專利名稱：移動部件的擠壓保護設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于防止由直流電機驅(qū)動的移動部件對人的手指或類似體產(chǎn)生的擠壓的設備。更具體的，本發(fā)明涉及一種用于在無錯誤情況下快速檢測由這種擠壓而在電機中產(chǎn)生的異常電流的設備。
背景技術(shù)：
車輛的玻璃窗被稱為電動窗，它們可以被電機自動的打開/關(guān)閉。在這種自動打開/關(guān)閉中，提供了一種用于防止對外部物體，如手、脖子或類似體的擠壓(擠壓保護)的對策。
對被擠壓的外部物體所施加的壓力應該被限制為最大值100N。但是存在施加在外物上的壓力超過特定值100N的情況。特別是在對外物的擠壓發(fā)生在電動窗剛開始升起的時候會出現(xiàn)此問題。也就是說，對外物施加的壓力并不是在任何情況下都會保持在某個特定值之下。

發(fā)明內(nèi)容
研究發(fā)現(xiàn)當有力施加于外物上時，電機電流ID會增加。由于電機電流ID的增加，壓力才增加。因此，本發(fā)明控制電機電流ID以限制電機電流ID的增加。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，一種用于由電機(5)驅(qū)動的移動部件的擠壓保護設備——其中的電機(5)由一個電源單元(VB)提供電機電流(ID)而可以向相反的方向轉(zhuǎn)動——根據(jù)本發(fā)明的實施例，其具有一個可以連接于電源單元(VB)一個正端子或負端子的電流檢測電路(2)，被設置以傳導電機電流(ID)并檢測電機電流(ID)的增加，以及一個限流電路(7)，被設置以傳導電機電流(ID)，并在電機電流(ID)超過某個預定值時，在某個預定范圍內(nèi)減小和增加電機電流(ID)。擠壓開始后電機電流(ID)比擠壓開始前電機電流(ID)的均值要高出一個預定值。


圖1是一個根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的擠壓保護設備的方框圖。
圖2(a)至2(c)是對根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的擠壓保護設備的修改實例進行解釋的方框圖。
圖3是一個根據(jù)第一實施例的擠壓保護設備的電路圖。
圖4(a)至4(c)是對根據(jù)第一實施例的擠壓保護設備的電流檢測電路2的ON/OFF操作進行解釋的曲線圖。
圖5是一個根據(jù)第一實施例的擠壓保護設備的限流電路7的半導體開關(guān)元件T1的壓力線的靜態(tài)特性曲線。
圖6是根據(jù)第一實施例的擠壓保護設備的限流電路7的半導體開關(guān)元件T1的一個等價電流圖。
圖7是一個根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的擠壓保護設備的方框圖。
圖8是一個根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的擠壓保護設備的方框圖。
圖9是一個根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的擠壓保護設備的方框圖。
圖10是一個根據(jù)第四實施例的一個修改實例1的擠壓保護設備的方框圖。
圖11是一個根據(jù)第四實施例的一個修改實例2的擠壓保護設備的方框圖。
圖12是一個根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的擠壓保護設備的方框圖。
圖13是一個根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的擠壓保護設備的方框圖。
圖14(a)至圖17(b)顯示了表示根據(jù)操作驗證實例1的擠壓保護設備的電流檢測電路2的后續(xù)操作的信號波形。
圖18(a)至圖18(b)顯示了表示根據(jù)操作驗證實例2的擠壓保護設備的電流檢測電路2的后續(xù)操作的信號波形。
圖19(a)至圖19(b)顯示了表示根據(jù)操作驗證實例3的擠壓保護設備的電流檢測電路2的后續(xù)操作的信號波形。
圖20(a)至圖29(b)顯示了表示根據(jù)操作驗證實例4的擠壓保護設備的限流電路7的ON/OFF操作的信號波形。
圖30(a)至圖30(b)顯示了表示根據(jù)操作驗證實例5的擠壓保護設備的電流檢測電路2的后續(xù)操作的信號波形。
圖31至圖34(b)顯示了表示根據(jù)操作驗證實例6的擠壓保護設備的限流電路7的ON/OFF操作的信號波形。
圖35顯示了根據(jù)操作驗證實例7，在擠壓保護設備的電動窗剛開始上升而發(fā)生擠壓時的信號波形。
具體實施例方式
下面將參考附圖對本發(fā)明的各種實施例進行描述。應該注意，相同或類似的參考數(shù)字被用于所有圖中的相同或類似的部分或元件，并且忽略或簡化對相同或類似部分或元件的描述。
(第一實施例)(擠壓保護設備概述)如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的電動窗擠壓保護設備具有一個檢測由擠壓引起的異常電流的異常電流檢測電路2，一個配有正向/反向轉(zhuǎn)動電路的電動窗電機5，一個判斷擠壓的擠壓判決電路6，和一個限制電機電流ID的電機電流限制電路7。由正向/反向轉(zhuǎn)動電路供給的電動窗電機5可以被認為是一個具有電機M的正向/反向轉(zhuǎn)動電路。三個電流檢測電路2、正向/反向轉(zhuǎn)動電路5和限流電路7串聯(lián)于線1上，電機電流ID流動于其中以與電源單元(電池)VB相連。異常電流檢測電路2具有一個電流跟隨電路3和一個起動電路4。異常電流檢測電路2向限流電路7輸出一個異常電流檢測信號9。限流電路7具有一個參考電壓電路8。限流電路7向擠壓判決電路6輸出一個ON/OFF操作信號10。擠壓判決電路6向正向/反向轉(zhuǎn)動電路5輸出一個WINDOW-DOWN信號。正向/反向轉(zhuǎn)動電路5輸入一個WINDOW-UP信號和一個WINDOW-DOWN信號。根據(jù)這些WINDOW-UP信號和WINDOW-DOWN信號，正向/反向轉(zhuǎn)動電路5轉(zhuǎn)換正向/反向轉(zhuǎn)動電路5中的一個上開關(guān)和一個下開關(guān)。
如圖2(a)和2(b)所示，異常電流檢測電路2可以連接于電源單元VB的正端子?；蛉鐖D2(c)所示，異常電流檢測電路2可以連接于與電源單元VB的負端子等價的地端子。電機電流ID在正向/反向轉(zhuǎn)動電路5和限流電路7中流過的順序是無關(guān)緊要的。特別地，電機電流ID的流動順序如圖2(a)所示可以是從異常電流檢測電路2到限流電路7，從限流電路7到擠壓判決電路6。電機電流ID的流動順序可以是圖1所示的相同順序，也就是，如圖2(b)所示從異常電流檢測電路2到正向/反向轉(zhuǎn)動電路5，從正向/反向轉(zhuǎn)動電路5到限流電路7。電機電流ID的流動順序可以是從正向/反向轉(zhuǎn)動電路5到限流電路7，從限流電路7到異常電流檢測電路2，與圖2(c)所示類似。
(異常電流檢測電路2概述)異常電流檢測電路2檢測由于擠壓而在電機電流ID中形成的異常電流。如圖3所示，異常電流檢測電路2通過信號線9輸出異常電流檢測信號9(限流電路7的檢測結(jié)果)。異常電流檢測電路2具有一個電阻器組(R1和R20)或一個源場效應晶體管(FET)組。異常電流檢測電路2包括如圖9所示的電流跟隨電路3和起動電路4。為了方便，信號線9上傳輸?shù)漠惓ｋ娏鳈z測信號9也被指示為9，也就是與信號線9的參考數(shù)字9相同。其它信號同樣對待。
同樣如圖3所示，電阻器組(R1和R20)由一個分流電阻R1和一個參考電阻R20組成。電阻器組的電流傳感率，n，是參考電阻R20的阻抗和分流電阻R1的阻抗的比值。將電流傳感率n的值設置為大于1，最好是100或更大。圖3中，電流傳感率n被設置為1618。電機電流ID在R1中流過。對參考電流Iref進行控制以使得參考電流Iref滿足參考電阻R20中的電流條件(ID＝n×Iref)。
在分流電阻R1連接于電機5的高端(電機5的電源端)的情況下，需要使得分流電阻R1的電機M端的電壓VSA和參考電阻R20的地端電壓VSB滿足條件VSA＝VSB，以滿足條件ID＝n×Iref。當電機M正常轉(zhuǎn)動時，如果電機電流ID由于移動窗口玻璃的驅(qū)動力的波動而變化時，盡管VSA(如分流電阻R1的電源)也發(fā)生變化，控制參考電流Iref來保持條件VSA＝VSB。
接下來將解釋由擠壓而引起的異常電流的檢測方法。參考電流Iref被分成兩個跟隨速度不同的電流分量。參考電流Iref被分成一個具有低跟隨速度的慢跟隨電流Iref-s和一個具有高跟隨速度的快跟隨電流Iref-f。另一方面，快跟隨電流Iref-f被設置以使得快跟隨電流Iref-f不僅可以跟隨擠壓發(fā)生時電流的變化，而且可以跟隨電機電流ID中的變化電流分量?？旄S電流Iref-f跟隨的越多，慢跟隨電流Iref-s就越恒定。為了達到這個條件，快跟隨電流Iref-f的跟隨速度被設置為慢跟隨電流Iref-s的跟隨速度的800到1000倍。
快跟隨電流Iref-f正確的反映了電機電流ID的變化，除去半導體開關(guān)元件T1的ON/OFF操作時間。通過使快跟隨電流Iref-f流過電阻R24(其阻抗值大于參考電阻R20)，電機電流ID中的變化將被轉(zhuǎn)化為電壓的變化。利用這種電壓轉(zhuǎn)化，通過分流電阻R1將電機電流ID中的變化轉(zhuǎn)化成為電壓可以檢測出放大后的細微變化。
當擠壓發(fā)生時，盡管快跟隨電流Iref-f跟隨電機電流ID而增加，但慢跟隨電流Iref-s幾乎不變。結(jié)果，在快跟隨電流Iref-f和慢跟隨電流Iref-s的均值之間產(chǎn)生了一個差值，Iref-f的均值大于Iref-s的均值。當快跟隨電流Iref-f和慢跟隨電流Iref-s的均值之間的差值超過了某個預設值時，將產(chǎn)生異常電流檢測信號9。半導體開關(guān)元件(FET或二極管)T1關(guān)閉。
(限流電路7概述)限流電路7包括可以打開和關(guān)閉電機電流ID的半導體開關(guān)元件T1。限流電路7包括參考電壓電路8，它可以產(chǎn)生用于打開半導體開關(guān)元件T1的高參考電壓(VH)和用于關(guān)閉半導體開關(guān)元件T1的低參考電壓(VL)。限流電路7輸入異常電流檢測信號9以限制電機電流ID，而使得擠壓發(fā)生時電機電流ID不增加。對電機電流ID的限制是通過半導體開關(guān)元件T1交替重復ON/OFF操作和持續(xù)的ON操作。通過信號線10將ON/OFF操作信號10輸出給擠壓判決電路6。ON/OFF操作信號10是與半導體開關(guān)元件T1的開和關(guān)定時相同步信號。
