CN111357200B - 负载驱动电路 - Google Patents

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Abstract

提供一种负载驱动电路。具备：电源端子，连接电源；负载端子，连接应该被供给来自与电源端子连接的电源的供给电压的负载；半导体开关，连接于电源端子与负载端子之间；控制电路，具备输出用于控制半导体开关的开闭的控制信号的输出端子；续流电路，具备与半导体开关连接的续流二极管和在电源的反向连接时关断而阻止电流从电源经由了续流二极管向半导体开关的流动的保护开关；第一端子，将控制电路连接于第一固定电位；第二端子，将续流二极管的阳极经由所述保护开关而连接于第二固定电位；及连接电路，具备介入安装于将输出端子和第一端子连接的导通路的连接开关,在检测到第一端子与第二端子之间的电位差的上升的情况下,通过接通连接开关将输出端子和第一端子连接。

Description

负载驱动电路
技术领域
本发明涉及负载驱动电路。
本申请主张基于2017年12月6日提出申请的日本申请第2017-234251号的优先权,并援引在所述日本申请中记载的全部的记载内容。
背景技术
以往,作为保护切换从电源向负载的通电的半导体开关的技术,已知有例如在专利文献1中公开的技术。在专利文献1中记载有在停止向电动机等的介电性负载的电源供给时,通过使由负载的电感产生的感应能量从接地回流,而保护半导体开关免受感应能量影响。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-044521号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而,在与负载驱动电路的接地相同的接地点螺栓紧固有共同接头负载的接地的状态下,在接地螺栓脱落了的情况下，存在发生电流从共同接头负载向负载驱动电路内的续流二极管绕入的问题点。
本发明的目的在于提供一种能够防止从共同接头负载向续流二极管的电流的绕入的负载驱动电路。
用于解决课题的技术手段
本发明的一种方式的负载驱动电路具备：电源端子，连接电源；负载端子，连接应该从与该电源端子连接的电源被供给电力的负载；半导体开关，连接于所述电源端子与所述负载端子之间；续流电路，具备续流二极管和保护开关，该续流二极管与该半导体开关连接，该保护开关与该续流二极管串联连接并在所述电源的反向连接时关断而阻止电流从所述电源经由所述续流二极管向所述半导体开关的流动；控制电路，具备第一控制端子和第二控制端子，该第一控制端子输出用于控制所述半导体开关的开闭的信号，该第二控制端子输出用于控制所述保护开关的开闭的信号；第一端子，将所述控制电路连接于第一固定电位；第二端子，将所述续流二极管的阳极经由所述保护开关而连接于第二固定电位；及连接电路，具备介入安装于导通路的连接开关，该导通路将所述第二控制端子和所述第一端子连接,在检测到所述第一端子与所述第二端子之间的电位差的上升的情况下,所述连接电路通过接通所述连接开关将所述第二控制端子和所述第一端子连接。
发明效果
根据上述内容,能够防止从共同接头负载向续流二极管的电流的绕入。
附图说明
图1是示出实施方式1的负载驱动电路的结构的电路图。
图2是对信号接地脱落的情况下的负载驱动电路的动作进行说明的说明图。
图3是对电源接地脱落的情况下的负载驱动电路的动作进行说明的说明图。
图4是对信号接地及电源接地双方均脱落的情况下的负载驱动电路的动作进行说明的说明图。
图5是示出实施方式2的负载驱动电路结构的电路图。
具体实施方式
将本发明的实施方式列记进行说明。另外,也可以使在以下记载的实施方式的至少一部分任意地组合。
