CN106797117A - 车用电源控制装置 - Google Patents

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Abstract

当从电源(B)经由具有相同的配线电阻的两个电线(51、52)的并联电路(5)而向负载(3)供给电力时，车用电源控制装置(1)使用智能功率器件(IPD)(131、132)中的电流测量部(b)来测量流经各个电线(51、52)中的半导体开关元件(a)的通过电流。然后，为了基于测量的电流使由电流温度估计部(115a)所估计的电线(51、52)的温度匹配，在目标占空比计算部(115b)中计算用于减小一个电线(51)上的IPD(131)的半导体开关元件(a)中的通过电流的PWM控制中的目标占空比，并且一个IPD(131)的半导体开关元件(a)以计算出的目标占空比通过PWM/DC控制及切断判定部(112)接通/断开。

Description

车用电源控制装置
技术领域
本发明涉及一种车用电源控制装置，该车辆电源控制装置通过基于电线的温度而接通和断开将电力从电源供给到负载的电线之上的半导体开关元件，进行电力对负载的供给和切断。
背景技术
在车辆中，传统地，已经通过接通和断开半导体开关元件而实现了电力从电源到负载的供给的控制。在这样的控制的一些方法中，采用了具有通过电流检测功能、抵抗过电流的自保护功能等的智能功率器件(IPD)作为半导体开关元件。
当使用这样的IPD作为半导体开关元件时，例如，变得能够配置这样的电源控制装置，使得根据由IPD的通过电流检测功能所检测到的通过电流，来估计将电源与负载连接的电线的温度，并且进一步地，当如此评估出的温度超过了预定的最高温度时，鉴于保护电线，通过切断半导体开关元件而切断到负载的电力的供给(参见专利文献1)。
另外，例如，在不能够利用单个IPD的载流能力而提供足以驱动负载的电流的情况下，已经提出了将并联连接的具有相同规格的多个IPD插置于电源与负载之间。在这种情况下，通过匹配经由多个IPD的各个布线图案的所有的布线电阻，而进行使得流经各个IPD的电流的数值彼此等同，从而防止电流集中地流动在特定的IPD中(参见专利文献2)。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2009-130944 A
专利文献2：JP 2001-310720 A
专利文献3：JP H06-048246 A
专利文献4：JP 2012-122869 A
发明内容
然而，在IPD的半导体开关元件的接通电阻和内部电路的电路电阻中的个体之间存在变化。从而，即使实际上相同大小的电流流经各个IPD，也可能在由各个IPD所检测到的流经电流中产生个体之间的变化。
当由各个IPD所检测到的流经电流彼此不同时，也在根据流经电流所估计的电线的温度中产生变化。结果，存在如下可能性：尽管在各个IPD中流经的实际电流和经由IPD的布线图案的布线电阻彼此等同，用于供给电力的各个IPD的切断操作也变得不稳定。
当产生这样的现象时，存在这样的可能性：即使在利用一个IPD切断电力的供给之后，其它IPD也运行以维持供给电力，从而由于电流集中在仍旧维持供给电力的其它IPD上，导致产生异常发热或电阻劣化。
鉴于上述情况，假定通过基于电线的温度而断开各个电线上的半导体开关元件，切断要从车辆的电源经由多个电线的并联电路而供给到负载的电力这样的情况下，本发明的目的是提供一种车用电源控制装置，即使当在各个半导体开关元件中的个体之间存在变化时，或者各个电线关于其它安装环境而彼此不同时，该车用电源控制装置也能够利用各个半导体开关元件而使供电切断时间同步。
为了实现以上目的，根据本发明的方面，提供了一种车用电源控制装置，用于通过基于多个电线的各自的温度而断开所述电线上的各自的半导体开关元件，以切断从车辆的电源经由所述电线的并联电路而被供给至负载的电力，所述车用电源控制装置包括：部，该电流测量部测量分别流经各个所述半导体开关元件的通过电流；电线温度估计部，该电线温度估计部根据由所述电流测量部所测量的所述通过电流，而估计各个所述电线的温度；占空比确定部，该占空比确定部确定各个所述半导体开关元件的PWM控制的占空比，以使所述电线的各自的估计温度匹配；以及PWM控制部，该PWM控制部利用由所述占空比确定部与各个所述半导体开关元件对应地确定的所述占空比，PWM控制各个所述半导体开关元件。
利用根据本发明的方面的车辆的电源空盒子装置，根据由电流测量部所测量的各个半导体开关元件的通过电流，估计各个电线的温度，并且随后，为了匹配各个电线的估计温度，而确定各个电线上的半导体开关元件的PWM控制的占空比。
由此，对于要匹配的目标温度低于根据相关的半导体开关元件的通过电流而估计的温度的电线，用于使得估计温度与低于该估计温度的目标温度一致的PWM控制的占空比具有减少其接通时间的内容。
相反，对于要被匹配的目标温度高于根据相关的半导体开关元件的通过电流所估计的温度的电线，用于使得估计温度与高于该估计温度的目标温度一致的PWM控制的占空比具有增加其接通时间的内容。
在另一种情况下，通过以与根据各半导体开关元件的通过电流的测量值而估计的电线的温度相对应的占空比而PWM控制半导体开关元件，各个电线的随后估计的温度变得互相匹配，从而使得基于电线的温度而断开各半导体开关元件的时间能够同时发生。
因此，当通过基于各个电线的温度而断开各个电线上的半导体开关元件，以切断从车辆的电源经由多个电线的并联电路而被供给至负载的电力时，即使当在各半导体开关元件的个体之间存在变化，或者各个电线的安装环境方面彼此不同，也能够使利用各半导体开关元件的电源的切断时间彼此同步。
所述占空比确定部确定各个所述半导体开关元件的PWM控制的所述占空比，从而使得各个所述电线的所述估计温度与最低的所述估计温度一致。
利用这样的配置，确定半导体开关元件的PWM控制的占空比，从而使得各个电线的温度与估计温度的最低温度一致，所述各个电线的温度根据由电流测量部测量的半导体开关元件的通过电流而估计。
