H半桥的控制电子电路的制作方法

本发明涉及一种h半桥的控制电子电路。本发明在机动车辆中车载的并且操纵负载（诸如致动器）的供电的h半桥的控制电路中（虽然决非限制性地）找到特别有利的应用。

目前，存在不同的h桥控制电子电路。这样的电路一般用于操纵被布置在所述h桥中心的负载的供电，该h桥被配置用于使得确定的电流从所述负载的一个端子流通到另一个端子以使其极化。在机动车辆的情况中，这样的电路被装载以用于操纵例如喷射器或自动同步的发动机。

通常，由控制电路和h桥形成的整体呈现对称的结构，包括被布置在所述负载的端子的两侧的等同的两个部分。而且，此外包括h桥一半（称为“h半桥”）的所述两个部分中之一的特性的描述足够用于认知所述整体的特性。

以常规的方式，h半桥包括两个晶体管，所述两个晶体管连到所述负载的端子，由控制模块操纵，并且被适配成在阻断状态和导通状态之间转换。

已知根据以上描述的一般原理运行的h半桥、尤其是包括两个相同类型mosfet（英语表述“metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor（金属氧化物半导体场效应晶体管）”的首字母缩写）场效应晶体管的那些的若干类型的控制电子电路。它们还一般包括两个分开的控制模块，所述控制模块以独立的方式、经由多个电子组件而将所述mosfet晶体管的相应栅极耦合到供电线、或耦合到电气接地。于是，为了确保遵守电磁兼容性规范，这些组件除了相对于它们被装载到其中的设备而言不可忽略的pcb（英语表述“printedcircuitboard（印刷电路板）”）表面之外还强制有复杂的路由图。

文献jph01228319一方面为了简化h桥的控制用集成功率电路的结构并且另一方面为了降低所述集成功率电路的损耗而提出了插入由电阻和二极管构成的并联电子电路。所述电阻和二极管被耦合到所述并联电子电路的n沟道mosfet和p沟道mosfet类型的晶体管中每一个的栅极。因此，当输入信号vin转到高电平时，p沟道mosfet晶体管被去活并且n沟道mosfet晶体管被激活，引起功率电路的n沟道mosfet晶体管从导通状态向阻断状态的转换以及p沟道mosfet晶体管从阻断状态向导通状态的转换。功率电路的晶体管的转换造成功率电路的输出信号转到高电平。凭借电阻和二极管的存在，功率电路的晶体管不同时转换。

还存在包括配备不太丰富的电子器件的电路，如例如包括两个相应不同类型的、并且经由独特的控制而耦合到电源的mosfet晶体管的那些。如果这样的配置准许pcb表面增益以及路由图简化，则然而它们一方面不适配于完全避免在mosfet晶体管之间的跨导现象，并且另一方面不适配于在控制故障的情况下使负载高阻抗。

本发明的目的在于通过提出如下的解决方案来克服现有技术的缺陷的全部或部分，尤其是上文展露的那些缺陷：所述解决方案使得能够具有如下的h半桥控制电子电路：所述电子电路包括负载和mosfet晶体管，并且呈现简单的路由图，所述路由图适配于避免在所述mosfet晶体管的转换期间的跨导现象，以及在控制故障的情况下使所述负载高阻抗。

为此，本发明涉及一种h半桥的控制电子电路，所述h半桥包括相应不同类型的第一和第二mosfet晶体管，其源极分别连到供电线和连到电气接地，并且相应的漏极连到中间点，所述中间点用于连到负载的端子，所述控制电路被适配成使所述mosfet晶体管分别从导通状态转换到阻断状态。此外，所述电子电路包括：相应的不同类型的第一和第二双极晶体管，其发射极分别连到第一节点和第二节点，集电极分别连到供电线和电气接地，并且相应的基极连到第三节点，所述第三节点连到所述mosfet晶体管的控制模块，所述控制模块按一个称为“高”的状态和一个称为“低”的状态的两状态可配置；以及在所述mosfet晶体管的栅极之间相对于彼此并联装配的第一和第二分支，所述第一分支包括第一二极管和第一电阻，所述第二分支包括第二二极管和第二电阻：

