供電控制器的製作方法

2023-04-26 09:52:26

專利名稱：供電控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種供電控制器。
背景技術：
供電控制器包括要被連接在電源和負載之間的半導體開關。供電控制器導通/斷 開半導體開關，從而控制到負載的供電。在沒有使用任何熔絲元件的情況下，此供電控制器 具有用於保護負載電路等等的功能(參見專利文獻1)。具體地，供電控制器確定是否有等 於或者大於預定值的過電流經過半導體開關；並且在確定過電流經過時，供電控制器導通 /斷開半導體開關。其後，在出現導通-斷開狀態的預定周期時，供電控制器確定電路被短 路，並且供電控制器將半導體開關保持在斷開狀態下。[專利文獻1]日本未經審查的專利申請公開No.2000-315588(本發明要解決的問題)通過微計算機或者控制電路提供半導體開關的導通_斷開控制。然而，微計算機 等等具有諸如失去控制的異常情況的風險。另一方面，在導通-斷開故障時，諸如車輛頭燈 的負載具有極其高的電勢，從而會引起危險情況。因此，通常為該種負載裝備備份(backup) 功能。通過該備份功能，不管微計算機等等的控制如何，操作員都能夠將外部指令給予半導 體開關以強迫導通/斷開負載。然而，當試圖在具有備份功能的供電控制器中提供電路保護功能時，出現備份功 能防止電路保護功能的有效激活的問題。即，通過一般的備份功能，不管微計算機等等是處 於異常情況或者是正常情況下，都能夠通過外部指令來導通/斷開半導體開關。因此，在正 常情況下，即使在微計算機等等將半導體開關保持在斷開狀態下的短路情況下，備份功能 也能取消斷開狀態。因此，出現不管短路情況如何，都允許導通負載的問題。

發明內容
已經基於如上所述的情況而完成了本發明，並且其目的是為了提供一種供電控制 器，該供電控制器具有備份功能，同時能夠有效地激活電路保護功能。(用於解決問題的方法)根據權利要求1所述的供電控制器，包括半導體開關，其被導通和斷開，以用於 控制從電源到負載的電源；確定部，該確定部確定在要被提供有半導體開關的電路或者半 導體開關中是否出現異常；控制部，在通過確定部確定沒有出現異常時，該控制部使半導體 開關執行導通，並且在確定出現異常時，使半導體開關保持斷開狀態；監測部，該監測部監 測控制部是處於正常或者異常的情況下；輸入部，導通_斷開命令信號被從外部輸入到該 輸入部；以及切換部，該切換部在通過監測部監測到顯示正常情況的結果時，通過控制部來 導通和斷開半導體開關，並且在通過監測部監測到顯示異常情況的結果時，使用被輸入到 輸入部的導通_斷開命令信號來導通和斷開半導體開關。當控制部處於正常情況下時，在要被提供有半導體開關的電路或者半導體開關中出現異常時，根據本發明的供電控制器將半導體開關保持在斷開狀態下。這時，即使導 通-斷開命令被輸入到輸入部，通過導通-斷開命令信號來導通/斷開半導體開關被禁止。 這使能夠通過斷開狀態有效地激活保護。另一方面，當控制部處於異常情況下時，允許通過 導通-斷開命令信號來導通/斷開半導體開關。這使能夠通過導通-斷開命令信號有效地 激活備份功能。 第二發明是根據第一發明的供電控制器。在通過確定部確定還沒有出現異常時， 控制部基於導通-斷開控制信號執行和停止半導體開關的導通-斷開控制。在確定出現異 常時，不管導通-斷開命令信號如何，控制部使半導體開關保持斷開狀態。當控制部處於正常情況下時，本發明能夠使控制部基於導通-斷開命令信號執行 和停止半導體開關的導通_斷開控制。第三發明是根據第一或者第二方面的供電控制器，包括檢測部，該檢測部檢測通 過半導體開關的電流。基於通過檢測部的檢測結果，確定部確定在半導體開關或者要被提 供有半導體開關的電路中是否出現異常。本發明能夠檢測在半導體開關或者要被提供有半導體開關的電路中出現異常。第四方面是根據第一至第三發明的任何一個的供電控制器，包括報警部，該報警 部向外部報告關於由監測部進行的顯示異常情況的監測結果的警報。通過本發明，通過報警部的報警操作能夠容易地確認控制部的異常情況。(本發明的效應)通過本發明，供電控制器能夠具有備份功能，同時能夠有效地激活電路保護功能。


