CN111042973A - 用于线圈电流控制的电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“用于线圈电流控制的电路和方法”。本发明公开了控制线圈中的电流的电路和方法。电路和方法提供过停留保护和软关断功能以对线圈安全地放电。软启动斜坡信号促进了线圈的安全放电，该软启动斜坡信号通过相应地控制开关设备来逐渐减小线圈电流。随时间推移的软启动斜坡信号的分布确定逐渐减小。可调节软启动斜坡信号的分布以设定：(i)线圈电流的过停留周期，在过停留周期之后关断线圈电流；和(ii)软关断周期，在软关断周期内逐渐减小线圈电流。

Description

用于线圈电流控制的电路和方法
技术领域
本公开涉及对线圈充电/放电的电子系统，并且更具体地涉及用于控制线圈中的电流的电路和方法。
背景技术
利用线圈的系统通常包括电路以保护该系统免受在对线圈充电和放电时可出现的损坏。例如，如果在过长的周期内对线圈充电及在高电流下操作线圈，则可产生过热。在另一个示例中，如果在过短的周期内对线圈放电，则跳变(即，回扫)电压(例如，电压尖峰)可引起非期望的电压击穿(例如，火花)。因此，需要新的电路和方法来控制线圈中的电流。
发明内容
本公开描述了控制线圈中的电流的电路和方法。线圈可用作点火系统的一部分，并且该电路和方法可提供过停留保护和软关断功能以对线圈安全地放电而不产生意外火花。该电路和方法生成软启动斜坡信号，该软启动斜坡信号可通过根据随时间推移的软启动斜坡信号的分布(即，形状)来控制开关设备(例如，绝缘栅双极晶体管)，从而调节线圈电流。可调节软启动斜坡信号的分布以设定线圈电流的过停留周期，在该过停留周期之后关断线圈电流。还可调节软启动斜坡信号的分布以设定软关断周期，在该软关断周期内逐渐减小线圈电流(例如，减小至零安培)。
在一个方面，本公开描述了用于控制线圈中的电流的电路。该电路包括连接在源电压(VS)与输出节点之间的电容器。该电路还包括连接在电压源与输出节点之间的第一开关设备。当第一开关设备处于导通状态时，输出节点耦接到电压源，并且当第一开关设备处于关断状态时，输出节点通过电容器耦接到电压源。该电路还包括连接在输出节点与接地部之间的电压控制电流源(VCCS)，VCCS输出的电流对电容器充电以使得当第一开关设备从导通状态移动到关断状态时，在输出节点处生成的电压在一定周期内根据软启动分布从VS降低到接地电压。
在另一个方面，本公开描述了用于控制线圈中的电流的方法，该方法包括：接收充电线圈触发信号；生成软启动斜坡信号，该软启动斜坡信号具有随时间降低的电压分布；以及向开关设备的栅极施加软启动斜坡信号以逐渐关断线圈中的电流。在过停留周期之后的软关断周期内逐渐关断线圈中的电流。每个周期对应于软启动斜坡信号的电压分布。
在该方法的一个可能实施方案中，生成软启动斜坡信号的步骤包括将电容器的第一侧耦接到源电压以及使用电压控制电流源(VCCS)来控制对电容器充电的电流。VCCS连接在接地电压与电容器的第二侧之间，并且可向VCCS的输入部施加电容器两端的电压以控制对电容器充电的电流。于是软启动斜坡信号被输出为电容器的第二侧处的电压。
在另一个方面，本公开描述了软启动斜坡发生器。软启动斜坡发生器包括电压源端子、接地端子和输出节点。电容器耦接在电压源端子与输出节点之间，并且电压控制电流源(VCCS)耦接在输出节点与接地端子之间。VCCS被配置为基于电容器两端的电压来控制通过电容器的电流，以使得输出节点处的电压根据软启动分布从电压源端子处的电压降低到接地端子处的电压。
在软启动斜坡发生器的一个可能实施方案中，软启动斜坡发生器的输出节点处的电压可耦接到开关设备以控制线圈中的电流。线圈中的电流受到控制，而在过停留周期之后的软关断周期内逐渐降低。
在以下具体实施方式及其附图内进一步解释了前述说明性发明内容，以及本公开的其他示例性目标和/或优点、以及实现方式。
附图说明
图1是根据本公开的一个可能实施方案的点火系统的框图。
图2示意性地描绘了点火系统中的信号。
