專利名稱：驅(qū)動電子開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及具有電子開關(guān)并且具有用于所述電子開關(guān)的驅(qū)動電路的電子電路。
背景技術(shù)：
諸如MOSFET (金屬氧化物 半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)或IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)之類的電子開關(guān)被廣泛地用作多種不同電氣或電子應(yīng)用中的開關(guān)。現(xiàn)代汽車中的汽車車載電源系統(tǒng)包括分別具有電池的至少兩個電源子系統(tǒng)。第一子系統(tǒng)包括起動器，而第二子系統(tǒng)包括其他電氣負載，比如燈、收音機、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、車窗升降器、座椅調(diào)節(jié)器等等。第一子系統(tǒng)可以進一步包括用于對這兩個子系統(tǒng)中的電池進行充電或再充電的發(fā)電機。這兩個子系統(tǒng)通過電子開關(guān)相連，以便平衡這兩個子系統(tǒng)中的電壓，并且以便允許發(fā)電機對這兩個子系統(tǒng)中的電池進行充電。當在這樣的電源系統(tǒng)中致動起動器時，起動器汲取巨大的電流，這可能導(dǎo)致第一子系統(tǒng)中的電池的供電電壓下降。為了防止第二子系統(tǒng)中的供電電壓的電壓下降，在其中致動起動器的時間段中可以斷開電子開關(guān)。當所述開關(guān)斷開時，第二電路中的電池為第二子系統(tǒng)的負載供電，使得致動起動器不導(dǎo)致這些負載被停用或關(guān)斷。用來連接或斷開這兩個子系統(tǒng)的電子開關(guān)可以被實施為利用電荷泵驅(qū)動的高側(cè)開關(guān)，其中當電荷泵被控制信號激活時所述開關(guān)被接通，以及當電荷泵被控制信號停用時所述開關(guān)被關(guān)斷。然而，利用電荷泵驅(qū)動的高側(cè)開關(guān)具有相對較長的開關(guān)延遲。“開關(guān)延遲”是向電荷泵施加控制信號的時間與關(guān)斷電子開關(guān)的時間之間的時間延遲。該延遲可能處于幾十ms (微秒)的范圍內(nèi)。每當檢測到表明第二系統(tǒng)中的電壓將要下降的操作狀態(tài)時，就可以關(guān)斷所述電子開關(guān)。然而，由于所述延遲時間，在檢測到該操作狀態(tài)的時間與電子開關(guān)中斷這兩個子系統(tǒng)之間的連接的時間之間，電壓可能會顯著下降。因此需要提供一種具有開關(guān)(特別是高側(cè)開關(guān))的電子電路，其中能夠以低延遲時間關(guān)斷所述開關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
第一方面涉及一種電子電路，其包括具有控制端子以及第一和第二負載端子之間的負載路徑的電子開關(guān)、以及具有耦合到所述電子開關(guān)的控制端子的輸出端子的驅(qū)動電路。所述驅(qū)動電路包括第一輸入端子和第二輸入端子；第一驅(qū)動單元，其被耦合在第一輸入端子與輸出端子之間并且包括電荷泵；以及第二驅(qū)動單元，其被耦合在第二輸入端子與輸出端子之間。第二驅(qū)動電路還包括耦合在輸出端子與用于參考電位的端子之間的另一電子開關(guān)。第二方面涉及一種汽車電源系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括具有第一電池的第一電源系統(tǒng)、具有第二電池的第二電源系統(tǒng)、以及具有控制端子和耦合在第一與第二負載端子之間的負載路徑的電子開關(guān)，其中所述負載路徑被連接在第一與第二電源子系統(tǒng)之間。所述系統(tǒng)還包括具有耦合到電子開關(guān)的控制端子的輸出端子的驅(qū)動電路。所述驅(qū)動電路還包括第一輸入端子和第二輸入端子、耦合在第一輸入端子與輸出端子之間并且包括電荷泵的第一驅(qū)動單元、以及耦合在第二輸入端子與輸出端子之間的第二驅(qū)動單元。第二驅(qū)動單元還包括耦合在輸出端子與用于參考電位的端子之間的另一電子開關(guān)。一閱讀了下面的詳細描述并且一觀看了附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員就將認識到附加的特征和優(yōu)點。


現(xiàn)在將參照附圖解釋實例。附圖用來說明基本原理，因此只示出對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，相同的附圖標記表示相同的特征。圖I示意性地示出具有電子開關(guān)以及耦合到所述電子開關(guān)的控制端子的驅(qū)動電路的電子電路；
圖2示出包括第一驅(qū)動單元和第二驅(qū)動單元的驅(qū)動電路的第一實施例；
圖3示出包括并聯(lián)連接的多個電子開關(guān)的電子開關(guān)的第一實施例；
圖4更詳細地示出第一和第二驅(qū)動單元的電路塊；
圖5示出圖4的驅(qū)動電路的修改；
圖6示出驅(qū)動電路的第二實施例；
圖7更詳細地示出圖5的驅(qū)動電路的第二驅(qū)動單元；
圖8示出圖5的驅(qū)動電路的第二驅(qū)動單元的另一實施例。
