DE102010015095A1 - Driver circuit for controlling surge in supply voltage to inductive load e.g. motor of motor car, has over-voltage detection circuits detecting voltage surge and controlling pre-driver to switch off low-side switch - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Treiberschaltung sowie eine Baugruppe aus einer Treiberschaltung und einer Last. Insbesondere bei Fahrzeugen ist darauf zu achten, dass die Funktionen beispielsweise eines Getriebes oder einer Motorsteuerung zuverlässig ausschalten, falls es zu einer Überspannung der Versorgungsspannung kommt.The invention relates to a driver circuit and an assembly of a driver circuit and a load. Particularly in the case of vehicles, care must be taken that the functions of, for example, a transmission or a motor control reliably switch off in the event of overvoltage of the supply voltage.
In dem Patent
Es ist beispielsweise aus der
Allerdings stellt sich das Problem, dass eine Überspannungsschutzschaltung am Chip auch defekt werden kann, wodurch es trotzdem zu Fehlfunktionen kommt.However, the problem arises that an overvoltage protection circuit on the chip can also be defective, which nevertheless leads to malfunction.
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Treiberschaltung für eine Last bereitzustellen, die ein sicheres Ausschalten bei Überspannungen ermöglicht.The object of the invention is to provide a driver circuit for a load that allows safe switching off in case of overvoltages.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Erfindungsgemäß wird eine Treiberschaltung für eine Last bereitgestellt, wobei die Treiberschaltung eine erste integrierte Schaltung enthält. Die erste integrierte Schaltung empfängt eine erste Spannung und weist einen Spannungsgenerator zum Erzeugen einer zweiten Spannung auf. Der Betrag der zweiten Spannung ist kleiner als der Betrag der ersten Spannung. Die Treiberschaltung enthält zudem einen Leistungsschalter zwischen der Last und einem Anschluss für die erste Spannung sowie einen Vortreiber, der in einer zweiten integrierten Schaltung vorgesehen ist. Der Vortreiber ist zum wahlweisen Einschalten und Abschalten des Leistungsschalters vorgesehen.According to the invention, a driver circuit for a load is provided, wherein the driver circuit includes a first integrated circuit. The first integrated circuit receives a first voltage and has a voltage generator for generating a second voltage. The amount of the second voltage is smaller than the amount of the first voltage. The driver circuit also includes a power switch between the load and a first voltage terminal and a predriver provided in a second integrated circuit. The pre-driver is provided for selectively turning on and off the circuit breaker.
Die Treiberschaltung enthält auch eine erste Überspannungserkennungsschaltung in der ersten integrierten Schaltung zum Erkennen einer Überspannung der zweiten Spannung sowie zum Ansteuern des Vortreibers im Falle einer erkannten Überspannung derart, dass der Vortreiber den Leistungsschalter abschaltet.The driver circuit also includes a first overvoltage detection circuit in the first integrated circuit for detecting an overvoltage of the second voltage and for driving the pre-driver in the event of a detected overvoltage such that the pre-driver turns off the power switch.
Eine zweite Überspannungserkennungsschaltung ist in dem Vortreiber zum Erkennen der Überspannung der zweiten Spannung vorgesehen.A second overvoltage detection circuit is provided in the pre-driver for detecting the overvoltage of the second voltage.
