用于驱动电子开关的方法和驱动电路及电子保险丝电路技术

本文描述了一种用于驱动电子开关的方法和驱动电路及电子保险丝电路。根据一个实施例，驱动电路包括具有用于接收缓冲器输入信号的输入节点的输入缓冲器、耦接至输入节点和接地节点的下拉电路以及耦接至输入节点和电源节点的上拉电路。驱动电路还包括被配置成激活下拉电路或上拉电路的控制电路。当缓冲器输入信号的电压电平高于第一阈值时，上拉电路被激活，并且当缓冲器输入信号的电压电平低于第二阈值时，下拉电路被激活。

【技术实现步骤摘要】
用于驱动电子开关的方法和驱动电路及电子保险丝电路
本公开总体上涉及电子开关和保护电路的方面，更具体地涉及用于电子开关的驱动电路。
技术介绍
几乎每个电气设备(例如，在机动车辆中，在房屋中，较大设备的电气子系统)包括提供过电流保护的一个或更多个保险丝。标准保险丝包括一根电线，其在通过保险丝的电流低于标称电流的情况下提供低欧姆电流路径。然而，该根电线被设计成在通过保险丝的电流超过标称电流达特定时间时发热并熔化或蒸发。一旦被触发，保险丝就必须被新的保险丝替代。保险丝越来越多地被断路器替代。断路器是一种自动操作的电气开关，其被设计成保护电路免于过电流或过载或短路造成的损坏。断路器可以包括机电继电器，当检测到过电流(即，超过标称电流的电流)时，机电继电器被触发以将受保护的电路与电源断开。在许多应用中(例如，在机动车辆的车载电源中)，可以使用电子开关(例如，MOS晶体管、IGBT等)来实现断路器，以在过电流的情况下将受保护的电路与电源断开。这样的电子断路器也可以被称为电子保险丝(e-fuse或智能保险丝)。除了其作为断路器的功能以外，电子保险丝还可以用于定期地接通和关断负载。通常，使用所谓的驱动电路或简称为驱动器(在MOS晶体管的情况下为栅极驱动器)来控制诸如MOS晶体管的电子开关的开关状态(接通/关断)。然而，至少在一些电子断路器(e-fuse)中，共同的驱动电路在容错和功能安全方面可能是不足够的，这特别是在机动车辆应用中可能是一个问题，在机动车辆应用中，必须符合关于功能安全的标准(例如ISO26262)。
技术实现思路
本文描述了一种用于电子开关的驱动电路。根据一个实施例，驱动电路包括具有用于接收缓冲器输入信号的输入节点的输入缓冲器、耦接至输入节点和接地节点的下拉电路以及耦接至输入节点和电源节点的上拉电路。驱动电路还包括被配置成激活下拉电路或上拉电路的控制电路。当缓冲器输入信号的电压电平高于第一阈值时，上拉电路被激活，并且当缓冲器输入信号的电压电平低于第二阈值时，下拉电路被激活。此外，描述了一种用于驱动电子开关的方法。根据一个实施例，该方法包括在输入缓冲器的输入节点处接收缓冲器输入信号。当缓冲器输入信号的电压电平高于第一阈值时，通过激活上拉电路来上拉输入缓冲器的输出节点处的电压电平，或者当缓冲器输入信号的电压电平低于第二阈值时，通过激活下拉电路来下拉输入缓冲器的输出节点处的电压电平。此外，本文描述了一种电子保险丝电路。根据一个实施例，电子保险丝电路包括可操作地耦接至负载并且被配置成将负载与电源连接和断开的电子开关。此外，电子保险丝电路包括耦接至电子开关的控制电极的驱动电路。驱动电路包括：输入缓冲器，其包括用于接收缓冲器输入信号的输入节点；耦接至输入节点和接地节点的下拉电路；以及耦接至输入节点和电源节点的上拉电路。此外，驱动电路包括被配置成激活下拉电路或上拉电路的控制电路。当缓冲器输入信号的电压电平高于第一阈值时，上拉电路被激活，并且当缓冲器输入信号的电压电平低于第二阈值时，下拉电路被激活。附图说明参考以下描述和附图可以更好地理解本专利技术。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本专利技术的原理上。此外，在附图中，相似的附图标记表示相应的部分。