带有有效开关的电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种带有有效开关的电路、一种用于车辆中的箝位电路的电子开关以及一种带有至少一个这样的开关的车辆。
【背景技术】
[0002]众所周知，用作负载(用电器)的开关的功率半导体，特别是诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)、结型场效应晶体管(JFET)等这样的晶体管，放置在例如车辆的车用电网中。例如，这样的功率半导体作为所谓的高压侧开关放置在与负载的电连接中。
[0003]然而在汽车领域中，借助于继电器执行夹具30 ( S卩，直接来自电池的正极导线)的接入或断开。在这种情况下，使用继电器基本上具有如下缺陷:机械应力和因此相对于功率半导体明显降低的使用寿命。在继电器的开关操作时也会产生噪音并且继电器的激励导致开关损耗。
[0004]如果使用工作电流继电器(还称为闭合继电器)，那么继电器在激活情况下(即当电流流经继电器的线圈时)关闭。在该情况下，该关闭的继电器在激活模式下不导致车辆的电池放电，因为该电池经由车辆的发电机而被再充电。
[0005]反之，如果发电机是非激活的，因为例如车辆停放(待用状态)并且发动机未运转，则利用工作电流继电器为车辆的用电器提供能量是有问题的，因为在该情况下工作电流继电器自身也不断地消耗电能，并且因此电池放电。然而必须越来越多地给在车辆的待用状态中的不同的用电器(至少有时)供应能量，例如用于免钥匙访问车辆的访问系统或者无线钥匙，或电子停车制动。
[0006]本发明的目的是避免上述缺陷并且特别地实现:(半导体)开关是能够激活的，不需要(一定量的)激活电流。此外，本发明的任务是提供保护半导体开关和保护线路的过流断路，其中这些过流断路不需要(一定量的)激励。
[0007]这些任务根据独立权利要求的特征解决。优选实施例特别地可参考从属权利要求。
[0008]为了实现上述目的，提出的电路包括:
[0009]串联电路，该串联电路包括p型半导体和附加的元件；
[0010]调节电路，其中，所述调节电路由在所述串联电路处下降的电压供应。
[0011]由于p型半导体，本电路能够利用调节电路(几乎)无损耗地保持打开，并且因此特别合适于给连接的用电器供应电能。另一方面调节电路使得在通过P型半导体的电流上升超过预定的阈值时，该P型半导体能够自锁地关断。因此P型半导体适合于高功效地供应用电器，其中确保在过载情况下(电流超过阈值)防止P型半导体损坏。
[0012]特别地，调节电路具有至少一个输入端，借助该输入端，p型半导体能够转换为导通的或不导通的。这样的输入口例如能够用于控制电路(例如，以微控制器的形式)。
[0013]改进方案是，调节电路设置成使得p型半导体在待用模式下保持接通，直到穿过p型半导体的电流达到和/或超过预定的阈值。
[0014]另一改进方案是，调节电路设置成使得在穿过p型半导体的电流达到和/或超过预定的阈值之后，P型半导体保持自锁地切断。
[0015]特别地，改进方案是，附加元件包括下列的至少一个:
[0016]二极管；
[0017]肖特基二极管；
[0018]齐纳二极管；
[0019]欧姆电阻。
[0020]另一改进方案是，串联电路在p型半导体侧与电源线相连接。
[0021]电源线是例如到诸如发电机或者电池这样的电源的正极的导线(正电源线)(例如车辆的夹具30)。
[0022]此外改进方案是，串联电路在附加元件侧与到用电器的导线相连接。
[0023]用电器可以是诸如车辆的任意用电器，该用电器在待用模式期间具有降低的电流需求。
[0024]在另一改进方案的框架中，p型半导体包括下列半导体中的至少一个:
[0025]半导体开关；
[0026]功率半导体开关；
[0027]晶体管；
[0028]金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET);
[0029]P沟道金属氧化物半导体(PM0S)；
[0030]绝缘栅双极型晶体管(IGBT);
[0031]结型场效应晶体管(JFET)。
[0032]下一个改进方案在于，调节电路布置成与由p型半导体和附加元件组成的串联电路并联。
[0033]—种设计方案是调节电路具有半导体开关，该半导体开关的操作点能够经由包括至少一个电阻的电阻网络调节。
[0034]替代的实施例在于，半导体开关是晶体管，特别是诸如pnp晶体管这样的双极性晶体管，其中将电阻网络的尺寸规定为使得当在由p型半导体和附加元件组成的串联电路处的电压降大于预定的阈值时半导体开关将导通，其中P型半导体因此被激励成自保持地切断。
[0035]另一设计是，调节电路具有温度补偿电路。
[0036]温度补偿电路能够具有例如包括至少一个温控电阻的电阻网络。温度补偿电路能够布置在例如半导体开关的基极与发射极之间(即在源极与栅极、或者在栅极与放射极之间)。由此，特别地，至少部分地补偿了电压降的温度相关性。
