专利名称：用于触发车辆的人员保护装置的控制装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种按照独立权利要求所述类型的用于触发车辆的人员保护装置的 方法以及控制装置。
背景技术：
由DE 10 2005 031 085 Al已知，在用于人员保护的控制装置中设置开关转换器， 所述开关转换器将蓄能器充电至明显高于电池电压的供能电压，且设置降压转换器，为了 在所述控制装置内所需的电压，所述降压转换器再将所述供能电压降压转换。这些转换器 通常被构造为开关转换器。
发明内容
与之相比，具有独立权利要求所述特征的、用于触发车辆的人员保护装置的依据 本发明的方法以及依据本发明的控制装置具有以下优点通过由对所述至少一个开关转换 器的输出信号的上升或者下降时间的影响得到较高的热负荷，能够实现该开关转换器的电 磁辐射的减少。相应地能够实现热负荷和辐射之间的所谓的平衡。相应地改善了依据本发 明的控制装置的电磁兼容性。这在车辆内的无线电装置的接收范围能够起非常有利的作 用，以致通过这样的开关转换器的辐射减少无线电接收的干扰。这样的无线电范围例如是 87. 5兆赫兹至108兆赫兹的超短波范围。依据本发明的控制装置以及依据本发明的方法避免了例如可能由静态抗干扰方 法如所谓的缓冲电路或类似的所产生的附加成本。此外这样的静态抗干扰方法还可能有开 关转换器总体效率降低的其他缺点。在本发明中，所述控制装置涉及一种电气装置，其依据传感器信号触发如安全气 囊、安全带拉紧器的人员保护装置，以及如行驶动力学调节装置或制动器的主动人员保护 装置。触发在此表示激活这些人员保护装置。开关转换器理解为一种转换器，其使用电感如扼流圈或者变压器将输入电压转换 至更高或更低的电平，所述转换器具有低损耗，尤其是开关元件以及所述线圈的欧姆电阻 等的损耗。输出电压的平滑通常通过电容器(电解电容器)实现，以及对于较高的频率分 量通过近似无损耗的陶瓷电容器实现。该开关转换器被安置在集成电路上，例如被安置在 具有安全气囊控制装置的多个功能的系统模块上。用于功率极低的情况时，所述开关转换 器也能够被构造为纯电容式的、效率差的(电荷泵)。所述控制装置具有影响电路，该影响电路能够以硬件和/或软件方式设计。在开 关转换器上，该影响电路依据所述开关转换器的热负荷导致所述转换器的至少一个输出信 号的上升或下降时间改变，以便在必要时找到热负荷和辐射之间的平衡。由从属权利要求 得到，如何能准确地构造所述影响电路。所述集成电路上的物理参数将通过从属权利要求定义。然而还给出了其他的可 能。
所述集成电路的热负荷例如理解为所述集成电路的温度。所述至少一个输出信号的上升或下降时间是所述信号从低的值上升到期望的高 的值所需要的时间，或者相反地，下降所需的时间。该上升或下降时间确定所述热负荷或辐 射有多强。上升和/或下降时间越短，热负荷越小，但是辐射的频率就越高，反之亦然。通过在从属权利要求中列举出的措施和改进方案能够有利地改进在独立权利要 求中给出的用于触发车辆的人员保护装置的控制装置以及方法。有利的是，所述影响电路至少部分地被设置在集成电路上。如果分析热负荷的影 响电路完全在所述集成电路上，则依据本发明的方法能够完全地在所述集成电路上进行。 然而所述影响电路的一些部分也有可能被设置在所述集成电路之外，即在所述控制装置 的、例如处理器的、优选微控制器的其他元件内，其中例如所述微控制器测量物理参数，确 定所述集成电路的热负荷，并且由此确定所述上升和下降时间的改变，以便实现所述集成 电路的热负荷和辐射特性的优化。所述至少一个开关转换器具有至少一个开关晶体管，所述开关晶体管通过推/拉 门驱动电路来触发。所述推/拉门驱动电路具有用于所述上升时间的第一可调电流源和 用于所述下降时间的第二可调电流源。这些可调电流源能够被设计为自适应的，即连续可 控或可调。