-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieversorgungssteuerung, die eine Funktion zum Schützen eines Schaltelementes und eines Energieversorgungspfades aufweist.
-
STAND DER TECHNIK
-
Eine Energieversorgungssteuerung enthält ein Schaltelement zum Erlauben/Verhindern einer Energiezufuhr von einer Energiequelle zu einer Last, um eine Energiezufuhr zu der Last durch Einschalten und Ausschalten des Schaltelementes zu steuern. In einer derartigen Energieversorgungssteuerung kann das Schaltelement, wenn ein Überstrom fließt, durchbrennen oder ein Draht (Energieversorgungspfad) kann in einigen Fällen rauchen. Dementsprechend wird eine Konfiguration benötigt, bei der, wenn der Überstrom fließt, das Schaltelement in dem Aus-Zustand gehalten wird, um zu verhindern, dass Ströme zu der Last fließen, wodurch das Schaltelement und der Draht geschützt werden.
-
Im Allgemeinen unterscheiden sich ein Halbleiterschalter und ein Draht hinsichtlich ihrer thermischen Eigenschaften bzw. Charakteristika (Wärmeerzeugungscharakteristika und Wärmeverteilungscharakteristika) voneinander, und somit können die Energieversorgungsverhinderungsbedingungen unterschiedlich sein. Typischerweise weist das Schaltelement einen kleineren Einschaltwiderstand bzw. Durchlasswiderstand und eine geringere thermische Kapazität im Vergleich zu dem Draht auf. Daher ist es notwendig, eine Energiezufuhr unmittelbar zu verhindern, wenn der Wert eines Überstromes relativ groß ist, um das Schaltelement zu schützen, aber dieses ist nicht notwendig, wenn der Wert relativ klein ist. Der Draht weist jedoch eine große thermische Kapazität im Vergleich zu dem Schaltelement auf. Daher ist es, um den Draht zu schützen, notwendig, die Energiezufuhr zu verhindern, wenn ein Überstrom während einer langen Zeitdauer fließt, und zwar sogar dann, wenn dessen Wert relativ klein ist, da die Möglichkeit eines Rauchens besteht. Dementsprechend führen derartige Unterschiede in den Energieversorgungsverhinderungsbedingungen zu der Notwendigkeit unterschiedlicher Konfigurationen zum Schützen des Schaltelementes und zum Schützen des Drahtes.
-
Diesbezüglich ist herkömmlich eine Energieversorgungssteuerung verfügbar, die eine Schaltelementschutzschaltung aufweist (
JP 2007-174490 A ). Die Schaltelementschutzschaltung führt einen Wiederversuchsbetrieb zum Ausschalten des Schaltelementes, wenn ein Überstrom erfasst wird, und zum Beseitigen des Ausschaltzustands, nachdem eine vorbestimmte Zeit (Ausschaltzeit) verstrichen ist, durch und verhindert den Energiezufuhrbetrieb (Wiederversuchsbetrieb), wenn die Häufigkeit der Wiederversuchsbetriebe einen vorbestimmten Wert erreicht. Außerdem ist die Schaltelementschutzschaltung ausgelegt, die Häufigkeit der Durchführungen der Wiederversuchsbetriebe auf Null zurückzusetzen, wenn ein Zustand, bei dem kein Überstrom erfasst wird, eine vorbestimmten Zeit (Löschzeit) andauert, bevor die Häufigkeit der Durchführungen der Wiederversuchsbetriebe den vorbestimmten Wert erreicht.
-
Die
DE 11 2008 003 096 T5 beschreibt eine Energieversorgungssteuerung, die aufweist: Ein Schaltelement, das mit einem Energieversorgungspfad zwischen einer Energiequelle und einer Last verbunden ist; ein Stromerfassungselement, das ausgelegt ist, ein Erfassungssignal entsprechend einem Wert eines fließenden Stromes, der durch den Energieversorgungspfad fließt, auszugeben; eine Energieversorgungspfadschutzeinheit, die ausgelegt ist, einen Energieversorgungspfadschutzbetrieb durchzuführen, der eine Energiezufuhr unter Verwendung des Schaltelementes bei einer Bedingung, bei der ein Wert einer Temperaturerhöhung des Energieversorgungspfades in Bezug auf eine Bezugstemperatur einen Temperaturschwellenwert überschreitet, beschränkt; und eine Schaltschutzeinheit, die ausgelegt ist, einen Schaltschutzbetrieb durchzuführen, der die Energiezufuhr unter Verwendung des Schaltelementes bei einer Bedingung, bei der ein Wert des fließenden Stromes, der auf dem Erfassungssignal basiert, einen Stromschwellenwert überschreitet, unterbricht und wieder einschaltet. Die Temperatur des Energieversorgungspfades wird dabei unter Verwendung des Wertes der Temperaturerhöhung geschätzt.
-
Die
DE 102 45 484 A1 beschreibt eine Energieversorgungssteuerung gemäß der die Energiezufuhr mittels eines Schaltelements beschränkt wird, wenn ein Stromschwellenwert und ein Temperaturschwellenwert überschritten werden, um den Energieversorgungspfad zu schützen.
-
BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
-
Von der Erfindung zu lösendes Problem
-
Die Energieversorgungssteuerung, die eine derartige Schaltelementschutzschaltung, wie sie beispielsweise in der
JP 2007-174490 A beschrieben ist, enthält, benötigt jedoch Zähler zum Zählen jeweils der Häufigkeit bzw. Anzahl der Durchführungen der Wiederversuchsbetriebe und der Löschzeit ebenso wie der Ausschaltzeit. Dieses verhindert beispielsweise eine Verringerung der Größe und des Gewichtes der Schaltung.
