專利名稱：負(fù)載電路的保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過在負(fù)載電路流過過電流而導(dǎo)致電線溫度上升時(shí)及時(shí)斷開負(fù) 載電路來保護(hù)負(fù)載電路的負(fù)載電路的保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
將電力供給到搭載于諸如車輛的燈泡和馬達(dá)的負(fù)載的負(fù)載電路，包括電池以及設(shè) 置在電池和負(fù)載之間的電子開關(guān)(M0SFET等)。并且，電池、電子開關(guān)及負(fù)載是通過包括電 線的導(dǎo)體互相連接的。并且，設(shè)置有接通/關(guān)斷電子開關(guān)的控制電路，通過該控制電路輸出 的驅(qū)動(dòng)、停止信號(hào)接通/關(guān)斷電子開關(guān)，從而切換負(fù)載的驅(qū)動(dòng)和停止。在上述的負(fù)載電路中，為了在負(fù)載流過過電流時(shí)通過即時(shí)斷開電路從而保護(hù)負(fù) 載、電線、電子開關(guān)等，設(shè)置有保險(xiǎn)絲(參照專利文獻(xiàn)1)。在如圖1所示的現(xiàn)有的負(fù)載電路中，負(fù)載101的電源側(cè)端子通過汽車用電子控制 單元(ECU) 102、接線盒(J/B) 103與電池VB連接。并且，諸如MOSFET的多個(gè)電子開關(guān)Trl設(shè)置在E⑶102中。這些電子開關(guān)Trl通過 控制IC104被控制為接通/關(guān)斷。并且，第1保險(xiǎn)絲Fl設(shè)置在各電子開關(guān)Trl的上游側(cè)。 該第1保險(xiǎn)絲Fl保護(hù)其下游側(cè)的電線W101。換言之，設(shè)置在第1保險(xiǎn)絲Fl的下游側(cè)的電 線WlOl具有充分可耐第1保險(xiǎn)絲Fl的斷路電流的電線直徑(截面積)。并且，將第2保險(xiǎn)絲F2設(shè)置在J/B103中。該第2保險(xiǎn)絲F2保護(hù)其下游側(cè)的電線 W102。換言之，設(shè)置在保險(xiǎn)絲F2的下游側(cè)的電線W102具有充分可耐第2保險(xiǎn)絲F2的斷路 電流的直徑(截面積)。這里，例如，在將燈泡作為負(fù)載101而使用的情形下，在進(jìn)行燈泡接通時(shí)發(fā)生的沖 擊電流及燈泡的重復(fù)接通/關(guān)斷操作引起保險(xiǎn)絲F1、F2的劣化。并且，由于保險(xiǎn)絲F1、F2 的經(jīng)年使用而引起的劣化，也存在發(fā)生保險(xiǎn)絲F1、F2誤斷開的情形。為了防止發(fā)生這樣的 問題，選擇了考慮了負(fù)載電流的差額(margin)而制備的保險(xiǎn)絲。具體而言，使用具有比通 常稍高的斷路電流的保險(xiǎn)絲。結(jié)果，有必要使用適合于考慮了差額而制備的保險(xiǎn)絲的特性 的電線，并且減小在負(fù)載電路中所使用的電線直徑變得困難。專利文獻(xiàn)1US2003/0202304A
發(fā)明內(nèi)容
如今，盡量小型化、細(xì)徑化負(fù)載電路中所使用的電線的要求越來越高。另一方面， 如上所述，在現(xiàn)有的負(fù)載電路中，設(shè)置有為了在過電流發(fā)生而引起電線溫度上升時(shí)斷開電 路的保險(xiǎn)絲。并且，為了防止發(fā)生保險(xiǎn)絲因經(jīng)年使用而劣化所引起的誤斷開，考慮差額而制 備保險(xiǎn)絲。由此，現(xiàn)有的負(fù)載電路存在難以實(shí)現(xiàn)電線的小型化、細(xì)徑化的缺點(diǎn)。為解決現(xiàn)有的問題而做出本發(fā)明。本發(fā)明是以提供一種通過使用模擬了保險(xiǎn)絲的 開關(guān)電路而實(shí)現(xiàn)電線細(xì)徑化的負(fù)載電路的保護(hù)裝置為目的。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明第1方面的負(fù)載電路的保護(hù)裝置是用于在負(fù)載電路的電線溫度上升時(shí)斷開所述負(fù)載電路的負(fù)載電路的保護(hù)裝置，所述負(fù)載電路將從電源輸 出的電力供給到負(fù)載并驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載，所述保護(hù)裝置包括計(jì)時(shí)經(jīng)過時(shí)間的計(jì)時(shí)器；電流 檢測(cè)裝置，檢測(cè)流過其下游側(cè)電線的電流；切換到所述負(fù)載電路的連接和斷開的開關(guān)裝置； 溫度推測(cè)裝置，基于所述電流檢測(cè)裝置檢測(cè)的電流值和所述計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)的經(jīng)過時(shí)間來推測(cè) 所述電線溫度；以及斷開控制裝置，將閾值溫度設(shè)定為低于所述負(fù)載電路中使用的電線的 允許溫度(例如，150°C )的值(例如，50°C )，且在所述電流檢測(cè)裝置所檢測(cè)的電流變得等 于或高于基準(zhǔn)電流值(例如，20A)且所推測(cè)的溫度達(dá)到所述閾值溫度的情形下，所述斷開 控制裝置斷開所述開關(guān)裝置。通過這樣的構(gòu)成，由電流檢測(cè)裝置檢測(cè)上述負(fù)載電流，以計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)電流流過電 線的上述時(shí)間，且基于這些結(jié)果推測(cè)電線溫度。