驱动器电路、对应的装置和方法与流程

与申请相关的交叉引用

本申请要求享有2016年2月16日提交的意大利申请no.102016000015826的优先权，该申请在此通过全文引用的方式并入本文。

本说明书涉及驱动器电路。一个或多个实施例可以应用在用于诸如例如外部mos部件之类的部件的(预)驱动器电路中。

背景技术：

所谓的预驱动器电路可以用于例如商用和乘用车辆的汽车领域，其具有驱动诸如安全负载和继电器之类的各种类型电气负载的能力。

一个示例性负载可以是拉姆达(lambda)加热器，也即与用于监控机动车排放(特别是氧气和其他气体含量)的lambda探测相关联的加热器。如果被热源加热，该探测可以令人满意地操作以维持一定温度。由预驱动器所驱动的加热器可以用于该目的。

为此，可以设计能够独特地驱动高侧mos(nmos或pmos)或低侧mos(例如nmos)的电路。

因此仍然需要改进布置，例如可以能够管理所有这三个可能配置。

技术实现要素：

一个或多个实施例提供了一种能够采用单一布局管理不同应用方案的布置。

一个或多个实施例可以涉及一种包括该驱动器电路的对应装置(例如用于汽车领域的装置，例如lambda加热器)以及对应的方法。

一个或多个实施例可以提供一种能够驱动所有各种可能配置(例如n高侧，p高侧，n低侧)的电路，具有用于宽广全领域应用方案的能力。

与具有驱动外部部件的有限可能性的解决方案相反(例如驱动在高侧或低侧配置中的外部nmos，具有用于pmos驱动的不同电路)，一个或多个实施例使其能够采用单一布局驱动n型或p型mosfet，其导致电压调节回路导通外部mos的情形。

一个或多个实施例可以因此能够驱动外部部件(例如mosfet，简称mos)的各种(名义上全部)可能配置。

一个或多个实施例可以通过采用可以与各种现有应用方案兼容并且由未来可能配置预期的(预)驱动器布局而免除现有解决方案的限制。

一个或多个实施例可以允许节省硅面积，使用少量管脚并且增加电路灵活性。

一个或多个实施例可以包括用于例如耦合至诸如mos之类的外部部件的栅极和源极的两个输出端子或管脚。

在一个或多个实施例中一个管脚可以耦合至外部nmos的栅极或者外部pmos的源极，而另一个管脚耦合至外部nmos的源极或者外部pmos的栅极。

附图说明

现在将纯粹借由示例的方式、参照所附示意图描述一个或多个实施例，其中：

图1至图3是用于经由部件驱动负载的各种配置的示例；

图4是一个或多个实施例的示意电路图；以及

图5至图7是图4中所示例的电路的可能操作条件的示意图。

具体实施方式

在后续说明书中，示出了一个或多个具体细节，目的在于提供实施例的示例的深入理解。可以不采用一个或多个具体细节、或者采用其他方法、部件、材料等而获得实施例。在其他情形中，并未详细示出或描述已知的结构、材料或操作以使得不模糊实施例的某些特征方面。

在本说明书的框架中涉及“一实施例”或“一个实施例”意在指示参照实施例所述的特定配置、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，可以存在于本说明书一个或多个地点处的诸如“在一实施例中”或“在一个实施例中”的短语无需涉及一个且相同的实施例。此外，特定的构造、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任意适当的方式而组合。

在此所使用的参考仅为了方便而提供并且因此并未限定实施例的保护范围或范围。

一个或多个实施例可以涉及所谓的预驱动器电路，也即能够例如通过交替地切换其导通on或关断off而驱动外部部件(诸如电子开关)的(模拟)电路。

诸如mosfet(简称mos(p型或n型))之类的晶体管是该(外部)部件的示例，其继而可以驱动负载l，例如电阻性和/或电感性负载。如之前所述的lambda加热器可以是该负载l的示例。

如图1至图3中所示例，诸如电子开关s(例如mos)之类的驱动部件可以包括迫使在用于馈送负载l的电流线或路径(例如源极-漏极)中与另一电极(例如源极)相比在控制电极(例如栅极)上形成一定(受控)电压。

为了该目的可以采用各种可能的电路布局，例如：高侧(hs)，具有设置在(外部)电池线vb和引接至接地的负载l之间的外部mos晶体管(p型或n型)，例如参见图1和图2；低侧(ls)，具有设置在(外部)接地(短路至源极)和引接至电池线vb的负载l之间的外部nmos晶体管s，例如参见图3。

