专利名称：电力供给装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力供给装置，用于通过控制半导体元件的导通和关断而将电力供给到负载，并且更特别地涉及一种当布线短路时用于瞬间切断电路的技术。
背景技术：
作为一种常见的电力供给装置，例如，已知一种在JP-A-2006-5581
(专利文献1)中公开的装置。
图9是在专利文献1中公开的该装置的电路图。图9中所示的电路将电池的电力供给到例如安装在车辆上的诸如车灯或者发动机的负载，以驱动该负载。在电路中，诸如MOSFET的半导体元件(T101)设置在负载102与电池VB之间，以切换该半导体元件(T101)的导通和关断，以便控制负载102以驱动或者停止。
半导体元件(T101)的漏极(点P1)连接到连接器101。连接器101经由电源侧的布线W1而连接到电源VB的正极端子。此外，半导体元件(T101)的源极(点P2)经由负载侧的布线W2而连接到负载。
这里，假设电源侧的布线Wl的阻抗为Rwl，假设电感为L1，假设负载侧的布线W2的阻抗为Rw2而假设电感为L21+L22。
此外，半导体元件(T101)的栅极经由电阻R5连接到驱动器104的输出端子。该驱动器104通过控制逻辑电路105来控制。于是，当输入信号开关SW1导通使得控制逻辑电路105的启动输入端子接地的时候，该控制逻辑电路105驱动驱动器104以将电荷泵103的电压供给到半导体元件(T101)的栅极，并且导通半导体元件(T101)。因
此，从电池VB输出的的电力经由半导体元件(T101)而供给到负载。
此外，点P1分支到两个系统。 一条分支线连接到比较器CMP102 的负极输入端子，而另一条分支线经由电阻R1和R2的串联连接电路 接地。然后，电阻R1和R2的连接点P3 (电压V3)经由电容器C1接 地，并且连接到比较器CMP102的正极输入端子。
现在，当负载侧的布线W2由于布线的短路的失效而在点P4处接 地的时候，短路电流供给到从电池VB，经过电源侧的布线W1、连接 器IOI、点P1、半导体元件T10K负载侧(Rw2、 L21)的布线W2、 点P4以及接地电阻Rw3，到GND的路径。半导体元件(T101)的漏 极电压(在点Pl处的电压)下降。然后，电压VI输入到比较器CMP102 的负极输入端子。通过在布线的短路发生之前(在点P4接地之前)由 电阻Rl和R2划分电压VI而获得的判定电压V3被输入到比较器 CMP102的正极输入端子，以便通过比较器CMP102将电压V1 (在发 生布线的短路之后的电压VI)与判定电压V3相比较。
于是，由于判定电压V3由于电容器C1的存在而随着时间常数变 化，所以判定电压V3在发生布线的短路之后几乎不会暂时变化。因此， 在布线的短路的发生的时刻，建立VKV3的关系，以便比较器CMP102 的输出信号从L电平转化成H电平。当将比较器CMP102的输出信号 的转化输入到控制逻辑电路105时，该控制逻辑电路105将驱动器104 的输出接地。结果，半导体元件(T101)关断以便保护负载电路的半 导体元件(T101)和布线免遭由于布线的短路而引起的过电流。
这里，当由于在点P4处发生布线的短路而将短路电流供给到电感 L1和L21时，可以如下所述来计算电压VI的下降量。
起初，当电压施加到包括电感和电阻的电路时，计算电路电流。图IOA示出了其中SW、电阻R以及电感L串联连接并且设置在电源VB与GND之间的电路。假设当SW在t=0时导通的时候所获得的电路电流是I。
<formula>formula see original document page 7</formula>
在此时的电流波形如图IOB所示。当t=0时，I=0[A]。随着时间的流逝，电流I指数函数地增长并且重合于电流值VB/R。此时的电流I的梯度dl/dt是当t=0时的最大值，并且其值为VB/L。
图IOC示出了与图9所示的负载电路相似的电路，其中布线的短路发生在半导体元件(T101)与负载之间。此外，图lOD示出了当t二O并且半导体元件(T101)为导通时该半导体元件(T101)的漏极电压VI的变化。假设电源侧的布线的电阻和电感是R1和L1，并且在TIOI的源极与GND之间的电阻和电感是R2和L2，当t=0时的在电源线的电感LI中产生的反电动势El和此时的VI为如下所述<formula>formula see original document page 7</formula>在图9所示的电路中，假设当在点P4没有发生布线短路时获得的反电动势E1，以及当在点P4发生布线短路时获得的反电动势E1分别是Ela和Elb，将它们应用于等式(1)，<formula>formula see original document page 7</formula>
于是，由于L22+Lz^)，所以建立Ela<Elb...... (3)
也就是说，当半导体元件(T101)在负载侧的布线W2短路的情况下为导通时，电压V1的压降量Elb总是大于当布线正常时所获得的压降量Ela。此外，由于负载的电感Lz较大，它们之间的差更多的增 加。因此，当将电压V1 (=VB-E1)的等级与判定电压V3相比较时， 如果判定电压V3设定为小于正常状态下的电压"VB-Ela"，那么可能将 负载侧的布线W2判定为短路。布线的电感大约为1[pH/m]并且几乎与 布线的横截面积无关。因此，在这种当电源侧的布线长度是2m时在 P2与P4之间具有0.2m的布线长度的完全短路中，电压VI下降到与 源极电压VB的1/10 —样低。当VB=12V的时候，VI下降到V1=1.2V。
