用于操作電子開關(guān)的電路裝置和方法
【專利摘要】一種電路包括具有隔離柵極的電子開關(guān)，用于確定在隔離柵極處的電荷的測量裝置，以及用于基于由測量裝置確定的電荷來提供電荷給隔離柵極的能量供應(yīng)。
【專利說明】用于操作電子開關(guān)的電路裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]實施例涉及針對電子開關(guān)的電流優(yōu)化控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]第一實施例涉及電路，該電路包括具有隔離柵極的電子開關(guān)；用于確定在隔離柵極處的電荷的測量裝置；以及用于基于由測量裝置確定的電荷來提供電荷給隔離柵極的能量供應(yīng)。
[0003]第二實施例涉及包括至少一個如本文所描述的電路裝置的車輛。
[0004]第三實施例涉及用于控制具有隔離柵極的電子開關(guān)的方法，該方法包括步驟:確定在隔離柵極處的電荷；以及基于確定的電荷來提供電荷給隔離柵極。
[0005]第四實施例指向電子開關(guān)電路裝置，該電子開關(guān)電路裝置包括用于確定在隔離柵極處的電荷的裝置；以及用于基于確定的電荷來提供電荷給隔離柵極的裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]參照附圖示出了并且說明了實施例。附圖用于說明基本原理，從而僅僅說明了用于理解基本原理的必要方面。附圖不是按比例的。在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示同樣的特征。
[0007]圖1示出了可視化高側(cè)η溝道配置的示例的框圖。
[0008]圖2示出了基于在圖1中示出的框結(jié)構(gòu)的更加詳細的圖。
[0009]圖3示出了針對電子開關(guān)的三個狀態(tài)“0Ν狀態(tài)”、“IDLE狀態(tài)”和“OFF狀態(tài)”的示例性狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。
[0010]圖4示出了用于圖2的框圖的備選實施例。
[0011]圖5示出了基于圖2的僅僅包括高功率電荷泵的另一個備選實施例。
[0012]圖6示出了使用若干電流源用于為作為功率晶體管使用的NMOS器件提供高電流路徑和低電流路徑的示例性電路裝置。
[0013]圖7示出了使用若干電流源用于為作為功率晶體管使用的PMOS器件提供高電流路徑和低電流路徑的示例性電路裝置。

【具體實施方式】
[0014]在本文中給出的示例涉及在裝置中(例如在自動車領(lǐng)域中，尤其是在諸如汽車之類的車輛中)可以被使用以代替被動保險絲或繼電器的功率開關(guān)。在下文中，術(shù)語電子開關(guān)可以被使用用于在各種用例情景中的任何種類的電子切換功能。電子開關(guān)可以包括以下中的至少一個:晶體管、PMOS, NMOS, FET、JFET, IGBT等。電子開關(guān)可以具有可以用作控制輸入的隔離柵極。本文所描述的裝置可以是任何可能受制于低功率或待機模式的裝置。裝置尤其可以是汽車、汽車的控制單元。在下文中涉及的汽車或者車輛是針對這些裝置的示例。然而給出的解決方案并不限于這些裝置。
[0015]因為在裝置的待機狀態(tài)(例如汽車的停放狀態(tài))期間要求裝置的若干功能保持活躍，電子開關(guān)被要求保持導(dǎo)通并且同時僅消耗盡可能少的電流(功率)。在開關(guān)被啟動(即在導(dǎo)通狀態(tài)中)并且應(yīng)當(dāng)僅消耗小量功率的時候，這個狀態(tài)還被稱為IDLE狀態(tài)。
[0016]該IDLE狀態(tài)允許電子開關(guān)被使用作為傳統(tǒng)的保險絲，其在裝置處在待機狀態(tài)中的時候不消耗任何(相關(guān)的)功率。除了常見的保險絲之外，電子開關(guān)可以提供另外的功能，例如測量電流以及基于預(yù)定觸發(fā)(例如即使沒有短路的發(fā)生)而關(guān)閉電流。
[0017]在IDLE狀態(tài)中的時候，電子開關(guān)可以處在低功率節(jié)點消耗(例如幾個微安)中。
[0018]在裝置(例如汽車)處在活躍模式(正被到處駕駛)中的時候，電子開關(guān)同樣處在導(dǎo)通模式(被稱為ON狀態(tài))中，其中電子開關(guān)兩端的電流負載與IDLE狀態(tài)相比可以是相當(dāng)高的。比較IDLE狀態(tài)與ON狀態(tài)揭示，電子開關(guān)的電流可以變化幾十(decade)。這要求對電子開關(guān)的控制是靈活的。
[0019]在裝置的正常操作(例如車輛正被駕駛)期間可以使用電子開關(guān)的ON狀態(tài)。在該ON狀態(tài)中，電子開關(guān)的電流消耗可以達到幾個毫安。
[0020]此外，電子開關(guān)可以進入非導(dǎo)通模式(被稱為OFF狀態(tài))。除了電子開關(guān)的狀態(tài)之夕卜，提供了允許降低用于控制電子開關(guān)的功率消耗的功能。
[0021]在裝置的待機模式(例如車輛正被停放)期間可以使用IDLE狀態(tài)。在IDLE狀態(tài)中的時候，為了不過早地耗盡裝置(例如汽車)的電池，電子開關(guān)的電流消耗與在電子開關(guān)的ON狀態(tài)期間的功率消耗相比可能必須顯著更低。
[0022]為了進入IDLE狀態(tài)，電子開關(guān)可以處在ON狀態(tài)中。然后電子開關(guān)的控制進入降低的電流消耗模式。這一順序可以是有益的以便確保電子開關(guān)的完整的功能(這可能要求比在IDLE狀態(tài)中可用的控制電流更高的控制電流)。
[0023]作為備選，可以使用不同的狀態(tài)改變次序。電子開關(guān)可以直接進入IDLE狀態(tài)，這可以是由控制器(例如微控制器)進行的分級開關(guān)的結(jié)果，或者它可以是由開關(guān)本身提供的計時的結(jié)果。