并且，在所推測(cè)的溫度超過閾值溫度的情形 下，斷開開關(guān)裝置來保護(hù)電路。從而，通過將閾值溫度設(shè)置成低于電線的允許溫度的溫度， 即使在電線溫度上升的情形下，通過在上升的溫度達(dá)到允許溫度之前確實(shí)地?cái)嚅_電路可以 保護(hù)電線及負(fù)載。并且，在電流值小于預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)電流值的情形下，盡管進(jìn)行溫度推 測(cè)，不斷開開關(guān)裝置，但是維持其連接狀態(tài)。從而，可避免發(fā)生在正常電流下電路被斷開的 問題。并且，優(yōu)選地，在斷開所述開關(guān)裝置之后，在所述溫度推測(cè)裝置所推測(cè)的溫度降低 到周圍溫度或以下的情形下，所述斷開控制裝置使得所述開關(guān)裝置處于可連接的狀態(tài)。通過這樣的構(gòu)成，即使在電線溫度超過閾值溫度并且開關(guān)裝置被斷開之后也繼續(xù) 進(jìn)行電線溫度的推測(cè)，且在電線溫度降低到周圍溫度(例如，25°C)或以下的情形下，使得 開關(guān)裝置處于可連接的狀態(tài)。從而，可避免在維持高的電線溫度的狀態(tài)下再次開始負(fù)載電 路的通電的情形。以這樣的方式，可以確實(shí)地保護(hù)負(fù)載電路。并且，優(yōu)選地，所述閾值溫度被設(shè)置成低于直徑比所述負(fù)載電路中使用的電線直 徑細(xì)一個(gè)等級(jí)(one level)的電線的允許溫度的溫度。通過這樣的構(gòu)成，具有與以往相比更細(xì)的直徑的電線變得可使用，并且可以實(shí)現(xiàn) 電線的細(xì)徑化、小型化。從而，可實(shí)現(xiàn)整體的小型化以及空間的節(jié)省。并且，在將保護(hù)裝置 應(yīng)用于搭載于車輛的負(fù)載電路的情形下，可實(shí)現(xiàn)油耗的改善。并且，優(yōu)選地，在電流值達(dá)到等于或高于所述基準(zhǔn)電流值的范圍內(nèi)，所述閾值溫度 被設(shè)置成位于用于保護(hù)所述負(fù)載電路中使用的電線的保險(xiǎn)絲的最低斷開溫度和最高斷開 溫度之間的溫度。通過這樣的構(gòu)成，可設(shè)置模擬了常用于保護(hù)負(fù)載電路的電線的保險(xiǎn)絲的特性的溫 度特性，并且相應(yīng)地可獲得與現(xiàn)有的保險(xiǎn)絲的效果同等的效果。并且，在所述斷開控制裝置計(jì)算電線溫度時(shí)的的算術(shù)表達(dá)式被表示為[數(shù)學(xué)式1]T2 = Tl+Il2rR{l-exp(_t/CR)}... (1)[數(shù)學(xué)式2]T2 = Tl+I22rR {exp (_t/CR)}... (2)優(yōu)選地，在發(fā)熱時(shí)使用表達(dá)式(1)，在放熱時(shí)使用表達(dá)式(2)，T1是周圍溫度[°C]， T2是電線的推測(cè)溫度[°C ]，Il和12是通電電流[A]、r是電線導(dǎo)體電阻[Ω]，R是熱阻 [°c /W]，C是熱容量[J/°C ]，并且t是時(shí)間[sec]。
在上述構(gòu)成中，通過使用表達(dá)式⑴計(jì)算電線的發(fā)熱，使用表達(dá)式⑵計(jì)算電線的 放熱，由此獲得電線的推測(cè)溫度。從而，可進(jìn)行高精度的溫度推測(cè)。在根據(jù)本發(fā)明第1方面的負(fù)載電路的保護(hù)裝置中，推測(cè)負(fù)載電路所連接的電線的 溫度，并且在所推測(cè)的電線溫度超過閾值溫度的情形下，斷開開關(guān)裝置來保護(hù)電路。從而， 在由過電流所引起的發(fā)熱導(dǎo)致電線溫度上升的情形下，在電線溫度達(dá)到允許溫度之前確實(shí) 地?cái)嚅_電路，保護(hù)電線和負(fù)載。并且，沒有如現(xiàn)有的保險(xiǎn)絲那樣的沖擊電流的重復(fù)操作所引 起的劣化。因此，無需確保斷開溫度的差額，相應(yīng)地可以實(shí)現(xiàn)減小電線的直徑。從而可實(shí)現(xiàn) 電線的小型化、輕量化。并且，在保護(hù)裝置用于車輛的情形下，也可以發(fā)揮改善油耗的效果。


圖1是表示現(xiàn)有示例中的負(fù)載電路的保護(hù)裝置的構(gòu)成的電路圖。圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置的構(gòu)成的電路圖。圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置中的開關(guān)電路的詳細(xì)構(gòu) 成的框圖。圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置的溫度特性的說明圖。圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置的溫度特性的說明圖。圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置的溫度特性的說明圖。圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置的溫度特性的說明圖。圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置的溫度特性的說明圖。圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置的溫度特性的說明圖。