CN103716022A - 具有电子开关和监控电路的电子电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有电子开关和监控电路的电子电路。电子电路包括具有控制端和负载路径的电子开关。监控电路包括具有电容性存储元件的开关电容器电路。所述开关电容器电路耦接到所述电子开关的所述负载路径。所述监控电路可操作为评估所述电子开关的负载电压并根据所述评估生成故障信号。驱动电路可操作为在所述电子开关的所述控制端处根据所述故障信号提供驱动信号。

Description

具有电子开关和监控电路的电子电路

技术领域

本公开涉及一种具有电子开关并且具有监控电路的电子电路。

背景技术

在许多电子电路应用诸如功率变换器中，使用半导体开关(也称为固态开关)。半导体开关例如是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、JFET(结型场效应晶体管)、BJT(双极结型晶体管)或HEMT(高电子迁移率晶体管)。在电子开关的操作中，可能发生不同类型的故障，诸如连接到开关的负载的短路。为了防止电子开关在故障情况下被损坏，可以监控电子开关的至少一个操作参数，并且当操作参数指示故障已发生时可以采取适当的措施，诸如关断电子开关。

在设备上，可以被监控的参数是电子开关的负载路径电压。在IGBT或BJT中，负载路径电压是集电极-发射极电压(V_CE)，在MOSFET或JFET中，负载路径电压是漏极-源极电压(V_DS)。负载路径电压依赖于通过电子开关的负载电流，并且当负载电流低于标称电流时，也就是当电子开关操作于其特性曲线的线性区(欧姆区)时，负载路径电压随着负载电流增加而增加。在较高负载电流下，也就是当IGBT操作于其特性曲线的去饱和区时，或者当MOSFET、JFET或HEMT操作于其特性曲线的饱和区(夹断区)时，负载路径电压可能显著增加，这可能引起电子开关损坏或甚至损毁，除非采取适当的措施。

对于具有带有正电力供应的驱动器的正常关闭设备(诸如例如MOSFET或IGBT)，存在几种已知的解决方案来实施监控操作参数并在故障情况下关断电子开关的保护电路。这些解决方案使用无论以什么方式可用的正电力供应。然而，这些解决方案可能不适合用于正常导通设备(诸如例如JFET或HEMT)。正常导通设备具有带有负电力供应的驱动器。因此，可能不存在可用的正电力供应或者仅存在下述的可用的正电力供应：不提供足够高以实施与用于正常关闭设备的相同的保护电路的正供应电压。

为正常导通设备的保护电路提供额外的电力供应的成本可能非常高，并且从负载的更高供应电压中得出用于保护电路的正供应电压可能是非常消耗电力的和／或昂贵的。

因此存在对较不昂贵、较少电力消耗并且容易实施的包括电子开关和监控电路的电路的需要。

发明内容

第一实施例涉及电子电路。所述电子电路包括：电子开关，具有控制端和负载路径；监控电路，包括具有至少一个电容性存储元件的开关电容器电路，所述开关电容器网络耦接至所述电子开关的所述负载路径，所述监控电路可操作为评估所述电子开关的负载电压并依赖于所述评估生成故障信号；以及驱动电路，可操作为依赖于所述故障信号在所述电子开关的所述控制端处提供驱动信号。

附图说明

现在将参照附图解释示例。附图用于图示基本原理，使得仅图示对理解基本原理必要的方面。附图不是按比例的。在附图中，相同参考符号表示相同特征。

图1图示了根据第一实施例的电路，其包括电子开关、驱动器电路和监控电路；

图2图示了驱动器电路的第一实施例；

图3图示了实施为具有根据第一实施例的监控电路的图1的电路；

图4示出了图示图3的电路的操作原理的时序图；

图5图示了监控电路的测量和比较单元的第一实施例；

图6图示了监控电路的测量和比较单元的第二实施例；

图7图示了实施为具有根据第二实施例的监控电路的图1的电路；

图8图示了实施为具有根据进一步实施例的监控电路的图1的电路；以及

图9示出了图示图7的电路的操作原理的时序图。

具体实施方式

在后面的详细描述中，参考形成本描述的部分的附图，并且在附图中通过图示的方式示出了本发明可以在其中实践的特定实施例。

图1图示了电子电路的第一实施例，其包括电子开关2、用于电子开关2的驱动电路3、供应电压源4和监控电路5。在这个示例中，电子开关是正常导通设备，具体是JFET2。然而，电子开关不限定于实施为正常导通设备。另外，正常导通设备也不限定于实施为JFET，而是也可能实施为耗尽型MOSFET和HEMT之一。