因此，对于根据相关的半导体开关元件的通过电流而估计的温度与最低估计温度不同的电线，确定PWM控制的占空比，从而均匀地减少它们的接通时间，使得各半导体开关元件的通过电流减小，以使得根据通过电流而估计的温度降低。
从而，通过以与用于匹配各个电线的估计温度的更正内容相对应的占空比对目标半导体开关元件进行PWM控制，连接到目标半导体开关元件的电线的温度下移，使得能够将并联电路的各个电线的温度控制至适当的温度。
利用根据本发明的方面的车用电源控制装置，当通过基于各个电线的温度而断开各个电线上的半导体开关元件，切断从车辆的电源经由多个电线的并联电路而被供给至负载的电力时，即使当在各半导体开关元件的个体之间存在变化，或者各个电线的安装环境方面彼此不同时，也能够使利用各半导体开关元件的电源的切断时间彼此同步。
附图说明
图1是图示出根据第一实施例的车用电源控制装置的基本构成电路图。
图2是示意性地图示出在图1的控制部中执行的处理的功能方块图。
图3是图示出当图2的电流检测部和占空比检测部分别检测到负载的通过电流及其占空比时的过程的时序图。
图4是图示出图1的电源控制装置中进行的操作的流程图。
图5是根据第二实施例的断开检测装置的功能构成图。
图6是根据第二实施例的断开检测装置的示意性构成图。
图7是根据第二实施例的变形例的断开检测装置的示意性构成图。
图8(a)是图示出在根据第二实施例的断开检测装置中使用IPD作为负载驱动元件的构成实例的图，图8(b)是图示出在根据第二实施例的断开检测装置中使用MOSFET作为负载驱动元件的构成实例的图，并且图8(c)是图示出在根据第二实施例的断开检测装置中使用继电器作为负载驱动元件的构成实例的图。
图9是图示出由根据第二实施例的断开检测装置的微型计算机所执行的负载处理的处理过程的实例的流程图。
图10是图示出由根据第二实施例的断开检测装置的微型计算机所执行的断开检测处理的子程序的处理过程的实例的流程图。
图11是在根据第二实施例的断开检测装置中在检测断开时的时序图。
图12是图示出在根据第二实施例的断开检测装置中从外部接收阈值的实例的说明图。
具体实施方式
(第一实施例)
将参考图1至4描述根据第一实施例的车用电源控制装置。
根据第一实施例的电源控制装置1(车用电源控制装置)使得控制部11控制智能功率器件(IPD)131、132的操作，该智能功率器件131和132两者均接通和断开通过并联电路5从安装在车辆(未示出)上的电源B到负载3的电力的供给，并联电路5由具有彼此相同的布线电阻的两个电线51、52构成，IPD 131、132分别被布置在电线51、52上。在第一实施例中，假定负载3是电气部件，例如，前灯等。
各个智能功率器件(IPD)131、132中的每个均并入半导体开关元件“a”和电流测量部“b”。利用控制部11响应于输入开关SW的接通和断开的操作而向对应的IPD 131、132输出的对应的驱动信号DR1、DR2，而接通和断开各个半导体开关元件“a”。各个电流测量部“b”测量通过处于接通状态的对应的半导体开关元件“a”而流经对应的电线51、52的通过电流。
当基于由电流测量部“b”所测量的通过电流而由控制部11所估计的各个电线51、52的温度上升至为对应的电线51、52所建立的切断温度时(切断温度：例如，比电线51、52的发烟温度150℃低的130℃)，在控制部11的控制下，断开IPD 131、132的各自的半导体开关元件“a”。
控制部11由通过执行程序而实现各种类型的处理的微型计算机、定制IC等构成。控制部11包括输入端子IN、输出端子OUT1、OUT2以及被检电流的输入端子SI1、SI2。
输入端子IN是用于监控输入开关SW的接通和断开状态的端子。被输入到输入端子IN的是开关信号S，该开关信号S对应于输入开关SW的接通和断开状态。
原则上，当输入端子IN的开关信号S处于接通状态时，输出端子OUT1、OUT2输出驱动信号DR1、DR2以用于通过直流DC驱动或者脉宽调制PMW驱动而分别接通对应的IPD 131、132的半导体开关元件“a”。分别输入到被检电流输入端子SI1、SI2的是电流检测信号I1、I2，该电流检测信号I1和I2分别表示由对应的IPD 131、132的电流测量部“b”所测量的通过电流的值。
利用从输出端子OUT1、OUT2所输出的驱动信号DR1、DR2，控制部11通过DC驱动或者PWM驱动而接通对应的IPD 131、132的半导体开关元件“a”。
此外，利用输入到被检电流输入端子SI1、SI2的来自IPD 131、132的电流测量部“b”的电流检测信号I1、I2，控制部11估计各个电线51、52的温度。然后，当估计温度上升至对于电线51、52的预定切断温度时，控制部11强制性地终止驱动信号DR1、DR2的输出，并且强制性地断开对应的IPD 131、132的半导体开关元件“a”。
此处，为了根据电流检测信号I1、I2估计电线51、52的温度，能够采用例如在JP2013-085469 A中描述的方法。
更具体地，假定各个电线51、52的每单位长度的电阻由Ron1、Ron2表示，并且在被检电流输入端子SI1、SI2处的电流检测信号I1、I2的由控制部11的稍后提及的电流检测部113(参见图2)进行的采样周期(采样时间)由Δt表示，则通过以下消除了分支号的表达式而获得各个电线51、52的发热量X1、X2，
X＝I 2×Ron×Δt。
接着，假定电线51、52的每单位长度的热容分别由伪热容Cth*1、Cth*2表示，并且电线51、52的每单位长度的热阻分别由Rth1、Rth2表示，则通过以下消除了分支号的通式而获得电线51、52的热辐射量，
Y＝Q/{(Cth*×Rth)/Δt}.
然后，在当前采样周期中的各个电线51、52的温度改变量ΔT1、ΔT2被获得为以下消除了分支号的通式，
ΔT＝(X-Y)/Cth*.
此外，通过将获得的温度改变量ΔT1、ΔT2相加到在之前的采样周期中获得电线51、52的估计温度Tp1、Tp2，而由以下消除了分支号的通式获得在当前采样周期中的电线51、52的估计温度Tn1、Tn2，
Tn＝Tp+ΔT.