-
Im Hinblick dessen wurde die vorliegende Erfindung entwickelt, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energieversorgungssteuerung zu schaffen, die ausgelegt ist, die Anzahl der Zähler, die zum Schutz des Schaltelementes verwendet werden, zu verringern. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
-
Mittel zum Lösen des Problems
-
Um das Problem zu lösen, enthält eine Energieversorgungssteuerung gemäß der ersten Erfindung: Ein Schaltelement, das mit einem Energieversorgungspfad zwischen einer Energiequelle und einer Last verbunden ist; ein Stromerfassungselement, das ausgelegt ist, ein Erfassungssignal auszugeben, das einem Wert eines fließenden Stromes, der durch den Energieversorgungspfad fließt, entspricht; eine Energieversorgungspfadschutzeinheit, die ausgelegt ist, einen Energieversorgungspfadschutzbetrieb durchzuführen, der eine Energiezufuhr unter Verwendung des Schaltelementes bei einer Bedingung, bei der ein Wert einer Temperaturerhöhung des Energieversorgungspfades in Bezug auf eine Bezugstemperatur einen Temperaturschwellenwert überschreitet, beschränkt; und eine Schaltschutzeinheit, die ausgelegt ist, einen Schaltschutzbetrieb durchzuführen, der die Energiezufuhr unter Verwendung des Schaltelementes bei einer Bedingung, bei der ein Wert des fließenden Stromes, der auf dem Erfassungssignal basiert, einen Stromschwellenwert überschreitet, beschränkt und die Beschränkung nach einer Bezugszeit beseitigt, wobei die Energieversorgungspfadschutzeinheit einen Additionswert zu dem Wert der Temperaturerhöhung bei einer Bedingung addiert, bei der der Wert des fließenden Stromes den Stromschwellenwert überschreitet, und eine Nachadditionstemperatur mit dem Temperaturschwellenwert vergleicht.
-
Gemäß der Erfindung wird ein Energieversorgungspfadschutzbetrieb durchgeführt, der die Energiezufuhr unter Verwendung des Schaltelementes bei einer Bedingung, bei der der Wert einer Temperaturerhöhung des Energieversorgungspfades in Bezug auf eine Bezugstemperatur den Temperaturschwellenwert überschreitet, beschränkt. Gleichzeitig wird ein Schaltschutzbetrieb durchgeführt, der einen Stromfluss unter Verwendung des Schaltelementes bei einer Bedingung, bei der der Wert des fließenden Stromes den Stromschwellenwert überschritten hat, beschränkt. Außerdem wird ein Additionswert zu dem Wert der Temperaturerhöhung des Energieversorgungspfades bei einer Bedingung addiert, bei der der Wert des fließenden Stromes den Stromschwellenwert überschreitet, und es wird der Energieversorgungspfadschutzbetrieb bei einer Bedingung durchgeführt, bei der eine Nachadditionstemperatur den Temperaturschwellenwert überschreitet.
-
Dementsprechend wird die Anzahl bzw. Häufigkeit der Durchführungen des Schaltschutzbetriebes (Wiederversuchsbetriebe) auf einen Wert entsprechend einer Differenz zwischen der Bezugstemperatur und dem Temperaturschwellenwert und dem Additionswert begrenzt. Diese Begrenzung wird unter Verwendung einer Konfiguration der Energieversorgungspfadschutzeinheit verwirklicht, so dass es nicht notwendig ist, einen zweckgebundenen bzw. zugehörigen Zähler zum Zählen der Anzahl bzw. Häufigkeit vorzusehen.
-
Wenn der Additionswert aufgrund einer Fehlfunktion des Schaltschutzbetriebes, die durch Rauschen etc. verursacht wird, zu dem Wert der Temperaturerhöhung des Energieversorgungspfades addiert wird, kehrt der Wert der Temperaturerhöhung des Energieversorgungspfades nach einer vorbestimmten zu dem Wert vor der Addition des Additionswertes Zeit zurück. Daher ist es im Gegensatz zu den herkömmlichen Techniken nicht notwendig, einen Zähler zum Löschen der Anzahl der Durchführungen der Wiederversuche bereitzustellen.
-
Eine zweite Erfindung schafft die Energieversorgungssteuerung gemäß der ersten Erfindung, bei der die Energieversorgungspfadschutzeinheit den Wert der Temperaturerhöhung auf der Grundlage des Wertes des fließenden Stromes und thermischen Charakteristika des Energieversorgungspfades berechnet.
-
Gemäß dieser Erfindung ist es möglich, den Wert einer Temperatur des Energieversorgungspfades ohne Verwendung eines Temperatursensors zu erhalten.
-
Eine dritte Erfindung besteht in der Energieversorgungssteuerung gemäß der ersten oder zweiten Erfindung, bei der der Additionswert ein fester Wert ist.
-
Gemäß dieser Erfindung ist es möglich, die Anzahl der Durchführungen des Schaltschutzbetriebes (Häufigkeit der Wiederversuche) entsprechend einer Differenz zwischen der Bezugstemperatur und dem Temperaturschwellenwert zu ändern.
