阅读说明：本技术 用于操控电子切换单元的装置 (For manipulating the device of electronic switching unit ) 是由 S·波尔泽纽斯 A·迪克 M·洛奈克 于 2018-01-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于持久操控电子切换单元(20)的装置(10),包括：控制驱动器单元(50),以用于在使用充电存储器(70)的情况下在电子切换单元(20)上提供控制信号(S)；以及用于对充电存储器(70)再充电的充电驱动器单元(60)。(The present invention relates to a kind of for persistently manipulating the device (10) of electronic switching unit (20), it include: control actuator unit (50), for providing control signal (S) on electronic switching unit (20) using charge storage (70)；And the charging driver unit (60) for being recharged to charge storage (70).)

用于操控电子切换单元的装置

技术领域

本发明涉及一种按照在权利要求1的前序部分中详细确定的类型的用于操控电子切换单元的装置。此外本发明涉及一种用于操控电子切换单元的系统以及方法。

背景技术

由现有技术已知，将电子切换单元、如N沟道MOSFET(金属-氧化物-半导体-场效应晶体管)用于在故障情况中来中断电路。尤其是可以这样也切换高的电功率，并且在故障情况中例如将负载与高的供应电压分开。对应地，切换单元必须设计用于可以持久引导高的电流，从而仅在例外情况中，减少或尽量阻止通过切换单元的电流。

电子切换单元的持久的切换在此经常构成技术挑战，因为必须提供用于切换单元的切换信号，其电压处于用于操控切换单元的装置的供应电压之上。

因此，由现有技术已知，为了操控使用特别的集成的开关电路(IC)。专门用于按照这样的要求的切换开发的IC当然要耗费地制造并且经常只能够不灵活地用于构造操控装置。此外，IC只能较少地和/或只能以耗费的和复杂的方式与在制造这样的装置时产生的预先规定和其他的要求适配。

因此另一种可能性是开发具有分散的构件的电子电路。这样的分散的解决方案能以高的程度适配，当然要求较高的空间耗费以及较耗费的制造。此外，这样的解决方案在驱动能力方面经常被限制。

发明内容

因此本发明的任务是，至少部分地减少先前所述的缺点。尤其是本发明的任务是，提出用于操控电子切换单元、尤其是N沟道MOSFET(亦或：n-沟道MOSFET或NMOS)的装置，其中，优选电子切换单元应该以技术上简单和低成本的方式持久导电(接通)地运行。进一步应该尤其是能够实现用于接通和/或切断电子切换单元的良好的驱动能力。此外应该尤其是提供用于操控的装置，其节省空间和/或特别可靠。

前述的任务通过具有权利要求1的特征的装置、具有权利要求7的特征的系统以及通过具有权利要求11的特征的方法解决。本发明其他的特征和细节由相应的从属权利要求、说明书和附图得出。在此结合按照本发明的装置说明的特征和细节当然也结合按照本发明的系统以及按照本发明的方法适用，并且分别反之亦然，从而关于对于各个发明方面的公开总是相互参考或可以相互参考。

尤其是该任务通过一种装置、尤其是电的或电子的布置结构解决，其用于操控电子切换单元、优选功率切换单元、尤其是MOSFET、优选N沟道MOSFET和/或功率MOSFET。

优选按照本发明的装置至少具有：

-控制驱动器单元，用于在使用充电存储器的情况下在电子切换单元、尤其是栅极端子上提供控制信号，

-以及用于对充电存储器再充电的充电驱动器单元。

在这里尤其是设置为，控制驱动器单元和充电驱动器单元(例如整体和/或相互电连接地)集成到一个共同的驱动器模块(尤其是例如IC意义上的驱动器元件)中地构成。优选在此充电存储器、尤其是作为电容器从驱动器模块外部集成在控制驱动器单元和电子切换单元之间的电流路径中，从而控制信号依赖于充电存储器输出或形成。

