DE602004006973T2

DE602004006973T2 - Steuervorrichtung zur Aktivierung eines Fahrzeugsicherheits- Aktivierungselements

Info

Publication number: DE602004006973T2
Application number: DE602004006973T
Authority: DE
Inventors: Erwan Hemon; Thierry Laplagne; Pierre Turpin
Original assignee: Freescale Semiconductor Inc
Current assignee: NXP USA Inc
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2024-06-05
Also published as: US7385307B2; EP1602532B1; DE602004006973D1; US20050269879A1; US20080221759A1; US7777364B2; ATE364531T1; EP1602532A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Schaltung, eine Treiberanordnung und ein Verfahren zur Aktivierung eines Fahrzeugsicherheits-Aktivierungselementes und im Besonderen, aber nicht ausschließlich, auf eine Treiberanordnung zur Aktivierung eines Airbag-Aktivierungselementes.
Hintergrund der Erfindung
In den letzten Jahren hat sich die Automobilkonstruktion zunehmend auf Sicherheitsaspekte konzentriert, die Funktionen des Fahrzeuges in Unfallsituationen umfassen.
Um die Sicherheit von Fahrer und Passagieren zu verbessern, umfassen moderne Autos eine zunehmende Anzahl von Sicherheitsvorrichtungen. Viele dieser Sicherheitsvorrichtungen zielen auf eine verbesserte Sicherheit während eines Unfalls ab. Eine solche Sicherheitsvorrichtung ist ein Airbag, der während eines Unfalls aktiviert wird, um den Fahrer und die Passagiere zu schützen. Zur Zeit umfassen Autos typischerweise einen bis zu acht Airbags und es ist wahrscheinlich, dass diese Zahl in der Zukunft ansteigt.
Es ist von äußerster Wichtigkeit, dass Sicherheitsvorrichtungen, wie zum Beispiel Airbags, im Falle eines Unfalls zuverlässig aktiviert werden. Es ist weiterhin wichtig, dass die Airbags nur während eines Unfalls aktiviert werden, da eine unbeabsichtigte Aktivierung eines Airbags einen Fahrer stören und möglicherweise einen Unfall verursachen kann.
Ein Airbag wird typischerweise durch ein Aktivierungselement aktiviert, das als eine Zündpille ("squib") bekannt ist. Es gibt verschiedene Arten von Zündpillen, aber typischerweise werden sie alle durch einen kurzen Impuls einer signifikanten Energie aktiviert. Zum Beispiel umfasst eine Art von Zündpille ein sich sehr schnell erhitzendes Element, das, wenn ihm der Hochenergieimpuls zugeführt wird, nahezu augenblicklich eine sehr hohe Temperatur erzeugt. Dies zündet eine kleine Ladung, wodurch Natriumazid eingeleitet wird, was zu der Erzeugung eines großen Volumens von Stickstoffgas führt, das den Airbag füllt.
Um einen zuverlässigen Airbag-Betrieb zu gewährleisten, ist es entscheidend, dass eine geeignete Treiberschaltung zur Erzeugung des Aktivierungsimpulses verwendet wird. 1 stellt eine vereinfachte Airbag-Aktivierungsschaltung gemäß dem Stand der Technik dar.
1 stellt eine Zündpille 101 dar, die an eine Treiberschaltung 103 gekoppelt ist. Die Treiberschaltung 103 ist in einer einzelnen Anwendungsspezifischen Integ rierten Schaltung (ASIC) implementiert und umfasst eine Funktionalität zur Erzeugung des Aktivierungsimpulses, der die Zündpille 101 aktiviert. Im Besonderen umfasst die Treiberschaltung 103 einen High-Side-Switch-FET (Feldeffekttransistor) 105 und einen Low-Side-Switch-FET 107. Während eines normalen Betriebs, in dem der Airbag passiv ist, befinden sich sowohl der High-Side-FET 105 als auch der Low-Side-FET 107 in einem Aus-Zustand und es kann kein Strom durch die Zündpille fließen. Die Verwendung von zwei in Reihe geschalteten Schalttransistoren stellt eine erhöhte Zuverlässigkeit und Fehlervermeidung zur Verfügung. Wenn einer der Switch-FETs die Schaltungen kurzschließt, führt dies im Besonderen nicht zu einer Aktivierung des Airbags, da sich der andere Switch-FET in dem Aus-Zustand befindet.
Der High-Side-FET 105 wird durch eine High-Side-Steuerschaltung 109 und der Low-Side-FET 107 durch eine Low-Side-Steuerschaltung 109 gesteuert. Die Low-Side-Steuerschaltung 111 erzeugt ein Signal, das den Low-Side-FET 107 während eines normalen Betriebs ausschaltet und einschaltet, wenn der Airbag aktiviert wird. Die High-Side-Steuerschaltung 109 steuert außerdem den High-Side-FET 105 so, dass er während eines normalen Betriebs ausgeschaltet und während einer Airbag-Aktivierung eingeschaltet ist. Anstatt den High-Side-FET 105 vollständig einzuschalten, steuert jedoch die High-Side-Steuerschaltung 109 das Signal außerdem, um den Strom zu der Zündpille zu begrenzen.
Typischerweise wird der Strom durch den High-Side-FET 105 auf ungefähr 2 A begrenzt. Typischerweise wird für eine Mehrzahl von Airbags die selbe Energieversorgung verwendet und die Strombegrenzung verhindert, dass diese Energieversorgung durch einen Kurzschluss in einem Airbag aufge braucht wird. Zum Beispiel kann das obere Zündpillenende während eines Unfalls mit der Erde kurzgeschlossen werden. Wenn der Strom durch den High-Side-FET 105 nicht begrenzt wird, kann der entstehende Strom außerordentlich hoch werden, wodurch die Energieversorgung schnell entleert und möglicherweise die Aktivierung von weiteren Airbags verhindert wird.
Typischerweise ist die Treiberschaltung 103 nicht direkt an die Energieversorgung angeschlossen. Stattdessen ist ein als Safing-FET 113 bekannter Leistungsschalttransistor mit der Treiberschaltung 103 in Reihe geschaltet. Der Safing-Schalter 113 ist im Allgemeinen ein externes Einzelbauelement. Der Safing-FET 113 stellt durch ein Bereitstellen einer zusätzlichen Redundanz in dem Airbag-Aktivierungsbetrieb eine weitere Fehlervermeidung zur Verfügung.
Im Besonderen wird der Betrieb des Safing-FET 113 durch eine Steuerschaltung 115 in Reaktion auf andere Detektoreingaben, als die, die zur Aktivierung der Treiberschaltung verwendet werden, gesteuert. Typischerweise wird der Safing-FET 113 durch eine völlig andere Verarbeitungseinheit gesteuert, die ihren Sitz in einem anderen Unfallerfassungsalgorithmus und einer anderen Sensoreingabe hat, als für die Treiberschaltung. Somit wird der Airbag nur aktiviert, wenn beide redundante Auswertungen das Auftreten eines Unfalls erfassen, in welchem Falle der High-Side-FET 105 und der Low-Side-FET 107 der Treiberschaltung, sowie der Safing-FET 113 eingeschaltet werden. Der Safing-FET 113 wird als ein einfacher Ein-/Ausschalter betrieben. In einigen Anwendungen werden mehrere Safing-FETs verwendet, um unabhängige Sicherheitsschalter für verschiedene Treiber schaltungen zur Verfügung zu stellen. Zum Beispiel kann jedem Airbag sein eigener Safing-FET zur Verfügung gestellt werden.
