專利名稱：用于電氣負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電路以及包括該電路的電氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于例如感應(yīng)式負(fù)載等電氣負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電路。更具體地，本發(fā)明 涉及一種用于檢測錯(cuò)誤的負(fù)載連接狀態(tài)的方法。
背景技術(shù)：
在汽車領(lǐng)域，供電系統(tǒng)是已知的，其包括多個(gè)部件，例如交流發(fā)電機(jī)、電壓調(diào)節(jié)器、 整流二極管橋以及電池。將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的交流發(fā)電機(jī)具有轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子配備有線圈 和三個(gè)定子，定子配備有其他線圈。轉(zhuǎn)子線圈由功率晶體管和電流來激勵(lì)，由交流發(fā)電機(jī)產(chǎn) 生的電能通過整流橋被提供給汽車的電氣負(fù)載，或恢復(fù)電池的充電狀態(tài)。在驅(qū)動(dòng)汽車的其 它感應(yīng)式類型的負(fù)載(如減速電機(jī))中，H橋電路的使用是公知的。在這種類型的驅(qū)動(dòng)中，可能發(fā)生不期望的狀態(tài)，即負(fù)載線圈被錯(cuò)誤連接到相關(guān)的 驅(qū)動(dòng)電路或者甚至被從其斷開，從而會(huì)危及到電池的充電或提供給汽車的負(fù)載。這樣的狀 態(tài)被稱作為“開路負(fù)載”(open load)，其對(duì)應(yīng)于涉及該線圈的電流為零或者遠(yuǎn)低于正常值 的情況。已知存在兩種開路負(fù)載狀態(tài)的診斷方法。根據(jù)第一種方法，開路負(fù)載狀態(tài)的測量 通過使用感測電阻器和運(yùn)算放大器來直接檢測負(fù)載的電流。根據(jù)另一種間接測量方法，通過采用電流鏡和附加驅(qū)動(dòng)電路來執(zhí)行對(duì)負(fù)載中電流 的估計(jì)，其中該附加驅(qū)動(dòng)電路是實(shí)際驅(qū)動(dòng)該負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電路的拷貝。

發(fā)明內(nèi)容
申請人:已經(jīng)觀察到，現(xiàn)有技術(shù)中用于檢測錯(cuò)誤連接的負(fù)載狀態(tài)的方法不能令人滿 意，這歸因于在電路中引入的附加泄漏及其實(shí)現(xiàn)所需的電路復(fù)雜性二者。本發(fā)明的目的是提供一種用于電氣負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電路，其能夠檢測錯(cuò)誤連接的負(fù)載 狀態(tài)，其足夠精確并且不會(huì)在電路的復(fù)雜性和/或泄漏方面產(chǎn)生不良的影響。本發(fā)明的目的通過如所附權(quán)利要求1限定的驅(qū)動(dòng)電路以及在權(quán)利要求2到13中 公開的其優(yōu)選實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明另一目的是提供一種如權(quán)利要求13中描述的包括負(fù)載和驅(qū)動(dòng)電路的電系 統(tǒng)，以及權(quán)利要求14到16中限定的其優(yōu)選實(shí)施例。


通過參考附圖，通過下面以示例方式提供的優(yōu)選實(shí)施例及其變形方式的描述，本 發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加明顯，其中圖1示意性地示出了包括驅(qū)動(dòng)電路和交流發(fā)電機(jī)的供電系統(tǒng)的示例；圖2示意性地示出了所述驅(qū)動(dòng)電路的第一實(shí)施方式；圖3示出了所述驅(qū)動(dòng)電路在所述負(fù)載被正確連接的狀態(tài)下的電壓、電流和數(shù)字信 號(hào)的趨勢；
圖4示出了所述驅(qū)動(dòng)電路在所述負(fù)載被錯(cuò)誤連接的狀態(tài)下的電壓、電流和數(shù)字信 號(hào)的趨勢；圖5示出了表示所述系統(tǒng)的操作方法的流程圖；圖6示出了圖2中驅(qū)動(dòng)電路等效電路的電壓_電流曲線；圖7示出了圖6中曲線涉及的等效電子電路；圖8示出了該驅(qū)動(dòng)電路的第二實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式圖1示意性地示出了用于例如汽車的電源系統(tǒng)500的示例，其包括交流發(fā)電機(jī) ALT、交流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器AVR、電池BATT以及邏輯塊DG-B。電壓調(diào)節(jié)器AVR的節(jié)點(diǎn)EX至少可連接電氣負(fù)載LD，并且另一端連接到接地端 GND。根據(jù)一個(gè)示例，負(fù)載LD是交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子ALT的線圈，其通過皮帶輪(未示出)連接 到汽車的引擎。根據(jù)例如三相配置結(jié)構(gòu)，交流發(fā)電機(jī)ALT還具有三個(gè)定子線圈501。電池BATT可以提供電壓V(BPLUS)，并且汽車上諸如起動(dòng)器、汽車后窗除霜電阻 器、前燈等其它電氣負(fù)載可連接到該電池。