CN106134081A - 负载驱动电路 - Google Patents

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Abstract

提供了一种负载驱动电路(1)，包括IPD(30)，当来自电池(B)的电压下降、结果不能确保预定的工作电压时，IPD(30)断开，并且当IPD(30)断开时，负载驱动电路(1)切断对负载(L)的电力供给。负载驱动电路(1)设置有：低电压检测电路(40)，其检测来自电池(B)的电压是低电压检测阈值以下；负电压生成电路(50)，其生成负电压；和开关(70)，当低电压检测电路(40)检测到来自电池(B)的电压是低电压检测阈值以下时，该开关(70)接通，并且连接负电压生成电路(50)与IPD(31)的GND端子(TGND)。

Description

负载驱动电路
技术领域
本发明涉及一种负载驱动电路。
背景技术
在用于分配来自车辆中的电源的电力的电源箱(在下文中称为单元)中，半导体的利用日益扩大，从而应对减轻重量和节省电力的要求。此外，为了促进小型化，将传统的预驱动器与MOSFET(或其它装置)结合的构造的利用日益扩大，或者作为将驱动器与具有保护功能的控制电路一体化的装置的IPD(智能功率装置)的利用日益扩大。在专利文献1中公开了IPD的一个实例。这些装置多数包含用于防止在电压下降时由于导通电阻的增大而引起的过热的低电压切断功能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP-A-2011-55333
发明内容
本发明要解决的问题
由于启动装置流动大电流，电池的端子电压由于电池的内部电阻而下降。以这种方式，车辆发生了在启动发动机时(特别地，在曲柄摇动启动(cranking)期间)电压临时下降的现象。车辆包含即使在电压临时下降的曲柄摇动启动期间也要求工作的负载。为了使这些负载在曲柄摇动启动期间也工作，需要避免低电压切断功能。为了避免低电压切断功能，例如，考虑设置用于在启动发动机时辅助电力的供给的辅助电池，或者设置与发动机启动不相关的电力系统。然而，在这些情况下，要求电源系统整体改变。
此外，考虑安装用于稳定电压的DC/DC转换器，但是，在这种情况下，由于供给电流大，所以不利地需要大尺寸的部件。
顺便提及，和在曲柄摇动启动期间一样，例如，在非空载期间也产生临时的电压下降。从而，在其它时刻产生的电压下降时以及曲柄摇动启动时的电压下降时，普遍地产生前述问题。
本发明意在解决这样的问题，并且本发明的目的是提供一种负载驱动设备，该负载驱动设备能够通过避免电压下降期间的低电压切断功能而驱动负载，同时抑制必要的大尺寸部件的数量，而不要求电源系统的整体改变。
解决问题的方案
根据本发明，提供了一种负载驱动电路，包括半导体继电器，当不能确保预定的工作电压时，所述半导体继电器断开，当所述半导体继电器断开时，所述负载驱动电路切断对负载的电力供给，所述负载驱动电路包括：低电压检测电路，该低电压检测电路检测所述工作电压是预定值以下；负电压生成电路，该负电压生成电路生成负电压；和开关单元，在所述低电压检测电路检测到所述工作电压是预定值以下的情况下，该开关单元接通，并且连接在所述负电压生成电路与所述半导体继电器的接地端子之间。
根据本发明的负载驱动电路，当检测到诸如来自电池的电压这样的工作电压是预定值以下时，由于开关单元接通并且连接在负电压生成电路与半导体继电器的接地端子之间，所以半导体继电器的接地端子的电压变为从负电压生成电路生成的负电压。从而，由于即使当来自电池的电压下降时，接地端子也是负电压，所以能够确保半导体继电器的工作电压，并且因此，能够避免低压切断功能。此外，由于以前述方式能够避免低电压切断功能，所以不需要设置辅助电池或与发动机启动不相关的电源系统等，或不需要安装DC/DC转换器。因此，在电压下降期间，能够通过避免低电压切断功能而驱动负载，同时抑制必要的大尺寸部件的数量，而不要求电源系统的整体改变。