另外，能够通过以下通式而获得各个电线51、52的伪热容Cth*1、Cth*2，该通式被已知为用于获得当电流持续地流经电线时的电线温度T2的表达式，
T2＝T1+I2×Ron×Rth{1-exp(-t/(Cth×Rth)}。
此处，T1是电线的周围温度，并且时间t是电流持续地流经电线期间的时间段。
当利用JP 2013-085469 A中描述的方法中的热容Cth代替在该通式中获得的各个电线51、52的热容Cth1、Cth2时，能够获得各个电线51、52的伪热容Cth*1、Cth*2作为在相同公开中描述的电线的伪热容Cth*。
同时，在IPD 131、132的半导体开关元件“a”的接通电阻和内部电路的电路电阻中的个体之间存在变化。因此，甚至在相同条件下接通半导体开关元件“a”的IPD 131、132之间，也可能在由电流测量部“b”所测量的电线51、52的通过电流中产生变化。
当在由电流测量部“b”所测量的电线51、52的通过电流中存在这样的变化时，尽管实际上相同大小的电流流经各个电线51、52，在由控制部11根据电流检测信号I1、I2所估计出的各个电线51、52的估计温度Tn1、Tn2中也产生变化。
因此，尽管流经电线51、52的电流或者电线51、52的布线电阻彼此相等，控制部11也可能判断在电线51、52中的一个电线中估计温度已经上升到切断温度，而在电线51、52中的另一个电线中估计温度尚未上升至切断温度，从而导致了判断内容之间的不匹配。结果，存在这样的可能性：虽然通电条件相同，但强制断开半导体开关元件a所导致的电力供给的切断会根据电线51、52来进行或不进行。
当发生这样的现象时，产生了如下可能性：即使在IPD 131、132中的一个IPD中已经切断电力的供给之后，也在IPD 131、132中的另一个IPD中仍旧持续地供给电力，使得电流集中至处于持续供给电力的一侧上的电线51、52和IPD 131、132，从而导致异常发热或者电阻劣化。
因此，控制部11使各个电线51、52的估计温度Tn1、Tn2互相比较，并且进行控制，以调整要从输出端子OUT1、OUT2输出到对应的IPD 131、132的半导体开关元件“a”的驱动信号DR1、DR2的占空比，使得彼此的估计温度Tn1与Tn2互相一致。
即，根据分别由IPD 131、132的电流测量部“b”所检测到的通过电流而估计出估计温度Tn1、Tn2，基于该估计温度Tn1、Tn2的比较，控制部11进行控制，以调整对应的IPD 131、132的半导体开关元件“a”的占空比。
图2是示意性地图示出在控制部11中执行的处理的块图。通过执行存储器(未示出)中存储的程序，控制部11实现输入判定控制部111以及用于IPD 131、132的各控制逻辑11a、11b的各功能。控制逻辑11a、11b分别包括PWM/DC控制及切断判定部112、电流检测部113、占空比检测部114和电线温度估计部115的各功能。
输入判定控制部111基于输入到输入端子IN的开关信号S而判定输入开关SW的接通和断开状态，并且当输入开关SW处于接通状态时输出SW输入信号S1。
在各控制逻辑11a、11b中，在输入了来自输入判定控制部111的SW输入信号S1的同时，PWM/DC控制及切断判定部112(PWM控制部)将驱动信号DR1、DR2输出至输出端子OUT1、OUT2。在各驱动信号DR1、DR2中，占空比(第一实施例中的接通时间段的比例)在DC驱动的情况下设定为100％，或者在PWM驱动的情况下设定为小于100％。
在输入开关SW接通之后，占空比立即设定为与负载3的驱动内容相对应的初始值。其后，利用PWM/DC控制及切断判定部112，初始值被改变为由稍后提及的电线温度估计部115的目标占空比计算部115b所计算的占空比。
根据分别被输入到被检电流输入端子SI1、SI2的电流检测信号I1、I2，各控制逻辑11a、11b的电流检测部113和占空比检测部114检测电线51、52的已经被对应的IPD 131、132中的电流测量部“b”所检测到的通过电流以及通过电流的占空比。
图3是图示出当电流检测部113和占空比检测部114检测各个电线51、52的通过电流和占空比时的过程的时序图。当在图3中的上部中图示的来自输入判定控制部111的SW输入信号S1从“断开”切换至“接通”时，负载3从电源B通过被驱动信号DR1、DR2接通/断开驱动的IPD 131、132而被供给电力。
然后，如图3中的中部所示，与由IPD 131、132的电流测量部“b”所测量的电线51、52的通过电流相对应的电流检测信号I1、I2被输入到被检电流输入端子SI1、SI2。电流检测部113和占空比检测部114在图3中的下部中图示的采样时间处对被检电流输入端子SI1、SI2的电流检测信号I1、I2采样。
电流检测部113检测在从电流检测信号I1、I2的其电平分别不为零的上升缘至下降缘的连续时间段(接通时间段)内各采样值的平均值，作为电线51、52的通过电流。根据电流检测信号I1、I2的上升缘和下降缘的时间，占空比检测部114指定在电流检测信号I1、I2中的各电线51、52的通过电流的接通时间段和断开时间段，并且根据以上指定的接通时间段和断开时间段而进一步检测各个电线51、52的通过电流的接通/断开周期或者占空比。
占空比检测部114可以检测由PWM/DC控制及切断判定部112所建立的驱动信号DR1、DR2的占空比，作为各个电线51、52的通过电流的接通/断开占空比。
图2中图示的各控制逻辑11a、11b的电线温度估计部115包括当前温度估计部115a和目标占空比计算部115b。
当前温度估计部115a(电线温度估计部)根据由电流检测部113所检测到的电线51、52的通过电流(由电流检测信号I1、I2所表示的电流值)来估计电线51、52的温度。对于该估计，虽然能够采用例如已经在前文说明了其概要的JP 2013-085469 A中公开的方法，但是作为选择，还可以使用其它方法。
为了判定电线51、52的温度是否已经上升至切断温度，由各控制逻辑11a、11b的当前温度估计部115a所估计的电线51、52的温度被通知到相同控制逻辑11a、11b的PWM/DC控制及切断判定部112。