换句话说，设置(尤其是仅唯一的)驱动器模块，所述驱动器模块(尤其是唯一)不仅具有控制驱动器单元而且具有充电驱动器单元。借此实现优点，即，可以提供电子切换单元的特别可靠的操控，尤其是以相比于分散的解决方案的改善的驱动器能力。同时可以提高灵活性和适配能力。

尤其是在此驱动器单元、例如亦即在充电驱动器单元和控制驱动器单元分别理解为电子的驱动器和以较狭窄的意义理解为栅极驱动器，其分别实施以用于操控(功率)开关、例如MOSFET。例如相应的驱动器单元可以为此作为半桥驱动器实施。在此也可设想，驱动器单元之一、尤其是控制驱动器单元作为半桥栅极驱动器(Half Bridge Gate Driver)的高侧栅极驱动器实施并且另一个所述驱动器单元、尤其是充电驱动器单元作为半桥栅极驱动器的低侧栅极驱动器实施。在此不仅高侧栅极驱动器而且低侧栅极驱动器可以作为半桥驱动器模块、亦即例如IC集成到半桥栅极驱动器中。换句话说，驱动器单元可以作为(单个)半桥栅极驱动器的各个驱动器元件实施，所述各个驱动器元件例如原本地分别用于操控相应的MOSFET。这样，高侧栅极驱动器可以实施用于操控在电桥电路的高支路中的切换单元(或NMOS或MOSFET)，并且低侧栅极驱动器可以实施用于操控在电桥电路的低支路中的另一个切换单元(或NMOS或MOSFET或低侧FET)。优选(只)低侧栅极驱动器可以进一步实施以用于通过外部的信号发生器(亦或微处理器、即μC)例如通过脉冲宽度调制(PWM)***控。尤其是本发明现在基于如下想法，即，使低侧栅极驱动器不是用于操控低支路中的低侧FET或切换单元而是作为充电驱动器单元与控制驱动器单元共同用于持久地操控高侧FET或电子切换单元(必要时在高支路中)。

优选在此驱动器模块作为电子的构造元件和/或作为集成的开关电路(IC或单片的开关电路)构成。尤其是驱动器模块具有集成的电子电路(芯片)和/或芯片壳体，电路封装在所述芯片壳体中。优选驱动器模块具有多个电子的半导体构造元件、尤其是至少一个晶体管和/或至少一个二极管的组合。尤其是在此为了制造按照本发明的装置，驱动器模块在电路板上与其他的电的和/或电子的构造元件连接。

因此，优选驱动器模块对于该电连接具有多个电触点，所述电触点可以与电路板直接或间接置于电接触中。

此外可设想，驱动器模块作为半桥栅极驱动器实施，从而控制驱动器单元作为半桥栅极驱动器的高侧栅极驱动器并且充电驱动器单元(原本)作为半桥栅极驱动器的低侧栅极驱动器实施。优选在此驱动器模块作为IC、优选作为半桥栅极驱动器IC实施。这具有优点，只需要小的数量的构造元件，并且可以节省结构空间或在电路板上的空间。

尤其是驱动器模块用于，使至少或刚好或最大(唯一的)电子切换单元、尤其是一个或多个并联连接的(N沟道)MOSFET可以在供电导线中持久(接通或切断地)运行。为此例如进行驱动器模块的电路改装，所述驱动器模块因此不同于按照驱动器模块的原来的使用目的使用。

优选驱动器模块的一部分、即尤其是充电驱动器单元(尤其是低侧栅极驱动器)以确定的频率和脉冲宽度调制(PWM)作为充电泵的推挽级运行。因此充电驱动器单元可以为尤其是控制驱动器单元(或高侧栅极驱动器)的充电存储器、尤其是(自举)电容器(按照确定的频率)充电。控制驱动器单元(尤其是作为高侧栅极驱动器)然后例如承担任务，将电子切换单元(例如作为高侧MOSFET通过栅极接触)操控。按常规，半桥驱动器可以在此只用于在半桥中的有节奏的(PWM)运行，从而自举电容器在每个周期中必须再次充电，如果电子切换单元的源电势通过低侧MOSFET接地并且因此用于接通高侧MOSFET的能量再次可供使用的话。尤其是该特性可以基于有利的按照本发明的设计改善，从而可以持久地进行电子切换单元的操控(例如在接通的状态中)。

