CN108879627A - 电子模块和机动车辆及在接通过程中限制输入电流的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电子模块(17)，具有用于从电压源(12)处接收输入电流(Is)的电源端子(11)并且具有相对于该电源端子(11)为有效的输入电容(Cin)，其中，该输入电容(Cin)经由晶体管电路(18)连接至该电源端子(11)。本发明另外规定该晶体管电路(18)被配置用于经由至少一个晶体管(M1，M2)的对应切换路径(19)传导该输入电流(Is)，并且控制装置(20)被配置用于在接通过程(15)期间限制该输入电流(Is)，在多个步骤(24)中将该至少一个晶体管(M1，M2)的对应控制端子(g)处的控制电压(Vgs)从断开值(25)切换为连接值(26)，在该断开值下，每条切换路径(19)都断开，并且在该连接值下，每条切换路径(19)的接触电阻都最小化。

Description

电子模块和机动车辆及在接通过程中限制输入电流的方法
技术领域
本发明涉及一种如可以被提供例如用于操作机动车辆的LED车头灯的电子模块。该模块可以借助于电源端子连接至电压源以便接收输入电流。该模块的输入电容相对于电源端子是有效的，由此，当模块接通时，必须限制输入电流的接通电流强度。为此，输入电容经由晶体管电路连接至电源端子。本发明还包括一种具有根据本发明的电子模块的机动车辆以及一种用于在接通过程期间限制输入电流的方法。
背景技术
再次参考图1对问题进行展示。图1示出了具有电源端子11的模块10，电压源12(例如，机动车辆的车载电力系统)连接至该电源端子。电压源12的电源电压Vs可以在电源端子11处驱动或生成输入电流Is，当模块10接通时，该输入电流Is必须对输入电容Cin进行充电，所述输入电容Cin能够例如由电容器形成。在图1中由负载电阻R负载表示将在模块10的功能单元13中操作的实际负载或实际电气部件。该电路可以经由地电位14连接。此外，图1在针对时间t而标绘的简图中展示了输入电流Is的时间曲线。在接通过程15期间，放电的输入电容Cin导致很高的接通电流浪涌16，该接通电流浪涌仅受限于供应电压源12的内阻Rs、输入电容Cin本身的内阻和线路的内阻、以及接通脉冲的上升时间。展示的是，电流强度可能上升到超过180A。
在用于切换输入电流的机械切换部件(例如，继电器、机械开关)中，高接通电流浪涌促进生成可能破坏接触面的电弧。在电子切换部件(例如，MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)或晶闸管)中，存在以下危险：高接通电流超过根据数据表的其最大容许值并且还能够引起对势垒层或键合线的破坏(这取决于包含在接通脉冲中能量的量)。
因此，在许多应用中，具体地来自机动车辆技术领域而且来自消耗品领域或工业领域，关于电流强度而限制接通电流浪涌16是不可避免的。
从例如US6 094 036 A中已知了一开始描述的类型的模块，在该模块中，为了限制输入电流的电流强度，输入电容经由晶体管电路连接至电源端子。由预充电电阻器和设旁路于预充电电阻器的场效应晶体管组成的并联电路此处连接在电容器的上游。为了限制流到电容器中的输入电流，场效应晶体管必须由电流调节器借助于闭合电流控制回路进行操作。这在技术上很复杂并且容易受到如由例如部件的老化和/或加热引起的参数波动的影响。
还从US5 122 724 A中已知了接通电流的减小。场效应晶体管此处连接在输入电容与地电位之间，其中，场效应晶体管的切换路径的电阻借助于RC元件而逐渐减小。切换路径的电阻减小的速度由RC元件的值限定，并且必须适应于场效应晶体管的切换行为。如果场效应晶体管例如由于加热而改变了其切换行为，则RC元件不考虑这种情况。
发明内容
本发明基于使在技术上容易实施的、用于在电子模块的接通过程期间限制输入电流的方式可用的目的，其中，所使用的晶体管电路的(例如由温度变化引起的)切换行为变化也将能够被考虑在内。