由当前温度估计部115a所估计的电线51、52的温度被通知到相同的电线温度估计部115的目标占空比计算部115b，并且也被通知到另一个控制逻辑11a、11b的目标占空比计算部115b。
基于由各控制逻辑11a、11b的当前温度估计部115a所估计的电线51、52的温度，目标占空比计算部115b(占空比确定部)计算半导体开关元件“a”的驱动信号DR1、DR2的占空比，各控制逻辑11a、11b的PWM/DC控制及切断判定部112将上述驱动信号DR1、DR2输出到对应的IPD 131、132。
更具体地，执行对驱动信号DR1、DR2的占空比的计算，用以使得已经由当前温度估计部115a所估计的各个电线51、52的温度与由各控制逻辑11a、11b的当前温度估计部115a所分别估计的电线51、52的温度中的较低温度(最低温度)相一致。
例如，假设负载3是用于车辆的阀门(额定电压：12V；能耗：60W)，并且各控制逻辑11a、11b的PWM/DC控制及切断判定部112以直流驱动对应的IPD 131、132的半导体开关元件“a”。在这种情况下，2.5A的电流流经各个电线51、52。
在该状态下，例如，假设控制逻辑11a的电流检测部113检测到由IPD 131的电流测量部“b”所测量的电线51的通过电流为3.0A，并且基于该检测，控制逻辑11a的电线温度估计部115的当前温度估计部115a估计出电线51的温度为95℃。
而且，假设控制逻辑11b的电流检测部113检测到由IPD 132的电流测量部“b”所测量的电线52的通过电流为2.5A，并且基于该检测，控制逻辑11b的电线温度估计部115的当前温度估计部115a估计出电线52的温度为90℃。
在这种情况下，由控制逻辑11a的当前温度估计部115a所估计的电线51的温度(95℃)比由控制逻辑11b的当前温度估计部115a所估计的电线52的温度(90℃)高。
因此，为了使控制逻辑11a的当前温度估计部115a估计出与由控制逻辑11b的当前温度估计部115a所估计的电线52的温度(90℃)相同的温度，作为电线51的温度，目标占空比计算部115b计算驱动信号DR1的目标占空比，控制逻辑11a的PWM/DC控制及切断判定部112将该驱动信号DR1输出到输出端子OUT1。
此处，当以目标占空比利用PWM驱动而接通和断开IPD 131的半导体开关元件“a”时流经电线51的电流(有效电流)将具有通过如下过程而获得的值：使电线51的通过电流乘以目标占空比的平方根，电线51的所述通过电流已经在半导体开关元件“a”的接通时间段期间由IPD 131的电流测量部“b”测量，即，以下表达式，
有效电流＝由IPD 131的电流测量部“b”所测量的电线51的通过电流×(目标占空比)0.5。
IPD132的电流测量部“b”已经测量出2.5A作为在半导体开关元件“a”的直流驱动期间电线52的通过电流，当该有效电流与该2.5A一致时，将利用控制逻辑11a的当前温度估计部115a估计与电线52的温度(90℃)相同的温度作为电线51的温度。
因此，以上表达式如下：
2.5＝3.0×(驱动信号的目标占空比)0.5，
并且因此，驱动信号DR1的目标占空比如下：
(2.5/3.0)2＝69.44(％).
另一方面，控制逻辑11b的目标占空比计算部115b计算出“100％”作为由控制逻辑11b的PWM/DC控制及切断判定部112所输出到输出端子OUT2的驱动信号DR2的占空比，使得IPD 132的半导体开关元件“a”持续直流驱动，并且从而，控制逻辑11b的当前温度估计部115估计与当前相同的温度(90℃)作为电线52的温度。
从而，以上已经描述了各控制逻辑11a、11b的PWM/DC控制及切断判定部112以直流驱动对应的IPD 131、132的半导体开关元件“a”的实例。
接着，将描述各控制逻辑11a、11b的PWM/DC控制及切断判定部112对相应的IPD131、132的半导体开关元件“a”进行PWM驱动。
例如，假设各控制逻辑11a、11b的PWM/DC控制及切断判定部112以50％的占空比PWM驱动对应的IPD 131、132的半导体开关元件“a”。然后，在IPD 131、132的半导体开关元件“a”的接通时间段期间，2.5A的电流流经各个电线51、52。
在该状态下，例如，假设控制逻辑11a的电流检测部113检测到在半导体开关元件“a”的接通时间段期间由IPD 131的电流测量部“b”所测量的电线51的通过电流为3.0A，并且基于该检测，控制逻辑11a的电线温度估计部115的当前温度估计部115a估计出电线51的温度为40℃。
而且，假设控制逻辑11b的电流检测部113检测到在半导体开关元件“a”的接通时间段期间由IPD 131的电流测量部“b”所测量的电线52的通过电流为2.5A，并且基于该检测，控制逻辑11b的电线温度估计部115的当前温度估计部115a估计出电线52的温度为35℃。
在这种情况下，由控制逻辑11a的当前温度估计部115a所估计的电线51的温度(40℃)比由控制逻辑11b的当前温度估计部115a所估计的电线52的温度(35℃)高。
因此，为了使控制逻辑11b的当前温度估计部115a估计出与由控制逻辑11b的当前温度估计部115a所估计的电线52的温度(35℃)相同的温度，作为电线51的温度，控制逻辑11a的目标占空比计算部115b计算驱动信号DR1的目标占空比，控制逻辑11a的PWM/DC控制及切断判定部112将该驱动信号DR1输出到输出端子OUT1。
此处，当在通过以目标占空比利用驱动信号DR1的PWM驱动来接通和断开IPD 131的半导体开关元件“a”的条件下的电线51的有效电流与当以50％的占空比而PWM驱动半导体开关元件“a”时的电线52的有效电流一致时，控制逻辑11a的当前温度估计部115a将估计与电线52的温度(35℃)相同的温度作为电线51的温度。
