负载驱动装置、车用空调装置以及负载短路保护电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种驱动例如PTC元件等负载的负载驱动装置、具有该负载驱动装置的车用空调装置、以及负载短路保护电路。
【背景技术】
[0002]例如，在适用于电动汽车或混合动力车等的车用空调装置中，作为制暖用的热源的一种，众所周知有将正特性热敏电阻元件(Positive Temperature Coefficient；以下称为“PTC元件”)作为发热体的PTC加热器(例如，参照专利文献1、2)。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本专利特开2008-277351号公报
[0006]专利文献2:日本专利特开2013-159135号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的问题
[0008]在PTC元件等负载中，负载本身有可能会发生短路。以往，利用保险丝或微处理器的过电流保护功能进行短路保护，但是反应时间较长，有可能会发生短路产生的过电流破坏元件等的情况。
[0009]本发明的目的在于，提供一种能够提高短路检测的反应性能，且能够在发生短路时快速切断对负载的电力供给的负载驱动装置、具有该负载驱动装置的车用空调装置、以及负载短路保护电路。
[0010]技术方案
[0011]本发明的第1方式为负载驱动装置，其具有:第1开关元件，其控制对负载供给电流的开关;驱动单元，其通过向所述第1开关元件的导通控制端子施加用于控制该第1开关元件的开关的电压信号，从而驱动该第1开关元件；电压输出单元，其将流经所述负载的电流转换为电压进行输出；以及负载短路保护电路，其中，所述负载保护电路具有:比较单元，其在所述电压输出单元的输出电压达到规定基准电压以上时检测到短路并输出高信号;保持单元，其将所述比较单元的高信号维持规定的时间；第1电阻，其设置在连接所述驱动单元与所述第1开关元件的导通控制端子的控制线上;第2电阻，其设置在所述控制线上比所述第1电阻更靠所述驱动单元侧；以及第2开关元件，其设置在所述第1电阻与所述第2电阻的中间与地连接的线上，当所述比较单元输出高信号时，所述第2开关元件为导通状态。
[0012]根据本方式，当负载发生短路时，电压输出单元的输出电压增大，在比较单元中判断是否在基准电压以上。若比较单元输出高信号，则第2开关元件变为导通状态，第1开关元件的导通控制端子与地经由第1电阻连接。由此，第1开关元件的导通控制端子的电压下降，第1开关元件变为关断状态。从而能够缩短从检测到短路开始到第1开关元件关断为止的时间，并且能够提高发生短路时的反应速度。
[0013]并且，由于比较单元的高信号被保持单元维持规定的时间，因此在这个期间，能够稳定地使第2开关元件为导通状态。由此，例如，能够防止随着流经负载的电流临时发生变化、比较单元的输出发生反转而引起的震荡。
[0014]在上述负载驱动装置中，所述电压输出单元可以具有:分流电阻；以及非反转放大电路，其将作为所述分流电阻上的压降而产生的电压放大并输出。
[0015]这样一来，通过使用分流电阻，能够用简单的结构将流经负载的电流作为电压进行检测。并且，通过利用非反转放大电路，能够快速进行信号放大。由此，能够提高电流检测速度。
[0016]在上述负载驱动装置中，所述保持单元可以具有:二极管，其顺着所述比较单元的输出线的方向连接;电容器，其设置在所述输出线上的所述二极管的阴极侧与地之间；以及电阻，其与所述电容器并联。
[0017]通过上述结构，能够用简单的结构将比较单元的输出信号维持规定的时间。
[0018]上述负载驱动装置优选具有演算处理单元，其在所述电压输出单元的输出电压达到规定基准电压以上时检测到短路，并且向所述驱动单元输出负载切断信号，所述负载切断信号用于将所述第1开关元件设为关断状态，其中，所述保持单元的所述规定的时间优选比从检测到所述短路开始至所述第1开关元件被所述负载切断信号设为关断状态为止的期间长一些。
[0019]由此，在检测到短路，直至第1开关元件经由驱动单元被来自演算处理单元的负载切断信号设为关断状态为止的期间，能够将比较单元的输出维持为高信号。由此，直至第1开关元件被演算处理单元设为关断状态为止，能够利用负载短路保护电路切实使第1开关兀件为关断状态。
[0020]在上述负载驱动装置中，所述第1电阻的电阻值优选根据电源与所述负载之间的电感设定。
[0021]发生短路时的浪涌电压和短路电流的峰值以及增加率根据电源与负载之间的电感的变化而变化。另一方面，第1电阻的电阻值与第1开关元件的电荷接入时间相关。因此，根据发生短路时的浪涌电压和短路电流的峰值以及增加率将第1电阻的电阻值设定为适当的值，从而能够在发生短路时防止元件破坏。
[0022]在上述负载驱动装置中，所述第1电阻和所述第2电阻可以由一个可变电阻1C构成，通过微型计算机的数字指令调整分压比，从而分别设定所述第1电阻的电阻值和所述第2电阻的电阻值。
[0023]由此，不需要手动调整第1电阻和第2电阻。
[0024]本发明的第2方式为车用空调装置，其具有:使用PTC元件的加热器；以及用于驱动所述PTC元件的上述负载驱动装置。