根据本发明的负载驱动电路，优选地，在收到表示需要驱动低电压驱动负载的信号的情况下，所述负电压生成电路生成负电压，并且在未收到所述信号的情况下，抑制负电压的生成，所述低电压驱动负载是预先判定为即使在所述工作电压下降的情况下也要驱动、并且因此不能确保用于半导体继电器的预定工作电压的负载。
根据该负载驱动电路，当收到表示需要驱动低电压驱动负载的信号时，生成负电压，并且当未收到该信号时，抑制负电压的生成。从而，当不要求驱动低电压驱动负载时，由于不生成负电压，所以能够抑制电力消耗。
根据本发明，优选地，该负载驱动电路还包括：控制单元，该控制单元在预测所述工作电压是预定值以下的时间段中输出接地开关ON信号，其中，当从所述控制单元输出所述接地开关ON信号时，所述开关单元接通，并且连接在所述负电压生成电路与所述半导体继电器的所述接地端子之间。
根据该负载驱动电路。在预测来自电池等的工作电压下降的时间段中，输出接地开关ON信号，从而使开关单元连接在负电压生成电路与半导体继电器的接地端子之间。从而，例如，在来自电池的电压是预定值以下的情况下，即使开关单元由于低电压检测电路的故障等而不响应于来自低电压检测电路的输出而接通，在预测来自电池的电压是预定值以下的时间段中，接地端子的电压也变为负电压。因此，由于能够确保半导体继电器的工作电压，所以能够避免低电压切断功能。
根据本发明，优选地，该负载驱动电路还包括：控制单元，该控制单元输出用于所述半导体继电器的接通/断开信号；连接线，该连接线将与所述接通/断开信号相对应的信号所输入到的半导体继电器的输入端子与所述接地端子连接；和电压转换电路，在所述控制单元输出用于所述半导体继电器的断开信号的情况下，该电压转换电路防止所述半导体继电器由于从所述负电压生成电路施加于所述半导体继电器的所述接地端子的负电压而接通。
根据该负载驱动电路，在相对于半导体继电器输出断开信号的情况下，为了防止半导体继电器由于施加于半导体继电器的接地端子的负电压而接通，设置了电压转换电路。因此，能够防止半导体继电器由于半导体继电器的输入端子是0V并且接地端子是负电压的事实而错误地接通。
发明的有益效果
根据本发明的负载驱动电路，能够提供一种负载驱动装置，该负载驱动装置能够通过避免电压下降期间的低电压切断功能而驱动负载，同时抑制必要的大尺寸部件的数量，而不要求电源系统的整体改变。
附图说明
图1是示意性地图示出根据本发明的实施例的负载驱动电路的电路图。
图2是图示出根据实施例的负载驱动电路的电压转换电路的详图的电路图。
图3是图示出根据实施例的负载驱动电路的主要部分的详细电路图。
图4是图示出根据实施例的负载驱动电路的操作的时间图。
图5是图示出根据实施例的负载驱动电路的变形例的电路图。
参考标记列表
1 负载驱动电路
10 电源
20 控制单元
40 低电压检测电路
50 负电压生成电路
61 OR电路
62 AND电路
70 开关
80 电压转换电路
B 电池
D 二极管
L 负载
L1 低电压驱动负载
R1至R6 电阻器
S 开关元件
TGND GND端子
TIN IN端子
l1 连接线
具体实施方式
虽然对根据本发明的优选实施例进行说明，但是本发明不限于下面说明的实施例，而是可以在不背离本发明的主旨的范围内适当地修改。
图1是示意性地图示出根据本发明的实施例的负载驱动电路的电路图。图1所示的负载驱动电路1安装在车辆上，并且构造为设置在电池B与负载L之间的单元。该电路包括电源10、控制单元20和多个IPD(半导体继电器)30。
