CN104348460B - 用于操作电子开关的电路装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种电路包括具有隔离栅极的电子开关，用于确定在隔离栅极处的电荷的测量装置，以及用于基于由测量装置确定的电荷来提供电荷给隔离栅极的能量供应。

Description

用于操作电子开关的电路装置和方法
技术领域
实施例涉及针对电子开关的电流优化控制。
发明内容
第一实施例涉及电路，该电路包括具有隔离栅极的电子开关；用于确定在隔离栅极处的电荷的测量装置；以及用于基于由测量装置确定的电荷来提供电荷给隔离栅极的能量供应。
第二实施例涉及包括至少一个如本文所描述的电路装置的车辆。
第三实施例涉及用于控制具有隔离栅极的电子开关的方法，该方法包括步骤：确定在隔离栅极处的电荷；以及基于确定的电荷来提供电荷给隔离栅极。
第四实施例指向电子开关电路装置，该电子开关电路装置包括用于确定在隔离栅极处的电荷的装置；以及用于基于确定的电荷来提供电荷给隔离栅极的装置。
附图说明
参照附图示出了并且说明了实施例。附图用于说明基本原理，从而仅仅说明了用于理解基本原理的必要方面。附图不是按比例的。在附图中相同的附图标记表示同样的特征。
图1示出了可视化高侧n沟道配置的示例的框图。
图2示出了基于在图1中示出的框结构的更加详细的图。
图3示出了针对电子开关的三个状态“ON状态”、“IDLE状态”和“OFF状态”的示例性状态转换图。
图4示出了用于图2的框图的备选实施例。
图5示出了基于图2的仅仅包括高功率电荷泵的另一个备选实施例。
图6示出了使用若干电流源用于为作为功率晶体管使用的NMOS器件提供高电流路径和低电流路径的示例性电路装置。
图7示出了使用若干电流源用于为作为功率晶体管使用的PMOS器件提供高电流路径和低电流路径的示例性电路装置。
具体实施方式
在本文中给出的示例涉及在装置中(例如在自动车领域中，尤其是在诸如汽车之类的车辆中)可以被使用以代替被动保险丝或继电器的功率开关。在下文中，术语电子开关可以被使用用于在各种用例情景中的任何种类的电子切换功能。电子开关可以包括以下中的至少一个：晶体管、PMOS、NMOS、FET、JFET、IGBT等。电子开关可以具有可以用作控制输入的隔离栅极。本文所描述的装置可以是任何可能受制于低功率或待机模式的装置。装置尤其可以是汽车、汽车的控制单元。在下文中涉及的汽车或者车辆是针对这些装置的示例。然而给出的解决方案并不限于这些装置。
因为在装置的待机状态(例如汽车的停放状态)期间要求装置的若干功能保持活跃，电子开关被要求保持导通并且同时仅消耗尽可能少的电流(功率)。在开关被启动(即在导通状态中)并且应当仅消耗小量功率的时候，这个状态还被称为IDLE状态。
该IDLE状态允许电子开关被使用作为传统的保险丝，其在装置处在待机状态中的时候不消耗任何(相关的)功率。除了常见的保险丝之外，电子开关可以提供另外的功能，例如测量电流以及基于预定触发(例如即使没有短路的发生)而关闭电流。
在IDLE状态中的时候，电子开关可以处在低功率节点消耗(例如几个微安)中。
在装置(例如汽车)处在活跃模式(正被到处驾驶)中的时候，电子开关同样处在导通模式(被称为ON状态)中，其中电子开关两端的电流负载与IDLE状态相比可以是相当高的。比较IDLE状态与ON状态揭示，电子开关的电流可以变化几十(decade)。这要求对电子开关的控制是灵活的。
在装置的正常操作(例如车辆正被驾驶)期间可以使用电子开关的ON状态。在该ON状态中，电子开关的电流消耗可以达到几个毫安。
此外，电子开关可以进入非导通模式(被称为OFF状态)。除了电子开关的状态之外，提供了允许降低用于控制电子开关的功率消耗的功能。
在装置的待机模式(例如车辆正被停放)期间可以使用IDLE状态。在IDLE状态中的时候，为了不过早地耗尽装置(例如汽车)的电池，电子开关的电流消耗与在电子开关的ON状态期间的功率消耗相比可能必须显著更低。
为了进入IDLE状态，电子开关可以处在ON状态中。然后电子开关的控制进入降低的电流消耗模式。这一顺序可以是有益的以便确保电子开关的完整的功能(这可能要求比在IDLE状态中可用的控制电流更高的控制电流)。
作为备选，可以使用不同的状态改变次序。电子开关可以直接进入IDLE状态，这可以是由控制器(例如微控制器)进行的分级开关的结果，或者它可以是由开关本身提供的计时的结果。
还可能从IDLE状态自动重新进入ON状态，例如由于过电流(即电流大于预定阈值)和/或由于过电压(即电压大于预定阈值，例如电子开关的漏极-源极电压)。基本上，任何(例如预定)触发可以被使用用于(自动)启动从IDLE到ON的状态改变。一个示例是计时器，其指示测量(例如温度测量)需要由电子开关(或者可能涉及电子开关的关联单元)进行。在这样的测量之后，电子开关可以重新进入IDLE状态。电子开关基于(外部)触发指示例如ON状态的瞬态阶段的这种另外的功能可以被使用用于各种应用，例如监控目的、测量等，这无须基于装置的基础状态改变(例如汽车从其待机状态进入驾驶状态)。在应用结束之后，电子开关可以从ON状态重新进入IDLE状态。