该目的借助于独立权利要求的主题来实现。通过从属权利要求以及以下说明和附图描述了本发明的有利改进。
本发明的第一方面涉及一种电子模块，具有用于从电压源处接收输入电流的电源端子并且具有相对于该电源端子为有效的输入电容，其中，该输入电容经由晶体管电路连接至该电源端子。该晶体管电路被配置用于经由至少一个晶体管的对应切换路径传导该输入电流，其中，控制装置被配置用于在接通过程期间限制该输入电流，在多个步骤中将该至少一个晶体管的对应控制端子处的控制电压从断开值切换为连接值，在该断开值下，每条切换路径都断开或是非导电的，并且在该连接值下，每条切换路径的接触阻抗都最小化。
在接通过程期间，首先对输入电容进行充电。在此背景下，每条切换路径的接触电阻都在多个步骤中从非导电状态逐渐减小，直到接触电阻最小化。最小化的接触电阻也被称为Rdson。在场效应晶体管(FET)的情况下，所述切换路径是漏极-源极路径。控制端子相应地是这种场效应晶体管的栅极。输入电流是经由电源端子接收的电流。所述控制电压是具体地对应晶体管的栅极-源极电压。
本发明的特定方面提供的优点在于：逐步地或在多个步骤中改变用于控制该至少一个晶体管的控制电压。晶体管仅在与温度相关的阈值电压下从非导电状态改变为导电状态。相应地，在以逐步方式切换的控制电压的特定步骤之前，该至少一个晶体管不会变得导电。然而，在此背景下，该至少一个晶体管不会完全接通(至Rdson)，而相反，其接触电阻将变得大于最小可能值。通过对控制电压的进一步逐步改变，然后接触电阻逐渐减小，使得输入电流因此保持受限。如果该至少一个晶体管例如由于温度变化而改变其切换行为，则在闭合控制系统设置控制电压期间，不必明确考虑这种情况。相反，该至少一个晶体管将仅在另一个步骤处变得导电，并且然后从这个步骤开始，将在每个另外的步骤处逐步减小其接触电阻。因此，此处还保持了对输入电流的限制。因此，不需要明确地使控制电压适应于该至少一个晶体管的电气行为变化。
具体地，控制装置可以总是被配置用于在没有反馈的情况下(例如，以开环方法)为每个接通过程设置控制电压的相同曲线。因此，可以在切换复杂性很低的情况下并且因此以具有成本效益的方式使电子模块可用。
为了避免需要反馈回路或反馈，即，为了提供用于该至少一个晶体管的纯粹控制器，控制装置优选地被配置用于独立于该至少一个晶体管的当前操作状态而设置这些步骤。因此，对于每个接通过程总是发生控制电压的相同时间曲线。
为了以稳定的方式使该至少一个晶体管的每个控制端子处的控制电压可用，控制装置优选地具有至少一个电流镜向电路。该至少一个电流镜向电路此处被配置用于根据控制该电流镜向电路的驱动信号来设置电阻元件中的控制电流。电阻元件可以连接在该至少一个晶体管的栅极与源极端子之间。因此，该至少一个晶体管的该控制电压跨该电阻元件下降。这提供的优点在于：不必直接借助于致动信号来控制该至少一个晶体管，而相反，致动信号仅对于预定义控制电流是必要的，该控制电流然后例如独立于电流温度而生成至少一个电阻元件处的控制电压。这是特别温度稳定的。
可以规定使仅单个电流镜向电路可用。为了允许这种情况，该至少一个晶体管是p沟道FET(p沟道场效应晶体管)。因此，有利地允许控制电压的电压值比电压源的电源电压的电压值更低。例如，电压源可以使12V或24V或48V的电源电压可用，而控制电压可以处于小于10V的范围内。
可替代地，该至少一个晶体管各自可被配置为n沟道场效应晶体管。为了以此方式生成适当的控制电压，然后提供了被连接以形成级联的两个电流镜向电路。借助于第一电流镜向电路，第二电流镜向电路的致动信号因此由该致动信号生成，并且然后设置所述控制电流以生成该至少一个晶体管的控制电压。