具體實施例方式出于說明的目的，下文將詳細解釋本發(fā)明的實施例。這些實施例涉及一種電子電路，其具有電子開關(guān)以及耦合到所述電子開關(guān)的控制端子的驅(qū)動電路。將在特定情境中解釋該電子電路，即在汽車電源系統(tǒng)的情境中，其中所述電子開關(guān)被連接在汽車電源系統(tǒng)的兩個子系統(tǒng)之間。然而，這僅僅是實例。所述電子電路還可以結(jié)合其中需要電子開關(guān)的任何其他電路應(yīng)用來使用。圖I示出具有電子開關(guān)I并且具有驅(qū)動電路2的電子電路，其中電子開關(guān)I具有控制端子并且具有在第一負載端子與第二負載端子之間的負載路徑，驅(qū)動電路2被耦合到電子開關(guān)I的控制端子。在圖I所示的實施例中，電子開關(guān)I被實施為M0SFET，具體而言被實施為η型增強MOSFET。MOSFET包括作為控制端子的柵極端子、作為第一負載端子的漏極端子、以及作為第二負載端子的源極端子。應(yīng)當注意，將電子開關(guān)I實施為η型增強MOSFET僅僅是實例。電子開關(guān)I也可以被實施為任何其他類型的M0SFET，比如P型M0SFET，或者電子開關(guān)I可以被實施為IGBT。如圖I中所示，具有電子開關(guān)I和驅(qū)動電路2的電子電路可以被采用來連接或斷開汽車電源系統(tǒng)中的兩個電源子系統(tǒng)100、200。這些子系統(tǒng)100、200在圖I中用虛線示出。這些子系統(tǒng)100、200中的每個包括電池101、201，特別是可再充電電池。除了電池101、201之外，每個所述子系統(tǒng)還包括至少一個電氣負載。在圖I所示的實施例中，第一子系統(tǒng)100包括作為負載的起動器103，其中第一子系統(tǒng)100可以包括分別與第一電池101并聯(lián)連接的至少一個附加負載104。第一子系統(tǒng)100還包括用于對電池101再充電的發(fā)電機102，其中發(fā)電機102與第一電池101并聯(lián)連接。第二子系統(tǒng)200的至少一個負載202與第二電池201并聯(lián)連接。第二子系統(tǒng)的至少一個負載202例如是收音機、車窗升降器、座椅調(diào)節(jié)器、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、燈等等。為了對第二電池201進行充電或再充電，期望將第二電池201連接到第一子系統(tǒng)100中的發(fā)電機102。然而，可能存在汽車電源系統(tǒng)的期望中斷第一和第二子系統(tǒng)100、200之間的連接的操作狀態(tài)。例如當致動起動器103時，起動器103從第一電池101汲取高電流。從第一電池101汲取的該高電流可能導(dǎo)致由第一電池101提供的供電電壓的減小。此時當?shù)谝缓偷诙酉到y(tǒng)100、200相連時，也將從第二電池201汲取高電流，從而導(dǎo)致由第二電池201提供的供電電壓的減小，并且可能導(dǎo)致連接到第二電池201的至少一個負載202的操作的中斷。因此，當致動起動器103時，可能期望斷開這兩個子系統(tǒng)100、200，以便保持第二子系統(tǒng)200中的電壓供給穩(wěn)定。為了連接及斷開第一和第二子系統(tǒng)100、200，電子開關(guān)I的負載路徑被連接在第 一電源子系統(tǒng)100的第一端子11與第二電源子系統(tǒng)200的第二端子12之間。所述第一和 第二端子11、12是在該處分別提供第一電池101和第二電池201的正供電電位的端子。第一和第二子系統(tǒng)100、200可以具有共同的參考電位，比如接地GND。當致動起動器103時，由這兩個電池101、201提供的供電電壓可能快速地減小。因此，期望在第二電池201的供電電壓可能已經(jīng)顯著減小之前關(guān)斷電子開關(guān)I。在圖2中示出被配置成接通及關(guān)斷電子開關(guān)I的驅(qū)動電路2的第一實施例。圖2中所示的驅(qū)動電路2特別被配置成快速地關(guān)斷電子開關(guān)I。為了更好地理解，在圖2中還示出電子開關(guān)I以及電源子系統(tǒng)的電池101、201。電子開關(guān)I同樣被實施為η型M0SFET，其具有作為控制端子的柵極端子G、作為第一負載端子的漏極端子D、以及作為第二負載端子的源極端子S。為了易于理解，在圖2中還示出第一和第二電池101、201。然而，在圖2中沒有示出可以被連接到這些電池101、201的負載和/或發(fā)電機。參照圖2，驅(qū)動電路2包括連接到電子開關(guān)I的控制端子G的輸出端子21、以及第一和第二輸入端子22、23。驅(qū)動電路2還包括耦合在第一輸入端子22與輸出端子21之間的第一驅(qū)動單元、以及連接在第二輸入端子23與輸出端子21之間的第二驅(qū)動單元5(其也可以被稱作快速開關(guān)單元)。當被采用作為汽車電源系統(tǒng)中的電源子系統(tǒng)之間的電子開關(guān)時，電子開關(guān)I被連接作為高側(cè)開關(guān)，其中在第一負載端子(源極端子S)處的電位是由第一電池101提供的第一供電電位。如圖2中所示的η型MOSFET是電壓控制的器件，其需要在柵極端子G處的驅(qū)動電位高于源極或漏極電位以便被接通。第一驅(qū)動單元(其也可以被稱作正常開關(guān)單元)包括耦合到驅(qū)動電路2的輸出端子的電荷泵和驅(qū)動單元3、以及連接在驅(qū)動電路2的第一輸入端子22與電荷泵和驅(qū)動單元3的輸入之間的控制電路4?？刂齐娐?被配置成根據(jù)在第一輸入端子22處接收到的信號SI來激活或停用電荷泵和驅(qū)動單元3。電荷泵和驅(qū)動單元3在供電端子24處接收供電電壓V+。該供電端子24可以被連接到MOSFET I的漏極端子D，正如圖2中的虛線所示。在這種情況下，在供電端子24處的供電電位對應(yīng)于在MOSFET I的漏極端子D處可用的供電電位。然而，在供電端子24處的供電電位V+有可能獨立于在漏極端子D處的電位。
