亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：电源单元以及控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对负载供给电源的电源单元以及包含该电源单元的控制装置。
背景技术：
在日本特开2009-2M187号公报中公开有一种电源装置，其将主电源的电力经由设有继电器的主电源供给线供给到逆变器，并且将副电源的电力经由串联设有4个半导体开关的副电源供给线供给到上述逆变器。但是，如上述公报中公开的电源装置一样，当控制单元内具备4个半导体开关时， 在将副电源的输出输出到控制单元侧的线上发生接地等故障时，会产生无法充分进行副电源保护以及故障检测的问题。

发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种电源单元以及控制装置，其能够针对包含电源的电源单元的输出线上的接地等故障进行电源的保护以及故障的检测。为了达成上述目的，本发明的电源单元具备电源；以及连接上述电源和负载的电源供给线；第1半导体开关，其以源极连接于上述电源侧的方式串联连接于上述电源供给线；第2半导体开关，其以漏极连接在上述第1半导体开关的漏极的方式串联连接于上述电源供给线；以及计算机，其控制上述第1半导体开关以及上述第2半导体开关的接通/断开，并且监视上述第1半导体开关和上述第2半导体开关之间的漏极电压以及上述第2半导体开关的源极电压，进行故障诊断。此外，本发明的控制装置包含电源单元以及控制单元，该电源单元具备副电源以及用于连接上述副电源和负载的副电源供给线；该控制单元与上述电源单元外部连接，上述电源单元包含第1半导体开关，其以源极连接于上述副电源侧的方式串联连接于上述副电源供给线；第2半导体开关，其以漏极连接在上述第1半导体开关的漏极的方式串联连接于上述副电源供给线；以及计算机，其控制上述第1半导体开关以及上述第2半导体开关的接通/断开，并且监视上述第1半导体开关和上述第2半导体开关之间的漏极电压以及上述第2半导体开关的源极电压，进行故障诊断，上述控制单元包含副电源供给线，其连接于上述电源单元的副电源供给线，连接上述副电源和负载；第3半导体开关，其以源极连接于上述副电源侧的方式串联连接于上述副电源供给线；第4半导体开关，其以漏极连接在上述第3半导体开关的漏极的方式，串联连接于上述副电源供给线；主电源供给线，其是用于连接与上述副电源独立的主电源和上述负载的电源供给线，并且与上述副电源供给线并联设置；继电器，其设于上述主电源供给线；以及计算机，其控制上述继电器、上述第3半导体开关以及上述第4半导体开关的接通/断开，并且监视上述第3半导体开关和上述第 4半导体开关之间的漏极电压以及第3半导体开关的源极电压，进行故障诊断。本发明的其它事项和特征通过以下的参照附图进行的说明将更加容易理解。


图1是本发明的控制装置的整体结构图。图2是表示从本发明的控制装置的主电源切换到副电源的切换动作的时序图。图3是表示用于本发明的控制装置中的诊断的MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)的接通/断开控制模式的时序图。图4是表示本发明的控制装置的诊断内容和诊断时间点的关系的图。图5是表示本发明的控制装置的诊断逻辑的图。图6是表示本发明的控制装置的变形例的图。图7是表示本发明的控制装置的变形例的图。图8是表示包含电源单元和控制单元的控制装置的参考例的图。
具体实施例方式图1是控制装置300的整体结构图，该控制装置300包含具备副电源101的电源单元100、用于将来自该电源单元100的电力供给到逆变器201的控制单元200。在控制单元200上连接有副电源供给线LS以及主电源供给线LM，该副电源供给线 LS连接在内置于电源单元100的副电源101上，该主电源供给线LM连接于电源单元100以及与副电源101分开的主电源400。而且，控制单元200对作为负载的逆变器201选择性地供给来自副电源101或主电源400的电力。主电源400是电池，设有对该主电源400充电的发电机401。另一方面，副电源101 由电容器构成，但是当然副电源101也可以是具备发电机的电池。上述逆变器201是驱动三相电动机等电动机301的电机逆变器，逆变器201通过驱动器212进行控制。电动机301例如是在车辆的电动刹车装置中将刹车垫(brake pad)按压到轮片上产生制动力的电动机(参照日本特开2008-238987号公报)、驱动用于在车辆中对连接于引擎的变速机构供给工作油压的油泵的电机(参照日本特开2009-293649号公报)、或者是在搭载于自动变速器的线控换挡(shift-by-wire)装置中驱动线轴(spool)的电动机(参照日本特开2010-156451号公报)。但是，逆变器201和电动机301的组合并不限于仅在车辆的电动刹车装置或变速装置中具备，而且，进行电源供给的负载也不限于逆变器201和电动机301的组合。供给电源的负载可以是例如在船舶、机器人、机床、摄像机等中使用的负载，此外， 负载可以是消耗电能的负载，也可以是除了电动机等电动致动器之外的加热器或光源等。并且，能够将控制单元200和电动机301的收纳机壳进行一体安装。此外，可以在控制单元200的外部配置逆变器201，也可以在控制单元200的外部配置逆变器201以及驱动器212。在电源单元100内的副电源供给线LS上，以源极设于副电源101侧的方式串联连接有第1M0SFET 102，并且，以漏极与第1M0SFET 102的漏极连接的方式串联连接有第 2M0SFET 103。即，从副电源101向逆变器201，以第1M0SFET 102的源极、第1M0SFET 102的漏极、第2M0SFET 103的漏极、第2M0SFET 103的源极的顺序进行连接。