電壓調(diào)節(jié)器AVR包括轉(zhuǎn)子線圈LD的驅(qū)動(dòng)電路100、參考電壓產(chǎn)生電路REF-G、電壓 調(diào)節(jié)塊REG-B以及如電壓比較器和充電泵電路其它塊，由于這些塊對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來 說是公知的，因此沒有示出。邏輯塊DG-B可將適當(dāng)?shù)男盘?hào)傳送到電壓調(diào)節(jié)器AVR，以執(zhí)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)策略。這 樣的邏輯塊DG-B具有輸入COM，用于驅(qū)動(dòng)來自例如汽車控制面板(未示出)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其 中汽車控制面板通常是例如ECU(電子控制單元)。此外，邏輯塊DG-B具有用于異常檢測信號(hào)的輸出線，以使得例如燈LMP在汽車儀 表盤上發(fā)光。在操作電源系統(tǒng)500時(shí)，交流發(fā)電機(jī)ALT將汽車主引擎的機(jī)械能變換為用于電池 BATT的充電電能。電壓調(diào)節(jié)器AVR允許提供合適的電壓值以及轉(zhuǎn)子線圈的激勵(lì)電流，從而 使得電池BATT被充電。有利地，如下面清楚地描述的那樣，電源系統(tǒng)500能夠檢測負(fù)載LD沒有被正確連 接到節(jié)點(diǎn)EX的狀態(tài)。實(shí)踐中，這種狀態(tài)(此后也稱作“開路負(fù)載”)可對(duì)應(yīng)于其上安裝有負(fù) 載LD線圈的轉(zhuǎn)子的故障，或者對(duì)應(yīng)于負(fù)載LD與節(jié)點(diǎn)EX的連接的退化或脫落?，F(xiàn)在參考圖2，其示出了轉(zhuǎn)子線圈LD的驅(qū)動(dòng)電路100的第一實(shí)施方式。驅(qū)動(dòng)電路 100包括可切換的功率電子器件PD，以及包括電流產(chǎn)生器I和電壓比較器CP的診斷塊300。 優(yōu)選地，診斷塊300還具有電子器件D，例如為二極管。驅(qū)動(dòng)電路100外部的負(fù)載LD轉(zhuǎn)子線圈借助于與理想電感器Lrail串聯(lián)理想電阻器 Rcoil而示意性地示出。電阻器Rrail具有連接到節(jié)點(diǎn)EX的第一端，以及連接到電感器Lrail — 端的另一端，電感器Lrail具有連接到接地端GND的第二端。根據(jù)圖2的示例，可切換的功率電子器件PD是功率晶體管，具體地，是MOSFET(金 屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。圖2所示的特定晶體管PD為改進(jìn)η溝道型，并包括柵極 端G1、連接到節(jié)點(diǎn)EX的源極端Si、和連接到電池BATT —端的漏極端D1，該電池BATT用于 提供電壓(VBPLUS)。根據(jù)特定的實(shí)施方式，晶體管PD為η溝道DMOS (雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體)型功率晶體管。存在與功率晶體管PD相關(guān)聯(lián)的相關(guān)寄生二極管Dpd，其連接在源極Sl與漏極Dl之 間。特別地，晶體管PD可被去激活(即，關(guān)斷)，這將使源極端Sl與漏極端Dl之間的電勢
差為零。如從圖2中明顯看出，根據(jù)這個(gè)示例，功率晶體管PD屬于高側(cè)配置，因此，其連接 在電池BATT端子與第一負(fù)載端子LD之間，而第二負(fù)載端子LD持久地連接到接地端GND。 備選地，功率晶體管PD可以按照低側(cè)配置連接到負(fù)載LD。根據(jù)本示例，功率晶體管PD進(jìn)行切換，即，其利用PWM(脈寬調(diào)制)控制執(zhí)行從導(dǎo) 通(活躍)到阻斷(不活躍)的轉(zhuǎn)換。這能夠改變涉及負(fù)載LD的電流的強(qiáng)度。驅(qū)動(dòng)電路100具有驅(qū)動(dòng)控制器2 (PWMDC)，其能夠提供驅(qū)動(dòng)電壓(V (GatePD))，并且 按照該示例能夠按照PWM模式進(jìn)行操作。特別地，驅(qū)動(dòng)電壓(V(GatePD))被提供給連接到功 率晶體管PD柵極端Gl的第一輸出電線。此外，得益于連接線11，驅(qū)動(dòng)控制器2可以測量節(jié) 點(diǎn)EX中的激勵(lì)電壓(V(EX))，以正確地計(jì)算期望的調(diào)節(jié)策略所需要的驅(qū)動(dòng)電壓V(GatePD)。這樣的驅(qū)動(dòng)控制器2被連接到供電端3，該供電端3被提供以電源電壓V(BPLUS)， 例如可保證功率晶體管PD在飽和區(qū)域中的正確驅(qū)動(dòng)的過電壓Vw。驅(qū)動(dòng)電路2被驅(qū)動(dòng)至由優(yōu)選地包括在圖1所示的邏輯塊DG-B中的數(shù)字控制模塊 7 (NBS)所生成的驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB。例如，驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB可采用高邏輯值和低邏輯值，使得驅(qū)動(dòng)控制器2分別生 成驅(qū)動(dòng)電壓V (GateP)的高值或低值。特別地，根據(jù)一個(gè)控制策略，驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB是 具有特定頻率Fex和可變占空比的PWM信號(hào)。如公知的，占空比是“高”值信號(hào)持續(xù)時(shí)間與 信號(hào)總周期的關(guān)系，其用于表示信號(hào)處于高電平(“高”意味著活躍電平)時(shí)的周期的部分 的范圍?，F(xiàn)在參考檢測塊300。