CN111095763A - 电子控制装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够维持免受负浪涌电压的保护功能和反接保护功能，并实现小型化和低成本化的电子控制装置。电子控制装置具备：第一电源端子、第二电源端子、第一电压限制元件、第二电压限制元件、第一二极管、第二二极管以及电源IC。第一电源端子从电池被施加电压，第二电源端子从电池经由启动开关而被施加电压。第一电压限制元件设置在第一电源端子和电源IC的输入端子之间。第一二极管的阴极连接到电源IC的输入端子。第二电压限制元件设置在所述第二电源端子和第一二极管的阳极之间。第二二极管的阴极与第一二极管的阳极连接，阳极接地。并且，第一电压限制元件的限制电压比第二电压限制元件的限制电压高。

Description

电子控制装置
技术领域
本发明涉及具有保护电源输入部免受负浪涌的浪涌保护功能的车载用的电子控制装置。
背景技术
以往，在车载用的电子控制装置中，为了保护内部电路免受人为失误等引起的电池端子的反接，设置反接保护电路。此外，为了保护内部电路免受驱动负载时的开关动作等所产生的浪涌电压，在电源输入部设置浪涌保护电路。
例如，在专利文献1中，记载了由MOSFET构成反接保护电路，在浪涌电压产生时进行该MOSFET的保护的车载用控制装置。在该专利文献1的技术中，即使电池的电压降低到ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)的能够工作的临界电压附近，也能够保证ECU的工作，在施加浪涌电压时，能够保护ECU的内部电路，防止ECU的复位。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2013-66321号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在上述专利文献1那样的电路结构中，由于若对电池端子施加负浪涌，则该浪涌电压直接施加在反接保护用FET的漏极上，因而需要耐压高的高价元件。此外，在将反接保护用FET及该FET的开关用FET用于保护免受负浪涌电压的情况下，需要包含用于控制这些FET的周边电路的多个元件，电路基板的安装面积变大。因此，成为电子控制装置的大型化和产品成本的增大的一个原因。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够维持免受负浪涌电压的保护功能和反接保护功能，并实现小型化和低成本化的电子控制装置。
用于解决课题的手段
根据本发明的一个方面的电子控制装置，具备：第一电源端子，从搭载于车辆的电池被施加电压；第二电源端子，从所述电池经由启动开关而被施加电压；电源IC，从施加到所述第一电源端子和第二电源端子的所述电池的电压生成内部工作电压；第一电压限制元件，设置在所述第一电源端子和所述电源IC的输入端子之间，并将所述第一电源端子侧的电压限制为负的规定电压；第一二极管，阴极连接到所述电源IC的输入端子；第二电压限制元件，设置在所述第二电源端子和所述第一二极管的阳极之间，并将所述第二电源端子侧的电压限制为比所述第一电压限制元件的限制电压高的负的规定电压；以及第二二极管，阴极与所述第一二极管的阳极连接，阳极接地。
发明效果
根据本发明，由于通过第一电压限制元件将第一电源端子侧的电压限制为负的规定电压，通过第二电压限制元件将第二电源端子侧的电压限制为负的规定电压，因而能够抑制对第一电源端子和/或第二电源端子施加过大的负电压，保护内部电路免受负浪涌。此外，由于第一电压限制元件的限制电压比第二电压限制元件的限制电压高，因而能够避免成为电源IC的工作停止的发生原因的输入端子电压的下降。进一步地，由于能够使设置在从第二电源端子到电源IC的电流路径上的第二二极管在到第一电源端子和第二电源端子的保护路径间共享，因而能够削减部件的数量。
这样，能够设为简单的电路结构，并实现与现有技术同等的浪涌保护功能和反接保护功能。
因此，通过削减部件数量，能够缩小电路基板的安装面积，实现小型化。此外，由于使用第一电压限制元件及第二电压限制元件，以不生成高电压施加部的方式进行浪涌保护，因而可以不需要使用高价的高耐压元件，实现低成本化。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方式的电子控制装置的电源输入部附近的电路图。
