CN111226365A

CN111226365A - 用于场效应晶体管的保护电路

Info

Publication number: CN111226365A
Application number: CN201780096209.4A
Authority: CN
Inventors: R.利布施
Original assignee: GKN Automotive Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2020-06-02
Also published as: WO2019080989A1; US20200287371A1; EP3701608B1; JP7185698B2; US11456588B2; EP3701608A1; JP2021500829A

Abstract

本发明涉及保护电路（1），其至少被提供有：第一场效应晶体管（2），其包括第一漏极端子（3）、第一源极连接（4）和第一栅极连接（5）；控制装置（6），借助于它可以确定第一漏极连接（3）与第一源极连接（4）之间的电气第一电压（7）；以及第一温度传感器（8），借助于它可以检测第一场效应晶体管（2）的可变第一温度（9）；其中，第一场效应晶体管（2）的第一电阻（10）和经由第一场效应晶体管（2）传导的电气第一电流（11）可以由控制装置（6）基于第一温度（9）确定。

Description

用于场效应晶体管的保护电路

本发明涉及用于第一场效应晶体管的保护电路，其中该保护电路特别地在机动车辆中使用。场效应晶体管包括源极端子、漏极端子以及还有栅极端子。源极端子与漏极端子之间的导电连接可以经由栅极端子来打开和关闭。

具有用于驱动泵、伺服电动机或其他单元的场效应晶体管（所谓的FET）的一些电路是已知的。US 7,759,891 B2公开了在这样的电路中提供FET的温度监控。该温度监控意图保护经由FET驱动的电机不受损坏。假设例如在电气短路的情况下超过了温度的极限值。因此，将FET的温度与环境温度进行比较，并且一旦因此所确定的温度差超过定义的极限值，就会关闭经由FET的电流转发。在这种情况下，不可能对达到极限值的原因进行更加差异化的评估。

因此，本发明的目的是至少部分地解决关于现有技术所存在的问题，并且特别是提供一种保护电路，该保护电路使得能够准确地评估经由场效应晶体管传导的电流。在这种情况下，意图提供一种尽可能节省成本的保护电路。

这些目的通过根据权利要求1的特征的保护电路来实现。在另外的权利要求中指定了保护电路和本发明的另外的有利实施例。指出的是，在权利要求中单独呈现的特征可以以技术上可实践的方式彼此组合，并且限定本发明的另外的实施例。此外，权利要求中指定的特征提供了更高的精度，并且在说明书中进行了更详细的解释，其中，呈现了本发明的另外的优选实施例。

保护电路对此做出了贡献，该保护电路至少包括第一场效应晶体管、控制器件以及还有第一温度传感器。第一场效应晶体管具有第一源极端子、第一漏极端子和第一栅极端子。第一源极端子与第一漏极端子之间的电气第一电压[伏特]可由控制器件确定。第一场效应晶体管的变化的第一温度[摄氏度]可由第一温度传感器检测。第一场效应晶体管的第一（电气）电阻[欧姆]和（因此）经由第一场效应晶体管传导的电气第一电流（电流强度，以[安培]为单位）可由控制器件基于第一温度确定。

在此特别提出，要通过传感器部件和/或计算地确定第一场效应晶体管的（当前）第一温度。然而特别地，所述温度不与环境温度进行比较。在这里，特别是唯一地确定第一温度，并且因此推断取决于第一温度进行变化的第一场效应晶体管的第一电阻。在知道第一场效应晶体管和第一电阻两端的第一电压降的情况下，经由第一场效应晶体管传导的电气第一电流是然后可确定的（特别是在计算上可确定）。

特别地，出于此目的，第一场效应晶体管的特性（也就是说，第一电阻根据第一场效应晶体管的第一温度的变化）是已知的，并且将其存储在控制器件中。

特别地，在这里可以预定义第一温度与第一电阻之间的关系，其是线性的（至少在工作范围内是近似线性的）。优选地，该线性关系至少存在于第一电阻的范围内，在该范围内，第一电阻的绝对值在第一电阻的平均值的50％至200％之间变化。在第一温度的预定义参考温度下（例如，在20摄氏度下）存在第一电阻的平均值。