图1示出了可视化高侧n沟道配置的示例的框图。n沟道MOSFET M1的栅极经由栅极驱动器101驱动。MOSFET M1的源极经由电阻器106接地。MOSFET M1的漏极被连接到节点107，该节点107被连接到供应电压108。
比较器单元102比较MOSFET M1的栅极-源极电压Vgs并且将比较结果供应给逻辑单元105。
逻辑单元105可以是任何种类的控制装置，例如微控制器、控制器、处理器等。逻辑单元105可以控制高功率电荷泵104和低功率电荷泵103以及栅极驱动器101。高功率电荷泵104和低功率电荷泵103均被连接到供应电压108并且根据由逻辑单元105施加的控制来提供功率给驱动器101。
逻辑单元105经由单输入引脚109控制。作为选项，可以提供若干输入引脚(在图1中未示出)用于供应外部信号给控制单元105。
因此，比较器单元102监控MOSFET M1的栅极与源极之间的电压降Vgs，该电压降Vgs对应于电子开关MOSFET M1的状态并且指示是否栅极-源极电压Vgs足以保证最大可容许的接通状态电阻。低功率电荷泵103被使用(并且可以被优化)用于MOSFET M1的低电流消耗模式。低功率电荷泵103可以被规定尺寸使得在MOSFET M1的栅极处的电荷可以被保持。
作为选项，比较器单元还可以被布置使得其监控MOSFET M1的漏极和源极两端的电压Vds(在图1中未示出)。
在MOSFET M1两端的电压下降到低于预定义值的情况，比较器单元102能够检测IDLE状态并且逻辑单元105可以指示所有附接的部件降低电流消耗。因此，低功率电荷泵103可以被启动并且高功率电荷泵104可以被停用。高功率电荷泵104可以被使用用于从电子开关MOSFET M1的IDLE状态重新进入ON状态。
因此，可以选择电子开关的以下状态(其还可以被认为是模式)：
(S1)电子开关被关闭：OFF状态；
(S2)电子开关被接通、装置的正常操作(模式)：ON状态；
(S3)电子开关被接通，具有降低的电流消耗(供应电子开关的控制元件的电流消耗也降低)、装置的待机模式：IDLE状态。
另外的状态(S3)具有优点：电子开关除了其被关断(S1)或接通(S2)之外具有供应给电子开关降低的电功率量以保持其导通状态的低功率模式，并且具有特征
——开关仍然可以被关断到状态(S1)以及
——开关可以提供另外的特征，例如进行预定义动作并且因此可以(自动和)临时重新进入状态(S2)。
比较器单元102一经由电压Vgs检测到电子开关MOSFET M1被接通，状态(S3)就可以自动启动。施加到逻辑单元105的输入引脚109的信号可以指示装置处于待机状态中还是处于正常操作中。因此，可以根据施加到输入引脚109的实际信号、鉴于由比较器单元102检测到的电压Vgs来进入状态(S2)或(S3)。例如，在输入引脚109处的信号和由比较器单元102提供的信号可以经由AND门结合用于确定是要进入状态(S2)还是状态(S3)。
要注意的是，逻辑单元105可以具有可以被使用用于各种应用的若干输入引脚，这允许用户根据在装置(例如汽车)中可能是可用的外部信号而灵活地配置开关的状态(S1)至状态(S3)。
作为示例，电子开关可以包括电流感测功能。在状态(S2)中电流感测特征被启动，由电子开关消耗的电流可以达到几个毫安。在状态(S3)中，电流感测特征可以被停用以便进一步降低电流消耗。可以由逻辑单元105基于经由其输入引脚中的一个施加的信号做出是否启动电流感测特征的决策。然而，代替庞大的输入引脚的数目，逻辑单元105可以包括解码器，该解码器能够解码例如比特序列的各种模式(“命令”)以确定做出哪个决策。基于输入引脚(的数目)和/或这些模式，用户具有高度的灵活性以利用电子开关和驱动电子开关的部件的各种功能，尤其是对于低能量模式。
例如，即使装置(例如汽车)处在待机状态中，也可以进行从电子开关的状态(S3)到状态(S2)的状态改变以便由驱动电子开关的电路装置和/或由电子开关本身执行预定义动作或者操作。例如，涉及电子开关的以下步骤可以被执行同时装置处在其待机状态中：从状态(S3)到状态(S2)的改变，由电子开关或者利用电子开关进行的电流感测操作，从状态(S2)回到状态(S3)的改变。这些状态改变可以仅导致总电流消耗的轻微增加，对于许多情景来说这可以是可接受的。还有，这些状态改变的频率可以根据需求(尤其是基于相应应用和/或基于安全方面的要求)来调整。
图2示出了基于在图1中示出的框结构的更加详细的图。
高功率电荷泵104示出了被供应给反相器202的振荡器信号201。反相器202的输出经由电容器C2被连接到节点207，并且经由包括反相器203和电容器C1的串联连接被连接到节点208。节点107经由二极管204被连接到节点207，并且节点207经由二极管205被连接到节点208。节点208经由二极管206被连接到栅极驱动器101。所有二极管204、205和206被布置使得它们的阴极点朝向栅极驱动器101。
