帶有有效開(kāi)關(guān)的電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶有有效開(kāi)關(guān)的電路、一種用于車(chē)輛中的箝位電路的電子開(kāi)關(guān)以及一種帶有至少一個(gè)這樣的開(kāi)關(guān)的車(chē)輛。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，用作負(fù)載(用電器)的開(kāi)關(guān)的功率半導(dǎo)體，特別是諸如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET)等這樣的晶體管，放置在例如車(chē)輛的車(chē)用電網(wǎng)中。例如，這樣的功率半導(dǎo)體作為所謂的高壓側(cè)開(kāi)關(guān)放置在與負(fù)載的電連接中。
[0003]然而在汽車(chē)領(lǐng)域中，借助于繼電器執(zhí)行夾具30 ( S卩，直接來(lái)自電池的正極導(dǎo)線)的接入或斷開(kāi)。在這種情況下，使用繼電器基本上具有如下缺陷:機(jī)械應(yīng)力和因此相對(duì)于功率半導(dǎo)體明顯降低的使用壽命。在繼電器的開(kāi)關(guān)操作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生噪音并且繼電器的激勵(lì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗。
[0004]如果使用工作電流繼電器(還稱(chēng)為閉合繼電器)，那么繼電器在激活情況下(即當(dāng)電流流經(jīng)繼電器的線圈時(shí))關(guān)閉。在該情況下，該關(guān)閉的繼電器在激活模式下不導(dǎo)致車(chē)輛的電池放電，因?yàn)樵撾姵亟?jīng)由車(chē)輛的發(fā)電機(jī)而被再充電。
[0005]反之，如果發(fā)電機(jī)是非激活的，因?yàn)槔畿?chē)輛停放(待用狀態(tài))并且發(fā)動(dòng)機(jī)未運(yùn)轉(zhuǎn)，則利用工作電流繼電器為車(chē)輛的用電器提供能量是有問(wèn)題的，因?yàn)樵谠撉闆r下工作電流繼電器自身也不斷地消耗電能，并且因此電池放電。然而必須越來(lái)越多地給在車(chē)輛的待用狀態(tài)中的不同的用電器(至少有時(shí))供應(yīng)能量，例如用于免鑰匙訪問(wèn)車(chē)輛的訪問(wèn)系統(tǒng)或者無(wú)線鑰匙，或電子停車(chē)制動(dòng)。
[0006]本發(fā)明的目的是避免上述缺陷并且特別地實(shí)現(xiàn):(半導(dǎo)體)開(kāi)關(guān)是能夠激活的，不需要(一定量的)激活電流。此外，本發(fā)明的任務(wù)是提供保護(hù)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和保護(hù)線路的過(guò)流斷路，其中這些過(guò)流斷路不需要(一定量的)激勵(lì)。
[0007]這些任務(wù)根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的特征解決。優(yōu)選實(shí)施例特別地可參考從屬權(quán)利要求。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提出的電路包括:
[0009]串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路包括p型半導(dǎo)體和附加的元件；
[0010]調(diào)節(jié)電路，其中，所述調(diào)節(jié)電路由在所述串聯(lián)電路處下降的電壓供應(yīng)。
[0011]由于p型半導(dǎo)體，本電路能夠利用調(diào)節(jié)電路(幾乎)無(wú)損耗地保持打開(kāi)，并且因此特別合適于給連接的用電器供應(yīng)電能。另一方面調(diào)節(jié)電路使得在通過(guò)P型半導(dǎo)體的電流上升超過(guò)預(yù)定的閾值時(shí)，該P(yáng)型半導(dǎo)體能夠自鎖地關(guān)斷。因此P型半導(dǎo)體適合于高功效地供應(yīng)用電器，其中確保在過(guò)載情況下(電流超過(guò)閾值)防止P型半導(dǎo)體損壞。
[0012]特別地，調(diào)節(jié)電路具有至少一個(gè)輸入端，借助該輸入端，p型半導(dǎo)體能夠轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通的或不導(dǎo)通的。這樣的輸入口例如能夠用于控制電路(例如，以微控制器的形式)。
[0013]改進(jìn)方案是，調(diào)節(jié)電路設(shè)置成使得p型半導(dǎo)體在待用模式下保持接通，直到穿過(guò)p型半導(dǎo)體的電流達(dá)到和/或超過(guò)預(yù)定的閾值。
[0014]另一改進(jìn)方案是，調(diào)節(jié)電路設(shè)置成使得在穿過(guò)p型半導(dǎo)體的電流達(dá)到和/或超過(guò)預(yù)定的閾值之后，P型半導(dǎo)體保持自鎖地切斷。
[0015]特別地，改進(jìn)方案是，附加元件包括下列的至少一個(gè):
[0016]二極管；
[0017]肖特基二極管；
[0018]齊納二極管；
[0019]歐姆電阻。
[0020]另一改進(jìn)方案是，串聯(lián)電路在p型半導(dǎo)體側(cè)與電源線相連接。
[0021]電源線是例如到諸如發(fā)電機(jī)或者電池這樣的電源的正極的導(dǎo)線(正電源線)(例如車(chē)輛的夾具30)。
[0022]此外改進(jìn)方案是，串聯(lián)電路在附加元件側(cè)與到用電器的導(dǎo)線相連接。
