安全控制设备的制作方法

安全控制设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种安全控制设备，各种实施例涉及用于控制安全控制设备的电流驱动器，包括：连接到第一输出的箝位电路，所述箝位电路被配置为箝位第一输出的电压到箝位电压值，其中所述第一输出被配置为连接到高压开关；多个中压开关；多个开关驱动器，其中每个所述开关驱动器连接到一个中压开关；多个第二输出，其中所述多个第二输出中的每一个被配置为连接到多个负载中的每一个；以及控制器，所述控制器被配置为控制高压开关。
【专利说明】安全控制设备
【技术领域】
[0001]本文所公开的各种实施例涉及安全控制设备，特别是涉及在安全应用中的中压驱动器。
【背景技术】
[0002]在安全应用(汽车是一个例子)，多个负载可能通过相应的开关被接通和关断。此夕卜，也可能是一个共同的(“中央”)开关将电源提供给所有的负载。在当今的应用中，开关都是高压设备，这意味着高成本(因为实现开关需要大面积的硅)。因此，有必要改进此应用，以减少成本和/或尺寸。

【发明内容】

[0003]各种实施例的简要总结介绍如下。在下面的总结中可能会做一些简化和省略，其目的是强调和介绍不同实施例的某些方面，而不是限制本发明的范围。在后面的章节中将会对每个实施例详细描述，这些描述足以使本领域的普通技术人员能够制造和使用本发明的思想。
[0004]各种实施例涉及用于控制安全控制设备的电流驱动器，包括:连接到第一输出的箝位电路，该箝位电路被配置为箝位第一输出的电压到箝位电压值的箝位电路，其中第一输出被配置为连接到高压开关；多个中压开关；多个开关驱动器，其中每个开关驱动器连接到一个中压开关；多个第二输出，其中多个第二输出中的每一个被配置为连接到多个负载中的每一个；以及控制器，所述控制器被配置为控制高压开关。
[0005]各种实施例涉及控制施加到负载的最大电压的方法，包括:控制高压开关的状态；控制多个中压开关的状态，其中该中压开关具有相关联的负载；检测过电压情况；以及箝位高压开关的电压到箝位电压值。
[0006]各种实施例涉及安全控制设备，包括:连接到第一输出的箝位电路，该箝位电路被配置为箝位第一输出的电压到箝位电压值，其中第一输出被配置为连接到高压开关；多个第二输出，其中多个第二输出中的每一个被配置为连接到多个中压开关中的一个及其相关联的负载；多个开关驱动器，其中每个开关驱动器连接到多个第二输出中的一个，其中每个开关驱动器被配置为连接到所述中压开关中的一个；以及被配置为控制高压开关的控制器。
【专利附图】

【附图说明】
[0007]为了更好地理解各种实施例，参考附图，其中:
[0008]图1示出了现有技术的一种负载保护系统；
[0009]图2示出了现有技术的另一种负载保护系统；
[0010]图3示出了本发明负载保护系统的一个实施例；
[0011]图4示出了本发明负载保护系统的另一实施例。[0012]为了便于理解，相同的附图标记被用于指定具有大致相同或相似的结构和/或大致相同或相似的功能。
【具体实施方式】
[0013]图1示出了现有技术的一种负载保护系统。此类负载保护系统100可能会出现在各种应用和系统中。负载保护系统可以包括控制设备110,闻压开关MO,多个负载Load_l至Load_n,以及多个高压开关Ml至Mn。
[0014]高压开关MO可以被连接到电源(例如电池)。该负载保护系统可以包括二极管Dl,以确保当电池以错误的极性连接到这些端子上时，电流不会在BAT和GND端子之间流动。
[0015]负载Load_l至Load_n被连接到高压开关MO。负载Load_l至Load_n实质上彼此并联连接。接着负载Load_l至Load_n中的每一个被连接到各自的高压开关Ml至Mn。然后可将高压开关Ml至Mn连接到地。
[0016]控制设备110可以包括控制器112和多个低侧驱动器(LS-驱动器)114。控制器112可检测系统中的问题，这需要断开系统中的电源。控制器可以包括栅极驱动器(GD)和变化准备(CP) (change prep)。当控制器112感测到这样的问题,它会断开开关MO从而断开负载Load_l至Load_n的电源。LS-驱动器114可以连接到高压开关Ml至Mn中的一个。LS-驱动器114可控制高压开关Ml至Mn以接通或断开Load_l至Load_n的电源。
[0017]开关MO至Mn可以在线性区域中工作，S卩，晶体管可以作为开关操作。这可以是出于功率损耗的原因，因为如果一个或多个开关不在线性区域中工作，开关中过多的功率损耗可能会导致在应用中的热问题或最坏的情况下甚至破坏开关。