用于控制该至少一个电流控制电路的所述致动信号可以借助于切换逻辑来生成。优选地由微控制器使这可用。因此，致动信号的时间曲线可以通过编程或预定义微控制器的程序模块来设置，并且因此优选地还可以改变该时间曲线。因此，该控制装置优选地具有切换逻辑，该切换逻辑耦合至该至少一个电流镜向电路并且被配置用于借助于控制程序来预定义用于设置该控制电压的该致动信号。如果切换逻辑不是微控制器，则控制程序还可以以永久预定义的切换安排的形式被实施为例如ASIC(专用集成电路)或借助于触发电路来实施。该电流限制方法可以通过借助于控制程序提供软件控制来进行参数化或适配。
可以规定致动信号是切换逻辑的经由低通滤波器电路传导的脉冲宽度调制输出信号。低通滤波器电路可以具有例如电容器，该电容器的电容适应于脉冲宽度调制的切换频率，其方式为使得所产生的致动信号在脉冲宽度调制的多个切换周期上是恒定的。作为脉冲宽度调制的替代方案，切换逻辑的数模转换器的输出信号可以直接提供为致动信号。尽管脉冲宽度调制由于缺少低通滤波器电路而在技术上比数模转换器更容易实现，但是后者可以比经由低通滤波器电路传导的脉冲宽度调制输出信号更快地适应致动信号的时间曲线。因此，例如借助于数模转换器，有可能通过断开该至少一个晶体管来断开该模块或执行用于该模块的断开过程。
对于对该至少一个晶体管的这种快速断开，可以另外地或可替代地规定，将可用于减少致动信号的纹波的电容器的电极经由开关元件连接至地电位。开关元件可以例如在晶体管、具体地场效应晶体管的基础上实施。电容器可以是例如低通滤波器电路的电容器。开关元件被配置用于将电容器的电极电连接至地电位作为断开信号，以便对电容器进行放电。因此，致动信号例如也下降为地电位的值，其结果是该至少一个晶体管然后电断开。
输入电流可以仅经由单个晶体管的切换路径来传导。这使得有可能以很低的切换技术方面的支出并且因此以具有成本效益方式引起对输入电流的限制。然而，采用场效应晶体管形式的这种晶体管可以具有所谓的本体二极管。为了避在这种情况下发生针对电压源与互换极(在电源端子处为地或负，并且在模块的接地端子处为正)的连接的极性反转保护，优选地提供其切换路径串联连接的两个晶体管，其中，这些晶体管的本体二极管的传输方向是相反的。在断开方向上连接的切换路径的情况下，本体二极管因此彼此阻塞。
优选地在多个步骤中实施接通过程，也就是说在受限输入电流的情况下对输入电容进行充电。因此，这提供的优点在于，晶体管电路的该至少一个晶体管的接通行为的变化以及所产生的该至少一个晶体管的阈值电压转移到另一步骤不会导致输入电容的充电延长或持续超过最后一个步骤的情况，其结果是无限的输入电流(在Rdson的情况下)将流向输入电容。
为了实现这一点，这些阶段中的每一个的对应时间段具有这样的值，该值对应于该输入电容的时间常数，其方式为使得在一个阶段期间或者在两个或三个阶段期间，该至少一个晶体管从断开状态改变为导电状态，并且随后该输入电流上升为最大值并且再次下降。换言之，将输入电流接通直到上升到最大值仅持续一个步骤或最多两个或三个步骤。总体而言，优选地在断开值与连接值之间提供至少五个中间步骤。
以所描述的方式，可以主要地或完全地由电容器或多个电容器的并联连接使该输入电容可用。输入电容器可以被提供为能量缓冲器和/或电压曲线和/或电流曲线的滤波器，例如以便使电磁兼容性可用和/或提供针对电压源的电源电压的波动的鲁棒性。
当在正极线(即，不处于地电位)中从该电源端子观看时，该至少一个晶体管优选地连接在该模块的该输入电容本身以及还有其他功能部件(也就是说，该模块的另外的电子功能部件或电子电路)两者的上游。因此，不仅输入电容而且其他电子功能部件可以借助于该至少一个晶体管与电源端子断开电连接。
优选地，该电子模块被提供用于机动车辆中。相应地，本发明的另外方面涉及一种机动车辆，具有电压源并且具有根据本发明的电子模块的实施例。
电压源可以是例如机动车辆的车载电力系统，例如，12V车载电力系统或24V车载电力系统或48V车载电力系统。电子模块可以例如被提供用于操作机动车辆的车头灯的LED以便例如作为LED的电源而工作。在电子模块的接通过程期间限制输入电流提供的优点在于，防止了由于已经超过输入电流的电流强度的阈值而引起的对电压源或该模块的紧急断开，因为由于对输入电流的限制而不会超过此阈值。
