CN103023468B - 驱动电子开关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了驱动电子开关。一种电子开关取决于输入信号而与负载串联连接。在输入信号的信号电平已经从断开电平改变为接通电平之后，该电子开关以第一操作模式进行操作以持续第一时段。该第一操作模式包括：取决于负载两端的电压并且取决于电子开关的温度来驱动该电子开关。在第一时段之后，该电子开关以第二操作模式进行操作。该第二操作模式包括：根据滞后曲线、取决于温度来驱动该电子开关。

Description

驱动电子开关
技术领域
本发明的实施例涉及用于驱动电子开关的方法，以及涉及包括电子开关和驱动电路的电子电路。
背景技术
诸如MOSFET或IGBT之类的电子开关在工业应用中被广泛地用于对诸如电动机、执行器（actor）或灯之类的电负载进行开关。电子开关的驱动电路可以包括过电流保护电路和/或超温保护电路。过电流保护电路被配置成驱动电子开关，使得通过开关的电流被限制为给定值。当温度达到给定温度时，超温保护电路将开关断开，其中当温度已经降至低于给定温度时，电子开关可以被再次接通。
特别是在工业应用中，期望具有能够对不同类型的负载（例如电动机或灯，特别是白炽灯）进行开关的通用电子开关。白炽灯包括具有变化的电阻的灯丝。当灯是冷的时，这意味着当灯丝是冷的时，灯丝的电阻显著地低于当灯丝是热的时的电阻。因此，在接通冷灯之后的特定时段内，通过灯的电流显著地高于在稍后当灯丝是热的时的电流。当使用受到过电流和超温保护的电子开关将灯接通时，在将灯接通时之后不久的高电流可以引起驱动电路限制通过电子开关的电流。然而，这可以引起电子开关的温度增加到临界值，从而电子开关可能被断开。这能够通过增加电流限制值而被防止。然而，将通过电子开关的电流限制为更高的值可以增加当被连接到具有损坏（例如短路）的负载时电子开关受到损坏的风险。
因此，需要提供用于驱动电子开关的方法（其允许电子开关被用于不同类型的负载）以及提供具有电子开关的电子电路。
发明内容
第一实施例涉及一种用于取决于输入信号来驱动与负载串联连接的电子开关的方法。该方法包括：在输入信号的信号电平已经从断开电平改变为接通电平之后以第一操作模式操作开关以持续第一时段，在第一时段之后以第二操作模式操作开关。以第一操作模式操作电子开关包括取决于负载两端的电压并且取决于电子开关的温度来驱动电子开关，以及以第二操作模式操作电子开关包括根据滞后曲线、取决于温度来驱动电子开关。
第二实施例涉及一种用于取决于输入信号来驱动与负载串联连接的电子开关的方法。该方法包括：在输入信号的信号电平已经从断开电平改变为接通电平之后以第一操作模式操作电子开关以持续第一时段，并且在第一时段之后以第二操作模式操作电子开关。以第一操作模式操作电子开关包括当电子开关的温度达到第一温度阈值时断开电子开关，以及以第二操作模式操作电子开关包括根据滞后曲线、取决于温度来驱动电子开关，使得当电子开关的温度达到低于第一温度阈值的第二温度阈值时，电子开关被断开。
第三实施例涉及一种电子电路，该电子电路包括：电子开关，其具有负载路径和控制端子，所述负载路径被配置成具有与其连接的负载；以及驱动电路，其被耦合到电子开关的控制端子并且被配置成接收输入信号。该驱动电路被配置成：在输入信号的信号电平已经从断开电平改变为接通电平之后以第一操作模式操作开关以持续第一时段，以及在第一时段之后以第二操作模式操作开关。以第一操作模式操作电子开关包括取决于负载两端的电压并且取决于电子开关的温度来驱动电子开关，以及以第二操作模式操作电子开关包括根据滞后曲线、取决于温度来驱动电子开关。
第四实施例涉及一种电子电路，该电子电路包括：电子开关，其具有负载路径和控制端子，所述负载路径被配置成具有与其连接的负载；以及驱动电路，其被耦合到电子开关的控制端子，并且被配置成接收输入信号。该驱动电路进一步被配置成：在输入信号的信号电平已经从断开电平改变为接通电平之后以第一操作模式操作电子开关以持续第一时段，以及在第一时段之后以第二操作模式操作电子开关。以第一操作模式操作电子开关包括当电子开关的温度达到第一温度阈值时断开电子开关，以及以第二操作模式操作电子开关包括根据滞后曲线、取决于温度来驱动电子开关，其中当电子开关的温度达到低于第一温度阈值的第二温度阈值时，电子开关被断开。
附图说明
现在将参考附图解释实例。附图用来说明基本原理，从而仅仅示出对于理解基本原理而言必要的方面。附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示类似的特征。
图1示出根据一个实施例的具有电子开关和耦合到电子开关的控制端子的驱动电路的电子电路；
图2示出用于驱动电子开关的方法的第一实施例；
图3示出用于驱动电子开关的方法的第二实施例，其是对图2中示出的方法的修改；
图4示出用于驱动电子开关的方法的第三实施例，其是对图3中示出的方法的修改；
图5示意性地示出驱动电路的一个实施例；以及
图6示意性地示出在驱动电路中实施的驱动器的一个实施例。
具体实施方式
在下面的详细描述中参考了形成其一部分的附图，并且其中通过说明的方式示出可以实践本发明的特定实施例。在这方面，参考所描述的附图的取向使用了诸如“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“前导”、“拖尾”等等之类的方向术语。由于可以将实施例的部件定位在许多不同的取向中，因此使用所述方向术语是为了进行说明而绝非进行限制。应当理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以做出结构或逻辑的改变。因此不应当将下面的详细描述视为进行限制，并且本发明的范围由所附权利要求书来限定。应当理解，可以将在这里所描述的各种示例性实施例的特征彼此组合，除非另有专门说明。