在附图中：图1示意性地示出了具有电子开关和被配置成驱动电子开关的控制电路的电子电路的一个示例性应用。图2示出了控制电路的一个示例性实现。图3是示出包括在图2所示的控制电路中的逻辑电路的操作的一个示例的时序图。图4示出了逻辑电路的一个示例性实现。图5更详细地示出了包括在用于驱动电子开关的控制电路中的驱动电路，驱动电路具有输入缓冲器和电平移位器。图6示出了图5的驱动电路的一个常见实现。图7示出了根据一个实施例的输入缓冲器的一个示例性实现。图8更详细地示出了图7的示例。图9示出了根据一个实施例的电平移位器的一个示例性实现。具体实施方式在下面的详细描述中参考了附图。附图构成说明书的一部分，并且通过说明的方式示出了可以实践本专利技术的特定示例性实施例。应当理解，除非另有特别说明，否则本文所描述的各种实施例的特征可以彼此组合。图1示出了可以作为电子保险丝F工作的电子电路的一个示例。电子电路包括具有控制节点21的电子开关2以及第一负载节点22与第二负载节点23之间的负载电流路径。电子电路还包括耦接至电子开关2的控制节点21并且被配置成驱动电子开关2的控制电路1。具有电子开关2和控制电路1的电子电路可以整体地集成在一个半导体管芯(芯片)上，或者可以被集成在布置在一个集成电路封装中的两个半导体管芯中。电子电路被配置成驱动可以与电子开关2的负载电流路径串联连接的负载Z(图1中虚线所示)。由此，电子开关2和负载Z的串联电路可以连接在电源节点之间，在电源节点处可以提供正电源电位和负电源电位或接地电位GND(零伏特)。在下文中，将两个电源节点之间的电压称为电源电压VB。负载Z可以根据例如由微控制器8提供给控制电路1的输入信号SIN而被接通和关断。然而，取决于应用，输入信号SIN可以由任何其它电路而不是微控制器来生成。在一个示例性应用中，电子电路可以用于驱动机动车辆中的负载Z。在这种情况下，提供电源电压VB的电源是机动车辆的电池。“驱动负载”可以包括通过接通或关断电子开关2来接通或关断负载。负载可以是机动车辆中使用的任意负载。负载Z的示例尤其包括不同类型的灯、不同类型的电动机、继电器、加热系统等。在图1所示的示例中，电子开关2和负载Z以高边配置连接。也就是说，负载Z连接在电子开关2与接地节点GND之间。然而，这仅是一个示例。电子开关2和负载Z也可以以低边配置或以任何其它配置连接。例如，在低边配置中，电子开关连接在负载Z与接地节点GND之间。根据图1的示例，负载Z可以经由导电线连接至电子开关2。取决于电子电路和相应的负载Z位于机动车辆的电气设备中的位置，电线可以具有几十厘米或甚至更长(例如长达10米)的相当长的长度。现代的机动车辆包括多个电气负载，使得需要多条电线将各个负载连接至其相应的电子开关。为了节省成本和资源，期望对各个电线进行尺寸设计，使得它们能长期承受与相应负载的标称电流对应的电流。然而，如果电流升高到标称电流以上，则电线可能会由于过热而被损坏或甚至被破坏。根据一个示例性实施例，控制电路1因此具有监测通过电子开关2的负载电流IL并且在检测到过载情况时关断电子开关2以保护电线(和负载Z)的功能。“过载情况”是下述情况：如果电子开关2不会被关断以将电线和负载与提供电源电压VB的电源(例如，机动车辆的电池)断开，则可能导致电线或负载被损坏或破坏。这在下文中进一步详细说明。由于电子电路被配置成接通和关断负载Z并且保护电线，所以在下文中其也被称为开关和保护电路。根据图1的示例，电子开关2被示意性地绘制为包括开关的电路块。在下文中，术语“电子开关”意在包括下述任何类型的电子开关或电子电路：具有控制节点21以及第一负载节点22与第二负载节点23之间的负载电流路径，并且被配置成取决于在控制节点21处接收的驱动信号而被接通和关断。“接通”意味着电子开关2在接通状态下工作，在接通状态下，电子开关2能够在第一负载节点22与第二负载节点23之间传导电流。