當電機電流ID開始重復ON/OFF操作和持續(xù)ON操作時，電機電流ID的當前值就被完全控制，以使得當前電機電流ID的均值保持在比擠壓剛開始之前的電機電流ID的值稍大。因此，電機的扭矩保持在比驅(qū)動窗口玻璃所需的扭矩稍大的量級上。電機M確保驅(qū)動窗口玻璃所必需的最小扭矩。此情況下的擠壓壓力是在錯誤的反相轉(zhuǎn)動并沒有發(fā)生的情況下，甚至當由于在粗糙的和崎嶇不平的道路上行駛所引起的窗口玻璃驅(qū)動力發(fā)生瞬時變化時，的最小擠壓壓力。
(擠壓判決電路6概述)擠壓判決電路6根據(jù)輸入的ON/OFF操作信號10來確定擠壓是否已發(fā)生。當確定出發(fā)生了擠壓，WINDOW-DOWN信號11(即窗口應該打開)通過信號線11輸出給電機5。
使用半導體開關(guān)元件T1的ON/OFF操作的時間或持續(xù)ON操作的時間來確定擠壓。因為由擠壓而引起電機的轉(zhuǎn)動速度下降，ON/OFF操作的時間將變長并且持續(xù)ON操作的時間將變短。例如，當ON/OFF操作的時間達到了某個預定值時，則判斷擠壓發(fā)生了。當確定出擠壓發(fā)生時，半導體開關(guān)元件T1被關(guān)閉以停止電機5。在預定長度的時間過去后，驅(qū)動電機5反向轉(zhuǎn)動。這樣，窗口玻璃被打開而對外物的擠壓可以減輕。
(具有正向/反相轉(zhuǎn)向電路的電動窗電機5概述)WINDOW-UP信號被輸入給電動窗電機5，以使得電機5在電動窗關(guān)閉的方向上轉(zhuǎn)動，WINDOW-DOWN信號被輸入，以使得電機5在電動窗打開的方向上轉(zhuǎn)動。另外，在WINDOW-DOWN信號通過信號線11輸入時，電機5的轉(zhuǎn)動從電動窗關(guān)閉的方向轉(zhuǎn)向電動窗打開的方向。電機5具有一個繼電電路。
下面將對根據(jù)圖3的第一實施例的擠壓保護設備中的電流檢測電路2、限流電路7和擠壓判決電路6的電路構(gòu)成和電路操作進行詳細描述。
1.電流檢測電路2的詳細解釋1-1.電流檢測電路2的電路構(gòu)成執(zhí)行ON/OFF操作的分流電阻R1、電機5和半導體開關(guān)元件T1串聯(lián)在電機電流ID所流過的電線1上。分流電阻R1連接在電源單元VB的正端子上。半導體開關(guān)元件T1連接在作為電源單元VB的負端子的地端子上。
如圖3所示，電流檢測電路2包括均與電源單元VB的正端子相連的分流電阻R1和參考電阻R20。電流跟隨電路3連接于電阻R1和R20。對于第二比較器CMP2，正輸入端子和負輸入端子連接于電流跟隨電路3。第二比較器CMP2的輸出端子連接到限流電路7。第二比較器CMP2將異常電流檢測信號9輸出給限流電路7。電阻25連接在一個5V電源和第二比較器CMP2的輸出端子之間。
電流跟隨電路3具有一個第一比較器CMP1。第一比較器CMP1的正輸入端子連接于參考電阻20。第一比較器CMP1的負輸入端子連接于分流電阻R1。電流跟隨電路3具有一個慢跟隨電路(41和42)和一個快跟隨電路(43和44)。慢跟隨電路(41和42)具有一個慢充電放電電路41和一個慢源極跟隨器電路42。快跟隨電路(43和44)具有一個快充電放電電路43和一個快源極跟隨器
n＝ID/Iref＝R20/R1＝55/0.034＝1618...(1)比較器CMP1由一個運算放大器組成。電容C1通過電阻R21由CMP1的輸出信號來充電/放電。慢跟隨電流Iref-s與電容C1的電勢成正比。
另一方面，電容C2通過電阻R22由CMP1的輸出信號來充電/放電?？旄S電流Iref-f與電容C2的電勢成正比。因為電容C1和C2的非接地端子通過電阻R28相連，當電機電流ID沒有變化時，C1和C2的電勢是相等的。慢充電放電電路41的時間常數(shù)大于快充電放電電路43的時間常數(shù)。在圖3中，慢充電放電電路41的時間常數(shù)由等式2來表達。快充電放電電路43的時間常數(shù)由等式3來表達。慢充電放電電路41的時間常數(shù)和快充電放電電路43的時間常數(shù)的比值是1比894(1∶894)。
(慢充電放電電路41的時間常數(shù))＝R21×(R22+R28)/(R21+R22+R28)×C1＝910K×(5.1K+910K)/(910K+5.1K+910K)×1μF＝456ms ...(2)(快充電放電電路43的時間常數(shù))＝R22×C2＝5.1K×0.1μF＝0.51ms...(3)擠壓的檢測在第二比較器CMP2中執(zhí)行。T21的源極電壓輸入給CMP2的正輸入端子，來自T22的源極電壓的低0.7V(與二極管D21的正向壓降相對應)的電壓被輸入給CMP2的負輸入端子。因為T21和T22的柵-源電壓是近似相等的，D21的正向壓降被用作擠壓檢測電壓，以檢測由擠壓引起的異常電流。當有擠壓發(fā)生而引起Iref-f增加時，CMP2的輸出由高電平變成低電平。限流電路7的異或輸出NOR1變成高電平，晶體管T31導通，半導體開關(guān)元件T1關(guān)閉。對由擠壓引起的異常電流的檢測以如下方式執(zhí)行。
(a)首先，參考電流Iref分為慢跟隨電流Iref-s和快跟隨電流Iref-f，如圖3所示。電機電流ID的變化出現(xiàn)在快跟隨電流Iref-f
n＝ID/Iref＝R20/R1＝55/0.034＝1618...(1)比較器CMP1由一個運算放大器組成。電容C1通過電阻R21由CMP1的輸出信號來充電/放電。慢跟隨電流Iref-s與電容C1的電勢成正比。
另一方面，電容C2通過電阻R22由CMP1的輸出信號來充電/放電。快跟隨電流Iref-f與電容C2的電勢成正比。因為電容C1和C2的非接地端子通過電阻R28相連，當電機電流ID沒有變化時，C1和C2的電勢是相等的。慢充電放電電路41的時間常數(shù)大于快充電放電電路43的時間常數(shù)。在圖3中，慢充電放電電路41的時間常數(shù)由等式2來表達?？斐潆姺烹婋娐?3的時間常數(shù)由等式3來表達。慢充電放電電路41的時間常數(shù)和快充電放電電路43的時間常數(shù)的比值是1比894(1∶894)。
(慢充電放電電路41的時間常數(shù))＝R21×(R22+R28)/(R21+R22+R28)×C1＝910K×(5.1K+910K)/(910K+5.1K+910K)×1μF＝456ms...(2)(快充電放電電路43的時間常數(shù))＝R22×C2＝5.1K×0.1μF＝0.51ms ...(3)擠壓的檢測在第二比較器CMP2中執(zhí)行。T21的源極電壓輸入給CMP2的正輸入端子，來自T22的源極電壓的低0.7V(與二極管D21的正向壓降相對應)的電壓被輸入給CMP2的負輸入端子。因為T21和T22的柵-源電壓是近似相等的，D21的正向壓降被用作擠壓檢測電壓，以檢測由擠壓引起的異常電流。當有擠壓發(fā)生而引起Iref-f增加時，CMP2的輸出由高電平變成低電平。限流電路7的異或輸出NOR1變成高電平，晶體管T31導通，半導體開關(guān)元件T1關(guān)閉。對由擠壓引起的異常電流的檢測以如下方式執(zhí)行。
(a)首先，參考電流Iref分為慢跟隨電流Iref-s和快跟隨電流Iref-f，如圖3所示。電機電流ID的變化出現(xiàn)在快跟隨電流Iref-f中，甚至包括一個脈沖分量。電機電流ID中的變化被正確的反映在T22的源極電壓中，也就是在CMP2的負輸入端子電壓中。結(jié)果，Iref-s端的T21的源極電壓，也就是CMP2的正輸入端子的電壓，并沒有受電機電流ID中的快波動所影響。只是電機電流ID在一個長時間段內(nèi)的均值反映在T21的源極電壓中。因此，T21的源極電壓保持在一個比較恒定的電壓上，即使在擠壓發(fā)生后執(zhí)行了限流。T21的源極電壓是一個理想的參考電壓。
(b)快跟隨電流Iref-f包括一個由電機電流ID中的脈沖分量引起的變化量。當脈沖分量的幅度記作ΔID-rip，Iref-f中的脈沖分量記作ΔIref-f-rip時，給出ΔIref-f-rip＝ΔID-rip/n。其中如等式4所示當R24＝1.5KΩ及ΔID-rip＝0.5A時，由ΔIref-f-rip在電阻R24中產(chǎn)生的電流波動部分ΔVrip變成0.46V。
ΔVrip＝ΔIref-f-rip×R24＝ΔID-rip/n×R24＝0.5A/1618×1.5K＝0.46V...(4)也就是，CMP2的負輸入電壓由于脈沖分量，而在幅度+/-0.23V(+/-ΔVrip/2)中波動。因此，當Iref-f的均值增加0.47V(＝0.7V-0.23V)時，CMP2的輸出由高電平變成低電平。
當將這個0.47轉(zhuǎn)換成電機電流ID，它成為0.51A(＝0.47V/R24×n＝0.47V/1.5K×1618)。也就是，在圖3的例子電路中，電機電流ID的均值由于擠壓增加0.51A。CMP2輸出變成低電平。FET T31導通，T1進入OFF狀態(tài)。
(c)如圖4(a)至4(c)所示，因為電機電流ID在CMP2的輸出變成低電平之前(t1時刻之前)一直增加，CMP1的輸出處于高電平。當FET T31導通時，電機電流ID開始減小，只延時一段時間，在此時間內(nèi)半導體開關(guān)元件T1的柵極中的過量電荷放電。此時，CMP1的輸出開始由高電平向低電平轉(zhuǎn)變。CMP1由一個運算放大器(OPAMP)組成。由于OP AMP的延時響應，在由高電平向低電平轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生了一個延時。
時間t1是一段從CMP1的輸出開始下降的時刻到CMP1的輸出低于電容C2的電壓水平的時刻之間的時間。C2在時間t1中被充電。Iref-f增加。CMP2的負輸出端子的電壓增加。時間t2是一段從t1時刻之后當CMP1的輸出低于C2的電壓而C2開始放電的時刻，直到C2將在時間t1內(nèi)充電的電荷總量放電完畢時的時間。時間t2之后，CMP2的負輸入端子電壓恢復成原始電壓，也就是，CMP2的輸出開始從低電平轉(zhuǎn)換成高電平時的電壓。在此時間段內(nèi)，正輸入端子電壓不變。
時間t2過去后，CMP2的輸出變成高電平，并且FET T1導通。也就是，在時間t1+t2內(nèi)，在CMP2的輸出變成低電平后CMP2的輸出保持在低電平。當C2的電壓處于CMP1的輸出的高電平和低電平之間的中間點上時，給定關(guān)系t1近似等于t2。時間t1+t2由T1的關(guān)閉延時時間、OP AMP的響應速度及電機電流ID的下降適度來決定，并且由于T1的關(guān)閉延時時間和OP AMP的響應速度是恒定的，所以時間t1+t2取決于電機電流ID的下降速度，并且在下降速度變慢時而變長。
