桥电路的断路检测电路和具有断路检测单元的系统的制作方法-山东亚星游戏官网机床有限公司

专利名称：桥电路的断路检测电路和具有断路检测单元的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及桥电路的断路检测电路，尤其涉及对桥电路的输出电压带来的影响小的桥电路的断路检测电路。
背景技术：
桥电路的断路检测电路的现有例子中有在日本特开平6-249730号公报中记载的用于传感器的桥电路。现有技术文献专利文献
专利文献I :日本特开平6-249730号公报

发明内容
日本特开平6-249730号公报记载的现有技术如图2所示那样，在由传感器元件电阻15、16、17、18构成的桥电路的输出上将电阻19和电阻20分别连接到电源和接地，在桥电路的输出断路的情况下，桥电路的输出电压大大变化，由放大器21放大桥电路的输出电压后得到的传感器输出大大变化，从而检测出桥电路断路了。但是，在上述断路检测电路中，由于电阻19、20相对传感器桥非对称地并联连接，所以对于传感器的补偿电压和稳定特性恶化的情形缺乏考虑。本发明鉴于上述情形而作出，其目的在于提供一种将传感器的特性变化抑制到微小程度的桥电路的断路检测电路。为了解决上述问题，上述所要解决的技术问题通过下述方式加以实现从桥电路的输出端子对于预定的电位流过电流，检测出桥电路的输出端子的电位和所述预定的电位的电位差，根据该电位差来检测断路。根据本发明，由于断路检测电路能够减少对传感器桥电路的输出电压带来的影响，所以能够改善传感器桥输出的补偿电压和温度特性，且由于能够高精度地检测出传感器桥的断路，所以能够提供闻精度且具有闻可罪性的传感器。

图I是第一实施例的桥电路的断路检测电路的电路图。图2是现有技术的桥电路的断路检测电路。图3是第二实施例的桥电路的断路检测电路的电路图。图4是晶体管24、25的漏极电流特性。图5是第三实施例的桥电路的断路检测电路的电路图。图6是开关26、28、29、30、31、32的控制信号的定时图。图7是第四实施例的桥电路的断路检测电路的电路图。图8是第五实施例的桥电路的断路检测电路的电路图。
图9是第六实施例的桥电路的断路检测电路的电路图。图10是第七实施例的桥电路的断路检测电路的电路图。图11是第八实施例的具有断路检测单元的系统结构图。图12是第九实施例的具有断路检测单元的系统结构图。图13是第十实施例的具有断路检测单元的系统结构图。附图标记1,35,50 :检测元件;2，3，4，5，15，16，17，18，36，37，51，52，53，54 :传感器元件电阻;6，21，39，67 :放大器；7，40，93，94 :切换电路;8，8a，8b，8c，41，46 :断路检测电路；9，10,19,20 :电阻；11,38,43,45,48,81 :基准电压源;12，13，44，49，69，82，83 :比较器；14，84 :或电路;22，42，47，75，76 :定电流源；23，24，25 :晶体管；26，28，29，30，31，32，56，58， 59，60，61，62，63，65，73，74，77，78，85，87 :开关；27，33，34，57，64，66，68，79，80，86，88 电容器；55Λ Σ调制器；70 :局部DA变换器；71 :和电路；72 :断路检测电路；89 :气流传感器；
90:吸气温度传感器；91 :断路检测器；92 :校正电路。
具体实施例方式下面，使用图I 图13来说明本发明的实施方式。首先，通过图I来说明作为本发明的第一实施例的桥电路的断路检测电路。图I是第一实施例的桥电路的断路检测电路的电路图。检测元件I通过并联连接了由传感器元件电阻2和4组成的串联电路和由传感器元件电阻3和5组成的串联电阻的桥电路构成，形成由于传感器元件电阻2、3、4、5的电阻值根据测量物理量变化，从而传感器元件电阻2和4的中间电压和传感器元件电阻3和5的中间电压也变化的结构。另外，将传感器元件电阻3和5的中间电压输入到输出端子Α，从输出端子A取出到检测元件I的外部。将传感器元件2和4的中间电压输入到输出端子B，从输出端子B取出到检测元件I的外部。从输出端子A和输出端子B获得的桥电路的输出电压(输出端子Α、B之间的电压)通过放大器6放大后，经切换电路7作为传感器输出，输出到外部。传感器元件电阻可选择例如钼(Pt)、钽(Ta)、钥(Mo)和硅(Si)等。断路检测电路8a由向输出端子A流过电流的电阻10、向输出端子B流过电流的电阻9、产生基准电压的基准电压源11、比较输出端子A的电压和基准电压源11的电压而检测输出端子A的断路的比较器12、比较输出端子B的电压和基准电压源11的电压而检测输出端子B的断路的比较器13、与求出比较器12和比较器13的逻辑和的或电路14构成。并且，在断路检测电路8a检测出断路的情况下，通过切换电路7将传感器输出固定为地电压或电源电压。接着，说明断路检测电路8a的动作。在断路检测电路8a中检测输出端子A和输出端子B的断路。首先，在输出端子A断路的情况下，输出端子A的电位由于电阻10而变为地电位。通过比较器12将输出端子A的电位与基准电压源11的电压相比较，一旦输出端子A断路，就会反映到比较器12的输出。另外，在输出端子B断路的情况下，输出端子B的电位由于电阻9而变为地电位。通过比较器13将输出端子B的电位与基准电压源11的电压相比较，一旦输出端子B断路，就会反映到比较器13的输出。因此，一旦输出端子A或输出端子B断路，就会反映到取比较器12和13的输出的逻辑和的或电路14的输出。通过这种结构，能够由断路检测电路8检测出输出端子A和输出端子B的断路。接着，说明本实施例的断路检测电路8a的特征。由于断路检测电路8a对于检测元件I的桥电路的输出端子A、B而言是对象电路，所以能使对检测元件I的桥电路的输出电压的影响减小到最小。也即，与输出端子A相连的电路是电阻10和比较器12，与输出端子B相连的电路是电阻9和比较器13，连接了相同的电路，所以断路检测电路8a对输出端子A和输出端子B带来的影响相同，由此，可以减少对检测电路I的桥电路的输出电压(输出端子A和输出端子B的差电压)的影响。接着，通过图3和图4来说明作为本发明的第二实施例的桥电路的断路检测电路。图3是第二实施例的桥电路的断路检测电路的电路图，图4是晶体管24、25的漏极电流特性。第二实施例的桥电路的断路检测电路将第一实施例的桥电路的断路检测电路的电阻9、10变为由晶体管23、24、25构成的电流镜电路。在本实施例的桥电路的断路检测电路8b中，通过将电阻9、10变为由晶体管23、24,25构成的电流镜电路，并将定电流源22连接到晶体管23，从而使晶体管24、25的漏极电流的特性如图4所示。由此，在输出端子A、B没有断路时，由于能使从输出端子A、B看到的晶体管24、25的阻抗升高，所以可以进一步减小对桥电路的输出电压的影响。此外，在输出端子A或输出端子B的断路检测时，由于能够使从输出电阻A、B看到的晶体管24、25的阻抗减�。阅芄唤档投下肥钡氖涑龆俗覣、B的电压，并且能够增加比较器12、13的阈值裕量，所以能够提高断路检测的精度。接着，通过图5和图6来说明作为本发明的第三实施例的桥电路的断路检测电路。图5是第三实施例的桥电路的断路检测电路的电路图，图6是开关26、28、29、30、31、32的控制信号的定时图。第三实施例中，对第一实施例添加了开关26、28、29、30、31、32和电容器 27、33、34。本实施例中，通过添加开关26、28、29、30、31、32和电容器27、33、34，能够以时分方式实行桥电压的检测和断路检测。也即，在定时Pl中，开关26、30连接，通过将输出端子A、B连接到放大器6，而检测出桥电路的输出电压。另外，此时由于开关28、29变为开放状态，而从电路检测电路8c完全断开，所以断路检测电路Sc不会对桥电路的输出电压带来影响。另外，在定时P2中，因在开关26、30开放时，所以设置电容器27，保持定时Pl下的电压。接着，在定时P2中，开关28、29、31、32连接，通过将输出端子A、B与断路检测电路8c相连，从而检测桥电路的输出端子A、B的断路。此时，开关26、30处于开放状态，从放大器6完全断开，所以放大器6的输入电阻不会对断路检测电路8带来影响。在定时Pl中，因在开关28、29、31、32开放时，所以设置电容器33、34，保持了定时P2下的电压。接着，通过图7来说明作为本发明的第四实施例的桥电路的电路检测电路。图7是第四实施例的桥电路的断路检测电路的电路图。首先，检测元件35是由传感器元件电阻36、37构成的半桥电路，由于传感器元件电阻36、37根据测量物理量变化，从而使桥电路的输出端子的电压变化。半桥电路的输出电压被放大器39放大，作为传感器输出，输出到外部。桥电路的电源端子与电源电压Vcc相连，经基准电压源38向接地端子供给预定的电压。断路检测电路41由向半桥电路的输出端子上流过电流的定电流源42、产生基准电压的基准电压源43、和比较半桥电路的输出端子的电压与基准电压源43的值而检测输出端子的断路的比较器44构成。在断路检测电路41检测为断路的情况下，通过切换电路40将传感器输出固定为地电压或电源电压。接着，说明本断路检测电路的动作。本断路检测电路中,检测半桥电路的输出端子的断路。首先，在输出端子断路的情况下，输出端子的电位由于定电流源42变为地电位。由于通过比较器44将输出端子的电位与基准电压源43的电压相比较，所以一旦输出端子断路，就会反映到比较器44的输出。由此，断路检测电路41检测出输出端子的断路。接着，说明本断路检测电路的特征。在传感器元件电阻36是如热敏元件那样电阻值根据温度几位数地变化的元件的情况下，输出端子的电压从检测元件35的电源端子的电压附近到接地端子的电压附近地变化。
这里，在接地端子的电位是OV的情况下，为了可靠地检测出输出端子的断路，需要增大定电流源42的电流并将基准电压源43的电压大致设置为0V。这是因为，由于使检测元件35正常时的输出从检测元件35的电源端子的电压附近到接地端子的电压附近地变化，需要使断路时的电压变为该外侧的电压并且使作为比较器44的比较电压的基准电压源43的电压也为正常时的输出的外侧的电压，因此，为了在断路时可靠地变为正常时的输出的外侧的电压、即OV左右的电压，需要增大定电流源42的电流，且需要使比较器44的比较电压也大致变为OV左右。但是，若定电流源42的电流增大，则对传感器输出的影响增大，若基准电压源43的电压大致变为0V，则比较器44的阈值裕量几乎没有了，断路检测的精度将降低。因此，本实施例中，使用基准电压源38对检测元件35的接地端子的电压施加数伏的电压。该情况下，即使传感器元件电阻36是如热敏元件那样电阻值根据温度几位数地变化这样的元件，输出端子的电压源也可以仅从检测元件35的电源端子的电压变为作为接地端子的电压的基准电压源38的电压。因此，若检测元件35的输出端子断路时，变为小于等于基准电压源38的电压，则定电流源42的电流就足够了，所以能够减小定电流源42的电流。另外，由于能够将作为断路检测的基准值的基准电压源43的电压也设定为基准电压源38的电压，所以能够增大比较器44的阈值裕量，并可提高断路检测的精度。接着，通过图8来说明作为本发明的第五实施例的桥电路的断路检测电路。图8是第五实施例的桥电路的断路检测电路的电路图。第五实施例的桥电路的断路检测电路与第四实施例的桥电路的断路检测电路相反，使用基准电压源45使检测元件35的电源端子的电压降低数伏。首先，检测元件35是由传感器元件电阻36、37构成的半桥电路，由于传感器元件36,37根据测量物理量变化，从而使桥电路的输出端子的电压变化。通过放大器39放大桥电路的输出电压后作为传感器输出，输出到外部。电源电压Vcc经基准电压源45与桥电路的电源端子相连，并从电源电压Vcc供给降低了基准电压源45的电压后的电压。向接地端子供给地电位。断路检测电路46由向输出端子上流过电流的定电流源47、产生基准电压的基准电压源48、比较输出端子的电压和基准电压源48的值而检测出输出端子的断路的比较器49构成。在断路检测电路46检测出断路的情况下，通过切换电路40将传感器输出固定为地电压或电源电压。接着，说明本断路检测电路的动作。本断路检测电路检测输出端子的断路。首先，在输出端子断路的情况下，输出端子的电位由于定电流源47而变为电源电位。由于通过比较器49将输出端子的电位与基准电压源48的电压相比较，所以一旦输出端子断路，就会反映到比较器49的输出中。由此，断路检测电路46检测出输出端子的断路。接着，说明本断路检测电路的特征。在传感器元件电阻36是如热敏元件那样电阻值根据温度几位地变化的元件的情况下，输出端子的电压从检测元件35的电源端子的电压变为接地端子的电压。这里，在电源端子的电压是电源电压Vcc的情况下，为了可靠检测出输出端子的断路，需增大定电流源47的电流，同时将基准电压源48的电压大致设置为电源电压Vcc。但是，若定电流源47的电流变大，对传感器输出的影响增大，若基准电压源48的电压几乎变为电源电压Vcc，比较器49的阈值裕量几乎没有，断路检测的精度将降低。
因此，本实施例中，使用基准电压源45将检测元件35的电源端子的电压从电源电压Vcc降低了几伏。该情况下，即使传感器元件电阻36是如热敏元件那样电阻值根据温度几位地变化的元件的情况下，也可使输出端子的电压从作为检测元件35的电源端子的电压的从电源电压降低了几伏的电压变为接地电压。因此，若在检测元件35的输出端子断路时具有基准电压源45的电压大小的裕量，且接近电源电压，则定电流源47的电流就足够了，所以能够减小定电流源47的电流。另外，作为断路检测的基准值的基准电压源48的电压也能设定为具有基准电压源45的电压大小的裕量，所以能够增大比较器49的阈值裕量，从而能提闻断路检测的精度。接着，通过图9来说明作为本发明的第六实施例的桥电路的断路检测电路。图9是第六实施例的桥电路的断路检测电路的电路图。首先，检测兀件50是由传感器兀件电阻51、52、53、54构成的桥电路，由于传感器元件电阻51、52、53、54根据测量物理量变化，从而使桥电路的输出端子A、B的电压变化。另外，通过德尔塔希格玛调制器55 (下面称作△ Σ调制器)来对桥电路的输出电压(输出端子A、B间的电压)进行AD变换，并作为传感器输出向外部输出。ΛΣ调制器55通过由在图6所示的定时Pl下工作的开关56、58、63、65、在图6所示的定时P2下工作的开关59、60、61、62、电容器57、64、66、68和放大器67构成的SC积分器、比较SC积分器的输出的比较器69、根据比较器69的输出来输出电压的局部DA变换器70构成。断路检测电路72通过在图6所示的定时P2下工作且连接输出端子A和定电流源76的开关74、在图6所示的定时P2下工作且连接输出端子B和定电流源75的开关73、在输出端子A流过电流的定电流源76、在输出端子B流过电流的定电流源75、由在图6所示的定时P2下采样定电流源75、76的两端电压的开关77、78和电容器79、80构成的采样和保持电路、产生基准电压的基准电压源81、比较电容器79的两端电压和基准电压源81的值而检测出输出端子A的断路的比较器82、比较电容器80的两端电压和基准电压源81的值而检测出输出端子B的断路的比较器83、求出比较器82和比较器83的逻辑和的或电路84构成。此外，有在断路检测电路72检测为断路的情况下，将Λ Σ调制器55的输出固定为地电位的和电路71。接着，说明本实施例的动作。Λ Σ调制器55在定时Ρ2下使电容器57、64放电，在定时Pl下采样桥电路的输出电压，并通过SC积分器进行充电。断路检测电路72为了不对Λ Σ调制器55的工作带来影响，而在作为Λ Σ调制器55的非采样期间的定时Ρ2下工作。断路检测电路72在定时P2下使开关73、74、77、78变为ON状态，而使定电流流经桥电路的输出端子A、B。此时，在输出端子A或输出端子B断路的情况下，与其对应的定电流源75,76的两端电压大致降低到地电位。通过由开关77、78和电容器79、80构成的采样和保持电路来保持该电压，并通过由比较器82、83来比较该电压，从而检测出输出端子A、B的断路。接着，说明本实施例的特征。由于本断路检测电路72对于检测元件50的桥电路的输出端子A、B而言为对象性的电路，所以能够使对检测元件50的桥电路的输出电压的影响降到最小。由于本断路检测电路72在Λ Σ调制器55的非采样期间工作，所以断路检测电路72的工作不会对Λ Σ调制器55有影响。相反，Λ Σ调制器55的工作也不会对断路检测电路72有影响。
在桥电路的输出电压的检测电路中使用了 Λ Σ调制器55的情况下，由于可仅通过和电路将输出信号固定为通常作为传感器输出不能输出的值，所以变得非常容易。接着，通过图10来说明作为本发明的第七实施例的桥电路的断路检测电路。图10是第七实施例的桥电路的断路检测电路的电路图。本实施例将第六实施例的定电流源75、76替换为由开关85、87和电容器86、88构成的开关·电容电路。本实施例中，通过将定电流源75、76替换为开关·电容电路，与使用定电流源75、76的情形相比，可以进行更高速地检测。这是因为，开关·电容电路的阻抗比定电流源小。由此，能够使Λ Σ调制器55的工作时钟更加高速，能够改善Λ Σ调制器55的精度和响应性。接着，通过图11来说明作为本发明的第八实施例的具有断路检测单元的系统。图11是第八实施例的具有断路检测单元的系统的结构图。本实施例中，由检测空气流量Q的气流传感器89、检测吸气温度Ta的吸气温度传感器90、检测吸气温度传感器90的断路的断路检测器91、通过作为吸气温度传感器90的输出信号的吸气温度Ta来校正作为气流传感器89的输出信号的空气流量Q的校正电路92和在断路检测器91检测为断路的情况下，将送到校正电路92的吸气温度Ta的信号固定为25°C的切换电路93构成。本实施例是在吸气温度传感器95断路而输出误差特别大的信号的情况下，通过校正电路92进行过量的校正处理，使传感器输出(空气流量信号)不输出误差特别大的信号的系统。本实施例中，在吸气温度传感器90断路的情况下，通过切换电路93将向校正电路92提供的吸气温度Ta的信号固定为25°C，从而防止了矫枉过正的校正。由此，即使吸气温度传感器90断路，也能抑制传感器输出的误差。尤其，在测量汽车的空气吸入量的气流传感器中，若气流传感器的误差大，则产生认为发送机不能启动这样的致命现象。尤其需要避免虽然气流传感器89没有故障，但因吸气温度传感器90的故障，传感器输出变得极端异常的情形，通过本系统能够避免该情况。接着，通过图12来说明作为本发明的第九实施例的具有断路检测单元的系统。图12是第九实施例的具有断路检测单元的系统的结构图。本实施例是具有将作为第八实施例的具有断路检测单元的系统的切换电路93变更为切换电路94的断路检测单元的系统。本实施例中，将切换电路93变更为切换电路94，通过在吸气温度传感器断路的情况下，旁路校正电路92，而防止了矫枉过正的校正。由此，即使吸气温度传感器90断路，也能够抑制传感器输出的误差。接着，通过图13来说明作为本发明的第十实施例的具有断路检测单元的系统。图13是第十实施例的具有断路检测单元的系统的结构图。本实施例是具有在作为第八实施例的具有断路检测单元的系统上添加电路温度检测器95，并改变切换电路93在断路时的切换端的断路检测单元的系统。本实施例中，通过添加电路温度传感器95，并改变切换电路93在断路时的切换端，使得在吸气温度传感器断路的情况下，校正电路92的切换端为电路温度传感器95，从而防止了矫枉过正的校正。其利用了在正常状态下，吸气温度Ta和电路温度Tlsi之间没有大的差异的现象。由此，即使吸气温度传感器90断路，也能够抑制传感器输出的误差。
权利要求
1.一种桥电路的断路检测电路，该桥电路具有电阻值与物理量对应地变化的传感器元件电阻、具有包含所述传感器元件电阻的多个电阻的桥电路、将所述桥电路的中间电压取出到外部的输出端子、和检测从所述输出端子取出的所述中间电压的桥输出检测电路，所述桥电路的断路检测电路与所述输出端子相连，所述桥电路的断路检测电路的特征在于所述断路检测电路包括通电单元，使电流从所述桥电路的输出端子向预定的电位流动；电位差检测单元，检测所述桥电路的输出端子的电位和所述预定的电位的电位差；和断路检测单元，根据所述电位差检测单元的输出来检测断路。
2.根据权利要求I所述的桥电路的断路检测电路，其特征在于具有切换单元，在所述断路检测单元检测为断路的情况下，将所述桥输出检测电路的输出固定为电源电压或地电压。
3.根据权利要求I或2所述的桥电路的断路检测电路，其特征在于所述通电单元与所述输出端子相连。
4.根据权利要求3所述的桥电路的断路检测电路，其特征在于在所述输出端子和所述通电单元、以及所述输出端子和所述桥输出检测电路之间分别设有切换开关。
5.根据权利要求4所述的桥电路的断路检测电路，其特征在于所述切换开关在交替地切换所述桥输出检测电路和所述通电单元的定时，进行开关动作。
6.根据权利要求3所述的桥电路的断路检测电路，其特征在于所述桥电路的电源端子的电压相对所述通电单元的预定的电位为低电位。
7.根据权利要求3所述的桥电路的断路检测电路，其特征在于所述桥电路的接地端子的电压相对所述通电单元的预定的电位为高电位。
8.根据权利要求3所述的桥电路的断路检测电路，其特征在于所述通电单元由电阻构成。
9.根据权利要求3所述的桥电路的断路检测电路，其特征在于所述通电单元由电流镜电路构成。
10.根据权利要求3所述的桥电路的断路检测电路，其特征在于所述通电单元由开关·电容电路构成。
11.根据权利要求I所述的桥电路的断路检测电路，其特征在于所述桥输出检测电路是△ Σ调制器。
12.根据权利要求11所述的桥电路的断路检测电路，其特征在于具有在所述断路检测单元检测为断路时，将所述△ Σ调制器的输出固定为高电平或低电平的单元。
13.根据权利要求11所述的桥电路的断路检测电路，其特征在于在所述△ Σ调制器的非采样期间将所述桥电路的输出端子切换到所述通电单元。
14.一种物理量检测系统，包括与第一物理量对应地输出信号的第一传感器、与第二物理量对应地输出信号的第二传感器、根据第二传感器的输出来校正第一传感器特性的校正单元、和检测第二传感器的断路的断路检测单元，所述物理量检测系统的特征在于具有在所述断路检测单元检测出断路时改变所述校正单元的动作的改变单元。
15.根据权利要求14所述的物理量检测系统，其特征在于所述断路检测单元是权利要求I 12的其中一个所述的断路检测电路。
16.根据权利要求15所述的物理量检测系统，其特征在于所述改变单元在所述断路检测单元检测出断路时，将所述第二传感器的输出信号固定为预定的值而输入到所述校正单元。
17.根据权利要求15所述的物理量检测系统，其特征在于所述改变单元在所述断路检测单元检测出断路时，将所述第二传感器的输出信号切换为第三传感器的信号而输入到所述校正单元。
18.根据权利要求15所述的物理量检测系统，其特征在于所述改变单元在所述断路检测单元检测出断路时，停止所述校正单元的动作。
19.根据权利要求14所述的物理量检测系统，其特征在于所述第一传感器是检测空气流量的传感器。
20.根据权利要求14所述的物理量检测系统，其特征在于所述第二传感器是检测空气温度的传感器。
21.根据权利要求17所述的物理量检测系统，其特征在于所述第三传感器是检测电路温度的传感器。
全文摘要
在现有技术的桥电路的断路检测电路中，对桥输出的补偿电压和温度特性恶化的情形缺乏考虑。本发明所要解决的技术问题是提供一种将传感器的特性变化抑制到微小的桥电路的断路检测电路。本发明的桥电路的断路检测电路(8a)由从桥电路的输出端子向预定的电位流过电流的通电单元(9、10)；检测出所述桥电路的输出端子的电位和所述预定电位的电位差的电位差检测单元(12、13)和根据所述电位差检测单元的输出来检测断路的断路检测单元(14)构成(参考图1)。
文档编号G01R31/02GK102959411SQ20118003063
公开日2013年3月6日申请日期2011年6月21日优先权日2010年6月25日
发明者松本昌大, 中野洋, 半泽惠二, 山田雅通申请人:日立汽车系统株式会社

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桥电路的断路检测电路和具有断路检测单元的系统的制作方法