CN104272549A - 供电电路的保护器 - Google Patents

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Abstract

一种供电电路的保护器，包括：电源开关(11)，在供电电路的连接与断开之间切换；控制装置(12)，根据输入信号将切换命令信号输出到电源开关(11)；和电流检测器(11)，检测流到供电电路的电流。控制装置(12)包括：计时器(22)，当使用电源开关(11)切断负载RL时，该计时器(22)测量在已经切断负载(RL)之后经过的时间；和模式切换单元(23)，当计时器检测到已经过去预定的时间(Q1)时，该模式切换单元(23)将控制装置(12)切换为睡眠模式。

Description

供电电路的保护器
技术领域
本发明涉及一种供电电路的保护器，该供电电路用于对安装在车辆上的负载供电，当过电流流到供电电路并且在用于保护供电电路和负载的电路中的温度上升时，该供电电路的保护器立即断开电路。
背景技术
用于控制安装在车辆上的负载的控制器装备有保护器，当过电流流到负载时，该保护器立即断开电路。作为这样的保护器的传统实例，已知在专利文献1中公开的保护器。在专利文献1中，基于流到负载的电流计算供电电路(包括使负载与电源连接的电线和电源开关)的发热量和热辐射，并且此外，测量周围温度来估计供电电路的温度。然后，如果估计温度达到预定的阈值，则控制器断开供电电路以保护连接到负载的电路。
如果供电电路的估计温度满足预定温度条件(例如，温度下降到周围温度的情况)，则控制器的操作转换到睡眠模式(低电力消耗模式)，并从而降低电力消耗。由于在负载未激活的情况下，电流不流到连接于负载的供电电路，所以通过停止估计供电电路的温度的操作来降低控制器的运算负载，从而整体上降低电力消耗。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2010-239835A
发明内容
在专利文献1中公开的传统实例中，采用了基于流到负载的电流来计算供电电路的发热量和热辐射的方法，并从而根据估计结果来估计供电电路的温度。因此，例如，刚好在切断车辆的点火之后，并且如果供电电路的温度由于环境热量而上升，将不能准确估计温度。紧接在切断车辆的点火之后，特别地，因为停止了车辆的发动机周围的强制空气冷却，所以高温空气蓄积在发动机室内。由于环境影响，所以存在尽管没有电流流到负载，但是供电电路的温度也上升的可能性。换句话说，供电电路的实际温度可能变得比通过以上估计过程得到的温度高。
在这样的情况下，如果控制器的操作由于估计温度下降到周围温度而转换到睡眠模式，则引起尽管实际上温度还未下降到周围温度，但是控制器操作在睡眠模式下的情况。由于该原因，当负载随后启动，使得电流流到供电电路时，不能长期得到高精确度的温度估计。
因此，为了解决上面提到的问题，本发明旨在提供一种供电电路的保护器，该供电电路的保护器能够适当地将控制负载的驱动和停止的控制器的操作切换到低电力消耗模式。
为了实现以上目的，根据本发明的第一方面，提供了一种供电电路的保护器，该供电电路的保护器安装在车辆上，以监控连接到负载的所述供电电路的温度，并且当所述供电电路的所述温度超过预先设定的阈值温度时，该供电电路的保护器断开所述供电电路，并从而保护所述供电电路，所述保护器包括：电源开关，该电源开关能够在所述供电电路的连接与断开之间切换；控制器，该控制器被配置成：根据输入信号将切换命令信号输出到所述电源开关；以及电流检测器，该电流检测器用于检测流到所述供电电路的电流，其中，所述控制器包括：温度估计单元，该温度估计单元被配置成：当接通所述供电电路时，基于由所述电流检测器检测的电流和导通时间，估计所述供电电路的上升温度；当利用所述控制器切断所述供电电路时，基于经过的时间估计所述供电电路的下降温度；并且基于所述上升温度和所述下降温度，估计所述供电电路的温度；计时器，该计时器用于当利用所述电源开关切断所述负载时，测量已经切断所述负载之后经过的时间；以及模式切换单元，该模式切换单元被配置成：当所述计时器测量到预定的时间时，将所述控制器切换为低电力消耗模式，在该低电力消耗模式下的电力消耗比在正常操作模式下的电力消耗低。