當CMP2的輸出再次由低電平變成高電平并且T1導通時，電機電流ID開始增加。因此，盡管CMP1的輸出從低電平走到高電平，當CMP1的輸出低于C2的電壓時，C2保持放電。從CMP2的輸出變成高電平到CMP1的輸出變得與電容C2的電壓相同的一段時間被表示為t3。當CMP1的輸出超過C2的電壓時，C2開始被充電。時間t4是一段在其中進行充電的時間，充電的電荷總量與t3時間內(nèi)放電的電荷總量相等。時間t4之后，CMP2的輸出變成低電平，并且T1關(guān)閉。也就是，在時間t3+t4中CMP2的輸出保持為高電平。而時間t3+t4由OP AMP的響應速度和電機電流ID的增加速度來決定，因為OP AMP的響應速度是恒定的，所以時間t3+t4由電機電流ID的增加速度決定，且隨著增加速度的變快而變短(d)二極管D21的正向壓降被用來設置擠壓檢測參考值以使擠壓檢測電壓為常量——盡管電機電流ID變化，結(jié)果使Iref-f的均值發(fā)生變化。但是，在此方法中，因為在需要改變擠壓檢測電壓的情況下二極管D21的正向壓降不能改變，所以要調(diào)節(jié)電阻R24的值。如上述部分(b)所解釋的，當電阻R24的值被設大時，擠壓檢測電壓將變小，相反，當電阻R24的值被設小時，擠壓檢測電壓將變大?？梢允褂靡粋€電阻來代替二極管D21以設置擠壓檢測參考電壓。在此情況下，擠壓檢測電壓與電機電流ID的增加成正比而變大。
2.限流電路7的詳細解釋2-1.限流電路7的電路結(jié)構(gòu)圖3的限流電路7具有NOR1、第三比較器CMP3、參考電壓電路8和半導體開關(guān)元件T1。NOR1的輸入端子連接于CMP2的輸出端子。第三比較器CMP3的輸出端子連接于NOR1的輸入端子。參考電壓電路8連接于CMP3的負輸入端子。半導體開關(guān)元件T1的漏極連接于CMP3的正輸入端子。半導體開關(guān)元件T1的源極接地?？勺冸娮鑂32連接于半導體開關(guān)元件T1的柵極。FET T31的柵極連接于NOR1的輸出端子。FET T31的漏極連接于電阻R32。FET T31的源極接地。電阻R31連接于電源單元VB的正端子和T31的漏極之間。電阻R33連接于CMP3的正輸入端子和地之間。電阻R37連接于CMP3的輸出端子和5V電源之間。
參考電壓電路8具有一個電阻R35、一個電阻R36、一個電阻R34、一個二極管D31和一個FET(T32)。電阻R35連接于CMP3的負輸入端子和電源單元VB的正端子之間。電阻R36連接于CMP3的負輸入端子和地之間。電阻R34連接于CMP3的負輸入端子。二極管D31的陽極連接于電阻R34。FET(T32)的漏極連接于二極管D31的陰極。FET(T32)的源極接地。FET(T32)的柵極連接于CMP3的輸出端子。
2-2.限流電路7的操作的解釋對電機電流ID的限制是由圖3中的電流檢測電路2和限流電路7聯(lián)合來實現(xiàn)的。當電流檢測電路2的比較器CMP2的輸出處于高電平時，NOR1的輸入為低電平。晶體管T31關(guān)閉。半導體開關(guān)元件T1導通。下面將對半導體開關(guān)元件T1是FET的情況進行解釋。比較器CMP3的正輸入端子電壓連接于半導體開關(guān)元件T1的漏極。一個近似為地電平的電壓輸入給比較器CMP3的正輸入端子電壓。
CMP3的負輸入端子電壓取決于參考電壓電路8。設置R34＝3.3KΩ，R35＝10KΩ，R36＝24KΩ。當電源單元VB為12.5V時，如果T32關(guān)閉，CMP3的負輸入端子電壓為8.82V。如果T32導通，CMP3的負輸入端子電壓為3.03V。在任何情況下，因為CMP3的負輸入端子電壓都不低于3.03V，所以CMP3的輸出為低電平。結(jié)果，T32關(guān)閉。
當擠壓出現(xiàn)時，比較器CMP2的輸出變成低電平。NOR1的輸出變成高電平。T31導通。T1關(guān)閉。T1的漏極電壓VDS開始從地電平增加。因為T32是關(guān)閉的，CMP3的負輸入端子電壓為8.82V。當T1的漏極電壓VDS達到8.82V或更高時，CMP3的輸出變?yōu)楦唠娖?。NOR的輸出變成低電平。T31關(guān)閉。T1導通。同時，T32導通。CMP3的負輸入電壓降低為3.03V。因此，當T1一旦導通，T1將保持ON狀態(tài)，直到漏極電壓VDS降低為3.03V或更低。
當T1的漏極電壓VDS降低為3.03V或更低時，CMP3的輸出再次變成低電平。T1關(guān)閉。同時，T32關(guān)閉。CMP3的負輸入端子增加到8.82V。T1保持OFF狀態(tài)直到T1的漏極電壓VDS超過8.82V。
這是一個ON/OFF操作的循環(huán)。只要CMP2的輸出保持為低電平，ON/OFF操作狀態(tài)將繼續(xù)下去。
2-2-1.ON/OFF操作中電機電流ID的恒定性下面將解釋當ON/OFF操作執(zhí)行時，電機電流ID在一個ON/OFF操作循環(huán)中幾乎不變。當擠壓發(fā)生前電機正常轉(zhuǎn)動時，T1運行在圖5的工作點A上。當電機電流ID變化時，工作點A上升和下降，例如，在歐姆區(qū)域的工作點A和工作點B之間。當擠壓發(fā)生時，電機電流ID增加。T1的工作點A向上運動。當T1的工作點到電點B時，T1關(guān)閉。點B和點A之間的電路差異為擠壓檢測參考值。在T1關(guān)閉的過程中，T1的漏極-源極電壓VDS增加。在T1的漏極-源極電壓VDS增加的過程中，T1的工作點水平向右移動通過點B。換句話說，當T1的漏極-源極電壓VDS增加時，漏極電流ID(電機電流)保持在T1關(guān)閉時的電流值。這是因為T1的漏極-源極電壓VDS在地電平和電源電壓VB之間變動時的米勒效應使得T1的柵極-漏極電容量表面上變大了。并且，還因為柵極-源極電壓VGS幾乎不變。
2-2-2.米勒效應圖6是半導體開關(guān)元件T1的等效電流圖。假定，在柵極驅(qū)動電路為T1的柵極進行充電的過程中，柵極-源極電壓VGS只增加一個非常小的量ΔVGS。這樣，電機電流ID增加ΔID，并且由電機的電感L產(chǎn)生一個反電動勢Ec(＝L×dID/dt)。柵極-漏極電容CGD中充入的電荷ΔQ由等式5來表示。
ΔQ＝CGD×(ΔVGS+ΔID×Ra+Ec)...(5)其中，Ra為轉(zhuǎn)子阻抗。由柵極端子看到的CGD的電容Cm由等式6來表示。
Cm＝ΔQ/ΔVGS＝CGD×(1+ΔID×Ra/ΔVGS+Ec/ΔVGS)...(6)電容Cm是“米勒電容”，表面上是由電容CGD兩端的電壓變化遠大于ΔVGS而產(chǎn)生的電容。當柵極驅(qū)動電路通過柵極電阻RG而對FET的柵極電荷進行充電和放電時，從驅(qū)動電路端看到的電容是Cm而不是CGD。當電機的電感L很大時，電容Cm變成為一個比CGD大的值。在ON/OFF操作時，即使在柵極驅(qū)動電路在T1的柵極中充電和放電的時候，柵極-源極電壓VGS也幾乎不變。但是，只有當T1的漏極電壓VDS可以處于地電平(GND)和電源電壓(VB)之間并且可以自由變化時，米勒效應才起作用。此時，因為T1處于一個夾斷區(qū)，所以ID＝Gm×VGS，其中Gm為T1的傳輸電導。從此等式中可以知道當VGS幾乎為常量時，ID不發(fā)生變化并且也幾乎是常量。
晶體管T32導通和關(guān)閉時，比較器CMP3的負輸入端子電壓分別由圖5中的低參考電壓VL和高參考電壓VH來表示。從圖3的電路中可知，低參考電壓VL為3.03V，高參考電壓VH為8.82V。當T1的工作點沿水平方向向右移動通過圖5的點B而使漏極電壓VDS超過高參考電壓VH時，CMP3的輸出變成高電平。T1導通。在實際電路中，由于電路的延時，在工作點超過VH之后一段時間內(nèi)T1才導通。圖5中，T1在點C(VDS超過10V)導通。VDS向著地電平方向下降。當VDS低于低參考電壓VL時，CMP3的輸出變成低電平。T1再次關(guān)閉。這樣，只要CMP2的輸出為低電平，T1就繼續(xù)著ON/OFF操作。
2.2.3由于ON/OFF操作而導致ID的減小下面解釋當ON/OFF操作持續(xù)時，漏極電流ID逐漸減小。當ON/OFF操作開始時，T1的漏極電壓VDS由參考電壓VL和VH來控制。T1的工作點在圖5中的點C和點D之間擺動。此時VDS的均值對應于點G。點G基本上對應于點C和點D的中點。點G是T1的直流工作點。相反，線段CD是交流工作線。圖5中，直線是T1的負載線。當電機5停止時，VB為12.5V。負載線a的斜率由轉(zhuǎn)子阻抗Ra確定。負載線b到g與負載線a平行。負載線b到g的橫坐標VDS表示由于電機電流ID電壓幅度在電機5中的下降。
首先，考慮擠壓剛發(fā)生前的情況。此時T1的工作電為點A。其中電機反電動勢為Emotor-A，漏極一源極電壓為VDSon，等式7有效。
VB＝VDSon+Ra×ID+Emotor-a ...(7)接下來，考慮擠壓剛發(fā)生后的情況，其中ON/OFF操作剛開始。ID包括一個隨ON/OFF操作同步波動的交流成份IDA和一個對應于IDA之外的直流成份IDD。也就是，ID具有關(guān)系ID＝IDA+IDD。當IDD變化時，電機電感L產(chǎn)生反電動勢Eonoff。Eonoff的幅度由等式8得到。
Eonoff＝L×d(IDD)/dt...(8)其中T1的漏極-源極電壓VDS在ON/OFF操作中的均值為VDSonoff，VDSonoff對應于圖5中點G的VDS。假設，電機5的轉(zhuǎn)速在一個ON/OFF操作周期內(nèi)不變。因為ID也不變，所以等式9有效。
VB＝VDSonoff+Ra×ID+Emotor-A+Eonoff...(9)等式9的兩端減去等式7的兩端可以得到等式10。
0＝VDSon-VDSonoff-EonoffEonoff＝VDSon-VDSonoff ...(10)這里，VDSon為持續(xù)ON時間內(nèi)漏極-源極電壓，近似為0.3V。VDSonoff為點G的電壓，近似為6.5V。這樣，由等式10，Eonoff成為一個負值，-6.2V。因為Eonoff成為一個負值，由等式8可知IDD下降。
2-2-4.反相轉(zhuǎn)動前最小壓力的實現(xiàn)(防止由于在粗糙和崎嶇不平的道路上行駛而引起的故障)執(zhí)行ON/OFF操作時，ID的直流成份IDD從工作點G向工作點H下降。Iref-f隨IDD下降。當IDD到達點H，CMP2由低電平反轉(zhuǎn)到高電平。T1的工作點由電H移到點F。T1持續(xù)執(zhí)行ON。在持續(xù)ON的過程中，ID通過點A增加到點B，T1又開始ON/OFF操作。因為Iref-s并不變化，CMP2的正輸入端子電壓也不變。點A是固定，并在由于這個固定，點B到點F都不變。結(jié)果，當ON/OFF操作和持續(xù)ON狀態(tài)交替重復時，電流ID的電流值被限制在一個預定區(qū)域。
限制在此預定區(qū)域內(nèi)的電流ID的均值被保持為一個比限流操作模式剛開始前的情況下的ID的電流值稍高的值。這在兩個方面有重要意義。
