CN108780992A - 通过使用电压检测器和信号熔丝保护mosfet继电器的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过使用电压检测器和信号熔丝保护MOSFET继电器的装置和方法，其根据设置在用于车辆的电池主电路中的MOSFET继电器的电传导电流值，通过电压检测器来计算检测电压值，并且当计算的电压值大于预定的阈值时，通过操作信号熔丝，预阻断施加到MOSFET继电器的电流，以保护MOSFET继电器不被烧毁。

Description

通过使用电压检测器和信号熔丝保护MOSFET继电器的装置和 方法
技术领域
本申请要求于2016年4月11日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0044285的优先权和权益，其全部内容通过引用合并在此。
本发明涉及一种通过使用电压检测器和信号熔丝保护MOSFET继电器的装置和方法，并且更具体地说，涉及如下一种通过使用电压检测器和信号熔丝保护MOSFET继电器的装置和方法，其根据设置在用于车辆的电池主电路中的MOSFET继电器的电传导电流值，通过电压检测器来计算检测电压值，并且当计算的电压值大于预定的阈值时，通过操作信号熔丝，预阻断施加到MOSFET继电器的电流，以保护MOSFET继电器不被烧毁。
背景技术
通常，在通过使用从电池输出的能量作为动力源而行进的插电式混合动力电动车辆(PHEV)的情况下，有必要通过驱动车辆电动机对内部电池充电，并且在这种情况下，称为继电器的元件被用于施加在充电源和电池之间流动的电流或者阻断充电源和电池之间的电流。
此外，当在其中电动车辆的内部电路上流动大于阈值的过电流的情况下需要保护各种元件时，继电器的状态从导通状态变为截止状态，并且结果，电路上的电流被阻断以保护各种元件。
同时，在电动车辆中，在继电器的情况下，特别是在机械继电器的情况下，由于焊接存在诸如频繁的噪声产生和频繁维护的问题。因此，为了解决这些问题，通过使用作为半导体器件的金属氧化物硅场效应晶体管(MOSFET)代替机械继电器来实现和应用继电器。
在这种情况下，因为存在如下担心，由于器件的特性，当施加过电流(例如，1000A或更高的电流)时，MOSFET继电器可能会烧毁或损坏，因此，要求有单独的阻挡装置，其能够防止燃烧或损坏，但是在现有技术中，因为不存在能够保护MOSFET继电器本身不被烧毁的单独的阻挡装置，所以烧毁的MOSFET继电器需要每次更换为新的MOSFET继电器。
因此，本发明人已经发明一种通过使用电压检测器和信号熔丝保护MOSFET继电器的装置和方法，其根据设置在用于车辆的电池主电路中的MOSFET继电器的电传导电流值，通过电压检测器来计算检测电压值，并且当计算的电压值大于预定阈值时，通过操作信号熔丝，预阻断施加到MOSFET继电器的电流，以保护MOSFET继电器不被烧毁，以便于解决现有技术中通过MOSFET继电器实现的电路的问题。
发明内容
技术问题
本发明旨在解决该问题，并且本发明已经致力于提供一种通过使用电压检测器和信号熔丝保护MOSFET继电器的装置和方法，其根据设置在用于车辆的电池主电路中的MOSFET继电器的电传导电流值，通过电压检测器来计算检测电压值，并且当计算的电压值大于预定阈值时，通过操作信号熔丝，预阻断施加到MOSFET继电器的电流，以保护MOSFET继电器不被烧毁。
技术解决方案
在根据本发明的实施例当中，一种用于保护MOSFET继电器的装置可以包括：电压检测器，该电压检测器计算被电传导到电阻器的电流的电压值并且确定电压值是否大于阈值；和短路单元，该短路单元根据电压检测器的确定结果使电路上的熔丝短路。
在实施例中，当熔丝被短路时，电传导到被连接到电阻器的MOSFET继电器的电流可以被阻断。
在实施例中，电压检测器可以包括：运算放大器(OP Amp)，该运算放大器放大电压值并且输出放大的电压值；和比较器，该比较器确定放大的电压值是否大于预定的阈值放大电压值。
在实施例中，短路单元可以包括：控制器，该控制器接收来自电压检测器的加热控制信号；和加热元件，该加热元件与熔丝相连接并且通过从控制器施加的加热信号产生热量，并且当加热元件产生热量时，熔丝可被短路。