低功率电荷泵103示出了被供应给反相器210的振荡器信号209。反相器210的输出经由电容器C4被连接到节点215，并且经由包括反相器211和电容器C3的串联连接被连接到节点216。节点107经由二极管212被连接到节点215，并且节点215经由二极管213被连接到节点216。节点216经由二极管214被连接到栅极驱动器101。所有二极管212、213和214被布置成使得它们的阴极点朝向栅极驱动器101。
栅极驱动器101包括两个电流镜223、224和两个电流源221、222。逻辑单元105控制栅极驱动器101：被施加到节点217的信号启动开关220(如果由逻辑单元105供应的信号是高的)或经由反相器218启动开关219(如果由逻辑单元105供应的信号是低的)。如果开关220被启动，电流源221的电流被镜像到节点225并且从而被用于控制MOSFET M1的栅极。如果开关219被启动，电流源222的电流被镜像到MOSFET M1的栅极。因此，逻辑单元105可以指示栅极驱动器使MOSFET M1的栅极主动充电或放电。在状态(S3)中MOSFET M1的栅极的充电经由低功率电荷泵103被保持。
比较器单元102包括比较器226和参考电压227，其中比较器226的第一输入被连接到MOSFET M1的栅极并且比较器226的第二输入经由参考电压227被连接到MOSFET M1的源极。比较器226的输出被连接到逻辑单元105。参考电压227允许调整要被比较的信号的偏移。
节点107还被连接到MOSFET M2的漏极并且节点225被连接到MOSFET M2的栅极。MOSFET M1的源极被连接到运算放大器228的同相输入并且MOSFET M2的源极被连接到运算放大器228的反相输入。运算放大器228的输出被连接到MOSFET M3的栅极。MOSFET M3的源极被连接到MOSFET M2的源极。MOSFET M3的漏极提供感测电流229，该感测电流229可以由外部装置处理或者其可以被供应给逻辑单元105用于进一步的处理。
MOSFET M1和M2是NMOS并且MOSFET M3是PMOS器件。MOSFET M1是功率晶体管，MOSFET M2是感测晶体管并且MOSFET M3如下地供应感测电流：在运算放大器228的同相输入处供应参考电压，其中运算放大器228被控制为使得其两个输入是相等的。因此，MOSFETM3供应与流经MOSFET M1的电流成比例、但是小得多的感测电流229。例如，感测电流229可能处在流经功率晶体管MOSFET M1的电流的1:10000的量级。
这是一个如何可以例如由逻辑单元105确定通过MOSFET M1的电流的示例。基于这一电流，如果感测到的电流降至低于预定值(这对应于例如通过MOSFET M1的电流达到1A)第三状态(S3)可以被启动，并且如果该电流指示通过MOSFET M1的电流达到超过该预定值，第二状态(S2)可以被启动。
因此，给出的解决方案尤其允许提供电子开关的第三状态(S3)。该第三状态(S3)提供电子开关以及其关联部件(尤其是针对被提供以便控制电子开关的那些部件)的降低的功率消耗。
可以实现各种种类的电荷泵，例如如上面指示的两个电荷泵(例如高功率电荷泵104和低功率电荷泵103)。作为备选，可以使用单个电荷(例如高功率)泵。选项还有，单个电荷泵可以包括如上面描述的(低电荷泵和高电荷泵的)两个电荷泵功能，以提供启用电子开关及其关联部件(例如驱动器、比较器等)的低功率模式。
此外或作为备选，(至少一个)电荷泵可以由时钟驱动用于随着改变的时钟周期(例如不同的计时模式和/或延时模式的时钟周期)提供不同的电荷给电子开关的栅极。
作为选项，在无需另外的监控或安全方面的功能的情况下状态(S3)可以进行操作。选项还有，状态(S3)还利用这些另外的监控和/或安全方面的功能。在对状态(S3)还要求一些安全方面的功能的情况中，为了保护连接到电子开关的线路以及电子开关本身，状态(S3)可以提供以下特征：
——超温保护；
——在超温的情况(经由锁存器或重新启动)热关机；
——过电流保护；
——由于过电流(经由锁存器或重新启动)关机；
——由于短路关机。
触发超温保护和/或过电流保护的温度值和/或电流值与在状态(S2)中使用的温度值和/或电流值可以是相同的值或者可以是不同的值。
作为另一个选项，电子开关可以包括错误标记(在其状态被存储在例如锁存器中的情况下)。在基于例如如上面指示的一种错误(过电流、超温)的电子开关从状态(S3)进入状态(S1)(即关断)的时候，可以设置错误标记。因此，错误标记可以被使用用于指示控制器电子开关不再导通。优选地，在这样的情景(即错误标记被设置、电子开关在状态(S1)中)中消耗的电流可以是低的。然而，取决于错误的类型，例如由于该错误的优先级，电流消耗可能高于在状态(S3)中的电流消耗。
要注意的是，电子开关可以是n沟道MOSFET或p沟道MOSFET。选项还有，提供低侧n沟道MOSFET。在这些情况下，可以省略一个或多个电荷泵。
图3示出了包括状态(S1)、(S2)和(S3)的示例性状态转换图，其中错误(例如高温、高电流、指示错误给逻辑单元的外部信号)可以是从状态(S3)到状态(S1)的转换301的原因或者从状态(S2)到状态(S1)的转换302的原因，从而由此停用电子开关。