Der Safing-FET 113 ist an eine Rückwärtsflussblockierdiode 117 gekoppelt. Es ist ein inhärentes Merkmal der Herstellung von FETs, dass eine Rückwärtsparasitärdiode 119, 121, 123 zwischen der Source und dem Drain geschaltet ist.
Die Rückwärtsflussblockierdiode 117 ist an einen Kondensator 125 angeschlossen, der die Energieversorgung an die Aktivierungsschaltung zur Verfügung stellt. Der Kondensator ist in enger Nachbarschaft der Airbag-Aktivierungsschaltung befestigt und stellt sicher, dass der Airbag-Aktivierungsschaltung sogar Energie zur Verfügung gestellt werden kann, wenn die Verbindung zu der Batterie während des Unfalls unterbrochen wird. Da jedoch der Kondensator 125 entladen werden kann, zum Beispiel nachdem das Fahrzeug für eine gegebene Dauer ausgeschaltet worden ist, gibt es einen elektrischen Pfad von dem oberen Ende der Zündpille zur Erde durch den Kondensator 125 und den Parasitärdioden 119, 121.
Dementsprechend würde, in der Abwesenheit der Blockierdiode 117, ein Kurzschluss, der dazu führt, dass dem unteren Ende der Zündpille eine Spannung zugeführt wird, zu einem Strom führen, der durch die Zündpille fließt und dadurch den Airbag aktiviert. Die Blockierdiode unterbricht diesen Pfad wirksam. Die Blockierdiode kann typischerweise in einer Mehrzahl von Treiberschaltungen gebräuchlich sein.
Eine Zahl von Nachteilen ist mit der Anordnung nach dem Stand der Technik von 1 verknüpft.
Erstens neigt der Bedarf an einem externen Safing-FET dazu, die Kosten und Komplexität der Anordnung zu erhöhen.
Weiterhin neigt der Safing-FET dazu, relativ sperrig zu sein, und da sich der FET außerhalb der Treibschaltung befindet, benötigt er während der Herstellung zusätzliche Operationen.
Weiterhin führt die Konstruktion nach dem Stand der Technik zu einer signifikanten Energieableitung in dem High-Side-FET 105, der dementsprechend relativ groß sein muss. Im Besonderen wird die in dem Speicherkondensator gespeicherte Energie gegeben durch: E = 12 C·V2 wobei C die Kapazität des Kondensators und V die Spannung über dem Kondensator ist. Um eine hinreichende Menge an Energie zu speichern, um sicherzustellen, dass die Zündpille aktiviert wird, während die Größe und Kosten des Kondensators in akzeptabler Weise niedrig gehalten werden, ist es somit erforderlich, dass der Kondensator auf eine relativ hohe Spannung geladen wird. Typischerweise wird der Kondensator auf eine Spannung von ungefähr 35-36 V geladen.
Während einer Aktivierung ist der Low-Side-FET 107 vollständig eingeschaltet, was zu einem typischen Spannungsabfall von weniger als 2 V führt. Weiterhin ist die Impedanz des Schalters relativ niedrig, was zu einem typischen Spannungsabfall von weniger als 2 V führt. Der Spannungsabfall über der Blockierdiode 117 beträgt typischerweise ungefähr 1 V. Weiterhin wird der Safing-FET 113 während einer Aktivierung vollständig eingeschaltet, was zu einem typischen Spannungsabfall von ungefähr 1 V führt (der Ein-Widerstand des Safing-FET 113 ist typischerweise niedriger als der des Low-Side-FET 107). Dementsprechend liegt, während des Strombegrenzungsbetriebs des High-Side-FET 105, der Spannungsabfall von dem Drain zu der Source typischerweise in der Größenordnung von 30 V. Typischerweise wird der Strom auf ungefähr 2A begrenzt und die Zündpille typischerweise in 2 ms gezündet. Daher beträgt die Energieableitung in dem High-Side-FET 105 während einer Aktivierung ungefähr 30 V·2 A·2 ms = 120 mJ. Diese Energie muss durch den High-Side-FET 105 absorbiert werden, ohne zu einer thermischen Abschaltung des FET zu führen. Um diesen Energieerfordernissen zu genügen, ist es erforderlich, dass der High-Side-FET 105 physikalisch groß ist.
Der Bedarf an einem großen FET hat jedoch signifikante Auswirkungen auf die ASIC-Kosten. Weiterhin kann, da die erforderliche Größe von dem Energieabsorbierungserfordernis abhängt, die Konstruktion von den Fortschritten in der ASIC-Herstellungstechnologie nicht voll profitieren. Zum Beispiel können, da Verbesserungen in der Lithografie-Verarbeitung erreicht worden sind, kleinere Transistoren gebildet werden, was dazu führt, dass für Schaltungen kleinere Bereiche erforderlich sind. Dies gewährleistet eine höhere Integration und kann erlauben, dass mehr Schaltkreise in der selben ASIC untergebracht werden.
Ein weiterer Nachteil der Anordnung nach dem Stand der Technik von 1 besteht darin, dass die Blockierdiode 117 einen signifikanten Spannungsabfall einführt. Dieser Spannungsabfall führt zu einem Energieverlust, der durch eine Erhöhung der Kapazität des Kondensators kompensiert werden muss. Weiterhin ist die Blockierdiode 117 typischerweise für eine Mehrzahl von Airbags gebräuchlich und trägt somit während einer Airbag-Aktivierung eine sehr große Ladung. Zum Beispiel kann die Blockierdiode 117 für acht Airbags gebräuchlich sein, womit während eines Unfalls ein ty pischer Strom von bis zu 16 A geleitet wird. Dementsprechend ist die Blockierdiode 117 ein relativ großes Einzelbauelement, das während einer Montage der Anordnung zusätzliche Operationen erfordert.
Somit wäre ein verbessertes System zur Aktivierung einer Fahrzeugsicherheitsvorrichtung vorteilhaft und im Besonderen wäre ein System vorteilhaft, das eine erhöhte Flexibilität, verbesserte Funktionen, eine erhöhte Integration, eine verbesserte Zuverlässigkeit, verringerte Kosten, eine verringerte Größe und/oder eine verbesserte Energieabsorption oder -ableitung gewährleistet.
Die DE-A-10002375 zeigt die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Treiberanordnung zur Aktivierung eines Elementes zur Aktivierung einer Fahrzeugsicherheitsvorrichtung, eine integrierte Schaltung und ein Verfahren zur Aktivierung einer Fahrzeugsicherheitsvorrichtung gemäß den begleitenden Ansprüchen zur Verfügung. Dementsprechend möchte die vorliegende Erfindung vorzugsweise einen oder mehrere der oben erwähnten Nachteile einzeln oder in einer beliebigen Kombination, abschwächen, mildern oder eliminieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen werden nun beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben:
1 stellt eine vereinfachte Airbag-Aktivierungsschaltung gemäß dem Stand der Technik dar;
2 stellt eine Treiberanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar;
3 stellt ein Beispiel einer Spannungsversorgungsanordnung für eine Mehrzahl von Treiberschaltungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar; und
4 ist eine Darstellung einer integrierten Schaltung, die eine Treiberschaltung und eine Versorgungsanordnung umfasst, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf eine Ausführungsform der Erfindung, die auf ein Aktivierungselement für eine Fahrzeugsicherheitsvorrichtung anwendbar ist, die im Besonderen eine Airbag-Aktivierungsvorrichtung ist (häufig als eine Zündpille bezeichnet). Es ist jedoch klar, dass die Erfindung nicht auf diese Anwendung beschränkt ist, sondern auf viele andere Fahrzeugsicherheitsvorrichtungen angewendet werden kann, die zum Beispiel ein Element zur Vorspannung eines Sicherheitsgurtes umfassen. Die beschriebene Ausführungsform umfasst weiterhin Feldeffekttransistoren (FETs), aber es ist klar, dass andere Transistorenarten, wie zum Beispiel bipolare Transistoren, alternativ oder zusätzlich verwendet werden können.