图3是示意性地描绘用于控制线圈中的电流的系统的框图。
图4示出了三个相关曲线图，这些曲线图示出了控制线圈电流的操作。
图5是软启动斜坡信号的曲线图。
图6示意性地描绘了软启动斜坡发生器电路。
图7是示出电压控制电流源(VCCS)的操作特性的曲线图。
图8示意性地描绘了用于控制线圈中的电流的电路。
图9是用于控制线圈中的电流的方法的流程图。
附图中的部件未必相对于彼此按比例绘制。相似附图标记在若干附图中表示相应的零件。
具体实施方式
各种系统可使用线圈来储存和供应能量。此类系统的示例在图1中示出。具体地讲，图1示出了发动机(例如，车辆中)的点火系统100的简化框图。点火系统响应于控制信号而在火花隙135处产生火花。在操作中，将第一信号(例如，脉冲的上升沿)从发动机控制单元(ECU)110发送到电流控制器115。响应于第一信号，电流控制器115向开关设备140施加信号以控制其导通，从而对线圈120充电。具体地讲，开关设备140被配置为导通以使得线圈电流从电压源(即，VBAT)130经过线圈120流到接地电压145，在对线圈120充电之后，ECU可将第二信号(例如，脉冲的下降沿)发送到电流控制器115。基于该第二信号，电流控制器115向开关设备140施加信号以控制其导通，从而对线圈120放电。具体地讲，开关设备140被配置为中止传导线圈电流。线圈电流的突然中止在线圈120两端产生大的跳变电压。通过将线圈120电感耦合到第二线圈125(例如，在升压变压器配置中)，可使该电压变得甚至更大。第二线圈125中感应的电压耦接到火花隙135，并且足够大而能克服火花隙的击穿电压，不会产生火花。
在某些情况下，来自ECU 110的第一信号(即，导通信号)不后跟第二信号(关断信号)或在更晚的时候后跟第二信号。因此，允许线圈电流充电到大的值而不产生火花。如果未在某个合理的时间周期内关断线圈电流，则高线圈电流可对点火系统造成损坏(例如，因过热所致)。因此，为了防止损坏，可在预定过停留周期(ODP)之后对线圈放电。
为了对线圈120放电，开关设备140可被配置为突然阻止导通(即，硬关断)，但如此前所述，硬关断可在火花隙135处引起火花。因为ODP之后的放电一般不与正常操作相关，因此硬关断所产生的火花可能是不期望的。在点火系统的示例中，因ODP之后的硬关断而产生的火花可引起发动机损坏和/或操作不良，因为其可能无法在时间上与发动机的适当循环(即，冲程)相关。为了防止不合时宜的火花，开关设备可被配置为通过在软关断(SSD)周期内减小线圈电流来对线圈120逐渐放电(即，软关断)。
逐渐放电可被表征为随时间推移的电流减小，这使得感应的线圈电压低于特定值。换句话讲，可使线圈逐渐放电期间每单位时间的电流变化保持低于最大值以防止线圈(即，具有电感L的线圈)两端的感应电压超过最大值。具体地讲，线圈的逐渐放电(即，逐渐关断、软关断)可指符合以下情况的线圈电流分布：
dI/dt<VMAX/L
在点火系统中，例如，线圈电流逐渐减小(即，软关断)的速率可处于或低于约2.5安培/毫秒(A/ms)的最大电流减小速率。在一些实施方案中，最大电流减小速率取决于初级线圈的电感和匝数比(即，初级线圈与次级线圈之间)。对于这些实施方案，最大电流减小速率可在1A/ms至2.5A/ms的范围内。
图2示出了引起线圈电流IC 230超过ODP 236的两种可能ECU信号场景210、220。在这两种情况下，在时间t1处，接收第一触发器212(例如，脉冲的上升沿)以开始对线圈充电。在充电期间，线圈电流230在从时间t1到时间t2的(短暂)瞬变周期235期间上升，直到其达到由电路的参数(例如，线圈电阻、开关设备电阻、电池电压等)设定的最大电流239。在第一ECU信号场景210中，一直不提供对线圈放电的第二触发器，而在第二ECU信号场景212中，在比ODP 236晚得多的时间t5处提供第二触发器224(例如，脉冲的下降沿)。在ECU信号场景210、220中的任一者中，线圈电流通常在时间t1处开始，但一直未被触发以阻止流动。缺少控制信号可导致线圈电流IC在其最大值239处保持超过预定ODP 236(例如，预先确定为安全的)的时间。因此，电流控制器可包括通过将开关设备自动配置为在ODP 236之后减小线圈电流来处理这些场景的电路和/或设备。根据软关断周期238逐渐减小线圈电流。