如果装置(例如车辆)被启动(例如进入驾驶模式)，电子开关从状态(S3)(见转换303)或者从状态(S1)(见转换304)被启动到状态(S2)。
在装置进入低功率模式(例如汽车正被停放)的情况，电子开关的状态从状态(S2)改变到状态(S3)，见转换305。
在状态(S3)中的时候，基于(内部的或外部的)触发，电子开关可以经历从状态(S3)到状态(S2)的转换306，然后执行预定义动作(由转换307指示，其保持在状态(S2)中)并且经由转换308返回到状态(S3)。
还可行的是，开关直接从状态(S1)进入状态(S3)，这由转换309指示。如果在电子开关的隔离栅极处的电荷不足，在随后的步骤中可以进行转换306至308以便使隔离栅极再充电到预定义水平。
图4示出了用于图2的框图的备选实施例。与图2对比，低功率电荷泵103的输出被连接到节点225，这是针对低功率电荷泵103的备选方案，用于供应负载给MOSFET M1的栅极。
图5示出了基于图2的没有低功率电荷泵103的另一个备选实施例。在状态(S3)期间在MOSFET M1的栅极处检测到负载不足的情况下，比较器单元102可以指示逻辑单元105。逻辑单元105然后可以触发高功率电荷泵以供应负载给MOSFET M1的栅极。
图6示出了使用若干电流源用于驱动作为功率晶体管的MOSFET M4的示例性电路装置。MOSFET M4是NMOS。栅极驱动器601经由节点602被连接到供应电压108。还有，供应电压经由电阻器615被连接到MOSFET M4的漏极。MOSFET M4的源极接地。比较器单元102对应于图2的比较器单元。还有，逻辑单元105对应于图2的逻辑单元。
栅极驱动器601包括三个电流镜603至605和三个电流源606至608。逻辑单元105控制栅极驱动器601：被施加到节点612的信号启动开关610或经由反相器613启动开关609。如果开关610被启动，电流源606的电流被镜像到节点614并且从而被用于控制MOSFET M4的栅极。如果开关609被启动，电流源608的电流被镜像用于控制MOSFET M4的栅极。因此，逻辑单元105可以指示栅极驱动器601使MOSFET M4的栅极主动充电或放电。这允许进入状态(S2)或者关断MOSFET M4(即进入状态(S1))。
在状态(S3)期间开关611可以被启动用于经由电流镜604供应电流源607的电流给MOSFET M4的栅极。在状态(S3)期间在MOSFET M4的栅极处检测到负载不足的情况下，比较器单元102可以指示逻辑单元105。逻辑单元105然后可以触发开关611以供应负载给MOSFETM4的栅极。
在图6中能量供应包括由电流源606和608供应的、用于主动接通或关断MOSFET M4的高电流路径，以及由电流源607供应的、被使用以在MOSFET M4的栅极处保持预定负载量的低电流路径。
图7示出了基于图6的栅极驱动器的备选实施方式，其中与在图6中示出的NMOS相反，MOSFET M5是PMOS。因此，供应功率108被连接到MOSFET M5的源极并且MOSFET M5的漏极经由电阻器701接地。尤其涉及对于图6提供的栅极驱动器601、逻辑单元105和比较器单元102的解释据此适用。
以下示例和/或实施例中的至少一个可以被认为是创新的。它们可以与如所描述的其它方面或实施例组合。本文所描述的任何实施例或设计不必被解释为优先于或者优于其它实施例或设计。
提出了一种电路装置，包括
——具有隔离栅极的电子开关；
——用于确定在隔离栅极处的电荷的测量装置；
——用于基于由测量装置确定的电荷来提供电荷给隔离栅极的能量供应。
测量装置可以确定在电子开关的栅极处的电荷的绝对量或相对量和/或这种电荷的变化或改变。测量装置尤其可以确定在电子开关的隔离栅极处的电压，例如电子装置的隔离栅极和源极/发射极两端的电压或者栅极和漏极/集电极两端的电压。测量装置还可以确定电子装置的漏极/集电极和源极/发射极两端的电压。确定的电压(电荷)从而可以被用于控制由能量供应提供给电子开关的隔离栅极的能量(电荷)。
因此，在本文中提出的电路装置提供(受控的)保险丝的功能，该保险丝可以与可能利用这种保险丝的任何装置结合使用。装置尤其可以是车辆(例如汽车)。据此，装置可以是这种车辆的一部分(例如车辆的控制单元)。因此若干这样的电路可以被使用用于一个装置。
在实施例中，能量供应被布置用于供应高电荷量或低电荷量给电子开关的隔离栅极。
在实施例中，能量供应包括以下中的至少一个：
——单个电荷泵；
——单个具有低功率模式和高功率模式的电荷泵；
——低功率电荷泵和高功率电荷泵；
——具有这些具有不同功率的电荷泵中的至少两个的超过两个的电荷泵；
——至少一个电流源，和电流镜；
——高电流路径和低电流路径，其中高电流路径包括至少一个高电流源并且低电流路径包括至少一个低电流源。
在实施例中，电路装置包括耦合在能量供应与隔离栅极之间的驱动器。
在实施例中，电路装置包括用于直接或间接控制能量供应和电子开关的逻辑单元，其中测量装置被连接到逻辑单元用于供应确定的电荷或确定的电荷的信息给逻辑单元。
