CN1175522A - 用于气囊胀开系统的电流限制控制器 - Google Patents

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Abstract

气囊胀开系统(10)产生适合于激活导火管(74)和胀开气囊的电流。电容器(48)为驱动限制控制器(54)的电路供电,为MOS器件(68)提供可变的驱动电压以调节导火管的点火电流。开关电路(38)为晶体管(46)提供栅极电流使一条电气连接通路容许电容器(22)给电容器(48)充电。在点火导火管和胀开气囊期间开关电路在电容器(22)存储的下降电压与电容器(48)之间提供电隔离。

Description

用于气囊胀开系统的电流限制控制器
本发明涉及起动气囊胀开的集成电路装置，具体涉及激活气囊胀开的半导体电路。
用于汽车的气囊胀开系统通常使用一个加速计作为对汽车运动特别是减速运动敏感的传感器。汽车电池或点火(ignition)系统的电压为气囊胀开电路和点火(firing)电路供电。气囊胀开电路和点火电路在很大程度上由集成电路芯片上的微处理器来控制，以监视加速计，并有一条外部的线束引导到每个气囊侧的导火管(squib)上。导火管是一条线，受热后点燃爆炸性材料，导致气囊胀大。
导火管的点火通常需要一对场效应晶体管(FET)来导通电流，在导火管的每侧各有一个FET。电荷泵用来提升点火电路的电压，使之高于汽车电池所供给的电压。在撞车事故期间，如果汽车电池变得断接或损坏，则充电电容器可用来向该电子电路供电。
为了预防因对点火电路错误的电连接而导致气囊胀开或使该系统失效的可能发生，希望监视该系统来排除任何这样的事故。在汽车正常运行状况下，气囊胀开系统提供连续的诊断检查。一种这样的诊断检查是监视导火管的电阻率参数，另一种是监视在充电升压的储能电容器上产生的大约24伏的电压，该电容器储存能量用于点火该导火管。还为了确保点火电路点火迅速，希望测试FET(以及它们的驱动电路)，以利运行操作。
当加速计记录到的读数是微处理器解释为撞车事故时，微处理器向这对FET供给导通电流以使导火管点火。起始和维持该点火的能量来自于充电升压储能电容器上产生的电压。通常，当规定的点火电流提供给该导火管时，升压储能电容器电压约下降到10伏。电荷泵主动地尝试提升该电压，再充满由导火管所耗散的电荷。
非常希望有一种改进的电路，以产生合适的电流，来激活导火管和气囊胀开。用于产生导火管点火电流的电路在气囊胀开时应提供恒定电流约2毫秒，还应对诊断检查提供监视，以确保点火迅速和可操作性。
图1以部分方框图和部分电路图的形式示出按照本发明的一个实施例的气囊胀开系统的一部分；
图2示出图1所示的驱动限制控制器的简化实施例的电路图；
图3示出图1所示的气囊胀开系统的开关电路的电路图。
图1示出按照本发明一个实施例的气囊胀开系统10的一部分的电路图。在该优选实施例中，电池12在端子14上提供大约12至14伏的正电压。电池12的负端接地。升压泵电路16的输入端18接收大约12至14伏的电压，在输出端20上提供大约24伏的电压。电容器22其电容量在500微法(μF)至10000微法范围内，连接在端子24与地之间。端子24接收由升压泵电路16在端子20处产生的升压电压，并将此升压电压存储于电容器22上(电容器22的另一端耦连到电气的地)。
机械臂26的端子28、电压监视电路32的端子34、开关电路38的端子40和NPN晶体管46的集电极均连接到升压泵电路16的端子20上。晶体管46是三端的半导体器件，具有一个基板、一个作为导电电极的集电极和一个作为导电电极的发射极。电压监视电路32的端子36和电容器48的端子50连接到晶体管46的发射极上。在优选实施例中，电容器48约为0.1微法的数值，连接在端子50与地之间。开关电路38的端子44连接到晶体管46的基板。开关电路38的端子41被耦连来接收“阻塞(DISABLE)”诊断检查信号，开关电路38的端子43被耦连来接收“N偏置(NBIAS)”信号。