·第一节点同时连到第一分支的第一二极管的阳极和第一电阻，第一分支的所述第一电阻此外连到第二mosfet晶体管的栅极，并且第一分支的所述第一二极管的阴极连到第一mosfet晶体管的栅极，

·第二节点同时连到第二分支的第二二极管的阴极和第二电阻，第二分支的所述第二电阻此外连到第一mosfet晶体管的栅极，并且第二分支的所述第二二极管的阳极连到第二mosfet晶体管的栅极。

在特定的实施例中，所述h半桥控制电子电路可以此外包括分离地或按照技术上可能的所有组合而取的以下特征中的一个或多个。

在特定的实施例中，第二分支包括第一辅助控制模块，所述第一辅助控制模块包括开关和所述开关的控制装置，所述开关被适配成在所述第二分支的第二二极管和第二电阻之间断开和闭合第二分支，并且第一晶体管的栅极通过第三电阻而连到供电线。

在特定的实施例中，第二分支的开关是mosfet晶体管，其漏极连到第二分支的第二电阻，栅极连到第二分支的第一辅助控制模块的所述控制装置的输出，并且源极连到第二分支的第二二极管的阴极。

在特定的实施例中，第一分支包括第二辅助控制模块，所述第二辅助控制模块包括开关和所述开关的控制装置，所述开关被适配成在所述第一分支的第一二极管和第一电阻之间断开和闭合第一分支，并且第二晶体管的栅极通过第四电阻而连到电气接地。

在特定的实施例中，第一分支的开关是mosfet晶体管，其漏极连到第一分支的第一电阻，栅极连到第一分支的第二辅助控制模块的所述控制装置的输出，并且源极连到第一分支的第一二极管的阴极。

在特定的实施例中，第一双极晶体管的集电极通过第五电阻而连到供电线，并且第二双极晶体管的集电极通过第六电阻而连到电气接地。

在特定的实施例中，控制模块包括被适配成生成电压信号的控制装置，以及mosfet晶体管，其漏极连到供电线，栅极连到所述控制装置的输出，并且源极同时连到所述第三节点和电气接地。

在特定的实施例中，第七电阻被布置在控制模块的mosfet晶体管的源极和电气接地之间。

本发明的特征和优点将借助于随后的描述被更好地领会，所述描述通过决非对其有限制性的优选实施例而展现本发明的特征。

描述依靠附图，所述附图表现有：

-图1：用h半桥控制电子电路的实现示例的示意性表示。

-图2：图1的电路的第一优选实施例的示意性表示。

-图3：图1的电路的第二优选实施例的示意性表示。

图1示意性地表示了h半桥控制电子电路的实现示例。

所述电子电路被实施用于控制连到负载1的h半桥（h桥的另一半没有被表示）。所述负载1被适配成耦合到具有预定义的电势并且递送预定义的电流的供电线2。

在当前情况中，并且作为决非限制性的示例，所述控制电子电路由机动车辆（未表示）中车载的pcb板所承载。所述h半桥控制负载1，诸如喷射器的致动器，并且所述供电线2连到所述车辆的电池。

所述h半桥包括供电分支3，所述供电分支3一方面连到供电线2，并且另一方面连到电气接地4，所述电气接地4对应于参考电势。在当前实现示例中，所述电气接地4例如是机动车辆的金属框架，并且对应于零电势。

所述供电分支3包括中间点5，所述中间点5连到负载1的端子6。因此，所述供电分支3被划分成布置在所述中间点5的两侧的两部分，第一部分和第二部分分别包括第一mosfet晶体管7和第二mosfet晶体管8，所述mosfet晶体管具有相应不同的类型。

