感應負載驅動電路的製作方法

2023-12-02 07:09:26 2

專利名稱：感應負載驅動電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及感應負載驅動電路，或者具體地，涉及包括防止反向電池連接的保護 功能的感應負載驅動電路。
背景技術：
傳統上，在感應負載被驅動的情況下，使用二極體的回流電路作為浪湧電壓保護 電路。此外，在感應負載的電流值變大的情況下，MOSFET通常被用作驅動裝置。然而，在感 應負載用於車輛中的情況下，電池(電源)的反向連接是可想像到的。在反向電池連接中， 存在大的電流流過MOSFET的主體二極體(寄生二極體)和續流二極體從而損壞續流二極 管、M0SFET、以及布線的可能。因此，為了避免反向電池連接中的此麻煩，例如，如在日本未經審查的專利申請公 開No. 2-179223中公布的，MOSFET傳統上被插入在電池電源線(負載電流電源線)中。此 外，要插入二極體或者機械繼電器的技術傳統上是已知的。然而，在此種方法中，使用被插入在電池電源線中的MOSFET等等來防止反向電池 連接中大的電流，而且在正常狀態下預定的電流流過插入的M0SFET，這引起不需要的額外 功率消耗。此外，在機械繼電器被使用的情況下，組件尺寸被不利地變大。基於上述情況完成了本發明，並且其目的是為了提供一種感應負載電路，該感應 負載電路在正常狀態下消耗較少的功率同時在反向電池連接中能夠適當地防止產生大的 電流。

發明內容
作為用於實現上述目的的手段，感應負載驅動電路的一個方面包括切換電路，該 切換電路被提供在電池和感應負載之間。在正常電池連接中，切換電路在接通和斷開之間 切換到感應負載的載流，並且，在反向電池連接中，切換電路能夠在與正常電池連接的方向 相反的方向中載送電流。感應負載驅動電路還包括控制電路，該控制電路控制切換電路的 切換接通和斷開操作；和保護電路，該保護電路與感應負載並行地連接並且具有電流斷路 器。在正常電池連接中，至少在通過切換電路將到感應負載的載流從接通切換到斷開時，斷 路器導通；並且在反向電池連接中，斷路器根據反向電池連接而不導通。通過此方面的構造，在正常電池連接中，當通過切換電路將載流從接通切換到斷 開時，感應負載的浪湧電流能夠被回流，而當到感應負載的載流被接通時，保護電路能夠被 置入非導通狀態，使得功率消耗被減少。此外，在反向電池連接中，保護電路的電流斷路器 根據反向電池連接而不導通，或者換言之，通過自身來檢測反向電池連接並且不導通。這 時，在反向電池連接中，預定的反向連接電流流過與保護電路並聯連接的感應負載，和切換 電路。因此，在反向電池連接中，能夠適當地防止由於短路等等導致大的電流的生成。此外， 由於不必單獨地提供用於檢測反向電池連接的電路，所以能夠簡化保護電路的構造。


圖1是根據本發明的第一實施例的感應負載驅動電路的示意性框圖，該圖是處於 正常電池連接中；圖2是第一實施例中的正常電池連接中的時序圖；圖3是第一實施例的感應負載驅動電路的示意性框圖，該圖是處於反向電池連接 中；圖4是第一實施例中的反向電池連接中的時序圖；圖5是第二實施例的感應負載驅動電路的示意性框圖，該圖是處於正常電池連接 中；圖6是第二實施例的感應負載驅動電路的示意性框圖，該圖是處於反向電池連接 中；圖7是第三實施例的感應負載驅動電路的示意性框圖，該圖是處於正常電池連接 中；以及圖8是第三實施例的感應負載驅動電路的示意性框圖，該圖是處於反向電池連接 中。(附圖字符的解釋)10感應負載驅動電路11控制單元12N溝道MOSFET (切換電路)12A寄生二極體13、13A、13B 保護電路Dl、D2、D3續流二極體(二極體)Rl 第一電阻器R2第二電阻器Ql NPN雙極電晶體(電晶體，電流斷路器)Q2 N溝道MOSFET (場效應電晶體，電流斷路器)Ba 電池L 激勵線圈M 感應負載RLY繼電器SP接觸組件(電流斷路器)