-
Die vierte Erfindung besteht in der Energieversorgungssteuerung gemäß der ersten oder zweiten Erfindung, bei der die Energieversorgungspfadschutzeinheit den Additionswert entsprechend einem Wert ändert, der durch Teilen der Differenz zwischen der Bezugstemperatur und einer oberen Grenztemperatur durch einen definierten Wert erhalten wird.
-
Gemäß dieser Erfindung ist es möglich, die Anzahl der Durchführungen des Schaltschutzbetriebes (Häufigkeit der Wiederversuche) unabhängig davon, ob die Bezugstemperatur hoch oder niedrig ist, konstant zu machen.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Verringerung der Anzahl der Zähler, die verwendet werden, um das Schaltelement zu schützen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist ein Blockdiagramm einer Energieversorgungssteuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
2 ist eine Graphik zur Erläuterung einer Berechnung einer Drahttemperatur;
-
3 ist eine Graphik, die Rauchcharakteristika (Kennlinie) eines Drahtes und Selbstzerstörungscharakteristika (Kennlinie) eines Schaltelementes zeigt;
-
4 ist ein Flussdiagramm, das eine Schutzverarbeitung zeigt;
-
5 ist ein Zeitdiagramm (Nr. 1), das Änderungen eines Eingangssignals, eines fließenden Stroms und einer Drahttemperatur zeigt; und
-
8 ist ein Zeitdiagramm (Nr. 2), das Änderungen eines Eingangssignals, eines fließenden Stromes und einer Drahttemperatur zeigt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Mikrocomputer (Energieversorgungspfadschutzeinheit, Schaltschutzeinheit)
- 35
- Halbleiterschaltelement (Schaltelement)
- 38
- Erfassungs-MOSFET (Stromerfassungselement)
- 100
- Energieversorgungssteuerung
- F
- Additionswert
- H
- Bezugszeit
- I
- fließender Strom
- Imax
- Stromschwellenwert
- L
- Last
- Tw
- Drahttemperatur
- ΔTw
- Wert einer Temperaturerhöhung
- To
- Bezugstemperatur
- Vsens
- Erfassungsspannungssignal (Erfassungssignal)
- Vdc
- Energiequelle
- W
- Draht (Energieversorgungspfad)
-
BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
-
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegende Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben. Eine Energieversorgungssteuerung 100 der vorliegenden Ausführungsform Ist in einem Fahrzeug (nicht gezeigt) montiert, um die Zufuhr von Energie von einer Energiequelle zur Verwendung in dem Fahrzeug (im Folgenden als „Energiequelle Vdc” bezeichnet) zu einer Last L zu steuern. Die Last kann beispielsweise eine Lampe in dem Fahrzeug, ein Kühlungslüftermotor oder ein Entfeuchtungsheizgerät sein.
-
1. Gesamtkonfiguration der Energieversorgungssteuerung
-
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Umrisskonfiguration der Energieversorgungssteuerung 100 zeigt. Die Energieversorgungssteuerung 100 enthält ein Halbleiterschaltelement 35 (beispielsweise ein MOSFET; ein Beispiel eines „Schaltelements”) zum Steuern der Zufuhr von Energie von der Energiequelle Vdc zu der Last L durch Einschalten und Ausschalten des Halbleiterschaltelementes 35. Das Halbleiterschaltelement 35 ist mit einem Draht W (beispielsweise ein Kabelbaum; ein Beispiel eines „Energieversorgungspfads”) zwischen der Energiequelle Vdc und der Last I verbunden. Außerdem weist die Energieversorgungssteuerung 100 eine Schaltschutzfunktion zum Schützen des Halbleiterschaltelementes 35 selbst und eine Drahtschutzfunktion zum Schützen des Drahtes W auf.
-
Insbesondere enthält die Energieversorgungssteuerung 100 einen Mikrocomputer 10, mehrere Eingangsschaltungen 20 (in der vorliegenden Ausführungsform 8), mehrere Ausgangsschaltungen 30 (in der vorlegenden Ausführungsform 8), eine Bezugstemperatureinstellschaltung 40, eine Regulator-IC 50 und Ähnliches. Die Anzahl der Eingangsschaltungen 20 und der Ausgangsschaltungen 30 werden nach Bedarf entsprechend der Anzahl der Lasten, die hinsichtlich der Energie zu steuern sind, und der Drähte W, die zu schützen sind, und Ähnlichem geändert.
-
Der Mikrocomputer 10 enthält einen Watchdog-Anschluss (Überwachungsanschluss) (WDT) 11, einen Oszillatoranschluss 12, mehrere I/O-Anschlüsse 13, mehrere A/D-Wandlungseingangsanschlüsse 14 und Ähnliches. Der Mikrocomputer 10 führt entsprechend Anweisungen eines Programms, das beispielsweise in einem Speicher (nicht gezeigt) in dem Mikrocomputer 10 gespeichert ist, Betriebe durch, um die Temperatur des Drahtes W zu berechnen und den Schalter und den Draht zu schützen. In diesem Fall dient der Mikrocomputer 10 als die „Energieversorgungspfadschutzeinheit” und die „Schaltschutzeinheit”.
-
Jede der Eingangsschaltungen 20 weist eine Eingangsschnittstellenschaltung (Eingangs-I/F-Schaltung) auf, um beispielsweise verschiedene Arten von Eingangssignalen, die durch Eingangsbetriebe bzw. Eingabebetriebe einer Betriebsfläche bzw. Betätigungsfläche an einem Insassensitz etc. übertragen werden, in Signale, die kompatibel mit dem Mikrocomputer 10 sind, umzuwandeln, und überträgt diese an den Mikrocomputer 10.