圖10(a)和圖10(b)是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置的、計(jì)算 發(fā)熱所改變的電線溫度及計(jì)算放熱所改變的電線溫度的過程的說明圖。圖11(a)和圖11(b)是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置的、計(jì)算 發(fā)熱所改變的電線溫度及計(jì)算放熱所改變的電線溫度的過程的說明圖。圖12(a)和圖12(b)是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置的、計(jì)算 發(fā)熱所改變的電線溫度及計(jì)算放熱所改變的電線溫度的過程的說明圖。圖13(a)和圖13(b)是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置的、計(jì)算 發(fā)熱所改變的電線溫度及計(jì)算放熱所改變的電線溫度的過程的說明圖。圖14(a)和圖14(b)是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置的、計(jì)算 發(fā)熱所改變的電線溫度及計(jì)算放熱所改變的電線溫度的過程的說明圖。圖15(a)和圖15(b)是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置的、計(jì)算 發(fā)熱所改變的電線溫度及計(jì)算放熱所改變的電線溫度的過程的說明圖。圖16A是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置的處理動(dòng)作的流程圖。圖16B是圖16A的流程圖的繼續(xù)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如圖2所示的負(fù)載電路，對(duì)例如搭載于車輛的燈泡和馬達(dá)等的負(fù)載11供給從電池 (電源)VB所輸出的電力，從而控制各負(fù)載11的驅(qū)動(dòng)和停止。該負(fù)載電路包括汽車用電子
5控制單元(EOT) 12和接線盒(J/B) 13。E⑶12包括諸如MOSFET的多個(gè)電子開關(guān)Trl。各電子開關(guān)Trl的一側(cè)端子與負(fù)載 11連接，并且其另一側(cè)端子通過電線Wl與J/B13連接。并且，E⑶12包括控制IC14。并且， 各電子開關(guān)Trl是通過IC14來控制接通/關(guān)斷，并且跟隨電子開關(guān)Trl的接通/關(guān)斷而控 制負(fù)載11的驅(qū)動(dòng)和停止。J/B13包括將電線Wl和電池VB互相連接的多個(gè)開關(guān)電路(IPS) 16。開關(guān)電路16 在控制部15的控制下動(dòng)作。如圖3所示，每個(gè)控制電路16包括半導(dǎo)體繼電器(開關(guān)裝置)Sl ；檢測(cè)流過電 線Wl的電流的電流計(jì)163 ；計(jì)時(shí)電流流過電線Wl的經(jīng)過時(shí)間的計(jì)時(shí)器162 ；以及控制電路 161，其基于電流計(jì)163檢測(cè)的電流值及計(jì)時(shí)器162計(jì)時(shí)的時(shí)間來控制半導(dǎo)體繼電器Sl的
接通/關(guān)斷。在根據(jù)本實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置中，控制電路(溫度推測(cè)裝置、斷開控制 裝置)161通過使用后述的方法來推測(cè)電線Wl的溫度。并且，在電線Wl的推測(cè)溫度達(dá)到預(yù) 定的閾值溫度(例如，50°C )的情形下，控制電路161斷開電線Wl的上游側(cè)。結(jié)果，保護(hù)了 電線Wl和設(shè)置在電線Wl下游側(cè)的各開關(guān)Trl以及各負(fù)載11。以下，詳細(xì)說明推測(cè)電線Wl的溫度的方法。以下所示的表達(dá)式⑴是表示發(fā)熱時(shí) 電線溫度的一般表達(dá)式。并且，表達(dá)式(2)是表示放熱時(shí)電線溫度的一般表達(dá)式。[數(shù)學(xué)式3]T2 = Tl+Il2rR{l-exp(_t/CR)}... (1)[數(shù)學(xué)式4]T2 = Tl+I22rR {exp (_t/CR)}... (2)在此，Tl是周圍溫度[°C ]、T2是電線的推測(cè)溫度[°C ]、11和12是通電電流[A]、 r是電線導(dǎo)體電阻[Ω ]、R是熱阻[°C /W]、C是熱容量[J/°C ]、t是時(shí)間[sec]。注意，對(duì)于 上述周圍溫度Tl，可使用指定基于電路被設(shè)置的環(huán)境的大氣溫度的方法、設(shè)置溫度計(jì)(未 圖示)且指定該溫度計(jì)所檢測(cè)的溫度的方法、等等。從而，通過對(duì)表達(dá)式(1)指定周圍溫度Tl、電流II、時(shí)間t，獲得發(fā)熱時(shí)電線Wl的 推測(cè)溫度T2。并且，通過對(duì)表達(dá)式(2)指定周圍溫度Tl、電流12、時(shí)間t，獲得放熱時(shí)電線 Wl的推測(cè)溫度T2。并且，如果在推測(cè)溫度T2達(dá)到預(yù)定的閾值溫度的時(shí)刻斷開開關(guān)電路16，則可以保 護(hù)包括電線Wl的整個(gè)負(fù)載電路。例如，在電線Wl的允許溫度為150°C的情形下，如將閾值溫 度預(yù)先設(shè)置為50°C作為低于150°C的溫度，則在電線Wl達(dá)到允許溫度而導(dǎo)致由過電流的發(fā) 熱所引起的冒煙之前的時(shí)刻斷開電路，由此可以保護(hù)包括電線Wl的整個(gè)負(fù)載電路。