这两种可能ECU信号场景被呈现为示例，并且本公开不限于这些特定示例。相反，本公开包含需要在某个预先确定周期之后逐渐关断线圈电流的所有可能场景。因此，本公开的一个方面是电路，该电路控制线圈电流以自动地在过停留周期已过期之后的软关断周期内逐渐断开。具体地讲，所公开的电路提供了对过停留周期和软关断周期的独立控制(即，调节)。此外，该调节可实时进行(例如，基于对应于发动机条件的信号)或可设定一次(例如，出厂设定)。
图3包括根据本公开的一个可能实施方案的用于控制线圈中的电流的系统的框图。该系统包括串联连接的线圈350和绝缘栅双极晶体管360。可通过向IGBT的端子施加信号来调节线圈电流IC 340。例如，栅极(G)至发射极(E)电压VGE可根据IGBT的电流对电压(I-V)特性(例如，参见图4，415)来控制集电极(C)至发射极(E)电流ICE。
该系统使用线圈电流控制电路(即，电流控制电路、电流控制器、控制器等)300响应于来自ECU 320的信号来向IGBT的栅极施加电压。例如，如果ECU信号320从相对低的电压(即，逻辑低)转变为相对高的电压(即，逻辑高)，则电流控制器可提供信号来驱动IGBT的栅极(例如，对该栅极充电)，以使得IGBT从关断状态(IC＝0)转变为导通状态(IC>0)。继续该示例，如果ECU信号320随后从逻辑高转变为逻辑低，则电流控制器300可驱动IGBT 360的栅极(G)(例如，对该栅极放电)，以使得IGBT从导通状态转变为关断状态。
为了防止IGBT 360在导通状态下保持足够长而造成损坏，控制电路300包括软启动斜坡发生器310。软启动斜坡发生器产生信号，当耦接到IGBT的栅极时，该信号允许线圈电流在过停留周期内保持导通，然后逐渐关断。换句话讲，软启动斜坡信号(即，波)的电压分布在与IGBT的特定I-V特性结合时，根据图2所示的IC分布230来控制线圈电流。
图4中示出了软启动斜坡信号410、IGBT 415的I-V特性、和线圈电流420之间的对应关系。参见线圈电流曲线图420，在时间t0处，触发信号引起电流控制器300接通IGBT，并且线圈电流420快速上升到最大电流(Icoilmax)440。参见斜坡发生器输出曲线图410，在相同时间(t0)处，启动软启动斜坡发生器。这些曲线图由表征IGBT的集电极-发射极电流(ICE)对栅极-发射极电压(VGE)的曲线图415(即，IGBT的I-V特性)联系起来。斜坡发生器输出电压对应于VGE，VGE对应于ICE，并且ICE对应于IC。
斜坡发生器输出曲线图410中示出的软启动斜坡信号的名称源自t0之后电压从其初始值非线性地下降的周期(即，斜坡电压缓慢开始其趋近于零伏的向下进程)。向IGBT的栅极施加软启动斜坡信号以产生栅极-发射极电压VGE，根据IGBT I-V特性电流415，该栅极-发射极电压对应于集电极-发射极电流(ICE)。集电极-发射极电流对应于线圈电流420，但当因系统中的设备的操作特性(例如，IGBT和/或线圈的电阻、电池电压)而受限于Icoilmax 440的时候除外。在没有这些限制的情况下，与斜坡信号相对应的线圈电流将遵循线圈电流420分布的虚线部分445。
为了更好地理解图4所示的曲线图的对应关系，持续所选择的时间的线圈电流可被确定为示例。从斜坡发生器输出曲线图410开始，选择时间t4。在所选择的时间(t4)，斜坡发生器输出电压425已从其初始值下降。向IGBT的栅极施加t4处的斜坡电压425，因此该斜坡电压对应于IGBT中的电流430(即，ICE电流)，后者又对应于在所选择的时间t4处的线圈435的电流(即，IC)。