在由图1所图示的非限制性的示例中，第一mosfet晶体管7为p沟道类型的，其源极连到供电线2，并且漏极连到中间点5。至于第二mosfet晶体管8，其为n沟道类型的，其源极连到电气接地4，并且漏极连到中间点5。

所述控制电路还包括第一双极晶体管9和第二双极晶体管10，所述双极晶体管具有相应不同的类型。第一双极晶体管9具有连到第一节点11的发射极，连到供电线2的集电极，连到第三节点13的基极，并且被适配成将供电线2的电流运送向h半桥的mosfet晶体管的栅极。至于第二双极晶体管10，其具有连到第二节点12的发射极，连到电气接地4的集电极，连到所述第三节点13的基极，并且被适配成将mosfet晶体管的栅极的电流运送向电气接地4。

在由图1所图示的非限制性的示例中，第一双极晶体管9是npn类型的，并且第二双极晶体管10是pnp类型的。

在由图1图示的决非限制性的特定实施例中，第一双极晶体管9的集电极连到称为“供电”的第一电阻14，该第一电阻14此外连到供电线2并且被适配成限制被运送向第一双极晶体管9的所述集电极的电流。至于第二双极晶体管10的集电极，其连到称为“回程”的第一电阻15，该第一电阻15此外连到电气接地4并且被适配成限制返回向所述电气接地4的任何电通量。

此外，所述控制电路包括h半桥的mosfet晶体管的控制模块16。所述控制模块16一方面包括控制装置161，所述控制装置161被适配成生成电压信号，并且按两状态配置，所述两状态为一个称为“高”的状态和一个称为“低”的状态，分别对应于高电压信号和低电压信号。例如，并且决非限制性地，所述控制装置161是这样一种微控制器：所述微控制器被适配成当它分别以低状态和高状态被配置时供应0伏特和5伏特的电压。

另一方面，所述控制模块16包括mosfet晶体管162，其漏极连到供电线2，并且栅极连到控制装置161的输出，使得所述栅极根据所述控制装置161的状态而由高电压或低电压极化。此外，控制模块16的mosfet晶体管162的源极同时连到所述第三节点13和电气接地4。

在由图1所图示的非限制性的示例中，控制模块16的mosfet晶体管162是n沟道类型的。

在由图1图示的决非限制性的特定实施例中，第二回程电阻17被布置在控制模块的mosfet晶体管162的源极与电气接地4之间。

所述控制电路包括第一分支18和第二分支19，其并联装配在h半桥的mosfet晶体管的栅极之间，并且各自包括串联装配的二极管181、191和电阻182、192。

诸如图1上所图示的，第一节点11同时连到第一分支18的二极管181的阳极和电阻182。第一分支18的所述电阻182此外连到第二mosfet晶体管8的栅极。至于第一分支18的所述二极管181的阴极，其连到第一mosfet晶体管7的栅极。至于第二节点12，其同时连到第二分支19的二极管191的阴极和电阻192。第二分支19的所述电阻192此外连到第一mosfet晶体管7的栅极。至于第二分支19的所述二极管191的阳极，其连到第二mosfet晶体管8的栅极。

在第一运行模式中，并且参考图1，控制装置161被配置在高状态中使得控制模块16的mosfet晶体管162的栅极由高电压极化。控制模块16的所述mosfet晶体管162于是转换到导通状态，这是由于它是n沟道类型的并且在其栅极与其源极之间的电势差是严格正的。于是，第三节点13，然后第一双极晶体管9和第二双极晶体管10的相应基极耦合到供电线2，使得仅仅第一双极晶体管9转换到导通状态，这是由于它是npn类型的并且在其基极与其发射极之间的电势差是严格正的。于是，第一节点11，然后第一mosfet晶体管7和第二mosfet晶体管8的相应栅极耦合到供电线2，使得仅仅所述第二mosfet晶体管8转换到导通状态，这是由于它是n沟道类型的。以此方式，连到负载1的端子6的中间点5耦合到电气接地4。