图1所示的高侧电流电路52含有驱动限制控制器54、N沟道金属-氧化物-半导体(MOS)器件68和电阻70。在优选实施例中，驱动限制电路54的端子56耦连到端子50上，用以接收大约20至30伏的充电栅极驱动(CGD)电压。在气囊胀开时，驱动限制控制器54的端子58向MOS器件68的栅极提供一个可变电压输出。MOS器件68的漏极连接到高侧电流电路52的输出端60上。端子60从机械臂26的端子30接收一个电压，以指示气囊应当胀开。电阻70跨接在驱动限制控制器54的端子64与66之间，并与MOS器件68串联。MOS器件68的源极耦连到端子64上。驱动限制控制器54的端子66连接到高侧电流电路52的端子72上。
导火管74是一条低阻线，其第一端连接到高侧电流电路52的端子72上。导火管74的第二端连接到MOS器件76的漏极上。MOS器件76的栅极连接到端子78上，而MOS器件76的源极接地。当导火管74被点火时，也即导火管74流过大约2.1安的电流时，作为高侧FET的MOS器件68和作为低侧FET的MOS器件76都被导通，以导通导火管电流。未来的工业生产趋势是使导火管的点火电流小于2.1安。
图2示出图1所示的驱动限制控制器54一个实施例的电路图。电流源82连接在端子56与NPN晶体管84的集电极之间，电流源88连接在端子56与NPN晶体管86的集电极之间。晶体管84和86的共基极连接到晶体管86的集电极上，因而晶体管84和86组成一个电流镜。晶体管84和86的发射极分别连接到驱动限制控制器54的端子66和64上。在另一个实施例中，驱动限制控制器54可以是一个电流源，连接在端子56与端子58之间，在气囊胀开期间对MOS器件68无需电流限制。
图3示出图1所示气襄胀开系统的开关电路38的电路图。N沟道MOS器件92的栅极连接到端子41上，端子41接收信号“DISABLE”，用于诊断目的。MOS器件92的源极接地，其漏极与MOS器件94的源极连接，形成一个节点，用以连到端子44。端子44被耦连来对晶体管46(见图1)的基极提供一个信号。P沟道MOS器件94和96的共栅极连接到MOS器件96的漏极上，而MOS器件94和96两者的源极连接到端子40上。N沟道MOS器件98的漏极连接到MOS器件96的漏极。MOS器件98的源极连接到N沟道MOS器件100的漏极。MOS器件100的源极接地，其栅极连接到端子43上。反相器102具有一个输入端和一个输出端，输出端连接到端子41上，输入端连接到MOS器件98的栅极上。
图1所示的气囊胀开系统10的实施例在工作时设定一个电流界限，并当气囊胀开被初始起动时，调节流入导火管74的电流。汽车电池12提供大约12至14伏的电压，由升压泵电路16将它增高到大约20至30伏。当气囊(未示出)即将胀开时，电容器22存储该升压的电荷，以提供大约2.1安的电流，来点火该导火管74。气囊胀开是典型地响应由一个微处理器(未示出)所监视的一个加速计的输出，该输出用于估计汽车的减速和确定是否发生了撞车。机械臂26用于防备意外的电气连接造成点火而导致气囊胀开的可能性。
为了激活气囊胀开，高侧MOS器件68和低侧MOS器件76两者都导通电流流过由于机械臂26闭合而接通的电流通路。具体地说，自电容器22来的电流流经机械臂26、高侧MOS器件68、电阻70、导火管74和低侧MOS器件76而入地。
