專利名稱：負(fù)載驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有在發(fā)生過電流時中斷電路的功能的負(fù)載驅(qū)動裝置。本發(fā)明尤其涉及一種在過電流檢測功能中具有用于檢測故障的自診斷功能的負(fù)載驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
例如，在用于驅(qū)動諸如設(shè)置在車輛內(nèi)的燈或者電動機的負(fù)載的負(fù)載驅(qū)動裝置中，將作為電子開關(guān)的MOSFET設(shè)置在電池與負(fù)載之間，而且通過導(dǎo)通或者截止該MOSFET，來驅(qū)動或者停止驅(qū)動該負(fù)載。它們設(shè)置有電流檢測功能，以在過電流流過該負(fù)載時，通過立即檢測到該過電流，來保護該負(fù)載的電路元件、MOSFET和電子線路。
圖7示出被稱為這種具有過電流檢測功能的負(fù)載驅(qū)動裝置的典型電路。
如圖7所示，這種負(fù)載驅(qū)動裝置設(shè)置有電池VB、MOSFET T101(下面簡稱為“FET”)以及諸如燈或者電動機的負(fù)載101的串聯(lián)電路。
驅(qū)動器102被連接到FET T101的柵極。當(dāng)從驅(qū)動器102輸出驅(qū)動信號時，該FET T101導(dǎo)通，并將電池VB的輸出電壓施加到負(fù)載101，以驅(qū)動它。
該FET T101的漏極(電壓V1)通過電阻器R101和R102的串聯(lián)電路接地，而電阻器R101和R102的連接點(電壓V4)連接到比較器CMP101的正極(plus-side)輸入端。該FET T101的源極(電壓V2)連接到比較器CMP101的負(fù)極輸入端。圖7所示的參考符號R101下面所示的項目“1K”指電阻器R101的阻抗是1kΩ。此外，這也適用于其他電阻器。即，電阻器R102的電阻是150kΩ。
電阻器R103、R104和R105與電阻器R102并聯(lián)設(shè)置，而將它們的電阻值分別設(shè)置為150kΩ、75kΩ和37.5kΩ。電阻器R103、R104和R105分別通過FET T102、T103和T104接地。
下面，說明具有上述配置的負(fù)載驅(qū)動裝置的運行過程。在驅(qū)動器102輸出驅(qū)動信號時，該FET T101被導(dǎo)通，并且，電流ID沿電池VB、FET T101和負(fù)載101的通路流動。在以這種方式供給能量來驅(qū)動負(fù)載101。電壓VDS(電極間電壓)(其是在FET T101的漏極(第一電極)的電壓V1與源極(第二電極)的電壓V2之間的壓差)是負(fù)載電流ID與FET T101的導(dǎo)通電阻Ron的乘積。即，等式(1)成立。
VDS＝V1-V2＝Ron*ID...(1)由于電阻Ron是恒定的，所以電壓VDS與負(fù)載電流ID成正比地改變。因此，通過監(jiān)測電壓VDS的幅值，可以判定負(fù)載電流ID是否是過電流。這將以如下方式來進行。將電阻器R101兩端的電壓(V1-V4)設(shè)置為判定電壓。當(dāng)電壓VDS變得高于判定電壓(V1-V4)時，換句話說，當(dāng)FET T101的源極電壓V2變得低于電壓V4時，通過比較器CMP101的輸出信號的反轉(zhuǎn)(inversion)，就檢測到出現(xiàn)了過電流。
在FET T102至T104全部截止時，電壓V4等于通過在電阻器R101與R102之間分壓電壓V1獲得的電壓。由于在正常情況下，F(xiàn)ET T101的導(dǎo)通電阻通常約為5mΩ，而負(fù)載電流ID約為10A，所以在正常情況下，漏-源極電壓VDS約等于50mV。據(jù)此，設(shè)置電壓V4，以使電壓(V1-V4)變得約等于100mV。在圖7所示的例子中，當(dāng)V1＝14.5V時，利用下面的等式(2)求得電壓(V1-V4)
V1-V4＝V1*R101/(R101+R102)＝14.5*1/(1+150)＝96(mV)...(2)利用上述設(shè)置，在常規(guī)情況下，關(guān)系V4＜V2成立。如果出現(xiàn)過電流，而且電壓V2減小到建立關(guān)系V4＞V2，則比較器CMP101的輸出信號被反轉(zhuǎn)(inverted)。通過檢測這種反轉(zhuǎn)，檢測出現(xiàn)了過電流。
在開始驅(qū)動負(fù)載101時，流過涌流。為了防止將涌流錯誤地判定為過電流，通過將控制信號A1至A3提供到FET T102至T104，對判定電壓(V1-V4)的變化進行控制。例如，如果FET T102導(dǎo)通，則判定電壓(V1-V4)接近二倍。如果FET T103也導(dǎo)通，則判定電壓(V1-V4)接近三倍。如果FET T104也導(dǎo)通，則判定電壓(V1-V4)約是其原始值的八倍。這樣控制FET T102至T104可以避免出現(xiàn)因為負(fù)載電流ID的涌流或者正常變化，而錯誤地中斷電路的麻煩。