此外在本发明的范围中可选地可能，充电驱动器单元作为用于形成充电泵(Charge pump)的推挽(Push-Pull)级实施，以便这样优选提供用于充电存储器的充电跟踪，从而尤其是电子切换单元通过控制信号持久接通和/或断开地可运行。

尤其是在此持久接通和/或断开地运行理解为，电子切换单元可以连续接通和/或断开地运行，尤其是在正常情况下和/或在(例如任意长的)时间间隔内，在其中提供控制信号和/或运行驱动器模块。此外，所述时间间隔依赖于，驱动器模块是否运行，即，用于驱动器模块的运行电压是否被提供。尤其是可以通过持久地提供控制信号避免，必须中断切换状态(亦即接通或断开)，以便例如等待充电存储器的时钟周期或再充电。这有利地能够实现电子切换单元作为安全开关的使用，所述安全开关的切换状态在正常情况下不应当改变。

此外有利的是，充电存储器作为自举电容器实施，从而优选控制信号尤其是在接通的和/或活动的状态中具有如下电压(或电势)，其高于和/或可以高于所述装置和/或电子切换单元的电源电压和/或高于所述电子切换单元的源电势。尤其是在此控制信号是在电子切换单元的栅极端子上的栅极电势。优选在此驱动器模块的输出端、尤其是高侧(HighOut)输出端与电子切换单元的控制极端子连接。因此，电子切换单元可以可靠并且尤其是持久运行。尤其是在此源电势与尤其是车辆的至少一个负载(例如电池和/或在相应的仪器或类似物中的内部的接线)连接。

尤其是在此“持久”理解为，运行可以在时间上不确定或以任意长的时间间隔和/或至少1h或至少2h或至少10h进行，其中，这优选(仅)在正常情况下和/或(例如任意长的)时间间隔内进行，在所述时间间隔中，提供控制信号和/或运行驱动器模块。

此外可设想，充电驱动器单元与信号发生器、尤其是微控制器和/或PWM发生器电连接，从而优选充电驱动器单元通过信号发生器有按时节律地可运行，并且尤其是通过脉冲宽度调制可切换。尤其是在此充电驱动器单元有节律运行，从而充电驱动器单元形成充电泵的至少一部分。优选可以在此通过充电驱动器单元或通过低侧栅极驱动器提供或确保充电存储器的(尤其是持久的)供电、尤其是12V(伏特)的供电，尤其是独立于在电子切换单元中的源电势。在这里，也可以说的是通过充电驱动器单元的充电跟踪。优选为此充电驱动器单元与充电泵电容器电连接。

此外有利的是，充电驱动器单元与优选分别在驱动器模块外部实施的信号发生器和/或充电泵电容器电连接，以便优选形成充电泵，以用于向控制驱动器单元和/或充电存储器、尤其是自举电容器的供电。例如为此信号发生器和/或充电泵电容器与驱动器模块的触点电连接，例如通过按照本发明的装置的电路板。以这种方式可以确保电子切换单元的可靠的电操控。

同样本发明的主题是一种系统，其用于在故障情况中(至少部分地)中断电路的(尤其是电连接)，和/或用于在正常情况中的连接的(尤其是持久的)获得，所述系统具有：

-电子切换单元(尤其是用于至少部分地中断和/或获得连接)，

-控制驱动器单元，其用于在电子切换单元上提供控制信号，尤其是用于控制获得和/或中断，优选在使用充电存储器的情况下，以及

-用于对充电存储器再充电的充电驱动器单元。

在这里尤其是设置为，控制驱动器单元和充电驱动器单元集成到一个共同的驱动器模块中地实施。借此按照本发明的系统带来如详细参考按照本发明的装置说明相同的优点。此外按照本发明的系统可以具有按照本发明的装置。