图2A是表示应用本发明的电子控制装置的CVT用电子控制装置的概略结构的分解图。
图2B是图2A所示的CVT用电子控制装置的配线基板的俯视图。
图3是表示在图1所示的电路中，向两个电源端子分别施加浪涌电压的情况下的保护路径的电路图。
图4是表示在图1所示的电路中，向两个电源端子同时施加浪涌电压的情况下的保护路径的电路图。
图5是用于说明在电源端子上施加负浪涌的情况下的、反接保护用MOSFET的漏极电压和电源IC的输入电压的图。
图6是根据本发明的第二实施方式的电子控制装置的电源输入部附近的电路图。
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。
[第一实施方式]
图1示出了根据本发明第一实施方式的电子控制装置的电源输入部周边的电路结构。此外，图2A和图2B表示应用本发明的电子控制装置的CVT(Continuously VariableTransmission：无级变速器)用电子控制装置的概略结构。如图2A所示，电子控制装置包含电路基板(PCB)1、搭载该电路基板1的金属基座2和树脂盖3而构成。电路基板1被容纳于由金属基座2和树脂盖3形成的空间内，具有图2B所示的平面形状。虽然未图示，但在该电路基板1上安装有各种电子部件，用于与外部设备的电连接的连接器4以连接部从树脂盖3的侧面露出的方式设置。
金属基座2例如由铝或铁等散热性优良的金属材料成形。连接器4和树脂盖3由例如PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)树脂或PPS(聚苯硫醚)树脂等强度和耐热性优良的塑料材料形成。电路基板1的角部使用电路基板固定用螺钉6-1～6-4固定在金属基座2上。在电子部件内，特别是来自高发热电子部件的发热被传递到设置于金属基座2的电路基板1的搭载面侧的散热材料5。
此外，为了确保电子控制装置的气密性，在金属基座2和树脂盖3、金属基座2和连接器4以及树脂盖3和连接器4之间分别介入密封材料7a、7b、7c。密封材料7a、7b、7c能够使用液态垫圈(FIPG：Formed In Place Gasket，就地成型垫圈)。由于只要能够满足电子控制装置的气密性即可，因而例如也能够使用固化前具有流动性的液状粘接剂或O型环。在树脂盖3上，设置有通气孔，并热熔接有使电子控制装置的内部和外部环境通气的呼吸过滤器8。这种呼吸过滤器8不让水和污染物等通过，只让空气通过。金属基座2和树脂盖3例如通过对从树脂盖3的外周部四角突出的凸起3a、3b、3c进行热成形的热铆接来固定。
如图1所示，在电路基板1(电子控制装置)的电源输入部10上设置有电源端子VBATT和电源端子VIGN。电源端子VBATT与搭载在车辆上的电池(直流电源)VB的正极连接，电源端子VIGN通过点火开关(启动开关)IGNSW而与电池VB的正极连接。
在电源端子VBATT上连接有作为电源切断用的开关元件而工作的P沟道型MOSFETTr1的源极。该MOSFET Tr1的漏极连接有作为电压限制元件而工作的的齐纳二极管Z1的阳极，其阴极与电源IC 11的输入端子(连接点)N1连接。此外，在电源端子VIGN上连接作为电压限制元件而工作的齐纳二极管Z2的阳极，其阴极与二极管D1的阳极连接。二极管D1的阴极连接到齐纳二极管Z1的阴极和电源IC 11的输入端N1。二极管D2的阴极与二极管D1的阳极和齐纳二极管Z2的阴极连接，该二极管D2的阳极与接地点连接。进一步地，在电源IC 11的输入端子N1和接地点间，连接有抑制电压的变动的电容器(平滑用电容器)C1。在该电源IC 11的输入端子N1上连接有该电源IC 11的切断端口11a。
电源IC 11对施加在电源端子VBATT上的电池VB的电压进行降压而生成内部工作电压。由该电源IC 11生成的内部工作电压被提供给搭载于车辆的电子设备，例如对变速器的驱动带轮的液压控制用电动泵进行控制的MCU(Micro Controller Unit：微控制器单元)12。上述MOSFET Tr1在停止电源IC 11或MCU 12的工作时被关断。
