專利名稱：過載電流檢測方法及檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種過載電流檢測方法及檢測電路，用于檢測在驅(qū)動(dòng)電池電源負(fù)載的電路中的過載電流。
背景技術(shù)：
在通過開關(guān)從電池向負(fù)載提供電源的諸如打開汽車車燈的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備中具有為檢測過載電流的發(fā)生和保護(hù)負(fù)載或電氣線路而設(shè)計(jì)的裝置。
這種檢測過載電流的過載電流檢測電路的實(shí)例在日本公開專利公報(bào)號(hào)11-51983中被揭示。這個(gè)電路被跨接到負(fù)載和場效應(yīng)晶體管(FET)開關(guān)半導(dǎo)體元件之間設(shè)置的分路電阻上。這個(gè)電路被設(shè)計(jì)為將流過分流電阻的電流轉(zhuǎn)換為電壓，該電壓和參考電壓比較從而檢測是否存在過載電流。
鑒于上面的描述，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練的人士而言能從這個(gè)揭示中顯而易見地看到存在改進(jìn)過載電流檢測方法及檢測電路的需求。本發(fā)明致力于本技術(shù)領(lǐng)域中的這種需求以及其他需求，通過本文的揭示，該問題的解決對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練的人士將是顯而易見的。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于在日本已公開專利公報(bào)號(hào)11-51983中所揭示的電路中使用了一個(gè)分路電阻，電流流過的同時(shí)所產(chǎn)生的熱量的問題不能被忽視。由于當(dāng)電阻值被減小從而將分路電阻產(chǎn)生的熱量減至最小時(shí)，與電流相關(guān)的檢測電壓也低，因此當(dāng)外部噪聲因?yàn)殡姶鸥蓴_等進(jìn)入電路而發(fā)生時(shí)，過載電流將更可能被錯(cuò)誤地檢測。
鑒于前述缺點(diǎn)，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種過載電流的檢測方法及檢測電路，該方法和電路能夠不受噪聲影響地高精確度地檢測過載電流。
前述目標(biāo)可以通過提供一種過載電流的檢測方法而被基本實(shí)現(xiàn)，該方法用于檢測負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備中的過載電流，該負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備在電池電源和負(fù)載之間配備有開關(guān)半導(dǎo)體元件。這個(gè)方法主要包括檢測和流過開關(guān)半導(dǎo)體元件的電流相對(duì)應(yīng)的變量值；設(shè)定參考值作為電池電源的電池電壓的函數(shù)，從而使得用于指示過載電流狀況的過載電流檢測的電流值隨著電池電源的電池電壓的減少量變小而增大；將和流過開關(guān)半導(dǎo)體元件的電流相對(duì)應(yīng)的變量值和參考值相比較；當(dāng)變量值達(dá)到參考值時(shí)，確定有過載電流的狀況存在。
通過下文結(jié)合附圖揭示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其他的目標(biāo)、特征、方面和優(yōu)勢(shì)對(duì)于在本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練的人士而言是顯而易見的。


現(xiàn)在參照組成創(chuàng)造性的揭示內(nèi)容的一部分的附圖圖1所示的是配備根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的過載電流檢測電路的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備的框圖；圖2所示的是當(dāng)沒有過載電流流過時(shí)比較器相關(guān)于電池電壓的輸入狀態(tài)的曲線圖，和圖3所示的是過載電流檢測電流值相關(guān)于電池電壓的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
所選擇的本發(fā)明的實(shí)施例將參考附圖進(jìn)行說明。本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人士從本文的揭示中顯而易見的是，下文對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的描述僅被用于說明而不是為了如附后的權(quán)利要求及其等價(jià)物所定義的對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制的目的。
