CN105564347A

CN105564347A - 传感器系统

Info

Publication number: CN105564347A
Application number: CN201510709610.3A
Authority: CN
Inventors: E.维特赫格
Original assignee: Delphi Technologies Holding SARL
Current assignee: Aptiv Technologies Ltd
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2035-10-28
Also published as: EP3015827A1; EP3015827B1; CN105564347B; US20160123776A1

Abstract

本发明涉及一种传感器系统，其被配置成将栅极电源（12）与传感器（14）对接，且包含用于检测用户（46）的传感器（14），用于向装置（16）提供功率的栅极电源（12）。装置（16）包含被连接到栅极电源（12）的用于接收来自栅极电源（12）的功率的输入（28），用于提高从栅极电源（12）接收的功率水平的电路（17），以及被连接到传感器（14）的用于向传感器（14）提供经提高水平的功率的输出（26）。电路（17）包含具有基极（34）、集电极（32）以及发射极（30）的NPN双极晶体管（22）。电路还包括具有另一基极（39）、另一集电极（38）以及另一发射极（36）的PNP双极晶体管（24）。

Description

传感器系统

技术领域

本发明涉及传感器系统，并且更具体地涉及用于控制传感器的驱动器。

背景技术

针对免匙被动进入，交通工具通常在门把手中配备有传感器，其用于检测用户是否想要打开或关闭车辆。按照示例，传感器是电容性接近传感器。这些电容性接近传感器通常包含检测是否存在电容改变并因此授权用户打开或关闭车辆的小的微控制器。由于成本原因，通常将传感器与两条线路连接：电源电压和电接地。经由负载调制将数据发送到所连接的控制模块。为了供给传感器，控制模块包含能够供给传感器并检测是否存在负载调制的驱动器。如果控制模块处于睡眠模式，通常该驱动器必须被接通。（例如，交通工具处于睡眠模式，电容性传感器是在工作中的以检测用户是否想要打开交通工具）。处于交通工具睡眠模式中，为了不使交通工具电池放电，必须最小化任何电流消耗。通常存在一些接通驱动器所必须的电流。可能发生以下情况：在待命状态中驱动器的激活比传感器其自身需要更多的电流，并且尤其是驱动器可以使用电流而不需要输出上的功率消耗。

驱动级的原理是使用标准栅。存在市场上可获得的比16V操作电压更高地工作的栅，其在汽车的使用中是足够的。通常这些栅具有推挽式输出级。通常这样的栅的驱动强度太小以至于无法直接地驱动这样的电容性传感器的负载。栅自身的电流消耗在正常温度范围内是非常低的。在极端温度下泄漏电流增大。这样的栅具有若干输出并且可以连接这些驱动器结构中的若干。为了增强电流输出能力，可以添加简单的发射极跟随器。忽略栅泄漏电流，可以接通驱动器（无负载）而没有附加的电流消耗。取决于栅电源电压，栅输出电流能力具有关于温度以及电源电压的宽的变化。如果在输出处发生短路，晶体管正在线性范围中工作并正在消耗功率。为了幸免于此直到微控制器检测到其并切断，晶体管需要大量的热电容。这导致“大的”晶体管。这些种类的晶体管通常具有小的电流增益。然后无法保证在正常状态下适当地接通该晶体管。

本发明的目的是提供克服这类问题的经改进的传感器系统。

发明内容

本发明涉及传感器系统，所述传感器系统使得能够使用与传感器对接的非常低功率的栅极电源，所述栅极电源可以有效地减少当交通工具处于备用模式时（即，当交通工具以发动机关闭而停放时）配备有被动免匙进入系统的交通工具的电流消耗。

传感器系统不限于被动免匙进入应用，其可以被用在其中需要检测人类身体的部分（手、足、手指…）的任何种类功能的交通工具中。

用于交通工具的传感器系统被配置成将栅极电源与传感器对接，并且包含用于检测用户的传感器，以及包含用于向装置提供功率的栅极电源。所述装置包含被连接到栅极电源以用于从栅极电源接收功率的输入，用于提高从栅极电源接收的功率水平的电路，以及被连接到传感器以用于向传感器提供经提高水平的功率的输出。所述电路包含具有基极、集电极以及发射极的NPN双极晶体管。所述电路还包含具有另一基极、另一集电极以及另一发射极的PNP双极晶体管。NPN双极晶体管是输入晶体管。PNP双极晶体管是输出晶体管。输入晶体管的基极连接到所述装置的输入。输出晶体管的集电极和输入晶体管的发射极一起连接到装置的输出。输出晶体管的发射极连接到电源电压并且输入晶体管的集电极连接到输出晶体管的基极。