[0024]還可能從IDLE狀態(tài)自動重新進入ON狀態(tài)，例如由于過電流(即電流大于預(yù)定閾值)和/或由于過電壓(即電壓大于預(yù)定閾值，例如電子開關(guān)的漏極-源極電壓)?；旧?，任何(例如預(yù)定)觸發(fā)可以被使用用于(自動)啟動從IDLE到ON的狀態(tài)改變。一個示例是計時器，其指示測量(例如溫度測量)需要由電子開關(guān)(或者可能涉及電子開關(guān)的關(guān)聯(lián)單元)進行。在這樣的測量之后，電子開關(guān)可以重新進入IDLE狀態(tài)。電子開關(guān)基于(外部)觸發(fā)指示例如ON狀態(tài)的瞬態(tài)階段的這種另外的功能可以被使用用于各種應(yīng)用，例如監(jiān)控目的、測量等，這無須基于裝置的基礎(chǔ)狀態(tài)改變(例如汽車從其待機狀態(tài)進入駕駛狀態(tài))。在應(yīng)用結(jié)束之后，電子開關(guān)可以從ON狀態(tài)重新進入IDLE狀態(tài)。
[0025]圖1示出了可視化高側(cè)η溝道配置的示例的框圖。η溝道MOSFET Ml的柵極經(jīng)由柵極驅(qū)動器101驅(qū)動。MOSFET Ml的源極經(jīng)由電阻器106接地。MOSFET Ml的漏極被連接到節(jié)點107，該節(jié)點107被連接到供應(yīng)電壓108。
[0026]比較器單元102比較MOSFET Ml的柵極-源極電壓Vgs并且將比較結(jié)果供應(yīng)給邏輯單元105。
[0027]邏輯單元105可以是任何種類的控制裝置，例如微控制器、控制器、處理器等。邏輯單元105可以控制高功率電荷泵104和低功率電荷泵103以及柵極驅(qū)動器101。高功率電荷泵104和低功率電荷泵103均被連接到供應(yīng)電壓108并且根據(jù)由邏輯單元105施加的控制來提供功率給驅(qū)動器101。
[0028]邏輯單元105經(jīng)由單輸入引腳109控制。作為選項，可以提供若干輸入引腳(在圖1中未示出)用于供應(yīng)外部信號給控制單元105。
[0029]因此，比較器單元102監(jiān)控MOSFET Ml的柵極與源極之間的電壓降Vgs，該電壓降Vgs對應(yīng)于電子開關(guān)MOSFET Ml的狀態(tài)并且指示是否柵極-源極電壓Vgs足以保證最大可容許的接通狀態(tài)電阻。低功率電荷泵103被使用(并且可以被優(yōu)化)用于MOSFET Ml的低電流消耗模式。低功率電荷泵103可以被規(guī)定尺寸使得在MOSFET Ml的柵極處的電荷可以被保持。
[0030]作為選項，比較器單元還可以被布置使得其監(jiān)控MOSFET Ml的漏極和源極兩端的電壓Vds (在圖1中未示出)。
[0031]在MOSFET Ml兩端的電壓下降到低于預(yù)定義值的情況，比較器單元102能夠檢測IDLE狀態(tài)并且邏輯單元105可以指示所有附接的部件降低電流消耗。因此，低功率電荷泵103可以被啟動并且高功率電荷泵104可以被停用。高功率電荷泵104可以被使用用于從電子開關(guān)MOSFET Ml的IDLE狀態(tài)重新進入ON狀態(tài)。
[0032]因此，可以選擇電子開關(guān)的以下狀態(tài)(其還可以被認為是模式):
[0033](SI)電子開關(guān)被關(guān)閉:0FF狀態(tài)；
[0034](S2)電子開關(guān)被接通、裝置的正常操作(模式):0N狀態(tài)；
[0035](S3)電子開關(guān)被接通，具有降低的電流消耗(供應(yīng)電子開關(guān)的控制元件的電流消耗也降低)、裝置的待機模式=IDLE狀態(tài)。
[0036]另外的狀態(tài)(S3)具有優(yōu)點:電子開關(guān)除了其被關(guān)斷(SI)或接通(S2)之外具有供應(yīng)給電子開關(guān)降低的電功率量以保持其導(dǎo)通狀態(tài)的低功率模式，并且具有特征
[0037]—開關(guān)仍然可以被關(guān)斷到狀態(tài)(SI)以及
[0038]——開關(guān)可以提供另外的特征，例如進行預(yù)定義動作并且因此可以(自動和)臨時重新進入狀態(tài)(S2)。
[0039]比較器單元102 —經(jīng)由電壓Vgs檢測到電子開關(guān)MOSFET Ml被接通，狀態(tài)(S3)就可以自動啟動。施加到邏輯單元105的輸入引腳109的信號可以指示裝置處于待機狀態(tài)中還是處于正常操作中。因此，可以根據(jù)施加到輸入引腳109的實際信號、鑒于由比較器單元102檢測到的電壓Vgs來進入狀態(tài)(S2)或(S3)。例如，在輸入引腳109處的信號和由比較器單元102提供的信號可以經(jīng)由AND門結(jié)合用于確定是要進入狀態(tài)(S2)還是狀態(tài)(S3)。
[0040]要注意的是，邏輯單元105可以具有可以被使用用于各種應(yīng)用的若干輸入引腳，這允許用戶根據(jù)在裝置(例如汽車)中可能是可用的外部信號而靈活地配置開關(guān)的狀態(tài)
(SI)至狀態(tài)(S3)。
[0041]作為示例，電子開關(guān)可以包括電流感測功能。在狀態(tài)(S2)中電流感測特征被啟動，由電子開關(guān)消耗的電流可以達到幾個毫安。在狀態(tài)(S3)中，電流感測特征可以被停用以便進一步降低電流消耗?？梢杂蛇壿媶卧?05基于經(jīng)由其輸入引腳中的一個施加的信號做出是否啟動電流感測特征的決策。然而，代替龐大的輸入引腳的數(shù)目，邏輯單元105可以包括解碼器，該解碼器能夠解碼例如比特序列的各種模式(“命令”)以確定做出哪個決策?；谳斎胍_(的數(shù)目)和/或這些模式，用戶具有高度的靈活性以利用電子開關(guān)和驅(qū)動電子開關(guān)的部件的各種功能，尤其是對于低能量模式。
