本发明涉及集成电子电路领域，特别是h桥装置（其通常以英式名称“h-bridge（h桥）表示”），h桥装置旨在通过多个开关来确保对负载端子处的极性的控制，所述多个开关是例如借助于脉冲生成器来操纵的。
更确切地说，本发明致力于提出这样的装置和相关方法：其力求优化对通过这种h桥驱动的负载的切换的对称管理。
背景技术：
h桥是一种电子结构，其一般来说用于控制负载的端子处的极性。它由四个切换元件构成，这四个切换元件一般示意性地以h形布置。根据目标应用，开关可以是继电器、晶体管或其他切换元件。h桥用在许多电力电子应用中，尤其是用于控制发动机、变换器和斩波器以及逆变器。
如本领域技术人员所知，通过按照各种组合激活开关来实施如图1中示意性地表示的h桥，以获得所需的分支。
h桥使得能够实现两个主要功能，其分别在于：通过反转发动机m的端子上的电压来反转所述发动机m的旋转方向，以及通过调制发动机m的端子上的电压来改变所述发动机的转速。
传统上，h桥驱动负载，所述负载通常是直流电动机m。因此，h桥主要用来使得能够在两个方向上对所述负载提供电流。为此，h桥在于h形电子电路，其包括开关，一般是晶体管，所述开关能够根据应当对负载供电的电流方向而被操纵以闭合或断开，或者说on或off。传统上，按照本领域技术人员已知的英语技术术语，参考图1，h桥的位于接地侧的分支部分——亦即包括第二和第四开关ls0和ls1——称为“低侧”；另一方面，h桥的位于电源侧且包括第一和第三开关hs0和hs1的分支部分称为“高侧”。
如上所述，图1示出了传统的h桥。晶体管hs0、hs1、ls0、ls1由微控制器（未示出）来操纵。为了在正向上向发动机m提供电流，晶体管hs0和ls1闭合，并且晶体管hs1和ls0断开。在这种情况下，h桥在正向方向（或根据通常使用的英语术语的“forward（正方向）”）上——在图1中从第一开关hs0去往第四开关ls1——向发动机m供电。相反，为了在反向上向发动机m提供电流，晶体管hs1和ls0闭合，并且晶体管hs0和ls1断开。在这种情况下，h桥在反向方向（或根据通常使用的英语术语的“reverse（反方向）”）上——在图1中从第二开关hs1去往第三开关ls0——向发动机m提供电流。
通过脉冲发生器（未示出）交替地具有可变持续时间的高态和低态来控制开关的切换。
此外，第一和第三开关hs0和ls0通过第一连接点out0连接到由发动机m构成的负载，而第二和第四开关hs1和ls1通过第二连接点out1连接到发动机m。
另外，h桥可以使得能够通过耗散所产生的功率来执行磁制动。在一般情况下，然后同时致动两个上部开关hs0、hs1或下部开关ls0、ls1，这使得发动机m的端子短路，并且从而使其卸载。
然而，存在用于控制h桥的各种策略，尤其是为了使得能够实现更快且发出更少电磁干扰的切换。因此，以英语表达“lockanti-phasemode（锁定反相模式）”或“modedeverrouillageenoppositiondephase（反相锁定模式）”来表示的已知技术使得能够根据下面简要描述的原理借助于脉冲发生器来控制h桥的四个开关，而不必使负载短路以便卸载它。
参考图1，电池bat向h桥供应电压vbat。借助于位于高电平的脉冲发生器控制所述h桥，并且第一和第四开关hs0和ls1闭合，以便确保在正向上装载发动机m。
为了降低负载中的电流，亦即为了卸载发动机m，可以断开第一和第四开关hs0、ls1，然后产生可能的电池bat充电现象，然后闭合第二和第三开关hs1、ls0，以便使得电流能够反向流动，以便卸载发动机m，但同时要注意不要使负载处反转极性。如果意外发生了发动机m中的这种极性反转，则这样的极性反转实际上容易损坏所述发动机m，因为它会引起发动机m的旋转方向的不期望的反转。