于是，电压VI下降到超出比较器CMP102的同相输入电压范围 的电平，该比较器CMP102将电压V1与判定电压V3相比较。这里， "同相输入电压范围"指的是位于其中形成比较器CMP102的运算放 大器正常工作的范围之中的电压。当输入比这个范围小的电压时，不 能保证比较器CMP102的工作。即，比较器CMP102可能错误地工作。
另一方面，电压VI的下降可能由除了短路之外的原因而引起。例 如，在图9所示的电路中，在接触连接到电源侧的布线Wl的连接器 101时认为发生接触不良。结果，在正常时间内大约l[mQ]的接触电阻 认为增加到5[Q]。此时，假设将IOA的电流作为负载电流ID来供给， 电压降可能达到50V。当电源电压VB是VB二12V的时候，电压V1基 本上是GND的电平。
如上所示，在如图9所示的过电流保护装置中，当电压V1极端地 下降为比较器CMP102的同相输入范围的下限或更小时，产生了比较 器CMP102不能工作的问题。作为这个问题的应对方法，当电压V1低 于比较器CMP102的同相输入电压范围的下限时，该比较器CMP102 的输出被强行转换，以便可以将半导体元件(T101)控制为关断。然 而，在这种方法中，即使当电源由于设置在电源侧的连接器101的不 良接触而瞬间关断时，半导体元件(T101)也被关断。因而，当该瞬 间关断的源极电压恢复到正常电压的时候，引起了半导体元件(T101) 不能够复位到导通状态的问题。专利文献l: JP-A-2006-558
发明内容
发明要解决的问题
如图9所示，在用于根据电压VI的下降量来检测过电流的发生的系统中，引起了下述的问题。
(1) 当电压VI低于比较器CMP102的同相输入电压的下限值时，电路不能正常工作。
(2) 作为电压VI低于比较器CMP102的同相输入电压的下限值的原因，有两种类型，即，发生完全短路和由于连接器的不良接触引起的电源瞬间关断。在完全短路的情况下，保持半导体元件(T101)为关断的。在电源瞬间关断的情况下，当电压V1恢复的时候，半导体元件(T101)复位且被导通。因而，需要完全相反的处理。
设计本发明以解决上述常见问题并且本发明的目是提供一种电力供给设备，其中当电压VI低于同相输入电压的下限并且其起因是完全短路时，维持半导体元件的关断，而当其起因是电源的瞬间关断时，半导体元件在瞬间关断恢复之后而恢复为导通。
解决问题的方法
为了实现上述目的，本发明提供一种电力供给设备，其中包括半导体元件(Tl);具有正极端子的电源，半导体元件的第一主电极通过电源侧的布线(Wl)连接于该正极端子；连接在半导体元件的第二主电极与地之间的负载；以及控制部分，其控制半导体元件的导通
和关断以将电力供给到负载，其中当在第一主电极与电源侧的布线之
间的一点的第一电压(VI)低于第一判定电压(L_V1)的时候，所述控制部分控制所述半导体元件为关断，而当在半导体元件关断之后第一规定时间(tl)逝去的时候，所述控制部分控制所述半导体元件为导 通；并且其中当在第一规定时间(tl)逝去之后所述半导体元件为导通， 使得第一电压(VI)的最小值超过第一判定电压(L_V1)时，控制部 分控制半导体元件以继续导通状态，并且当第一电压(VI)低于第判 定电压(L_V1)的时候，控制部分控制半导体元件以保持一关断状态。
此外，本发明提供了一种电力供给设备，其包括多个负载电路， 其中每一个都具有串联连接的半导体元件(Tl)和负载；其中所述多 个半导体元件的第一主电极通过连接点Pl分别连接到一起；具有正极 端子的电源，该正极端子仅仅通过电源侧的布线(Wl)与该连接点P1 相连接，其中所述多个半导体元件的第二主电极分别连接到与其对应 的负载上；以及多个控制部分，其分别控制所述对应于负载电路的半 导体元件的导通和关断，以将电力供给到相应的负载电路，其中当第 一连接点(Pl)的第一电压(VI)低于第一判定电压(L—VI)的时候， 控制部分控制处于导通状态所有的半导体元件为关断，并且当在半导 体元件关断后第一规定时间(tl)逝去的时候，该控制部分控制关断的 半导体元件以规定的时间差顺次导通；并且其中当第一规定时间(tl) 逝去之后所述半导体元件被导通而使得第一电压(VI)的最小值超过 第一判定电压(L一V1)的时候，控制部分控制所述半导体元件继续导 通的状态，并且当第一电压(VI)低于第一判定电压(L_V1)的时候， 控制部分控制所述半导体元件以分别保持关断状态。
优选地，当第一电压(VI)低于第一判定电压(L—VI)的时候， 控制部分控制半导体元件以被关断，然后，当半导体元件在第一规定 时间(tl)逝去之后被导通时，如果第一电压(VI)仍低于第一判定 电压(L_V1)，则控制部分再一次控制半导体元件以被关断，并且然 后，当控制部分重复用于在第一规定时间(tl)逝去之后再次导通半导 体元件的操作第一规定次数(Nl)，使得当半导体元件导通时在所有 尝试期间所获得的第一电压(VI)低于第一判定电压(L—VI)，控制 部分控制半导体元件保持关断状态。这里，优选的是，控制部分将第二判定电压(V3)设定为高于第
一判定电压(L—Vl)，然后，当第一电压(V1)低于第一判定电压(L—VI)的时候，控制部分控制处于导通状态的半导体元件为被关断，然后，当半导体元件在第一规定时间(tl)逝去之后再次被导通时，如果第一电压(VI)的最小值高于第一判定电压(L_V1)而低于第二判定电压
