CN107528297A - 过电流保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供过电流保护电路。过电流保护电路(3)包含：放大器(41)，其用于放大分流电阻(7)的端子间电压；偏置施加电路(44)，其用于从放大器(41)获得另加有规定的偏置电压的输出；第一比较器(42)，其对比偏置电压大的规定的第一基准电压与放大器(41)的输出电压进行比较，在放大器(41)的输出电压比第一基准电压大时输出贯通电流检测信号；以及放大器故障判定电路(46)，其对比零大且比偏置电压小的规定的第二基准电压与放大器(41)的输出电压进行比较，并且输出与该比较结果对应的放大器故障判定信号。

Description

过电流保护电路
技术领域
本发明涉及用于包含至少一个串联电路的电子电路的过电流保护电路，串联电路是指上侧开关元件与下侧开关元件的串联电路。
背景技术
在包含上侧开关元件与下侧开关元件的串联电路的逆变器电路等的电子电路中，存在上侧开关元件与下侧开关元件由于开关元件或者电子电路的故障而短路的情况。若导致这样的短路，则贯通电流从电源通过上侧开关元件以及下侧开关元件向接地侧流动。若过度的贯通电流流过开关元件，则存在开关元件损坏的可能。
在日本特开2007－74794号公报中公开有如下过电流保护电路，即，在规定值以上的电流持续规定期间流过开关元件时，对开关元件进行断开控制。具体而言，该过电流保护电路包含：第一比较器，其在分流电阻的端子间电压比第一规定值大时输出H电平的信号；开关，其在H电平的信号从第一比较器被输出时被接通；电容器，其在开关接通时通过恒流电源充电；以及第二比较器，其在电容器的端子间电压超过第二规定值时输出用于断开开关元件的信号。日本特开2007－74794号公报记载的第一比较器被认为实际上包含放大分流电阻的端子间电压的放大器与对通过放大器被放大的电压与基准电压进行比较的比较器。
一般而言，在设置有过电流保护电路的电子电路中，需要在电子电路的动作开始时确认过电流保护电路正常动作。然而，在上述日本特开2007－74794号公报记载的过电流保护电路中，例如，即便在第一比较器所包含的放大器产生Low固定故障(放大器输出固定为接地电平的故障)，由于在电子电路的通常动作中，该放大器的输出是L电平，所以无法检测出该故障的状态，电子电路开始动作。这样，在电子电路的动作开始后，即便产生贯通电流流过开关元件那样的故障，也无法检测出贯通电流。
发明内容
本发明的目的之一在于提供能够确认在用于放大贯通电流检测用分流电阻的端子间电压的放大电路是否产生Low固定故障的过电流保护电路。
本发明的一个实施方式的过电流保护电路适用于包含至少一个串联电路的电子电路，所述串联电路是上侧开关元件与下侧开关元件的串联电路。
该过电流保护电路包括：
放大电路，其用于放大贯通电流检测用分流电阻的端子间电压；
偏置施加电路，其与上述放大电路的输入端子连接，用于从上述放大电路获得另加有规定的偏置电压的输出；
贯通电流检测用比较电路，其对比上述偏置电压大的规定的第一基准电压与上述放大电路的输出电压进行比较，在上述放大电路的输出电压比上述第一基准电压大时，输出贯通电流检测信号；
时间长度测定电路，其用于测定从上述贯通电流检测用比较电路输出贯通电流检测信号的时间长度；以及
放大电路故障判定电路，其对比零大且比上述偏置电压小的规定的第二基准电压与上述放大电路的输出电压进行比较，输出与该比较结果对应的放大电路故障判定信号。
在该结构中，在电子电路的通常动作时，在放大电路没有产生Low固定故障的情况下，放大电路的输出电压比第二基准电压大，在放大电路产生Low固定故障的情况下，放大电路的输出电压比第二基准电压小。因此，在该结构中，能够确认在放大电路是否产生Low固定故障。
通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的上述以及其它特征及优点会变得更加清楚，其中，相同的附图标记表示相同的要素，其中，
附图说明
图1是表示适用有本发明的一个实施方式的过电流保护电路的包含三相逆变器电路的马达驱动控制装置的简要结构的示意图。