電荷泵和驅(qū)動單元3包括驅(qū)動輸出和供電輸出，以及被配置成在驅(qū)動輸出處生成驅(qū)動信號Sdkv并且在供電輸出處生成電荷泵電位Vcp，其中當電荷泵和驅(qū)動單元3被激活時，電荷泵電位Vcp高于供電電位V+。電荷泵和驅(qū)動單元3的驅(qū)動輸出被耦合到輸出端子21，并且通過所述輸出端子被耦合到MOSFET I的柵極端子I。MOSFET I具有柵極端子G與源極端子S之間的內(nèi)部柵極-源極電容Ces、以及連接在柵極端子G與漏極端子D之間的內(nèi)部柵極-漏極電容CeD。這些內(nèi)部電容CesXeil也在圖2中被示出。當電荷泵和驅(qū)動單元3被激活時，柵極-源極電容Ces和柵極-漏極電容CeD被電荷泵和驅(qū)動單元3所提供的驅(qū)動信號Sdkv充電，以便接通MOSFET I。當電荷泵和驅(qū)動單元3被停用時，驅(qū)動信號Sdkv對柵極-源極電容Ces和柵極-漏極電容CeD進行放電，以便關(guān)斷MOSFET I。電荷泵和驅(qū)動單元3被配置成在電荷泵和驅(qū)動單元3被激活及停用時生成具有定義的轉(zhuǎn)換速率的驅(qū)動信號SDKV，以便實現(xiàn)MOSFET I的定義的開關(guān)操作，并且以便控制EMI (電磁干擾)。為了減少EMI，通常以慢于可能接通及關(guān)斷MOSFET I的速度來接通及關(guān)斷 MOSFET I。在根據(jù)圖2的驅(qū)動電路中，基于在第一輸入端子22處接收到的信號SI生成電荷泵電位Vcp和驅(qū)動信號Sdkv這二者。然而,可以生成驅(qū)動信號Sdkv,使得其對輸入信號SI·的改變的反應(yīng)更快，特別是當輸入信號SI表明應(yīng)當停用電荷泵和驅(qū)動單元3時，從而關(guān)斷MOSFET I。雖然電荷泵電位Vcp在電荷泵和驅(qū)動單元3停用之后只能緩慢地減小，但是驅(qū)動信號Sdkv可以更快地改變其信號電平以便關(guān)斷MOSFET I。參照前面提供的解釋，可以提供驅(qū)動信號Sdkv以用于對MOSFET進行受控的相對緩慢的開關(guān)，以便避免(或者至少減少)EMI。然而，相對緩慢的開關(guān)操作導(dǎo)致在第一端子22處的信號SI采取關(guān)斷電平(這是將要關(guān)斷MOSFET I的電平)的時間與MOSFET I關(guān)斷的時間之間的延遲。為了減少該延遲時間，驅(qū)動電路2包括第二驅(qū)動單元5。第二驅(qū)動單元5包括具有負載路徑和控制端子的另一電子開關(guān)6。所述另一電子開關(guān)6的負載路徑通過驅(qū)動電路2的輸出端子21被連接在柵極端子G與用于參考電位的端子之間。用于參考電位的該端子在圖2所示的實施例中是源極端子S。所述另一電子開關(guān)6被配置成根據(jù)在第二輸入端子23處接收到的第二驅(qū)動或控制信號S2對MOSFET I的內(nèi)部電容Q^Ceil進行快速放電，其中所述另一電子開關(guān)6每當被接通時(處于接通狀態(tài))對電容CesXeil進行放電。如圖2中所示，所述另一電子開關(guān)6可以被實施為M0SFET，具體而言被實施為η型增強MOSFET。然而，這僅僅是實例。也可以使用任何其他類型的電子開關(guān)來實施所述另一電子開關(guān)6。第二驅(qū)動單元5還包括連接到第二輸入端子23的第二控制單元8、以及連接在第二控制電路8與所述另一電子開關(guān)6的控制端子之間的電平移動器7。第二控制電路8被配置成從第二輸入S2生成第二控制信號S8，其中第二控制信號S8表明是要接通還是要關(guān)斷所述另一電子開關(guān)6。電平移動器7被配置成生成第二控制信號S8的經(jīng)過電平移動的版本以作為電平移動器輸出信號S7，其中該輸出信號S7適于根據(jù)信號電平接通及關(guān)斷電子開關(guān)6。電平移動器7接收供電電壓。根據(jù)一個實施例，電平移動器7的供電電壓是由電荷泵和驅(qū)動單元3提供的電荷泵電壓Vcp。雖然在圖I和2中示出代表電子開關(guān)I的僅僅一個MOSFET的電路符號，但是電子開關(guān)I可以包括多個M0SFET，所述多個MOSFET具有并聯(lián)連接的其負載路徑并且具有連接到共同的柵極或控制端子的其柵極端子。在圖3中示出包括η個MOSFET I1U2U3U1JAi子開關(guān)I。這些MOSFET Ip l2、l3、ln具有并聯(lián)連接的其負載路徑以便形成共同的漏極端子D和共同的源極端子S，并且具有彼此電連接的其柵極端子以便形成共同的柵極端子G。通過并聯(lián)連接多個M0SFET，可以提高電子開關(guān)I的電流承載能力。并聯(lián)連接的MOSFET的數(shù)目η取決于電子開關(guān)I的所需電流承載能力，并且取決于各個MOSFET的電流承載能力。