用于控制双向开关系统的控制电路系统和方法、双向开关、开关矩阵以及医疗刺激器技术方案

提供了用于控制双向开关（132）的控制电路系统（134）和方法。所述双向开关（132）具有控制端子（130）以及在双向主电流路径中的至少一个半导体开关，所述控制端子（130）用于接收控制电压（124）以控制所述双向开关（132）的接通状态和断开状态。所述控制电路系统（134）包括：能量存储元件（102）；将所述能量存储元件（102）耦接到供电电压以对所述能量存储元件（102）充电的耦接装置（101）；以及控制电路（108），所述控制电路（108）被配置为接收来自所述能量存储元件（102）的功率，并且被配置为当所述能量存储元件（102）没有被耦接到所述供电电压时供应具有独立于所述供电电压的电压电平的控制电压。所述耦接装置（101）被配置用于当所述双向开关（132）处于断开状态中时仅将所述能量存储元件（102）耦接到所述供电电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制双向开关系统的控制电路系统和方法、双向开关、开关矩阵以及医疗刺激器
本专利技术涉及用于双向开关的控制电路系统的领域。
技术介绍
在医疗刺激器的领域中，存在如下趋向:增加刺激电极位点的数量,以通过使用场控制精确刺激意向目标体域而改善治疗效能。除刺激之外，存在增长的对神经活动的精确感测的需求。两个趋势均需要存在相对大的交叉点开关矩阵以将刺激和/或感测电子设备耦接到所选择的探针电极位点。尽管脑刺激所需的能量实质上是不变的，用于能量存储的有效体积在最新发展水平的医疗刺激器中是减少的。因此，存在更小的空间用于电池，并且，因此,所述医疗刺激器的电路不得不是低功率电路。交叉点开关矩阵的高数量的开关将极端低的功率消耗要求强加在具有其控制电子设备的单一开关上。所述低功率要求在高压IC技术中需要集成的CMOS开关，提供绝缘的NMOS和PMOS晶体管。在最新发展水平的高压IC技术中，与被允许跨越该CMOS开关自身的高得多的电压(漏极到源极电压)相比，CMOS开关的驱动电压(栅极到源极电压)被限制在很少的伏特。W.NReining的文章（“用于医疗应用的高压交叉点开关(AHighvoltagecorss-pointswitchformedicalapplication)”，关于混合信号设计的1999年IEEE西南学术讨论会SSMSD’99的摘要（Digestofthe1999IEEESouthwestSymposiumonMixed-SignalDesignSSMSD’99），Tucson，AZ，USA，1999年4月11-13日，109-112页）在图2中公开了用于医疗应用（诸如医疗刺激器）的双向开关和用于所述双向开关的控制电路。两个NMOS晶体管M10、M11（其栅极和源极被彼此耦接）形成所述双向开关。用高压PMOS晶体管M2构建的电流源被连接在所述双向开关晶体管的共栅极与电压供应端子VHI之间，所述电压供应端子VHI接收高于曾经出现在所述双向开关I/O端子处的电压。为了接通所述双向开关，所述电流源M2传导小的电流，根据所述文章为3μA。通过一串二极管连接的（diode-connected）NMOS晶体管M4、M5、M6和高压PMOS晶体管M9，所述电流被传导。M9的栅极被连接到所述双向开关的共源极并且漏极被连接到电压供应端子VSS，所述电压供应端子VSS接收低于曾经出现在所述双向开关的所述I/O端子处的电压的电压。跨越正向偏置的二极管连接的晶体管M4、M5和M6的电压降和M9的栅极-源极电压（若干伏特）将所述双向开关切换到接通状态。要被注意的是：当所述双向开关处于接通状态中时，所述电路消耗的功率量是电流的值乘以在所述端子VSS和VHI上的电压之间的电压差的乘积。用高压NMOS晶体管M8构建第二电流源并且所述第二电流源被连接在双向开关晶体管M10和M11的共栅极与所述电压供应端子VSS之间。为了将所述双向开关控制为处于断开状态中，用M8构建的电流源传导小的电流，其也通过高压NMOS晶体管M3而被传导。M3的栅极被连接到所述双向开关的共源极并且漏极被连接到所述电压供应端子VHI。M3的栅极和源极之间的电压降切换所述双向开关在断开状态中。如果所述双向开关处于断开状态中，则消耗的功率量等于电流的值乘以在所述端子VSS和VHI上的电压之间的电压差。