CN107408810A - 负载电流控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的负载电流控制装置(10)包括：对从电源装置(20)向负载装置(30)提供电力的供电线的电流进行检测的电流检测电路(12)；对供电线进行通断的场效应晶体管(Q1)；以及根据供电线的电流控制场效应晶体管(Q1)的控制装置(14)，控制装置(14)在供电线的电流超过过电流检测阈值的时刻将场效应晶体管(Q1)维持在导通状态，并从该时刻起开始测量时间，根据基于场效应晶体管(Q1)的电学特性预先设定的电流与时间的关系将此时的供电线的电流所对应的上限时间设定为时间阈值，并在经过相当于时间阈值的时间的时刻，使场效应晶体管(Q1)截止。

Description

负载电流控制装置
技术领域
本发明涉及对流过负载装置的电流进行控制的负载电流控制装置。
背景技术
若在由电源装置向负载装置提供功率的情况下例如在负载装置或供电线上产生短路故障等，则可能会在电源装置、负载装置中流过大幅超过额定值的过大的电流。为了预先防止这种过电流，已知对流过负载装置的电流进行控制的负载电流控制装置。
然而在负载装置中，有时会暂时在短时间内流过比正常流过的电流大的电流。因此，例如若以正常时流过负载装置的电流为基准设定检测过电流的电流阈值，则每当有比该电流阈值大的电流暂时在短时间内流过时，都会产生过电流的误检测。另一方面，若以该暂时在短时间内流过的大电流为基准来设定检测过电流的电流阈值，则在产生短路故障等情况下，可能会产生本来应被检测的过电流未被检测或者过电流的检测延迟的情况。
作为以解决上述课题为目的的现有技术的一个例子，例如已知有一种带过电流检测功能的开关电路，根据例如特定的负载装置的电学特性(灯负载的电学特性)来预先设定过电流判定条件，若满足该过电流判定条件，则变更对供电线进行通断的半导体开关元件的控制(例如参照专利文献1)。此外，作为其它现有技术的一个例子，已知一种负载电流控制装置，针对流过比正常流过的电流大的电流的时刻能够预测的负载装置(灯负载)，在流过该比正常流过的电流大的电流的时刻，掩盖过电流检测信号从而不进行过电流检测(例如参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平10－41797号公报
专利文献2：日本专利特开2001－119850号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而上述现有技术均基于特定的负载装置的特性(灯负载的特性)来预先设定过电流判定条件，并以该过电流判定条件变更过电流的检测控制(电流阈值的设定、掩盖条件的设定等)。因此，上述现有技术存在如下问题：所能适用的负载装置仅限于特定的负载装置(灯负载)，无法用于针对特定的负载装置(灯负载)以外的负载装置的负载电流控制，通用性极低。
此外，上述现有技术都只考虑特定的负载装置的特性(灯负载的特性)。即，上述现有技术完全没有考虑例如对从电源装置向负载装置提供电力的供电线进行通断的半导体开关的电学特性、以及对该半导体开关所产生的热进行散热的散热器等散热装置的散热特性。因此，上述现有技术中，该半导体开关、散热装置会规格过高(overspec)，可能导致负载电流控制装置的无用的成本增加。
本发明鉴于这种情况，其目的在于，低成本地提供具有高通用性的负载电流控制装置。
解决技术问题的技术方案
<本发明的第1方式>
本发明的第1方式的负载电流控制装置包括：电流检测电路，该电流检测电路对从电源装置向负载装置提供电力的供电线的电流进行检测；半导体开关，该半导体开关对所述供电线进行通断；以及控制装置，该控制装置根据所述供电线的电流控制所述半导体开关，所述控制装置在所述供电线的电流在过电流检测阈值以下期间将所述半导体开关维持在导通状态，在所述供电线的电流超过所述过电流检测阈值的时刻，将所述半导体开关维持在导通状态，并从该时刻起开始测量时间，根据基于所述半导体开关的电学特性预先设定的电流与时间的关系，确定此时的所述供电线的电流所对应的上限时间，并将该上限时间设定为时间阈值，在所述供电线的电流未降低到所述过电流检测阈值以下且经过了相当于所述时间阈值的时间的时刻，使所述半导体开关截止。
