專利名稱：短路檢測(cè)方法及實(shí)行該方法的電源模塊的制作方法
短路檢測(cè)方法及實(shí)行該方法的電源模塊本發(fā)明涉及一種電氣設(shè)備的電源模塊中短路的檢測(cè)方法，特別是直流的。它還涉及能夠?qū)崿F(xiàn)這樣一種方法的電源模塊。本發(fā)明在汽車(chē)電氣設(shè)備的直流電源電路領(lǐng)域內(nèi)，特別是能夠在采暖、通風(fēng)和/或空氣調(diào)節(jié)裝置中建立空氣流的馬達(dá)風(fēng)機(jī)組的馬達(dá)上得到特別有利的應(yīng)用。汽車(chē)的采暖、通風(fēng)和/或空氣調(diào)節(jié)裝置一般都有馬達(dá)風(fēng)機(jī)組，用來(lái)保證空氣在汽車(chē)車(chē)廂中的流通。該馬達(dá)風(fēng)機(jī)組包括由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)由電源模塊提供電流進(jìn)行工作。事實(shí)上，這種用途的電源模塊設(shè)置在電源和要供電的電動(dòng)機(jī)之間，該電源特別是設(shè)置在該汽車(chē)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(chē)電池組)出發(fā)向電動(dòng)機(jī)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(kāi)關(guān)，特別是脈沖寬度調(diào)制(在英語(yǔ)中也稱為“PWM”，即“Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)”)型的電流開(kāi)關(guān)。PWM型電流開(kāi)關(guān)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(gè)優(yōu)選的實(shí)施例從電池組的電壓出發(fā)并形成。該電源模塊還包括熱量耗散機(jī)構(gòu)，諸如散熱器，用以排除部件以及一個(gè)或多個(gè)連接器所產(chǎn)生的熱量，這些連接器用來(lái)接收分別把該電源模塊連接至電池組和電動(dòng)機(jī)的導(dǎo)線
束ο—般說(shuō)來(lái)，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(dòng)機(jī)并聯(lián)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(xué)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(dǎo)線束之間存在短路的風(fēng)險(xiǎn)，尤其可能導(dǎo)致輸入濾波電容短路。這種短路情況的結(jié)果是，電源提供的電流急劇增大，結(jié)果供電導(dǎo)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(chǎn)生非常大的電流，約達(dá)200A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)約30A的標(biāo)稱值。隨著這樣的電流，電源模塊的部件，特別是電流開(kāi)關(guān)，例如，PWM型電流開(kāi)關(guān)溫度上升， 并可能使構(gòu)成印刷電路板(英語(yǔ)名稱為“PCB”，即“Printed Circuit Board")的環(huán)氧材料燃燒起來(lái)。這種著火(embrasement)的風(fēng)險(xiǎn)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?yàn)殡妱?dòng)機(jī)不再得到供電，不能產(chǎn)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(cè)，以便能夠足夠早地采取措施，限制災(zāi)難性后果。為此，本發(fā)明提出一種在電氣設(shè)備的電源模塊中檢測(cè)短路的方法，特別是直流的， 該電源模塊包括并聯(lián)配備在電氣設(shè)備上的輸入濾波電容。該方法在于檢測(cè)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(kāi)關(guān)斷開(kāi)，特別是使PWM型電流開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)測(cè)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(cè)該放電電流。特別地，本發(fā)明規(guī)定，該電阻元件由輸入濾波電容的保護(hù)部件構(gòu)成，所述保護(hù)部件針對(duì)電源電流(例如直流)的極性逆轉(zhuǎn)進(jìn)行保護(hù)。事實(shí)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(xué)電容，其板片應(yīng)該連接到電源(特別是汽車(chē)電池組)的相應(yīng)極性的端子。因而，該電源極性逆轉(zhuǎn)還會(huì)使輸入濾波電容的極性逆轉(zhuǎn)，并使其被破壞。按照本發(fā)明一個(gè)特定的實(shí)施方式，該保護(hù)部件是MOSFET功率晶體管。在這種情況下，輸入濾波電容的保護(hù)是通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)的一旦檢測(cè)到電源的逆轉(zhuǎn)，就向MOSFET功率晶體管的柵極施加一小于導(dǎo)通閾值的柵極-源極電壓Vgs，使得該MOSFET功率晶體管變?yōu)椴粚?dǎo)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(dǎo)通，這時(shí)柵極-源極電壓Vgs大于導(dǎo)通閾值。輸入濾波電容短路的檢測(cè)，是通過(guò)測(cè)量MOSFET功率晶體管電阻Rdsw端子的電壓進(jìn)行的，即通過(guò)電壓放大器或者簡(jiǎn)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(jīng)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(shí)，則這些實(shí)施方式可能特別有利。