当以50％的占空比PWM驱动半导体开关元件“a”时的电线52的有效电流变为通过如下表达式而获得的值：将在半导体开关元件“a”的接通时间段期间由IPD 132的电流测量部“b”所测量的电线52的通过电流乘以占空比(50％)的平方根，即，
电线52的有效电流＝由IPD 132的电流测量部“b”所测量的电线52的通过电流×(50％)0.5＝2.5×(0.5)0.5，该值为大约1.77。
此外，在通过以目标占空比利用驱动信号DR1而PWM驱动来接通和断开IPD 131的半导体开关元件“a”的条件下的电线51的有效电流通过以下表达式而获得，即，
电线51的有效电流＝由IPD 131的电流测量部“b”所测量的电线51的通过电流(＝3.0A)×(驱动信号DR1的目标占空比)0.5。
根据以上，如下获得下面的等式，
1.77＝3.0×(驱动信号DR1的目标占空比)0.5，
然后，驱动信号DR的目标占空比如下：
(1.77/3)2＝34.81(％)。
另一方面，控制逻辑11b的目标占空比计算部115b计算出50％，作为由控制逻辑11b的PWM/DC控制及切断判定部112所输出到输出端子OUT2的驱动信号DR2的占空比，使得IPD 132的半导体开关元件“a”以50％的占空比连续脉宽调制(PWM)驱动，并且从而，控制逻辑11b的当前温度估计部115估计与当前相同的温度(35℃)作为电线52的温度。
在PWM驱动IPD 131、132的半导体开关元件“a”时的驱动信号DR1、DR2的频率能够是例如100Hz。
接着，对于在以上构成的电源控制装置1中执行的操作(动作)，将参考图4的流程图而选择性地描述由控制部11的控制逻辑11a所执行的处理的操作。在电源控制装置1中，以规律的间隔反复执行图4的流程图中图示的操作。
首先，根据开关信号S的信号电平，执行确认输入开关SW是否接通(步骤S1)。当输入开关SW不被接通时(步骤S1为否)，通过驱动IPD 131的半导体开关元件“a”而执行停止控制向负载3供给电力的功能(步骤S3)。然后，在利用PWM/DC控制及切断判定部112的驱动信号DR1的输出停止以断开IPD 131之后(步骤S5)，步骤前进至稍后描述的步骤S25。
另一方面，当输入开关SW接通时(步骤S1为是)，PWM/DC控制及切断判定部112确认由电流检测部113所检测到的电线51的通过电流是否已经上升至值得过电流切断的电流(步骤S7)。
当电线51的通过电流尚未上升至值得过电流切断的电流，并且在之前的步骤S7中还没判断电线51的通过电流已经上升到值得过电流切断的电流时(步骤S7为否)，则处理前进至稍后描述的步骤S15。
或者，当电线51的通过电流已经上升至值得过电流切断的电流，并且已经在之前的步骤S7中判断电线51的通过电流已经上升至值得过电流切断的电流时(步骤S7为是)，则执行确认是否已经建立用于解除IPD 131的切断的条件(步骤S9)。
此处，IPD 131的切断解除条件是例如满足以下两个条件这两者：
(1)输入开关SW的接通状态持续一定的时间段；以及
(2)由当前温度估计部115a所估计的电线51的温度已经下降至安全温度(例如，周围环境温度)。
当不建立IPD131的切断解除条件时(步骤S9为否)，则判断为切断由IPD 131向负载3的电力的供给(步骤S11)，并且停止由PWM/DC控制及切断判定部112的驱动信号DR1的输出，以断开IPD 131(步骤S13)。其后，处理前进至步骤S25。
另一方面，在作为当在步骤S7处判断电线51的通过电流尚未上升至值得过电流切断的电流时的处理的目的地的步骤S15处，在PWM/DC控制及切断判定部112中执行确认由当前温度估计部115a所估计的电线51的温度是否低于切断温度。
当电线51的温度不低于切断温度时(步骤S15为否)，则判断为切断由IPD 131向负载3的电力的供给(步骤S11)，并且停止由PWM/DC控制及切断判定部112的驱动信号DR1的输出，以断开IPD131(步骤S13)。其后，处理前进至步骤S25。
相反，当电线51的温度低于切断温度时(步骤S15为是)，在PWM/DC控制及切断判定部112中执行确认由控制逻辑11a的当前温度估计部115a所估计的电线51的温度(IPD 131的当前温度)是否高于由控制逻辑11b的当前温度估计部115a所估计的电线52的温度(IPD132的当前温度)(步骤S17)。
当电线51的估计温度(IPD 131的当前温度)高于电线52的估计温度(IPD 132的当前温度)时(步骤S17为是)，为了使得电线51的估计温度(IPD 131的当前温度)与电线52的估计温度(IPD 132的当前温度)一致，在目标占空比计算部115b中执行计算要输出到IPD131的半导体开关元件“a”的驱动信号DR1的占空比(步骤S19)。
然后，所计算的目标占空比的驱动信号DR1从PWM/DC控制及切断判定部112输出至IPD 131的半导体开关元件“a”(步骤S21)，并且其后，处理前进至步骤S25。
在步骤S17处，当电线51的估计温度(IPD131的当前温度)不高于电线52的估计温度(IPD 132的当前温度)时(否)，识别出两者处于相同的温度。然后，以与之前相同的占空比驱动电线51的IPD 131。此处假定至此已经直流驱动了电线51的IPD 131，则用于直流驱动半导体开关元件“a”的驱动信号DR1从PWM/DC控制及切断判定部112输出到IPD 131的半导体开关元件“a”(步骤S23)。其后，处理前进至步骤S25。
在步骤S25处，进行辐射由IPD 131产生的热的处理。在该处理中，执行以一定的时间段持续在步骤S5或者步骤S13处断开IPD 131的状态。或者，执行以一定的时间段持续如下的状态：在步骤S21或者步骤S23处，利用从PWM/DC控制及切断判定部112输出的驱动信号DR1，PWM驱动或者DC驱动IPD 131的半导体开关元件“a”。即，通过以一定的时间段执行这些状态，而执行检查是否由于IPD 131的发热而导致电线51的加热状态(温度)产生改变。在已经过去一定的时间段之后，结束一系列的处理。
