專利名稱：負載電路的保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在過電流流經(jīng)負載電路因而半導體開關(guān)和電線的溫度升高的情況下切斷該負載電路從而保護該電路的負載電路的保護裝置。
背景技術(shù)：
用于向安裝在車輛上的諸如氣門和電機這樣的負載提供電力的負載電路包括電池以及設(shè)置在電池與負載之間的半導體開關(guān)(M0SFET等)。所述電池、半導體開關(guān)和負載經(jīng)由包含電線的導體而連接。此外，所述負載電路具有用于接通和斷開半導體開關(guān)的控制電路，借以接通或斷開每個半導體開關(guān)，從而根據(jù)由控制電路輸出的驅(qū)動信號和停止信號而在驅(qū)動狀態(tài)和停止狀態(tài)之間切換負載的操作。這種負載電路中的一些分別具有熔絲，用于當過電流流經(jīng)負載時立即切斷電路從而保護負載、電線和半導體開關(guān)等(例如，參見專利文獻1)。圖M是概略地示出了現(xiàn)有技術(shù)的負載電路的說明圖。每個負載101的供電側(cè)端子經(jīng)由E⑶(汽車用的電子控制單元)102和接線盒(J/B) 103連接于蓄電池VB。E⑶102設(shè)置有由控制IC 104控制開-關(guān)的例如MOSFET等的多個半導體開關(guān) Trl。每個半導體開關(guān)Trl的上游側(cè)設(shè)置有熔絲F1，從而通過該熔絲Fl來保護下游側(cè)上的電線W101。換句話說，分別具有能夠承受熔絲Fl的切斷電流的直徑(剖面積)的電線用作為設(shè)置在熔絲Fl的下游側(cè)上的電線W101。此外，設(shè)置在熔絲Fl的下游側(cè)上的半導體開關(guān) Trl具有能夠承受的熔絲Fl的切斷電流的特性。類似地，J/B 103設(shè)置有熔絲F2，從而通過該熔絲F2來保護下游側(cè)上的電線W102。例如，在氣門用作為負載101的情況下，由于氣門打開時產(chǎn)生的沖擊電流以及由于氣門的打開/關(guān)閉操作的重復(fù)，熔絲F1、F2劣化。從而，可能會引起由于熔絲F1、F2的老化而使該熔絲F1、F2錯誤斷開的情況。為了防止這種問題的產(chǎn)生，考慮相對于負載電流的余量來選擇熔絲。即，使用斷開電流被設(shè)為比通常的略大的熔絲。結(jié)果，由于需要使用分別適合于考慮到所述余量而設(shè)置的熔絲特性的電線和半導體開關(guān)，所以難以減小負載電路中使用的電線的直徑并使半導體開關(guān)小型化?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1 JP-A-2003-100196

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題近年來，對使負載電路中所使用的半導體開關(guān)和電線盡可能最小化的需求日益增長。另一方面，如上所述，現(xiàn)有技術(shù)的負載電路用保護裝置設(shè)置有當電線溫度由于過電流的產(chǎn)生而增加時用于切斷電路的熔絲。然而，由于為了防止因老化引起的錯誤斷開而考慮到余量來設(shè)定熔絲，所以存在難以使半導體開關(guān)最小化并減小電線的直徑的問題。
為了解決這種現(xiàn)有技術(shù)的問題而進行了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種用于負載電路的保護裝置，其能夠使半導體開關(guān)和電線小型化。解決問題的手段為了達到上述目的，將第一發(fā)明以如下方式設(shè)置一種用于負載電路的保護裝置， 其中，在經(jīng)由電線而連接了電源、半導體開關(guān)和負載的負載電路中，檢測流入電線的電流， 從而基于檢測出的電流來斷開半導體開關(guān)，該保護裝置包括開關(guān)單元，該開關(guān)單元設(shè)置在所述電源與所述負載之間；電流檢測單元，該電流檢測單元檢測流經(jīng)所述電線的電流；溫度計算單元，該溫度計算單元具有偽發(fā)熱溫度計算表達式和偽放熱溫度計算表達式，其中，將用于計算電線的發(fā)熱量和放熱量的計算表達式中所使用的導體電阻(r)改變?yōu)閭螌w電阻00，該偽導體電阻(Z)被設(shè)定為模擬能夠用于保護負載電路中所使用的電線的熔絲的電流·斷開時間特性的值，并且其中，將計算表達式中使用的熱電阻(R)改變?yōu)閭螣犭娮?0，該偽熱電阻(R)被設(shè)定為模擬所述熔絲的電流·斷開時間特性的值；所述溫度計算單元通過利用所述偽發(fā)熱溫度計算表達式、偽放熱溫度計算表達式以及由所述電流檢測單元檢測到的電流來推算電線溫度；過電流判定單元，當由所述溫度計算單元算出的推算溫度達到容許溫度時，該過電流判定單元判定是過電流；以及斷開控制單元，當所述過電流判定單元判定是過電流時，該斷開控制單元斷開所述開關(guān)單元。將第二發(fā)明以如下方式設(shè)置當在斷開所述開關(guān)單元之后，由所述溫度計算單元推算的電線溫度減小至周圍溫度時，所述斷開控制單元將所述開關(guān)單元置于可連接的狀態(tài)。將第三發(fā)明以如下方式設(shè)置設(shè)定所述偽導體電阻和所述偽熱電阻OO，使得基于所述偽發(fā)熱溫度計算表達式和所述偽放熱溫度計算表達式的電流 斷開時間特性存在于熔絲的最低的電流·斷開時間特性與熔絲的最高的電流·斷開時間特性之間。將第四發(fā)明以如下方式設(shè)置通過如下的表達式(1)來表示用于計算電線的發(fā)熱量的計算表達式，并且通過如下的表達式(2)來表示用于計算電線的放熱量的計算表達式，其中T2 = Tl+ll2rR{l-exp (-t/C · R)}----------(1)T2 = Tl+I22rR {exp (-t/C · R)}----------(2)，并且其中Tl表示周圍溫度[°C ]，T2表示電線的推算溫度[°C ]，Il和12分別表示導電電流[A]，r表示電線的導體電阻[Ω]，R表示熱電阻[°C/W]，C表示熱容[J/°C]，并且t表示時間[秒]。將第五發(fā)明以如下方式設(shè)置所述偽導體電阻(Z)大于所述電線的導體電阻 ω，并且所述偽熱電阻on小于所述電線的熱電阻㈨。將第六發(fā)明以如下方式設(shè)置一種用于負載電路的保護裝置，其中，在經(jīng)由電線而連接了電源、半導體開關(guān)和負載的負載電路中，檢測流入電線的電流，從而基于檢測出的電流來斷開半導體開關(guān)，該用于負載電路的保護裝置包括
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開關(guān)單元，該開關(guān)單元設(shè)置在所述電源與所述負載之間；電流檢測單元，該電流檢測單元檢測流入所述電線的電流；溫度計算單元，該溫度計算單元具有偽發(fā)熱溫度計算表達式和偽放熱溫度計算表達式，其中，將電線的容許溫度設(shè)定為低于實際容許溫度的偽容許溫度，并且其中，將用于計算電線的發(fā)熱量和放熱量的計算表達式中使用的熱電阻(R)改變?yōu)閭螣犭娮?0，該偽熱電阻OO被設(shè)定為模擬能夠用于保護負載電路中所使用的電線的熔絲的電流·斷開時間特性的值；所述溫度計算單元通過利用所述偽發(fā)熱溫度計算表達式、偽放熱溫度計算表達式和由所述電流檢測單元檢測到的電流來推算電線溫度；過電流判定單元，當由所述溫度計算單元算出的推算溫度達到偽容許溫度時，該過電流判定單元判定是過電流；以及斷開控制單元，當所述過電流判定單元判定是過電流時，該斷開控制單元斷開所述開關(guān)單元。將第七發(fā)明以如下方式設(shè)置當在斷開所述開關(guān)單元之后，由所述溫度計算單元推算的電線溫度減小至周圍溫度時，所述斷開控制單元將所述開關(guān)單元置于可連接的狀態(tài)。將第八發(fā)明以如下方式設(shè)置設(shè)定所述偽容許溫度和所述偽熱電阻(R*)，使得基于所述偽發(fā)熱溫度計算表達式和所述偽放熱溫度計算表達式的電流·斷開時間特性存在于熔絲的最低的電流·斷開時間特性與熔絲的最高的電流·斷開時間特性之間。