进一步地，在电源端子VBATT上，串联地经由作为电源切断用的开关元件而工作的P沟道型MOSFET Tr2和反接保护用的P沟道型MOSFET Tr3的电流通路，而连接有负载驱动电路13的输入端子。MOSFET Tr2的源极与电源端子VBATT连接，漏极与MOSFET Tr3的漏极连接。此外，MOSFET Tr3的源极与负载驱动电路13的输入端子连接。这些MOSFET Tr2、Tr3的寄生二极管的通电方向相反。并且，由负载驱动电路13驱动螺线管等负载14。
在上述电路结构中，齐纳二极管Z1的齐纳电压Vz1被设定为高于齐纳二极管Z2的齐纳电压Vz2。即，“Vz1>Vz2”。此外，在将电源IC 11的工作电压设为VI1时，为了确保负浪涌电压产生时的电源IC 11的工作电压，齐纳二极管Z1、Z2的齐纳电压Vz1、Vz2满足下式(1)的条件。这里，设对电源端子VBATT、VIGN同时施加负浪涌电压。
-Vfd2-Vz2+Vz1≥Vl1…(1)
其中，Vfd2是二极管D2的正向电压。
图3表示在图1所示的电路中，对电源端子VBATT和电源端子VIGN分别施加负浪涌的情况下的保护路径(浪涌放电路径)。若对电源端子VBATT施加负的浪涌电压，则齐纳二极管Z1被击穿，如虚线20所示，电流从电源端子VIGN经由齐纳二极管Z2的阳极/阴极、二极管D1的阳极/阴极、齐纳二极管Z1的阴极/阳极和MOSFET Tr1的寄生二极管的阴极/阳极而流到电源端子VBATT。由此，MOSFET Tr3的漏极电压VD为：
VD＝Vign-Vfz2-Vfd1-Vzz1…(2)
电源IC 11的输入电压VI为：
VI＝Vign-Vfz2-Vfd1…(3)在上式(2)、(3)中，Vign是施加在电源端子VIGN上的电压(电池VB的电压)，Vzz1是齐纳二极管Z1的齐纳电压，Vfz2是齐纳二极管Z2的正向电压。
因此，抑制了负的过大电压被施加到电子控制装置的内部电路的情况。
另一方面，在对电源端子VIGN施加负的浪涌电压的情况下，齐纳二极管Z2击穿，如点划线21所示，电流从接地点经由二极管D2的阳极/阴极、以及齐纳二极管Z2的阴极/阳极而流到电源端子VIGN。由此，MOSFET Tr3的漏极电压VD为：
VD＝Vbatt…(4)
电源IC 11的输入电压VI为：
VI＝Vbatt-Vfz1…(5)在上式(4)、(5)中，Vbatt是施加在电源端子VBATT上的电压(电池VB的电压)。
因此，抑制了负的过大电压被施加到电子控制装置的内部电路的情况。这样，二极管D2被共用于对电源端子VBATT施加浪涌电压的情况、和对电源端子VIGN施加浪涌电压的情况双方的保护工作中。
接着，举出具体例进行说明。为了简化说明，设齐纳二极管Z1的齐纳电压Vz1为40V，齐纳二极管Z2的齐纳电压Vz2为20V，二极管D1、齐纳二极管Z2的正向电压Vfd1、Vfz2分别为1V，并假设在从电池VB向电源端子VIGN施加14V的电压的状态下，向电源端子VBATT施加-100V的浪涌电压。齐纳二极管Z1的阳极侧的电压为“14-1-1-40＝-28”，并非施加在电源端子VBATT上的负浪涌电压本身而是施加在反接保护用的MOSFET Tr3的源极/漏极间的电位差变小。因此，MOSFET Tr3能够使用低耐压的低价元件。
与此相对，若假设在从电池VB向电源端子VBATT施加14V的电压的状态下，在电源端子VIGN上施加-100V的浪涌电压，则齐纳二极管Z2被击穿，因而在反接保护用的MOSFETTr3的源极/漏极间仍不会被施加大的电压。
图4表示在图1所示的电路中，对电源端子VBATT和电源端子VIGN同时施加负浪涌的情况下的保护路径。例如，在点火开关IGNSW导通的状态下，对电源端子VBATT或电源端子VIGN施加了负的浪涌电压的情况。齐纳二极管Z1的齐纳电压Vz1被设定为比齐纳二极管Z2的齐纳电压Vz2高，因而若施加负浪涌，则齐纳二极管Z2先被击穿，如双点划线22所示，电流从接地点经由二极管D2的阳极/阴极、以及齐纳二极管Z2的阴极/阳极而流到电源端子VIGN。
由此，MOSFET Tr3的漏极电压VD为：
VD＝-Vfd2-Vz2…(6)
电源IC 11的输入电压VI为：
VI＝-Vfd2-Vz2+Vz1…(7)
因此，抑制了负的过大电压施加到电子控制装置的内部电路的情况。此外，由于齐纳二极管Z1不击穿，因而能够维持电源IC 11的输入端子N1的电压(电源电压)，并能够抑制电源IC 11的工作停止、或下一级的MCU 12被复位。
