負載電路的保護裝置的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請是名為"負載電路的保護裝置"、國際公開號為W0 2009/151084、國際 公開日為2009年12月17日、進入國家階段日期為2010年12月13日、國家申請?zhí)枮?"200980122118. 9"的專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種負載電路的保護裝置，用于在過電流流經(jīng)負載電路并且電線溫度 升高時立即切斷該負載電路以保護電路。
【背景技術(shù)】
[0003] 對安裝在車輛上的諸如車燈或電機的負載供電的負載電路包括蓄電池和設(shè)置在 該蓄電池和負載之間的電子開關(guān)（M0SFET等）。該蓄電池、電子開關(guān)和負載經(jīng)由包含電線的 導體而彼此連接。在該負載電路中，設(shè)置控制電路以接通和斷開電子開關(guān)。通過從該控制 電路輸出的驅(qū)動信號和停止信號來使電子開關(guān)接通和斷開，以將負載在驅(qū)動狀態(tài)和停止狀 態(tài)之間切換。
[0004] 在該負載電路中，將熔絲設(shè)置成當過電流流經(jīng)負載時通過立即切斷電路來保護負 載、電線、電子開關(guān)等。此外，作為具有與熔絲恰好相同的特性而不使用熔絲的電流檢測電 路，例如，在JP-A-2007-19728(專利文獻1)中所描述的構(gòu)造是已知的。
[0005] 在專利文獻1所采用的構(gòu)造中，產(chǎn)生了具有與流經(jīng)用作驅(qū)動負載用的電子開關(guān)的 功率M0SFET的電流成正比的大小的電流，并且當電流超過預(yù)定的閾值電流且由電阻器和 電容器形成的RC電路中產(chǎn)生的電壓達到預(yù)定的閾值電壓時，該電路被切斷。
[0006] 引用列表
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻 1 :JP-A-2007-19728

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 技術(shù)問題
[0010] 然而，在專利文獻1中所描述的傳統(tǒng)實例中，采用其中當過電流流經(jīng)負載時切斷 電路的構(gòu)造。由于實際的電線溫度不能計算，所以不可能得到模擬在如果發(fā)生過電流而保 護電路時的現(xiàn)有熔絲的切斷特性。在負載電路中設(shè)置的熔絲不是通過檢測過電流來切斷電 路，而是通過由于當發(fā)生過電流時所發(fā)生的發(fā)熱而引起的熔斷來切斷負載電路。從而，不能 說專利文獻1中所描述的裝置真實地模擬了熔絲的特性。此外，由于在熔絲中存在劣化的 問題，所以針對這種劣化，電線的直徑必須是大的。
[0011] 本發(fā)明將解決現(xiàn)有的問題，并且其目的是提供一種負載電路的保護裝置，能夠通 過更真實地模擬熔絲來保護電路。
[0012] 問題的解決
[0013] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種負載電路的保護裝置，當在向負載提供從電 源輸出的電力以驅(qū)動該負載的所述負載電路中的電線的溫度升高的時候，該負載電路的保 護裝置保護該負載電路，所述保護裝置包括：計時單元，適于對經(jīng)過時間計時；電流檢測單 元，適于檢測流經(jīng)所述負載電路的電線的電流；開關(guān)單元，適于在所述負載電路的連接和切 斷之間切換；溫度計算單元，適于設(shè)定小于在所述負載電路中使用的電線的熱容的偽熱容 (pseudo heat capacity)，并且參考所述電線的發(fā)熱量的計算表達式、所述電線的放熱量 的計算表達式、由所述計時單元計時的時間以及所述偽熱容來計算該電線的溫度；以及切 斷控制單元，當由所述溫度計算單元算出的所述電線的溫度達到該電線的允許溫度時，該 切斷控制單元適于切斷所述開關(guān)單元。