具體實施例方式將會參考圖1至圖4描述根據本發明的第一實施例。圖1是根據本發明的第一實 施例的感應負載驅動電路10的示意性框圖，該圖是處於正常電池連接中。圖2是正常電池 連接中的時序圖。圖3是反向電池連接中的感應負載驅動電路10的示意性框圖。圖4是 反向電池連接中的時序圖。感應負載驅動電路10包括控制電路11、切換電路12、以及保護電路13。在本實施
5例中，感應負載驅動電路10被裝備在汽車中並且被連接在電池Ba與感應負載M(例如，引 擎冷卻風扇驅動電機)之間，以便操作感應負載M的驅動控制。例如，控制電路11包括CPU，並且通過PWM(脈衝寬度調製)信號控制切換電路12 的切換(接通/斷開)操作。為了控制切換操作，控制電路10根據感應負載M的需要，調 制PWM信號的佔空比(脈衝寬度)。切換電路12被提供在電池Ba與感應負載M之間。例如，如圖1中所示，通過包括 寄生二極體12A的N溝道MOSFET構造切換電路12。在正常地連接電池Ba的情況下，根據 被提供給柵極G的PWM信號，切換電路12在接通和斷開之間切換到感應負載M的載流。在 電池Ba的反向連接的情況下，切換電路12能夠在通過寄生二極體12A的方向中載送電流， 該方向與電池Ba的正常連接中的方向相反。如圖1中所示，保護電路13被連接至切換電路12。保護電路13包括電晶體(NPN 雙極電晶體)Q1、二極體(續流二極體)D1、第一電阻器R1、以及第二電阻器R2。電晶體(電流斷路器的圖示)Ql的發射極被連接至切換電路12，或者具體地，被 連接至N溝道MOSFET的源極S。電晶體Ql的集電極被連接至二極體Dl的陰極。(在電池 Ba的正常連接下)電晶體Ql的基極經由第二電阻器R2被連接至高壓側.此外，第一電阻器Rl被連接在電晶體Ql的發射極和基極之間。在電池Ba的正常 連接中，二極體Dl的陽極被連接至電池Ba的低壓側，即，被接地。在此注意，第一電阻器Rl和第二電阻器R2具有各自被設置的值，使得在電池Ba 的正常連接下通過切換電路12將到感應負載M的載流從接通切換到斷開時，接通電晶體 Ql。在電池電壓Vb是12V的情況下，第一電阻器Rl和第二電阻器R2的值均是例如1 ( 一) ΚΩ。因此，在保護電路13中，在電池Ba的正常連接下，續流二極體Dl防止負載電流流 入保護電路13。此外，在電池Ba的正常連接下通過切換電路12將到感應負載M的載流從 接通切換到斷開時，電晶體Ql的集電極-發射極路徑導通。這能夠允許浪湧電流(保護電 路電流)Ib由於感應負載M的反電動勢電壓而通過電晶體Ql回流。即，在電池Ba的正常連接中，如圖2的時序圖中所示，在圖2中的時間點tl將 FET12切換為接通之後，切換電路12和保護電路13之間的結點處的電壓Vl基本上增加到 電池電壓Vb，並且負載電流Ia被提供給感應負載M。然後，在圖2中的時間點t2將FET12 切換為斷開之後，負載電流Ia減少並且，與此同時，在感應負載M中生成反電動勢電壓(負 浪湧)，並且結點電壓Vl的電勢變成負的。通過續流二極體Dl的正電壓降VF和電晶體Ql 的接通狀態電壓，將反電動勢電壓箝位，並且此被箝位的電壓使浪湧電流Ib即刻流過保護 電路13。因此，反電動勢電壓被吸收。另一方面，在電池Ba的反向連接中，保護電路不導通。即，如圖4的時序圖中所 示，在圖4中的時間點t3顛倒電池Ba的連接之後，續流二極體D1的陽極電壓V2增加到電 池電壓Vb。此外，第二電阻器R2被連接至電池Ba的低電壓側(參見圖3)。因此，因為晶 體管Ql的基極電壓變得既不等於也不高於發射極電壓，所以電晶體Ql沒有被接通，並且由 於電池Ba的反向連接而導致的反向連接電流(保護電路電流)IB沒有流動。這時，在該方 向中負載電流Ia流過感應負載M和寄生二極體12A，該方向與正常電池連接下的方向相反 (參見圖3和圖4)。