首先參照?qǐng)D1，負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，該結(jié)構(gòu)配備根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的過載電流檢測電路。負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備具有電池1，場效應(yīng)晶體管(FET)2被設(shè)置在電池1和諸如燈或其它電氣裝置的負(fù)載3之間。負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備還具有控制單元4和開關(guān)電路5?？刂茊卧?被連接到FET2的柵極。開關(guān)電路5被連接到控制單元4?？刂茊卧?被配置成基于開關(guān)電路5的命令切換FET2的導(dǎo)通或截止。FET2具有連接到電池1的漏極(D)和連接到負(fù)載3的源極(S)。這樣，F(xiàn)ET2、控制單元4和開關(guān)電路5組成了開關(guān)半導(dǎo)體元件，電流通過該開關(guān)半導(dǎo)體元件從電池1流到負(fù)載3。
過載電流檢測電路10被附接到FET2。過載電流檢測電路10包括帶有分壓電路12的函數(shù)發(fā)生電路11和比較器13。分壓電路12主要包括一對(duì)被串聯(lián)設(shè)置在FET2的漏極(D)和接地GND之間的電阻R1和R2。函數(shù)發(fā)生電路或部件11具有一個(gè)設(shè)置在接地GND和電阻R1和R2之間的連接點(diǎn)P之間的齊納二極管ZD。
齊納二極管ZD的擊穿電壓被設(shè)定為低于當(dāng)電池1的額定電壓被施加到FET2的漏極(D)時(shí)電阻R1和R2之間的連接點(diǎn)P的電壓。具體地，例如，如果電池1的額定電壓被假定為12V，則電阻R1的電阻值被假定為3kΩ，電阻R2的電阻值被假定為27kΩ，以及齊納二極管ZD的擊穿電壓被假定為6.8V。
電阻R1和R2之間的連接點(diǎn)P被連接到比較器13的同相輸入端(“+”端或正端)，從而連接點(diǎn)P的電壓作為函數(shù)發(fā)生電路11的輸出被輸入到比較器13。比較器13的反相輸入端(“-”端或負(fù)端)被連接到FET2的源極(S)。比較器13的輸出端被連接到控制單元4。
圖2所示的是當(dāng)沒有過載電流流向FET2時(shí)，也就是沒有過載電流的狀況存在時(shí)比較器13的輸入狀態(tài)。由于沒有過載電流流過時(shí)電池1的電壓下降小，因而FET2的輸入電壓由和電池電壓相關(guān)的直線A指示。在這時(shí)FET2的源極電勢(shì)也和該輸入電壓相同。直線A的電壓作為變量值被施加給連接到源極(S)的比較器13的反相輸入端。
被輸入到比較器13的同相輸入端的函數(shù)發(fā)生電路11的輸出通過基于電阻R1和R2的分壓比的電壓相對(duì)于直線A轉(zhuǎn)變，但在到達(dá)齊納二極管ZD的6.8V的擊穿電壓之后被保持在6.8V。當(dāng)達(dá)到6.8V的恒定電壓時(shí)，根據(jù)下列等式，電池電壓的轉(zhuǎn)換點(diǎn)是7.6V。
6.8×(3+27)/27＝7.6(V)由虛線B表示的函數(shù)發(fā)生電路11的輸出成為用于檢測是否有過載電流狀況存在的參考電壓(規(guī)定的參考值)。當(dāng)沒有過載電流流過時(shí)，直線A高于參考電壓(B)，且比較器13的輸出信號(hào)是L(低)，表示沒有過載電流的狀況。
當(dāng)存在過載電流狀況時(shí)，過載電流降低了電池1的電壓，從而在FET2的漏極(D)和源極(S)之間造成電壓降，也就是由導(dǎo)通電阻造成的電壓降。這樣，當(dāng)被輸入到反相輸入端的源極電壓低于被輸入到同相輸入端的參考電壓時(shí)，比較器13接著輸出H(高)作為過載電流檢測信號(hào)。
當(dāng)過載電流檢測信號(hào)從比較器13輸出時(shí)，控制單元4將FET2截止從而防止過載電流流到負(fù)載3。
如上所述，如果假定電阻R1的電阻值是3kΩ，電阻R2的電阻值是27kΩ，齊納二極管ZD的擊穿電壓是6.8V，以及FET2的導(dǎo)通電阻是3.3mΩ，則和電池電壓相關(guān)的過載電流檢測電流(當(dāng)比較器13的輸出為H時(shí)的電流值)呈現(xiàn)如圖3所示的形式。
具體地，在過載電流狀況存在且電池電壓降低到5V的狀態(tài)下，過載電流的檢測電流是152A。換句話說，如果152A的電流流過FET2或負(fù)載3，這個(gè)電流被確定是過載電流，且輸出過載電流檢測信號(hào)。
在由于沒有實(shí)際的過載電流狀況存在因此電池1中沒有電壓降低且電池電壓是12V的狀態(tài)下，過載電流檢測電流是1576A，該電流通過下列計(jì)算所示。
(12-6.8)V/3.3mΩ＝1576A具體地，當(dāng)沒有過載電流狀況存在時(shí)，因?yàn)闆]有極大的電流流過，就沒有過載電流檢測信號(hào)從比較器13中輸出。
