專利名稱：短路檢測方法及實行該方法的電源模塊的制作方法
短路檢測方法及實行該方法的電源模塊本發明涉及一種電氣設備的電源模塊中短路的檢測方法，特別是直流的。它還涉及能夠實現這樣一種方法的電源模塊。本發明在汽車電氣設備的直流電源電路領域內，特別是能夠在采暖、通風和/或空氣調節裝置中建立空氣流的馬達風機組的馬達上得到特別有利的應用。汽車的采暖、通風和/或空氣調節裝置一般都有馬達風機組，用來保證空氣在汽車車廂中的流通。該馬達風機組包括由電動機驅動的渦輪機，所述電動機由電源模塊提供電流進行工作。事實上，這種用途的電源模塊設置在電源和要供電的電動機之間，該電源特別是設置在該汽車中的電池組。該電源模塊包括印刷電路板，其上固定有一些從電源(特別是汽車電池組)出發向電動機提供電源電流所需要的部件。特別地，該電源模塊可以包括電流開關，特別是脈沖寬度調制(在英語中也稱為“PWM”，即“Pulse Width Modulation(脈沖寬度調制)”)型的電流開關。PWM型電流開關可以使電壓脈沖的占空比改變，所述電壓脈沖從電源、因而按照一個優選的實施例從電池組的電壓出發并形成。該電源模塊還包括熱量耗散機構，諸如散熱器，用以排除部件以及一個或多個連接器所產生的熱量，這些連接器用來接收分別把該電源模塊連接至電池組和電動機的導線
束ο—般說來，在這樣的電源模塊中的電子部件，還包括放置在電源模塊輸入端并與電池組和電動機并聯的大容量輸入濾波電容。特別地，最常采用的濾波電容是化學電容，其中板片(armatures)具有固定的極性。采用這種類型的電源模塊，在連接到連接器的各導線束之間存在短路的風險，尤其可能導致輸入濾波電容短路。這種短路情況的結果是，電源提供的電流急劇增大，結果供電導線束升溫可能直至使其熔化。另一方面，濾波電容放電可能產生非常大的電流，約達200A，遠遠超過約30A的標稱值。隨著這樣的電流，電源模塊的部件，特別是電流開關，例如，PWM型電流開關溫度上升， 并可能使構成印刷電路板(英語名稱為“PCB”，即“Printed Circuit Board")的環氧材料燃燒起來。這種著火(embrasement)的風險在短路的情況下更大，印刷電路板的散熱器不能冷卻那些部件，因為電動機不再得到供電，不能產生散熱器冷卻所需要的空氣流。因而，存在一種需求以獲得電源模塊中短路的早期檢測，以便能夠足夠早地采取措施，限制災難性后果。為此，本發明提出一種在電氣設備的電源模塊中檢測短路的方法，特別是直流的， 該電源模塊包括并聯配備在電氣設備上的輸入濾波電容。該方法在于檢測輸入濾波電容由于短路而提供的放電電流。于是，一旦該輸入濾波電容的放電電流大于給定值，就立即診斷出短路的情況并采取措施，例如，取消輸入濾波電容的放電電路中的電流，諸如使電流開關斷開，特別是使PWM型電流開關斷開。按照本發明的一個實施例，通過測量配備在輸入濾波電容放電電路上的電阻元件端子上的電壓，檢測該放電電流。特別地，本發明規定，該電阻元件由輸入濾波電容的保護部件構成，所述保護部件針對電源電流(例如直流)的極性逆轉進行保護。事實上人們知道，并正如前面提到的，電源模塊的輸入濾波電容是有極性的化學電容，其板片應該連接到電源(特別是汽車電池組)的相應極性的端子。因而，該電源極性逆轉還會使輸入濾波電容的極性逆轉，并使其被破壞。按照本發明一個特定的實施方式，該保護部件是MOSFET功率晶體管。在這種情況下，輸入濾波電容的保護是通過如下方式實現的一旦檢測到電源的逆轉，就向MOSFET功率晶體管的柵極施加一小于導通閾值的柵極-源極電壓Vgs，使得該MOSFET功率晶體管變為不導通，并使該輸入濾波電容與該電源隔離。在正常使用的情況下，MOSFET功率晶體管導通，這時柵極-源極電壓Vgs大于導通閾值。輸入濾波電容短路的檢測，是通過測量MOSFET功率晶體管電阻Rdsw端子的電壓進行的，即通過電壓放大器或者簡單地借助于電壓比較器。若在電源模塊的印刷電路板上已經存在未使用的比較器或者放大器，尤其是使用雙或四比較器或者放大器器件時，則這些實施方式可能特別有利。另一個技術方案是把電流測量的分流器放置在輸入濾波電容的放電電路中，例如，與電流開關、特別是PWM型電流開關串聯。但是，該方案不如借助作為保護元件的 MOSFET功率晶體管有利，因為它使用額外的部件，成本高、笨重而且散發熱量。