优选在此按照本发明的系统用于中断优选在车辆中的电路、优选电连接(尤其是供电导线)。备选或附加地，按照本发明的系统也可以用于实施在(仪器中)的安全切断。特别优选地，在此所述电连接用于从至少一个电池(例如可充电的电池和/或电池系统)至负载、尤其是直流变压器的电能传输。例如在此直流变压器连接车辆的两个不同的汽车电网、尤其是将12V汽车电网与48V汽车电网连接。例如在此在电子切换单元上至少暂时存在供电导线中的至少或基本上12V的电压。优选可以通过中断、尤其是过通电子切换单元实现尤其是至直流变压器的能量传输和/或电连接的完全的或部分的中断(即占优势的减少)。为此例如进行在故障情况下电子切换单元通过控制驱动器单元或通过控制信号的转换。

在此有利地设置为，电子切换单元通过控制驱动器单元在正常情况下这样(关闭或者说接通)地运行，使得建立能量源(例如电池)和负载之间的电连接。在故障情况下可以例如可能在负载、尤其是直流变压器中出现对地的短路或另一种故障。在这样的故障情况下应该进行电连接的中断。为此，优选电子切换单元这样通过控制驱动器单元(打开或断开地)运行，使得电连接至少部分地中断(即例如电流主要地被减小或阻止)。在此会是可能的是，电子切换单元作为功率半导体开关实施，以便也例如在车辆的汽车电网中可以切换高的电压和/或电流。

尤其是在此车辆可以作为机动车、优选电动车和/或混合车辆和/或轿车实施。

也可选地可设想，电子切换单元作为半导体开关、尤其是场效应晶体管、优选N沟道MOSFET实施，以便在故障情况下中断电路。这能够实现在故障情况中特别可靠的并且快速的中断。尤其是电路的中断也理解为电流的部分的中断、即减小，因为通过电子切换单元自然没有实现机械开关的意义上的完全的物理中断是可能的。代替地，实现切换单元的电阻的提高和借此电流减小到最小值，从而在故障情况下的电流可以可靠地被限定。

此外能够实现，电子切换单元与电池电压和/或负载、尤其是直流变压器电连接，以便将电池电压与负载在故障情况中分开。例如在此直流变压器用于将车辆的两个汽车电网相互连接。

同样本发明的主题是一种用于操控电子切换单元的方法。在这里尤其是可设想，设置控制驱动器单元和充电驱动器单元，其共同集成到一个共同的驱动器模块中地实施。

在这里尤其是设置为，实施下面的步骤中的至少一个，其中，优选所述步骤依次或以任意的次序实施，其中，优选各个步骤也可以重复地实施：

-在使用充电存储器的情况下通过控制驱动器单元提供在电子切换单元上的控制信号，

-通过充电驱动器单元对充电存储器再充电。

借此按照本发明的方法带来如详细参考按照本发明的系统和/或按照本发明的装置说明的相同的优点。此外按照本发明的方法可以适合用于，运行按照本发明的系统和/或按照本发明的装置。

另一个优点可以在本发明的范围中实现，即，在正常情况中在驱动器模块的运行持续时间期间的再充电周期性地重复(并且尤其是这样以足够的程度进行)，从而控制信号的提供在正常情况中的运行持续时间期间持久地进行，以便将电子切换单元在正常情况中的运行持续时间期间持久切换。换句话说，控制信号的提供可以这样实现，使得电子切换单元的切换状态在正常情况中持久存在，并且只在故障情况或例外情况中改变。例如为此再充电可以这样进行(例如以这样的频率)，使得控制信号的电势在正常情况中从未下降到界限值之下，其中，在界限值之下的控制信号引起电子切换单元的转换(例如断开)。尤其是因此电子切换单元、优选(N沟道)MOSFET可以在供电导线中持久导电(接通)地运行。借此用于负载的供电可以可靠通过电子切换单元持久提供。