图5汇总表示在上述的各电源端子上施加了负浪涌的情况下的、反接保护用MOSFET Tr3的漏极电压VD与电源IC 11的输入电压VI的关系。由于即使对电源端子VBATT和电源端子VIGN的一方或双方施加-100V的过大的浪涌电压，也能够降低施加在MOSFET Tr3的漏极上的电压VD，因而能够抑制该MOSFET Tr3的破坏，并且由于MOSFET Tr3不需要耐压高的高价元件，因而能够抑制成本的上升。此外，由于电源IC 11的输入电压VI不会成为工作电压VI1以下，因而能够抑制电源IC 11的工作停止，或者从该电源IC 11而被供给工作电源的MCU 12被复位。
这样，由齐纳二极管Z1将电源端子VBATT侧的电压限制为第一负规定电压(齐纳电压Vz1)，并由齐纳二极管Z2将电源端子VIGN侧的电压限制为第二负规定电压(齐纳电压Vz2)，因此，能够抑制对电源端子VBATT、VIGN施加过大的负电压，保护内部电路免受负浪涌电压。
此外，由于齐纳二极管Z1的齐纳电压Vz1(限制电压)比齐纳二极管Z2的齐纳电压Vz2高，因而能够避免作为电源IC 11的工作停止或MCU 12的复位的发生原因的输入端子电压的下降。进一步地，由于在第一浪涌放电路径和第二浪涌放电路径(虚线20和点划线21)间共享了设置在从电源端子VIGN到电源IC 11的电流路径上的二极管D2，因而能够作为削减了部件数量的简单的电路结构而实现与现有技术同等的浪涌保护功能和反接保护功能。
因此，由于能够削减部件数量，因而能够缩小电路基板1的安装面积而实现小型化，由于不需要使用高价的高耐压MOSFET，因而能够实现低成本化。
[第二实施方式]
图6示出了根据本发明的第二实施方式的电子控制装置的电源输入部周边的电路结构。本第二实施方式是将第一实施方式中的MOSFET Tr1和Tr2进行共用而作为一个MOSFET Tr1’的实施方式。即，去掉MOSFET Tr2，将MOSFET Tr1’的源极与电源端子VBATT连接，将漏极与齐纳二极管Z1的阳极和MOSFET Tr3的漏极连接。
其他结构与图1同样，因而对相同的部分标注相同的符号，省略其详细说明。
并且，在上述结构中，若设施加在电源端子VIGN上的电压为Vign，齐纳二极管Z2的正向电压为Vfz2，二极管D1的正向电压为Vfd1，齐纳二极管Z1的齐纳电压为Vz1，MOSFETTr3的漏极/源极最大额定电压为Vdc_max，则满足下式(8)的关系：
Vign-Vfz2-Vfd1-Vz1<Vdc_max…(8)
并且，设定齐纳二极管Z1的齐纳电压Vz1，以使MOSFET Tr3的施加电压成为绝对最大额定电压以下。由此，由于齐纳二极管Z2在MOSFET Tr3的施加电压为绝对最大额定电压以下的情况下被击穿，因而与第一实施方式相比，能够进一步削减元件数量，并有效地保护MOSFET Tr3。
因此，能够缩小电路基板1的安装面积而实现小型化，并且不需要使用高价的高耐压MOSFET，因而能够实现低成本化。
以上，使用第一、第二实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述各实施方式，在实施阶段，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变形。例如以CVT用的电子控制装置为例进行了说明，但不限于CVT用。此外，上述各实施方式中包含各种阶段的发明，可以通过所公开的多个构成要件的适当的组合来提取各种发明。例如，即使从各实施方式所示的全部构成要件中删除几个构成要件，也能够解决发明所要解决的课题一栏所述的课题中的至少一个，在得到发明效果一栏所述的效果中的至少一个的情况下，删除了该构成要件的结构可以作为发明被提取出来。
符号说明
1…电路基板；10…电源输入部；11…电源IC；11a…切断端口；12…MCU；13…负载驱动电路；14…负载(螺线管)；VB…电池；IGNSW…点火开关(启动开关)；VBATT…电源端子(第一电源端子)；VIGN…电源端子(第二电源端子)；Tr1～Tr3…MOSFET(开关元件)；Z1…齐纳二极管(第一电压限制元件)；Z2…齐纳二极管(第二电压限制元件)；D1…二极管(第一二极管)；D2…二极管(第二二极管)。