第一，因為電機扭矩與電流成比例，所以電機扭矩可以被限制在預定區(qū)域內(nèi)。這樣，可以限制擠壓壓力。
第二，可以防止由于在粗糙和崎嶇不平的道路上行駛(實際的擠壓并沒有發(fā)生)而發(fā)生的電動窗的倒轉(zhuǎn)中可能的故障。當在粗糙和崎嶇不平的道路上行駛中操作電動窗時，由于車身的垂直運動，電動窗的驅(qū)動力會發(fā)生變化。電動窗的驅(qū)動力會立刻增加，并且隨著這個增加電機速度減小。ID增加。T1關(guān)閉。其中限流操作模式有可能開始。但是，即使限流操作模式開始了，模式剛剛開始時電動窗的驅(qū)動力仍保持不變。當由車體的垂直運動引起的壓力消失時，電機速度可以恢復為原始速度。可以避免錯誤的倒轉(zhuǎn)。但是，有一個前提就是電動窗的驅(qū)動力不變。此前提在大多數(shù)情況下都是有效的。通過上面描述的特性，可以根據(jù)由在粗糙和崎嶇不平的道路上行駛引起的即時驅(qū)動力增加而不出現(xiàn)錯誤倒轉(zhuǎn)的條件下，實現(xiàn)反相轉(zhuǎn)動前的電動窗的驅(qū)動力的最小壓力。
2-2-5.電機速度減小情況下的ON/OFF操作時間和持續(xù)ON時間的變化下面將歸納等式7和等式9。當擠壓發(fā)生后過了一段時間后，電機速度減小。因為電機的反電動勢與電機的速度成比例，其中如圖5所示那個時刻的電機反電動勢為Emotor-B，Emotor-B小于Emotor-A。當T1在轉(zhuǎn)速下降中變成持續(xù)ON時，也就是在反電動勢的量值為Emotor-B的過程中，ID的增速變得比擠壓發(fā)生前大，因此由電機5的電感L生成了反電動勢Eon。給定Eon＝L×dID/dt。Eon并不存在于等式7中，使用它重寫等式7得到等式11。
VB＝BDSon+Ra×ID+Emotor-B+Eon ...(11)其中假定電機速度在持續(xù)ON和ON/OFF操作中不變，根據(jù)對應等式11的ON/OFF操作的等式9，通過將等式9的Emotor-A替換為Emotor-B，得到等式12。通過等式11和等式12得到等式13。
VB＝VDSonoff+Ra×ID+Emotor-B+Eonoff...(12)Eon-Eonoff＝VDSonoff-VDSon＝6.5V-0.3V＝6.2V ...(13)因為Eon的符號為正，而Eonoff的符號為負，所以等式13意味著持續(xù)ON時間的反電動勢Eon的符號與ON/OFF操作時間的反電動勢Eonoff的符號相反，并且兩者的絕對值的和為定值。也就是，絕對值的和等于VDSonoff和VDSon的差值(VDSonoff-VDSon)。無論電機速度如何VDSonoff和VDSon的差值均為定值。當電機速度減小時，Emotor-B減小。Eonoff的絕對值變小。Eon的絕對值變大。也就是，當電機速度減小時，ON/OFF操作時間內(nèi)的ID減小率減小。持續(xù)ON時間內(nèi)的ID的增速變大。
并且，如圖5所示，當脫離ON/OFF操作時處于點H的Eonoff-C比剛開始ON/OFF操作時處于點G的Eonoff-D小。這表明電機電流ID的減小率在ON/OFF操作過程中逐漸減小。圖5中Eon-E小于Eon-F表明電機電流ID的增加率在持續(xù)ON過程中逐漸減小。
2-2-6.ON/OFF操作周期當T31導通時，T1的柵極電荷通過R32放電，T1的柵極-源極電壓VGS開始減小。因為ID＝Gm×VGS，ID開始減小。由于ID的減小，由電機5的電感L生成了反電動勢Ec，同時盡管壓降很小由轉(zhuǎn)子阻抗Ra產(chǎn)生的壓降減小。電機5的壓降僅減小ΔVM(＝Ec+Ra×ΔID)。ΔID代表ID的減小量。由Ec＝L×/ΔID/Δt得到反電動勢Ec。假定在一個ON/OFF操作周期內(nèi)電機速度不變。
T1的漏極電壓VDS(等于漏極-源極電壓，因為源極是接地的)開始增加ΔVM(電機5的壓降減小值)。T1的柵極-漏極電壓只增加ΔVM。柵極-漏極電容CGD被充電以使柵極-漏極電壓只升高ΔVM。通過這個充電因為向柵極提供了電荷，即使當電荷通過R32放電時，柵極電荷并不減少。結(jié)果，柵極-源極電壓VGS幾乎沒有本質(zhì)上的降低。這就是米勒效應。
隨著通過R32的放電的繼續(xù)，VDS增加。當它超過了參考電壓VH時，T31關(guān)閉。電流通過電阻R31和R32從電源單元VB流入T1的柵極。T1的柵極開始充電。當通過柵極的充電，柵極電壓VGS開始增加時，ID增加。柵極電荷被米勒效應吸收，這與柵極放電的情況類似。這樣，柵極-源極電壓VGS幾乎本質(zhì)上不變。也就是，通過R31和R32的電荷充電被米勒效應取消了。隨著柵極充電的進行，VDS減小。當它下降到參考電壓VL以下時，CMP3的輸出變低。T1開始OFF狀態(tài)。
由米勒效應向T1的柵極提供和取消的電荷量由參考電壓VL和VH決定，并且為常量。用于對柵極進行這個電荷量的充電及隨后的放電的時間對應于一個ON/OFF操作周期。柵極的充電時間由電源電壓VB和柵極電阻R31+R32來決定，放電時間由柵極電阻R321決定。也就是，ON/OFF操作的周期由參考電壓VL和VH、電源電壓VB、和柵極電阻R31和R32來決定。因此，ON/OFF操作的周期可以通過改變柵極電阻來改變，更具體地，改變電阻R32。
3.擠壓判決電路6的解釋3-1.擠壓判決電路6的電路結(jié)構(gòu)圖3的擠壓判決電路6包括一個16脈沖計數(shù)器，此計數(shù)器的輸入端子連接于限流電路7的CMP3的輸出端子，并且當它不計數(shù)達80μs時就會被復位。
3-2.擠壓判決電路6的操作的解釋在擠壓保護設備中，首先擠壓是由電流檢測電路2檢測到的。然后，由限流電路7執(zhí)行限流以使電機電流ID維持在一個預定區(qū)間內(nèi)。最后，由擠壓判決電路6確定擠壓是否發(fā)生。下面解釋此判決方法。當電機速度由擠壓而減小時，T1的ON/OFF操作時間被延長，并且T1的持續(xù)ON時間被縮短。利用此特性來確定擠壓是否發(fā)生。有下面三種特定的判決方法。
(a)檢測持續(xù)ON時間與ON/OFF操作時間的比值，當比值到達某個預定值時，判定擠壓發(fā)生了。持續(xù)ON時間和ON/OFF操作時間在CMP2的輸出上測量。CMP2的輸出為高電平意味著持續(xù)ON，低電平意味著ON/OFF操作。這樣，CMP2的輸出被平均為一個模擬信號以可以測量目標比值。
(b)測量持續(xù)ON或ON/OFF操作的時間，當時間到達某個預定值時，判定擠壓發(fā)生了。測量CMP2輸出的高電平或低電平的時間來做出判斷。
(c)在ON/OFF操作的計數(shù)過程中ON狀態(tài)或OFF狀態(tài)的次數(shù)，當數(shù)目達到某個預定值時，判定擠壓發(fā)生了。如圖3所示，計數(shù)CMP3的輸出的上升到高電平的次數(shù)，當次數(shù)到達了16次脈沖，判定擠壓發(fā)生了。計數(shù)器并不計數(shù)ON狀態(tài)(包括持續(xù)ON時間)，當脈沖在一段預定時間內(nèi)被中斷時，計數(shù)器6被復位。在圖3中，如果CMP3的輸出在80μs沒有變化，則計數(shù)器6被復位。判斷擠壓的轉(zhuǎn)速準則設置為擠壓發(fā)生前的轉(zhuǎn)速下降大約60％。此轉(zhuǎn)速準則是一個由在粗糙和崎嶇不平的道路上產(chǎn)生的振動壓力引起的轉(zhuǎn)速下降不會出現(xiàn)的水平值。
3-2-1.設置擠壓判決的預定值下面是一個為擠壓判決設置預定值的方法的概要。
(i)擠壓判決的預定值被設置為一個由在粗糙和崎嶇不平的道路上行駛所產(chǎn)生的振動波動引起的電機轉(zhuǎn)速下降不會出現(xiàn)的水平。
(ii)因為ON/OFF操作時間依賴于T1的OFF延遲時間及CMP1中使用的OP AMP的響應時間，假定這些特性為正常值，對應于上述預定值的ON/OFF時間的數(shù)量被確定以設置計數(shù)器6輸出一個信號所需要的脈沖數(shù)目。
(iii)當需要控制用于擠壓判決的預定值時，因為T1的OFF的延遲時間及OP AMP的響應時間變化很大，則改變柵極串聯(lián)阻抗R32來改變ON/OFF操作的周期。這樣，即使T1的OFF的延遲時間及OP AMP的響應時間變化很大，固定計數(shù)器6用于輸出信號的脈沖的數(shù)目也成為可能。固定計數(shù)器6用于輸出信號的脈沖的數(shù)目在電路由IC芯片制成的情況下特別方便。
3-2-2.在ON/OFF操作時間內(nèi)改變電機速度由于電機速度減小，ON/OFF操作時間被延長，而持續(xù)ON時間被縮短。假設電機速度在一個ON/OFF操作周期內(nèi)幾乎不變。這通過如下事實——電機5即使在ON/OFF操作時間內(nèi)也通過一個常力來壓住電動窗——來保證。由于ON/OFF操作中的電機端子間的電壓為VB減去VDSonoff(VB-VDSonoff)，給出等式14，其中電機輸出為Pm。
Pm＝(VB-VDSonoff)×ID-Ra×ID2＝(VB-VDSonoff-Ra×ID)×ID＝(Emotor-Eonoff)×D ...(14)從等式14中易知(i)電機輸出一個近似常量的輸出，而不管在ON/OFF操作時間內(nèi)的轉(zhuǎn)速。
(ii)在ON/OFF操作中，與持續(xù)ON中相比電機輸出僅僅下降VDSonoff×ID。
也就是，即使在ON/OFF操作中電機也輸出一個常量輸出，并且驅(qū)動電動窗。這意味著，電機5保持對電動窗的壓力，并且電機速度持續(xù)保持與電動窗的速度相聯(lián)系。因為電動窗的移動很慢，它幾乎不在一個ON/OFF操作周期內(nèi)變化。這樣，在一個ON/OFF周期內(nèi)電機速度同樣幾乎不變化，所以假設有效。
如上所述，提供擠壓保護設備是可能的，其中電機電流可以被限制，以在無錯誤的情況下快速的確定對外物的擠壓。
(第二實施例)在根據(jù)如圖7所示的第二實施例的擠壓保護設備中，電流跟隨電路13與圖3中的第一實施例中的電流跟隨電路3不同。在電流跟隨電路13中，快充電放電電路43和電阻R28被從電流跟隨電路3中移去了，由于這些變化，電阻R21的阻抗值被改變以保持起動電路45的時間常數(shù)。
這些變化導致了一種結(jié)果，那就是圖3的快充電放電電路43的時間常數(shù)變?yōu)榱悖旄S電流Iref-f的跟隨速度變成無限大。這樣，盡管第二實施例的擠壓保護設備的操作基本上與圖3的第一實施例的擠壓保護設備相同，但電流跟隨電路13的操作還可以部分按如下解釋。
快充電放電電路43被移開，流入快源極跟隨器電路44的快跟隨電流Iref-f的變化總為包括ON/OFF操作時間的電機電流ID的變化的1/n，并且電阻R24兩端之間生成的電壓變化對應于分流電阻R1兩端之間生成的電壓變化，如等式15所示，其中ΔIref-f和ΔID分別為Iref-f和ID的變化。