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S卩，即使在電池Ba被反向連接的情況下，取決於感應負載M的電阻的預定的負載 電流Ia流動，同時諸如短路電流的大電流沒有被生成。因此，避免了對切換電路(FET元 件)12、布線等等的損壞。〈第一實施例的效果〉如上所述，在第一實施例中，保護電路13或者，具體地，電晶體Ql的集電極_發射 極路徑僅在正常電池連接下的由於感應負載M而導致的浪湧電壓生成時導通，同時在反向 電池連接下不導通。即，在正常狀態下，當通過電池Ba驅動感應負載M時，能夠減少功率消 耗，同時能夠適當地吸收感應負載M的反電動勢電壓；此外，在反向電池連接中，能夠適當 地防止大電流的生成。此外，保護電路13被構造為根據電池Ba的反向連接，S卩，通過自身來檢測電池Ba 的反向連接，從而斷開電晶體Ql的集電極-發射極路徑。因此，沒有必要單獨地提供檢測 反向電池連接的電路。因此，能夠使保護電路的構造更加簡單。此外，僅通過電晶體Q1、二極體D1、第一電阻器R1、以及第二電阻器R2簡單地構造 保護電路13。因此，通過比較簡單的構造能夠產生上述效應。除此之外，因為電晶體Ql沒 有被提供在電池電源線(負載電流電源線)中，所以低功率和小尺寸的雙極電晶體能夠被 用作電晶體Q1。即，能夠減少保護電路13的部件數目，並且能夠小型化。將會參考圖2、圖4、圖5、以及圖6描述根據本發明的第二實施例。圖5是第二實 施例的感應負載驅動電路10的示意性框圖，該圖是處於正常電池連接中。圖6是第二實施 例的感應負載驅動電路10的示意性框圖，該圖是處於反向電池連接中。注意的是，與第一 實施例相同的構造將會由相同的附圖標記來指定，同時將會省略描述。此外，因為第二實施 例的感應負載驅動電路10的構造僅在保護電路的構造中不同於第一實施例，所以將會僅 描述保護電路中的不同。如圖5中所示，第二實施例的感應負載驅動電路10的保護電路13A包括場效應晶 體管(N溝道M0SFET)Q2、二極體(續流二極體)D2、以及電阻器R3。即，在第二實施例的保 護電路13A中，第一實施例的保護電路13的NPN雙極電晶體Ql被替換為N溝道MOSFET (電 流斷路器的圖示)Q2。場效應電晶體Q2的源極被連接至切換電路12，或者具體地，被連接至FET元件12 的源極S。場效應電晶體Q2的漏極被連接至二極體D2的陰極。(在電池Ba的正常連接中) 場效應電晶體Q2的柵極經由電阻器R3被連接至電池Ba的高壓側。此外，在電池Ba的正 常連接中，二極體D2的陽極被連接至電池的低壓側，即，被接地。通過此構造，在電池Ba的正常連接中，僅在通過切換電路12將載流從接通切換到 斷開時，通過經由電阻器R3施加的電池電壓Vb來接通場效應電晶體Q2。此外，在電池Ba 的反向連接中斷開場效應電晶體Q2。因此，在保護電路13A中，在電池Ba的正常連接中，續流二極體D2防止負載電流 流入保護電路13A中。此外，在電池Ba的正常連接中通過切換電路12將到感應負載M的 載流從接通切換到斷開時，電晶體Q2的漏極-源極路徑導通。這能夠允許由於感應負載M 的反電動勢電壓導致的浪湧電流(保護電路電流)Ib通過電晶體Q2流回。