Die Treiberschaltung hat den Vorteil, dass auch bei Ausfall der ersten integrierten Schaltung immer noch sichergestellt werden kann, dass bei einer Überspannung der Leistungsschalter sicher ausgeschaltet wird. Es ist vorteilhaft, diese zweite Überspannungserkennungsschaltung in dem Vortreiber vorzusehen, da dadurch ein kurzer Signalpfad zwischen der Überspannungserkennungsschaltung und dem Leistungsschalter gewährleistet wird. Es besteht somit nicht mehr die Gefahr, dass der Signalpfad zwischen der zweiten Überspannungserkennungsschaltung und dem Leistungsschalter bei schnellem Ansteigen der Spannung schneller funktionsunfähig wird, bevor das Abschaltsignal von der zweiten Überspannungserkennungsschaltung zu dem Leistungsschalter gelangt ist. Zudem ist die Anordnung unmittelbar vor dem Leistungsschalter vorteilhaft, weil Spikes, d. h. kurze Signalspitzen, während des Abschaltens vermieden werden. Dies verhindert, dass der Leistungsschalter für kurze Pulse öffnet, wodurch auch das angesteuerte Gerät beispielsweise ein Getriebeschalter für kurze Zeit aktiviert wird, was nachteilig für den Verschleiß des Getriebeschalters wäre.The driver circuit has the advantage that, even if the first integrated circuit fails, it can still be ensured that the power switch is reliably switched off in the event of an overvoltage. It is advantageous to provide this second overvoltage detection circuit in the predriver since this ensures a short signal path between the overvoltage detection circuit and the power switch. There is thus no longer the danger that the signal path between the second overvoltage detection circuit and the power switch will become inoperative with a rapid increase of the voltage before the switch-off signal has passed from the second overvoltage detection circuit to the power switch. In addition, the arrangement immediately before the circuit breaker is advantageous because spikes, i. H. short signal peaks are avoided during shutdown. This prevents the circuit breaker opens for short pulses, whereby the driven device, for example, a transmission switch is activated for a short time, which would be detrimental to the wear of the gearshift switch.
Es ist zudem möglich, den Vortreiber in einer robusteren Technologie als der Technologie der ersten integrierten Schaltung herzustellen, so dass auch bei sehr großen Überspannungen, wenn die erste integrierte Schaltung schon zerstört ist, der Leistungsschalter immer noch sicher ausgeschaltet wird.It is also possible to fabricate the predriver in a more robust technology than the technology of the first integrated circuit, so that even if very large overvoltages, if the first integrated circuit is already destroyed, the circuit breaker is still safely switched off.
In einer Ausführungsform ist ein zweiter Leistungsschalter zwischen der Last und einem zweiten Anschluss der ersten Spannung vorgesehen. Auch in dieser Konfiguration mit einem High-Side-Schalter und einem Low-Side-Schalter kann, im Falle einer Normalspannung, d. h. keiner Überspannung, die Last vollständig von der ersten Spannung getrennt werden.In one embodiment, a second power switch is provided between the load and a second terminal of the first voltage. Even in this configuration with a high-side switch and a low-side switch, in the case of a normal voltage, d. H. no overvoltage, the load is completely disconnected from the first voltage.
Falls die erste Überspannungserkennungsschaltung und die zweite Überspannungserkennungsschaltung im wesentlichen die gleiche Schaltschwelle zum Erkennen einer Überspannung haben, kommt es bei nur leichter Überspannung nicht zu unterschiedlichen Ergebnissen der Überspannungserkennung. Im Wesentlichen bedeutet das, dass die Überspannungserkennungsschaltungen den gleichen Nominalwert haben, wobei es allerdings zu produktionsbedingten geringen Abweichungen kommen kann.If the first overvoltage detection circuit and the second overvoltage detection circuit have substantially the same threshold for detecting an overvoltage, it will not lead to different results of overvoltage detection with only slight overvoltage. In essence, this means that the overvoltage detection circuits have the same nominal value, although there may be small deviations due to production.
In einer Ausführungsform sind die Schaltschwelle der ersten Überspannungserkennungsschaltung und die Schaltschwelle der zweiten Überspannungserkennungsschaltung einstellbar. Dies ermöglicht, produktionsbedingte Abweichungen der Schaltschwellen auszugleichen.In one embodiment, the switching threshold of the first overvoltage detection circuit and the switching threshold of the second overvoltage detection circuit are adjustable. This makes it possible to compensate for production-related deviations of the switching thresholds.