在第二运行模式中，控制装置161被配置在低状态中使得控制模块16的mosfet晶体管162的栅极由低电压极化。控制模块16的所述mosfet晶体管162于是转换到阻断状态，这是由于它是n沟道类型的并且在其栅极与其源极之间的电势差是零。于是，第三节点13，然后第二节点12，耦合到电气接地4。第一mosfet晶体管7和第二mosfet晶体管8的相应栅极于是耦合到电气接地4。于是，第一mosfet晶体管7转换到导通状态，这是由于它是p沟道类型的并且在其栅极与其源极之间的电势差是严格负的。至于第二mosfet晶体管8，其转换到阻断状态，这是由于它是n沟道类型的并且在其栅极与其源极之间的电势差是零。以此方式，连到负载1的端子6的中间点5耦合到供电线2。

按照第一运行模式的特征，清楚的是当控制装置161重新被配置在低状态中时，相继到第二运行模式，第一mosfet晶体管7和第二mosfet晶体管8分别转换到导通状态和阻断状态。于是，理解到，控制电路的配置有利地适配于第一mosfet晶体管7和第二mosfet晶体管8不同时处于导通状态。

此外，第一分支18和第二分支19的二极管181、191和电阻182、192的布置是有利的，因为它使得能够在第一mosfet晶体管7和第二mosfet晶体管8转换的时候限制在所述第一mosfet晶体管7和第二mosfet晶体管8之间的跨导效应。

事实上，mosfet晶体管在其栅极与其源极之间类似于电容器。于是，通过假设mosfet晶体管的源极的电势是恒定的，所述电容器根据所述mosfet晶体管的栅极所连到的电势而充电和放电，所述充电/放电对应于按栅极和源极之间的电势差的绝对值的增高/降低。

在第一运行模式中，第一mosfet晶体管7的栅极和源极两者都连到供电线2。此外，第二mosfet晶体管8的栅极和源极分别连到供电线2和电气接地4。因此，在其中第一mosfet晶体管7和第二mosfet晶体管8初始分别处于导通状态和阻断状态的假设中，第二mosfet晶体管8通过第一分支18的电阻182充电而第一mosfet晶体管7通过等效电阻可忽略的第一分支18的二极管181放电。结果，与第一mosfet晶体管7的放电相关联的时间常量相对于与第二mosfet晶体管8的充电相关联的时间常量是可忽略的。换言之，第一mosfet晶体管7放电比第二mosfet晶体管8充电更快，使得在第二mosfet晶体管8转换到导通状态之前第一mosfet晶体管7转换到阻断状态。

在第二运行模式中，第二mosfet晶体管8的栅极和源极两者都连到电气接地4。此外，第一mosfet晶体管7的栅极和源极分别连到电气接地4和供电线2。因此，在其中第一mosfet晶体管7和第二mosfet晶体管8初始分别处于阻断状态和导通状态的假设中，第一mosfet晶体管7通过第二分支19的电阻192充电而第二mosfet晶体管8通过电阻可忽略的第二分支19的二极管191放电。结果，与第二mosfet晶体管8的放电相关联的时间常量相对于与第一mosfet晶体管7的充电相关联的时间常量是可忽略的。换言之，第二mosfet晶体管8放电比第一mosfet晶体管7充电更快，使得在第一mosfet晶体管7转换到导通状态之前第二mosfet晶体管8转换到阻断状态。

图2示意性地表示图1的用于控制h半桥的电子电路的第一优选实施例，其中第二分支19包括辅助控制模块20。所述辅助控制模块20包括开关202和所述开关202的控制装置201，所述开关202被适配成在所述第二分支19的二极管191和电阻192之间断开和闭合第二分支19。此外，第一晶体管7的栅极通过电阻21连到供电线2。