[0042]例如，即使裝置(例如汽車)處在待機狀態(tài)中，也可以進行從電子開關(guān)的狀態(tài)(S3)到狀態(tài)(S2)的狀態(tài)改變以便由驅(qū)動電子開關(guān)的電路裝置和/或由電子開關(guān)本身執(zhí)行預(yù)定義動作或者操作。例如，涉及電子開關(guān)的以下步驟可以被執(zhí)行同時裝置處在其待機狀態(tài)中:從狀態(tài)(S3)到狀態(tài)(S2)的改變，由電子開關(guān)或者利用電子開關(guān)進行的電流感測操作，從狀態(tài)(S2)回到狀態(tài)(S3)的改變。這些狀態(tài)改變可以僅導(dǎo)致總電流消耗的輕微增加，對于許多情景來說這可以是可接受的。還有，這些狀態(tài)改變的頻率可以根據(jù)需求(尤其是基于相應(yīng)應(yīng)用和/或基于安全方面的要求)來調(diào)整。
[0043]圖2示出了基于在圖1中示出的框結(jié)構(gòu)的更加詳細的圖。
[0044]高功率電荷泵104示出了被供應(yīng)給反相器202的振蕩器信號201。反相器202的輸出經(jīng)由電容器C2被連接到節(jié)點207，并且經(jīng)由包括反相器203和電容器Cl的串聯(lián)連接被連接到節(jié)點208。節(jié)點107經(jīng)由二極管204被連接到節(jié)點207，并且節(jié)點207經(jīng)由二極管205被連接到節(jié)點208。節(jié)點208經(jīng)由二極管206被連接到柵極驅(qū)動器101。所有二極管204,205和206被布置使得它們的陰極點朝向柵極驅(qū)動器101。
[0045]低功率電荷泵103示出了被供應(yīng)給反相器210的振蕩器信號209。反相器210的輸出經(jīng)由電容器C4被連接到節(jié)點215，并且經(jīng)由包括反相器211和電容器C3的串聯(lián)連接被連接到節(jié)點216。節(jié)點107經(jīng)由二極管212被連接到節(jié)點215，并且節(jié)點215經(jīng)由二極管213被連接到節(jié)點216。節(jié)點216經(jīng)由二極管214被連接到柵極驅(qū)動器101。所有二極管212,213和214被布置成使得它們的陰極點朝向柵極驅(qū)動器101。
[0046]柵極驅(qū)動器101包括兩個電流鏡223、224和兩個電流源221、222。邏輯單元105控制柵極驅(qū)動器101:被施加到節(jié)點217的信號啟動開關(guān)220 (如果由邏輯單元105供應(yīng)的信號是高的)或經(jīng)由反相器218啟動開關(guān)219 (如果由邏輯單元105供應(yīng)的信號是低的)。如果開關(guān)220被啟動，電流源221的電流被鏡像到節(jié)點225并且從而被用于控制MOSFET Ml的柵極。如果開關(guān)219被啟動，電流源222的電流被鏡像到MOSFET Ml的柵極。因此，邏輯單元105可以指示柵極驅(qū)動器使MOSFET Ml的柵極主動充電或放電。在狀態(tài)(S3)中MOSFETMl的柵極的充電經(jīng)由低功率電荷泵103被保持。
[0047]比較器單元102包括比較器226和參考電壓227，其中比較器226的第一輸入被連接到MOSFET Ml的柵極并且比較器226的第二輸入經(jīng)由參考電壓227被連接到MOSFET Ml的源極。比較器226的輸出被連接到邏輯單元105。參考電壓227允許調(diào)整要被比較的信號的偏移。
[0048]節(jié)點107還被連接到MOSFET M2的漏極并且節(jié)點225被連接到MOSFET M2的柵極。MOSFET Ml的源極被連接到運算放大器228的同相輸入并且MOSFET M2的源極被連接到運算放大器228的反相輸入。運算放大器228的輸出被連接到MOSFET M3的柵極。MOSFET M3的源極被連接到MOSFET M2的源極。MOSFET M3的漏極提供感測電流229，該感測電流229可以由外部裝置處理或者其可以被供應(yīng)給邏輯單元105用于進一步的處理。
[0049]MOSFET Ml 和 M2 是 NMOS 并且 MOSFET M3 是 PMOS 器件。MOSFET Ml 是功率晶體管，MOSFET M2是感測晶體管并且MOSFET M3如下地供應(yīng)感測電流:在運算放大器228的同相輸入處供應(yīng)參考電壓，其中運算放大器228被控制為使得其兩個輸入是相等的。因此，MOSFETM3供應(yīng)與流經(jīng)MOSFET Ml的電流成比例、但是小得多的感測電流229。例如，感測電流229可能處在流經(jīng)功率晶體管MOSFET Ml的電流的1:10000的量級。
[0050]這是一個如何可以例如由邏輯單元105確定通過MOSFET Ml的電流的示例?；谶@一電流，如果感測到的電流降至低于預(yù)定值(這對應(yīng)于例如通過MOSFET Ml的電流達到1A)第三狀態(tài)(S3)可以被啟動，并且如果該電流指示通過MOSFET Ml的電流達到超過該預(yù)定值，第二狀態(tài)(S2)可以被啟動。
[0051]因此，給出的解決方案尤其允許提供電子開關(guān)的第三狀態(tài)(S3)。該第三狀態(tài)(S3)提供電子開關(guān)以及其關(guān)聯(lián)部件(尤其是針對被提供以便控制電子開關(guān)的那些部件)的降低的功率消耗。
[0052]可以實現(xiàn)各種種類的電荷泵，例如如上面指示的兩個電荷泵(例如高功率電荷泵104和低功率電荷泵103)。作為備選，可以使用單個電荷(例如高功率)泵。選項還有，單個電荷泵可以包括如上面描述的(低電荷泵和高電荷泵的)兩個電荷泵功能，以提供啟用電子開關(guān)及其關(guān)聯(lián)部件(例如驅(qū)動器、比較器等)的低功率模式。
[0053]此外或作為備選，(至少一個)電荷泵可以由時鐘驅(qū)動用于隨著改變的時鐘周期(例如不同的計時模式和/或延時模式的時鐘周期)提供不同的電荷給電子開關(guān)的柵極。
