驅動器電路、對應的裝置和方法與流程

與申請相關的交叉引用

本申請要求享有2016年2月16日提交的意大利申請no.102016000015826的優先權，該申請在此通過全文引用的方式并入本文。

本說明書涉及驅動器電路。一個或多個實施例可以應用在用于諸如例如外部mos部件之類的部件的(預)驅動器電路中。

背景技術：

所謂的預驅動器電路可以用于例如商用和乘用車輛的汽車領域，其具有驅動諸如安全負載和繼電器之類的各種類型電氣負載的能力。

一個示例性負載可以是拉姆達(lambda)加熱器，也即與用于監控機動車排放(特別是氧氣和其他氣體含量)的lambda探測相關聯的加熱器。如果被熱源加熱，該探測可以令人滿意地操作以維持一定溫度。由預驅動器所驅動的加熱器可以用于該目的。

為此，可以設計能夠獨特地驅動高側mos(nmos或pmos)或低側mos(例如nmos)的電路。

因此仍然需要改進布置，例如可以能夠管理所有這三個可能配置。

技術實現要素：

一個或多個實施例提供了一種能夠采用單一布局管理不同應用方案的布置。

一個或多個實施例可以涉及一種包括該驅動器電路的對應裝置(例如用于汽車領域的裝置，例如lambda加熱器)以及對應的方法。

一個或多個實施例可以提供一種能夠驅動所有各種可能配置(例如n高側，p高側，n低側)的電路，具有用于寬廣全領域應用方案的能力。

與具有驅動外部部件的有限可能性的解決方案相反(例如驅動在高側或低側配置中的外部nmos，具有用于pmos驅動的不同電路)，一個或多個實施例使其能夠采用單一布局驅動n型或p型mosfet，其導致電壓調節回路導通外部mos的情形。

一個或多個實施例可以因此能夠驅動外部部件(例如mosfet，簡稱mos)的各種(名義上全部)可能配置。

一個或多個實施例可以通過采用可以與各種現有應用方案兼容并且由未來可能配置預期的(預)驅動器布局而免除現有解決方案的限制。

一個或多個實施例可以允許節省硅面積，使用少量管腳并且增加電路靈活性。

一個或多個實施例可以包括用于例如耦合至諸如mos之類的外部部件的柵極和源極的兩個輸出端子或管腳。

在一個或多個實施例中一個管腳可以耦合至外部nmos的柵極或者外部pmos的源極，而另一個管腳耦合至外部nmos的源極或者外部pmos的柵極。

附圖說明

現在將純粹借由示例的方式、參照所附示意圖描述一個或多個實施例，其中：

圖1至圖3是用于經由部件驅動負載的各種配置的示例；

圖4是一個或多個實施例的示意電路圖；以及

圖5至圖7是圖4中所示例的電路的可能操作條件的示意圖。

具體實施方式

在后續說明書中，示出了一個或多個具體細節，目的在于提供實施例的示例的深入理解。可以不采用一個或多個具體細節、或者采用其他方法、部件、材料等而獲得實施例。在其他情形中，并未詳細示出或描述已知的結構、材料或操作以使得不模糊實施例的某些特征方面。

在本說明書的框架中涉及“一實施例”或“一個實施例”意在指示參照實施例所述的特定配置、結構或特性包括在至少一個實施例中。因此，可以存在于本說明書一個或多個地點處的諸如“在一實施例中”或“在一個實施例中”的短語無需涉及一個且相同的實施例。此外，特定的構造、結構或特性可以在一個或多個實施例中以任意適當的方式而組合。

在此所使用的參考僅為了方便而提供并且因此并未限定實施例的保護范圍或范圍。

一個或多個實施例可以涉及所謂的預驅動器電路，也即能夠例如通過交替地切換其導通on或關斷off而驅動外部部件(諸如電子開關)的(模擬)電路。

諸如mosfet(簡稱mos(p型或n型))之類的晶體管是該(外部)部件的示例，其繼而可以驅動負載l，例如電阻性和/或電感性負載。如之前所述的lambda加熱器可以是該負載l的示例。