在供电线的电流超过过电流检测阈值的情况下，控制装置将半导体开关维持在导通状态，并从该时刻起开始测量时间。此外，控制装置以供电线的电流超过过电流检测阈值为条件来设定时间阈值。根据基于半导体开关的电学特性预先设定的电流与时间的关系将该时间阈值设定为此时的供电线的电流所对应的上限时间。
控制装置在供电线的电流未降低到过电流检测阈值以下且经过了相当于时间阈值的时间的时刻，使半导体开关截止。由此，能对例如负载装置中产生短路故障等引起的过电流进行检测，从而迅速停止从电源装置向负载装置的供电。另一方面，控制装置在经过相当于时间阈值的时间之前、供电线的电流降低到过电流检测阈值以下的情况下，维持使半导体开关导通的状态。由此，即使暂时在短时间内流过比正常时流过的电流(过电流检测阈值以下的电流)大的电流(超过过电流检测阈值的电流)，也不会将其检测为过电流，而将半导体开关维持在导通状态，继续从电源装置向负载装置的供电。
并且，本发明的第1方式中，根据基于半导体开关的电学特性预先设定的电流与时间的关系，并根据此时的供电线的电流来设定时间阈值。由此，能实现不依赖于各自固有的负载装置的电学特性的负载电流控制。此外，能在半导体开关的电学特性的范围内将超过过电流检测阈值的电流的允许范围设为最大限度。因此，根据本发明的第1方式，能实现具有高通用性的负载电流控制，并能降低半导体开关规格过高的可能性。
由此，根据本发明的第1方式，能获得能以低成本提供具有高通用性的负载电流控制装置的作用效果。
<本发明的第2方式>
本发明的第2方式的负载电流控制装置在上述本发明的第1方式的基础上，还包括对所述半导体开关发出的热进行散热的散热装置，所述电流与时间的关系基于所述半导体开关的电学特性以及所述散热装置的散热特性预先设定。
本发明的第2方式中，根据基于半导体开关的电学特性及散热装置的散热特性预先设定的电流与时间的关系，并根据此时的供电线的电流来设定时间阈值。由此，能在半导体开关的电学特性的基础上进一步考虑了散热装置的散热特性的范围内，将超过过电流检测阈值的电流的允许范围设为最大限度。因此，根据本发明的第2方式，能实现具有更高通用性的负载电流控制，并能进一步降低半导体开关规格过高的可能性。
<本发明的第3方式>
本发明的第3方式的负载电流控制装置在上述本发明的第1方式或第2方式的基础上，所述控制装置在经过相当于所述时间阈值的时间以前、所述供电线的电流发生变化的情况下，继续所述时间的测量，并根据所述电流与时间的关系确定变化后的电流所对应的上限时间，并以该变化后的电流所对应的上限时间更新所述时间阈值。
本发明的第3方式中，控制装置在相当于时间阈值的时间经过以前、供电线的电流发生变化的情况下，直接继续测量时间，并根据预先设定的电流与时间的关系确定变化后的电流所对应的上限时间，从而更新时间阈值。由此，即使在经过相当于时间阈值的时间以前、供电线的电流产生变化的情况下，也能根据该电流的变化灵活地变更时间阈值，从而进行合适的负载电流控制。
发明效果
根据本发明，能以低成本提供具有高通用性的负载电流控制装置。
附图说明
图1是表示本发明的负载电流控制装置的结构的框图。
图2是本发明的负载电流控制装置中的负载电流控制的时序图。
图3是本发明的负载电流控制装置中的负载电流控制的时序图。
图4是本发明的负载电流控制装置中的负载电流控制的时序图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
另外，本发明并不特别限定于以下说明的实施例，可以在权利要求所记载的发明范围内进行各种变形。
参照图1对本发明所涉及的负载电流控制装置10的结构进行说明。
图1是表示本发明的负载电流控制装置10的结构的框图。
本发明的负载电流控制装置10包括场效应晶体管Q1、分流电阻SR1、驱动器11、电流检测电路12、散热装置13以及控制装置14。
作为“半导体开关”的场效应晶体管Q1对从电源装置20向负载装置30提供电力的供电线进行通断。驱动器11是对场效应晶体管Q1的栅极电压进行控制从而对场效应晶体管Q1进行通断的驱动电路。场效应晶体管Q1例如是增强型功率MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)，但并不限于此，例如也可以使用功率晶体管、绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor:IGBT)、半导体继电器(Solid-State Relay:SSR)等半导体开关。