[0054]作為選項，在無需另外的監(jiān)控或安全方面的功能的情況下狀態(tài)(S3)可以進行操作。選項還有，狀態(tài)(S3)還利用這些另外的監(jiān)控和/或安全方面的功能。在對狀態(tài)(S3)還要求一些安全方面的功能的情況中，為了保護連接到電子開關(guān)的線路以及電子開關(guān)本身，狀態(tài)(S3)可以提供以下特征:
[0055]——超溫保護；
[0056]—在超溫的情況(經(jīng)由鎖存器或重新啟動)熱關(guān)機；
[0057]——過電流保護；
[0058]—由于過電流(經(jīng)由鎖存器或重新啟動)關(guān)機；
[0059]-由于短路關(guān)機。
[0060]觸發(fā)超溫保護和/或過電流保護的溫度值和/或電流值與在狀態(tài)(S2)中使用的溫度值和/或電流值可以是相同的值或者可以是不同的值。
[0061]作為另一個選項，電子開關(guān)可以包括錯誤標(biāo)記(在其狀態(tài)被存儲在例如鎖存器中的情況下)。在基于例如如上面指示的一種錯誤(過電流、超溫)的電子開關(guān)從狀態(tài)(S3)進入狀態(tài)(SI)(即關(guān)斷)的時候，可以設(shè)置錯誤標(biāo)記。因此，錯誤標(biāo)記可以被使用用于指示控制器電子開關(guān)不再導(dǎo)通。優(yōu)選地，在這樣的情景(即錯誤標(biāo)記被設(shè)置、電子開關(guān)在狀態(tài)
(SI)中)中消耗的電流可以是低的。然而，取決于錯誤的類型，例如由于該錯誤的優(yōu)先級，電流消耗可能高于在狀態(tài)(S3)中的電流消耗。
[0062]要注意的是，電子開關(guān)可以是η溝道MOSFET或P溝道M0SFET。選項還有，提供低側(cè)η溝道M0SFET。在這些情況下，可以省略一個或多個電荷泵。
[0063]圖3示出了包括狀態(tài)(SI)、(S2)和(S3)的示例性狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，其中錯誤(例如高溫、高電流、指示錯誤給邏輯單元的外部信號)可以是從狀態(tài)(S3)到狀態(tài)(SI)的轉(zhuǎn)換301的原因或者從狀態(tài)(S2)到狀態(tài)(SI)的轉(zhuǎn)換302的原因，從而由此停用電子開關(guān)。
[0064]如果裝置(例如車輛)被啟動(例如進入駕駛模式)，電子開關(guān)從狀態(tài)(S3)(見轉(zhuǎn)換303)或者從狀態(tài)(SI)(見轉(zhuǎn)換304)被啟動到狀態(tài)(S2)。
[0065]在裝置進入低功率模式(例如汽車正被停放)的情況，電子開關(guān)的狀態(tài)從狀態(tài)(52)改變到狀態(tài)(S3)，見轉(zhuǎn)換305。
[0066]在狀態(tài)(S3)中的時候，基于(內(nèi)部的或外部的)觸發(fā)，電子開關(guān)可以經(jīng)歷從狀態(tài)
(53)到狀態(tài)(S2)的轉(zhuǎn)換306，然后執(zhí)行預(yù)定義動作(由轉(zhuǎn)換307指示，其保持在狀態(tài)(S2)中)并且經(jīng)由轉(zhuǎn)換308返回到狀態(tài)(S3)。
[0067]還可行的是，開關(guān)直接從狀態(tài)(SI)進入狀態(tài)(S3)，這由轉(zhuǎn)換309指示。如果在電子開關(guān)的隔離柵極處的電荷不足，在隨后的步驟中可以進行轉(zhuǎn)換306至308以便使隔離柵極再充電到預(yù)定義水平。
[0068]圖4示出了用于圖2的框圖的備選實施例。與圖2對比，低功率電荷泵103的輸出被連接到節(jié)點225，這是針對低功率電荷泵103的備選方案，用于供應(yīng)負載給MOSFET Ml的柵極。
[0069]圖5示出了基于圖2的沒有低功率電荷泵103的另一個備選實施例。在狀態(tài)(S3)期間在MOSFET Ml的柵極處檢測到負載不足的情況下，比較器單元102可以指示邏輯單元105。邏輯單元105然后可以觸發(fā)高功率電荷泵以供應(yīng)負載給MOSFET Ml的柵極。
[0070]圖6示出了使用若干電流源用于驅(qū)動作為功率晶體管的MOSFET M4的示例性電路裝置。MOSFET M4是NM0S。柵極驅(qū)動器601經(jīng)由節(jié)點602被連接到供應(yīng)電壓108。還有，供應(yīng)電壓經(jīng)由電阻器615被連接到MOSFET M4的漏極。MOSFET M4的源極接地。比較器單元102對應(yīng)于圖2的比較器單元。還有，邏輯單元105對應(yīng)于圖2的邏輯單元。
[0071]柵極驅(qū)動器601包括三個電流鏡603至605和三個電流源606至608。邏輯單元105控制柵極驅(qū)動器601:被施加到節(jié)點612的信號啟動開關(guān)610或經(jīng)由反相器613啟動開關(guān)609。如果開關(guān)610被啟動，電流源606的電流被鏡像到節(jié)點614并且從而被用于控制MOSFET M4的柵極。如果開關(guān)609被啟動，電流源608的電流被鏡像用于控制MOSFET M4的柵極。因此，邏輯單元105可以指示柵極驅(qū)動器601使MOSFET M4的柵極主動充電或放電。這允許進入狀態(tài)(S2)或者關(guān)斷MOSFET M4(即進入狀態(tài)(SI))。
[0072]在狀態(tài)(S3)期間開關(guān)611可以被啟動用于經(jīng)由電流鏡604供應(yīng)電流源607的電流給MOSFET M4的柵極。在狀態(tài)(S3)期間在MOSFET M4的柵極處檢測到負載不足的情況下，比較器單元102可以指示邏輯單元105。邏輯單元105然后可以觸發(fā)開關(guān)611以供應(yīng)負載給MOSFET M4的柵極。