2 stellt eine Treiberanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
Die Treiberanordnung ist betreibbar, um einen Aktivierungsimpuls zu erzeugen, der das Airbag-Aktivierungselement 201 aktivieren kann, das nachstehend als die Zündpille be zeichnet wird. Die Zündpille 201 ist an eine Treiberschaltung 203 gekoppelt, die einen High-Side-Switch-FET (Feldeffekttransistor) 205 und einen Low-Side-Switch-FET 207 umfasst. Der High-Side-FET 205 wird durch eine High-Side-Steuerschaltung 209 und der Low-Side-FET 207 durch eine Low-Side-Steuerschaltung 211 gesteuert.
Während eines normalen Betriebs, in dem der Airbag passiv ist, befinden sich sowohl der High-Side-FET 205 als auch der Low-Side-FET 207 in einem Aus-Zustand. Der Low-Side-FET 207 kann in der selben Art und Weise betrieben werden und konstruiert sein, wie für die Anordnung nach dem Stand der Technik von 1. Der High-Side-FET 205 ist jedoch anders dimensioniert und wird auf eine andere Art und Weise betrieben, als die Anordnung nach dem Stand der Technik von 1, wie später beschrieben werden wird. Ähnlich der Schaltung von 1 umfasst jedoch die Treiberschaltung der beschriebenen Ausführungsform Strombegrenzungsmittel, die den Strom für die Zündpille 201 während einer Aktivierung begrenzt. Im Besonderen wird der High-Side-FET 205 durch die Low-Side-Steuerschaltung 209 gesteuert, um den Strom durch den High-Side-FET 205 auf ungefähr 2 A zu begrenzen.
In der aktuellen Ausführungsform wird die Treiberschaltung 203 von einem Energiespeicher in der Form eines großen Kondensators 213 mit Strom versorgt. In anderen Ausführungsformen können andere Energieversorgungen verwendet werden, wie zum Beispiel eine Batterie. In der beschriebenen Ausführungsform ist der Kondensator 213 durch einen Versorgungstransistor 215 an die Treiberschaltung 203 gekoppelt und im Besonderen ist für die aktuelle Ausführungsform der Versorgungstransistor 215 mit dem High-Side-FET 205 in Reihe geschaltet, wobei der Drain des High-Side-FET 205 an die Source des Versorgungstransistors 215 angeschlossen ist. In der beschriebenen Ausführungsform wird der Versorgungstransistor 215 durch eine Versorgungssteuerung 217 gesteuert. Der Versorgungstransistor 215 wird vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, mindestens teilweise als ein Safing-Transistor verwendet.
Der Versorgungstransistor 215 ist durch einen Blockier-FET 219 an den Kondensator 213 gekoppelt. Im Besonderen ist der Drain des Versorgungstransistors 215 an den Drain des Blockier-FET 219 und die Source des Blockier-FET 219 an den Kondensator 213 gekoppelt.
Während eines normalen Betriebs sind alle Transistoren der Treiberanordnung ausgeschaltet und es fließt kein Strom durch die Zündpille 201. Wenn ein Unfall erfasst wird, schalten die Transistoren in verschiedene Ein-Zustände, wodurch zugelassen wird, dass ein Strom durch die Zündpille fließt, was dazu führt, dass diese aktiviert wird, wodurch verursacht wird, dass der Airbag aktiviert wird. Als ein Beispiel kann eine typische Zündpille einen Aktivierungsimpuls von ungefähr 2 A für eine Dauer von ungefähr 2 ms benötigen, um aktiviert zu werden.
Nachfolgend wird der Betrieb der Treiberanordnung während einer Zündpillenaktivierung ausführlicher beschrieben.
Wenn ein Sicherheitsschaltkreis (nicht gezeigt) erfasst, dass ein Fahrzeug, das den Airbag trägt, in einen Unfall verwickelt ist, steuert er die Treiberanordnung, um die Zündpille 201 und somit den Airbag zu aktivieren. Der Sicherheitsschaltkreis kann im Besonderen einen oder mehrere Mikrocontroller umfassen, die geeignete Unfallerfassungsalgorithmen basierend auf geeignete Sensoreingaben betreiben. Wenn ein Unfall erfasst wird, gibt der Mikrocontroller vorzugsweise ein Signal aus, das die Low-Side-Steuerschaltung 211 veranlasst, eine hohe Gate-Spannung für den Low-Side-FET 207 zu erzeugen. Die Gate-Spannung ist vorzugsweise hinreichend hoch, um den Low-Side-FET 207 in den nicht gesättigten Betriebsbereich zu treiben. In dem nicht gesättigten Betriebsbereich arbeitet ein FET ähnlich wie ein Widerstand, der über einen niedrigen Wert, R_DS,ON, verfügt, der von der Spannung zwischen dem Gate und der Source abhängt. Somit wird der Low-Side-FET 207 vorzugsweise getrieben, um eine sehr niedrige Last, im Wesentlichen durch Widerstand, zur Verfügung zu stellen. Es kann im Besonderen angenommen werden, dass sich der FET in dem nicht gesättigten Betriebsbereich befindet, wenn |VDS| < |VGS – VT|wobei V_DS die Drain-Source-Spannung, V_GS die Gate-Source-Spannung und V_T die Schwellenspannung des Transistors ist.
Genauso wird der Blockier-FET 219 dadurch eingeschaltet, dass vorzugsweise eine hinreichend hohe Gate-Spannung zur Verfügung gestellt wird, um ihn in den nicht gesättigten Bereich zu treiben.
Der Sicherheitsschaltkreis erzeugt außerdem ein Signal, das die High-Side-Steuerschaltung 209 veranlasst, den High-Side-FET 205 einzuschalten. Im Gegensatz zu dem Low-Side-FET 207 und dem Blockier-FET 219 wird der High-Side-FET 205 jedoch nicht (notwendigerweise) in den nicht gesättigten Bereich getrieben. Stattdessen wird der High-Side-FET 205 in eine Strombegrenzungsbetriebsart getrieben, wobei der Strom durch den High-Side-FET 205 und somit die Zündpille 201 auf einen geeigneten Wert begrenzt wird, der typischerweise ungefähr 2 A betragen kann. Dies führt typi scherweise dazu, dass der High-Side-FET 205 in einem aktiven Betriebsbereich arbeitet. Für einen FET kann der aktive Betriebsbereich als der Bereich definiert werden, für den gilt: |VDS| ≥ |VGS – VT|wobei V_DS die Drain-Source-Spannung, V_GS die Gate-Source-Spannung und V_T die Schwellenspannung für den Transistor ist. Für einen FET kann der aktive Betriebsbereich manchmal als der gesättigte Bereich oder der lineare Bereich bezeichnet werden.
