专利名称：短路检测方法及实行该方法的电源模块的制作方法
短路检测方法及实行该方法的电源模块本发明涉及一种电气设备的电源模块中短路的检测方法，特别是直流的。它还涉及能够实现这样一种方法的电源模块。本发明在汽车电气设备的直流电源电路领域内，特别是能够在采暖、通风和/或空气调节装置中建立空气流的马达风机组的马达上得到特别有利的应用。汽车的采暖、通风和/或空气调节装置一般都有马达风机组，用来保证空气在汽车车厢中的流通。该马达风机组包括由电动机驱动的涡轮机，所述电动机由电源模块提供电流进行工作。事实上，这种用途的电源模块设置在电源和要供电的电动机之间，该电源特别是设置在该汽车中的电池组。该电源模块包括印刷电路板，其上固定有一些从电源(特别是汽车电池组)出发向电动机提供电源电流所需要的部件。特别地，该电源模块可以包括电流开关，特别是脉冲宽度调制(在英语中也称为“PWM”，即“Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)”)型的电流开关。PWM型电流开关可以使电压脉冲的占空比改变，所述电压脉冲从电源、因而按照一个优选的实施例从电池组的电压出发并形成。该电源模块还包括热量耗散机构，诸如散热器，用以排除部件以及一个或多个连接器所产生的热量，这些连接器用来接收分别把该电源模块连接至电池组和电动机的导线
束ο—般说来，在这样的电源模块中的电子部件，还包括放置在电源模块输入端并与电池组和电动机并联的大容量输入滤波电容。特别地，最常采用的滤波电容是化学电容，其中板片(armatures)具有固定的极性。采用这种类型的电源模块，在连接到连接器的各导线束之间存在短路的风险，尤其可能导致输入滤波电容短路。这种短路情况的结果是，电源提供的电流急剧增大，结果供电导线束升温可能直至使其熔化。另一方面，滤波电容放电可能产生非常大的电流，约达200A，远远超过约30A的标称值。随着这样的电流，电源模块的部件，特别是电流开关，例如，PWM型电流开关温度上升， 并可能使构成印刷电路板(英语名称为“PCB”，即“Printed Circuit Board")的环氧材料燃烧起来。这种着火(embrasement)的风险在短路的情况下更大，印刷电路板的散热器不能冷却那些部件，因为电动机不再得到供电，不能产生散热器冷却所需要的空气流。因而，存在一种需求以获得电源模块中短路的早期检测，以便能够足够早地采取措施，限制灾难性后果。为此，本发明提出一种在电气设备的电源模块中检测短路的方法，特别是直流的， 该电源模块包括并联配备在电气设备上的输入滤波电容。该方法在于检测输入滤波电容由于短路而提供的放电电流。于是，一旦该输入滤波电容的放电电流大于给定值，就立即诊断出短路的情况并采取措施，例如，取消输入滤波电容的放电电路中的电流，诸如使电流开关断开，特别是使PWM型电流开关断开。按照本发明的一个实施例，通过测量配备在输入滤波电容放电电路上的电阻元件端子上的电压，检测该放电电流。特别地，本发明规定，该电阻元件由输入滤波电容的保护部件构成，所述保护部件针对电源电流(例如直流)的极性逆转进行保护。事实上人们知道，并正如前面提到的，电源模块的输入滤波电容是有极性的化学电容，其板片应该连接到电源(特别是汽车电池组)的相应极性的端子。因而，该电源极性逆转还会使输入滤波电容的极性逆转，并使其被破坏。按照本发明一个特定的实施方式，该保护部件是MOSFET功率晶体管。在这种情况下，输入滤波电容的保护是通过如下方式实现的一旦检测到电源的逆转，就向MOSFET功率晶体管的栅极施加一小于导通阈值的栅极-源极电压Vgs，使得该MOSFET功率晶体管变为不导通，并使该输入滤波电容与该电源隔离。在正常使用的情况下，MOSFET功率晶体管导通，这时栅极-源极电压Vgs大于导通阈值。输入滤波电容短路的检测，是通过测量MOSFET功率晶体管电阻Rdsw端子的电压进行的，即通过电压放大器或者简单地借助于电压比较器。若在电源模块的印刷电路板上已经存在未使用的比较器或者放大器，尤其是使用双或四比较器或者放大器器件时，则这些实施方式可能特别有利。另一个技术方案是把电流测量的分流器放置在输入滤波电容的放电电路中，例如，与电流开关、特别是PWM型电流开关串联。