然而也有可能在此采用纯的激励晶体管复联(Treibertransistor-vielfach) (MOS-FETs (多个金属氧化物半导体场效应管)，量化(Quantisierung))。有利地，所述物理参数是所述至少一个开关转换器的输入电压和/或开关转换器 电流和/或所述集成电路的温度。所述物理参数被用于确定所述集成电路的热负荷。对于 升压转换器(反激转换器(Sperr-wandler))得到输入电压高时的热负荷低于输入电压较 低时的热负荷。所述开关转换器电流通过其幅度确定热负荷，而该热负荷直接决定温度。当输入电压小时存在高的热负荷，这是由于所述开关转换器在这样小的输入电压 的情况下具有差的效率。在给定输出负载时这主要是由在输入电压下降的情况下输入电流 增大导致，因为所述开关转换器的线圈以及所述开关晶体管中的欧姆损耗较高。对于较高 的输入电压，由于减小的转换器输入电流、由此回落的在线圈及开关晶体管中的损耗，效率 提高了，并且所述集成电路的温度也下降了。例如如果转换器输入电压从5V加倍至10V，则 效率由于转换器输入电流减少多于一半而提高至大约90 %。依据本发明，因为所述控制装 置在热方面是针对最坏情况来选择参数的，在热负荷相应地低于期望值时，要容忍较高的 热负荷，以便由此以效率为代价减小所述至少一个开关转换器的辐射。这为这样的开关转 换器的使用者示出了最优情况。
在下面的描述中将根据附图更详细地解释本发明的实施例。附图中图1示出了依据本发明的控制装置的方框电路图，图2示出了作为集成电路的系统模块的方框电路图，图3示出了电流时序图，图4示出了具有相连接的元件的作为集成电路的系统模块的另一个框图，且图5示出了流程图。
具体实施例方式图1示出了依据本发明的控制装置SG的框图，其中仅示出了对于本发明主要的元 件，同时出于简化目的省去了其他对于所述控制装置的工作必要的、但是对于理解本发明 并不必要的元件。所述控制装置SG例如具有金属和/或塑料外壳，并有作为主要元件的微 控制器μ C以及系统模块SA，所述系统模块SA被构造为集成电路。也有可能有多个这样的 系统模块SA。所述系统模块SA将控制装置的多个功能集合于自身。这些功能包括供能， 但也包括至外部传感器的接口、用于点火电路(ZUndkreisschaltung)的电控功率开关，例 如还包括相较微控制器来说并行分析传感器信号的安全控制器，以便为传感器信号提供分 析的不相关的硬件路径。所述微控制器μ C以及所述系统模块SA为了数据交换例如是通 过所谓的SPI总线(串行外设接口)相互连接的。所述系统模块例如还具有看门狗功能 (Watchdogfunktionen)，以监视所述微控制器μ C。所述系统模块SA上连接有电池电压Ubat和切换传感装置(Umschaltsensorik) US。所述系统模块SA通过其将此电池电压Ubat转换至所述控制装置需要的电平来由所述 电池电压Ubat给所述控制装置SG供电。为此采用开关转换器。此外所述系统模块还负责 将未示出的蓄能器，通常为一个或者多个电解电容器，充电至所述蓄能器的电压。在此采用 与所谓预充电器相连接的开关转换器。通过集成在所述系统模块SA上的点火电路，使在此 示例性示出的例如用于安全气囊的点火元件ZE通电并由此点火。通常有许多点火电路连 接到所述系统模块SA上，并不像这里简化示出的只有一个。在给定负载的情况下，所述系统模块SA的温度是其效率的指标。此外通过在所述 系统模块SA的转换范围内的快的开关时间还能够产生电磁直接辐射，以及通过开关转换 器模块与其他电路模块的耦合(例如通过不可避免的衬底耦合)，因所述系统模块SA的这 些电路模块连接到如点火电路和传感器线路的电缆束上而伴随着相应的天线效应产生辐 射。依据本发明，所述系统模块SA的当前热负荷由影响电路确定，并与最大热负荷相比较 而确定当前热负荷能够被再提高多少，以便为此改善所述系统模块SA的辐射特征。