本發明同樣涉及電氣設備的電源模塊，特別是直流的，所述電源模塊包括并聯地配備在該設備上的濾波電容。該電源模塊包括放電電流的檢測裝置，所述電流是由輸入濾波電容因電源模塊中短路而提供。按照本發明，該檢測裝置包括配備在輸入濾波電容放電電路上的電阻元件和測量該電阻元件端子上電壓的裝置。按照不同的實施方式，該電壓測量裝置包括電壓放大器和/或電壓比較器。本發明特別規定，該電阻元件由輸入濾波電容的保護部件構成，所述保護部件針對電源電流(特別是直流電源電流)的極性逆轉進行保護。優選地，該保護部件是MOSFET功率晶體管。閱讀下面參照附圖作為非限制性示例給出的描述，將能夠更好地理解本發明及其實現方式，附圖中·
圖1是實行按照本發明的檢測短路的方法的電氣設備電源模塊的一個方案；而 圖2在(a)表示施加于圖1的電源模塊的比較器上的電壓的曲線圖，而在(b)表示按照本發明比較器的輸出信號相應的曲線圖。圖1是電氣設備(特別是直流電動機)的實行短路檢測方法的電源模塊的一個方案。本發明適用于電氣設備10(特別是直流電動機)的電源電路，諸如汽車采暖、通風和/或空氣調節裝置馬達風機組電動機的電源電路。圖1的電源電路包括提供電流(特別是直流)的電源20。該電源20，例如，是設置在汽車中的電池組。圖1的電源電路還包括電源模塊100，后者包括各種部件，特別地所述部件固定在印刷電路板(PCB)上。該印刷電路板由散熱器冷卻，散熱器本身由電源模塊 100所控制的馬達風機組產生的空氣流掃過。在電源模塊100的部件中，可以注意到電流開關110，特別是PWM型開關，它能夠向電氣設備10 (特別是馬達風機組電動機)提供電源電壓。特別地，在使用PWM型電流開關 110的情況下，向電氣設備10提供的電源電壓采取頻率固定但占空比可變的方波信號的形式。電源模塊100還包括輸入濾波電容120。優選地，該輸入濾波電容120是電化學類型的，并與電氣設備10(例如電動機)和電源20(特別是電池組)并聯配備。為了保護該輸入濾波電容120免受與電源20極性逆轉相聯系的電源電流(特別是由電池組提供的直流電流)可能的逆轉，在電源模塊100中預先設置保護部件130，它具有一旦檢測到電源電流的逆轉便中斷穿過輸入濾波電容120的電流的功能。在圖1的實施例中，保護部件130是MOSFET功率晶體管。MOSFET功率晶體管一般包括三個端子漏極D、源極S和柵極G。該晶體管安裝在電源模塊100中，以便在正常狀態下導通。在此狀態下，施加在柵極G的控制電位使得柵極G和源極S之間的電壓Vgs大于MOSFET功率晶體管130的導通閾值電壓Vgsth的極限。導通閾值電壓Vgsth定義為逆轉區域出現的電壓Vgs，就是說在漏極D和源極S之間建立導通溝道的電壓。當電壓Vgs小于導通閾值電壓Vgsth時，MOSFET功率晶體管130被阻斷或不導通。 在相反的情況下，MOSFET功率晶體管130導通，它引導漏極D和源極S之間的電流。當檢測到電池組逆轉時，柵極G被未示出的管理中心支持在一電位上，對于該電位，電壓Vgs低于導通閾值電壓Vgsth。這時MOSFET功率晶體管130變為不導通，于是切斷通過輸入濾波電容120的電流。第一導線束21把電源20 (特別是電池組)連接到電源模塊100未示出的連接器。 同樣，配備在電源模塊100上的另一個連接器接收第二導線束11的導線，把電氣設備10，特別是汽車的采暖、通風和/或空氣調節裝置的馬達風機組的電動機連接到電源模塊100。然而，第一束導線21和第二束導線11之間產生的接觸，在電源模塊100中引起短路。這樣的短路，例如，可以把電氣設備10的“ + ”電極連接到電源20的“-”電極。該短路在圖1中用點線1表示。在這種情況下，輸入濾波電容120在該電路中放電。這樣的放電在圖1上用箭頭 2表示。如前所述，這樣由輸入濾波電容120提供的電流可以達到很大的數值，約200A。在這樣的強度下，電源模塊100的印刷電路板上的部件，特別是電流開關110，例如，PWM型開關，可能升溫到構成印刷電路板(PCB)的環氧材料的燃點。這個風險在電氣設備10特別是汽車采暖、通風和/或空氣調節裝置的馬達風機組的電動機時，該電動機10斷電、印刷電路板的散熱器不再被馬達通風機組產生的空氣流冷卻時更為嚴峻。