Somit ist, im Gegensatz zu dem Low-Side-FET 207 und dem Blockier-FET 219, der High-Side-FET 205 nicht vollständig eingeschaltet, sondern wird stattdessen durch die High-Side-Steuerschaltung 209 gesteuert, um der Zündpille 201 einen geeigneten Strom zur Verfügung zu stellen. Es ist klar, dass jedes geeignete Verfahren zur Messung, Abschätzung, oder Bestimmung des Stroms durch die Zündpille 201 verwendet werden kann. Zum Beispiel kann die High-Side-Steuerschaltung 209 den Spannungsabfall über einen kleinen Widerstand erfassen, der mit der Zündpille 201 in Reihe geschaltet ist, wie dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist.
Ebenso schaltet, wenn der Sicherheitsschaltkreis anzeigt, dass ein Unfall anhält, die Versorgungssteuerung 217 den Versorgungs-FET 215 ein, um zu gewährleisten, dass Strom durch den Transistor fließt. Im Gegensatz zu der Schaltung von 1, steuert die Versorgungssteuerung 217 jedoch den Versorgungs-FET 215, um in dem aktiven Bereich zu arbeiten, um zum Beispiel einen Spannungsabfall während einer Aktivierung des Elementes zur Aktivierung der Fahrzeugsicherheitsvorrichtung zur Verfügung zu stellen. Somit wird die Treiberspannung für die Treiberschaltung 203 durch die Versorgungssteuerung 217 gesteuert. Somit wird, im Gegensatz zu der Schaltung von 1, der Versorgungs-FET 215 nicht vollständig eingeschaltet, um einen niedrigen Widerstand mit einem unwesentlichen Spannungsabfall zur Verfügung zu stellen, sondern stattdessen in den aktiven Bereich getrieben, wodurch ein wesentlicher Spannungsabfall über dem Versorgungs-FET 215 erreicht wird.
In einer einfachen Ausführungsform kann der Versorgungs-FET 215 gesteuert werden, um der Treiberschaltung eine im Wesentlichen konstante Versorgungsspannung zur Verfügung zu stellen. In einer einfachen Ausführungsform kann die Versorgungssteuerung 217 zum Beispiel die Gate-Spannung des Versorgungs-FET 215 auf einen im Wesentlichen konstanten Wert einstellen. Zum Beispiel kann, wenn eine Gate-Source-Spannung von 3V einem Drain-Source-Strom von ungefähr 2 A in dem aktiven Bereich entspricht, die Gate-Spannung bei einem festen Pegel von 15 V eingestellt werden, was zu einer Source-Spannung von ungefähr 12 V führt. Somit tritt ein signifikanter Spannungsabfall von dem Drain zu der Source des Versorgungs-FET 215, anstatt über dem High-Side-FET 205, statt.
In der beschriebenen Ausführungsform wird der Versorgungs-FET 215 somit gesteuert, um die Spannung bei dem Eingang in die Treiberschaltung zu verringern. Dementsprechend ist die Leistungsabsorption in der Treiberschaltung im Vergleich zu der Anordnung nach dem Stand der Technik von 1 wesentlich verringert. In dem spezifischen Beispiel wird, unter der Annahme, dass der Spannungsabfall über die Zündpille 201 2 V beträgt und der Spannungsabfall über dem Low-Side-FET 207 2 V beträgt, der Spannungsabfall über dem High-Side-FET 205 von ungefähr 32 V (wobei der Spannungsab fall irgendwelcher Blockierelemente ignoriert wird) auf ungefähr 8 V verringert, entsprechend einer Verringerung der abzuleitenden Energie von 128 mJ auf 32 mJ (unter der Annahme eines Aktivierungsimpulses von 2 A für 2 ms und einer vernachlässigbaren Kondensatorspannungsänderung). Somit ist in der Ausführungsform die Energieableitung des High-Side-FET 205 um einen Faktor von Vier verringert.
In der beschriebenen Ausführungsform ist die Treiberschaltung in einer einzelnen ASIC implementiert. Für den High-Side-FET 205 wird die physikalische Dimension durch die erforderliche Kapazität zur Absorbierung der erzeugten Wärmeenergie während der Aktivierung, ohne zu einem thermischen Abschalten zu führen, getrieben. Ein thermisches Abschalten findet typischerweise bei einer Temperatur von ungefähr 300°C-400°C statt. Für Silizium-Technologien ist die Abschalttemperatur relativ unabhängig von der verwendeten Technologie und die kleineren Dimensionen von fortgeschritteneren Technologien können daher durch die Konstruktion nicht vollständig ausgenutzt werden.
Weiterhin ist, da der High-Side-FET 205 die Komponente der Treiberschaltung 203 ist, die typischerweise die größte Wärmeenergie erzeugt, die Größe des High-Side-FET 205 typischerweise ein begrenzender Faktor bei der Konstruktion der ASIC. Dementsprechend stellt eine Verringerung der Energieableitung des High-Side-FET 205 wesentliche Vorteile zur Verfügung und kann im Besonderen eine höhere Integration zur Verfügung stellen. Zum Beispiel kann die signifikante Größenverringerung dazu führen, dass wesentliche Mengen zusätzlicher Schaltkreise in die selbe ASIC eingefügt werden, womit eine erhöhte Funktionalität und verringerte Gesamtkosten zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin kann die verringerte Leistungsableitung die Gesamtzuverlässigkeit der Treiberschaltung 203 erhöhen.
Als ein Beispiel, ist die Länge des Umfangs des High-Side-FET 205 zu der erforderlichen Energieabsorption ungefähr proportional. Daher führt eine Verringerung der abgeleiteten Energie um eine Viererpotenz dazu, dass die Größe des High-Side-FET 205 um ein beträchtliches Maß verringert wird und die Verringerung des Bereichs sogar die Verringerung der abgeleiteten Energie übertreffen kann. In einer typischen konventionellen Treiberschaltung kann der High-Side-FET 205 ungefähr 60% des gesamten Halbleiterbereichs ausmachen. Eine Verringerung dieses Anteils um einen Faktor von Vier führt dazu, dass nur 15% des Bereichs durch den High-Side-FET 205 beansprucht werden, wodurch zusätzliche 45% für zusätzliche Schaltkreise übrig bleiben. In diesem Beispiel ist der Bereich, der zum Beispiel verschiedenen Steuerschaltkreisen zur Verfügung steht, mehr als verdoppelt, wodurch der ASIC gestattet wird, möglicherweise mehr als das Doppelte an Funktionalität einer konventionellen ASIC zu umfassen.
Im Vergleich zu der Schaltung von 1 führt die Steuerung des Versorgungs-FET 215, um einen signifikanten Spannungsabfall dadurch zur Verfügung zu stellen, dass er in dem aktiven Bereich betrieben wird, zu einer signifikanten Verschiebung der Leistungsableitung von dem High-Side-FET 205 zu dem Versorgungs-FET 215. Dementsprechend sind die Leistungsanforderungen für den Versorgungs-FET 215 für die aktuelle Ausführungsform typischerweise strenger als für die Schaltung von 1. Der Versorgungs-FET 215 ist jedoch vorzugsweise in einer weniger kritischen Technologie implementiert, wobei die erhöhte Leistungsanforderung von geringerer Bedeutung ist. Im Besonderen kann für einen einzelnen FET die erhöhte Leistungsanforderung leicht berücksichtigt und typischerweise durch den selben FET erfüllt werden, der in der Schaltung von 1 verwendet wird.