但是，该方案不如借助作为保护元件的 MOSFET功率晶体管有利，因为它使用额外的部件，成本高、笨重而且散发热量。本发明同样涉及电气设备的电源模块，特别是直流的，所述电源模块包括并联地配备在该设备上的滤波电容。该电源模块包括放电电流的检测装置，所述电流是由输入滤波电容因电源模块中短路而提供。按照本发明，该检测装置包括配备在输入滤波电容放电电路上的电阻元件和测量该电阻元件端子上电压的装置。按照不同的实施方式，该电压测量装置包括电压放大器和/或电压比较器。本发明特别规定，该电阻元件由输入滤波电容的保护部件构成，所述保护部件针对电源电流(特别是直流电源电流)的极性逆转进行保护。优选地，该保护部件是MOSFET功率晶体管。阅读下面参照附图作为非限制性示例给出的描述，将能够更好地理解本发明及其实现方式，附图中·
图1是实行按照本发明的检测短路的方法的电气设备电源模块的一个方案；而 图2在(a)表示施加于图1的电源模块的比较器上的电压的曲线图，而在(b)表示按照本发明比较器的输出信号相应的曲线图。图1是电气设备(特别是直流电动机)的实行短路检测方法的电源模块的一个方案。本发明适用于电气设备10(特别是直流电动机)的电源电路，诸如汽车采暖、通风和/或空气调节装置马达风机组电动机的电源电路。图1的电源电路包括提供电流(特别是直流)的电源20。该电源20，例如，是设置在汽车中的电池组。图1的电源电路还包括电源模块100，后者包括各种部件，特别地所述部件固定在印刷电路板(PCB)上。该印刷电路板由散热器冷却，散热器本身由电源模块 100所控制的马达风机组产生的空气流扫过。在电源模块100的部件中，可以注意到电流开关110，特别是PWM型开关，它能够向电气设备10 (特别是马达风机组电动机)提供电源电压。特别地，在使用PWM型电流开关 110的情况下，向电气设备10提供的电源电压采取频率固定但占空比可变的方波信号的形式。电源模块100还包括输入滤波电容120。优选地，该输入滤波电容120是电化学类型的，并与电气设备10(例如电动机)和电源20(特别是电池组)并联配备。为了保护该输入滤波电容120免受与电源20极性逆转相联系的电源电流(特别是由电池组提供的直流电流)可能的逆转，在电源模块100中预先设置保护部件130，它具有一旦检测到电源电流的逆转便中断穿过输入滤波电容120的电流的功能。在图1的实施例中，保护部件130是MOSFET功率晶体管。MOSFET功率晶体管一般包括三个端子漏极D、源极S和栅极G。该晶体管安装在电源模块100中，以便在正常状态下导通。在此状态下，施加在栅极G的控制电位使得栅极G和源极S之间的电压Vgs大于MOSFET功率晶体管130的导通阈值电压Vgsth的极限。导通阈值电压Vgsth定义为逆转区域出现的电压Vgs，就是说在漏极D和源极S之间建立导通沟道的电压。当电压Vgs小于导通阈值电压Vgsth时，MOSFET功率晶体管130被阻断或不导通。 在相反的情况下，MOSFET功率晶体管130导通，它引导漏极D和源极S之间的电流。当检测到电池组逆转时，栅极G被未示出的管理中心支持在一电位上，对于该电位，电压Vgs低于导通阈值电压Vgsth。这时MOSFET功率晶体管130变为不导通，于是切断通过输入滤波电容120的电流。第一导线束21把电源20 (特别是电池组)连接到电源模块100未示出的连接器。 同样，配备在电源模块100上的另一个连接器接收第二导线束11的导线，把电气设备10，特别是汽车的采暖、通风和/或空气调节装置的马达风机组的电动机连接到电源模块100。然而，第一束导线21和第二束导线11之间产生的接触，在电源模块100中引起短路。这样的短路，例如，可以把电气设备10的“ + ”电极连接到电源20的“-”电极。该短路在图1中用点线1表示。在这种情况下，输入滤波电容120在该电路中放电。这样的放电在图1上用箭头 2表示。如前所述，这样由输入滤波电容120提供的电流可以达到很大的数值，约200A。在这样的强度下，电源模块100的印刷电路板上的部件，特别是电流开关110，例如，PWM型开关，可能升温到构成印刷电路板(PCB)的环氧材料的燃点。这个风险在电气设备10特别是汽车采暖、通风和/或空气调节装置的马达风机组的电动机时，该电动机10断电、印刷电路板的散热器不再被马达通风机组产生的空气流冷却时更为严峻。