图1所示的高侧电流电路52由电容器48上存储的电荷供能。电阻70监视流经导火管74的大约2.1安的电流，用以控制MOS器件68的栅极电压。驱动限制控制器54向高侧MOS器件68提供大约18伏的可变栅极电压，使MOS器件68起电流源的作用，在优选实施例中，用以对导火管74维持大约2.1安相当恒定的电流。图2所示的驱动限制控制器54的实施例，提供电流源82以大约8微安电流流入晶体管84集电极。电流源88对晶体管86的集电极提供大约1微安电流。根据导火管点火电流约2.1安流径电阻70(见图1)，因而在端子64和66上呈现大约56毫伏的电压。在优选实施例中，根据下式来对导火管74提供电流界限：
I(界限)＝26mV×In(I82/I88)/V(R70)
式中，I82是电流源82供给的电流，I88是电流源88供给的电流，V(R70)是电阻70两端64和66之间的电压。
据此，在优选实施例中，根据电流源82与88所供给的电流的比值和电阻70上的电压，一个电压可由晶体管84的漏极提供给MOS器件68的栅极，用以调节功率FET MOS器件68的漏极-源极导通电流为大约2.1安。在电流调节中，电阻70上的电压与晶体管86的基极-发射极电压(Vbe)之和与电流镜中晶体84的Vbe相匹配。
例如，当MOS器件68的导通电流在一个数值例如2.0安上下变化时，在串联连接的电阻70中电流的变化导致电阻70上电压的变化。增大的电流将使端子64上的电压增高，它与晶体管86的Vbe结合起来使晶体管84的Vbe增高。由于晶体管84的Vbe增高，而使晶体管84的集电极电压下降。MOS器件68的栅极连接到晶体管84的集电极上，因而MOS器件68的栅极-源极电压下降。于是，当电阻70上感测到MOS器件68中增大的导通电流超过2.0安数值时，驱动限制控制器54中的电流镜像晶体管84将对MOS器件68提供正在下降的栅极电压，从而使导火管电流调节到2.0安数值。
在优选实施例中，在电容器22上所存储的电能供给导火管74时，由在电容器48(见图1)上所存储的电能在端子56上提供给电流源82和88。在气囊胀开期间，电容器48给电流源88提供约1微安电流，给电流源82提供约8微安电流，而电容器22给导火管74提供约2.1安电流。例如，在气囊胀开期间，分立的储能电容器48将电压维持在18至24伏范围内，与之相比较，电容器22上的电压开始时大约为24伏，而后下跌到大约10伏。于是，在气囊胀开期间，提供一个分立的电容器48来向驱动限制控制器54供给能量，容许产生用于驱动MOS器件68的栅极的电压，以为导火管74维持相当恒定电流约为2.1安。
作为图1所示实施例的一部分，连接在端子24上的电容器22是通过NPN晶体管46耦合到已连接于端子50的电容器48的。于是，在正常工作或备用期间，开关电路38保持晶体管46的导通电流，以使栅极驱动电容器48被充电到大致与电容器22大致的相同电压，即24伏。“诊断检查”禁止电容器48从电容器22经晶体管46充电，或产生一个从电容器22至电容器48的隔离路径。被隔离时，电容器48上的电压可被监视，是超过约18伏的一个很小数值。依据从电容器48向驱动限制控制器54所提供的小电流，在气囊胀开的2毫秒时间内，电容器48上的电容仍然相当恒定。在气囊胀开期间，晶体管46变为反向偏置，因而阻塞电容器22与48之间的导电通路。
如图1所示，气囊胀开系统10的另一个实施例可以用一个PN二极管(未示出)来替代晶体管46，并从功能上取消开关电路38。具体地说，PN二极管可被连接得以使二极管的P端连接到端子24，而二极管的N端连接到端子50。在这个实施例中，在正常工作期间，二极管正向偏置，由电容器22给电容器48充电。在导火管74点火期间，电容器22放电，以使二极管变为反向偏置。
图3所示的开关电路38按如下方式工作。当端子41上的输入信号DISABLE为高电平时，MOS器件92导通，而使端子44上的电压约为0伏。0伏的栅极电压使晶体管46(见图1)截止，从而阻断了电容器22与电容器48之间的导电路径。在诊断检查期间，输入信号DISABLE为高电平，以便确定电容器22和48上的电压。
