CN110481324B - 负载控制电路、负载控制模组及电气控制盒 - Google Patents
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Abstract
一种负载控制电路，包括电流电源开关、电流检测模块和控制模块，电流检测模块用于检测电流电源开关的负载端电流，并输出与负载端电流相关的第一信号，控制模块用于接收第一信号；当电流电源开关的负载端需要断开时，控制模块输出第二信号，电流电源开关的控制端响应第二信号，使电流电源开关的负载端断开，电流电源开关的负载端需要断开包括第一信号对应的负载端电流≥设定切断电流的情形。可以在实现负载电路控制和电流过载保护的基础上降低维护次数。一种负载控制模组包括控制开关组件和控制模块组件。它便于维护。一种电气控制盒，包括壳体、导热件和负载控制模组，壳体具有散热部，导热件固定在壳体内并与散热部热传导连接。散热好。
Description
技术领域
本发明涉及负载控制技术领域，具体涉及一种负载控制电路、负载控制模组。
本发明还涉及电气盒技术领域，具体涉及一种电气控制盒。
背景技术
汽车或其它交通工具的运行工况恶劣，设计其电气控制盒需要考虑防震、防水、便于维护的因素。电力驱动的新能源汽车的电气设备还包括大电流型低压直流用电设备，在汽车电器控制技术领域，称电流I≥30A称为大电流，电流I＜30A称为小电流。
现有技术中，采用一个以上的继电器KM实现对负载电路的通断控制，为了保护负载设备，还需要负载电路中串联熔断器FU。参见图1，负载设备的额定电流大于继电器KM1的负载电流，因流采用两个以上的继电器构造多级放大驱动电路，具体是：继电器KM1、继电器KM2均选择常开型继电器，继电器KM1的线圈与控制引脚KM1_ctrl串联电连接形成第一级控制电路，继电器KM1的负载端、继电器KM2的线圈、控制引脚KM2_ctrl串联电连接形成第二级控制电路，继电器KM2的负载端串联在负载电路中，在负载电路中还串联有熔断器FU。这样，当控制引脚KM1_ctrl、控制引脚KM2_ctrl均发出高电平时，负载电路开通；当控制引脚KM1_ctrl和控制引脚KM2_ctrl至少一个发出低电平时，负载电路断开，这样就实现了对负载设备的工况控制。当负载电路的电流达到熔断器FU的过载熔断电流时，熔断器FU熔断，负载电路断开，实现对负载设备的过载保护。
在新能源汽车的电气控制盒中，较为常见的大功率熔断器的过载熔断电流有30A、180A、300A等。但是，熔断器应对电流过载的处理方式是借助熔断丝的熔断实现电路的断路，其过载保护功能是一次性的。
热过载继电器，又称热继电器，是应用电流热效应原理，以电工热敏双金属片作为敏感元件的过载继电器。其中，电工热敏双金属片是由两种线膨胀系数相差较大的合金加热轧制而成的。受热时，双金属片由高膨胀层(主动层)向低膨胀层(被动层)弯曲。当电流过大(超过整定值)时，元件因“热”而动作，从而，其连动的动断触点切断所控电路及被保护设备的电源。热过载继电器设计为用于交流电路过载保护，而且，其过载电流与电工热敏双金属片相关，是不可随意调节的。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一是如何在同时实现负载设备控制和负载电流过载保护的基础上减少负载控制电路维护次数，为此，本发明提供一种负载控制电路、负载控制模组。
本发明要解决的技术问题之二是如何更快的将密闭空间内的电气元件散发的热量排出，为此，本发明提供一种电气控制盒。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种负载控制电路，包括电流电源开关、电流检测模块和控制模块，所述电流检测模块用于检测所述电流电源开关的负载端电流，并输出与所述负载端电流相关的第一信号，所述控制模块用于接收所述第一信号；当所述电流电源开关的负载端需要断开时，所述控制模块输出第二信号，所述电流电源开关的控制端响应所述第二信号，使所述电流电源开关的负载端断开，所述电流电源开关的负载端需要断开包括所述第一信号对应的负载端电流≥设定切断电流的情形。