將第九發(fā)明以如下方式設(shè)置通過如下的表達式(1)來表示用于計算電線的發(fā)熱量的計算表達式，并且通過如下的表達式(2)來表示用于計算電線的放熱量的計算表達式，其中T2 = Tl+Il2rR{l-exp (-t/C · R)}----------(1)T2 = Tl+I22rR {exp (-t/C · R)}----------(2)，并且其中，T 1表示周圍溫度[°C ]，T2表示電線的推算溫度[°C ]，Il和12分別表示導電電流[A]，r表示電線的導體電阻[Ω]，R表示熱電阻[°C/W]，C表示熱容[J/°C]， 并且t表示時間[秒]。將第十發(fā)明以如下方式設(shè)置所述偽熱電阻OO小于所述電線的熱電阻(R)。發(fā)明效果根據(jù)第一發(fā)明，將用于計算電線的發(fā)熱量和放熱量的計算表達式中使用的導體電阻(r)改變?yōu)閭螌w電阻00，并將計算表達式中使用的熱電阻(R)改變?yōu)閭螣犭娮?0， 從而得到偽發(fā)熱溫度計算表達式和偽放熱溫度計算表達式。所述溫度計算單元通過利用所述偽發(fā)熱溫度計算表達式和偽放熱溫度計算表達式來推算電線溫度。然后，當推算溫度達到容許溫度時，開關(guān)單元被斷開，從而停止向負載電路的電流供應(yīng)。由于通過利用偽導體電阻(Z)和偽熱電阻OO能夠使電線的電流·斷開時間特性接近熔絲的電流·斷開時間特性，所以能夠以與熔絲相同的特性來斷開負載電路，能夠確定地保護負載電路中使用的每個電線和半導體開關(guān)免于過熱。此外，不像現(xiàn)有技術(shù)那樣，由于不存在由于沖擊電流和負載的重復(fù)開關(guān)操作而引起熔絲劣化的擔心，所以不需要考慮關(guān)于容許溫度的余量，能夠使電線的直徑小。從而，由于能夠使電線小型化和輕量化，所以能夠改善燃料成本。
根據(jù)第二發(fā)明，在開關(guān)裝置于過電流而斷開的情況下，由于直到電線溫度之后減小至周圍溫度為止，都保持開關(guān)單元的斷開狀態(tài)。從而，由于在尚未探明過電流的產(chǎn)生原因的狀態(tài)下能夠防止開關(guān)單元再次被接通，所以能夠防止電線生熱。根據(jù)第三發(fā)明，適當?shù)剡x擇偽導體電阻(Z)和偽熱電阻00，使得將電線的電流·斷開時間特性被設(shè)定在熔絲的最低的電流·斷開時間特性與熔絲的最高的電流·斷開時間特性之間。從而，能夠保護模擬熔絲的特性的負載電路。根據(jù)第四發(fā)明，將上述表達式(1)和(2)的導體電阻(r)和熱電阻(R)分別改變?yōu)閭螌w電阻(Z)和偽熱電阻00，從而得到偽發(fā)熱溫度計算表達式和偽放熱溫度計算表達式。由于這些表達式(ι)和( 是通常使用的一般表達式，所以僅僅通過改變參數(shù)就能夠容易計算出推算溫度。根據(jù)第五發(fā)明，將偽導體電阻(Z)設(shè)定為大于實際導體電阻(r)，并且將偽熱電阻 (R*)設(shè)定為小于實際熱電阻(R)，從而得到偽發(fā)熱溫度計算表達式和偽放熱溫度計算表達式。從而，能夠確定地使電線的電流·斷開時間特性接近熔絲的電流·斷開時間特性。根據(jù)第六發(fā)明，將電線的容許溫度設(shè)定為偽容許溫度，并將用于計算電線的發(fā)熱量和放熱量的計算表達式中使用的熱電阻(R)改變?yōu)閭螣犭娮?0，從而得到偽發(fā)熱溫度計算表達式和偽放熱溫度計算表達式。所述溫度計算單元通過利用所述偽發(fā)熱溫度計算表達式和偽放熱溫度計算表達式來推算電線溫度。然后，當推算溫度達到容許溫度時，開關(guān)單元被斷開，從而停止向負載電路的電流供應(yīng)。由于通過利用偽容許溫度和偽熱電阻OO能夠使電線的電流·斷開時間特性接近熔絲的電流·斷開時間特性，所以能夠以與熔絲相同的特性來斷開負載電路，能夠確定地保護負載電路中所使用的每個電線和半導體開關(guān)免于過熱。此外，不像現(xiàn)有技術(shù)那樣，由于不存在由于沖擊電流和負載的重復(fù)開關(guān)操作而引起熔絲劣化的擔心，所以不需要考慮關(guān)于容許溫度的余量，能夠使電線的直徑小。從而，由于能夠使電線小型化和輕量化，所以能夠改善燃料成本。根據(jù)第七發(fā)明，在開關(guān)裝置因過電流而斷開的情況下，由于直到電線溫度之后減小至周圍溫度為止，都保持開關(guān)單元的斷開狀態(tài)。從而，由于在尚未探明過電流的產(chǎn)生原因的狀態(tài)下，能夠防止開關(guān)單元再次被接通，所以能夠防止電線生熱。根據(jù)第八發(fā)明，適當?shù)剡x擇偽容許溫度和偽熱電阻(R*)，使得將電線的電流 斷開時間特性被設(shè)定在熔絲的最低的電流·斷開時間特性與熔絲的最高的電流·斷開時間特性之間。從而，能夠保護模擬熔絲的特性的負載電路。根據(jù)第九發(fā)明，將上述表達式(1)和(2)的熱電阻(R)改變?yōu)閭螣犭娮?0，并將電線的容許溫度改變?yōu)閭稳菰S溫度，從而得到偽發(fā)熱溫度計算表達式和偽放熱溫度計算表達式。由于這些表達式(1)和( 是通常使用的一般表達式，所以僅僅通過改變參數(shù)就能夠容易計算出推算溫度。根據(jù)第十發(fā)明，將偽熱電阻OO設(shè)定為小于實際熱電阻(R)，從而得到偽發(fā)熱溫度計算表達式和偽放熱溫度計算表達式。從而，能夠確定地使電線的電流·斷開時間特性接近熔絲的電流·斷開時間特性。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于負載電路的保護裝置的構(gòu)造的電路圖。圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于負載電路的保護裝置的開關(guān)電路的詳細構(gòu)造的框圖。圖3(a)涉及根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于負載電路的保護裝置，并且是示出了在電線的導體電阻改變并且20[A]的電流流動的情況下，電線溫度的特性的說明圖，而圖 3(b)是圖3(a)中所示的部分“A”的放大圖。圖4(a)涉及根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于負載電路的保護裝置，并且是示出了在電線的導體電阻改變并且50[A]的電流流動的情況下，電線溫度的特性的說明圖，而圖 4(b)是圖4(a)中所示的部分“B”的放大圖。圖5涉及根據(jù)本發(fā)明第一和第二實施例的用于負載電路的保護裝置，并且是示出了在電線的熱電阻改變并且20[A]的電流流動的情況下，電線溫度的特性的說明圖。圖6涉及根據(jù)本發(fā)明第一和第二實施例的用于負載電路的保護裝置，并且是示出了在電線的熱電阻改變并且50[A]的電流流動的情況下，電線溫度的特性的說明圖。圖7(a)涉及根據(jù)本發(fā)明第二實施例的用于負載電路的保護裝置，并且是示出了在電線的容許溫度改變并且20[A]的電流流動的情況下，電線溫度的特性的說明圖，而圖 7(b)是圖7(a)中所示的部分“C”的放大圖。圖8(a)涉及根據(jù)本發(fā)明第二實施例的用于負載電路的保護裝置，并且是示出了在電線的容許溫度改變并且50[A]的電流流動的情況下，電線溫度的特性的說明圖，而圖 8(b)是圖8(a)中所示的部分“D”的放大圖，并且圖8 (c)是圖8(a)中所示的部分‘ ”的放大圖。圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于負載電路的保護裝置的電流 斷開時間特性的說明圖。圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于負載電路的保護裝置的電流·斷開時間特性的說明圖。圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于負載電路的保護裝置的電流·斷開時間特性的說明圖。圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于負載電路的保護裝置的電流·斷開時間特性的說明圖。圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于負載電路的保護裝置的電流·斷開時間特性的說明圖。圖14是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的用于負載電路的保護裝置的電流·斷開時間特性的說明圖。圖15是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的用于負載電路的保護裝置的電流·斷開時間特性的說明圖。圖16是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的用于負載電路的保護裝置的電流·斷開時間特性的說明圖。圖17是示出了根據(jù)本發(fā)明第一和第二實施例的用于負載電路的保護裝置的溫度推算處理的流程圖。圖18(a)和(b)是示出了在根據(jù)本發(fā)明實施例的用于負載電路的保護裝置中，計算因發(fā)熱的電線溫度以及因放熱的電線溫度的步驟的說明圖，圖18(a)是示出了在電線溫度在恒定電流G0[A])時飽和而后電流被切斷并且放熱的情況下，電線溫度的變化的特性圖，而圖18(b)是示出了狀態(tài)變化的說明圖。圖19(a)和(b)是示出了在根據(jù)本發(fā)明實施例的用于負載電路的保護裝置中，計算因發(fā)熱的電線溫度以及因放熱的電線溫度的步驟的說明圖，圖19(a)是示出了在電線溫度達到飽和溫度T40max之前的過渡狀態(tài)中電線溫度以恒定電流上升，并且電流被切斷從而放熱的狀態(tài)下，電線溫度的變化的特性圖，而圖19(b)是示出了狀態(tài)變化的說明圖。圖20(a)和(b)是示出了在根據(jù)本發(fā)明實施例的用于負載電路的保護裝置中，計算因發(fā)熱的電線溫度以及因放熱的電線溫度的步驟的說明圖，圖20(a)是示出了電線溫度達到因第一電流(例如，30[A])的飽和溫度，并且進一步該電線溫度達到根據(jù)比所述第一電流大的第二電流(例如，40[A])的飽和溫度的狀態(tài)下，電線溫度的變化的特性圖，而圖 20(b)是示出了狀態(tài)變化的說明圖。圖21(a)和(b)是示出了在根據(jù)本發(fā)明實施例的用于負載電路的保護裝置中，計算因發(fā)熱的電線溫度以及因放熱的電線溫度的步驟的說明圖，圖21(a)是示出了在電線溫度因第一電流(例如，30[A])升高，然后在溫度達到根據(jù)第一電流的飽和溫度T30maX之前電流改變?yōu)榇笥谠摰谝浑娏鞯牡诙娏?例如，40[A])，并且溫度達到根據(jù)第二電流的飽和溫度T40maX的情況下，電線溫度的變化的特性圖，而圖21(b)是示出了狀態(tài)變化的說明圖。圖22(a)和(b)是示出了在根據(jù)本發(fā)明實施例的用于負載電路的保護裝置中，計算因發(fā)熱的電線溫度以及因放熱的電線溫度的步驟的說明圖，圖22(a)是示出了在電線溫度達到因第一電流(例如，40[A])的第一電流飽和溫度T40max，并且進一步電線溫度減小至根據(jù)小于第一電流的第二電流(例如，30[A])的飽和溫度T30max的情況下，電線溫度的變化的特性圖，而圖22(b)是示出了狀態(tài)變化的說明圖。圖23(a)和(b)是示出了在根據(jù)本發(fā)明實施例的用于負載電路的保護裝置中，計算因發(fā)熱的電線溫度以及因放熱的電線溫度的步驟的說明圖，圖23(a)是示出了在電線溫度根據(jù)第一電流(例如，40[A])上升并且溫度達到第一電流的飽和溫度T40max之前的Tx 時，第一電流改變?yōu)楸仍摰谝浑娏餍〉牡诙娏?例如，30 [A])，然后電線溫度減小并達到第二電流的飽和溫度T30maX的情況下，電線溫度的變化的特性圖，而圖23(b)是示出了狀態(tài)變化的說明圖。圖M是示出了現(xiàn)有技術(shù)的用于負載電路的保護裝置的構(gòu)造的電路圖。標號說明11 負載12ECU13J/B (接線盒)14 控制 IC15控制單元16開關(guān)電路161控制電路(溫度推算單元，過電流判定單元，切斷控制單元)
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162計時器163電流計(電流檢測單元)VB蓄電池Sl電子開關(guān)(開關(guān)單元)Trl半導體開關(guān)
具體實施例方式[第一實施例的說明]以下，將基于附圖來說明根據(jù)本發(fā)明的各實施例。圖1是示出了應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的保護裝置的負載電路的構(gòu)造的電路圖。負載電路是將蓄電池VB (電源)所輸出的電力供應(yīng)給例如安裝在車輛上的氣門和電機等的負載11從而控制各個負載11的驅(qū)動和停止的電路。負載電路包括ECU(汽車用的電子控制器)12和接線盒(J/B) 13。E⑶102設(shè)置有多個例如MOSFET等的半導體開關(guān)。每個半導體開關(guān)Trl的一個端子連接于負載11，而其另一個端子經(jīng)由電線Wl連接于J/B 13。E⑶12包括控制IC 14。 該控制IC 14控制每個半導體開關(guān)Trl的導通/關(guān)斷狀態(tài)，以從而控制負載11的驅(qū)動和停
止操作。J/B 13包括多個開關(guān)電路16 (圖中由“IPS”表示)，用于連接在電線Wl與蓄電池 VB之間。在控制單元15的控制下來操作該開關(guān)電路16。圖2是示出了開關(guān)電路16的詳細構(gòu)造的框圖。如圖2所示，開關(guān)電路16包括電子開關(guān)S 1(開關(guān)單元)，用于檢測流經(jīng)電線Wl的電流的電流計(電流檢測單元)163，用于對電流流過所經(jīng)過時間計時的計時器162，以及用于基于由計時器162所計的時間來控制電子開關(guān)Sl的導通/關(guān)斷狀態(tài)的控制電路161?？刂齐娐?61具有作為溫度計算單元、切斷控制單元和過電流判定單元的功能。在根據(jù)第一實施例的用于負載電路的保護裝置中，控制電路161通過利用下述的溫度計算方法來推算電線Wl的虛擬溫度(不是電線Wl的實際溫度而是由偽算術(shù)表達式 (pseudo arithmetic expression)所定義的電線的虛擬溫度)，并且當虛擬溫度到達預(yù)先設(shè)定的容許溫度(例如，150°C)時，該控制電路161關(guān)斷電子開關(guān)S 1從而斷開電線Wl的上游側(cè)。已知發(fā)熱時電線的溫度以及放熱時電線的溫度分別由下面的表達式(1)和(2)所表達。T2 = Tl+Il2rR{l-exp (-t/C · R)}----------(1)T2 = Tl+I22rR{exp(_t/C · R)}----------(2)在表達式(1)和O)中，Tl表示周圍溫度[°C]，T2表示電線的推算溫度[°C]，I1 表示導電電流[A]，r表示電線的導體電阻[Q]，R表示熱電阻[°C/W]，C表示熱容[J/°C]， 并且t表示時間[秒]。此外，12表示推算電流，當電線從發(fā)熱狀態(tài)改變?yōu)榉艧釥顟B(tài)時，在基于恰在改變前的電線溫度Ta和按改變后的檢測電流的飽和溫度Tb而得到了差異溫度 Tc ( = Ta-Tb)的情況下，所述推算電流起到將差異溫度Tc設(shè)定為飽和溫度的作用。下面將參考圖1至圖6進行詳細說明。