如圖1至圖3中所示例，諸如電子開關s(例如mos)之類的驅動部件可以包括迫使在用于饋送負載l的電流線或路徑(例如源極-漏極)中與另一電極(例如源極)相比在控制電極(例如柵極)上形成一定(受控)電壓。

為了該目的可以采用各種可能的電路布局，例如：高側(hs)，具有設置在(外部)電池線vb和引接至接地的負載l之間的外部mos晶體管(p型或n型)，例如參見圖1和圖2；低側(ls)，具有設置在(外部)接地(短路至源極)和引接至電池線vb的負載l之間的外部nmos晶體管s，例如參見圖3。

高側配置可以用于驅動連接至接地的外部負載。在該情形中可以使用具有柵極gn和連接至負載l的源極sn的nmos(圖1)，或者具有柵極gp和連接至電池線vb的源極sp的pmos(圖2)。

一個方案或另一方案的采用可以由如下因素而指示：諸如例如電荷泵電路在裝置中(外部nmos高側可以包括在電池電壓之上的柵極電壓以便于促進正確的導通on)的可用性和/或外部mos的成本。

低側配置可以用于驅動如圖3中所示例的連接至電池線vb的外部負載。在該情形中，外部nmoss可以用于該目的，在導通on情形中外部nmoss可以能夠將外部負載l的第二端子驅動至接地；在類似的情況中，外部pmos將具有驅動在負電壓下的柵極電壓。

如圖所示，存在對于能夠管理如圖1至圖3中所示例的所有三種可能配置(高側n，高側p，低側)的預驅動器電路10的需求。該預驅動器電路將允許用戶擴展其中可以使用該種類電路的可能應用的選擇。該預驅動器電路也將提供對可以驅動外部高側布置或備選地低側布置的電路的改進。

一個或多個實施例因此能夠驅動在高側(hs)或低側(ls)配置中的外部nmos或pmos部件，而無需例如考慮針對hs和ls的不同電路的組合的可能存在，該不同電路的組合將導致在硅面積方面的高成本解決方案。

一個或多個實施例可以提供當驅動外部mos導通時施加在外部mos的端子上的約12v的柵極-源極電壓(vgs)，并且當驅動其關斷時約0v；該vgs電壓可以等于用于在各種目標應用中驅動外部mos的值。

一個或多個實施例可以例如用于驅動如圖1至圖3中所示外部部件的可能配置中的每一個，例如通過作為施加至(預)驅動器電路10的導通信號n-on(參見圖1和圖3)或p-on(參見圖2)的結果而導通“on”外部部件s，并且作為施加至電路的關斷信號off(參見所有圖1至圖3)的結果而關斷“off”外部部件s。

一個或多個實施例可以因此增加可能的應用方案的靈活性。

在一個或多個實施例中，如在此所示例的驅動器電路10可以當驅動其導通時在外部mos的控制端子(例如柵極)和另一端子(例如源極)之間產生例如約12v的電壓；為此，在一個或多個實施例中可以提供內部調節回路，其可以根據是否驅動nmos或pmos而不同地操作。該回路的存在可以促進獨立于例如任何電荷泵值(假設電荷泵電壓足夠高以支持對于該電路的所需行為)的令人滿意的vgs調節。另外應該知曉，該電荷泵的存在并非嚴格必需，例如在所驅動的外部開關s是pmos的情形中。

在一個或多個實施例中，預驅動器電路10可以包括兩個輸出端子(管腳)10a、10b，其可以耦合至：圖1的高側nmos布置的相應柵極gn和源極sn；或圖2的高側pmos布置的相應源極sp和柵極gp；或圖3的低側nmos布置的相應柵極gn和源極sn。

一個或多個實施例可以依靠使用一組電流鏡(例如圖中11至19)。在一個或多個實施例中，可以根據本領域技術人員已知的原理而實施這些，因此使其無需在此提供更詳細說明。

在一個或多個實施例中，如在此所示例的預驅動器電路10可以采用通過電流鏡11(為了簡便示意性在圖5至圖7中表示為電流發生器)而鏡像的偏置電流ibias(例如ibias＝10ua)而偏置。