其中，电流电源开关指直流电源开关。电流电源开关可以是低压直流电源开关，低压直流电源指负载电源电压≤36VDC。电流电源开关可以是大电流型电源开关，大电流指负载电流≥30A。电流电源开关可以是大电流型低压直流电源开关，大电流型低压直流电源指负载电源电压≤36VDC，且负载电流≥30A。
优选的，所述电流电源开关为具有电流敏感元件的电流电源开关，所述电流敏感元件用于检测电流电源开关的负载端电流，在所述电流电源开关上形成有与所述电流敏感元件电连接的信号引脚。
优选的，所述电流电源开关包括智能海赛德大电流电源开关。BTS555型大电流电源开关为智能海赛德大电流电源开关（Smart Highside High Current Power Switch），具有过载保护电流控制（Overload protection Current limitation Short circuitprotection）功能。
进一步的，所述电流电源开关为场效应管。
设计一种电气控制盒，包括壳体、导热件和前述的负载控制电路，所述壳体具有散热部，所述导热件固定在所述壳体内并与所述散热部热传导连接。
设计一种负载控制模组，包括控制开关组件和控制模块组件；所述控制开关组件包括控制开关基座、电流电源开关，所述控制开关基座包括负载输入导电排和负载输出导电排，所述电流电源开关包括负载输入引脚、负载输出引脚、控制输入引脚和与其负载端电流相关的信号输出引脚，所述负载输入引脚与所述负载输入导电排电连接，所述负载输出引脚与所述负载输出导电排电连接；所述控制模块包括控制模块基座和控制器，所述控制模块基座与所述控制开关基座可拆卸连接，所述控制器安装在所述控制模块基座上，所述控制器具有信号输入引脚、控制输出引脚，所述信号输出引脚与所述信号输入引脚可拆卸电连接，所述控制输出引脚与所述控制输入引脚可拆卸电连接。
优选的，所述控制开关基座还包括第一绝缘座、功率PCB板，所述负载输入导电排、负载输出导电排分别与所述第一绝缘座可拆卸连接，所述负载输入导电排固定连接在所述功率PCB板上，并通过所述功率PCB板上的导线与对应的负载输入引脚电连接，或者，所述负载输出导电排固定连接在所述功率PCB板上，并通过所述功率PCB板上的导线与对应的负载输出引脚电连接。
进一步的，所述第一绝缘座包括连接头安装孔，所述控制模块基座还包括连接头，所述连接头的插针与所述负载输出导电排电连接，所述连接头安装在所述连接头安装孔内。
优选的，所述控制模块基座还包括第二绝缘座、信号PCB板；所述控制器与所述第二绝缘座可拆卸连接，所述信号输出引脚、控制输入引脚分别与所述信号PCB板固定连接，所述信号输入引脚、控制输出引脚分别与所述信号PCB板可拆卸电连接，并通过所述信号PCB板上的导线与对应的信号输出引脚、控制输入引脚电连接。
优选的，所述控制开关基座还包括第一绝缘座，所述控制模块基座还包括第二绝缘座，所述第二绝缘座为壳体，所述第一绝缘座与所述第二绝缘座密封连接。
设计一种电气控制盒，包括壳体、导热件和前述的负载控制模组，所述壳体具有散热部，所述导热件固定在所述壳体内并与所述散热部热传导连接。
本发明的主要有益技术效果包括：
（1）具有负载控制功能和电流过载保护功能。在负载控制功能中， 在电流过载保护功能中，与电流过载熔断器相比，本负载控制电路采用电流电源开关后，可以在实现电流过载保护的基础上不破坏电流电源开关的正常使用，可以减少器件维护次数。
（2）智能海赛德大电流电源开关无触点，寿命长；与继电器式电源开关相比，占用空间小。
（3）可以在不更换设备的情况下，调整设定切断电流。
（4）负载控制模组便于维护更换。
（5）负载输入导电排、负载输出导电排具有较大的裸露金属面，对电流电源开关的散热效果好。
（6）电气控制盒散热好，可以降低热量对负载控制电路的工作稳定性和寿命的影响。
附图说明
图1为现有技术中一种负载控制电路图。
图2为本发明中一种负载控制电路图。
图3为现有技术中BTS555型大电流电源开关的结构图。
图4本发明一种负载控制模组的结构图。
图5为图4的爆炸图。
图6为本发明另一种负载控制模组的结构图。
图7为图6的爆炸图。