本发明的一种方式的负载驱动电路具备：电源端子，连接电源；负载端子，连接应该从与该电源端子连接的电源被供给电力的负载；半导体开关，连接于所述电源端子与所述负载端子之间；续流电路，具备续流二极管和保护开关，该续流二极管与该半导体开关连接，该保护开关与该续流二极管串联连接并在所述电源的反向连接时关断而阻止电流从所述电源经由所述续流二极管向所述半导体开关的流动；控制电路，具备第一控制端子和第二控制端子，该第一控制端子输出用于控制所述半导体开关的开闭的信号，该第二控制端子输出用于控制所述保护开关的开闭的信号；第一端子，将所述控制电路连接于第一固定电位；第二端子，将所述续流二极管的阳极经由所述保护开关而连接于第二固定电位；及连接电路，具备介入安装于导通路的连接开关，该导通路将所述第二控制端子和所述第一端子连接,在检测到所述第一端子与所述第二端子之间的电位差的上升的情况下,所述连接电路通过接通所述连接开关将所述第二控制端子和所述第一端子连接。
在本发明中,由于在检测到第一端子与所述第二端子之间的电位差的上升的情况下,通过接通连接开关将第二控制端子和第一端子连接，因此从控制电路输出的保护开关用的信号经由将第二控制端子和第一端子连接的导通路向负载驱动电路的外部输出。其结果,保护开关变为关断,能够避免来自连接于与第二端子相同的接地点的共同接头负载的电流的绕入并防止续流二极管及保护开关的损伤。
在本发明的一种方式的负载驱动电路中,所述连接电路检测伴随所述第二端子与所述第二固定电位之间的连接解除的情况的电位差的上升。
在本方式中,由于连接电路检测伴随第二端子与第二固定电位之间的连接解除的情况的电位差的上升,因此能够避免来自连接于与第二端子相同的接地点的共同接头负载的电流的绕入并防止续流二极管及保护开关的损伤。
本发明的一种方式的负载驱动电路具备第一切断电路，该第一切断电路设置于所述第二控制端子与所述续流电路之间，并在所述第一端子与所述第一固定电位之间的连接解除的情况下，使所述保护开关关断。
在本方式中,在连接有控制电路的第一端子从接地点脱落的情况下,能够将续流电路具备的保护开关控制为关断。由于在使保护开关为关断的状态下,在将半导体开关从接通切换为关断的情况下,由负载的感应电动势在半导体开关产生的电位差被限制于一定的上限值，因此能够防止超过半导体开关的耐压。
本发明的一种方式的负载驱动电路还具备第二切断电路，该第二切断电路设置于所述第一切断电路与所述续流电路之间，并在检测到所述电源端子与所述第二端子之间的电位差的下降的情况下,使所述保护开关关断。
在本方式中,由于即使在能够将控制电路控制续流电路的信号传递至第一切断电路的情况下,在第一端子及第二端子的双方从接地点脱落并能够检测到电源及第二端子间的电位差的减少的情况下,也能够使续流电路具备的保护开关为关断,因此能够避免来自共同接头负载的电流的绕入,并防止续流二极管及保护开关的损伤。
本发明的一种方式的负载驱动电路具备齐纳二极管，该齐纳二极管连接于所述保护开关与所述电源端子之间。
在本方式中,在续流电路的保护开关关断的状态下将半导体开关从接通切换为关断的情况下,由负载的感应电动势在半导体开关产生的电位差被限制为齐纳二极管的钳位电压Vzd和续流二极管的正向电压Vf4之和(Vzd+Vf4)。
以下,基于表示该实施方式的附图对本发明具体地进行说明。
(实施方式1)
图1是示出实施方式1的负载驱动电路10的结构的电路图。负载驱动电路10设置于从电源1向负载2的电力供给路径的中途,具备控制电路11、半导体开关12、续流电路13、第一-第三监视电路14、15、16及齐纳二极管17等。电源1例如是车辆具备的蓄电池,负载2例如是发动机冷却用的风扇驱动电动机等的介电性负载。
控制电路11例如是微型计算机,以根据外部开关SW的操作而起动的方式构成。控制电路11通过从控制端子11a输出的控制信号(供电控制信号)对半导体开关12的切换动作(接通/关断)进行控制。供电控制信号例如是PWM信号,控制电路11通过使供电控制信号的占空比根据负载2而变化来对半导体开关12的切换动作进行控制。另外,控制电路11通过从控制端子11b输出的控制信号(续流电路控制信号)对续流电路13的动作进行控制。