图1示意性地示出包括电子开关2和用于电子开关2的驱动电路3的电子电路1。电子开关2具有被配置成与负载Z（在图1中以短划线示出）串联连接的负载路径以及控制端子，在控制端子处，驱动电路3具有被耦合到电子开关2的控制端子的驱动输出端。在图2中示出的实施例中，电子开关2被实施为MOS晶体管，具体而言为n型增强MOSFET。MOSFET具有漏极和源极端子D、S，在它们之间形成MOSFET的负载路径的漏极-源极路径延伸。MOSFET进一步包括形成控制端子的栅极端子G。应当注意，将电子开关2实施为n型增强MOSFET仅仅是实例。任何其他类型的MOSFET，例如p型增强MOSFET、n型或p型耗尽型MOSFET，而且任何其他类型的晶体管，例如IGBT或双极结型晶体管（BJT），也可以被使用。
驱动电路3被配置成在第一端子11处接收输入信号SIN，以及取决于输入信号SIN、取决于通过电子开关2的负载电流IZ、取决于电子开关2的温度T并且取决于与电子开关2串联连接的负载Z两端的电压VZ来驱动电子开关2。在所示的实施例中，具有电子开关2和负载Z的串联电路被连接在端子13和14之间。在所示的实施例中，分别地，端子14用于正供电电位V+，以及端子13用于负供电电位或参考电位GND。Vs表示在供电端子之间可用的供电电压。在图1中示出的实施例中，电子开关2被实施为低侧开关。“低侧开关”是在负载（例如图1的负载Z）和负供电电位或参考电位（例如图1的参考电位GND）之间连接的开关。然而，这仅仅是实例。电子开关2还能够被实施为高侧开关，高侧开关是在负载和用于正供电电位的端子之间连接的开关。
参考图1，电子电路1进一步包括温度传感器5，其被热耦合到电子开关2并且生成代表电子开关2的温度T的温度信号ST。温度传感器5能够被实施为常规温度传感器，该常规温度传感器被热耦合到电子开关，特别是被热耦合到电子开关的pn结，以及被配置成测量电子开关2的温度并且生成代表温度的温度信号ST。电子电路1进一步包括电流传感器4，其被配置成测量通过电子开关2的负载电流IZ并且提供代表负载电流IZ的电流信号SI。电流传感器4能够被实施为常规电流传感器，该常规电流传感器被配置成测量通过电子开关2的电流并且提供电流信号SI。此外，电压传感器6被配置成被连接到负载的端子12、14，并且提供代表负载电压VZ的电压信号SV，该负载电压VZ是负载Z两端的电压。温度信号ST、电流信号SI和电压信号SV均由驱动电路3接收。驱动电路3生成驱动信号SDRV，其适合于取决于输入信号SIN并且取决于上面解释的其他参数来驱动电子开关2。
输入信号SIN通常限定电子开关2的期望的开关状态，即其中电子开关2被接通的接通状态，或者其中电子开关2被断开的断开状态。指示电子开关2的期望的接通状态的输入信号SIN的信号电平将在下文中被称作接通电平，以及指示电子开关2的期望的断开状态的输入信号SIN的信号电平将在下文中被称作断开电平。虽然当输入信号SIN具有断开电平时驱动电路3总是断开电子开关，但是可能存在其中驱动电路3至少临时地忽略（override）输入信号SIN的接通电平并且断开电子开关的负载情形。
期望使用电子开关2以用于对不同类型的负载Z（例如电动机、执行器或灯，具体而言是白炽灯丝灯）进行开关。白炽灯丝灯具有灯丝，所述灯丝当负载电流流过时被加热以便炽热并且发光。然而，当白炽灯丝灯已经被长时间地断开从而它是冷的时，灯丝具有低电阻，从而紧接在接通之后，可以出现高负载电流。
图1的驱动电路3采用在下文中解释的方法之一，所述方法使电子开关能够对不同类型的负载进行开关，并且当在负载中存在缺陷（例如短路）时保护开关免于损坏或破坏。
在图2中示出用于驱动电子开关2的方法的第一实施例。图2示出状态图，其示出电子开关的不同操作状态并且示出引起在各个操作状态之间的转移的条件。
将以其中输入信号SIN具有断开电平并且其中电子开关2因此被断开的断开状态100开始解释该方法。为了解释的目的，假设在将被称作接通时间的时间tON，输入信号SIN的信号电平从断开电平改变为接通电平。此时，电子电路1进入第一操作模式110，从而开关以第一操作模式操作。在第一操作模式110中，取决于负载电压VZ并且取决于电子开关2的温度T来驱动电子开关2。电子开关2以第一操作模式110进行操作以至多持续第一时段t1，并且然后以第二操作模式120进行操作。在图2中，等式t=tON+t1描述当在第一时段期满存在从第一操作模式110到第二操作模式120的转移时满足的条件，其中t是时间变量。在第二操作模式120中，根据滞后曲线、取决于温度T来驱动电子开关2。根据一个实施例，第一时段t1在50ms和500ms之间，特别是在100ms和300ms之间。
参考图2，第一操作模式110包括第一电流限制模式111，其中操作电子开关2以使得负载电流IZ被限制为第一电流极限I1。以电流限制模式（例如第一电流限制模式111或者在下面解释的其他电流限制模式）操作电子开关2意味着，操作电子开关2以使得通过电子开关2的负载电流不升至高于定义的电流限制，例如在第一电流限制模式111中的第一电流极限。在电流限制模式中，两种操作情形是可能的。其中负载电流低于电流极限的第一情形，以及其中负载电流升高到电流极限的第二情形。在第一情形中，电子开关2被“完全接通”，这意味着操作电子开关以使得它具有最小接通电阻，其中接通电阻是在负载端子D、S之间的欧姆电阻。在第二情形中，电子开关被驱动以使得接通电阻高于最小接通电阻，并且使得负载电流IZ被限制为给定电流极限。在下文中，根据第一情形操作电子开关2将被称作在低欧姆状态中操作电子开关，以及根据第二情形操作电子开关2将被称作在限制状态中操作电子开关。
为了在低欧姆状态或限制状态中驱动电子开关2，能够通过在它的控制端子G处接收的驱动信号SDRV调整电子开关2的接通电阻。为了解释的目的，假设能够利用给定驱动信号范围来改变栅极驱动信号SDRV。为了在低欧姆状态中驱动电子开关2，驱动信号范围的最大值能够被应用于驱动端子。例如，在n型增强MOSFET中，驱动信号范围可以在0和SDRV-MAX之间改变，其中SDRV-MAX表示最大值。最大值取决于实施MOSFET的技术。为了在限制状态中驱动电子开关，驱动信号SDRV被降低为低于最大值SDRV-MAX但是高于电子开关断开的阈值电压的值。驱动信号SDRV被降低为何值分别地取决于期望的接通电阻和期望的电流极限。当电子开关在限制状态中进行操作时，与在低欧姆状态中相比，在电子开关2中耗散更多的电能，从而电子开关2的温度可能增加。