图8为本发明又一种负载控制模组的爆炸图。
图9为本发明一种电气控制盒的爆炸图。
图中，11-底壳，12-顶盖，121-散热翅，13-导热件，2-负载控制模组，20-控制开关组件，2011-第一绝缘座，20111-固定螺柱，20112-固定螺柱，20113-曲面密封，20114-连接头安装孔，2012-负载输入导电排，2013-功率PCB板，2014-负载输出导电排，2015-连接头，20151-插针，2016-转接头，202-电流电源开关，2020-固定孔，2021-负载输出引脚OUT，2022-控制输入引脚IN，2023-负载输入引脚VBB，2024-信号输出引脚IS，2025-负载输出引脚OUT，21-控制模块组件，2111-第二绝缘座，21111-控制器插接座，21112-控制器插接座，21113-信号灯透光部，21114-防护盖，21115-卡槽，2112-信号PCB板，21121-控制PCB板，21122-通讯PCB板，213-控制器护套，2131-底壳，2132-顶盖，31-控制模块，32-电流检测模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
现有技术中，物理结构的可拆卸连接的实现方式有螺栓连接、卡合连接，电路的可拆卸连接有导电接触、插接电连接。
实施例1：一种负载控制电路，参见图2-3，包括电流电源开关Q1、电流检测模块32和控制模块31，电流检测模块32用于检测电流电源开关Q1的负载端电流，并输出与负载端电流相关的第一信号，控制模块31用于接收第一信号；当电流电源开关Q1的负载端需要断开时，控制模块31输出第二信号，电流电源开关Q1的控制端响应第二信号，使电流电源开关Q1的负载端断开，电流电源开关Q1的负载端需要断开包括第一信号对应的负载端电流≥设定切断电流的情形，也包括其它情形下其负载端需要断开的情形。
其中，电流电源开关指直流电源开关。电流电源开关可以是低压直流电源开关，低压直流电源指负载电源电压≤36VDC。电流电源开关可以是大电流型电源开关，大电流指负载电流≥30A。电流电源开关可以是大电流型低压直流电源开关，大电流型低压直流电源指负载电源电压≤36VDC，且负载电流≥30A。
优选的，电流电源开关Q1为具有电流敏感元件的电流电源开关，电流敏感元件用于检测电流电源开关的负载端电流，在电流电源开关Q1上形成有与电流敏感元件电连接的信号引脚。
进一步的，电流电源开关包括智能海赛德大电流电源开关。BTS555型大电流电源开关为智能海赛德大电流电源开关（Smart Highside High Current Power Switch），具有过载保护电流控制（Overload protection Current limitation Short circuitprotection）功能。
参见图1，电源电源开关Q1选择BTS555型大电流电源开关，其控制输入引脚的开启电流V_on为15VDC，所以需要光电耦合器TLP521-1将控制输出信号Q1_ctrl调制为高电平≥15VDC的信号，低电平＜15VDC的信号，其信号输出引脚输出与其负载端电流相关的电流信号，需要调制为与负载端电流对应的模拟信号，所以采用电流采样电路转换为A/D转换器能够接收的模拟信号。图2中，控制输出信号Q1_ctrl可以是MCU的GPIO引脚，A/D应接入MCU的ADC功能引脚，或与A/D转换器的模拟输入引脚电连接，A/D转换器的数字输出引脚与MCU的GPIO引脚电连接。图中，AVDD需要与A/D转换器的参考电压相一致。
实施例2：一种负载控制模组，参见图4-5，包括控制开关组件20和控制模块组件21。
控制开关组件20包括控制开关基座、电流电源开关202，控制开关基座包括负载输入导电排2012和负载输出导电排2013，电流电源开关202包括负载输入引脚2023、负载输出引脚2021、负载输出引脚2025、控制输入引脚2022和与其负载端电流相关的信号输出引脚2024，负载输入引脚2023与负载输入导电排2012电连接，负载输出引脚2021与负载输出引脚2025短路电连接，并与负载输出导电排2014电连接。本实施例中，电流电源开关202固定在负载输入导电排2012，具体的，电流电源开关202的固定孔2020铆接或螺栓连接固定在负载输入导电排2012上。
