CN102196948A - 用于点火输出级的供电的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于点火输出级的供电的装置，所述装置具有晶体管(120)，电容器(122)以及供电电路(124)。所述晶体管(120)具有控制输入，并且被构造，以便根据在所述控制输入上的控制电压提供点火电流。所述电容器(122)与所述晶体管(120)的控制输入连接，并且被构造，以便向所述控制输入提供所述控制电压。所述供电电路(124)具有电阻(231)，其连接在所述电容器(122)和供电电压连接端(116)之间，其中，所述供电电路(124)被构造，以便经由所述电阻将所述电容器(122)充电至所述控制电压。
Description
技术领域
本发明涉及根据权利要求1所述的用于点火输出级的供电的装置。
背景技术
DE 10 2004 010135 A1描述了一种借助于来自蓄能器的点火电流的用于点火输出级的供电的装置。在此，在蓄能器和点火输出级之间设置电压调节器，该电压调节器将在至少一个点火输出级上的电压调整至预先给定的值。该电压调节器被安置在ASIC中。
图6示出了根据现有技术的、用于点火输出级的电压预调节器的电路方框图。示出的是装置600，其被构造，以便向点火输出级102提供点火电流。点火输出级102被构造，以便触发点火剂104。装置600与蓄能器106和微控制器108连接。装置600具有N沟道MOSFET 120，以用于提供点火电流。点火电流由N沟道MOSFET 120的源极连接端提供。N沟道MOSFET 120的漏极连接端通过二极管128与蓄能器106连接。电容器122通过ASIC 624提供N沟道MOSFET 120的栅极电压。ASIC 624具有充电泵(Charge Pump)634和两个晶体管电路。微控制器108被构造，以便向ASIC 624提供开/关(ON/OFF)信号以便中断点火电流的提供。此外，微控制器108被构造，以便向点火输出级102提供“点火”(Fire)信号。图6中未示出在装置624和MOSFET 120的源极之间的连接。
因此，用于提供点火电流的功能被集成到晶体管120和ASIC 624中。ASIC 624被构造，以便在源极跟随器架构中调节外部N-沟道MOSFET 120。在此，晶体管120的栅极连接端由ASIC 624保持或者调节在一个预定义的电压。源极连接端跟随栅极(VSOURCE＝VGATE-VGs(th))，并且通过点火输出级调节的点火电流流过MOSFET晶体管120。整个ASIC 624通过充电泵634和外部电容122供电。充电泵634确保，在供电106(蓄能器电压)中断的情况下，在点火时也可保持MOSFET晶体管120的栅极电压，从而MOSFET晶体管120能够以最小的电阻RDS(ON)被接通。
发明内容
在此背景下，通过本发明提出根据独立权利要求所述的、用于点火输出级的供电的装置。各从属权利要求和下面的说明书给出有利的设计方案。
本发明基于如下认识，即能够用分离的构件实现可断开的用于点火输出级的电压预调节器。因此ASIC不是必需的。尤其也能够通过简单的供电电路代替至今为止使用的充电泵。这是可能的，因为用于触发MOSFET晶体管而使用的电容依据本发明只被设置用于晶体管的栅极的充电而不用于其它开关元件的供电。因此能够保证，在例如由于点火脉冲的蓄能器的释放之后，还维持晶体管上的栅极电压。
有利地，能够通过依据本发明的方式显著地减少所需构件的数量。因为至今为止使用的、昂贵的ASIC变得多余，并且能够分离地更低成本地构建电路，因此取得明显的成本降低。
本发明实现了一种用于点火输出级的供电的装置，其具有以下特征：晶体管，其具有控制输入，其中，所述晶体管被构造，以便根据在所述控制输入上的控制电压提供点火电流；电容器，其与所述晶体管的控制输入相连接，并且被构造，以便向所述控制输入提供所述控制电压；以及供电电路，其具有电阻，该电阻被连接在所述电容器和供电电压连接端之间，其中，所述供电电路被构造，以便经由所述电阻将所述电容器充电至所述控制电压。
