電路和用于操作這種電路的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001 ] 本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于電子開(kāi)關(guān)的電流優(yōu)化的控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]第一實(shí)施例涉及一種電路，特別是電源開(kāi)關(guān)，包括:
-具有絕緣柵的第一電子開(kāi)關(guān)；
-具有絕緣柵的第二電子開(kāi)關(guān)；
-測(cè)量設(shè)備，用于確定在第一電子開(kāi)關(guān)的絕緣柵處和在第二電子開(kāi)關(guān)的絕緣柵處的電荷；
-能量供應(yīng)，用于基于由測(cè)量設(shè)備確定的電荷而向第一電子開(kāi)關(guān)的絕緣柵并向第二電子開(kāi)關(guān)的絕緣棚提供電荷；
-邏輯單元，用于或者激活第一電子開(kāi)關(guān)、或者激活電子開(kāi)關(guān)中的兩個(gè)或者不激活電子開(kāi)關(guān)中的任何一個(gè)。
[0003]第二實(shí)施例涉及一種包括如本文所述的至少一個(gè)電路的車(chē)輛。
[0004]第三實(shí)施例涉及一種方法，用于控制具有絕緣柵的第一電子開(kāi)關(guān)和具有絕緣柵的第二電子開(kāi)關(guān)，包括步驟:
-確定在第一電子開(kāi)關(guān)的絕緣柵處和在第二電子開(kāi)關(guān)的絕緣柵處的電荷；
-基于確定的電荷，向第一電子開(kāi)關(guān)的絕緣柵和第二電子開(kāi)關(guān)的絕緣柵提供電荷；
-或者激活第一電子開(kāi)關(guān)，或者激活電子開(kāi)關(guān)中的兩個(gè)，或者不激活電子開(kāi)關(guān)中的任何一個(gè)。
[0005]第四實(shí)施例涉及一種電子開(kāi)關(guān)電路，包括:
-用于確定在第一電子開(kāi)關(guān)的絕緣柵處和在第二電子開(kāi)關(guān)的絕緣柵處的電荷的裝置；
-用于基于確定的電荷而向第一電子開(kāi)關(guān)的絕緣柵和第二電子開(kāi)關(guān)的絕緣柵提供電荷的裝置；
-用于或者激活第一電子開(kāi)關(guān)、或者激活電子開(kāi)關(guān)中的兩個(gè)、或者不激活電子開(kāi)關(guān)中的任何一個(gè)的裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0006]參考附圖示出和圖示實(shí)施例。附圖起圖示基本原理的作用，使得僅僅圖示用于理解基本原理所必需的方面。附圖不是按比例的。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的特征。
[0007]圖1示出包括OFF狀態(tài)、第一 IDLE狀態(tài)、第一 ON狀態(tài)、第二 IDLE狀態(tài)和第二 ON狀態(tài)的電源開(kāi)關(guān)的狀態(tài)圖；
圖2示出基于圖1所示狀態(tài)圖的用于電源開(kāi)關(guān)的替代狀態(tài)圖；
圖3示出基于圖1所示狀態(tài)圖的用于電源開(kāi)關(guān)的另一個(gè)狀態(tài)圖； 圖4示出電源開(kāi)關(guān)的各種狀態(tài)的匯總表；
圖5示出電源開(kāi)關(guān)的示意性框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]本文所呈現(xiàn)的示例指的是可用來(lái)替換設(shè)備中的無(wú)源保險(xiǎn)絲或繼電器的電源開(kāi)關(guān)，例如在汽車(chē)領(lǐng)域中，特別是在諸如轎車(chē)的車(chē)輛中。在下文中，術(shù)語(yǔ)電子開(kāi)關(guān)可用于在各種使用情況場(chǎng)景中的任何種類(lèi)的電子開(kāi)關(guān)功能性。電子開(kāi)關(guān)可包括下列中的至少一個(gè):晶體管、PMOS、NMOS、FET、JFET、IGBT等。電子開(kāi)關(guān)可具有可起控制輸入作用的絕緣柵。本文所述的設(shè)備可以是能夠受低功率或待命模式支配的任何設(shè)備。該設(shè)備特別可以是轎車(chē)、轎車(chē)的控制單元。下文中指代的轎車(chē)或車(chē)輛是用于這種設(shè)備的示例。然而，呈現(xiàn)的解決方案不限定于這種設(shè)備。
[0009]該解決方案可用在高電流開(kāi)關(guān)場(chǎng)景中。該解決方案可在單個(gè)芯片(例如半導(dǎo)體的片)上實(shí)現(xiàn)，或者它可分布在例如芯片的各種部件之間。
[0010]該解決方案可能是指電源開(kāi)關(guān)的四個(gè)或五個(gè)狀態(tài)，包括:
-OFF狀態(tài)；
-第一 IDLE狀態(tài)；
-第一 ON狀態(tài)；
-第二 ON狀態(tài)；以及 -可選:第二 IDLE狀態(tài)。