因此，当负载电流IZ低于电流极限时，电子开关2在低欧姆接通状态中进行操作，所述低欧姆接通状态是在其中接通电阻具有最小值的接通状态。当负载电流IZ增加到电流极限时，电流限制功能启动，以便增加接通电阻，从而将负载电流IZ限制为电流极限。
当在第一电流限制模式111中电流增加到第一电流极限I1时，电子开关在限制状态中进行操作以便防止负载电流IZ的进一步增加。然而，这可以引起电子开关2的温度T增加。当在第一电流限制模式111中温度升至高于第一温度阈值T1时和当负载电压VZ高于第一电压阈值V1时，电子开关2在第二电流限制模式112中进行操作，其中操作电子开关2以使得负载电流IZ被限制为高于第一电流极限I1的第二电流极限I2。在图2中，IMAX表示在各个操作模式（操作状态）中可能的最大负载电流。
当在第二电流限制模式112中，温度T升至高于第二温度阈值T2（其高于第一温度阈值T1）时，并且当负载电压VZ高于第二电压阈值V2（其高于第一电压阈值V1）时，电子开关2被断开，尽管输入信号SIN可以仍然具有接通电平。电子开关2被断开以持续给定的第二时段t2，并且在这个第二时段t2期满之后，当输入信号仍然具有接通电平时，再次在第二电流限制模式112中进行操作。在图2中，tOFF2表示当电子开关2在第二电流限制模式112中被断开时的时间（在图2中由SDRV=断开tOFF2指示），使得电子开关在下文中将被称作第一温度诱发断开状态的断开状态中进行操作。在第二时段之后，电子电路1离开第一温度诱发断开状态113（其是当条件t=tOFF2+t2被满足时），使得电子开关再次在第二电流限制模式112中进行操作。根据另一实施例，每当温度降低到对应于第二温度阈值T2减去滞后值dT'的温度时，电子电路1就离开第一温度诱发断开状态113。滞后值dT'是例如在10K和20K之间的值。
在第二电流限制模式112中具有第一电流限制模式111的第一操作模式110能够被称作白炽灯启动模式，因为这个第一操作模式110有助于启动作为负载Z被连接到电子开关2的白炽灯。这将在下文中进行解释。
为了解释的目的，假设作为负载Z的白炽灯被与电子开关2串联连接，并且在当电子开关2接通时的接通时间tON，白炽灯是冷的。当白炽灯是冷的时，它具有非常低的接通电阻，从而主要取决于负载Z的电阻和供电电压的负载电流IZ将高于第一电流极限I1。通过在限制状态中操作电子开关2，通过电子开关2的电流因此被限制为在第一电流限制模式111中的第一电流极限I1，从而在电子开关2中耗散电力，这引起电子开关2的温度T增加。当温度升至高于第一温度阈值T1时，并且当负载电压VZ高于第一电压阈值V1时，允许负载电流IZ增加到在第二电流限制模式112中的第二电流极限I2。虽然在第一电流限制模式中流过白炽灯的（受限的）负载电流IZ已经加热白炽灯的灯丝，但是在第二电流限制模式112中流动的更高的电流更是增加灯丝的温度。
然而，只有当存在白炽灯被连接到电子开关2并且在负载Z中的故障（举例来说，例如负载Z的短路）不引起高负载电流IZ的高概率时，才进入第二电流限制模式112。为此，负载电压VZ被评估，其中只有当负载电压VZ高于第一电压阈值V1时才进入第二电流限制模式112。第一电压阈值V1被选择为高于可能由具有对应于流过故障负载（例如具有短路的负载）的第一电流极限I1的振幅的负载电流IZ所引起的电压降。
当在第二电流限制模式112中，温度升至高于第二温度阈值T2时，电子开关2被断开，并且当仍然存在被连接到电子开关2的负载Z是白炽灯的高概率时在第二时段t2之后电子开关2被再次接通。为此，负载电压VZ再次被评估，并且只有当负载电压VZ高于第二电压阈值V2（其高于第一电压阈值V1）时才进入第一温度诱发断开状态113。这是基于下述假设，即当电子开关2以第一和第二电流限制模式111、112进行操作时，白炽灯的灯丝被加热，使得它的电阻增加并且负载电压VZ相应地增加。为了能够检测白炽灯的电阻的温度诱发的增加，并且为了能够排除负载电压VZ的增加的确仅仅由负载电流IZ增加到第二电流极限I2引起，在第二电压阈值V2和第一电压阈值V1之间的比V2:V1高于在第二电流极限I2和第一电流极限I1之间的比I2:I1。
在第一温度诱发断开状态113中断开电子开关并且在给定时段t2之后再次接通，有助于通过允许电子开关2冷却至一定程度来防止电子开关2损坏。在这方面，假设与灯的灯丝的温度相比，电子开关2的温度在给定时段t2期间更快地降低。否则，就在白炽灯启动模式110期间加热灯丝而言，在第一温度诱发断开状态113中断开电子开关将是起相反作用。
根据一个实施例，第一温度阈值T1选自125℃和175℃之间，并且第二温度阈值T2选自175℃和225℃之间。根据一个实施例，第一电流极限I1选自0.8A和1.2A之间，而第二电流极限I2选自1.3A和1.7A之间。第一电压阈值V1例如选自供电电压Vs的0.2倍和0.3倍之间，而第二电压阈值V2例如选自在供电电压Vs的0.4倍和0.6倍之间的范围。
第一操作模式110具有等于第一时段t1的最大持续时间。因此，最晚在接通时间tON之后第一时段t1期满时（这是当条件t=tON+t1被满足时），存在从第一操作模式110到第二操作模式120的过渡。第一时段t1被选择成使得，能够在第一时段t1期间加热冷白炽灯，从而灯丝的电阻增加到在白炽灯的正常操作中的负载电流低于第一电流极限I1的电阻值。根据一个实施例，第一时段t1在100ms和300ms之间，特别是大约200ms。
当例如并非白炽灯并且不引起负载电流IZ增加到第一电流极限I1的负载Z被连接到电子开关2时，则电子开关2在第一电流限制模式111中在低欧姆状态中进行操作，直至第一时段t1期满并且进入第二操作模式120。