另外,控制电路11具备与负载驱动电路10的SGND端子(信号接地端子)G1连接的复位端子11c。SGND端子G1经由未图示的接地螺栓连接于第一接地点(第一固定电位)。第一固定电位在本实施方式中是接地电位,但也可以是应该作为基准的任意的电位。控制电路11在因由于车辆振动等接地螺栓脱落而复位端子11c的电位上升至规定值的情况下,进行使半导体开关12关断并且使自身复位(初始化)的控制。
半导体开关12设置于连接电源1的电源端子T1与连接负载2的负载端子T2之间,是用于根据从控制电路11的控制端子11a输出的供电控制信号而连接或者切断电源1与负载2之间的供电路径的开关。半导体开关12例如具备FET(Field-Effect Transistor：场效应晶体管)121及寄生二极管122。FET121例如是N沟道MOSFET(Metal-Oxide SemiconductorFET：金属氧化物半导体FET),其漏极经由电源输入线L1与电源端子T1连接,栅极与控制电路11的控制端子11a连接,源极经由电源输出线L2与负载端子T2连接。
半导体开关12在电源1正常地与电源端子T1连接,并基于从控制电路11的控制端子11a输出的供电控制信号被接通的情况下,连接由电源输入线L1和电源输出线L2构成的供电路径。由此,进行从电源1向负载2的供电。另外,半导体开关12能够通过寄生二极管122进行与电源1的正常连接时反方向的通电。
续流电路13连接于作为半导体开关12的输出端的FET121的源极与负载驱动电路10的PGND端子(电源接地端子)G2之间,具有保护半导体开关12的功能。PGND端子G2经由未图示的接地螺栓与不同于前述的第一接地点的第二接地点(第二固定电位)连接。第二固定电位在本实施方式中是接地电位,但也可以是应作为基准的任意的电位。
续流电路13具备续流二极管131及FET132。续流二极管131的阴极经由将半导体开关12的输出端与负载端子T2连接的电源输出线L2而与半导体开关12及负载2的双方连接,阳极与FET132的源极连接。另外,FET132例如是N沟道MOSFET,源极与续流二极管131的阳极连接,漏极与PGND端子G2连接,栅极与后述的第三监视电路16连接。FET132在负载驱动电路10的电源投入时通过由电阻133和电阻134生成的偏置电压而被接通。
在续流电路13中,在电源1正常地连接,并且SGND端子G1及PGND端子G2与各自的接地点正常地连接的情况下,通过续流二极管131阻止负载电流流入续流电路13内。另外,在将半导体开关12从接通切换为关断的情况下,能够使由负载2的电感的感应电动势产生的浪涌电流经由由续流二极管131及FET132构成的续流电路13而回流。由此,续流电路13能够保护半导体开关12免受浪涌影响。
进一步地,在电源1的反向连接时,由于FET132被关断而续流电路13不导通,因此与电源1的正常连接时反方向的电流流向负载2及寄生二极管122。此时,通过使依赖于负载2的电阻值这样的电流流动,短路电流这样的大电流不会在负载驱动电路10内产生。因此,能够防止电源1的反向连接时的半导体开关12的损伤。
第一监视电路14设置于SGND端子G1与PGND端子G2之间,具备三极管141及二极管142。三极管141例如是NPN双极型晶体管,其集电极与控制电路11的控制端子11b连接,发射极与地线GL1连接,基极经由电阻143及二极管142与地线GL2连接。另外,在三极管141的基极-发射极间连接有电阻144。
通过这样的结构,第一监视电路14具有检测SGND端子G1及PGND端子G2之间的电位差的功能及在检测到适宜的电位差的情况下将控制电路11的控制端子11b与SGND端子G1连接的功能。
第二监视电路15设置于控制电路11与续流电路13之间,具备2个三极管151、152及连接于2个三极管151、152之间的二极管153。
三极管151例如是NPN双极型晶体管,其集电极经由二极管153及电阻157与另一个三极管152连接,发射极与地线GL1连接,基极经由电阻154、156与控制电路11的控制端子11b连接。另外,在三极管151的基极-发射极间连接有电阻155。