ΔIref-f×R24/(ΔID×R1)＝R24/(n×R1)＝1.5KΩ/(1618×0.034Ω)＝27.3 ...(15)也就是通過放大(放大27.3)產(chǎn)生的電壓變化，與電機電流ID的變化成比例的分流電阻R1的電壓變化，在電阻R24的兩端產(chǎn)生了，通過包括R21和C1的積分電路對這個電壓變化進行平均得到的電壓在R23的兩端產(chǎn)生了。分別產(chǎn)生的電壓由CMP2在操作中進行比較。
(第三實施例)在根據(jù)如圖8所示的第三實施例的擠壓保護設備中，電流跟隨電路13和14與根據(jù)圖7的第二實施例的擠壓保護設備相比有所不同。如下在這些電路中有兩點不同。
(a)T21的漏極直接連接于電源單元VB而不是參考電阻R20。
(b)加入與CMP1的正輸入端子相連的電阻R26，及漏極連接于電阻R26、源極接地、柵極連接于CMP2的輸出端子的晶體管R23。
(第三實施例的擠壓保護設備的操作)電機電流ID通過分流電阻R1進行轉(zhuǎn)化。因為CMP1是受控的，所以它的正輸入端子電壓和負輸入端子電壓一直保持相等，流入?yún)⒖茧娮鑂20的參考電流Iref與ID成比例，因此給出Iref×n＝ID。因此，電機電流ID只變化ΔID時Iref的幅度變化ΔIref，給出ΔIref×n＝ΔID。
當擠壓未發(fā)生時，因為晶體管T23是導通的，Iref的電流成份Iref-2通過R26和T23流動。也就是給定Iref＝Iref-f+Iref-2。因為Iref-2不發(fā)生變化，Iref的變化ΔIref全部由Iref-f來反映，因此由等式16表示的電壓變化ΔVR24在Iref-f流過的電阻R24中生成。
ΔVR24＝ΔIref×R24＝(ΔID/n)×R34 ...(16)當計算與在分流電阻R1中生成的電壓變化ΔVR1(＝ΔID×R1)相關(guān)的比率時，很明顯分流電阻R1兩端的電壓變化被放大了27.3倍，而在電阻R24的兩端之間產(chǎn)生，如等式17所示。
ΔVR24/ΔVR1＝(R24/R1)/n＝(1.5KΩ/34mΩ)/1618＝27.3 ...(17)盡管通過二極管D21的正向壓降及CMP1的輸出與R24未接地端的電壓之間的T22的柵極-源極電壓的綜合作用產(chǎn)生了電壓變化，因為此電壓變化可以被認為是一個定值，所以CMP1的輸出變化等于R24的未接地端的電壓變化。因此，電容C1的未接地端電壓的變化幅度，對應于通過時間常數(shù)R21×C1對R24的未接地端電壓的變化幅度進行平均得到的結(jié)果，ΔVR24。電容C1的未接地端電壓由晶體管T21的源極來反映，也就是CMP2的正輸入端子，除了在直流電壓上的不同。另一方面，R24的未接地端電壓被輸入給CMP2的負輸入端。但是0.7V的直流電壓變化(二極管D21的正向壓降的幅度)被加在正輸入端子和負輸入端子之間。
當上述情況被重新組合時，ID的變化幅度，ΔID，被分流電阻R1轉(zhuǎn)化成一個電壓而成為ΔVR1。ΔVR1被乘以27.3而成為ΔVR24，并被加入CMP2的負輸入端子。此時的電流-電壓轉(zhuǎn)化率(ΔVR24/ΔID)由等式18來表示。
ΔVR24/ΔID＝27.3×R1×ΔID/ΔID＝27.3×34mΩ＝928mV/A ...(18)ΔVR24的均值被加到CMP2的正輸入端子上，0.7V的直流壓差被加在它的正輸入端子和負輸入端子之間。
電機電流ID中包含一個脈沖電流成份。其中脈沖電流的總幅度為0.5A，ΔVR24中包含928mV×0.5A＝464mV的電壓波動幅度。
也就是，因為在一端幅度上有+/-232mV的波動，當0.7V-0.232V＝0.468V的電壓增加產(chǎn)生時，CMP2的輸出從高電平變成低電平。也就是，0.468V成為擠壓判決電壓。當0.468V被轉(zhuǎn)化成ID時，其變成0.5A(＝0.468V/R24×n)。當ID增加0.5A時，CMP2的輸出反轉(zhuǎn)。
當CMP2的輸出變成低電平時，晶體管T23關(guān)閉，電流Iref-2消失。此時因為ID沒有變化，參考電壓Iref不變。因此，Iref-f增加Iref-2消失的幅度。因此，R24的壓降增加，CMP2的負輸入端子電壓增加。其增加率為Iref-2×R24。當CMP2的輸入變成低電平時，ON/OFF操作開始，并且ID減小。當由ID的減小引起的Iref幅度減小超過Iref-2時，CMP2再次變成高電平，并且ID處于持續(xù)ON并開始增加。當CMP2的輸出變成高電平時，T23導通，Iref-2流過，對應Iref-f減小的幅度，并且CMP2的負端子電壓只下降Iref-2×R24。當由ID的增加引起的Iref的幅度增加超過Iref-2時，CMP2變成低電平。當CMP2的輸出變成低電平時，因為FET T1具有一個OFF延時，ID在此延時過程中增加。因此，ID不得不減小一個幅度，此幅度不僅包括Iref-2而且包括CMP2處于低電平的過程中由于延時ID增加的幅度。
ON/OFF操作和持續(xù)ON操作在其中進行重復的電機電流ID的限流過程中的電機電流ID的最大值，成為一個通過將擠壓判決值0.5A(0.468V)加到在擠壓前ID的均值上而得到的值。最小電流值由Iref-2的幅度來決定。這樣，限流操作時間內(nèi)的ID均值可以通過控制Iref-2的值來隨意設置。
上面是圖8的電路的操作，其不同于圖3的電路的方面被總結(jié)如下。
(i)圖3的Iref-f并不是ID本身的確切變化。ΔIref-f×n并不等于ΔID。電阻R22兩端產(chǎn)生的壓差表明ID和Iref之間有一個差距。因此，由ΔIref-f在電阻R24上產(chǎn)生的壓降ΔVR24并沒有確切的表示ΔID。它可能比ΔID大或小。也就是，ΔVR24的幅度變得比與ΔID相對應的幅度大。因此，擠壓判決值本質(zhì)上變小了，ON/OFF操作很容易開始。這意味著由在粗糙和崎嶇不平的道路上行駛引起的振動壓力變化帶來的故障出現(xiàn)的情況或類似的增加了。
另一方面，在圖8中，ΔVR24正確的表示了ΔID，這樣不會產(chǎn)生由于距離ΔID的差距產(chǎn)生的影響。
(ii)在圖3的電路中，在ON/OFF操作時間內(nèi)，CMP1的輸出的波動變大，因此高電平和低電平處發(fā)生飽和。CMP2的負輸入端子電壓距離ΔID的差距變大，并且CMP2負輸入端子電壓與ID的變化不再相同。因為即使在負輸入端子電壓可以與正輸入端子電壓相比較且被控制時，CMP2的正輸入端子電壓也不變并且ΔID并不對應于CMP2的負輸入端子電壓的變化，所以當電機速度在限流操作中開始減小時ID逐漸增加。
另一方面，在圖8中，因為電機電流中的變化由CMP2的負端子電壓來反映，限流操作中的電機電流ID的峰值保持為定值。
(iii)在圖3中，ON/OFF操作時間由T1的OFF延時、CMP1的響應延時和電機速度來決定。這之中，CMP1的響應延時時間的影響是很大的。如圖8所示，盡管使用Iref-2來控制是可能的，即使Iref-2＝0A也有足夠的ON/OFF操作時間。如果使用Iref-2，則ON/OFF操作時間變得太長，這在控制的觀點來看是不可取的。也就是，ON/OFF操作時間不能從外面來控制。但是，在圖7的方法中，Iref-f的跟隨速度變成了無窮大，使用Iref-2來控制成為可能。
另一方面，在圖8中，盡管與圖3的環(huán)境相同，T1的延時和電機速度成為確定ON/OFF操作時間的主要因素，CMP1的響應延時并不影響它。進一步，通過使用Iref-2，ON/OFF操作時間可以被控制以使之成為實質(zhì)上的任意值。當Iref-2增加時，ON/OFF操作時間變長，這樣可以減小ID的最小值。因為，在限流時間內(nèi)，ID的最大值被保持恒定并且最小值是可控的，限流時的ID的平均電流值可以被設置為所期望的值。
(iv)在圖3和圖7中，作為Iref一部分的Iref-s在與C1的電壓相連的情況下流動。當隨著擠壓發(fā)生ID增加時，盡管C1的電勢很少增加，它也不為零。Iref-s對應于C1的電勢的增加幅度而增加，并且只增加那么大的幅度，即Iref-f減少的增加幅度。也就是，檢測靈敏度只對那個幅度是遲鈍的。另一方面，在圖8中，盡管C1的電勢的增加與擠壓同時發(fā)生，因為C1的增加與Iref不相關(guān)，所以Iref-f的增加并不被C1的增加所抑制。這樣，由C1的電勢增加引起的檢測靈敏度的下降消失了，并且可以實現(xiàn)更正確的控制。
如上面所述事實可知，作為擠壓保護的控制系統(tǒng)，圖8的電路優(yōu)于圖3的電路。
(第四實施例)在根據(jù)如圖9所示的第四實施例的擠壓保護設備中，與根據(jù)圖3的第一實施例的擠壓保護設備相比，電流檢測電路2有所不同。在圖9中簡化或忽略了對限流電路7、電機5和擠壓判決電路6的敘述。如下在電流檢測電路2中有兩點不同。
(a)電流跟隨電路16不同于電流跟隨電路3。在電流跟隨電路16中，電流跟隨電路3上增加了一個連接于CMP1的正輸入端子的電阻R29、一個漏極連接于電阻R29、源極接地、柵極連接于開始定時器15的輸出端子的晶體管T24、和一個正極連接于電容C1及負極連接于電容C2的二極管D22。
(b)增加的是開始定時器15，它的輸入端子連接于WINDOW-UP(UP)的輸入端子，和一個連接于開始定時器15的輸出端子和電流跟隨電路16的起動電路4。
起動電路4包括一個柵極連接于開始定時器15及源極接地的n型MOS FET T42、一個連接于T42的漏極的電阻R43、柵極連接于電阻R43及源極連接于電源單元VB的正端子的p型MOS FETT41、一個連接于T41的柵極和源極之間的電阻R41、一個連接于T41的漏極的電阻R42、和一個正極連接于電阻R42及負極連接于T21的柵極的二極管D41。
(第四實施例的擠壓保護設備的操作)
提供了一個突發(fā)(rush)電流屏蔽周期，以使得當電機由WINDOW-UP(UP)或WINDOW-DOWN(DOWN)信號觸發(fā)時，不會因電機開始電流ID的上升而執(zhí)行ON/OFF操作。以安全設備的觀點來看，最好是在電機5啟動后馬上執(zhí)行擠壓保護功能。在一個使用脈沖傳感器的方法中，因為脈沖的分辨率很低，并且需要時間來使脈沖變得穩(wěn)定，所以很難在電機剛啟動時就執(zhí)行擠壓保護函數(shù)。因為在第四實施例的電流檢測方法中響應非常快，所以可能在電機剛啟動時就執(zhí)行擠壓保護函數(shù)，因此，可以將一種比脈沖傳感器發(fā)優(yōu)越的功能作為安全設備而實現(xiàn)。
(突發(fā)電流屏蔽周期內(nèi)電機5的轉(zhuǎn)動)當生成WINDOW-UP信號或WINDOW-DOWN信號后，開始定時器15被執(zhí)行，電流檢測電路2中的晶體管T24導通，并且突發(fā)參考電流Iref-1只在突發(fā)電流屏蔽周期內(nèi)流動。突發(fā)參考電流Iref-1的幅度由電源單元VB和電阻R29來確定。起動電路4的T42導通，并且T41導通。這樣，電容C1和C2被幾乎充值到由R42和R22所確定的電壓。Iref-1被設置以使將全部參考電流乘以n而得到值大于作為電機電流ID的突發(fā)電流。也就是，Iref-1被設置以使得等式19有效。
