CN108022793B - 用于继电器的操作的驱动器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作继电器(200)的驱动器电路(100)，所述驱动器电路(100)包括与所述继电器(200)电连接的电压输出(1)以及可分离地电连接到所述电压输出(1)上的第一电压输入(2)。此外，所述驱动器电路(100)包括降压升压转换器(20)，该降压升压转换器(20)包括至少一个输入(21)和第一输出(22)。此外，所述驱动器电路(100)包括系统基础芯片(90)，该系统基础芯片(90)包括适于提供电压的输出端子(91)。所述降压升压转换器(20)的至少一个输入(21)连接到所述系统基础芯片(90)的输出端子(91)。所述降压升压转换器(20)的第一输出(22)电连接到所述第一电压输入(2)。

Description

用于继电器的操作的驱动器电路
技术领域
本发明涉及用于继电器的操作的驱动器电路，所述驱动器电路包括用于与继电器电连接的电压输出，可分离地电连接到所述电压输出的第一电压输入以及包括至少一个输入和第一输出的降压升压转换器。此外，驱动器电路包括系统基础芯片，其包括适于提供电压的输出端子。所述降压升压转换器的至少一个输入连接到所述系统基础芯片的输出端子。
背景技术
在现有技术的电池系统中，尤其是在机动车辆的电池系统中，脉宽调制(PWM)信号通常用于在所谓的低功率模式下驱动继电器，该低功率模式通常也描述为经济模式。用于继电器的PWM信号驱动具有如下缺点，即：在驱动的电源的输入处需要大的滤波器，这通常需要电解电容器。这种电容器对整个系统的寿命具有不利影响，这是因为它们倾向于导致老化和退化的多种效果。此外，这种PWM信号驱动的设计复杂并需要多个部件，例如，用于前述滤波的部件，这导致生产和采购的高成本。此外，例如20kHz的PWM信号也不利地影响例如电池系统的EMC性能。
发明内容
现有技术中的一个或多个缺点可以借助于本发明予以避免或至少减轻。尤其是，提供了一种用于继电器操作的驱动器电路，该驱动器电路包括：用于与继电器电连接的电压输出、可分离地电连接到所述电压输出的第一电压输入和可分离地电连接到所述电压输出的第二电压输入。此外，驱动器电路还包括降压升压转换器，该降压升压转换器包括至少一个输入、第一输出和第二输出。此外，驱动器电路包括系统基础芯片，该系统基础芯片包括适于提供电压的输出端子。所述降压升压转换器的至少一个输入连接到所述系统基础芯片的输出端子。所述降压升压转换器的第一输出电连接到第一电压输入，且所述降压升压转换器的第二输出电连接到所述第二电压输入。
在这种实施方式中，由于继电器可以有利地利用已经在系统中实现的系统基础芯片操作，例如在电池系统中可以省略多个部件。从而，不需要额外的PWM信号驱动被提供来操作继电器，这增加了整体系统寿命并基本上减少了关于驱动器电路的生产和采购成本。
优选地是，系统基础芯片和降压升压转换器在单个集成电路中实现。在这样的实施方式中，驱动器电路可以被实施为单个连贯(coherent)部件，这允许驱动器电路的紧凑设计。
在优选实施方式中，降压升压转换器适于在降压升压转换器的第一输出处提供PRE电压。此外，优选地是，集成电路适于在降压升压转换器的第一输出处提供集成电路的PRE电压。通常，系统基础芯片用于支持例如电池系统的系统的不同功能性。这些功能性中的一些旨在围绕微控制器的电压源，该微控制器通常也是系统的一部分。通常，不同的供电电压水平由系统基础芯片提供给系统的微控制器。例如，这种供给的电压水平可以包括5VAUX电压，或者换句话说，用于AUX输入的5V电压，3.3V IO电压或1.25V核心电压。为了产生这些电压水平，所述系统基础芯片使用PRE电压，该PRE电压代表集成电路的基础电压，该集成电路的其他电压从该基础电压中派生出。PRE电压是降压升压构造中的其他电压级的前级。这种PRE电压可以有利地被使用以操作继电器，这是因为它具有接近继电器在经济模式下操作所需的值的值。
优选地是，系统基础芯片的PRE电压被理解为用作系统基础芯片的所有输出电压的基础的电压。