另一個(gè)技術(shù)方案是把電流測(cè)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(kāi)關(guān)、特別是PWM型電流開(kāi)關(guān)串聯(lián)。但是，該方案不如借助作為保護(hù)元件的 MOSFET功率晶體管有利，因?yàn)樗褂妙~外的部件，成本高、笨重而且散發(fā)熱量。本發(fā)明同樣涉及電氣設(shè)備的電源模塊，特別是直流的，所述電源模塊包括并聯(lián)地配備在該設(shè)備上的濾波電容。該電源模塊包括放電電流的檢測(cè)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(fā)明，該檢測(cè)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(cè)量該電阻元件端子上電壓的裝置。按照不同的實(shí)施方式，該電壓測(cè)量裝置包括電壓放大器和/或電壓比較器。本發(fā)明特別規(guī)定，該電阻元件由輸入濾波電容的保護(hù)部件構(gòu)成，所述保護(hù)部件針對(duì)電源電流(特別是直流電源電流)的極性逆轉(zhuǎn)進(jìn)行保護(hù)。優(yōu)選地，該保護(hù)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(fā)明及其實(shí)現(xiàn)方式，附圖中·

圖1是實(shí)行按照本發(fā)明的檢測(cè)短路的方法的電氣設(shè)備電源模塊的一個(gè)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(fā)明比較器的輸出信號(hào)相應(yīng)的曲線圖。圖1是電氣設(shè)備(特別是直流電動(dòng)機(jī))的實(shí)行短路檢測(cè)方法的電源模塊的一個(gè)方案。本發(fā)明適用于電氣設(shè)備10(特別是直流電動(dòng)機(jī))的電源電路，諸如汽車(chē)采暖、通風(fēng)和/或空氣調(diào)節(jié)裝置馬達(dá)風(fēng)機(jī)組電動(dòng)機(jī)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(shè)置在汽車(chē)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(dá)風(fēng)機(jī)組產(chǎn)生的空氣流掃過(guò)。在電源模塊100的部件中，可以注意到電流開(kāi)關(guān)110，特別是PWM型開(kāi)關(guān)，它能夠向電氣設(shè)備10 (特別是馬達(dá)風(fēng)機(jī)組電動(dòng)機(jī))提供電源電壓。特別地，在使用PWM型電流開(kāi)關(guān) 110的情況下，向電氣設(shè)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(hào)的形式。電源模塊100還包括輸入濾波電容120。優(yōu)選地，該輸入濾波電容120是電化學(xué)類型的，并與電氣設(shè)備10(例如電動(dòng)機(jī))和電源20(特別是電池組)并聯(lián)配備。為了保護(hù)該輸入濾波電容120免受與電源20極性逆轉(zhuǎn)相聯(lián)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(zhuǎn)，在電源模塊100中預(yù)先設(shè)置保護(hù)部件130，它具有一旦檢測(cè)到電源電流的逆轉(zhuǎn)便中斷穿過(guò)輸入濾波電容120的電流的功能。在圖1的實(shí)施例中，保護(hù)部件130是MOSFET功率晶體管。MOSFET功率晶體管一般包括三個(gè)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(tài)下導(dǎo)通。在此狀態(tài)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(dǎo)通閾值電壓Vgsth的極限。導(dǎo)通閾值電壓Vgsth定義為逆轉(zhuǎn)區(qū)域出現(xiàn)的電壓Vgs，就是說(shuō)在漏極D和源極S之間建立導(dǎo)通溝道的電壓。當(dāng)電壓Vgs小于導(dǎo)通閾值電壓Vgsth時(shí)，MOSFET功率晶體管130被阻斷或不導(dǎo)通。 在相反的情況下，MOSFET功率晶體管130導(dǎo)通，它引導(dǎo)漏極D和源極S之間的電流。當(dāng)檢測(cè)到電池組逆轉(zhuǎn)時(shí)，柵極G被未示出的管理中心支持在一電位上，對(duì)于該電位，電壓Vgs低于導(dǎo)通閾值電壓Vgsth。這時(shí)MOSFET功率晶體管130變?yōu)椴粚?dǎo)通，于是切斷通過(guò)輸入濾波電容120的電流。第一導(dǎo)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(gè)連接器接收第二導(dǎo)線束11的導(dǎo)線，把電氣設(shè)備10，特別是汽車(chē)的采暖、通風(fēng)和/或空氣調(diào)節(jié)裝置的馬達(dá)風(fēng)機(jī)組的電動(dòng)機(jī)連接到電源模塊100。然而，第一束導(dǎo)線21和第二束導(dǎo)線11之間產(chǎn)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(shè)備10的“ + ”電極連接到電源20的“-”電極。該短路在圖1中用點(diǎn)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(dá)到很大的數(shù)值，約200A。在這樣的強(qiáng)度下，電源模塊100的印刷電路板上的部件，特別是電流開(kāi)關(guān)110，例如，PWM型開(kāi)關(guān)，可能升溫到構(gòu)成印刷電路板(PCB)的環(huán)氧材料的燃點(diǎn)。