应当注意，即使当白炽灯被连接到电子开关2时，在第一操作模式110中并非进入第一和第二电流限制模式111、112中的每一个和第一温度诱发断开状态113。除第一电流限制模式111之外，进入第二电流限制模式112和温度诱发断开状态113中的哪一个也取决于灯的特定类型。有可能的是，白炽灯被连接到电子开关2并且电子开关2仅仅在第一电流限制模式111中进行操作，因为温度没有升至高于第一温度阈值T1。还有可能的是，电子开关2首先以第一电流限制模式111并且然后以第二电流限制模式112进行操作，但是温度没有升至高于第二温度阈值T2，从而在第一时段t1期满之前在第一操作模式111期间电子开关2不被断开。
可选地，电子开关2在第一时段t1期满之前已经以第二操作模式120进行操作。这在图2中用短划线示出。在该实施例中，当在第一电流限制模式111中温度T升至高于第一温度阈值T1时但是当负载电压VZ低于第一电压阈值V1时，电子电路1离开第一操作模式110并且进入第二操作模式120。在这种情况下，假设被连接到电子开关2的负载Z不是白炽灯，从而离开白炽灯启动模式110。等同地，当在第二电流限制模式112中温度升至高于第二温度阈值T2时但是当负载电压VZ低于第二电压阈值V2时，电子开关2离开白炽灯启动模式110。在这种情况下，很可能在负载中存在短路。当该负载是除了白炽灯（或DC电动机）之外的负载并且该负载无故障时，通常不进入第二电流限制模式。
在至此参考图2解释的方法的实施例中，在第一操作模式110中评估负载电压VZ的绝对值，以便确定是否存在白炽灯被连接到电子开关2的高概率。然而，评估绝对值VZ仅仅是实例。根据另一实施例，关于评估负载电压VZ的绝对值另外地或者可替换地，也可以评估负载电压VZ的变化率dVZ/dt。根据第一实施例，当负载电压VZ的变化率高于第一值时，仅仅存在从第一电流限制模式111到第二电流限制模式112的过渡，以及当变化率高于第二值时，仅仅存在从第二电流限制模式112到断开状态113的过渡，其中第二值高于第一值。根据第一实施例，第一值选自Vs/140每毫秒（ms）和Vs/70每毫秒之间，其中Vs是典型供电电压。根据一个实施例，第二值选自Vs/70每毫秒和Vs/35每毫秒之间。然而，这些值仅仅是实例。当然可以取决于特定应用而选择其他值。
根据一个实施例，仅仅评估负载电压VZ的绝对值和负载电压VZ的变化率中的一个。根据另一实施例，当在第一电流限制模式111中温度升至高于第一温度阈值T1时和当在第二电流限制模式112中温度T升至高于第二温度阈值T2时，负载电压VZ的值和变化率这二者都被评估。只有当负载电压VZ的绝对值和变化率满足以前解释的条件时，从第一电流限制模式111到第二电流限制模式112的过渡才发生，并且只有当负载电压VZ的绝对值和变化率满足以前解释的条件时，从第二电流限制模式112到断开状态113的过渡才发生。
在第二操作模式120中，根据滞后曲线、取决于温度T来驱动电子开关2。在这个第二操作模式120中，电子开关2以其中负载电流被限制为第三电流极限I3的第三电流限制模式121进行操作，其中每次温度T升至高于第三温度阈值T3时，电子开关2就被断开并且进入第二温度诱发断开状态122。当温度T已经降至低于第三温度T减去滞后值dT时，电子开关2再次以第三电流限制模式121被接通。根据一个实施例，第三温度T3选自140℃和160℃之间，并且滞后值dT选自10K和20K之间。
应当注意，取决于被连接到电子开关2的负载Z，电子开关2在以第二操作模式120进行操作时可以从不进入第二温度诱发断开状态122。当负载电流IZ总是低于第三电流极限I3，使得负载电流IZ不必在第三电流限制模式121中受到限制时，电子开关2的温度并不增加到第三温度阈值T3并且不会发生温度诱发断开。根据一个实施例，第三电流极限I3等于第一电流极限I1。
根据一个实施例，驱动电路3被配置成生成状态信号SST。状态信号SST例如被配置成指示何时电子开关在限制状态中进行操作和/或何时存在电子开关2的温度诱发断开。根据一个实施例，在第一操作模式110中，状态信号SST的生成被停用，尽管在第一操作模式110中，可以发生其中电子开关在限制状态中进行操作或者其中存在电子开关2的温度诱发断开的操作情形。然而，在第一操作模式110中，在限制状态和/或电子开关2的温度诱发断开中操作电子开关被视为对于连接到电子开关2的白炽灯而言为了正确地启动所需的正常操作。
然而，在第二操作模式120中，负载电流IZ增加到第三电流极限I3，使得电子开关2在限制状态中进行操作以便将负载电流IZ限制为这个第三电流极限I3和/或电子开关2的温度诱发断开不被视为正常操作。因此，在第二操作模式120中状态信号SST的生成被激活，使得状态信号SST指示在第三电流限制模式121中电流限制机制何时启动和/或在第二温度诱发断开状态中何时存在电子开关2的温度诱发断开。
在第一操作模式110中以及在第二操作模式120中，输入信号SIN具有接通电平。因此，在第一和第二操作模式110、120中断开电子开关2仅仅是温度诱发的。每当输入信号SIN将信号电平从接通电平改变为断开电平时，电子开关2就被断开并且电子电路1返回到断开状态100。取决于输入信号SIN的、到断开状态的过渡能够从在图2中示出的操作状态中的任何一种操作状态发生，从而为了易于说明，在图2中这些过渡未被示出。
图3示出用于驱动电子开关2的方法的另一实施例。根据图3的方法是基于根据图2的方法，其中在根据图3的方法中可以存在下述操作情形，其中电子电路1从断开状态100过渡到第二操作模式120而非第一操作模式110。在这种方法中，在接通时间tON（此时输入信号SIN将它的信号电平从断开电平改变为接通电平）之前评估输入信号SIN的断开电平的持续时间。当断开电平的这个持续时间比给定的第一断开时段t101更短并且输入信号SIN改变为接通电平（在图3中被示为SIN=接通）时，电子开关2立即以第二操作模式120进行操作。然而，当断开电平的持续时间比第一断开时段t101更长并且输入信号SIN的信号电平改变为接通电平时，电子开关2首先以第二操作模式120进行操作。