(V3)，则控制部分控制半导体元件以第二规定时间(t2)的间隔重复地导通和关断，然后，当在重复期间第一电压(VI)低于第一判定电压(L—VI)的时候，控制部分控制半导体元件以第一规定时间(tl)的间隔重复地导通和关断，并且在重复控制过程期间，当半导体元件为导通时，如果第一电压的最小电压连续地重复高于第一判定电压
(L_V1)而低于第二判定电压(V3)第二次数(N2)，或者如果第一电压的最小值连续地重复低于第一判定电压(L_V1)第一次数(Nl)，那么，控制部分控制半导体元件保持关断状态。
这里，优选的是，当半导体元件在该半导体元件被关断之后再次导通时，如果第一电压的最小值高于第一判定电压(L—VI)而低于第二判定电压(V3)，那么控制部分将第二判定电压升高并且然后控制该半导体元件为被导通。
这里，优选的是，第一规定时间(tl)和第二规定时间(t2)不是被设定为一规定的时间而是任意变化。
本发明的优点
在上述结构中，当第一电压由于诸如完全短路的布线的短路而突然降低的时候，由于半导体元件在第一电压低于比较器的同相输入电压的下限值之前被关断，所以可以防止发生故障，并且可以确定地关断半导体元件以保护电路。
在上述结构中，当多个负载电路是并联设置的时候，如果在一个负载电路中发生完全短路并且第一电压突然下降，由于在该多个负载 电路的工作负载电路中，半导体元件在第一电压低于比较器的同相输 入电压的下限值之前被关断，所以可以分别防止在各负载电路中发生 故障，并且可以确定地关断半导体元件以保护电路。
在上述结构中，当第一电压突然下降为低于第一判定电压L一V1 的时候，执行重试操作。当半导体元件导通时，如果第一电压V1连续 Nl次(第一规定次数)低于第一判定电压，则保持半导体元件的关断 状态。因此，当布线没有短路，例如，当电压VI由于连接器的不良接 触而下降的时候，半导体元件的导通状态可以维持以连续地驱动负载 电路。
在上述结构中，设定第一判定电压L_V1以及高于该第一判定电 压L—V1的第二判定电压V3。在第一电压V1低于第一判定电压L—VI 之后，执行重试操作。当半导体元件导通时，如果表示电压"VKL—VI" 的电压VI连续出现Nl次(第一规定次数)或者如果表示"L—VKV1 最小值〈V3"的电压V1连续出现N2次(第二规定次数)，那么保持该 半导体元件的关断状态。因此，当发生诸如完全短路的布线的短路时， 可以确定地保持半导体元件的关断状态，以保护负载电路。
当电压VI由于设置在负载侧的布线中连接器的不良接触而下降 时，出现表示"VKL—V1"或者"LJ/KV1的最小值〈V3"的电压VI，然 而，VI出现的次数没有达到上述的规定次数N1和N2。因此，当电压 VI由于不良接触而下降时，不保持半导体元件的关断状态，使得该负 载电路可以工作。
在上述结构中，发生诸如完全短路的布线的短路，以执行重试操 作。当半导体元件导通时，如果电压VI表示"L—VKV1的最小值〈V3"， 那么第二判定电压V3变化为逐渐增加。因此，当发生完全短路时，可 以防止 压VI表示为"VKL—V1"或者"L—VKV1的最小值〈V3"，以确定地保持半导体元件的关断状态并保护负载电路。
在上述结构中，包括半导体元件和负载的多个电路连接到连接点(Pl)。当所述电路被划分为多个组并且由与该各组分别独立的控制电路(IC)控制时，由于控制电路(IC)分别独立，所以在半导体元
件被关断后该半导体元件被导通的时刻很可能相关(correspond)。当连接到连接点(Pl)的多个半导体元件中的两个或更多个半导体元件同时导通的时候，不能精确地判定负载电路的正常或者异常。为了应对这个问题，控制电路(IC)分别重启半导体元件的时间间隔是任意变化的，使得可以防止该多个半导体元件同时导通，并且可以精确地判定所述负载电路的正常或者异常。
图1是示出根据本发明第一实施例的电力供给装置的结构的电路图。
图2是示出根据本发明第一实施例的电力供给装置的过程操作的流程图。
图3是示出其中在本发明的第一实施例中的多个电力供给装置的多个系统并联连接的状态的连接图。
图4是示出在本发明第一实施例中，当发生完全短路并且电压VI的最小值连续低于第一判定电压L一V1时，电压VI的变化的特性图。
图5是示出在本发明的该实施例中，当发生完全短路并且电压V1的最小值连续成为位于第一判定电压L—V1与第二判定电压V3之间的电压时，电压V1的变化的特性图。
图6是示出在本发明的该实施例中，当电压VI的最小值由于连接器的不良接触而在第一判定电压L—Vl上下变化时，电压V1的变化的特性图。
图7是示出根据本发明第二实施例的电力供给装置的结构的电路图。
图8是示出在本发明的第二实施例中，当发生完全短路并且第二判定电压逐渐上升时，电压V1的变化的特性图。
图9是示出了常用电力供给装置的结构的电路图。
图IOA至图IOD是用于说明当发生完全短路时，电压V1下降的
原理的图表。
附图标记和符号的说明 ll...连接器
13...电荷泵
15…控制逻辑电路 16b…第二计数器 W2…负载侧的布线 VB...电池
具体实施例方式
现在，将通过参考附图描述本发明的实施例。图1是示出根据本 发明的电力供给装置的第一实施例的结构的电路图。
图1所示的电力供给装置将电池的电力供给到诸如车灯或者发动 机的负载上，该车灯或者发动机例如安装在车辆上，以驱动负载。诸 如MOSFET的半导体元件Tl设置在负载12与电池VB(例如，DC12V) 之间以切换半导体元件Tl的导通和关断，以便控制负载12的驱动和 停止。