在上述電路配置中，如果FET T102至T104至少之一發(fā)生導(dǎo)通故障(on-failure)，即，如果因為某種原因，應(yīng)該被截止的FET T102至T104至少之一被導(dǎo)通，則判定電壓(V1-V4)是在正常狀態(tài)下的正常狀態(tài)值的兩倍或者兩倍以上。在正常運行過程中，進行控制，以使FETT102至T104全部截止。然而，例如，如果因為導(dǎo)通故障而使FET T102導(dǎo)通，則判定電壓(V1-V4)約是在FET T102被截止時獲得的值的兩倍。
如果在這種情況下出現(xiàn)過電流，則即使電壓VDS高于標(biāo)準(zhǔn)判定電壓(即，電壓VDS超過在FET T102至T104全部截止時設(shè)置的判定電壓)，也檢測不到過電流。不能進行適當(dāng)保護，而且FET T101可能被擊穿，或該線路可能被燒斷。
即使在FET T102至T104中的一個或者一些發(fā)生導(dǎo)通故障時，也不能發(fā)現(xiàn)該故障，因為只要考慮包括涌流情況下的正常操作中流過的負(fù)載電流ID，就導(dǎo)致錯誤操作。僅在因為短路等，而實際出現(xiàn)過電流后，才發(fā)現(xiàn)故障。即，在FET T102至T104中的一個或者一些發(fā)生導(dǎo)通故障時，在因為短路等而實際出現(xiàn)過電流之前，不出現(xiàn)故障。從放障的觀點出發(fā)，出現(xiàn)這種情況是不可取的。
如上所述，傳統(tǒng)的負(fù)載驅(qū)動裝置不僅設(shè)置了立即檢測流過負(fù)載的過電流(電流ID)的功能，而且設(shè)置了用于防止錯誤檢測在正常狀態(tài)下流過的諸如涌流的電流的電阻器R103至R105和FET T102至T104。然而，傳統(tǒng)負(fù)載驅(qū)動裝置存在的問題是，如果FET T102至T104之一或者一些發(fā)生導(dǎo)通故障而產(chǎn)生過電流，則不能可靠地保護該電路。
除了用于進行判定電壓設(shè)置的電路元件外，過電流保護電路還包括電路元件和連接它們的線路。如果在這些電路元件和線路中發(fā)生故障，則可能喪失電路保護功能。由于電路保護功能的喪失不立即表現(xiàn)出了，所以一旦出現(xiàn)故障，該故障就長時間持續(xù)存在。結(jié)果，盡管發(fā)生過電流事故的概率低，但是如果發(fā)生過電流事故，就不能保護該電路。

發(fā)明內(nèi)容
設(shè)計了本發(fā)明用于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有可以對過電流檢測/保護功能是否出現(xiàn)異常進行診斷的自診斷功能的負(fù)載驅(qū)動電路。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在驅(qū)動電路的控制下，通過使半導(dǎo)體器件導(dǎo)通/截止，對驅(qū)動負(fù)載和使負(fù)載停止進行控制的負(fù)載驅(qū)動裝置，包括過電流檢測單元，用于將在半導(dǎo)體器件的第一電極與第二電極之間流過電流時產(chǎn)生的電極間電壓與規(guī)定的判定電壓進行比較，而且在電極間電壓高于該判定電壓時，判定正流過半導(dǎo)體器件的過電流；以及診斷單元，用于對在半導(dǎo)體器件處于導(dǎo)通狀態(tài)的情況下，過電流檢測單元是否正常工作進行診斷，其中在診斷單元判定過電流檢測單元不正常工作時，該診斷單元將用于截止該半導(dǎo)體器件的指示信號輸出到該驅(qū)動電路。
在上述配置中，在半導(dǎo)體器件處于導(dǎo)通狀態(tài)時，對過電流檢測單元是否正常工作進行診斷。如果判定過電流檢測單元出現(xiàn)異常，則截止該半導(dǎo)體器件，以停止驅(qū)動該負(fù)載。這樣可以避免出現(xiàn)在過電流檢測單元發(fā)生異常的狀態(tài)下繼續(xù)驅(qū)動該負(fù)載的麻煩。結(jié)果，在出現(xiàn)過電流時，通過切斷該半導(dǎo)體器件，可以可靠地保護該電路。
優(yōu)選的，該過電流檢測單元包括比較單元，其用于將電極間電壓與判定電壓進行比較。在診斷單元對過電流檢測單元進行診斷時，該診斷單元切換，以將該判定電壓變更為比在正常電流流過負(fù)載時獲得的半導(dǎo)體器件的電極間電壓低的診斷判定電壓，而且在比較單元判定電極間電壓低于或者等于診斷判定電壓時，該診斷單元判定過電流檢測單元出現(xiàn)異常。