電流產(chǎn)生器I被連接在節(jié)點(diǎn)EX與電池BATT之間，其例如是 數(shù)控電流產(chǎn)生器，包括用于接收控制數(shù)字信號(hào)DAT的控制端1。例如，電流產(chǎn)生器I能夠至少在功率晶體管PD被去激活時(shí)生成電流。特別地，電流 產(chǎn)生器I能夠在控制數(shù)字信號(hào)DAT (DAT= 1)為高電平時(shí)被啟用，而在該信號(hào)為低電平(DAT =0)時(shí)被禁用。根據(jù)圖2的實(shí)施方式，電子器件D為p-n結(jié)二極管，其具有連接到接地端的正極Ad 以及連接到節(jié)點(diǎn)EX的負(fù)極Cd。這樣，根據(jù)從節(jié)點(diǎn)EX獲得的電壓，二極管D在阻斷和導(dǎo)通之 間切換?，F(xiàn)在考慮電壓比較器CP，其具有連接到節(jié)點(diǎn)EX的非反相端“ + ”和反相端“_”，從 而接收參考電壓V(REF)并具有偏置電壓Vtw,CMP。電壓比較器CP還包括用于比較信號(hào)RESETN的輸出端，根據(jù)激勵(lì)電壓V(EX)與參 考電壓V(REF)的比較結(jié)果，比較信號(hào)RESETN可在高電平和低電平之間切換。具體地，當(dāng)激 勵(lì)電壓V(EX)低于參考電壓V(REF)時(shí)，比較信號(hào)RESETN呈低電平值。電壓比較器CP可以 包括例如運(yùn)算放大器，其可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的類型。此外，診斷塊300具有異步順序邏輯存儲(chǔ)器器件5，特別地，例如鎖存器。該特定鎖 存器5被示出為SR型，并且其具有兩個(gè)NAND (與非)門具有輸出Q的第一門Ndl和具有 否輸出QN的第二門Nd2。第二門Nd2接收輸入比較信號(hào)RESETN和輸出Q。第一門Ndl接收
6輸入否輸出QN，并且連接到提供反相信號(hào)SETN的反相緩沖器Iv。第一門Ndl的輸出Q連 接到非反相緩沖器Bf，Bf的輸出提供控制數(shù)字信號(hào)DAT，其繼而連接到反相緩沖器Iv的輸 入。鎖存器5將比較信號(hào)RESETN與驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB相結(jié)合，得到控制數(shù)字信號(hào)DAT。診斷塊300還具有同步存儲(chǔ)器器件6，例如D型觸發(fā)器，其例如具有同步輸入Ck和 輸入Dff，適于接收控制數(shù)字信號(hào)DAT。觸發(fā)器6的輸出Qff提供檢測信號(hào)R0T0PEN，其邏輯電平可在兩個(gè)值之間切換，從 而指示發(fā)生了開路負(fù)載狀況，即負(fù)載LD與節(jié)點(diǎn)EX的錯(cuò)誤連接。例如，如下文所述，保持在 高邏輯值的檢測信號(hào)R0T0PEN表示負(fù)載LD的錯(cuò)誤連接。根據(jù)這個(gè)示例，檢測信號(hào)R0T0PEN 對(duì)應(yīng)于如觸發(fā)器6獲得的控制數(shù)字信號(hào)DAT。根據(jù)示出的示例將會(huì)觀察到，驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB使觸發(fā)器6同步，因?yàn)槠渑c同步 輸入Ck有關(guān)。備選地，觸發(fā)器6可由也處于頻率Fex處或者具有Fex倍數(shù)的頻率的不同信號(hào) 來定時(shí)。下面，將公開驅(qū)動(dòng)電路100在兩個(gè)不同操作狀態(tài)下操作的示例正確連接的負(fù)載 LD的狀態(tài)，以及負(fù)載LD錯(cuò)誤連接到節(jié)點(diǎn)EX的狀態(tài)。參考圖3，其示出了當(dāng)負(fù)載LD正確連接到第一節(jié)點(diǎn)EX時(shí)的狀態(tài)的電壓、電流和數(shù) 字信號(hào)的趨勢圖。最初，檢測信號(hào)R0T0PEN被置于高電平(例如，等于1)。驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB的上 升沿使得反相緩沖器Iv返回反相信號(hào)SETN的下降沿(圖3中的箭頭1)。在這種情況下， 功率晶體管PD是活躍的，并且負(fù)載LD的電感器Lrail吸收電激勵(lì)電流Iamt5考慮到比較信號(hào)RESETN最初為高電平，反相信號(hào)SETN的下降沿使鎖存器5產(chǎn)生 高電平的控制數(shù)字信號(hào)DAT (圖3中的箭頭2)?？刂茢?shù)字信號(hào)DAT的這種高電平使電流產(chǎn) 生器I導(dǎo)通，其產(chǎn)生電流Ι。ρεη。驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB隨后的下降沿致使驅(qū)動(dòng)控制器2設(shè)置驅(qū)動(dòng)電壓V (GatePD)，從 而去激活(即，關(guān)斷)功率晶體管PD。由于負(fù)載LD正確連接到節(jié)點(diǎn)ΕΧ，在其中累積的激勵(lì)電流不會(huì)立刻達(dá)到零，而是在 包括負(fù)載LD、節(jié)點(diǎn)ΕΧ、二極管D和接地端GND的網(wǎng)格內(nèi)循環(huán)。在這種狀態(tài)下，二極管D是導(dǎo) 通的。這意味著，節(jié)點(diǎn)EX上的激勵(lì)電壓V(EX)降低，穿過施加于比較器CP的參考電壓 V (REF)(即，降至參考電壓之下)(圖3中的箭頭3)。節(jié)點(diǎn)EX的激勵(lì)電壓V(EX)向下與參考電壓V(REF)交叉使得比較信號(hào)RESETN向 下切換，出現(xiàn)下降沿(圖3中的箭頭4)。比較信號(hào)RESETN的下降沿使得鎖存器5產(chǎn)生低電平控制數(shù)字信號(hào)DAT (圖3中的 箭頭5)。