在上文描述的實(shí)施例中，負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備在電池1和負(fù)載3之間配備FET2，函數(shù)發(fā)生電路11被連接到FET2的電池一側(cè)用于輸出作為與電池電壓相關(guān)的函數(shù)的規(guī)定的參考電壓。當(dāng)FET2的源極電壓降低到參考電壓時(shí)(也就是，當(dāng)過載電流狀況存在時(shí))，負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備用比較器13輸出過載電流檢測信號(hào)。這個(gè)參考電壓被設(shè)定成使指示過載電流狀況的過載電流檢測值隨著電池電源的電池電壓的下降量變小而增大。這樣，參考電壓和FET2的源極或負(fù)載側(cè)的電壓之間的差值增加到電池電壓變得如此高以至于過載電流不發(fā)生的程度。結(jié)果，即使當(dāng)噪聲進(jìn)入系統(tǒng)的時(shí)候上述電壓差也難以被跨接，因而防止比較器13錯(cuò)誤地輸出過載電流檢測信號(hào)。
由于函數(shù)發(fā)生電路11具有電阻R2和電阻R1串聯(lián)的分壓電路12，該分壓電路自身被連接到FET2的電池1一側(cè)，且電阻R1和R2的連接點(diǎn)P被連接到比較器13的同相輸入端，因而參考電壓由基于電阻R1和R2相對(duì)于電池電壓的分壓比的電壓轉(zhuǎn)變。在這個(gè)簡單的結(jié)構(gòu)中，源極電壓和參考電壓之間的差隨著電池電壓的增大而增大，且過載電流檢測電流值也可以增大。
在函數(shù)發(fā)生電路11中，齊納二極管ZD與電阻R2并聯(lián)設(shè)置，齊納二極管ZD的陰極連接到電阻R1和R2之間的連接點(diǎn)P。當(dāng)電池電壓在規(guī)定值或之上時(shí)，連接點(diǎn)P通過齊納二極管ZD的擊穿被保持在齊納二極管ZD的擊穿電壓，因此相關(guān)于FET2的源極電壓的差變得特別大。因此，可以更可靠地防止過載電流檢測信號(hào)在沒有過載電流流過的狀態(tài)下被錯(cuò)誤地輸出。
2004年9月30日提交的日本專利申請(qǐng)?zhí)?004-288432的揭示內(nèi)容通過引用而結(jié)合在本文中。
在上述實(shí)施例中的電阻的電阻值、齊納二極管的擊穿電壓、FET的導(dǎo)通電阻、電池的額定電壓和其他數(shù)值是作為實(shí)例的目的而不是對(duì)本發(fā)明的限制，因此它們可以被設(shè)定為任何需要和/或要求的數(shù)值。
如本文描述上述實(shí)施例所用，本文用于描述由元件、部件、裝置等等所執(zhí)行的操作或者功能的術(shù)語“檢測”包括不要求物理檢測的元件、部件、裝置等等，但當(dāng)然也包括確定、測量、模擬、預(yù)測或計(jì)算等從而執(zhí)行操作或功能。本文用于描述由元件、部件或裝置的一部分的術(shù)語“被配置”包括被構(gòu)建和/或編程用來執(zhí)行所要求功能的硬件和/或軟件。此外，在權(quán)利要求中表述為“方法以及功能”的術(shù)語應(yīng)該包括任何可以被用來執(zhí)行本發(fā)明的那些部分的功能的結(jié)構(gòu)。本文使用的諸如“基本上”、“大約”和“近似”的程度術(shù)語的意思是使得最終結(jié)果沒有顯著改變的經(jīng)修改的項(xiàng)目的合理偏差量。例如，如果±5％的偏差沒有否定所修改的文字的意思，則這些術(shù)語可以被認(rèn)為包括經(jīng)修改的項(xiàng)目的至少±5％的偏差。
盡管僅僅由經(jīng)選擇的實(shí)施例被選擇來說明本發(fā)明，但是在本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人士從揭示的內(nèi)容中顯而易見的是，可以對(duì)本文進(jìn)行各種變化和修改而不背離由附后的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的范圍。此外，上文對(duì)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的描述僅僅作為說明被提供，而不是為了由附后的權(quán)利要求及其等價(jià)物所定義的對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制的目的。因而，本發(fā)明的范圍不限于被揭示的各個(gè)實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種過載電流的檢測方法，用于檢測負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備中的過載電流，該負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備在電池電源和負(fù)載之間配備有開關(guān)半導(dǎo)體元件，該方法包括檢測和流過開關(guān)半導(dǎo)體元件的電流相對(duì)應(yīng)的變量值；設(shè)定參考值作為電池電源的電池電壓的函數(shù)，從而使得指示過載電流狀況的過載電流檢測的電流值隨著電池電源的電池電壓的下降量變小而增大；將和流過開關(guān)半導(dǎo)體元件的電流相對(duì)應(yīng)的變量值和參考值相比較；和當(dāng)變量值達(dá)到參考值時(shí)，確定有過載電流的狀況存在。