“关断”意味着电子开关2在关断状态下工作，在关断状态下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电子开关的驱动电路，所述驱动电路包括：输入缓冲器，所述输入缓冲器包括用于接收缓冲器输入信号的输入节点；下拉电路，所述下拉电路耦接至所述输入节点和接地节点；上拉电路，所述上拉电路耦接至所述输入节点和电源节点；以及控制电路，所述控制电路被配置成激活所述下拉电路或所述上拉电路，其中，当所述缓冲器输入信号的电压电平高于第一阈值时，所述上拉电路被激活，其中，当所述缓冲器输入信号的电压电平低于第二阈值时，所述下拉电路被激活。

【技术特征摘要】
2016.10.17 US 15/295,9031.一种用于电子开关的驱动电路，所述驱动电路包括：输入缓冲器，所述输入缓冲器包括用于接收缓冲器输入信号的输入节点；下拉电路，所述下拉电路耦接至所述输入节点和接地节点；上拉电路，所述上拉电路耦接至所述输入节点和电源节点；以及控制电路，所述控制电路被配置成激活所述下拉电路或所述上拉电路，其中，当所述缓冲器输入信号的电压电平高于第一阈值时，所述上拉电路被激活，其中，当所述缓冲器输入信号的电压电平低于第二阈值时，所述下拉电路被激活。2.根据权利要求1所述的驱动电路，还包括：耦接在所述输入节点与所述上拉电路和所述下拉电路的公共节点之间的保护电路，所述保护电路被配置成保护其下游的电路部件免受过电流或过电压或两者的影响。3.根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述下拉电路包括串联连接的第一晶体管和第一电子开关；以及其中，所述上拉电路包括串联连接的第二晶体管和第二电子开关。4.根据权利要求3所述的驱动电路，其中，所述第一电子开关被接通以激活所述下拉电路，以及其中，所述第二电子开关被接通以激活所述上拉电路。5.根据权利要求3所述的驱动电路，其中，所述第一晶体管是第一耗尽型MOS晶体管，以及其中，所述第二晶体管是第二耗尽型MOS晶体管。6.根据权利要求5所述的驱动电路，其中，所述第一耗尽型MOS晶体管和所述第二耗尽型MOS晶体管的栅电极被提供有恒定电位或被接地。7.根据权利要求1所述的驱动电路，还包括：至少一个反相器，所述至少一个反相器耦接至所述上拉电路和所述下拉电路的公共节点，以及其中，所述上拉电路和所述下拉电路根据所述至少一个反相器的输出信号以相互排斥的方式被激活和禁用。8.根据权利要求7所述的驱动电路，其中，所述至少一个反相器中的第一个反相器具有滞后。9.根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述上拉电路和所述下拉电路被配置成在稳定状态下基本上不消耗电流。10.根据权利要求1所述的驱动电路，还包括：电平移位器，所述电平移位器被提供有表示所述上拉电路和所述下拉电路的公共节点处的信号电平的输入信号，其中，所述电平移位器包括：接收所述输入信号的第一输入晶体管，以及接收所述输入信号的反相版本的第二输入晶体管，其中，所述第一输入晶体管和所述第二输入晶体管耦接在接地与触发器电路之间。11.根据权利要求10所述的驱动电路，其中，第三晶体管耦接在所述第一输入晶体管与所述触发器电路的置位输入端之间，以及其中，第四晶体管耦接在所述第一输入晶体管与所述触发器电路的复位输入端之间，以及其中，所述第三晶体管和所述第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·杰拉西，奥克塔维安·巴尔布，马库斯·拉杜尔纳，卢卡·彼得鲁齐，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE