15中的另一个断开时第一开关14和第二开关15中的任一个具有断开故障，则电流从电池2通过升压电路4流到负载3，而不流过旁路电路5。电池2由于升压电路4中的线圈7和整流二极管8引起的压降大于由于旁路电路5中的第一开关14和第二开关15引起的压降。因此，在电流从电池2通过升压电路4流到负载3时电位差检测电路41检测到的电位差大于在电流从电池2通过旁路电路5流到负载3时的情况下检测到的电位差。在旁路模式操作期间，如果在第一开关14和第二开关15之一接通并且开关14、15中的另一个关断时电位差检测电路41输出的电位差为阈值Vth以上，则图4的控制电路13确定第一开关14和第二开关15中的一个具有断开故障，并向上位控制电路19通知该结果。当在旁路模式下电流从电池2通过旁路电路5流到负载3时，阈值Vth可以与电位差检测电路41输出的电位差相同或基本上相同。

在图1、图3或图4所示的电源电路1中，整流二极管8用作各个升压电路4中的整流元件。图5所示的根据第四实施例的电源电路1与图1、图3和图4的上述实施例的不同之处在于，整流切换元件51（例如，具有并联连接的MOSFET和二极管的IGBT）用于充当升压电路4中的整流元件。驱动电路52设置在升压电路4中，以基于控制电路13传送的控制信号S4来驱动整流切换元件51。在升压模式操作期间，图5所示的控制电路13交替地接通和关断升压切换元件6和整流切换元件51。与整流二极管8用作升压电路4中的整流元件的情况相比，该实施例的电源电路1可以减少由于整流元件而引起的能量损耗。

图1、图3、图4或图5所示的电源电路1被配置成使得旁路电路5中的第一开关14和第二开关15与升压电路4并联连接。然而，旁路电路5可具有与升压电路4并联连接的多于两个开关。例如，图6所示的根据第五实施例的电源电路1具有与升压电路4并联连接的三个开关14、15和61。如图6所示，驱动电路62设置在旁路电路5中，以基于控制电路13传送的控制信号S5驱动开关61。在旁路模式操作期间，如果在控制电路13关断第一开关14和第二开关15并且接通开关61时电流检测电路18检测到的电流为0A或近似0A，则确定开关61具有断开故障，并且控制电路13向上位控制电路19（或输出装置）通知开关61具有断开故障。当这样通知上位控制电路19时，上位控制电路19在显示器20（或输出装置）上或者通过扬声器21（或输出装置）给出通知开关61具有断开故障的消息。这样增加旁路电路5中的开关的数量，可以降低旁路电路5中的所有开关被禁用的状态的概率，使得可以改进电池2向负载3供给电压的稳定性。

图1、图3、图4或图5所示的电源电路1被配置成使得第一开关14和第二开关15中的每一个均与升压电路4并联连接。然而，电源电路1可被配置成使得旁路电路5中的仅一个开关与升压电路4并联连接。在示出了根据第六和第七实施例的电源电路1的图7和图8中示出了这样的示例，其中，由14表示的仅一个开关分别与升压电路4并联连接。

Claims

1.一种电源电路，包括：

升压电路，其中所述升压电路包括：

升压切换元件；

线圈，设置在电池与所述升压切换元件之间；以及

整流元件，设置在所述线圈与负载之间，以及

第一开关，与所述升压电路并联连接，其特征在于，所述电源电路还包括：

电流检测电路，检测流过所述第一开关的电流；以及

控制电路，在除了在空转停止之后再启动发动机外的正常状态期间接通所述第一开关，而在空转停止之后再启动所述发动机时关断所述第一开关并控制所述升压切换元件的操作，使得所述电池的电压被提升并被供给到所述负载，其中，所述控制电路基于在所述正常状态期间所述电流检测电路检测到的电流来确定所述第一开关是否具有断开故障。

2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述电源电路还包括：

第二开关，与所述升压电路并联连接，其中，所述电流检测电路检测流过所述第二开关的电流，其中，在所述正常状态期间，所述控制电路以规则的时间间隔交替地关断所述第一开关和所述第二开关，并基于所述电流检测电路检测到的电流来确定在所述第一开关关断时所述第二开关是否具有断开故障，以及在所述第二开关关断时所述第一开关是否具有断开故障。

3.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述电源电路还包括：

第二开关，与所述升压电路并联连接；以及

另一电流检测电路，检测流过所述第二开关的电流，其中，所述控制电路基于在所述正常状态期间各个电流检测电路检测到的电流来确定所述第一开关和所述第二开关中的任一个或两个是否具有断开故障。

4.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，整流切换元件用作所述整流元件。

5.一种电源电路，包括：

升压电路，其中，所述升压电路包括：

升压切换元件；

线圈，设置在电池与所述升压切换元件之间；以及

整流元件，设置在所述线圈与负载之间，以及

电位差输出电路，检测所述升压电路的输入电压与输出电压之间的电位差；以及

控制电路，在除了在空转停止之后再启动发动机外的正常状态期间接通所述第一开关，而在空转停止之后再启动所述发动机时关断所述第一开关并控制所述升压切换元件的操作，使得所述电池的电压被提升并被供给到所述负载，其中，所述控制电路基于在所述正常状态期间所述电位差输出电路检测到的电位差来确定所述第一开关是否具有断开故障。