[0025]本发明的第3方式为应用于负载驱动装置的负载短路保护电路，所述负载驱动装置具有:驱动单元，其通过向所述第1开关元件的导通控制端子施加用于控制该第1开关元件的开关的电压，从而驱动该第1开关元件；电压输出单元，其将流经所述负载的电流转换为电压进行输出；以及演算处理单元，其在所述电压输出单元超过规定基准电压时检测到短路，并且向所述驱动单元输出关断控制信号，所述负载短路保护电路具有:比较单元，其在所述电压输出单元的输出电压达到规定基准电压以上时检测到短路并输出高信号;保持单元，其将所述比较单元的高信号维持规定的时间；第1电阻，其设置在连接所述驱动单元与所述第1开关元件的导通控制端子的控制线上;第2电阻，其设置在所述控制线上比所述第1电阻更靠所述驱动单元侧；以及第2开关元件，其设置在所述第1电阻与所述第2电阻的中间与地连接的线上，当所述比较单元输出高信号时，所述第2开关元件为导通状态。
[0026]有益效果
[0027]根据本发明，能够提高检测到负载等发生短路时的反应性能，并能够快速切断对负载的电力供给。由此，能够抑制过电流或浪涌电压所造成的元件破坏。
【附图说明】
[0028]图1是本发明第1实施方式所涉及的负载驱动装置的概要构成图。
[0029]图2是从电源向PTC元件供给电流的闭合电路的概要图。
[0030]图3是表示将电源与PTC元件之间的电感较大时的浪涌电压和短路电流波形与该电感较小时的浪涌电压和短路电流波形进行比较的图。
[0031]图4是表示将设置了有源箝位电路的情况下的集电极-发射极间电压和集电极电流与未设置源箝位电路的情况下的集电极-发射极间电压和集电极电流分别进行比较的图。
[0032]图5是表示驱动多个PTC元件时的负载驱动装置的一构成例的图。
【具体实施方式】
[0033][第1实施方式]
[0034]下面参照附图对本发明的第1实施方式所涉及的负载驱动装置、具有该负载驱动装置的车用空调装置、以及负载短路保护电路进行说明。
[0035]图1是本发明的第1实施方式所涉及的负载驱动装置的概要构成图。在图1中，将搭载于车用空调装置上的PTC加热器的PTC元件作为负载进行了举例说明，但负载并非特定的部件。
[0036]如图1所示，负载驱动装置1的主要结构具有:IGBT( Insulated Gate BipolarTransistor:第1开关元件)3，其控制对作为负载的PTC元件2供给电流的开关;驱动电路4，其驱动IGBT3;控制装置5，其控制驱动电路4;以及负载短路保护电路10。
[0037]在IGBT3中，集电极-基极间设置有有源箝位电路35，其由稳压二极管和二极管构成。通过设置有源箝位电路35，如图4所示，既能够抑制浪涌电压，又能够减缓电流变化率。在图4中，虚线表示未设置有源箝位电路35的情况下的电流和电压波形，实线表示设置了有源箝位电路35的情况下的电流和电压波形。
[0038]驱动电路4通过将用于控制IGBT3的开关的电压信号施加在IGBT3的基极(导通控制端子)上，从而驱动IGBT3。
[0039]也可以用其他的功率器件代替IGBT3。作为其他功率器件的一例，可以举出FET(Field-Effect Transistor:场效应晶体管)、MOSFET(Metal-Oxide_Semiconductor FET:金属-氧化物半导体场效应晶体管)等。
[0040]控制装置5为例如微型计算机，CPU通过将记录在辅助存储装置中的程序读出到主存储装置中进行执行，从而实现各种功能(例如，PTC元件的开关控制或短路保护功能)。例如，普通的PTC元件的开关控制可以采用公知技术。
[0041]例如，当输入到输入端子A的用于短路检测的输入信号超过规定基准电压时，短路保护功能向驱动电路4输出负载切断信号，用于使PTC元件2为断开状态。
[0042]负载短路保护电路10的主要结构具有:电压输出电路11、比较电路12、保持电路
13、第1电阻14、第2电阻15以及FET(第2开关元件)16。
[0043]电压输出电路11将流经PTC元件2的电流转换为电压进行输出。例如，电压输出电路11具有:分流电阻11a;以及非反转放大电路11b，其将作为分流电阻11a上的压降而产生的电压进行放大并输出。比较电路12在电压输出电路11的输出电压达到规定基准电压以上时检测到短路，输出高信号。例如，将基准电压设定为5V，当电压输出电路11的输出电压在5V以上时，比较电路12将5V的输出信号作为高信号进行输出。
[0044]保持电路13将比较电路12的高信号维持规定的时间。具体而言，保持电路13具有:二极管13a，其顺着比较电路12的输出线21的方向连接;电容器13b，其设置在输出线路21上的二极管13 a的阴极侧与地之间；以及电阻13 c，其与电容器13 b并联。
[0045]在此，规定的时间比控制装置5检测到短路开始至驱动电路4动作使IGBT3为关断状态为止的期间长一些，根据该规定期间决定保持电路13的时间常数，即电容器13b的电容及电阻13c的电阻值。
[0046]第1电阻14设置在连接驱动电路4与IGBT3的基极的控制线22上。并且，在该控制线22上，在比第1电阻14更靠驱动电路4侧设置有第2电阻15。第1电阻14及第2电阻15的电阻值的详细说明如下所述。
[0047]FET16设置在第1电阻14与第2电阻15的中间与地连接的线23上，当比较电路12输出高信号时，为导通状态。例如，可以用其他的半导体开关元件代替FET16。在这种情况下，需要与FET16的电压动作类型相同