由控制部11的控制逻辑11b所执行的处理过程与上述过程相似，除了：在图4的流程的各步骤中要进行的判断、操作和控制的对象被替换为IPD 132、IPD 132的半导体开关元件“a”、控制逻辑11b中的各部111至115、和电线52。
在步骤S17处，在PWM/DC控制及切断判定部112中执行确认由控制逻辑11b的当前温度估计部115a所估计的电线52的温度(IPD 132的当前温度)是否高于由控制逻辑11a的当前温度估计部115a所估计的电线51的温度(IPD 131的当前温度)。
在根据第一实施例的电源控制装置1中，当通过基于各个电线51、52的温度而断开各个电线51、52上的IPD 131、132的半导体开关元件“a”，以切断从电源B经由具有相同的布线电阻的两个电线51、52的并联电路5而供给至负载3的电力时，执行利用IPD 131、132的电流测量部“b”而测量流经各个电线51、52上的半导体开关元件“a”的通过电流，并且进一步地，利用当前温度估计部115根据测量的电流估计电线51、52的温度。
然后，为了使得各个电线51、52的估计温度彼此一致，利用目标占空比计算部115b来计算用于减小电线51上的IPD 131的半导体开关元件“a”的通过电流的PWM控制的目标占空比，并且另外，利用PWM/DC控制及切断判定部112以目标占空比接通和断开IPD 131的半导体开关元件“a”。
从而，通过以目标占空比PWM控制IPD 131的半导体开关元件“a”，根据各IPD 131、132的半导体开关元件“a”的通过电流的测量值而估计的电线51、52的温度变得彼此等同，使得基于电线51、52的温度而断开半导体开关元件“a”的时间彼此一致。
因此，当通过基于各个电线51、52的温度而断开各个电线51、52上的半导体开关元件“a”，切断从电源B经由具有相同的布线电阻的两个电线51、52的并联电路而被供给到负载3的电力时，即使当在各个电线51、52或者各半导体开关元件“a”中产生个体变化、安装环境的差异等时，利用各半导体开关元件“a”的电力供给的切断时间也可以彼此同步。
因此，即使由于在一个IPD 131(或IPD 132)中断开半导体开关元件“a”而切断至负载3的电力的供给之后，也能够防止如下情况的产生：由于在另一个IPD 132中(或IPD131)半导体开关元件“a”维持接通，所以仍旧维持对于负载3的电力供给，从而由于IPD 132(或IPD 131)上的电流产生的集中而导致异常发热或者电阻劣化的产生。
在第一实施例中，用于利用来自电源B的电力供给负载3的并联电路5由分别插置IPD 131和132的两个电线51、52构成。然而，本发明还能够应用于由分别插置IPD的三个以上的电线构成的并联电路。
另外，在第一实施例中，当根据各个电线的IPD的温度测量部所测量的电流而估计的各个电线的温度中存在差异时，执行使得具有较高温度的一个电线的温度与具有较低温度的另一个电线的温度一致。然而，可以使具有较低温度的一个电线的温度匹配于具有较高温度的另一个电线的温度。或者，在三个以上的电线的情况下，其他电线的温度可以被匹配于中间温度。
则，如在第一实施例中，当仅使得另一个电线51的估计温度与所有的电线51、52中的最低估计温度一致时，所有的电线51、52的温度能够在朝着降低他们的温度的方向上变化，从而使得并联电路5的各个电线51、52能够被控制至适当的温度。
此外，虽然已经以电线51、52的布线电阻彼此相同的布置而描述了第一实施例，但是本发明还能够应用于各个电线51、52的布线电阻彼此不同的布置。
虽然在第一实施例中采用了IPD 131、132，但是本发明还能够应用于利用除了IPD131、132之外的半导体开关元件，例如，功率半导体开关来控制电力到负载3的供给的布置。
(第二实施例)
将参考图5至12描述根据第二实施例的作为车用电源控制装置的断开检测装置。
(关于：断开检测装置的功能配置)
图5是根据第二实施例的作为车用电源控制装置的断开检测装置10的功能构成图。
如图5所示，根据第二实施例的断开检测装置10包括：负载驱动元件20，其包括驱动诸如车辆的转向信号灯或者前灯这样的负载300的IPD(智能功率器件)、MOSFET、继电器等；控制器30，其包括微型计算机、定制集成电路(定制IC)等，以控制负载驱动元件20的操作；以及电流检测部40，其被布置在负载驱动元件20与控制器30之间，以检测流经负载驱动元件20的电流。
此外，当采用IPD作为负载驱动元件20时，电流检测部40能够以集成电流的形式被并入。即，IPD是用于电源的集成电路，其中，开关装置及其驱动电路功能性地集成并且高度功能化。从而，被采用为根据第二实施例的断开检测装置10的负载驱动元件20的IPD能够包括检测负载电流的电流值的功能。电流检测部40能够由例如包括分路电阻器等的电流检测电路构成。
此外，控制器30被连接至用于检测负载电源450(例如，产生12V电压的车载电池)的电压(电源电压)的电压检测部50。稍后将描述电压检测部50的示例结构。
在第二实施例中，控制器30包括：负载接通/断开状态判定部210，用以判定负载300是处于接通状态还是断开状态；负载切断状态判定部211，当负载接通/断开状态判定部210判定负载300处于接通状态时，该负载切断状态判定部211基于电流检测部40的检测结果，判定负载3的切断状态是否源自过电流；电源状态判定部210，当负载切断状态判定部211判定负载3不处于切断状态时，该电源状态判定部210判定由电压检测部5所检测到的电源电压是否小于预定的电压值(例如，6V)；电流值判定部213，当电源状态判定部210判定电源电压不小于预定的电压值时，该电流值判定部213判定由电流检测部40所检测到的电流值是否小于预定的阈值；持续时间判定部214，当电流量值判定部213判定电流值小于阈值时，该持续时间判定部214判定电流值小于阈值的状态的持续时间是否已经到达预定的保持时间；以及断开判定部215，当持续时间判定部214判定持续时间已经到达保持时间时，该断开判定部215判定在负载300中或者在包括负载驱动元件20的负载电路中产生断开。