在图3中示出的状态图中，断开状态100包括两个子状态，即在输入信号SIN采取断开电平的时间tOFF1和第一断开时段t101期满之间支配电子开关2的操作的第一子状态101，以及在第一断开时段t101期满和接通时间tON之间支配电子开关2的操作的第二子状态102。从第一子状态101，存在到第二操作模式120、特别是到第三电流限制状态121的过渡，以及从第二子状态102，存在到第一操作模式110、特别是到第一电流限制模式111的过渡。
根据一个实施例，电子电路1具有监视供电电压Vs以及当供电电压Vs降至低于给定供电电压阈值时进入欠压锁定（UVLO）状态103的功能。当供电电压Vs随后升至高于这个阈值时，电子电路1进入第二子状态102，从第二子状态102，仅仅到第一操作模式110的过渡是可能的。
当未比给定第一断开时段t101更长地断开电子开关2时直接进入第二操作模式120的动机如下。即使当白炽灯被连接到以前已经小于第一断开时段t101而进行开关的电子开关2时，这个第一断开时段t101对于白炽灯（特别是对于灯丝）显著地冷却而言也是太短的，从而白炽灯能够被视为是热的，并且能够因此以第二操作模式120进行操作。给定的第一断开时段t101因此是根据白炽灯为了冷却而需要的时段选择的，并且例如在300ms和1s之间。
图4示出用于驱动电子开关2的方法的另一实施例。这种方法是基于根据图3的方法。在这种方法中，断开状态100具有在第一断开时段t101期满时进入的第三子状态104，并且在比第一断开状态t101更长的第二断开状态t104期满时进入第二子状态。根据一个实施例，第二断开时段t104在1秒和3秒之间。当在第一断开时段期满之前输入信号采取接通电平时（这是当电子电路1处于第三子状态104中时），电子电路1进入其中负载电流IZ被限制为第四电流极限I4的第四电流限制模式131。第四电流极限I4可以对应于第三电流极限I3，使得以第四电流限制模式131操作电子开关2等于以第三电流限制模式121操作电子开关2，差别在于，在第四电流限制模式131中，状态信号SST的生成被停用。从第四电流限制模式131，电子电路1在例如在150ms和250ms之间的给定时段t4之后过渡到第三电流限制模式121，或者当温度T升至高于可以对应于第三温度阈值T3的第四温度阈值T4时过渡到热诱发第二断开状态122。
以第四电流限制模式131操作电子开关2等同于以第三电流限制模式121操作电子开关2，差别在于，对于给定时段t4，状态信号SST的生成被抑制。因此，将不在第四时段t4期间通过状态信号SST报告电流限制机制的激活。能够假设，不比第四时段t4更长地要求的电流限制可以由特定类型的负载（例如DC电动机或闪光灯）的启动情形引起，在所述启动情形中，在断开时段期间灯丝仅仅部分地冷却。
图5示意性地示出驱动电路3的一个实施例。驱动电路3包括控制电路7，其接收电压信号SV和温度信号ST并且生成断开信号SOFF、电流极限信号SIL和状态信号SST。逻辑门8接收输入信号SIN和断开信号SOFF并且生成取决于输入信号SIN和断开信号SOFF的逻辑信号S8。驱动器9接收逻辑信号S8并且取决于电流信号SI和电流极限信号SIL而生成驱动信号SDRV。逻辑信号S8可以采取接通电平或断开电平，其中驱动器9被配置成当逻辑信号S8采取接通电平时接通电子开关2，以及被配置成当逻辑信号S8采取断开电平时断开电子开关2。断开信号SOFF能够采取断开电平，其中每次当要求处于根据图2到5的第一和第二温度诱发操作状态113和122中的电子开关2的温度诱发断开时，控制电路7就生成这个信号SOFF的断开电平。逻辑门8被配置成，独立于输入信号SIN的信号电平，每当断开信号SOFF具有断开电平时就生成逻辑信号S8的断开电平。根据一个实施例，输入信号SIN和逻辑信号S8的接通电平是高电平，而断开信号SOFF的断开电平是低电平。在该实施例中，逻辑门8例如被实施为AND门。
控制电路7还可以接收输入信号SIN以便评估输入信号SIN的断开时间以及以便将电子开关转换到断开状态100中，此时输入信号SIN采取断开电平。
电流限制信号SIL限定由驱动器9将通过电子开关的负载电流IZ限制到的电流极限。这个电流极限由控制电路7取决于特定操作状态、特别是取决于电子开关2将以其操作的特定电流限制模式而被选择。
在图6中示出具有电流限制电路的驱动器9的一个实施例。根据图6的驱动器9包括第一驱动单元91，其能够被实施为用于取决于逻辑信号S8来驱动电子开关2（例如MOSFET）的常规驱动单元。在图6中示出的实施为MOSFET的电子开关2是压控器件，其具有取决于栅极-源极电压的接通电阻。这个栅极-源极电压由也在图6中示出的内部栅极-源极电容CGS的充电状态来限定。为了调整控制电压，电流限制电路92包括可变电阻器93，例如晶体管。可变电阻器93被连接在栅极和源极端子之间，并且取决于电流信号SI和电流极限信号SIL而被控制。电流极限信号SIL控制参考信号源95，例如参考电压源。由参考信号源95提供的参考信号和电流信号SI由可以包括放大器的控制器94接收。这个控制器94取决于电流信号SI和电流极限信号SIL来驱动可变电阻器93，使得电子开关2的接通电阻被调整，从而负载电流IZ被限制为如由电流极限信号SIL限定的电流极限。
应当注意，当负载电流IZ低于如由电流极限信号SIL限定的电流极限时，电流限制电路92被停用，这等同于具有高电阻的可变电阻器93。在这种情况下，电子开关2具有它的最小接通电阻。然而，当负载电流IZ升高到电流极限时，可变电阻器93的电阻被降低以便降低电子开关2的栅极-源极电压，使得电子开关2的接通电阻被增加以便防止负载电流IZ增加至高于电流极限。然而，在这个操作状态中，电力在电子开关2中被耗散，这可以导致电子开关2的温度增加。