逻辑单元可以是任何种类的控制装置，例如微控制器、控制器、处理器等。逻辑单元可以是在其中电子开关被利用的装置的一部分。例如，逻辑单元可以是车辆的控制单元的一部分或者它可以具有到至少一个这种控制单元的接口。
在实施例中，能量供应包括低功率电荷泵，并且其中逻辑单元被布置用于在IDLE状态期间至少部分地选择低功率电荷泵。
在实施例中，如果电路装置所连接到的装置进入低功率模式，则进入IDLE状态。
因此，装置(例如车辆)可以进入停车状态，在停车状态中电流消耗应当被降低(尤其是被最小化)以便消耗的电池功率尽可能少。因此，装置的这种低功率模式可以与正常模式区分开来，在正常模式中车辆的发动机是活跃的并且可以增加电路装置(尤其是电子开关)的电流消耗。在两个状态(IDLE状态和ON状态)中，电子开关都是导通，在IDLE状态中由电路装置消耗的电流可以处在几个微安的范围中，然而在ON状态中消耗的电流处在几个毫安的范围中。然而，这些仅是用于说明电路装置的一个特征的示例性的值。据此，用于其它装置以及其它电流消耗的应用是可行的。
例如，如果装置从正常操作进入低功率模式，装置的控制单元可以将此指示给逻辑单元，逻辑单元然后可以启动从ON状态到IDLE状态的转换。
在实施例中，如果在隔离栅极处的电荷下降到低于预定义阈值，电子开关从IDLE状态被临时重新启动。
在实施例中，提供了供应电荷给隔离栅极的高功率电荷泵，其中逻辑单元被布置以在隔离栅极处的电荷下降到低于预定义阈值的情况下启动高功率电荷泵。
在实施例中，如果在隔离栅极处的电荷已经被恢复，电路装置重新进入IDLE状态。
在实施例中，逻辑单元被布置用于
——基于触发，通过供应与在IDLE模式期间提供的电荷相比更高的电荷量给其隔离栅极，从IDLE状态重新启动电子开关，
——执行预定义动作以及
——重新启动IDLE状态。
在实施例中，触发是以下中的至少一个：
——被施加到逻辑单元的外部信号；
——检测到故障；
——检测到超过预定阈值的温度；
——检测到超过预定阈值的电流；
——由计时器或时钟提供的触发。
在实施例中，预定义动作包括以下中的至少一个：
——电流感测；
——温度感测；
——发出通知；
——隔离栅极的再充电。
在电子开关被临时重新启动期间(在ON状态中)，可以执行各种动作。这提供了另外的灵活性，因为在装置的低功率模式期间(例如车辆正在停放状态中)电路装置允许进行各种这样的动作，而这些动作的频率可以基于整体可用的电功率来调整。基于例如紧急情况(故障或警报)和/或基于仍然可用的电功率水平，还可以按优先顺序排列所述动作。
在这点上通知可以是存储到和/或传送到存储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(标记)、警报等。
在实施例中，电路装置包括测量单元用于确定以下触发中的至少一个：
——超过预定阈值的温度；
——超过预定阈值的电流；
——计时器。
测量单元可以是测量装置的一部分。它还可以被集成到电路装置的部件中的一个中或者被提供为至少在另外的部件上。例如，测量单元可以是由电子开关供应的电流感测特征。
在实施例中，能量供应包括高功率电荷泵，并且其中逻辑单元被布置用于在ON状态期间至少部分地选择高功率电荷泵。
在实施例中，如果电路装置所连接到的装置进入正常操作模式，则进入ON状态。
正常操作模式可以是装置的任何模式，该模式不同于装置被完全关断(例如在维修期间)或者在上面描述的低功率模式中的情况。例如，作为示例性装置的汽车在其发动机活跃期间被驱动在对其电池等进行再充电的充电状态中的时候，可以处在正常操作模式中。
在实施例中，在检测到短路的情况或者在预定义信号被施加到逻辑单元的情况下，逻辑单元被布置用于将电子开关切换到OFF状态。
在其OFF状态中，电子开关中断到装置(或者来自装置)的电流。这一状态对应于保险丝被启动。进入OFF状态可以有若干原因，例如：检测到短路、超温、过电流等。它还可以基于由装置(例如车辆的控制单元)供应给控制单元的外部信号。
在实施例中，测量装置包括比较器单元，其中比较器单元的输入被连接到电子开关用于确定电子开关的端子两端的电压。
例如，比较器单元的第一输入可以耦合到电子开关的隔离栅极并且比较器单元的第二输入可以耦合到电子开关的源极。作为选项，第一输入可以耦合到电子开关的源极并且第二输入可以耦合到电子开关的漏极。
在实施例中，电子开关被布置用于被操作在以下状态中的任一个中：
——ON状态，其中高电荷量经由能量供应被供应给隔离栅极；
——IDLE状态，其中低电荷量经由能量供应被供应给隔离栅极；
——OFF状态，其中电子开关被关断。
ON状态和IDLE状态两者皆是电子开关的导通模式。IDLE状态允许电子开关处在导通模式中，但与ON状态相比消耗功率量减小。高电荷量高于低电荷量。高电荷量可以由高功率电荷泵供应并且低电荷量可以由低功率电荷泵供应。在装置的低功率模式期间，电路装置可以利用低电荷量保持电子开关在导通模式中(利用其IDLE状态)。
在实施例中，电路装置包括用于存储电子开关的至少一个状态的存储器。