從而， 如果使用根據(jù)本實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置，則無需像常規(guī)那樣在各負(fù)載電路的上游側(cè) 設(shè)置保險(xiǎn)絲，即可確實(shí)地感測(cè)到溫度上升而斷開電路，從而可以保護(hù)電路。在本實(shí)施例中，通過設(shè)置開關(guān)電路16來替換以往使用的保險(xiǎn)絲而保護(hù)電路。因 此，期望開關(guān)電路16包括模擬了保險(xiǎn)絲的溫度特性。相應(yīng)地，在本實(shí)施例中，按照?qǐng)D4 圖 9的特性圖中所示的過程，設(shè)定開關(guān)電路16的溫度特性。以下，參照?qǐng)D4 圖9說明開關(guān)電 路16的溫度特性的設(shè)定過程。如圖4所示的曲線si是表示允許溫度被設(shè)定為150°C時(shí)的電流-時(shí)間特性的特性圖。具體而言，曲線si表示將上述表達(dá)式⑴的左邊的T2固定于150°C時(shí)的右邊的電流Il 和經(jīng)過時(shí)間t[sec]之間的關(guān)系。從曲線si可知，在電線的允許溫度(由于過熱而冒煙的 溫度)為150°C的情形下，例如在50[A]的電流流過10秒的情形下電線溫度未達(dá)到150°C， 但在流過10秒90[A]的電流的情形下電線溫度達(dá)到150°C。具體而言，如果電路以曲線si 的內(nèi)側(cè)(圖中的左下側(cè))的電流值運(yùn)作，則電線溫度不會(huì)達(dá)到允許溫度(即150°C )。并且，曲線s2和S3是表示設(shè)置在允許溫度為150°C的電線的上游側(cè)的一般規(guī)格保 險(xiǎn)絲的斷開溫度特性曲線。在此，曲線s2示出這樣的斷開溫度特性的最大值(MAX)，而曲線 s3示出其最小值(MIN)。具體而言，在處于曲線s2和s3之間的區(qū)域的電流流過該保險(xiǎn)絲 時(shí)，該保險(xiǎn)絲被斷開而保護(hù)電路。從而，通過使用該保險(xiǎn)絲，可在電線溫度達(dá)到150°C之前的 時(shí)刻確實(shí)地?cái)嚅_電路。從而，只要電路16的構(gòu)成中包括曲線s2和s3之間的溫度特性，則 可模擬出以往所使用的保險(xiǎn)絲的特性。圖5是表示了流過電線的電流在低于20[A]的情形下被定義為正常電流，而在等 于或高于20[A]的情形下被定義為異常電流。并且，在流過電線的電流為正常電流(低于 20[A])的情形下，與電線溫度無關(guān)地設(shè)置成不斷開開關(guān)電路16。作為位于圖4和圖5中所示的曲線s3和s4之間的溫度特性的一個(gè)示例，圖6表 示了將允許溫度設(shè)為50°C的情形下的溫度特性曲線s4。具體而言，曲線s4表示了在將上 述表達(dá)式(1)左邊的T2固定在50°C時(shí)右邊的電流Il和經(jīng)過時(shí)間t[sec]之間的關(guān)系。并 且，如從圖6中可知，在電流等于或高于20 [A]的范圍內(nèi)，曲線s4成為通過表示保險(xiǎn)絲溫度 特性的最大值的曲線s2和表示其最小值的曲線s3之間的區(qū)域的曲線。具體而言，應(yīng)當(dāng)理 解，在電流為等于或高于20[A]的范圍內(nèi)，如果利用表達(dá)式(1)及表達(dá)式(2)計(jì)算發(fā)熱所引 起的電線溫度及放熱所引起的電線溫度，且在電線溫度(即，T2)達(dá)到50°C的時(shí)刻斷開開關(guān) 電路16，則可獲得與保險(xiǎn)絲的效果同等的效果。圖7還在圖6所示的各種特性曲線之外寫入表示負(fù)載特性的曲線s5。并且，從圖 7中可知道，曲線s4和s5在低電流區(qū)域交叉。因此，當(dāng)使用50°C的溫度特性曲線s4時(shí)，在 低電流區(qū)域的正常電流下斷開開關(guān)電路16。圖8是表示當(dāng)設(shè)置成在電流小于20 [A]的范圍內(nèi)不能斷開開關(guān)電路16時(shí)，允許溫 度為50°C的溫度特性曲線s6。通過上述的設(shè)置，曲線s6和s5不交叉，并且曲線s6位于曲 線s2和s3之間的范圍內(nèi)。具體而言，在電流小于20[A](基準(zhǔn)電流值)的范圍內(nèi)，不斷開 開關(guān)電路16，并且在電流等于或高于20[A]的范圍內(nèi)使用50°C的溫度特性曲線，由此可以 獲得與保險(xiǎn)絲的特性同等的特性。圖9表示通過開關(guān)電路16能夠根據(jù)曲線s6所示的溫度特性斷開電路的事實(shí)，與 以往相比可以更多地減小電線的直徑的情形。具體而言，例如，通過使用包括曲線s6所示 的溫度特性的開關(guān)電路16，即使在將具有曲線si中所示的允許溫度的電線變化為具有低 于曲線si中所示的的允許溫度的曲線s7中所示的允許溫度的電線的情形下，也可毫無問 題地使用具有曲線s7所示的這樣的較低允許溫度。具體而言，在根據(jù)本實(shí)施例的負(fù)載電路 的保護(hù)裝置中，通過使用包括與現(xiàn)有的保險(xiǎn)絲同等溫度特性的開關(guān)電路16，可以減小電線 的直徑。其次，說明圖10 圖15所示的模式1 6，其與通過上述表達(dá)式(1)計(jì)算發(fā)熱時(shí) 的電線溫度及通過表達(dá)式(2)計(jì)算放熱時(shí)的電線溫度的過程相關(guān)。