优选地是，在操作中，PRE电压具有VPRE∈[6V；7V]的值。优选地，在操作中，PRE电压具有VPRE≈6.5V的值。甚至更优选地，PRE电压具有VPRE＝6.5V的值。在这样的实施方式中，PRE电压能够直接用于在经济模式下操作继电器。此外，这种电压对于驱动用于48V或12V应用的继电器而言是理想的。
在优选实施方式中，PRE电压也用于提供微控制器的至少一个供电电压。在这样的实施方式中，PRE电压用于多个目的，其增加系统的整体效率并降低系统的制造/生产成本。
优选地，驱动器电路还包括第二电压输入，该第二电压输入可分离地电连接到驱动器电路的电压输出，其中所述降压升压转换器包括电连接到所述驱动器电路的第二电压输入的第二输出。在这样的实施方式中，驱动器电路允许提供两个不同的电压水平，例如，用于提供确保继电器从打开到闭合状态安全过渡的高起动电压和用于提供适于将继电器保持在闭合状态的较低的非释放电压。
在优选实施方式中，降压升压转换器适于在降压升压转换器的第二输出处提供第二电压，其中，该第二电压大于可提供给降压升压转换器的第一输出的电压。在这样的实施方式中，第二电压可以用作前述起动电压，其中PRE电压可以用作前述非释放电压。
优选地是，第二电压大于PRE电压。在这样的实施方式中，可以确保继电器的可靠闭合。
在优选实施方式中，第二电压具有V2∈[11V；13V]的值。优选是，第二电压具有V2≈12V的值。更加优选地是，第二电压具有V2＝12V的值。这种电压对于用于48V或12V的继电器的闭合而言是理想的。
优选地是，第二电压输入和电压输出之间的导电路径包括第一二极管。更加优选地是，驱动器电路的第二电压输入和电压输出之间的导电路径包括第一二极管。在这样的实施方式中，防止了在驱动器电路的第二电压输入和电压输出之间的导电路径之内给出的反向电流。
在优选的实施方式中，第二电压输入和电压输出之间的导电路径包括第一开关。优选地是，该第一开关实现为场效应晶体管(FET)，尤其优选地是作为MOSFET。利用这样的开关，可以有效并容易断开导电路径。此外，FET并尤其是MOSFET能够被容易地实现为集成部件并是成本高效的。
优选地是，驱动器电路的第一电压输入和电压输出之间的导电路径包括第二二极管。在这样的实施方式中，防止了在驱动器电路的第一电压输入和电压输出之间的导电路径中给出的反向电流。
在优选的实施方式中，驱动器电路还包括至少一个续流二极管。在这样的实施方式中，实现了快速续流并且保护驱动器电路的部件免受过大电压。
优选地是，驱动器电路的第一电压输入和电压输出之间的导电路径包括第二开关。优选地，第二开关被实现为场效应晶体管(EFT)，尤其优选地是实现为MOSFET。利用这种开关，可以有效和容易断开驱动器电路的第一电压输入和电压输出之间的导电路径。此外，FET可以容易实现为集成部件并是成本高效的。
此外，根据本发明，提供了一种利用驱动器电路操作继电器的方法，该方法包括如下步骤：闭合第一开关持续预定的时间段T，由此，将继电器转换成闭合状态。在所述预定时间段T之后闭合第二开关。在第二开关已经闭合之后再次打开第一开关，同时将第二开关保持在闭合状态。这种方法允许利用系统基础芯片的PRE电压高效操作继电器。
本发明的进一步方面可以从所附的权利要求或随后的描述中习得。
附图说明
通过参照附图详细描述示例性实施方式，对本领域技术人员而言这些特征将变得清楚明白，图中：
图1示出根据本发明的第一实施方式的驱动器电路的第一实施方式；
图2示出根据本发明的第二实施方式的驱动器的电路的系统基础芯片；
图3示出根据本发明的第二实施方式的驱动器电路的导电路径；
图4示出图2所示的系统基础芯片和图3所示的驱动器电路的导电路径的组合，形成驱动器电路的第二实施方式。
具体实施方式
在图1中，示出了根据本发明的第一实施方式的驱动器电路100的第一实施方式。驱动器电路100适于继电器200的操作，该继电器在图1中在它没有连接到驱动器电路100的状态下指示。驱动器电路100包括用于与继电器200电连接的电压输出1。从而，驱动器电路100的电压输出1能够电连接到图1所示的继电器200的端子。此外，驱动器电路100包括第一电压输入2，该第一电压输入2可分离地电连接到电压输出1。在这个第一实施方式中，开关12布置在第一电压输入2和电压输出1之间的导电路径之内。开关12允许第一电压输入2与电压输出1分离。此外，驱动器电路100包括降压升压转换器20，其包括至少一个输入21和第一输出22，其中，降压升压变压器20的第一输出22电连接到第一电压输入2。降压升压变化器20的部件在图1中未示出，其中，降压升压转换器20仅仅被示意性表示。但是，在图1中示出的降压升压转换器20是DC到DC转换器的类型，在这个实施方式中，其输出电压大小例如大于输入电压大小。取代变压器(未示出)，这等价于利用单个电感器的逆向转换器。