即，與第一實施例相類似，在電池Ba的正常連接中，如圖2的時序圖中所示，在時間點tl接通FET12之後，FET12和保護電路13A之間的結點處的電壓Vl基本上增加到電 池電壓Vb，並且負載電流Ia被提供給感應負載M。然後，在圖2中的時間點t2斷開FET12 之後，負載電流Ia減少，並且與此同時，在感應負載M中生成反電動勢電壓(負浪湧)，同時 結點電壓Vl的電勢變成負的。通過續流二極體D2的正電壓降和電晶體Q2的接通狀態電 壓來箝位反電動勢電壓，並且此箝位的電壓使浪湧電流Ib暫時流過保護電路13A的電晶體 Q2。因此，反電動勢電壓被吸收。另一方面，在電池Ba的反向連接中，保護電路13A不導通。即，如圖4的時序圖中 所示，在圖4中的時間點t3顛倒電池Ba的連接之後，續流二極體D2的陽極電壓增加到電 池電壓Vb。此外，電阻器R3被連接至電池Ba(參見圖6)的低壓側。因此，因為電晶體Q2 的柵極電壓變得既不等於也不高於源極電壓，所以電晶體Q2沒有被接通，並且由於電池Ba 的反向連接而導致的反向連接電流(保護電路電流)Ib沒有流動。這時，在與正常電池連 接中的方向相反的方向中，負載電流Ia流過感應負載M和寄生二極體12A(參見圖6)。S卩，即使在電池Ba被反向連接的情況下，取決於感應負載M的電阻值的預定的負 載電流Ia流動，同時在感應負載驅動電路10中沒有生成諸如短路電流的大電流。因此，避 免了對切換電路(FET元件)12、布線等等的損壞。〈第二實施例的效果〉如上所述，第二實施例也能夠產生與第一實施例相類似的效果。此外，因為能夠減 少保護電路中的電阻器的數目，所以減少保護電路的部件數目能夠更少，並且能夠小型化。接下來，將會參考圖2、圖4、圖7、以及圖8描述根據本發明的第三實施例。圖7是 第三實施例的感應負載驅動電路10的示意性框圖，該圖是處於正常電池連接。圖8是第二 實施例的感應負載驅動電路10的示意性框圖，該圖是處於反向電池連接中。注意的是，與 第一實施例相同的構造將會由相同的附圖字符來指定，同時描述將會被省略。此外，由於第 三實施例的感應負載驅動電路10的構造僅在保護電路中不同於第一實施例，所以將會僅 描述保護電路中的不同。如圖7中所示，第三實施例的保護電路13B包括繼電器RLY、第一二極體(續流二 極管)D3、以及第二二極體D4。繼電器RLY包括激勵線圈L和常閉型接觸組件(電流斷路 器的圖示)SP。激勵線圈L具有第一端子Tl和第二端子T2。接觸組件SP具有第一接觸Pl 和第二接觸P2。經由可移動的片P3，第一接觸Pl和第二接觸P2被連接在一起或者被相互 斷開。當激勵線圈L沒有被激勵時，第一接觸Pl和第二接觸P2經由可移動的片P3被連接 在一起。第一二極體D3的陽極被連接至接觸組件SP的第一接觸P1。第一二極體D3的陰 極被連接至切換電路12，或者具體地，被連接至FET元件12的源極S。(在正常電池連接 中)第二二極體D4的陰極被連接至電池的高壓側。第二二極體D4的陽極被連接至激勵線 圈L的第一端子Tl。此外，在電池Ba的正常連接中，激勵線圈L的第二端子T2和接觸組件 Sp的第二接觸P2被連接至電池Ba的低壓側，即，被接地。通過此構造，在電池Ba的正常連接中，因為第二二極體D4阻止來自於電池Ba的 電流，所以沒有通過電池Ba的電壓Vb對激勵線圈L進行激勵，使得接觸組件SP處於導通 狀態下。另一方面，在電池Ba的反向連接中，通過電池電壓Vb來對激勵線圈L進行激勵，