半导体元件T1的漏极(点P1,第一主电极)连接到连接器ll上。 连接器11通过电源侧的布线Wl连接到电池VB的正极端子。此外， 半导体元件T1的源极(点2，第二主电极)通过负载侧的布线W2连 接到负载12的一端。此外，负载12的另一端接地。
这里，假设电源侧的布线Wl的电阻是Rwl而假设电感是L1。假 设负载侧的布线W2的电阻是Rw2而假设电感是以点P4划分的L21
14
12...负载 14...驱动器
…第一计数器 Wl...电源侧的布线 Tl…半导体元件和L22。此外，假设负载12的电阻是Rz而假设电感是Lz。
、1/ 口. /_L ~* /丄 m Ai*丄rm丄T7 、_L . I . rrrt —、一丄iV vrrT — I. nn一 * 上L +厶.,i , i山 —>
千守1牛兀1十丄丄tfJ微个及^;a屯i)丑iO迎伎到驱切益14 H'、J柳出顺亇。驱动器14由控制逻辑电路15控制。然后，当接通输入信号开关SW1以便控制逻辑电路的起动输入端子接地时，控制逻辑电路15驱动驱动器14以将电荷泵13的电压供给到半导体元件T1的栅极并且将该半导体元件T1导通。结果，从电池VB输出的电力经由连接器11和半导体元件T1供给到负载12。
此外，作为半导体元件T1的漏极的点P1分支到三个系统。第一分支线连接到比较器CMP2的负极输入端子，第二分支线连接到比较器CMP1的负极输入端子而第三分支线经过电阻Rl和R2的串连连接电路接地。然后，电阻R1和R2的连接点P3 (电压V3)经过电容C1接地并且连接到比较器CMP2的正极输入端子。
用于输出第一判定电压L—VI的电压源连接到比较器CMP1的正极输入端子。这里，电压L—VI被设定为低于V3 (第二判定电压)且稍高于比较器CMP1的同相输入电压的下限值的电压(例如，大约2[V]的电压)。
此外，控制逻辑电路15包括第一计数器16a和第二计数器16b。如下所述，每当比较器CMP1的输出信号转换的时候，第一计数器16a相加计数。每当比较器CMP2的输出信号转换的时候，第二计数器16b相加计数。
此外，诸如控制逻辑电路15、电荷泵13以及驱动器14的各元件(由图l所示的点划线围绕的元件)形成IC17 (控制部分)。
现在，将通过参考图2所示的流程图来描述根据本实施例的电力供给装置的操作。在普通操作期间，当从驱动器H输出驱动信号以导通半导体元件
m< aa 十i、.山、,矢m /xu /,八力i 、1/ f=i, /丄~/丄tia ■+■ 丄AriT /xu /,入、zbl
丄丄H'、J口、J 1!夭，贝敬fB》1L IU个议1六菊'5U干守1^兀1卞丄丄升丑屯力个反1六5'曰-王U雨
如车灯或者发动机的负载上以驱动负载12。此时，由于半导体元件T1
的漏极(点P1)的电压V1 (第一电压)高于在作为电阻R1和R2的连接点的点P3处产生的电压V3 (第二判定电压)，所以比较器CMP2的输出信号具有L电平。类似地，由于电压VI高于输入到比较器CMP1的正极输入端子的电压L—VI (第一判定电压)，所以比较器CMP1的输出信号具有L电平。
这里，当发生负载电路的点P4直接接地短路的完全短路时，通过短路路径的电阻Rw3供给电流。结果，由于在电源侧的布线Wl中产生反电动势El，所以点Pl的电压VI突然下降为低于第一判定电压L—VI (图2的步骤S11的"是")。结果，比较器CMP1的输出信号从L电平转换为H电平。
当输入比较器CMP1的转换信号的时候，控制逻辑电路15使驱动器14停止。目卩，驱动器14的输出端子接地以将半导体元件T1的栅极电压降低到大致的地电平，关断半导体元件Tl (步骤S12)并关断到负载12的电力的供应。此时，控制逻辑电路15激活计时器(省略其描述)以测量在半导体元件Tl关断之后的逝去时间t。此后，控制逻辑电路开始重试操作。此外，由于在电压VI低于第一判定电压L—V1时半导体元件T1关断，所以比较器CMP1的输入电压不低于同相输入电压的下限值，以便比较器CMP1可以正常工作。
在重试操作中，控制逻辑电路15将第一计数器16a和第二计数器16b复位(步骤S13)。然后，当通过计时器计时的逝去时间t达到第一时间tl (步骤S14中的"是")时，控制逻辑电路将驱动指令信号输出到起动器14，以导通半导体元件T1 (步骤S15)。然后，控制逻辑电路15根据比较器CMP2的输出信号来判定电压
VI是否低于第二判定电压V3 (步骤S16)。然后，当电压V1不低于第二判定电压V3， g卩，当比较器CMP2的输出为L电平(步骤S16中的"否")，则控制逻辑电路返回到步骤Sll的过程。即，电压V1下降到暂时低于第一判定电压L一V1，并且半导体元件T1关断。然后，当半导体元件Tl在时间tl逝去之后再次导通时，如果电压VI返回到一般电压，则控制逻辑电路连续地维持半导体元件T1的导通状态。换句话说，在半导体元件T1执行重试操作的同时，当电压V1返回到正常值时，控制逻辑电路连续地保持半导体元件T1的导通状态。
另一方面，在步骤S16的过程中，当电压VI低于第二判定电压V3，即，在半导体元件Tl在步骤S15的过程中导通之后，当比较器CMP2的输出信号在例如40p秒的范围内转换为H电平(在步骤S16中的"是")时，控制逻辑电路随后判定电压V1是否低于第一判断电压L—VI (步骤S17)。然后，当电压VI不低于第一判定电压L_V1时，即，当比较器CMP1的输出信号为L电平(步骤S17中的"否")时，则控制逻辑电路再次关断半导体元件Tl (步骤S18)。即，当电压VI的最小值位于第一判定电压L—VI与第二判定电压V3之间的时候，控制逻辑电路进展到步骤S18的过程。