因而需要能够尽可能早检测出短路的情况，以避免招致损害的效应。为此目的，提出利用保护部件130，特别是MOSFET功率晶体管，作为输入滤波电容 120的短路检测装置。更准确地说，处于导通状态的MOSFET功率晶体管130构成值为RdsQN 的电阻元件，允许测量流过MOSFET功率晶体管130电阻Rdsw的放电电流I。。。为此，测量等于MOSFET功率晶体管130的电阻RdsQN与保证保护功能的MOSFET功率晶体管130端子上的放电电流I。。值的乘积的电压V。。即可。因而Vcc = Rds0N*Icc如图1所示，电压V。。的测量可以借助于电压比较器200进行，就是说，比较电压V。。
和基准电压Vrtf。图2表示施加在图1电源模块100的电压比较器200上的电压曲线图(图加)，和按照本发明的电压比较器200相应的输出信号的曲线图(图2b)。如图2所示，当在电源模块100中出现短路时，电压V。。高于基准电压Vrtf，指明短路，这时电压比较器200的输出电压V。ut改变逻辑状态，这个状态的变化构成短路检测。输出电压V。ut本身可以用来结束短路状况。为此，电压比较器200的输出，例如， 施加在特别是PWM型电流开关110的控制电路210上，以便使之转为开路状态，并切断输入滤波电容120放电电路中的短路电流。显而易见，MOSFET功率晶体管130端子上的电压V。。可以用电压比较器以外的其他装置测量，例如，电压放大器。很显然，本发明不限于只作为示例提供的上述实施方式，并在本发明的范围内包含本领域技术人员能够想出的其他方案，特别是上述不同实施方式的所有结合。
权利要求
1.一种电气设备(10)的电源模块(100)中短路的检测方法，特别是直流的电气设备的电源模块，该电源模块包括并联地配备在电气设备(10)上的输入滤波电容(120)，其特征在于，该方法在于检测输入滤波电容(120)提供的放电电流(I。。)，该放电电流是由于电源模块(100)中短路造成的。
2.按照权利要求1的方法，其中，该放电电流(I。。)通过测量电阻元件(130)端子上的电压(V。。)而被检测，所述电阻元件(130)配备在输入滤波电容(120)的放电电路上。
3.按照权利要求2的方法，其中，该电阻元件由输入滤波电容(120)的针对电源电流极性逆转进行保护的保护部件(130)构成。
4.按照权利要求3的方法，其中，该保护部件是MOSFET功率晶体管(130)。
5.一种电气设备(10)的电源模块(100)，特别是直流的，该电源模块包括并联地配备在电气设备(10)上的输入滤波电容(120)，其特征在于，该电源模块(100)包括输入滤波电容(120)提供的放电电流(I。。)的检测装置(130，200)，所述放电电流(I。。)是由于电源模块(100)中短路而造成的。
6.按照权利要求5的电源模块，其中，该检测装置包括配置在输入滤波电容(120)放电电路上的电阻元件(130)和电阻元件(130)各端子上的电压(V。。)的测量装置000)。
7.按照权利要求6的电源模块，其中，电压(V。。)的测量装置(200)包括电压放大器。
8.按照权利要求6的电源模块，其中，电压(V。。)的测量装置(200)包括电压比较器。
9.按照权利要求6至8中任何一项的电源模块，其中，电阻元件(130)由输入滤波电容 (120)的针对电源电流极性逆转进行保护的保护部件构成。
10.按照权利要求9的电源模块，其中，该保护部件是MOSFET功率晶体管(130)。
全文摘要
本发明涉及电气设备(10)的电源模块(100)，特别是使用直流，该电源模块(100)包括与电气设备(10)并联配置的输入滤波电容(120)。该电源模块(100)包括输入滤波电容(120)提供的放电电流(Icc)的检测装置(130，200)，所述放电电流是由于电源模块(100)中短路而造成的。本发明可应用于汽车的电气设备的电源电路，特别是能够在采暖、通风和/或空气调节装置中建立空气流的马达风机组的马达的电源电路。
文档编号G01R31/42GK102439473SQ201080008075
公开日2012年5月2日 申请日期2010年2月5日 优先权日2009年2月16日
发明者J·加迪诺伊斯, K·昌文, R·维拉加西亚 申请人:法雷奥热系统公司