從而，通過將周圍溫度T 1、電流Il和時間t代入表達式(1)中，能夠得到電線Wl 在發(fā)熱時的推算溫度T2，并且通過將周圍溫度Tl、電流12和時間t代入表達式O)中，能夠得到電線Wl在放熱時的推算溫度T2。作為周圍溫度Tl，例如，可以采用代入基于電路所設(shè)置的環(huán)境的周圍溫度的方法或者放置溫度計(未示出)并代入由該溫度計檢測出的溫度的方法。以下，將對于第一實施例中采用的溫度計算方法進行說明。該溫度計算方通過利用偽導體電阻和偽熱電阻來計算所述推算溫度。[利用偽導體電阻的溫度計算]在上述表達式⑴和⑵中，當電線的導體電阻r改變?yōu)榇笥谄鋵嶋H值的值時，推算溫度T2達到飽和溫度所需的時間變短。將進行詳細說明。圖3是示出了在使用具有150°C的容許溫度的電線并且20 [A]的電流(小的過電流)連續(xù)流入樣本電線的情況下，電線溫度的變化的特性圖，其中(b)是(a)中所示的部分 “A”的放大圖。此外，圖3所示的曲線s21是在表達式(1)中所示的導體電阻r被設(shè)為樣本電線的實際導體電阻r = 32.7[mQ]的情況下的特性曲線，而曲線s22是在表達式(1)中所示的導體電阻r被設(shè)為偽導體電阻Z = 2. 5[πιΩ] ( BP,r* > r)的情況下的特性曲線。如曲線s21所示，當20[A]的電流流經(jīng)樣本電線時，電線溫度超過150°C并且在 174°C處飽和。相對地，如曲線s22所示，當導體電阻r改變?yōu)閭螌w電阻Z并且20 [A]的電流流經(jīng)樣本電線時，電線的溫度在1411°C處飽和。從圖3(b)可理解的是，當將導體電阻r設(shè)定為32.7[πιΩ]的實際值時，隨著大約 68 [秒]的時間經(jīng)過，溫度達到150°C的容許溫度。而且，當導體電阻r改變?yōu)閭螌w電阻 r*時，隨著大約0.75 [秒]的時間經(jīng)過，溫度達到150°C的容許溫度。因此，在20 [A]的電流連續(xù)流經(jīng)樣本電線的情況下，通過將導體電阻r改變?yōu)閭螌w電阻Z，溫度能夠在更早的時間點時達到150°C的容許溫度。圖4是示出了在50[A]的電流(大的過電流)連續(xù)流入樣本電線的情況下，電線溫度的變化的特性圖，其中(b)是(a)中所示的部分“B”的放大圖。此外，圖4所示的曲線 s23是在表達式(1)中所示的導體電阻r被設(shè)為樣本電線的實際導體電阻r = 32. 7[πιΩ] 的情況下的特性曲線，而曲線sM是在表達式(1)中所示的導體電阻r被設(shè)為樣本電線的偽導體電阻r* = 2. 5[πιΩ] ( BP, r* > r)的情況下的特性曲線。如曲線S23所示，當50[A]的電流流經(jīng)樣本電線時，電線溫度超過150°C并且在 955°C時飽和。相對地，如曲線W4所示，當導體電阻r改變?yōu)閭螌w電阻Z并且50 [A]的電流流經(jīng)樣本電線時，電線的溫度在71191°C時飽和。從圖4(b)可理解的是，當將導體電阻r設(shè)定為32.7[πιΩ]的實際值時，隨著大約 [5.5]秒的時間經(jīng)過，溫度達到150°C的容許溫度。而且，當導體電阻r改變?yōu)閭螌w電阻 r*時，隨著大約0.04[秒]的時間經(jīng)過，溫度達到150°C的容許溫度。因此，與前述20[A]的情況類似，在50[A]的電流連續(xù)流經(jīng)樣本電線的情況下，通過利用偽導體電阻ιΛ溫度能夠在更早的時間點時達到150°C的容許溫度。如上所述，通過將導體電阻r改變?yōu)閭螌w電阻Z，電線溫度達到飽和溫度所需的時間變短。此外，電線溫度達到容許溫度所需的時間也變短。[利用偽熱電阻的溫度計算方法]
在前述表達式⑴和⑵中，當電線的熱電阻R改變?yōu)樾∮谄鋵嶋H值的值時，電線的飽和溫度能夠減小。將進行詳細說明。圖5是示出了在20[A]的電流(小的過電流)連續(xù)流入樣本電線的情況下，電線溫度的變化的特性圖，其中曲線s25是在表達式(1)中所示的熱電阻R被設(shè)為樣本電線的實際熱電阻R = 7. 53 [°C/W]的情況下的特性曲線，而曲線^6是在表達式(1)中所示的熱電阻R被設(shè)為偽熱電阻R* = 3. 5[°C /W] ( S卩，R* < R)的情況下的特性曲線。如曲線S25所示，當20[A]的電流流經(jīng)樣本電線時，電線溫度超過150°C并且在 174°C時飽和。相對地，如曲線W6所示，當熱電阻R改變?yōu)閭螣犭娮鑂*并且20[A]的電流流經(jīng)樣本電線時，電線的溫度在94. 17°C時飽和而未達到150°C。從前述情況可理解的是，在20[Α]的電流連續(xù)流經(jīng)樣本電線的情況下，通過將熱電阻R改變?yōu)閭螣犭娮鑹?，能夠使電線的飽和溫度減小。圖6是示出了在50[A]的電流(大的過電流)連續(xù)流入樣本電線的情況下，電線溫度的變化的特性圖，其中曲線s27是在表達式(1)中所示的熱電阻R被設(shè)為樣本電線的實際熱電阻R = 7. 53 [°C/W]的情況下的特性曲線，而曲線^8是在表達式(1)中所示的熱電阻R被設(shè)為樣本電線的偽熱電阻壙=3. 5[°C /W] ( S卩，R* < R)的情況下的特性曲線。如曲線S27所示，當20[A]的電流流經(jīng)樣本電線時，電線溫度超過150°C并且在 955°C時飽和。相對地，如曲線。8所示，當熱電阻R改變?yōu)閭螣犭娮鑂*并且50[A]的電流流經(jīng)樣本電線時，電線的溫度在457 °C時飽和。從前述情況可理解的是，在50[A]的電流連續(xù)流經(jīng)樣本電線的情況下，與前述 20 [A]的情況類似，通過將熱電阻R改變?yōu)閭螣犭娮鑹?，能夠使電線的飽和溫度減小。當總結(jié)上述內(nèi)容時，通過將表達式(1)和O)中使用的導體電阻r改變?yōu)閭螌w電阻Z，能夠使電線溫度達到飽和溫度所需的時間縮短，從而能夠使達到容許溫度所需的時間縮短。此外，通過將熱電阻R改變?yōu)閭螣犭娮鑹浚軌蚴闺娋€的飽和溫度減小。在該實施例中，設(shè)定下面的表達式(Ia)和( )，其中表達式⑴和(2)中使用的導體電阻r和熱電阻R分別改變?yōu)閭螌w電阻r*和偽熱電阻R*。T2 = T1+I12 · (r*) · (R*) · {1-exp (~t/C · R)}----------(la)T2 = Τ1+Ι22 · (r*) · (R*) · {exp (~t/C · R)}-----------(2a)(r* = 2. 5[Ω], R* = 0. 3[°C /W])在表達式(la)和Oa)中，Tl表示周圍溫度[°C ]，T2表示電線的推算溫度[°C ]， Il表示導電電流[A]，r*表示電線的偽導體電阻[Q]，R表示偽熱電阻[°C/W]，C表示熱容 [J/°C]，并且t表示時間[秒]。此外，12表示推算電流。以下，將參考圖9至圖13所示的特性圖，對于設(shè)定前述表達式(Ia)和Qa)中使用的偽導體電阻r*和偽熱電阻R*的過程進行說明。在下述的第二實施例中使用的圖9至圖13以及圖14至圖16的每幅圖中，縱軸(時間軸)是對數(shù)標度。圖9所示的曲線si是示出了在將容許溫度設(shè)定為150°C時的電流 斷開時間特性圖。即，曲線si表示在表達式(1)的左側(cè)的T2固定為150°C時，該表達式(1)的右側(cè)的電流Il與經(jīng)過時間t[秒]之間的關(guān)系。從曲線si將可理解的是，該曲線表示，在電線的容許溫度(由于過熱而發(fā)煙時的溫度)是150°C的情況下，例如，雖然當20[A]的電流流動10 秒時電線溫度沒有達到150°C，但是當90[A]的電流流動10秒時電線溫度達到150°C。換
12句話說，只要利用曲線si內(nèi)側(cè)(圖中的左下側(cè))的電流來進行操作，電線溫度就不會達到 150°C的容許溫度。曲線s2和S3的每個都是示出了在容許溫度被設(shè)為150°C的電線的上游側(cè)上所設(shè)置的一般標準的熔絲的電流·斷開時間的特性曲線，其中曲線s2和曲線s3分別示出了最大值(MAX)和最小值(MIN)。S卩，當曲線s2與s3之間的區(qū)域中的電流流動時，該熔絲切斷電流來保護電路。從而，在電線溫度達到150°C的時間點之前，利用該熔絲能夠確定地切斷電路。結(jié)果，當圖1和圖2中所示的每個開關(guān)電路16都被構(gòu)造成具有曲線s2和曲線s3之間的電流·斷開時間特性時，能夠模擬一直以來所使用的熔絲的特性。曲線s4表示負載特性。由于曲線s4所表示的特性在比表示熔絲的電流 斷開時間特性的曲線s2和s3更內(nèi)側(cè)(左下側(cè))工作，所以在正常工作時，熔絲不會被流經(jīng)負載的電流斷開。圖10是示出了在改變具有150°C的容許溫度的電線的導體電阻r(例如， 32.7[πιΩ])時，電流 斷開時間特性的圖示，其中曲線s5表示將導體電阻改變?yōu)閭螌w電阻r*= 1[Ω]的情況，而曲線s5’表示將導體電阻改變?yōu)閭螌w電阻Z = 5[πιΩ]的情況。 