在一個或多個實施例中，如在此所示例的預驅動器10可以耦合至電壓源線vs(例如vs＝3.3v)和電荷泵cp(例如高達80v的高壓，假設圖1至圖3的電池電壓vb可以例如是+15v)。

在一個或多個實施例中，偏置電流ibias可以通過電子開關(例如mosfet)sw1、sw2和sw3而被引導在三個不同路徑之上。

在一個或多個實施例中，根據外部開關s的類型(n型或p型)和連接布置(hs或ls)、并且根據如下文中更詳細所述的所施加的導通信號n-on、p-on和關斷信號off，每次這些開關sw1、sw2和sw3中的僅一個開關可以導通。

在一個或多個實施例中，開關sw1可以與電流鏡15耦合，電流鏡15由電壓源vs供電，并且繼而與均引接至接地的兩個另外電流鏡18和19耦合。在一個或多個實施例中，電流鏡18和19可以以如此方式耦合(以本質上已知的方式)以使得電流鏡19可以控制(例如減小)電流鏡18的偏置電流。

在一個或多個實施例中，開關sw2可以耦合至由電荷泵cp供電的電流鏡13，電流鏡13連接(在130處)至輸出端子10a(其可以耦合至圖1和圖3中的柵極gn，或者圖2中源極sp)。

在一個或多個實施例中，開關sw3可以耦合至由電荷泵cp供電的電流鏡14，其中電流鏡14與連接(在170處)至輸出端子10b(其可以例如耦合至圖1和圖3中的源極sn或者圖2中的柵極gp)的電流鏡17通信。

在一個或多個實施例中，如在此所示例的(預)驅動器10可以包括另外兩個電流鏡12和16，齊納二極管布置190加上如下文中更詳細所述而連接并操作的輸出二極管200。

現在將參照圖5至圖7描述圖4的示例性電路布局的可能操作。在圖5至圖7中，采用相同附圖標記指示前文中已經所述的部件或元件，并未重復對應的說明。

為了簡便的目的，將首先結合圖5而考慮圖2的高側pmos布置。

在一個或多個實施例中，當提供了開關s的外部pmos旨在通過使其導電而導通時可以通過向其施加命令信號p-on而導通on開關sw1(也即使其導電)。

在該情形中(參見例如圖2)：端子或管腳10a可以耦合至外部pmos的源極sp，其可以假設以低阻抗而與電池線vb耦合；以及端子或管腳10b可以耦合至外部pmos的柵極端子gp。

在這些情況中(如借由圖5箭頭示意性所示)，電流鏡11的輸出電流可以為電流鏡15提供偏置(圖5中箭頭a)，其可以繼而產生朝向電流鏡18的新電流(圖5中箭頭b)。一旦被激活，電流鏡18將從端子10b匯集電流(圖5中箭頭c)，可能經由輸出二極管200，這將減小其電壓電平。

電壓將繼續降低，直至內部鉗位被激活。

在一個或多個實施例中該內部鉗位可以包括齊納二極管布置190，包括例如兩個齊納二極管，該布置使得它們的陰極面向輸出端子10a并且與設置在齊納二極管設置190和輸出端子10b之間的電流鏡16耦合。

當兩個端子10a、10b(在此為源極sp和柵極gp)之間的電壓差(圖5中箭頭d)達到鉗位激活電平(例如約12v)時，電流鏡16將開始產生偏置電流以偏置耦合至電荷泵cp的電流鏡12(圖5中箭頭e)。這將繼而激活電流鏡19(圖5中箭頭f)，其可以控制電流鏡18的偏置電流的減小。

如在此所示例的布置可以因此使得兩個端子或管腳10a、10b之間的電壓差越高，則流過電流鏡19的電流將越高：這將導致電流鏡18的偏置的對應減小，因此端子10b處的電壓的降低將停止在所需電平處(例如在外部pmos的源極和柵極之間約12v)。