在实施例中，作为比较器的确定结果，当放大的电压值大于阈值放大电压值时，电压检测器可以将加热控制信号施加到控制器，并且控制器可以通过加热控制信号对加热元件加热。
在实施例中，控制器可以是场效应晶体管(FET)，并且加热元件可以是包括PTC的加热电阻器。
在实施例中，电阻器可以是分流电阻器。
在实施例中，短路单元可以是信号熔丝。
根据本发明的另一实施例，一种用于保护MOSFET继电器的方法可以包括：通过电压检测器计算被电传导到电阻器的电流的电压值并且确定该电压值是否大于阈值；和根据电压检测器的确定结果，通过短路单元使电路上的熔丝短路。
在实施例中，确定电压值是否大于阈值可以包括：测量电传导到电阻器的电流的电流值；基于电流值和电阻器的电阻值计算电流的电压值；通过运算放大器(OP Amp)将电压值放大到放大的电压值；以及通过比较器确定放大的电压值是否大于预定的阈值放大电压值。
在实施例中，使熔丝短路可以包括：通过电压检测器将加热控制信号施加到短路单元；通过包括在短路单元中的控制器对加热元件加热；以及当加热元件被加热时，使熔丝短路。
在实施例中，确定放大的电压值是否大于预定的阈值放大电压值可以包括：基于对应于500至1000安培的电流值的阈值电流范围，设置阈值放大电压值。
有益效果
根据本发明的实施例，用于保护MOSFET继电器的装置和方法，通过在将电流施加到MOSFET继电器之前，阻止大于MOSFET继电器的导电能力(1000安培等)的电流，具有保护MOSFET继电器元件本身免受过电流的优点。
此外，本发明通过运算放大器(OP Amp)放大电阻器的两个端子之间的微小输出为0.5V或更小的电压差，具有更容易地设置阈值放大电压值的优点。
附图说明
图1是示意性地图示根据本发明的实施例的用于保护MOSFET继电器的装置100的配置的图。
图2是示意性地图示通过在图1中图示的用于保护MOSFET继电器的装置100保护MOSFET继电器的顺序的流程图。
具体实施方式
在下文中，提出优选实施例以便于帮助理解本发明。然而，仅提供以下实施例以更容易理解本发明，并且本发明的内容不受实施例的限制。
另外，在说明书的附图中示出的电池模块1可以指的是适用于插电式混合动力电动车辆(PHEV)或电动车辆(EV)的二次电池，并且车辆2可以意指如上所述的插入式混合动力电动车辆或电动车辆。
此外，在本说明书中，MOSFET继电器3可以意指使用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)实现继电器(开关装置)的装置，并且在这种情况下，MOSFET继电器3装置本身的详细描述将会被省略，因为MOSFET继电器3采用现有技术中已知的技术。
此外，在本说明书中，熔丝(fuse)4可以意指通常设置在电路上并且通过过电流熔断以用作切断电路中的电流的装置。同样，因为熔丝4使用现有技术中已知的技术，所以将省略熔丝4装置本身的详细描述。
图1是示意性地图示根据本发明的实施例的用于保护MOSFET继电器的装置100的配置的图。
参考图1，根据本发明的实施例的用于保护MOSFET继电器的装置100可以被配置成包括连接到MOSFET继电器3的电阻器110、电压检测器120和短路单元130。
首先，电阻器110被定位在MOSFET继电器3和熔丝4之间，并且可以用作用于测量从熔丝4传输到MOSFET继电器3的电流值的装置。
更加具体地，电阻器110可以被应用为具有非常低的电阻值(例如，0.001欧姆等)的分流电阻器(或分类电阻器)，并且当电传导电流值对应于500安培或者更大的过电流并且因此难以将电压测量器(未被图示)串联连接时，可以使用诸如分流电阻器的电阻器110来反向计算电流值。
下面将示意性地描述通过使用诸如分流电阻器的电阻器110反向计算电流值的过程。
[等式1]
V＝I*R
这里，V表示电压值(v)，I表示电流值(A)，并且R表示电阻值(Ω)。
作为示例，当从电池模块1输出的电流的电压值V是5V并且电阻值R是0.001Ω时，能够看到电流值通过等式被计算为5/0.001＝500A。
作为另一示例，当从电池模块1输出的电流的电压值V是10V并且电阻值R是0.001Ω时，能够看到电流值通过等式被计算为10/0.001＝1000A。
如上所述，当从电池模块1输出的电流的电流值对应于非常大的过电流时，根据本发明的电阻器110可以被用于反向计算电流值。同时，因为说明书中描述的电阻器110使用现有技术中已知的分流电阻器，所以将省略其更详细的描述。