电子开关2具有控制端和第一和第二负载端之间的负载路径。在图1的JFET2中，负载路径是漏极端D和源极端S之间的漏-源路径D-S，并且控制端是栅极端G。电子开关2可以用于开关电负载Z(用虚线图示)，诸如汽车、工业或消费电子应用中的电负载。在这种情况下，开关的负载路径与负载Z串联连接，其中具有负载和电子开关的串联电路连接在用于正供应电势+V_L的端子和用于负供应电势或参考电势诸如接地的端子之间。负载供应电压V_L是用于正供应电势和负供应电势的端子之间的电压。负载供应电压V_L依赖于负载所需要的供应电压。例如，依赖于负载类型，供应电压是数十伏和数百伏之间的电压。

在图1的实施例中，电子开关2是低侧开关。也就是说，开关连接在负载Z和用于负供应电势GND的端子之间。然而，这仅仅是示例。电子开关2也可以互连为高侧开关。在这种情况下，电子开关2连接在用于正供应电势的端子和负载Z之间。

参照图1，驱动电路3控制电子开关2。驱动电路3接收输入信号S_IN，并在正常操作模式中依赖于输入信号S_IN接通和关断电子开关2。当电子开关2接通时，负载电压V_L主要在负载Z两端下降，而当电子开关2关断时，负载电压V_L在电子开关2两端下降。对电子开关2进行选择使得电子开关2的电压阻断能力比负载电压V_L高。

驱动电路3可以是用于驱动电子开关的常规驱动电路，并且根据在供应端所接收的驱动电压V_DRIVE生成驱动信号S_DRV。供应电压源4提供驱动电压V_DRIVE。JFET2，如同耗尽型MOSFET和HEMT，是压控半导体设备，使得驱动信号S_DRV是JFET2的栅极端G和源极端S之间的电压(栅-源电压V_GS)。耗尽型JFET，如同耗尽型MOSFET和HEMT，是正常导通设备，其在栅-源电压为零时处于导通状态(接通)，而为了关断JFET，需要在栅极和源极之间施加非零的栅-源电压。在n型JFET中，用于关断的栅-源电压是负电压。也就是说，JFET的阈值电压是负电压，并且用于关断的栅源电压需要低于负阈值电压。

为了解释的目的，假定供应电压V_DRIVE是正电压。在这种情况中，驱动电路3可以配置为：当JFET处于正常操作模式中时，当输入信号S_IN具有导通电平时，生成栅-源电压V_GS＝0V以接通JFET，并且当输入信号S_IN具有关闭电平时，生成栅-源电压V_GS=-V_DRIVE以关断JFET。

当如参照图1解释的，电子开关2用于开关电负载时，可能发生故障，引起通过电子开关2的电流I_D和电子开关两端的电压V_DS增加。通过电子开关2的电流I_D和电子开关2两端的电压V_DS的增加导致电子开关中耗散的电功率的增加并且导致设备温度的增加。当电子开关2中耗散的电功率达到临界值时，电子开关2可能被损坏或者甚至损毁。为了检测故障条件，电路包括监控电路5，监控电路5配置为评估电子开关的负载电压V_DS并且生成故障信号S_FAIL。根据一个实施例，监控电路5配置为生成具有两个不同信号电平(即当检测到故障条件时的故障电平，或者当检测到正常操作条件时的正常电平)之一的故障信号S_FAIL。根据一个实施例，监控电路5将负载电压V_DS的量值与参考电压进行比较，并且当负载电压V_DS低于参考电压时生成具有正常电平的故障信号S_FAIL，并且当负载电压V_DS高于参考电压时生成具有故障电平的故障信号。监控电路5包括具有一个或多个电容性存储元件的开关电容器网络和用于评估负载电压的开关电路。下面解释监控电路5的实施例。