從曲線s5和s5’可知，當使用大于實際導體電阻r的偽導體電阻Z時，電流 斷開時間特性曲線向圖10的左下側(cè)偏移，同時，當使用小于實際導體電阻r的偽導體電阻Z時，電流 斷開時間特性曲線向圖10的右上側(cè)偏移。從而，當關(guān)于圖9所示的曲線si (例如，導體電阻r = 32.7[πιΩ])將電阻設(shè)定為偽導體電阻Z = 2.5[Ω]時，得到圖11中由曲線s8所示的曲線。如圖11所示，在電流超過10[A]的區(qū)域中，曲線s8具有存在于曲線s2與曲線s3 之間的特性。然而，在電流小于等于10[A]的區(qū)域中，曲線s8相比于曲線s3大大地向左側(cè)偏移，并且還相比于負載特性曲線s4向左側(cè)偏移。這意味著在利用曲線s8所示的電流 斷開時間特性曲線的情況下，當正常電流流入負載時，負載電路被切斷。圖12是示出了在改變具有150°C的容許溫度的電線的熱電阻R(例如，7.53[°C / W])時，電線發(fā)煙特性的圖示，其中曲線s6表示將電阻改變?yōu)閭螣犭娮鑂* = 3.5[°C/W]的情況，而曲線s6’表示將電阻改變?yōu)閭螣犭娮鑂* = 80[°C/W]的情況。從曲線s6和s6’可知，當使用小于實際熱電阻R的偽熱電阻R*時，電流·斷開時間特性曲線的左端的值向圖 12的右側(cè)偏移，同時，當使用大于實際熱電阻R的偽熱電阻R*時，電流 斷開時間特性曲線的左端的值向到圖12的左側(cè)偏移。從而，在通過將偽導體電阻r*改變?yōu)?. 5[Ω]而得到的電流·斷開時間特性曲線 s8所表示的特性中，當偽熱電阻R*進一步改變?yōu)?. 3[°C /W](即，R* < R = 7. 53[°C /W]) 時，能夠得到如圖13中的特性曲線s7所示的特性曲線，其中特性曲線s8的最小電流向右側(cè)偏移。由于特性曲線s7具有特性曲線s2與特性曲線s3之間的特性，所以該特性曲線具有模擬熔絲的電流·斷開時間特性。針對上述情況，以下述方式來設(shè)定上述表達式(Ia)和Oa)將表達式(1)和O) 中使用的導體電阻r和熱電阻R分別改變?yōu)閭螌w電阻例如，Z = 2. 5[ Ω ])和偽熱電阻R*(例如，R* = 0.3[°C/W])，并利用這些表達式(Ia)和(2a)來推算電線溫度。然后，如果在電線的推算溫度達到容許溫度(例如，150°C)時斷開電子開關(guān)Sl (見圖2)，能夠得到與現(xiàn)有技術(shù)的熔絲幾乎相同的特性。當然，在這種情況下的推算溫度不是電線的實際溫度，而是由上述溫度計算方法所確定的偽溫度。下面，將針對關(guān)于根據(jù)表達式(1)在發(fā)熱時的電線溫度的計算步驟以及根據(jù)表達式(2)在放熱時的電線溫度的計算步驟的六種模式進行說明，即，圖18至圖23中所示的模式1至6。[模式1]圖18(a)是示出了在電線溫度在恒定電流G0[A])處飽和而后電流被切斷并且放熱的情況下，電線溫度的變化的特性圖。圖18(b)是示出了狀態(tài)變化的說明圖。當在初始溫度是TO的周圍溫度的狀態(tài)下(狀態(tài)P1)，40[A]的電流流入電線時，電線溫度從溫度TO 逐漸升高(狀態(tài)P2)，而后在時間點tx = tl時，溫度達到電流40 [A]的飽和溫度T40max。 艮口，當將TO代入表達式⑴右側(cè)的周圍溫度Tl，將40[A]代入電流II，并將tl代入時間t 時，因發(fā)熱的電線的推算溫度T2隨著圖18(a)所示的曲線升高，并且在時間點tl時達到飽和溫度jMOmax15而后，當電流斷開時，由于此時電線的溫度是T40max，所以反向計算出在電線溫度 T40max時飽和的電流12(狀態(tài)P3)。結(jié)果，求得電流12為40 [A]。然后，將周圍溫度代入表達式( 中所示的T 1，而且還將這樣算得的電流12和經(jīng)過時間代入該表達式，從而得到電線因放熱的推算溫度T2 (狀態(tài)P4)。換句話說，當在40[A]的電流流入電線并且電線溫度達到該40[A]電流的飽和溫度T40max之后，電流斷開時，將40[A]代入表達式(2)的右側(cè)所示的電流12，從而得到在放熱時的電線溫度。[模式2]圖19(a)是示出了在電線溫度達到飽和溫度T40max之前的過渡狀態(tài)中電線溫度以恒定電流(40[A])上升，并且電流被切斷從而放熱的狀態(tài)下，電線溫度的變化的特性圖。 圖19(b)是示出了狀態(tài)變化的說明圖。當在初始溫度是TO的周圍溫度的狀態(tài)下(狀態(tài) P11)，40[A]的電流流入電線時，電線溫度從溫度TO逐漸增加(狀態(tài)P12)。然后，在時間點tx時，40[A]電流的通電被斷開，即，當電流在電線溫度達到根據(jù)40[A]的電流通電的飽和溫度T40maX之前的過渡溫度時被斷開的情況下，得到了在此時因發(fā)熱的溫度Tx，并且反向計算出在作為飽和溫度的溫度Tx時飽和的電流12 (狀態(tài)Ρ13)。例如，當時間點tx時的電線溫度是在30 [A]的電流流動的情況下的飽和溫度T30max的時候，將30 [A]代入表達式 (2)右側(cè)的電流12，進一步將周圍溫度代入Tl，并將經(jīng)過時間t代入，從而得到電線因放熱的推算溫度T2(狀態(tài)P14)。S卩，當40 [Α]的電流流動，而后電流在電線溫度達到電流40 [Α]的飽和溫度T40max 之前斷開的時候，得到了在斷開電流時的溫度時飽和的電流，并且將得到的電流代入表達式O)的右側(cè)，從而得到在放熱時的電線溫度。[模式3]圖20(a)是示出了電線溫度因第一電流(例如，30[A])達到飽和溫度而進一步該電線溫度根據(jù)比所述第一電流大的第二電流(例如，40[A])達到飽和溫度的狀態(tài)下，電線溫度的變化的特性圖。圖20(b)是示出了狀態(tài)變化的說明圖。當在初始溫度是TO的周圍溫度的狀態(tài)下(狀態(tài)P21)，30[A]的電流流入電線的時候，電線溫度Tx從溫度TO逐漸升高 (狀態(tài)P22)，而后，溫度在時間點tl時達到飽和溫度T30maX (狀態(tài)P23)。
當在該狀態(tài)下將電流改變?yōu)?0[A]時，在假設(shè)40[A]的電流從開始就流動并且電線溫度達到T30max的情況下，關(guān)于經(jīng)過時間t3進行反向計算(狀態(tài)P24)。然后，將40[A] 代入表達式⑴右側(cè)的電流II，并將時間t3代入時間t，從而得到時間點t2時的推算溫度 T2(再次，狀態(tài)P22)。然后，當時間達到時間點t2時，電線溫度達到40 [A]的T40max (狀態(tài) P25)。換句話說，在30[A]的電流流動并且電線溫度達到30[A]的飽和溫度T30max之后，電流改變?yōu)?0[A]的情況下，在假設(shè)40[A]的電流從開始就流動時，關(guān)于經(jīng)過時間，即， 圖20(a)所示的時間t3進行反向計算，并將時間t3代入表達式(1)，從而得到電線溫度。圖21(a)是示出了在電線溫度因第一電流(例如，30[A])升高，然后在溫度達到根據(jù)第一電流的飽和溫度T30maX之前電流改變?yōu)榇笥诘谝浑娏鞯牡诙娏?例如，40[A])， 并且溫度達到根據(jù)第二電流的飽和溫度T40maX的情況下，電線溫度的變化的特性圖。圖 2Kb)是示出了狀態(tài)變化的說明圖。當在初始溫度是TO的周圍溫度的狀態(tài)下(狀態(tài)P31)， 30[A]的電流流入電線的時候，電線溫度Tx從溫度TO逐漸升高(狀態(tài)P32)。然后，當在電線溫度達到Tx的時間點tx時，電流改變?yōu)?0[A]的時候，在假設(shè)40[A]的電流從開始就流動并且電線溫度達到Tx(狀態(tài)P33)的情況下，關(guān)于經(jīng)過時間t3進行反向計算。然后， 將40[A]代入表達式(1)右側(cè)的電流II，并將時間t3代入時間t，從而得到時間點t2時的推算溫度T2(再次，狀態(tài)P32)。然后，當時間達到時間點t2時，電線溫度達到40[Α]的 iMOmax (狀態(tài) Ρ34)。