图2是表示过电流保护电路的结构的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1是表示适用有本发明的一个实施方式的过电流保护电路的包含三相逆变器电路的马达驱动控制装置的简要结构的示意图。
马达驱动控制装置1包含三相逆变器电路2、过电流保护电路3与控制装置4。马达驱动控制装置1例如也可以是用于驱动控制电动助力转向装置用的电动马达的马达驱动控制装置。
三相逆变器电路2向电动马达5供给电力，并且被控制装置4控制。在该三相逆变器电路2中，与电动马达5的U相对应的一对开关元件11、12的串联电路、与V相对应的一对开关元件13、14的串联电路以及与W相对应的一对开关元件15、16的串联电路在直流电源6的正极端子与接地之间以并联方式被连接。另外，续流二极管21～26分别以从接地侧向直流电源6侧顺向流动的朝向与各开关元件11～16并联连接。在该实施方式中，作为各开关元件11～16，例如能够使用n沟道型的场效应晶体管(FET：Field Effect Transistor)。
以下，有时将在各相的一对开关元件中的直流电源6的正极端子侧的开关元件称为上侧开关元件，将接地侧的开关元件称为下侧开关元件的情况。上侧开关元件11、13、15的漏极与直流电源6连接。上侧开关元件11、13、15的源极与下侧开关元件12、14、16的漏极连接。下侧开关元件12、14、16的源极被接地。在下侧开关元件12、14、16的连接点与接地之间连接有分流电阻7。
与U相对应的一对开关元件11、12之间的连接点经由U相供电线31与电动马达5的U相励磁线圈5U的一端连接。与V相对应的一对开关元件13、14之间的连接点经由V相供电线32与电动马达5的V相励磁线圈5V的一端连接。与W相对应的一对开关元件15、16之间的连接点经由W相供电线33与电动马达5的W相励磁线圈5W的一端连接。U相励磁线圈5U、V相励磁线圈5V以及W相励磁线圈5W的另一端彼此被连接。
在马达驱动控制装置1(三相逆变器电路2)的动作开始后，控制装置4生成针对开关元件11～16的栅极控制信号，并将其分别提供至对应的开关元件11～16的栅极。另外，控制装置4具备如下功能，即，基于来自后述的过电流保护电路3的贯通电流时间长度信号Vc，判定在开关元件11～16或者三相逆变器电路2是否产生故障，在判定为产生故障时，强制断开全部的开关元件11～16(故障保护功能)。并且，控制装置4具有在马达驱动控制装置1(三相逆变器电路2)的动作开始时确认过电流保护电路3是否正常动作(保护电路检查功能)的功能。
图2是表示过电流保护电路的结构的电路图。
过电流保护电路3包含放大器(放大电路)41、第一比较器(贯通电流检测用比较电路)42、时间长度测定电路43、偏置施加电路44、贯通电流模拟电路45以及放大器故障判定电路46。
放大器41是用于放大分流电阻7的端子间电压(V1－V2)的器件。V1表示分流电阻7的电源侧端子的电位。V2表示分流电阻7的接地侧端子的电位。
放大器41由运算放大器构成。放大器41的非反转输入端子(+)经由电阻R3与分流电阻7的电源侧端子连接。放大器41的反转输入端子(－)经由电阻R1与分流电阻7的接地侧端子连接。放大器41的输出端经由电阻R2与放大器41的反转输入端子(－)连接。
偏置施加电路44是用于从放大器41获得另加有规定的偏置电压V OFFSET的输出的电路。具体而言，偏置施加电路44包含第一直流电源Vcc1以及连接于第一直流电源Vcc1与放大器41的非反转输入端子(+)之间的电阻R4。第一直流电源Vcc1的电压(Vcc1)例如是1.5V。
例如，若R1＝R3、R2＝R4，则放大器41的输出电压V3用下式(1)表示。
V3＝(R2/R3)·(V1－V2)+Vcc1
＝(R2/R3)·(V1－V2)+1.5…(1)
此时，Vcc1成为偏置电压V OFFSET。
放大器41的输出电压V3被输入第一比较器42的第一输入端子。通过第二直流电源Vcc2，第一基准电压VA被输入第一比较器42的第二输入端子。第一基准电压VA被设定为比偏置电压V OFFSET大规定值的值。
第一比较器42在放大器41的输出电压V3比第一基准电压VA低时将输出信号设为L电平，在放大器41的输出电压V3比第一基准电压VA高时将输出信号设为H电平。以下，存在将H电平的输出信号称为贯通电流检测信号的情况。