根據(jù)一個實施例，電子開關(guān)I的所需電流承載能力高達2000Α,并且并聯(lián)連接η=6個與η=10個之間的 MOSFET。在圖2的電子電路中，可以根據(jù)第一輸入信號SI按照常規(guī)方式接通及關(guān)斷電子開關(guān)I，并且可以根據(jù)第二輸入信號S2快速地關(guān)斷電子開關(guān)I。根據(jù)一個實施例，生成第一和第二信號SI、S2，使得當?shù)诙斎胄盘朣2采取表明應(yīng)當快速地關(guān)斷MOSFET I的關(guān)斷電平時，第一輸入信號SI采取表明應(yīng)當接通MOSFET I的接通電平。在這種情況下，通過電子開關(guān)6關(guān)斷MOSFET I，但是電荷泵和驅(qū)動單元3提供足以為驅(qū)動電子開關(guān)6的電平移動器7供電的驅(qū)動電壓Vcp。參照圖4更詳細地解釋第一和第二控制電路4、8以及電荷泵和驅(qū)動單元3的實施 例。在圖4的驅(qū)動電路2中，第一和第二控制電路4、8分別包括具有至少一個齊納二極管或雪崩二極管41、81與電流源42、82的串聯(lián)電路。第一控制電路4的串聯(lián)電路被連接在供電端子24與第一輸入端子22之間，以及第二控制電路8的串聯(lián)電路被連接在供電端子24與第二輸入端子23之間。由第一控制電路4提供的控制信號S4是在為二極管41和電流源42所共有的端子處的電位，其中二極管41被連接在供電端子24與電流源42之間。第二控制電路8的第二控制信號S8是在為二極管81和電流源82所共有的端子處的電位，其中二極管81被連接在電流源82與供電端子24之間。取決于第一輸入信號SI,第一控制信號S4或者對應(yīng)于供電電位V+，或者對應(yīng)于供電電位V+減去二極管41的雪崩電壓或擊穿電壓。同樣地，取決于第二輸入信號S2的第二控制信號S8或者對應(yīng)于供電電位V+,或者對應(yīng)于供電電位V+減去二極管81的雪崩電壓或擊穿電壓。雖然在圖4中只示出一個齊納二極管41、81，但是每個所述串聯(lián)電路可以包括串聯(lián)連接的多個齊納二極管或雪崩二極管。并聯(lián)連接的二極管的數(shù)目取決于所期望的擊穿電壓或雪崩電壓。參照圖4，另外的電流源43、83與具有齊納二極管41、81和電流源42、82的串聯(lián)電路中的每個并聯(lián)連接。這些另外的電流源43、83充當上拉電流源，其在第一和第二輸入端子22、23浮動時把在所述輸入端子22、23處的電位拉到可以對應(yīng)于供電電位V+的高電位。電荷泵和驅(qū)動單元3包括從供電電位V+生成電荷泵電位Vcp的電荷泵S1以及生成驅(qū)動信號Sdkv的驅(qū)動器32,其中驅(qū)動器32接收控制信號S4和電荷泵電位Vcp。電荷泵S1包括振蕩器31，其具有連接在供電端子24與控制電路4的輸出之間的供電端子。每當二極管41兩端的電壓V41高于振蕩器31的所需供電電壓時，也就是每當所述二極管兩端的電壓V41達到二極管41的雪崩或擊穿電壓時，振蕩器31就被激活。振蕩器31還包括輸出，當振蕩器31被激活時在該處提供振蕩輸出信號。電荷泵和驅(qū)動單元3還包括至少兩個電荷泵級，每個電荷泵級包括整流器元件32i、322 (比如二極管)以及電容器33i、332，其中每級的整流器元件與電容器串聯(lián)連接。第一電荷泵級32i、33!被連接在供電端子24與振蕩器31的輸出之間，以及第二電荷泵級322、332被連接在為第一級的整流器元件32i和電容器33i所共有的電路節(jié)點與反相器34的輸出之間，其中反相器34的輸入被連接到振蕩器31的輸出。為第二級的整流器元件322和電容器332所共有的電路節(jié)點通過另一整流器元件35 (比如二極管)被連接到驅(qū)動電路的輸出21。圖4中所示的電荷泵和驅(qū)動單元3的電荷泵S1是常規(guī)電荷泵。應(yīng)當注意，關(guān)于這一點，取代圖4中所示的電荷泵,在驅(qū)動電路2中可以實施任何其他類型的電荷泵。每當電流源42通過二極管41汲取電流從而導(dǎo)致二極管41擊穿時，圖4的電荷泵 就被激活。在這種情況下，二極管41兩端的電壓降足以激活振蕩器31。每當在第一輸入
端子22處的電位低于在供電端子24處的供電電位V+減去二極管41的擊穿電壓時，電流源42就通過二極管41汲取電流。根據(jù)一個實施例，第一輸入端子22被耦合到接地GND，其是為第一和第二電源子系統(tǒng)所共有的參考電位，以便激活電荷泵，使得電荷泵S1提供高于供電電位V+ (其可以對應(yīng)于MOSFET的漏極電位)的電荷泵電位Vcp，并且以便接通MOSFET
I。為了停用電荷泵和驅(qū)動單元3并且為了關(guān)斷MOSFET 1，可以中斷第一輸入端子22與接地GND電位之間的電連接，以便允許在第一輸入端子22處的電位浮動。在這種情況下，經(jīng)過二極管41的電流被中斷，并且二極管41兩端的電壓V41減小到零以便停用振蕩器31?！る姾杀煤万?qū)動單元3的驅(qū)動器32包括具有高側(cè)開關(guān)37i和低側(cè)開關(guān)372的半橋電路，其中高側(cè)開關(guān)37i被連接在電荷泵的供電端子與所述半橋的輸出之間，而低側(cè)開關(guān)372被連接在所述半橋的輸出與MOSFET的第二負載端子(源極端子)S之間。在該處驅(qū)動信號Sdkv可用的半橋的輸出被耦合到驅(qū)動電路2的輸出21。高側(cè)開關(guān)37i和低側(cè)開關(guān)372在圖4中被僅僅示意性地示出。