這導(dǎo)致(DAT = 0)電流產(chǎn)生器I被該電流產(chǎn)生禁用。驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB隨后的上升沿(圖3中的箭頭6)使得觸發(fā)器6獲得控制 數(shù)字信號(hào)DAT的電平切換(向低電平)，致使觸發(fā)器6進(jìn)行切換，其產(chǎn)生低電平檢測信號(hào) R0T0PEN( = 0)，指示負(fù)載LD正確連接到節(jié)點(diǎn)EX。實(shí)際上，執(zhí)行了由邏輯塊DG_B(圖1)對(duì)檢測信號(hào)R0T0PEN所呈現(xiàn)的值的讀取，然 而只是在驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB (圖3中的箭頭6)的每個(gè)沿處(如上升沿)。特別地，優(yōu)選地 在根據(jù)R0T0PEN信號(hào)本身從0到1的變化而估算的確認(rèn)時(shí)間Iotf之后，由邏輯塊DG-B進(jìn)行是否點(diǎn)亮燈LMP的決策，以作為狀態(tài)R0T0PEN = 1的檢測的結(jié)果。根據(jù)公開的示例，觸發(fā)器6利用獲取頻率Fex來定時(shí)，該頻率Fex與TEX的脈寬定時(shí) 的對(duì)應(yīng)關(guān)系為Fex= (Tex)^10確認(rèn)時(shí)間為Tex時(shí)間脈沖持續(xù)時(shí)間的倍數(shù)。因此，根據(jù)這 里描述的情況，低電平檢測信號(hào)R0T0PEN被讀取(然而，檢測信號(hào)R0T0PEN保持在值1的時(shí) 間不會(huì)長于確認(rèn)時(shí)間Ttonf)，并且無需點(diǎn)亮圖1中的燈LAMP。錯(cuò)誤連接的負(fù)載LD參考圖4，公開了驅(qū)動(dòng)電路100在負(fù)載LD被錯(cuò)誤連接到節(jié)點(diǎn)EX的狀態(tài)下的操作。 從類似于之前狀態(tài)的狀態(tài)開始討論。最初，檢測信號(hào)R0T0PEN置于高電平。驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB的上升沿使得反相緩 沖器Iv返回反相信號(hào)SETN(圖4中的箭頭1)的下降沿。在這種情況下，功率晶體管PD是 活躍的，并且負(fù)載LD的電感器Lrail吸收電流Irail。反相信號(hào)SETN的下降沿使得鎖存器5產(chǎn)生高電平控制數(shù)字信號(hào)DAT(圖3中的箭 頭2)?？刂茢?shù)字信號(hào)DAT的高電平保持電流產(chǎn)生器I被啟用。驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB隨后的下降沿穿過第一電壓信號(hào)V(GatePD)，去激活功率晶 體管PD，導(dǎo)致柵極Gl與源極Sl之間的電勢差為零。由于負(fù)載LD沒有正確連接到節(jié)點(diǎn)EX，其電流例如等于或低于由電流產(chǎn)生器I產(chǎn)生 的電流I。pm。在這種情況下，負(fù)載LD的電流被電流產(chǎn)生器I本身吸收，并且也連接到節(jié)點(diǎn) EX的二極管D支路不會(huì)有任何的電流。換句話說，二極管D被反相極化。因此，節(jié)點(diǎn)EX上 的電壓V(EX)不會(huì)下降，并且不會(huì)變?yōu)榈陀趨⒖茧妷篤(REF)(圖4中箭頭3)。節(jié)點(diǎn)EX的電壓V(EX)未與參考電壓V(REF)交叉使得比較信號(hào)RESETN不發(fā)生切 換并保持在高電平(圖4中箭頭4)，特別地，保持驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB的較多脈沖或幀。保持在高電平的比較信號(hào)RESETN使得鎖存器5產(chǎn)生控制數(shù)字信號(hào)DAT，其保持在 高電平(圖4中箭頭5)，從而保持電流產(chǎn)生器I被啟用。驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB隨后的下降沿使得觸發(fā)器6獲得保持高電平檢測信號(hào) R0T0PEN的控制數(shù)字信號(hào)DAT的電平。因此，也是在已經(jīng)定義的確認(rèn)時(shí)間Totf之后，檢測信號(hào)R0T0PEN被重新確認(rèn)為高電 平，從而指示負(fù)載LD錯(cuò)誤連接到第一節(jié)點(diǎn)EX。在這種情況下，提供給邏輯塊DG-B的檢測信號(hào)R0T0PEN使得后者驅(qū)動(dòng)燈LMP被點(diǎn) 亮，從而警告使用者發(fā)生了異常情況?？梢杂^察到，減去到二極管D的電流的電流產(chǎn)生器I允許設(shè)定負(fù)載LD正確連接或 錯(cuò)誤連接狀態(tài)的檢測閾值。實(shí)際上，根據(jù)該示例，如果負(fù)載LD中的電流高于或等于I。pm，會(huì) 檢測到正確的連接狀態(tài)。另一方面，如果負(fù)載LD中的電流小于I。pm，會(huì)檢測到錯(cuò)誤的連接 狀態(tài)。通過調(diào)整電流I。pm，可根據(jù)特定的需求來改變該閾值。描述的示例涉及這樣一種狀 況，即其中PWM電壓信號(hào)V(GatePD)具有小于100%的占空比DC或滿-空比率。根據(jù)另一個(gè)可能的實(shí)施方式，數(shù)字級(jí)7采用調(diào)節(jié)策略，驅(qū)動(dòng)控制器2可以根據(jù)該調(diào) 節(jié)策略產(chǎn)生具有等于100%的占空比DC或滿-空比率的第一 PWM電壓信號(hào)V(GatePD)。在這種情況下，涉及到負(fù)載LD的電流Itjil會(huì)在驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB脈沖的整個(gè)持 續(xù)時(shí)間Tex流動(dòng)，并且這種狀態(tài)可以在信號(hào)FDENB本身的多個(gè)脈沖上保持。如果錯(cuò)誤連接的負(fù)載狀態(tài)恰好發(fā)生在占空比DC = 100%的一系列脈沖期間，則這