参照图1，驱动电路3接收故障信号S_FAIL。根据一个实施例，驱动电路3配置为当故障信号S_FAIL具有故障电平时关断电子开关2。当故障信号S_FAIL具有正常电平时，驱动电路依赖于输入信号S_IN接通和关断电子开关2。

仅仅为了容易更好地理解驱动电路3的操作原理，在图2中图示了驱动电路3的一个实施例。在图2中，除了驱动电路3，还图示了电子开关2和供应电压源4。驱动电路3包括第一开关31、第二开关32和配置为控制第一和第二开关31、32的控制电路33。控制电路33接收输入信号和故障信号，并依赖于这些信号S_IN、S_FAIL开关第一和第二开关31、32。

参照图2，供应电压源4的正供应端和负供应端之一经由驱动电路3耦接到JFET2的源极端S，而正供应端和负供应端中的另一个经由第一开关31耦接到栅极端G。在图2的实施例中，供应电压源4的正供应端耦接到源极端S，而负供应端经由第一开关31耦接到栅极端。第二开关32耦接在栅极端和源极端G、S之间。控制电路33配置为互补地接通和关断第一和第二开关31、32。也就是说，在同一时间仅接通第一和第二开关中的一个，其中为了确定地防止供应电压源4的短路，在关断第一和第二开关中的一个和接通通第一和第二开关中的另一个之间可以存在时间延迟(停歇时间)。

驱动电路的操作原理如下。当输入信号S_IN使状态从关闭电平改变到导通电平(指示期望接通JFET)时并且当故障信号S_FAIL具有正常电平(指示没有检测到故障)时，控制电路33关断第一开关31并接通第二开关32。在这种情况中，栅-源电压V_GS几乎为0，使得JFET接通。当输入信号S_IN使状态从导通电平改变到关闭电平(指示期望关断JFET)时或当故障信号S_FAIL使状态从正常电平改变到故障电平(指示检测到故障)时，控制电路33关断第二开关32并接通第一开关31。在这种情况下，栅-源电压V_GS的量值近似等于驱动电压V_DRIVE的量值。当第一开关31导通时由于驱动电压源4的正供应端连接到源极端S并且由于负供应端连接到栅极端G，所以栅-源电压V_GS为负(V_GS=-V_DRIVE)，使得JFET2被关断。

图3图示了监控电路5的第一实施例。图3的监控电路5包括开关电容器网络，开关电容器网络具有第一电容性存储元件C12、充电电压源52、可操作为将充电电压源52耦接到第一电容性存储元件C12的第一开关网络S12、S22、耦接到电子开关2的负载路径的第二电容性存储元件C22、以及可操作为将第一电容性存储元件C12耦接到第二电容性存储元件C22的第二开关电路。第一和第二电容性存储元件C12和C22中的一个或两个都可实施为电容器。第一开关网络包括连接在充电电压源的第一端和第一电容性存储元件C12的第一端之间的第一开关S12、以及连接在充电电压源52的第二供应端和第一电容性存储元件C12的第二端之间的第二开关S22。在本实施例中，充电电压源52的第一供应端是正供应端，并且第二供应端是负供应端。此外，驱动电压源4和充电电压源52的负供应端连接到公共电路节点。然而，这仅仅是示例。基本上，如果驱动电压源4和充电电压源52的正供应端将连接到公共电路节点，则操作原理将是相同的。其中开关S12连接在充电电压源52的负供应端和第一电容性存储元件的第二端之间。并且开关S22连接在充电电压源52的正供应端和第一电容性存储元件的第一端之间。虽然驱动电压源4和充电电压源52在图3中绘制为分离的电压源，但是也可以仅从一个电压源(在图3中未示出)得出由充电电压源52提供的充电电压V_CHARGE和由驱动电压源4提供的驱动电压V_DRIVE。

参照图3，第二开关网络包括连接在第一电容性存储元件C12的第一端和第二电容性存储元件C22的第一端之间的第三开关S32、以及连接在第一电容性存储元件C12的第二端和第二电容性存储元件C22的第二端之间的第四开关S42。第二开关网络S32、S42可操作为将第一电容性存储元件C12与第二电容性存储元件C22并联连接。第二电容性存储元件C22与电子开关2的负载路径D-S并联连接，其中第二电容性存储元件C22的第一端耦接到漏极端D，并且第二电容性存储元件C22的第二端耦接到实施为JFET的电子开关的源极端S。整流器元件D12(诸如二极管)连接在第二电容性存储元件C22和负载路径D-S之间。对整流器元件D12进行连接使得第二电容性存储元件C22不能从负载路径充电，但能够经由整流器元件D12向负载路径放电。