模式1圖10(a)是表示電線溫度在恒定電流(40 [A])下飽和并且飽和后電流被斷開而放 熱的情形下的電線的溫度變化的特性圖。并且，圖10(b)是表示狀態(tài)變化的說明圖。首先， 在初期溫度為周圍溫度TO (狀態(tài)Pl)的狀態(tài)下，電線流過40 [A]的電流。然后，電線溫度從 溫度TO開始逐漸上升(狀態(tài)P2)，并且在時(shí)刻tx = tl達(dá)到流過40[A]的電流時(shí)的飽和溫 度T40max。具體而言，將在上述表達(dá)式(1)右邊的周圍溫度Tl指定為T0，將右側(cè)的電流Il 指定為40[A]，并且將右側(cè)的時(shí)間t指定為tl。發(fā)熱所引起的電線的推測(cè)溫度T2沿著如圖 10(a)所示的曲線上升，且在時(shí)刻tl達(dá)到飽和溫度T40max。當(dāng)電流在此后被斷開時(shí)，由于此時(shí)的電線溫度為T40max(狀態(tài)P3)，所以反過來計(jì) 算在電線溫度T40max飽和的電流值12。結(jié)果，所獲得的電流值12為40[A]。然后，將在表 達(dá)式(2)所示的Tl指定為周圍溫度，并且進(jìn)一步將所獲得的電流值12及經(jīng)過時(shí)間t指定 給表達(dá)式(2)中對(duì)應(yīng)的項(xiàng)，從而獲得放熱所引起的電線的推測(cè)溫度T2(狀態(tài)P4)。具體而言，在電線流過40[Α]的電流且在電線溫度達(dá)到該電流40[Α]的飽和溫度 T40max之后電流被斷開的情形下，將在表達(dá)式(2)右邊所示的電流12指定為40[A]，從而 獲得放熱時(shí)的電線溫度。模式2圖11(a)是表示在電線溫度上升到恒定電流(40[A])、在電線溫度達(dá)到飽和溫 度T40max之前的瞬態(tài)電流被斷開而放熱的情形下的電線的溫度變化的特性圖。并且，圖 1Kb)是表示狀態(tài)變化的示意圖。首先，在初期溫度為周圍溫度TO (狀態(tài)Pll)的情形下，電 線流過40[A]的電流。然后，電線溫度從溫度TO逐漸上升(狀態(tài)P12)。并且，在時(shí)刻tx斷 開40[A]的通電電流的情形下，即在電線溫度達(dá)到由40[A]通電的飽和溫度T40max之前的 瞬態(tài)溫度下斷開電流的情形下，獲得由于此時(shí)發(fā)熱所引起的溫度Tx，并且反過來計(jì)算該溫 度Tx成為飽和溫度的電流值12 (狀態(tài)Ρ13)。例如，在時(shí)刻tx的電線溫度Tx為流過30 [A] 電流時(shí)的飽和溫度T30maX的情形下，將在表達(dá)式(2)右邊的電流12指定為30[A]，進(jìn)一步 將右邊的Tl指定為周圍溫度，并進(jìn)一步將右邊的t指定為經(jīng)過時(shí)間，由此獲得放熱所引起 的電線的推測(cè)溫度T2 (狀態(tài)P14)。具體而言，在流過40 [A]的電流而在電線溫度達(dá)到40 [A]電流的飽和溫度T40max 之前斷開電流的情形下，獲得在斷開電流時(shí)的溫度下飽和的電流。然后，將該電流指定給在 表達(dá)式(2)右邊的對(duì)應(yīng)項(xiàng)，從而獲得在放熱的情形下的電線溫度。模式3圖12(a)是表示在電線溫度達(dá)到通過第1電流(例如為30[A])的飽和溫度，并且 電線溫度進(jìn)一步達(dá)到通過比第1電流大的第2電流(例如為40[A])的飽和溫度的情形下 的電線的溫度變化的特性圖。并且，圖12(b)是表示狀態(tài)變化的說明圖。首先，在初期溫度 為周圍溫度TO (狀態(tài)P21)的狀態(tài)下，電線流過30 [A]的電流。然后，電線溫度Tx從溫度TO 逐漸上升(狀態(tài)P22)且在時(shí)刻tl達(dá)到飽和溫度T30max (狀態(tài)P23)。在此狀態(tài)下電流變化為40[A]的情形下，反過來計(jì)算假定為從當(dāng)初開始流過 40[A]的電流且電線溫度達(dá)到T30max的情形下的經(jīng)過時(shí)間t3(狀態(tài)P24)。然后，將在表達(dá) 式(1)右邊的電流Il指定為40 [A]，且將時(shí)間t指定為上述t3，獲得經(jīng)過時(shí)間直到時(shí)刻t2 為止的推測(cè)溫度T2(再一次到狀態(tài)P22)。然后，在時(shí)刻t2時(shí)電線溫度達(dá)到流過40[A]電流
8時(shí)的飽和溫度T40max (狀態(tài)P25)。具體而言，首先，通過流過30[A]的電流，使得電線溫度達(dá)到30[A]電流的飽和溫 度T30max。此后，在將電流變化為40 [Α]的情形下，計(jì)算假定為從當(dāng)初開始流過40 [Α]的電 流的情形下的經(jīng)過時(shí)間，即圖12(a)所示的時(shí)間t3。然后，通過將時(shí)間t3指定給在表達(dá)式 (1)中的相應(yīng)項(xiàng)來獲得電線溫度。模式4圖13(a)是表示在通過第1電流(例如30[A])使得電線溫度上升，在電線溫度達(dá) 到該第1電流所引起的飽和溫度T30maX之前，第1電流被變化為比第1電流大的第2電流 (例如40 [A])，且電線溫度達(dá)到該第2電流的飽和溫度T40max的情形下的電線的溫度變化 的特性圖。并且，圖13(b)是表示狀態(tài)變化的說明圖。首先，在初期溫度為周圍溫度TO(狀 態(tài)P31)，并且電線流過30[A]的電流，電線溫度Tx從溫度TO逐漸上升(狀態(tài)P32)。然后， 在時(shí)刻tx電線溫度達(dá)到Tx時(shí)，電流變化為40[Α]。于是，反過來計(jì)算假定從當(dāng)初開始流過 40[A]的電流且電線溫度達(dá)到Tx的情形下的經(jīng)過時(shí)間t3(狀態(tài)P33)。