在上述配置中，在診斷單元診斷過電流檢測單元時，將要與電極間電壓進行比較的判定電壓變更為比正常判定電壓低的診斷判定電壓。因此，如果過電流檢測單元未發(fā)生異常，則反轉(zhuǎn)比較單元的輸出信號，而如果過電流檢測單元發(fā)生異常，則不反轉(zhuǎn)該比較單元的輸出信號。通過判定比較單元的輸出信號是否被反轉(zhuǎn)，可以判定過電流檢測單元是否發(fā)生異常。還可以檢測過小電流是否流過負(fù)載。
優(yōu)選地，該過電流檢測單元包括比較單元，其用于將電極間電壓與判定電壓進行比較。在診斷單元對過電流檢測單元進行診斷時，通過將規(guī)定電壓與電極間電壓相加，診斷單元產(chǎn)生相加的電壓，該比較單元不將電極間電壓，而是將該相加電壓與判定電壓進行比較。在比較單元判定該相加的電壓低于或者等于該判定電壓時，診斷單元判定過電流檢測單元已經(jīng)出現(xiàn)異常。
在上述配置中，在診斷單元診斷過電流檢測單元時，不將電極間電壓，而將通過將規(guī)定電壓與電極間電壓相加獲得的相加的電壓施加到比較單元，并且，該比較單元將該相加的電壓與判定電壓進行比較。因此，在過電流檢測單元未發(fā)生異常時，該相加的電壓高于判定電壓，因此，比較單元的輸出信號被反轉(zhuǎn)。另一方面，在過電流檢測單元發(fā)生異常時，比較單元的輸出信號未被反轉(zhuǎn)。通過判定比較單元的輸出信號是否被反轉(zhuǎn)，可以判定過電流檢測單元是否發(fā)生異常。在該診斷方法中，如果相加的電壓設(shè)置得高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)判定電壓，則即使負(fù)載電流過小，也判定過電流檢測單元正常。該診斷方法可以應(yīng)用于即使在負(fù)載電流過小時，也無需切斷半導(dǎo)體器件的情況，因為它不是導(dǎo)致諸如發(fā)熱的麻煩的因素。第二實施例可以應(yīng)用于這種情況。
優(yōu)選地，過電流檢測單元包括比較單元，其用于將電極間電壓與判定電壓進行比較。在診斷單元對過電流檢測單元進行診斷時，該診斷單元切換，以將該判定電壓變更為比在正常電流流過負(fù)載時獲得的半導(dǎo)體器件的電極間電壓低的診斷判定電壓，而且通過將規(guī)定電壓與電極間電壓相加，診斷單元產(chǎn)生相加的電壓。該比較單元不將電極間電壓，而將該相加的電壓與診斷判定電壓進行比較。在比較單元判定相加的電壓低于或者等于診斷判定電壓時，該診斷單元判定過電流檢測單元出現(xiàn)異常。
在上述配置中，在診斷單元診斷過電流檢測單元時，使判定電壓變更為比正常判定電壓低的診斷判定電壓，并且，不將電極間電壓，而將通過將規(guī)定電壓與電極間電壓相加獲得的相加的電壓施加到比較單元。因此，如果過電流檢測單元沒有發(fā)生異常，則比較單元的輸出信號被反轉(zhuǎn)，而如果過電流檢測單元發(fā)生異常，則該比較單元的輸出信號不被反轉(zhuǎn)。通過判定比較單元的輸出信號是否被反轉(zhuǎn)，可以判定過電流檢測單元是否發(fā)生異常。在過小電流流過負(fù)載時，比較單元的輸出信號被反轉(zhuǎn)。因此，只能檢測過電流檢測單元是否發(fā)生異常，即，沒有檢測到出現(xiàn)過小負(fù)載電流。
在此，優(yōu)選地，過電流檢測單元具有在診斷狀態(tài)之外的正常狀態(tài)下，在比較單元判定電極間電壓高于判定電壓時，檢測過電流的功能。過電流檢測單元包括禁止單元，用于在診斷單元診斷過電流檢測單元時，根據(jù)比較單元的輸出，禁止用于檢測過電流的功能。
在上述配置中，在診斷單元診斷過電流檢測單元時，禁止單元禁止根據(jù)比較單元的輸出信號進行過電流判定。這樣可以防止在診斷過程中由于比較單元的輸出信號的反轉(zhuǎn)造成的錯誤過電流檢測。


通過參考附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點更加顯而易見，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例具有自診斷功能的負(fù)載驅(qū)動裝置配置的電路圖；圖2是示出根據(jù)第一實施例的負(fù)載驅(qū)動裝置的各種控制信號和電壓的變化的時序圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例包括自診斷功能的負(fù)載驅(qū)動裝置配置的電路圖；圖4是示出根據(jù)第二實施例的負(fù)載驅(qū)動裝置的各種控制信號和電壓的變化的時序圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施例包括自診斷功能的負(fù)載驅(qū)動裝置配置的電路圖；圖6是示出根據(jù)第三實施例的負(fù)載驅(qū)動裝置的各種控制信號和電壓的變化的時序圖；以及圖7是示出傳統(tǒng)負(fù)載驅(qū)動裝置配置的電路圖。