高侧配置可以用于驱动连接至接地的外部负载。在该情形中可以使用具有栅极gn和连接至负载l的源极sn的nmos(图1)，或者具有栅极gp和连接至电池线vb的源极sp的pmos(图2)。

一个方案或另一方案的采用可以由如下因素而指示：诸如例如电荷泵电路在装置中(外部nmos高侧可以包括在电池电压之上的栅极电压以便于促进正确的导通on)的可用性和/或外部mos的成本。

低侧配置可以用于驱动如图3中所示例的连接至电池线vb的外部负载。在该情形中，外部nmoss可以用于该目的，在导通on情形中外部nmoss可以能够将外部负载l的第二端子驱动至接地；在类似的情况中，外部pmos将具有驱动在负电压下的栅极电压。

如图所示，存在对于能够管理如图1至图3中所示例的所有三种可能配置(高侧n，高侧p，低侧)的预驱动器电路10的需求。该预驱动器电路将允许用户扩展其中可以使用该种类电路的可能应用的选择。该预驱动器电路也将提供对可以驱动外部高侧布置或备选地低侧布置的电路的改进。

一个或多个实施例因此能够驱动在高侧(hs)或低侧(ls)配置中的外部nmos或pmos部件，而无需例如考虑针对hs和ls的不同电路的组合的可能存在，该不同电路的组合将导致在硅面积方面的高成本解决方案。

一个或多个实施例可以提供当驱动外部mos导通时施加在外部mos的端子上的约12v的栅极-源极电压(vgs)，并且当驱动其关断时约0v；该vgs电压可以等于用于在各种目标应用中驱动外部mos的值。

一个或多个实施例可以例如用于驱动如图1至图3中所示外部部件的可能配置中的每一个，例如通过作为施加至(预)驱动器电路10的导通信号n-on(参见图1和图3)或p-on(参见图2)的结果而导通“on”外部部件s，并且作为施加至电路的关断信号off(参见所有图1至图3)的结果而关断“off”外部部件s。

一个或多个实施例可以因此增加可能的应用方案的灵活性。

在一个或多个实施例中，如在此所示例的驱动器电路10可以当驱动其导通时在外部mos的控制端子(例如栅极)和另一端子(例如源极)之间产生例如约12v的电压；为此，在一个或多个实施例中可以提供内部调节回路，其可以根据是否驱动nmos或pmos而不同地操作。该回路的存在可以促进独立于例如任何电荷泵值(假设电荷泵电压足够高以支持对于该电路的所需行为)的令人满意的vgs调节。另外应该知晓，该电荷泵的存在并非严格必需，例如在所驱动的外部开关s是pmos的情形中。

在一个或多个实施例中，预驱动器电路10可以包括两个输出端子(管脚)10a、10b，其可以耦合至：图1的高侧nmos布置的相应栅极gn和源极sn；或图2的高侧pmos布置的相应源极sp和栅极gp；或图3的低侧nmos布置的相应栅极gn和源极sn。

一个或多个实施例可以依靠使用一组电流镜(例如图中11至19)。在一个或多个实施例中，可以根据本领域技术人员已知的原理而实施这些，因此使其无需在此提供更详细说明。

在一个或多个实施例中，如在此所示例的预驱动器电路10可以采用通过电流镜11(为了简便示意性在图5至图7中表示为电流发生器)而镜像的偏置电流ibias(例如ibias＝10ua)而偏置。

在一个或多个实施例中，如在此所示例的预驱动器10可以耦合至电压源线vs(例如vs＝3.3v)和电荷泵cp(例如高达80v的高压，假设图1至图3的电池电压vb可以例如是+15v)。

在一个或多个实施例中，偏置电流ibias可以通过电子开关(例如mosfet)sw1、sw2和sw3而被引导在三个不同路径之上。

在一个或多个实施例中，根据外部开关s的类型(n型或p型)和连接布置(hs或ls)、并且根据如下文中更详细所述的所施加的导通信号n-on、p-on和关断信号off，每次这些开关sw1、sw2和sw3中的仅一个开关可以导通。

在一个或多个实施例中，开关sw1可以与电流镜15耦合，电流镜15由电压源vs供电，并且继而与均引接至接地的两个另外电流镜18和19耦合。在一个或多个实施例中，电流镜18和19可以以如此方式耦合(以本质上已知的方式)以使得电流镜19可以控制(例如减小)电流镜18的偏置电流。

在一个或多个实施例中，开关sw2可以耦合至由电荷泵cp供电的电流镜13，电流镜13连接(在130处)至输出端子10a(其可以耦合至图1和图3中的栅极gn，或者图2中源极sp)。

