CN1755376A - 过载电流检测方法及检测电路 - Google Patents

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Abstract

在电池和负载之间带有FET的负载驱动设备中，过载电流检测电路具有带有分压电路和比较器的函数发生电路。分压电路具有一对连接到FET的漏极的电阻和一个被连接到连接点和第二电阻并联的齐纳二极管。比较器将连接点上的参考电压和FET的可变电压比较，当可变电压低于参考电压时输出过载电流检测信号。当没有过载电流存在且电池电压没有降低时，连接点被保持在齐纳二极管的击穿电压，且相对于FET的源极电压的差变得特别大。因此，即使在噪声进入系统时比较器也不会错误地输出过载电流检测信号。

Description

过载电流检测方法及检测电路
                          相关申请的交互引用
本申请(基于U.S.C.§119条款)要求对于日本专利申请号2004-288432的优先权。日本专利申请号2004-288432的所有揭示内容通过引用而结合在本文中。
                               技术领域
本发明涉及一种过载电流检测方法及检测电路，用于检测在驱动电池电源负载的电路中的过载电流。
                               背景技术
在通过开关从电池向负载提供电源的诸如打开汽车车灯的负载驱动设备中具有为检测过载电流的发生和保护负载或电气线路而设计的装置。
这种检测过载电流的过载电流检测电路的实例在日本公开专利公报号11-51983中被揭示。这个电路被跨接到负载和场效应晶体管(FET)开关半导体元件之间设置的分路电阻上。这个电路被设计为将流过分流电阻的电流转换为电压，该电压和参考电压比较从而检测是否存在过载电流。
鉴于上面的描述，对本技术领域中的熟练的人士而言能从这个揭示中显而易见地看到存在改进过载电流检测方法及检测电路的需求。本发明致力于本技术领域中的这种需求以及其他需求，通过本文的揭示，该问题的解决对于本技术领域中的熟练的人士将是显而易见的。
                               发明内容
已经发现，由于在日本已公开专利公报号11-51983中所揭示的电路中使用了一个分路电阻，电流流过的同时所产生的热量的问题不能被忽视。由于当电阻值被减小从而将分路电阻产生的热量减至最小时，与电流相关的检测电压也低，因此当外部噪声因为电磁干扰等进入电路而发生时，过载电流将更可能被错误地检测。
鉴于前述缺点，本发明的一个目标是提供一种过载电流的检测方法及检测电路，该方法和电路能够不受噪声影响地高精确度地检测过载电流。
前述目标可以通过提供一种过载电流的检测方法而被基本实现，该方法用于检测负载驱动设备中的过载电流，该负载驱动设备在电池电源和负载之间配备有开关半导体元件。这个方法主要包括检测和流过开关半导体元件的电流相对应的变量值；设定参考值作为电池电源的电池电压的函数，从而使得用于指示过载电流状况的过载电流检测的电流值随着电池电源的电池电压的减少量变小而增大；将和流过开关半导体元件的电流相对应的变量值和参考值相比较；当变量值达到参考值时，确定有过载电流的状况存在。
通过下文结合附图揭示本发明的优选实施例的详细描述，本发明的这些和其他的目标、特征、方面和优势对于在本技术领域中的熟练的人士而言是显而易见的。
                               附图说明
现在参照组成创造性的揭示内容的一部分的附图：
图1所示的是配备根据本发明的一个实施例的过载电流检测电路的负载驱动设备的框图；
图2所示的是当没有过载电流流过时比较器相关于电池电压的输入状态的曲线图，和
图3所示的是过载电流检测电流值相关于电池电压的曲线图。
                              具体实施方式
所选择的本发明的实施例将参考附图进行说明。本技术领域中的熟练人士从本文的揭示中显而易见的是，下文对本发明的实施例的描述仅被用于说明而不是为了如附后的权利要求及其等价物所定义的对本发明进行限制的目的。
首先参照图1，负载驱动设备的基本结构如图所示，该结构配备根据本发明的第一实施例的过载电流检测电路。负载驱动设备具有电池1，场效应晶体管(FET)2被设置在电池1和诸如灯或其它电气装置的负载3之间。负载驱动设备还具有控制单元4和开关电路5。控制单元4被连接到FET2的栅极。开关电路5被连接到控制单元4。控制单元4被配置成基于开关电路5的命令切换FET2的导通或截止。FET2具有连接到电池1的漏极(D)和连接到负载3的源极(S)。这样，FET2、控制单元4和开关电路5组成了开关半导体元件，电流通过该开关半导体元件从电池1流到负载3。
过载电流检测电路10被附接到FET2。过载电流检测电路10包括带有分压电路12的函数发生电路11和比较器13。分压电路12主要包括一对被串联设置在FET2的漏极(D)和接地GND之间的电阻R1和R2。函数发生电路或部件11具有一个设置在接地GND和电阻R1和R2之间的连接点P之间的齐纳二极管ZD。
齐纳二极管ZD的击穿电压被设定为低于当电池1的额定电压被施加到FET2的漏极(D)时电阻R1和R2之间的连接点P的电压。具体地，例如，如果电池1的额定电压被假定为12V，则电阻R1的电阻值被假定为3kΩ，电阻R2的电阻值被假定为27kΩ，以及齐纳二极管ZD的击穿电压被假定为6.8V。