具体地，由于根据本发明的电子模块的操作，根据本发明的另外方面，获得了一种通过其在电子模块的接通过程期间限制输入电流的方法。该方法基于以下事实：模块的输入电容经由晶体管电路连接至电压源的电源端子。在接通过程期间，输入电流是经由电源端子从电压源处接收到的。晶体管电路经由至少一个晶体管的对应切换路径传导输入电流。在此背景下，用于限制输入电流的控制装置在多个步骤中将到该至少一个晶体管的对应控制端子的控制电压从断开值切换为连接值，在该断开值下，每条切换路径都断开，并且在该连接值下，每条切换路径的接触阻抗都最小化。
本发明还包括对根据本发明的方法的改进，这些改进具有已经结合根据本发明的电子模块的改进而描述的特征。由此，在此不再次描述对根据本发明的方法的相应改进。
附图说明
以下描述了本发明的示例性实施例。在这方面，在附图中：
图1示出了没有接通限制的电子模块的示意性图示；
图2示出了根据本发明的模块的实施例的示意性图示；
图3示出了控制电压、致动信号和输入电流的随着时间推移而标绘的示意曲线的简图；
图4示出了流程图，展示了根据本发明的方法的实施例；
图5示出了如使用该方法来获得的针对不同晶体管操作状态的测量信号的简图；
图6示出了图2的模块的示意性电路图；
图7示出了具有两个电流镜的模块的示意性电路图；
图8示出了仅具有一个晶体管的模块的示意性电路图；
图9示出了具有用于电流限制的两个电流镜和仅一个晶体管的模块的示意性电路图；
图10示出了具有快速断开的模块的示意性电路图；并且
图11示出了具有数模转换器的模块的示意性电路图。
参考标记列表
10 模块
11 电源端子
12 电压源
13 功能部件
14 地电位
15 接通过程
16 最大值
17 模块
18 晶体管电路
19 切换路径
20 控制装置
21 电流镜
21’ 电流镜向电路
22 逻辑电路
23 低通滤波器电路
24 步骤
24’ 步骤
25 断开值
25’ 断开值
26 连接值
26’ 连接值
27 限制阶段
Is 输入电流
M1 晶体管
M2 晶体管
Q1 晶体管
Q2 晶体管
PWM 输出信号
Vpwm 致动信号
Ic 控制电流
Vgs 控制电压
Cpwm 电容器
Ts 步骤持续时间
S10 步骤
S11 步骤
S12 步骤
S13 步骤
S14 步骤
S15 步骤
S16 步骤
S17 步骤
D 脉冲占空比
T1 温度
T2 温度
T3 温度
DAC 数模转换器
具体实施方式
以下所讨论的示例性实施例是本发明的优选实施例。在示例性实施例中，实施例的所描述部件各自表示本发明的单独特征，这些单独特征将被彼此独立地考虑，每一个还彼此独立地改进本发明，并且因此也将单独地或以除了所示组合之外的组合被认为是本发明的部件。此外，所描述的实施例还可以由已经描述的本发明的另外特征进行补充。
在附图中，功能相同的元件各自提供有相同参考标记。
图2以对应于图1的方式示出了模块17，所描述类型的电压源12可以连接至该模块的电源端子11。模块17可以安装在机动车辆Kfz中。模块可以是例如控制单元或控制单元的部件。机动车辆Kfz可以是汽车，例如，乘用车或卡车。
晶体管电路18连接在输入电容Cin和其他电子功能部件(由R负载表示)的上游，即，晶体管电路18在一方面电连接电源端子11与输入电容Cin之间并且在另一方面连接在该电源端子与功能部件R负载之间，使得输入电流Is经由晶体管电路18的晶体管M1、M2的切换路径19被传导。因此，晶体管电路18连接在电源端子11与模块17的将被连接的所有电气功能部件13之间。晶体管M1、M2是具有漏极d、源极s和控制端子/栅极g的场效应晶体管。控制电压Vgs(栅极-源极电压)借助于经由电阻元件Rg的控制电流Ic生成。