基于以下几点来随时间推移生成线圈电流的分布：(i)软启动斜坡发生器信号(即，波)的分布(即，形状)；(ii)IGBT的I-V特性分布以及(iii)IGBT/线圈/电池电压所支持的最大线圈电流440。线圈电流分布包括过停留部分450和软关断部分455。参见图4所示的示例。过停留周期可由斜坡发生器输出电压在第一部分460中降低得多快(即，VGE如何使ICE降低到与线圈中的最大电流相对应的值Icoilmax)来控制。同样，软关断周期(和形状)可由第二部分465中的软启动斜坡发生器信号410的形状(即，VGE多快降低到IGBT的阈值电压)来确定。
为了实现对过停留周期和软关断周期的独立控制，可以生成可分成三个主要部分的软启动斜坡信号。图5中示出了软启动斜坡信号500的示例。在t1处启动软启动斜坡信号之后，该斜坡基本上保持处于其最大值VSOURCE。在实施过程中，在基本上恒定的部分510期间可存在电压的极小降低。该部分可允许这些瞬变在电压开始单调降低之前稳定并防止电路中的突然变化。与斜坡信号的总持续时间相比，基本上恒定的部分510通常具有相对短的持续时间(例如，<5％)，但在一些实施方案中，基本上恒定的部分510可以是可调节的以延长过停留周期。在基本上恒定的部分510之后，斜坡信号开始软启动部分520。在软启动部分期间，斜坡信号非线性地降低。与在时间t3处的斜坡信号的降低速率相比，在时间t2处的斜坡信号的降低速率相对慢。可调节降低速率的变化以控制过停留周期。在软启动部分520之后，线性部分530在t3处开始并且一直持续到电压在t4处达到零为止。线性部分开始的时间(即，t3)和/或线性部分的斜率可影响软关断周期。在一些实施方式中，线性部分在线圈电流分布的过停留周期之后且在软关断周期期间的某个时间开始。
线性部分斜坡信号可由生成斜坡信号的电路的限制引起。例如，软启动周期的电压降低的增长速率可限于某个最大值。在该实施方案中，线性部分530在达到该极限时开始。在其他实施方案中，不存在线性部分530，并且软启动部分520一直延长到电压达到零为止。在时间上延长基本上恒定的部分510的实施方案尤其如此。
图6描绘了软启动斜坡发生器电路600的示例，该软启动斜坡发生器电路被配置为生成与图5所示的斜坡信号相同或类似的斜坡信号。电路600包括耦接在电压源610(VSOURCE)与电压控制电流源(VCCS)640之间的电容器620。VCCS 640耦接在电路600的低接地电压650(例如，零伏)与输出部630之间，电容器620和VCCS 640在该输出部处耦接在一起。
在操作中，由电压源610根据VCCS 640的电流(IVCCS)670对电容器充电。在充电期间，IVCCS为基于电容器两端的电压VCAP 660的。因此，在对电容器620充电时(即，在VCAP增加时)，对电容器充电的速率也增加(即，IVCCS增加)。该配置引起电容器两端的电压的非线性增加。因为输出部630处的电压是源电压(VSOURCE)减去电容器的电压(VCAP)，所以输出电压(VRAMP)具有根据图5的软启动斜坡部分520的非线性地降低的分布。
除了软启动部分520之外，输出部630处的斜坡信号还可包括基本上恒定的部分510和线性部分530(参见图5)。因此，VCCS可具有取决于电容器660的电压而定的不同操作特性。图7中示出了曲线图，该曲线图示出了VCCS 640的可能操作特性。
当软启动斜坡发生器电路被激活(例如，在t0处接收触发信号)时，小电流ISTART701流动以开始对电容器充电。在第一操作特性部分710中，VCCS的电流为恒定的，直至电容器的电压达到电压VBIAS 705。电容器充电到该电压所需的时间取决于ISTART和VBIAS，这两者可在VCCS中调节。例如，可使VBIAS相对小，以使得在电容器充电到VBIAS的周期期间电容器两端的电压不显著变化。因此，该周期可对应于图5所示的软启动斜坡信号(VRAMP)的基本上恒定的部分510。