-
Die Ausgangsschaltungen 30 enthalten jeweils eine Ausgangsschnittstellenschaltung (Ausgangs-I/F-Schaltung) 31, einen intelligenten Leistungsschalter (IPS) 32, einen CR-Tiefpassfilter 33, eine Strom/Spannungswandlungsschaltung (Wandlungsschaltung) 34 und Ähnliches.
-
Der IPS 32 enthält ein Halbleiterschaltelement 35 (beispielsweise einen n-Kanal-MOSFET), eine Ladungspumpe 36 und einen Erfassungs-MOSFET 38 (ein Beispiel des „Stromerfassungselements”). Das Halbleiterschaltelement 35 schaltet einen fließenden Strom I, der von der Energiequelle Vdc zu der Last L fließt, ein und aus, und die Ladungspumpe 36 stuft eine Steuerspannung für das Halbleiterschaltelement 35 herauf. Der Erfassungs-MOSFET 38 erzeugt einen Erfassungsstrom, der eine vorbestimmte Verhältnisbeziehung zu einem Laststrom I aufweist.
-
Der Erfassungsstrom wird durch die Strom/Spannungswandlungsschaltung 34 in ein Erfassungsspannungssignal (Wandlungssignal) Vsens (ein Beispiel des „Erfassungssignals”) umgewandelt, das eine Proportionalbeziehung zu dem Erfassungsstrom aufweist. Die Strom/Spannungswandlungsschaltung besteht beispielsweise aus einem Erfassungsstromerfassungswiderstand. Das Erfassungsspannungssignal Vsens wird dem CR-Tiefpassfilter 33 zugeführt. Das CR-Tiefpassfilter 33 löscht eine vorbestimmte Hochfrequenzkomponente aus dem Erfassungsspannungssignal Vsens und führt das Erfassungsspannungssignal Vsens, das von der Hochfrequenzkomponente befreit ist, dem Mikrocomputer 10, das heißt dessen A/D-Wandlungseingangsanschluss 14 zu. Das CR-Tiefpassfilter 33 weist vorzugsweise eine Zeitkonstante auf, die ausreichend niedriger als eine Wärmeverteilungszeitkonstante des Kabelbaums ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Zeitkonstante des CR-Tiefpassfilters 33 auf 0,1 ms eingestellt.
-
Der Mikrocomputer 1 wandelt das Erfassungsspannungssignal Vsens in einen fließenden Strom I um. Es wird beispielsweise ein tatsächlicher Wert des fließenden Stromes I unter Verwendung eines Kennlinienfeldes einer Entsprechung zwischen dem Erfassungsspannungssignal Vsens und dem fließenden Strom I erhalten. Das Entsprechungskennlinienfeld ist beispielsweise in dem Speicher (nicht gezeigt) des Mikrocomputers 10 gespeichert.
-
Die Bezugstemperatureinstellschaltung 40 stellt eine Bezugstemperatur To (Umgebungstemperatur), die verwendet wird, wenn der Mikrocomputer 10 eine Berechnung der Temperatur des Drahtes W startet, ein. Die Bezugstemperatureinstellschaltung 40 enthält einen Temperatursensor (nicht gezeigt), der beispielsweise in einem Motorraum des Fahrzeugs montiert ist, und eine Verstärkungsschaltung (nicht gezeigt), die ein Sensorsignal von diesem Temperatursensor verstärkt, um ein Temperatursignal zu erzeugen, das die Temperatur des Motorraumes angibt. Die Bezugstemperatureinstellschaltung 40 führt das Temperatursignal, das die Temperatur des Motorraumes angibt, dem Mikrocomputer 10, das heißt dessen A/D-Wandlungseingangsanschluss 14 als die Bezugstemperatur To zu. Die Bezugstemperatureinstellschaltung 40 enthält mehrere Temperatursensoren und mehrere Verstärkungsschaltungen entsprechend der Anzahl der Umgebungstemperaturen, die zu erfassen sind. Außerdem kann die Bezugstemperatureinstellschaltung 40 eine Vergleichsschaltung oder Ähnliches zum Auswählen einer Bezugstemperatur aus mehreren erfassten Umgebungstemperaturen enthalten.
-
Die Regulator-IC 50 wandelt eine vorbestimmte DC-Spannung von beispielsweise 12 V in eine Versorgungsspannung des Mikrocomputers 10 von beispielsweise 5 V um und stellt die DC-Spannung von 5 V dem Mikrocomputer 10 bereit.
-
2. Berechnung der Drahttemperatur
-
2 ist eine Graphik zur Erläuterung einer Berechnung (Schätzung) der Drahttemperatur. Der Mikrocomputer 10 erfasst einen Wert des fließenden Stromes I mit einem vorbestimmten Abtastintervall Δt und berechnet direkt einen Wert einer Temperaturerhöhung ΔTw in Bezug auf die Bezugstemperatur To des Drahtes W auf der Grundlage des erfassten Wertes des fließenden Stromes I und den thermischen Charakteristika (Wärmeverteilungscharakteristika und Wärmeerzeugungscharakteristika) des Drahtes W, mit anderen Worten einen Verlust des Drahtes W (Wärmeverteilung des Drahtes W) aufgrund des fließenden Stromes I und eine Wärmeverteilungszeitkonstante τw des Drahtes W. Dann wird die Bezugstemperatur To zu dem Wert der Temperaturerhöhung ΔTw addiert, um die Drahttemperatur Tw zu berechnen (= To + ΔTw).