這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)在電氣設(shè)備10特別是汽車(chē)采暖、通風(fēng)和/或空氣調(diào)節(jié)裝置的馬達(dá)風(fēng)機(jī)組的電動(dòng)機(jī)時(shí)，該電動(dòng)機(jī)10斷電、印刷電路板的散熱器不再被馬達(dá)通風(fēng)機(jī)組產(chǎn)生的空氣流冷卻時(shí)更為嚴(yán)峻。因而需要能夠盡可能早檢測(cè)出短路的情況，以避免招致?lián)p害的效應(yīng)。為此目的，提出利用保護(hù)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(cè)裝置。更準(zhǔn)確地說(shuō)，處于導(dǎo)通狀態(tài)的MOSFET功率晶體管130構(gòu)成值為RdsQN 的電阻元件，允許測(cè)量流過(guò)MOSFET功率晶體管130電阻Rdsw的放電電流I。。。為此，測(cè)量等于MOSFET功率晶體管130的電阻RdsQN與保證保護(hù)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(cè)量可以借助于電壓比較器200進(jìn)行，就是說(shuō)，比較電壓V。。
和基準(zhǔn)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(fā)明的電壓比較器200相應(yīng)的輸出信號(hào)的曲線圖(圖2b)。如圖2所示，當(dāng)在電源模塊100中出現(xiàn)短路時(shí)，電壓V。。高于基準(zhǔn)電壓Vrtf，指明短路，這時(shí)電壓比較器200的輸出電壓V。ut改變邏輯狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)的變化構(gòu)成短路檢測(cè)。輸出電壓V。ut本身可以用來(lái)結(jié)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(kāi)關(guān)110的控制電路210上，以便使之轉(zhuǎn)為開(kāi)路狀態(tài)，并切斷輸入濾波電容120放電電路中的短路電流。顯而易見(jiàn)，MOSFET功率晶體管130端子上的電壓V。?？梢杂秒妷罕容^器以外的其他裝置測(cè)量，例如，電壓放大器。很顯然，本發(fā)明不限于只作為示例提供的上述實(shí)施方式，并在本發(fā)明的范圍內(nèi)包含本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想出的其他方案，特別是上述不同實(shí)施方式的所有結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種電氣設(shè)備(10)的電源模塊(100)中短路的檢測(cè)方法，特別是直流的電氣設(shè)備的電源模塊，該電源模塊包括并聯(lián)地配備在電氣設(shè)備(10)上的輸入濾波電容(120)，其特征在于，該方法在于檢測(cè)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(quán)利要求1的方法，其中，該放電電流(I。。)通過(guò)測(cè)量電阻元件(130)端子上的電壓(V。。)而被檢測(cè)，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(quán)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(duì)電源電流極性逆轉(zhuǎn)進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)部件(130)構(gòu)成。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其中，該保護(hù)部件是MOSFET功率晶體管(130)。
5.一種電氣設(shè)備(10)的電源模塊(100)，特別是直流的，該電源模塊包括并聯(lián)地配備在電氣設(shè)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(cè)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(quán)利要求5的電源模塊，其中，該檢測(cè)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(cè)量裝置000)。
7.按照權(quán)利要求6的電源模塊，其中，電壓(V。。)的測(cè)量裝置(200)包括電壓放大器。
8.按照權(quán)利要求6的電源模塊，其中，電壓(V。。)的測(cè)量裝置(200)包括電壓比較器。
9.按照權(quán)利要求6至8中任何一項(xiàng)的電源模塊，其中，電阻元件(130)由輸入濾波電容 (120)的針對(duì)電源電流極性逆轉(zhuǎn)進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)部件構(gòu)成。
10.按照權(quán)利要求9的電源模塊，其中，該保護(hù)部件是MOSFET功率晶體管(130)。
全文摘要
本發(fā)明涉及電氣設(shè)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(shè)備(10)并聯(lián)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(cè)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(fā)明可應(yīng)用于汽車(chē)的電氣設(shè)備的電源電路，特別是能夠在采暖、通風(fēng)和/或空氣調(diào)節(jié)裝置中建立空氣流的馬達(dá)風(fēng)機(jī)組的馬達(dá)的電源電路。
文檔編號(hào)G01R31/42GK102439473SQ201080008075
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月16日
發(fā)明者J·加迪諾伊斯, K·昌文, R·維拉加西亞 申請(qǐng)人:法雷奧熱系統(tǒng)公司