优选地，当利用所述模式切换单元将操作切换为所述低电力消耗模式时，所述温度估计单元不估计所述供电电路的所述温度。
在根据本发明的第一方面的供电电路保护器中，当利用电源开关切断负载时，开始利用计时器测量时间，并且随后，当测量到预定的时间时，控制器的操作切换为低电力消耗模式。因此，即使当电线的温度由于环境温度而升高时，也能够防止在电线的温度下降到环境温度之前所述操作切换为低电力消耗模式，并且能够适当地检测电线的估计温度。
附图说明
图1是图示出根据本发明的实施例的装备有供电电路的保护器的负载驱动装置的构造的块图。
图2是图示出根据本发明的实施例的供电电路的保护器的处理操作的流程图。
图3是图示出根据本发明的实施例的供电电路的保护器的各个信号的改变的时序图。
具体实施方式
将参考附图描述本发明的实施例。如图1所示，装备有根据本发明的实施例的供电电路的保护器的负载驱动装置100包括：负载RL，诸如安装在车辆上的马达和灯；半导体开关电路11，该半导体开关电路11作为在负载RL的驱动与负载RL的操作停止之间切换的电源开关；和控制器12，该控制器12被配置成控制半导体开关电路11。
半导体开关电路11布置在电源VB与负载RL之间，从而响应于从控制器12输出的操作命令信号而在负载的驱动与操作停止之间切换。半导体开关电路11具有作为用于检测流到负载RL的电流的电流检测器的功能。具体地，当操作命令信号输入到端子N11时，半导体开关电路11接通电源开关，以使端子N13与N14之间电导通，从而对负载RL供给电流以驱动负载RL。另外，半导体开关电路11从端子N12输出电流检测信号。半导体开关电路11可以包括例如IPS(智能电源开关)或MOSFET与分流电阻器的组合。
控制器12包括：输入判定控制单元21；计时器控制单元22；睡眠控制单元23；温度估计单元24；异常判定单元25；AND电路26；以及用于与外部装置连接的端子N1、N2、N3。
输入判定控制单元21经过端子N1连接到操作开关SW1。当通过操作开关SW1输入ON命令或OFF命令时，输入判定控制单元21基于这些命令将开关输入信号输出到AND电路26和计时器控制电路22。
时间控制单元22具有用于测量时间的计时器，当从输入判定控制单元21输出表示OFF命令的开关输入信号时，激活该计时器。
当计时器测量预定的时间时，睡眠控制单元23被配置成控制将整个控制器12的操作从正常模式切换为作为睡眠模式(低电力消耗模式)，该正常模式是正常操作期间的模式，该睡眠模式的电力消耗比正常模式的电力消耗低。并且，当输入判定控制单元21输入表示ON命令的开关输入信号时，睡眠模式单元23被配置成在取消睡眠模式时控制转换为正常模式。从而，睡眠控制单元23用作为用于切换控制器12的操作模式的模式切换单元。
温度估计单元24连接到端子N3。端子N3经由电阻器连接到半导体开关电路11的端子N12。温度估计单元24获取流到半导体开关电路11的电流检测信号，基于流到半导体开关电路11的电流，计算构成供电电路的电线的发热量和热辐射，并且此外，基于供电电路的诸如热阻抗或热容量这样的特性来进一步估计构成供电电路的电线的温度。注意，将在稍后描述利用温度估计单元24估计电线的温度的方法。
基于由温度估计单元24估计的电线温度，当电线温度达到预先设定的阈值温度时，异常判定单元25将断开信号输出到AND电路26。具体地，异常判定单元25将“L”电平的信号输出到AND电路26。
AND电路26的一个输入端子连接到输入判定控制单元21的输出端子，并且AND电路26的另一个输入端子连接到异常判定单元25的输出端子。当输入判定控制单元21的输出信号和异常判定单元25的输出信号二者都是“H”电平的信号时，AND电路26经过端子N2输出“H”电平的信号。当AND电路26的输出信号变为“H”电平时，半导体开关电路11接通，使得对负载RL供电。