并且，將在表達(dá)式 (1)右邊的電流Il指定為40[A]的電流，并且將右邊的時(shí)間t指定為前述的t3，獲得經(jīng)過 時(shí)間直到時(shí)刻t2為止的推測(cè)溫度T2 (再一次到狀態(tài)P32)。然后，在時(shí)刻t2，電線溫度達(dá)到 流過40 [A]的電流時(shí)的飽和溫度T40max (狀態(tài)P34)。具體而言，在電線溫度達(dá)到通過流過30[A]電流的30[A]電流的飽和溫度之前達(dá) 到溫度Tx的時(shí)刻，將電流變化為40[A]的情形下，計(jì)算假定為從當(dāng)初開始流過40[Α]的電 流的情形下的經(jīng)過時(shí)間，即圖13(a)所示的時(shí)間t3。然后，通過將時(shí)間t3指定給表達(dá)式⑴ 的對(duì)應(yīng)項(xiàng)來計(jì)算電線溫度。模式5圖14(a)是表示在通過第1電流(例如為40 [A])使得電線溫度達(dá)到第1電流的飽 和溫度T40max，并且使得電線溫度降低至在通過比第1電流小的第2電流(例如為30[A]) 的第2電流的飽和溫度T30max的情形下的電線的溫度變化的特性圖。并且，圖14(b)是 表示狀態(tài)變化的說明圖。首先，在初期溫度為周圍溫度TO (狀態(tài)P41)時(shí)，電線流過40[A] 的電流。然后，電線溫度Tx從溫度TO逐漸上升(狀態(tài)P42)，并且在時(shí)刻tl達(dá)到飽和溫度 T40max (狀態(tài) P43)。在電流在該狀態(tài)下變化為30[A]的情形下，獲得在流過40[Α]的電流時(shí)的飽和溫 度T40max和在流過30 [A]的電流時(shí)的飽和溫度T30max之間的差dT (dT = T40max-T30max)。 然后，根據(jù)溫度差dT計(jì)算飽和的電流值12(狀態(tài)P44)。結(jié)果，例如在12變成等于7. 5[A] 的情形下，將在表達(dá)式(2)右邊的12指定為電流7.5[A]，并且獲得放熱所引起的電線的推 測(cè)溫度T2(狀態(tài)P45)。此后，在經(jīng)過時(shí)間t2后，電線溫度達(dá)到在流過30[Α]的電流時(shí)的飽 和溫度T30max (狀態(tài)P46)。具體而言，首先，流過40 [A]的電流，電線溫度達(dá)到40 [A]電流的飽和溫度T40maX。 此后，在電流變化為30 [A]的情形下，獲得各飽和溫度之間的差dT，并且計(jì)算在該溫度差dT 下飽和的電流值12。然后，通過將該電流值12指定給表達(dá)式(2)中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)來計(jì)算電線溫度。模式6圖15(a)是表示在通過第1電流(例如為40[A])使得電線溫度上升，在電線溫度達(dá)到第1電流的飽和溫度T40max之前達(dá)到溫度Tx時(shí)，第1電流變化為比第1電流小的第 2電流(例如為30[A])，并且電線溫度降低而達(dá)到第2電流的飽和溫度T30maX的情形下的 電線的溫度變化特性圖。并且，圖15(b)是表示狀態(tài)變化的說明圖。首先，在初期溫度為周 圍溫度TO(狀態(tài)P51)時(shí)，電線流過40[A]的電流。然后，電線溫度Tx從溫度TO逐漸上升 (狀態(tài)P52)。然后，在時(shí)刻tx電線溫度達(dá)到Tx時(shí)電流變化為30[A]的情形下，獲得溫度Tx 和流過30 [A]電流時(shí)的飽和溫度T30max之間的溫度差dT (dT = Tx-T30max)，并且計(jì)算在該 溫度差dT下飽和的電流值12(狀態(tài)P53)。結(jié)果，在12變成等于5[A]的情形下，將在表達(dá) 式⑵的右邊的12指定為5[A]，并且獲得由放熱所引起的推測(cè)溫度T2(狀態(tài)P54)。此后， 在經(jīng)過時(shí)間t2后，電線溫度達(dá)到接通30 [A]的電流時(shí)的飽和溫度T30max (狀態(tài)P55)。具體而言，在電線溫度通過流過40[A]的電流而達(dá)到流過40[A]電流時(shí)的飽和溫 度T40maX之前達(dá)到溫度Tx的時(shí)刻，電流變化為30 [A]的情形下，計(jì)算溫度Tx和接通30 [A] 的電流時(shí)的飽和溫度T30max之間的差dT，并且計(jì)算以該溫度差dT飽和的電流值12。然后， 通過將該電流值12指定給表達(dá)式(2)的對(duì)應(yīng)項(xiàng)來獲得電線溫度。接下來，參照如圖16A和16B所示的流程圖，對(duì)根據(jù)本實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝 置的處理動(dòng)作進(jìn)行說明。注意，在圖16A和16B中所述的一系列處理是以預(yù)定的采樣周期 反復(fù)執(zhí)行的。首先，在步驟Sll的處理中，如圖3所示的開關(guān)電路16的控制電路161，對(duì)通過電 流計(jì)163是否檢測(cè)出電流進(jìn)行判斷。具體而言，控制電路161判斷電流是否流過圖2所示 的負(fù)載11。然后，在判斷為電流流過負(fù)載11的情形下(在步驟Sll中的是)，處理移動(dòng)到 步驟S12。并且，在判斷為電流未流過負(fù)載11的情形下(在步驟Sll中的否)，處理移動(dòng)到 步驟S17。在步驟S12，控制電路161判斷在步驟Sll的處理中所檢測(cè)出的電流是否等于或 小于預(yù)先設(shè)定的閾值電流(例如20[A])。然后，在電流等于或小于閾值電流的情形下(步 驟S12中的是)，處理移動(dòng)到步驟S13。