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

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]第一實施例涉及一種電路，特別是電源開關(guān)，包括:
-具有絕緣柵的第一電子開關(guān)；
-具有絕緣柵的第二電子開關(guān)；
-測量設(shè)備，用于確定在第一電子開關(guān)的絕緣柵處和在第二電子開關(guān)的絕緣柵處的電荷；
-能量供應(yīng)，用于基于由測量設(shè)備確定的電荷而向第一電子開關(guān)的絕緣柵并向第二電子開關(guān)的絕緣棚提供電荷；
-邏輯單元，用于或者激活第一電子開關(guān)、或者激活電子開關(guān)中的兩個或者不激活電子開關(guān)中的任何一個。
[0003]第二實施例涉及一種包括如本文所述的至少一個電路的車輛。
[0004]第三實施例涉及一種方法，用于控制具有絕緣柵的第一電子開關(guān)和具有絕緣柵的第二電子開關(guān)，包括步驟:
-確定在第一電子開關(guān)的絕緣柵處和在第二電子開關(guān)的絕緣柵處的電荷；
-基于確定的電荷，向第一電子開關(guān)的絕緣柵和第二電子開關(guān)的絕緣柵提供電荷；
-或者激活第一電子開關(guān)，或者激活電子開關(guān)中的兩個，或者不激活電子開關(guān)中的任何一個。
[0005]第四實施例涉及一種電子開關(guān)電路，包括:
-用于確定在第一電子開關(guān)的絕緣柵處和在第二電子開關(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關(guān)的絕緣柵和第二電子開關(guān)的絕緣柵提供電荷的裝置；
-用于或者激活第一電子開關(guān)、或者激活電子開關(guān)中的兩個、或者不激活電子開關(guān)中的任何一個的裝置。
【附圖說明】
[0006]參考附圖示出和圖示實施例。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)圖的用于電源開關(guān)的另一個狀態(tài)圖； 圖4示出電源開關(guān)的各種狀態(tài)的匯總表；
圖5示出電源開關(guān)的示意性框圖。
【具體實施方式】
[0008]本文所呈現(xiàn)的示例指的是可用來替換設(shè)備中的無源保險絲或繼電器的電源開關(guān)，例如在汽車領(lǐng)域中，特別是在諸如轎車的車輛中。在下文中，術(shù)語電子開關(guān)可用于在各種使用情況場景中的任何種類的電子開關(guān)功能性。電子開關(guān)可包括下列中的至少一個:晶體管、PMOS、NMOS、FET、JFET、IGBT等。電子開關(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、轎車的控制單元。下文中指代的轎車或車輛是用于這種設(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關(guān)場景中。該解決方案可在單個芯片(例如半導(dǎo)體的片)上實現(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關(guān)的四個或五個狀態(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)可對應(yīng)于支持高電流(例如30A)的高功率打開狀態(tài)。第一 ON狀態(tài)可在這方面對應(yīng)于繼電器的打開狀態(tài)。當(dāng)在汽車環(huán)境中使用時，可使用電源開關(guān)的第一 ON狀態(tài)，例如當(dāng)車輛正在行駛時。
[0012]第一 IDLE狀態(tài)可支持高電流，但在該狀態(tài)中，電源開關(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)于汽車場景-于正處于停放狀態(tài)的車輛。
[0013]可提供電流感測功能性，其允許在感測的電流滿足預(yù)定條件的情況下到另一個狀態(tài)的自主或控制(例如由微控制器、處理器)的轉(zhuǎn)換，例如在達到或超過預(yù)定閾值的情況下。在這種情況下，通過提供斷開功能性，即通過進入OFF狀態(tài)，可實現(xiàn)過電流保護。
[0014]可檢測過電流，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，從而提供保險絲的功能性。
[0015]可控制過電流的水平以觸發(fā)進入OFF狀態(tài)。這適用于從ON狀態(tài)和/或IDLE狀態(tài)的一個或多個轉(zhuǎn)換，并且它允許根據(jù)負載(例如導(dǎo)線)調(diào)節(jié)安全功能性。
[0016]高電流的電流檢感測可在第一 IDLE狀態(tài)中實現(xiàn)，而低電流的電流感測可在第二IDLE狀態(tài)中實現(xiàn)。例如，在第二 IDLE狀態(tài)中，當(dāng)通常應(yīng)當(dāng)根本沒有電流存在時，可感測高達1mA的電流。根據(jù)另一個示例，在第二 IDLE狀態(tài)中，可感測高達150A的電流。通過使用第一 IDLE狀態(tài)或第二 IDLE狀態(tài)中的任一個，電源開關(guān)可因此提供用于切換待感測的電流的范圍的解決方案。
