帶有有效開關的電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種帶有有效開關的電路、一種用于車輛中的箝位電路的電子開關以及一種帶有至少一個這樣的開關的車輛。
【背景技術】
[0002]眾所周知，用作負載(用電器)的開關的功率半導體，特別是諸如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、金屬氧化物半導體場效應晶體管(M0SFET)、結型場效應晶體管(JFET)等這樣的晶體管，放置在例如車輛的車用電網中。例如，這樣的功率半導體作為所謂的高壓側開關放置在與負載的電連接中。
[0003]然而在汽車領域中，借助于繼電器執行夾具30 ( S卩，直接來自電池的正極導線)的接入或斷開。在這種情況下，使用繼電器基本上具有如下缺陷:機械應力和因此相對于功率半導體明顯降低的使用壽命。在繼電器的開關操作時也會產生噪音并且繼電器的激勵導致開關損耗。
[0004]如果使用工作電流繼電器(還稱為閉合繼電器)，那么繼電器在激活情況下(即當電流流經繼電器的線圈時)關閉。在該情況下，該關閉的繼電器在激活模式下不導致車輛的電池放電，因為該電池經由車輛的發電機而被再充電。
[0005]反之，如果發電機是非激活的，因為例如車輛停放(待用狀態)并且發動機未運轉，則利用工作電流繼電器為車輛的用電器提供能量是有問題的，因為在該情況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。然而必須越來越多地給在車輛的待用狀態中的不同的用電器(至少有時)供應能量，例如用于免鑰匙訪問車輛的訪問系統或者無線鑰匙，或電子停車制動。
[0006]本發明的目的是避免上述缺陷并且特別地實現:(半導體)開關是能夠激活的，不需要(一定量的)激活電流。此外，本發明的任務是提供保護半導體開關和保護線路的過流斷路，其中這些過流斷路不需要(一定量的)激勵。
[0007]這些任務根據獨立權利要求的特征解決。優選實施例特別地可參考從屬權利要求。
[0008]為了實現上述目的，提出的電路包括:
[0009]串聯電路，該串聯電路包括p型半導體和附加的元件；
[0010]調節電路，其中，所述調節電路由在所述串聯電路處下降的電壓供應。
[0011]由于p型半導體，本電路能夠利用調節電路(幾乎)無損耗地保持打開，并且因此特別合適于給連接的用電器供應電能。另一方面調節電路使得在通過P型半導體的電流上升超過預定的閾值時，該P型半導體能夠自鎖地關斷。因此P型半導體適合于高功效地供應用電器，其中確保在過載情況下(電流超過閾值)防止P型半導體損壞。
[0012]特別地，調節電路具有至少一個輸入端，借助該輸入端，p型半導體能夠轉換為導通的或不導通的。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]改進方案是，調節電路設置成使得p型半導體在待用模式下保持接通，直到穿過p型半導體的電流達到和/或超過預定的閾值。
[0014]另一改進方案是，調節電路設置成使得在穿過p型半導體的電流達到和/或超過預定的閾值之后，P型半導體保持自鎖地切斷。
[0015]特別地，改進方案是，附加元件包括下列的至少一個:
[0016]二極管；
[0017]肖特基二極管；
[0018]齊納二極管；
[0019]歐姆電阻。
[0020]另一改進方案是，串聯電路在p型半導體側與電源線相連接。
[0021]電源線是例如到諸如發電機或者電池這樣的電源的正極的導線(正電源線)(例如車輛的夾具30)。
[0022]此外改進方案是，串聯電路在附加元件側與到用電器的導線相連接。
[0023]用電器可以是諸如車輛的任意用電器，該用電器在待用模式期間具有降低的電流需求。
[0024]在另一改進方案的框架中，p型半導體包括下列半導體中的至少一個:
[0025]半導體開關；
[0026]功率半導體開關；
[0027]晶體管；
[0028]金屬氧化物半導體場效應晶體管(M0SFET);
[0029]P溝道金屬氧化物半導體(PM0S)；
[0030]絕緣柵雙極型晶體管(IGBT);
[0031]結型場效應晶體管(JFET)。
[0032]下一個改進方案在于，調節電路布置成與由p型半導體和附加元件組成的串聯電路并聯。
[0033]—種設計方案是調節電路具有半導體開關，該半導體開關的操作點能夠經由包括至少一個電阻的電阻網絡調節。
[0034]替代的實施例在于，半導體開關是晶體管，特別是諸如pnp晶體管這樣的雙極性晶體管，其中將電阻網絡的尺寸規定為使得當在由p型半導體和附加元件組成的串聯電路處的電壓降大于預定的閾值時半導體開關將導通，其中P型半導體因此被激勵成自保持地切斷。
[0035]另一設計是，調節電路具有溫度補償電路。