这样的存储器可以被实现为标记、寄存器或者锁存器。存储器可以存储电子开关的至少一个先前的状态。存储器可以是指示电子开关从IDLE状态进入了OFF状态的标记。这允许逻辑单元确定错误发生了(例如温度和/或电流超过预定阈值)。
在实施例中，电子开关包括以下中的至少一个：
——晶体管；
——PMOS；
——NMOS；
——FET；
——JFET；
——IGBT。
电子开关的隔离栅极可以用作控制输入。
在实施例中，电子开关是n沟道高侧开关。
提出了包括至少一个如本文所描述的电路装置的车辆。
还有，提出了用于控制具有隔离栅极的电子开关的方法，包括步骤：
——确定在隔离栅极处的电荷；
——基于确定的电荷提供电荷给隔离栅极。
在实施例中，电子开关被操作在以下状态中的任一个中：
——ON状态，其中高电荷量经由能量供应被供应给隔离栅极；
——IDLE状态，其中低电荷量经由能量供应被供应给隔离栅极；
——OFF状态，其中电子开关被关断。
在实施例中，
——如果电路装置所连接到的装置进入低功率模式，则进入IDLE状态；
——如果电路装置所连接到的装置进入正常操作模式，则进入ON状态。
在实施例中，
——如果在隔离栅极处的电荷下降到低于预定义阈值，电子开关从IDLE状态被重新启动到ON状态；
——增加在隔离栅极处的电荷；
——重新进入IDLE状态。
在实施例中，
——基于触发，进行从IDLE状态到ON状态的状态转换；
——执行预定义动作；
——重新启动IDLE状态。
在实施例中，触发是以下中的至少一个：
——被施加到逻辑单元的外部信号；
——检测到故障的检测；
——检测到超过预定阈值的温度；
——检测到超过预定阈值的电流；
——由计时器或时钟提供的触发。
在实施例中，预定义动作是以下中的至少一个：
——电流感测；
——温度感测；
——发出通知；
——隔离栅极的再充电。
在实施例中，在检测到短路的情况或者在预定义信号的情况电子开关进入OFF状态。
预定义信号可以是由装置(例如汽车的控制单元)提供的外部信号。
提出了一种电子切换电路装置，包括：
——用于确定在隔离栅极处的电荷的装置；
——用于基于确定的电荷来提供电荷给隔离栅极的装置。
虽然已经公开了本发明的各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员将是显而易见的是，可以做出将实现本发明的一些优点的各种改变和修改，而不脱离本发明的精神和范围。对于本领域适度技术人员将是明显的是，执行相同功能的其它部件可以被适当替换。应当提到，参照特定的图解释的特征可以与其它图的特征组合，即使在其中这没有明确地被提到的那些情况。此外，本发明的方法可以以使用适当的处理器指令的所有软件实施方式来实现，，或以利用硬件逻辑和软件逻辑的组合以实现相同结果的混合实施方式来实现。对本发明概念的这些修改旨在于由所附权利要求涵盖。

Claims (28)

1.一种电路装置，包括
具有隔离栅极的电子开关；
用于确定在所述隔离栅极处的电荷的测量装置；
用于基于由所述测量装置确定的所述电荷来提供电荷给所述隔离栅极的能量供应；以及
用于直接或间接控制所述能量供应和所述电子开关的逻辑单元，其中
所述测量装置被连接到所述逻辑单元以向所述逻辑单元供应确定的电荷或确定的电荷的信息，
所述能量供应包括低功率电荷泵，并且所述逻辑单元被布置用于至少部分在IDLE状态期间选择所述低功率电荷泵，
如果在所述隔离栅极处的所述电荷下降到低于预定义阈值，所述电子开关从所述IDLE状态被临时重新启动，
设置有向所述隔离栅极供应电荷的高功率电荷泵，以及
所述逻辑单元被布置用于在所述隔离栅极处的所述电荷下降到低于预定义阈值的情况下启动所述高功率电荷泵。
2.根据权利要求1所述的电路装置，其中所述能量供应被布置用于供应高电荷量或低电荷量给所述电子开关的所述隔离栅极。
3.根据权利要求1所述的电路装置，其中所述能量供应包括以下中的至少一个：
单个电荷泵；
单个具有低功率模式和高功率模式的电荷泵；
低功率电荷泵和高功率电荷泵；
具有超过两个的具有不同功率的电荷泵中的至少两个的超过两个的电荷泵；
至少一个电流源，及电流镜；
高电流路径和低电流路径，其中所述高电流路径包括至少一个高电流源并且所述低电流路径包括至少一个低电流源。
4.根据权利要求1所述的电路装置，包括耦合在所述能量供应与所述隔离栅极之间的驱动器。
5.根据权利要求1所述的电路装置，其中如果所述电路装置所连接到的装置进入低功率模式，则进入所述IDLE状态。
6.根据权利要求1所述的电路装置，其中如果在所述隔离栅极处的所述电荷已经被恢复，所述电路装置重新进入所述IDLE状态。
7.根据权利要求1所述的电路装置，其中所述逻辑单元被布置用于，
基于触发，通过供应与在所述IDLE状态期间提供的所述电荷相比更高的电荷量给所述隔离栅极，从所述IDLE状态重新启动所述电子开关，
执行预定义动作以及
重新启动所述IDLE状态。
8.根据权利要求7所述的电路装置，其中所述触发是以下中的至少一个：
被施加到所述逻辑单元的外部信号；
检测到故障；
检测到超过预定阈值的温度；
检测到超过预定阈值的电流；