這些開關(guān)37p372可以被實施為常規(guī)電子開關(guān)，比如M0SFET、IGBT或BJT(雙極結(jié)型晶體管)。開關(guān)371、372取決于控制信號S4而被互補地接通及關(guān)斷。另一電平移動器36 (其接收電荷泵電位Vcp作為供電電位)從控制信號S4生成經(jīng)過電平移動的控制信號S36。半橋開關(guān)37p372中的一個(即本實施例中的高側(cè)開關(guān)37P在控制端子處接收經(jīng)過電平移動的控制信號S36，同時半橋開關(guān)37p372中的另一個(即本實施例中的低側(cè)開關(guān)372)在控制端子處接收反相的經(jīng)過電平移動的控制信號S36’。反相器39從經(jīng)過電平移動的控制信號S36生成反相的經(jīng)過電平移動的控制信號S36’。在圖4的驅(qū)動器32中，每當高側(cè)開關(guān)37i根據(jù)控制信號S4被接通時，MOSFET I就被接通，并且每當?shù)蛡?cè)開關(guān)372根據(jù)控制信號S4被接通時，MOSFET I就被關(guān)斷。接通MOSFETI涉及對柵極-源極電容和柵極-漏極電容(圖4中未示出)進行充電，并且關(guān)斷MOSFET I涉及對柵極-源極電容和柵極-漏極電容進行放電。柵極-源極電容被充電和放電的速率并且因此MOSFET的開關(guān)速度由分別與高側(cè)開關(guān)37i和低側(cè)開關(guān)372串聯(lián)連接的第一和第二電流源38ρ382限定。具有圖4中所示的半橋37ρ372和電流源37p372的驅(qū)動器32是用于根據(jù)控制信號(比如圖4的經(jīng)過電平移動的控制信號S36)對MOSFET進行開關(guān)的常規(guī)驅(qū)動器。因此，取代圖4中所示的驅(qū)動器32，也可以采用任何其他常規(guī)驅(qū)動器。當控制信號S4的信號電平從激活電平(在該電平處將要激活電荷泵S1并且將要接通MOSFET I)改變到停用電平(在該電平處將要停用電荷泵S1并且將要關(guān)斷MOSFET I)時，驅(qū)動信號Sdkv可能隨著緩慢延遲時間而改變。關(guān)斷MOSFET I的開關(guān)速度主要由電流源38工、382決定。然而，當電荷泵S1被停用時，電荷泵電位Vcp可能只會緩慢地減小，這是因為電荷泵電位Vcp的減小需要對電荷泵S1的內(nèi)部電容進行放電，比如電容33^33^在圖2的驅(qū)動電路中，每當?shù)诙刂菩盘朣8等于供電電位V+減去二極管81的擊穿電壓時，所述另一電子開關(guān)6就被接通，而每當?shù)诙刂菩盘朣8等于供電電位V+時，電子開關(guān)6就被關(guān)斷。通過把第二輸入端子23連接到接地GND電位可以獲得等同于供電電位V+減去二極管81的擊穿電壓的第二控制信號S8，而當?shù)诙斎攵俗?3被允許浮動時可以獲得等同于供電電位V+的第二控制信號S8。然而，這僅僅是實例。也有可能生成第二控制信號S8，使得其在第二輸入信號S2具有高信號電平時接通第二開關(guān)6，并且在第二輸入端子23浮動時關(guān)斷第二開關(guān)6。根據(jù)另一實施例，第二輸入信號S2可以采取低信號電平(t匕如接地GND電平)和高信號電平(比如5V電平)，其中當?shù)诙斎胄盘朣2采取這些低和高電平之一時接通第二電子開關(guān)6，以及其中當?shù)诙斎胄盘朣2采取這些低和高電平中的另一個時關(guān)斷第二電子開關(guān)6。在參照圖2到4解釋的電子電路中，只根據(jù)第二輸入信號S2來接通所述另一電子開關(guān)6，以便快速地關(guān)斷電子開關(guān)I。圖5示出圖4的驅(qū)動電路2的修改。在圖4的驅(qū)動電路2中，電荷泵和驅(qū)動單元3的電荷泵S1只根據(jù)控制信號S4而被激活，并且驅(qū)動器32只根據(jù)所述控制信號而被控制。在這樣的驅(qū)動電路中，當電荷泵S1被激活并且驅(qū)動器32將輸出端子21連接到電荷泵電位 以便接通MOSFET I并且同時第二開關(guān)6被閉合以便關(guān)斷MOSFET I時，可能發(fā)生增加的損耗。在這種情況下，由第一電流源381提供的電流通過第二電子開關(guān)6流動。然而，當要通過第二驅(qū)動單元5關(guān)斷MOSFET I時可能期望保持電荷泵S1激活。為此，圖5的驅(qū)動電路2包括邏輯電路40，其可以是控制電路4的一部分。該邏輯電路40接收第一控制信號S2和第二控制信號S8，并且生成由電荷泵S1接收的第三控制信號S40i以及由電平移動器36接收的第四控制信號S402。在該電路中，電荷泵據(jù)第三控制信號S^1而被激活及停用，并且根據(jù)第四控制信號S402生成驅(qū)動信號Sdkv，其中第三和第四控制信號S^pSAO2取決于第一和第二控制信號S4、S8，其中第一和第二控制信號S4、S8又分別取決于第一和第二輸入信號。根據(jù)一個實施例，邏輯電路40被配置成生成第三控制信號S^1以使其對應(yīng)于第一控制信號S4，從而第三控制信號S^1僅僅取決于第一輸入信號SI，并且只要第一輸入信號具有接通電平就保持電荷泵S1激活。此外，邏輯電路40還被配置成生成第四控制信號S402，使得在第二控制信號S8具有表明第二開關(guān)6被關(guān)斷的信號時第四控制信號S402對應(yīng)于第一控制信號S4。在這種情況下，MOSFET I的操作僅僅由電荷泵和驅(qū)動單元3決定。