控制电流Ic借助于控制装置20进行设置，该控制装置具有用于设置控制电流Ic的电流镜向电路21。切换逻辑22可以借助于可切换电压源Vdd生成脉冲宽度调制输出信号PWM。可以对脉冲宽度调制输出信号PWM进行平滑处理，或者可以通过低通滤波器电路23减少其纹波。因此，可在低通滤波器电路23的输出端处获得控制电流镜向电路21的致动信号Vpwm。低通滤波器电路23可以具有电容器Cpwm，并且还有用于使RC元件可用的电阻器Rpwm。
可以使致动信号Vpwm在电流镜向电路21的两个晶体管Q1、Q2的对应控制端子处可用。在每种情况下，相同的控制电流Ic然后通过连接在每个晶体管Q1、Q2下游的电阻元件Re1、Re2流到地电位14。
图2展示了在接通过程15期间如何通过设置阶跃致动信号Vpwm来设置具有最大值16的输入电流Is，该最大值小于不存在晶体管电路18时(参见图1)。例如，最大值16小于在没有晶体管电路18的情况下获得的最大值的10％。
图3展示了在多个步骤24’中如何通过设置脉冲宽度调制PWM的采样率或脉冲占空比D将致动信号Vpwm从断开值25’(D＝0％)调整为连接值26’(D＝100％)，并且因此，在多个步骤24中逐步将控制电压Vgs从断开值25(0V)调整为连接值26。
一旦实现了达到切换阈值或阈值电压Vgsthr的步骤24，接通过程15就开始，即，当达到阈值电压Vgsthr时，晶体管M1、M2变得导电。在此步骤24内或在两个步骤24内，输入电流Is达到其最大值26并且然后再次下降。也就是说，输入电流Is的限制阶段27最多持续步骤持续时间Ts的一倍或两倍或三倍。
为了借助于逻辑电路22设置步骤持续时间Ts，如在图4中所展示的，有可能借助于切换逻辑22执行控制程序28。为此，切换逻辑22可以具有例如微控制器。
从起点S10开始，可以在步骤S11中限定步骤24’的数量D数量以及步骤持续时间Ts。在步骤S12中，限定步骤大小Ds＝100％/D数量。在步骤S13中，晶体管电路的控制器以断开值24’(D＝0％)开始。在步骤S14中，当前步骤被保持步骤持续时间Ts。在步骤S15中，检查是否达到连接值26’。如果情况是这样(由“+”符号表示)，则方法在步骤S16中停止，即，接触电阻通过保持连接值26’来维持。如果在步骤S15中还未达到连接27’(由“-”符号表示)，则在步骤S17中，通过增大脉冲占空比D(D＝D+Ds)来使脉冲宽度调制PWM增大步骤大小Ds的下一步骤因此而开始，并且该过程在步骤S14中继续。
图5展示了对于三个不同温度T1、T2、T3(T1>T2>T3)，接通过程15在不同步骤24’处如何开始。已经在晶体管M1、M2处测量了温度T1、T2、T3。因此，对应温度T1、T2、T3描述了该至少一个晶体管M1、M2的当前操作状态。
为了进一步描述的目的，图6再次展示了图2的模块17。在图6的示例性实施例中，如由用于输入电流Is的晶体管电路18使其可用的电子“电阻”被具体化为具有作为晶体管M1、M2的两个p沟道MOSFET以消除其本体二极管的导电性。为此，晶体管M1、M2的这两个源极触点电连接。为了致动这两个晶体管M1、M2，低于其源极电压的栅极电压是必要的。换言之，栅极g的电位必需低于源极触点s的电位。因此，如果源极触点s被当作参考，则此控制电压Vgs具有负号。
控制电压Vgs是使用电阻元件Rg和可以借助于软件调整的可变控制电流Ic来引起的。为此，使用了由晶体管Q1、Q2组成的电流镜21。优选地借助于双晶体管使晶体管Q1、Q2可用以消除温度和晶体管的参数波动。电阻器Re1、Re2还可以具有相同的值以使电流镜21对称为局部负反馈元件。
这导致流过左侧分支中的Re1并且反射通过右侧分支中的Re2的控制电流Ic为：
Ic＝(Vpwm-Vbe)/Re1，
其中，Vbe是晶体管Q1的基极-发射极电压。
致动信号Vpwm是由脉冲PWM电压源Vdd(通常可以使用来自微控制器输出端的5V或3.3V)、使用低通滤波器电路23(Rpwm/Cpwm)、通过改变脉冲占空比D来形成的。这被计算为：
Vpwm＝D·Vdd。
因此，晶体管M1、M2的控制电压Vgs为：