-
Genauer gesagt berechnet der Mikrocomputer 10 den Wert der Temperaturerhöhung ΔTw durch Einsetzen des erfassten Wertes des fließenden Stromes I in einen Beziehungsausdruck einer Wärmeverteilung und einer Wärmeerzeugung des Drahtes W, der in 2 als die folgende Gleichung 1 gezeigt ist. Dann addiert der Mikrocomputer 10 den berechneten Wert der Temperaturerhöhung ΔTw des Drahtes W zu der Bezugstemperatur To, um die derzeitige Drahttemperatur Tw(n) (= To + ΔTw(n)) zu berechnen. ΔTw(n) = ΔTw(n – 1) × exp(–Δt/τw) + Rthw × Rw(n – 1) × I(n – 1)2 × (1 – exp(-Δt/τw)) (Gleichung 1) wobei
- I(n)
- ein Wert [A] des fließenden Stromes I der n-ten Abtastung ist (n ist eine ganze Zahl von 1 oder größer);
- ΔTw(n)
- ein Wert einer Temperaturerhöhung [°C] der n-ten Abtastung ist;
- Rw(n)
- ein Drahtwiderstand [Ω] der n-ten Abtastung ist;
- Rw(0)
- ein Drahtwiderstand [Ω] bei einer Temperatur (beispielsweise Bezugstemperatur To) ist;
- Rthw
- ein thermischer Widerstand eines Drahtes W [°C/W] ist;
- τw
- eine Wärmeverteilungszeitkonstante eines Drahtes W [s] ist;
- κW
- ein Widerstandstemperaturkoeffizient eines Drahtes W [/°C] ist; und
- Δt:
- ein Abtastzeitintervall [s] ist.
-
In der Gleichung 1 gibt der erste Ausdruck auf der rechten Seite ausschließlich des fließenden Stromes I eine Temperaturkomponente aufgrund der Wärmeverteilung des Drahtes W an, und der zweite Ausdruck auf der rechten Seite einschließlich des fließenden Stromes I gibt eine Temperaturkomponente aufgrund der Wärmeerzeugung des Drahtes W an. Daher wird in einem Fall, in dem das Halbleiterschaltelement 35 ausgeschaltet und die Energiezufuhr zu der Last L unterbrochen ist, der Wert der Temperaturerhöhung ΔTw auf der Grundlage nur des ersten Ausdruckes bestimmt.
-
3. Drahtschutzfunktion
-
3 ist eine Graphik, die Rauchcharakteristika des Drahtes W (Beziehung zwischen einem fließenden Strom und einer Rauchtemperatur) und Selbstzerstörungscharakteristika des Halbleiterschaltelementes 35 (Beziehung zwischen dem fließenden Strom und einer Selbstzerstörungstemperatur) zeigt. Die Positionen der Kennlinien ändern sich mit einer Änderung der Umgebungstemperatur.
-
Der Draht W kann beispielsweise kurzgeschlossen werden, wenn sich dessen äußere Ummantelung verschlechtert, so dass dessen Kerndraht in Kontakt mit der Karosserie des Fahrzeugs gelangt, wobei in diesem Fall die Wahrscheinlichkeit eines Überstromes besteht, so dass der Draht W brennt. Um das Problem zu lösen, führt der Mikrocomputer 10 die Drahtschutzfunktion aus. Die Drahtschutzfunktion vergleicht die Drahttemperatur Tw, die zu jedem Abtastzeitintervall Δt berechnet wird, mit einer oberen Grenztemperatur Tmax und schaltet bei einer Bedingung, bei der die Drahttemperatur Tw die obere Grenztemperatur Tmax überschritten hat, erzwungenermaßen (im Folgenden als „erster erzwungener Ausschaltbetrieb” bezeichnet) das Halbleiterschaltelement 35 unabhängig davon aus, ob das Eingangssignal an die Eingangsschaltung 20 angelegt wird, und beseitigt den ersten erzwungenen Ausschaltbetrieb bei einer Bedingung, bei der sich die Drahttemperatur Tw auf die obere Grenztemperatur Tmax oder weniger verringert. Demzufolge ist es möglich, ein Rauchen des Drahtes W zu verhindern. Die obere Grenztemperatur Tmax wird auf der Grundlage der Rauchcharakteristika des Drahtes W auf einen etwas kleineren Wert als die Rauchtemperatur (siehe 3) eingestellt.
-
Bei einer derartigen Konfiguration ist es sogar dann, wenn sich die Drahttemperatur Tw aufgrund eines derartigen Kurzschlussstromes, bei dem das Halbleiterschaltelement 35 wiederholt ein- und ausgeschaltet wird, unregelmäßig erhöht, möglich, den Wert der Temperaturerhöhung ΔTw des Drahtes W sicher zu erfassen, wodurch der fließende Strom I unterbrochen wird, bevor der Draht W die Rauchtemperatur erreicht.
-
4. Schaltschutzfunktion
-
Wie es in 3 gezeigt ist, unterscheiden sich die Rauchcharakteristika bzw. die Rauchkennlinie und die Selbstzerstörungscharakteristika bzw. die Selbstzerstörungskennlinie signifikant voneinander. insbesondere weist das Halbleiterschaltelement 35 einen kleinen Durchlasswiderstand und eine relativ geringe thermische Kapazität im Vergleich zu dem Draht W auf. Dementsprechend muss in einem Fall, in dem ein Überstrom auftritt, sogar dann, wenn die Drahttemperatur Tw des Drahtes die obere Grenztemperatur Tmax noch nicht erreicht, die Energiezufuhr unmittelbar ausgeschaltet werden, um das Halbleiterschaltelement 35 zu schützen.