接下来，电压检测器120可以用于计算电传导到电阻器110的电流的电压值，并且确定电压值是否超过阈值。
更加具体地，电压检测器120通过使用沿电阻器110的两个端子电传导的电流的电流值和电阻器110的电阻值计算电传导电压值，将相应的电压值放大预定的倍数，并且将放大的电压值与预定的阈值放大电压值进行比较，以用于确定放大的电压值是否大于预定的阈值放大电压值，并且电压检测器120的作用可以通过运算放大器121和比较器122来实现。
运算放大器(OP Amp)121将计算的电压值放大预定的倍数(例如，10倍或20倍)，以有助于下面将描述的比较器122的电压比较。
由于被电传导到电阻器110的电流的过大电流值(例如，500A或更大)，通过电压检测器120计算的初始电压值被计算为精细微小的电压，诸如0.5V、0.6V或0.7V。因此，通过将这种微小的电压放大了20倍等，在下面描述的比较器122中可以更容易地比较电压值。
例如，当通过电压检测器122计算的初始电压值是0.5V时，运算放大器121将初始电压值放大20倍，并且相应地输出对应于10V的放大的电压值。由此输出的放大的电压值可以在下面将描述的比较器122中被用于确定电传导电流的过电流。
在实施例中，运算放大器121还可以用于放大由用户预定的阈值电压范围。
这里，由用户预定的阈值电压范围可以意指用户为了保护MOSFET继电器3不被烧毁而任意设置的电压保护区域，并且可以意指MOSFET继电器3操作的最大电压值到当MOSFET继电器3被烧毁时的电压值的间隔，诸如0.5V至1.0V。
在这种情况下，由于如上所述的电传导到电阻器110的电流的过大电流值(例如，500A或更大)，阈值电压范围微小如0.5V至1.0V，并且运算放大器121将这样的微小阈值电压范围放大预定的倍数(例如，20倍等)，并且由此，输出对应于10V至20V的阈值放大电压范围。输出的阈值放大电压范围可以用作下面将描述的比较器122的过电流判断参考范围。
比较器122将从运算放大器121输出的放大的电压值与阈值放大电压值进行比较，以用于确定放大的电压值是否大于阈值放大电压值。
这里，阈值放大电压值可以意指在从运算放大器121输出的阈值放大电压范围(10V至20V)内由用户设置的阈值(例如，13V)，并且在这种情况下，注意，可以根据用户的设置在任何时间改变阈值放大电压值的值。
例如，假设用户设置的阈值放大电压值是13V，比较器122确定大于10V且小于13V的放大电压值不大于阈值放大电压值，但是确定大于13V的放大电压值大于阈值放大电压值，以将加热控制信号施加到下面将描述的短路单元130。
在这种情况下，因为对应于13V的电流值650A不是足以烧毁MOSFET继电器3的过电流，而是已经超过MOSFET继电器3操作的最大电流值(520A)，所以650A或更大的电流值可能是无意义的，并且特别地，当放大的电压值大于13V接近20V(MOSFET继电器3被烧毁的电流值(1000A))时，MOSFET继电器3可能是危险的。
因此，比较器122可以确定大于13V的放大的电压值大于阈值放大电压值并且允许下面描述的短路单元130以使熔丝4短路。
接下来，因为短路单元130可以用于根据通过比较器122确定放大的电压值是否大于阈值放大电压值的结果来使熔丝4短路，并且可以通过加热控制信号熔断熔丝，短路单元130也可以称为信号熔丝。
短路单元130可以被配置成包括控制器131和加热元件132，并且其作用在下面描述。
控制器131从比较器122接收加热控制信号，并且然后将加热信号施加到下面将描述的加热元件132以用于加热加热元件132。
控制器131可以采用诸如场效应晶体管(FET)的开关装置，并且注意，除了场效应晶体管(FET)之外，可以用作开关装置的装置不限于控制器131的适配目标。
加热元件132可以直接或间接地相邻地连接到电路的熔丝4，并且加热元件132可以用于接收来自控制器131的加热信号并且在高温下产生热量以熔断熔丝4。
加热元件132可以采用如下加热元件，该加热元件由于电阻值通过在极短的时间内流动的电流而快速上升，在高温下发射热量，诸如正温度系数热敏电阻(PTC)等，并且注意，除了PTC之外，可以用作加热元件的装置不限于加热元件132的适配目标。