換句話說，在30[Α]的電流流動并且電線溫度達到了在達到30[Α]的飽和溫度 T30max之前的溫度Tx之后，電流改變?yōu)?0[A]的情況下，在假設(shè)40[Α]的電流從開始就流動的情況下，關(guān)于經(jīng)過時間，即，圖21 (a)所示的時間t3進行運算，并將時間t3代入表達式 (1)，從而得到電線溫度。[模式5]圖22(a)是示出了在電線溫度達到因第一電流(例如，40[A])的第一電流飽和溫度T40max，并且進一步電線溫度根據(jù)小于第一電流的第二電流(例如，30[A])減小至飽和溫度T30maX的情況下，電線溫度的變化的特性圖.圖22(b)是示出了狀態(tài)變化的說明圖。 當在初始溫度是TO的周圍溫度的狀態(tài)下(狀態(tài)P41)，40[A]的電流流入電線的時候，電線溫度Tx從溫度TO逐漸升高(狀態(tài)P42)，而后，溫度在時間點tl時達到飽和溫度T40max (狀態(tài) P43)。當在該狀態(tài)下電流改變?yōu)?0 [A]時，得到40 [A]的飽和溫度T40max與30 [A]的飽和溫度T30max之間的差Δ t ( Δ t = T40max-T30max)，從而算出在該溫度Δ t時飽和的電流 12 (狀態(tài)P44)。結(jié)果，例如，如果12 = 7. 5 [A]，則將7. 5 [A]代入表達式(2)右側(cè)的12中， 從而得到因放熱的電線的推算溫度T2(狀態(tài)P45)。而后，當經(jīng)過了時間t2時，電線溫度達到在30 [A]的電流流動的情況下的飽和溫度T30max (狀態(tài)P46)。換句話說，在40[A]的電流流動接著電線溫度達到40[Α]的飽和溫度T40max之后，電流改變?yōu)?0[A]的情況下，得到各飽和溫度之間的差A(yù)t，然后計算出在該溫度差A(yù)t 時飽和的電流12，并將電流12代入表達式0)，從而得到電線溫度。圖23(a)是示出了在當電線溫度根據(jù)第一電流(例如，40[A])上升并在溫度達到了在達到第一電流的飽和溫度T40max之前的Tx時，第一電流改變?yōu)楸仍摰谝浑娏餍〉牡诙娏?例如，30[A])，然后電線溫度減小并達到第二電流的飽和溫度T30max的情況下，電線溫度的變化的特性圖。圖23(b)是示出了狀態(tài)變化的說明圖。當在初始溫度是TO的周圍溫度的狀態(tài)下(狀態(tài)P51)，40[A]的電流流入電線的時候，電線溫度Tx從溫度TO逐漸升高(狀態(tài)P52)。然后，當電流在電線溫度達到Tx的時間點tx時改變?yōu)?0[A]時，得到溫度Tx與30 [A]的電流流動時的飽和溫度T30max之間的差Δ t (Tx-T30max)，從而算出在該溫度At時飽和的電流12 (狀態(tài)P53)。結(jié)果，例如，如果12 = 5 [A]，則將5 [A]代入表達式 (2)右側(cè)的12中，從而得到因放熱的電線推算溫度T2(狀態(tài)P54)。而后，當經(jīng)過了時間t2 時，電線溫度達到在30 [A]的電流流動的情況下的飽和溫度T30max (狀態(tài)P55)。換句話說，在40[A]的電流流動，然后電線溫度達到了在達到40[A]的飽和溫度 T40max之前的溫度Tx的時間點時，電流改變?yōu)?0[A]的情況下，計算出在30[Α]的電流流動時的飽和溫度T30maX與溫度Tx之間的差Δ t。然后計算出在該溫度差Δ t時飽和的電流12，并將電流12代入表達式O)，從而得到電線溫度。[第一實施例的操作的說明]接下來，將參考圖17所示的流程圖對根據(jù)第一實施例的用于負載電路的保護裝置的處理操作進行說明。圖17所示的一系列處理以預(yù)定的采樣周期重復(fù)執(zhí)行。首先，圖2所示的開關(guān)電路16的控制電路161判斷電流計163是否檢測到電流 (步驟S11)。當沒有檢測到電流時(步驟Sll中的“否”)，處理進行到步驟S13。在步驟 S13中，進行根據(jù)表達式Oa)的發(fā)熱處理。當檢測到電流時(步驟Sll中的“是”)，控制電路161基于上述模式1至6，根據(jù)表達式(Ia)進行發(fā)熱處理，或根據(jù)表達式Oa)進行放熱處理(步驟S12，S13)。在步驟S14中，控制電流161基于在步驟S12或S13中得到的發(fā)熱溫度或放熱溫度，推算當前的電線溫度，并且將該推算溫度存儲在存儲器(未示出)等中。在步驟S15中，控制電路161判斷步驟S14的處理中所得到的推算溫度是否小于等于容許溫度。容許溫度是電線和電路構(gòu)成元件所能耐受的上限溫度，因而，例如將容許溫度設(shè)定為電線的發(fā)煙溫度(例如是150°C )或者小于等于發(fā)煙溫度的溫度。當控制電路161判斷電流推算溫度小于等于容許溫度時(步驟S15中的“是”)，處理返回到步驟S11。另一方面，當判斷電流推算溫度超過容許溫度時(步驟S15中的“否”)， 電子開關(guān)Sl (見圖2)被強制斷開(步驟S16)。在該狀態(tài)下，即使操作電子開關(guān)Sl的驅(qū)動開關(guān)(未示出)，電子開關(guān)Sl也不會接通。在步驟S17中，控制電路161基于上述表達式Qa)進行向周圍溫度的放熱處理。 艮口，由于電流因電子開關(guān)Sl的斷開而沒有流入電線，所以像步驟S14的處理那樣，向周圍溫度進行放熱處理。在步驟S18中，控制電路161判斷推算溫度是否達到了周圍溫度。當推算溫度還沒有達到周圍溫度時(步驟S18中的“否”)時，處理返回到步驟S17。另一方面，當推算溫度達到周圍溫度時(步驟S18中的“是”)，解除電子開關(guān)Sl的強制斷開狀態(tài)(步驟S19)。即，當推算溫度達到周圍溫度時，由于即使電流再次流入負載也不會有問題，所以解除了電子開關(guān)Si的強制斷開狀態(tài)。從而，當通過接通電子開關(guān)Sl使可以向負載11進行供電進而使半導體開關(guān)Trl接通時，電流能夠流入負載電路。而后，處理返回到步驟S11。 以這種方式，進行電線溫度的推算處理。
如上所述，在根據(jù)第一實施例的用于負載電路的保護裝置中，在表達式(1)所示的根據(jù)發(fā)熱的溫度計算表達式中以及在表達式( 所示的根據(jù)放熱的溫度計算表達式中使用的導體電阻r和熱電阻R分別被改變?yōu)閭螌w電阻r*和偽熱電阻R*。即，設(shè)定大于實際導體電阻r的偽導體電阻r*和小于實際熱電阻R的偽熱電阻R*，從而基于這樣設(shè)定的這些電阻而得到上述的表達式(Ia)和Ca)。利用這些表達式(Ia)和Qa)推算電線Wl的溫度。然后，當推算溫度達到電線的容許溫度(例如，150°C)時，電子開關(guān)Sl斷開，從而保護負載電路。從而，當電線Wl的實際溫度在過電流流入負載11之后達到容許溫度(例如，150°C)之前的時間點時，能夠確定地斷開電路，從而保護電線Wl以及設(shè)置在其下游側(cè)上的負載11。因此，不需要使用現(xiàn)有技術(shù)的熔絲。此外，不像現(xiàn)有技術(shù)那樣，由于不存在由于沖擊電流和負載的重復(fù)開關(guān)操作而引起熔絲劣化的擔心，所以不需要考慮關(guān)于容許溫度的余量，能夠使電線的直徑小。從而，由于能夠使電線小型化和輕量化，所以能夠改善燃料成本。此外，在現(xiàn)有技術(shù)的熔絲中設(shè)定例如5 [A]、7. 5 [A]、10 [A]、15 [A]、20 [A]的預(yù)定電流值。然而，在根據(jù)該實施例的用于負載電路的保護裝置中，能夠通過適當?shù)卦O(shè)定偽導體電阻r*和偽熱電阻If來設(shè)定任意的電流值(例如，6[A]、12.5[A]等)，這有助于電線的直徑減小。此外，由于采用溫度推算法，所以本實施例不僅能夠應(yīng)用于構(gòu)造成一個負載具有一個熔絲的負載電路，而且能夠應(yīng)用于連接了在下游側(cè)上分支的多個負載的系統(tǒng)以及應(yīng)用于在任意時刻使負載接通/斷開的負載電路。[第二實施例的說明]接下來，將針對第二實施例進行說明。上述第一實施例是對于將表達式(1)和表達式(2)所示的導體電阻r和熱電阻R分別改變?yōu)閭螌w電阻Z和偽熱電阻R*的實例進行說明。在第二實施例中，將表達式(1)和O)中所示的熱電阻R改變?yōu)閭螣犭娮鑹?