一种可选方式是，控制开关基座还包括第一绝缘座2011、功率PCB板2013，负载输入导电排2012与所述第一绝缘座可拆卸连接，例如螺栓连接。负载输入导电排2012固定连接在功率PCB板2013上，并通过功率PCB板2013上的导线与对应的负载输入引脚2020电连接。负载输出导电排2014固定连接在功率PCB板2013上，并通过功率PCB板2013上的导线与对应的负载输出引脚电连接。
又一种可选方式是，参见图5，控制开关基座还包括第一绝缘座2011、功率PCB板2013，负载输入导电排2012与所述第一绝缘座可拆卸连接，例如螺栓连接。负载输入导电排2012对应的负载输入引脚2020固定并导电连接。负载输出导电排2014固定连接在功率PCB板2013上，并通过功率PCB板2013上的导线与对应的负载输出引脚电连接。
控制模块组件21包括控制模块基座和控制器，控制模块基座与控制开关基座可拆卸连接，控制器安装在控制模块基座上，控制器具有信号输入引脚、控制输出引脚，信号输出引脚与信号输入引脚可拆卸电连接，控制输入引脚与控制输出引脚可拆卸电连接。
一种可选方式是，参见图7，控制模块基座包括第二绝缘座2111、信号PCB板2112；控制器与第二绝缘座2111可拆卸连接，信号输出引脚与信号PCB板2112固定并电连接，信号输入引脚与信号PCB板2112可拆卸电连接，并通过信号PCB板2112上的导线与对应的信号输出引脚电连接；控制输入引脚与信号PCB板2112固定并电连接，控制输出引脚与信号PCB板2112可拆卸电连接，并通过信号PCB板2112上的导线与对应的控制输入引脚电连接。
在图5中，第二绝缘座2111设有卡槽21115，功率PCB板2013具有与卡槽21115配合的凸起，由于功率PCB板2013与负载输入导电排2012、负载输出导电排2014、第一绝缘座2011可拆卸连接形成了整体，所述当功率PCB板2013的凸起插入第二绝缘座2111的卡槽内时，第二绝缘座2111就与控制开关基座可拆卸固定在一起了。本实施例中，第二绝缘座2111选择壳体，信号PCB板2112设置在壳体内，同时信号PCB板2112还与电流电源开关202的控制输入引脚、信号输出引脚焊接固定。在第二绝缘座2111上设有控制器插接座21111和信号灯透光部，参见图5，控制器安装在控制器护套213内，控制器护套213插接在控制器插接座21111内并与第二绝缘座2111卡扣连接。控制器护套213包括卡扣连接的底壳2131和顶盖2132。在其它实施例中，控制器213的外表面也可以设有与控制器插接座21111配合的卡接扣。信号灯透光部21111主要是为了观察信号PCB板2112上的状态显示灯的发光状态。
优选的，信号PCB板2112包括控制PCB板21121、通讯PCB板21122，控制PCB板2112主要用于布设连接控制输入引脚、控制输出引脚的导线；通讯PCB板21122主要用于布设连接信号输出引脚、信号输入引脚的导线。
通讯PCB板21122可以接入通讯网络，例如负载控制模组安装在汽车上时，通讯PCB板21122可以与汽车的主控模块CAN总线连接。
实施例3：一种负载控制模组，参见图6-7，包括控制开关组件20和控制模块组件21。作为对实施例1的进一步改进，本实施例中附加了以下技术特征：
进一步的，参见图7，第一绝缘座2011包括连接头安装孔20114，控制模块基座还包括连接头2015，连接头2015的插针20151与负载输出导电排2014电连接，连接头2015安装在连接头安装孔20114内。
进一步的，参见图8，控制开关基座还包括第一绝缘座2011，控制模块基座还包括第二绝缘座2111，第二绝缘座2111为壳体，第一绝缘座2011与第二绝缘座2111密封连接。