6
作为半导体开关的第1M0SFET 102以及第2M0SFET 103是当在栅极施加正电压时变成导通状态而在源极-漏极之间流过电流的P沟道M0SFET，分别具备寄生二极管102a、 103a。作为第1半导体开关的第1M0SFET 102的寄生二极管10 从逆变器201向副电源101流过电流，作为第2半导体开关的第2M0SFET 103的寄生二极管103a从副电源101 向逆变器201流过电流。电源单元100具备包含CPU、ROM、RAM等的微型计算机104作为副控制部，微型计算机104通过控制第1M0SFET 102以及第2M0SFET 103的栅极电压，来控制第1M0SFET 102 以及第2M0SFET 103的导通/截止。此外，微型计算机104对第1M0SFET 102以及第2M0SFET 103之间的副电源供给线LS上的电压即第1M0SFET 102以及第2M0SFET 103的漏极电压进行A/D转换并读入。此外，微型计算机104对第2M0SFET 103的源极电压即第2M0SFET 103和后述的第3M0SFET 202之间的副电源供给线LS上的电压进行A/D转换并读入。而且，微型计算机104根据读入的电压判断有无第1M0SFET 102以及第2M0SFET 103的短路故障、开路故障，并且判断有无第2M0SFET 103和第3M0SFET202之间的副电源供给线LS的接地故障。微型计算机104通过接口 105a、105b、105c、105d监视基于A/D转换的电压并且对第1M0SFET 102、第2M0SFET 103的导通/截止进行控制。主电源400的电力从主电源供给线LM经由调节器106供给到微型计算机104。另一方面，并联连接主电源400和发电机401的主电源供给线LM以及串联连接副电源101、第1M0SFET 102、第2M0SFET 103的副电源供给线LS借助连接器CLM、CLS可插拔地连接于控制单元200。而且，在控制单元200内，主电源供给线LM以及副电源供给线LS 相互并联地连接于逆变器201。在连接器CLS和逆变器201之间的副电源供给线LS上以源极设于连接器CLS侧的方式串联连接有第3M0SFET 202，并且，以漏极与第3M0SFET 202的漏极连接的方式串联连接有第4M0SFET 203。S卩，从连接器CLS向逆变器201，以第3M0SFET 202的源极、第3M0SFET 202的漏极、第4M0SFET 203的漏极、第4M0SFET 203的源极的顺序进行连接。作为半导体开关的第3M0SFET 202以及第4M0SFET 203与第1M0SFET 102以及第 2M0SFET 103同样，是当在栅极施加负电压时变成导通状态而在源极-漏极之间流过电流的P沟道M0SFET，分别具备寄生二极管2(^a、203a。作为第3半导体开关的第3M0SFET 202的寄生二极管20 ，从逆变器201向副电源101流过电流，作为第4半导体开关的第4M0SFET 203的寄生二极管203a，从副电源101 向逆变器201流过电流。在连接器CLM和逆变器201之间的主电源供给线LM上串联连接有继电器204，将用于驱动该继电器204的接点20 的电磁线圈204b安装在从副电源供给线LS分支至控制单元200内的微型计算机205的电路上。而且，微型计算机205控制对电磁线圈204b的通电/停止通电，即控制继电器204的接通/断开。作为主控制部的微型计算机205包含CPU、ROM、RAM等，经由驱动器212控制逆变器201。此外，微型计算机205控制继电器204的接通/断开。而且，微型计算机25通过控制第3M0SFET 202以及第4M0SFET 203的栅极的施加电压来控制第3M0SFET 202以及第 4M0SFET 203的导通/截止。用于对微型计算机205供给动作电源的电源线LCPU从第4M0SFET 203和具备电磁线圈204b的电路的连接点Jl之间的副电源供给线LS分支。在该电源线LCPU上安装有调节器206。此外，设有电源线LMC，该电源线LMC连接处于连接器CLM和继电器204之间的主电源供给线LM以及处于第4M0SFET 203和具备电磁线圈204b的电路的连接点Jl之间的副电源供给线LS。电源线LMC上串联连接有开关SW211以及二极管207，并且，在二极管207和副电源供给线LS之间并联连接有电容器208。由此，将主电源400的电力经由开关SW211以及二极管207供给到微型计算机 205，并且，在电容器208中蓄积主电源400的电力。由此，即使来自主电源400的电力供给中途中断，利用蓄积在电容器208中的电力也能继续微型计算机205的动作。并且，可以将副电源101的电力经由副电源供给线LS供给到微型计算机205。当逆变器201是例如设于车辆的逆变器时，开关SW 211是车辆驾驶员操作的主开关，通过接通该开关SW 211，向微型计算机205供给主电源400的电力，从而启动微型计算机 205。二极管207防止蓄积在电容器208中的电力流入主电源供给线LM。此外，设有偏置电压施加线LB，该偏置电压施加线LB将二极管207与电容208的连接点J2之间、以及连接器CLS和第3M0SFET 202之间的副电源供给线LS予以连接。在该偏置电压施加线LB上安装有电阻209。通过设于偏置电压施加线LB的电阻209，将比主电源400的电压低的偏置电压施加到第2M0SFET 103和第3M0SFET 202之间的副电源供给线LS。微型计算机205对第3M0SFET 202和第4M0SFET 203之间的副电源供给线LS上的电压、即第3M0SFET 202以及第4M0SFET 203的漏极电压进行A/D转换并读入。此外， 微型计算机205对连接器CLS和第3M0SFET 202之间的副电源供给线LS的电压、即第 3M0SFET 202的源极电压进行A/D转换并读入。而且，微型计算机205根据读入的电压，诊断第3M0SFET 202以及第4M0SFET 203有无短路故障和开路故障。此外，微型计算机205对电源线LMC的分支点J3与继电器204之间的主电源供给线LM的电压、即主电源400的电压进行A/D转换并读入。而且，微型计算机205根据主电源400的电压，判断使用主电源400和副电源101中的哪一个作为逆变器201的电源。微型计算机205通过接口 210a、210b、210c、210d、210e、210f监视基于A/D转换的电压、进行第3M0SFET 202及第4M0SFET 203的导通/截止控制、以及继电器204的接通/ 断开控制。并且，设有通信线CL，该通信线CL连接控制单元200的微型计算机205和电源单元100的微型计算机104，微型计算机205和微型计算机104能够经由通信线CL进行通信。当因主电源供给线LM的故障等导致主电源400的电压降低时，微型计算机205断开继电器204，断开主电源400和逆变器201的连接。进而，微型计算机205将第3M0SFET202以及第4M0SFET 203控制为导通，并且，将第1M0SFET 102以及第2M0SFET 103的导通指令输出到微型计算机104。由此，第1M0SFET 102、第2M0SFET 103、第3M0SFET 202、第 4M0SFET 203全部被控制为导通，而将副电源101的电力供给到逆变器201。在此，例如，当在副电源供给线LS上仅设有一个半导体开关即MOSFET时，即使将该MOSFET控制为截止，也会发生经由寄生二极管的、副电源101的电力流出或者主电源400 的电力向副电源101的流入。但是，如本实施方式所述，当使一对MOSFET彼此的漏极连接而串联连接于副电源供给线LS上时，彼此的寄生二极管的朝向相反，一个寄生二极管中的电流的流动被另一个寄生二极管阻挡(block)。因此，即使MOSFET具备寄生二极管，也能抑制副电源101的电力经由寄生二极管流出，或者抑制主电源400的电力向副电源101流入，能够保护副电源101。具体而言，从电源单元100流出的电流流过第2M0SFET 103以及第4M0SFET203的寄生二极管。但是，当电源单元100是单体的情况下，第1M0SFET 102的寄生二极管阻碍副电源101的电力流出。此外，在控制单元200和电源单元100连接的状态下，第1M0SFET 102以及第 3M0SFET 202的寄生二极管阻碍副电源101的电力流出。因此，即使第1M0SFET 102以及第 3M0SFET 202中的任意一个发生短路故障，也能抑制来自副电源101的电力流出。此外，从主电源400经由逆变器201流入副电源101的电力流过第1M0SFET 102 以及第3M0SFET 202的寄生二极管，但是，通过第2M0SFET 103以及第4M0SFET203的寄生二极管，阻挡了向副电源101流入电力。因此，即使第2M0SFET 103以及第4M0SFET 203中的任意一个发生短路故障，也能抑制主电源400的电力经由逆变器201流入副电源101。并且，如果将一对MOSFET设于电源单元100侧和控制单元200侧这双方，则以电源单元100单体就能保护副电源101，而且，当将电源单元100组合入控制单元200时，即使 4个MOSFET中的任意一个发生短路故障，也能抑制电力在副电源101和主电源400之间的流出流入。图2是表示相比于继电器204靠近逆变器201侧的主电源供给线LM即主电源输出线MSOUT上发生了接地故障时的MOSFET的导通/截止控制的流程图。微型计算机205通过内置的A/D转换器监视主电源供给线LM的电压VM，当在时间点tl判断为主电源供给线LM的电压VM比设定电压Vth低时，开始测量电压VM低于设定电压Vth这一状态的持续时间。而且，微型计算机205当在时间点t2检测出持续时间达到了设定时间Tth (Tth = t2-tl)时，估计为主电源输出线MSOUT上发生了接地等故障。而且，微型计算机205当诊断为主电源输出线MSOUT上发生了接地故障时，断开继电器204并且对电源单元100的微型计算机104输出请求来自副电源101的电力供给的指令信号。设定电压Vth设定为不低于微型计算机205的最低动作电压的电压。此外，设定有设定时间Tth，即使主电源供给线LM的电压VM的降低持续了设定时间Tth、并使继电器 204保持接通状态，也能以电容器208中蓄积的电力使微型计算机205继续动作。微型计算机205在将继电器204控制为断开之后，在经过了继电器204实际变成断开状态的动作延迟时间Tdl之后，将第3M0SFET 202以及第4M0SFET 203控制为导通，此外，对电源单元100的微型计算机104输出第1M0SFET 102以及第2M0SFET 103的导通指令。通过设置上述延迟时间Tdl，就可以抑制副电源101的电力在继电器204实际变成断开之前供给到逆变器201，由此，主电源供给线LM的接地部分流过副电源101的电力，可以抑制副电源101的电力浪费。在此，如果使第3M0SFET 202从主电源供给线LM的电压正常并且主电源400的电力供给到逆变器201的状态起保持为导通，那么副电源101的电力就能经由保持导通的第 3M0SFET 202的源极-漏极之间以及第4M0SFET 203的寄生二极管203a供给到逆变器201。S卩，如果将第3M0SFET 202保持为导通状态，则即使在电源单元100侧能够进行副电源101的电力供给的时间点第4M0SFET 203还未切换到导通状态，也能开始向逆变器201 供给副电源101的电力。因此，就能够加速从主电源400切换至副电源101的响应，从而能够进一步抑制供给到逆变器201的电压的降低。另一方面，如果主电源供给线LM的电压VM正常，则微型计算机104将第1M0SFET 102以及第2M0SFET 103都保持为截止。由此，即使电源单元100和控制单元200之间的副电源供给线LS已接地，也能通过寄生二极管10 阻碍副电源101的电力经由寄生二极管 103a流至接地之处。然后，详细说明在电源单元100以及控制单元200中进行的、第1M0SFET 102、 第2M0SFET 103、第3M0SFET 202、第4M0SFET 203的短路故障、开路故障的诊断以及第 2M0SFET 103和第3M0SFET 202之间的副电源供给线LS的接地故障的诊断。此外，例如，可以对控制单元200的微型计算机205接通电源，微型计算机205启动时执行故障诊断，还可以在主电源供给线LM的电压为正常的状态下定期执行故障诊断。此外，在用于进行故障诊断的MOSFET 102、103、202、203的导通/截止控制中，微型计算机205控制M0SFET202、203的导通/截止，关于MOSFET 102、103，则是接收了来自微型计算机205的指令的微型计算机104控制导通/截止。在用于进行故障诊断的MOSFET 102、103、202、203的导通/截止控制中，例如如图3所示，以预定模式每隔既定时间切换MOSFET 102、103、202、203的导通/截止，通过使 MOSFET 102、103、202、203中的某一个导通，能够依次切换作为诊断对象的位置和监视电压的位置来进行诊断。此外，图4表示当在图3所示的模式下对MOSFET 102、103、202、203进行导通/截止控制时在各定时的诊断内容。此外，图5表示用于诊断的MOSFET的导通/截止控制模式、诊断对象、诊断结果、诊断定时的关系。以下，参照图3、图4、图5说明故障诊断的具体内容。“副电源供给线LS的接地故障的诊断”在此说明副电源供给线LS的接地故障的诊断。如果MOSFET 102、103、202、203 全部截止，那么在第 2M0SFET 103 和第 3M0SFET 202之间的副电源供给线LS上就会产生偏置电压。因此，在将MOSFET 102、103、202、203全部控制为截止的状态，即在图3的时间点 tl以及/或者时间点t9，微型计算机104以及微型计算机205分别监视第2M0SFET 103和第3M0SFET 202之间的副电源供给线LS的电压。而且，微型计算机104以及微型计算机 205在第2M0SFET 103和第3M0SFET 202之间的副电源供给线LS上未产生电压时判定为发生了接地，如果在第2M0SFET 103和第3M0SFET202之间的副电源供给线LS上产生相当于偏置电压的电压，就判定为没有接地故障。即使是第2M0SFET 103和第3M0SFET 202之间的副电源供给线LS上发生了接地的状态，通过第1M0SFET 102和第4M0SFET 203也能阻止主电源400以及副电源101的电力流入接地之处。但是，当在第2M0SFET 103和第3M0SFET 202之间的副电源供给线LS上发生接地时，由于无法将副电源101的电力供给到逆变器201，所以微型计算机104、205禁止M0SFET102、103、202、203的导通控制，使警告处于不能向逆变器201提供副电源101的电力的状态这一情况的灯等警告单元动作。此外，当在第2M0SFET 103和第3M0SFET 202之间的副电源供给线LS上发生接地而无法将副电源101的电力供给到逆变器201时，禁止将主电源400的电力供给到逆变器 201以外的负载、或者增大发电机401的发电量，就能确保逆变器201的电力。在此，优选微型计算机104以及微型计算机105将在第2M0SFET 103和第3M0SFET 202之间的副电源供给线LS上是否发生了接地的诊断结果发送到对方侧，在自身的诊断和对方侧的诊断中的至少一方判定为发生了接地时，禁止MOSFET的导通控制。[第1M0SFET 102的故障诊断]在此，说明电源单元100中的第1M0SFET 102的故障诊断。如前所述，从副电源101朝向调节器206，MOSFET 102,103,202,203以源极、漏极、
漏极、源极、源极、漏极、漏极、源极的顺序进行连接。因此，当在第1M0SFET 102的源极上始终施加副电源101的电压且第1M0SFET102 正常时，在截止第1M0SFET 102的情况下，在第1M0SFET 102的漏极侧不产生电压。因此，微型计算机104对MOSFET 102,103都截止的状态、即在图3的时间点tl 及/或时间点t4时，第1M0SFET 102和第2M0SFET 103之间的电压进行监视。而且，当第 1M0SFET 102和第2M0SFET 103之间的电压低于比副电源101的电压低的基准电压VS (VS > 0)时，微型计算机104判定为第1M0SFET 102正常截止。另一方面，如果第1M0SFET 102和第2M0SFET 103之间的电压处于超过上述基准电压VS的状态，则微型计算机104判定为第1M0SFET 102发生短路故障。在图4的时间点tl以及时间点t4，如图5的“SW1-断开诊断”所示地进行上述短路故障的诊断。MOSFET的短路是与栅极电压无关地在源极-漏极之间流过电流的故障。此外，即使第1M0SFET 102发生短路故障，也可以通过第2M0SFET 103以及第 4M0SFET 203阻止主电源400的电力流入副电源101侧，此外，通过对第3M0SFET202进行截止控制，能够阻止副电源101的电力流出到主电源400 —侧。此外，可以通过对至少第2M0SFET 103处于截止的状态，即在图3的时间点t2以及/或者时间点t5使第1M0SFET 102导通时的第1M0SFET 102的漏极电压进行监视，来诊断第1M0SFET 102是否正常地进行导通动作。当第1M0SFET 102导通时，如果在第1M0SFET 102的漏极侧产生与副电源101的电压相当的电压，那么第1M0SFET 102就正常地进行了导通动作。另外，当第1M0SFET 102 导通时，如果在第1M0SFET 102的漏极侧没有产生电压，则判定为第1M0SFET 102的开路故障。
此外，MOSFET的开路故障是指，即使进行导通控制也未在源极_漏极之间流过电流的故障。S卩，在第1M0SFET 102的导通控制状态下，如果第1M0SFET 102的漏极侧的电压处于超过上述基准电压VS的状态，则微型计算机104诊断为第1M0SFET 102正常导通动作。 此外，在第1M0SFET 102的导通控制状态下，如果第1M0SFET 102的漏极侧的电压处于低于基准电压VS的状态，则微型计算机104判定为第1M0SFET102存在开路故障。在图4的时间点t2以及时间点t5，如图5的“SW1-接通诊断”所示进行上述开路故障的诊断。而且，在第1M0SFET 102处于开路故障的状态下，由于无法将副电源101的电力供给到逆变器201，所以微型计算机104将第1M0SFET 102以及第2M0SFET 103保持为截止，并且对微型计算机205输出请求将MOSFET 202,203保持为截止状态的信号，使所有的 MOSFET保持为截止状态，进而，警告无法从副电源101供给电力。[第2M0SFET 103的故障诊断]这里说明电源单元100中的第2M0SFET 103的故障诊断。在第1M0SFET 102、第3M0SraT 202以及第4M0SFET 203的截止状态下，在第 2M0SFET 103的源极产生偏置电压。因此，在第1M0SFET 102、第3M0SFET 202以及第4M0SFET 203的截止状态下，如果第2M0SFET 103正常地进行截止动作，在第2M0SFET 103的漏极侧不会产生电压。因此，微型计算机104在第1M0SFET 102以及第2M0SFET 103都截止的状态即图 3的时间点tl以及/或者时间点t4时，对第2M0SFET 103的漏极电压进行监视。而且，如果第2M0SFET 103的漏极电压处于低于比偏置电压低的基准电压VBS(VBS >0)的状态，那么微型计算机104判定为第2M0SFET 103正常进行截止动作。另一方面，在第2M0SFET 103的截止控制状态下，如果第2M0SFET 103的漏极电压处于超过上述基准电压VBS的状态，则第2M0SFET 103在截止控制状态下实际上变成导通， 微型计算机104判定为第2M0SFET 103发生短路故障。在图4的时间点tl以及时间点t4，如图5的“SW2-断开诊断”所示地进行上述短路故障的诊断。此外，即使第2M0SFET 103发生短路故障，也能通过第4M0SFET 203阻止主电源 400的电力流入副电源101侧。此外，通过对第1M0SFET 102以及第3M0SFET202进行截止控制，就能阻止副电源101向主电源400侧的流出。然后，如图3的时间点t3以及/或者时间点t6所示，在第1M0SFET 102以及第 4M0SFET 203截止的状态下，导通第2M0SFET 103。此时，在第2M0SFET 103的漏极产生偏置电压。因此，在第2M0SFET 103的漏极电压处于超过上述基准电压VBS的状态下，就能判定为第2M0SFET 103正常地进行导通动作。另一方面，即使将第2M0SFET 103控制为导通，如果第2M0SFET 103的漏极电压处于低于上述基准电压VBS的状态，则判定为第2M0SFET 103的开路故障。在图4的时间点t3以及时间点t6，如图5的“SW2-接通诊断”所示进行上述开路故障的诊断。此外，在第2M0SFET 103的开路故障状态下，虽然第2M0SFET 103的寄生二极管103a中流过从副电源101向逆变器201的电流，但是，当寄生二极管103a中持续流过负载电流时，第2M0SFET 103有可能发生过热等不良情况。因此，在第2M0SFET 103的开路故障状态下，优选将第 1M0SFET 102、第 2M0SFET 103、第 3M0SFET 202、第 4M0SFET 203 全部保持为截止的状态，禁止副电源101的电力供给到逆变器201。[第3M0SFET 202的故障诊断]这里说明控制单元200中的第3M0SFET 202的故障诊断。在第1M0SFET 102、第2M0SFET 103以及第4M0SFET 203截止的状态下，在第 3M0SFET 202的源极产生偏置电压。因此，在第1M0SFET 102、第2M0SFET 103以及第4M0SFET 203截止的状态下，如果第3M0SFET 202正常进行截止动作，则在第3M0SFET 202的漏极侧不产生电压。因此，在第 1M0SFET 102、第 2M0SFET 103、第 3M0SFET 202 以及第 4M0SFET203 全部截止的状态下，即在图3的时间点tl以及/或者时间点t9，微型计算机205监视第 3M0SFET 202的漏极电压。而且，如果第3M0SFET 202的漏极电压处于低于基准电压VBS的状态，微型计算机205判定为第3M0SFET 202正常进行截止动作。另外，在第3M0SFET 202的截止控制状态下，如果第3M0SFET 202的漏极电压处于超过基准电压VBS的状态，则第3M0SFET 202在截止控制状态下实际变成导通，微型计算机 205判定为第3M0SFET 202的短路故障。在图4的时间点tl以及时间点t9，如图5的“SW3-断开诊断”所示进行上述短路故障的诊断。当第3M0SFET 202发生短路故障时，能够由第1M0SFET 202阻止电力从副电源101 向主电源400流出，能够切换副电源101和主电源400对逆变器201进行电源供给。然后，如图3的时间点t3以及/或者时间点t7所示，在第1M0SFET 102以及第 4M0SFET 203截止的状态下，当导通第3M0SFET 202时，在第3M0SFET 202的漏极产生偏置电压。如果第3M0SFET 202的漏极电压处于超过上述基准电压VBS的状态，那么微型计算机205判定为第3M0SFET 202正常地进行导通动作。另一方面，在即使将第3M0SFET 202控制为导通，第3M0SFET 202的漏极电压也处于低于上述基准电压VBS的状态，那么微型计算机205判定为第3M0SFET202的开路故障。在图4的时间点t3以及时间点t7，如图5的“SW3-接通诊断”所示进行上述开路故障的诊断。当第3M0SFET 202发生开路故障时，即使将第1M0SFET 102、第2M0SFET 103、第 3M0SFET 202、第4M0SFET 203全部控制为导通，也无法将副电源101的电力供给到逆变器 201。因此，微型计算机205不仅禁止第3M0SFET 202以及第4M0SFET 203的导通控制， 还对微型计算机104发出请求禁止第1M0SFET 102以及第2M0SFET 103的导通控制的信号。由此，就全部禁止了第 1M0SFET 102、第 2M0SFET 103、第 3M0SFET 202、第 4M0SFET 203 的导通控制。此外，微型计算机205还使警告装置动作，来警告发生了无法将副电源101的电力供给到逆变器201的故障。[第4M0SFET 203的故障诊断]
13
这里说明控制单元200中的第4M0SFET 203的故障诊断。在第4M0SFET 203的源极上一直经由继电器204施加有主电源400的电压。因此， 如果第4M0SFET 203正常进行截止动作，则在第4M0SFET 203的漏极侧不产生电压。因此，在第 1M0SFET 102、第 2M0SFET 103、第 3M0SFET 202、第 4M0SFET203 全都处于截止控制状态时、即在图3的时间点tl及/或时间点t9时，如果第4M0SFET 203的漏极电压处于低于比主电源400的电压低的基准电压VMS的状态，那么微型计算机205判定为第4M0SFET 203正常进行截止动作。另一方面，如果第4M0SFET 203的漏极电压处于超过上述基准电压VMS的状态，则无论是否对第4M0SFET 203进行截止控制，在第4M0SFET 203的源极-漏极之间都会流过电流，微型计算机205判定为第4M0SFET 203发生短路故障。在图4的时间点tl以及时间点t9，如图5的“SW4-断开诊断”所示地进行上述短路故障的诊断。在第4M0SFET 203发生短路故障的情况下，可以通过第2M0SFET 202阻止主电源 400的电力流入副电源101。因此，能够阻止从副电源101和主电源400中的任意一个向逆变器201供给电力。此外，通过对将第3M0SFET 202控制为截止、将第4M0SFET 203控制为导通的状态下、即在图3的时间点t2以及/或者时间点伪时第4M0SFET 203的漏极电压进行监视，能够确认第4M0SFET 203是否正常地进行导通动作。S卩，当第4M0SFET 203导通时，如果第4M0SFET 203的漏极电压处于超过上述基准电压VMS的状态，那么微型计算机205判定为第4M0SFET 203正常地进行导通动作。另一方面，如果即使对第4M0SFET 203进行导通控制，第4M0SFET 203的漏极电压也处于低于上述基准电压VMS的状态，则微型计算机205判定为第4M0SFET203的开路故障。此外，在第4M0SFET 103为开路故障状态下，虽然在第4M0SFET 203的寄生二极管 203a中流过从副电源101向逆变器201的电流，但如果在寄生二极管203a中持续流过负载电流，则第4M0SFET 203有可能发生过热等不利情况。因此，在第4M0SFET 203的开路故障状态下，优选将第 1M0SFET 102、第 2M0SFET 103、第 3M0SFET 202、第 4M0SFET 203 全部保持为截止状态，禁止将副电源101的电力供给到逆变器201。如上所述，诊断第1M0SFET 102、第 2M0SFET 103、第 3M0SFET 202、第 4M0SFET 203 有无短路故障和开路故障，此外，诊断第2M0SFET 103和第3M0SFET202之间的副电源供给线LS有无接地故障。因此，能够抑制虽然实际上处于无法将副电源101的电力供给到逆变器201的状态但却对第 1M0SFET 102、第 2M0SFET 103、第 3M0SFET 202、第 4M0SFET 203 进行导通控制的情况，此外，能够保护副电源101以及主电源400。在上述实施方式中，在控制单元200侧具备用于对第2M0SFET 103和第3M0SFET 202之间的副电源供给线LS施加偏置电压的电路、即包含电阻209的偏置电压施加线LB。 但是，如图6或图7所示，可以在电源单元100侧设置用于对第2M0SFET 103和第3M0SFET 202之间的副电源供给线LS施加偏置电压的电路。