In dem beschriebenen Beispiel betrug der Spannungsabfall über dem Versorgungs-FET 215 ungefähr zwei Drittel von der Kondensatorspannung, wenn dieser vollständig geladen war. Es ist klar, dass die Schaltung konstruiert sein kann, um einen beliebigen geeigneten Spannungsabfall über dem Versorgungs-FET 215 zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise ist der Spannungsabfall so, dass während des Aktivierungsimpulses die in dem Versorgungs-FET 215 abgeleitete Energie die in der Treiberschaltung und im Besonderen in dem High-Side-FET 205 abgeleitete Energie übersteigt. Somit wird vorzugsweise die Mehrheit der Energie in dem Versorgungs-FET 215, anstatt in dem High-Side-FET 205, abgeleitet.
Wenn der Kondensator entladen wird, verringert sich die Spannung über der Kapazität. Die Versorgungsspannung kann jedoch relativ konstant bleiben, bis zu einer Stufe, bei der der Versorgungs-FET 215 in den nicht gesättigten Widerstandsarbeitsbereich eintritt. Vorzugsweise ist der Spannungsabfall bei der Initiierung der Aktivierung signifikant. Im Besonderen übersteigt der Spannungsabfall des Versorgungs-FET 215 vorzugsweise mindestens die halbe Versorgungsspannung des Kondensators, um eine wesentliche Ableitung von Energie in dem Versorgungs-FET 215, anstatt in dem High-Side-FET 205, zur Verfügung zu stellen.
Vorzugsweise ist die Konstruktion so, dass der Versorgungs-FET 215 mindestens in dem aktiven Bereich verbleibt, bis die Zündpille 201 zündet. In einigen Ausführungsformen ist der Spannungsabfall über dem Versorgungs-FET 215 jedoch nicht für die ganze Dauer des Aktivierungsimpulses signifikant. Um eine signifikante Energieableitung zu gewährleisten, übersteigt der Spannungsabfall jedoch vorzugsweise die halbe Versorgungsspannung der Treiberschaltung 203 für mehr als einem Viertel eines Zeitintervalls von der Initiierung des Aktivierungssignals bis zu einer Aktivierung der Treiberschaltung. Im Besonderen beträgt der Spannungsabfall vorzugsweise mindestens 5 V für eine Dauer von mindestens 0,5 ms des Aktivierungsimpulses.
Vorzugsweise stellt der Versorgungs-FET 215 nicht nur die Regulierung der Versorgungsspannung der Treiberschaltung 203 zur Verfügung, sondern agiert außerdem als ein Safing-Schalter. In der beschriebenen Ausführungsform werden getrennte redundante Schaltungen für die Treiberschaltung und den Versorgungs-FET 215 verwendet, um zu bestimmen, ob eine Aktivierung des Airbags erforderlich ist. Im Besonderen wird der Versorgungs-FET 215 durch einen anderen Mikrocontroller gesteuert, als den, der die Aktivierung der Treiberschaltung 203 steuert. Der getrennte Mikrocontroller führt getrennte und vorzugsweise verschiedene Unfallerfassungsalgorithmen aus, die vorzugsweise auf getrennte Sensoreingaben basieren. Der Airbag wird gezündet, wenn beide Mikrocontroller unabhängig voneinander bestimmen, das eine Unfallerfassung aufgetreten ist. Dadurch stellt der Safing-Schalter eine zusätzliche Redundanz zur Verfügung, die wirksam verhindert, dass ein Einpunktfehler zu einer fehlerhaften Aktivierung der Airbags führt.
In der beschriebenen Ausführungsform wird somit ein einzelner Transistor für zwei Zwecke verwendet, und zwar zur Regulierung (im Besonderen Verringerung) einer Versorgungsspannung zu der Treiberschaltung und zur Bereitstel lung einer zusätzlichen Fehlerminderung. Die Komplexität der Schaltung wird daher niedrig gehalten und im Besonderen ist keine Komplexitätserhöhung hinsichtlich der Schaltung von 1 erforderlich.
In einigen Ausführungsformen ist der kombinierte Safing- und Versorgungs-FET 215 an eine externe Verbindung gekoppelt, die gewährleistet, dass an ihn Treiberschaltungen angeschlossen werden. Dies stellt der Platinenkonstruktion eine erhöhte Konstruktionsfreiheit zur Verfügung und gewährleistet eine hohe Flexibilität und im Besonderen, dass jede beliebige geeignete Zahl von Treiberschaltungen an die selbe externe Verbindung angeschlossen sein kann, die dadurch den selben Safing- und Versorgungs-FET 215 gemeinsam verwenden.
Es ist klar, dass die Steuerung der Versorgungsspannung der Treiberschaltung einem Bereitstellen einer stabileren und weniger variierenden Spannungsversorgung entsprechen kann, dies aber nicht wesentlich ist. Stattdessen kann es in einigen Ausführungsformen wünschenswert sein, den Spannungsabfall über dem Versorgungs-FET 215 während der Aktivierung der Zündpille 201 dynamisch zu steuern. Die Steuerung kann eine aktive Steuerung sein, um eine gewünschte Versorgungsspannungsvariation während der Aktivierung zur Verfügung zu stellen, oder eine passive Steuerung sein, wobei die Versorgungsspannung aufgrund der Variation von anderen Parametern variiert, wie zum Beispiel der Spannungsvariation über dem Kondensator, wenn dieser sich entlädt.
Im Besonderen kann der Versorgungs-FET 215 in Reaktion auf den Aktivierungsstrom der Zündpille 201 gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Strom der Zündpille 201 gemessen werden und wenn der unter einen gegebenen Schwellenwert fällt, kann die Versorgungsspannung erhöht werden, um einen höheren Strom durch den High-Side-FET 205 zu gewährleisten.
In der Ausführungsform von 2 ist der Versorgungs-FET 215 durch den Blockier-FET 219 an den Kondensator 213 gekoppelt. Der Blockier-FET 219 ist in einer Rückwärtskonfiguration zu dem Versorgungs-FET 215 befestigt, so dass der Drain des Versorgungs-FET 215 an den Drain des Blockier-FET 219 angeschlossen ist. Im Besonderen ist in der spezifischen Ausführungsform der Blockier-FET 219 auf dem selben Halbleiter implementiert wie der Versorgungs-FET 215, wobei die zwei FETs über einen gemeinsamen Drain verfügen. Dementsprechend befindet sich die Parasitärdiode 221 des Blockier-FET 219 in der entgegengesetzten Richtung der Parasitärdiode 223 des Versorgungs-FET 215. Daher verhindert die Parasitärdiode 221, dass irgendein Strom durch die Parasitärdiode 223 des Versorgungs-FET 215 fließt. Mit anderen Worten, die Parasitärdiode 221 stellt den selben Blockiereffekt zur Verfügung, wie die Blockierdiode 117 der Schaltung von 1.