然而，當?shù)诙刂菩盘朣8表明將要接通第二開關(guān)6以便執(zhí)行對于MOSFET I的快速關(guān)斷時，第四控制信號S402采取對應(yīng)于當MOSFET I將被關(guān)斷時的信號電平的信號電平，以便防止高損耗。根據(jù)另一實施例，邏輯電路40生成第三控制信號S40i，使得每當?shù)诙刂菩盘朣8表明將要接通第二開關(guān)6時第三控制信號SAO1就獨立于第一控制信號S4而激活電荷泵3:或者保持電荷泵S1激活。這確保了驅(qū)動第二開關(guān)6并且接收電荷泵電位的電平移動器7的正確操作。可以利用常規(guī)邏輯元件來實施邏輯電路40，其中邏輯電路40的特定設(shè)計取決于第一和第二控制信號S4、S8的特定信號電平以及第三和第四控制信號SAOpS^2的所期望的信號電平。圖6示出驅(qū)動電路2的另一實施例。在該驅(qū)動電路2中，在第二輸入端子23處接收到的第二輸入信號S2用來通過第二控制電路8激活或停用診斷電路9，其中診斷電路9通過電平移動器7接通或關(guān)斷另一電子開關(guān)6。圖6的驅(qū)動電路2的第一驅(qū)動單元可以如前所解釋的那樣來實施。診斷電路9接收可以對應(yīng)于在供電端子24處接收到的供電電壓V+的供電電位。診斷電路9根據(jù)第二控制電路8所提供的控制信號S8而被激活及停用。該第二控制電路8可以如參照圖4和5解釋的那樣來實施。診斷電路9例如當?shù)诙刂菩盘朣8低于第二供電電位V+時被激活。診斷電路9被配置成檢測或評估電子開關(guān)I的操作狀態(tài)，并且被配置成每當所述操作狀態(tài)等于預(yù)定義操作狀態(tài)時就通過電平移動器7接通另一電子開關(guān)6，以便關(guān)斷電子開關(guān)I。診斷電路9所檢測或評估的操作狀態(tài)取決于電子開關(guān)I的至少一個操作參數(shù)，其中所述操作狀態(tài)可以取決于電子開關(guān)I的幾個操作參數(shù)。根據(jù)一個實施例，由診斷電路9評估下列操作參數(shù)中的至少一個電子開關(guān)I的第一和第二負載端子D、S之間的電壓Vds ;經(jīng)過 電子開關(guān)I的負載路徑的電流Ids ;電子開關(guān)I的內(nèi)部溫度?？梢园凑粘Ｒ?guī)且公知的方式來檢測這些操作參數(shù)，因此在圖5中沒有明確地示出用于檢測這些操作參數(shù)的電路裝置。根據(jù)一個實施例，當滿足下列條件中的至少一個時，電子開關(guān)I處于預(yù)定義操作狀態(tài)下電壓Vds高于電壓閾值；電流Ids高于電流閾值；以及所述溫度高于溫度閾值。圖7示出診斷電路9的一個實施例，其被配置成檢測電子開關(guān)I的負載路徑兩端的電壓VDS。該診斷電路9包括生成代表所述電壓閾值的參考電壓Vkef的參考電壓源91以及比較器92。在該實施例中，比較器92的第一輸入端子被連接到MOSFET I的漏極端子D，同時第二輸入端子通過參考電壓源91被連接到源極端子S。比較器輸出信號代表電壓Vds是高于還是低于參考電壓VKEF。在診斷電路9的輸出處的通過門93允許在診斷電路9被激活時把比較器輸出信號傳遞到電平移動器7。該通過門93可以被實施為邏輯與門，其接收第二控制信號S8和比較器輸出信號S92，并且只有在控制信號S8具有代表經(jīng)激活的診斷電路9的信號電平時才允許比較器輸出信號S92通過。根據(jù)圖8中所示的另一實施例，第二輸入端子23不僅用來將第二輸入信號S2施加到驅(qū)動電路2，而且第二輸入端子23還用來檢測電子開關(guān)I的操作狀態(tài)。在這種情況下，診斷電路9被配置成調(diào)制經(jīng)過電流源42的電流。當?shù)诙斎攵俗?3被連接到接地(GND)時，可以在第二輸入端子23處檢測到的電流等于由電流源42提供的電流加上電流源43的電流，其中電流源42的電流由診斷電路9根據(jù)該診斷電路9檢測到的操作狀態(tài)來調(diào)制。可以利用圖7中示意性地示出的常規(guī)電流測量器件10來測量在輸出端子處的電流。該電流測量器件提供代表電子開關(guān)I的操作狀態(tài)的電流測量信號S10。根據(jù)一個實施例，電流源42被配置成生成兩個不同電流，并且接收診斷電路9的輸出信號S9以作為控制信號，其中當診斷電路9接通另一電子開關(guān)6時電流源42生成第一電流，以及其中當另一電子開關(guān)6被關(guān)斷時電流源42生成第二電流。雖然已經(jīng)公開了本發(fā)明的各種示例性實施例，但是下述對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，即在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以做出將實現(xiàn)本發(fā)明的其中一些優(yōu)點的各種改變和修改。下述對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯然的，即可以用執(zhí)行相同功能的其他部件來合適地替代。應(yīng)當提到的是，參照特定圖解釋的特征可以與其他圖的特征相組合，甚至是在還沒有明確地提到這一點的那些情況下。此外，本發(fā)明的方法可以利用適當?shù)奶幚砥髦噶钔ㄟ^全軟件實施來實現(xiàn)，或者可以通過利用了硬件邏輯與軟件邏輯的組合以獲得相同結(jié)果的混合實施來實現(xiàn)。對于本發(fā)明的構(gòu)思的這種修改意圖由所附權(quán)利要求書來覆蓋。