，并將電線的容許溫度設(shè)定為低于實際容許溫度的偽容許溫度，從而得到模擬熔絲的溫度特性。以下，將說明在第二實施例中使用的溫度計算方法。[利用偽導體電阻的溫度計算]在上述表達式(1)和⑵中，當電線的容許溫度改變?yōu)榈陀趯嶋H值(例如，150°C ) 的值時，推算溫度T2達到飽和溫度所需的時間變短。將進行詳細說明。圖7是示出了在使用具有150°C的容許溫度的電線(以下稱為樣本電線)并且 20[A]的電流(小過電流)連續(xù)流入該樣本電線中的情況下，電線的溫度變化的特性圖，其中(b)是(a)中所示的部分“C”的放大圖。此外，圖7所示的曲線s29是示出了電線溫度相對于經(jīng)過時間的變化的特性圖。曲線s30是示出了 ^TC的電線溫度的線，而曲線s31是示出了 150°C的電線溫度的線。如圖7(b)所示，在25°C的周圍溫度的環(huán)境下，當20[A]的電流連續(xù)流入電線時， 電線溫度隨著0.33[秒]的經(jīng)過時間達到沈°〇。即，曲線s29與曲線s30交叉。此外，如圖7(a)所示，在25°C的周圍溫度的環(huán)境下，當20[A]的電流連續(xù)流入電線時，電線溫度隨著 68[秒]的經(jīng)過時間達到150°C。即，曲線^9與曲線s31交叉。從而，通過將電線的容許溫度改變?yōu)榈偷闹?，能夠使電線的推算溫度T2達到容許溫度所需的時間縮短。
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圖8是示出了在50[A]的電流(大的過電流)連續(xù)流入樣本電線的情況下，電線的溫度變化的特性圖，其中(b)是(a)中所示的部分“D”的放大圖，而(c)是(a)中所示的部分“E”的放大圖。此外，圖8所示的曲線s32是示出了電線溫度相對于經(jīng)過時間的變化的特性圖。曲線s33是示出了的電線溫度的線，而曲線s34是示出了 150°C的電線溫度的線。如圖8(c)所示，在25°C的周圍溫度的環(huán)境下，當50[A]的電流連續(xù)流入電線時， 電線溫度隨著0.028[秒]的經(jīng)過時間達到沈°〇。即，曲線s32與曲線s33交叉。此外，如圖8(b)所示，在25°C的周圍溫度的環(huán)境下，當50[A]的電流連續(xù)流入電線時，電線溫度隨著 5. 5 [秒]的經(jīng)過時間達到150°C。即，曲線s32與曲線s34交叉。從而，像上述20 [A]的情況那樣，通過將電線的容許溫度改變?yōu)榈偷闹?，能夠使電線的推算溫度T2達到容許溫度所需的時間縮短。[利用偽熱電阻R*的溫度計算]此外，如上面參考圖5和6所說明的，在使20 [A]、50 [A]的電流連續(xù)流入樣本電線的情況下，通過利用偽熱電阻R*能夠減小飽和溫度。綜上所述，通過將電線的容許溫度改變成被設(shè)為低于實際容許溫度(例如， 150°C )的偽容許溫度(例如，26°C )，能夠使電線的推算溫度T2達到容許溫度所需的時間縮短。此外，通過將上述表達式(1)和O)中使用的熱電阻R改變?yōu)閭螣犭娮鑹浚軌驕p小電線的飽和溫度。在該實施例中，將電線的容許溫度設(shè)定為低于實際容許溫度的偽容許溫度，并設(shè)定下面的表達式(Ib)和(2b)，其中將表達式(1)和(2)中使用的熱電阻R改變?yōu)閭螣犭娮鑂*。T2 = T1+I12 · r · (R*) · {l_exp(-t/C · R)}----------(lb)T2 = T1+I22 · r · (R*) · {exp (_t/C · R)}----------(2b)(電線的容許溫度=26°C,R*= 0.3[°C /W])當利用表達式(lb)和Ob)所得到電線的推算溫度達到偽容許溫度時，電子開關(guān) Sl斷開，從而保護電路。以下，將針對設(shè)定表達式(Ib)和Qb)的步驟進行說明。圖14中所示的曲線si是示出了在將容許溫度設(shè)定為150°C時的電流·斷開時間特性的特性圖。即，曲線si表示當使表達式(1)的左側(cè)的T2固定于150°C時，該表達式(1) 右側(cè)的電流Il與經(jīng)過時間t[秒]之間的關(guān)系。此外，曲線sll是示出了在將容許溫度設(shè)定為偽容許溫度(50°C )時的電流 斷開時間特性的特性圖，而曲線sir是示出了在將容許溫度設(shè)定為偽容許溫度(500°C)時的電流·斷開時間特性的特性圖。從各個曲線si、sll和sll’可知，當將偽容許溫度改變?yōu)榈陀趯嶋H容許溫度的值時，各條曲線向左下側(cè)偏移，同時，當偽容許溫度改變?yōu)楦哂趯嶋H容許溫度的值時，各條曲線向右上側(cè)偏移。當相對于圖9所示的曲線si (容許溫度150°C)將偽容許溫度設(shè)定為^TC時，得到圖15所示的曲線sl2。如圖15所示，在電流超過10[A]的區(qū)域中，曲線sl2具有存在于曲線s2與曲線 s3之間的特性。然而，在電流小于等于10[A]的區(qū)域中，該曲線相比于曲線s3大大地向左側(cè)偏移，并且進一步地相比于負載特性曲線s4向左側(cè)偏移。這意味著當正常電流流入負載時，負載電路被切斷。此外，如圖12所示，當使用小于實際熱電阻R的偽熱電阻R*時，電流·斷開時間特性曲線左端的值向圖12的右側(cè)偏移，同時，當使用大于實際熱電阻R的偽熱電阻If時， 電流·斷開時間特性曲線左端的值向圖12的左側(cè)偏移。從而，當將偽容許溫度設(shè)定為^TC并將為熱電阻R*設(shè)定為0. 3[°C /W](即，R* < R =7. 53[°C /W])時，能夠得到如圖16的特性曲線sl3所示的特性曲線，其中特性曲線sl2 的最小電流向右側(cè)偏移。由于特性曲線sl3具有特性曲線s2與特性曲線s3之間的特性， 所以該特性曲線具有模擬熔絲的電流·斷開時間特性。針對上述情況，將電線的容許溫度從150°C的實際容許溫度改變?yōu)閊rc的偽容許溫度，以將表達式⑴和⑵中使用的熱電阻R改變?yōu)閭螣犭娮鑹?例如，R* = 0.3[°c/W]) 的方式來設(shè)定表達式(Ib)和(2b)，并利用這些表達式(Ib)和Qb)來推算電線的溫度。然后，如果在電線的推算溫度達到偽容許溫度(^rc)時斷開電子開關(guān)Si(見圖2)，則能夠得到與現(xiàn)有技術(shù)的熔絲特性幾乎相同的特性。當然，在這種情況下的推算溫度不是電線的實際溫度，而是由上述溫度計算方法所確定的偽溫度。[第二實施例的操作說明]僅除了圖17所示的流程圖中所描述的表達式(Ia)和Qa)被分別改變?yōu)楸磉_式 (Ib)和Ob)之外，根據(jù)第二實施例的溫度推算處理的步驟與圖17中所示的步驟相同，因而將省略其說明。以這種方式，在根據(jù)第二實施例的用于負載電路的保護裝置中，將電線的容許溫度改變?yōu)閊rc,并將表達式α)所示的根據(jù)發(fā)熱的溫度計算表達式以及表達式( 所示的根據(jù)放熱的溫度計算表達式的每個表達式中所使用的熱電阻R改變?yōu)閭螣犭娮鑂*，從而得到表達式(Ib)和(2b)。然后，通過利用這些表達式(Ib)和Qb)來推算電線Wl的溫度。當推算溫度達到偽容許溫度(例如，26°C)時，斷開電子開關(guān)S 1，從而保護負載電路。從而，在過電流流經(jīng)負載11之后，電線Wl的溫度達到實際容許溫度(例如，150°C )之前的時間點時，能夠確定地斷開電路，從而保護電線Wl以及設(shè)置在電線下游側(cè)上的負載11。從而，不需要使用現(xiàn)有技術(shù)的熔絲。此外，不像現(xiàn)有技術(shù)那樣，由于不存在由于沖擊電流和負載的重復(fù)開關(guān)操作而引起熔絲劣化的擔心，所以不需要考慮關(guān)于容許溫度的余量，能夠使電線的直徑小。從而，由于能夠使電線小型化和輕量化，所以能夠改善燃料成本。此外，在現(xiàn)有技術(shù)的熔絲中設(shè)定例如5 [A]、7. 5 [A]、10 [A]、15 [A]、20 [A]的預(yù)定電流值。然而，在根據(jù)該實施例的用于負載電路的保護裝置中，能夠通過適當?shù)卦O(shè)定偽導體電阻r*和偽熱電阻If來設(shè)定任意的電流值(例如，6[A]、12.5[A]等)，這有助于電線的直徑減小。