In einer Ausführungsform ist in einer dritten integrierten Schaltung ein weiterer Vortreiber für den zweiten Leistungsschalter vorgesehen, wobei in dem weiteren Vortreiber eine dritte Überspannungserkennungsschaltung vorgesehen ist zum Ansteuern des weiteren Vortreibers im Falle einer erkannten Überspannung der zweiten Spannung derart, dass der zweite Vortreiber den zweiten Leistungsschalter abschaltet.In one embodiment, in a third integrated circuit, a further pre-driver for the second power switch is provided, wherein in the further pre-driver, a third overvoltage detection circuit is provided for driving the further pre-driver in the event of a detected overvoltage of the second voltage such that the second pre-driver the second power switch off.
Diese Konfiguration ist besonders vorteilhaft, falls die Last im Überspannungsfall auf einen hochohmigen Zustand geschaltet werden soll.This configuration is particularly advantageous if the load is to be switched to a high-impedance state in the event of an overvoltage.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine weitere integrierte Schaltung zum Ansteuern des Vortreibers bei Normalspannung der zweiten Spannung vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass ein Mikrocontroller mit einer Vielzahl von Funktionen und mit einer großen Rechenkapazität eingesetzt werden kann, um die Ansteuerung der Last, beispielsweise eines Magnetventils durchzuführen.In a preferred embodiment, a further integrated circuit for driving the pre-driver is provided at normal voltage of the second voltage. This has the advantage that a microcontroller with a variety of functions and with a large computing capacity can be used to perform the control of the load, such as a solenoid valve.
Vorzugsweise hat der Vortreiber eine höhere Spannungsfestigkeit bezüglich der zweiten Spannung als die erste integrierte Schaltung. Damit wird die Spannungsfestigkeit auch bei sehr hohen Überspannungen gewährleistet.Preferably, the predriver has a higher voltage with respect to the second voltage than the first integrated circuit. This ensures the dielectric strength even at very high overvoltages.
Die Erfindung betrifft auch eine Baugruppe aus einer Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einer Last, die von dieser Treiberschaltung angesteuert wird. Diese Last weist beispielsweise einen Magnetschalter auf. Magnetschalter besitzen eine Impedanz mit einem hohen induktiven Anteil.The invention also relates to an assembly of a driver circuit according to one of
Die Erfindung betrifft schließlich auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Baugruppe in einem Kraftfahrzeug, wobei die erste Spannung von der Fahrzeugbatterie bereitgestellt wird. Besonders hier ist die Verwendung der Baugruppe besonders vorteilhaft, weil das Fahrzeug auch bei Kurzschlüssen zwischen verschiedenen Spannungsversorgungsnetzen möglichst sicher in einen sicheren Zustand schalten soll.Finally, the invention also relates to the use of an assembly according to the invention in a motor vehicle, wherein the first voltage is provided by the vehicle battery. Particularly here, the use of the assembly is particularly advantageous because the vehicle should switch as safely as possible in a safe state even with short circuits between different power supply networks.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass zwei unabhängige Überwachungseinheiten die zweite Spannung überwachen und Überspannungsbedingungen detektieren. Ein erster Überspannungsblock arbeitet dabei in einer Art von einem Standardspannungsbereich, beispielsweise zwischen 5 und 7 Volt, falls die zweite Spannung nominell 5 V ist. Der zweite Überspannungsblock arbeitet in einem erweiterten Bereich von bis zu beispielsweise 20 V. Das bedeutet, dass dieser Block bis 20 V arbeitet, wenn alle anderen Blöcke bereits ihre Arbeit eingestellt haben und zerstört sind oder in einem unbekannten Zustand sind.In summary, two independent monitoring units monitor the second voltage and detect overvoltage conditions. A first overvoltage block operates in a manner of a standard voltage range, for example between 5 and 7 volts, if the second voltage is nominally 5 volts. The second overvoltage block operates in an extended range of up to, for example, 20V. This means that this block operates up to 20V when all other blocks have already stopped working and are destroyed or in an unknown state.