时间长度测定电路43是用于测定从第一比较器42输出贯通电流检测信号的时间长度的电路。具体而言，时间长度测定电路43包含第一开关51、电容器52和恒流电源(充电用电源)53。第一开关51在该实施方式中由n沟道型的FET构成。第一开关51的控制端子(栅极电极)与第一比较器42的输出端子连接。通过第一比较器42的输出对第一开关51进行通断控制。第一开关51通常断开而在贯通电流检测信号从第一比较器42被输出时接通。
电容器52的一个电极与第一开关51的一个端子(源极电极)连接。电容器52的另一个电极被接地。恒流电源53被连接于第三直流电源Vcc3与第一开关51的另一个端子(漏极电极)之间。
若第一开关51被接通，则电流从恒流电源53经由第一开关51向电容器52流动，电容器52被充电。电容器52与第一开关51的连接点的电压(电容器52的端子间电压Vc)作为贯通电流时间长度信号Vc被提供至控制装置4。电容器52的端子间电压Vc在放大器41的输出电压V3比第一基准电压VA大时成为与被充电至电容器52的电荷量对应的电压。因此，电容器52的端子间电压Vc成为与贯通电流流动的时间对应的值。因此，电容器52的端子间电压Vc作为表示贯通电流流动的时间长度的贯通电流时间长度信号Vc被提供至控制装置4。
放大器故障判定电路46是用于判定在放大器41是否产生Low固定故障的电路。放大器41的Low固定故障是指放大器41的输出固定为Low电平(接地电平)那样的故障。
放大器故障判定电路46包含第二比较器61。放大器41的输出电压V3输入至第二比较器61的第一输入端子。通过第四直流电源Vcc4，第二基准电压VB被输入第二比较器61的第二输入端子。第二基准电压VB被设定为比零大且比偏置电压VOFFSET小的值(例如1.0V)。第二比较器61对放大器41的输出电压V3与第二基准电压VB进行比较，并输出与该比较结果对应的放大器故障判定信号Sa。
贯通电流模拟电路45是用于在任意时刻从放大器41使比第一基准电压VA大的电压强制地输出的电路。换言之，贯通电流模拟电路45是用于模拟地生成贯通电流流动的状态的电路。具体而言，贯通电流模拟电路45包含被连接于第五直流电源Vcc5与放大器41的非反转输入端子(+)之间的第二开关71。第五直流电源Vcc5的电压(Vcc5)被设定为比第一基准电压VA大的电压(例如5V)。第二开关71被控制装置4控制。第二开关71也可以由FET构成。
在第二开关71接通的情况下，放大器41的输出电压V3成为大致与Vcc5(在该例中为5V)相等的电压。
控制装置4在马达驱动控制装置1的动作开始后，生成针对开关元件11～16的栅极控制信号，并将其分别提供给对应的开关元件11～16的栅极。另外，控制装置4对来自过电流保护电路3的贯通电流时间长度信号Vc进行监视，从而判定在开关元件11～16或者三相逆变器电路2是否产生故障(是否产生贯通电流异常)，在判定为产生故障时，强制地断开全部的开关元件11～16。
具体而言，控制装置4将从过电流保护电路3提供的贯通电流时间长度信号Vc与规定的阈值α进行比较。而且，在贯通电流时间长度信号Vc比阈值α大时，即，在贯通电流流动的时间长度比与阈值α对应的规定时间长度时，强制地断开全部的开关元件11～16。控制装置4例如使全部的开关元件11～16的栅极接地，从而强制地断开全部开关元件11～16。
对控制装置4的保护电路检查功能进行说明。控制装置4在马达驱动控制装置1的动作开始时确认过电流保护电路3是否正常动作。
作为检查项目，有如下项目。
(1)放大器41的Hi固定故障：放大器41的输出固定为H电平的故障
(2)放大器41的Low固定故障：放大器41的输出固定为L电平(接地电平)的故障
(3)第一比较器42的Hi固定故障：比较器42的输出固定为H电平的故障
(4)第一比较器42的Low固定故障：比较器42的输出固定为L电平(接地电平)的故障
(5)第一开关51的短路故障：开关51始终为接通的故障
(6)第一开关51的打开故障：开关51始终为断开的故障
(7)电容器52的短路故障：电容器52为短路状态的故障