依据本发明的装置能够用于在车辆事故时触发约束装置。例如点火电流能够适合于激活安全气囊的点火剂。该晶体管能够实施为n-沟道MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，该n沟道MOSFET具有作为控制输入的栅极连接端以及用于提供点火电流的源极连接端。如果控制电压超过晶体管的阈值电压，那么晶体管被导通且能够提供点火电流。该电容器能够具有电容，该电容适合于将栅极连接端充电至阈值电压。供电电压连接端适合于将装置与蓄能器连接。自蓄能器能够提供点火电流和控制电压。该供电电路能够仅由分离的构件构建。能够通过电阻元件、供电电路的电路元件的内阻或者通过导线电阻构建该电阻。控制电压能够相应于在供电电压连接端上的供电电压减去在电阻上下降的电压。因此，最大控制电压小于最大供电电压。
该晶体管能够具有输入，该输入与供电电压连接端相连接。输入能够是漏极连接端。如果在晶体管的控制输入上的控制电压超过晶体管的阈值电压，那么晶体管被导通且点火电流能够自蓄能器通过晶体管提供到点火输出级。
根据一个设计方案，供电电路能够具有构件，其被构造，以便防止电容器经由电阻的放电。因此，当供电电压，例如在点火输出级的点火的情况下，下降到控制电压的值之下时，也能够维持控制电压。该构件能够是二极管。此外，该构件能够是晶体管。在此，该电阻至少部分地由该构件的内阻形成。如果该电阻完全由构件的内阻形成，那么单独的电阻不是必需的。
依据一个设计方案，供电电路能够具有齐纳二极管，该齐纳二极管与电容器相连接，以便稳定控制电压。因此，控制电压独立于蓄能器。如果供电电路在事故时从蓄能器分离，那么晶体管的栅极连接端仍然能够被进一步地充电，以便使得提供点火电流成为可能。
此外，该装置能够具有一个或两个串联电阻，其被连接在电容器和供电电路输出之间，或者在电容器和下文描述的开关之间。在串联电阻上下降的电压能够被用于诊断目的。
根据一个设计方案，该装置具有开关，其被构造，以便根据开关信号提供在控制输入和晶体管的输出之间的电连接。因此，在栅极连接端和源极连接端上的电势能够被设为相同，并且晶体管能够被截止。由此中断点火电流的提供。
附图说明
下面将根据所附的附图示例性地详细解释本发明。附图中：
图1示出本发明的第一实施例的电路方框图；
图2a-2f示出根据本发明的实施例的供电电路的电路图；
图3a，3b示出根据本发明的实施例的开关的电路图；
图4示出本发明的另一实施例的电路方框图；
图5a，5b示出本发明的实施例的特性曲线；以及
图6示出根据现有技术的装置的电路方框图。
具体实施方式
相同的或者相似的元件在附图中通过相同或者相似的附图标记表示。此外，附图中的图、图的说明以及权利要求组合地包含很多特征。在此本领域技术人员清楚的是，能够单独地考虑这些特征或者将其组合成另外的、在此未详细描述的组合。
图1示出根据本发明实施例的、用于点火输出级102的供电的装置100的方框图。装置100能够是分离的、可断开的用于点火输出级的电压预调节器。
该装置100被构造，以便向点火输出级102提供点火电流。点火输出级102能够是点火输出级，其被构造，以便触发点火剂104。此外，该装置100与蓄能器106和微控制器(μC)108耦接。
该装置100具有输出112，用于将点火电流输出到点火输出级102。此外，该装置100具有供电电压连接端116，通过该供电电压连接端116该装置100能够与蓄能器106连接。该蓄能器106能够具有多个电容器，优选地具有多个电解电容器。该装置100通过开关连接端118与微控制器连接。微控制器108能够通过开关连接端118向装置100提供开关信号(ON/OFF)。该开关信号能够控制点火电流的提供。此外，微控制器108能够向点火输出级102提供点火信号(Fire)。
该装置100具有N沟道MOSFET 120。该N沟道MOSFET 120具有漏极连接端、栅极连接端和源极连接端。此外，该装置100具有电容或电容器122、供电电路124、开关126和二极管128。N沟道MOSFET 120的漏极连接端通过二极管128与供电电压连接端连接。N沟道MOSFET 120的源极连接端与输出112连接。N沟道MOSFET 120的栅极连接端与电容器122的第一连接端连接。该电容器122能够如此连接，即电容器122仅用于N沟道MOSFET 120的栅极的充电。电容器122的第二连接端接地。供电电路124的第一连接端与供电电压连接端116连接。供电电路124的第二连接端与电容器122的第一连接端连接。开关126的第一连接端与N沟道MOSFET 120的栅极连接端连接。开关126的第二连接端与N沟道MOSFET 120的源极连接端连接。开关126的第三连接端与开关连接端118连接。