每个上述判定部都实际上由能够利用构成控制器30的微型计算机等执行的程序构成。
此外，断开检测装置10还包括通知部60，该通知部60将当断开判定部215判定断开已经产生时的断开的产生通知给例如外部告知部470。因此，由于能够通过指示器等而通知断开的产生，所以车辆驾驶员等能够及时地维修负载和替换元件。
然后，通过设置上述负载接通/断开状态判定部210，能够将负载300处于断开状态的情况从断开检测的对象中排除。
另外，通过设置负载切断状态判定部211，能够将负载300由于过电流而处于切断状态的情况从断开检测的对象中排除。
例如，当利用IPD而构成负载驱动元件20时，能够通过使用利用该IPD而处理的电流检测功能，而判定负载300是否由于过电流而处于切断状态。更具体地，IPD首先利用从作为负载电源450的车载电池供给的电力来检测负载300。检测到的电流值被输出到构成控制器30的微型计算机等。在控制器30中，只要其正常操作，则执行对负载300的输入电流的监控，并且还判断是否已经产生过电流条件，诸如超过预定的积累时间的完全短路或局部短路。在判断已经产生过电流条件的同时，控制器30控制IPD，从而停止将电力供给到负载300，从而实现切断状态。
从而，通过将负载300由于过电流而处于切断状态的情况从断开检测的对象中排除，能够避免错误检测负载300处于切断状态这样的情况作为断开状态，从而使得能够提高检测断开的精度。
在电源电压中的变化可以影响电流值。因此，通过设置电源状态判定部210，甚至在例如作为负载电源450的车载电池的电源电压(正常输出12V)由于损耗等而变得小于额定电压(例如，小于6V)的情况下，也能够暂停断开检测的判断。
因此，能够避免错误检测车载电池的电源电压降低的情况作为断开状态，从而使得能够进一步提高断开的检测精度。
以这种方式，通过由于接受到负载接通/断开状态判定部210、负载切断状态判定部211、和电源状态判定部210的判断而使断开检测的目标在于负载300在接通状态下正常运行，能够提高断开检测的精度。
由于存在当负载300在下游侧上接通和断开时对断开检测的错误检测的可能性，因此可以将这种情况从断开检测的判定对象排除。此外，控制器30可以从用于控制负载300的这样的ECU(电子控制部)接收到表示负载300的驱动状态的多路信号或者本地信号。
由于设置了持续时间判定部214，因此判断电流值小于阈值的状态的持续时间是否已经到达预定的保持时间。即，鉴于通过PWM(脉宽调制)或者间断地驱动负载300的情况，所以能够暂停断开检测的判断，直至电流值小于阈值的情况持续预定的保持时间。
从而，即使当负载300被PWM驱动或者间断地驱动时，也能够以高的精度检测断开状态。
注意，例如，当负载300被PWM驱动时，能够将保持时间设定为等于或者长于预定脉冲波的断开时间。此外，当使得脉冲波的占空比可变时，可以因此而改变保持时间。或者，保持时间可以与脉冲波的最长断开时间匹配。
对于利用通知部60而向外部通知断开的产生的方法，例如，能够将断开的产生以多路信号的形式传递到其它ECU。或者，能够点亮作为一种告知部470的指示器等。
此外，可以关于包括转向灯、头灯等的多个负载300中的每个负载，设定在电流值判定部213中的电流阈值。或者，可以将共同的阈值应用到各负载300。
关于阈值的数据可以存储在诸如构成控制器30的微型计算机这样的存储部中，或者存储在利用例如微型计算可存取的非易失存储器等中。
而且，稍后将描述利用各判定部的断开检测处理的处理过程。
(关于：断开检测装置的构成实例)
图6是根据第二实施例的断开检测装置10的示意性构成图。
在图6所示的断开检测装置10中，IPD被用作负载驱动元件20，并且微型计算机被应用为控制器30。负载电源450(例如，输出12V的车载电池等)被连接到IPD。另外，将供应自例如车载电池等的电力转换为5V的电源400被连接到控制器(微型计算机)30。
在图6所示的断开检测装置10中，电流检测部40包括配备有例如分流电阻的电流检测电路等。
在连接时，由参考标号240所表示的电路是包括电阻器R1、R2和平流电容器C的分压电路。
此处，采用分压电路240，以利用电阻R1将从负载驱动元件2A供给的电流值转换为电压值，利用电阻器R2和平流电容器C移除噪声，并且随后，将模拟电压值输入到控制器(微型计算机)30。
图7是根据第二实施例的变形例的断开检测装置10B的示意性构成图。
在断开检测装置图10B中，IPD被用作负载驱动元件20，并且定制集成电路(定制IC)被应用为控制器30。注意，电流检测部4的构成与图6的电流检测部的构成相似。负载电源250(例如，输出12V的车载电池等)被连接到IPD。
在定制IC被应用为如在断开检测装置10B中的控制器30的构成中，上述电流阈值可以被替换为与连接到定制IC的电阻群RA的电阻比相关的电压值。
图8是图示出在根据第二实施例的断开检测装置中的负载驱动元件的形态的构成图。
图8(a)图示出使用IPD作为负载驱动元件20的构成实例。电流检测部40的构成与上述图6的电流检测部40的构成相似。负载电源450(例如，输出12V的车载电池等)被连接到IPD。
电压检测部50由包括电阻器R3、R4的分压电路构成，并且还被采用为使得其输出被输入到包括微型计算机(或者定制IC)的控制器30的A/D(模数转换)端子。
此外，控制器30的输入(IN)端子经由开关SW而连接到接地电势。来自电流检测部4的输出经由分压电路240而被输入到控制器30的A/D(模数转换)端子。另外，从控制器30的输出(OUT)端子输出的控制信号经由配线L1而被输入到IPD。
图8(b)图示了使用MOSFET和二极管D1作为负载驱动元件20的构成实例。注意，电流检测部40的构成与上述图6中的电流检测部40的构成相似。负载电源450(例如，输出12V的车载电池等)连接到MOSFET的漏极电极。负载300连接到MOSFET的源极电极。