[0018]现有技术的保护系统会出现一个问题。例如，在汽车应用中，电源电压有可能达到高水平(在汽车中高达40V)。因此，所有的开关MO至Mn需要为能承受至少40V的设备。这导致昂贵的开关MO至Mn。
[0019]图2不出了现有技术的另一种负载保护系统。图1和图2的区别是负载Load_l至Load_n和开关Ml至Mn的彼此之间的相对位置。在图1中，负载Load_l至Load_n在开关MO和开关Ml至Mn之间。在图2中，负载Load_l至Load_n在开关Ml至Mn和地之间。在图1中的LS-驱动器在图2中变成高侧驱动器(HS-驱动器)。图2的实施例是不常用的并且更昂贵，但它确实有能够控制各负载接地短路的优点。除此之外，图2中所示的实施例的元件和功能与图1中相同。
[0020]上述问题的一个解决方案包含当工作电压低于特定的工作值时，中央开关MO在线性模式下操作；当工作电压高于特定的工作值时，中央开关在饱和模式下操作开关并且箝位中央开关MO的栅极电压到箝位电压。在汽车应用中，特定的工作值可为约18V，箝位电压可为约29V。根据具体的系统和它的要求和操作环境可以使用各种其它的值。因为当电源电压高于工作电压范围时开关不通过电流，所以热问题可能不会发生。
[0021]图3示出了本发明负载保护系统的一个实施例。负载保护系统可包括控制设备310，高压开关MO，多个负载Load_l至Load_n，以及多个中压开关Ml至Mn。
[0022]高压开关MO可以被连接到电源(例如电池)。该负载保护系统可以包括二极管Dl,以确保电流不会回流到电池中。[0023]负载Load_l至Load_n连接到高压开关MO。负载Load_l至Load_n实质上是彼此并联连接。然后负载Load_l至Load_n中的每一个连接到它们各自的中压开关Ml至Mn。然后中压开关Ml至Mn可以连接到地。
[0024]控制设备310可包括控制器312和多个LS-驱动器314。控制器312可检测系统中的问题，这需要断开系统中的电源。当控制器312感测到这样的问题时，它会断开开关MO，从而断开负载Load_l至Load_n的电源。箝位电路可以将通过高压开关MO的电压箝位到箝位电压。箝位电路将在下面进一步描述。LS-驱动器314可以连接到中压开关Ml到Mn中的一个。LS-驱动器314可控制中压开关Ml至Mn,以接通和断开负载Load_l至Load_n的电源。
[0025]由于箝位电路会降低中压开关Ml至Mn的最大电压，中压开关可被设计为容纳较低的施加电压。这样做的优点是更低的成本和允许更小的开关设备。
[0026]图4示出了本发明负载保护系统的另一实施例。负载保护系统可包括控制设备410,高压开关MO,以及多个负载Load_l至Load_n。
[0027]高压开关MO可以被连接到电源(例如电池)。该负载保护系统可以包括二极管Dl,以确保当电池以错误的极性连接到这些端子之间时，电流不会在BAT和GND端子之间流动。
[0028]负载Load_l至Load_n被连接到高压开关MO。负载Load_l至Load_n实质上是彼此并联连接。接着负载Load_l至Load_n中的每一个连接到它们各自的中压开关Ml至Mn。中压开关Ml至Mn可以连接到地。在本实施例中的中压开关Ml至Mn可以在控制设备410中实施。
[0029]控制设备410可以包括控制器412，多个LS-驱动器414，箝位电路416，以及多个中压开关Ml至Mn。控制器412可检测系统中的问题，这需要断开系统中的电源。当控制器412感测到这样的问题时，它会断开开关MO，从而断开负载Load_l至Load_n的电源。此夕卜，控制器412可包括箝位电路416。箝位电路416可以将通过高压开关MO的电压箝制到箝位电压。当箝位电压等于击穿电压加上二极管418的正向电压时，箝位电路可以包括具有击穿电压的齐纳二极管418。箝位电路416也可以是任何其他类型的能够把电压箝制到一个所需的箝位电压的箝位电路。
[0030]LS-驱动器414可以连接到中压开关Ml至Mn中的一个。LS-驱动器414可控制中压关Ml至Mn,以接通和断开负载Load_l至Load_n的电源。在这种情况下，中压开关Ml至Mn为控制设备的一部分。现在这是可能的，因为中压开关Ml至Mn的合理使用允许在控制设备中实施开关。另外，控制设备可以具有连接到控制设备的输出
[0031]上的二极管,该输出连接到负载Load_l至Load_n。
[0032]虽然开关MO至Mn都被描绘为最常见的NMOS器件，但是其他类型的设备也可以使用，如PMOS或双极开关。