Vgs＝((D·Vdd-Vbe)/Re1)·Rg
并且可以使用脉冲占空比D来进行预定义。
可以将低通滤波器或低通滤波器电路23的时间常数Tpwm选择为使得在改变脉冲占空比步骤(D＝D+Ds)之后，控制电压Vgs在步骤持续时间Ts内趋平：
T设置＝6·Tpwm＝6·Rpwm·Cpwm<0.5Ts。
T设置是在脉冲占空比D已经改变之后达到稳定状态之前的时间。
Ts是对应脉冲占空比暂停的持续时间，即，步骤持续时间或工作点。
在所示实施例中，在所有情况下，总是借助于步骤24的这种扫掠或这种序列找到晶体管电路18的晶体管的适当工作点，在该工作点处，场效应晶体管有源地操作，即，以高于最小接触电阻Rdson的接触电阻操作。随后，确保的是，当达到连接值时，这些场效应晶体管以最小接触电阻操作，即，这些场效应晶体管被设置为饱和的低阻抗切换模式。
为了在接通过程15期间限制电流浪涌，图3的简图因此被获得为理想化曲线。
图5展示了具有这三个温度T1＝150℃、T2＝25℃、T3＝-40℃的仿真。
明显的是，由于借助于电流镜21进行的对电流的外加以及对控制电流Ic的控制，所以还确保了热稳定性。针对对应最大值16而获得了2A的最大偏差。
可以借助于控制程序28以紧凑的方式且以未调整的开环方法来实施电流限制，并且可以通过在步骤S11中进行简单的改变或参数化使电流限制适应于不同晶体管类型。
图7示出了模块17的实施例，在该模块中，晶体管电路18的晶体管M1、M2是n沟道场效应晶体管。n沟道场效应晶体管M1、M2具有的优点在于：相较于p沟道场效应晶体管，对于相同的购买价格，具有相对较低的最小接触电阻Rdson(沟道电阻)。
为了能够通过晶体管M1、M2进行切换，这些晶体管需要比源极s处源极电压更高的栅极g处栅极电压。为此，使高于模块17的电压源12的电源电压Vs的第二电源电压V高在模块17中可用。可以例如借助于电荷泵(H桥驱动器)或者如在车辆车头灯的LED照明装置中可用的上转换器使电源电压V高可用。根据现有技术的相应集成电路(IC)可用于此目的。
可以以所描述的方式、通过晶体管M1、M2的切换路径19的串联连接、利用晶体管M1、M2的本体二极管的连接来使电源端子11的极性反转保护可用。为此，这两个晶体管M1、M2的源极s可以彼此连接。
为了能够致动n沟道场效应晶体管M1、M2，使用将控制电流Ic传输为超过电源电压Vs的电压范围的晶体管Q3、Q4来使附加电流镜向电路21’可用。电流镜向电路21、21’连接以形成级联，即，电流镜向电路21的控制电流Ic控制电流镜向电路21’。
这两个晶体管Q3、Q4有利地在一个壳体中被实施，也就是说，被具体化为双晶体管，所描述的优点是借助于该双晶体管来获得的。电阻器Re3、Re4的对称性允许局部负反馈以便平衡电流镜21’。
该电路的其余部分以对应于图6的模块17的电路的方式构造，由此，参考对图6中参考符号的相应解释。
图8展示了对应于图6实施例的模块17的实施例，其中，然而，晶体管电路18仅具有单个晶体管M1，输入电流Is经由该晶体管的切换路径19进行传导。
图9示出了对应于图8的仅具有一个晶体管M2的电路，输入电流Is经由该晶体管的切换路径19进行传导。
图10示出了模块17的一部分，为了进行快速断开，该模块附加地具有开关元件M断开，低通电路23的电容器Cpwm可以经由该开关元件电连接至地电位14。当开关元件M断开接通时，电容器Cpwm可以经由放电电阻器R断开进行放电。因此，致动信号Vpwm被设置为断开值25’，并且因此，晶体管电路18的晶体管M1、M2(并且在单个晶体管的情况下，晶体管电路18的晶体管M1或M2)断开。在极性反转的情况下，这种断开应当尽快发生，即，电源端子11与功能部件18的断开连接应当以比低通滤波器电路23本身的时间常数更短的时间常数来执行。在没有开关元件M断开的情况下，晶体管电路18的晶体管M1、M2保持导电，直到就绝对值而言，其栅极电压下降到低于阈值电压Vgsth，取决于大小设置，这可能耗费超过10ms。为了加快这种断开过程，使开关元件M断开可用，所述开关元件M断开可选地经由保护电阻器或放电电阻器R断开连接至电容器Cpwm的正极。这可以加快对电容器Cpwm的放电。开关元件M断开可以被实施为晶体管。例如，当使用微控制器时，该微控制器还可用于逻辑电路22，所述开关元件M断开可以被实施为开漏微控制器引脚或微控制器的开漏输出端。