在一个或多个实施例中，开关sw3可以耦合至由电荷泵cp供电的电流镜14，其中电流镜14与连接(在170处)至输出端子10b(其可以例如耦合至图1和图3中的源极sn或者图2中的栅极gp)的电流镜17通信。

在一个或多个实施例中，如在此所示例的(预)驱动器10可以包括另外两个电流镜12和16，齐纳二极管布置190加上如下文中更详细所述而连接并操作的输出二极管200。

现在将参照图5至图7描述图4的示例性电路布局的可能操作。在图5至图7中，采用相同附图标记指示前文中已经所述的部件或元件，并未重复对应的说明。

为了简便的目的，将首先结合图5而考虑图2的高侧pmos布置。

在一个或多个实施例中，当提供了开关s的外部pmos旨在通过使其导电而导通时可以通过向其施加命令信号p-on而导通on开关sw1(也即使其导电)。

在该情形中(参见例如图2)：端子或管脚10a可以耦合至外部pmos的源极sp，其可以假设以低阻抗而与电池线vb耦合；以及端子或管脚10b可以耦合至外部pmos的栅极端子gp。

在这些情况中(如借由图5箭头示意性所示)，电流镜11的输出电流可以为电流镜15提供偏置(图5中箭头a)，其可以继而产生朝向电流镜18的新电流(图5中箭头b)。一旦被激活，电流镜18将从端子10b汇集电流(图5中箭头c)，可能经由输出二极管200，这将减小其电压电平。

电压将继续降低，直至内部钳位被激活。

在一个或多个实施例中该内部钳位可以包括齐纳二极管布置190，包括例如两个齐纳二极管，该布置使得它们的阴极面向输出端子10a并且与设置在齐纳二极管设置190和输出端子10b之间的电流镜16耦合。

当两个端子10a、10b(在此为源极sp和栅极gp)之间的电压差(图5中箭头d)达到钳位激活电平(例如约12v)时，电流镜16将开始产生偏置电流以偏置耦合至电荷泵cp的电流镜12(图5中箭头e)。这将继而激活电流镜19(图5中箭头f)，其可以控制电流镜18的偏置电流的减小。

如在此所示例的布置可以因此使得两个端子或管脚10a、10b之间的电压差越高，则流过电流镜19的电流将越高：这将导致电流镜18的偏置的对应减小，因此端子10b处的电压的降低将停止在所需电平处(例如在外部pmos的源极和栅极之间约12v)。

现在将结合图6考虑图1(高侧)和图3(低侧)的nmos布置的可能操作。

在一个或多个实施例中，当提供了开关s的外部nmos旨在通过使其导电而导通时，通过向其施加命令信号n-on可以导通开关sw2(也即使其导电)。考虑了这与高侧(hs)或低侧(ls)布局无关。

在该情形中(参见图1和图3)：端子或管脚10a可以耦合至外部nmos的栅极gn；以及端子或管脚10b可以耦合至外部nmos的源极端子sn。

在这些情况中(再次如借由图6中箭头示意性所示)，来自电流镜11的输出电流可以用于偏置电流镜13(图6中箭头g)，其可以继而产生朝向与栅极gn耦合的节点130的新电流(图6中箭头h)，因此能够增大在外部nmos的栅极处的电压电平。

内部钳位器布置190、16将因此对于pmos情形而如之前所述而操作，当两个端子10a、10b(在此为栅极gn和源极sp)之间的电压差(再次图6中箭头g)达到钳位激活电平(例如约12v)时，其中电流镜16开始产生偏置电流以偏置电流镜12(同样如图6中箭头e所示)。

由于如由图6中箭头g和i所示的共同耦合(例如耦合至开关sw2)，电流镜12将再次产生电流镜13的偏置电流的减小。当130处电压(在此栅极电压gn)达到如由之前所述用于pmos情形的相同内部钳位电路190、16所确定的所需值时，这将停止其动作。

在一个或多个实施例中，当提供了开关s的外部部件旨在通过使其非导电而关断时可以通过向其施加命令信号off而导通开关sw3(也即使其导电)。考虑了这与nmos或pmos无关并且与高侧(hs)或低侧(ls)布局无关。

对应的操作模式(如借由图7中箭头示意性所示)可以因此适用于图1至图3中示例的任意一个布置。

在该情形中，来自电流镜11的输出电流可以用于偏置电流镜14(图7中箭头l)，电流镜14产生去往电流镜17的新电流(图7中箭头m)。

这将导致端子10a、10b短路，并且使得外部部件s关断：同样地，在一个或多个实施例中，考虑了这可以发生，而与外部部件s是否是nmos或pmos无关并且与高侧(hs)或低侧(ls)布局无关。