圖1是根據本發明的實施例的備份系統的總體構造的框圖；圖2是示出半導體器件的內部構造的框圖；圖3是用於解釋閾值電流Ilth的設定電平和生煙特性曲線之間的關係的圖；圖4是比較示例的備份系統的總體構造的框圖。(參考字符的解釋)
15供電控制器17 電源；19 負載 1925微計算機(確定部，控制部)；27看門狗(監測部)；31輸入端子(輸入部)；41 AND電路(切換部)；43 OR電路(切換部)；45功率MOSFET (半導體開關)；以及Sl信號(導通_斷開命令信號)。
具體實施例方式將會參考圖1至圖14 解釋根據本發明的第一實施例。(備份系統的總體構造)圖1是本實施例的備份系統1的總體構造的框圖。備份系統1被示意性地安裝在 未被示出的車輛中。備份系統1包括組合開關3、室內ECU 5 (電子控制單元)、以及引擎室 ECU 。(1)組合開關和室內E⑶組合開關3被示意性地布置在方向盤(未示出)附近，從而由緊握方向盤的駕駛 員進行導通/斷開。當被導通時，組合開關3將低電平的命令信號Sl (在下文中還被稱為 導通命令信號Si)示意性地施加給室內E⑶5。當被斷開時，組合開關3將高電平的命令信 號Sl (在下文中還被稱為斷開命令信號Si)施加給室內ECU 5。室內E⑶5具有微計算機9。室內E⑶5響應於諸如來自於例如駕駛員的控制臺 的命令信號Sl的命令信號來執行整個車輛的總控制。室內ECU 5通過LAN電纜11被連接 到引擎室E⑶7。來自於組合開關3的命令信號Sl通過室內E⑶5被施加給引擎室E⑶ 7。組合開關3的輸出端子通過切換線13被直接地連接到引擎室ECU 7。因此，即使當室內 E⑶5處於正常情況下時，引擎室E⑶7能夠接收直接地反映駕駛員的輸入的命令信號Si。引擎室ECU弓丨擎室E⑶7包括供電控制器15。供電控制器15被用於從車輛電源(在下文中 稱謂「電源17」)到諸如車輛頭燈和喇叭(頭燈在附圖中被示出)的負載19的供電控制。 術語「負載」在下文中表示供電控制器15控制的裝置。術語「負載」排除被連接在供電控制 器15和被控制的裝置之間的電線21。另一方面，術語「外部電路」包括負載19和電線21。供電控制器15主要具有半導體器件23 (智能功率裝置)、微計算機25、看門狗27、 端子(29、31、33、35、37、38)、以及邏輯電路(39、41、43)。圖2是示出半導體器件23的內部構造的框圖。半導體器件23具有功率MOSFET 45 (半導體開關的示例)、感應MOSFET 47作為電流檢測元件(稍後進行描述)、柵極驅動器 49、以及電流鏡部51。這些組件被集成在一個晶片中。具體地，多個MOSFET被布置在半導體器件23上。MOSFET的漏極端子被相互共同地 連接，並且然後被連接到供電連接端子33。大多數MOSFET的源極端子被連接至下面將會進 行描述的電流鏡部51的功率FET輸入51A，並且被連接到負載連接端子35，使得MOSFET形 成功率MOSFET 45.剩下的MOSFET的源極端子被連接至電流鏡部51的感應FET輸入51B，使 得MOSFET形成感應MOSFET 47。組成感應MOSFET 47的MOSFET的數目與組成功率MOSFET 45的MOSFET的數目的比率近似對應於感應比。電流鏡部51包括電勢控制電路53和一對電流鏡電路55，55。為了將功率MOSFET 45和感應MOSFET 47的輸出電勢(源電勢)保持相等，提供電勢控制電路53。電勢控制電路53包括運算放大器57和FET 59。FET 59被提供作為切換元件。運 算放大器57的負輸入被連接到功率FET輸入51A，同時運算放大器57的正輸入被連接到 感應FET輸入51B。FET 59被連接在感應FET輸入51B和外部端子38之間，並且運算放大 器57的輸出被施加給控制端子。運算放大器57的差分輸出通過FET 59的柵極和漏極之 間而被反饋到正輸入。