因而需要能夠盡可能早檢測出短路的情況，以避免招致損害的效應。為此目的，提出利用保護部件130，特別是MOSFET功率晶體管，作為輸入濾波電容 120的短路檢測裝置。更準確地說，處于導通狀態的MOSFET功率晶體管130構成值為RdsQN 的電阻元件，允許測量流過MOSFET功率晶體管130電阻Rdsw的放電電流I。。。為此，測量等于MOSFET功率晶體管130的電阻RdsQN與保證保護功能的MOSFET功率晶體管130端子上的放電電流I。。值的乘積的電壓V。。即可。因而Vcc = Rds0N*Icc如圖1所示，電壓V。。的測量可以借助于電壓比較器200進行，就是說，比較電壓V。。
和基準電壓Vrtf。圖2表示施加在圖1電源模塊100的電壓比較器200上的電壓曲線圖(圖加)，和按照本發明的電壓比較器200相應的輸出信號的曲線圖(圖2b)。如圖2所示，當在電源模塊100中出現短路時，電壓V。。高于基準電壓Vrtf，指明短路，這時電壓比較器200的輸出電壓V。ut改變邏輯狀態，這個狀態的變化構成短路檢測。輸出電壓V。ut本身可以用來結束短路狀況。為此，電壓比較器200的輸出，例如， 施加在特別是PWM型電流開關110的控制電路210上，以便使之轉為開路狀態，并切斷輸入濾波電容120放電電路中的短路電流。顯而易見，MOSFET功率晶體管130端子上的電壓V。。可以用電壓比較器以外的其他裝置測量，例如，電壓放大器。很顯然，本發明不限于只作為示例提供的上述實施方式，并在本發明的范圍內包含本領域技術人員能夠想出的其他方案，特別是上述不同實施方式的所有結合。
權利要求
1.一種電氣設備(10)的電源模塊(100)中短路的檢測方法，特別是直流的電氣設備的電源模塊，該電源模塊包括并聯地配備在電氣設備(10)上的輸入濾波電容(120)，其特征在于，該方法在于檢測輸入濾波電容(120)提供的放電電流(I。。)，該放電電流是由于電源模塊(100)中短路造成的。
2.按照權利要求1的方法，其中，該放電電流(I。。)通過測量電阻元件(130)端子上的電壓(V。。)而被檢測，所述電阻元件(130)配備在輸入濾波電容(120)的放電電路上。
3.按照權利要求2的方法，其中，該電阻元件由輸入濾波電容(120)的針對電源電流極性逆轉進行保護的保護部件(130)構成。
4.按照權利要求3的方法，其中，該保護部件是MOSFET功率晶體管(130)。
5.一種電氣設備(10)的電源模塊(100)，特別是直流的，該電源模塊包括并聯地配備在電氣設備(10)上的輸入濾波電容(120)，其特征在于，該電源模塊(100)包括輸入濾波電容(120)提供的放電電流(I。。)的檢測裝置(130，200)，所述放電電流(I。。)是由于電源模塊(100)中短路而造成的。
6.按照權利要求5的電源模塊，其中，該檢測裝置包括配置在輸入濾波電容(120)放電電路上的電阻元件(130)和電阻元件(130)各端子上的電壓(V。。)的測量裝置000)。
7.按照權利要求6的電源模塊，其中，電壓(V。。)的測量裝置(200)包括電壓放大器。
8.按照權利要求6的電源模塊，其中，電壓(V。。)的測量裝置(200)包括電壓比較器。
9.按照權利要求6至8中任何一項的電源模塊，其中，電阻元件(130)由輸入濾波電容 (120)的針對電源電流極性逆轉進行保護的保護部件構成。
10.按照權利要求9的電源模塊，其中，該保護部件是MOSFET功率晶體管(130)。
全文摘要
本發明涉及電氣設備(10)的電源模塊(100)，特別是使用直流，該電源模塊(100)包括與電氣設備(10)并聯配置的輸入濾波電容(120)。該電源模塊(100)包括輸入濾波電容(120)提供的放電電流(Icc)的檢測裝置(130，200)，所述放電電流是由于電源模塊(100)中短路而造成的。本發明可應用于汽車的電氣設備的電源電路，特別是能夠在采暖、通風和/或空氣調節裝置中建立空氣流的馬達風機組的馬達的電源電路。
文檔編號G01R31/42GK102439473SQ201080008075
公開日2012年5月2日 申請日期2010年2月5日 優先權日2009年2月16日
發明者J·加迪諾伊斯, K·昌文, R·維拉加西亞 申請人:法雷奧熱系統公司