負載驅動裝置、車用空調裝置以及負載短路保護電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種驅動例如PTC元件等負載的負載驅動裝置、具有該負載驅動裝置的車用空調裝置、以及負載短路保護電路。
【背景技術】
[0002]例如，在適用于電動汽車或混合動力車等的車用空調裝置中，作為制暖用的熱源的一種，眾所周知有將正特性熱敏電阻元件(Positive Temperature Coefficient；以下稱為“PTC元件”)作為發熱體的PTC加熱器(例如，參照專利文獻1、2)。
[0003]現有技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本專利特開2008-277351號公報
[0006]專利文獻2:日本專利特開2013-159135號公報
【發明內容】
[0007]發明要解決的問題
[0008]在PTC元件等負載中，負載本身有可能會發生短路。以往，利用保險絲或微處理器的過電流保護功能進行短路保護，但是反應時間較長，有可能會發生短路產生的過電流破壞元件等的情況。
[0009]本發明的目的在于，提供一種能夠提高短路檢測的反應性能，且能夠在發生短路時快速切斷對負載的電力供給的負載驅動裝置、具有該負載驅動裝置的車用空調裝置、以及負載短路保護電路。
[0010]技術方案
[0011]本發明的第1方式為負載驅動裝置，其具有:第1開關元件，其控制對負載供給電流的開關;驅動單元，其通過向所述第1開關元件的導通控制端子施加用于控制該第1開關元件的開關的電壓信號，從而驅動該第1開關元件；電壓輸出單元，其將流經所述負載的電流轉換為電壓進行輸出；以及負載短路保護電路，其中，所述負載保護電路具有:比較單元，其在所述電壓輸出單元的輸出電壓達到規定基準電壓以上時檢測到短路并輸出高信號;保持單元，其將所述比較單元的高信號維持規定的時間；第1電阻，其設置在連接所述驅動單元與所述第1開關元件的導通控制端子的控制線上;第2電阻，其設置在所述控制線上比所述第1電阻更靠所述驅動單元側；以及第2開關元件，其設置在所述第1電阻與所述第2電阻的中間與地連接的線上，當所述比較單元輸出高信號時，所述第2開關元件為導通狀態。
[0012]根據本方式，當負載發生短路時，電壓輸出單元的輸出電壓增大，在比較單元中判斷是否在基準電壓以上。若比較單元輸出高信號，則第2開關元件變為導通狀態，第1開關元件的導通控制端子與地經由第1電阻連接。由此，第1開關元件的導通控制端子的電壓下降，第1開關元件變為關斷狀態。從而能夠縮短從檢測到短路開始到第1開關元件關斷為止的時間，并且能夠提高發生短路時的反應速度。
[0013]并且，由于比較單元的高信號被保持單元維持規定的時間，因此在這個期間，能夠穩定地使第2開關元件為導通狀態。由此，例如，能夠防止隨著流經負載的電流臨時發生變化、比較單元的輸出發生反轉而引起的震蕩。
[0014]在上述負載驅動裝置中，所述電壓輸出單元可以具有:分流電阻；以及非反轉放大電路，其將作為所述分流電阻上的壓降而產生的電壓放大并輸出。
[0015]這樣一來，通過使用分流電阻，能夠用簡單的結構將流經負載的電流作為電壓進行檢測。并且，通過利用非反轉放大電路，能夠快速進行信號放大。由此，能夠提高電流檢測速度。
[0016]在上述負載驅動裝置中，所述保持單元可以具有:二極管，其順著所述比較單元的輸出線的方向連接;電容器，其設置在所述輸出線上的所述二極管的陰極側與地之間；以及電阻，其與所述電容器并聯。
[0017]通過上述結構，能夠用簡單的結構將比較單元的輸出信號維持規定的時間。
[0018]上述負載驅動裝置優選具有演算處理單元，其在所述電壓輸出單元的輸出電壓達到規定基準電壓以上時檢測到短路，并且向所述驅動單元輸出負載切斷信號，所述負載切斷信號用于將所述第1開關元件設為關斷狀態，其中，所述保持單元的所述規定的時間優選比從檢測到所述短路開始至所述第1開關元件被所述負載切斷信號設為關斷狀態為止的期間長一些。
[0019]由此，在檢測到短路，直至第1開關元件經由驅動單元被來自演算處理單元的負載切斷信號設為關斷狀態為止的期間，能夠將比較單元的輸出維持為高信號。由此，直至第1開關元件被演算處理單元設為關斷狀態為止，能夠利用負載短路保護電路切實使第1開關兀件為關斷狀態。
[0020]在上述負載驅動裝置中，所述第1電阻的電阻值優選根據電源與所述負載之間的電感設定。
[0021]發生短路時的浪涌電壓和短路電流的峰值以及增加率根據電源與負載之間的電感的變化而變化。另一方面，第1電阻的電阻值與第1開關元件的電荷接入時間相關。因此，根據發生短路時的浪涌電壓和短路電流的峰值以及增加率將第1電阻的電阻值設定為適當的值，從而能夠在發生短路時防止元件破壞。
[0022]在上述負載驅動裝置中，所述第1電阻和所述第2電阻可以由一個可變電阻1C構成，通過微型計算機的數字指令調整分壓比，從而分別設定所述第1電阻的電阻值和所述第2電阻的電阻值。
[0023]由此，不需要手動調整第1電阻和第2電阻。
[0024]本發明的第2方式為車用空調裝置，其具有:使用PTC元件的加熱器；以及用于驅動所述PTC元件的上述負載驅動裝置。