此外，控制逻辑电路使第二计数器16b向上计数(+ l)(步骤S19)。然后，控制逻辑电路15判定第二计数器16b的计数值是否到达预设次数(第二次数N2，例如，三次)(步骤S20))。然后，当该第二计数器16b的计数值没有到达N2 (在步骤S20中的"否")时，在第二预设时间t2逝去之后(步骤S21中的"是")，控制逻辑电路再次导通半导体元件T1，并且重复从步骤S15的过程。
此外，当该第二计数器16b的计数值到达N2 (在步骤S20中的"是")时，控制逻辑电路锁存半导体元件T1的关断状态，以保护负载电路(步骤S33) 。 g卩，在执行重试操作期间，当电压VI示出"L—VKVKV3"的状态连续重复N2次(例如，三次)时，控制逻辑电路判定发生诸如完全短路的布线的短路，以锁存半导体元件T1的关断状态并且保护负载电路。
另一方面，当半导体元件T1再次导通时，如果电压V1低于第一判定电压L—VI (步骤S17中的"是")，则控制逻辑电路再次关断半导体元件Tl(步骤S22)并且进一步将第二计数器16b复位(步骤S23)。然后，控制逻辑电路判定第一时间tl是否逝去(步骤S24)。当时间tl逝去(步骤S24中的"是")时，控制逻辑电路再次导通半导体元件T1 (步骤S25)。
然后，控制逻辑电路15根据比较器CMP2的输出信号来判定电压VI是否低于第二判定电压V3 (步骤S26)。当电压V1不低于第二判定电压V3时，S卩，当比较器CMP2的输出为低电平(步骤S26中的"否")时，控制逻辑电路返回到步骤Sll的过程。g卩，当半导体元件T1在步骤S22的过程中为关断，并且在时间tl逝去之后该半导体元件Tl再次导通时，如果电压V1返回到普通电压，则控制逻辑电路连续地保持半导体元件T1的导通状态。
另一方面，在步骤S26的过程中，当电压VI低于第二判定电压V3时，g卩，半导体元件T1在步骤S25的过程中导通之后，当比较器CMP2的输出信号在例如40|i秒的范围内转换为H电平(在步骤S26中的"是")时，控制逻辑电路随后判定电压VI是否低于第一判断电压L一V1 (步骤S27)。然后，当电压VI低于第一判定电压L—VI，艮口，当比较器CMP1的输出信号为H电平(步骤S27中的"是")，则控制逻辑电路再次关断半导体元件Tl (步骤S28)，并且此外第一计数器16a向上计数(+1)。
于是，控制逻辑电路15判定第一计数器16a的计数值是否到达预设次数(第一次数N1，例如，七次)(步骤 )。当该第一计数器16a的计数值没有到达Nl (在步骤S30中的"否")时，在时间tl逝 去之后(步骤S24中的"是")，控制逻辑电路再次导通半导体元件 Tl，以重复从步骤S25的过程。
此外，当该第一计数器16a的计数值到达Nl (例如，七次)(在 步骤S30中的"是")时，控制逻辑电路锁存半导体元件Tl的关断状态， 以保护负载电路(步骤S33)。艮卩，当电压VI示出"VKL—Vl"的状态 连续重复Nl次时，控制逻辑电路判定发生诸如完全短路的布线的短 路，以关断负载电路。
另一方面，当在步骤S27的过程中电压VI不低于第一判定电压 L_V1，即，当比较器CMP1的输出信号为L电平(步骤S27中的"否") 时，控制逻辑电路再次关断半导体元件Tl (步骤S31)并且进一步将 第一计数器16a复位(步骤S32)。然后，控制逻辑电路将过程切换到 步骤S21。
上述过程总结如下。当在图1所示的负载电路中发生诸如完全短 路的布线的短路而使得点Pl的电压VI突然下降到具有"VKL一V1"的 状态时，控制逻辑电路执行用于再次导通半导体元件T1的重试操作(用 于重复地导通半导体元件T1的操作)。
然后，当控制逻辑电路执行重试操作而使得电压VI示出 "VKL—V1"时，控制逻辑电路以每第一时间tl循环地重复该重试操作。 当重试的次数(当半导体元件T1导通时电压VI示出"VKL—Vl"的次 数)持续地达到N1次时，第一计数器16a溢出(上述步骤S30)使得 半导体元件Tl可以维持在关断状态，以保护半导体元件Tl和负载侧 的布线W2。 g卩，如图4的特性曲线Sl所示，重复该重试操作，使得 电压VI的最小值稳定为示出"VKL—Vl"，控制逻辑电路判定发生完全 短路，以保护电路。此外，当控制逻辑电路执行重试操作使得电压VI示出"L—Vl<
VKV3"时，控制逻辑电路以每个第二时间t2循环地重复该重试操作。 当重试的次数(当半导体元件T1导通时电压VI示出"L—VK VKV3" 的次数)持续地达到N2次时，第二计数器16b溢出(上述步骤S20)， 并且半导体元件Tl维持在关断状态，以便保护半导体元件Tl和负载 侧的布线W2。
艮口，当发生诸如完全短路的短路时，由于电压VI的下降量基本稳 定，所以第一计数器16a或第二计数器16b溢出以关断半导体元件Tl 以便可以保护电路。即，如图5的特性曲线S2所示，当使电压V1的 最小值稳定到表示"L—VKVKV3"时，控制逻辑电路判定发生完全短路 以保护电路。
另一方面，当电压VI由于包含在电源线中的连接器11 (见图1) 的不良接触而下降为示出"VKL—V1"的时候，由于该连接器11的接触 电阻不规则地变化，所以电压V1在所述重试操作期间示出"VKL—V1"， 或者"L—VKV1的最小值〈V3"，或者"V3〈V1的最小值"。艮卩，当发生 连接器11的不良接触时，点P1的电压V1在第一判定电压L一V1和第 二判定电压V3上下不均匀地变化。例如，如图6的特性曲线S3所示， 电压VI的最小值在第一判定电压L一V1上下是不均匀的。