因此，所引用的文章的双向开关的控制电路具有静态功率消耗并且所述消耗无关于所述双向开关的状态。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于双向开关的控制电路，其比已知的控制电路消耗更少的功率。本专利技术的第一方面提供了如在权利要求1中所要求权利的用于控制双向开关的控制电路系统。本专利技术的第二方面提供了如在权利要求10中所要求权利的双向开关系统。本专利技术的第三方面提供了如在权利要求13中所要求权利的开关矩阵。本专利技术的第四方面提供了如在权利要求14中所要求权利的医疗刺激器。本专利技术的第五方面提供了如在权利要求15中所要求权利的控制双向开关的方法。在从属权利要求中限定了有利的实施例。根据本专利技术的第一方面的用于控制双向开关的控制电路系统包括能量存储元件、耦接装置和控制电路。所述双向开关具有控制端子，所述控制端子用于接收控制电压以控制所述双向开关的接通状态和断开状态，并且所述双向开关具有在双向主电流路径中的至少一个半导体开关。所述耦接装置将所述能量存储元件耦接到用于对所述能量存储元件充电的供电电压。当所述双向开关处于断开状态中时，所述能量存储元件仅被耦接到所述供电电压。所述控制电路接收来自所述能量存储元件的功率，并且当所述能量存储元件未被耦接到所述供电电压时供给具有独立于所述供电电压的电压电平的控制电压。所述控制电路接收来自所述能量存储元件的功率，并且，因此，所述控制电路能够产生控制电压，其与跨越所述能量存储元件的电压相关。所述双向开关在所述控制端子上接收所述控制电压。为了可靠地接通或断开所述双向开关，所述控制电压需要具有处在特定的电压范围内的电压，其不与所述供电电压直接相关。当所述能量存储元件未被耦接到所述供电电压时，所述控制电路能够产生不与所述供电电压直接相关的控制电压，因为所述能量存储元件的端子的电压可以浮动到所需要的电压电平。然而，当所述能量存储元件正被充电时，所述能量存储元件的端子的电压变为连接到固定的电压电平，其可能阻止所述控制电路产生可以可靠地接通或断开所述双向开关的控制电压。因此，所述能量存储元件仅当所述双向开关处于断开状态中时被充电。要被注意的是:所述双向开关主要形成对所述控制电路系统的电容性负载，因为所述负载由至少一个半导体开关的栅极形成，其不得不被充电或放电以从导电状态切换到非导电状态，或者反之亦然。因此，所述双向开关不形成针对所述控制电路系统的静态功率负载。所述耦接装置和所述控制电路可以被实现为低功率半导体电路，所述低功率半导体电路仅在所述半导体电路系统的晶体管切换到另一状态的瞬时消耗功率。所述控制电压的获取不依靠永久流动的电流。因此，所述控制电路系统不具有静态功率消耗。所述控制电路系统不具有静态功率消耗并且所述双向开关不通过所述控制端子而静态地消耗功率。因此，根据第一方面的本专利技术比所述已知的电路系统在功率上更有效率。在实施例中，所述双向开关进一步具有在双向主电流路径中的至少一个半导体开关和用于提供参考电压的参考电压输出端子，所述参考电压指示所述控制端子上的控制电压必须被限定为哪个电压电平以能够切换所述双向开关。所述控制电路系统进一步包括用于从所述参考电压输出端子接收所述参考电压的参考电压输入端子。所述能量存储元件具有第一端子和第二端子。所述耦接装置包括被布置在所述第一端子和第一供电电压端子之间的第一开关以接收第一供电电压、被布置在所述第二端子和第二供电电压端子之间的第二开关以接收第二供电电压,以及另外的控制电路。所述另外的控制电路控制所述第一开关和所述第二开关中的至少一个被打开或闭合并且当所述双向开关的所述双向主电流路径处于断开状态中时仅闭合所述第一开关和所述第二开关中的至少一个。当所述第一开关和所述第二开关两者被闭合时，所述能量存储元件被充电到是所述第一供电电压和所述第二供电电压之间的差值的电压。当所述第一开关和所述第二开关两者被打开时，所述第一端子和所述第二端子的电压浮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.12 EP 10159612.01.