(作為ID的最大突發(fā)電流)＜n×(Iref-s+Iref-f+Iref-1)...(19)這樣，因為在突發(fā)電流屏蔽周期內(nèi)CMP1的輸出成為低電平，充電電流以下面的順序流動，從電源單元VB流入晶體管T41，再流入電阻R42，流入二極管D41，流入電容C1和二極管D22，流入電容C2和電阻R22，流入CMP1的輸出，流入地。電容C1和C2的電壓由等式20和等式21表示。
(C1電壓)＝(VB-2×0.7(V)-(CMP1output))×R22/(R42+R22)+0.7(V)+(CMP1output)...(20)(C2電壓)
＝(VB-2×0.7(V)-(CMP1output))×R22/(R42+R22)+(CMP1output)...(20)二極管的正向壓降被設置為0.7V。電源單元VB為12.5V，CMP輸出的低電平為2V，R42為3KΩ，R22為5.1KΩ。這樣給定C1電壓為8.3V及C2電壓為7.7V。當突發(fā)電流屏蔽周期結(jié)束并且開始定時器15停止時，T43和T41關(guān)閉。此時如果電機電流下降使得CMP1的輸出保持為低電平，C1和C2的電荷按如下順序放電，從二極管D22到電阻R22，然后到CMP1的輸出，以使得立即開始跟隨操作。因此，在此階段，當擠壓發(fā)生時，立刻就被檢測到以使電機5可以被停止。
(當WINDOW-UP信號被輸入后電機5不再轉(zhuǎn)動)在此情況中，因為當開始定時器15停止時作為電機電流ID的電機鎖定電流開始流動，CMP1的輸出變成高電平，并且C2的電勢通過電阻R22被瞬時充電為CMP1輸出的高電平。因為C1通過一個很長的時間常數(shù)充電，C1的電勢幾乎不升高。因此，CMP2的負輸入端子電壓變得比正輸入端子電壓要高，并且CMP2的輸出變成低電平。T1執(zhí)行ON/OFF操作。持續(xù)ON并不開始。這樣擠壓判決被立刻執(zhí)行，因此反轉(zhuǎn)操作被執(zhí)行。
即使在生成了WINDOW-UP信號后電機轉(zhuǎn)動時，在開始定時器15停止時CMP1的輸出為高電平的情況下，ON/OFF操作也會立即開始。當ON/OFF操作和持續(xù)ON繼續(xù)時，如果電機電流ID開始下降，一個標準操作開始以使電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動。如果由于擠壓電機電流ID增加，擠壓判決被執(zhí)行以使電機反向運轉(zhuǎn)。需要將R41和R22設置為當擠壓沒有發(fā)生時不出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的阻抗值。
(第四實施例的第一修改)在根據(jù)如圖10所示的第四實施例的第一修改的擠壓保護設備中，電流檢測電路2不同于根據(jù)圖7的第二實施例的擠壓保護設備的電流檢測電路2。在電流檢測電路2中有如下兩點不同。
(a)電流跟隨電路17不同于電流跟隨電路13。在電流跟隨電路17中，電流跟隨電路13增加的是連接于CMP1的正輸入端子的電阻R29、漏極連接于電阻R29及源極接地及柵極連接于開始定時器15的輸出端子的晶體管T24、一個正極連接于電容C1的二極管D22、和一個連接于二極管D22的負極和CMP1的輸出端子之間的電阻R28。
(b)增加的是輸入端子連接于WINDOW-UP(UP)的輸入端子的開始定時器15，和連接于開始定時器15的輸出端子以及電流跟隨電路17的起動電路4。
這樣，圖10的電路可以實現(xiàn)與圖7的電路類似的功能，類似于在與圖7的電路相關(guān)的起動之后實現(xiàn)擠壓保護功能的圖9的電路。
(第四實施例的第二修改)在根據(jù)如圖11所示的第四實施例的第二修改的擠壓保護設備中，電流檢測電路2不同于根據(jù)圖8的第三實施例的擠壓保護設備的電流檢測電路2。在電流檢測電路2中有如下兩點不同。
(a)電流跟隨電路18不同于電流跟隨電路14。在電流跟隨電路18中，電流跟隨電路14增加的是連接于CMP1的正輸入端子的電阻R29、漏極連接于電阻R29及源極接地及柵極連接于開始定時器15的輸出端子的晶體管T24、一個正極連接于電容C1的二極管D22、和一個連接于二極管D22的負極和CMP1的輸出端子之間的電阻R28。
(b)增加的是輸入端子連接于WINDOW-UP(UP)的輸入端子的開始定時器15，和接于開始定時器15的輸出端子以及電流跟隨電路18的起動電路4。
這樣，圖11可以實現(xiàn)與圖8類似的功能，類似于在與圖8相關(guān)的起動之后實現(xiàn)擠壓保護功能的圖9。
(第五實施例)在根據(jù)如圖12所示的第五實施例的擠壓保護設備中，電流檢測電路2不同于根據(jù)圖3的第一實施例的擠壓保護設備的電流檢測電路2。在電流檢測電路2中有如下兩點不同。
電阻R1被去掉了，代替R1，主FET T4的漏極和源極端子連在了一起。同樣，電阻R20被去掉了，代替R20，參考FET T5的漏極和源極連在了一起。提供了輸出端子連接于T4和T5的柵極的驅(qū)動電路19。T4和T5由n型MOS FET組成。電流檢測電路2具有一個源FET組來代替電阻器組。源FET組由一個主FET T4和一個參考FET T5組成。對于源FET組的傳感率(n)，參考FET T5的源極-漏極的導通阻抗與主FET T4的源極-漏極的導通阻抗的比值n，被設置為一個大于1最好是100或更大的值，與電阻器組類似。電機電流ID流入主FET T4。參考電流Iref被控制以使得滿足條件ID＝n×Iref的參考電流Iref流入FET T5。
在主FET T4被放置在電機5的高端的情況下，需要主FET T4的源極電勢VSA和參考FET T5的源極電勢VSB滿足條件，VSA＝VSB，以達到條件ID＝n×Iref。當電機正常轉(zhuǎn)動時，如果電機電流因電動窗的驅(qū)動力的波動而變化時，主FET的源極電勢VSA也變化。通過控制參考電流Iref，以維持條件VSA＝VSB。
下面，在一種對由擠壓產(chǎn)生的異常電流的檢測方法中，與圖3類似，參考電流Iref被分成兩個跟隨速度不同的電流成份。快跟隨電流Iref-f正確的反映了電機電流ID的變化。通過將快跟隨電流Iref-f引入阻抗值大于參考FET T5的導通阻抗的電阻R24，電機電流ID的變化被轉(zhuǎn)化為一個電壓。通過這個電壓變換，可以檢測到通過對小波動進行放大而得到的波動，其中的小波動是通過利用主FET T4的導通阻抗而將電機電流ID的變化轉(zhuǎn)化成電壓而得到的。
當擠壓發(fā)生時，盡管快跟隨電流Iref-f隨電機電流ID而增加，但慢跟隨電流Iref-s幾乎不變。這樣，在快跟隨電流Iref-f和慢跟隨電流Iref-s的均值之間產(chǎn)生了一個差值，產(chǎn)生了一個定量關(guān)系，Iref-f的均值大于Iref-s的均值。當這個定量差值超過了一個預置值時，將產(chǎn)生異常電流檢測信號9。結(jié)果，通過這個信號9，處于電機5的高端的源FET T4和T5組或者處于電機M的低端(地端)的限流電路7的半導體開關(guān)元件T1(FET或二極管)關(guān)閉。
此后，當擠壓發(fā)生時，源FET組(T4和T5)或半導體開關(guān)元件T1重復ON/OFF操作和持續(xù)ON操作。通過重復ON/OFF操作和持續(xù)ON操作，電機電流ID的增加可以被限制。電流檢測電路2的功能與圖3的電阻器組的電路相同。
(第六實施例)在根據(jù)如圖13所示的第六實施例的擠壓保護設備中，電機5和22不同于根據(jù)圖12的第五實施例的電機5和22。WINDOW-UP操作與圖12的相同。WINDOW-DOWN的操作通過使用晶體管T6和T7來執(zhí)行。
正向/反向轉(zhuǎn)動電路22通過輸入WINDOW-UP信號而使電機向窗口關(guān)閉的方向轉(zhuǎn)動，通過輸入WINDOW-DOWN信號而使電機向窗口打開的方向轉(zhuǎn)動。并且，在WINDOW-DOWN信號通過信號線11輸入的情況下，正向/反向轉(zhuǎn)動電路5反轉(zhuǎn)電機M的轉(zhuǎn)向從窗口關(guān)閉的方向變成窗口打開的方向。正向/反向轉(zhuǎn)動電路22構(gòu)成一個H-橋電路。此H-橋電路具有四個FET(T1、T4、T6和T7)。電流檢測電路2和限流電路7可以通過將T4放置在四個FET(T1、T4、T6和T7)的高端來構(gòu)成。還可能是，電流檢測電路2通過將晶體管T4放置在高端來構(gòu)成，限流電路7通過將晶體管T1放置在低端來構(gòu)成。
功能與圖12的電路相同。
(第一驗證實例)在第一驗證實例中，如圖3和圖9所示的根據(jù)第四實施例的電動窗擠壓保護設備的電流檢測電路2的電流跟隨電路16的跟隨操作將通過測量而解釋。這里的電源電壓為12.5V。
圖14(a)顯示了在根據(jù)第四實施例的電動窗擠壓保護設備中的電動窗開始上升的情況下的信號波形。水平軸表示時間，其上刻度的每一格對應50ms。豎軸表示電機電流ID、CMP1的輸出端電壓、電容C1和C2的電壓。圖中豎軸的單位顯示在電機電流ID的右側(cè)(2A/div，6A)，其它的類似。(2A/div，6A)的意思是一格對應2A，總共八格中的第四格的電流為6A。類似地，CMP1的輸出端電壓表示為(2V/div，6V)，一格對應2V，總共八格中的第四格的電壓為6V。在后面的圖表中類似，豎軸以相同的符號系統(tǒng)來表示。
圖14(b)是一個圖14(a)的第二格及其周圍在時間軸上擴大5倍后的圖。同樣圖15(a)、(b還是圖14(a)的第二格及其周圍在時間軸上擴大10倍和50倍后的圖。圖16(a)、(b)是圖14(a)的第三格及其周圍在時間軸上擴大10倍和50倍后的圖。圖17(a)、(b)是圖14(a)中超過第十格的第十一格的周圍部分在時間軸上擴大10倍和50倍后的圖。
從這些圖中可知，在開始時，是40ms的突發(fā)電流屏蔽周期，之后C1和C2立刻跟隨ID。當ID下降時，C1大于C2。電勢差，C1減C2，產(chǎn)生于電阻R28的兩端。電阻R28阻止了C1和C2的電勢的分離。
特別地，如圖16(a)、(b)所示，ID的波動與C2的波動相符得很好。另一方面，可知當跟隨ID向右傾斜時C1平滑地變化，這可以在圖中整體觀察。
(第二驗證實例)在第二驗證實例中，如圖3和圖9所示的根據(jù)第四實施例的擠壓保護設備的電流檢測電路2的電流跟隨電路16的跟隨操作將通過測量而解釋。其中有一個修改，二極管D21被忽略了。電源電壓VB為12.5V。
圖18(a)、(b)顯示了電動窗開始上升時的信號波形。水平軸表示時間，其上刻度的每一格對應200ms。豎軸表示電機電流ID、CMP1的輸出端電壓(OUT)、電容C1和C2的電壓。