現在將結合圖6考慮圖1(高側)和圖3(低側)的nmos布置的可能操作。

在一個或多個實施例中，當提供了開關s的外部nmos旨在通過使其導電而導通時，通過向其施加命令信號n-on可以導通開關sw2(也即使其導電)。考慮了這與高側(hs)或低側(ls)布局無關。

在該情形中(參見圖1和圖3)：端子或管腳10a可以耦合至外部nmos的柵極gn；以及端子或管腳10b可以耦合至外部nmos的源極端子sn。

在這些情況中(再次如借由圖6中箭頭示意性所示)，來自電流鏡11的輸出電流可以用于偏置電流鏡13(圖6中箭頭g)，其可以繼而產生朝向與柵極gn耦合的節點130的新電流(圖6中箭頭h)，因此能夠增大在外部nmos的柵極處的電壓電平。

內部鉗位器布置190、16將因此對于pmos情形而如之前所述而操作，當兩個端子10a、10b(在此為柵極gn和源極sp)之間的電壓差(再次圖6中箭頭g)達到鉗位激活電平(例如約12v)時，其中電流鏡16開始產生偏置電流以偏置電流鏡12(同樣如圖6中箭頭e所示)。

由于如由圖6中箭頭g和i所示的共同耦合(例如耦合至開關sw2)，電流鏡12將再次產生電流鏡13的偏置電流的減小。當130處電壓(在此柵極電壓gn)達到如由之前所述用于pmos情形的相同內部鉗位電路190、16所確定的所需值時，這將停止其動作。

在一個或多個實施例中，當提供了開關s的外部部件旨在通過使其非導電而關斷時可以通過向其施加命令信號off而導通開關sw3(也即使其導電)。考慮了這與nmos或pmos無關并且與高側(hs)或低側(ls)布局無關。

對應的操作模式(如借由圖7中箭頭示意性所示)可以因此適用于圖1至圖3中示例的任意一個布置。

在該情形中，來自電流鏡11的輸出電流可以用于偏置電流鏡14(圖7中箭頭l)，電流鏡14產生去往電流鏡17的新電流(圖7中箭頭m)。

這將導致端子10a、10b短路，并且使得外部部件s關斷：同樣地，在一個或多個實施例中，考慮了這可以發生，而與外部部件s是否是nmos或pmos無關并且與高側(hs)或低側(ls)布局無關。

在一個或多個實施例中，mos導通on/關斷off可以采用在外部部件的柵極上受控電流而實施，受控電流可以例如經由spi接口而可選擇。

在一個或多個實施例中，其中管腳10a和10b耦合至外部nmos的柵極和源極，amr(絕對最大額定值，也即管腳可以承受而同時保持裝置完整性的最大－正或負－電壓)可以是-14v作為負amr，以及對于10a是+80v并且對于10b是+60v的正amr。

在一個或多個實施例中，10a和10b之間最大電壓差(也即v(10a)－v(10b))可以是20v(電路未供電，也即10a和10b之間的電壓控制回路不操作)。

一個或多個實施例可以不僅依靠并行操作的多個組塊并置(juxtaposition)，并且可以為了不同目的利用電路的可能重復使用：僅借由非限定性示例的方式，應該知曉，可以采用相同的鉗位電路(例如具有電流鏡16與其相耦合的齊納二極管布置190)以用于導通on外部部件，與mos類型(n或p)以及電路布局(hs或ls)無關，并且用于使得它們關斷off，因此節省了硅面積。

當旨在通過激活內部調節回路使其導通on時，這不同于在外部pmos(圖5)或外部nmos(圖6)的情形，一個或多個實施例可以因此在外部mos的柵極和源極之間產生例如12v的電壓。

在一個或多個實施例中，該回路可以獨立于電荷泵cp的值(假設電荷泵電壓足夠高以允許電路正確操作)而促進vgs調節。同樣，應該知曉，電荷泵實際上可以在外部pmos的情形中省去。