三极管152例如是PNP双极型晶体管,其集电极与第三监视电路16连接,发射极与电源输入线L1连接,基极经由电阻157及二极管153与三极管151的集电极连接。另外,在三极管152的基极-发射极间连接有电阻158。在二极管153，阴极侧与三极管151连接,阳极侧与三极管152连接。
第三监视电路16设置于第二监视电路15与续流电路13之间,具备三极管161、齐纳二极管162及二极管163。
三极管161例如是PNP双极型晶体管,其发射极与第二监视电路15中的三极管152的集电极连接,集电极经由电阻133与续流电路13中的FET132的栅极连接,基极经由电阻164、齐纳二极管162及二极管163与地线GL2连接。在齐纳二极管162，阴极经由电阻164与三极管161的基极连接,阳极经由二极管163与地线GL2连接。另外,在二极管163，阳极与齐纳二极管162的阳极连接,阴极与地线GL2连接。另外,在三极管161的基极-发射极间连接有电阻165。
如上所述,其特征之一在于，在本实施方式的负载驱动电路10中，被分开为连接控制电路11的SGND端子G1和连接续流电路13的PGND端子G2,并且分别从SGND端子G1及PGND端子G2连接于不同的接地点。
另外,第二监视电路15及第三监视电路16与电源1及续流电路13连接,在通常连接时,根据从控制电路11输出的续流电路控制信号而向续流电路13具备的FET132的栅极供给电源电压。进一步地,第一监视电路14与SGND端子G1及PGND端子G2连接,具有检测SGND端子G1及PGND端子G2间的电位差的上升并切断向续流电路13具备的FET132的栅极的电源电压的供给的功能。
进一步地,在本实施方式的负载驱动电路10中,在续流电路13的FET132关断的状态下将半导体开关12从接通切换为关断的情况下,由负载2的感应电动势在半导体开关12产生的电位差V3被限制为齐纳二极管17的钳位电压Vzd和续流二极管131的正向电压Vf4之和(Vzd+Vf4)。
以下,对负载驱动电路10的动作进行说明。
图2是对信号接地脱落了的情况下的负载驱动电路10的动作进行说明的说明图。图2示出SGND端子G1从接地点脱落的状态。在该情况下,接地电位根据控制电路11的内部阻抗而上升,从而对控制电路11施加复位。在该情况下,由于控制电路11不输出续流电路控制信号,因此第二监视电路15具备的2个三极管151、152及第三监视电路16具备的三极管161均变为关断。其结果,由于不向续流电路13供给电源电压,因此续流电路13具备的FET132被关断。
在以往的负载驱动电路中,在半导体开关为接通状态的情况下接地端子发生了脱落时,由于接地电位根据控制电路内的阻抗而上升并发生复位,因此半导体开关被关断。此时,由于续流电路的续流二极管未经由FET与地线连接,因此无法通过续流二极管的正向电压限制在半导体开关的关断时在电源输出线产生的负电压,而在电源输出线产生与负载的感应电动势相应的负电压。伴随于此,有施加于半导体开关的漏极-源极间的电压超过半导体开关的耐压的可能。
另外,由于半导体开关为关断状态,电源输出线经由负载变为接地电位,但是存在负载驱动电路及控制电路的接地电位经由续流电路及负载而确定,并再次将半导体开关接通的可能性。此时,由于电源输出线上升至电源电压(例如12V),因此再次随着接地电位的上升,控制电路复位。通过重复这样的动作,负载驱动电路变为振荡状态,由负载的感应电动势产生的电位差在电源输出线连续的产生,存在半导体开关损伤的可能性。
然而,在本实施方式的负载驱动电路10中,在连接控制电路11的SGND端子G1从接地点脱落了的情况下,能够将续流电路13具备的FET132控制为关断。在使续流电路13具备的FET132为关断的状态下将半导体开关12从接通切换为关断的情况下,由于通过负载2的感应电动势在半导体开关12产生的电位差被限制为齐纳二极管17的钳位电压Vzd与续流二极管131的正向电压Vf4之和Vzd+Vf4,因此能够防止如上述那样的振荡状态的发生。