[0036]溫度補償電路能夠具有例如包括至少一個溫控電阻的電阻網絡。溫度補償電路能夠布置在例如半導體開關的基極與發射極之間(即在源極與柵極、或者在柵極與放射極之間)。由此，特別地，至少部分地補償了電壓降的溫度相關性。
[0037]另外的設計是，電路包括檢測電路，該檢測電路布置成與由p型半導體和附加元件組成的串聯電路并聯。
[0038]當穿過p型半導體的電流達到或超過預定的閾值時，能夠借助于檢測電路識別。在這種情況下，檢測電路能夠提供觸發信號，借助于該觸發信號，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關。
[0039]檢測電路能夠與調節電路類似地安裝。檢測電路還能夠具有溫度補償電路。通過合適地確定用于調節電路或者檢測電路的電阻網絡尺寸，能夠確保從穿過P型半導體開關的特定電流值開始
[0040]一一p型半導體開關自鎖地切斷(在調節電路的情況中，通過調節電路的半導體開關相應地激勵P型半導體的方式)，或者
[0041]—一將為諸如微控制器提供相應的觸發信號(在檢測電路的情況下)。
[0042]有利的是，一方面為p型半導體的切斷，并且另一方面為觸發信號使用不同的電流值。
[0043]可選地，還能夠設計多個檢測電路，檢測電路根據電流值(例如通過各個半導體的線路確定的電流值)分別具有不同尺寸的電阻網絡。
[0044]改進方案在于，電路具有控制電路，借助該控制電路能夠激勵電路，使得p型半導體轉換為要么是導通的，要么是不導通的。
[0045]控制電路能夠具有例如至少一個微控制器。
[0046]另外的設計是，p型半導體在待用模式下是導通的。
[0047]另一設計是，待用模式是具有多個用電器的系統的待用模式，其中，電路為系統的待用模式下的至少一個用電器供應電能。
[0048]系統包括車輛中的電子系統也是可能的。
[0049]上述目的還能夠通過電子開關解決，該電子開關用于包括如此處描述的至少一個電路的車輛中的箝位電路。
[0050]此外，利用帶有至少一個根據該實施例的電子開關的車輛解決以上任務。
[0051]上述的本發明的特性、特征、優點以及如何實現本發明的方式方法將結合以下實施例的示意性描述而更加清楚和明顯，該實施例參照附圖作進一步說明。此外，為條理清晰相同或相似的元件提供以相同的標記。
【附圖說明】
[0052]圖1是實現用于機動車輛中的箝位電路的無靜態電流的電子開關的示意性框圖；
[0053]圖2是用于用電器的開關的示例性示意構造，用電器包括帶有串聯連接的肖特基二極管的P型半導體，其中包括pnp晶體管的調節電路與該串聯電路并聯布置；
[0054]圖3示出圖2所示出的電路布置的補充，其還包括附加的pnp晶體管，用以檢測通過P型半導體的附加電流值。
[0055]參考標記列表
[0056]101半導體開關
[0057]102用電器
[0058]103半導體開關
[0059]104用電器
[0060]105半導體開關
[0061]106用電器
[0062]107 開關
[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 節點
[0075]301 接口(觸發信號)
[0076]ΤΙ p溝道場效應管
[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
【具體實施方式】
[0081]此處提出使用例如p型半導體的方法，該p型半導體的激勵不需要電荷栗，并且因此能夠無線地或無電流地激勵。特別地，提出過電流斷路，用以保護半導體及可能連接的線路，該過電流斷路不需要(顯著的)靜態電流。
[0082]P型半導體例如是半導體開關，特別地，是功率半導體開關、晶體管、MOSFET、IGBT、JFET等。特別地，電路布置可設置有上述元件中的至少一個。
[0083]圖1示出為實現用于機動車輛中的箝位電路的無靜態電流電子開關的示意性框圖。
[0084]夾具30(與機動車輛的電池的正電路的連接件)經由半導體開關101與用電器102連接；經由半導體開關103與用電器104連接；并且經由半導體開關105與用電器106連接。
[0085]半導體開關101、103和105優選地實施為低阻半導體開關(例如，場效應晶體管(FETs)或FET-級)并且設計成用于高電流(例如，在電子停車制動器作為用電器的情況下的 50A)。
[0086]如果車輛轉化為待用模式，則半導體開關101、103和105斷開，因為它們具有較高的操作電流或驅動電流，并且此外持久地給電池耗電和放電。待用模式可以是，例如，其中車輛的電動機和/或發電機未激活的模式。在車輛被/已經停靠或停放后，一旦預定的持續時間終止，就也可激活待用模式。當車輛被停放不可預期的時間并且/或者除了車輛的電池以外不連接或激活電能源時，原則上就能夠采用待用模式。
[0087]在待用模式下開關107是激活的。開關