此外，由于采用了溫度推算法，所以本實施例不僅能夠應(yīng)用于構(gòu)造成一個負載具有一個熔絲的負載電路，而且能夠應(yīng)用于連接了在下游側(cè)上分支的多個負載的系統(tǒng)以及應(yīng)用于在任意時刻使負載接通/斷開的負載電路。如上所述，盡管基于附圖中所示的實施例說明了根據(jù)本發(fā)明的用于負載電路的保護裝置，但是本發(fā)明不限于此，并且其各個組成部件的每一個都能夠用具有同樣功能任意組成部件來替代。例如，盡管對于將負載安裝在車輛上的情況作為實例說明了這些實施例， 但是本發(fā)明不限于此，并且本發(fā)明能夠應(yīng)用于其他負載電路。盡管已經(jīng)參考特定的實施例詳細說明了本發(fā)明，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，在不脫離該發(fā)明的精神和范圍的情況下，能夠進行各種改變和修改。本申請基于2009年6月4日提交的日本專利申請(日本專利申請 No. 2009-134793)，其內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。工業(yè)實用性針對在不使用熔絲的情況下保護負載電路中所使用的電線和半導體開關(guān)的觀點， 本發(fā)明是十分有用的。
權(quán)利要求
1.一種用于負載電路的保護裝置，其中，在經(jīng)由電線而連接了電源、半導體開關(guān)和負載的負載電路中，檢測流入電線的電流，從而基于檢測出的電流來斷開半導體開關(guān)，該用于負載電路的保護裝置包括開關(guān)單元，該開關(guān)單元設(shè)置在所述電源與所述負載之間；電流檢測單元，該電流檢測單元檢測流入所述電線的電流；溫度計算單元，該溫度計算單元具有偽發(fā)熱溫度計算表達式和偽放熱溫度計算表達式，其中，將用于計算電線的發(fā)熱量和放熱量的計算表達式中所使用的導體電阻(r)改變?yōu)閭螌w電阻00，該偽導體電阻(Z)被設(shè)定為模擬能夠用于保護負載電路中所使用的電線的熔絲的電流 斷開時間特性的值，并且其中，將計算表達式中所使用的熱電阻(R)改變?yōu)閭螣犭娮?0，該偽熱電阻(R)被設(shè)定為模擬所述熔絲的電流·斷開時間特性的值；所述溫度計算單元通過利用所述偽發(fā)熱溫度計算表達式、偽放熱溫度計算表達式以及由所述電流檢測單元檢測出的電流來推算電線溫度；過電流判定單元，當由所述溫度計算單元算出的推算溫度達到容許溫度時，該過電流判定單元判定是過電流；以及斷開控制單元，當所述過電流判定單元判定是過電流時，該斷開控制單元斷開所述開關(guān)單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于負載電路的保護裝置，其中，當在斷開所述開關(guān)單元之后，由所述溫度計算單元推算的電線溫度減小至周圍溫度時，所述斷開控制單元將所述開關(guān)單元置于可連接的狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于負載電路的保護裝置，其中，設(shè)定所述偽導體電阻 (r*)和所述偽熱電阻00，使得基于所述偽發(fā)熱溫度計算表達式和所述偽放熱溫度計算表達式的電流·斷開時間特性存在于熔絲的最低的電流·斷開時間特性與熔絲的最高的電流·斷開時間特性之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項所述的用于負載電路的保護裝置，其中，用于計算電線的發(fā)熱量的計算表達式由如下的表達式(1)表示，并且用于計算電線的放熱量的計算表達式由如下的表達式( 表示，其中T2 = Tl+Il2rR{l-exp(-t/C · R)}----------(1)T2 = Tl+I22rR {exp (_t/C · R)}----------O)，并且其中，T 1表示周圍溫度[°C ]，T2表示電線的推算溫度[°C ]，Il和12分別表示導電電流[A]，r表示電線的導體電阻[Ω]，R表示熱電阻[°C/W]，C表示熱容[J/°C]，并且t表示時間[秒]。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任意一項所述的用于負載電路的保護裝置，其中，所述偽導體電阻大于所述電線的導體電阻(r)，并且所述偽熱電阻OO小于所述電線的熱電阻 (R)。
6.一種用于負載電路的保護裝置，其中，在經(jīng)由電線而連接了電源、半導體開關(guān)和負載的負載電路中，檢測流入電線的電流，從而基于檢測出的電流來斷開半導體開關(guān)，該用于負載電路的保護裝置包括開關(guān)單元，該開關(guān)單元設(shè)置在所述電源與所述負載之間；電流檢測單元，該電流檢測單元檢測流入所述電線的電流；溫度計算單元，該溫度計算單元具有偽發(fā)熱溫度計算表達式和偽放熱溫度計算表達式，其中，將電線的容許溫度設(shè)定為低于實際容許溫度的偽容許溫度，并且其中，將用于計算電線的發(fā)熱量和放熱量的計算表達式中所使用的熱電阻(R)改變?yōu)閭螌w電阻00，該偽熱電阻OO被設(shè)定為模擬能夠用于保護負載電路中所使用的電線的熔絲的電流·斷開時間特性的值；所述溫度計算單元通過利用所述偽發(fā)熱溫度計算表達式、偽放熱溫度計算表達式以及由所述電流檢測單元檢測出的電流來推算電線溫度；過電流判定單元，當由所述溫度計算單元算出的推算溫度達到偽容許溫度時，該過電流判定單元判定是過電流；以及斷開控制單元，當所述過電流判定單元判定是過電流時，該斷開控制單元斷開所述開關(guān)單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于負載電路的保護裝置，其中，當在斷開所述開關(guān)單元之后，由所述溫度計算單元推算的電線溫度減小至周圍溫度時，所述斷開控制單元將所述開關(guān)單元置于可連接的狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的用于負載電路的保護裝置，其中，設(shè)定所述偽容許溫度和所述偽熱電阻OO，使得基于所述偽發(fā)熱溫度計算表達式和所述偽放熱溫度計算表達式的電流·斷開時間特性存在于熔絲的最低的電流·斷開時間特性與熔絲的最高的電流·斷開時間特性之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8的任意一項所述的用于負載電路的保護裝置，其中，用于計算電線的發(fā)熱量的計算表達式由如下的表達式(1)表示，并且用于計算電線的放熱量的計算表達式 由如下的表達式( 表示，其中T2 = Tl+Il2rR{l-exp(-t/C · R)}----------(1)T2 = Tl+I22rR {exp (_t/C · R)}----------O)，并且其中，T 1表示周圍溫度[°C ]，T2表示電線的推算溫度[°C ]，Il和12分別表示導電電流[A]，r表示電線的導體電阻[Ω]，R表示熱電阻[°C/W]，C表示熱容[J/°C]，并且t表示時間[秒]。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9的任意一項所述的用于負載電路的保護裝置，其中，所述偽熱電阻(m小于所述電線的熱電阻㈨。
全文摘要
提供一種用于負載電路的保護裝置，通過利用模擬熔絲的電流和斷開時間特性的開關(guān)電路，使得電線和半導體開關(guān)更加小型化。通過將發(fā)熱溫度計算式和放熱溫度計算式中使用的導體電阻(r)和熱電阻(R)改變?yōu)閭螌w電阻(r*)和偽熱電阻(R*)，計算發(fā)熱量的放熱量，并且推算當前電線溫度。當該推算溫度達到容許溫度時，電子開關(guān)(S1)斷開以保護負載電路。結(jié)果，能夠保護在負載電路中使用的電線和半導體開關(guān)都免于過熱。
文檔編號B60R16/02GK102460881SQ201080024770
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者上田圭祐, 中村吉秀, 丸山晃則 申請人:矢崎總業(yè)株式會社