图3是对电源接地脱落了的情况下的负载驱动电路10的动作进行说明的说明图。图3示出了在与PGND端子G2相同的接地点(第二接地点)通过接地螺栓来紧固共同接头负载22的状态下,PGND端子G2从接地点脱落了的状态。在该情况下,依赖于共同接头负载22和负载2的电阻比而PGND端子G2的电位上升。
由于第一监视电路14是检测SGND端子G1与PGND端子G2之间的电位差而接通三极管141的结构,因此在PGND端子G2的电位上升了的情况下,通过经过控制端子11b而输出的来自控制电路11的续流电路控制信号经过三极管141及SGND端子G1而向负载驱动电路10的外部输出,不会向第二监视电路15传递。其结果,第二监视电路15具备的2个三极管151、152及第三监视电路16具备的三极管161均变为关断,由于不会向续流电路13供给电源电压,因此续流电路13具备的FET132被关断。
在通过接地螺栓在与PGND端子G2相同的接地点紧固共同接头负载22的状态下,在PGND端子G2从接地点脱落了的情况下,由于电流从共同接头负载22经由续流电路13向负载2绕入,存在续流二极管131(或FET132)损伤的可能性。
然而,在本实施方式的负载驱动电路10中,由于检测伴随PGND端子G2从接地点脱落的情况的电位上升而将续流电路13的FET132控制为关断,因此能够避免如上述那样的从共同接头负载22向负载2的电流的绕入,并防止续流二极管131(或FET132)的损伤。
图4是对信号接地及电源接地的双方均脱落了的情况下的负载驱动电路的动作进行说明的说明图。图4示出了在通过接地螺栓在与SGND端子G1相同的接地点(第一接地点)紧固共同接头负载21的状态下,SGND端子G1从接地点脱落,在通过接地螺栓在与PGND端子G2相同的接地点(第二接地点)紧固共同接头负载22的状态下,PGND端子G2从接地点脱落的状态。此时，假定SGND端子G1的电位上升至控制电路11未达到复位且因SGND端子G1和PGND端子G2的电位差而使第一监视电路14的三极管141不接通的程度的情况。
在该情况下,由于控制电路11的控制端子11b与SGND端子G1之间的导通路通过三极管141被切断,因此从控制端子11b输出的续流电路控制信号向第二监视电路15传递。第二监视电路15具备的2个三极管151、152根据续流电路控制信号而被接通,电源电压向第三监视电路16传递。但是,第三监视电路16检测电源1及PGND端子G2间的电位差的减少,使三极管161为关断。其结果,不从第三监视电路16向续流电路13供给电源电压,而续流电路13具备的FET312被关断。
此外,由于第三监视电路16检测电源1及PGND端子G2间的电位差,因此即使在接地的通常连接时,在由于电源电压下降而电源1及PGND端子G2间的电位差低于切断阈值的情况下,存在达到切断动作的可能性。因此,第三监视电路16的切断阈值优选考虑施加于负载驱动电路10的电源电压的范围所涉及的规格而设定。
在本实施方式的负载驱动电路10中,即使在控制电路11能够将续流电路控制信号传递至第二监视电路15的情况下,在SGND端子G1及PGND端子G2的双方从接地点脱落,并能够检测电源1及PGND端子G2间的电位差的减少的情况下,由于能够将续流电路13具备的FET132关断,因此能够避免从共同接头负载22向负载2的电流的绕入,并防止续流二极管131(或FET132)的损伤。
如上所述,在本实施方式的负载驱动电路10中,即使在接地端子(SGND端子G1、PGND端子G2)从接地点脱落了的情况下,也能够防止半导体开关12由于因负载2引起的感应电动势而劣化或者损伤。另外，能够防止由来自共同接头负载21、22的绕入造成的续流二极管131的劣化及损伤。
另外,由于能够消除因在接地点将多数的负载接地共同连接造成的上述绕入的担忧,因此能够有助于接头的集成化(接地点的削减)。