2.如權(quán)利要求所述1的檢測方法，其特征在于，其中參考值函數(shù)的設(shè)定進(jìn)一步包括，當(dāng)電池電源的電池電壓在規(guī)定值或之上時(shí)保持參考值不變。
3.一種過載電流檢測電路，用于檢測負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備中的過載電流，該負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備在電池電源和負(fù)載之間配備有開關(guān)半導(dǎo)體元件，其特征在于，該電路包括被配置成輸出參考電壓的函數(shù)發(fā)生部件，該參考電壓作為與電池電源的電池電壓相關(guān)的函數(shù)，該函數(shù)發(fā)生部件被配置成連接到開關(guān)半導(dǎo)體元件的電池電源一側(cè)；和具有同相輸入端和反相輸入端以及輸出端的比較器，同相輸入端工作時(shí)耦合到函數(shù)發(fā)生部件從而接收參考電壓，反相輸入端被配置成工作時(shí)耦合到開關(guān)半導(dǎo)體元件的負(fù)載一側(cè)從而接收開關(guān)半導(dǎo)體元件負(fù)載一側(cè)的負(fù)載側(cè)電壓，輸出端被配置成當(dāng)開關(guān)半導(dǎo)體元件負(fù)載一側(cè)的負(fù)載側(cè)電壓已經(jīng)降低到參考電壓時(shí)輸出過載電流檢測信號(hào)，參考電壓由函數(shù)發(fā)生部件設(shè)定，使得用于指示過載電流狀況的過載電流檢測電流值隨著電池電源的電池電壓的下降量變小而增大。
4.如權(quán)利要求3所述的過載電流檢測電路，其特征在于，其中，函數(shù)發(fā)生部件包括分壓電路，分壓電路具有連接到開關(guān)半導(dǎo)體元件的電池電源一側(cè)的第一電阻和串聯(lián)連接到第一電阻的第二電阻；和比較器的同相輸入端被連接在第一和第二電阻之間的連接點(diǎn)上。
5.如權(quán)利要求4所述的過載電流檢測電路，其特征在于，其中函數(shù)發(fā)生部件進(jìn)一步包括與第二電阻并聯(lián)的齊納二極管，齊納二極管的陰極連接到第一和第二電阻之間的連接點(diǎn)，從而在電池電源的電壓在規(guī)定值或之上時(shí)，第一和第二電阻之間的連接點(diǎn)的電壓保持不變。
6.一種過載電流檢測電路，用于檢測負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備中的過載電流，該負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備在電池電源和負(fù)載之間配備有開關(guān)半導(dǎo)體元件，其特征在于，該電路包括產(chǎn)生作為與電池電源的電壓相關(guān)的函數(shù)的參考值從而使得用于指示過載電流狀況的過載電流檢測電流值隨著電池電源的電池電壓的下降量變小而增大的裝置；用于將和流過開關(guān)半導(dǎo)體元件的電流相對(duì)應(yīng)的變量值和參考值比較的裝置；和用于當(dāng)變量值已經(jīng)達(dá)到參考值時(shí)確定過載電流狀況存在的裝置。
全文摘要
在電池和負(fù)載之間帶有FET的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備中，過載電流檢測電路具有帶有分壓電路和比較器的函數(shù)發(fā)生電路。分壓電路具有一對(duì)連接到FET的漏極的電阻和一個(gè)被連接到連接點(diǎn)和第二電阻并聯(lián)的齊納二極管。比較器將連接點(diǎn)上的參考電壓和FET的可變電壓比較，當(dāng)可變電壓低于參考電壓時(shí)輸出過載電流檢測信號(hào)。當(dāng)沒有過載電流存在且電池電壓沒有降低時(shí)，連接點(diǎn)被保持在齊納二極管的擊穿電壓，且相對(duì)于FET的源極電壓的差變得特別大。因此，即使在噪聲進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)比較器也不會(huì)錯(cuò)誤地輸出過載電流檢測信號(hào)。
文檔編號(hào)H02H1/00GK1755376SQ20051010894
公開日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2005年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者橫田和重, 鶴田英二 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社