在这种条件下，第一计数器16a几乎不能连续地计数Nl次，或者 第二计数器16b几乎不能连续地计数N2次。因此，如步骤S23或者步 骤S32所示，第一计数器16a的计数值以及第二计数器16b的计数值 频繁复位，不保持半导体元件T1的关断并且重复所述重试操作。当电 压VI的最小值高于第二判定电压V3时，第一计数器16a和第二计数 器16b都通过步骤S13的过程而复位，以维持半导体元件Tl的导通状 态。
如上所述，在根据本发明第一实施例的电力供给装置中，当在负载电路中发生完全短路，并且电压V1突然下降的时候，可以锁存半导 体元件T1的关断状态，以保护该负载电路。此外，当电压V1由于连 接器11的不良接触而突然下降时，执行用于导通或者关断半导体元件 Tl的重试操作，并且当该电压VI返回到普通电压时，保持半导体元 件T1的导通状态。因此，可以防止所述负载电路由于连接器11的不 良接触引起的错误关断。
在上述第一实施例中，所述第一时间tl与上述第二时间t2不同。 然而，所述第一时间tl可以与所述第二时间t2相同。
此外，在第一实施例中，其中一个系统的负载电路连接到一个连
接器11的电力供给电路被描述为一实例。然而，如图3所示，可以将 本发明应用于其中用于控制半导体元件Tl的多个负载电路和IC17连 接到一个连接器11的电路结构上。在这种情况下，对于每个系统的每 个负载电路，执行重试操作的所在时间需要偏移规定的时间。
这是由于下述的原因而执行的。当在点Pl处连接到同一电源线 Wl的两个或者更多个的所述多个半导体元件在重试操作期间同时导 通的时候，电压VI的下降量大于当单个半导体元件导通时发生的电压 Vl的下降量，因此不能够精确地判定负载电路的布线的短路。即，可 能引起错误的操作，使得正常的负载电路被判定为异常或者关断。通 过结合在一个IC中的控制电路来控制若干半导体元件。然而，当所述 半导体元件的数目增加时，使用多个IC。此时，由于各IC分别独立工 作，所以当通过不同IC控制的两个或者更多个半导体元件同时关断时， 如果各IC的规格(特性)相同，则该两个或者更多个半导体元件在重 试操作期间同时导通，因此很可能发生上述的错误关断。
为了应对上述问题，有一种方法，其中分别使得各IC的操作能够 互相协作，以抑制其他具有低优先级的IC的重试操作，直到具有高优 先级的IC的重试操作完成为止，并且各IC连接到一起以便管理所述重试操作，使得仅仅导通一个半导体元件。然而，在实际的电路中， 通过不同IC控制的两个或者更多个半导体元件很少同时关断。因此， 考虑到成本的增加，并入将专用端子设置在各IC中以将该各IC连接 在一起并且管理优先级的控制是不理想的。在本实施例中，为了防止 各半导体元件同时导通的错误关断，在重试操作期间，随意改变第一 规定时间(tl)和第二规定时间(t2)的时间间隔。以这种方式，即使 当通过不同IC控制的两个或者更多个半导体元件同时关断时，各半导 体元件在重试操作期间导通所在的时刻不是互相一致的。因此，可以 避免各半导体元件同时导通。
此外，在第一实施例中，分别设定第一判定电压L_V1和第二判
定电压V3以根据点P1的电压VI与判定电压L一VI和V3之间的关系 来判定维持关断状态还是连续地执行重试操作。然而，本发明并不局 限于此。可以只将第一判定电压L—VI设定为略高于同相输入电压的下 限值，来作为判定电压，并且当点P1的电压Vl低于该第一判定电压 L_V1时，可以保持半导体元件T1的关断状态。在这种情况下，由于 在比较器CMP1的输入电压低于同相输入电压的下限值之前，所述半 导体元件T1可以被关断，所以可以防止故障的发生。
此外，可以只设定第一判定电压L—VI，并且当点Pl的电压VI 低于该第一判定电压L—V1时，可以执行重试操作。如果当半导体元件 导通时，电压VI的最小值低于第一判定电压L—V1的次数连续地达到 规定的次数，那么可以保持半导体元件T1的关断状态。
现在，将在下面描述第二实施例。在上述第一实施例中，执行重 试操作，并且当电压VI重复示出"VKL一V1"N1次时或者当电压VI 重复示出"L—VKV1的最小值〈V3"N2次时，锁存半导体元件Tl的关 断以保护负载电路。然而，当发生诸如完全短路的布线的短路时，电 压V1可能下降，而且，该电压VI的最小值很可能相当于第一判定电 压L—VI或者可能是视条件与其接近，这是极其罕见的。在这种情况下，尽管发生完全短路，但是电压V1在重试操作期间 可以在第一判定电压L—VI上下变化。艮P，电压VI可以间或地为
"V1<L—V1"或者"LJ/KV1的最小值〈V3"。因此，由于通过如图2中 所示的步骤S32和步骤S23的过程来复位第一计数器16a和第二计数 器16b，以连续的执行重试操作，所以不能够将半导体元件T1锁存为 关断状态。
此外，当以第一时间tl或第二时间t2的间隔来执行重试操作时， 作为电压V1的波形，不是每都次再现相同的波形，并且在波形中引起 不均衡。引起这种现象是因为半导体元件T1的栅极的电荷在该半导 体元件T1的关断期间没有完全释放，直到开始重试操作或者栅极的残 余电荷的数量由于发生在电压VI的波形与栅极的容量之间的米勒效 应而不均匀为止。
结果，由于发生完全短路，第一计数器16a和第二计数器16b需 要连续地向上计数并且将半导体元件T1保持在关断状态，然而，电压 V1可能偶尔地在第一判定电压L一V1上下变化以连续地实施重试操作。 在这种情况下，第二实施例的电力供给装置确定地区分由于完全短路 引起的电压V1的变化和由于连接器的不良接触引起的电压V1的变化， 以控制半导体元件Tl导通和关断。