进一步地,齐纳二极管17能够与以往的正浪涌保护元件(例如在车辆***的甩负荷对策中使用的元件)并用,能够抑制用于接地脱落对策的成本增加,并且兼顾商品性和鲁棒性。
(实施方式2)
图5是示出实施方式2的负载驱动电路10的结构的电路图。实施方式2的负载驱动电路10具有从在实施方式1中说明的负载驱动电路10中去除第二监视电路15而成的电路结构,具备控制电路11、半导体开关12、续流电路13、第一监视电路14、第三监视电路16、齐纳二极管17等。此外,第一监视电路14具备的三极管141的集电极经由二极管145及电阻146与电源输入线L1连接。
在如图5所示的电路结构中也能够防止伴随来自共同接头负载21、22的电流的绕入的续流二极管131的劣化及损伤。
例如,由于第一监视电路14能够检测伴随PGND端子G2从接地点脱落了的情况的电位上升而将续流电路13的FET132控制为关断,因此能够避免如在实施方式1中说明的那样的从共同接头负载22向负载2的电流的绕入,并防止续流二极管131(或FET132)的损伤。
另外,在SGND端子G1及PGND端子G2的双方从接地点脱落了的情况下,由于在第三监视电路16能够检测电源1及PGND端子G2间的电位差的减少的情况下,能够使续流电路13具备的FET132为关断,因此能够避免从共同接头负载22向负载2的电流的绕入,并防止续流二极管131(或FET132)的损伤。
应认为在本次公开的实施方式的所有的要点为例示,而不是限制性的。本发明的范围不是上述的含义,而是由请求保护的范围所示,意图包含与请求保护的范围均等的含义及范围内的所有变更。
标号说明
10 负载驱动电路
11 控制电路
11a 控制端子(第一控制端子)
11b 控制端子(第二控制端子)
11c 复位端子
12 半导体开关
13 续流电路
131 续流二极管
132FET (保护开关)
14 第一监视电路(连接电路)
15 第二监视电路(第一切断电路)
16 第三监视电路(第二切断电路)
T1 电源端子
T2 负载端子
G1 信号接地端子(第一端子)
G2 电源接地端子(第二端子)

Claims (4)

1.一种负载驱动电路，具备：
电源端子，连接电源；
负载端子，连接应该从与该电源端子连接的电源被供给电力的负载；
半导体开关，连接于所述电源端子与所述负载端子之间；
续流电路，具备续流二极管和保护开关，该续流二极管与该半导体开关连接，该保护开关与该续流二极管串联连接并在所述电源的反向连接时关断而阻止电流从所述电源经由所述续流二极管向所述半导体开关的流动；
控制电路，具备第一控制端子和第二控制端子，该第一控制端子输出用于控制所述半导体开关的开闭的信号，该第二控制端子输出用于控制所述保护开关的开闭的信号；
第一端子，将所述控制电路连接于第一固定电位；
第二端子，将所述续流二极管的阳极经由所述保护开关而连接于第二固定电位；
连接电路，具备介入安装于导通路的连接开关，该导通路将所述第二控制端子和所述第一端子连接,在检测到所述第一端子与所述第二端子之间的电位差的上升的情况下,所述连接电路通过接通所述连接开关将所述第二控制端子和所述第一端子连接；及
齐纳二极管，该齐纳二极管不经由所述半导体开关而连接于所述保护开关与所述电源端子之间。
2.根据权利要求1所述的负载驱动电路，其中，
所述连接电路检测伴随所述第二端子与所述第二固定电位之间的连接解除的情况的电位差的上升。
3.根据权利要求1或2所述的负载驱动电路，其中，
所述负载驱动电路具备第一切断电路，该第一切断电路设置于所述第二控制端子与所述续流电路之间,并在所述第一端子与所述第一固定电位之间的连接解除的情况下,使所述保护开关关断。
4.根据权利要求3所述的负载驱动电路，其中，
所述负载驱动电路还具备第二切断电路，该第二切断电路设置于所述第一切断电路与所述续流电路之间,并在检测到所述电源端子与所述第二端子之间的电位差的下降的情况下,使所述保护开关关断。
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