-
Daher führt der Mikrocomputer 10 die Schaltschutzfunktion unabhängig von der Drahtschutzfunktion aus. Bei der Schaltschutzfunktion führt der Mikrocomputer 10 einen Wiederversuchsbetrieb durch. In dem Wiederversuchsbetrieb vergleicht der Mikrocomputer 10 einen Wert des fließenden Stromes I, der zu jedem Abtastzeitintervall Δt erfasst wird, mit einem Stromschwellenwert Imax und schaltet das Halbleiterschaltelement 35 unabhängig davon, ob das Eingangssignal in die Eingangsschaltung 20 eingegeben wird, bei einer Bedingung, bei der der Wert des fließenden Stromes I den Stromschwellenwert Tmax überschreitet, zeitweilig aus (im Folgenden als „zweiter erzwungener Ausschaltbetrieb” bezeichnet) und beseitigt den zweiten erzwungenen Ausschaltbetrieb nach dem Verstreichen einer Bezugszeit H. Außerdem addiert der Mikrocomputer 10 einen Additionswert F zu der Drahttemperatur. Der Stromschwellenwert Imax wird auf der Grundlage der Selbstzerstörungscharakteristika des Halbleiterschaltelementes 35 auf einen etwas kleineren Wert als die Selbstzerstörungstemperatur (siehe 3) eingestellt.
-
In einem Fall, in dem die Drahttemperatur den oberen Grenzschwellentemperaturwert aufgrund einer Wiederholung des Wiederversuchsbetriebs überschreitet, kann die Anzahl der Durchführungen der Wiederversuchsbetriebe begrenzt werden, um die Energiezufuhr auszuschalten. Sogar wenn die Energiezufuhr ausgeschaltet bzw. unterbrochen wird, da aufgrund von Rauschen etc. in fehlerhafter Weise bestimmt wird, dass der Wert des fließenden Stromes I den Stromschwellenwert Imax überschreitet, kehrt der Wert der Temperaturerhöhung, zu dem der Additionswert addiert wird, nach dem Verstreichen einer konstanten Zeit zu seinem ursprünglichen Wert zurück, so dass die begrenzte Anzahl, mit der die Wiederversuchsbetriebe durchgeführt werden können, ebenfalls zu ihrem Anfangswert (Löschbetrieb) zurückkehrt.
-
Wenn der Wiederversuchsbetrieb eine vorbestimmte Anzahl von Malen wiederholt wird, wird außerdem das Halbleiterschaltelement 35 kontinuierlich in den Ausschaltzustand versetzt, um sogar den anschließenden Wiederversuchsbetrieb zu verhindern. Der kontinuierliche Ausschaltzustand wird im Gegensatz zu dem zweiten erzwungenen Ausschaltbetrieb sogar dann nicht beseitigt, wenn die Bezugszeit H verstrichen ist. Bei einer derartigen Konfiguration ist es möglich, zu verhindern, dass das Halbleiterschaltelement 35 erzwungenermaßen beispielsweise aufgrund dessen ausgeschaltet wird, dass aufgrund von Rauschen etc. in fehlerhafter Weise bestimmt wird, dass der Wert des fließenden Stromes den Stromschwellenwert Imax überschreitet. Der Mikrocomputer 10 implementiert die Schaltschutzfunktion unter Verwendung der Verarbeitung bzw. des Prozesses für die Drahtschutzfunktion.
-
5. Inhalte der Verarbeitung des Mikrocomputers
-
4 ist ein Flussdiagramm, das die Schutzverarbeitung bzw. den Schutzprozess zeigt. 5 ist ein Zeitdiagramm, das Änderungen des Eingangssignals, des fließenden Stromes I und der Drahttemperatur Tw zeigt. Bei Zufuhr von Energie zu der Energieversorgungssteuerung 100 erlangt der Mikrocomputer 10 zunächst die derzeitige Bezugstemperatur To von dem Temperatursensor und führt anschließend wiederholt eine Schutzverarbeitung durch.
-
Der Mikrocomputer 10 bestimmt in Schritt S1, ob ein Abtastzeitpunkt gekommen ist, und wenn dieser gekommen ist (JA in S1), erfasst er in Schritt S3 den derzeitigen Wert des fließenden Stromes I und berechnet den Wert einer Temperaturerhöhung ΔTw aus dem Wert des fließenden Stromes I.
-
Der Mikrocomputer 10 bestimmt in Schritt S5, ob der Wert des fließenden Stromes I den Stromschwellenwert Imax überschreitet. Wenn bestimmt wird, dass der Wert des fließenden Stromes I den Stromschwellenwert Imax überschreitet (JA in S5), addiert der Mikrocomputer 10 in Schritt S7 den Additionswert F zu dem Wert der Temperaturerhöhung ΔTw, führt den zweiten erzwungenen Ausschaltbetrieb des Halbleiterschaltelementes 35 durch und schreitet zum Schritt S9 fort. Nach dem zweiten erzwungenen Ausschaltbetrieb des Halbleiterschaltelementes 35 führt der Mikrocomputer 10 während der Prozesse in Schritt S9 und den anschließenden Schritten gleichzeitig eine Verarbeitung zum Beseitigen des zweiten erzwungenen Ausschaltbetriebs durch, nachdem die Bezugszeit seit diesem zweiten erzwungenen Ausschaltbetrieb bzw. Ausschaltvorgang verstrichen ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Additionswert F eine Temperatur (= [Tmax – To]/X), die durch Teilen einer Differenz zwischen der oberen Grenztemperatur Tmax und der Bezugstemperatur To durch die Anzahl X der Durchführungen der Wiederversuchsbetriebe erhalten wird.