在电容器的电压VCAP充电到高于VBIAS 705之后，VCCS表现出第二操作特性部分725，在该第二操作特性部分中，输出电流(IVCCS)(例如，线性地)取决于输入电压(VCAP)。对于VBIAS 705至V1 730范围内的电压，IVCCS从ISTART 701线性地变化到其最大值ICHG 720。随着IVCCS增加，VCAP增加，继而又增加IVCCS。因此，随时间推移对电容器非线性地充电，这是因为形成了正反馈回路，并且正反馈回路的结果(即，VCAP)非线性地增长。
斜坡发生器电路600的输出部630处的斜坡信号(VRAMP)是VSOURCE-VCAP。因此，在VCAP随时间推移非线性地增长(即，直到其达到VSOURCE)时，VRAMP随时间推移非线性地降低直到其达到零。对于VBIAS705与V1 730之间的电压范围而言，斜坡信号的电压降低速率(即，形状)至少取决于斜率dI/dV 715。电压在该范围内降低的周期对应于斜坡信号(VRAMP)的软启动部分520，如图5所示。
在一些实施方案中，在电压V1 730下达到VCCS所提供的最大电流，该电压小于完全充电的电容器电压VSOURCE 740(例如，55％的VSOURCE)。这形成了VCCS的第三操作特性部分735。对于V1至VSOURCE范围内的电压(VCAP)而言，VCCS所提供的电流是恒定的。在该操作模式期间，电容器随时间线性地充电。因此，斜坡电路的输出部处的电压随时间线性地下降。因此，输出部630处的电压从V1降低到VSOURCE的周期对应于软启动斜坡信号(VRAMP)的线性部分530，如图5所示。
当电容器被完全充电(即，VCAP＝VSOURCE)时，出现VCCS的最终操作特性。当电容器被完全充电时，斜坡发生器电路的输出部630达到零电压(即，VRAMP＝0)。另外，VCCS两端的电压为零。因此，当VCAP达到VSOURCE 740时，电流IVCCS降至零740，这是因为VCCS在该条件下无法馈送输出电流(即，因为电流源的驱动晶体管无法操作)。
因此通过配置VCCS的这些特性，斜坡信号的形状是可调节的。例如，可控制参数ISTART 701、ICHG 720、VBIAS 705和V1 730、VSOURCE 740中的一者或多者以调节软启动斜坡信号的形状。因为软启动斜坡信号的形状对线圈电流的分布有贡献，因此可得出这些参数的一组特定值以生成具有特定过停留周期和特定软关断周期的线圈电流分布。
因此，所公开的电路和方法的一个方面是斜坡发生器电路，该斜坡发生器电路具有基于VCCS所充电的电容器两端的电压的斜坡信号输出。所公开的电路和方法的另一个方面是由电容器两端的电压针对VCCS的操作特性分布来控制VCCS的输出，并且操作特性分布的一部分基于电容器两端的电压线性地增加对电容器充电的电流。
图8中示出了电流控制电路800的一个可能实施方案，该电流控制电路包括如此前所述的软启动斜坡发生器电路801。软启动斜坡发生器电路801包括与VCCS 814串联的电容器812。当在输入部802处接收到触发信号(例如，脉冲的上升沿从更低电压电平转变为更高电压电平)时，VCCS 814的电流将电容器充电到源电压810。另外，电容器812两端的电压和VCCS 814的操作特性(即，在电容器两端的电压下)确定VCCS的电流输出。
电流控制电路800还包括非反相放大器816。斜坡发生器电路801的输出部803(即，电容器812与VCCS 814之间的节点)处的斜坡信号被馈送到非反相放大器816。非反相放大器816可以以各种方式体现，包括(但不限于)被配置为缓冲放大器(例如，具有单位增益)的运算放大器。非反相放大器816用于防止斜坡发生器电路上的负载问题并且提供足够的电流来驱动开关设备的栅极。
电流控制电路800的开关设备可以是可通过第三端子处的信号来控制第一端子和第二端子之间的电流的任何开关设备。IGBT 824用于图8所示的实施方案中。IGBT 824在其栅极处连接到非反相放大器816的输出部，在其发射极处连接到接地电压，并且在其集电极处连接到线圈826。因此，非反相放大器的输出部处的斜坡信号可控制IGBT的VGE以调节流过线圈的电流(即，IGBT的ICE)。