此外，驱动器电路100包括系统基础芯片90，该系统基础芯片90包括适于提供电压的输出端子91。在这个第一实施方式中，系统基础芯片90例如是集成电路，该集成电路在单个管芯上包括汽车电子控制单元(ECU)的多个功能。在这个第一实施方式中，系统基础芯片90尤其是也适于提供用于微控制器(未示出)的电压。降压升压转换器20的输入21连接到该系统基础芯片90的输出端子91。
在这个第一实施方式中，系统基础芯片90和降压升压转换器20在单个集成电路95之内实现。换句话说，系统基础芯片90和降压升压转换器20在相同的单个管芯上实现并形成单个集成部件。在输出端子91处，系统基础芯片90输出输出电压，给降压升压转换器20的输入21提供该输出电压。因此，系统基础芯片90提供用于降压升压转换器20的输入电压，该降压升压变化器20适于将在输入21处的输入电压转变成用于继电器200的驱动电压，在所述降压升压转换器20的第一输出22处提供该驱动电压。
在图2和3中，示出了驱动器电路100的第二实施方式的不同部分。在图2中，示出了系统基础芯片90，该系统基础芯片90与降压升压转换器20形成根据本发明的第二实施方式的驱动器电路100的第一部分。图2中所示的驱动电路100的第一部分与图1所示的驱动器电路100的相对应部分基本上相同。从而，在图中，相同的附图标记在每个图中表示相同的部件。
更详细地说，在图2中，驱动器电路100的第二实施方式的系统基础芯片90被示出具有多个部件，所述多个部件尤其是允许提供用于微控制器300的不同供电电压水平，该微控制器300在图2中也示出。部分在图2中示出的降压升压转换器20的部件分别连接到系统基础芯片90的不同端子。在这个第二实施方式中，降压升压转换器20尤其包括场效应晶体管27，该场效应晶体管的栅极端子电连接到系统基础芯片90的相对应端子。场效应晶体管27的漏极端子电连接到电感器28的端子和二极管29的阳极。二极管29的阴极电连接到四个电容器30，所述四个电容器30彼此并联连接。在图2中，降压升压转换器20的电容器30被圈起来，并且降压升压转换器20的第一输出22通过箭头指示。降压升压转换器20的进一步其他部件在图2中未示出且/或在下面未描述，这是因为它们可以在它们的布置方面随芯片的不同而变化并且对于理解本发明而言并不重要。
在这个第二实施方式中，降压升压转换器20适于在其第一输出22处提供PRE电压VPRE。PRE电压VPRE例如具有VPRE∈[6V；7V]的值，更详细地说，VPRE＝6.5V。PRE电压VPRE通过由系统基础芯片90输入的电压的转换而提供。但是，PRE电压VPRE是降压升压构造中其他级的前级VPRE。因此，PRE电压的精度不是非常高。在这个第二实施方式中，PRE电压VPRE是大约6.5V的电压。但是，在其他实施方式中，能够实现其他PRE电压VPRE。这种其他PRE电压可以大于或小于图2所示的降压升压转换器20所提供的PRE电压。
PRE电压VPRE也用作用于微控制器300的基础供电电压。换句话说，PRE电压VPRE也用于提供用于微控制器300的供电电压或多个不同供电电压。此外，在这个第二实施方式中，系统基础芯片90也适于提供用于微控制器300的其他供电电压。例如，系统基础芯片90包括升压转换器，该升压转换器适于提供V＝1.25V的核心电压。此外，系统基础芯片90也包括不同的低压差线性稳压器(LDO)，该低压差线性稳压器适于提供电压Vaux＝3.3V和电压Vcca＝5V。
在这个第二实施方式中，降压升压转换器20包括第二输出23，该第二输出23电连接到驱动器电路100的第二电压输入(图2中未示出)，这将在下面更加详细地描述。降压升压转换器20适于在降压升压转换器20的第二输出23处提供第二电压V2，其中，第二电压V2大于在降压升压转换器20的第一输出22处可提供的电压。换句话说，在降压升压转换器20的第二输出处23可提供的第二电压V2大于PRE电压VPRE。在这个第二实施方式中，第二电压具有V2∈[11V；13V]的值，详细地说，12V的值。