根据另一实施例，在第一操作模式110中评估负载电压VZ是可选的，以及以第一和第二电流限制模式111、112操作电子开关。在这种情况下，每次电子开关2的温度达到对应于以前解释的第二温度T2的温度时，电子电路1就进入温度诱发断开状态。或者在对应于以前解释的时段tOFF2的给定时段之后，或者在温度已经降低到对应于温度T2减去以前解释的滞后值dT'的温度之后，电子电路1离开温度诱发断开状态113。在离开温度诱发断开状态113之后电子电路1进入的接通状态能够是电流限制状态，例如第一和第二电流限制状态111、112之一。在给定时段t2之后或者当以前在这里解释的条件之一被满足时，电子电路1离开第一操作状态110。在第二操作模式120中，每次电子开关的温度达到对应于以前解释的温度T3并且低于在第一操作模式110中断开电子开关的温度T2的温度时，电子开关2就被断开。
诸如“在…之下”、“在…下面”、“较低的”、“在…之上”、“较高的”等等之类的空间相对术语是为了易于描述而被用来解释一个元件相对于第二元件的定位。除了与附图中描绘的那些取向不同的取向之外，这些术语意图还包含器件的不同取向。此外，诸如“第一”、“第二”等等之类的术语也被用来描述各种元件、区域、部分等等，并且也不意图进行限制。相同的术语在整个说明书中是指相同的元件。
如在这里所使用的术语“具有”、“包含”、“包括”、“包括”等等是开放式术语，其表明所述元件或特征的存在而不排除附加的元件或特征。冠词“一”、“一个”以及“该”意图包括复数以及单数，除非上下文另外清楚地表明。
考虑到上面的变型和应用的范围，应当理解，本发明不受前述的描述的限制，也不受附图的限制。代之以，本发明仅由后面的权利要求书及其法律等同物来限制。

Claims (48)

1.一种用于驱动与负载串联连接的电子开关的方法，所述方法包括：
在输入信号的信号电平已经从断开电平改变为接通电平之后以第一操作模式操作所述电子开关以持续第一时段，其中以第一操作模式操作所述电子开关包括：取决于所述负载两端的电压并且取决于所述电子开关的温度来驱动所述电子开关；以及
在所述第一时段之后以第二操作模式操作所述电子开关，其中以第二操作模式操作所述电子开关包括：根据滞后曲线、取决于温度来驱动所述电子开关。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，以第一操作模式操作所述电子开关包括：以第一电流限制模式操作所述电子开关，在所述第一电流限制模式中通过所述电子开关的电流被限制为第一电流极限。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，以第一操作模式操作所述电子开关进一步包括：当在所述第一电流限制模式中，温度升至高于第一温度阈值并且所述负载两端的电压满足第一条件时，以第二电流限制模式操作所述电子开关，在所述第二电流限制模式中通过所述电子开关的电流被限制为高于所述第一电流极限的第二电流极限。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，以第一操作模式操作所述电子开关进一步包括：当温度升至高于比所述第一温度阈值更高的第二温度阈值时和当所述负载两端的电压满足不同于所述第一条件的第二条件时，断开所述电子开关。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一温度阈值在125℃和175℃之间，以及其中所述第二温度阈值在175°℃和225℃之间。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，当所述负载两端的电压高于第一电压阈值时和/或当所述负载两端的电压随着时间的增加高于第一电压增加阈值时，所述负载两端的电压满足所述第一条件。
7.根据权利要求4所述的方法，
其中当所述负载两端的电压高于第一电压阈值时和/或当所述负载两端的电压随着时间的增加高于第一电压增加阈值时，所述负载两端的电压满足所述第一条件；以及
其中当所述负载两端的电压高于比所述第一电压阈值更高的第二电压阈值时和/或当所述负载两端的电压随着时间的增加高于比所述第二电压增加阈值更高的第二电压增加阈值时，所述负载两端的电压满足所述第二条件。
8.根据权利要求7所述的方法，
其中当所述负载两端的电压高于所述第一电压阈值时，所述负载两端的电压满足所述第一条件；
其中当所述负载两端的电压高于所述第二电压阈值时，所述负载两端的电压满足所述第二条件；以及
其中所述第二电压阈值是所述第一电压阈值的至少2倍。
9.根据权利要求7所述的方法，
其中当所述负载两端的电压随着时间的增加高于所述第一电压增加阈值时，所述负载两端的电压满足所述第一条件；
其中当所述负载两端的电压随着时间的增加高于所述第二电压增加阈值时，所述负载两端的电压满足所述第二条件；以及
其中所述第二电压增加阈值是所述第一电压增加阈值的至少2倍。
10.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：向包括所述电子开关和所述负载的串联电路施加供电电压；
其中当所述负载两端的电压高于所述第一电压阈值时，所述负载两端的电压满足所述第一条件；
其中当所述负载两端的电压高于所述第二电压阈值时，所述负载两端的电压满足所述第二条件；
其中所述第一电压阈值在所述供电电压的0.15倍和0.3倍之间；以及
其中所述第二电压阈值在所述供电电压的0.3倍和0.6倍之间。
11.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：向包括所述电子开关和所述负载的串联电路施加供电电压；
其中当所述负载两端的电压随着时间的增加高于所述第一电压增加阈值时，所述负载两端的电压满足所述第一条件；
其中当所述负载两端的电压随着时间的增加高于所述第二电压增加阈值时，所述负载两端的电压满足所述第二条件；
其中所述第一电压增加阈值选自在1/140*Vs每毫秒和1/70*Vs每毫秒之间的范围，其中Vs是供电电压，以及