电流控制电路800还包括开关设备网络和栅极控制电子器件以控制斜坡发生器电路的启动并且控制线圈826的充电和放电。可在电流控制电路800的输入部802处使用差分放大器804以将输入电压与参考电压806进行比较。基于该比较，差分放大器804可输出更低电压或更高电压以控制开关设备网络。
开关设备网络可包括斜坡电路开关设备808。斜坡电路开关设备808可体现为p沟道金属氧化物半导体(即，PMOS)晶体管，其具有连接到差分放大器804的输出部的栅极、耦接到源电压810的源极以及连接到斜坡发生器电路801的输出部的漏极。换句话讲，PMOS与电容器并联连接，从而在处于导通状态时使电容器短路(即，防止电容器充电)。在操作中，在电流控制电路800的输入部802处从更低电压转变为更高电压的触发信号可引起PMOS从导通状态转变为关断状态，从而允许斜坡发生器电路801的电容器812开始充电。
开关设备网络还可包括栅极开关设备818以将斜坡发生器电路801的输出部电耦接到IGBT 824的栅极(例如，经由非反相放大器816)。栅极开关设备可体现为晶体管(例如，n沟道金属氧化物半导体晶体管(NMOS))，其具有耦接到电流控制电路的输入部(例如，经由差分放大器804)的栅极，以使得当在栅极开关设备818的输入部处接收到从低转变为高的触发信号时，IGBT 824耦接到斜坡发生器电路801(例如，经由非反相放大器816)。
开关设备网络还可包括硬关断开关822。硬关断开关可以以各种方式体现，包括(但不限于)如图8所示的NMOS晶体管822。硬关断晶体管822可在栅极端子处经由反相器820且经由差分放大器804耦接到电流控制电路800的输入部。NMOS晶体管822可在其漏极处耦接到IGBT 824的栅极，并且在其源极处耦接到接地电压。换句话讲，硬关断开关822可在变成导通状态时将IGBT的栅极-发射极电压(VGE)拉至接地电压。VGE下拉使IGBT变成关断状态并且阻止(例如，突然阻止)电流在线圈826中流动。
在操作中，电流控制电路800的输入部802处从更低电压转变为更高电压的触发信号使硬关断晶体管822处于关断状态，从而使其有效地与电路解耦并且允许对线圈充电(即，通过由栅极开关设备818接通的IGBT)。如果在输入部802处接收到从更高电压转变回更低电压的后续触发信号，则接通硬关断晶体管，从而断开IGBT并且根据如此前所述的硬关断分布来关断线圈电流。如果未接收到后续触发器，则硬关断晶体管保持关断并且线圈电流受到斜坡发生器电路801的控制而在过停留周期之后逐渐关断(即，软关断)。
所述原理和技术可应用为用于控制线圈中的电流的方法。方法900以接收(920)充电线圈触发信号开始。该信号可由线圈控制器电路生成或可从另一个电路或系统接收。例如，在车辆中，充电线圈触发信号可从发动机控制单元(ECU)接收。充电线圈触发信号可体现为电压或电流的变化。该变化可以以各种方式体现，包括(但不限于)振幅的变化。例如，充电线圈触发信号可体现为从更低电压(例如，逻辑低电平)到更高电压(例如，逻辑高电平)的电压转变。
在接收(920)充电线圈触发信号之后，生成(930)软启动斜坡信号。软启动斜坡信号可为在一定时间周期(例如，过停留周期加上软关断周期)内从起始值(例如，VSOURCE)逐渐降低到结束值(例如，接地电压)的电压信号。为了生成(930)软启动斜坡信号，该方法可包括将电容器耦接(931)到源电压(VSOURCE)，以及使用来自VCCS的输出电流(IVCCS)对电容器充电(932)。软启动斜坡信号与电容器充电时电容器两端的电压(VCAP)相关。为了生成具有逐渐降低的形状的软启动斜坡信号，由电容器两端的电压(VCAP)控制(932)输出电流(IVCCS)。