电源10被施加有来自电池B的电压，并且产生规定电压(例如，5V)。例如，将电源IC用作该电源。控制单元20例如由微计算机构成，并且将接通/断开信号输出到多个IPD 30中的每个IPD。控制单元20被施加有来自电源10的电压，并且在接通点火开关(或启动开关、头灯开关)时，收到表示该接通的信号。
多个IPD 30中的每个IPD都是安置在电池B与多个负载L中的相应一个负载之间的半导体继电器，并且在该IPD断开时切断对相应负载的电力供给。在图1中，省略从电池B到负载L的连接线的图示。
多个IPD 30中的每个IPD都具有低电压切断功能，用于当来自电池B的电压临时下降并且不能确保预定的工作电压时将其自身断开。该低电压切断功能用于防止由于电压下降时的导通电阻的增大而引起的过热。多个IPD 30中的至少一个IPD 31连接于负载L1(在下文中称为低电压驱动负载L1)，当来自电池B的电压下降时，要求驱动该负载L1。
多个IPD 30中的每个IPD都具有接地的GND端子(接地端子)TGND。连接于低电压驱动负载L1的IPD 31经由二极管D接地。
在该构造中，例如，如果点火开关接通，则控制单元20收到表示该接通的信号，并且开始其操作。然后，控制单元将接通信号分别输出到与要驱动的多个负载L相连的IPD30。因此，对这多个负载L供给电力并且被驱动。
然而，在启动发动机时来自电池B的电压临时下降的曲柄摇动启动等期间，IPD 30运行其低电压切断功能，并且置于断开状态。结果，当来自电池B的电压下降时，需要被驱动的低电压驱动负载L1并未被驱动。
鉴于此，根据该实施例的负载驱动电路1设置有低电压检测电路40、负电压生成电路50、OR电路61、AND电路62、接地线切换开关(开关单元)70、电压转换电路80和连接线l1。
低电压检测电路40是用于检测从电池B施加的电压是否是低电压检测阈值(预定值)以下的电路，并且当施加的电压是低电压检测阈值以下时，输出低电压检测信号S 1。低电压检测信号S1施加于OR电路61。
当输入来自控制单元20的GND开关ON信号(接地开关接通信号)S2或低电压检测信号S 1时，OR电路61接通接地线切换开关(在下文中简称为开关)70。在诸如提前预测来自电池B的电压是低电压检测阈值以下的曲柄摇动启动时间这样的时间段中，输出GND开关ON信号S2。在该时间段期间，连续地输出GND开关ON信号S2。
当收到在接通点火开关时输出的信号S3和来自控制单元20的信号S4二者时，AND电路62输出负电压生成信号S5。在控制单元20的起动状态下输出信号S4。
负电压生成电路50生成比IPD 30的地侧电压(即，0V)低的负电压(例如，-2V)。负电压生成电路50的输出经由开关70连接到与低电压驱动负载L1相连的IPD 31的GND端子TGND。
期望地，在不需要低电压驱动负载L1的驱动的时间期间，不输出GND开关ON信号S2和信号S4。这是因为：在不驱动低电压驱动负载L1的时间期间，不要求避免低电压切断功能。能够根据从例如主装置输出的用于低电压驱动负载L1的开始请求信号是否输入到控制单元20来判定不需要低电压驱动负载L1的驱动的时间。从而，当输入用于低电压驱动负载L1的开始请求信号(表示需要驱动的信号)时，负电压生成电路50生成负电压，并且当不输入开始请求信号时，禁止负电压的生成。
图2是图示出根据该实施例的负载驱动电路1的电压转换电路80的详图的电路图。为了方便说明，图2还图示出控制单元20、IPD 31、负电压生成电路50、连接线11等。
如图2所示，电压转换电路80包括电阻器R1、R3和N型开关元件S。开关元件S是例如PNP晶体管，其具有经由电阻器R1连接于控制单元20的基极、连接于电源10的发射极和经由电阻器R2连接于IPD31的IN端子(输入端子)TIN的集电极。电阻器R3连接于作为开关元件S的所述PNP晶体管的集电极与发射极之间。
连接线l1连接在IPD 31的IN端子TIN与GND端子TGND之间。电阻器R4设置在连接线l1上。