图7是根据第二实施例的电力供给装置的电路图。如图7所示， 在图7所示的电路与图1所示的电路图的不同之处在于增加了电容C2、 二极管D1和电阻R3。艮卩，在点P1和点P3之间插入了电容C2与二极 管D1的串联连接电路，并且电阻R3还与二极管D1并联设置。此外， 在第二实施例中，上述第一时间tl与第二时间t2之间的关系设为 "tl〉t2"。
现在，将在下面描述根据第二实施例的电力供给装置 操作。当电压VI由于发生完全短路而下降为"VKL—Vl"以关断半导体元件Tl 的时候，以时间tl的间隔重复重试操作。此时的电压VI如图4所示 的特性曲线Sl而变化。当半导体元件Tl由于完全短路的发生而关断 的时候，于是，电压V1上升到超过源极电压VB(见图4中的电压qll)。 例如，当源极电压VB为12V时，电压qll为大约18V，高于该源极 电压VB大约6V。由于电压V1的上升，充电电流供给到图7所示的 电容C2，以将该电容C2的充电电流经由二极管Dl供给到电容Cl， 并且使电容C1充电。
电容Cl此时的充电量是根据电容C2的容量以及当电压VI上升 到超过源极电压VB时的上升量(即，电压qll的上升量)而决定的。 即使当电压VI上升到超过源极电压VB的时候，电压VI也在短期内 (约6n秒)返回到该源极电压VB。因此，电容C1从电容C2充电的 电荷在第一时间tl逝去之后被基本释放，然而，该电荷在比第一时间 tl短的第二时间t2逝去之后略微残留。
这里，当点P1的电压V1变为"VKL—Vl"来以时间tl的间隔重复 重试操作的时候，电压VI变为"V3〉V1的最小值〉L—Vl"，并且然后， 所述重试操作切换为以时间t2的间隔的重试操作。然后，在由电容C2 充电的电荷残留在电容Cl中的状态下，电压VI与第二判定电压V3 相比较。
在这种情况下，由于第二判定电压V3变化为高于普通时刻的电压 的电压，所以加速了半导体元件T1的关断。现在，将参考图8中所示 的特性图来描述这种操作。如图8所示，在第一重试期间A (时间t2) 中，当电压V1低于第二判定电压V3时(当时间tl逝去时)，半导体 元件T1关断。因此，特性曲线S4中所示的电压V1降低到最小值ql， 并且然后，上升到超过源极电压VB，而后稳定到源极电压VB。
此外，在第二重试期间B (时间t2)中，由于电容C1从电容C2充电的电荷如所述的没有完全释放，所以第二判定电压是高于在普通
时刻的电压V3的电压V3a。因此，逝去时间减小，直到半导体元件 Tl关断，并且逝去时间是时间t12 (tl2<tll)。因此，加速了电压V1 上升的时刻。当电压VI下降到最小值q2 (q2>ql)的时候，电压VI 开始上升。此后，电压V1超过源极电压VB并且进一步下降以稳定到 源极电压VB。
姊继zr歪；士廿m、51 /"> , 口4 tei +， 、 rh rh工pfci喻m n由突「o
充电的电荷如上次那样没有完全释放，所以第二判定电压是高于在上 次的电压[MSl]V3a的电压V3b。因此，逝去时间进一步减小，直到半 导体元件T1关断，并且逝去时间是时间t13 (tl3<tl2)。因此，进一 步加速了电压VI上升的时刻。当电压VI下降到最小值q3 (q3>q2) 的时候，电压V1开始上升。此后，电压V1超过源极电压VB并且进 一步下降以稳定到源极电压VB。
艮P，当以时间t2的间隔循环地重复所述重试操作的时候，第二判 定电压V3逐渐增加，使得电压VI很难低于第一判定电压L_V1。换 句话说，可以限制电压V1在第一判定电压L—V1上下变化。因此，第 二计数器16b连续地向上计数并且溢出，以将半导体元件T1保持在关 断状态。
另一方面，当电压VI由于包含在电源线中的连接器11的不良接 触而突然降低时，然后，如果不良接触终止并且电压VI上升，则电压 VI不超过源极电压VB或者略微超过该源极电压。也就是，当电压V1 由于连接器11的不良接触而突然下降对，然后，如果V1上升，则如 图6所示的标记xl所示，电压难以上升。因此，电容C2的充电电流 难以供应，使得电容C1的电压不上升。g卩，当电压Vl由于连接器ll 的不良接触而突然下降时，第二判定电压V3如图8所示不是逐步上升。
因此，当电压V1由于源极电压VB的瞬间关断而下降时，各元件C2、 Dl和R3的附加电路几乎对所述重试操作没有影响。因此，当连 接器11的不良接触由振动重复时，由于没有破坏电压V1在"VKL—VI" 与"L—VKVKV3"之间转换的操作，所以没有改变用于避免由于不良接 触的错误关断的功能。
此外，当发生完全短路并且电压V1低于第一判定电压L—VI时， 由于以第一时间tl (tl>t2)的间隔循环地执行所述重试操作，所以即 使电容C2的电荷积聚在电容Cl中，由电容C2积聚的电荷也完全释 放，直到时间tl逝去为止。因而，第二判定电压V3不上升。
也就是，如图4所示，当电压VI的最小值低于第一判定电压L—VI ， 由于第二电压V3没有上升，所以电压V1的最小值没有上升以连续地 重复"VKL—VI",因此可以确定地关断负载电路。
如上所述，在根据第二实施例的电力供给装置中，将电容C2、 二 极管Dl和电阻R3增加到第一实施例中所示的电力供给装置中。因而， 即使当电压V1的最小值等同于第一判定电压L—Vl或是与其相近的值 时，当发生完全短路时可以确定地保护电路。此外，在连接器不良接 触的情况下，半导体元件Tl可以确定地返回到导通状态。