避免引起发动机m的极性反转的这种必要性导致h桥控制上的严重约束。在实践中，根据现有技术，脉冲发生器的占空比应设定为50％，以保证发动机m的卸载不会致使所述发动机中的极性反转。
该约束构成了非常不便的缺点，并且在涉及到确保驱动机动车辆中的直流电动机的h桥的控制时甚至有严重的阻碍。
技术实现要素：
因此，存在对改进的h桥装置和用于控制这种h桥的方法的需要，其使得能够实施遵循上述“锁定反相模式”原理的所述h桥的控制模式，从而提供用于在不约束所使用的脉冲发生器的占空比的情况下确保检测任何极性反转风险和管理这种风险的附加手段。
借助于本发明，因此可以以快速且安全的方式控制驱动负载的h桥。根据一个实施例，借助于控制到负载的连接点的电势，根据本发明的h桥装置还发出很小的电磁干扰。
为此，本发明的目的在于一种具有对称负载切换的h桥装置，所述h桥包括分布在为负载供电的h桥的两个分支上的第一、第二、第三和第四开关，所述四个开关分布在相对于所述负载以如下方式布置的两个分支上：第一和第三开关经由负载的一侧上的第一连接点连到负载，并且第二和第四开关经由负载的另一侧上的第二连接点连到负载，使得包括第一和第四开关的开关对的闭合使电流能够在正向上流过负载，并且使得包括第二和第三开关的另一开关对的闭合使电流能够在反向上流过负载；称为“高侧”的h桥的上部包括旨在连到电源的第一和第二开关，并且称为“低侧”的h桥的下部包括旨在连到接地的第三和第四开关，所述h桥装置旨在通过具有高态或低态的脉冲发生器来进行控制。根据本发明，h桥装置包括独立的比较器，其用于将流过每个开关的电流的强度与参考强度进行比较，所述开关和所述比较器被配置成：当脉冲发生器处于高态时，第一和第四开关闭合，以便确保在正向上装载负载：
i.当脉冲发生器切换至低态时，第一和第四开关断开，
ii.当四个开关断开时，在停滞时间之后，第二和第三开关闭合，以便确保卸载负载，独立的比较器确保将流过每个开关的电流的强度与参考强度进行比较，
iii.如果流过其中一个开关的电流的强度变得低于参考强度，则断开第二和第三开关，
iv.当脉冲发生器切换至新的高态时，如果在前一步骤中断开了第二和第三开关，则再次实施步骤i.；否则，断开第二和第三开关，然后在停滞时间之后，再次实施步骤i.。
有利地，所述开关和所述比较器被配置成：当脉冲发生器处于高态时，第二和第三开关闭合，以便确保在反向上装载负载：
i.当脉冲发生器切换至低态时，第二和第三开关断开，
ii.当四个开关断开时，在停滞时间之后，第一和第四开关闭合，以便确保卸载负载，独立的比较器确保将流过每个开关的电流的强度与参考强度进行比较，
iii.如果流过其中一个开关的电流的强度变得低于参考强度，则第一和第四开关断开，
iv.当脉冲发生器切换至新的高态时，如果在前一步骤中断开了第一和第四开关，则再次实施步骤i.；否则，断开第一和第四开关，然后在停滞时间之后，再次实施步骤i.。
根据一个优选实施例，根据本发明，具有对称负载切换的h桥装置还包括独立的用于控制电流和电压的斜率的部件，以控制流过所述开关中的每一个的电流的强度随时间的演变以及所述开关中的每一个的端子上的电压随时间的演变，所述独立的用于控制电流和电压的斜率的部件被配置和驱动以确保负载的每一侧上的h桥的下部一侧的电流和电压的负演变以及h桥的上部一侧的电流和电压的正演变以相同的速率进行，使得负载的两侧上的连接点处的电势的总和是恒定的。
根据一个实施例，具有对称负载切换的h桥装置包括这样的部件：其用于在所述开关中的每一个断开时将负载的两侧上的连接点处的参考电势设定成等于高态的一半。