在产生放大器41的Hi固定故障(项目(1))、第一比较器42的Hi固定故障(项目(3))或者第一开关51的短路故障(项目(5))的情况下，即便贯通电流不流动，也成为电容器52被充电的状态，因此贯通电流异常被检测出。因此，控制装置4在马达驱动控制装置1(三相逆变器电路2)的动作开始时贯通电流异常被检测出的情况下，报告该情况，以此通知操作者产生放大器41的Hi固定故障、第一比较器42的Hi固定故障或者第一开关51的短路故障的可能性较高。
在产生放大器41的Low固定故障(项目(2))的情况下，即便在三相逆变器电路2的动作中贯通电流流动，也不会从第一比较器42输出贯通电流检测信号，因此无法检测出贯通电流异常。因此，控制装置4在马达驱动控制装置1的动作开始时，基于第二比较器61的输出亦即放大器故障判定信号Sa来判定在放大器41是否产生Low固定故障。
由于放大器41的输出电压V3为偏置电压V OFFSET以上(在该例中为1.5V以上)，所以在放大器41没有产生Low固定故障的情况下，放大器41的输出电压V3比第二基准电压VB(在该例中为1.0V)大。因此，在放大器41没有产生Low固定故障的情况下，放大器故障判定信号Sa为H电平。另一方面，在放大器41产生Low固定故障的情况下，放大器41的输出电压V3比第二基准电压VB(在该例中为1.0V)小。因此，在放大器41产生Low固定故障的情况下，放大器故障判定信号Sa为L电平。例如在为电动助力转向装置的情况下，为了让操作者知晓如果在马达驱动控制装置1的动作开始时放大器故障判定信号Sa为L电平则在放大器41产生Low固定故障，而报告该意思。
在产生第一比较器42的Low固定故障(项目(4))、第一开关51的打开故障(项目(6))或者电容器52的短路故障(项目(6))的情况下，即便在三相逆变器电路2的动作中流过贯通电流，电荷也未被积蓄于电容器52，因此无法检测出贯通电流异常。因此，控制装置4在马达驱动控制装置1的动作开始时，暂时接通第二开关71且接通第二开关71规定时间以上，判定贯通电流时间长度信号Vc是否比阈值α大。上述规定时间被设定为在过电流保护电路3的各部分没有产生故障的情况下电容器52的端子间电压(贯通电流时间长度信号)Vc变得比阈值α大所需的充分时间。例如在为电动助力转向装置的情况下，控制装置4在第二开关71接通规定时间以上时且在贯通电流时间长度信号Vc没有变得比阈值α大时，为了让操作者知晓产生第一比较器42的Low固定故障、第一开关51的打开故障或者电容器52的短路故障的可能性较高，而报告该意思。
在上述实施方式中，对将本发明适用于三相逆变器电路的情况进行了说明，但本发明只要是包含至少一个的上侧开关元件与下侧开关元件的串联电路的电子电路即可，能够适用于除三相逆变器电路以外的电子电路。
除此之外，能够在技术方案所记载的事项的范围实施各种设计变更。

Claims (3)

1.一种过电流保护电路，适用于包括至少一个串联电路的电子电路，所述串联电路是上侧开关元件与下侧开关元件的串联电路，
所述过电流保护电路包括：
放大电路，其用于放大贯通电流检测用分流电阻的端子间电压；
偏置施加电路，其与所述放大电路的输入端子连接，用于从所述放大电路获得另加有规定的偏置电压的输出；
贯通电流检测用比较电路，其对比所述偏置电压大的规定的第一基准电压与所述放大电路的输出电压进行比较，在所述放大电路的输出电压比所述第一基准电压大时，输出贯通电流检测信号；
时间长度测定电路，其用于测定从所述贯通电流检测用比较电路输出贯通电流检测信号的时间长度；以及
放大电路故障判定电路，其对比零大且比所述偏置电压小的规定的第二基准电压与所述放大电路的输出电压进行比较，输出与该比较结果对应的放大电路故障判定信号。
2.根据权利要求1所述的过电流保护电路，
所述时间长度测定电路包含：
第一开关，其通常断开而在从所述贯通电流检测用比较电路输出贯通电流检测信号时被接通；
电容器，其一个电极与所述第一开关的一个端子连接，另一个电极被接地；以及
充电用电源，其与所述第一开关的另一个端子连接，用于对所述电容器进行充电，
所述时间长度测定电路构成为供所述电容器的端子间电压输出。
3.根据权利要求1或2所述的过电流保护电路，
还包括贯通电流模拟电路，其用于在任意时刻使比所述第一基准电压大的电压从所述放大电路强制地输出，
所述贯通电流模拟电路包含连接于规定的直流电源与所述放大电路的输入端子之间的第二开关。
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