諸如“在…下”、“以下”、“下方”、“在…上”、“上方”等等之類的空間相對術(shù)語是為了易于描述而使用的，以便解釋一個元件相對于第二元件的定位。這些術(shù)語意圖除了與附圖中所描繪的那些不同的取向之外還包含器件的不同取向。此外，諸如“第一”、“第二”等等之類的術(shù)語還被用來描述各種元件、區(qū)域、部分等等，并且也不意圖進行限制。相同的術(shù)語在整個描述中指代相同的元件。如在這里所使用的術(shù)語“具有”、“包含”、“包括”、“包括”等等是開放式術(shù)語，其表明所述元件或特征的存在，但不排除附加的元件或特征。冠詞“一個”、“一”、“所述”意圖包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文另有清楚地指示。應(yīng)當理解，在這里所描述的各種實施例的特征可以彼此組合，除非另有專門地說明。·
雖然在這里已經(jīng)示出并描述了特定實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可以用多種替換的和/或等同的實施來替代所示出并描述的特定實施例。本申請意圖覆蓋在這里所討論的特定實施例的任何適配或變化。因此，本發(fā)明意圖僅由權(quán)利要求書及其等同物來限定。
權(quán)利要求
1.一種電子電路，包括具有控制端子以及第一和第二負載端子之間的負載路徑的電子開關(guān)、以及具有耦合到所述電子開關(guān)的控制端子的輸出端子的驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路包括 第一輸入端子和第二輸入端子； 第一驅(qū)動單元，其被耦合在第一輸入端子與輸出端子之間并且包括電荷泵和驅(qū)動單元；以及 第二驅(qū)動單元，其被耦合在第二輸入端子與輸出端子之間并且包括耦合在輸出端子與用于參考電位的端子之間的另一電子開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子電路，其中，第一驅(qū)動單元還包括連接在第一輸入端子與所述電荷泵和驅(qū)動單元之間的控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子電路，其中，第一驅(qū)動單元還包括 被配置成生成電荷泵電位的電荷泵；以及 驅(qū)動器， 其中，所述控制單元被配置成至少根據(jù)在第一輸入端子處接收到的信號來激活及停用所述電荷泵和驅(qū)動單元，以及被配置成至少根據(jù)在第一輸入處的信號來驅(qū)動所述驅(qū)動器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子電路，其中，所述控制單元還被配置成根據(jù)在第二輸入處接收到的信號來驅(qū)動所述驅(qū)動器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子電路，其中，所述電荷泵還包括被配置成由所述控制單元激活及停用的振蕩器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子電路，其中，所述電荷泵和驅(qū)動單元被耦合在用于供電電位的端子與第一驅(qū)動單元的輸出端子之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子電路，其中，第二驅(qū)動單元還包括 耦合到第二輸入的控制單元； 耦合在所述控制單元與第二電子開關(guān)之間的電平移動器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子電路， 其中，所述控制單元被配置成根據(jù)在第二輸入處接收到的信號來提供控制信號，以及 其中，所述電平移動器被配置成根據(jù)所述控制信號對所述另一電子開關(guān)進行開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子電路， 其中，第二驅(qū)動單元包括診斷電路，其被配置成根據(jù)在第二輸入處接收到的信號而被激活及停用，以及被配置成檢測所述電子開關(guān)的操作狀態(tài)，以及 其中，第二驅(qū)動單元被配置成在所述診斷電路被激活時一檢測到所述電子開關(guān)的預(yù)定義操作狀態(tài)就接通所述另一電子開關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子電路，其中，第二驅(qū)動單元還包括 耦合在第二輸入與所述診斷電路之間的控制電路； 耦合在所述診斷電路與所述另一電子開關(guān)之間的電平移動器。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子電路，還包括 連接到所述電子開關(guān)的第一負載端子的第一電源系統(tǒng)； 連接到所述電子開關(guān)的第二負載端子的第二電源系統(tǒng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電子電路，其中，所述電源系統(tǒng)是分別包括電池的汽車電源系統(tǒng)，以及其中所述電源系統(tǒng)中的一個包括起動器。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子電路，其中，用于參考電位的所述端子是所述電子開關(guān)的第一負載端子。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子電路，其中，所述電子開關(guān)被實施為MOSFET。