控制电路53控制第一和第二开关网络的操作。当第一和第二开关S12、S22被接通时，第一开关网络被激活，以便将第一电容性存储元件C12连接到充电电压源52，并且当第三和第四开关S32、S42被接通时，第二开关网络被激活，以便将第一电容性存储元件C12连接到第二电容性存储元件C22。控制电路53配置为在同一时间仅激活第一和第二开关网络中的一个。

参照图3，监控电路5还包括与第二电容性存储元件C22并联连接并且也由控制电路53控制的第五开关S52、以及测量和比较单元。测量和比较单元51耦接到第二电容性存储元件C22以接收第二电容性存储元件C22两端的电压V_C22。测量和比较单元51配置为将第二电容性存储元件两端的电压V_C22与参考电压进行比较，并且配置为依赖于该比较来生成故障信号S_FAIL。根据一个实施例，当电压V_C22达到参考电压时，测量和比较单元51生成故障信号S_FAIL的故障电平。参照下面的解释，开关电容器网络可操作为对第二电容性存储元件充电使得第二电容性存储元件C22两端的电压V_C22与负载电压(减去二极管D12的正向电压)相对应。根据一个实施例，参考电压表示不应该被超过的负载电压V_DS的电压电平，以便当负载电压V_DS达到参考电压时，测量和比较单元51经由驱动电路3关断电子开关2。根据一个实施例，参考电压表示JFET2离开线性操作所处的电压，在线性操作中负载电压V_DS随着负载电流I_DS增加而线性增加并进入饱和。

监控电路5操作如下。为了保持第二电容性存储元件被放电，只要输入信号S_IN具有关闭电平，第五开关S52就由控制电路53控制接通。为了适当地控制第一和第二开关网络的开关S12、S22、S32、S42和第五开关S52，控制电路53也接收输入信号S_IN。当输入信号S_IN改变为导通电平时，驱动电路3接通电子开关2并且控制电路53在关断开关S52之后开始交替激活第一和第二开关网络。每次激活第一开关网络，第一电容性存储元件C12由充电电压源52充电，使得第一电容性存储元件C12两端的电压V_C12达到充电电压V_CHARGE。当去激活第一开关网络并且激活第二开关网络时，电荷从第一电容性存储元件C12传递到第二电容性存储元件C22，使得第二电容性存储元件C22两端的电压V_C22增加。第二电容性存储元件C22两端的电压V_C22限制为负载电压V_DS(加上二极管D12的正向电压)。当第二电容性存储元件C22两端的电压达到负载电压V_DS(加上正向电压)时，停止对第二电容性存储元件C22充电，以便当第二开关网络活动时，来自第一电容性存储元件的电荷流过二极管D12和负载路径D-S。

将第二电容性存储元件C22充电至负载电压V_DS所需要的激活循环数量依赖于第一和第二电容性存储元件C12、C22之间的电容比率、依赖于充电电压V_CHARGE和负载电压V_DS。充电电压V_CHARGE高于最大负载电压V_DS，以便能够将第二电容性存储元件C22充电至与最大负载电压加上二极管D12的正向电压相对应的电压。最大负载电压V_DS是监控电路5检测到故障条件并关断电子开关2所处的电压。例如，最大负载电压V_DS是即6至12V之间的电压，而当电子开关2在正常操作条件下操作时，负载电压V_DS正常低得多，诸如在-5至3V之间。

