[发明专利]短路检测方法及实行该方法的电源模块

说明书

本发明涉及一种电气设备的电源模块中短路的检测方法，特别是直流的。它还涉及能够实现这样一种方法的电源模块。

本发明在汽车电气设备的直流电源电路领域内，特别是能够在采暖、通风和/或空气调节装置中建立空气流的马达风机组的马达上得到特别有利的应用。

汽车的采暖、通风和/或空气调节装置一般都有马达风机组，用来保证空气在汽车车厢中的流通。该马达风机组包括由电动机驱动的涡轮机，所述电动机由电源模块提供电流进行工作。

事实上，这种用途的电源模块设置在电源和要供电的电动机之间，该电源特别是设置在该汽车中的电池组。该电源模块包括印刷电路板，其上固定有一些从电源(特别是汽车电池组)出发向电动机提供电源电流所需要的部件。特别地，该电源模块可以包括电流开关，特别是脉冲宽度调制(在英语中也称为“PWM”，即“Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)”)型的电流开关。

PWM型电流开关可以使电压脉冲的占空比改变，所述电压脉冲从电源、因而按照一个优选的实施例从电池组的电压出发并形成。

该电源模块还包括热量耗散机构，诸如散热器，用以排除部件以及一个或多个连接器所产生的热量，这些连接器用来接收分别把该电源模块连接至电池组和电动机的导线束。

一般说来，在这样的电源模块中的电子部件，还包括放置在电源模块输入端并与电池组和电动机并联的大容量输入滤波电容。特别地，最常采用的滤波电容是化学电容，其中板片(armatures)具有固定的极性。

采用这种类型的电源模块，在连接到连接器的各导线束之间存在短路的风险，尤其可能导致输入滤波电容短路。这种短路情况的结果是，电源提供的电流急剧增大，结果供电导线束升温可能直至使其熔化。

另一方面，滤波电容放电可能产生非常大的电流，约达200A，远远超过约30A的标称值。随着这样的电流，电源模块的部件，特别是电流开关，例如，PWM型电流开关温度上升，并可能使构成印刷电路板(英语名称为“PCB”，即“Printed Circuit Board”)的环氧材料燃烧起来。

这种着火(embrasement)的风险在短路的情况下更大，印刷电路板的散热器不能冷却那些部件，因为电动机不再得到供电，不能产生散热器冷却所需要的空气流。

因而，存在一种需求以获得电源模块中短路的早期检测，以便能够足够早地采取措施，限制灾难性后果。

为此，本发明提出一种在电气设备的电源模块中检测短路的方法，特别是直流的，该电源模块包括并联配备在电气设备上的输入滤波电容。该方法在于检测输入滤波电容由于短路而提供的放电电流。

于是，一旦该输入滤波电容的放电电流大于给定值，就立即诊断出短路的情况并采取措施，例如，取消输入滤波电容的放电电路中的电流，诸如使电流开关断开，特别是使PWM型电流开关断开。

按照本发明的一个实施例，通过测量配备在输入滤波电容放电电路上的电阻元件端子上的电压，检测该放电电流。

特别地，本发明规定，该电阻元件由输入滤波电容的保护部件构成，所述保护部件针对电源电流(例如直流)的极性逆转进行保护。

事实上人们知道，并正如前面提到的，电源模块的输入滤波电容是有极性的化学电容，其板片应该连接到电源(特别是汽车电池组)的相应极性的端子。因而，该电源极性逆转还会使输入滤波电容的极性逆转，并使其被破坏。

按照本发明一个特定的实施方式，该保护部件是MOSFET功率晶体管。在这种情况下，输入滤波电容的保护是通过如下方式实现的：一旦检测到电源的逆转，就向MOSFET功率晶体管的栅极施加一小于导通阈值的栅极-源极电压V_gs，使得该MOSFET功率晶体管变为不导通，并使该输入滤波电容与该电源隔离。在正常使用的情况下，MOSFET功率晶体管导通，这时栅极-源极电压V_gs大于导通阈值。

输入滤波电容短路的检测，是通过测量MOSFET功率晶体管电阻R_dsON端子的电压进行的，即通过电压放大器或者简单地借助于电压比较器。若在电源模块的印刷电路板上已经存在未使用的比较器或者放大器，尤其是使用双或四比较器或者放大器器件时，则这些实施方式可能特别有利。

另一个技术方案是把电流测量的分流器放置在输入滤波电容的放电电路中，例如，与电流开关、特别是PWM型电流开关串联。但是，该方案不如借助作为保护元件的MOSFET功率晶体管有利，因为它使用额外的部件，成本高、笨重而且散发热量。