供电电路124被构造，以便向电容器122提供控制电Vref。此外，供电电路124能够被构造，以便通过电阻将电容器122的第一连接端与供电电压连接端116连接。在该电阻上出现电压降。因此，电容器122不能够完全地充电至在供电电压连接端116上的供电电压。电阻能够是导线电阻、分离的无源构件或供电电路124的二极管或晶体管的内阻。在图2a至2f中示出供电电路124可能的实施例。
开关126被构造，以便控制点火电流的提供。该控制能够相应于由微控制器108提供的开关信号实现。为了截止晶体管120，开关126能够被构造，以便触发在晶体管120的栅极连接端和源极连接端之间的短路。在这种情况下，然而出于诊断目的，还能够有较小的电流流过。在图3a和3b中示出开关126可能的实施例。
依据本发明，预充电至限定的电压的电容122(＞10nF)直接被安装到N沟道MOSFET 120的栅极。在点火时，该电容122用作缓冲电容器，以便当供电电压106中断时，能够保持在栅极上的电压。因此，电容122实现了图6中示出的ASIC结构的充电泵的功能。自蓄能器106馈给的供电电压能够直到第一次点火的出现都是稳定的。
供电电路124具有开关和参考电压的功能。开关能够被构造，以便避免电容122在低供电电压时被放电。例如开关能够实施为二极管或晶体管，并且被安置在晶体管120的栅极连接端和供电106之间。参考电压被设置用于栅极电容122的充电，并且因此用于源极(源极跟随器架构)。
由微控制器108控制的开关126能够被安装到晶体管120的栅极和源极之间，以便关闭MOSFET 122(开关on)。如果不允许该点火电流流动，特别地能够实现该关闭。在这种情况下源极电压必须中断。此外，开关126被构造，以便接通MOSFET 122(开关off)，用于描述源极跟随器架构和确保栅极电容122不被放电。开关126能够构造为例如二极管或晶体管。
根据实施例，能够使用多个晶体管代替单个MOSFET 120。在此，还能够是不同的晶体管。
图2a至2f示出供电电路124的实施例。示出的供电电路124分别具有供电电压连接端116和电容连接端222。此外，供电电路124能够具有接地连接端。供电电路124能够通过供电电压连接端116与蓄能器连接。供电电路124能够通过电容连接端222与晶体管120的栅极连接端(图1中示出)以及与电容器122(图1中示出)连接。
图2a示出具有电阻231、二极管232和齐纳二极管233的供电电路124的电路图。电阻231的第一连接端与供电电压连接端116连接。电阻231的第二连接端通过二极管232与电容连接端222连接，并且通过齐纳二极管233接地。二极管232如此连接，以防止电容器经由电阻231放电。齐纳二极管233如此连接，使得电容器的稳压或充电是可能的。
图2b示出具有电阻231、二极管232和另一电阻234的另一供电电路124的电路图。电阻231的第一连接端与供电电压连接端116连接。电阻231的第二连接端通过二极管232与电容连接端222连接，并且通过另一电阻234接地。二极管232如此连接，以防止电容器经由电阻231放电。
图2c示出具有电阻231和二极管232的另一供电电路124的电路图。电阻231的第一连接端与供电电压连接端116连接。电阻231的第二连接端通过二极管232与电容连接端222连接。二极管232如此连接，以防止电容器经由电阻231放电。
图2d示出具有电阻231、晶体管235、另一电阻236和齐纳二极管233的另一供电电路124的电路图。晶体管235能够构造为npn双极型晶体管。电阻231的第一连接端与供电电压连接端116连接。电阻231的第二连接端与晶体管235的集电极连接。晶体管235的发射极与电容连接端222连接。晶体管235的基极通过另一电阻236与供电电压连接端116连接，并且通过齐纳二极管233接地。齐纳二极管233如此连接，使得电容器的稳压或充电是可能的。晶体管235如此连接，以防止电容器经由电阻231放电。