由计时器或时钟提供的触发。
9.根据权利要求7所述的电路装置，其中所述预定义动作包括以下中的至少一个：
电流感测；
温度感测；
发出通知；
所述隔离栅极的再充电。
10.根据权利要求7所述的电路装置，包括测量单元用于确定以下触发中的至少一个：
超过预定阈值的温度；
超过预定阈值的电流；
计时器。
11.根据权利要求1所述的电路装置，其中所述能量供应包括高功率电荷泵，并且其中所述逻辑单元被布置用于在ON状态期间至少部分地选择所述高功率电荷泵。
12.根据权利要求11所述的电路装置，其中如果所述电路装置所连接到的装置进入正常操作模式，则进入所述ON状态。
13.根据权利要求1所述的电路装置，其中在检测到短路的情况或者在预定义信号被施加到所述逻辑单元的情况下，所述逻辑单元被布置用于将所述电子开关切换到OFF状态。
14.根据权利要求1所述的电路装置，其中所述测量装置包括比较器单元，其中所述比较器单元的输入被连接到所述电子开关用于确定所述电子开关的端子两端的电压。
15.根据权利要求1所述的电路装置，其中所述电子开关被布置用于被操作在以下状态中的一种状态中：
ON状态，其中高电荷量经由所述能量供应被供应给所述隔离栅极；
IDLE状态，其中低电荷量经由所述能量供应被供应给所述隔离栅极；
OFF状态，其中所述电子开关被关断。
16.根据权利要求1所述的电路装置，包括用于存储所述电子开关的至少一种状态的存储器。
17.根据权利要求1所述的电路装置，其中所述电子开关包括以下中的至少一个：
PMOS晶体管；
NMOS晶体管；
FET；
JFET；
IGBT。
18.根据权利要求1所述的电路装置，其中所述电子开关是n沟道高侧开关。
19.一种车辆，包括至少一个根据权利要求1所述的电路装置。
20.一种用于控制具有隔离栅极的电子开关的方法，包括：
通过测量装置确定在所述隔离栅极处的电荷；
通过能量供应基于确定的电荷提供电荷给所述隔离栅极，其中所述能量供应包括低功率电荷泵；
通过逻辑单元至少部分地在IDLE状态期间选择所述低功率电荷泵，其中所述测量装置被连接到所述逻辑单元；
通过所述逻辑单元直接或间接控制所述能量供应和所述电子开关；
通过所述测量装置向所述逻辑单元供应确定的电荷或确定的电荷的信息；
如果在所述隔离栅极处的所述电荷下降到低于预定义阈值，从所述IDLE状态临时重新启动所述电子开关；以及
通过所述逻辑单元在所述隔离栅极处的所述电荷下降到低于预定义阈值的情况下启动所述能量供应的高功率电荷泵，其中所述高功率电荷泵向所述隔离栅极供应电荷。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述电子开关被操作在以下状态中的一种状态中：
ON状态，其中高电荷量经由所述能量供应被供应给所述隔离栅极；
IDLE状态，其中低电荷量经由所述能量供应被供应给所述隔离栅极；
OFF状态，其中所述电子开关被关断。
22.根据权利要求21所述的方法，其中
如果所述能量供应所连接到的装置进入低功率模式，则进入所述IDLE状态，
如果所述能量供应所连接到的装置进入正常操作模式，则进入所述ON状态。
23.根据权利要求21所述的方法，其中
如果在所述隔离栅极处的所述电荷下降到低于预定义阈值，所述电子开关从所述IDLE状态被重新启动到所述ON状态；
增加在所述隔离栅极处的所述电荷；
重新进入所述IDLE状态。
24.根据权利要求21所述的方法，其中
基于触发，进行从所述IDLE状态到所述ON状态的状态转换；
执行预定义动作；
重新启动所述IDLE状态。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述触发是以下中的至少一个：
被施加到所述逻辑单元的外部信号；
检测到故障；
检测到超过预定阈值的温度；
检测到超过预定阈值的电流；
由计时器或时钟提供的触发。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述预定义动作是以下中的至少一个：
电流感测；
温度感测；
发出通知；
所述隔离栅极的再充电。
27.根据权利要求21所述的方法，其中在检测到短路的情况或者在预定义信号的情况下，所述电子开关进入所述OFF状态。
28.一种电子开关电路装置，包括：
用于确定在电子开关的隔离栅极处的电荷的装置；
用于基于确定的电荷来提供电荷给所述隔离栅极的装置；以及
用于直接或间接控制用于提供电荷的装置和所述电子开关的逻辑单元装置，其中
用于确定电荷的装置被连接到所述逻辑单元装置以向所述逻辑单元装置供应确定的电荷或确定的电荷的信息，
用于提供电荷的装置包括低功率电荷泵，并且所述逻辑单元装置被布置用于至少部分在IDLE状态期间选择所述低功率电荷泵，
如果在所述隔离栅极处的所述电荷下降到低于预定义阈值，所述电子开关从所述IDLE状态被临时重新启动，
设置有向所述隔离栅极供应电荷的高功率电荷泵，以及