[0037]另外的设计是，电路包括检测电路，该检测电路布置成与由p型半导体和附加元件组成的串联电路并联。
[0038]当穿过p型半导体的电流达到或超过预定的阈值时，能够借助于检测电路识别。在这种情况下，检测电路能够提供触发信号，借助于该触发信号，例如唤醒了控制电路(例如，微控制器)，该控制电路激活具有尚电流承载能力的功率开关。
[0039]检测电路能够与调节电路类似地安装。检测电路还能够具有温度补偿电路。通过合适地确定用于调节电路或者检测电路的电阻网络尺寸，能够确保从穿过P型半导体开关的特定电流值开始
[0040]一一p型半导体开关自锁地切断(在调节电路的情况中，通过调节电路的半导体开关相应地激励P型半导体的方式)，或者
[0041]—一将为诸如微控制器提供相应的触发信号(在检测电路的情况下)。
[0042]有利的是，一方面为p型半导体的切断，并且另一方面为触发信号使用不同的电流值。
[0043]可选地，还能够设计多个检测电路，检测电路根据电流值(例如通过各个半导体的线路确定的电流值)分别具有不同尺寸的电阻网络。
[0044]改进方案在于，电路具有控制电路，借助该控制电路能够激励电路，使得p型半导体转换为要么是导通的，要么是不导通的。
[0045]控制电路能够具有例如至少一个微控制器。
[0046]另外的设计是，p型半导体在待用模式下是导通的。
[0047]另一设计是，待用模式是具有多个用电器的系统的待用模式，其中，电路为系统的待用模式下的至少一个用电器供应电能。
[0048]系统包括车辆中的电子系统也是可能的。
[0049]上述目的还能够通过电子开关解决，该电子开关用于包括如此处描述的至少一个电路的车辆中的箝位电路。
[0050]此外，利用带有至少一个根据该实施例的电子开关的车辆解决以上任务。
[0051]上述的本发明的特性、特征、优点以及如何实现本发明的方式方法将结合以下实施例的示意性描述而更加清楚和明显，该实施例参照附图作进一步说明。此外，为条理清晰相同或相似的元件提供以相同的标记。
【附图说明】
[0052]图1是实现用于机动车辆中的箝位电路的无静态电流的电子开关的示意性框图；
[0053]图2是用于用电器的开关的示例性示意构造，用电器包括带有串联连接的肖特基二极管的P型半导体，其中包括pnp晶体管的调节电路与该串联电路并联布置；
[0054]图3示出图2所示出的电路布置的补充，其还包括附加的pnp晶体管，用以检测通过P型半导体的附加电流值。
[0055]参考标记列表
[0056]101半导体开关
[0057]102用电器
[0058]103半导体开关
[0059]104用电器
[0060]105半导体开关
[0061]106用电器
[0062]107 开关
[0063]108 二极管
[0064]109二极管
[0065]110二极管
[0066]111微控制器
[0067]112控制线
[0068]113控制线
[0069]114控制线
[0070]115控制线
[0071]201接口(例如，与夹具30连接)
[0072]202接口
[0073]203 接口
[0074]204 节点
[0075]301 接口(触发信号)
[0076]ΤΙ p沟道场效应管
[0077]T2 pnp 晶体管
[0078]T3 pnp 晶体管
[0079]D1 肖特基二极管
[0080]R1-R15 电阻
【具体实施方式】
[0081]此处提出使用例如p型半导体的方法，该p型半导体的激励不需要电荷栗，并且因此能够无线地或无电流地激励。特别地，提出过电流断路，用以保护半导体及可能连接的线路，该过电流断路不需要(显著的)静态电流。
[0082]P型半导体例如是半导体开关，特别地，是功率半导体开关、晶体管、MOSFET、IGBT、JFET等。特别地，电路布置可设置有上述元件中的至少一个。
[0083]图1示出为实现用于机动车辆中的箝位电路的无静态电流电子开关的示意性框图。
[0084]夹具30(与机动车辆的电池的正电路的连接件)经由半导体开关101与用电器102连接；经由半导体开关103与用电器104连接；并且经由半导体开关105与用电器106连接。
[0085]半导体开关101、103和105优选地实施为低阻半导体开关(例如，场效应晶体管(FETs)或FET-级)并且设计成用于高电流(例如，在电子停车制动器作为用电器的情况下的 50A)。
[0086]如果车辆转化为待用模式，则半导体开关101、103和105断开，因为它们具有较高的操作电流或驱动电流，并且此外持久地给电池耗电和放电。待用模式可以是，例如，其中车辆的电动机和/或发电机未激活的模式。在车辆被/已经停靠或停放后，一旦预定的持续时间终止，就也可激活待用模式。当车辆被停放不可预期的时间并且/或者除了车辆的电池以外不连接或激活电能源时，原则上就能够采用待用模式。
[0087]在待用模式下开关107是激活的。开关