具體實施例方式
下面將參考

本發(fā)明實施例。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例具有自診斷功能的負(fù)載驅(qū)動裝置配置的電路圖。
如圖1所示，該負(fù)載驅(qū)動裝置設(shè)置了電池VB、MOSFET T1(半導(dǎo)體器件，下面簡稱為“FET”)以及諸如燈泡或者電動機的負(fù)載1的串聯(lián)電路。
驅(qū)動器(驅(qū)動電路)2連接到FET T1的柵極。在驅(qū)動器2輸出驅(qū)動信號時，F(xiàn)ET T1導(dǎo)通，并且，將電池VB的輸出電壓施加到負(fù)載1，以驅(qū)動它。
FET T1的漏極(第一電極，電壓V1)通過電阻器R1和R2的串聯(lián)電路接地，而電阻器R1和R1的連接點(電壓V4)連接到比較器CMP1的正極輸入端。該FET T1的源極(第二電極，電壓V2)連接到比較器CMP1的負(fù)極輸入端。圖1所示參考符號R1下面所示的項目“1K”指電阻器R1的電阻是1kΩ。此外，這也適用于其他電阻器。即，電阻器R2的電阻是600kΩ。
從比較器CMP1的輸出端分成兩個支路線。一個支路線連接到“與(AND)”電路AND1(禁止單元)的一個輸入端，而另一個支路線連接到控制電路3(過電流檢測單元，診斷單元)。“與”電路AND1的其他輸入端連接到該控制電路3。
電阻器R3、R4和R5與電阻器R2并聯(lián)設(shè)置，而將它們的電阻值分別設(shè)置為150kΩ、75kΩ和37.5kΩ。電阻器R3、R4和R5分別通過FET T2、T3和T4接地。
電阻器R21與電阻器R2并聯(lián)，而且通過FET T5接地。電阻器R2和R21的電阻值分別是600kΩ和200kΩ，因此，它們的合成電阻(并聯(lián))等于150kΩ，它與圖7所示傳統(tǒng)裝置的電阻器R102的電阻相等。
該FET T2至T5的柵極連接到控制電路3，而且根據(jù)從控制電路3輸出的控制信號A1至A3和C，對FET T2至T5進行導(dǎo)通/截止控制。
下面，說明具有上述配置的負(fù)載驅(qū)動裝置的運行過程。
<正常運行過程>
在驅(qū)動信號從驅(qū)動器2輸出，而且將該驅(qū)動信號提供到FET T1的柵極時，該FET T1導(dǎo)通，并且，電流ID沿電池VB、FET T1和負(fù)載1的通路流動。在以這種方式供給能量時，驅(qū)動負(fù)載101。作為FETT1的漏極電壓V1與源極電壓V2之間的壓差的電壓VDS(電極間電壓)是負(fù)載電流ID與FET T1的導(dǎo)通電阻Ron的乘積。即，等式(1)成立，如在“背景技術(shù)”小節(jié)所述。
VDS＝V1-V2＝Ron*ID...(1)由于電阻Ron是恒定的，所以電壓VDS與負(fù)載電流ID成正比改變。因此，通過監(jiān)測電壓VDS的幅值，可以判定負(fù)載電流ID是否是過電流。這是以如下方式進行的。將電阻器R1兩端的電壓(V1-V4)設(shè)置為判定電壓。當(dāng)電壓VDS變得高于電壓(V1-V4)時，即，當(dāng)FETT1的源極電壓V2變得低于電壓V4時，通過比較器CMP1的輸出信號反轉(zhuǎn)，來檢測過電流的出現(xiàn)。
在FET T2至T4全部截止，而FET T5導(dǎo)通時，電壓V4等于通過在電阻器R1(1kΩ)與R2和R21(并聯(lián))的合成電阻器(150kΩ)之間分壓電壓V1獲得的電壓。由于在正常情況下，F(xiàn)ET T1的導(dǎo)通電阻通常約為5mΩ，而負(fù)載電流ID約為10A，所以在正常情況下，漏-源極電壓VDS約等于50mV。根據(jù)此事實，設(shè)置電壓V4，以使判定電壓(V1-V4)變得約等于100mV。在圖1所示的例子中，在V1＝14.5V時，電壓(V1-V4)由下面的等式(2)給出V1-V4＝V1*R1/(R1+R2‖R21)＝14.5*1/(1+150)＝96(mV)...(2)其中R2‖R21是電阻器R2和R21(并聯(lián))的合成電阻。
利用上述設(shè)置，在常規(guī)狀態(tài)下，關(guān)系V4＜V2成立。如果出現(xiàn)過電流，而且電壓V2減小到建立關(guān)系V4＞V2，則比較器CMP1的輸出信號被反轉(zhuǎn)。通過檢測這種反轉(zhuǎn)，可檢測過電流的出現(xiàn)。檢測到比較器CMP1的輸出信號反轉(zhuǎn)后，控制電路3將截止FET T1的指示信號輸出到驅(qū)動器2。
在開始驅(qū)動負(fù)載1時，涌流流過。為了防止將涌流錯誤地判定為過電流，通過將控制電路3輸出的控制信號A1至A3送到FET T2至T4，對判定電壓(V1-V4)的變化進行控制。例如，如果FET T2導(dǎo)通，則判定電壓(V1-V4)幾乎二倍。如果FET T3也導(dǎo)通，則判定電壓(V1-V4)幾乎是三倍。如果FET T4也導(dǎo)通，則判定電壓(V1-V4)約是其原始值的八倍。以這種方式控制FET T2至T4，使其可以避免出現(xiàn)因為負(fù)載電流ID的涌流或者正常變化，而錯誤地中斷電路的麻煩。
下面說明具體的運行過程。假定送到“與”電路AND1的一個輸入端的控制信號B是H(高)電平。首先，如果在FET T2至T4全部被截止，而FET T5導(dǎo)通的狀態(tài)下，比較器CMP1的輸出信號被反轉(zhuǎn)(即，檢測到過電流)，則使FET T2至T4全部導(dǎo)通。在這種情況下，判定電壓(V1-V4)是正常狀態(tài)值的八倍。如果在這種狀態(tài)下還檢測到過電流，則由于認(rèn)為因為全短路等，而導(dǎo)致流過非常大的過電流，所以立即截止FET T1。
如果通過使判定電壓(V1-V4)是正常狀態(tài)值的八倍，而不再檢測到過電流(即，比較器CMP1的輸出信號返回原始狀態(tài))，則在經(jīng)歷了預(yù)定時間后，僅使FET T4被截止。結(jié)果，使判定電壓(V1-V4)是正常狀態(tài)值的四倍。如果在該狀態(tài)下，再一次檢測到過電流，則切斷FET T1。另一方面，如果沒有檢測到過電流，則在經(jīng)歷了預(yù)定時間后，使FET T3截止，從而使判定電壓(V1-V4)是正常狀態(tài)值的兩倍。
如果在這種狀態(tài)下，檢測到過電流，則使FET T1截止。如果沒有檢測到過電流，則在經(jīng)歷了預(yù)定時間后，使FET T2截止。如果在這種狀態(tài)下，檢測到過電流，則切斷FET T1。另一方面，如果沒有檢測到過電流，則由于認(rèn)為該過電流是因為象涌流一樣的正常電流變化產(chǎn)生的，所以保持當(dāng)前狀態(tài)。即，繼續(xù)驅(qū)動負(fù)載1，同時使FET T2至T4保持截止。
由于以上述方式分別對FET T2至T4進行導(dǎo)通/截止控制，所以在象發(fā)生全短路時流過的電流一樣，非常大的電流流過FET T1時，該電路被立即中斷，因此可以保護FET T1、負(fù)載1和線路。此外，由于不將在正常狀態(tài)下產(chǎn)生的諸如涌流的電流判定為過電流，可以避免因此導(dǎo)致的錯誤中斷。
<診斷操作>
下面，說明診斷過電流檢測電路是否發(fā)生故障的操作。圖2是示出從控制電路3輸出的用于控制相應(yīng)FET T2至T5的控制信號、輸入到“與”電路AND1的一個輸入端的控制信號B以及各種電壓的變化的時序圖。圖2(a)示出控制信號A1至A3，圖2(b)示出控制信號B，而圖2(c)示出控制信號C。圖2(d)示出電壓V1、電壓V2a(后面說明)、電壓V2、電壓V4以及電壓V4a(后面說明)的變化。在控制信號A1至A3全部被切斷(即，處于L(低)電平)，而判定電壓處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時，進行診斷。
在開始診斷時，在時間t1，圖2(b)所示的控制信號B的電平從“H”切換到“L”，從而使送到“與”電路AND1(禁止單元)的一個輸入端的信號電平變成“L”。因此，“與”電路AND1的輸出信號的電平被固定在“L”。即，即使它是比較器CMP1產(chǎn)生的，也禁止輸出過電流判定信號。
在這種情況下，在時間t2，圖2(c)所示的控制信號C的電平從“H”切換到“L”，從而使FET T5截止，而且電阻器R21被中斷。電阻器R1和R2的串聯(lián)電路將產(chǎn)生電壓V4。由于從電阻器R2和R21(并聯(lián))的合成電阻(150kΩ)切換到電阻器R2(600kΩ)，所以判定電壓(V1-V4)迅速降低(到診斷判定值)。即，電壓V4迅速升高，如圖2(d)所示。電壓V4超過電壓V2，從而使比較器CMP1的輸出信號反轉(zhuǎn)。這樣就檢測不到過電流，因為禁止“與”電路AND1輸出過電流判定信號。因此，不檢測到出現(xiàn)過電流。
控制電路3檢測比較器CMP1的輸出信號是否被反轉(zhuǎn)。如果檢測到反轉(zhuǎn)，則控制電路3判定包括FET T2至T4的過電流檢測電路正常工作。在時間t3，控制信號C的電平從“L”返回“H”，隨后，電壓V4變得低于電壓V2時(判定電壓從診斷判定值變更為正常判定值)。在時間t4，控制信號B的電平從“L”返回“H”，從而恢復(fù)正常過電流檢測功能。通過周期性地執(zhí)行時間t1至t4的上述操作，以預(yù)定間隔執(zhí)行上述診斷功能。
如果FET T2至T4的至少之一發(fā)生導(dǎo)通故障，則在診斷期間，通過中斷電阻器R21，使電阻器R3至R5的至少之一起作用。電阻器R2至R5(并聯(lián))的合成電阻小于150kΩ。因此，電壓V4變得小于正常工作的值(即，在電阻器R2和R21互相并聯(lián)在一起時獲得的值)。即，如圖2(d)所示，作為這種情況下的電壓V4的電壓V4a比僅電阻器R2起作用時獲得的值小電壓Vx。因此，電壓V4a不超過電壓V2，且比較器CMP1的輸出信號不被反轉(zhuǎn)。
因此，如果在t2至t3的周期內(nèi)，比較器CMP1的輸出信號不被反轉(zhuǎn)，則控制電路3可以判定過電流檢測電路不工作。如果在周期性執(zhí)行的時間t1至t14的處理過程中，控制電路3連續(xù)多次(例如，三次)檢測到比較器CMP1的輸出信號未被反轉(zhuǎn)，則控制電路3判定過電流檢測電路確實存在障礙。為了防止在最壞情況下發(fā)生可能導(dǎo)致車輛著火的這種故障，控制電路3將停止信號輸出到驅(qū)動器2，從而切斷FETT1。此外，利用燈、蜂鳴器等(未示出)，控制電路3聲明過電流檢測功能發(fā)生異常。
如上所述，在根據(jù)該實施例具有自診斷功能的負(fù)載驅(qū)動裝置中，利用如圖1所示的并聯(lián)連接的電阻器R2和R21代替在正常狀態(tài)下進行電壓分壓的電阻器R102(請參考圖7)，并且，將它們的合成電阻設(shè)置為與電阻器R102的電阻相同(150kΩ)。在診斷期間，截止FET T5，因此，判定電壓(V1-V4)使得診斷判定值小于正常判定值，而且比較器CMP1的輸出信號被反轉(zhuǎn)。
上面的電路還可以檢測流過負(fù)載1的電流過小的情況。下面對此做說明。根據(jù)等式(1)，在流過負(fù)載1的電流(即，負(fù)載電流ID)因為某種原因而低于正常工作中的負(fù)載電流時，電壓VDS變低。即，F(xiàn)ETT1的源極電壓V2(即，圖2(d)所示的電壓V2a)變得高于正常狀態(tài)下的源極電壓。在這種情況下，即使FET T5截止以提高電壓V4，電壓V4也不超過電壓V2a。由于比較器CMP1的輸出信號沒有被反轉(zhuǎn)，所以控制電路3判定喪失了過電流檢測功能。這說明通過截止FET T5，使判定電壓(V1-V4)低于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的判定電壓，還可以檢測到流過負(fù)載1的電流過小的異常情況。
下面解釋上面的討論。設(shè)ΔV4表示在FET T5截止時出現(xiàn)的電壓V4的升高。如果在判定電壓(V1-V4)處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(即，進行控制，以致截止FET T2至T4)的狀態(tài)下，電壓V4增加ΔV4，而確認(rèn)關(guān)系(V1-V4)＜DVS成立，則在因為線路故障等而使電壓VDS增加ΔV4時，可以保證過電流檢測功能確實工作。在上面的描述中，F(xiàn)ET T2至T4之一或者之一些發(fā)生導(dǎo)通故障是損壞過電流檢測功能的一個因素。另一方面，如果電壓V4升高ΔV4，則確認(rèn)使比較器CMP1的輸出信號反轉(zhuǎn)意味著，不僅確認(rèn)FET T2至T4正常，而且確認(rèn)涉及該過電流檢測功能的所有部件和線路正常工作。
下面，說明本發(fā)明的第二實施例。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的負(fù)載驅(qū)動裝置配置的電路圖。除了根據(jù)該電路設(shè)置了電阻器R6和R7以及FET T6外，根據(jù)該實施例的電路與圖1所示電路的配置相同。
更具體地說，在根據(jù)第二實施例的負(fù)載驅(qū)動裝置上，在FET T1的源與比較器CMP1的負(fù)極輸入端之間設(shè)置電阻器R6，而在電阻器R6的一端與地線之間設(shè)置電阻器R7和FET T6的串聯(lián)電路。該FET T6的柵極連接到FET T5的源極。
接著，說明第二實施例的運行過程。在正常狀態(tài)下，根據(jù)第二實施例的負(fù)載驅(qū)動裝置以與根據(jù)第一實施例的方式相同的方式工作。下面將參考圖4所示的流程圖說明診斷操作。
在診斷操作過程中，在時間t1，控制信號B的電平變更為“L”，從而使“與”電路AND1的輸出信號的電平被固定在“L”。在時間t2，將控制信號C輸入到FET T5的柵極，從而截止FET T5。結(jié)果，與第一實施例的情況相同，電壓V4升高。如圖4(d)所示，在時間t2至t3的周期內(nèi)，電壓V4升高，而且超過電壓V2。因此，比較器CMP1的輸出信號被反轉(zhuǎn)，而且檢測到過電流保護功能正常，包括FET T2至T4沒有發(fā)生導(dǎo)通故障。
與此同時，在時間t2，該FET T6導(dǎo)通，隨后，電流流過電阻器R6和R7，而且電阻器R6兩端出現(xiàn)電壓降。將低于電壓V2的電壓V3送到比較器CMP1的負(fù)極輸入端。即，電壓(V1-V3)是通過將規(guī)定的電壓與電壓VDS(電極間電壓)相加獲得的相加電壓。
因此，即使在過小電流流過負(fù)載1，而且電壓V2(即，圖4(d)所示的電壓V2a)變得高于正常值時，在時間t2至t3的周期內(nèi)，電阻器R6兩端的電壓降使其降低的電壓V3變得低于電壓V4，因此，比較器CMP1的輸出信號被反轉(zhuǎn)。這樣可以防止發(fā)生因為流過負(fù)載1的電流過小而導(dǎo)致CMP1的輸出信號不被反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。
在第一實施例中，在診斷操作過程中，通過不使比較器CMP1的輸出信號反轉(zhuǎn)，可以檢測到過小的負(fù)載電流ID。相反，在第二實施例中，可以從檢測對象中排除這種事務(wù)，因為在負(fù)載電流ID過小時，比較器CMP1的輸出信號被反轉(zhuǎn)。可以認(rèn)為，即使在負(fù)載電流過小時，也無需切斷FET T1，因為與過電流相反，過小電流不是與安全有關(guān)的問題。第二實施例可以應(yīng)用于這種情況。
下面，說明本發(fā)明的第三實施例。圖5是示出根據(jù)第三實施例的負(fù)載驅(qū)動裝置的電路圖。該實施例的電路與圖3所示電路的不同之處在于，去除了電阻R21、FET T5，且利用電阻器R20(150kΩ)代替電阻器R2(600kΩ)，而且將控制信號C送到FET T6的柵極。該實施例的控制信號C就是反轉(zhuǎn)的圖4(c)所示控制信號。此外，為了改變電壓(V2-V3)的幅值，改變電阻器R6和R7的電阻值。在圖5所示的電路上，在診斷操作過程中，不改變電壓V4，而僅執(zhí)行使電壓與電壓VDS相加的操作。即，與在第一實施例中不同，不將判定電壓(V1-V4)變更為比正常判定值小的診斷判定值，而僅執(zhí)行通過將規(guī)定的電壓與電壓VDS相加獲得相加的電壓的處理。
將參考圖6所示的流程圖說明第三實施例的運行過程。圖6所示的例子與圖2和圖4所示例子的相同之處在于，在控制信號A1至A3處于L電平，而且在時間t1到t4的周期內(nèi)，將控制信號B設(shè)置為L電平，以將“與”電路AND1的輸出電平固定在“L”的狀態(tài)下執(zhí)行診斷操作。
在時間t2，控制信號C的電平從“L”變更為“H”，從而使FETT6導(dǎo)通，隨后，電流流過電阻器R6，而且其上產(chǎn)生電壓降。
設(shè)置電阻器R6和R7的電阻值，以使壓降(V2-V3)的幅值稍許大于標(biāo)準(zhǔn)判定電壓(V1-V4)。結(jié)果，如果過電流檢測電路正常工作，則在時間t2至t3的周期內(nèi)，關(guān)系V3＜V4成立，且因此，比較器CMP1的輸出信號被反轉(zhuǎn)。即使對于與正常值相比負(fù)載電流ID過小時獲得的電壓V2a，也可以使比較器CMP1的輸出信號反轉(zhuǎn)。即，利用更簡單的電路配置，第三實施例實現(xiàn)了過小負(fù)載電流不是檢測對象的第二實施例的特征。
上面以說明所示的實施例的形式說明了根據(jù)本發(fā)明具有自診斷功能的負(fù)載驅(qū)動裝置。然而，本發(fā)明并不局限于這些實施例?？梢岳镁哂型瑯庸δ艿乃蟮碾娐反婷總€單獨部分。
在半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時，以規(guī)定間隔診斷是否執(zhí)行插入半導(dǎo)體開關(guān)內(nèi)的過電流保護功能。在發(fā)生異常的情況下，則截止該半導(dǎo)體開關(guān)，因此能夠可靠地防止因為半導(dǎo)體開關(guān)的故障而導(dǎo)致諸如發(fā)熱或者失火的事故。結(jié)果，該半導(dǎo)體開關(guān)的可靠性與包括熔斷器和繼電器的傳統(tǒng)開關(guān)機構(gòu)的可靠性相同。因此，利用半導(dǎo)體開關(guān)可以實現(xiàn)過電流保護功能和開關(guān)功能。
盡管根據(jù)特定優(yōu)選實施例，對本發(fā)明進行了描述和說明，但是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容，可以進行各種變更和修改。顯然，這些變更和修改在所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明實質(zhì)范圍內(nèi)。