8使得接觸組件SP的導通被斷開。因此，在保護電路13B中，在電池Ba的正常連接中，續流二極體D3阻止負載電流 流入保護電路13B。此外，在電池Ba的正常連接中通過切換電路12將到感應負載M的載流 從接通切換到斷開時，繼電器RLY的接觸組件SP處於導通狀態下。這能夠允許由於感應負 載M的反電動勢電壓導致的浪湧電流(保護電路電流)Ib通過接觸組件SP流回。S卩，與第一實施例相類似，在電池Ba的正常連接中，如圖2的時序圖中所示，在時 間點tl接通FET12之後，FET12和保護電路13B之間的結點處的電壓Vl基本上增加到電 池電壓Vb，並且負載電流Ia被提供給感應負載M。然後，在圖2的時間點t2斷開FET12之 後，負載電流Ia減少，並且與此同時，在感應負載M中生成反電動勢電壓。反電動勢電壓使 浪湧電流Ib即刻流過保護電路13B的電晶體Q2。因此，反電動勢電壓被吸收。另一方面，在電池Ba的反向連接中，保護電路13B中的接觸組件SP的導通被斷 開。S卩，如圖4的時序圖中所示，在圖4中的時間點t3顛倒電池Ba的連接之後，激勵線圈L 的第二端子T2的電壓V2增加到電池電壓Vb，並且激勵線圈L被激勵。隨著激勵線圈L的 激勵，接觸組件SP的可移動片P3從第二接觸P2移開。S卩，接觸組件SP的第二接觸P2和 第一接觸Pl之間的連接被斷開(參見圖8)。因此，由於電池Ba的反向連接導致的浪湧電 流(保護電路電流)Ib不能流動。這時，在與正常電池連接的方向相反的方向中，負載電流 Ia流過感應負載M和寄生二極體12A(參見圖8)。S卩，即使在電池Ba的反向連接的情況下，取決於感應負載M的電阻值的預定的負 載電流Ia流動，同時在感應負載驅動電路10中沒有生成諸如短路電流的大電流。因此，避 免了在反向電池連接中對切換電路(FET元件)12、布線等等的損壞。〈第三實施例的效果〉如上所述，而且在第三實施例中，在正常電池連接中，保護電路13B，或者具體地， 繼電器RLY的接觸組件SP導通，並且僅在生成浪湧電壓時，浪湧電流流過接觸組件SP。另 一方面，在反向電池連接中，激勵線圈L被激勵，使得繼電器RLY的接觸組件沒有導通。艮口， 當通過電池Ba驅動感應負載M時，在正常狀態下，能夠減少功率消耗，同時能夠適當地吸收 感應負載M的反電動勢電壓；此外，在反向電池連接中，能夠適當地防止大電流的生成。
此外，僅通過繼電器RLY、第一二極體D3、以及第二二極體D4簡單地構造保護電路 13B。因此，通過比較簡單的構造能夠產生上述效應。除此之外，因為繼電器RLY沒有被提 供在電池電源線中，所以低功率和小尺寸的雙極電晶體能夠被用作繼電器RLY。〈其它的實施例〉本發明不限於參考附圖的上述實施例；例如，下述實施例也包括在本發明的範圍 內。(1)保護電路的構造不限於第一至第三實施例的保護電路(13-13B)的構造。本質 上，對保護電路來說僅需要的是與感應負載並行連接的保護電路並且具有電流短路器，該 電流斷路器至少在正常電池連接下通過切換電路將載流從接通切換到斷開時導通；在反向 電池連接中，根據反向電池連接而不導通，即，通過自身檢測反向電池連接並且不導通。(2)上述實施例是下述情況的說明，其中，感應負載驅動電路10被示意地裝備在 汽車中，並且驅動作為感應負載M的引擎冷卻風扇驅動電機。根據本發明的感應負載驅動 電路能夠適合於感應負載驅動電路被布置在電池Ba與感應負載M之間的任何情況。
權利要求
一種感應負載驅動電路，包括切換電路，所述切換電路被提供在電池和感應負載之間，其中，在正常電池連接中，所述切換電路在接通和斷開之間切換到所述感應負載的載流，並且，在反向電池連接中，所述切換電路能夠在與所述正常電池連接的方向相反的方向中載送電流；控制電路，所述控制電路控制所述切換電路的切換接通和斷開操作；以及保護電路，所述保護電路與所述感應負載並行連接並且具有電流斷路器，其中至少在所述正常電池連接中通過所述切換電路將到所述感應負載的載流從接通切換到斷開時，所述電流斷路器導通，並且在所述反向電池連接中，所述電流斷路器根據反向電池連接而不導通。