在图6所示的控制装置中，经由电阻209对主电源供给线LM、和连接器CLS与第2M0SFET 103之间的副电源供给线LS进行连接，在第2M0SFET 103和第3M0SFET 202之间的副电源供给线LS上施加偏置电压。此外，在图7所示的控制装置中，经由电阻209对主电源供给线LM、和第2M0SFET 103与第3M0SFET 202之间的副电源供给线LS进行连接，在第2M0SFET103和第3M0SFET 202之间的副电源供给线LS上施加偏置电压。此外，在上述控制装置中使用了 MOSFET作为半导体开关，但也可以将JFET或 MESFET等其他FET用作半导体开关。图8表示控制装置300的参考例，该控制装置300包含具备副电源101的电源单元100和将来自该电源单元100的电力供给到逆变器201的控制单元200，对于与图1所示的控制装置相同的要素赋予相同标号。在图8所示的控制装置中，在电源单元100内设有副电源供给线LS，该副电源供给线LS与串联连接继电器204和主电源400的主电源供给线LM并联设置。另一方面，与主电源供给线LM串联连接的、第3M0SFET 153和第4M0SFET巧4的串联电路设于电源单元100 内。这里，在第3M0SFET 153的漏极上连接第4M0SFET 154的漏极而串联连接有第4M0SFET 154。此外，与副电源供给线LS串联连接的、第1M0SFET 151和二极管152的串联电路设于电源单元100内。这里，第1M0SFET 151以源极置于副电源101侧的方式串联连接于副电源供给线LS，二极管152设定为从副电源101向控制单元200流过电流。在上述图8的结构中，电源单元100中内置的第3M0SFET 153以及第4M0SFET1M 安装于将主电源400的电力供给到逆变器201的线路上，因此，需要使用容量较大的 MOSFET0这里，在容量较大的MOSFET中，由于用于放热的散热片也较大，所以电源单元100 变得大型化。相对于此，在图1、图6、图7所示的本发明的控制装置300中，在用于将主电源400 的电力供给到逆变器201的线上安装的第3M0SFET 202以及第4M0SFET 203内置于控制单元200，由于电源单元100中不具备对来自主电源400的电力供给进行开关控制的半导体开关，所以能将电源单元100小型化、低价化，能提高电源单元100的通用性。在此，作为参考，援引9月21日在日本提交的日本专利申请JP2010-210755的全部内容。在本发明中为了进行说明，仅有一些实施例被选择进行了说明，但是，对于本领域技术人员而言非常清楚，根据公开内容可以在所附权利要求所限定的本发明的范围内做出各种改变和变形。而且，关于上述的本发明的实施方式的说明只是用来进行说明，其目的并不用来限定由所附权利要求及其等价物所定义的本发明的范围。
权利要求
1.一种电源单元，其具备电源以及连接上述电源和负载的电源供给线，其特征在于，该电源单元具备第1半导体开关，其以源极连接于上述电源侧的方式串联连接于上述电源供给线； 第2半导体开关，其以漏极连接在上述第1半导体开关的漏极的方式串联连接于上述电源供给线；以及计算机，其控制上述第1半导体开关以及上述第2半导体开关的接通/断开，并且监视上述第1半导体开关和上述第2半导体开关之间的漏极电压以及上述第2半导体开关的源极电压，进行故障诊断。
2.根据权利要求1所述的电源单元，其特征在于，所述电源单元还包含在上述第2半导体开关的源极侧施加偏置电压的电路， 上述计算机根据上述第2半导体开关的源极电压，诊断上述第2半导体开关的源极侧的电源供给线的故障，上述计算机为了进行故障诊断，控制上述第1半导体开关以及上述第2半导体开关的接通/断开，根据该控制状态下的上述第1半导体开关和上述第2半导体开关之间的漏极电压，诊断上述第1半导体开关以及上述第2半导体开关有无故障。
3.—种控制装置，其特征在于，该控制装置包含电源单元，其具备副电源以及连接上述副电源和负载的副电源供给线；以及控制单元，其与上述电源单元外部连接， 上述电源单元包含第1半导体开关，其以源极连接于上述副电源侧的方式串联连接于上述副电源供给线.一入 ，第2半导体开关，其以漏极连接在上述第1半导体开关的漏极的方式串联连接于上述副电源供给线；以及计算机，其控制上述第1半导体开关以及上述第2半导体开关的接通/断开，并且监视上述第1半导体开关和上述第2半导体开关之间的漏极电压以及上述第2半导体开关的源极电压，进行故障诊断， 上述控制单元包含副电源供给线，其连接于上述电源单元的副电源供给线，连接上述副电源和负载； 第3半导体开关，其以源极连接于上述副电源侧的方式串联连接于上述副电源供给线.一入 ，第4半导体开关，其以漏极连接在上述第3半导体开关的漏极的方式，串联连接于上述副电源供给线；主电源供给线，其是用于连接与上述副电源独立的主电源和上述负载的电源供给线， 并且与上述副电源供给线并联设置；继电器，其设于上述主电源供给线；以及计算机，其控制上述继电器、上述第3半导体开关以及上述第4半导体开关的接通/断开，并且监视上述第3半导体开关和上述第4半导体开关之间的漏极电压以及第3半导体开关的源极电压，进行故障诊断。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，上述电源单元的计算机在上述第1半导体开关以及上述第2半导体开关都处于断开的状态下，根据上述第1半导体开关和上述第2半导体开关之间的电压，诊断上述第1半导体开关有无短路故障。