电阻R1和R2之间的连接点P被连接到比较器13的同相输入端(“+”端或正端)，从而连接点P的电压作为函数发生电路11的输出被输入到比较器13。比较器13的反相输入端(“-”端或负端)被连接到FET2的源极(S)。比较器13的输出端被连接到控制单元4。
图2所示的是当没有过载电流流向FET2时，也就是没有过载电流的状况存在时比较器13的输入状态。由于没有过载电流流过时电池1的电压下降小，因而FET2的输入电压由和电池电压相关的直线A指示。在这时FET2的源极电势也和该输入电压相同。直线A的电压作为变量值被施加给连接到源极(S)的比较器13的反相输入端。
被输入到比较器13的同相输入端的函数发生电路11的输出通过基于电阻R1和R2的分压比的电压相对于直线A转变，但在到达齐纳二极管ZD的6.8V的击穿电压之后被保持在6.8V。当达到6.8V的恒定电压时，根据下列等式，电池电压的转换点是7.6V。
6.8×(3+27)/27＝7.6(V)
由虚线B表示的函数发生电路11的输出成为用于检测是否有过载电流状况存在的参考电压(规定的参考值)。当没有过载电流流过时，直线A高于参考电压(B)，且比较器13的输出信号是L(低)，表示没有过载电流的状况。
当存在过载电流状况时，过载电流降低了电池1的电压，从而在FET2的漏极(D)和源极(S)之间造成电压降，也就是由导通电阻造成的电压降。这样，当被输入到反相输入端的源极电压低于被输入到同相输入端的参考电压时，比较器13接着输出H(高)作为过载电流检测信号。
当过载电流检测信号从比较器13输出时，控制单元4将FET2截止从而防止过载电流流到负载3。
如上所述，如果假定电阻R1的电阻值是3kΩ，电阻R2的电阻值是27kΩ，齐纳二极管ZD的击穿电压是6.8V，以及FET2的导通电阻是3.3mΩ，则和电池电压相关的过载电流检测电流(当比较器13的输出为H时的电流值)呈现如图3所示的形式。
具体地，在过载电流状况存在且电池电压降低到5V的状态下，过载电流的检测电流是152A。换句话说，如果152A的电流流过FET2或负载3，这个电流被确定是过载电流，且输出过载电流检测信号。
在由于没有实际的过载电流状况存在因此电池1中没有电压降低且电池电压是12V的状态下，过载电流检测电流是1576A，该电流通过下列计算所示。
(12-6.8)V/3.3mΩ＝1576A
具体地，当没有过载电流状况存在时，因为没有极大的电流流过，就没有过载电流检测信号从比较器13中输出。
在上文描述的实施例中，负载驱动设备在电池1和负载3之间配备FET2，函数发生电路11被连接到FET2的电池一侧用于输出作为与电池电压相关的函数的规定的参考电压。当FET2的源极电压降低到参考电压时(也就是，当过载电流状况存在时)，负载驱动设备用比较器13输出过载电流检测信号。这个参考电压被设定成使指示过载电流状况的过载电流检测值随着电池电源的电池电压的下降量变小而增大。这样，参考电压和FET2的源极或负载侧的电压之间的差值增加到电池电压变得如此高以至于过载电流不发生的程度。结果，即使当噪声进入系统的时候上述电压差也难以被跨接，因而防止比较器13错误地输出过载电流检测信号。
由于函数发生电路11具有电阻R2和电阻R1串联的分压电路12，该分压电路自身被连接到FET2的电池1一侧，且电阻R1和R2的连接点P被连接到比较器13的同相输入端，因而参考电压由基于电阻R1和R2相对于电池电压的分压比的电压转变。在这个简单的结构中，源极电压和参考电压之间的差随着电池电压的增大而增大，且过载电流检测电流值也可以增大。
在函数发生电路11中，齐纳二极管ZD与电阻R2并联设置，齐纳二极管ZD的阴极连接到电阻R1和R2之间的连接点P。当电池电压在规定值或之上时，连接点P通过齐纳二极管ZD的击穿被保持在齐纳二极管ZD的击穿电压，因此相关于FET2的源极电压的差变得特别大。因此，可以更可靠地防止过载电流检测信号在没有过载电流流过的状态下被错误地输出。
2004年9月30日提交的日本专利申请号2004-288432的揭示内容通过引用而结合在本文中。
在上述实施例中的电阻的电阻值、齐纳二极管的击穿电压、FET的导通电阻、电池的额定电压和其他数值是作为实例的目的而不是对本发明的限制，因此它们可以被设定为任何需要和/或要求的数值。
如本文描述上述实施例所用，本文用于描述由元件、部件、装置等等所执行的操作或者功能的术语“检测”包括不要求物理检测的元件、部件、装置等等，但当然也包括确定、测量、模拟、预测或计算等从而执行操作或功能。本文用于描述由元件、部件或装置的一部分的术语“被配置”包括被构建和/或编程用来执行所要求功能的硬件和/或软件。此外，在权利要求中表述为“方法以及功能”的术语应该包括任何可以被用来执行本发明的那些部分的功能的结构。本文使用的诸如“基本上”、“大约”和“近似”的程度术语的意思是使得最终结果没有显著改变的经修改的项目的合理偏差量。例如，如果±5％的偏差没有否定所修改的文字的意思，则这些术语可以被认为包括经修改的项目的至少±5％的偏差。
尽管仅仅由经选择的实施例被选择来说明本发明，但是在本技术领域中的熟练人士从揭示的内容中显而易见的是，可以对本文进行各种变化和修改而不背离由附后的权利要求所定义的本发明的范围。此外，上文对根据本发明的实施例的描述仅仅作为说明被提供，而不是为了由附后的权利要求及其等价物所定义的对本发明进行限制的目的。因而，本发明的范围不限于被揭示的各个实施例。