由於運算放大器57的差分輸出的反饋，運算放大器57被保持在虛短路狀態中。換 言之，正輸入和負輸入的電勢被保持幾乎彼此相等。這保持功率MOSFET 45和感應MOSFET 47的漏極的電勢彼此相等，並且還保持其源極的電勢彼此相等。因此，經過感應MOSFET 47 的感應電流Is能夠與經過功率MOSFET 45的負載電流IL的穩定地保持在恆定比率(上述 的感應比)。來自於電勢控制電路53的感應電流Is通過一對電流鏡電路55，55並且通過外部 端子38，從而經過外部電阻器61。外部端子38的端子電壓隨著感應電流Is進行變化。端 子電壓Vo被進行A/D轉換並且被饋送到微計算機25 (參見圖1)。因此微計算機25能夠基 於端子電壓Vo的值檢測經過功率MOSFET 45的負載電流IL。因此，感應M0SFET47和微計 算機25用作檢測部。柵極驅動器49響應於從OR電路43輸出的輸出信號S2來執行功率MOSFET 45和 感應MOSFET 47的導通/斷開控制。具體地，在接收到來自於OR電路43的命令進行導通 的高電平輸出信號S2時，柵極驅動器49將功率MOSFET 45和感應MOSFET 47導通為導通 (ON)(導電)狀態。另一方面，在接收到命令進行斷開的低電平輸出信號S2時，柵極驅動器 49斷開功率MOSFET 45和感應MOSFET 47，以使它們進入斷開(OFF)(切斷)狀態。OR電路43和AND電路41用作本發明的「切換部」。來自於微計算機25的命令信 號S3被輸入到OR電路43。AND電路41的輸出信號S4還被輸入到OR電路43。微計算機 25根據事先預定的程序來輸出命令信號S3，從而控制功率MOSFET 45的導通/斷開。下面 將會解釋此控制。微計算機25的輸入通過OR電路39和連接端子29而被連接到LAN電纜11。微計 算機25的輸入還通過OR電路39和輸入端子31 (輸入部的示例)還被連接到切換線13。 換言之，微計算機25能夠通過微計算機9接收來自於組合開關3的命令信號Sl ；並且，此 外，微計算機25能夠直接地通過切換線13來接收命令信號Si。因此，即使在微計算機9處 於異常情況下，微計算機25能夠接收直接地反映駕駛員的輸入的命令信號Si。看門狗27(看門狗定時器；監測部的示例)是用於監測系統是否正常地操作的裝 置。具體地，看門狗27能夠定期地接收來自於微計算機25的輸出信號S5。當定期地接收 輸出信號S5時，看門狗27確定微計算機25處於正常情況下。另一方面，當在一定周期的時 段內沒有接收到輸出信號S5時，看門狗27確定微計算機25處於異常情況下，並且然後，看 門狗27輸出高電平輸出信號S6(異常信號)。高電平輸出信號S6被施加給AND電路41。 AND電路41還接收來自於切換線13的命令信號Si，同時對命令信號Sl進行電平轉化。(引擎室E⑶7中的微計算機確定的異常)微計算機25用作確定部，該確定部確定在外部電路中是否出現異常；和控制部， 在通過確定部確定還沒有出現異常時，該控制部使功率MOSFET 45執行導通，和在確定出 現異常時，使功率MOSFET 45保持斷開狀態。微計算機25基於感應電流Is確定是否出現熔合異常。熔合異常是如下的異常情 況，在其中，如果熔絲元件被提供在外部電路中，則熔絲元件可能會被熔合。接下來，將會示 意性地描述用於檢測熔合異常的構造。本實施例的供電控制器15在外部電路中不具有熔 絲元件；微計算機25執行提供與熔絲元件的功能(熔絲功能)相同的功能的控制。微計算 機25確定經過功率MOSFET 45的負載電流IL等於或者大於閾值電流ILth。然後，當其中負載電流IL等於或者大於閾值電流ILth的時間(可能是不連續的或者間歇的)已經達到 規定的時間時，則微計算機25確定出現熔合異常。圖3是用於解釋閾值電流ILth的設定電平和發煙特性曲線Ll之間的關係的圖。 該圖示出可連接到供電控制器15的電線21 (諸如電線的塗層材料)的發煙特性，其通過表 示恆定的電流電平_電流施加時間(為熔合所耗費的時間)關係的發煙特性曲線Ll來表 示。