一個或多個實施例可以因此提供(預)驅動器電路10，具有用于驅動電子開關(例如mosfet，pmos或nmos)的第一輸出端子和第二輸出端子(例如10a、10b)。電子開關包括控制端子(例如柵極gn、gp，或在雙極晶體管或類似半導體開關的情形中可能是基極)以及穿過開關的電流路徑(例如在fet的情形中源極-漏極，或者在雙極晶體管或類似半導體開關的情形中可能是發射極-集電極)。

在一個或多個實施例中，驅動器至(外部)電子開關的耦合可以包括：至少一個第一驅動配置，其中(參見例如圖2)驅動器電路的第一輸出端子和第二輸出端子分別耦合至電子開關(s，例如pmos)的電流路徑(例如至源極sp)和控制電極(例如柵極gp)，或者至少一個第二驅動配置，其中(參見例如圖1和圖3)驅動器電路的第一輸出端子和第二輸出端子分別耦合至電子開關(s，例如nmos，hs或ls均如此)的控制電極(例如柵極gn)和電流路徑(例如源極sn)。

在一個或多個實施例中，驅動器電路可以包括：偏置電流源(例如ibias加上電流鏡11)；第一和第二導通開關(例如sw1、sw2)和關斷開關(例如sw3)，第一和第二導通開關以及關斷開關與偏置電流源耦合并且在布置中交替地可激活，其中第一和第二導通開關以及關斷開關(sw3)中的一個導電，而第一和第二導通開關以及關斷開關中的另外兩個非導電；第一電流鏡回路(例如電流鏡15、18、16、19)，經由第一導通開關與偏置電流源可耦合，以產生在至少一個第一驅動配置中跨第一輸出端子和第二輸出端子的電壓降；第二電流鏡回路(例如電流鏡12、13、16)，經由第二導通開關與偏置電流源可耦合，以產生在至少一個第二驅動配置中跨第一輸出端子和第二輸出端子的電壓降；電壓鉗位器(例如190)，對于跨第一輸出端子和第二輸出端子的電壓敏感，電壓鉗位器(例如由于電流鏡16的存在)均耦合至第一電流鏡回路和第二電流鏡回路以用于均在至少一個第一驅動配置和至少一個第二驅動配置中將跨第一輸出端子和第二輸出端子的電壓維持在一定值；以及第三電流鏡回路(例如電流鏡14、17)，經由關斷開關與偏置電流源可耦合以在至少一個第一驅動配置和至少一個第二驅動配置中取消跨第一輸出端子和第二輸出端子的電壓降。

在一個或多個實施例中，電壓鉗位器(例如190)可以(例如經由電流鏡16，對于第一和第二電流鏡回路共用)耦合至：第一電流鏡回路，用于通過控制由第一電流鏡回路從第二輸出端子所匯集的電流而將在至少一個第一驅動配置中跨第一輸出端子和第二輸出端子的電壓維持在一定值，以及第二電流鏡回路，用于通過控制由第二電流鏡回路施加至第一輸出端子的電壓而在至少一個第二驅動配置中將跨第一輸出端子和第二輸出端子的電壓維持在一定值。

在一個或多個實施例中，第一電流鏡回路可以包括：第一電流鏡路徑(例如電流鏡15、18)，設置在第一導通開關和第二輸出端子之間，第一電流鏡路徑耦合至第二輸出端子以從第二輸出端子匯集電流，以及第一電流鏡鉗位器布置(例如電流鏡16、19)，耦合至電壓鉗位器以及第一電流鏡路徑，第一電流鏡回路布置被配置用于控制由第一電流鏡路徑從第二輸出端子匯集的電流，并且在至少一個第一驅動配置中將跨第一輸出端子和第二輸出端子的電壓維持在一定值。

在一個或多個實施例中，第一電流鏡路徑可以包括以下的級聯布置：耦合至第一導通開關的電流鏡(例如電流鏡15)，以及耦合至第二輸出端子的電流鏡(例如電流鏡18)以從第二輸出端子匯集電流。

在一個或多個實施例中，第一電流鏡鉗位器布置可以包括以下的級聯布置：耦合至電壓鉗位器的電流鏡(例如16)，以及耦合至第一電流鏡的電流鏡(例如19)以用于控制由此從第二輸出端子匯集的電流。