[0023]用電器可以是諸如車(chē)輛的任意用電器，該用電器在待用模式期間具有降低的電流需求。
[0024]在另一改進(jìn)方案的框架中，p型半導(dǎo)體包括下列半導(dǎo)體中的至少一個(gè):
[0025]半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)；
[0026]功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)；
[0027]晶體管；
[0028]金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET);
[0029]P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PM0S)；
[0030]絕緣柵雙極型晶體管(IGBT);
[0031]結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET)。
[0032]下一個(gè)改進(jìn)方案在于，調(diào)節(jié)電路布置成與由p型半導(dǎo)體和附加元件組成的串聯(lián)電路并聯(lián)。
[0033]—種設(shè)計(jì)方案是調(diào)節(jié)電路具有半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的操作點(diǎn)能夠經(jīng)由包括至少一個(gè)電阻的電阻網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)。
[0034]替代的實(shí)施例在于，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)是晶體管，特別是諸如pnp晶體管這樣的雙極性晶體管，其中將電阻網(wǎng)絡(luò)的尺寸規(guī)定為使得當(dāng)在由p型半導(dǎo)體和附加元件組成的串聯(lián)電路處的電壓降大于預(yù)定的閾值時(shí)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)將導(dǎo)通，其中P型半導(dǎo)體因此被激勵(lì)成自保持地切斷。
[0035]另一設(shè)計(jì)是，調(diào)節(jié)電路具有溫度補(bǔ)償電路。
[0036]溫度補(bǔ)償電路能夠具有例如包括至少一個(gè)溫控電阻的電阻網(wǎng)絡(luò)。溫度補(bǔ)償電路能夠布置在例如半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的基極與發(fā)射極之間(即在源極與柵極、或者在柵極與放射極之間)。由此，特別地，至少部分地補(bǔ)償了電壓降的溫度相關(guān)性。
[0037]另外的設(shè)計(jì)是，電路包括檢測(cè)電路，該檢測(cè)電路布置成與由p型半導(dǎo)體和附加元件組成的串聯(lián)電路并聯(lián)。
[0038]當(dāng)穿過(guò)p型半導(dǎo)體的電流達(dá)到或超過(guò)預(yù)定的閾值時(shí)，能夠借助于檢測(cè)電路識(shí)別。在這種情況下，檢測(cè)電路能夠提供觸發(fā)信號(hào)，借助于該觸發(fā)信號(hào)，例如喚醒了控制電路(例如，微控制器)，該控制電路激活具有尚電流承載能力的功率開(kāi)關(guān)。
[0039]檢測(cè)電路能夠與調(diào)節(jié)電路類(lèi)似地安裝。檢測(cè)電路還能夠具有溫度補(bǔ)償電路。通過(guò)合適地確定用于調(diào)節(jié)電路或者檢測(cè)電路的電阻網(wǎng)絡(luò)尺寸，能夠確保從穿過(guò)P型半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的特定電流值開(kāi)始
[0040]一一p型半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)自鎖地切斷(在調(diào)節(jié)電路的情況中，通過(guò)調(diào)節(jié)電路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)相應(yīng)地激勵(lì)P型半導(dǎo)體的方式)，或者
[0041]—一將為諸如微控制器提供相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)(在檢測(cè)電路的情況下)。
[0042]有利的是，一方面為p型半導(dǎo)體的切斷，并且另一方面為觸發(fā)信號(hào)使用不同的電流值。
[0043]可選地，還能夠設(shè)計(jì)多個(gè)檢測(cè)電路，檢測(cè)電路根據(jù)電流值(例如通過(guò)各個(gè)半導(dǎo)體的線路確定的電流值)分別具有不同尺寸的電阻網(wǎng)絡(luò)。
[0044]改進(jìn)方案在于，電路具有控制電路，借助該控制電路能夠激勵(lì)電路，使得p型半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換為要么是導(dǎo)通的，要么是不導(dǎo)通的。
[0045]控制電路能夠具有例如至少一個(gè)微控制器。
[0046]另外的設(shè)計(jì)是，p型半導(dǎo)體在待用模式下是導(dǎo)通的。
[0047]另一設(shè)計(jì)是，待用模式是具有多個(gè)用電器的系統(tǒng)的待用模式，其中，電路為系統(tǒng)的待用模式下的至少一個(gè)用電器供應(yīng)電能。
[0048]系統(tǒng)包括車(chē)輛中的電子系統(tǒng)也是可能的。
[0049]上述目的還能夠通過(guò)電子開(kāi)關(guān)解決，該電子開(kāi)關(guān)用于包括如此處描述的至少一個(gè)電路的車(chē)輛中的箝位電路。