[0011]第一 ON狀態(tài)可對(duì)應(yīng)于支持高電流(例如30A)的高功率打開(kāi)狀態(tài)。第一 ON狀態(tài)可在這方面對(duì)應(yīng)于繼電器的打開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)在汽車(chē)環(huán)境中使用時(shí)，可使用電源開(kāi)關(guān)的第一 ON狀態(tài)，例如當(dāng)車(chē)輛正在行駛時(shí)。
[0012]第一 IDLE狀態(tài)可支持高電流，但在該狀態(tài)中，電源開(kāi)關(guān)本身只消耗少量的功率，例如在低于100 μ A的范圍內(nèi)。這可適用-關(guān)于汽車(chē)場(chǎng)景-于正處于停放狀態(tài)的車(chē)輛。
[0013]可提供電流感測(cè)功能性，其允許在感測(cè)的電流滿足預(yù)定條件的情況下到另一個(gè)狀態(tài)的自主或控制(例如由微控制器、處理器)的轉(zhuǎn)換，例如在達(dá)到或超過(guò)預(yù)定閾值的情況下。在這種情況下，通過(guò)提供斷開(kāi)功能性，即通過(guò)進(jìn)入OFF狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)。
[0014]可檢測(cè)過(guò)電流，例如在(第一或第二)IDLE狀態(tài)中，并且它可自主地導(dǎo)致到OFF狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，從而提供保險(xiǎn)絲的功能性。
[0015]可控制過(guò)電流的水平以觸發(fā)進(jìn)入OFF狀態(tài)。這適用于從ON狀態(tài)和/或IDLE狀態(tài)的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換，并且它允許根據(jù)負(fù)載(例如導(dǎo)線)調(diào)節(jié)安全功能性。
[0016]高電流的電流檢感測(cè)可在第一 IDLE狀態(tài)中實(shí)現(xiàn)，而低電流的電流感測(cè)可在第二IDLE狀態(tài)中實(shí)現(xiàn)。例如，在第二 IDLE狀態(tài)中，當(dāng)通常應(yīng)當(dāng)根本沒(méi)有電流存在時(shí)，可感測(cè)高達(dá)1mA的電流。根據(jù)另一個(gè)示例，在第二 IDLE狀態(tài)中，可感測(cè)高達(dá)150A的電流。通過(guò)使用第一 IDLE狀態(tài)或第二 IDLE狀態(tài)中的任一個(gè)，電源開(kāi)關(guān)可因此提供用于切換待感測(cè)的電流的范圍的解決方案。
[0017]用于電流檢測(cè)的范圍之間的切換可通過(guò)在兩個(gè)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻之間切換來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述兩個(gè)開(kāi)關(guān)被彼此平行地布置，其中開(kāi)關(guān)中的一個(gè)具有低電阻，而另一個(gè)具有高電阻。優(yōu)選地，兩個(gè)開(kāi)關(guān)具有可與用于分流電流檢測(cè)的不同分流電阻器相比的不同的感測(cè)電流比。
[0018]電源開(kāi)關(guān)允許提供高電流承載能力而沒(méi)有中斷，即使在激活低電流感測(cè)范圍的情況下。該特征可通過(guò)自主地改變電源開(kāi)關(guān)的狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即如果需要的話進(jìn)入高電流感測(cè)范圍，從而避免電路上的任何損壞，特別是電源開(kāi)關(guān)的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，并且同時(shí)供應(yīng)電流(改變)而沒(méi)有用于連接到電源開(kāi)關(guān)的負(fù)載的任何中斷。
[0019]可經(jīng)由控制端子控制電源開(kāi)關(guān)的不同狀態(tài)，控制端子可由微控制器驅(qū)動(dòng)。
[0020]在故障的情況下和/或通過(guò)超過(guò)預(yù)定閾值，電源開(kāi)關(guān)可安全地進(jìn)入預(yù)定義的狀態(tài):例如，在檢測(cè)過(guò)電流的情況下，或在檢測(cè)超過(guò)預(yù)定限度的溫度的情況下，電源開(kāi)關(guān)可進(jìn)入其OFF狀態(tài)。作為另一個(gè)示例，在電流超過(guò)(另一個(gè))預(yù)定義的閾值的情況下，可自主地選擇不同的電流感測(cè)范圍。
[0021]作為選項(xiàng)，在電源開(kāi)關(guān)已經(jīng)進(jìn)行自主狀態(tài)改變的情況下，可設(shè)置故障旗標(biāo)。
[0022]進(jìn)一步的選項(xiàng)是:在預(yù)定義的量的電壓降和/或超過(guò)預(yù)定義的量之后，電源開(kāi)關(guān)仍然處于它在電壓降之前的狀態(tài)。這可適用于ON狀態(tài)、第一 IDLE狀態(tài)、第二 IDLE狀態(tài)和OFF狀態(tài)。