这具有以下优点：保证负载的两侧上的连接点处的电势的总和是恒定的并且等于电源电压，无论开关是闭合的、在切换阶段还是断开的。
根据一个实施例，用于设定负载的两侧上的连接点处的参考电势的部件由负载的两侧上的电阻桥和“推挽”式驱动器构成，所述“推挽”式驱动器中的每一个分别连接到一个连接点。
根据一个实施例，参考强度等于100μa。这使得能够确保流过每个开关的电流大于该参考电流，从而防止负载端子处的极性的任何反转。
本发明还涉及根据前述特征之一的具有对称负载切换的h桥的对称切换方法，包括以下步骤：当脉冲发生器处于高态时，第一和第四开关闭合，以便确保在正向上装载负载，并且所述第一和第四开关的用于控制电流和电压的斜率的部件确保负载的两侧上的到负载的连接点处的电势的总和等于常数：
i.当脉冲发生器切换至低态时，第一和第四开关断开，所述第一和第四开关的用于控制电流和电压的斜率的部件确保负载的两侧上的到负载的连接点处的电势的总和等于常数，
ii.当四个开关断开时，在停滞时间之后，第二和第三开关闭合，以便确保卸载负载，独立的比较器确保将流过每个开关的电流的强度与参考强度进行比较，
iii.如果流过其中一个开关的电流的强度变得低于参考强度，则断开第二和第三开关，所述第二和第三开关的用于控制电流和电压的斜率的部件确保负载的两侧上的到负载的连接点处的电势的总和等于常数，
iv.当脉冲发生器切换至新的高态时，如果在前一步骤中断开了第二和第三开关，则再次实施步骤i.；否则，断开第二和第三开关，所述第二和第三开关的用于控制电流和电压的斜率的部件确保负载的两侧上的到负载的连接点处的电势的总和等于常数，然后在停滞时间之后，再次实施步骤i.。
根据这种h桥的对称切换方法，当脉冲发生器处于高态时，第二和第三开关闭合，以便确保在反向上装载负载，并且所述第二和第三开关的用于控制电流和电压的斜率的部件确保负载的两侧上的到负载的连接点处的电势的总和等于常数：
i.当脉冲发生器切换至低态时，第二和第三开关断开，所述第二和第三开关的用于控制电流和电压的斜率的部件确保负载的两侧上的到负载的连接点处的电势的总和等于常数，
ii.当四个开关断开时，在停滞时间之后，第一和第四开关闭合，以便确保卸载负载，独立的比较器确保将流过每个开关的电流的强度与参考强度进行比较，
iii.如果流过其中一个开关的电流的强度变得低于参考强度，则断开第一和第四开关，所述第一和第四开关的用于控制电流和电压的斜率的部件确保负载的两侧上的到负载的连接点处的电势的总和等于常数，
iv.当脉冲发生器切换至新的高态时，如果在前一步骤中断开了第一和第四开关，则再次实施步骤i.；否则，断开第一和第四开关，所述第一和第四开关的用于控制电流和电压的斜率的部件确保负载的两侧上的到负载的连接点处的电势的总和等于常数，然后在停滞时间之后，再次实施步骤i.。
附图说明
通过阅读仅作为示例给出的以下描述并参考附图，将更好地理解本发明，在附图中：
-图1示出了根据现有技术的h桥装置；
-图2示出了根据本发明的h桥装置的示例，其在每个开关处具有用于控制斜率和用于控制电流强度的部件。
应该注意的是，附图以详细的方式公开了本发明以便使得能够实施本发明，当然，所述附图也能够用于更好地限定本发明。
具体实施方式
本发明主要被呈现用于在集成电路中的应用，该集成电路包括确保驱动机动车辆中的电动机的h桥。然而，其他应用也在本发明的目标之内，尤其是在通过h桥驱动任何类型的电负载的情境中的应用。
图1是现有技术的表示，并且示出了驱动负载m的h桥。上面已经描述了图1。