[0014] 在優(yōu)選的方面中，如果通過I來表示由所述電流檢測單元檢測到的電流，那么由 下面的表達式來表示發(fā)熱量的計算表達式：
[0015] (發(fā)熱量）=I2XRonX At ;
[0016] 這里，Ron表示每單位長度的所述電線的電阻，而Δ t表示采樣時間。
[0017] 在優(yōu)選的方面中，由下面的表達式來表示放熱量的計算表達式；
[0018] (放熱量）=Q/(Cth*XRth/A t);
[0019] 這里，Cth*表示每單位長度的所述電線的偽熱容，Rth表示每單位長度的所述電 線的熱阻，A t表示采樣時間，而Q表示每單位長度的所述電線的熱量以及通過將所述電線 的溫度乘以所述偽熱容Cth*所得到的值。
[0020] 在優(yōu)選的方面中，所述切斷控制單元基于在上次采樣時間中算得的所述電線的溫 度Tp、所述發(fā)熱量、所述放熱量以及所述偽熱容Cth*，通過下面的表達式來計算當前的溫 度Τη :
[0021] Τη = Τρ+(發(fā)熱量-放熱量）/Cth*。
[0022] 此外，在根據(jù)本發(fā)明的負載電路的保護裝置中使用的偽熱容Cth*的計算方法中， 有下面的步驟：
[0023] (i)使電流經(jīng)過具有期望熔斷特性的熔絲，以獲得表示通電電流與熔斷時間之間 關(guān)系的電流/時間特性數(shù)據(jù)；
[0024] (ii)從所述電流/時間特性數(shù)據(jù)來計算能夠經(jīng)過所述恪絲連續(xù)通電的最大電流 Imax ；
[0025] (iii)通過下面的表達式來計算使最大電流Imax經(jīng)過保護電路的下游電線而連 續(xù)通電時的溫度閾值A(chǔ)Tmax :
[0026] Δ Tmax = Rth X Ron X Imax2；
[0027] 這里，Rth表示每單位長度的所述電線的熱阻，而Ron表示每單位長度的所述電線 的電阻；以及
[0028] (iv)通過作為溫度閾值Δ Tmax的函數(shù)的下述表達式來計算偽熱容Cth* :
[0029] [表達式1]
[0031] 該計算方法計算出偽熱容Cth*。
[0032] 本發(fā)明的效果
[0033] 根據(jù)本發(fā)明，利用比電線的實際熱容Cth小的偽熱容Cth*作為電線的實際熱容 Cth，計算電線的發(fā)熱量和放熱量并且計算電線的溫度。在算得的溫度達到電線的允許溫度 的情況下斷開開關(guān)單元。由于負載電路能夠在電線的實際溫度達到允許溫度之前停止，所 以能夠保護負載電路的電線和組成元件免于發(fā)熱。
[0034] 此外，根據(jù)本發(fā)明，能夠計算偽熱容Cth*以得到與用于保護連接于負載電路的電 線所常用熔絲的特性恰好等同的熔斷特性。從而，能夠進行模擬熔絲的過電流保護。
【附圖說明】
[0035] 圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的負載電路的保護裝置的構(gòu)造的方框圖。
[0036] 圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的負載電路的保護裝置的初始化處理的流程圖。
[0037] 圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的負載電路的保護裝置的電線溫度的異常判定 處理的流程圖。
[0038] 圖4是示出了通電時間和電線溫度之間關(guān)系的特性圖。
[0039] 圖5是示出了在根據(jù)本發(fā)明實施例的負載電路的保護裝置中，負載電路中所用的 電線的發(fā)煙特性以及熔絲的熔斷特性的實際測量值的特性圖。
[0040] 圖6是示出了在根據(jù)本發(fā)明實施例的負載電路的保護裝置中，使與熔絲的連續(xù)可 通電電流相等的電流能夠連續(xù)通電的電線的生煙特性的特性圖。