8樣的狀況(DC = 100% )將導(dǎo)致無法檢測到錯(cuò)誤連接的負(fù)載狀態(tài)。在觸發(fā)器6以頻率Fex或 其倍數(shù)來定時(shí)的情況下，驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB的連續(xù)高電平脈沖的出現(xiàn)將會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤連接 的負(fù)載狀態(tài)的誤檢，因?yàn)檫@樣的觸發(fā)器6將會(huì)在等于或小于確認(rèn)時(shí)間TraF的時(shí)間內(nèi)獲得檢 測信號(hào)R0T0PEN的可能的變化電平(從1到0)。有利地，通過采用一種方法可以避免這些問題的產(chǎn)生，該方法可由數(shù)字單元7來 實(shí)現(xiàn)，下面參考示出流程圖200的圖5公開了該方法的一個(gè)示例。根據(jù)該方法200，在初始 步驟201 (開始)中定義以下量值-預(yù)設(shè)整數(shù)N；-確認(rèn)時(shí)間Tconf;-驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB(即，觸發(fā)器6的同步信號(hào)和驅(qū)動(dòng)控制器2命令)的頻率Fex 和持續(xù)時(shí)間Tex ；-預(yù)選擇的占空比DCkq的值。在初始步驟202，迭代索引i被設(shè)為等于0，并且在計(jì)算步驟203中估計(jì)占空比DC， 可通過調(diào)整策略來實(shí)施該占空比DC。在驗(yàn)證步驟204，驗(yàn)證估計(jì)的占空比DC是否等于或小 于 100% .在占空比值小于100%的情況下(圖5中分支N)，方法200提供設(shè)定步驟205，其 中恰好選擇估計(jì)值DC作為要應(yīng)用的占空比DCex。如果來自驗(yàn)證步驟204的估計(jì)占空比DC的值等于100%時(shí)(分支Y，步驟204)，進(jìn) 行到?jīng)Q策步驟206。在決策步驟206中，將表示為整數(shù)N與迭代次數(shù)的乘積的經(jīng)過時(shí)間與關(guān) 于驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB的持續(xù)時(shí)間1/Fex而估計(jì)的確認(rèn)時(shí)間TraF的部分進(jìn)行比較。如果等于N(i+1)的經(jīng)過時(shí)間沒有大于或等于(分支“否”，步驟206)確認(rèn)時(shí)
與驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)的頻率Fex之間的比較結(jié)果，則設(shè)置索引i+Ι作為索引1(步驟207)，并且 通過在步驟208中使用估計(jì)的占空比DC的值來繼續(xù)所描述的檢測方法。此外，其利用迭代 來進(jìn)行，再次從計(jì)算占空比203的步驟開始。在數(shù)值N(i+1)大于或等于確認(rèn)時(shí)間Totf與頻率Fex之間的乘積的迭代中(步驟 206中的分支“是”)，進(jìn)行到重置步驟209。在此步驟209中，施加占空比DCkq的最大預(yù)設(shè) 值，其結(jié)果近似、但低于整個(gè)100%，其繼而被施加直到該檢測方法的結(jié)束210 (結(jié)束)。根據(jù)一個(gè)示例，預(yù)設(shè)的占空比值為97%。根據(jù)公開的方法，其上應(yīng)用有預(yù)設(shè)占空比 DCeo的驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)FDENB的幀(或脈沖)的數(shù)目由下式子給出
其中函數(shù)[X]代表不超過X的最大整數(shù)值。然后，這樣的方法200每過TraF/N便引入驅(qū)動(dòng)數(shù)字信號(hào)FDENB的下降沿，并且信號(hào) FDENB本身在等于(1-0. 01*DCeo)/Fex的時(shí)間內(nèi)保持為低電平(干擾脈沖)。下面，將參考圖6和圖7公開用于選擇參考電壓V(REF)的模式的一個(gè)示例。圖7示出了在結(jié)構(gòu)上等效于驅(qū)動(dòng)電路100的電路，其中功率晶體管PD被去激活 并且具有相關(guān)的寄生二極管Dpd，并且電流產(chǎn)生器I被啟用(DAT = 1)并且具有寄生二極管 仏。與電流產(chǎn)生器I相關(guān)聯(lián)的寄生二極管D1和與功率晶體管PD相關(guān)聯(lián)的寄生二極管Dpd的 并聯(lián)形成了具有由Vdx,。 表示的閾值電壓的電部件，而二極管D的閾值電壓由VD,。n表示。與 電流產(chǎn)生器I相關(guān)聯(lián)的還有大信號(hào)的輸出電阻，表示為
例如，考慮以下情況電流產(chǎn)生器I通過包括輸出晶體管的集成電路來實(shí)現(xiàn)，其要 求最小電壓V1,-以便在飽和區(qū)域中操作。在這種情況下，電流產(chǎn)生器I在其端部處的電壓 V1 (等于功率晶體管的端部處的電壓V(PD))超過該最小電壓V1,-時(shí)將退出該禁用區(qū)域。因此，在施加上文與電流產(chǎn)生器I有關(guān)的限制的情況下，比較器CP的參考電壓 V(REF)滿足以下關(guān)系 0 < V(REF) <= V(REF，max) = V(BPUS)-Vljmin, Voff,cmp其中電壓￥。 ,_是比較器0 的偏置電壓。圖6示出了圖7中的等效電路在節(jié)點(diǎn)EX處的特征電壓V(EX)和電流I (EX)，并在 該曲線上示出了選擇參考電壓V(REF)的允許范圍Allw-RNG。圖6中曲線的直線段的斜率 等于上文定義的輸出電阻R^t?，F(xiàn)在參考另一實(shí)施方式，其中例如負(fù)載需要驅(qū)動(dòng)，還要求電流方向的反向。