[0073]在圖6中能量供應(yīng)包括由電流源606和608供應(yīng)的、用于主動接通或關(guān)斷MOSFETM4的高電流路徑，以及由電流源607供應(yīng)的、被使用以在MOSFET M4的柵極處保持預(yù)定負載量的低電流路徑。
[0074]圖7示出了基于圖6的柵極驅(qū)動器的備選實施方式，其中與在圖6中示出的NMOS相反,MOSFET M5是PM0S。因此，供應(yīng)功率108被連接到MOSFET M5的源極并且MOSFET M5的漏極經(jīng)由電阻器701接地。尤其涉及對于圖6提供的柵極驅(qū)動器601、邏輯單元105和比較器單元102的解釋據(jù)此適用。
[0075]以下示例和/或?qū)嵤├械闹辽僖粋€可以被認為是創(chuàng)新的。它們可以與如所描述的其它方面或?qū)嵤├M合。本文所描述的任何實施例或設(shè)計不必被解釋為優(yōu)先于或者優(yōu)于其它實施例或設(shè)計。
[0076]提出了一種電路裝置，包括
[0077]—具有隔離柵極的電子開關(guān)；
[0078]——用于確定在隔離柵極處的電荷的測量裝置；
[0079]——用于基于由測量裝置確定的電荷來提供電荷給隔離柵極的能量供應(yīng)。
[0080]測量裝置可以確定在電子開關(guān)的柵極處的電荷的絕對量或相對量和/或這種電荷的變化或改變。測量裝置尤其可以確定在電子開關(guān)的隔離柵極處的電壓，例如電子裝置的隔離柵極和源極/發(fā)射極兩端的電壓或者柵極和漏極/集電極兩端的電壓。測量裝置還可以確定電子裝置的漏極/集電極和源極/發(fā)射極兩端的電壓。確定的電壓(電荷)從而可以被用于控制由能量供應(yīng)提供給電子開關(guān)的隔離柵極的能量(電荷)。
[0081]因此，在本文中提出的電路裝置提供(受控的)保險絲的功能，該保險絲可以與可能利用這種保險絲的任何裝置結(jié)合使用。裝置尤其可以是車輛(例如汽車)。據(jù)此，裝置可以是這種車輛的一部分(例如車輛的控制單元)。因此若干這樣的電路可以被使用用于一個裝置。
[0082]在實施例中，能量供應(yīng)被布置用于供應(yīng)高電荷量或低電荷量給電子開關(guān)的隔離柵極。
[0083]在實施例中，能量供應(yīng)包括以下中的至少一個:
[0084]——單個電荷泵；
[0085]——單個具有低功率模式和高功率模式的電荷泵；
[0086]-低功率電荷泵和高功率電荷泵；
[0087]——具有這些具有不同功率的電荷泵中的至少兩個的超過兩個的電荷泵；
[0088]——至少一個電流源，和電流鏡；
[0089]—高電流路徑和低電流路徑，其中高電流路徑包括至少一個高電流源并且低電流路徑包括至少一個低電流源。
[0090]在實施例中，電路裝置包括耦合在能量供應(yīng)與隔離柵極之間的驅(qū)動器。
[0091]在實施例中，電路裝置包括用于直接或間接控制能量供應(yīng)和電子開關(guān)的邏輯單元，其中測量裝置被連接到邏輯單元用于供應(yīng)確定的電荷或確定的電荷的信息給邏輯單
J Li ο
[0092]邏輯單元可以是任何種類的控制裝置，例如微控制器、控制器、處理器等。邏輯單元可以是在其中電子開關(guān)被利用的裝置的一部分。例如，邏輯單元可以是車輛的控制單元的一部分或者它可以具有到至少一個這種控制單元的接口。
[0093]在實施例中，能量供應(yīng)包括低功率電荷泵，并且其中邏輯單元被布置用于在IDLE狀態(tài)期間至少部分地選擇低功率電荷泵。
[0094]在實施例中，如果電路裝置所連接到的裝置進入低功率模式，則進入IDLE狀態(tài)。
[0095]因此，裝置(例如車輛)可以進入停車狀態(tài)，在停車狀態(tài)中電流消耗應(yīng)當(dāng)被降低(尤其是被最小化)以便消耗的電池功率盡可能少。因此，裝置的這種低功率模式可以與正常模式區(qū)分開來，在正常模式中車輛的發(fā)動機是活躍的并且可以增加電路裝置(尤其是電子開關(guān))的電流消耗。在兩個狀態(tài)(IDLE狀態(tài)和ON狀態(tài))中，電子開關(guān)都是導(dǎo)通，在IDLE狀態(tài)中由電路裝置消耗的電流可以處在幾個微安的范圍中，然而在ON狀態(tài)中消耗的電流處在幾個毫安的范圍中。然而，這些僅是用于說明電路裝置的一個特征的示例性的值。據(jù)此，用于其它裝置以及其它電流消耗的應(yīng)用是可行的。
[0096]例如，如果裝置從正常操作進入低功率模式，裝置的控制單元可以將此指示給邏輯單元，邏輯單元然后可以啟動從ON狀態(tài)到IDLE狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。
[0097]在實施例中，如果在隔離柵極處的電荷下降到低于預(yù)定義閾值，電子開關(guān)從IDLE狀態(tài)被臨時重新啟動。
[0098]在實施例中，提供了供應(yīng)電荷給隔離柵極的高功率電荷泵，其中邏輯單元被布置以在隔離柵極處的電荷下降到低于預(yù)定義閾值的情況下啟動高功率電荷泵。
[0099]在實施例中，如果在隔離柵極處的電荷已經(jīng)被恢復(fù)，電路裝置重新進入IDLE狀態(tài)。
[0100]在實施例中，邏輯單元被布置用于
[0101]——基于觸發(fā)，通過供應(yīng)與在IDLE模式期間提供的電荷相比更高的電荷量給其隔離柵極，從IDLE狀態(tài)重新啟動電子開關(guān)，
[0102]——執(zhí)行預(yù)定義動作以及
[0103]——重新啟動IDLE狀態(tài)。
[0104]在實施例中，觸發(fā)是以下中的至少一個:
[0105]——被施加到邏輯單元的外部信號；
[0106]——檢測到故障；
[0107]—檢測到超過預(yù)定閾值的溫度；
[0108]—檢測到超過預(yù)定閾值的電流；
[0109]——由計時器或時鐘提供的觸發(fā)。
[0110]在實施例中，預(yù)定義動作包括以下中的至少一個:
[0111]——電流感測；
[0112]——溫度感測；