电压检测部50由包括电阻器R3、R4的分压电路构成，并且还被采用为使得其输出被输入到包括微型计算机(或者定制IC)的控制器30的A/D(模数转换)端子。控制器30的输入(IN)端子经由开关SW而连接到接地电势。来自电流检测部40的输出经由分压电路240而被输入到控制器30的A/D(模数转换)端子。
另外，从控制器30的输出(OUT)端子输出的控制信号经由配线L1而输入到MOSFET的门极端子。
图8(c)图示了使用继电器(RLY)作为负载驱动元件20的构成实例。电流检测部40的构成与上述图6的电流检测部40的构成相似。
负载电源450(例如，输出12V的车载电池等)连接到继电器(RLY)的输入电极。负载300连接到继电器(RLY)的输出电极。
电压检测部50由包括电阻器R3、R4的分压电路构成，并且还被采用为使得其输出被输入到包括微型计算机(或者定制IC)的控制器30的A/D(模数转换)端子。控制器30的输入(IN)端子经由开关SW而连接到接地电势。来自电流检测部40的输出经由分压电路240而输入到控制器30的A/D(模数转换)端子。
另外，从控制器30的输出(OUT)端子输出的控制信号经由接口(I/F)而输入到继电器(RLY)的螺线管端子。
继电器(RLY)可以包括半导体继电器。
(负载处理)
参考图9所示的流程图，将描述由根据第二实施例的断开检测装置10执行的关于负载300的负载处理的处理过程的实例。利用构成控制器30的微型计算机等基于预定的程序(软件)而执行该处理。
当开始负载处理时，在步骤S31、S32处执行用于执行预定的应用软件的应用处理的子程序。作为应用处理，例如，能够引用利用负载300的运行试验。
在步骤S33处，执行检测过电流的子程序。虽然将省略具体的处理过程，但是例如，进行了基于电流检测部40的检测结果而判定电流是否已经超过预定的电流值的处理。
然后，当在过电流检测处理中判定了没检测到过电流时，处理前进至步骤S34，在步骤S34，执行检测断开的子程序，并且其后，结束处理。
(断开检测处理)
将参考图10和11描述在负载处理中在步骤S34处检测过电流的子程序的处理过程。
在步骤S41处，执行负载接通/断开状态判定处理，以判断由负载驱动元件20所驱动的负载300是处于接通状态还是断开状态。
当判断结果为“否”时，即，在负载300处于断开状态的情况下(图11(a)中输入信号为“OFF”的情况)，处理结束。而当判断结果为“是”时，即，当负载300处于接通状态的情况下(图11(a)中的输入信号为“ON”的情况)，处理前进至步骤S42。
基于电流检测部40的检测结果，在步骤S42处，执行负载切断状态判定处理，以判断负载300是否由于过电流而处于切断状态。
当判断结果为“否”时，即，当负载300切断时(图11(b)中“断开”的情况)，处理结束。而在“是”的情况下，处理前进至步骤S43。
在步骤S43处，执行电源电压判定处理，以判断电源电压是否低于预定的电压值。
然后，当判断结果为“是”时，即，当电源电压小于预定电压值时，处理结束。而在“否”的情况下，处理前进至步骤S44。
在步骤S44处，执行电流值判定处理，以判断由用于检测流经负载驱动元件20的电流的电流检测部40所检测到的电流值是否小于预设的阈值。
当判断结果为“否”时，即，当电流值不小于预设的阈值时(图11(d)中的正常状态的情况)，处理结束。而在“是”的情况下，即，当电流值小于预设的阈值时(图11(d)中的断开状态的情况)，处理前进至步骤S45。
在步骤S45处，执行持续时间判定处理，以判断电流值小于阈值的状态的持续时间是否已经到达预定的保持时间(Twait)。
然后，当判断结果为“否”时，即，在持续时间尚未到达预定的保持时间(Twait)的情况下，处理返回至步骤S41，以继续相同的处理。另一方面，当判定判断结果为“是”时，即，在持续时间已经到达预定的保持时间(Twait)的情况下，处理前进至步骤S46。
当在持续时间判定处理中判断持续时间已经到达保持时间(Twait)时(图11(e)的情况)，在步骤S46处执行断开判定处理，以判断在负载300中或者在包括负载驱动元件20的负载电路中已经发生断开。在判断了断开的产生时，将断开的产生通知到外部(告知部470等)。然后，处理返回到图9的主处理，并且其后，结束主处理。
如上所述，利用根据第二实施例的断开检测装置10和断开检测方法，由于能够转移诸如用于检测过电流状态的控制器，所以能够相对简单并且以低的成本检测断开，而无需使用专用于检测断开的检测电力路或者复杂的逻辑电路。
此外，甚至当产生电压或者负载的改变时，能够检测到的电流值的范围也能够通过更正程序或者数据而被适当地修改。
虽然已经参考图5至11描述了根据第二实施例的车用电源控制装置，但是本发明不限于该配置，并且各个部的构成可以被替换为具有相似功能的任意构成。
例如，如图12所示，可以经由车载LAN而从外部ECU 500获取关于电流值的阈值。另外，可以将关于断开的信息经由车载LAN而传送到ECU 500。
另外，可以在图9的流程图中的过电流检测处理(步骤S33)的执行时，利用电流检测部40而获取电流值。

Claims (2)

1.一种车用电源控制装置，该车用电源控制装置基于多条电线的各自温度断开所述电线上的各自的半导体开关元件，切断从车辆的电源经由多条所述电线的并联电路而被供给到负载的电力，所述车用电源控制装置的特征在于，包括：
电流测量部，该电流测量部测量分别流经各个所述半导体开关元件的通过电流；
电线温度估计部，该电线温度估计部根据所述电流测量部的测量电流，估计各条所述电线的温度；
占空比确定部，该占空比确定部确定各个所述半导体开关元件的PWM控制的占空比，以使所述电线的各自的估计温度一致；以及
PWM控制部，该PWM控制部利用由所述占空比确定部与各个所述半导体开关元件对应地确定的所述占空比，PWM控制各个所述半导体开关元件。
2.如权利要求1所述的车用电源控制装置，其中
所述占空比确定部确定各个所述半导体开关元件的PWM控制的占空比，从而使各条所述电线的估计温度与最低的估计温度一致。
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