[0017]用于電流檢測的范圍之間的切換可通過在兩個開關(guān)的導(dǎo)通電阻之間切換來實現(xiàn)，所述兩個開關(guān)被彼此平行地布置，其中開關(guān)中的一個具有低電阻，而另一個具有高電阻。優(yōu)選地，兩個開關(guān)具有可與用于分流電流檢測的不同分流電阻器相比的不同的感測電流比。
[0018]電源開關(guān)允許提供高電流承載能力而沒有中斷，即使在激活低電流感測范圍的情況下。該特征可通過自主地改變電源開關(guān)的狀態(tài)來實現(xiàn)，即如果需要的話進入高電流感測范圍，從而避免電路上的任何損壞，特別是電源開關(guān)的至少一個開關(guān)，并且同時供應(yīng)電流(改變)而沒有用于連接到電源開關(guān)的負載的任何中斷。
[0019]可經(jīng)由控制端子控制電源開關(guān)的不同狀態(tài)，控制端子可由微控制器驅(qū)動。
[0020]在故障的情況下和/或通過超過預(yù)定閾值，電源開關(guān)可安全地進入預(yù)定義的狀態(tài):例如，在檢測過電流的情況下，或在檢測超過預(yù)定限度的溫度的情況下，電源開關(guān)可進入其OFF狀態(tài)。作為另一個示例，在電流超過(另一個)預(yù)定義的閾值的情況下，可自主地選擇不同的電流感測范圍。
[0021]作為選項，在電源開關(guān)已經(jīng)進行自主狀態(tài)改變的情況下，可設(shè)置故障旗標(biāo)。
[0022]進一步的選項是:在預(yù)定義的量的電壓降和/或超過預(yù)定義的量之后，電源開關(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場景中。例如，車輛通過各種狀態(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范圍。應(yīng)用的電源開關(guān)可能必須應(yīng)對這些要求，并且在有效時還可僅僅消耗很少的功率(取決于車輛所處的狀態(tài))。電源開關(guān)的操作可無縫地工作而沒有中斷，并為車輛提供安全功能性。
[0024]可在單個半導(dǎo)體芯片中實現(xiàn)呈現(xiàn)的解決方案。在示例中，在一個芯片中實現(xiàn)具有各種狀態(tài)的電源開關(guān)。特別地，可在單個芯片中實現(xiàn)幾個這樣的電源開關(guān)。作為選項，可在相同的芯片上實現(xiàn)其它電路。也可在半導(dǎo)體芯片上部署控制電源開關(guān)的邏輯單元，特別是電源開關(guān)的狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換。也可單獨提供邏輯單元。一種選項是邏輯單元控制不止一個電源開關(guān)。
[0025]電源開關(guān)可覆蓋從例如1mA至30A的范圍中的電流。作為選項，可平行布置幾個電源開關(guān)以覆蓋聞于30A的電流范圍。
[0026]示例性的使用情況場景可以是車輛的電氣系統(tǒng)中的電源開關(guān)。電源開關(guān)提供安全以及監(jiān)視功能性。電源開關(guān)可用于高電流負載以及低電流負載，并且它可支持車輛的各種狀態(tài)。
[0027]電源開關(guān)可由處理器或微控制器控制，例如經(jīng)由端子。這允許在各種場景中的電源開關(guān)的靈活和單獨的應(yīng)用。特別可行的是:保護到車輛的電氣系統(tǒng)中的負載的電流路徑，甚至用于處于不同狀態(tài)(例如駕駛、待命、停放等)的車輛。
[0028]可監(jiān)視電源開關(guān)的狀態(tài)，并基于預(yù)定義的條件觸發(fā)到另一個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。這允許保護車輛以及電源開關(guān)。
[0029]作為選擇，可提供反饋機制以檢測例如不是外部而是內(nèi)部觸發(fā)的電源開關(guān)的狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。這樣，例如可標(biāo)記到驅(qū)動電源開關(guān)的微控制器的自主狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
[0030]電源開關(guān)可特別供應(yīng)例如達3.2V的冷啟動魯棒性。
[0031]圖1示出電源開關(guān)的狀態(tài)圖，電源開關(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，可更詳細地解釋電源開關(guān)的狀態(tài):
(I)OFF 狀態(tài) 101:
OFF狀態(tài)101可具有兩個內(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)。在電源開關(guān)基于內(nèi)部安全特征達到OFF狀態(tài)101的情況下，故障OFF狀態(tài)經(jīng)由鎖存器(其可被實現(xiàn)為可被設(shè)置或重新設(shè)置的旗標(biāo))指示:已通過內(nèi)部機制而不是通過外部控制達到OFF狀態(tài)101。正常OFF狀態(tài)指示整個開關(guān)(例如，如果被實現(xiàn)為單個芯片的話是芯片)已被去激活(例如由于外部控制信號)。在OFF狀態(tài)101中，開關(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:
-過電流保護；
-過熱(over