这种影 响受所述开关转换器的一个开关晶体管或多个开关晶体管的上升和下降时间的影响。为此，图2示出了所述系统模块SA的简化框图，施加在所述开关转换器上的由电 池电压得出的电压VZP、开关转换器电流I和芯片温度T进入影响电路B。可能这些量中仅 有一个或两个被所述影响电路B用于确定所述热负荷。可能这一任务的部分或者全部由微 控制器μ C承担，所述微控制器μ C为此与所述影响电路B相连接，并由此构成该影响电路 的一部分。如果所述影响电路B确定，作为集成电路的系统模块SA的热负荷到最大热负荷还 有余量，则所述影响电路B能够促使所述开关转换器SW，使当前热负荷有利于减少辐射并 由此使电磁兼容性(EMV)特征改善。这是通过影响开关转换器中的开关晶体管边沿的上升 和下降时间来引起的。图3在电流时序图中示出了一个电流脉冲，所述电流脉冲由所述开关转换器的开 关晶体管产生，并流经所述开关晶体管。所述电流脉冲具有上升时间tan和下降时间tab。这 些时间的长度主要确定热负荷但也确定所述开关转换器的辐射特性。这些时间越短，热负 荷越小，但是辐射的频率就越高，并且直接辐射的或者结构中耦合的量也越高，所述耦合的 耦合效应随频率增长(电容式耦合例如ASIC衬底等)。相反地，在上升和下降时间长的情况下，辐射减少，但是热负荷因此提高。最优情况将依据本发明来确定。图4示出了带有相连接的涉及所述开关转换器的元件的、依据本发明的作为集成 电路的系统模块的方框电路图。这里，所述系统模块SA具有预充电器PC，所述预充电器PC 将蓄能器充电至大约电池电平VZP。该预充电器PC在此作为电流源。在充电至电池电压 之后该预充电器PC作为具有确定的导通电阻Rdson的开关，即所述预充电器PC的晶体管 T3总是导通的。所述预充电器PC在此具有串联电阻RS3，所述串联电阻RS3被用作分流电 阻。所述预充电器PC的触发装置40依据在所述蓄能器ER上测得的蓄能器电压VER驱动 所述晶体管T3。在充电时，所述预充电器PC通过其控制装置40关闭所述开关转换器SW。 如果充电完成，则所述开关转换器再通过所述预充电器PC及其控制装置40被打开。为了处理如所述电压VER的输入信号，所述预充电器的控制装置或触发装置40具 有处理电路或者相应的软件，其中所述处理电路能够被构造为模拟的和/或数字的。存在 合适的驱动电路用于触发所述晶体管T3并用于其他的信号输出。类似的配置被用于所有 的控制或触发电路。所述控制装置40通过电流I3_CTL控制所述晶体管T3，同时在分流电阻RS3上测 量电流I3_s，以便必要时调节电流13。电池电压VZP通过二极管D2被极性保护，其中所述 电池电压UB通过为过压保护而设置的可调电阻Vl接到地。 所述预充电器PC通过所述晶体管T3通过输出端VPC/L1L连接到所述开关转换器 Sff的电感Ll上，以致所述预充电器PC的充电电流13经该电感Li、输入端LlH流至所述系 统模块SA，通过另一个二极管Dl流至所述蓄能器ER。这就是所述开关转换器电流。开关转换器控制装置41同样有作为输入参数存在的例如所述蓄能器电压VER。开 关升压转换器SW在此被构造为固定频率转换器。频率由振荡器41得出；PWM(脉宽调制器) 确定升压转换器晶体管T2的开关时刻。为了触发所述升压转换器晶体管T2，设置由两个可 调电流源组成的推挽门驱动器GTf、GTr0负责LlH上的电压下降沿的电流用GTf表示，并 有可调电流幅度(Stromhijhe) If。负责lih上电压上升沿的电流用GTr表示，并有可调 电流幅度Ir。所述晶体管通过分流电阻RS2连接到地，并通过二极管Dl连接到蓄能器ER，以及 通过输入端LlH连接到Li。电流12流向地并用于所述电感Ll的充电。电流源GTf连接在电势VTr和所述晶体管T2的门极之间，且电流源GTr连接在所 述门极和地之间。所述电流源GTf和GTr的触发通过触发装置41通过信号T2_CTL实现。 