为了进一步图示监控电路5的操作原理，图4示出了负载电流I_D、输入信号S_IN、栅-源电压V_GS、漏-源电压V_DS、第一和第二电容性存储元件C12、C22两端的电压V_C12、V_C12、故障信号S_FAIL和开关S12-S52的开关状态的时序图。在图4的时序图中，输入信号S_IN的高信号电平表示导通电平，而低信号电平表示关闭电平。此外，个体开关S12-S52的开关状态的高电平(逻辑“1”)表示导通状态并且低电平(逻辑“0”)表示关闭状态。时序图从电子开关2处于其关闭状态的时间t0开始，使得负载电流I_D为零，负载电压V_DS对应于负载供应电压V_DS并且栅-源电压对应于负驱动电压-V_DRIVE。此时第一开关网络被激活使得第一和第二开关S12、S22接通，而第二开关网络被去激活(第三和第四开关S32、S42关断)。在这个时间t0第五开关S52接通。当输入信号S_IN在时间实例t1改变状态时，通过将适当的驱动电压施加在栅极端和源极端G、S之间而接通电子开关2。因此在本实施例中在时间t1之后，栅源电压V_GS从负供应电压-V_DRIVE上升到0V。在电子开关2接通之后，漏极电流I_D增加到稳定电流值(其中在开始时可能发生过渡电流峰值)，并且负载电压V_DS减小到稳定电压。

在时间t1之后，第一和第二开关网络被循环且交替地激活，使得电压V_C22增加。每次第一开关网络被激活(例如在图4中的时间t1和t2之间)，第一电容性存储元件C12被充电至充电电压V_CHARGE。每次第二开关网络被激活(例如在图4中的时间t2和t3之间)，第一电容性存储元件C12被放电。参照图4，充电电压V_CHARGE高于也在图4中示出的参考电压V_REF。

为了解释目的，假定电子开关2在时间t1和t4之间处于正常操作模式。在正常操作模式中，负载电压V_DS低于最大值(临界电压)，使得第二电容性存储元件C22两端的电压V_C22低于参考电压V_REF。在第一个激活循环中，第二电容性存储元件C22可以被充电至负载电压V_DS(加上二极管D12的正向电压)，使得在进一步的激活循环中，第一电容性存储元件C12仅经由二极管D12和负载路径D-S放电。然而，第二电容性存储元件C22可以在第一个激活循环中不被充电而在几个激活循环序列中被充电。

参照图4，在时间t4发生故障，其引起负载电流I_D和负载电压V_DS增加。当第二开关网络被激活(这在图4中的时间t5)时，负载电压V_DS的增加引起第二电容性存储元件C22两端的电压V_C22增加。虽然在故障发生之后负载电压V_DS可以保持恒定(处于高电压电平)，但是在第二电容性存储元件C22已被充电至与负载电压V_DS(加上二极管D12的正向电压)相对应的电压之前可能花费第一和第二开关网络的几个激活循环。所需要的激活循环的数量可以依赖于第一和第二电容性存储元件C12、C22的电容之间的比率以及充电电压52和负载电压V_DS(加上二极管D12的正向电压)之间的差来调整。当负载电压V_DS达到更高电平时的时间和当第二电容性存储元件相应地被充电时的时间之间的时间延迟依赖于所需要的激活循环的数量和开关频率，该开关频率是第一和第二开关网络被激活和去激活的频率。该开关频率可以依赖于期望的最大延迟来调整。

在第二电容性存储元件C22两端的电压V_C22达到参考值V_REF之后，关断电子开关2。在图4的实施例中，第二电容性存储元件C22两端的电压V_C22在时间t7处达到参考值V_REF，使得故障信号S_FAIL呈现故障电平。电子开关2在时间t8关断。在故障信号S_FAIL呈现故障电平所处的时间和电子开关2关断所处的时间之间可能存在时间延迟(如图示)。该时间延迟可能由在监控电路5(尤其是测量和比较单元51)和驱动电路3中的传播延迟造成。

第二电容器C22的电压V_C22的上升时间通常依赖于电容器C12和C22的电容值的差、充电电压V_CHARGE和开关频率。在一个实施例中，开关频率、电容比率或V_CHARGE电压的微调可以用于维持准确的上升时间。

图5图示了测量和比较单元51的第一实施例。图5的测量和比较单元包括具有串联连接的第一和第二分压器电阻器R12、R22的电阻分压器，其中具有分压器电阻器R12、R22的串联电路与第二电容性存储元件C22并联连接。分压器的抽头耦接到比较器54的第一输入，该比较器54在第二输入处接收参考电压V55。仅为了说明目的，假定第一输入是反相的，而第二输入是非反相的输入。在比较器的输出处可得到故障信号S_FAIL。由连接在第二电容性存储元件C22的第一端和比较器54的第二输入之间的参考电压源55提供参考电压V55。