[0023]本文所述的示例可用于但不限于汽車(chē)場(chǎng)景中。例如，車(chē)輛通過(guò)各種狀態(tài)(例如駕駛、停放、等待)，并且甚至可能具有待命狀態(tài)的幾個(gè)階段。這些狀態(tài)可能需要不同的電流承載能力以及不同的電流感測(cè)范圍。應(yīng)用的電源開(kāi)關(guān)可能必須應(yīng)對(duì)這些要求，并且在有效時(shí)還可僅僅消耗很少的功率(取決于車(chē)輛所處的狀態(tài))。電源開(kāi)關(guān)的操作可無(wú)縫地工作而沒(méi)有中斷，并為車(chē)輛提供安全功能性。
[0024]可在單個(gè)半導(dǎo)體芯片中實(shí)現(xiàn)呈現(xiàn)的解決方案。在示例中，在一個(gè)芯片中實(shí)現(xiàn)具有各種狀態(tài)的電源開(kāi)關(guān)。特別地，可在單個(gè)芯片中實(shí)現(xiàn)幾個(gè)這樣的電源開(kāi)關(guān)。作為選項(xiàng)，可在相同的芯片上實(shí)現(xiàn)其它電路。也可在半導(dǎo)體芯片上部署控制電源開(kāi)關(guān)的邏輯單元，特別是電源開(kāi)關(guān)的狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換。也可單獨(dú)提供邏輯單元。一種選項(xiàng)是邏輯單元控制不止一個(gè)電源開(kāi)關(guān)。
[0025]電源開(kāi)關(guān)可覆蓋從例如1mA至30A的范圍中的電流。作為選項(xiàng)，可平行布置幾個(gè)電源開(kāi)關(guān)以覆蓋聞?dòng)?0A的電流范圍。
[0026]示例性的使用情況場(chǎng)景可以是車(chē)輛的電氣系統(tǒng)中的電源開(kāi)關(guān)。電源開(kāi)關(guān)提供安全以及監(jiān)視功能性。電源開(kāi)關(guān)可用于高電流負(fù)載以及低電流負(fù)載，并且它可支持車(chē)輛的各種狀態(tài)。
[0027]電源開(kāi)關(guān)可由處理器或微控制器控制，例如經(jīng)由端子。這允許在各種場(chǎng)景中的電源開(kāi)關(guān)的靈活和單獨(dú)的應(yīng)用。特別可行的是:保護(hù)到車(chē)輛的電氣系統(tǒng)中的負(fù)載的電流路徑，甚至用于處于不同狀態(tài)(例如駕駛、待命、停放等)的車(chē)輛。
[0028]可監(jiān)視電源開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，并基于預(yù)定義的條件觸發(fā)到另一個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。這允許保護(hù)車(chē)輛以及電源開(kāi)關(guān)。
[0029]作為選擇，可提供反饋機(jī)制以檢測(cè)例如不是外部而是內(nèi)部觸發(fā)的電源開(kāi)關(guān)的狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。這樣，例如可標(biāo)記到驅(qū)動(dòng)電源開(kāi)關(guān)的微控制器的自主狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
[0030]電源開(kāi)關(guān)可特別供應(yīng)例如達(dá)3.2V的冷啟動(dòng)魯棒性。
[0031]圖1示出電源開(kāi)關(guān)的狀態(tài)圖，電源開(kāi)關(guān)包括:
-OFF 狀態(tài) 101 ；
-第一 IDLE 狀態(tài) 102 ； -第一 ON狀態(tài)103 ；
-第二 ON狀態(tài)105 ;以及 -可選:第二 IDLE狀態(tài)104。
[0032]在下文中，可更詳細(xì)地解釋電源開(kāi)關(guān)的狀態(tài):
(I)OFF 狀態(tài) 101:
OFF狀態(tài)101可具有兩個(gè)內(nèi)部狀態(tài):具有鎖存器被設(shè)置的故障OFF狀態(tài)以及正常OFF狀態(tài)。在電源開(kāi)關(guān)基于內(nèi)部安全特征達(dá)到OFF狀態(tài)101的情況下，故障OFF狀態(tài)經(jīng)由鎖存器(其可被實(shí)現(xiàn)為可被設(shè)置或重新設(shè)置的旗標(biāo))指示:已通過(guò)內(nèi)部機(jī)制而不是通過(guò)外部控制達(dá)到OFF狀態(tài)101。正常OFF狀態(tài)指示整個(gè)開(kāi)關(guān)(例如，如果被實(shí)現(xiàn)為單個(gè)芯片的話是芯片)已被去激活(例如由于外部控制信號(hào))。在OFF狀態(tài)101中，開(kāi)關(guān)消耗非常少的功率。
[0033](2 )第一 ON 狀態(tài) 103:
在第一 ON狀態(tài)103中，可激活低的漏源電阻，電源開(kāi)關(guān)可具有低的DMOS電阻、正常功率消耗，并提供充分的安全功能性。這種安全功能性可包括:
-過(guò)電流保護(hù)；
-過(guò)熱(over