即，在附圖中示出的是表示任意的恆電流(單穩電流)與當電流經過電線21時電線21 的塗層材料開始燃燒所耗費的時間之間關係的發煙特性曲線。在附圖中，ILmax表示負載19的額定電流(即，相對於設計確保能進行使用的限 制)。Io表示均衡臨界電流，所述平衡臨界電流能夠在保持在其中電線21中的熱量產生和 輻射被平衡的熱平衡態的同時被施加。如果高於均衡臨界電流Io的電平的電流被施加，則 這將導致過熱阻區域，在過熱阻區域中，發煙所耗費的時間和電流電平基本上相互成反比 例。如圖3中所示，閾值電流ILth被設置為稍微高於負載19的額定電流Ilmax的電平。存在如下的情況，例如一部分電線塗層材料被損壞，並且電線不時地接觸車輛車 體，這是所謂的震顫短路。在這樣的情況下，儘管沒有通過通過高電流，但是特定電平或者 較高的電流能夠持續地通過並且導致電線21發煙。在這樣的情況下熔絲功能是有效的。(備份系統的操作) (1)當引擎室E⑶7中的微計算機處於正常情況下當引擎室ECU 7中的微計算機25的情況正常時，微計算機25執行預定的控制。具 體地，在導通組合開關3時，微計算機25響應於導通命令信號Sl發起功率MOSFET 45和第 二 MOSFET 47的導通-斷開控制。例如，當作為負載19的頭燈在晚上被導通時，微計算機 25保持功率MOSFET 45處於導通狀態下。此外，微計算機25還適當地讀出端子電壓Vo的值，從而確定是否出現熔合異常。 具體地，當確定還沒有出現熔合異常時，微計算機25響應於來自於組合開關3的斷開命令 信號Sl來斷開功率M0SFET45並且，其後，響應於來自於組合開關3的導通命令信號Sl來 導通功率MOSFET 45。另一方面，在確定出現熔合異常時，微計算機25將功率MOSFET 45保持斷開狀 態中。因為微計算機25那時處於正常情況下，所以看門狗27將低電平輸出信號(正常 (NORMAL)信號)S6施加給AND電路41。因此，AND電路41使來自於組合開關3的命令信 號Sl無效，使得信號Sl沒有被施加給半導體器件23上。換言之，利用組合開關3，通過輸 入來指導導通/斷開功率MOSFET 45是不可用的。相反地，微計算機25保持對功率MOSFET 45的導通-斷開控制。因此，即使駕駛員在出現熔合異常時導通/斷開組合開關3，仍然不能取消功率 MOSFET 45的斷開狀態。因此，熔絲功能被有效地激活。(2)當引擎室E⑶7中的微計算機處於異常情況下時當引擎室ECU 7中的微計算機的情況變成諸如失去控制等等的異常時，看門狗27 將高電平輸出信號(異常(AN0RMAL)信號)S6施加給AND電路41。然後，AND電路41使來 自於組合開3的命令信號Sl有效，並且將命令信號Sl施加給半導體器件23。換言之，使 用組合開關3，通過輸入指導導通/斷開功率MOSFET 45變成可用的，使得備份功能被有效 地激活。此外，來自於看門狗27的備份功能通過輸出端子37(報警部的示例)被輸出到外部。通過此，通過駕駛員的控制臺中的燈的燈光或者通過揚聲器的聲音能夠報警微計算機 25的異常情況。注意，圖1中的線16示出本實施例的備份線，而圖4中的線18示出傳統的 備份線。(本實施例的效應)圖4是示出作為比較示例的備份系統1』的總體構造的框圖。通過相同的附圖字 符來指定與圖1中的備份系統相同的構造。備份系統1』將來自於組合開關3的命令信號 Sl直接地施加給半導體器件23。通過此構造，當微計算機25處於異常情況下時能夠有效 地激活備份功能。然而，通過該構造，當微計算機25處於正常情況下時，通過導通/斷開組 合開關3，駕駛員也能夠直接地導通/斷開功率MOSFET 45。因此，即使由於熔合異常的出 現，微計算機25試圖保持功率MOSFET 45處於斷開狀態下，駕駛員也能夠通過導通/斷開 開關3而取消斷開狀態。本實施例的備份系統1不同於此。當微計算機25處於正常情況下時，在出現熔合 異常時，備份系統1將功率MOSFET 45保持在斷開狀態下。