基于电容器的电压(VCAP)对输出电流(IVCCS)的控制取决于VCCS的操作特性(例如，I-V分布)。在一些实施方案中，可设定和/或调节(910)操作特性，诸如输出电流IVCCS对电容器电压(VCAP)的斜率或最小输出电流(ISTART)或最大输出电流(ICHG)，以匹配所需的过停留周期(ODP)901或所需的软关断(SSD)周期902。设定和/或调节操作可独立地控制ODP和SSD周期，并且可进行一次、定期进行或根据需要进行。例如，ECU可确定新的ODP(例如，以匹配发动机条件)并且调节VCCS的特性(例如，VBIAS)以使得所生成的软启动斜坡信号产生新的ODP。
在生成(930)软启动斜坡信号之后，其用于控制(940)IGBT的操作点(例如，根据IGBT的特性曲线)。IGBT的操作点确定通过IGBT的电流，并且因为IGBT与线圈串联，也确定通过线圈的电流。在一些实施方案中，通过线圈的电流可受限(即，被箝制)于最大值(例如，由于线圈电阻)，即低于原本可支持的IGBT的操作点。
因软启动斜坡信号控制通过IGBT的电流而产生的结果是具有快速上升到最大值的分布(即，电流对时间)的线圈电流，其在该最大值处保持到ODP结束为止。该时间之后，线圈电流逐渐(例如，线性地)降低直到其达到零(这在软关断周期结束时发生)。该电流分布在接收到第一触发信号时开始以使得如果未接收到后续触发信号，则可对线圈安全地放电，
在一些实施方案中，如果(例如，在ODP结束之前)接收(950)到后续触发信号(例如，放电线圈触发信号)，则结束软启动斜坡对线圈电流的控制并且立即关断(960)线圈电流。例如，在点火系统的正常操作中，软启动斜坡信号对线圈电流的控制没有影响，因为在ODP已流逝之前接收到放电线圈触发器，并且线圈电流的立即关断(即，硬关断(HSD))会产生火花(例如，在对应于放电线圈触发信号的时间)。
用于控制线圈中的电流的可能方法可为如下方法。该方法以接收充电线圈触发信号开始。然后，生成软启动斜坡信号，其具有随时间降低的电压分布。向开关设备(例如，绝缘栅双极晶体管IGBT)的栅极施加软启动斜坡信号以逐渐关断线圈中的电流。在过停留周期之后的软关断周期内逐渐关断电流。软关断周期和过停留周期对应于软启动斜坡信号的电压分布。
在该方法的一个可能实施方式中，生成软启动斜坡信号包括：将电容器的第一侧耦接到源电压；使用连接在电容器的第二侧与接地电压之间的电压控制电流源(VCCS)来控制对电容器充电的电流；以及将软启动斜坡信号输出为电容器的第二侧处的电压。在该可能实施方式中，可向VCCS的输入部施加电容器两端的电压以控制对电容器充电的电流。另外，在该可能实施方式中，可由VCCS的操作特性来控制随时间降低的电压分布。例如，VCC的操作特性可包括最小电流、最大电流和斜率(dI/dV)。在一些情况下，可调节VCCS的操作特性以提供特定过停留周期或特定软关断周期。
在说明书和/或附图中，已经公开了典型的实施方案。本公开不限于此类示例性实施方案。术语“和/或”的使用包括一个或多个相关联列出条目的任意组合和所有组合。附图是示意性表示并且因此未必按比例绘制。除非另有说明，否则特定术语已用于通用和描述性意义，而非用于限制的目的。
可以在本公开的实践或测试中使用与本文所述的那些类似或等同的方法和材料。如本说明书中以及所附权利要求书中所用，单数形式“一个”、“一种”、“该”包括多个指代物，除非上下文另有明确规定。如本文所用的术语“包含”及其变型形式与术语“包括”及其变型形式同义地使用，并且是开放式的非限制性术语。
应当理解，在前述描述中，当元件诸如部件被提及为连接到另一个元件、电连接到另一个元件、耦接到另一个元件或电耦合到另一个元件时，该元件可以直接地连接或耦接到另一个元件，或可以存在一个或多个中间元件。相反，当元件被提及为直接连接到另一个元件、或直接耦接到另一个元件时，不存在中间元件或中间层。虽然在整个具体实施方式中可能不会通篇使用术语直接连接到…、或直接耦接到…，但是被示为直接在元件上、直接连接或直接耦接的元件能以此类方式提及。本申请的权利要求书(如果存在的话)可被修订以叙述在说明书中描述或者在附图中示出的示例性关系。
所描述的一些元件可使用各种半导体加工和/或封装技术来实现。一些实施方式可使用与半导体基板相关联的各种类型的半导体处理技术来实现，该半导体基板包含但不限于，例如硅(Si)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等。