一种用于控制双向开关(132、212、220)的控制电路系统(134、1102、1204、1304)，所述双向开关具有控制端子(130)以及在双向主电流路径(144、1112)中的至少一个半导体开关(143、M1、M2、M10、M20、1110、1206、1308)，所述控制端子(130)用于接收控制电压以控制所述双向开关(132、212、220)的接通状态和断开状态，所述控制电路系统(134、1102、1204、1304)包括：能量存储元件(102、Cstor)，耦接装置(101)，所述耦接装置(101)用于将所述能量存储元件(102、Cstor)耦接到供电电压，用于对所述能量存储元件(102、Cstor)充电，以及控制电路(108、208、222)，所述控制电路(108、208、222)被配置用于接收来自所述能量存储元件(102、Cstor)的功率，并且被配置用于当所述能量存储元件(102、Cstor)没有被耦接到所述供电电压时供应具有独立于所述供电电压的电压电平的控制电压，其中，所述耦接装置(101)被配置用于仅当所述双向开关(132、212、220)处于断开状态中时将所述能量存储元件(102、Cstor)耦接到所述供电电压。2.根据权利要求1所述的控制电路系统(134、1102、1204、1304)，进一步包括用于接收参考电压的参考电压输入端子(126)，其中，所述双向开关(132、212、220)进一步包括用于提供所述参考电压的参考电压输出端子(142)，所述参考电压指示所述控制端子上的控制电压必须被限定到哪个电压电平以使得能够切换所述双向开关，其中，所述能量存储元件(102、Cstor)具有第一端子(104)和第二端子(136)，其中，所述耦接装置(101)包括：i)第一开关(S1)，所述第一开关(S1)被布置在所述第一端子(104)与用于接收第一供电电压的第一供电电压端子(112)之间，ii)第二开关(S2)，所述第二开关(S2)被布置在所述第二端子(136)与用于接收第二供电电压的第二供电电压端子(120)之间，以及iii)另外的控制电路(116、210、216、404、408)，所述另外的控制电路(116、210、216、404、408)用于将所述第一开关(S1)和所述第二开关(S2)中的至少一个控制为是打开的或闭合的，并且被配置用于当所述双向开关(132、212、220)的所述双向主电流路径(144、1112)处于断开状态中时仅闭合所述第一开关(S1)和所述第二开关(S2)中的至少一个，其中，当所述第一开关(S1)和所述第二开关(S2)两者被闭合时，所述能量存储元件(102、Cstor)被充电到是所述第一供电电压与所述第二供电电压之间的差值的电压，并且其中，当所述第一开关(S1)和所述第二开关(S2)两者是打开的时，所述第一端子(104)和所述第二端子(136)的电压是浮动的以获得所述能量存储元件(102、Cstor)的浮动状态，并且其中，所述控制电路(108、208、222)包括功率供应端子(106、138)，所述功率供应端子(106、138)被耦接在所述第一端子(104)和第二端子(136)之间以接收来自所述能量存储元件(102、Cstor)的供电能量，其中当所述能量存储元件(102、Cstor)处于浮动状态中时，以浮动的方式产生所述控制电压。3.根据权利要求2所述的控制电路系统(134、1102、1204、1304)，其中，所述控制电路(108、208、222)包括锁存器(206、224、704、708)，所述锁存器(206、224、704、708)用于记忆所述双向开关(132、212、220)的接通状态或断开状态并且用于根据所记忆的状态供应所述控制电压。4.根据权利要求2所述的控制电路系统(134、1102、1204、1304)，其中，所述控制电路(108、208、222)包括用于接收开关控制信号的输入端子(T1ctrl、Ins、InR)，所述开关控制信号指示所述双向开关所需的接通或断开状态。5.根据权利要求3所述的控制电路系统(134、1102、1204、1304)，其中，所述控制电路(108、208、222)被耦接到所述第一供电电压端子(112)和所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：PG布兰肯，JJA托尔，FACM朔夫斯，DW范戈尔，
申请(专利权)人：沙皮恩斯脑部刺激控制有限公司，
类型：
国别省市：