当输入信号DISABLE为低电平时，串联连接的MOS器件96、98和100导通，流过大约25微安的电流。在优选实施例中，MOS器件94定尺寸以使沟道宽度大约比MOS器件96的沟道宽度大20倍，因而MOS器件94的导通电流约为400微安。由MOS器件94供给的近乎400微安的电流是流入端子44的基极电流，因而晶体管46(见图1)提供出导电通路，容许电容器48由电容器22充电。在备用或正常工作时，电容器48被充电到大约20至30伏的电压，准备让气囊放气。
至此，应当理解，关于气囊胀开系统10的本发明，产生合适的电流来激活导火管74，以胀开气囊。电容器48与提供能量来点火导电管74的电容器22相分离，为驱动限制控制器54中的电路供电，以便给MOS器件68提供一个可变的驱动电压，来调节电流约为2.1安，以点火导火管74。开关电路38向晶体管46提供栅极电流，以使一条电气连接通路容许电容器22给电容器48充电。电容器48所存储的电荷通过诊断检查而被监视，以确保点火迅速和可操作性。开关电路38还在电容器22与48之间提供出电气隔离，以便在气囊胀开期间可使提供给驱动限制控制器54的电压保持高于18伏。一种可适合于制造生产的集成电路可被建造得包括升压泵电路16、电压监视电路32、开关电路38、晶体管46和驱动限制控制器54。
虽然现已说明和描述了本发明的特定实施例，但本领域的技术人员可作出进一步的修改和改进。例如，一个实施例具有电容器22和48，用以给高侧电流电路52的两个环路供电，以便有可能点火两个导火管74和胀开两个气囊。可是，气囊胀开系统10是为单个环路系统中为高侧电流电路52供电的并点火单个导火管74和胀开单个气囊。导火管点火电流低于2.1安也是所期望的。

Claims (10)

1.一种气囊胀开系统(10)，其特征在于：
一个开关电路(38)；和
一个驱动限制控制器(54)，耦连到开关电路(38)，以限制导火管的电流。
2.根据权利要求1所述的气囊胀开系统(10)，其特征还在于，一个晶体管(46)，耦连到所述的开关电路(38)，其中，晶体管(46)提供出一条由开关电路(38)控制的导电通路。
3.权利要求2中的气囊胀开系统(10)，其特征在于，该导电通路耦连第一和第二电容器(22，48)的第一端。
4.根据权利要求3所述的气囊胀开系统(10)，其特征在于，所述的第一电容器(22)储存能量，来点火导火管(74)。
5.根据权利要求3或4所述的气囊胀开系统(10)，其特征在于，所述的第二电容器(48)给驱动限制控制器(54)提供一个电压。
6.一种用于气囊胀开系统(10)的导电通路，其特征在于：
一个开关电路(38)；和
一个晶体管(46)，耦合到开关电路(38)，晶体管(46)提供一条由开关电路(38)控制的导电通路。
7.根据权利要求6所述的导电通路，其特征在于，所述的第一和第二电容器(48，22)，其中，晶体管(46)使第一电容器(48)耦合到第二电容器(22)上。
8.根据权利要求7所述的导电通路，其特征在于，所述的晶体管(46)使第二电容器(22)上的电荷给第一电容器(48)充电。
9.根据权利要求7或8所述的导电通路，其特征在于，导火管(74)，其中所述的导火管(74)接收来自一个第二电容器(22)的电荷。
10.一种用于气囊胀开的集成电路，其特征在于：
一个晶体管(46)，具有第一和第二导电电极；
一个开关电路(38)，耦合到晶体管(46)；
一个高侧电流电路(52)，耦合到开关电路(38)。
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