比较器54将第一输入端处的电势(即分压器R12、R22的输出处的电势)和第二输入端处的电势进行比较。当第一输入端处的电势低于第二输入端处的电势时，即当下式成立时，比较器生成故障信号S_FAIL的故障电平：

$\frac{R12}{R12+R22}\·V_{C22}\≥V55---1\left(a\right)$

$V_{C22}\≥\frac{V55}{\frac{R12}{R12+R22}}---1\left(b\right).$

在不等式(1a)和(1b)中，R21和R22表示分压器的电阻器的电阻。

在图5的实施例中，故障信号的故障电平是高信号电平。参照上面提供的解释，当第二电容性存储元件C22两端的电压V_C22达到参考电压V_REF时，监控电路5生成故障信号S_FAIL的故障电平。在图5的实施例中，参考电压对应于由不等式(1b)中的右侧项所表示的负载电压V_DS(加上二极管D12的正向电压)，并能够通过由参考电压源55所提供的参考电压V55和分压器电阻器的电阻而进行调整。

图6图示了测量和比较单元51的进一步实施例。图6的测量和比较单元51是图5的测量和比较单元51的修改，从而在下文中仅解释区别。在图6的测量和比较单元中，分压器与具有第二电容性存储元件C22和电压源4的串联电路之间并联连接。分压器的抽头耦接到第一输入端，其在第二输入处接收参考电压V55。仅为了说明目的，假定第一输入是非反相的，而第二输入是反相输入。在比较器的输出处可得到故障信号S_FAIL。参考电压V55由连接在供应电压源4的负供应端和比较器54的第二输入之间的参考电压源提供。

比较器54将第一输入端处的电势(即分压器R12、R22的输出处的电势)与第二输入端处的电势进行比较。当第一输入端处的电势高于第二输入端处的电势时，即当下式成立时，比较器生成故障信号S_FAIL的故障电平：

$\frac{R22}{R12+R22}\·(V_{C22}+V_{\mathrm{DRIVE}})\≥V55---2\left(a\right)$

$V_{C22}\≥\frac{V55}{\frac{R22}{R21+R22}}-V_{\mathrm{DRIVE}}---2\left(b\right).$

在不等式(2a)和(2b)中，R21和R22表示分压器的电阻器的电阻。

在图6的实施例中，故障信号的故障电平是高信号电平。参照上面提供的解释，当第二电容性存储元件C22两端的电压V_C22达到参考电压V_REF时，监控电路5生成故障信号S_FAIL的故障电平。在图6的实施例中，参考电压对应于由不等式(2b)中的右侧项所表示的负载电压V_DS(加上二极管D12的正向电压)，并能够通过由参考电压源55所提供的参考电压V55、驱动电压源4和分压器电阻器的电阻而进行调整。

图7图示了监控电路5的第二实施例。图7的监控电路5包括几个(在本实施例中为两个)第一电容性存储元件C12₁、C12₂。每个第一电容性存储元件具有分别与其相关联的第一开关网络S12₁、S22₁和S12₂、S22₂以及分别与其相关联的第二开关网络S32₁、S42₁和S32₂、S42₂。第一和第二开关网络中的每个被实施为如同此前参照图3所解释的第一和第二开关网络。每个第一电容性存储元件C12₁、C12₂的第一开关网络可操作为将对应的第一电容性存储C12₁、C12₂元件耦接到充电电压源，而每个第一电容性存储元件C12₁、C12₂的第二开关网络可操作为将对应的第一电容性存储C12₁、C12₂元件耦接到第二电容性存储元件。

第一电容性存储元件C12₁、C12₂中的每个用于以与参照图3解释的第一电容性存储元件C12相同的方式充电第二电容性存储元件。根据一个实施例，对第一和第二开关网络进行操作，使得在一个激活循环的第一阶段中，第一电容性存储元件C12₁、C12₂随后耦接到充电电压源52，以及随后耦接到第二电容性存储元件，以便在同一时间仅第一电容性存储元件C12₁、C12₂之一耦接到充电电压源52并且在同一时间仅第一电容性存储元件C12₁、C12₂之一耦接到第二电容性存储元件C22。