圖8示出了另一驅(qū)動(dòng)電路400，其包括由H橋電路450來實(shí)現(xiàn)的功率器件。 根據(jù)一個(gè)示例，除了驅(qū)動(dòng)電路100之外，驅(qū)動(dòng)電路400也可被包括在電源系統(tǒng)500中，并且 其可由圖1中的邏輯塊DG-B來管理。H橋電路450包括第一高晶體管DMOSl，其插入在電池BATT與第一激勵(lì)節(jié)點(diǎn)EXl 之間，以及第二高晶體管DM0S2，其插入在電池BATT與第二激勵(lì)節(jié)點(diǎn)EX2之間。H橋電路450包括第一低晶體管DM0S3，其連接在第一激勵(lì)節(jié)點(diǎn)EXl與接地端GND 之間，以及第二低晶體管DM0S4，其連接在第二激勵(lì)節(jié)點(diǎn)EX2與接地端GND之間。H橋電路450的每個(gè)晶體管DM0S1、DM0S2、DM0S3和DM0S4 (作為DMOS晶體管的一 個(gè)示例)與相關(guān)的寄生二極管D1、D2、D3和D4(連接在相應(yīng)的源極端和漏極端之間)相關(guān) 聯(lián)。每個(gè)晶體管DMOSl、DM0S2、DM0S3和DM0S4具有相關(guān)的柵極端GT1、GT2、GT3和GT4。在第一激勵(lì)節(jié)點(diǎn)EXl與第二激勵(lì)節(jié)點(diǎn)EX2之間，連接有待驅(qū)動(dòng)的負(fù)載LD1，例如電 機(jī)轉(zhuǎn)子線圈，其可由電感器串聯(lián)的電阻器示意性地描繪。例如，參考汽車領(lǐng)域，另一這樣的待驅(qū)動(dòng)負(fù)載LDl可包括油門的電機(jī)、任意DC電 機(jī)、用于EGR閥(廢氣循環(huán))的電機(jī)、任意的分檔器電機(jī)(例如由兩個(gè)H橋電路驅(qū)動(dòng))或用 于司機(jī)的車廂通風(fēng)(渦流擺動(dòng))的電機(jī)。此外，該另一電路400具有診斷塊，其包括另一電流產(chǎn)生器Il以及另一比較器 CPl，該比較器CPl具有連接到接地端GND的反相輸入以及連接到第一激勵(lì)節(jié)點(diǎn)EXl的非反 相輸入。由該另一電流產(chǎn)生器Il產(chǎn)生的電流等于與涉及另一負(fù)載LDl的電流相對(duì)應(yīng)的預(yù) 設(shè)電流，其在錯(cuò)誤調(diào)節(jié)的狀態(tài)下被選作參考狀態(tài)。另一比較器CPl例如這樣來配置當(dāng)?shù)谝还?jié)點(diǎn)EXl處的電壓高于施加于其反相端 的接地電壓時(shí)，比較器CPl進(jìn)行切換。通過施加高電平或低電平電壓到晶體管DMOS1-DM0S4的柵極端GT1-GT4，H橋電路 450可按照PWM模式來驅(qū)動(dòng)。在PWM信號(hào)等于1的情況下，結(jié)果是第一晶體管DMOSl和第四晶體管DM0S4活躍 (即開通)，而第二晶體管DM0S2和第三晶體管DM0S3不活躍(即關(guān)斷)。另一負(fù)載LDl在 第一節(jié)點(diǎn)EXl處具有與電池BATT近似相同的電壓，并且在第二節(jié)點(diǎn)EX2處具有與接地端 GND近似相同的電壓。在這種狀態(tài)下，如果該另一負(fù)載LDl被正確連接到第一節(jié)點(diǎn)EX1，則這種負(fù)載LDl中包括的電感器的激勵(lì)電流將增加。在表示為再循環(huán)配置的另一配置中，僅使第四晶體管DM0S4有效，并且與第三晶 體管DM0S3相關(guān)聯(lián)的寄生二極管D3的存在也被納入考慮。如果另一負(fù)載LDl被正確連接 到第一節(jié)點(diǎn)EX1，則電流在這種負(fù)載LDl中和寄生二極管D3中流動(dòng)，這導(dǎo)致直接極化。在這 種情況下，第一節(jié)點(diǎn)EXl的電壓下降，繼而在該另一比較器CPl的輸出處不會(huì)發(fā)生切換。在 這種情況下，涉及該另一負(fù)載LDl的電流大于由另一產(chǎn)生器Il所產(chǎn)生的電流。還是在再循環(huán)配置中，如果另一負(fù)載LDl偶然被錯(cuò)誤連接到第一節(jié)點(diǎn)EX1，則在該 負(fù)載中，流動(dòng)的電流將小于由另一產(chǎn)生器Ii所產(chǎn)生的電流。在這種情況下，在寄生二極管 D3中沒有電流流動(dòng)，這使得其被反相極化。然后，第一節(jié)點(diǎn)EXl處的電壓呈現(xiàn)高于接地信號(hào) 值的值，從而致使另一比較器CPl進(jìn)行切換。去往另一比較器CPl的輸出診斷信號(hào)OPLOD 所呈現(xiàn)的電平(高或低)將指示發(fā)生了切換。為了檢測該另一負(fù)載與第二節(jié)點(diǎn)EX2的錯(cuò)誤 連接狀態(tài)，可使用連接到所述第二節(jié)點(diǎn)EX2的其他比較器和其他電流產(chǎn)生器，如參考第一 節(jié)點(diǎn)EXl所公開的類似。例如，再次參考圖2，需要注意的是，根據(jù)其他實(shí)施方式，待驅(qū)動(dòng)的負(fù)載LD可以是 阻抗型的而不是感應(yīng)型的。在這種情況下，無需采用二極管D，并且其將被省略。如果阻抗負(fù)載被正確連接到節(jié)點(diǎn)EX，則在關(guān)斷功率晶體管PD之后，電壓V(EX)相 對(duì)于參考電壓V(REF)而言將會(huì)發(fā)生(歸因于負(fù)載本身中流動(dòng)的電流)突降(通過將負(fù)載 阻抗納入考慮而確定)，這使得控制數(shù)字信號(hào)DAT轉(zhuǎn)換為低電平，從而禁用電流產(chǎn)生器I。