2.根據權利要求1所述的感應負載驅動電路，其中所述保護電路包括作為所述電流斷路器的電晶體、二極體、第一電阻器、以及第二電阻器；所述電晶體的發射極被連接至所述切換電路，所述電晶體的集電極被連接至所述二極 管，並且在所述正常電池連接中，所述電晶體的基極經由所述第二電阻器被連接至所述電 池的高壓側，所述第一電阻器被連接在所述電晶體的發射極和基極之間；所述二極體的陰極被連接至所述電晶體的集電極，並且在所述正常電池連接中，所述 二極體的陽極被連接至所述電池的低壓側；所述第一電阻器和所述第二電阻器具有被設置的各自的值，使得在所述正常電池連接 中通過所述切換電路將載流從接通切換到斷開時，所述電晶體被接通；並且 在所述反向電池連接中，根據所述反向電池連接斷開所述電晶體。
3.根據權利要求1所述的感應負載驅動電路，其中所述保護電路包括作為所述電流斷路器的場效應電晶體、二極體、以及電阻器； 所述場效應電晶體的源極被連接至所述切換電路，所述場效應電晶體的漏極被連接至 所述二極體，並且在所述正常電池連接中，所述場效應電晶體的柵極被連接至所述電池的 高壓側；所述二極體的陰極被連接至所述漏極，並且在所述正常電池連接中，所述二極體的陽 極被連接至所述電池的低壓側；在所述正常電池連接中通過所述切換電路將載流從接通切換到斷開時，所述場效應晶 體管被接通；並且在所述反向電池連接中，根據所述反向電池連接斷開所述場效應電晶體。
4.根據權利要求1所述的感應負載驅動電路，其中所述保護電路包括繼電器、第一二極體、以及第二二極體，並且所述繼電器包括激勵線 圈和接觸組件；所述激勵線圈具有第一和第二端子； 所述接觸組件是所述電流斷路器，並且具有第一和第二接觸； 所述第一二極體的陽極被連接至所述接觸組件的第一接觸，並且所述第一二極體的陰 極被連接至所述切換電路；在所述正常電池連接中，所述第二二極體的陰極被連接至所述電池的高壓側，並且所 述第二二極體的陽極被連接至所述激勵線圈的第一端子；在所述正常電池連接中，所述激勵線圈的第二端子和所述接觸組件的第二接觸被連接 至所述電池的低壓側；在所述正常電池連接中，所述激勵線圈不被所述電池的電壓激勵，並且所述接觸組件 處於導通狀態；並且在所述反向電池連接中，根據所述反向電池連接來激勵所述激勵線圈，並且所述接觸 組件的導通被斷開。
5.根據權利要求1至4中的任何一項所述的感應負載驅動電路，其中，所述切換電路包 括場效應電晶體，並且所述控制電路利用PWM信號對所述場效應電晶體進行接通_斷開控 制。
全文摘要
感應負載驅動電路(10)包括控制電路(11)和保護電路(13)。控制電路(11)控制切換電路(12)的切換操作。在電池(Ba)的正常連接中，切換電路(12)在接通和斷開之間切換到感應負載的載流。在電池(Ba)的反向連接中，切換電路(12)能夠在與正常電池連接中的方向相反的方向中載送電流。保護電路(13)具有電流斷路器(Q1)，該電流斷路器(Q1)至少在正常電池連接中通過切換電路(12)將載流從接通切換到斷開時導通；並且在反向電池連接中，根據反向電池連接而不導通。
文檔編號H02H11/00GK101903843SQ20098010138
公開日2010年12月1日 申請日期2009年8月10日 優先權日2008年8月11日
發明者木本和宏 申請人:株式會社自動網絡技術研究所;住友電裝株式會社;住友電氣工業株式會社