分流电阻SR1与从电源装置20向负载装置30提供电力的供电线串联连接。电流检测电路12是对从电源装置20向负载装置30提供电力的供电线的电流进行检测的电路。更具体而言，电流检测电路12对分流电阻SR1上产生的电位差进行检测，并基于该电位差运算流过供电线的电流。
散热装置13是对场效应晶体管Q1产生的热进行散热的装置。散热装置13例如是安装在场效应晶体管Q1上的散热器、使场效应晶体管Q1周边的空气进行循环的风冷风扇等。
控制装置14例如是公知的微机控制装置。控制装置14根据电流检测电路12所检测的供电线的电流来向驱动器11输出控制信号，从而控制场效应晶体管Q1的通断。
图2～图4是表示本发明的负载电流控制装置10中的负载电流控制的时序图。
控制装置14存储有预先设定过电流检测阈值Is来作为用于对从电源装置20向负载装置30提供电力的供电线中流过的电流的过电流进行检测的阈值。该过电流检测阈值Is是负载电流控制装置10中不限制时间并允许持续流过的电流的最大值(例如10A)。过电流检测阈值Is例如能基于场效应晶体管Q1的漏极电流的最大额定值来设定。此外，也可以进一步考虑电源装置20或负载装置30的额定电流等来设定过电流检测阈值Is。
控制装置14存储基于场效应晶体管Q1的电学特性而预先设定的电流与时间的关系。该电流与时间的关系例如可以设定为数据表，也可以设定为某种关系式、计算公式。场效应晶体管Q1的电学特性例如可以举出场效应晶体管Q1的漏极电流、脉冲漏极电流、允许沟道损耗，允许沟道温度的最大额定值，最大允许损耗等。关于预先设定的电流与时间的关系，更具体而言是流过供电线的电流与允许该电流持续流过的上限时间的对应关系。例如作为流过供电线的电流，对电流Ia设定上限时间T1，对电流Ib设定上限时间T2，对电流Ic设定上限时间T3。此时的电流Ia、Ib、Ic的相对关系为Ia>Ib>Ic(例如Ia＝100A、Ib＝50A、Ic＝20A)。此外，上限时间T1、T2、T3的相对关系为T1<T2<T3(例如T1＝10秒、T2＝30秒、T3＝60秒)。
控制装置14在供电线的电流为过电流检测阈值Is以下(例如负载装置30的额定电流Ir)期间，将场效应晶体管Q1维持在导通状态(图2)。另一方面，控制装置14在供电线的电流超过过电流检测阈值Is的时刻，将场效应晶体管Q1维持在导通装置，并同时从该时刻起开始时间的测量。控制装置14将供电线的电流超过过电流检测阈值Is这一情况作为条件，根据预先设定的电流与时间的关系确定此时供电线的电流所对应的上限时间，并将该上限时间设定为时间阈值。
更具体而言，控制装置14例如在供电线中流过超过了过电流检测阈值Is的电流Ia的情况下，将上限时间T1设定为时间阈值(图2)。例如在供电线中流过超过了过电流检测阈值Is的电流Ib的情况下，将上限时间T2设定为时间阈值(图2)。例如在供电线中流过超过了过电流检测阈值Is的电流Ic的情况下，将上限时间T3设定为时间阈值(图2)。
控制装置14在供电线的电流没有降低到过电流检测阈值Is以下且经过了相当于时间阈值的时间的时刻，使场效应晶体管Q1截止。由此，能对例如负载装置30中产生短路故障等引起的过电流进行检测，从而迅速停止从电源装置20向负载装置30的供电。更具体而言，控制装置14例如在供电线中连续地流过电流Ia的状态下经过了上限时间T1的时刻使场效应晶体管Q1截止(图2)。例如在供电线中连续地流过电流Ib的状态下经过了上限时间T2的时刻使场效应晶体管Q1截止(图2)。例如在供电线中连续地流过电流Ic的状态下经过了上限时间T3的时刻使场效应晶体管Q1截止(图2)。
另一方面，控制装置14在经过相当于时间阈值的时间之前、供电线的电流降低到过电流检测阈值Is以下的情况下，维持使场效应晶体管Q1导通的状态。由此，即使暂时在短时间内流过例如比正常流过的电流(例如负载装置30的额定电流Ir)大的电流(超过过电流检测阈值Is的电流)，也不会将其检测为过电流。因此，场效应晶体管Q1维持在导通状态，继续进行从电源装置20向负载装置30的供电。更具体而言，控制装置14例如在供电线中连续地流过电流Id的状态下经过相当于时间阈值的上限时间T4之前、供电线的电流降低到过电流检测阈值Is以下(例如负载装置30的额定电流Ir)的情况下，停止时间的测量并将时间阈值重置，将场效应晶体管Q1维持在导通状态(图3)。