[0113]——發(fā)出通知；
[0114]——隔離柵極的再充電。
[0115]在電子開關(guān)被臨時重新啟動期間(在ON狀態(tài)中)，可以執(zhí)行各種動作。這提供了另外的靈活性，因為在裝置的低功率模式期間(例如車輛正在停放狀態(tài)中)電路裝置允許進行各種這樣的動作，而這些動作的頻率可以基于整體可用的電功率來調(diào)整。基于例如緊急情況(故障或警報)和/或基于仍然可用的電功率水平，還可以按優(yōu)先順序排列所述動作。
[0116]在這點上通知可以是存儲到和/或傳送到存儲器或任何地址的任何信息。通知的示例是:故障消息、故障比特(標(biāo)記)、警報等。
[0117]在實施例中，電路裝置包括測量單元用于確定以下觸發(fā)中的至少一個:
[0118]—超過預(yù)定閾值的溫度；
[0119]——超過預(yù)定閾值的電流；
[0120]——計時器。
[0121]測量單元可以是測量裝置的一部分。它還可以被集成到電路裝置的部件中的一個中或者被提供為至少在另外的部件上。例如，測量單元可以是由電子開關(guān)供應(yīng)的電流感測特征。
[0122]在實施例中，能量供應(yīng)包括高功率電荷泵，并且其中邏輯單元被布置用于在ON狀態(tài)期間至少部分地選擇高功率電荷泵。
[0123]在實施例中，如果電路裝置所連接到的裝置進入正常操作模式，則進入ON狀態(tài)。
[0124]正常操作模式可以是裝置的任何模式，該模式不同于裝置被完全關(guān)斷(例如在維修期間)或者在上面描述的低功率模式中的情況。例如，作為示例性裝置的汽車在其發(fā)動機活躍期間被驅(qū)動在對其電池等進行再充電的充電狀態(tài)中的時候，可以處在正常操作模式中。
[0125]在實施例中，在檢測到短路的情況或者在預(yù)定義信號被施加到邏輯單元的情況下，邏輯單元被布置用于將電子開關(guān)切換到OFF狀態(tài)。
[0126]在其OFF狀態(tài)中，電子開關(guān)中斷到裝置(或者來自裝置)的電流。這一狀態(tài)對應(yīng)于保險絲被啟動。進入OFF狀態(tài)可以有若干原因，例如:檢測到短路、超溫、過電流等。它還可以基于由裝置(例如車輛的控制單元)供應(yīng)給控制單元的外部信號。
[0127]在實施例中，測量裝置包括比較器單元，其中比較器單元的輸入被連接到電子開關(guān)用于確定電子開關(guān)的端子兩端的電壓。
[0128]例如，比較器單元的第一輸入可以耦合到電子開關(guān)的隔離柵極并且比較器單元的第二輸入可以耦合到電子開關(guān)的源極。作為選項，第一輸入可以耦合到電子開關(guān)的源極并且第二輸入可以耦合到電子開關(guān)的漏極。
[0129]在實施例中，電子開關(guān)被布置用于被操作在以下狀態(tài)中的任一個中:
[0130]——ON狀態(tài)，其中高電荷量經(jīng)由能量供應(yīng)被供應(yīng)給隔離柵極；
[0131]——IDLE狀態(tài)，其中低電荷量經(jīng)由能量供應(yīng)被供應(yīng)給隔離柵極；
[0132]——OFF狀態(tài)，其中電子開關(guān)被關(guān)斷。
[0133]ON狀態(tài)和IDLE狀態(tài)兩者皆是電子開關(guān)的導(dǎo)通模式。IDLE狀態(tài)允許電子開關(guān)處在導(dǎo)通模式中，但與ON狀態(tài)相比消耗功率量減小。高電荷量高于低電荷量。高電荷量可以由高功率電荷泵供應(yīng)并且低電荷量可以由低功率電荷泵供應(yīng)。在裝置的低功率模式期間，電路裝置可以利用低電荷量保持電子開關(guān)在導(dǎo)通模式中(利用其IDLE狀態(tài))。
[0134]在實施例中，電路裝置包括用于存儲電子開關(guān)的至少一個狀態(tài)的存儲器。
[0135]這樣的存儲器可以被實現(xiàn)為標(biāo)記、寄存器或者鎖存器。存儲器可以存儲電子開關(guān)的至少一個先前的狀態(tài)。存儲器可以是指示電子開關(guān)從IDLE狀態(tài)進入了 OFF狀態(tài)的標(biāo)記。這允許邏輯單元確定錯誤發(fā)生了(例如溫度和/或電流超過預(yù)定閾值)。
[0136]在實施例中，電子開關(guān)包括以下中的至少一個:
[0137]——晶體管；
[0138]-PMOS ；
[0139]-NMOS ;
[0140]-FET ；
[0141]-JFET ；
[0142]-1GBT。
[0143]電子開關(guān)的隔離柵極可以用作控制輸入。
[0144]在實施例中，電子開關(guān)是η溝道高側(cè)開關(guān)。
[0145]提出了包括至少一個如本文所描述的電路裝置的車輛。
[0146]還有，提出了用于控制具有隔離柵極的電子開關(guān)的方法，包括步驟:
[0147]——確定在隔離柵極處的電荷；
[0148]—基于確定的電荷提供電荷給隔離柵極。
[0149]在實施例中，電子開關(guān)被操作在以下狀態(tài)中的任一個中:
[0150]——ON狀態(tài)，其中高電荷量經(jīng)由能量供應(yīng)被供應(yīng)給隔離柵極；
[0151]——IDLE狀態(tài)，其中低電荷量經(jīng)由能量供應(yīng)被供應(yīng)給隔離柵極；
[0152]——OFF狀態(tài)，其中電子開關(guān)被關(guān)斷。
[0153]在實施例中，
[0154]—如果電路裝置所連接到的裝置進入低功率模式，則進入IDLE狀態(tài)；
[0155]—如果電路裝置所連接到的裝置進入正常操作模式，則進入ON狀態(tài)。
[0156]在實施例中，
[0157]—如果在隔離柵極處的電荷下降到低于預(yù)定義閾值，電子開關(guān)從IDLE狀態(tài)被重新啟動到ON狀態(tài)；
[0158]——增加在隔離柵極處的電荷；
[0159]——重新進入IDLE狀態(tài)。
[0160]在實施例中，