此外，在这个第二实施方式中，系统基础芯片90例如实现为多输出电源和集成电路器件，包括HSCAN和LIN收发器，其专用于汽车市场。但是，同样，可以使用其他系统基础芯片90并且本发明并不局限于图2中所示的系统基础芯片90。
在图3中，示出了根据本发明的第二实施方式的驱动器电路100的导电路径。换句话说，在图2中示出驱动器电路100的第二实施方式的第一部分，而图3中示出了这个第二实施方式的第二部分。在这个第二实施方式中，驱动器电路100也包括电压输出1，该电压输出1在图3中连接到继电器200的第一端子。继电器200用于电池系统用途并允许高电流的切换。在这个第二实施方式中，电池系统用途例如包括车辆的电池。此外，驱动器电路100包括第一电压输入2和第二电压输入3，所述第一电压输入2和第二电压输入3都分别可分离地电连接到驱动器电路100的电压输出1。驱动器电路100还包括降压升压转换器20(图3中未示出)，该降压升压转换器20包括第一和第二输出22、23，该第一和第二输出在前面已经相对于图2加以描述。此外，驱动器电路100包括系统基础芯片90，该系统基础芯片90具有输出端子91(图3中未示出)，该输出端子91连接到降压升压转换器20的输入21并也已经相对于图2加以描述。
在这个第二实施方式中，第二电压输入3和电压输出1之间的导电路径包括第一二极管14和第一开关11。类似地，驱动器电路100的第一电压输入2和电压输出1之间的导电路径包括第二二极管15和第二开关12。所述第一二极管14的阳极与第一开关11的第一端子电连接，其中，第一二极管14的阴极与驱动器电路100的电压输出1电连接。第二二极管15的阳极与第二开关12的第一端子电连接，其中，第二二极管15的阴极与驱动器电路100的电压输出1电连接。第一开关11的剩下的第二端子电连接到第二电压输出3，其中，第二开关12的剩下的第二端子电连接到第一电压输入2。
通过第一开关11，第二电压输入3能够与电压输出1可逆地分离。通过第二开关12，第一电压输入2能够与电压输出1可逆地分离。此外，在这个第二实施方式中，驱动器电路100包括可选的第二电压输出4，该可选的第二电压输出也适于与继电器200电连接。在这个第二实施方式中，第二电压输出4连接到继电器200的另外的端子。此外，驱动器电路100包括可选的第三电压输入5，该可选的第三电压输入5电连接到第二电压输出4。在这个第二实施方式中，可选的第三电压输入5电连接到GND电势，由此将继电器200的另外的端子接地。
此外，驱动器电路100包括两个可选的续流二极管17-1和17-2，所述两个可选的续流二极管保护驱动器电路100的部件免受过大的电压。第一续流二极管17-1的阳极电连接到第二电压输出4，其中，第一续流二极管17-1的阴极电连接到第二电压输入3。第二续流二极管17-2的阳极电连接到第三电压输入5，其中，第二续流二极管17-2的阴极电连接到驱动器电路100的第一电压输出1。
根据本发明，驱动器电路100的第一电压输入2电连接到降压升压转换器20的第一输出22。驱动器电路100的第二电压输入3电连接到降压升压转换器20的第二输出23。从而，当第一开关11闭合预定时间段T时，12V的电压在第一电压输出1处被提供，导致继电器200被拉入到闭合状态。所述时间段T必须足够大以将继电器200转换到闭合状态。当继电器200已经被转换到闭合状态时，第二开关12可以在所述预定时间段T之后闭合。当第二开关12被闭合时，PRE电压VPRE被提供到第一电压输出1，允许将继电器200保持在闭合状态。从而，在第二开关12被保持在闭合状态的同时，第一开关11能够再次打开。在这样的状态下，驱动器电路100在经济模式下操作，这是因为在利用PRE电压VPRE保持继电器200期间所消耗的功率被减小。