结果是采用标准的小的双极晶体管获得了用于操作传感器的高的电流增益。

传感器系统还可以包含用于启用/禁用栅极电源的开关。

栅极电源可以包含在启用时向装置的输入提供功率的电气源。

栅极电源可以在禁用时向装置的输入提供电接地。

所述电路还可以包含被连接在输入晶体管的基极和发射极之间的第一串联电阻，以便当栅极电源被禁用时将装置的输出连接到电接地。

所述电路还可以包含被直接与输出晶体管的集电极串联连接的感测元件，感测元件检测当传感器检测到用户时发生的所述装置的输出上的负载调制。

传感器系统还可以包含用于监控感测元件的监控器。

感测元件可以是被直接地与输出晶体管的集电极串联连接的感测电阻，负载调制引起感测电阻上的电压变化。

所述电路还可以包含被直接地与输入晶体管的发射极串联连接的第二串联电阻，第二串联电阻被适配为抵挡输出上的对地短路。

所述电路还可以包含被连接到装置的输入和栅极电源之间的第三串联电阻。

传感器系统的电阻中的任何一个电阻可以是所述感测元件。

栅极电源可以是互补金属氧化物半导体（CMOS）栅。

所述电路还可以包含具有阳极和阴极的二极管，阳极连接到输入晶体管的发射极，并且阴极连接到输入晶体管的基极。

传感器可以是接近传感器。

交通工具可以包含传感器系统。

交通工具的门把手可以包含传感器。

附图说明

将通过非限制性示例的方式并参考附图进一步描述本发明，在附图中：

图1是根据本发明的一个基础示例的接近传感器系统的示意图。

图2是根据本发明的进一步示例的接近传感器系统的示意图。

图3是根据本发明的另一示例的接近传感器系统的示意图。

图4是根据本发明的另一进一步示例的接近传感器系统的示意图。

具体实施方式

图1是用于交通工具8的接近传感器系统10的示意图。系统10包含栅极电源12、接近传感器14、装置16、电源电压18以及微控制器20。装置16连接到电源电压18。装置16包含输入28。栅极电源12连接到装置16的输入28。栅极电源12从其电力源（未表示）向装置16的输入28递送功率。装置16包含输出26。接近传感器14连接到装置16的输出26。装置16包含将从栅极电源12接收到的功率的水平提高的电路17。装置16将经提高水平的功率递送到接近传感器14。电路17包含具有基极34、集电极32和发射极30的NPN双极晶体管22。电路17还包含具有另一基极39、另一集电极38和另一发射极36的PNP双极晶体管24。

NPN双极晶体管22是输入晶体管22并且PNP双极晶体管24是输出晶体管24。输入晶体管的基极34连接到装置16的输入28。输出晶体管24的集电极38和输入晶体管22的发射极30一起连接到装置16的输出26。输出晶体管24的发射极36连接到电源电压18，输入晶体管22的集电极32连接到输出晶体管24的基极39。

微控制器20连接到栅极电源12。微控制器20具有启用或禁用栅极电源12的能力。当被微控制器20启用时，栅极电源12可以向装置16的输入28提供功率。当被微控制器20禁用时，栅极电源12可以向装置16的输入28提供电接地。在那种情况中，装置16不向接近传感器14递送任何功率。

可以由任何种类的传感器（如触觉传感器或运动传感器）代替接近传感器14。可以将传感器系统10放置在交通工具8中，其中人机接口（诸如门把手或前面占有者之间的中央控制台）配备有传感器14。

图2图解了接近传感器系统10的另一优选的实施例。该图示出了与以前相似的组件以及参考标记。该实施例还包括感测电阻40、模数转换器42以及开关44。

感测电阻40直接地与输出晶体管24的集电极38串联连接。“直接地串联连接”在电子领域的意思中代表在串联连接的两个元件之间不存在其它电子组件的事实。感测电阻的一极连接到输出晶体管24的集电极38。感测电阻40的另一极连接到装置16的输出26。

模数转换器42位于微控制器20内并且模数转换器42连接到感测电阻40。模数转换器被以这样的方式连接：其可以检测感测电阻40上的电压变化。其被以不同的方式连接在感测电阻40的两极上。