并且，在電流不等于或小于閾值電流的情形下(步 驟S12中的否)，處理移動(dòng)到步驟S14。在步驟S13，控制電路161判斷現(xiàn)在電流值的目標(biāo)溫度(在持續(xù)流過具有現(xiàn)在值的 電流的情形下的飽和溫度)是否等于或高于已有推測(cè)溫度(前次采樣時(shí)的目標(biāo)溫度)。然 后，在判斷為目標(biāo)溫度等于或高于已有推測(cè)溫度的情形下(步驟S13中的是)，處理移動(dòng)到 步驟S15。并且，在判斷為目標(biāo)溫度不等于或高于已有推測(cè)溫度的情形下(步驟S13中的 否)，處理移動(dòng)到步驟S17。在步驟S14，控制電路161判斷現(xiàn)在電流值的目標(biāo)溫度(在持續(xù)流過具有現(xiàn)在值的 電流的情形下的飽和溫度)是否等于或高于已有推測(cè)溫度(前次采樣時(shí)的目標(biāo)溫度)。然 后，在判斷為目標(biāo)溫度等于或高于已有推測(cè)溫度的情形下(步驟S14中的是)，處理移動(dòng)到 步驟S16。并且，在判斷為目標(biāo)溫度不等于或高于已有推測(cè)溫度的情形下(步驟S14中的 否)，處理移動(dòng)到步驟S17。在步驟S15，控制電路161根據(jù)表達(dá)式(1)向著目標(biāo)溫度進(jìn)行發(fā)熱處理。在該情形 下，使用在前述的模式3及模式4中所示的溫度推測(cè)方法。在該處理結(jié)束的情形下，處理移 動(dòng)到步驟S18。在步驟S16，控制電路161根據(jù)表達(dá)式(1)向著目標(biāo)溫度進(jìn)行發(fā)熱處理(T2 =
1050°C)。在該情形下，使用在前述的模式3及模式4中所示的溫度推測(cè)方法。在該處理結(jié)束 的情形下，處理移動(dòng)到步驟S18。在步驟S17，控制電路161根據(jù)表達(dá)式(2)向著目標(biāo)溫度進(jìn)行發(fā)熱處理。在該情形 下，使用在前述的模式1、2、5、6中所示的溫度推測(cè)方法。并且，在未檢測(cè)出電流的情形下將 周圍溫度定義為目標(biāo)溫度。在該處理結(jié)束的情形下，處理移動(dòng)到步驟S18。在步驟S18，控制電路161基于從步驟S15、S16、S17的處理中獲得的溫度，計(jì)算電 線Wl的現(xiàn)在推測(cè)溫度。并且，將計(jì)算的推測(cè)溫度保存到存儲(chǔ)器(未圖示)等中。在該處理 結(jié)束的情形下，處理移動(dòng)到步驟S19。在步驟S19，控制電路161判斷在步驟S18的處理中計(jì)算的推測(cè)溫度是否等于或小 于設(shè)定保護(hù)溫度。設(shè)定保護(hù)溫度被設(shè)定為例如50°C。并且，在推測(cè)溫度等于或小于設(shè)定保 護(hù)溫度的情形下(步驟S19中的是)，處理回到步驟S11。并且，在推測(cè)溫度不等于或小于 設(shè)定保護(hù)溫度的情形下(步驟S19中的否)，處理移動(dòng)到步驟S20。在步驟S20，控制電路161強(qiáng)制性關(guān)斷圖3所示的半導(dǎo)體繼電器Si。在該處理結(jié) 束的情形下，處理移動(dòng)到步驟S21。具體而言，在電線的推測(cè)溫度等于或高于閾值溫度的情 形下，控制電路161斷開半導(dǎo)體繼電器Si，從而保護(hù)電路。在步驟S21，控制電路161利用表達(dá)式(2)進(jìn)行放熱處理，其中周圍溫度被定義為 目標(biāo)溫度。具體而言，即使在半導(dǎo)體繼電器Si被關(guān)斷的情形下，電線Wl也放熱，從而獲得 在該情形下的放熱溫度。在該處理結(jié)束的情形下，處理移動(dòng)到步驟S22。在步驟S22，控制電路161判斷推測(cè)溫度是否已經(jīng)降低到周圍溫度或以下。然后， 在推測(cè)溫度已經(jīng)降低到周圍溫度或以下的情形下(在步驟S22中的是)，處理移動(dòng)到步驟 S23。并且，在推測(cè)溫度未降低到周圍溫度或以下的情形下(在步驟S22中的否)，處理返回 到步驟S21。在步驟S23，控制電路161解除半導(dǎo)體繼電器Sl的這種強(qiáng)制關(guān)斷。具體而言，在電 線Wl的推測(cè)溫度已經(jīng)降低到周圍溫度或以下的情形下，即使使得電流再次流過電線Wl也 不會(huì)有問題。因此，解除半導(dǎo)體繼電器Sl的強(qiáng)制關(guān)斷。在該處理結(jié)束的情形下，處理返回 到步驟Sll。如上所述，在根據(jù)本實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置中，通過使用表達(dá)式(1)和表 達(dá)式(2)來推測(cè)電線Wl的溫度。并且，在該推測(cè)溫度達(dá)到閾值溫度(例如，50°C )的情形 下，控制電路161斷開半導(dǎo)體繼電器Si，保護(hù)負(fù)載電路。從而，在過電流流過負(fù)載11而在電 線Wl的實(shí)際溫度達(dá)到允許溫度(例如，50°C )之前的時(shí)刻可以確實(shí)地?cái)嚅_電路，并且可以 保護(hù)電線Wl及設(shè)置在其下游側(cè)的負(fù)載11。因此，無需使用現(xiàn)有的保險(xiǎn)絲。并且，不會(huì)發(fā)生以往的保險(xiǎn)絲那樣因沖擊電流及負(fù)載的接通及關(guān)斷操作的重復(fù)進(jìn) 行所引起的劣化，也無需確保用于斷開溫度的差額。因此，可降低電線的直徑，并且可以實(shí) 現(xiàn)電線的小型化、輕量化。并且，最終可以發(fā)揮改善油耗的效果。并且，對(duì)于現(xiàn)有的保險(xiǎn)絲，設(shè)定了諸如5[A]、7.5[A]、10[A]、15[A]、20[A]的固定 電流值。