在图4中，示出了图2中所示的系统基础芯片90与根据本发明的第二实施方式的驱动器电路100的导电路径的示意性组合。更详细地说，图4示出了图2所示的驱动器电路100的第二实施方式的第一部分与图3所示的驱动器电路100的第二实施方式的第二部分相组合。从而，图4示出了驱动器电路100的完整第二实施方式，如前面所描述的。因此，驱动器电路100的第一电压输入2电连接到降压升压转换器20的第一输出22。驱动器电路100的第二电压输入3电连接到降压升压转换器20的第二输出23，且可选的第三电压输入5电连接到GND电势。

Claims (13)

1.一种用于继电器(200)的操作的驱动器电路(100)，该驱动器电路(100)包括：
用于与继电器(200)电连接的电压输出(1)；
可分离地电连接到电压输出(1)的第一电压输入(2)；
第二电压输入(3)，该第二电压输入可分离地电连接到所述电压输出(1)，
降压升压转换器(20)，该降压升压转换器(20)包括至少一个级、至少一个输入(21)、第一输出(22)和第二输出(23)；
系统基础芯片(90)，该系统基础芯片(90)包括适于提供电压的输出端子(91)，其中，所述降压升压转换器(20)的至少一个输入(21)连接到所述系统基础芯片(90)的输出端子(91)，
其特征在于，
所述降压升压转换器(20)的至少一个输入(21)电连接到所述系统基础芯片(90)的输出端子(91)；
所述降压升压转换器(20)的第一输出(22)电连接到所述第一电压输入(2)；
所述降压升压转换器(20)的第二输出(23)电连接到所述第二电压输入(3)；
所述降压升压转换器(20)适于在所述降压升压转换器(20)的第一输出(22)处提供集成电路(95)的PRE电压(VPRE)；以及
所述集成电路(95)的PRE电压(VPRE)是所述降压升压转换器(20)的其他电压级的前级，并且用作所述集成电路的所有输出电压的基础，
其中，所述系统基础芯片(90)和所述降压升压转换器(20)在所述集成电路(95)内实现。
2.如权利要求1所述的驱动器电路(100)，其中，在操作中，所述PRE电压(VPRE)具有VPRE∈[6V；7V]的值。
3.如权利要求1所述的驱动器电路(100)，其中，所述PRE电压(VPRE)也用于提供用于微控制器(30)的至少一个供电电压。
4.如权利要求2所述的驱动器电路(100)，其中，所述PRE电压(VPRE)也用于提供用于微控制器(30)的至少一个供电电压。
5.如权利要求1所述的驱动器电路(100)，其中，所述降压升压转换器(20)适于在所述降压升压转换器(20)的第二输出(23)处提供第二电压(V2)，其中，所述第二电压(V2)大于在降压升压转换器(20)的第一输出(22)处提供的PRE电压(VPRE)。
6.如权利要求5所述的驱动器电路(100)，其中，所述第二电压具有V2∈[11V；13V]的值。
7.如权利要求1至6中任一项所述的驱动器电路(100)，其中，所述第二电压输入(3)和所述电压输出(1)之间的导电路径包括第一二极管(14)。
8.如权利要求1至6中任一项所述的驱动器电路(100)，其中，所述第二电压输入(3)和所述电压输出(1)之间的导电路径包括第一开关(11)。
9.如权利要求1至6中任一项所述的驱动器电路(100)，其中，所述驱动器电路(100)的所述第一电压输入(2)和所述电压输出(1)之间的导电路径包括第二二极管(15)。
10.如权利要求1至6中任一项所述的驱动器电路(100)，还包括至少一个续流二极管(17)。
11.如权利要求1至6中任一项所述的驱动器电路(100)，其中，所述驱动器电路(100)的所述第一电压输入(2)和电压输出(1)之间的导电路径包括第二开关(12)。
12.如权利要求8所述的驱动器电路(100)，其中，所述驱动器电路(100)的所述第一电压输入(2)和电压输出(1)之间的导电路径包括第二开关(12)。
13.一种利用根据权利要求12所述的驱动器电路操作继电器(200)的方法，包括如下步骤：
闭合所述第一开关(11)持续预定时间段T，由此将继电器(200)转换到闭合状态；
在所述预定时间段T之后闭合所述第二开关(12)；
在所述第二开关(12)已经闭合之后再次打开所述第一开关(11)，同时将所述第二开关(12)保持在闭合状态。
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