参考图2，除了上述用于说明现有技术的h桥装置之外，根据本发明的h桥装置包括独立的比较器ch0、ch1、cl0、cl1，其监测流过所述开关hs0、hs1、ls0、ls1中的每一个的电流的强度；并且根据所示实施例，还包括每个开关hs0、hs1、ls0、ls1处的独立的用于控制电流和电压的斜率的部件sh0、sh1、sl0、sl1。
在以“锁定反相模式”进行控制的情况下，所述h桥如上所述以下列方式操作。电源向h桥递送电压vbat。第一和第四开关hs0和ls1（或者说第二和第三开关hs1、ls0）闭合，以便确保在正向上（或者说在反向上）装载发动机m，所述装载“看到”电源的高电平。为了卸载发动机m，第一和第四开关hs0、ls1（或者说第二和第三开关hs1、ls0）断开（然后产生可能的电池充电现象），然后第二和第三开关hs1、ls0（或者说第一和第四开关hs0、ls1）闭合，以便使得能够卸载发动机m。然后必须确保不会引起负载处的极性反转，因为这可能具有高度破坏性的后果。
因此，独立比较器ch0、ch1、cl0、cl1将流过开关hs0、hs1、ls0、ls1中的每一个的电流的强度与参考电流进行比较。如果流过一个开关的电流的强度变得低于参考电流，其通常约为100μa，则开关立即断开。
根据本发明，优选地，因此在分支on和分支off中都实现了对迫近的极性反转的检测。
如果一个分支中的电流强度变得过低，通常小于100μa，那么开关hs0、hs1、ls0、ls1断开。
另一方面，根据一个优选实施例，开关hs0、hs1、ls0、ls1中的每一个处的独立的用于控制电流和电压的斜率的部件sh0、sh1、sl0、sl1具有最小化由切换产生的电磁干扰的职能。
原理在于确保由发动机m构成的负载的两侧上的连接点out0、out1处的电势的总和等于常数，在这种情况下等于vbat。为此，独立的斜率控制部件sh0、sh1、sl0、sl1控制流过每个开关的电流的强度随时间的演变以及所述开关的端子上的电压随时间的演变。这些独立的斜率控制部件sh0、sh1、sl0、sl1被配置和驱动以确保负载的每一侧上的“低侧”侧的电流和电压的负演变以及“高侧”侧的电流和电压的正演变以相同的速率进行。因此，连接点out0处的电势和连接点out1处的电势的总和是恒定的。
以这种方式，减少了负载端子处的电磁干扰。
另外，根据图2所示的优选实施例，还在发动机m两侧上的每个连接点out0、out1处施加对电势vbat/2的参考，以便在开关全部变为断开状态并且因此无法正确控制所述连接点out0和out1的电势的情况下设定所述连接点处的电势。这也使得能够进一步最小化电磁干扰的风险。
为此，参考图2，与电阻桥配合的“推挽”式驱动器d0、或者说d1连接到发动机m的每一侧上的连接点out0、或者说out1，以便施加等于高态的一半、即vbat/2的参考电势。
因此，在实践中，根据图2所示的优选实施例，开关hs0、hs1、ls0、ls1，斜率控制部件sh0、sh1、sl0、sl1以及比较器ch0、ch1、cl0、cl1被配置成使得：当第一和第四开关hs0、ls1闭合以便确保在正向上装载发动机m时，所述第一和第四开关hs0、ls1的用于控制电流和电压的斜率的部件sh0、sh1、sl0、sl1确保负载的两侧上的到负载的连接点out0、out1处的电势的总和等于常数，
i.当脉冲发生器切换至低态时，第一和第四开关hs0、ls1断开，所述第一和第四开关hs0、ls1的用于控制电流和电压的斜率的部件sh0、sh1、sl0、sl1确保负载的两侧上的到负载的连接点out0、out1处的电势的总和等于常数，