5.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，上述电源单元和上述控制单元中的任一方具备对上述第2半导体开关和上述第3半导体开关之间的副电源供给线施加偏置电压的电路。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，上述电源单元的计算机根据上述第2半导体开关的源极电压，诊断上述第2半导体开关和上述第3半导体开关之间的副电源供给线的故障，上述电源单元的计算机为了进行故障诊断，控制上述第1半导体开关以及上述第2半导体开关的接通/断开，根据该控制状态下的上述第1半导体开关和上述第2半导体开关之间的漏极电压，诊断上述第1半导体开关以及上述第2半导体开关有无故障。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，上述电源单元的计算机当判定为上述第1半导体开关和上述第2半导体开关中的至少一方发生了开路故障时，将上述第1半导体开关以及上述第2半导体开关保持为断开，并且对上述控制单元的计算机输出请求将上述第3半导体开关以及上述第4半导体开关保持为断开的信号。
8.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，上述电源单元的计算机当诊断为上述副电源供给线发生了接地时，将上述第1半导体开关以及上述第2半导体开关保持为断开。
9.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于， 上述电源单元的计算机根据上述第2半导体开关的源极电压，诊断上述第2半导体开关和上述第3半导体开关之间的副电源供给线的故障，将诊断结果发送到上述控制单元的计算机，上述控制单元的计算机根据上述第3半导体开关的源极电压，诊断上述第2半导体开关和上述第3半导体开关之间的副电源供给线的故障，将诊断结果发送到上述电源单元的计算机，上述电源单元的计算机在由上述电源单元的计算机和上述控制单元的计算机中的至少一方诊断出上述副电源供给线发生了接地时，将上述第1半导体开关以及上述第2半导体开关保持为断开，上述控制单元的计算机在由上述控制单元的计算机和上述电源单元的计算机中的至少一方诊断出上述副电源供给线发生了接地时，将上述第3半导体开关以及上述第4半导体开关保持为断开。
10.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，上述控制单元的计算机根据上述第3半导体开关的源极电压，诊断上述第2半导体开关和上述第3半导体开关之间的副电源供给线的故障，上述控制单元的计算机为了进行故障诊断，控制上述第3半导体开关以及上述第4半导体开关的接通/断开，根据该控制状态下的上述第3半导体开关和上述第4半导体开关之间的漏极电压，诊断上述第3半导体开关以及上述第4半导体开关有无故障。
11.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，上述控制单元的计算机当判定为上述第3半导体开关和上述第4半导体开关中的至少一方发生了开路故障时，将上述第3半导体开关以及上述第4半导体开关保持为断开，并且对上述电源单元的计算机输出请求将上述第1半导体开关以及上述第2半导体开关保持为断开的信号。
12.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，上述控制单元的计算机当诊断为上述副电源供给线发生了接地时，将上述第3半导体开关以及上述第4半导体开关保持为断开。
13.根据权利要求3-12中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，当上述主电源与上述负载连接时，上述控制单元的计算机将上述第3半导体开关保持为接通状态。
14.根据权利要求3-12中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，上述电源单元的计算机以及上述控制单元的计算机通过A/D转换器监视电压电平。
15.根据权利要求3-12中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，上述负载是驱动电动机的逆变器。
16.根据权利要求3-12中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，上述主电源是电池，上述副电源是电容器。
17.根据权利要求3-12中的任意一项所述的控制装置，其特征在于，上述第1半导体开关、上述第2半导体开关、上述第3半导体开关以及上述第4半导体开关是具备寄生二极管的M0SFET。
全文摘要
一种电源单元以及控制装置。本发明涉及对负载提供电源的电源单元以及包含该电源单元的控制装置。在具备副电源的电源单元内的副电源供给线上以源极位于副电源侧的方式串联连接有第1MOSFET，以漏极连接在第1MOSFET的漏极上的方式串联连接有第2MOSFET。控制单元内的副电源供给线LS上也以源极位于副电源侧的方式串联连接有第3MOSFET，以漏极连接在第3MOSFET的漏极上的方式串联连接有第4MOSFET，通过控制这些MOSFET，来对负载供给副电源的电力。这里，监视各MOSFET的漏极电压以及第2MOSFET和第3MOSFET之间的电压，诊断MOSFET的短路故障、开路故障以及电源单元和控制单元之间的副电源供给线LS的接地故障。
文档编号G01R31/02GK102412620SQ20111027971
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月20日 优先权日2010年9月21日
发明者仓持祐一, 斋藤博之 申请人:日立汽车系统株式会社