本專利申請基于2005年11月11日提交的第2005-323439號日本專利申請，在此引用該專利申請的內(nèi)容供參考。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)載驅(qū)動裝置，其在驅(qū)動電路的控制下，通過使半導(dǎo)體器件導(dǎo)通/截止，用于對驅(qū)動負(fù)載和使負(fù)載停止進行控制，包括過電流檢測單元，用于將在半導(dǎo)體器件的第一電極與第二電極之間流過電流時產(chǎn)生的電極間電壓與規(guī)定的判定電壓進行比較，而且在電極間電壓大于該判定電壓時，判定過電流流過該半導(dǎo)體器件；以及診斷單元，用于對在半導(dǎo)體器件處于導(dǎo)通狀態(tài)的情況下，過電流檢測單元是否正常工作進行診斷，其中在診斷單元判定該過電流檢測單元不正常工作時，該診斷單元將用于截止該半導(dǎo)體器件的指示信號輸出到該驅(qū)動電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載驅(qū)動裝置，其中該過電流檢測單元包括比較單元，用于比較電極間電壓與判定電壓；以及其中在診斷單元對過電流檢測單元進行診斷時，該診斷單元切換，以將該判定電壓變更為比在正常電流流過負(fù)載時獲得的半導(dǎo)體器件的電極間電壓低的診斷判定電壓，而且在比較單元判定電極間電壓低于或者等于診斷判定電壓時，該診斷單元判定過電流檢測單元出現(xiàn)異常。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載驅(qū)動裝置，其中該過電流檢測單元包括比較單元，用于將電極間電壓與判定電壓進行比較；以及其中在診斷單元對過電流檢測單元進行診斷時，通過將規(guī)定電壓與電極間電壓相加，診斷單元產(chǎn)生相加電壓，該比較單元不將電極間電壓，而將該相加的電壓與判定電壓進行比較；以及其中在比較單元判定該相加電壓低于或者等于該判定電壓時，診斷單元判定過電流檢測單元中已經(jīng)出現(xiàn)異常。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載驅(qū)動裝置，其中該過電流檢測單元包括比較單元，用于將電極間電壓與判定電壓進行比較；以及其中在診斷單元對過電流檢測單元進行診斷時，該診斷單元切換，以將該判定電壓變更為比在正常電流流過負(fù)載時獲得的半導(dǎo)體器件的電極間電壓低的診斷判定電壓，而且通過將規(guī)定電壓與電極間電壓相加，診斷單元產(chǎn)生相加電壓，該比較單元不將電極間電壓，而將該相加電壓與診斷判定電壓進行比較；以及其中在比較單元判定該相加的電壓低于或者等于該診斷判定電壓時，該診斷單元判定該過電流檢測單元出現(xiàn)異常。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的負(fù)載驅(qū)動裝置，其中過電流檢測單元在診斷狀態(tài)之外的正常狀態(tài)下，在比較單元判定電極間電壓高于判定電壓時，具有檢測過電流的功能；以及其中過電流檢測單元包括禁止單元，用于在診斷單元診斷過電流檢測單元時，根據(jù)該比較單元的輸出，禁止過電流的檢測的功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的負(fù)載驅(qū)動裝置，其中該過電流檢測單元在診斷狀態(tài)之外的正常狀態(tài)下，在比較單元判定電極間電壓高于判定電壓時，具有檢測過電流的功能；以及其中過電流檢測單元包括禁止單元，用于在診斷單元診斷過電流檢測單元時，根據(jù)該比較單元的輸出，禁止過電流的檢測的功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的負(fù)載驅(qū)動裝置，其中該過電流檢測單元在診斷狀態(tài)之外的正常狀態(tài)下，在比較單元判定電極間電壓高于判定電壓時，具有檢測過電流的功能；以及其中過電流檢測單元包括禁止單元，用于在診斷單元診斷過電流檢測單元時，根據(jù)該比較單元的輸出，禁止過電流的檢測的功能。
全文摘要
一種在驅(qū)動電路的控制下，通過使半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通/截止，對驅(qū)動負(fù)載和使負(fù)載停止進行控制的負(fù)載驅(qū)動裝置，包括過電流檢測單元，用于將在半導(dǎo)體器件的第一電極與第二電極之間流過電流時產(chǎn)生的電極間電壓與規(guī)定的判定電壓進行比較，而且在電極間電壓大于該判定電壓時，判定過電流流過半導(dǎo)體器件；以及診斷單元，用于對在半導(dǎo)體器件處于導(dǎo)通狀態(tài)的情況下，過電流檢測單元是否正常工作進行診斷。在診斷單元判定過電流檢測單元不正常工作時，該診斷單元將用于截止該半導(dǎo)體器件的指示信號輸出到該驅(qū)動電路。
文檔編號H03K17/08GK1964191SQ20061014394
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月8日
發(fā)明者大島俊藏 申請人:矢崎總業(yè)株式會社