在一个或多个实施例中，mos导通on/关断off可以采用在外部部件的栅极上受控电流而实施，受控电流可以例如经由spi接口而可选择。

在一个或多个实施例中，其中管脚10a和10b耦合至外部nmos的栅极和源极，amr(绝对最大额定值，也即管脚可以承受而同时保持装置完整性的最大－正或负－电压)可以是-14v作为负amr，以及对于10a是+80v并且对于10b是+60v的正amr。

在一个或多个实施例中，10a和10b之间最大电压差(也即v(10a)－v(10b))可以是20v(电路未供电，也即10a和10b之间的电压控制回路不操作)。

一个或多个实施例可以不仅依靠并行操作的多个组块并置(juxtaposition)，并且可以为了不同目的利用电路的可能重复使用：仅借由非限定性示例的方式，应该知晓，可以采用相同的钳位电路(例如具有电流镜16与其相耦合的齐纳二极管布置190)以用于导通on外部部件，与mos类型(n或p)以及电路布局(hs或ls)无关，并且用于使得它们关断off，因此节省了硅面积。

当旨在通过激活内部调节回路使其导通on时，这不同于在外部pmos(图5)或外部nmos(图6)的情形，一个或多个实施例可以因此在外部mos的栅极和源极之间产生例如12v的电压。

在一个或多个实施例中，该回路可以独立于电荷泵cp的值(假设电荷泵电压足够高以允许电路正确操作)而促进vgs调节。同样，应该知晓，电荷泵实际上可以在外部pmos的情形中省去。

一个或多个实施例可以因此提供(预)驱动器电路10，具有用于驱动电子开关(例如mosfet，pmos或nmos)的第一输出端子和第二输出端子(例如10a、10b)。电子开关包括控制端子(例如栅极gn、gp，或在双极晶体管或类似半导体开关的情形中可能是基极)以及穿过开关的电流路径(例如在fet的情形中源极-漏极，或者在双极晶体管或类似半导体开关的情形中可能是发射极-集电极)。

在一个或多个实施例中，驱动器至(外部)电子开关的耦合可以包括：至少一个第一驱动配置，其中(参见例如图2)驱动器电路的第一输出端子和第二输出端子分别耦合至电子开关(s，例如pmos)的电流路径(例如至源极sp)和控制电极(例如栅极gp)，或者至少一个第二驱动配置，其中(参见例如图1和图3)驱动器电路的第一输出端子和第二输出端子分别耦合至电子开关(s，例如nmos，hs或ls均如此)的控制电极(例如栅极gn)和电流路径(例如源极sn)。

在一个或多个实施例中，驱动器电路可以包括：偏置电流源(例如ibias加上电流镜11)；第一和第二导通开关(例如sw1、sw2)和关断开关(例如sw3)，第一和第二导通开关以及关断开关与偏置电流源耦合并且在布置中交替地可激活，其中第一和第二导通开关以及关断开关(sw3)中的一个导电，而第一和第二导通开关以及关断开关中的另外两个非导电；第一电流镜回路(例如电流镜15、18、16、19)，经由第一导通开关与偏置电流源可耦合，以产生在至少一个第一驱动配置中跨第一输出端子和第二输出端子的电压降；第二电流镜回路(例如电流镜12、13、16)，经由第二导通开关与偏置电流源可耦合，以产生在至少一个第二驱动配置中跨第一输出端子和第二输出端子的电压降；电压钳位器(例如190)，对于跨第一输出端子和第二输出端子的电压敏感，电压钳位器(例如由于电流镜16的存在)均耦合至第一电流镜回路和第二电流镜回路以用于均在至少一个第一驱动配置和至少一个第二驱动配置中将跨第一输出端子和第二输出端子的电压维持在一定值；以及第三电流镜回路(例如电流镜14、17)，经由关断开关与偏置电流源可耦合以在至少一个第一驱动配置和至少一个第二驱动配置中取消跨第一输出端子和第二输出端子的电压降。

在一个或多个实施例中，电压钳位器(例如190)可以(例如经由电流镜16，对于第一和第二电流镜回路共用)耦合至：第一电流镜回路，用于通过控制由第一电流镜回路从第二输出端子所汇集的电流而将在至少一个第一驱动配置中跨第一输出端子和第二输出端子的电压维持在一定值，以及第二电流镜回路，用于通过控制由第二电流镜回路施加至第一输出端子的电压而在至少一个第二驱动配置中将跨第一输出端子和第二输出端子的电压维持在一定值。