所述电压VTr是ASIC系统内部电压(这里优选3. 3V)并在起动的系统中直接由ASIC中的 供电电压VZP例如通过简单的齐纳二极管稳压形成，或者在已运行的系统中由通过其他调 节器由蓄能器电压和或VZP所形成的模拟和数字电压形成。如果选择高的电流If，则例如为MOSFET晶体管的T2的门极上的电压迅速上升， 且T2的开关速度增大。LlH上的电压迅速下降，因为在下降沿时LlH上有高的_dU(电压 差，-微分)比dt。如果选择高的电流Ir，则T2门极上的电压迅速降低，且T2的开关速度增大。LlH 上的电压迅速上升，即在上升沿时LlH上存在高的dU比dt。下面将描述在图4中示出的本发明有利的改进方案。电流If的默认值通过If_set实现，而电流Ir的默认值通过Ir_set实现。在电路模块42中，其导致了升压转换器晶体管T2的自适应的开关速度控制。通过转换器输入 电压VZP的唯一测量已能够进行十分有效的适应。高的转换器输入电压VZP导致低的If 或Ir电流值，由此在LlH上不会产生过快的电压边沿，所述过快的电压边沿可能产生有害 的辐射。尤其在这样的ASIC系统的SA中，所述辐射通过所述开关转换器模块与其他电路 模块通过不可避免的衬底耦合的耦合来产生，所述其他电路模块因其直接连接到如点火电 路和传感器线路的电缆线束上而具有确实的天线。低的转换器输入电压VZP导致较高的If 或Ir电流值，由此在输入电压VZP较小时系统模块SA的增加的热负荷被减小。补充或可选地能够实现关于获得的转换器电流13的调整。较高的转换器电流导 致高的If或Ir电流，以便抵抗集成电路的进一步变热。由此导致T2迅速地减小损耗地被 接通。作为独立措施，对通过VZP的电压适应的尤其有效的补充是分析所述集成电路SA 的温度。关于输入电压VZP的控制仅通过所述升压转换器的效率与所述电压VZP的相关性 来确定，与之相反，这将由所述集成电路的其他模块造成的变热考虑在内。如果这个由其他 电路模块造成的进一步变热不是最坏情况，就像在关于所述开关转换器的输入电压的仅有 的控制的情况下所假设的，不需要外部滤波措施就能够几乎除了 PPm范围(百万分之几) 内的少数例外避免辐射并由此避免所述开关转换器对于无线电运作或类似的干扰，所述外 部滤波措施为静态的，产生成本，并一开始就使所述转换器变差。所述升压转换器晶体管T2的自适应开关速度控制也能够通过微控制器μ C由控 制模块43来数字地自适应。所述微控制器可能自己例如通过模数转换器测量所述输入电 压VZP，并依据所述微控制器的影响调整所述开关转换器并在此调整上升和下降时间。所述集成电路的温度在这里用Tj表示。对于通过微控制器的触发，在最简单的情 况下涉及阈值校验，其中例如当VZP <UB < UBlisjwt时，指令会进行提高电流If 和Ir。但如果VZP彡彡UB lls_，则电流保持在预定的值。对于上升沿和下降 沿，可能设置不同的值。如上描述的，所述方法也能够用在降压转换器中。这一转换器在与 线圈串联的纵向支路中具有开关晶体管。这一方法也能够用于同步的升压和降压开关转换 器。该转换器用同步导通的晶体管Tl替代例如图4中Dl的续流二极管。在这种情况下两 个晶体管能够得到相应的开关速度的适应。图5以流程图示出了依据本发明的方法。在方法步骤500中获得所述集成电路的 物理参数。所述物理参数包括输入电压VZP，开关转换器电流以及所述集成电路的温度。这 一温度能够通过所述集成电路上的相应的温度传感器得到，例如通过二极管在恒定电流下 的温度相关性、热敏电阻等。影响电路42、43根据这些参数中的至少一个确定所述热负荷。所述热负荷是如此 确定的，在方法步骤502中与一个临界负荷相比较，其中如果临界负荷比当前确定的热负 荷高，则能够在方法步骤503中通过影响上升和下降时间来降低辐射。如果不是这种情况， 则在方法步骤504中检验，是否能够通过选择较陡的边沿来降低热负载。这能够在辐射还 不是太高时实现。所述热负载将在方法步骤505中降低。如果仍不是这种情况，则依据本 发明的方法在方法步骤506中结束。