Während einer Aktivierung des Airbags wird jedoch der Aktivierungsstrom nicht durch die Parasitärdiode 221 getragen. Stattdessen wird der Blockier-FET 219 vollständig eingeschaltet und der Aktivierungsstrom durch den FET, anstatt durch die Parasitärdiode 221, geleitet. Im Besonderen kann in das Gate des Blockier-FET 219 die Kondensatorspannung eingespeist werden, wodurch der Blockier-FET 219 in die nicht gesättigte Betriebsart getrieben wird. In dieser Betriebsart präsentiert der Blockier-FET 219 einen sehr niedrigen Widerstandswert, der zu einem verringerten Spannungsabfall führt.
Zum Beispiel wird angenommen, dass ein kombinierter Strom von 10 A während einer Aktivierung von mehreren Airbags geleitet werden muss. Eine Blockierdiode, die diesen großen Strom trägt, verfügt typischerweise über einen großen Spannungsabfall von typischerweise ungefähr 1,2 V. Der wirksame Widerstand des Blockier-FET 219 in der nicht gesättigten Betriebsart kann 50 mΩ sein, was zu einem gesamten Spannungsabfall von nur 0,50 V führt.
Der verringerte Spannungsabfall über die Blockierkomponente kann den Stromverbrauch und die Stromableitung verringern. Weiterhin kann sie eine verringerte Kapazität des Kondensators gewährleisten. Da die in dem Kondensator gespeicherte Energie proportional zu dem Quadrat der geladenen Spannung ist, kann sogar eine relativ kleine Verringerung der Spannung zu einer signifikanten Zunahme der gespeicherten Energie führen, womit die Anforderung an die Kapazität verringert wird, was zu einem wesentlich kleineren und preiswerteren Kondensator führt.
Somit kann ein Verwenden des Blockier-FET 219 in der nicht gesättigten (R_DS,ON) Betriebsart zu einem verringerten Spannungsabfall führen, was im Besonderen vorteilhaft ist, wenn die Kondensatorspannung relativ niedrig wird (wie zum Beispiel, wenn sie auf ungefähr 8-9 V abfällt). Es ist jedoch klar, dass es nicht wesentlich ist, den Strom durch den Blockier-FET 219 in einer nicht gesättigten Betriebsart zu leiten, sondern dass zum Beispiel stattdessen eine geöffnete Diodenkonfiguration verwendet werden kann.
Weiterhin kann der Blockier-FET 219 typischerweise einfacher zu implementieren sein als die Blockierdiode 117 von 1. Vorzugsweise werden der Blockier-FET 219 und der Versorgungs-FET 215 auf dem selben Halbleitersubstrat mit einem gemeinsam verwendeten Drain integral gebildet. Somit kann die kombinierte Funktionalität des Blockier-FET 219 und des Versorgungs-FET 215 mit Kosten erreicht werden, die nur geringfügig über denen von jedem der FETs einzeln liegen.
Der Blockier-FET 219 ist vorzugsweise für eine Mehrzahl von Versorgungs-FETs gebräuchlich. 3 stellt ein Beispiel einer Spannungsversorgungsanordnung für eine Mehrzahl von Treiberschaltungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. In dem Beispiel verfügen ein Blockier-FET 301 und die drei Versorgungs-FETs 303, 305, 307 über einen gemeinsamen Drain. Die vier FETs sind auf dem selben Halbleitersubstrat implementiert. Die Parasitärdiode 309 des Blockier-FET 301 stellt einen Blockiereffekt in der selben Art und Weise zur Verfügung, wie oben unter Bezug auf 2 beschrieben.
Unter Betriebsbedingungen ist die Source des Blockier-FET 301 an den Energiespeicher, wie zum Beispiel einen Kondensator, gekoppelt. Die Source eines jeden individuellen Versorgungs-FET 303, 305, 307 ist an eine Treiberschaltung für ein Element zur Aktivierung einer Fahrzeugsicherheitsvorrichtung gekoppelt. Zum Beispiel kann die Source der ersten Versorgungs-FET 303 an eine Treiberschaltung für einen Fahrer-Airbag, die Source des zweiten Versorgungs-FET 305 an eine Treiberschaltung für einen Passagier-Airbag und die Source des dritten Versorgungs-FET 307 an eine Treiberschaltung für einen Sicherheitsgurtvorspanner gekoppelt sein. Das Gate von dem Blockier-FET 301 und jedem der Versorgungs-FETs 303, 305, 307 ist an Konnektoren zur Verbindung an geeignete Steuerschaltungen befestigt. Somit kann jeder der Versorgungs-FETs 303, 305, 307 individuell ge steuert werden, um vorzugsweise sowohl eine Spannungsregulier- als auch eine Safing-Switch-Funktion zur Verfügung zu stellen. Somit kann eine einfache, preiswerte und effiziente Anordnung zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung für eine Treiberschaltung zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin kann, da die Komponenten auf dem selben Halbleitersubstrat integriert sein können, eine Gesamtgrößenverringerung erreicht werden und der Bedarf an getrennten (möglicherweise einzelnen) Komponenten wird vermieden.
Die individuellen Versorgungs-FETs 303, 305, 307 können so dimensioniert sein, dass sie zu den erforderlichen Funktionen für jede Treiberschaltung und/oder Fahrzeugsicherheitsvorrichtung passen. Zum Beispiel können die durch den ersten und zweiten Versorgungs-FET 303, beziehungsweise 305, aktivierten Zündpillen den doppelten Strom der Sicherheitsgurtvorspannerzündpille erfordern, die durch den Versorgungs-FET 307 aktiviert wird. Dementsprechend können der erste und der zweite Versorgungs-FET 303, beziehungsweise 305, doppelt so groß gemacht werden, wie der dritte Versorgungs-FET 307.
Vorzugsweise sind der Versorgungs-FET 215 und/oder der Blockier-FET 219 in dem selben Paket wie die Treiberschaltung 201 integriert. Im Besonderen umfasst eine ASIC, die die Treiberschaltung 203 umfasst, außerdem eine Versorgungsspannungsanordnung, die den Versorgungs-FET 215 und vorzugsweise den Blockier-FET 219 umfasst. Die Versorgungsspannungsanordnung kann zusätzliche Komponenten umfassen, wie zum Beispiel FETs für andere Treiberschaltungen (die außerdem in der ASIC enthalten sein können). Im Besonderen kann die Versorgungsspannungsanordnung der in 3 dargestellten Versorgungsspannungsanordnung entsprechen.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform einer integrierten Schaltung beschrieben, die sowohl eine Treiberschaltung als auch eine Versorgungsspannungsanordnung umfasst. In der Ausführungsform sind die Treiberschaltung und die Versorgungsspannungsanordnung auf getrennten Chips in dem selben Paket implementiert.
4 ist eine Darstellung einer integrierten Schaltung, die eine Treiberschaltung und eine Versorgungsspannungsanordnung umfasst, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die ASIC 400 umfasst einen ersten Chip 401, der die Funktionalität der Treiberschaltung implementiert. Der Chip kann weiterhin andere Schaltkreise umfassen, wie zum Beispiel Steuerschaltkreise, zum Beispiel zur Steuerung der Treiberschaltung. Zusätzlich umfasst die ASIC 400 einen zweiten Chip 403, der die Versorgungsspannungsanordnung implementiert.