在一个或多个实施例中，第一电流镜回路可以包括：第一电流镜路径(例如电流镜15、18)，设置在第一导通开关和第二输出端子之间，第一电流镜路径耦合至第二输出端子以从第二输出端子汇集电流，以及第一电流镜钳位器布置(例如电流镜16、19)，耦合至电压钳位器以及第一电流镜路径，第一电流镜回路布置被配置用于控制由第一电流镜路径从第二输出端子汇集的电流，并且在至少一个第一驱动配置中将跨第一输出端子和第二输出端子的电压维持在一定值。

在一个或多个实施例中，第一电流镜路径可以包括以下的级联布置：耦合至第一导通开关的电流镜(例如电流镜15)，以及耦合至第二输出端子的电流镜(例如电流镜18)以从第二输出端子汇集电流。

在一个或多个实施例中，第一电流镜钳位器布置可以包括以下的级联布置：耦合至电压钳位器的电流镜(例如16)，以及耦合至第一电流镜的电流镜(例如19)以用于控制由此从第二输出端子汇集的电流。

在一个或多个实施例中，第二电流镜回路可以包括：第二电流镜路径(例如电流镜13)，设置在第二导通开关和第一输出端子之间，第二电流镜路径耦合至第一输出端子以向第一输出端子施加电压电平，以及第二电流镜钳位器布置(例如电流镜16、12)，耦合至电压钳位器和第二电流镜路径，第二电流镜钳位器布置被配置用于控制由第二电流镜路径施加至第一输出端子的电压，并且在至少一个第二驱动配置中将跨第一输出端子和第二输出端子的电压维持在一定值。

在一个或多个实施例中，第二电流镜路径可以包括耦合至第二导通开关和第一输出端子以向第一输出端子施加电压的电流镜(例如13)。

在一个或多个实施例中，第二电流镜钳位设置可以包括以下的级联设置：耦合至电压钳位器的电流镜(例如16)，以及耦合至第二电流镜路径用于控制由第二电流镜路径施加至第一输出端子的电压的电流镜(例如12)。

在一个或多个实施例中，耦合至电压钳位器的电流镜(例如16)由第一电流镜钳位器布置和第二电流镜钳位器布置的级联布置而共用。

在一个或多个实施例中，对于跨第一输出端子和第二输出端子的电压敏感的电压钳位器包括至少一个齐纳二极管(例如190)，其具有分别面向第二输出端子和第一输出端子的阳极和阴极。

在一个或多个实施例中，第三电流镜回路可以包括设置在关断开关与第一输出端子和第二输出端子之间的关断电流镜路径(例如电流镜14、17)，并且关断电流镜路径(例如电流镜14、17)被配置用于将第一输出端子和第二输出端子短路。

一个或多个实施例可以提供一种装置(例如用于lambda探测加热器或其他各种电学负载l的驱动器)包括：电子开关(s，例如pmos或nmos)，具有控制端子(例如gn、gp)以及穿过开关的电流路径(例如sn、sp)，驱动器电路10。如前文中所示例，驱动器电路10在选自以下的配置中耦合至(外部)电子开关：至少一个第一驱动配置(例如pmos-图2)，其中驱动器电路的第一输出端子和第二输出端子分别耦合至电子开关的电流路径和控制电极，或者至少一个第二驱动配置(例如nmos，hs或ls-图1和图3)，其中驱动器电路的第一输出端子和第二输出端子分别耦合至电子开关的控制电极和电流路径。

在一个或多个实施例中：电子开关可以包括pmos，具有在至少一个第一驱动配置中耦合至pmos的驱动器电路，或者备选地电子开关可以包括nmos，并且驱动器电路在至少一个第二驱动配置中耦合至nmos。

在一个或多个实施例中借由具有第一输出端子和第二输出端子的驱动器电路而驱动包括控制端子和穿过开关的电流路径的(外部)电子开关的方法可以包括：a)耦合至如前文中所示例的开关驱动器电路10，其中耦合是以下项任一项：至少一个第一驱动配置，其中驱动器电路的第一输出端子和第二输出端子分别耦合至电子开关的电流路径和控制电极(gp)，以及至少一个第二驱动配置，其中驱动器电路的第一输出端子和第二输出端子分别耦合至电子开关的控制电极和电流路径；b)当耦合处于至少一个第一驱动配置(例如pmos)时，借由第一导通开关(图2中sw1-信号p-on)以及关断开关而驱动开关，c)当耦合处于至少一个第二驱动配置(例如nmos，hs、ls均如此)时，借由第二导通开关(图1和图3中sw2-信号n-on)以及关断开关而驱动开关。

无损于根本原理，细节和实施例相对于纯粹借由示例方式所公开的可以甚至大大改变，并未脱离保护范围。

保护范围由所附权利要求限定。