根据图示的实施例如上所述说明了本发明的电力供给装置。然而， 本发明并不局限于此，并且可以用具有相同功能的任意结构来代替各 部分的结构。
例如，在上述实施例中，作为半导体元件，将使用MOSFET的情 况描述为一实例。然而，本发明不限于此，并且诸如IGBT (绝缘栅双 极晶体管)也可以使用。
此外，在上述实施例中，将电力被供给到安装在车辆上的负载的 情况描述为一实例，然而，本发明并不局限于此，而是本发明可以应用于其他负载电路。本发明的申请基于2008年3月19日提交的日本
专利申请(日本专利申请NO. 2008-72324)，并且其内容作为参考结 合于此。
工业实用性
本发明对于当发生诸如完全短路的布线的短路时确定地关断半导 体元件，以及当发生连接器的不良接触时将半导体元件保持在导通状 态，是显著有效的。
权利要求
1.一种电力供给设备，其包括半导体元件；具有正极端子的电源，该正极端子通过电源侧的布线与所述半导体元件的第一主电极连接；负载，其连接在所述半导体元件的第二主电极与地之间；以及控制部分，其控制所述半导体元件的导通和关断，以将电力供给到所述负载，其中当在所述第一主电极与所述电源侧的布线之间的点的第一电压低于第一判定电压的时候，所述控制部分控制所述半导体元件关断，而当在半导体元件关断之后过去第一规定时间时，所述控制部分控制所述半导体元件导通；并且其中当在过去第一规定时间之后所述半导体元件导通而使得所述第一电压的最小值超过所述第一判定电压时，所述控制部分控制所述半导体元件继续导通状态，并且当所述第一电压低于所述第一判定电压的时候，所述控制部分控制所述半导体元件保持关断状态。
2. —种电力供给设备，其包括多个负载电路，每一个该负载电路都具有串联连接的半导体元件 和负载，其中所述多个半导体元件的第一主电极通过连接点而分别连 接到一起；具有正极端子的电源，该正极端子仅仅通过电源侧的布线与所述 连接点相连接，其中所述多个半导体元件的第二主电极分别连接到与 其对应的所述负载上；以及多个控制部分，其分别控制对应于所述负载电路的半导体元件的 导通和关断，以将电力供给到相应的负载电路上，其中当所述第一连接点的第一电压低于第一判定电压的时候，所 述控制部分控制关断处于导通状态的所有半导体元件，并且当在所述 半导体元件关断之后过去第一规定时间的时候，所述控制部分控制所述关断的半导体元件以规定的时间差顺次导通；并且其中当过去所述第一规定时间之后所述半导体元件被导通而使得 所述第一电压的最小值超过所述第一判定电压的时候，所述控制部分 控制所述半导体元件继续导通的状态，并且当所述第一电压低于所述 第一判定电压的时候，所述控制部分控制所述半导体元件分别保持关 断状态。
3. 根据权利要求1或2所述的电力供给装置，其中当所述第一电 压低于所述第一判定电压的时候，所述控制部分控制所述半导体元件 关断，然后，当在过去第一规定时间之后导通所述半导体元件时，如 果所述第一电压再次低于所述第一判定电压，则所述控制部分控制所 述半导体元件再次关断，并且然后，当所述控制部分重复在过去所述 第一规定时间之后再次导通所述半导体元件的操作第一规定次数，以 便当所述半导体元件在所有尝试期间内导通时所获得的所述第一电压 都低于所述第一判定电压时，所述控制部分控制所述半导体元件保持 所述关断状态。
4. 根据权利要求3所述的电力供给装置，其中所述控制部分将第二判定电压设定为高于所述第一判定电压，然后，当所述第一电压低 于所述第一判定电压的时候，所述控制部分控制关断处于导通状态的 半导体元件，然后，当所述半导体元件在过去所述第一规定时间之后 再次被导通时，如果所述第一电压的最小值高于所述第一判定电压而 低于所述第二判定电压，则所述控制部分控制所述半导体元件以第二 规定时间的间隔重复地导通和关断，然后，当在重复期间所述第一电 压低于所述第一判定电压的时候，所述控制部分控制所述半导体元件 以所述第一规定时间的间隔重复地导通和关断，并且在该重复控制的 过程期间，当所述半导体元件为导通时，如果所述第一电压的最小电 压连续地重复高于所述第一判定电压而低于所述第二判定电压第二次 数，或者如果所述第一电压的最小值连续地重复低于所述第一判定电 压第一规定次数，那么，所述控制部分控制所述半导体元件保持中断状态。
5. 根据权利要求4所述的电力供给装置，其中当所述半导体元件 在该半导体元件被关断之后再次导通时，如果所述第一电压的最小值高于所述第一判定电压而低于所述第二判定电压，则所述控制部分将 所述第二判定电压升高并且然后控制导通该所述半导体元件。
6. 根据权利要求4所述的电力供给装置，其中所述第一规定时间和所述第二规定时间是任意变化的。
全文摘要
本发明涉及一种电力供给装置，由于在半导体元件(T1)的漏极电压(V1)变为低于比较器(CMP1)的同相输入最小电压之前关断该半导体元件(T1)，所以能够确定地保护负载电路。此外，假设第一判定电压是(L_V1)而第二判定电压是(V3)，当电压(V1)变为“V1＜L_V1”时，执行重试操作。当“V1＜L_V1”的次数达到N1次时，或者当L_V1＜V3＜V1的次数达到N2次时，保持半导体元件(T1)的关断状态以保护负载电路。此外，当电压(V1)由于连接器(11)的不良接触而突然下降时，电压(V1)的最小值不是稳定值，并且不保持半导体元件(T1)的关断状态。
文档编号H03K17/08GK101682320SQ20098000029
公开日2010年3月24日 申请日期2009年3月18日 优先权日2008年3月19日
发明者大岛俊藏 申请人:矢崎总业株式会社