接着，将说明根据该实施例的负载驱动电路1的操作。图3是图示出根据该实施例的负载驱动电路1的主要部分的详细电路图。如图3所示，限制电阻器R5设置在从OR电路61到作为开关70的N通道FET的路径的途中。路径l3从所述OR电路61到开关70的路径l2的途中在OR电路61与限制电阻器R5之间的部分分支，并且连接于负电压生成电路50。N通道FET具有连接于负电压生成电路50的源极和连接于GND端子TGND的漏极。
在这样的电路构造中，当低电压检测信号S1和GND开关ON信号S2都不输入到OR电路61时，开关70断开。结果，IPD 31的GND端子TGND经由二极管D(参见由虚线箭头示出的GND电流路径[通常时])接地。相比之下，当低电压检测信号S1或GND开关ON信号S2输入到OR电路61时，开关70接通。结果，IPD 31的GND端子TGND连接于负电压生成电路50，并且被施加有负电压(参见由实线箭头示出的GND电流路径[电压下降时])。
图4是图示出根据实施例的负载驱动电路1的操作的时间图。图4所示的时间图表示不考虑GND开关ON信号S2的操作。
如图4所示，假设来自电池B的电压在时间0为V1。GND端子TGND的电压是0V。然后，假设来自电池B的电压在时间t1从V1开始减小，并且在时间t2到达低电压检测阈值。从而，开关70接通，并且GND端子TGND的电压变为由负电压生成电路50生成的负电压。接着，来自电池B的电压在时间t3变为V2。
电压V2与负电压之间的电压值(参见图5中的由箭头示出的范围)是IPD 31的工作电压以上。从而，由于确保了IPD 31的工作电压，所以低电压切断功能并不工作。
其后，来自电池B的电压保持V2，并且然后在时间t4开始增大。然后，当电压在时间t5超过低电压检测阈值时，开关70断开，并且GND端子TGND的电压返回0V。然后，来自电池B的电压在时间t6到达V3，并且其后维持V3。
接着，将参考图2说明电压转换电路80的操作。首先，在该实施例中，在接通IPD 31的情况下，控制单元20输出L电平的接通信号。从而，开关元件S接通，并且电源10的电压施加于IN端子TIN。此外，由于GND端子TGND接地并且被施加有0V，所以IPD 31接通。
相比之下，在IPD 31断开的情况下，控制单元20输出H电平的断开信号。从而，开关元件S断开。在该情况下，如果开关70断开，则IN端子TIN经由连接线l1和GND端子TGND接地，从而IPD 31断开。即使开关70接通，来自负电压生成电路50的负电压不仅施加于GND端子TGND，而且经由连接线l1施加于IN端子TIN。从而，IPD 31断开。
图5是图示出根据实施例的负载驱动电路1的变形例的电路图。在该实例中，例如，从图2所示的负载驱动电路1去除连接线l1，并且在IPD 31接通的情况下，控制单元20输出H电平的接通信号，且在IPD 31断开的情况下，控制单元20输出L电平的断开信号。
在该布置中，在IPD 31接通的情况下，作为NPN晶体管的开关元件S’响应于H电平的接通信号而接通，来自电源10的电压施加于IN端子TIN。此外，由于GND端子TGND接地并且被施加有0V，所以IPD 31接通。
相比之下，在IPD 31断开的情况下，开关元件S’响应于L电平的断开信号而断开。从而，IN端子TIN变为0V。如果开关70断开，由于GND端子TGND接地并且被施加有0V，所以IPD31断开。相比之下，如果开关70接通，由于IN端子TIN是0V并且GND端子TGND是负电压，所以IPD31偶尔接通。即，IPD 31可能意外地接通。
就这一点而言，图2所示的电压转换电路80具有这样的功能：与连接线l1合作，当控制单元20相对于IPD 31输出断开信号时，防止由于负电压从负电压生成电路50施加到GND端子TGND而接通IPD 31。