如果阻抗負(fù)載被錯(cuò)誤連接到節(jié)點(diǎn)EX，則在關(guān)斷功率晶體管之后，電壓V(EX)相對(duì) 于參考電壓V(REF)不會(huì)發(fā)生下降，從而將控制數(shù)字信號(hào)DAT保持在高電平，這將會(huì)維持電 流產(chǎn)生器I啟用。這種考慮對(duì)于圖8中的驅(qū)動(dòng)電路400同樣成立?？梢杂^察到，這里公開的教導(dǎo)也可應(yīng)用于其他領(lǐng)域，而不僅僅是汽車領(lǐng)域。特別 地，這里公開的診斷技術(shù)可應(yīng)用于多種驅(qū)動(dòng)電路中，其中利用不影響診斷本身的頻率(例 如，高達(dá)約20KHZ)來進(jìn)行負(fù)載驅(qū)動(dòng)。上面描述的驅(qū)動(dòng)電路也可被集成到半導(dǎo)體芯片中，如硅芯片。上面公開的實(shí)施方式具有多種優(yōu)點(diǎn)。特別地，錯(cuò)誤連接的負(fù)載狀態(tài)的診斷是精確 的，并且在公開的任意實(shí)施方式中，不會(huì)導(dǎo)致該電路過于復(fù)雜，也不會(huì)導(dǎo)致泄漏的過度增 加。這里公開的實(shí)施方式不會(huì)干擾(例如，使其降級(jí))驅(qū)動(dòng)電路的正常操作，并且不會(huì) 對(duì)這里使用的多個(gè)電路單元提供過多的限制性操作約束。調(diào)整由電流產(chǎn)生器I和Ii所產(chǎn) 生的電流值的可能性允許精確地定義錯(cuò)誤連接狀態(tài)(開路負(fù)載)，從而將非理想電路納入
^慮O更特別的優(yōu)點(diǎn)還在于，所公開的電路還可使用等于100%的占空比。
1權(quán)利要求
一種驅(qū)動(dòng)電路(100；400)，包括節(jié)點(diǎn)(EX；EX1)，其可連接到待驅(qū)動(dòng)的負(fù)載(LD；LD1)；功率器件(PD；450，DMOS1)，其在激活與去激活之間是可切換的，并且具有連接到所述節(jié)點(diǎn)的第一端；其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電路還包括電流產(chǎn)生器(I；I1)，其具有連接到所述節(jié)點(diǎn)的輸出，并且至少可在所述功率器件被去激活時(shí)啟用以產(chǎn)生電流；所述節(jié)點(diǎn)的電壓(V(EX))與參考電壓(V(REF))的比較器(CP；CP1)，配置用于獲得比較信號(hào)(RESETN；OPLOD)，其中所述負(fù)載與所述節(jié)點(diǎn)的不同電連接狀態(tài)根據(jù)所述比較信號(hào)來檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路(100；400)，還包括電子器件(D，D3)，其連接到所述節(jié)點(diǎn)，并適于針對(duì)所述負(fù)載在正確連接狀態(tài)與錯(cuò)誤連 接狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換而在導(dǎo)通和阻斷之間切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路(100;400)，其中所述電子器件包括二極管(D，D3)，其 具有連接到所述節(jié)點(diǎn)(EX)的相應(yīng)端，從而在所述負(fù)載被正確連接時(shí)允許電流的流動(dòng)，在所 述節(jié)點(diǎn)被錯(cuò)誤連接時(shí)中斷電流的流動(dòng)；所述節(jié)點(diǎn)的電壓經(jīng)歷與所述負(fù)載在正確連接狀態(tài)與錯(cuò)誤連接狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換相關(guān)聯(lián) 的變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路(100)，其被配置用于在所述負(fù)載(LD)的正確連接狀態(tài) 下禁用所述電流產(chǎn)生器(I)，以及在所述負(fù)載的錯(cuò)誤連接狀態(tài)下啟用所述電流產(chǎn)生器(I) 以產(chǎn)生電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路(100，400)，其中所述電流產(chǎn)生器(I，II)用以在所述 負(fù)載被錯(cuò)誤連接到所述節(jié)點(diǎn)的參考狀態(tài)下，提供與涉及所述負(fù)載的參考電流相等的電流(Iopen) °
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路(100)，其中所述電流產(chǎn)生器是數(shù)字可控的，并且包括控 制端(1)，用以接收控制數(shù)字信號(hào)(DAT)，其適于在電流產(chǎn)生啟動(dòng)與電流產(chǎn)生禁用之間切換 所述電流產(chǎn)生器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路(100)，還包括驅(qū)動(dòng)控制器(2)，配置用于產(chǎn)生所述功率器件的電驅(qū)動(dòng)電壓(VE(gatePD))的；并且 所述功率器件是功率晶體管(PD)，其具有連接到所述驅(qū)動(dòng)控制器(2)的控制端(Gl)， 以便接收電驅(qū)動(dòng)電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路(400)，其中所述功率器件是H橋電路，其包括第一晶體管(DMOSl)，具有所述端，并且連接到所述節(jié)點(diǎn)(EXl)，所述節(jié)點(diǎn)(EXl)可連接 到所述負(fù)載的第一驅(qū)動(dòng)端；第二晶體管(DM0S3)，其串聯(lián)連接到所述第一晶體管，并且具有連接到所述節(jié)點(diǎn)的第二端；第三晶體管(DM0S2)，其具有可連接到另一節(jié)點(diǎn)(EX2)的第三端，所述另一節(jié)點(diǎn)(EX2) 可連接到所述負(fù)載的第二供電節(jié)點(diǎn)；第四晶體管(DM0S4)，其串聯(lián)連接到所述第三晶體管，并具有連接到所述另一節(jié)點(diǎn)(EX2)的第四端。