Claims (6)

1、一种过载电流的检测方法，用于检测负载驱动设备中的过载电流，该负载驱动设备在电池电源和负载之间配备有开关半导体元件，该方法包括：
检测和流过开关半导体元件的电流相对应的变量值；
设定参考值作为电池电源的电池电压的函数，从而使得指示过载电流状况的过载电流检测的电流值随着电池电源的电池电压的下降量变小而增大；
将和流过开关半导体元件的电流相对应的变量值和参考值相比较；和
当变量值达到参考值时，确定有过载电流的状况存在。
2、如权利要求所述1的检测方法，其特征在于，其中
参考值函数的设定进一步包括，当电池电源的电池电压在规定值或之上时保持参考值不变。
3、一种过载电流检测电路，用于检测负载驱动设备中的过载电流，该负载驱动设备在电池电源和负载之间配备有开关半导体元件，其特征在于，该电路包括：被配置成输出参考电压的函数发生部件，该参考电压作为与电池电源的电池电压相关的函数，该函数发生部件被配置成连接到开关半导体元件的电池电源一侧；和
具有同相输入端和反相输入端以及输出端的比较器，同相输入端工作时耦合到函数发生部件从而接收参考电压，反相输入端被配置成工作时耦合到开关半导体元件的负载一侧从而接收开关半导体元件负载一侧的负载侧电压，输出端被配置成当开关半导体元件负载一侧的负载侧电压已经降低到参考电压时输出过载电流检测信号，
参考电压由函数发生部件设定，使得用于指示过载电流状况的过载电流检测电流值随着电池电源的电池电压的下降量变小而增大。
4、如权利要求3所述的过载电流检测电路，其特征在于，其中，
函数发生部件包括分压电路，分压电路具有连接到开关半导体元件的电池电源一侧的第一电阻和串联连接到第一电阻的第二电阻；和
比较器的同相输入端被连接在第一和第二电阻之间的连接点上。
5、如权利要求4所述的过载电流检测电路，其特征在于，其中
函数发生部件进一步包括与第二电阻并联的齐纳二极管，齐纳二极管的阴极连接到第一和第二电阻之间的连接点，从而在电池电源的电压在规定值或之上时，第一和第二电阻之间的连接点的电压保持不变。
6、一种过载电流检测电路，用于检测负载驱动设备中的过载电流，该负载驱动设备在电池电源和负载之间配备有开关半导体元件，其特征在于，该电路包括：产生作为与电池电源的电压相关的函数的参考值从而使得用于指示过载电流状况的过载电流检测电流值随着电池电源的电池电压的下降量变小而增大的装置；
用于将和流过开关半导体元件的电流相对应的变量值和参考值比较的装置；和
用于当变量值已经达到参考值时确定过载电流状况存在的装置。
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