图2e示出具有电阻231、晶体管235、其他电阻234、236的另一供电电路124的电路图。晶体管235能够构造为npn双极型晶体管。电阻231的第一连接端与供电电压连接端116连接。电阻231的第二连接端与晶体管235的集电极连接。晶体管235的发射极与电容连接端222连接。晶体管235的基极通过另一电阻236与供电电压连接端116连接，并且通过另一电阻234接地。晶体管235如此连接，以防止电容器经由电阻231放电。
图2f示出具有晶体管235和其他电阻234、236的另一供电电路124的电路图。晶体管235能够构造为npn双极型晶体管。晶体管235的集电极与供电电压连接端116连接。晶体管235的发射极与电容连接端222连接。晶体管235的基极通过另一电阻236与供电电压连接端116连接，并且通过另一电阻234接地。晶体管235如此连接，以防止电容器经由电阻231放电。
图3a至3b示出开关126的实施例。示出的开关126分别具有输出112、开关连接端118和电容连接端222。开关126能够通过输出112与晶体管120的源极连接端(图1中示出)连接，并且能够通过电容连接端222与晶体管120的栅极连接端和电容器122(图1中示出)连接。通过开关连接端118，开关126能够接收来自微控制器108(图1中示出)的开关信号。
图3a示出具有晶体管341和电阻342的开关126的电路图。晶体管341能够构造为pnp双极型晶体管。晶体管341的发射极与电容连接端222连接。晶体管341的集电极与输出112连接。晶体管341的基极通过电阻342与开关连接端118连接。
图3b示出具有晶体管341、电阻342和另一电阻343的另一开关126的电路图。晶体管341能够构造为pnp双极型晶体管。晶体管341的发射极与电容连接端222连接。晶体管341的集电极与输出112连接。晶体管341的基极通过电阻342与开关连接端118连接，并且通过另一电阻343与电容连接端222连接。
图4示出根据本发明的另一实施例的、用于点火输出级102的供电的装置100的电路方框图。该装置具有连接端112、116、118以及晶体管(M1)120、电容器122、供电电路124和开关126。
该装置100被构造，以便向点火输出级102提供点火电流。点火输出级102能够是点火输出级102，其被构造，以便触发点火剂104。此外，该装置100还与蓄能器106和微控制器(μC)108耦接。
晶体管120被构造为N沟道MOSFET 120。晶体管120的漏极连接端与供电电压连接端116连接。晶体管120的源极连接端与输出112连接，用于提供点火电流。晶体管120的栅极连接端与电容器(C5)122、供电电路124和开关126连接。
供电电路124相应于图2b中示出的具有两个电阻R4、R20和二极管D1的实施例。
开关126相应于图3b中示出的具有两个电阻R5、R17和三极管Q11的实施例。
在连接端116、118之间安置上拉电阻R16，用于在开关连接端118上提供的开关信号的触发。此外，设置晶体管Q12。晶体管Q12由开关信号切换，并且能够在导通状态下将电阻R5接地。
在电容器122和二极管D1之间能够安置串联电阻，用于诊断。
在电容器122和电阻R17之间能够安置串联电阻，用于诊断。
元件V1、U1、C6、R10、I3仿真蓄能器，该蓄能器与供电电压连接端116连接。元件V2、R21仿真微控制器，该微控制器与开关连接端118连接。元件I2、R11、C7仿真点火输出级，该点火输出级与输出112连接。
图5a和5b示出依据本发明的用于点火输出级的供电的装置的电压特征曲线和电流特征曲线。尤其关于时间描绘了图4中示出的元件的电压曲线和电流曲线。在此，图5a示出电阻R4上的电流曲线551和电阻R11上的电流曲线552。图5b示出晶体管M1的源极连接端上的电压曲线553、晶体管M1的漏极连接端上的电压曲线554、晶体管M1的漏极连接端上的电流曲线555、电源V2上的电压曲线556和晶体管M1的栅极连接端上的电压曲线557。