然而，在根據(jù)本實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置中，可設(shè)置任意的電流值(例如， 6[A]、12.5[A]等)。因此，可以使保護(hù)裝置有利于電線直徑的減小。并且，在根據(jù)本實(shí)施例的負(fù)載電路的保護(hù)裝置中，使用了溫度推測(cè)方法。因此，保 護(hù)裝置不僅可以適用于具有相對(duì)于一個(gè)負(fù)載而設(shè)置一個(gè)保險(xiǎn)絲的構(gòu)成的負(fù)載電路，而且可適用于在下游側(cè)連接多個(gè)分歧的負(fù)載的系統(tǒng)以及在任意時(shí)刻進(jìn)行負(fù)載的接通和關(guān)斷的負(fù) 載電路。如上所述，已經(jīng)基于圖示的實(shí)施例說明了根據(jù)本發(fā)明的負(fù)載電路的保護(hù)裝置。但 是，本發(fā)明并不限于上述內(nèi)容，并且各部分的構(gòu)成也可替換為具有與其相同功能的任意結(jié) 構(gòu)。例如，盡管例如采用搭載于車輛的負(fù)載電路作為例子說明了本實(shí)施例，但是本發(fā)明并不 限于這些，并且也可適用于其他負(fù)載電路。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的負(fù)載電路的保護(hù)裝置，在不使用在負(fù)載電路中使用的保險(xiǎn)絲的情況下保 護(hù)電線，因此非常實(shí)用。
權(quán)利要求
一種負(fù)載電路的保護(hù)裝置，用于在負(fù)載電路的電線溫度上升時(shí)斷開所述負(fù)載電路，所述負(fù)載電路將從電源輸出的電力供給到負(fù)載并驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載，所述保護(hù)裝置包括計(jì)時(shí)經(jīng)過時(shí)間的計(jì)時(shí)器；電流檢測(cè)裝置，檢測(cè)流過其下游側(cè)電線的電流；開關(guān)裝置，切換到所述負(fù)載電路的電力的連接和斷開；溫度推測(cè)裝置，基于所述電流檢測(cè)裝置檢測(cè)的電流值和所述計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)的經(jīng)過時(shí)間來推測(cè)所述電線溫度；以及斷開控制裝置，將閾值溫度設(shè)定為低于所述負(fù)載電路中使用的電線的允許溫度的值，在所述電流檢測(cè)裝置所檢測(cè)的電流變得等于或高于基準(zhǔn)電流值且所推測(cè)的溫度達(dá)到所述閾值溫度的情形下，所述斷開控制裝置斷開所述開關(guān)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載電路的保護(hù)裝置，其中，在斷開所述開關(guān)裝置之后，在所 述溫度推測(cè)裝置所推測(cè)的溫度降低到周圍溫度或以下的情形下，所述斷開控制裝置使得所 述開關(guān)裝置處于可連接的狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載電路的保護(hù)裝置，其中，所述閾值溫度被設(shè)置成低于直 徑比所述負(fù)載電路中使用的電線直徑細(xì)一個(gè)等級(jí)的電線的允許溫度的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載電路的保護(hù)裝置，其中，在電流達(dá)到等于或高于所述基 準(zhǔn)電流值的電流值的范圍內(nèi)，所述閾值溫度被設(shè)置成位于用于保護(hù)在所述負(fù)載電路中使用 的電線的保險(xiǎn)絲的最低斷開溫度和最高斷開溫度之間的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載電路的保護(hù)裝置，其中，在所述斷開控制裝置計(jì)算所述 電線溫度時(shí)的算術(shù)表達(dá)式被表示為[數(shù)學(xué)式1]T2 = Tl+Il2rR{l-exp(-t/CR)}... (1)[數(shù)學(xué)式2]T2 = Tl+I22rR{exp (-t/CR)} — (2)其中，在發(fā)熱時(shí)使用表達(dá)式(1)，在放熱時(shí)使用表達(dá)式(2)，Tl是周圍溫度[°C ]，T2是 電線的推測(cè)溫度[°C ]，Il和12是通電電流[A]，r是電線導(dǎo)體電阻[Ω]，R是熱阻[°C / W]，C是熱容量[J/°C ]，并且t是時(shí)間[sec]。
全文摘要
本發(fā)明公開一種負(fù)載電路的保護(hù)裝置，將閾值溫度設(shè)置為低于負(fù)載電路用的電線的允許溫度，且基于周圍溫度、負(fù)載電流、及負(fù)載電流所流過電線的時(shí)間推測(cè)電線溫度。并且，在推測(cè)的溫度達(dá)到閾值溫度的情形下，半導(dǎo)體繼電器(S1)被斷開。結(jié)果，在由過電流的發(fā)生等所引起的電線溫度上升的情形下，在電線溫度達(dá)到允許溫度之前的時(shí)刻確實(shí)地保護(hù)電路。因此，無需現(xiàn)有負(fù)載電路中所使用的保險(xiǎn)絲。
文檔編號(hào)H02H6/00GK101978568SQ200980110218
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者中村吉秀 申請(qǐng)人:矢崎總業(yè)株式會(huì)社