Es wird generell ein besseres Verhalten im Fehlerfall in sicherheitsrelevanten Anwendungen wie Antrieb oder Getriebe bereitgestellt.In general, better behavior in the event of a fault is provided in safety-relevant applications such as drive or gearbox.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels anhand der Figur gezeigt.The invention will now be shown by way of example with reference to the figure.
Der Systembasischip
Falls nichts anderes angegeben ist, sind alle Potentiale in Bezug auf das Massepotential angegeben. Die Spannung zwischen der Leitung V5 und der Masse wird als Spannung U5 bezeichnet.Unless otherwise indicated, all potentials are given in relation to ground potential. The voltage between the line V5 and the ground is referred to as voltage U5.
Ein Fehlerfall ist gegeben, falls es zu einem Kurzschluss zwischen dem Anschluss
Der Mikrocontroller
Der erste Vortreiber
Falls die Spannung darunter liegt, gibt die Überspannungserkennungsschaltung
Das Vorsehen der Überspannungserkennungsschaltung
Der Systembasischip kann neben dem SPI-Bus (Serial Peripheral Inteface) auch weitere Busse wie z. B. den CAN-(Controller Area Network) oder einen LIN-(Local Interconnect Network)Bus unterstützen.In addition to the SPI bus (Serial Peripheral Interface), the system basic chip can also support other buses such as For example, support the CAN (Controller Area Network) or a LIN (Local Interconnect Network) bus.
Die Spannung U5 ist besonders kritisch für das Funktionieren der Treiberschaltung. Dazu muss die Spannung U5 bezüglich einer möglichen Unterspannung überwacht werden. Dabei überwacht der Systembasischip
Der Mikrocontroller
Der zweite Vortreiber
Die High-Side-Schaltung
Die Source und der Bulk des Batterieschutzschalters
Das Gate des High-Side-Schalters
Der zweite Anschluss
Der Low-Side-Schalter
In einer weiteren, in der Figur nicht gezeigten, Ausführungsform sind zwei weitere Magnetventile verbunden, die jeweils von einer weiteren High-Side-Schaltung angetrieben werden. Der zweite Anschluss dieser jeweiligen Magnetventile ist aber jeweils mit der Drain des Low-Side-Schalters
Die Überspannungserkennungsschaltung
Der erste Vortreiber
In einer erweiterten Überspannungsbedingung von einer Spannung von über 7 V auf der Leitung V5 sind höchstwahrscheinlich alle Treiberbausteine bis auf den ersten Vortreiber
In alternativen Ausführungsformen befindet sich die Überspannungsschaltung in dem zweiten Vortreiber
In weiteren alternativen Ausführungsformen befinden sich sowohl im ersten Vortreiber
Der Low-Side-Schalter
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Schaltungcircuit
- 22
- Mikroprozessormicroprocessor
- 33
- SystembasischipSystem Basis Chip
- 55
- erster Vortreiberfirst predecessor
- 66
- zweiter Vortreibersecond predriver
- 3232
- Spannungsgeneratorvoltage generator
- 3131
- ÜberspannungserkennungsschaltungOvervoltage detection circuit
- 3333
- MasseDimensions
- 3434
- Anschlussconnection
- 4040
- High-Side-SchaltungHigh-side circuit
- 4141
- BatterieschutzschalterBattery breaker
- 4242
- High-Side-SchalterHigh-side switch
- 4343
- Low-Side-SchalterLow-side switch
- 4444
- High-Side-SchaltungHigh-side circuit
- 4545
- BatterieschutzschalterBattery breaker
- 4646
- High-Side-SchalterHigh-side switch
- 5151
- ÜberspannungserkennungsschaltungOvervoltage detection circuit
- 5252
- UND-GatterAND gate
- 6161
- UND-GatterAND gate
- 6262
- Logiklogic
- 7171
- erster Magnetschalterfirst magnetic switch
- 7272
- zweiter Magnetschaltersecond magnetic switch
- 511511
- Ausgangoutput
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- WO 2005/106230 A1 [0005] WO 2005/106230 A1 [0005]
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Legal Events
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---|---|---|---|
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