[电线温度的估计过程的描述]
接着，将描述利用温度估计单元24估计电线温度的估计过程。首先，说明上升温度的计算。能够利用下面的等式(1)表示伴随由流到连接于负载RL的电线的电流引起的发热产生的电线的热量X1[J]。
X1＝i2×RON×Δt…(1)
其中，i是电流[A]，RON是导体的电阻[Ω]，并且Δt是采样时间[sec]。
因此，通过将热量X1[J]除以热容量[J/℃]得到的温度与先前检测的温度[℃](初始的周围温度)相加，能够得到电线的当前估计温度T1[℃]。
接着，将描述下降温度的计算。在半导体开关电路11没有检测到电流的情况下的伴随放热的热辐射Y1[J]能够利用下面的等式[2]表示。
Y1＝Q/(Cth×Rth/Δt)…(2)
其中，Q是电线的热量[J]，Cth是电线的热容量[J/℃]，Rth是电线的热阻抗[℃/W]，并且Δt采样时间[sec]。然后，通过从先前检测的温度[℃]减去将热辐射Y1[J]除以热容量[J/℃]获得的温度，能够获得电线的当前估计温度T1[℃]。
[正常操作的说明]
接着，将描述根据本发明的实施例的供电电路的保护器在正常操作时的操作。当操作开关SW接通，并且ON命令信号经过端子N1被输入到控制器12时，利用输入判定控制单元21将作为表示ON命令的开关输入信号的ON命令信号供给到AND电路26的一个输入端子。此外，在正常操作期间，异常判定单元25不输出温度异常信号，而是输出“H”电平的信号。从而，来自AND电路26的输出信号变为“H”电平，使得从端子N2输出“H”电平的信号。然后，将“H”电平的信号供给到半导体开关电路11的端子N11。
因此，半导体开关电路11启动电源开关，并且对负载RL供给来自电源VB的电力。结果，变得能够驱动负载RL。温度估计单元24基于等式[1]和[2]计算构成供电电路的电线的估计温度T1。当电线的估计温度T1达到预定的阈值时，然后异常判定单元25输出断开信号。即，异常判定单元25将输出信号从“H”电平切换为“L”电平。结果，AND电路26的输出信号从“H”电平变化为“L”电平，使得半导体开关电路11中断电源开关，以停止对负载RL供电。
以这种方式，控制器12使得温度估计单元24能够估计电线在预定采样时期的估计温度T1，并且当电线的估计温度T1超过阈值时，控制器12操作以断开半导体开关电路11，并从而停止对负载RL供电，然后保护整个电路。
[关于将操作转换为睡眠模式的说明]
接着，将参考图2所示的流程图和图3所示的时序图描述在切断负载RL之后将控制器12转换为睡眠模式的操作。利用计时器控制单元22和睡眠控制单元23执行该过程。
首先，在步骤S11中，计时器控制单元22判定从输入判定控制单元21输出的开关输入信号是否是表示OFF命令的信号。即，由于操作开关SW1已经切断，所以执行判定OFF命令信号是否输入到端子N1。
在步骤S12中，计时器控制单元22启动计时器，以计算从输入OFF命令信号开始经过的时间。
在步骤S13中，计时器控制单元22判定是否检测到计时器已经测量了预定的时间。当判定计时器已经测量了预定的时间时(在步骤S13中为“是”)，程序进行到睡眠控制单元23将整个控制器12的操作转换为睡眠模式的步骤S14。因此，降低了控制器12作为整体的电力消耗。结果，能够降低安装在车辆上的电池的负担，并且能够防止电池耗尽。
当从输入判定控制单元21供给表示ON命令的开关输入信号时，计时器控制单元22将计时器清零。即，如果执行用于接通负载LR的输入操作(步骤S11中为“否”)，则程序进行到通过将计时器清零而维持正常模式的步骤S15，而不转换为睡眠模式。
接着，将参考图3所示的时序图描述将在操作开关SW1切断之后计时器的操作和电线温度的变化。