IPD 31断开的情况与不需要连接于IPD 31的低电压驱动负载L1的驱动的时间相对应。从而，在这种情况下，负电压生成电路50似乎不生成负电压。然而，假设根据该实施例的负载驱动电路1相对于多个低电压驱动负载L1进行驱动控制，则当要求驱动多个低电压驱动负载L1中的至少一个时，负电压生成电路50生成负电压。换句话说，存在与多个低电压驱动负载L1中的一个相对应的IPD 31接通、并且与其余低电压驱动负载L1相对应的IPD断开的情况。在这种情况下，由于可能发生参考图5所说明的问题，所以图2所示的电路构造是有用的。
如上所述，根据该实施例的负载驱动电路1，当来自电池B的电压被检测为低电压检测阈值以下时，由于开关70接通并且连接在负电压生成电路50与IPD 31的GND端子TGND之间，所以IPD 31的GND端子TGND的电压变为由负电压生成电路50生成的负电压。从而，由于即使当来自电池B的电压下降时GND端子TGND也处于负电压，所以能够确保IPD 31的工作电压，并且因此能够避免低电压切断功能。此外，由于以前述方式能够避免低电压切断功能，所以不需要设置辅助电池或与发动机启动不相关的电源系统等，或不需要安装DC/DC转换器。因此，在电压下降期间，能够通过避免低电压切断功能而驱动负载，同时抑制必要的大尺寸部件的数量，而不要求电源系统的整体改变。
此外，当输入用于低电压驱动负载L1的开始请求信号时，生成负电压，并且当不输出该信号时，抑制负电压的生成。从而，在不要求驱动任意一个低电压驱动负载L1的情况下，由于不生成负电压，所以能够抑制电力消耗。
此外，在预测来自电池B的电压下降的时间段中，输出GND开关ON信号S2，从而使得开关70连接于负电压生成电路50与IPD 31的GND端子TGND之间。从而，例如，在来自电池B的电压是低电压检测阈值以下的情况下，即使开关70由于低电压检测电路40的故障等而不响应于来自低电压检测电路40的输出而接通，在预测来自电池B的电压是低电压检测阈值以下的时间段中，接地侧电压也变为负电压。因此，由于能够确保IPD 31的工作电压，所以能够避免低电压切断功能。
此外，在相对于IPD 31输出断开信号的情况下，为了防止IPD 31由于施加于IPD31的GND端子TGND的负电压而接通，设置了电压转换电路80。因此，能够防止IPD 31由于例如该IPD 31的IN端子TIN是0V并且GND端子TGND是负电压的事实而错误地接通。
如上所述，虽然基于实施例说明了本发明，但是本发明不限于该实施例，而是可以在不背离本发明的主旨的范围内进行修改。例如，能够在不背离本发明的主旨的范围内适当地改变各种电阻器和开关元件S等。
此外，虽然说明了IPD 30作为半导体继电器的一个实例，但是半导体继电器可以是例如通过结合预驱动器(具有低电压切断功能)与MOSFET而形成的装置或者其它装置。
此外，当发生了低电压检测电路40的故障或从电池B到低电压检测电路40的路径的断开等时，可以刚好在GND开关ON信号S2之前或与GND开关ON信号S2同时地输出信号S4。当发生低电压检测电路40的故障或从电池B到低电压检测电路40的路径的断开等时，仅通过来自控制单元20的GND开关ON信号S2基本控制OR电路61的输出。从而，对应于GND开关ON信号S2，可以刚好在GND开关ON信号S2之前或者与GND开关ON信号S2同时地输出信号S4。当然，关于这样的故障或断开，需要用于诊断低电压检测电路40的故障的电路或用于检测从电池B到低电压检测电路40的路径的断开的电路。
在下面的[1]至[4]中简要概括并且列出了根据本发明的实施例的负载驱动电路的特征。
[1]一种负载驱动电路，包括半导体继电器，当不能确保预定的工作电压时，所述半导体继电器断开，并且当所述半导体继电器断开时，所述负载驱动电路切断对负载的电力供给，所述负载驱动电路包括：