第一点火尖峰被示出在0.1秒，第二点火尖峰被示出在0.35秒，第三点火尖峰被示出在0.6秒，第四点火尖峰被示出在0.85秒。漏极连接端上的电压曲线554直到0.2秒保持35V不变，因为晶体管M1是截止的。在0.2秒时发生碰撞，并且通过在电源V2上的电压556的压降而消除了晶体管M1的截止。随后晶体管M1的漏极连接端上的电压曲线554连续下降。即使晶体管M1的漏极连接端上的电压曲线554下降，在晶体管M1的栅极连接端上的电压曲线557保持不变。直到电压曲线554、557相交的时间点0.75秒，出现关于在电容器上的电压557的更高的损失。自时间点0.75秒起，供电电压554低于在电容器上的电压557，并且不出现损失。
所述的实施例仅是示例地选择的，并且能够相互结合。也能够使用其它确保依据本发明的功能性的、合适的电路元件代替所描述的电路元件。所示出的电路也仅是示例性地选择的。能够通过其它合适的电路代替所述的电路。电路元件之间的连接被理解为电连接，该电连接能够直接或通过其它电路元件实施。
Claims (11)
1.用于点火输出级(102)的供电的装置(100)，具有以下特征：
晶体管(120)，其具有控制输入，其中，所述晶体管被构造，以便根据在所述控制输入上的控制电压提供点火电流；
电容器(122)，其与所述晶体管的所述控制输入相连接，并且被构造，以便向所述控制输入提供所述控制电压；以及
供电电路(124)，其具有电阻(231)，该电阻被连接在所述电容器(122)和供电电压连接端(116)之间，其中，所述供电电路被构造，以便经由所述电阻(231)将所述电容器(122)充电至所述控制电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制电压相应于在所述供电电压连接端(116)上的供电电压减去在所述电阻(231)上下降的电压。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述晶体管(120)具有与所述供电电压连接端(116)相连接的输入。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述供电电路具有构件(232，235)，其被构造，以便防止所述电容器(122)经由所述电阻(231)放电。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述构件是二极管(232)。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述构件是晶体管(235)。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述电阻至少部分地由所述构件(232，235)的内阻形成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述供电电路(124)具有齐纳二极管(233)，该齐纳二极管(233)与所述电容器(122)相连接，以便稳定所述控制电压。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，具有串联电阻，该串联电阻被连接在所述电容器(122)和所述晶体管(120)的控制输入之间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，具有开关(126)，所述开关(126)被构造，以便根据开关信号提供在所述控制输入和所述晶体管(120)的输出之间的电连接。
11.用于点火输出级(102)的供电的方法，具有如下方法步骤：
-根据控制电压，通过晶体管(120)提供点火电流，所述控制电压在所述晶体管(120)的控制输入上，
-通过电容器(122)向所述控制输入提供所述控制电压，所述电容器(122)与所述晶体管(120)的控制输入相连接，
-通过供电电路(124)经由电阻(231)将所述电容器(122)充电至所述控制电压，其中，所述电阻(231)被连接在所述电容器(122)和供电电压连接端(116)之间。
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