所述逻辑单元装置被布置用于在所述隔离栅极处的所述电荷下降到低于预定义阈值的情况下启动所述高功率电荷泵。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9397652B2 (en) * 2013-12-03 2016-07-19 Infineon Technologies Ag Circuitry and method for operating such circuitry
US10256814B2 (en) 2015-11-04 2019-04-09 Infineon Technologies Ag Enhanced semiconductor switch
CN107218176B (zh) * 2016-03-21 2020-05-19 通用电气公司 风力节距调整系统
US10079594B2 (en) * 2016-10-03 2018-09-18 Infineon Technologies Ag Current reduction for activated load
DE102023105112A1 (de) 2023-03-01 2024-09-05 Lisa Dräxlmaier GmbH Halbleitersicherung mit messschaltung zum erkennen einer drift der gateschwellspannung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6903595B2 (en) * 2003-05-30 2005-06-07 Hynix Semiconductor Inc. High voltage transfer circuit
CN101390289A (zh) * 2006-02-22 2009-03-18 株式会社自动网络技术研究所 电力供应控制器
US7701686B2 (en) * 2004-11-30 2010-04-20 Autonetworks Technologies, Ltd. Power supply controller
CN103023468A (zh) * 2011-09-20 2013-04-03 英飞凌科技奥地利有限公司 驱动电子开关

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6150835A (en) * 1998-05-08 2000-11-21 Intel Corporation Method and apparatus for fast production programming and low-voltage in-system writes for programmable logic device
JP2003168963A (ja) 2001-11-30 2003-06-13 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk チャージポンプ駆動回路及びチャージポンプの駆動方法
EP2107673B1 (de) 2008-03-31 2019-03-06 Eberspächer Controls Landau GmbH & Co. KG MOSFET als elektronischer AUS-Schalter
US8542055B2 (en) * 2010-12-23 2013-09-24 Fairchild Semiconductor Corporation Multi-level control for pass transistor gate voltage
US9397652B2 (en) * 2013-12-03 2016-07-19 Infineon Technologies Ag Circuitry and method for operating such circuitry

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6903595B2 (en) * 2003-05-30 2005-06-07 Hynix Semiconductor Inc. High voltage transfer circuit
US7701686B2 (en) * 2004-11-30 2010-04-20 Autonetworks Technologies, Ltd. Power supply controller
CN101390289A (zh) * 2006-02-22 2009-03-18 株式会社自动网络技术研究所 电力供应控制器
CN103023468A (zh) * 2011-09-20 2013-04-03 英飞凌科技奥地利有限公司 驱动电子开关

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US10069493B2 (en) 2018-09-04
US9479163B2 (en) 2016-10-25
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