[0050]此外，利用帶有至少一個(gè)根據(jù)該實(shí)施例的電子開(kāi)關(guān)的車(chē)輛解決以上任務(wù)。
[0051]上述的本發(fā)明的特性、特征、優(yōu)點(diǎn)以及如何實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方式方法將結(jié)合以下實(shí)施例的示意性描述而更加清楚和明顯，該實(shí)施例參照附圖作進(jìn)一步說(shuō)明。此外，為條理清晰相同或相似的元件提供以相同的標(biāo)記。
【附圖說(shuō)明】
[0052]圖1是實(shí)現(xiàn)用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛中的箝位電路的無(wú)靜態(tài)電流的電子開(kāi)關(guān)的示意性框圖；
[0053]圖2是用于用電器的開(kāi)關(guān)的示例性示意構(gòu)造，用電器包括帶有串聯(lián)連接的肖特基二極管的P型半導(dǎo)體，其中包括pnp晶體管的調(diào)節(jié)電路與該串聯(lián)電路并聯(lián)布置；
[0054]圖3示出圖2所示出的電路布置的補(bǔ)充，其還包括附加的pnp晶體管，用以檢測(cè)通過(guò)P型半導(dǎo)體的附加電流值。
[0055]參考標(biāo)記列表
[0056]101半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)
[0057]102用電器
[0058]103半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)
[0059]104用電器
[0060]105半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)
[0061]106用電器
[0062]107 開(kāi)關(guān)
[0063]108 二極管
[0064]109二極管
[0065]110二極管
[0066]111微控制器
[0067]112控制線
[0068]113控制線
[0069]114控制線
[0070]115控制線
[0071]201接口(例如，與夾具30連接)
[0072]202接口
[0073]203 接口
[0074]204 節(jié)點(diǎn)
[0075]301 接口(觸發(fā)信號(hào))
[0076]ΤΙ p溝道場(chǎng)效應(yīng)管
[0077]T2 pnp 晶體管
[0078]T3 pnp 晶體管
[0079]D1 肖特基二極管
[0080]R1-R15 電阻
【具體實(shí)施方式】
[0081]此處提出使用例如p型半導(dǎo)體的方法，該p型半導(dǎo)體的激勵(lì)不需要電荷栗，并且因此能夠無(wú)線地或無(wú)電流地激勵(lì)。特別地，提出過(guò)電流斷路，用以保護(hù)半導(dǎo)體及可能連接的線路，該過(guò)電流斷路不需要(顯著的)靜態(tài)電流。
[0082]P型半導(dǎo)體例如是半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，特別地，是功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、晶體管、MOSFET、IGBT、JFET等。特別地，電路布置可設(shè)置有上述元件中的至少一個(gè)。
[0083]圖1示出為實(shí)現(xiàn)用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛中的箝位電路的無(wú)靜態(tài)電流電子開(kāi)關(guān)的示意性框圖。
[0084]夾具30(與機(jī)動(dòng)車(chē)輛的電池的正電路的連接件)經(jīng)由半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)101與用電器102連接；經(jīng)由半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)103與用電器104連接；并且經(jīng)由半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)105與用電器106連接。
[0085]半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)101、103和105優(yōu)選地實(shí)施為低阻半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(例如，場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FETs)或FET-級(jí))并且設(shè)計(jì)成用于高電流(例如，在電子停車(chē)制動(dòng)器作為用電器的情況下的 50A)。
[0086]如果車(chē)輛轉(zhuǎn)化為待用模式，則半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)101、103和105斷開(kāi)，因?yàn)樗鼈兙哂休^高的操作電流或驅(qū)動(dòng)電流，并且此外持久地給電池耗電和放電。待用模式可以是，例如，其中車(chē)輛的電動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電機(jī)未激活的模式。在車(chē)輛被/已經(jīng)?？炕蛲７藕螅坏╊A(yù)定的持續(xù)時(shí)間終止，就也可激活待用模式。當(dāng)車(chē)輛被停放不可預(yù)期的時(shí)間并且/或者除了車(chē)輛的電池以外不連接或激活電能源時(shí)，原則上就能夠采用待用模式。
[0087]在待用模式下開(kāi)關(guān)107是激活的。開(kāi)關(guān)