首先，当在图3的t1时间接通操作开关SW1时，表示ON命令的开关输入信号输入到控制器12。从而，半导体开关电路11接通，使得电流流到供电电路的电线，使得开始驱动负载RL。然后，电线温度开始从周围温度(例如25℃)逐渐上升。然后，在t2时间切断操作开关SW1时，计时器控制单元22启动计时器以测量从切断操作开关起经过的时间。
随后，当在计时器的预定的时间测量之前在t3时间接通操作开关SW1时，重设计时器，并且电流流到负载RL。结果是电线的估计温度T1在t3时间从下降变为上升，如图3(b)所示。另外，如图3(b)所示，维持电线温度的估计过程。其后，当在t4时间切断车辆的点火，并且相应地，切断操作开关，并且计时器开始测量时间。此时，使用上述等式[2]估计的电线的估计温度T1开始从t4时间逐渐下降，如曲线P1所示。即，利用温度估计单元24估计的电线的估计温度T1如曲线P1所示地改变。
然而，事实上，当利用这样的点火的未激活来强制停止空气冷却时，存在高温空气蓄积在发动机室中的可能性。结果是例如如曲线P2所示，当切断半导体开关电路11时，电线由于该高温空气而加热，并且使电线温度上升。由于该原因，实际电线温度变得比通过温度估计单元24估计的温度(即，由P1图示出的温度)高，并且即使估计的温度(P1)下降到周围温度时，实际温度(P2)维持比周围温度高的温度。此时，如果操作基于估计温度(P1)达到周围温度的判断而转换为睡眠模式，则尽管电线温度保持较高，控制器12也将转换为睡眠模式，并且因此，将不可能适当地控制半导体开关电路11。
根据该实施例，在操作开关SW1切断之后，当已经经过预定的时间(图3所示的时间Q1)时，控制器12的操作转变为睡眠模式。因此，通过将该时间Q1建立为电线温度达到周围温度所需的足够时间，即使电线温度由于环境热源而上升，也变得能够在电线温度下降到周围温度之后将操作转换为睡眠模式。
以这种方式，在根据该实施例的供电电路的保护器中，在从安装到车辆上的诸如灯和马达这样的负载RL切断经过预定的时间(Q1)之后，控制器12的操作从正常模式转换为睡眠模式。因此，即使当在由温度估计单元24估计的电线的估计温度中产生误差时，由于在电线温度确实地下降的情况下(例如，电线温度下降到周围温度的情况下)，控制器12转换为睡眠模式，所以也能够适当地控制半导体开关电路11的ON/OFF状态。
虽然在上文中已经参考附图描述了根据本发明的实施例的供电电路保护器，但是本发明不仅仅限于该实施例，并且因此，可以利用任意给定构造替代每个部分的构造。
工业实用性
本发明能够适当地将安装在车辆上的负载的控制器的操作转换为睡眠模式。

Claims (2)

1.一种供电电路的保护器，该供电电路的保护器安装在车辆上，以监控连接到负载的所述供电电路的温度，并且当所述供电电路的所述温度超过预先设定的阈值温度时，该供电电路的保护器断开所述供电电路，并从而保护所述供电电路，所述保护器包括：
电源开关，该电源开关能够在所述供电电路的连接与断开之间切换；
控制器，该控制器被配置成：根据输入信号将切换命令信号输出到所述电源开关；以及
电流检测器，该电流检测器用于检测流到所述供电电路的电流，
其中，所述控制器包括：
温度估计单元，该温度估计单元被配置成：当接通所述供电电路时，基于由所述电流检测器检测的电流和导通时间，估计所述供电电路的上升温度；当利用所述控制器切断所述供电电路时，基于经过的时间估计所述供电电路的下降温度；并且基于所述上升温度和所述下降温度，估计所述供电电路的温度；
计时器，该计时器用于当利用所述电源开关切断所述负载时，测量已经切断所述负载之后经过的时间；以及
模式切换单元，该模式切换单元被配置成：当所述计时器测量到预定的时间时，将所述控制器切换为低电力消耗模式，在该低电力消耗模式下的电力消耗比在正常操作模式下的电力消耗低。
2.根据权利要求1所述的供电电路的保护器，其中
当利用所述模式切换单元将所述操作切换为所述低电力消耗模式时，所述温度估计单元不估计所述供电电路的所述温度。
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