模数转换器42检测由用户的手46激励的接近传感器14生成的负载调制引起的感测电阻40上的电压变化。

可替换地，模数转换器42可以检测电流变化。只要将模数转换器42连接到微控制器20，还可以将模数转换器42放置在微控制器20外部。

可替换地，用于检测感测电阻上的电流或电压变化的手段可以是简单的晶体管、霍尔效应器件或其它公知的解决方案。

位于微控制器20内的开关44连接到栅极电源12。其被以这样的方式连接：微控制器20的开关44可以启用或禁用栅极电源12。在需要接近传感器系统10上的电流消耗控制的情况下，可以使用开关44。通过禁用栅极电源12，减少接近传感器系统10的电流消耗。

可以选择诸如互补金属氧化物半导体（CMOS）技术等的特殊的技术用于栅极电源12以在接近传感器系统10被启用时将该接近传感器系统10的电流消耗最小化。

图3图解了接近传感器系统10的进一步优选的实施例。该图示出了与以前相似的组件以及参考标记。该实施例还包括附加的电阻48，其为被放置为在输入晶体管22的发射极30和装置16的输出26之间直接串联的串联电阻48。串联电阻48是防止在装置16的输出26上对地短路的输入晶体管22的一部分。

在对地短路（GND）的情况下，经由串联电阻48将输入晶体管22的发射极30结合以降低并且增大输入晶体管22的集电极32的电流。输入NPN晶体管22是全导通的。输入晶体管22的集电极32的被增大的电流迫使输出晶体管24更强地导通。输出PNP晶体管24也是全导通的。结果是在感测电阻40处消耗大部分功率。因此可以使用小的晶体管并且可以容易地通过选择不同的尺寸来处理感测电阻40处的功率消耗。感测电阻40的尺寸取决于可以被简单地计算的几个因素。本领域技术人员知道如何通过考虑标准，如电流、电压和温度来计算电阻。

作为选择，为了保护电路以防止对电源电压18短路，电路还可以包含具有阳极和阴极的二极管45，阳极被连接到输入晶体管22的发射极30，并且阴极被连接到输入晶体管22的基极34。

图4图解了接近传感器系统10的进一步优选的实施例。该图示出了与以前相似的组件以及参考标记。该实施例还包括两个其它的电阻。两个电阻中的一个是被直接地连接在输入NPN晶体管22的基极34和输入NPN晶体管22的发射极30之间的NPN基极发射极电阻50。另一电阻是被直接地连接在装置16的输入28和输入NPN晶体管22的基极34之间的NPN基极电阻52。

以这样的配置，装置按如下方式工作。来自接近传感器14的电流消耗下拉输入NPN晶体管22的发射极30。这使得输入NPN晶体管22消耗来自开始导通并也供给接近传感器14的输出PNP晶体管24的基极39的电流。在输入NPN晶体管22处，基极34的电流和发射极30的电流正流向接近传感器14。在输出PNP晶体管24处，集电极38的电流正流向接近传感器14并且输出PNP晶体管24的基极39的电流等于输入NPN晶体管22的集电极32的电流，该电流为输入NPN晶体管22的发射极30的电流的一部分。

结果是，整个电流正流向接近传感器14自身并且不存在到地的附加电流以便激活接近传感器。当由栅极电源12供给装置16的输入28时，由以下公式给出提供由装置16向接近传感器14递送的经提高的电流的公式：

Iproximity_sensor=Ipnp_collector+Inpn_emitter

同时Inpn_emitter=Inpn_collector+Inpn_base

以及同时Ipnpcollector=Ipnp_base

最终：Iproximity_sensor=Ipnp_collector+Inpn_base+Inpn_collector

其中，Iproximity_sensor代表由装置16向接近传感器14递送的电流。

Ipnp_collector代表流经输出PNP晶体管24的集电极38的电流。

Inpn_emitter代表流经输入NPN晶体管22的发射极30的电流。

Inpn_collector代表流经输入NPN晶体管22的集电极32的电流。

Inpn_base代表流经输入NPN晶体管22的基极34的电流。

Ipnp_base代表流经输出PNP晶体管24的基极39的电流。

当被微控制器20禁用时，栅极电源12可以提供到装置16的输入28的电接地。在那种情况中，装置16不向接近传感器14递送任何功率。栅极电源12提供到装置16的输入28的接地水平。