如上所述，本发明中，根据基于场效应晶体管Q1的电学特性预先设定的电流与时间的关系，并根据此时的供电线的电流来设定时间阈值。由此，能实现不依赖于各自固有的负载装置30的电学特性的负载电流控制。此外，能在场效应晶体管Q1的电学特性的范围内将超过过电流检测阈值Is的电流的允许范围设为最大限度。因此，根据本发明，能实现具有高通用性的负载电流控制，并能降低场效应晶体管Q1规格过高的可能性，因此能以低成本提供具有高通用性的负载电流控制装置10。
而且，本发明中预先设定的电流与时间的关系优选为基于例如场效应晶体管Q1的电学特性以及散热装置13的散热特性(例如散热器的热阻、风冷风扇的冷却性能等)来设定。由此，能在除了场效应晶体管Q1的电学特性之外还进一步考虑了散热装置13的散热特性的范围内，将超过过电流检测阈值Is的电流的允许范围设为最大限度。
此外，本发明中，优选在经过相当于时间阈值的时间以前、供电线的电流产生变化的情况下，持续测量时间，同时根据预先设定的电流与时间的关系确定变化后的电流所对应的上限时间，并以该变化后的电流所对应的上限时间更新时间阈值。由此，即使在经过相当于时间阈值的时间以前、供电线的电流产生变化的情况下，也能根据该电流的变化灵活地变更时间阈值，从而进行合适的负载电流控制。
更具体而言，控制装置14在例如供电线的电流超过过电流检测阈值Is的时刻，将场效应晶体管Q1维持在导通状态，并同时从该时刻起开始时间的测量。此外，控制装置14根据预先设定的电流与时间的关系，确定此时在供电线中流过的电流Ie所对应的上限时间T5，并将该上限时间T5设定为时间阈值(图4)。
在上述那样的状况下，控制装置14在经过相当于时间阈值的上限时间T5以前、供电线的电流从电流Ie上升到电流If的情况下，直接继续进行时间的测量。此外，控制装置14根据预先设定的电流与时间的关系，确定变化后的电流If所对应的上限时间T6，并将该上限时间T6更新为时间阈值(图4)。并且，控制装置14例如在供电线中连续地流过电流If的状态下经过了上限时间T6的时刻使场效应晶体管Q1截止(图4)。
另一方面，控制装置14在经过相当于时间阈值的上限时间T5以前、供电线的电流从电流Ie下降到电流Ig的情况下，也同样直接继续进行时间的测量。此外，控制装置14根据预先设定的电流与时间的关系，确定变化后的电流Ig所对应的上限时间T7，并用该上限时间T7更新时间阈值(图4)。并且，控制装置14例如在供电线中连续地流过电流Ig的状态下经过了上限时间T7的时刻使场效应晶体管Q1截止(图4)。
标号说明
10 负载电流控制装置
11 驱动器
12 电流检测电路
13 散热装置
14 控制装置
20 电源装置
30 负载装置
Q1 场效应晶体管
SR1 分流电阻

Claims (3)

1.一种负载电流控制装置，其特征在于，包括：
电流检测电路，该电流检测电路对从电源装置向负载装置提供电力的供电线的电流进行检测；
半导体开关，该半导体开关对所述供电线进行通断；以及
控制装置，该控制装置根据所述供电线的电流控制所述半导体开关，
所述控制装置在所述供电线的电流处于过电流检测阈值以下期间将所述半导体开关维持在导通状态，
在所述供电线的电流超过所述过电流检测阈值的时刻，将所述半导体开关维持在导通状态，并从该时刻起开始测量时间，根据基于所述半导体开关的电学特性预先设定的电流与时间的关系，确定此时的所述供电线的电流所对应的上限时间，并将该上限时间设定为时间阈值，
在所述供电线的电流未降低到所述过电流检测阈值以下且经过了相当于所述时间阈值的时间的时刻，使所述半导体开关截止。
2.如权利要求1所述的负载电流控制装置，其特征在于，
还包括对所述半导体开关发出的热进行散热的散热装置，
所述电流与时间的关系基于所述半导体开关的电学特性以及所述散热装置的散热特性被预先设定。
3.如权利要求1或2所述的负载电流控制装置，其特征在于，
所述控制装置在经过相当于所述时间阈值的时间以前、所述供电线的电流发生变化的情况下，继续所述时间的测量，并根据所述电流与时间的关系确定变化后的电流所对应的上限时间，以该变化后的电流所对应的上限时间更新所述时间阈值。
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