实施例4：一种电气控制盒，参见图9，包括壳体1、负载控制电路2和导热件13，壳体1由底壳11和顶盖12可拆卸连接形成，壳体1具有散热部，本实施例中，顶盖12为散热材料制成，具体为铝结构件，导热件13固定在壳体1内并与散热部热传导连接。本实施例中，热件13为“匚”形铝结构件，“匚”形铝结构件的底面与底壳螺栓连接，顶盖12通过螺栓安装在“匚”形铝结构件的顶面上。由于导热件13为铝结构件，其同样能够导电，在安装时应注意使其与其它电气元器件间存在绝缘隔离。参见图9，顶盖12的顶面上设有波纹形凸起的散热翅121，其有助于增加顶盖12的表面积，加快散热速度。
在应用时，实施例2中的负载控制模组一般作为大电流负载控制电路使用，也即是其电流电源开关的负载端可以通行大电流，实施例3中的负载控制模组一般作为小电流负载控制电路使用，也即是其电流电源开关的负载端可以通行小电流。为了避免电流电源开关BTS555失效失去负载保护功能，还可以在电流电源开关的负载端串接备用熔断器FU，备用熔断器FU的熔断大流＞设定切断电流。在一个电气控制盒中，根据需要，可以同时出现大电流负载控制电路和小电流负载控制电路。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。
Claims (6)
1.一种负载控制模组，其特征在于，包括控制开关组件和控制模块组件；所述控制开关组件包括控制开关基座、电流电源开关，所述控制开关基座包括负载输入导电排和负载输出导电排，所述电流电源开关包括负载输入引脚、负载输出引脚、控制输入引脚和与其负载端电流相关的信号输出引脚，所述负载输入引脚与所述负载输入导电排电连接，所述负载输出引脚与所述负载输出导电排电连接；所述控制模块组件包括控制模块基座和控制器，所述控制模块基座与所述控制开关基座可拆卸连接，所述控制器安装在所述控制模块基座上，所述控制器具有信号输入引脚、控制输出引脚，所述信号输出引脚与所述信号输入引脚可拆卸电连接，所述控制输出引脚与所述控制输入引脚可拆卸电连接；
所述控制开关基座还包括第一绝缘座、功率PCB板，所述负载输入导电排固定连接在所述功率PCB板上，并通过所述功率PCB板上的导线与对应的负载输入引脚电连接，或者，所述负载输出导电排固定连接在所述功率PCB板上，并通过所述功率PCB板上的导线与对应的负载输出引脚电连接；
所述控制模块基座还包括第二绝缘座、信号PCB板；所述控制器与所述第二绝缘座可拆卸连接，所述信号输出引脚、控制输入引脚分别与所述信号PCB板固定连接，所述信号输入引脚、控制输出引脚分别与所述信号PCB板可拆卸电连接，并通过所述信号PCB板上的导线与对应的信号输出引脚、控制输入引脚电连接；
所述信号PCB板上设置有电流检测模块，所述功率PCB板上设置有控制模块，所述电流检测模块用于检测所述电流电源开关的负载端电流，并输出与所述负载端电流相关的第一信号，所述控制模块用于接收所述第一信号；当所述电流电源开关的负载端需要断开时，所述控制模块输出第二信号，所述电流电源开关的控制端响应所述第二信号，使所述电流电源开关的负载端断开，所述电流电源开关的负载端需要断开包括所述第一信号对应的负载端电流≥设定切断电流的情形。
2.如权利要求1所述的负载控制模组，其特征在于，所述电流电源开关为具有电流敏感元件的电流电源开关，所述电流敏感元件用于检测所述电流电源开关的负载端电流，在所述电流电源开关上形成有与所述电流敏感元件电连接的信号引脚。
3.如权利要求1所述的负载控制模组，其特征在于，所述电流电源开关包括智能海赛德大电流电源开关。
4.如权利要求1所述的负载控制模组，其特征在于，所述第一绝缘座包括连接头安装孔，所述控制模块基座还包括连接头，所述连接头的插针与所述负载输出导电排电连接，所述连接头安装在所述连接头安装孔内。
5.如权利要求1所述的负载控制模组，其特征在于，所述控制开关基座还包括第一绝缘座，所述控制模块基座还包括第二绝缘座，所述第二绝缘座为壳体，所述第一绝缘座与所述第二绝缘座密封连接。
6.一种电气控制盒，包括壳体，其特征在于，还包括导热件和如权利要求1-5中任一项所述的负载控制模组，所述壳体具有散热部，所述导热件固定在所述壳体内并与所述散热部热传导连接。
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