低电压检测电路，该低电压检测电路检测所述工作电压是预定值以下；
负电压生成电路，该负电压生成电路生成负电压；和
开关单元，在所述低电压检测电路检测到所述工作电压是预定值以下的情况下，该开关单元接通并且连接在所述负电压生成电路与所述半导体继电器的接地端子之间。
[2]在[1]中描述的负载驱动电路，其中，在收到表示需要驱动低电压驱动负载的信号的情况下，所述负电压生成电路生成负电压，并且在未收到所述信号的情况下，抑制负电压的生成，所述低电压驱动负载是预先判定为即使在所述工作电压下降的情况下也要驱动并且因此不能确保用于半导体继电器的预定工作电压的负载。
[3]在[1]或[2]中描述的负载驱动电路，还包括控制单元，该控制单元在预测所述工作电压是预定值以下的时间段中输出接地开关ON信号，其中
当从所述控制单元输出所述接地开关ON信号时，所述开关单元接通，并且连接在所述负电压生成电路与所述半导体继电器的所述接地端子之间。
[4]在[1]或[2]中描述的负载驱动电路，还包括：
控制单元，该控制单元输出用于所述半导体继电器的接通/断开信号；
半导体继电器的输入端子，对应于接通/断开信号的信号输入到该输入端子；和连接所述接地端子的连接线；以及
电压转换电路，在所述控制单元输出用于所述半导体继电器的断开信号的情况下，该电压转换电路防止所述半导体继电器由于从所述负电压生成电路施加于所述半导体继电器的所述接地端子的负电压而接通。
已经参考特定实施例给出了本发明的详细描述，但是本领域技术人员应清楚：能够在不背离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改和改进。
本申请基于2014年4月18日提交的日本专利申请(日本专利申请No.2014-86506)，该专利申请的内容通过引用并入此处。
工业实用性
根据本发明，能够通过避免电压下降期间的低电压切断功能而驱动负载，同时抑制必要的大尺寸部件的数量，而不要求电源系统的整体改变。实现了该有益效果的本发明对于负载驱动电路是有用的。

Claims (4)

1.一种负载驱动电路，包括半导体继电器，当不能确保预定的工作电压时，所述半导体继电器断开，当所述半导体继电器断开时，所述负载驱动电路切断对负载的电力供给，所述负载驱动电路包括：
低电压检测电路，该低电压检测电路检测所述工作电压是预定值以下；
负电压生成电路，该负电压生成电路生成负电压；和
开关单元，在所述低电压检测电路检测到所述工作电压是预定值以下的情况下，该开关单元接通，并且连接在所述负电压生成电路与所述半导体继电器的接地端子之间。
2.根据权利要求1所述的负载驱动电路，其中，在收到表示需要驱动低电压驱动负载的信号的情况下，所述负电压生成电路生成负电压，并且在未收到所述信号的情况下，抑制负电压的生成，所述低电压驱动负载是预先判定为即使在所述工作电压下降的情况下也要被驱动并且因此不能确保用于半导体继电器的预定工作电压的负载。
3.根据权利要求1或2所述的负载驱动电路，还包括：
控制单元，该控制单元在预测所述工作电压是预定值以下的时间段中输出接地开关ON信号，其中
当从所述控制单元输出所述接地开关ON信号时，所述开关单元接通，并且连接在所述负电压生成电路与所述半导体继电器的所述接地端子之间。
4.根据权利要求1或2所述的负载驱动电路，还包括：
控制单元，该控制单元输出用于所述半导体继电器的接通/断开信号；
连接线，该连接线将对应于所述接通/断开信号的信号所输入到的所述半导体继电器的输入端子与所述接地端子连接；和
电压转换电路，在所述控制单元输出用于所述半导体继电器的断开信号的情况下，该电压转换电路防止所述半导体继电器由于从所述负电压生成电路施加于所述半导体继电器的所述接地端子的负电压而接通。
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