[0161]——基于觸發(fā)，進行從IDLE狀態(tài)到ON狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換；
[0162]——執(zhí)行預(yù)定義動作；
[0163]——重新啟動IDLE狀態(tài)。
[0164]在實施例中，觸發(fā)是以下中的至少一個:
[0165]——被施加到邏輯單元的外部信號；
[0166]—檢測到故障的檢測；
[0167]—檢測到超過預(yù)定閾值的溫度；
[0168]—檢測到超過預(yù)定閾值的電流；
[0169]——由計時器或時鐘提供的觸發(fā)。
[0170]在實施例中，預(yù)定義動作是以下中的至少一個:
[0171]——電流感測；
[0172]——溫度感測；
[0173]——發(fā)出通知；
[0174]——隔離柵極的再充電。
[0175]在實施例中，在檢測到短路的情況或者在預(yù)定義信號的情況電子開關(guān)進入OFF狀態(tài)。
[0176]預(yù)定義信號可以是由裝置(例如汽車的控制單元)提供的外部信號。
[0177]提出了一種電子切換電路裝置，包括:
[0178]——用于確定在隔離柵極處的電荷的裝置；
[0179]——用于基于確定的電荷來提供電荷給隔離柵極的裝置。
[0180]雖然已經(jīng)公開了本發(fā)明的各種示例性實施例，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的是，可以做出將實現(xiàn)本發(fā)明的一些優(yōu)點的各種改變和修改，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。對于本領(lǐng)域適度技術(shù)人員將是明顯的是，執(zhí)行相同功能的其它部件可以被適當(dāng)替換。應(yīng)當(dāng)提到，參照特定的圖解釋的特征可以與其它圖的特征組合，即使在其中這沒有明確地被提到的那些情況。此外，本發(fā)明的方法可以以使用適當(dāng)?shù)奶幚砥髦噶畹乃熊浖嵤┓绞絹韺崿F(xiàn)，，或以利用硬件邏輯和軟件邏輯的組合以實現(xiàn)相同結(jié)果的混合實施方式來實現(xiàn)。對本發(fā)明概念的這些修改旨在于由所附權(quán)利要求涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種電路裝置，包括 具有隔離柵極的電子開關(guān)； 用于確定在所述隔離柵極處的電荷的測量裝置； 用于基于由所述測量裝置確定的所述電荷來提供電荷給所述隔離柵極的能量供應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，其中所述能量供應(yīng)被布置用于供應(yīng)高電荷量或低電荷量給所述電子開關(guān)的所述隔離柵極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，其中所述能量供應(yīng)包括以下中的至少一個: 單個電荷泵； 單個具有低功率模式和高功率模式的電荷泵； 低功率電荷泵和高功率電荷泵； 具有超過兩個的具有不同功率的電荷泵中的至少兩個的超過兩個的電荷泵； 至少一個電流源，及電流鏡； 高電流路徑和低電流路徑，其中所述高電流路徑包括至少一個高電流源并且所述低電流路徑包括至少一個低電流源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，包括耦合在所述能量供應(yīng)與所述隔離柵極之間的驅(qū)動器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，包括用于直接或間接控制所述能量供應(yīng)和所述電子開關(guān)的邏輯單元，其中所述測量裝置被連接到所述邏輯單元用于供應(yīng)所述確定的電荷或所述確定的電荷的信息給所述邏輯單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路裝置，其中所述能量供應(yīng)包括低功率電荷泵，并且其中所述邏輯單元被布置用于至少部分在10巧狀態(tài)期間選擇所述低功率電荷泵。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路裝置，其中如果所述電路裝置所連接到的裝置進入低功率模式，則進入所述1012狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路裝置，其中如果在所述隔離柵極處的所述電荷下降到低于預(yù)定義閾值，所述電子開關(guān)從所述10“狀態(tài)被臨時重新啟動。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路裝置，其中提供了供應(yīng)電荷給所述隔離柵極的高功率電荷泵，其中所述邏輯單元被布置用于在所述隔離柵極處的所述電荷下降到低于預(yù)定義閾值的情況下啟動所述高功率電荷泵。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路裝置，其中如果在所述隔離柵極處的所述電荷已經(jīng)被恢復(fù)，所述電路裝置重新進入所述1012狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路裝置，其中所述邏輯單元被布置用于， 基于觸發(fā)，通過供應(yīng)與在所述待機模式期間提供的所述電荷相比更高的電荷量給所述隔離柵極，從所述10巧狀態(tài)重新啟動所述電子開關(guān)， 執(zhí)行預(yù)定義動作以及 重新啟動所述101^:狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路裝置，其中所述觸發(fā)是以下中的至少一個: 被施加到所述邏輯單元的外部信號； 檢測到故障； 檢測到超過預(yù)定閾值的溫度； 檢測到超過預(yù)定閾值的電流； 由計時器或時鐘提供的觸發(fā)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路裝置，其中所述預(yù)定義動作包括以下中的至少一個: 電流感測； 溫度感測； 發(fā)出通知； 所述隔離柵極的再充電。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路裝置，包括測量單元用于確定以下觸發(fā)中的至少一個: 超過預(yù)定閾值的溫度； 超過預(yù)定閾值的電流； 計時器。