9.根據(jù)權(quán)利要求2和8所述的電路(400)，其中所述電子器件是與所述第二晶體管 (DM0S3)相關(guān)聯(lián)的寄生二極管(D3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8的電路(100，400)，其中所述驅(qū)動(dòng)電路(100，400)被配置用于 基于驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)(FDENB)，根據(jù)脈沖幅值調(diào)制PWM特性來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路(100)，還包括順序邏輯器件(5)，適于接收所述比較信號(hào)(RESETN)，并將其與驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)(FDENB) 相結(jié)合，以獲得可呈現(xiàn)兩個(gè)邏輯電平的檢測信號(hào)(DAT)；同步存儲(chǔ)器器件(6)，被構(gòu)造用于獲取以及在相應(yīng)的輸出(Ρ0Τ0ΡΕΝ)上傳輸由所述檢 測信號(hào)呈現(xiàn)的邏輯電平；邏輯塊(7)，配置用于命令所述同步存儲(chǔ)器器件的邏輯電平的獲取和傳輸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路(100)，其中所述邏輯塊(7)還配置用于 估計(jì)向具有PWM特性的所述驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)(FDENB)指派的第一占空比；如果所述第一占空比等于100%，則向所述驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)(FDENB)指派小于所述第一 占空比的第二占空比。
13.一種電氣系統(tǒng)(500)，包括驅(qū)動(dòng)電路(100 ；400)，配置用于提供驅(qū)動(dòng)電壓； 電氣負(fù)載(LD ；LDl)，連接到所述驅(qū)動(dòng)電路，以接收所述驅(qū)動(dòng)電壓； 其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電路是根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一個(gè)的驅(qū)動(dòng)電路。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)(500)，其中所述負(fù)載包括線圈，其將由所述功率器件 提供的激勵(lì)電流來激勵(lì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)(500)，還包括 所述系統(tǒng)的饋電電池(BATT)；交流發(fā)電機(jī)(STOP)，用于為所述電池充電，并且包括與將要激勵(lì)的所述線圈相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)(500)，還包括管理塊(DG-B)，其連接到所述驅(qū)動(dòng)電路(100)，并被配置用于產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)以 作為所述負(fù)載呈現(xiàn)的異常連接狀態(tài)的檢測結(jié)果；信號(hào)設(shè)備(LMP)，配置用于基于由所述管理塊提供的命令信號(hào)來向使用者指示異常狀況。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于電氣負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電路以及包括該電路的電氣系統(tǒng)。具體地，公開了一種電子電路(100)，其包括節(jié)點(diǎn)(EX)，其可連接到待驅(qū)動(dòng)的負(fù)載(LD)，以及功率器件(PD)，其可在激活和去激活之間切換，并具有連接到所述節(jié)點(diǎn)的第一端。該電路進(jìn)一步包括電流產(chǎn)生器(I)，其具有連接到所述節(jié)點(diǎn)以及至少在該功率器件去激活時(shí)可被啟動(dòng)而產(chǎn)生電流的輸出端；所述節(jié)點(diǎn)的電壓(V(EX))與參考電壓(V(REF))的比較器(CP)，其配置用于獲得比較信號(hào)(RESETN)，從該比較信號(hào)可以檢測該負(fù)載與所述節(jié)點(diǎn)不同的電連接狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02J7/14GK101986541SQ20101028883
公開日2011年3月16日 申請日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者A·波瑪, A·阿米格希尼, G·迪·比亞塞, V·波勒托 申請人:意法半導(dǎo)體股份有限公司