其中所述第二电压增加阈值选自在1/70*Vs每毫秒和1/35*Vs每毫秒之间的范围。
12.根据权利要求7所述的方法，
其中当所述负载两端的电压高于所述第一电压阈值时，所述负载两端的电压满足所述第一条件；
其中当所述负载两端的电压高于所述第二电压阈值时，所述负载两端的电压满足所述第二条件；以及
其中在所述第二电压阈值和所述第一电压阈值之间的比高于在所述第二电流极限和所述第一电流极限之间的比。
13.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：当温度升至高于比所述第一温度阈值更高的第二温度阈值时断开所述电子开关以持续给定时段，并且在所述给定时段之后以所述第一电流限制来驱动所述电子开关。
14.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
当温度升至高于给定温度阈值但是负载电压没有满足与温度增加至高于所述给定温度阈值相关联的条件时，在所述第一时段结束之前以所述第二操作模式操作所述电子开关。
15.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：
当在所述第一电流限制模式中温度升至高于所述第一温度阈值并且负载电压没有满足所述第一条件时，或者
当在所述第二电流限制模式中温度升至高于所述第二温度阈值并且负载电压没有满足所述第二条件时，
在所述第一时段结束之前以所述第二操作模式操作所述电子开关。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，以第二操作模式操作所述电子开关包括：
以第三电流限制模式驱动所述电子开关，在所述第三电流限制模式中通过所述电子开关的电流被限制为第三电流极限；以及
当在所述第三电流限制模式中温度升至高于第三温度阈值时断开所述电子开关，直至温度降低到低于所述第三温度阈值的温度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，以第一操作模式操作所述电子开关包括：以第一电流限制模式操作所述电子开关，在所述第一电流限制模式中通过所述电子开关的电流被限制为第一电流极限，其中所述第三电流极限等于所述第一电流极限。
18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
当通过所述负载的电流达到所述第三电流极限时，生成指示已经达到所述第三电流极限的状态信号，以及
当在所述第二操作模式中温度升至高于所述第三温度阈值时所述电子开关被断开时，生成指示所述电子开关已经被断开的状态信号。
19.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
评估在所述接通电平之前所述输入信号的所述断开电平的持续时间；
当所述断开电平的持续时间已经比第一断开时段更长时，以所述第一操作模式操作所述电子开关；以及
当所述断开电平的持续时间已经比第二断开时段更短时，以所述第二操作模式操作所述电子开关，所述第二断开时段短于所述第一断开时段。
20.根据权利要求19所述的方法，
其中所述第一断开时段在1秒和3秒之间，以及
其中所述第二断开时段在0.3秒和1秒之间。
21.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：
当所述断开电平的持续时间已经比所述第二断开时段更长但是比所述第一断开时段更短时，以第四电流限制模式操作所述电子开关，在所述第四电流限制模式中通过所述负载的电流被限制为第四电流极限。
22.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一时段在50ms和500ms之间。
23.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电子开关包括晶体管。
24.一种用于驱动与负载串联连接的电子开关的方法，所述方法包括：
在输入信号的信号电平已经从断开电平改变为接通电平之后以第一操作模式操作所述电子开关以持续第一时段，其中以第一操作模式操作所述电子开关包括：当所述电子开关的温度达到第一温度阈值时断开所述电子开关；以及
在所述第一时段之后以第二操作模式操作所述电子开关，其中以第二操作模式操作所述电子开关包括：根据滞后曲线、取决于温度来驱动所述电子开关，其中当所述电子开关的温度达到低于所述第一温度阈值的第二温度阈值时，所述电子开关被断开。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，以第一操作模式操作所述电子开关进一步包括：当所述电子开关的温度达到所述第一温度阈值时，断开所述电子开关以持续给定时段。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，以第二操作模式操作所述电子开关进一步包括：在所述电子开关已经被断开之后，当所述电子开关的温度达到对应于第二温度减去给定滞后值的第三温度时，再次接通所述电子开关。
27.根据权利要求24所述的方法，进一步包括：
当温度升至高于给定温度阈值但是负载电压没有满足与温度增加至高于所述给定温度阈值相关联的条件时，在所述第一时段结束之前以所述第二操作模式操作所述电子开关。
28.根据权利要求24所述的方法，其中，以第一操作模式操作所述电子开关包括：以第一电流限制模式操作所述电子开关，在所述第一电流限制模式中通过所述电子开关的电流被限制为第一电流极限。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，以第一操作模式操作所述电子开关进一步包括：当在所述第一电流限制模式中，温度升至高于第一温度阈值并且负载电压满足第一条件时，以第二电流限制模式操作所述电子开关，在所述第二电流限制模式中通过所述电子开关的电流被限制为高于所述第一电流极限的第二电流极限。
30.一种电子电路，包括：