15.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路裝置，其中所述能量供應(yīng)包括高功率電荷泵，并且其中所述邏輯單元被布置用于在狀態(tài)期間至少部分地選擇所述高功率電荷泵。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電路裝置，其中如果所述電路裝置所連接到的裝置進入正常操作模式，則進入所述08狀態(tài)。
17.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路裝置，其中在檢測到短路的情況或者在預(yù)定義信號被施加到所述邏輯單元的情況下，所述邏輯單元被布置用于將所述電子開關(guān)切換到0？？狀態(tài)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，其中所述測量裝置包括比較器單元，其中所述比較器單元的輸入被連接到所述電子開關(guān)用于確定所述電子開關(guān)的端子兩端的電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，其中所述電子開關(guān)被布置用于被操作在以下狀態(tài)中的一種狀態(tài)中: 狀態(tài)，其中高電荷量經(jīng)由所述能量供應(yīng)被供應(yīng)給所述隔離柵極； 1012狀態(tài)，其中低電荷量經(jīng)由所述能量供應(yīng)被供應(yīng)給所述隔離柵極； 0？？狀態(tài)，其中所述電子開關(guān)被關(guān)斷。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，包括用于存儲所述電子開關(guān)的至少一種狀態(tài)的存儲器。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，其中所述電子開關(guān)包括以下中的至少一個: 晶體管；
？108 ； 勵3 ；
冊丁 ； 獅；
168X0
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，其中所述電子開關(guān)是II溝道高側(cè)開關(guān)。
23.—種車輛，包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置。
24.一種方法，用于控制具有隔離柵極的電子開關(guān)，包括: 確定在所述隔離柵極處的電荷； 基于所述確定的電荷提供電荷給所述隔離柵極。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述電子開關(guān)被操作在以下狀態(tài)中的一種狀態(tài)中: 狀態(tài)，其中高電荷量經(jīng)由所述能量供應(yīng)被供應(yīng)給所述隔離柵極； 1012狀態(tài)，其中低電荷量經(jīng)由所述能量供應(yīng)被供應(yīng)給所述隔離柵極； 0？？狀態(tài)，其中所述電子開關(guān)被關(guān)斷。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中 如果所述電路裝置所連接到的裝置進入低功率模式，則進入所述10巧狀態(tài)。 如果所述電路裝置所連接到的裝置進入正常操作模式，則進入所述狀態(tài)。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中 如果在所述隔離柵極處的所述電荷下降到低于預(yù)定義閾值，所述電子開關(guān)從所述1012狀態(tài)被重新啟動到所述0^狀態(tài)； 增加在所述隔離柵極處的所述電荷； 重新進入所述1012狀態(tài)。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中 基于觸發(fā)，進行從所述1012狀態(tài)到所述狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換； 執(zhí)行預(yù)定義動作； 重新啟動所述101^:狀態(tài)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述觸發(fā)是以下中的至少一個: 被施加到所述邏輯單元的外部信號； 檢測到故障； 檢測到超過預(yù)定閾值的溫度； 檢測到超過預(yù)定閾值的電流； 由計時器或時鐘提供的觸發(fā)。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述預(yù)定義動作是以下中的至少一個: 電流感測； 溫度感測； 發(fā)出通知； 所述隔離柵極的再充電。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中在檢測到短路的情況或者在預(yù)定義信號的情況下，所述電子開關(guān)進入所述0？？狀態(tài)。
32.一種電子開關(guān)電路裝置，包括: 用于確定在隔離柵極處的電荷的裝置； 用于基于所述確定的電荷來提供電荷給所述隔離柵極的裝置。
【文檔編號】H03K17/687GK104348460SQ201410366840
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】R·桑德, V·卡塔爾, A·格拉夫 申請人:英飛凌科技股份有限公司