图11展示了模块17的实施例的一部分，在该模块中，可以使用数模转换器DAC的输出信号Vdac，而不是具有脉冲宽度调制输出信号的逻辑电路22。这种输出信号Vdac可以借助于微控制器的数模转换器来生成。于是，低通滤波器电路23不是必需的。代替低通滤波器电路23，可能使保护电阻器Rdac可用。相比于在低通滤波器电路23连接在下游的情况下使用脉冲宽度调制信号，借助于数模转换器DAC，还可以减少断开时间，因为没有所存在PWMCpwm的RC电路的时间常数。
该模块提供了以下优点：
借助于软件对输入电流Is的接通电流浪涌的振幅进行灵活调节：在制造多个模块期间，场效应晶体管可以与不同的FET参数一起使用(例如，与不同的阈值电压Vgsth一起使用)。然后，有可能借助于控制程序28实现软件参数化，并且具体地与比对电子电路的调节更少的时间耗费相关联。
还有可能将该电路用作极性反转保护：如果致动微控制器由单独的二极管供应(在实践中，情况通常是这样)，则在具有带有两个晶体管M1、M2的晶体管电路的实施例变体中所提出的电路在极性反转的情况下断开并且因此保护连接在下游的功能部件13的电子装置。
该电路事实上还是以理想方式与非常低的泄漏电流断开连接的开关。例如当在漏泄电流将耗尽车辆电池的机动车辆中使用该电路时，这是很重要的。具有两个晶体管M1、M2的晶体管电路将电压源12与功能部件13(即，负载)完全断开连接。
晶体管M1、M2的栅极-源极电压Vgs总是受限：这种限制不需要如对于保护栅极g和源极s免于晶体管M1、M2的连接来说经常是必要的任何保护元件(齐纳二极管、抑制器二极管，其也被称为TVS(瞬态电压抑制)二极管)。栅极g和源极s经由电阻器Rg(通常小于2kΩ)电连接，并且最多发生如由控制电流Ic引起的电压降。
对控制电流的精确外加以及由于晶体管而转换到电流镜向电路中：由于对双晶体管的使用以及如可以由微控制器以稳定的方式使其可用的经调节Vpwm电压，所以电流镜21、21’是稳定的。因此，由此外加的控制电流Ic也是稳定的，这最终导致输入电流Is的接通值的可再现最大值16。
由于该电路需要少量部件，所以该电路是具有成本效益且是经济的，并且因此，其允许使用已经存在的微控制器。
总体而言，示例示出了如何可以通过本发明使用于限制电子模块的接通电流浪涌(浪涌电流)的方法和电路可用。

Claims (16)

1.一种电子模块(17)，具有用于从电压源(12)处接收输入电流(Is)的电源端子(11)并且具有相对于该电源端子(11)为有效的输入电容(Cin)，其中，该输入电容(Cin)经由晶体管电路(18)连接至该电源端子(11)，其中，该晶体管电路(18)被配置用于经由至少一个晶体管(M1，M2)的对应切换路径(19)传导该输入电流(Is)，并且控制装置(20)被配置用于在接通过程(15)期间限制该输入电流(Is)，在多个步骤(24)中将该至少一个晶体管(M1，M2)的对应控制端子(g)处的控制电压(Vgs)从断开值(25)切换为连接值(26)，在该断开值下，每条切换路径(19)都断开，并且在该连接值下，每条切换路径(19)的接触电阻都最小化。
2.如权利要求1所述的电子模块(17)，其中，该控制装置(20)总是被配置用于在没有反馈的情况下为每个接通过程(15)设置该控制电压(Vgs)的相同曲线。
3.如权利要求1或2所述的电子模块(17)，其中，该控制装置(20)被配置用于独立于该至少一个晶体管(M1，M2)的当前操作状态(T1，T2，T3)而设置这些步骤(24)。