电子开关，其包括控制端子和负载路径，所述负载路径被配置成具有与其连接的负载；以及
驱动电路，其被耦合到所述电子开关的控制端子，所述驱动电路被配置成接收输入信号并且被配置成：
在所述输入信号的信号电平已经从断开电平改变为接通电平之后以第一操作模式操作所述电子开关以持续第一时段，其中所述第一操作模式包括：取决于所述负载两端的电压并且取决于所述电子开关的温度来驱动所述电子开关；以及
在所述第一时段之后以第二操作模式操作所述电子开关，其中所述第二操作模式包括：根据滞后曲线、取决于温度来驱动所述电子开关。
31.根据权利要求30所述的电子电路，其中，在所述第一操作模式中所述驱动电路被配置成以第一电流限制模式操作所述电子开关，在所述第一电流限制模式中通过所述电子开关的电流被限制为第一电流极限。
32.根据权利要求31所述的电子电路，其中，在所述第一操作模式中所述驱动电路进一步被配置成：当在所述第一电流限制模式中，温度升至高于第一温度阈值并且负载电压满足第一条件时，以第二电流限制模式操作所述电子开关，在所述第二电流限制模式中通过所述电子开关的电流被限制为高于所述第一电流极限的第二电流极限。
33.根据权利要求32所述的电子电路，其中，在所述第一操作模式中所述驱动电路进一步被配置成：当温度升至高于比所述第一温度阈值更高的第二温度阈值时和当负载电压满足不同于所述第一条件的第二条件时，断开所述电子开关。
34.根据权利要求32所述的电子电路，其中，当负载电压高于第一电压阈值和/或负载电压随着时间的增加高于第一电压增加阈值时，负载电压满足所述第一条件。
35.根据权利要求33所述的电子电路，其中，当负载电压高于比所述第一电压阈值更高的第二电压阈值和/或负载电压随着时间的增加高于比所述第一电压增加阈值更高的第二电压增加阈值时，负载电压满足所述第二条件。
36.根据权利要求35所述的电子电路，进一步包括供电电压源，其被配置成向具有所述电子开关和所述负载的串联电路提供供电电压，
其中所述第一电压阈值选自在所述供电电压的0.15倍和0.3倍之间的范围，以及
其中所述第二电压阈值选自在所述供电电压的0.3倍和0.6倍之间的范围。
37.根据权利要求35所述的电子电路，其中，在所述第二电压阈值和所述第一电压阈值之间的比高于在所述第二电流极限和所述第一电流极限之间的比。
38.根据权利要求32所述的电子电路，其中，所述驱动电路进一步被配置成：
当温度升至高于比所述第一温度阈值更高的第二温度阈值时，断开所述电子开关以持续给定时段，以及
在所述给定时段之后以所述第一电流极限驱动所述电子开关。
39.根据权利要求30所述的电子电路，其中，所述驱动电路进一步被配置成：
当温度升至高于给定温度阈值但是负载电压没有满足与温度增加至高于所述给定温度阈值相关联的条件时，在所述第一时段结束之前以所述第二操作模式操作所述电子开关。
40.根据权利要求33所述的电子电路，其中，所述驱动电路进一步被配置成：
当在所述第一电流限制模式中温度升至高于所述第一温度阈值并且负载电压没有满足所述第一条件时，或者
当在所述第二电流限制模式中温度升至高于所述第二温度阈值并且负载电压没有满足所述第二条件时，
在所述第一时段结束之前以所述第二操作模式操作所述电子开关。
41.根据权利要求30所述的电子电路，其中，在所述第二操作模式中所述驱动电路进一步被配置成：
以第三电流限制模式驱动所述电子开关，在所述第三电流限制模式中通过所述电子开关的电流被限制为第三电流极限；
当在所述第三电流限制模式中温度升至高于第三温度阈值时断开所述电子开关，直至温度降低到低于所述第三温度阈值的温度。
42.根据权利要求41所述的电子电路，其中，所述驱动电路进一步被配置成：
当负载电流达到所述第三电流极限时生成指示已经达到所述第三电流极限的状态信号，以及
当在所述第二操作模式中温度升至高于所述第三温度阈值时所述电子开关被断开时，生成指示所述电子开关已经被断开的状态信号。
43.一种电子电路，包括：
电子开关，其包括负载路径和控制端子，所述负载路径被配置成具有与其连接的负载；
驱动电路，其被耦合到所述电子开关的控制端子，所述驱动电路被配置成接收输入信号并且被配置成：
在所述输入信号的信号电平已经从断开电平改变为接通电平之后以第一操作模式操作所述电子开关以持续第一时段，其中所述第一操作模式包括：当所述电子开关的温度达到第一温度阈值时断开所述电子开关；
在所述第一时段之后以第二操作模式操作所述电子开关，其中所述第二操作模式包括：根据滞后曲线、取决于温度来驱动所述电子开关，其中当所述电子开关的温度达到低于所述第一温度阈值的第二温度阈值时，所述电子开关被断开。
44.根据权利要求43所述的电子电路，其中，所述驱动电路在所述第一操作模式中进一步被配置成：当所述电子开关的温度达到所述第一温度阈值时，断开所述电子开关以持续给定时段。
45.根据权利要求43所述的电子电路，其中，所述驱动电路在所述第二操作模式中进一步被配置成：当所述电子开关的温度达到对应于第二温度减去给定滞后值的第三温度时，再次接通所述电子开关。
46.根据权利要求43所述的电子电路，其中，所述驱动电路进一步被配置成：当温度升至高于给定温度阈值但是负载电压没有满足与温度增加至高于所述给定温度阈值相关联的条件时，在所述第一时段结束之前以所述第二操作模式操作所述电子开关。
47.根据权利要求43所述的电子电路，其中，所述驱动电路在所述第一操作模式中进一步被配置成：以第一电流限制模式操作所述电子开关，在所述第一电流限制模式中通过所述电子开关的电流被限制为第一电流极限。
48.根据权利要求47所述的电子电路，其中，所述驱动电路在所述第一操作模式中进一步被配置成：当在所述第一电流限制模式中，温度升至高于第一温度阈值并且负载电压满足第一条件时，以第二电流限制模式操作所述电子开关，在所述第二电流限制模式中通过所述电子开关的电流被限制为高于所述第一电流极限的第二电流极限。
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