虽然所描述的实施方式的某些特征已经如本文所述进行了说明，但是本领域技术人员现在将想到许多修改形式、替代形式、变化形式和等同形式。因此，应当理解，所附权利要求书旨在涵盖落入实施方式的范围内的所有此类修改形式和变化形式。应当理解，这些修改形式和变化形式仅仅以举例而非限制的方式呈现，并且可以进行形式和细节上的各种变化。除了相互排斥的组合以外，本文所述的装置和/或方法的任何部分可以任意组合进行组合。本文所述的实施方式能包括所描述的不同实施方式的功能、部件和/或特征的各种组合和/或子组合。

Claims (10)

1.一种用于控制线圈中的电流的电路，所述电路包括：
电容器，所述电容器连接在源电压VS与输出节点之间；
第一开关设备，所述第一开关设备连接在电压源与所述输出节点之间，使得当所述第一开关设备处于导通状态时，所述输出节点耦接到所述电压源，并且当所述第一开关设备处于关断状态时，所述输出节点通过所述电容器耦接到所述电压源；和
电压控制电流源VCCS，所述VCCS连接在所述输出节点与接地部之间，所述VCCS输出的电流对所述电容器充电以使得当所述第一开关设备从所述导通状态移动到所述关断状态时，在所述输出节点处生成的电压在一定周期内根据软启动分布从VS降低到接地电压。
2.根据权利要求1所述的用于控制线圈中的电流的电路，还包括绝缘栅双极晶体管IGBT，所述IGBT具有耦接到所述线圈的集电极、耦接到接地部的发射极和经由非反相放大器耦接到所述输出节点的栅极，使得所述输出节点处生成的电压减小所述IGBT的栅极-发射极电压VGE以减小通过所述IGBT和所述线圈的电流。
3.根据权利要求1所述的用于控制线圈中的电流的电路，其中：
所述VCCS所输出的介于最小电流ISTART与最大电流ICHG之间的电流对应于在对所述电容器充电时所述电容器两端的电压VCAP；
当VCAP等于零伏时，所述VCCS所输出的电流等于ISTART；并且
所述VCCS所输出的介于最小电流ISTART与最大电流ICHG之间的电流对应于电压VCAP，并且通过斜率dI/dV来与VCAP线性相关。
4.根据权利要求1所述的用于控制线圈中的电流的电路，其中，所述输出节点处生成的电压驱动第二开关设备的栅极以控制所述线圈中的电流。
5.根据权利要求4所述的用于控制线圈中的电流的电路，其中所述输出节点处生成并驱动所述第二开关设备的栅极的电压的所述软启动分布将所述第二开关设备配置为在过停留周期之后开始的软关断周期内将所述线圈中的电流减小至零，所述软关断周期和所述过停留周期各自受到所述软启动分布的控制。
6.根据权利要求1所述的用于控制线圈中的电流的电路，其中所述软启动分布由所述电压控制电流源的特性确定。
7.根据权利要求6所述的用于控制线圈中的电流的电路，其中所述特性包括最小电流ISTART、最大电流ICHG以及输出电流对输入电压的斜率dI/dV。
8.一种软启动斜坡发生器，包括：
电压源端子；
接地端子；
输出节点；
电容器，所述电容器耦接在所述电压源端子与所述输出节点之间；和
电压控制电流源VCCS，所述VCCS耦接在所述输出节点与所述接地端子之间，所述VCCS被配置为基于所述电容器两端的电压来控制通过所述电容器的电流，以使得所述输出节点处的电压根据软启动分布从所述电压源端子处的电压降低到所述接地端子处的电压。
9.根据权利要求8所述的软启动斜坡发生器，其中所述软启动斜坡发生器的所述输出节点处的电压耦接到开关设备以控制线圈中的电流，使该电流在过停留周期之后的软关断周期内逐渐降低。
10.根据权利要求9所述的软启动斜坡发生器，其中所述软启动斜坡发生器的所述输出节点处的电压为源电压减去所述电容器两端的电压，在通过所述电容器的电流对所述电容器进行充电时，所述电容器两端的电压在所述软关断周期期间增加。
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