权利要求
一种用于触发车辆的人员保护装置的控制装置(SG)，具有至少一个开关转换器(SW)以用于电压转换，其特征在于，所述至少一个开关转换器(SW)被设置在集成电路(SA)上，并且所述控制装置(SG)包含影响电路(42，43)以用于所述至少一个开关转换器(SW)，其中所述影响电路(42，43)依据所述集成电路(SA)上的至少一个物理参数确定所述集成电路的热负荷，并依据所述热负荷改变所述开关转换器(SW)的至少一个输出信号的上升和/或下降时间。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述影响电路至少部分地被设置在 所述集成电路(SA)上。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置(SG)中的处理器 (μC)是所述影响电路的至少一个部分。
4.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述至少一个开关转换 器(SW)具有至少一个开关晶体管(Τ2)，所述开关晶体管(Τ2)通过推挽门驱动电路被触发， 其中所述推挽门驱动电路具有用于开关晶体管电压的下降时间的第一可调电流源(GTf) 和用于所述开关晶体管电压的上升时间的第二可控电流源(GTr)。
5.根据前述权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述至少一个开 关转换器(SW)具有至少一个开关晶体管(Τ2)，所述开关晶体管(Τ2)通过推挽门驱动电路 触发，其中所述推挽门驱动电路具有多个量化的推晶体管用于漏极_源极或者集电极_发 射极开关晶体管电压的下降时间，并具有多个量化挽晶体管用于所述漏极-源极或者集电 极_发射极开关晶体管电压的上升时间。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述至少一个物理参 数是所述至少一个开关转换器(SW)上的输入电压(VZP)、和/或开关转换器电流(13)、和 /或所述集成电路(SA)的温度(TJ)。
7.一种用于触发车辆的人员保护装置的方法，其中至少一个开关转换器(SW)被用来 电压转换，其特征在于，在所述控制装置(SG)内采用影响电路(42，43)以用于所述至少一 个开关转换器(SW)，所述至少一个开关转换器(SW)被设置在集成电路上，所述影响电路 (42,43)依据至少一个物理参数确定所述集成电路(SA)的热负荷，并依据所述热负荷改变 所述至少一个开关转换器(SW)的至少一个输出信号的上升和或下降时间。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少一个开关转换器(SW)的输入电 压(VZP)，和/或开关转换器电流(13)，和/或所述集成电路(SA)的温度(TJ)被用作所述 至少一个物理参数。
全文摘要
本发明提出了一种用于触发车辆的人员保护装置的方法和控制装置，其中至少一个开关转换器被用于电压转换。设置有影响电路以用于所述至少一个开关转换器，其中所述开关转换器被设置在集成电路上。所述影响电路依据所述集成电路的至少一个物理参数确定热负荷。依据该热负荷改变所述至少一个开关转换器的至少一个输出信号的上升和/或下降时间。
文档编号H02M3/158GK101909947SQ200880123741
公开日2010年12月8日 申请日期2008年11月19日 优先权日2008年1月3日
发明者C·利斯特, F·西韦尔斯, H·舒玛赫, R·克施温德-席林, R·菲斯特 申请人:罗伯特·博世有限公司