虽然图7的实施例仅包括两个第一电容性存储元件C12₁、C12₂，但是应该注意的是，还可以实施多于两个第一电容性存储元件，其中每个具有与其相关联的第一和第二开关网络。可以根据前面连同图5或6解释的实施例之一实施测量和比较单元51。

图8图示了具有电子开关2和监控电路5的电路的进一步实施例。图8的监控电路是图3的监控电路的修改，并且与图3的监控电路不同之处在于测量和比较单元51经由另外的开关元件S62接收第一电容性存储元件C12两端的电压V_C12，并将该电压与参考电压进行比较。

在前面解释的实施例中，一个激活循环包括两个阶段，即：第一阶段，其中第一开关网络S12、S22被激活以为第一电容性存储元件12充电，同时第二开关网络被去激活；以及第二阶段，其中第二开关网络S32、S42被激活以将第一电容性存储元件C12耦接到第二电容性存储元件C22，同时第一开关网络被去激活。在第二阶段中，第一电容性存储元件C12与第二电容性存储元件C22并联连接，以便(在短暂瞬变阶段之后)第一电容性存储元件C12两端的电压V_C12对应于第二电容性存储元件C22两端的电压，该电压是负载路径电压V_DS加上二极管D12的正向电压。

在图8的电路中，一个激活循环包括如前面解释的第一和第二阶段，以及第二阶段之后的第三阶段。在第三阶段中，评估第一电容性存储元件C12两端的电压V_C12。也就是说，在第三阶段中，将第一电容性存储元件C12两端的电压V_C12与测量和比较单元51中的参考电压进行比较。在图8的实施例中，评估这个电压V_C12包括在第三阶段中将第一电容性存储元件C12两端的电压耦接到测量和比较单元51，其中将电压V_C12耦接到测量和比较单元51可以包括激活(接通)另外的开关元件62和激活第二开关S22，其中另外的开关62和第二开关S22形成第三开关网络。另外的开关S62可以在第一和第二阶段中被去激活(关断)。然而，仅在第三激活循环中将电压V_C12耦接到测量和比较单元51仅是评估电压V_C12的几种可能性之一。根据进一步的实施例(未示出)，开关元件S62被省略(由连接线替代)，并且测量和比较单元51配置为仅在第三激活循环中评估电压V_C12来生成故障信号S_FAIL。

在图9中图示了图8的电路的操作原理，在图9中图示了与图4中相同的信号和开关状态的时序图。此外，图示了另外的开关元件S62的开关状态。在图9中，例如，第一阶段对应于时间实例t1和t2之间的当第一开关网络的开关S12、S22被激活时的时间段，第二阶段对应于时间实例t2和t3之间的当第二开关网络的开关S32、S42被激活时的时间段，以及第三阶段对应于时间实例t3和t4之间的当另外的开关S62和开关S22被激活时的时间段。故障信号在第一电容性存储元件C12两端的电压V_C12达到参考电压V_REF之后呈现故障。这在图9中的时间t10处图示。

在图8的实施例中，第二电容性存储元件C22用作滤波器。然而，第二电容性存储元件C22在这个实施例中是可选的，并且像开关S52一样可以省略。当将第二电容性存储元件C22省略时，第二开关网络S32、S42用于将第一电容性存储元件C12(经由整流器元件D12)耦接到电子开关2的负载路径D-S。

特别是当该电路实施为具有第二电容性存储元件C12时，可以以参照图7解释的方式实施多于一个第一电容性存储元件。

虽然已公开了本发明的各种示例性实施例，但对于本领技术人员将显而易见的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以进行将实现本发明的一些优点的各种变化和修改。对于本领域合理的技术人员将明显的是，可以用执行相同功能的其它元件适当地替代。应该提到的是，参照特定图解释的特征可以与其它图的特征结合，即使在没有明确提到这点的那些情况中。对发明构思的这样的修改意图由所附的权利要求所覆盖。

为了方便描述，空间相对术语(诸如“下面”、“之下”、“下”、“之上”、“上”等)用于解释一个元件相对于第二元件的定位。这些术语意图包含设备的除了与图中所描绘的那些不同的定向之外的不同定向。另外，术语(诸如“第一”、“第二”等)还用于描述各种元件、区域、部分等，并且也不意图限制。贯穿整个说明书，相同术语表示相同元件。