從這些圖中可知，C1不能立刻跟隨ID的波形。但是，C1的波形加上C2的波形形成了Iref波形，一旦突發(fā)電流屏蔽周期(40ms)結(jié)束，Iref波形就跟隨ID的波形。CMP1的輸出達不到高電平或低電平。但是，它意味著C2不能跟隨ID的所有變化只是因為不能跟隨CMP1輸出的擺動幅度。CMP1的輸出幅度的量級由由C2表示的ID和Iref之間的差距的量級相對應。
(第三驗證實例)在第三驗證實例中，如圖3和圖9所示的根據(jù)第四實施例的擠壓保護設備的電流檢測電路2的電流跟隨電路16的跟隨操作將通過測量而解釋。也就是，測量條件與第一實例的相同。
圖19(a)顯示了擠壓發(fā)生的情況下的信號波形。圖19(b)顯示了從圖19(a)的波形中刪除了CMP1的輸出(CMP1OUT)的波形。水平軸表示時間，其上刻度的每一格對應200ms。豎軸表示電機電流ID、CMP1的輸出端電壓(OUT)、電容C1和C2的電壓。
從這些圖中可知，一旦突發(fā)電流屏蔽周期(40ms)結(jié)束，C1和C2立刻開始跟隨操作。C2的波形看起來與C1的波形相符。
擠壓被檢測到，ID及類似的在時間橫軸上的第九格上被關(guān)閉。在擠壓發(fā)生到ID及類似的被關(guān)閉之間的時間內(nèi)，C1的電勢幾乎不變。認為形成了一個符合要求的評估電勢。
(第四驗證實例4)在第四驗證實例中，如圖3和圖9所示的根據(jù)第四實施例的擠壓保護設備的限流電路7的半導體開關(guān)元件T1的ON/OFF操作和持續(xù)ON將通過測量而解釋。這里的電源電壓VB為12.5V。
圖20(a)、(b)是圖20表示部分在圖19(a)的時間軸上擴大200倍的曲線圖。圖21是其表示部分在圖19(a)的時間軸上擴大200倍的曲線圖。圖22是其表示部分在圖19(a)的時間軸上擴大200倍的曲線圖。圖23是其表示部分在圖19(a)的時間軸上擴大200倍的曲線圖。圖24(a)、(b)是其表示部分在圖19(a)的時間軸上擴大200倍的曲線圖。圖25至圖29(a)、(b)是其表示部分在圖19(a)的時間軸上擴大后的曲線圖。也就是，圖20顯示了T1關(guān)閉(由擠壓判決引起)的時刻前200ms內(nèi)產(chǎn)生的波形。圖21顯示了那個時刻之前100ms內(nèi)產(chǎn)生的波形。圖22顯示了那個時刻之前80ms內(nèi)產(chǎn)生的波形。圖23顯示了那個時刻之前40ms內(nèi)產(chǎn)生的波形。圖24顯示了那個時刻之前20ms內(nèi)產(chǎn)生的波形。圖25、26顯示了T1關(guān)閉時產(chǎn)生的波形。圖27顯示了那個時刻之前500μs內(nèi)產(chǎn)生的波形。圖28顯示了那個時刻之前400μs內(nèi)產(chǎn)生的波形。圖29顯示了那個時刻之前250μs內(nèi)產(chǎn)生的波形。
在圖20中，擠壓并未發(fā)生。可知CMP2負輸入的波形與圖20(b)的ID的波形符合得很好。CMP2的正輸入是平坦和光滑的，為一個常量。因此，可知跟隨操作被執(zhí)行了。CMP2的負輸入被設置得被CMP2的正輸入低。
在圖21中，擠壓發(fā)生了。CMP2負輸入的電勢增加，并且逼近并不波動的CMP2的正輸入電勢。
在圖22中，同樣是擠壓發(fā)生了。出現(xiàn)了一種與并不波動的CMP2的正輸入電勢有關(guān)的情況，CMP2的負輸入電勢增加，并且超過了CMP2的正輸入電勢。這種量值倒轉(zhuǎn)在一個窄間隔內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)兩次。通過此量值倒轉(zhuǎn)，T1的ON/OFF操作發(fā)生了，并且CMP1的輸出大幅度擺動。
在圖23中，同樣是擠壓發(fā)生了。在頻繁的固定的間隔內(nèi)出現(xiàn)了一種與并不波動的CMP2的正輸入電勢有關(guān)的情況，CMP2的負輸入電勢進一步增加，并且超過了CMP2的正輸入電勢。通過此量值倒轉(zhuǎn)，T1的ON/OFF操作發(fā)生了，并且在相同的間隔內(nèi)CMP1的輸出大幅度擺動。關(guān)于CMP2的負輸入對ID波形的跟隨特性，可以觀察到圖4中所解釋的相位差距。
在圖24中，擠壓發(fā)生了。圖24(b)顯示了圖24(a)的時間橫軸擴大10倍后的曲線圖。對于并不波動的CMP2的正輸入電勢，CMP2的負輸入電勢進一步增加，因此可以觀察到圖4所解釋的趨勢。ID波形的細鋸齒型波型區(qū)域是ON/OFF操作時間，被這個區(qū)域夾在中間的上升波形區(qū)域是持續(xù)ON操作時間。擠壓判決電路6在鋸齒型波型區(qū)域中計算鋸齒的數(shù)目。數(shù)目是13、10、7，并且如果這些中的任何一個低于16(判別條件)的話，并不作出擠壓判決。
在圖25和圖26中，同樣是擠壓發(fā)生了，并且至少作出了擠壓判決。圖26(a)、(b)顯示了圖25的時間橫軸擴大10倍后曲線圖。對于并不波動的CMP2的正輸入電勢，CMP2的負輸入電勢進一步增加，因此可以觀察到圖4所解釋的趨勢。盡管CMP2的負輸入電勢不變，與ON/OFF操作開始相比，ID正在增加。擠壓判決電路6在鋸齒型波型區(qū)域中計算鋸齒的數(shù)目。數(shù)目是16和16，所有的這些都達到了16(判別條件)，由第一個計數(shù)16來作出擠壓判決。
通過使用圖27，詳細地解釋了圖4中解釋的趨勢。CMP1OUT從高電平擺動到低電平然后就飽和了。這樣，C2并不通過T1的關(guān)閉延時跟隨ID的變化。即使當CMP2的負輸入超過CMP2的正輸入時，由于T1的關(guān)閉延時T1也不會立即關(guān)閉。關(guān)閉延時由升高至電壓電壓VB并且在持續(xù)ON過程中飽和的T1的柵極-源極電壓決定。關(guān)閉延時就是在其間柵極-源極電壓從電壓電壓VB下降到T1的門限電壓的時間。另一方面，T1導通不需要延時，因為ON/OFF操作中的柵極-源極電壓與持續(xù)ON中的柵極-源極電壓相比幾乎不變。
CMP2的負輸入大于CMP2的正輸入的時間(圖4中的t1+t2)由T1的關(guān)閉延時、CMP1的響應時間和ID的下降率決定。CMP2的正輸入大于CMP2的負輸入的時間(t3+t4)由CMP1的響應時間和ID的增加率決定。
參考圖28和圖29，其中解釋了圖5中顯示的趨勢。圖5的低參考電壓VL(＝3.03V)和高參考電壓VH(＝8.82V)可以參考圖29而觀察到。參考電壓是CMP3的負輸入端子電壓。參考電壓波形和T1的漏極電壓(FET漏極)波形的交叉點，如圖29(b)中所示的，決定了CMP3的輸出的反轉(zhuǎn)定時。FET漏極的波形是尖頭信號(overshoot)。
(第五驗證實例)在第五驗證實例中，第四實施例的圖11中顯示的修改實例2的擠壓保護設備的電流檢測電路2的電流跟隨電路18的跟隨操作將通過測量而解釋。此處的電源電壓VB為12.5V。
圖30(a)顯示了在第四實施例的第二驗證實例的擠壓保護設備中執(zhí)行跟隨操作的情況下的波形。出于比較的目的，圖30(b)顯示了在根據(jù)第四實施例的擠壓保護設備中執(zhí)行跟隨操作的情況下的波形。橫軸表示時間，其上刻度的每一格對應1ms。比較是通過在同一電動窗上，同一窗玻璃位置上，沒有擠壓的相同定時上獲取數(shù)據(jù)而進行的。當比較是關(guān)于CMP2的負輸入作出的時，可知圖30(a)中波動比圖30(b)中的那些要小，以及它是與CMP2的正輸入獨立的。因為它與CMP2的正輸入獨立，可認為它更加抗由驅(qū)動力的瞬時波動引起的故障。圖30(a)中CMP2的負輸入的波形與ID的波形更符合。
(第六驗證實例)在第六驗證實例中，第四實施例的圖8和圖11中顯示的修改實例2的擠壓保護設備的限流電路7的半導體開關(guān)元件T1的ON/OFF操作和持續(xù)ON將通過度量而解釋。此處的電源電壓VB為12.5V。
在作為圖31的右端的時刻，擠壓被判決出。圖32(a)、(b)是其表示的部分在圖31的時間橫軸上放大20倍后的曲線圖。圖33(a)、(b)是其表示的部分在圖31的時間橫軸上放大200倍后的曲線圖。圖34(a)、(b)是其表示的部分在圖31的時間橫軸上放大20倍后的曲線圖。ON/OFF操作時間由T1的關(guān)閉延遲時間和電阻R32決定?？梢杂^察出相對于并不波動的CMP2的正輸入電勢，CMP2的負輸入電勢逐漸增加，以及FET的漏極電壓開始振動。與圖4中解釋的趨勢不同，ID的增加和下降的時間與CMP2的負輸入的增加和下降時間相符合。與ON/OFF操作的開始相比，即使CMP2的正輸入并不變，ID也增加。擠壓判決電路6在鋸齒型波型區(qū)域中計算鋸齒的數(shù)目。數(shù)目是18和18，這些都達到了16(判別條件)。擠壓判決已經(jīng)由第一個計數(shù)16作出。
(第七驗證實例)
在第七驗證實例中，第四實施例的圖8和圖11中顯示的修改實例2的擠壓保護設備的擠壓保護操作將通過測量而解釋。此處的電源電壓VB為14.5V。圖35電動窗剛開始上升時擠壓發(fā)生的情況下的信號波形。圖35的水平橫軸表示時間，其上刻度的每一格對應100ms。豎軸表示電機電流ID，施加于被擠壓的外物上的壓力，F(xiàn)ETT1的漏極電壓和CMP2的正輸入電壓。施加于被擠壓的外物上的壓力被限制為大概98N，作為最大值。
該主題申請要求2001年4月2日在巴黎會議上申請的，申請?zhí)枮?001-103860的在先日本專利申請的利益，該申請的全部內(nèi)容在此引入作為參考。
本領(lǐng)域技術(shù)人員在獲得當前公開的啟示后，在不脫離其中的范圍的情況下，可能做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于由電機(5)驅(qū)動的移動部件的擠壓保護設備，其中電機(5)可以通過電源單元(VB)提供的電機電流(ID)供給而向反方向轉(zhuǎn)動，所述擠壓保護設備包括一個可以連接于電源單元(VB)的正端子和負端子之一的電流檢測電路(2)，被設置為傳導電機電流(ID)以及檢測電機電流(ID)的增加；一個限流電路(7)，被設置以傳導電機電流(ID)，以及在電機電流(ID)的增加超過一個預定值時在一個預定范圍內(nèi)減小和增加電機電流(ID)。
2.如權(quán)利要求1所述的擠壓保護設備，其中所述限流電路(7)包括一個半導體開關(guān)元件(T1)，電機電流(ID)的減小是把半導體開關(guān)元件(T1)轉(zhuǎn)變到一種ON/OFF操作一段時間，該段時間取決于擠壓引起的電機速度的減少，并且電機電流(ID)的增加是把半導體開關(guān)元件(T1)轉(zhuǎn)到一種持續(xù)ON操作。
3.如權(quán)利要求2所述的擠壓保護設備，其中所述電流檢測電路(2)包括一個主元件(R1，T4)，被設置以傳導電機電流(ID)，由一個主電阻來確定，一個參考元件(R20，T5)，被設置以傳導參考電流(Iref)，由一個等于主電阻的n倍的參考電阻來確定，一個電流跟隨電路(3)，被設置為傳導參考電流(Iref)，并且被設置為將參考電流(Iref)恒定地設置為電機電流(ID)的n分之一(1/n)。