[0033]控制设备310和410可以在单个集成电路(IC)上实现。另外，在上述记载中记载了特定的电压值。也可以使用其他值。高压和中压之间的关系可以为，它们会导致高压开关MO相对于中压开关Ml至Mn的设计中的显着差异。使用中压开关Ml到Mn导致大大降低设备的成本和尺寸。另外，它可能会导致中压开关Ml至Mn在控制设备中实施，并在单个IC上实施。[0034]负载保护系统可以在汽车应用领域中使用，例如，防抱死制动系统，电子稳定程序，电动助力转向，电子驻车制动等。此外，负载保护系统可以被应用在其他需要负载和安全保护的系统。
[0035]从前面的描述显而易见地，本发明的各种实施例可以在硬件和/或固件中实施。此外，各种实施例可以被实施为存储在机器可读存储介质上的指令，其可以通过至少一个处理器来读取和执行以执行本文中详细描述的操作。一种机器可读存储介质可以包括用于通过机器存储信息的任何机制，该机器可以是个人或膝上型计算机，服务器，或其他计算设备。因此，一个有形的和非短暂性的机器可读存储介质可包括只读存储器(R0M)，随机存取存储器(RAM)，磁盘存储介质，光存储介质，闪存设备，和类似的存储介质。
[0036]本领域技术人员应当理解，在这里的任何方框图代表体现本发明原理的说明性电路的概念图。同样地，应当理解，任何流程图，流程方框图，状态转移图，伪代码等表示各种过程，该过程可能实质上在机器可读的介质中表示和因此由计算机或处理器执行，不论这种计算机或处理器是否被明确示出。
[0037]虽然各种实施例中已经描述了若干示例性方面的细节，应当理解，本发明可以有其它实施例，以及它的细节能够在各个显而易见的方面被修改。对本领域的技术人员而言很明显地，在保持本发明的精神和其范围之内时可以产生变动和修改。因此，上述披露，说明和数字仅用于说明，不以任何方式限制本发明，本发明仅由权利要求限定。
【权利要求】
1.一种安全控制设备，其特征在于，包括:连接到第一输出的箝位电路，所述箝位电路被配置为将第一输出的电压箝制到箝位电压值，其中所述第一输出被配置为连接到高压开关；多个中压开关；多个开关驱动器，其中每个所述开关驱动器连接到一个中压开关；多个第二输出，其中所述多个第二输出中的每一个被配置为连接到多个负载中的每一个；以及控制器，所述控制器被配置为控制高压开关。
2.根据权利要求1所述的安全控制设备，其特征在于，所述箝位电压值是29V。
3.根据权利要求1所述的安全控制设备，其特征在于，还包括多个二极管，每个所述二极管连接到所述多个第二输出中的一个。
4.根据权利要求3所述的安全控制设备，其特征在于，所述多个开关驱动器中的每一个连接到与其相关联的中压开关的栅极。
5.根据权利要求4所述的安全控制设备，其特征在于，所述多个中压开关中的每一个连接到与其相关联的二极管和第二输出。
6.根据权利要求1所述的安全控制设备，其特征在于，所述箝位电路包括齐纳二极管。
7.根据权利要求6所述的安全控制设备，其特征在于，所述齐纳二极管具有与箝位电压值相应的击穿电压。
8.根据权利要求1所述的安全控制设备，其特征在于，所述安全控制设备是集成电路。
9.根据权利要求1所述的安全控制设备，其特征在于，所述控制器被连接到所述箝位电路。
10.一种安全控制设备，其特征在于，包括:连接到第一输出的箝位电路，所述箝位电路被配置为将第一输出的电压箝制到箝位电压值，其中所述第一输出被配置为连接到高压开关；多个第二输出，其中所述多个第二输出中的每一个被配置为连接到多个中压开关中的一个和与其相关联的负载；多个开关驱动器，其中每个所述开关驱动器连接到所述多个第二输出中的一个，其中每个所述开关驱动器被配置为连接到所述中压开关中的一个；以及控制器，所述控制器被配置为控制高压开关。
11.根据权利要求10所述的安全控制设备，其特征在于，所述多个开关驱动器中的每一个连接到与其相关联的中压开关的栅极。
12.根据权利要求10所述的安全控制设备，其特征在于，所述箝位电压值是29V。
13.根据权利要求10所述的安全控制设备，其特征在于，所述箝位电路包括齐纳二极管。
14.根据权利要求10所述的安全控制设备，其特征在于，所述齐纳二极管具有与箝位电压值相应的击穿电压。
15.根据权利要求10所述的安全控制设备，其特征在于，所述安全控制设备是集成电路。
16.根据权利要求10所述的安全控制设备，其特征在于，所述控制器被连接到所述箝位电路。
17.—种控制施加到安全控制设备的负载上的最大电压的方法，其特征在于，包括:控制高压开关的状态；控制多个中压开关的状态，其中所述中压开关具有相关联的负载；检测过电压情况；以及将高压开关处的电压箝制到箝位电压值。
18.根据权利 要求17所述的方法，其特征在于，所述箝位电压值是29V。
【文档编号】H02H9/04GK103683174SQ201310349299
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2012年8月30日
【发明者】鲁克·范戴克 申请人:Nxp股份有限公司