4.如以上权利要求之一所述的电子模块(17)，其中，该控制装置(20)具有至少一个电流镜向电路(21，21’)，并且该至少一个电流镜向电路(21，21’)被配置用于设置电阻元件(Rg)中的控制电流(Ic)作为致动信号(Vpwm，Vdac)，其结果是该至少一个晶体管(M1，M2)的该控制电压(Vgs)跨该电阻元件(Rg)下降。
5.如权利要求4所述的电子模块(17)，其中，使单独的电流镜向电路(21)可用，并且该至少一个晶体管(M1，M2)各自是p沟道场效应晶体管。
6.如权利要求4所述的电子模块(17)，其中，该至少一个晶体管(M1，M2)各自是n沟道场效应晶体管，并且提供了被连接以形成级联的两个电流镜向电路(21，21’)。
7.如权利要4至6之一所述的电子模块(17)，其中，该控制装置(20)具有切换逻辑(22)，该切换逻辑耦合至该至少一个电流镜向电路(21，21’)并且被配置用于借助于控制程序(28)预定义用于设置该控制电压(Vgs)的该致动信号(Vpwm，Vdac)。
8.如权利要求7所述的电子模块(17)，其中，该致动信号(Vpwm)是该切换逻辑(22)的、经由低通滤波器电路(23)传导的脉冲宽度调制输出信号(PWM)，或者是该切换逻辑(22)的数模转换器(DAC)的输出信号(Vdac)。
9.如权利要4至8之一所述的电子模块(17)，其中，用于减少该致动信号(Vpwm)的纹波的电容器(Cpwm)的电极经由开关元件(M断开)连接至地电位(14)，以实现该至少一个晶体管(M1，M2)的快速断开，并且该开关元件(M断开)被配置用于将该电极电连接至该地电位(14)作为断开信号，以对该电容器(Cpwm)进行放电。
10.如以上权利要求之一所述的电子模块(17)，其中，在该晶体管电路(18)中提供其切换路径(19)串联连接的两个晶体管(M1，M2)，其中，这些晶体管(M1，M2)的对应本体二极管的传输方向是相反的。
11.如以上权利要求之一所述的电子模块(17)，其中，这些步骤(24)中的每一个的对应时间段(Ts)都具有这样的值，该值对应于该输入电容(Cin)的时间常数，其方式为使得在一个步骤(24)期间或者在两个或三个步骤(24)期间，该至少一个晶体管(M1，M2)从断开状态改变为导电状态，并且该输入电流(Is)上升为最大值(16)并且再次下降。
12.如以上权利要求之一所述的电子模块(17)，其中，主要地或完全地由电容器或多个电容器的并联连接使该输入电容(Cin)可用。
13.如以上权利要求之一所述的电子模块(17)，其中，当在正极线中从该电源端子(11)观看时，该至少一个晶体管(M1，M2)连接在该模块(17)的该输入电容(Cin)和另外的电子功能部件(R负载)两者的上游。
14.一种机动车辆(Kfz)，具有电压源(12)并且具有如以上权利要求之一所述的电子模块(17)。
15.一种用于在电子模块(17)的接通过程(15)期间限制输入电流(Is)的方法，其中，该电子模块(17)的输入电容(Cin)经由晶体管电路(18)连接至该电子模块(17)的电源端子(11)，其中，在接通过程(15)期间，经由该电源端子(11)从电压源(12)处接收输入电流(Is)，并且该晶体管电路(18)经由至少一个晶体管(M1，M2)的对应切换路径(19)传导该输入电流(Is)，并且在该过程中，为了限制该输入电流(Is)，控制装置(20)在多个步骤(24)中将该至少一个晶体管(M1，M2)的对应控制端子(g)处的控制电压(Vgs)从断开值(25)切换为连接值(26)，在该断开值下，每条切换路径(19)都断开，并且在该连接值下，每条切换路径(19)的接触电阻都最小化。
16.如权利要求15所述的方法，其中，该控制装置(20)总是在没有反馈的情况下为每个接通过程(15)设置该控制电压(Vg)的相同曲线。
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