ii.当四个开关hs0、hs1、ls0、ls1断开时，在停滞时间之后，第二和第三开关hs1、ls0闭合，以便确保卸载负载，独立的比较器ch0、ch1、cl0、cl1确保将流过每个开关hs0、hs1、ls0、ls1的电流的强度与参考强度进行比较，
iii.如果流过开关hs0、hs1、ls0、ls1中的每一个的电流的强度变得低于参考强度，则断开第二和第三开关hs1、ls0，所述第二和第三开关hs1、ls0的用于控制电流和电压的斜率的部件sh0、sh1、sl0、sl1确保负载的两侧上的到负载的连接点out0、out1处的电势的总和等于常数；为此，优选地，根据本发明的装置包括“推挽”式驱动器，其在该阶段期间在负载的两侧上的连接点out0、out1处施加电势vbat/2，以便在开关变为断开状态时设定所述连接点的电势，
iv.当脉冲发生器切换至新的高态时，如果在前一步骤中断开了第二和第三开关hs1、ls0，则再次实施步骤i.；否则，断开第二和第三开关hs1、ls0，所述第二和第三开关hs1、ls0的用于控制电流和电压的斜率的部件sh0、sh1、sl0、sl1确保负载的两侧上的到负载的连接点out0、out1处的电势的总和等于常数，然后在停滞时间之后，再次实施步骤i.。
反之，仍然参考图2，当第二和第三开关hs1、ls0闭合以便确保在反向上装载发动机m时，所述第二和第三开关hs1、ls0的用于控制电流和电压的斜率的部件sh1、sl0确保负载的两侧上的到负载的连接点out0、out1处的电势的总和等于常数：
i.当脉冲发生器切换至低态时，第二和第三开关hs1、ls0断开，所述第二和第三开关hs1、ls0的用于控制电流和电压的斜率的部件sh1、sl0确保负载的两侧上的到负载的连接点out0、out1处的电势的总和等于常数，
ii.当四个开关hs0、hs1、ls0、ls1断开时，在停滞时间之后，第一和第四开关hs0、ls1闭合，以便确保卸载负载，独立的比较器ch0、ch1、cl0、cl1确保将流过每个开关hs0、hs1、ls0、ls1的电流的强度与参考强度进行比较，
iii.如果流过开关hs0、hs1、ls0、ls1中的每一个的电流的强度变得低于参考强度，则断开第一和第四开关hs0、ls1，所述第一和第四开关hs0、ls1的用于控制电流和电压的斜率的部件sh0、sl1确保负载的两侧上的到负载的连接点out0、out1处的电势的总和等于常数；优选地，根据本发明的装置包括“推挽”式驱动器，其在该阶段期间在负载的两侧上的连接点out0、out1处施加电势vbat/2，
iv.当脉冲发生器切换至新的高态vbat时，如果在前一步骤中断开了第一和第四开关hs0、ls1，则再次实施步骤i.；否则，断开第一和第四开关hs0、ls1，所述第一和第四开关hs0、ls1的用于控制电流和电压的斜率的部件sh0、sl1确保负载的两侧上的到负载的连接点out0、out1处的电势的总和等于常数，然后在停滞时间之后，再次实施步骤i.。
总之，本发明涉及一种h桥装置和用于控制h桥的相关方法，所述h桥装置驱动诸如直流电动机m之类的负载，所述h桥装置包括在h桥的每个开关处的独立的比较器，其被配置成在负载的卸载阶段期间防止所述负载的端子处的极性的任何反转，而不必限制对所述h桥供电的脉冲发生器的使用。
根据一个优选实施例，通过在h桥的每个开关处的独立的用于控制电流和电压的斜率的部件以及用于将连接点处的参考电势设定为等于电源电压的一半的值的部件，本发明还使得能够限制电磁干扰。
本发明特别用于在机动车领域中实施，但是也可以在需要h桥来驱动诸如直流发动机之类的负载的其他领域中实施。
此外要明确的是，本发明不限于上述示例，并且可能有本领域技术人员可获得的众多变型。