第一场效应晶体管可以经由第一漏极端子连接到电压源，其中，第二场效应晶体管布置在电压源与第一场效应晶体管之间。第二场效应晶体管具有第二源极端子、第二漏极端子和第二栅极端子。第二源极端子与第二漏极端子之间的电气第二电压可借助于控制器件确定。第二场效应晶体管的变化的第二温度可以借助于第一温度传感器和/或借助于第二温度传感器（通过传感器部件）是可检测的。第二场效应晶体管的第二电阻以及（因此）经由第二场效应晶体管传导的电气第二电流可基于第二温度来确定（如以上针对第一场效应晶体管所描述的那样）。

电压源特别地提供至多100伏、特别地12伏、24伏或48伏的电压。

第一源极端子可以连接到至少一个电机，并且经由该电机连接到电气接地。

第三场效应晶体管可以布置在电机与接地之间，其中，用于确定经由第三场效应晶体管传导的电气第三电流的电气测量电阻布置在第三场效应晶体管与接地之间。

测量电阻器（也称为分流器）特别是低电阻的电阻器，该电阻器被用于测量电流强度（在适当的情况下，基本上仅用于测量电流强度）。流过分流器的电流会使得电压降与其强度成比例，对其电压降进行测量。

特别地，测量电阻器也导电地连接到控制器件，使得经由第三场效应晶体管传导的电流可以由该控制器件监控。

在电路或保护电路中（也就是说，在第一和第二场效应晶体管的区域中）布置这样的测量电阻器或布置附加的测量电阻器是昂贵的。因此在此提出，至少作为对一个测量电阻器的补充（和/或作为对测量电阻器的替代），提供至少一个温度传感器以用于检测场效应晶体管的电阻变化，以使得可以基于电阻的变化来推断由场效应晶体管传导的电流。

电机可以具有小于10千瓦、特别是小于5千瓦、优选地小于1千瓦的额定功率[瓦特]。

通过改变的第一温度（和/或第二温度），至少第一电流（和/或第二电流）可以以小于2.0安培、特别是小于1.5安培、优选地小于1.0安培的准确度确定。

至少第一温度传感器（和/或第二温度传感器）可以经由模数转换器连接到控制器件。借助于模数转换器，温度传感器的模拟信号可以被转换成数字信号。可以以所需的分辨率实现该转换，使得电流是可以以所需的或所需要的准确度来确定的。

提出了一种包括电机并包括上述保护电路的机动车辆，其中，第一场效应晶体管的第一源极端子至少连接到电机并且经由电机连接到电气接地。

关于保护电路的解释可以单独地以及相互组合地列举以用于阐明机动车辆，以及反之亦然。

此外，提出了一种用于操作和/或保护电路的方法，其中该电路包括至少一个上述保护电路。该方法至少包括以下步骤：

a) 确定第一源极端子与第一漏极端子之间的电气第一电压；

b) 检测第一场效应晶体管的第一温度；

c) 计算经由第一场效应晶体管传导的第一电流（借助于控制器件）。

第一源极端子可以连接到至少一个电机并且经由该电机连接到电气接地，其中，第三场效应晶体管布置在电机与电气接地之间。用于确定经由第三场效应晶体管传导的电气第三电流的测量电阻器可以布置在第三场效应晶体管与电气接地之间。在过程i）中，可以确定第三电流，其中，在过程ii）中，可以在控制器件中评估第一电流和第三电流（和/或第二电流）。

借助于对各个电流的评估，可以推断出保护电路的状态。因此特别地，短路是可识别和可评价的。基于该评估，可以做出关于保护电路的操作是否可以继续、是否应该发送警告消息或者是应该至少暂时中断还是以受限制的方式继续进行保护电路的操作的判定。特别地，极限值可以存储在控制器件中，使得可以在达到特定极限值的情况下发起特定措施。