Ein Vorteil einer Implementierung der Treiberschaltung und der Versorgungsspannungsanordnung auf getrennten Chips liegt darin, dass verschiedene Technologien verwendet werden können, um jede Schaltung zu implementieren. Somit kann der erste Chip für die Anforderungen und Charakteristiken der Treiberschaltung optimiert werden, während der zweite Chip für die Anforderungen und Charakteristiken der Versorgungsspannungsanordnung optimiert werden kann.
Im Besonderen kann der erste Chip eine fortgeschrittenere Technologie verwenden als der zweite Chip. Der erste Chip kann eine Technologie verwenden, die relativ teuer herzustellen ist, die jedoch niedrige Dimensionen und somit eine hohe Integration gewährleistet. Zum Beispiel kann der erste Chip unter Verwendung einer Motorola^TM SMARTMOS^TM- Technologie, wie zum Beispiel SMOS7MV, die Konstruktionsdimensionen von ungefähr 0,25 μm gewährleistet, implementiert sein.
Im Gegensatz dazu ist der zweite Chip vorzugsweise unter Verwendung einer einfacheren und preisgünstigeren Technologie implementiert, wie zum Beispiel einer vertikalen MOSFET-Technologie, wie zum Beispiel einer HDTMOS-Technologie.
Somit können die Vorteile der SMARTMOS^TM-Technologie verwendet werden, um eine hohe Integration und zusätzliche Funktionalität zur Verfügung zu stellen, während die preiswerten HDTMOS-Technologie für die Versorgungsspannungsanordnung verwendet werden kann, die nicht von den möglichen niedrigeren Dimensionen profitieren kann, aufgrund der Energieableitungsanforderung. Somit wird in der ASIC die Mehrheit einer Energieableitung durch die preiswerteste und robusteste Technologie erreicht, während die Logik- und Steuerschaltkreise in einer fortgeschritteneren Technologie implementiert sind.
In der ASIC 400 von 4 sind der erste Chip 401 und der zweite Chip 403 auf einem gemeinsamen Unterstützungselement 405 befestigt. Vorzugsweise sind der erste Chip 401 und der zweite Chip 403 voneinander elektrisch isoliert. Im Besonderen kann in der Anordnung von 4 gesehen werden, dass sich der gemeinsame Drain, der typischerweise durch das Substrat des zweiten Chips gebildet wird, während einer Aktivierung bei einem Hochspannungspotential befindet. Im Besonderen kann das Spannungspotential am Anfang des Aktivierungsimpulses ungefähr 35 V betragen.
Das Substrat des ersten Chips, auf dem die Treiberschaltung und die Logikschaltungen gebildet werden, wird jedoch in einer Bodennähe gehalten. Daher müssen die Substrate in dieser Ausführungsform voneinander isoliert werden.
Die Isolierung kann in einigen Ausführungsformen durch ein gemeinsames Unterstützungselement erreicht werden, das Isolierungsmittel zwischen dem ersten Chip und dem zweiten Chip umfasst. Im Besonderen kann das gemeinsame Unterstützungselement selbst aus einem isolierenden Material bestehen und der erste und zweite Chip können an dieses gemeinsame Unterstützungselement befestigt sein.
Alternativ, oder zusätzlich, können der erste und/oder der zweite Chip unter Verwendung eines isolierenden Klebers an dem gemeinsamen Unterstützungselement befestigt werden. Dies kann im Besonderen für Ausführungsformen geeignet sein, in denen das potentielle Spannungsdifferential zwischen dem ersten und zweiten Chip relativ niedrig ist. In einer solchen Ausführungsform kann das gemeinsame Unterstützungselement durch das Substrat des ersten (oder zweiten) Chips gebildet werden und der zweite (oder erste) Chip unter Verwendung eines isolierenden Klebers auf das Substrat des ersten (oder zweiten) Chips geklebt werden.
In einigen Ausführungsformen können unterschiedliche Fahrzeugsicherheitsvorrichtungen durch unterschiedliche Energieversorgungen gespeist werden. Im Besonderen können einige Sicherheitsvorrichtungen, wie zum Beispiel Airbags, von einem lokal angeordneten Kondensator gespeist werden, während andere weniger kritische Sicherheitsvorrichtungen, wie zum Beispiel Sicherheitsgurtvorspanner, von der Autobatterie gespeist werden können. In diesem Falle können die verfügbaren Spannungspegel für unterschiedliche Sicherheitsvorrichtungen erheblich variieren. Zum Beispiel kann der Kondensator auf eine Spannung von 35 V aufgeladen sein, während die Autobatteriespannung in dem Bereich von 14 V bis 18 V liegen kann. In diesem Falle werden Treiberschaltungen, die mit der Kondensatorenergiequelle verwendet werden, vorzugsweise durch einen Blockier-FET und einen Versorgungs-FET, wie zuvor beschrieben, gespeist. Jedoch können Treiberschaltungen, die von der Batterie gespeist werden, aufgrund des verringerten Spannungspegels der Batterie, direkt gespeist werden. Dementsprechend ist die Treiberschaltung einer ASIC vorzugsweise konstruiert, um entweder direkt an eine Batterie angeschlossen oder, wie zuvor beschrieben, durch eine Versorgungsspannungsanordnung an einen Kondensator gekoppelt, zu arbeiten.
Da die Batteriespannung etwas höher sein kann als die regulierte Spannung von der Versorgungsspannungsanordnung, kann dies erfordern, dass die Größe des High-Side-FET der Treiberschaltung vergrößert wird, was jedoch, mit Blick auf die verbesserte Kompatibilität der Treiberschaltung für verschiedene Anwendungen, in vielen Ausführungsformen ein akzeptabler Kompromiss sein kann. Somit kann sowohl für kondensatorgetriebene als auch für batteriegetriebene Sicherheitsvorrichtungen die selbe ASIC verwendet werden.
Die obige Beschreibung hat auf einen aktiven Bereich und einen nicht gesättigten Bereich eines FET Bezug genommen. Es ist klar, dass die entsprechenden Bereiche eines bipolaren Transistors genauso anwendbar sind. Zum Beispiel kann der nicht gesättigte Bereich eines FET dem gesättigten Bereich eines bipolaren Transistors entsprechen. Ebenso kann der aktive Bereich für den FET dem aktiven oder normalen Betriebsbereich für einen bipolaren Transistor entsprechen.
Die Erfindung, oder mindestens ihre Ausführungen, zielen darauf ab, einen oder mehrere der folgenden Vorteile, einzeln oder in Kombination, zur Verfügung zu stellen:

(i) Die Energieableitung einer Fahrzeugsicherheitsvorrichtungstreiberanordnung kann auf eine preiswertere, robustere Technologie und/oder auf externe Komponenten übertragen werden.
(ii) Die Zahl von externen Komponenten kann verringert werden.
(iii) Es kann eine verbesserte Blockieranordnung mit einer verringerten Leistungsableitung während einer Aktivierung der Fahrzeugsicherheitsvorrichtung erreicht werden.
(iv) Es kann eine höhere Integration erreicht werden.
(v) Die Kosten der Fahrzeugsicherheitsvorrichtungstreiberanordnung können verringert werden.

Die Erfindung kann in jeder beliebigen geeigneten Form implementiert sein. Die Elemente und Komponenten einer Ausführungsform der Erfindung können physikalisch, funktional und logisch in jeder beliebigen Art und Weise implementiert sein. Tatsächlich kann die Funktionalität in einer einzelnen Einheit, in einer Mehrzahl von Einheiten, oder als Teil von anderen funktionalen Einheiten implementiert sein.