在一個或多個實施例中，第二電流鏡回路可以包括：第二電流鏡路徑(例如電流鏡13)，設置在第二導通開關和第一輸出端子之間，第二電流鏡路徑耦合至第一輸出端子以向第一輸出端子施加電壓電平，以及第二電流鏡鉗位器布置(例如電流鏡16、12)，耦合至電壓鉗位器和第二電流鏡路徑，第二電流鏡鉗位器布置被配置用于控制由第二電流鏡路徑施加至第一輸出端子的電壓，并且在至少一個第二驅動配置中將跨第一輸出端子和第二輸出端子的電壓維持在一定值。

在一個或多個實施例中，第二電流鏡路徑可以包括耦合至第二導通開關和第一輸出端子以向第一輸出端子施加電壓的電流鏡(例如13)。

在一個或多個實施例中，第二電流鏡鉗位設置可以包括以下的級聯設置：耦合至電壓鉗位器的電流鏡(例如16)，以及耦合至第二電流鏡路徑用于控制由第二電流鏡路徑施加至第一輸出端子的電壓的電流鏡(例如12)。

在一個或多個實施例中，耦合至電壓鉗位器的電流鏡(例如16)由第一電流鏡鉗位器布置和第二電流鏡鉗位器布置的級聯布置而共用。

在一個或多個實施例中，對于跨第一輸出端子和第二輸出端子的電壓敏感的電壓鉗位器包括至少一個齊納二極管(例如190)，其具有分別面向第二輸出端子和第一輸出端子的陽極和陰極。

在一個或多個實施例中，第三電流鏡回路可以包括設置在關斷開關與第一輸出端子和第二輸出端子之間的關斷電流鏡路徑(例如電流鏡14、17)，并且關斷電流鏡路徑(例如電流鏡14、17)被配置用于將第一輸出端子和第二輸出端子短路。

一個或多個實施例可以提供一種裝置(例如用于lambda探測加熱器或其他各種電學負載l的驅動器)包括：電子開關(s，例如pmos或nmos)，具有控制端子(例如gn、gp)以及穿過開關的電流路徑(例如sn、sp)，驅動器電路10。如前文中所示例，驅動器電路10在選自以下的配置中耦合至(外部)電子開關：至少一個第一驅動配置(例如pmos-圖2)，其中驅動器電路的第一輸出端子和第二輸出端子分別耦合至電子開關的電流路徑和控制電極，或者至少一個第二驅動配置(例如nmos，hs或ls-圖1和圖3)，其中驅動器電路的第一輸出端子和第二輸出端子分別耦合至電子開關的控制電極和電流路徑。

在一個或多個實施例中：電子開關可以包括pmos，具有在至少一個第一驅動配置中耦合至pmos的驅動器電路，或者備選地電子開關可以包括nmos，并且驅動器電路在至少一個第二驅動配置中耦合至nmos。

在一個或多個實施例中借由具有第一輸出端子和第二輸出端子的驅動器電路而驅動包括控制端子和穿過開關的電流路徑的(外部)電子開關的方法可以包括：a)耦合至如前文中所示例的開關驅動器電路10，其中耦合是以下項任一項：至少一個第一驅動配置，其中驅動器電路的第一輸出端子和第二輸出端子分別耦合至電子開關的電流路徑和控制電極(gp)，以及至少一個第二驅動配置，其中驅動器電路的第一輸出端子和第二輸出端子分別耦合至電子開關的控制電極和電流路徑；b)當耦合處于至少一個第一驅動配置(例如pmos)時，借由第一導通開關(圖2中sw1-信號p-on)以及關斷開關而驅動開關，c)當耦合處于至少一個第二驅動配置(例如nmos，hs、ls均如此)時，借由第二導通開關(圖1和圖3中sw2-信號n-on)以及關斷開關而驅動開關。

無損于根本原理，細節和實施例相對于純粹借由示例方式所公開的可以甚至大大改變，并未脫離保護范圍。

保護范圍由所附權利要求限定。