接下来，将通过图2示意性地描述用于保护MOSFET继电器的装置100操作的顺序。
参考图2，首先，通过经由与电阻器110的两个端子连接的电压检测器120计算并放大电传导到电阻器110的电流的电压值来输出放大的电压值，并且确定放大的电压值是否大于阈值放大电压值(S201)。
接下来，当确定放大的电压值大于阈值放大电压值时，比较器122将加热控制信号施加到控制器131(S202)，并且由此，控制器131将加热信号施加到加热元件132以对加热元件132加热(S203)。
由此，熔丝4通过加热元件132的发热而熔断，并且保护MOSFET继电器3免受过电流的影响(S204)。
已经参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离在所附权利要求中定义的本发明的精神和范围的情况下，能够对本发明进行各种修改和变化。

Claims (11)

1.一种用于保护MOSFET继电器的装置，所述装置包括：
电压检测器，所述电压检测器计算被电传导到电阻器的电流的电压值并且确定所述电压值是否大于阈值；和
短路单元，所述短路单元根据所述电压检测器的确定结果使电路上的熔丝短路，
其中，当所述熔丝被短路时，电传导到所述MOSFET继电器的电流被阻断，所述MOSFET继电器被连接到所述电阻器。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电压检测器包括
运算放大器(OP Amp)，所述运算放大器放大所述电压值并且输出放大的电压值；和
比较器，所述比较器确定所述放大的电压值是否大于预定的阈值放大电压值。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述短路单元包括
控制器，所述控制器接收来自所述电压检测器的加热控制信号；和
加热元件，所述加热元件与所述熔丝相连接并且通过从所述控制器施加的加热信号产生热量，并且
当所述加热元件产生所述热量时，所述熔丝被短路。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，作为所述比较器的确定结果，当所述放大的电压值大于所述阈值放大电压值时，所述电压检测器将所述加热控制信号施加到所述控制器，并且所述控制器通过所述加热控制信号对所述加热元件加热。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述控制器是场效应晶体管(FET)，并且
所述加热元件是包括PTC的加热电阻器。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电阻器是分流电阻器。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述短路单元是信号熔丝。
8.一种用于保护MOSFET继电器的方法，所述方法包括：
通过电压检测器计算被电传导到电阻器的电流的电压值并且确定所述电压值是否大于阈值；和
根据所述电压检测器的确定结果，通过短路单元使电路上的熔丝短路。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述电压值是否大于所述阈值包括
测量电传导到所述电阻器的所述电流的电流值；
基于所述电流值和所述电阻器的电阻值计算所述电流的所述电压值；
通过运算放大器(OP Amp)将所述电压值放大到放大的电压值；以及
通过比较器确定所述放大的电压值是否大于预定的阈值放大电压值。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，使所述熔丝短路包括
通过所述电压检测器将加热控制信号施加到所述短路单元；
通过包括在所述短路单元中的控制器对加热元件加热；以及
当所述加热元件被加热时，使所述熔丝短路。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，确定所述放大的电压值是否大于所述预定的阈值放大电压值包括：基于对应于500至1000安培的电流值的阈值电流范围，设置所述阈值放大电压值。
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