[0025]本發明的第3方式為應用于負載驅動裝置的負載短路保護電路，所述負載驅動裝置具有:驅動單元，其通過向所述第1開關元件的導通控制端子施加用于控制該第1開關元件的開關的電壓，從而驅動該第1開關元件；電壓輸出單元，其將流經所述負載的電流轉換為電壓進行輸出；以及演算處理單元，其在所述電壓輸出單元超過規定基準電壓時檢測到短路，并且向所述驅動單元輸出關斷控制信號，所述負載短路保護電路具有:比較單元，其在所述電壓輸出單元的輸出電壓達到規定基準電壓以上時檢測到短路并輸出高信號;保持單元，其將所述比較單元的高信號維持規定的時間；第1電阻，其設置在連接所述驅動單元與所述第1開關元件的導通控制端子的控制線上;第2電阻，其設置在所述控制線上比所述第1電阻更靠所述驅動單元側；以及第2開關元件，其設置在所述第1電阻與所述第2電阻的中間與地連接的線上，當所述比較單元輸出高信號時，所述第2開關元件為導通狀態。
[0026]有益效果
[0027]根據本發明，能夠提高檢測到負載等發生短路時的反應性能，并能夠快速切斷對負載的電力供給。由此，能夠抑制過電流或浪涌電壓所造成的元件破壞。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明第1實施方式所涉及的負載驅動裝置的概要構成圖。
[0029]圖2是從電源向PTC元件供給電流的閉合電路的概要圖。
[0030]圖3是表示將電源與PTC元件之間的電感較大時的浪涌電壓和短路電流波形與該電感較小時的浪涌電壓和短路電流波形進行比較的圖。
[0031]圖4是表示將設置了有源箝位電路的情況下的集電極-發射極間電壓和集電極電流與未設置源箝位電路的情況下的集電極-發射極間電壓和集電極電流分別進行比較的圖。
[0032]圖5是表示驅動多個PTC元件時的負載驅動裝置的一構成例的圖。
【具體實施方式】
[0033][第1實施方式]
[0034]下面參照附圖對本發明的第1實施方式所涉及的負載驅動裝置、具有該負載驅動裝置的車用空調裝置、以及負載短路保護電路進行說明。
[0035]圖1是本發明的第1實施方式所涉及的負載驅動裝置的概要構成圖。在圖1中，將搭載于車用空調裝置上的PTC加熱器的PTC元件作為負載進行了舉例說明，但負載并非特定的部件。
[0036]如圖1所示，負載驅動裝置1的主要結構具有:IGBT( Insulated Gate BipolarTransistor:第1開關元件)3，其控制對作為負載的PTC元件2供給電流的開關;驅動電路4，其驅動IGBT3;控制裝置5，其控制驅動電路4;以及負載短路保護電路10。
[0037]在IGBT3中，集電極-基極間設置有有源箝位電路35，其由穩壓二極管和二極管構成。通過設置有源箝位電路35，如圖4所示，既能夠抑制浪涌電壓，又能夠減緩電流變化率。在圖4中，虛線表示未設置有源箝位電路35的情況下的電流和電壓波形，實線表示設置了有源箝位電路35的情況下的電流和電壓波形。
[0038]驅動電路4通過將用于控制IGBT3的開關的電壓信號施加在IGBT3的基極(導通控制端子)上，從而驅動IGBT3。
[0039]也可以用其他的功率器件代替IGBT3。作為其他功率器件的一例，可以舉出FET(Field-Effect Transistor:場效應晶體管)、MOSFET(Metal-Oxide_Semiconductor FET:金屬-氧化物半導體場效應晶體管)等。
[0040]控制裝置5為例如微型計算機，CPU通過將記錄在輔助存儲裝置中的程序讀出到主存儲裝置中進行執行，從而實現各種功能(例如，PTC元件的開關控制或短路保護功能)。例如，普通的PTC元件的開關控制可以采用公知技術。
[0041]例如，當輸入到輸入端子A的用于短路檢測的輸入信號超過規定基準電壓時，短路保護功能向驅動電路4輸出負載切斷信號，用于使PTC元件2為斷開狀態。
[0042]負載短路保護電路10的主要結構具有:電壓輸出電路11、比較電路12、保持電路
13、第1電阻14、第2電阻15以及FET(第2開關元件)16。
[0043]電壓輸出電路11將流經PTC元件2的電流轉換為電壓進行輸出。例如，電壓輸出電路11具有:分流電阻11a;以及非反轉放大電路11b，其將作為分流電阻11a上的壓降而產生的電壓進行放大并輸出。比較電路12在電壓輸出電路11的輸出電壓達到規定基準電壓以上時檢測到短路，輸出高信號。例如，將基準電壓設定為5V，當電壓輸出電路11的輸出電壓在5V以上時，比較電路12將5V的輸出信號作為高信號進行輸出。
[0044]保持電路13將比較電路12的高信號維持規定的時間。具體而言，保持電路13具有:二極管13a，其順著比較電路12的輸出線21的方向連接;電容器13b，其設置在輸出線路21上的二極管13 a的陰極側與地之間；以及電阻13 c，其與電容器13 b并聯。
[0045]在此，規定的時間比控制裝置5檢測到短路開始至驅動電路4動作使IGBT3為關斷狀態為止的期間長一些，根據該規定期間決定保持電路13的時間常數，即電容器13b的電容及電阻13c的電阻值。
[0046]第1電阻14設置在連接驅動電路4與IGBT3的基極的控制線22上。并且，在該控制線22上，在比第1電阻14更靠驅動電路4側設置有第2電阻15。第1電阻14及第2電阻15的電阻值的詳細說明如下所述。
[0047]FET16設置在第1電阻14與第2電阻15的中間與地連接的線23上，當比較電路12輸出高信號時，為導通狀態。例如，可以用其他的半導體開關元件代替FET16。在這種情況下，需要與FET16的電壓動作類型相同