关于该方法的解释可以单独地以及相互组合地列举以用于阐明保护电路和/或机动车辆，以及反之亦然。

作为预防措施，应当注意到，此处使用的数字（“第一”、“第二”、“第三”……）主要（仅）用于区分多个相同类型的对象、变量或过程，也就是说，特别地，不必一定规定所述对象、变量或过程相对于彼此的依赖和/或次序。如果需要依赖和/或次序，则会在此明确指定，或者其对于研究具体描述的实施例的本领域技术人员来说是以明显的方式显而易见的。

以下参考示意图更详细地解释本发明以及还有技术环境。应该指出的是，本发明并不意图由所示的示例性实施例来限制。特别地，除非另行明确解释，否则还可以提取附图中阐明的实质性内容的部分方面，并将其与来自本说明书的其他组成部分和见解进行组合。

图1示出了包括电路28的机动车辆27，该电路28包括保护电路1。电路28包括电压源12、电机22和接地23。控制器件6通过电路28调节和监控电机22的运行。用于第一场效应晶体管2的保护电路1包括：第一场效应晶体管2、控制器件6以及还有第一温度传感器8。第一场效应晶体管2具有第一漏极端子3、第一源极端子4和第一栅极端子5。第一漏极端子3与第一源极端子4之间的电气第一电压7可由控制器件6确定。第一场效应晶体管2的变化的第一温度9可由第一温度传感器8检测。第一场效应晶体管2的第一电阻10以及因此经由第一场效应晶体管2传导的电气第一电流11可由控制器件6基于第一温度9来确定。

在此，仅确定第一温度9，并且因此推断取决于第一温度9进行变化的第一场效应晶体管2的第一电阻10。在知道第一场效应晶体管2和第一电阻10两端的第一电压7下降的情况下，经由第一场效应晶体管2传导的电气第一电流11是可确定的。

第一场效应晶体管2经由第一漏极端子3连接到电压源12，其中，第二场效应晶体管13布置在电压源12与第一场效应晶体管2之间。第二场效应晶体管13具有第二漏极端子14、第二源极端子15和第二栅极端子16。借助于控制器件6，第二漏极端子14与第二源极端子15之间的电气第二电压17是可确定的。借助于第二温度传感器18，第二场效应晶体管13的变化的第二温度19是可检测的。基于第二温度19，第二场效应晶体管13的第二电阻20以及因此经由第二场效应晶体管13传导的电气第二电流21是可确定的。

第三场效应晶体管24布置在电机22与接地23之间，其中，用于确定经由第三场效应晶体管24传导的电气第三电流26的测量电阻器25布置在第三场效应晶体管24与接地23之间。

测量电阻器25连接到控制器件6，使得可以由控制器件6来监控经由第三场效应晶体管24传导的第三电流26。

第一温度传感器8和第二温度传感器18经由模数转换器29连接到控制器件6。借助于模数转换器29，温度传感器8、18的模拟信号可以被转换成数字信号。可以以所需的分辨率实现该转换，使得电流11、21是可以以所需的或所需要的准确度来确定的。借助于模数转换器29，电压7、17也可以被检测，并且特别地被转换成数字信号。

借助于对各个电流11、21、26的评估，可以推断保护电路1和/或电路28的状态。因此特别地，短路是可识别和可评价的。基于该评估，可以做出关于保护电路1和/或电路28的操作是否可以继续、是否应该发送警告消息或者是应该至少暂时中断还是以受限制的方式继续进行保护电路1/电路28的操作的判定。特别地，电流11、21、26的极限值和/或电流11、21、26的比率的极限值等可以存储在控制器件6中，使得可以在达到特定极限值时发起特定措施。借助于控制器件6，控制信号30、31、32可以被传送到场效应晶体管2、13、24的栅极端子5、16，以及可以实行场效应晶体管2、13、24的对应开关。