[0041] 圖7是示出了在根據(jù)本發(fā)明實施例的負載電路的保護裝置中模擬熔絲的熔斷特 性的生煙特性的特性圖。
[0042] 參考標記列表
[0043] 11 :負載電路的保護裝置，12 :控制電路（溫度計算單元，切斷控制單元），13 :計 時器，14 :電流計（電流檢測單元），S1 :半導體繼電器，VB :蓄電池（電源），W1 :電線
【具體實施方式】
[0044] 參考附圖來對本發(fā)明的實施例進行描述。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的負載 電路的保護裝置11的構(gòu)造的方框圖。如圖中所示，負載電路的保護裝置11包括連接于蓄 電池 VB的半導體繼電器S1 (開關(guān)單元），檢測流經(jīng)電線W1的電流的電流計14,對電流流動 的經(jīng)過時間計時的計時器（計時單元）13,以及基于由電流計14檢測到的電流值和由計時 器13計時的時間來控制半導體繼電器S1接通和斷開的控制電路12。
[0045] 在根據(jù)本實施例的負載電路的保護裝置11中，利用下述方法（利用"偽熱容Cth*" 來計算電線溫度的方法），通過控制電路（溫度計算單元、切斷控制單元）12來計算電線W1 的溫度。當電線W1的溫度達到通常對該電線W1設(shè)置的熔絲的熔斷溫度的時候，設(shè)置在電 線W1的上游的半導體繼電器S1被切斷，以保護電線W1以及諸如設(shè)置在該電線W1下游的 負載那樣的電路組件。注意，負載電路的保護裝置11例如由微機構(gòu)成。
[0046] 下面，參考圖2和圖3中所示的流程圖來描述負載電路的保護裝置11的操作。圖 2是示出了控制電路12中的初始化處理的步驟的流程圖。當電線溫度的異常判定處理開始 時，進行初始化處理。即，在圖3中示出的電線溫度的異常判定處理中所使用的發(fā)熱/放熱 溫度數(shù)據(jù)、停止信號標記F1以及發(fā)熱量數(shù)據(jù)全部都被重置為零（步驟S11)。
[0047] 圖3是示出了電線溫度的異常判定處理的步驟的流程圖。當圖1中示出的半導體 繼電器S1接通以通過電線W1施加電流時，由電流計14檢測出通電電流，并且控制電路12 獲得所檢測到的電流I (步驟S31)。
[0048] 然后，當電流流動時，控制電路12基于由電流計14檢測出的電流I，利用下面的表 達式（1)來計算每單位長度的電線的發(fā)熱量XI。
[0049] XI = I2XRonX At... (1)
[0050] 在表達式⑴中，"Ron"表示每單位長度的電線的電阻，而Δ t表示采樣時間（例 如，5 [msec]) 〇
[0051] 控制電路12還利用下面的表達式（2)計算出電線的放熱量Y1。
[0052] Y1 = QACth* X Rth/ Δ t)…（2)
[0053] 在表達式（2)中，"Cth*"表示每單位長度的電線的偽熱容（在后詳細描述），"Rth" 表示每單位長度的電線的熱阻，At表示采樣時間（例如，5 [msec])，而Q表示每單位長度 的電線的熱量以及通過將電線的溫度乘以偽熱容Cth*所得到的值。
[0054] 然后，控制電路12基于前次測量時的電線溫度Tp，利用下面的表達式（3)來計算 本次測量時的電線溫度Τη。
[0055] Τη = Τρ+ (XI - Yl) /Cth*... (3)
[0056] 因此，每當采樣時間At經(jīng)過時，就相繼將發(fā)熱溫度加到前次測量時的電線溫度 或從前次測量時的電線溫度中減去放熱溫度（起初，Tp是周圍溫度），以計算本次測量時的 電線溫度。
[0057] 接下來，控制電路12將通過步驟S34的處理所計算得的電線溫度Τη與預(yù)設(shè)的切 斷閾值溫度Tthl (例如，150°C )相比較（步驟S35)。如果滿足Tn>Tthl (步驟S35為YES)， 那么指定停止信號標記FI = 1(步驟S36)。如果指定停止信號標記F1 = 1，那么控制電路 12斷開圖1所示的半導體繼電器S1而切斷負載電路。此外，如果指定停止