附图说明

本发明其他的优点、特征和细节由后续的说明得出，其中参考附图详细说明本发明的实施例。在此在权利要求和说明中提到的特征可以分别单独本身或以任意的组合对本发明是重要的。其中：

图1示出按照本发明的装置以及按照本发明的系统的示意图以及

图2示出用于可视化示出按照本发明的方法的示意图。

具体实施方式

在图1中示意性示出按照本发明的装置10以及按照本发明的系统200。在此示出电子切换单元20、尤其是N沟道MOSFET，其在正常情况中将电压、尤其是电池电压Vbat与负载2电连接。负载2此外与接地电势GND连接。为了在故障情况中中断电连接，电子切换单元20通过控制信号S操控。该控制信号S通过控制驱动器单元50提供。

为了使电子切换单元20在正常情况下持久接通或在故障情况中持久断开，控制信号S必须持久地被提供足够的电势。尤其是在此控制信号S必须大于电子切换单元20的源电势Vs和/或供应电压Vcc和/或控制驱动器单元50的电压馈电VDD。

为了解决该技术问题，设置充电驱动器单元60，所述充电驱动器单元与控制驱动器单元50共同集成到驱动器模块40中。该驱动器模块40例如作为IC、尤其是作为半桥驱动器实施。

在半桥驱动器中，充电驱动器单元60常规地作为低侧驱动器单元使用。在本情况下，充电驱动器单元60用于充电跟踪，尤其是作为用于控制驱动器单元50的充电存储器70、尤其是电容器的充电泵。换句话说，可以按照本发明可能的是，将充电驱动器单元60作为低侧栅极驱动器单元构成然而(例如仅)作为充电泵使用。为此尤其是利用(低侧或Low Out)栅极驱动器输出端LO以用于实现充电泵的推挽级。Low Out输出端LO为此通过充电泵电容器Ccp与充电存储器70和/或控制驱动器单元50电连接，尤其是通过充电泵输入端Vb。为了操控，控制驱动器单元50此外还具有高侧输出端HO。

控制驱动器单元50的操控可以再次通过控制驱动器单元50的对应的输入端进行，尤其是通过数字的输入信号HSCTRL。此外，充电驱动器单元60的操控可以通过数字的输入信号LSCTRL实施，所述数字的输入信号尤其是通过信号发生器80提供。

在图2中示意性形象地示出按照本发明的方法100。在此按照第一方法步骤101，控制信号S在电子切换单元20上使用充电存储器70的情况下通过控制驱动器单元50提供。按照第二方法步骤102，通过充电驱动器单元60实施对充电存储器70的再充电。

所述实施形式的前述解释仅在示例的范围中说明本发明。当然所述实施形式的各个特征只要技术上合适可以自由地相互组合，而不会离开本发明的范围。

附图标记列表

2 负载

10 装置

20 电子切换单元、N沟道MOSFET

40 驱动器模块、半桥栅极驱动器

50 控制驱动器单元、高侧栅极驱动器

60 充电驱动器单元、低侧栅极驱动器

70 充电存储器

80 信号发生器

100 方法

101 第一方法步骤

102 第二方法步骤

200 系统

VDD 半桥栅极驱动器的电压馈电

HO 高侧栅极驱动器输出端

LO 低侧栅极驱动器输出端

GND 接地电势

S 控制信号

HSCTRL 用于50的数字的输入信号

LSCTRL 用于60的数字的输入信号

Vs 源电势

Vb 充电泵电压的输入端

Vbat 电池电压

Ccp 充电泵电容器

Vcc 电源电压