输入NPN晶体管22和输出PNP晶体管24停止导通电流。装置16的输出26被经由电阻的总和（串联电阻48、NPN基极发射极电阻50和NPN基极电阻52）拉到接地水平。

可替换地，如果装置16的输入28直接地连接到NPN输入晶体管22的基极34，那么装置16的输出26也经由电阻的总和（串联电阻48和NPN基极发射极电阻50）被拉到接地水平。

可替换地，每一个个体的电阻可以担任感测电阻40的角色，即，它们的电压变化的检测可以被视为接近传感器14的激励。

Claims

1.一种被配置成将栅极电源（12）与传感器（14）对接的用于交通工具的传感器系统（10），所述系统（10）包含：

所述传感器（14），其检测用户（46）；

所述栅极电源（12），其向装置（16）提供功率；

所述装置（16）包含：

输入（28），其被连接到所述栅极电源（12）以用于接收来自所述栅极电源（12）的功率；

电路（17），其提高从所述栅极电源（12）接收的功率的水平；以及

输出（26），其被连接到所述传感器（14）以用于向所述传感器（14）提供经提高水平的功率；

其特征在于所述电路（17）包含：

开关（44），用于启用/禁用所述栅极电源（12）；

NPN双极晶体管（22），其具有基极（34）、集电极（32）以及发射极（30）；

PNP双极晶体管（24），其具有另一基极（39）、另一集电极（38）以及另一发射极（36）；

所述NPN双极晶体管（22）是输入晶体管（22）；

所述PNP双极晶体管（24）是输出晶体管（24）；

所述输入晶体管（22）的基极（34）连接到所述装置（16）的输入（28）；

所述输出晶体管（24）的集电极（38）和所述输入晶体管（22）的发射极（30）一起连接到所述装置（16）的输出（26）；

所述输出晶体管（24）的发射极（36）连接到电源电压（18）；以及

所述输入晶体管（22）的集电极（32）连接到所述输出晶体管（24）的基极（39）。

2.如权利要求1的传感器系统（10），其中所述栅极电源（12）包含在被启用时向所述装置（16）的输入（28）提供功率的电气源。

3.如前述权利要求中的任意一项的传感器系统（10），其中所述电路（17）进一步包含被连接在所述输入晶体管（22）的发射极（30）和基极（34）之间的第一串联电阻（50），以便当所述栅极电源（12）被禁用时所述装置（16）的输出（26）被连接到电接地。

4.如前述权利要求中的任意一项的传感器系统（10），其中所述电路（17）进一步包含被直接与所述输出晶体管（24）的集电极（38）串联连接的感测元件（40），所述感测元件（40）检测当所述传感器（14）检测到所述用户（46）时发生的所述装置（16）的输出（26）上的负载调制。

5.如权利要求4的传感器系统（10），其中所述传感器系统（10）进一步包含用于监控所述感测元件（40）的监控器（42）。

6.如权利要求4到5中的任意一项的传感器系统（10），其中所述感测元件（40）是被直接地与所述输出晶体管（24）的集电极（38）串联连接的感测电阻（40），所述负载调制引起所述感测电阻（40）上的电压变化。

7.如前述权利要求中的任意一项的传感器系统（10），其中所述电路（17）进一步包含被直接地与所述输入晶体管（22）的发射极（30）串联连接的第二串联电阻（48），所述第二串联电阻（48）被适配为抵挡所述输出（26）上的对地短路。

8.如前述权利要求中的任意一项的传感器系统（10），其中所述电路（17）进一步包含被连接在所述装置（16）的输入（28）和所述栅极电源（12）之间的第三串联电阻（52）。

9.如与权利要求4结合的权利要求3、6、7和8中任意一项的传感器系统（10），其中所述电阻（40、48、50、52）中的任意一个电阻是所述感测元件（40）。

10.如前述权利要求中的任意一项的传感器系统（10），其中所述栅极电源（12）是CMOS栅。

11.如前述权利要求中的任意一项的传感器系统（10），其中所述电路（17）进一步包含具有阳极和阴极的二极管（45），

所述阳极被连接到所述输入晶体管（22）的发射极（30），并且

所述阴极被连接到所述输入晶体管（22）的基极（34）。

12.如前述权利要求中的任意一项的传感器系统（10），其中所述传感器（14）是接近传感器。

13.交通工具（8），其包含如前述权利要求中的任意一项的传感器系统（10）。

14.如权利要求13中的交通工具（8），其中所述交通工具（8）包含门把手并且所述门把手包含所述传感器（14）。