例如，在所述第一优选实施例中，第二分支19的所述开关是mosfet晶体管202。所述mosfet晶体管202的控制装置201被适配成生成电压信号，并且按两状态可配置，所述两个状态一个称为“高”的状态和一个称为“低”的状态，分别对应于高电压信号和低电压信号。此外，所述辅助控制模块20的所述mosfet晶体管202具有连到第二分支19的电阻192的漏极，连到第二分支19的辅助控制模块20的所述控制装置201的输出的栅极，以及连到第二分支19的二极管191的阴极的源极。

在由图2图示的非限制性的示例中，辅助控制模块20的mosfet晶体管202是n沟道类型的。

在特定的实施例中，第二分支19的辅助控制模块20的控制装置201与控制模块16的控制装置161是公共的，使得所述辅助控制模块20的开关202可由控制模块16的控制装置161控制。

h半桥的控制电路的这样的配置是有利的，因为适配于在第二运行模式的情况下在控制模块16的控制装置161故障的情况中使负载1高阻抗。

事实上，并且首先，当第二分支19的辅助控制模块20的控制装置201处于高状态时，所述辅助控制模块20的mosfet晶体管202处于导通状态，使得图2的用于控制的电子电路如同处于第二运行模式中的图1的用于控制的电子电路那样运作。

其次，在第二运行模式期间在控制模块16的控制装置161故障的情况下，第二分支19的辅助控制模块20的控制装置201被置于低状态，使得所述辅助控制模块20的mosfet晶体管202转换到阻断状态。因此，第一mosfet晶体管7的栅极连到供电线2，使得第一mosfet晶体管7转换到阻断状态。在其中第二mosfet晶体管8自身处于阻断状态的情况中，负载1被置成高阻抗。

图3示意性地表示了图1的用于控制h半桥的电子电路的第二优选实施例，其中第一分支18包括辅助控制模块22。所述辅助控制模块22包括开关222和所述开关222的控制装置221，所述开关222被配置成在所述第一分支18的二极管181和电阻182之间断开和闭合第一分支18。此外，第二晶体管8的栅极通过电阻23连到电气接地4。

例如，在所述第二优选实施例中，第一分支18的所述开关是mosfet晶体管222。所述mosfet晶体管222的控制装置221被适配成生成电压信号，并且按两状态可配置，所述两个状态一个称为“高”的状态和一个称为“低”的状态，分别对应于高电压信号和低电压信号。此外，所述辅助控制模块22的所述mosfet晶体管222具有连到第一分支18的电阻182的漏极，连到第一分支18的辅助控制模块20的所述控制装置221的输出的栅极，以及连到第一分支18的二极管181的阴极的源极。

在由图3图示的非限制性的示例中，辅助控制模块22的mosfet晶体管222是p沟道类型的。

在特定的实施例中，第一分支18的辅助控制模块22的控制装置221与控制模块16的控制装置161是公共的，使得所述辅助控制模块22的开关222可由控制模块16的控制装置161控制。

h半桥的控制电路的这样的配置是有利的，因为适配于在第一运行模式的情况下在控制模块16的控制装置161故障的情况中使负载1高阻抗。

事实上，并且首先，当第一分支18的辅助控制模块22的控制装置221处于低状态时，所述辅助控制模块22的mosfet晶体管222处于导通状态，使得图3的用于控制的电子电路如同处于第一运行模式中的图1的用于控制的电子电路那样运作。

其次，在第一运行模式期间在控制模块16的控制装置161故障的情况下，第一分支18的辅助控制模块22的控制装置221被置于高状态，使得所述辅助控制模块22的mosfet晶体管222转换到阻断状态。因此，第二mosfet晶体管8的栅极连到电气接地4，使得第二mosfet晶体管8转换到阻断状态。在其中第一mosfet晶体管7自身处于阻断状态的情况中，负载1被置成高阻抗。

在本发明的实现变型中，第一分支18以及第二分支19各自包括辅助控制模块，诸如上文参考图2和3所描述的。这样的配置是有利的，因为它使得能够既在第一运行模式中也在第二运行模式中使负载1高阻抗。