Während oben die spezifischen und bevorzugten Implementierungen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, ist klar, dass ein Fachmann auf dem Gebiet leicht Variationen und Modifizierungen solcher erfinderischen Konzepte anwenden kann.
Somit wird der Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch die begleitenden Ansprüche begrenzt. In den Ansprüchen schließt der Ausdruck Umfassen das Vorkommen anderer Elemente oder Schritte nicht aus.

Claims

Treiberanordnung zur Aktivierung eines Fahrzeugsicherheits-Aktivierungselementes (201), wobei die Treiberanordnung umfasst: eine Treiberschaltung (203) zur Kopplung an das Fahrzeugsicherheits-Aktivierungselement (201), die betreibbar ist, um ein Aktivierungssignal zur Aktivierung der Fahrzeugsicherheitsvorrichtung zu erzeugen; einen Stromversorgungstransistor (215), der mit einem Stromversorgungseingang der Treiberschaltung (203) in Reihe geschaltet ist; und dadurch gekennzeichnet ist, dass sie weiterhin umfasst: Steuermittel (217) zur Steuerung der Versorgungsspannung für die Treiberschaltung (203) durch Steuern des Stromversorgungstransistors (215), um in einem aktiven Bereich zu arbeiten, um einen Spannungsabfall während einer Aktivierung des Fahrzeugsicherheits-Aktivierungselementes (201) zur Verfügung zu stellen.
Treiberanordnung gemäß Anspruch 1, wobei der Stromversorgungstransistor (215) ein Safing-Transistor ist.
Treiberanordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Treiberschaltung (203) Strombegrenzungsmittel (205, 209) umfasst, die einen Strom für das Fahrzeugsicherheits-Aktivierungselement (201) während einer Aktivierung des Fahrzeugsicherheits-Aktivierungselementes (201) begrenzt.
Treiberanordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Treiberschaltung (203) einen mit dem Stromversorgungseingang in Reihe geschalteten ersten Treibertransistor (205) und einen ersten Ausgang zur Kopplung an das Fahrzeugsicherheits-Aktivierungselement (201) umfasst.
Treiberanordnung gemäß Anspruch 4, wobei die Treiberschaltung (203) einen zweiten Treibertransistor (207) umfasst, der mit einem zweiten Ausgang zur Kopplung an ein Fahrzeugsicherheits-Aktivierungselement (201) in Reihe geschaltet ist.
Treiberanordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuermittel (217) betreibbar sind, um den Versorgungstransistor (215) zu steuern, so dass der Spannungsabfall für mehr als ein Viertel eines Zeitintervalls, von einer Initiierung des Aktivierungssignals bis zu einer Aktivierung des Fahrzeugsicherheits-Aktivierungselementes, die Hälfte der Versorgungsspannung (201) übersteigt.
Treiberanordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuermittel (217) betreibbar sind, um den Stromversorgungstransistor (215) zu steuern, so dass eine in dem Stromversorgungstransistor (215) während einer Aktivierung verbrauchte Energie eine Energie übersteigt, die während einer Aktivierung in der Treiberschaltung (203) verbraucht wird.
Treiberanordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Spannungsabfall während einer Aktivierung für mindestens 0,5 ms des Aktivierungssignals mehr als fünf Volt beträgt.
Treiberanordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, die weiterhin einen an den Stromversorgungstransistor (215) gekoppelten Kondensator (213) umfasst.
Treiberanordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuermittel (217) betreibbar sind, um den Spannungsabfall während einer Aktivierung des Fahrzeugsicherheits-Aktivierungselementes (201) dynamisch zu steuern.
Treiberanordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuermittel (217) betreibbar sind, um den Spannungsabfall in Reaktion auf einen Aktivierungsstrom des Fahrzeugsicherheits-Aktivierungselementes (201) zu steuern.
Treiberanordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, die weiterhin einen mit dem Stromversorgungstransistor (215) in Reihe geschalteten Rückblockierungsschalttransistor (219) umfasst.
Treiberanordnung gemäß Anspruch 12, wobei der Rückblockierungsschalttransistor (219) für eine Mehrzahl von Spartransistoren gebräuchlich ist.
Integrierte Schaltung, die eine Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst.
Integrierte Schaltung gemäß Anspruch 14, wobei der Stromversorgungstransistor (215) auf einem ersten Chip (403) und die Treiberschaltung auf einem zweiten Chip (401) angeordnet ist.
Integrierte Schaltung gemäß Anspruch 15, wobei der erste Chip (403) und der zweite Chip (401) auf einem gemeinsamen Unterstützungselement (405) befestigt sind.
Integrierte Schaltung gemäß Anspruch 16, wobei das gemeinsame Unterstützungselement (405) Isolationsmittel zwischen dem ersten Chip (403) und dem zweiten Chip (401) umfasst.
Integrierte Schaltung gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei der erste Chip (403) und/oder der zweite Chip (401) durch einen isolierenden Kleber an dem gemeinsamen Unterstützungselement (405) befestigt ist.
Integrierte Schaltung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das erste Plättchen (403) eine Mehrzahl von Safing-Transistoren umfasst.
Integrierte Schaltung gemäß Anspruch 19, wobei die Mehrzahl von Spartransistoren über einen gemeinsamen Drain und eine getrennte Source zur Kopplung an verschiedene Fahrzeugsicherheits-Aktivierungselemente verfügt.
Integrierte Schaltung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der erste Chip (403) einen Rückblockierungsschalttransistor umfasst.
Integrierte Schaltung gemäß Anspruch 21, wobei ein Drain des Rückblockierungsschalttransistors an einen gemeinsamen Drain einer Mehrzahl von Safing-Transistoren angeschlossen ist.
Integrierte Schaltung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei der Stromversorgungstransistor (215) gemäß einer ersten Halbleitertechnologie gebildet wird und die Treiberschaltung (203) mindestens zum Teil gemäß einer anderen Halbleitertechnologie gebildet wird.
Treiberanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, oder integrierte Schaltung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei das Fahrzeugsicherheits-Aktivierungselement (201) ein Airbag-Aktivierungselement ist.
Treiberanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, oder integrierte Schaltung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei der Stromversorgungstransistor (215) ein FET-Transistor ist.
Verfahren zur Aktivierung eines Fahrzeugsicherheits-Aktivierungselementes (201) unter Verwendung einer Treiberanordnung, die umfasst: eine Treiberschaltung (203) zur Kopplung an das Fahrzeugsicherheits-Aktivierungselement (201), die betreibbar ist, um ein Aktivierungssignal zur Aktivierung der Fahrzeugsicherheitsvorrichtung zu erzeugen, und einen Stromversorgungstransistor (215), der mit einem Stromversorgungseingang der Treiberschaltung (203) in Reihe geschaltet ist, wobei das Verfahren durch den folgenden Schritt gekennzeichnet ist: Steuern einer Versorgungsspannung für die Treiberschaltung (203) durch Steuern des Stromversorgungstransistors (215), um in einem aktiven Bereich zu arbeiten, um einen Spannungsabfall während einer Aktivierung des Fahrzeugsicherheits-Aktivierungselementes (201) zur Verfügung zu stellen.