附图标记列表

1 保护电路

2 第一场效应晶体管

3 第一漏极端子

4 第一源极端子

5 第一栅极端子

6 控制器件

7 第一电压

8 第一温度传感器

9 第一温度

10 第一电阻

11 第一电流

12 电压源

13 第二场效应晶体管

14 第二漏极端子

15 第二源极端子

16 第二栅极端子

17 第二电压

18 第二温度传感器

19 第二温度

20 第二电阻

21 第二电流

22 电机

23 接地

24 第三场效应晶体管

25 测量电阻器

26 第三电流

27 机动车辆

28 电路

29 模数转换器

30 第一控制信号

31 第二控制信号

32 第三控制信号。

Claims

1.保护电路（1），至少包括：第一场效应晶体管（2），其具有第一漏极端子（3）、第一源极端子（4）和第一栅极端子（5）；此外包括控制器件（6），借助于所述控制器件，所述第一漏极端子（3）与所述第一源极端子（4）之间的电气第一电压（7）是可确定的；以及还有第一温度传感器（8），借助于所述第一温度传感器，所述第一场效应晶体管（2）的变化的第一温度（9）是可检测的；其中，所述第一场效应晶体管（2）的第一电阻（10）和经由所述第一场效应晶体管（2）传导的电气第一电流（11）可由所述控制器件（6）基于所述第一温度（9）来确定。

2.根据权利要求1所述的保护电路（1），其中，所述第一场效应晶体管（2）经由所述第一漏极端子（3）连接到电压源（12），其中，第二场效应晶体管（13）布置在所述电压源（12）与所述第一场效应晶体管（2）之间；所述第二场效应晶体管具有第二漏极端子（14）、第二源极端子（15）和第二栅极端子（16）；其中，所述第二漏极端子（14）与所述第二源极端子（15）之间的电气第二电电压（17）可借助于所述控制器件（6）确定；其中，此外所述第二场效应晶体管（13）的变化的第二温度（19）可借助于所述第一温度传感器（8）或借助于第二温度传感器（18）来检测；其中，所述第二场效应晶体管（13）的第二电阻（20）和经由所述第二场效应晶体管（13）传导的电气第二电流（21）可基于所述第二温度（19）确定。

3.根据前述权利要求中任一项所述的保护电路（1），其中，所述第一源极端子（4）连接到至少一个电机（22），并且经由所述电机（22）连接到电气接地（23）。

4.根据权利要求3所述的保护电路（1），其中，第三场效应晶体管（24）布置在所述电机（22）与所述电气接地（23）之间，其中，用于确定经由所述第三场效应晶体管（24）传导的电气第三电流（26）的测量电阻器（25）布置在所述第三场效应晶体管（24）与所述电气接地（23）之间。

5.根据前述权利要求中任一项所述的保护电路（1），其中，所述电机（22）具有小于10千瓦的额定功率。

6.根据前述权利要求中任一项所述的保护电路（1），其中，通过所述改变的第一温度（9），至少所述第一电流（11）可以以小于2.0安培的准确度确定。

7.根据前述权利要求中任一项所述的保护电路（1），其中，至少所述第一温度传感器（8）经由模数转换器（29）连接到所述控制器件（6）。

8.机动车辆（27），其包括电机（22）并且包括如前述权利要求中任一项所述的保护电路（1）；其中，所述第一场效应晶体管（2）的第一漏极端子（4）至少连接到所述电机（22），并且经由所述电机（22）连接到电气接地（23）。

9.一种用于操作电路（28）的方法，所述电路包括至少一个根据前述权利要求1至7中任一项所述的保护电路（1）；至少包括以下步骤：

a) 确定所述第一漏极端子（3）与所述第一源极端子（4）之间的电气第一电压（7）；

b) 检测所述第一场效应晶体管（2）的第一温度（9）；

c) 计算经由所述第一场效应晶体管（2）传导的电气第一电流（11）。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一源极端子（4）连接到至少一个电机（22）并且经由所述电机（22）连接到接地（23）；其中，第三场效应晶体管（24）布置在所述电机（22）与所述接地（23）之间，其中，用于确定经由所述第三场效应晶体管（24）传导的电气第三电流（26）的测量电阻器（25）布置在所述第三场效应晶体管（24）与所述接地（23）之间；其中，在步骤i）中，确定第三电流（26），并且在步骤ii）中，在控制器件（6）中评估第一电流（11）和第三电流（26）。