15.一種汽車電源系統(tǒng)，包括 包括第一電池的第一電源系統(tǒng)； 包括第二電池的第二電源系統(tǒng)； 電子開關(guān)，其具有控制端子以及在第一和第二負載端子之間的負載路徑，其中所述負載路徑被連接在第一和第二電源子系統(tǒng)之間；以及 驅(qū)動電路，其具有耦合到所述電子開關(guān)的控制端子的輸出端子，所述驅(qū)動電路包括第一輸入端子和第二輸入端子；第一驅(qū)動單元，其被耦合在第一輸入端子與輸出端子之間并且包括電荷泵和驅(qū)動單元；第二驅(qū)動單元，其被耦合在第二輸入端子與輸出端子之間并且包括耦合在輸出端子與用于參考電位的端子之間的另一電子開關(guān)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的汽車電源系統(tǒng)，其中，第一驅(qū)動單元還包括連接在第一輸入端子與所述電荷泵和驅(qū)動單元之間的控制單元。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的汽車電源系統(tǒng)，其中，第一驅(qū)動單元還包括 被配置成生成電荷泵電位的電荷泵；以及 驅(qū)動器， 其中，所述控制單元被配置成至少根據(jù)在第一輸入端子處接收到的信號來激活及停用所述電荷泵和驅(qū)動單元，以及被配置成至少根據(jù)在第一輸入處的信號來驅(qū)動所述驅(qū)動器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的汽車電源系統(tǒng)，其中，所述控制單元還被配置成根據(jù)在第二輸入處接收到的信號來驅(qū)動所述驅(qū)動器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的汽車電源系統(tǒng)，其中，所述電荷泵還包括被配置成由所述控制單元激活及停用的振蕩器。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的汽車電源系統(tǒng)，其中，所述電荷泵和驅(qū)動單元被耦合在用于供電電位的端子與第一驅(qū)動單元的輸出端子之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的汽車電源系統(tǒng)，其中，第二驅(qū)動單元還包括 耦合到第二輸入的控制單元； 耦合在所述控制單元與第二電子開關(guān)之間的電平移動器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的汽車電源系統(tǒng)， 其中，所述控制單元被配置成根據(jù)在第二輸入處接收到的信號來提供控制信號，以及 其中，所述電平移動器被配置成根據(jù)所述控制信號對所述另一電子開關(guān)進行開關(guān)。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的汽車電源系統(tǒng)， 其中，第二驅(qū)動單元包括診斷電路，其被配置成根據(jù)在第二輸入處接收到的信號而被激活及停用，以及被配置成檢測所述電子開關(guān)的操作狀態(tài)，以及 其中，第二驅(qū)動單元被配置成在所述診斷電路被激活時一檢測到所述電子開關(guān)的預(yù)定義操作狀態(tài)就接通所述另一電子開關(guān)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的汽車電源系統(tǒng)，其中，第二驅(qū)動單元還包括 耦合在第二輸入與所述診斷電路之間的控制電路；耦合在所述診斷電路與所述另一電子開關(guān)之間的電平移動器。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的汽車電源系統(tǒng)，其中，第一電源系統(tǒng)被連接到所述電子開關(guān)的第一負載端子，以及第二電源系統(tǒng)被連接到所述電子開關(guān)的第二負載端子。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的汽車電源系統(tǒng)，其中，所述電源系統(tǒng)中的一個包括起動器。
27.根據(jù)權(quán)利要求15所述的汽車電源系統(tǒng)，其中，用于參考電位的所述端子是所述電子開關(guān)的第一負載端子。
28.根據(jù)權(quán)利要求15所述的汽車電源系統(tǒng)，其中，所述電子開關(guān)被實施為MOSFET。
全文摘要
本發(fā)明公開了驅(qū)動電子開關(guān)。一種電子電路包括具有控制端子以及第一和第二負載端子之間的負載路徑的電子開關(guān)、以及具有耦合到所述電子開關(guān)的控制端子的輸出端子的驅(qū)動電路。所述驅(qū)動電路包括第一輸入端子和第二輸入端子；第一驅(qū)動單元，其被耦合在第一輸入端子與輸出端子之間并且包括電荷泵和驅(qū)動單元；以及第二驅(qū)動單元，其被耦合在第二輸入端子與輸出端子之間并且包括耦合在輸出端子與用于參考電位的端子之間的另一電子開關(guān)。
文檔編號H03K17/04GK102904554SQ201210262929
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者V.卡塔爾 申請人:英飛凌科技股份有限公司