如本文中所使用的，术语“具有”、“含有”、“包括”、“包含”等是开放式术语，其指示存在所述的元件或特征但是不排除额外的元件或特征。冠词“一”、“一个”和“该”意图包括复数和单数，除非上下文另外清楚指示。

要理解的是，本文中描述的各种实施例的特征可以彼此组合，除非另外特别说明。

虽然在本文中已图示和描述了特定实施例，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，各种替代和／或等同实施方式可以替代示出和描述的特定实施例。这个申请意图覆盖本文中所讨论的特定实施例的任何改动或变形。因此，意图是本发明仅由权利要求及其等同物所限制。

Claims (17)

1.一种电子电路，包括：

电子开关，具有控制端和负载路径；

监控电路，包括具有至少一个电容性存储元件的开关电容器电路，所述开关电容器电路耦接到所述电子开关的所述负载路径，所述监控电路能操作为评估所述电子开关的负载电压并根据所述评估来生成故障信号；以及

驱动电路，能操作为在所述电子开关的所述控制端处根据所述故障信号提供驱动信号。

2.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述监控电路还包括测量和比较单元，所述测量和比较单元能操作为：接收所述至少一个电容性存储元件两端的电压，评估所述电压，并且根据所述评估来生成故障信号。

3.根据权利要求2所述的电子电路，其中所述监控电路还包括：

第一电容性存储元件；

充电电压源；

第一开关网络，能操作为将所述第一电容性存储元件耦接到所述充电电压源；

第二电容性存储元件，耦接到所述电子开关的所述负载路径；以及

第二开关网络，能操作为将所述第一电容性存储元件耦接到所述第二电容性存储元件。

4.根据权利要求3所述的电子电路，其中所述监控电路还包括多个第一电容性存储元件，每个电容性存储元件与此关联了：第一开关网络，能操作为将相应的第一电容性存储元件耦接到所述充电电压源；以及第二开关网络，能操作为将相应的第一电容性存储元件耦接到所述第二电容性存储元件。

5.根据权利要求3所述的电子电路，还包括将所述第二电容性存储元件耦接到所述负载路径的整流器元件。

6.根据权利要求3所述的电子电路，其中所述测量和比较单元接收所述第二电容性存储元件两端的所述电压。

7.根据权利要求3所述的电子电路，还包括：

驱动电压源，能操作为提供被提供给所述驱动电路的驱动电压，所述驱动电压源与所述第二电容性存储元件串联连接；

其中所述测量和比较单元接收具有所述第二电容性存储元件与所述驱动电压源的所述串联电路两端的电压。

8.根据权利要求3所述的电子电路，其中所述测量和比较单元能操作为：当电容性存储元件两端的电压达到参考电压时生成所述故障信号的故障电平。

9.根据权利要求2所述的电子电路，其中所述监控电路还包括：

第一电容性存储元件；

充电电压源；

第一开关网络，能操作为将所述第一电容性存储元件耦接到所述充电电压源；以及

第二开关网络，能操作为将所述第一电容性存储元件耦接到所述电子开关的所述负载路径。

10.根据权利要求9所述的电子电路，其中所述监控电路还包括耦接到所述电子开关的所述负载路径的第二电容性存储元件。

11.根据权利要求9所述的电子电路，其中所述监控电路还包括：

多个第一电容性存储元件，每个电容性存储元件与此关联了：第一开关网络，能操作为将相应的第一电容性存储元件耦接到所述充电电压源；以及第二开关网络，能操作为将相应的第一电容性存储元件耦接到所述第二电容性存储元件。

12.根据权利要求9所述的电子电路，还包括将所述第二开关网络耦接到所述负载路径的整流器。

13.根据权利要求9所述的电子电路，其中所述监控电路配置为评估所述第一电容性存储元件两端的电压。

14.根据权利要求13所述的电子电路，其中所述监控电路配置为仅在预定时间实例期间评估所述第一电容性存储元件两端的电压。

15.根据权利要求9所述的电子电路，还包括：第三开关网络，能操作为将所述第一电容性存储元件耦接到所述测量和比较单元。

16.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述电子开关包括正常导通晶体管。

17.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述电子开关包括正常关闭晶体管。

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