Claims (16)

1.一种电子控制装置，其特征在于，具备：
第一电源端子，从搭载于车辆的电池而被施加电压；
第二电源端子，从所述电池经由启动开关而被施加电压；
电源IC，从被施加于所述第一电源端子和第二电源端子的所述电池的电压而生成内部工作电压；
第一电压限制元件，设置在所述第一电源端子和所述电源IC的输入端子之间，并将所述第一电源端子侧的电压限制为负的规定电压；
第一二极管，阴极连接到所述电源IC的输入端子；
第二电压限制元件，设置在所述第二电源端子和所述第一二极管的阳极之间，并将所述第二电源端子侧的电压限制为比所述第一电压限制元件的限制电压高的负的规定电压；以及
第二二极管，阴极与所述第一二极管的阳极连接，阳极接地。
2.如权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，还具备：
介于所述第一电源端子和所述第一电压限制元件之间的电流切断用的第一开关元件、驱动负载的负载驱动电路、以及串联地设置在所述第一电源端子和所述负载驱动电路的输入端子之间的电流切断用的第二开关元件和反接保护用的第三开关元件。
3.如权利要求2所述的电子控制装置，其特征在于，
在停止所述电源IC的工作时，关断所述第一开关元件。
4.如权利要求2所述的电子控制装置，其特征在于，
所述第一电压限制元件是第一齐纳二极管，所述第二电压限制元件是第二齐纳二极管，所述第一齐纳二极管的齐纳电压比所述反接保护用的第三开关元件的绝对最大额定电压低。
5.如权利要求4所述的电子控制装置，其特征在于，
所述第一齐纳二极管的齐纳电压低于所述第二齐纳二极管的齐纳电压。
6.如权利要求2所述的电子控制装置，其特征在于，
所述第一开关元件、所述第二开关元件和所述第三开关元件分别是MOSFET。
7.如权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，还具备：
介于所述第一电源端子和所述第一电压限制元件之间的电流切断用的第一开关元件、驱动负载的负载驱动电路、以及被设置在所述负载驱动电路的输入端子与所述第一开关元件和所述第一电压限制元件的连接点间的反接保护用的第二开关元件。
8.如权利要求7所述的电子控制装置，其特征在于，
在停止所述电源IC的工作时，关断所述第一开关元件。
9.如权利要求6所述的电子控制装置，其特征在于，
所述第一电压限制元件是第一齐纳二极管，所述第二电压限制元件是第二齐纳二极管，所述第一齐纳二极管的齐纳电压比所述反接保护用的第二开关元件的绝对最大额定电压低。
10.如权利要求9所述的电子控制装置，其特征在于，
所述第一齐纳二极管的齐纳电压低于所述第二齐纳二极管的齐纳电压。
11.如权利要求7所述的电子控制装置，其特征在于，
所述第一开关元件和所述第二开关元件分别是MOSFET。
12.如权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
所述电源IC的输入端子与该电源IC的切断端口连接。
13.如权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，还具备：
电容器，连接于所述电源IC的输入端子和接地点间，抑制电压的变动。
14.如权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，还具备：
MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)，被供给由所述电源IC生成的内部工作电压，并控制搭载于所述车辆的电子设备。
15.如权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，还具备：
电路基板，安装有所述电源IC、所述第一电压限制元件、所述第一二极管、所述第二电压限制元件、以及所述第二二极管；金属基座，搭载所述电路基板；以及树脂盖，与所述金属基座一同形成容纳所述电路基板的空间。
16.如权利要求15所述的电子控制装置，其特征在于，还具备：
连接器，以使连接部从所述树脂盖的侧面露出的方式而被设置，用于与外部设备电连接。
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