-
Wenn andererseits bestimmt wird, dass der Wert des fließenden Stromes I gleich oder kleiner als der Stromschwellenwert Imax ist (NEIN in S5), schreitet der Mikrocomputer 10 zum Schritt S9 ohne den Additionswert F zu dem Wert der Temperaturerhöhung ΔTw zu addieren.
-
In Schritt S9 bestimmt der Mikrocomputer 10, ob die Drahttemperatur Tw die obere Grenztemperatur Tmax überschreitet. Die Bestimmung kann auf der Grundlage dessen durchgeführt werden, ob der Wert der Temperaturerhöhung ΔTw den Temperaturschwellenwert (= obere Grenztemperatur Tmax – Bezugstemperatur To) überschreitet.
-
Wenn die Drahttemperatur Tw die obere Grenztemperatur Tmax überschreitet (JA in S9), wird in Schritt S11 der erste Ausschaltbetrieb des Halbleiterschaltelementes 35 durchgeführt, und dann kehrt der Prozess zum Schritt S1 zurück. Wenn andererseits die Drahttemperatur Tw die obere Grenztemperatur Tmax nicht überschreitet, bestimmt der Mikrocomputer 10 in Schritt S13, ob die Drahttemperatur Tw kleiner als eine untere Grenztemperatur Tmin ist. Wenn die Drahttemperatur Tw kleiner als die untere Grenztemperatur Tmin ist (JA in S13), wird in Schritt S15 der erste erzwungene Ausschaltzustand, wenn dieser vorhanden ist, beseitigt, und dann kehrt der Prozess zum Schritt S1 zurück. Wenn die Drahttemperatur Tw nicht kleiner als die untere Grenztemperatur Tmin ist (NEIN in S13), kehrt der Mikrocomputer 10 zum Schritt S1 zurück, ohne den Ein-/Aus-Zustand des Halbleiterschaltelementes 35 zu ändern.
-
6. Betrieb und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform
-
5 zeigt einen Fall, bei dem der fließende Strom I den Stromschwellenwert Imax unmittelbar, nachdem das Eingangssignal in die Eingangsschaltung 20 eingegeben wird, überschreitet. In diesem Fall wird das Halbleiterschaltelement 35 in den zweiten erzwungenen Ausschaltzustand versetzt (siehe zweite Graphik von oben in der Figur), um die Energiezufuhr zu unterbrechen (der fließende Strom I wird näherungsweise auf Null verringert), so dass das Halbleiterschaltelement 35 geschützt werden kann und sich die Drahttemperatur Tw aufgrund einer Wärmeverteilung des Drahtes W etwas verringert.
-
Außerdem wird in dem zweiten erzwungenen Ausschaltzustand die Drahttemperatur Tw durch Addieren des Additionswertes F zu dem Wert der Temperaturerhöhung ΔTw berechnet (siehe die dritte Graphik von oben in der Figur). Wenn dann die Drahttemperatur Tw (= To + ΔTw + F) nicht größer als die obere Grenztemperatur Tmax ist, wird der zweite erzwungene Ausschaltzustand beseitigt (Wiederversuchsbetrieb), nachdem die Bezugszeit H verstrichen ist, seitdem der zweite erzwungene Ausschaltbetrieb bzw. -vorgang durchgeführt wurde, so dass der fließende Strom I erneut zu fließen beginnt. In einem Fall, in dem der fließende Strom I den Stromschwellenwert Imax überschreitet, wird sogar dann, wenn dieser Wiederversuchsbetrieb durchgeführt wird, der zweite erzwungene Ausschaltbetrieb des Halbleiterschaltelementes 35 erneut durchgeführt. Wenn dann die Drahttemperatur Tw die obere Grenztemperatur Tmax überschreitet, wird der erste erzwungene Ausschaltbetrieb des Halbleiterschaltelements 35 durchgeführt, um den Wiederversuchsbetrieb zu verhindern.
-
Auf diese Weise wird in der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform bei der Verarbeitung bzw. dem Prozess der Berechnung der Drahttemperatur Tw jedes Mal, wenn der zweite erzwungene Ausschaltbetrieb durchgeführt wird, der Additionswert F zu dem Wert der Temperaturerhöhung ΔTw addiert, um die Drahttemperatur Tw zu berechnen, so dass, wenn diese Drahttemperatur Tw die obere Grenztemperatur Tmax überschreitet, der Wiederversuchsbetrieb beendet wird, wodurch die Notwendigkeit beseitigt wird, einen zweckgebundenen Zähler zum Zählen der Wiederversuchsbetriebe bereitzustellen.
-
Außerdem ist der Additionswert F eine Temperatur (= [Tmax – To]/X), die durch Teilen einer Differenz zwischen der oberen Grenztemperatur Tmax und der Bezugstemperatur To durch die Anzahl X der Durchführungen der Wiederversuchsbetriebe erhalten wird. Daher kann, wie es in der dritten und vierten Graphik von oben der 5 gezeigt ist, unabhängig davon, ob die Bezugstemperatur To größer oder kleiner ist (To1 > To2), die Anzahl der Durchführungen der Wiederversuchsbetriebe näherungsweise auf X-Mal eingestellt werden.