然後，即使導通-斷開命令信號 Sl被輸入到輸入端子31時，通過導通-斷開命令信號Sl來導通/斷開功率MOSFET 45也 被禁止。因此，通過斷開狀態能夠有效地激活熔合功能。另一方面，當微計算機25處於異 常情況下時，允許通過導通/斷開命令信號Sl進行功率MOSFET 45的導通/斷開。因此， 還能夠有效地激活通過導通/斷開命令信號Sl的備份功能。(其它的實施例)本發明不限於參考附圖在上面解釋的實施例。例如，下面的實施例也被包括在本 發明的範圍內。(1)在上面的實施例中，微計算機25確定基於感應電流Is(負載電流IL)的檢測 電流是否超過閾值電流11th。本發明不限於此。例如，比較電路可以被提供在半導體器件 23中，使得比較電路執行確定並且將確定的結果提供給微計算機25。此外，可以提供邏輯 電路使得邏輯電路確定是否出現熔合異常，並且然後，邏輯電路將關於熔合異常的存在或 者不存在的確定的結果提供給微計算機25。(2)在上面的實施例中，微計算機25用作控制部。本發明不限於此。例如，諸如 ASIC的控制電路可以是控制部。(3)在上面的實施例中，通過使用感應FET的感應方法來檢測經過半導體開關的 電流。本發明不限於此。例如，通過使用被提供在電線21中的分流電阻的分流方法可以檢 測電流。(4)在上面的實施例中，「熔合異常」是示例性的。本發明不限於此。異常僅需要 是相對於半導體開關應變成斷開狀態的異常。例如，異常可以是負載19的短路異常、暫時 的高電流異常、或者加熱異常(熱感應元件被用於在檢測溫度達到預定的溫度時確定出現 異常)。
權利要求
1.一種供電控制器，包括半導體開關，所述半導體開關被導通和斷開，以控制從電源到負載的供電； 確定部，所述確定部確定在要被提供有所述半導體開關的電路或者所述半導體開關中 是否出現異常；控制部，所述控制部在通過所述確定部確定沒有出現異常時，使所述半導體開關執行 導通，並且在確定出現異常時，使所述半導體開關保持斷開狀態；監測部，所述監測部監測所述控制部是處於正常還是異常的情況下； 輸入部，其被從外部輸入導通-斷開命令信號；以及切換部，在所述監測部的監測結果顯示正常情況時，所述切換部使得通過所述控制部 來導通和斷開所述半導體開關，而在所述監測部的監測結果顯示異常情況時，所述切換部 使得利用被輸入到所述輸入部的導通-斷開命令信號來導通和斷開所述半導體開關。
2.根據權利要求1所述的供電控制器，其中在通過所述確定部確定沒有出現異常時，所述控制部基於所述導通_斷開命令信號來 執行和停止所述半導體開關的導通_斷開控制；在確定經出現異常時，不管所述導通-斷開命令信號如何，所述控制部使所述半導體 開關保持斷開狀態。
3.根據權利要求1或者2所述的供電控制器，包括檢測部，所述檢測部檢測通過所述半導體開關的電流，其中基於所述檢測部的檢測結果，所述確定部確定在要被提供有所述半導體開關的所述半 導體開關或者電路中是否出現異常。
4.根據權利要求1至3中的任何一項所述的供電控制器，包括報警部，所述報警部向外部報告關於由所述監測部進行的顯示異常情況的監測結果的警報。
全文摘要
供電控制器(15)，其包括控制部(25)，所述控制部(25)在確定沒有出現異常時，使半導體開關(45)執行導通，並且在確定出現異常時，使半導體開關(45)保持斷開狀態；監測部(27)，其監測控制部(25)是處於正常還是異常情況；以及切換部(41，43)，在監測部(27)的監測結果顯示正常情況時，該切換部使得通過控制部(25)導通和斷開半導體開關(45)，在監測結果顯示異常情況時，該切換部通過利用外部的導通-斷開命令信號S1來導通和斷開半導體開關(45)。
文檔編號H03K17/0812GK102007694SQ20098011321
公開日2011年4月6日 申請日期2009年4月17日 優先權日2008年4月17日
發明者馬場崎智宏, 高橋成治 申請人:住友電氣工業株式會社, 住友電裝株式會社, 株式會社自動網絡技術研究所