4.如權(quán)利要求3所述的擠壓保護設備，其中主元件(R1，T4)包括一個分流電阻(R1)，參考元件(R20，T5)包括一個參考電阻(R20)。
5.如權(quán)利要求3所述的擠壓保護設備，其中主元件(R1，T4)包括一個主場效應晶體管(T4)，參考元件(R20，T5)包括一個參考場效應晶體管(T5)。
6.如權(quán)利要求3所述的擠壓保護設備，其中主元件(R1，T4)可以串聯(lián)于電機(5)和限流電路(7)，主元件(R1，T4)的一端可以連接于電源單元(VB)的正端子和負端子中的一個，參考元件(R20，T5)的一端可以連接于主元件(R1，T4)的一個節(jié)點，電源單元(VB)的正端子和負端子中的一個，參考元件(R20，T5)的另一端連接于電流跟隨電路(3)，并且電流跟隨電路(3)可以連接于電源單元(VB)的正端子和負端子中的另一個。
7.如權(quán)利要求5所述的擠壓保護設備，其中主場效應晶體管(T4)的漏極可以連接于電源電壓(VB)的正端子，參考場效應晶體管(T5)的漏極連接于主場效應晶體管(T4)的漏極，參考場效應晶體管(T5)的源極連接于電流跟隨電路(3)，電流跟隨電路(3)可連接于電源單元(VB)的負端子，主場效應晶體管(T4)和參考場效應晶體管(T5)的柵極彼此連接，并可以被驅(qū)動電路(19，21)來驅(qū)動。
8.如權(quán)利要求3所述的擠壓保護設備，其中電流跟隨電路(3)包括一個慢跟隨電路(41和42)，被設置為傳導慢跟隨電流(Iref-s)，其時間常數(shù)比從擠壓開始到電機(5)開始反向轉(zhuǎn)動的時間段要長數(shù)倍，一個快跟隨電路(43和44)，被設置為傳導快跟隨電流(Iref-f)，其時間常數(shù)比慢跟隨電路的要小許多，并且可以補償參考電流(Iref)和慢跟隨電流(Iref-s)之間的差值，慢跟隨電路(41和42)和快跟隨電路(43和44)彼此并連。
9.如權(quán)利要求8所述的擠壓保護設備，其中電流跟隨電路(3)包括一個第一比較器(CMP1)，被設置以檢測主元件(R1，T4)和參考元件(R20，T5)的壓降之差，慢跟隨電路(41和42)包括一個連接于第一比較器(CMP1)的輸出和地的慢充電放電電路(41)，所述慢充電放電電路(41)包括一個連接于第一比較器(CMP1)的輸出的第一電阻(R21)以及一個串聯(lián)于第一電阻(R21)和地的第一電容(C1)，并被設置為將慢跟隨電流(Iref-s)連接于第一電容(C1)的電勢，快跟隨電路(43和44)包括一個連接于第一比較器(CMP1)的輸出和地及并聯(lián)于慢充電放電電路(41)的快充電放電電路(43)，所述快充電放電電路(43)包括一個連接于第一比較器(CMP1)的輸出的第二電阻(R22)和一個串聯(lián)于第二電阻(R22)和地的第二電容(C2)，其通過一個高電阻(R28)連接于第一電容(C1)并由一個小于慢充電放電電路(41)的慢時間常數(shù)的快充電放電電路(43)的快時間常數(shù)來確定，并被設置以將快跟隨電流(Iref-f)連接于第二電容(C2)的電勢。
10.如權(quán)利要求9所述的擠壓保護設備，其中慢跟隨電路(41和42)包括一個慢源極跟隨器電路(42)，其中所述慢源極跟隨器電路(42)包括一個設置來傳導慢跟隨電流(Iref-s)并由柵極連接于第一電容(C1)來確定的第一場效應晶體管(T21)，和一個連接于第一場效應晶體管(T21)的源極的第三電阻(R23)，快跟隨電路(43和44)包括一個快源極跟隨器電路(44)，其中所述快源極跟隨器電路(44)包括一個由柵極連接于第二電容(C2)來確定的被設置來傳導快跟隨電流(Iref-f)的第二場效應晶體管(T22)，和一個被設置以傳導快跟隨電流(Iref-f)的第四電阻(R24)。
11.如權(quán)利要求10所述的擠壓保護設備，其中第二場效應晶體管(T22)的柵極直接連接于第一比較器(CMP1)的輸出，第二電阻(R22)、第二電容(C2)和高電阻(R28)被刪除了，以去除快跟隨電路(44)的任何延時，以使快跟隨電路(44)可以通過幾乎為零的時間常數(shù)來確定。
12.如權(quán)利要求1所述的擠壓保護設備，其中在限流操作周期內(nèi)的電機電流(ID)的均值被限制的比擠壓剛開始之前的電機電流(ID)的均值稍高出所述預定值。
13.如權(quán)利要求10所述的擠壓保護設備，其中所述電流檢測電路(2)包括一個第二比較器(CMP2)，被設置為比較第一場效應晶體管(T21)的第一源極電勢和一個評估電勢，該評估電勢比第二場效應晶體管(T22)的第二源極電勢要低一個擠壓檢測電壓，當評估電勢大于第一源極電勢時，半導體開關(guān)元件(T1)執(zhí)行ON/OFF操作來減小電機電流(ID)，當評估電勢小于第一源極電勢時，半導體開關(guān)元件(T1)執(zhí)行持續(xù)ON操作來增加電機電流(ID)。
14.如權(quán)利要求13所述的擠壓保護設備，其中ON/OFF操作的周期通過依賴于半導體開關(guān)元件(T1)的關(guān)閉延遲時間和由ON/OFF操作引起的電機電流(ID)的下降率來確定，持續(xù)ON的周期通過依賴于由持續(xù)ON引起的電機電流(ID)的增長率來確定。
15.如權(quán)利要求13所述的擠壓保護設備，其中快源極跟隨器電路(44)包括一個串聯(lián)于第二場效應晶體管(T22)的源極的二極管(D21)，該二極管由作為擠壓檢測電壓的正向壓降來確定。
16.如權(quán)利要求13所述的擠壓保護設備，其中所述限流電路(7)包括一個參考電壓電路(8)，被設置以產(chǎn)生一個高參考電壓(VH)和一個低參考電壓(VL)，一個第三比較器(CMP3)，被設置以比較半導體開關(guān)元件(T1)的壓降和高參考電壓(VH)和低參考電壓(VL)之一，所述ON/OFF操作包括，關(guān)閉半導體開關(guān)元件(T1)，增加半導體開關(guān)元件(T1)的壓降以高于所述高參考電壓(VH)，打開半導體開關(guān)元件(T1)，減少半導體開關(guān)元件(T1)中的壓降以低于所述低參考電壓(VL)，再次關(guān)閉半導體開關(guān)元件(T1)。
17.如權(quán)利要求16所述的擠壓保護設備，其中半導體開關(guān)元件(T1)是一個場效應晶體管，并且低參考電壓(VL)和高參考電壓(VH)的確定是通過它們的設置方式，即電源電壓(VB)大于高參考電壓(VH)，高參考電壓(VH)大于低參考電壓(VL)，低參考電壓(VL)大于地電平(GND)，以使米勒效應恒定地存在于半導體開關(guān)元件(T1)的柵極電容中，其貢獻了限流操作期間的電機(M)的電感，并且隨之使得電機電流和電機扭矩的變化最小。
18.如權(quán)利要求13所述的擠壓保護設備，其中限流電路(7)是通過使電機(M)在ON/OFF操作過程中生成一個電機輸出以保持在移動部件上施加一個驅(qū)動力從而使電機(M)維持與移動部件相同的速度而確定的，這提高了從短時過載中恢復的能力，所述短時過載是如在無故障的情況下在粗糙的道路上行駛引起的。
19.如權(quán)利要求13所述的擠壓保護設備，其中擠壓判決電路(6)是通過檢測ON/OFF操作時間和持續(xù)ON時間的比值，或測量ON/OFF操作時間或持續(xù)ON時間而確定的，其中使用了下面的事實，在限流操作過程中，當限流電路(7)使得電機(M)的轉(zhuǎn)速在一個ON/OFF操作周期內(nèi)幾乎不變時，電機轉(zhuǎn)動速度的降低將延長ON/OFF操作時間并縮短持續(xù)ON時間。
20.如權(quán)利要求19所述的擠壓保護設備，其中測量ON/OFF操作的時間就是計數(shù)ON/OFF操作的周期次數(shù)。
21.如權(quán)利要求20所述的擠壓保護設備，其中半導體開關(guān)元件(T1)是一個場效應晶體管，限流電路(7)包括一個可變電阻(R32)，其被設置為使半導體開關(guān)元件(T1)的柵極串聯(lián)電阻被調(diào)節(jié)為改變一個ON/OFF操作的時間。
22.如權(quán)利要求19所述的擠壓保護設備，其中擠壓判決條件的電機(M)的轉(zhuǎn)速下降比無擠壓的瞬時變化時電機(M)轉(zhuǎn)速的可能下降要大。
23.如權(quán)利要求9所述的擠壓保護設備，其中所述電流檢測電路(2)包括一個起動電路(4)，該電路被設置以在剛開始驅(qū)動移動部件時檢測擠壓，第一電容(C1)在突發(fā)電流屏蔽周期內(nèi)被充電，突發(fā)電流屏蔽周期后，第一電容(C1)通過第一比較器(CMP1)的輸出被放電一段時間，在該段時間里第一比較器的輸出是低電平。
24.如權(quán)利要求12所述的擠壓保護設備，其中所述電流檢測路(2)包括一個起動電路(4)，該電路被設置為在剛開始驅(qū)動移動部件時檢測擠壓，電機(M)并不因為擠壓而轉(zhuǎn)動，ON/OFF操作在突發(fā)電流屏蔽周期結(jié)束時開始。
25.如權(quán)利要求10所述的擠壓保護設備，其中電機電流(ID)被轉(zhuǎn)化成電機電壓，電機電壓的的置換被放大以產(chǎn)生第二場效應晶體管(T22)的第二源極電勢，第二源極電勢在一段長時間內(nèi)的均值被作為第一源極電勢而產(chǎn)生，電流檢測電路(2)檢測到第二源極電勢高于第一源極電勢某個預定值，限流電路(7)通過ON/OFF操作和持續(xù)ON來限制電機電流(ID)。
26.如權(quán)利要求25所述的擠壓保護設備，其中第二場效應晶體管(T22)的柵極直接連接于第一比較器(CMP1)的輸出，第二源極電壓是由快跟隨電流(Iref-f)流入電阻(R24)而生成的壓降，第一源極電壓是由慢跟隨電流(Iref-s)流入電阻(R23)而生成的壓降。
27.如權(quán)利要求25所述的擠壓保護設備，其中電機電流(ID)在ON/OFF操作中的減小等于持續(xù)ON操作中流入?yún)⒖茧娮?R20)的參考電流(Iref)的一部分(Iref-2)。
全文摘要
當電機電流(ID)檢測到由擠壓引起的異常電流后，電機電流執(zhí)行一種ON/OFF操作和持續(xù)ON操作交替的操作，因此電機電流(ID)的增加被限制了。此時，根據(jù)ON/OFF操作和持續(xù)ON操作執(zhí)行了擠壓判決。當擠壓被判定時，電機電流(ID)被停止，并且電機反轉(zhuǎn)。
文檔編號B60J1/00GK1505861SQ02809040
公開日2004年6月16日 申請日期2002年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月2日
發(fā)明者大島俊藏 申請人:矢崎總業(yè)株式會社