-
Sogar wenn ein Ausschalten auftritt, da aufgrund von Rauschen etc. in fehlerhafte Weise bestimmt wird, dass der Wert des fließenden Stromes I den Stromschwellenwert Imax überschreitet, kehrt der Wert der Temperaturerhöhung, zu dem der Additionswert addiert wird, nach der konstanten Zeit zu seinem Ursprungswert zurück, so dass die begrenzte Anzahl, mit der die Wiederversuchsbetriebe durchgeführt werden können bzw. dürfen, ebenfalls zu ihrem Ursprungswert zurückkehrt. Dieses beseitigt die Notwendigkeit, einen zweckgebundenen bzw. zugehörigen Zähler (Löschzähler) zum Zählen einer Zeitdauer, während der kein Überstrom erfasst wird, vorzusehen (siehe 6). Wenn sich die Drahttemperatur Tw aufgrund einer Wärmeverteilung des Drahtes W auf unterhalb der unteren Grenztemperatur Tmin verringert, nachdem der erste erzwungene Ausschaltbetrieb durchgeführt wurde, wird der erste erzwungene Ausschaltzustand beseitigt, wodurch die Notwendigkeit eliminiert wird, einen zweckgebundenen Zähler zum Zählen der Zeit seit der Durchführung des ersten erzwungenen Ausschaltbetriebs vorzusehen.
-
Weitere Ausführungsformen
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben mit Bezug auf die Zeichnungen beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern deckt die folgenden verschiedenen Ausführungsformen innerhalb ihres technischen Bereiches ab. Insbesondere sind andere Komponenten als diejenigen der höchsten Ebene der vorliegenden Erfindung unter denjenigen der Ausführungsformen zusätzliche Komponenten und können daher geeignet weggelassen werden.
- (1) Auch wenn die obige Ausführungsform den Draht W schützt, ist der sogenannte „Energieversorgungspfad” der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Es kann beispielsweise ein anderer Leiter wie beispielsweise ein Muster auf einer Leiterplatte verwendet werden.
- (2) Auch wenn die obige Ausführungsform anhand einer Konfiguration beschrieben wurde, bei der der Mikrocomputer 10 veranlasst wird, die Schutzverarbeitung (Verarbeitung zum Berechnen der Drahttemperatur etc.) durchzuführen, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es kann eine zweckgebundene Schaltung (ASIC etc.) veranlasst werden, einen Teil oder sämtliche Teile der Verarbeitung zum Berechnen der Drahttemperatur, der Verarbeitung für die Drahtschutzfunktion und der Schaltschutzverarbeitung durchzuführen.
- (3) Auch warm die obige Ausführungsform das Erfassungs-MOS-System zum Erfassen eines Stromes unter Verwendung des Erfassungs-MOSFET 38 verwendet, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es kann beispielsweise ein Shunt-System zum Erfassen des Stromes unter Verwendung eines Shunt-Widerstands, der mit dem Draht W verbunden ist, verwendet werden.
- (4) Auch wenn in der obigen Ausführungsform der Additionswert F eine Temperatur ist, die durch Teilen der Differenz zwischen der oberen Grenztemperatur Tmax und der Bezugstemperatur To durch die Anzahl X der Durchführungen der Wiederversuchsbetriebe erhalten wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der Additionswert kann beispielsweise ein fester Wert sein. In einem derartigen Fall kann, wenn der Draht W wahrscheinlich raucht, da die Bezugstemperatur To hoch ist, die Anzahl der Durchführungen der Wiederversuchsbetriebe verringert werden, um den ersten erzwungenen Ausschaltbetrieb zu einem frühen Zeitpunkt durchzuführen. Wenn der Draht W kaum dazu neigt, zu rauchen, da die Bezugstemperatur To niedrig ist, kann die Anzahl der Durchführungen der Wiederversuchsbetriebe erhöht werden, um einen Energieversorgungssteuerbetrieb solange wie möglich fortzusetzen.
- (5) Auch wenn in der obigen Ausführungsform das Halbleiterelement 35 mit der Seite höheren Potentials als desjenigen der Last L verbunden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das Halbleiterschaltelement 35 kann mit der Seite niedrigeren Potentials als dasjenige der Last L verbunden sein.
- (6) Auch wenn die obige Ausführungsform die Energiezufuhr zu der Last L durch Durchführen der ersten und zweiten erzwungenen Ausschaltbetriebe unterbricht, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Statt eines Ausschaltens bzw. Unterbrechens kann beispielsweise eine erlaubte Kapazität des fließenden Stromes I verringert werden. Kurz gesagt ist es nur notwendig, die Energiezufuhr durch das Halbleiterschaltelement zu beschränken.
- (7) Auch wenn die obige Ausführungsform die Drahttemperatur Tw aus dem fließenden Strom I berechnet, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es kann beispielsweise ein Temperatursensor zum Messen der Drahttemperatur W vorgesehen sein, um die Drahttemperatur auf der Grundlage eines Messsignals von dem Temperatursensor jedes Mal, wenn das Abtastzeitintervall verstrichen ist, zu erfassen. in diesem Fall kann ebenfalls jedes Mal, wenn der zweite erzwungene Ausschaltbetrieb durchgeführt wird, der Additionswert F zu der Drahttemperatur addiert werden, wodurch fast dieselben Wirkungen wie diejenigen der obigen Ausführungsformen erhalten werden.
