组合的电压和电流转换速率限制制造技术

电感性负载被控制以减小由不想要的电压和／或电流起伏所引起的无益的被诱发的电磁辐射。控制通过综合驱动电感性负载晶体管的电流和电压转换速率的限制被完成。这个控制可以通过模拟和数字电路系统的综合被实施。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及电路和电学组件设计的领域，并且更准确地说涉及改进的晶体管驱动电路。背景信息和相关技术的描述(包括在37 CFR§§1.97及1.98中被公开的信息)几乎当代制造的每件家用及消费装置都包含电子或电机控制机构的一些形式。电子学已大大地改进了这些装置的功能度和便利性。然而，含有电子控制机构也使装置易受到来自四周电磁信号的干扰。因此好的电气和电子电路设计的一个目标是使由每个装置所生成或辐射的电磁干扰的量减到最小。在这种情况下，该装置将变成其附近的其他电气或电子装置的好邻居。使乱真的电磁信号的生成减到最小的一个重要领域是在汽车的控制系统中。车辆具有许多敏感的控制系统，它们操纵象发动机运转、制动、换档、导航跟踪和定位，以及车辆外部通讯那样各种不同的方面。车辆制造者对电磁(EM)辐射有严格的要求。必须保证一个装置不干扰邻近装置的运行。某些车辆控制系统在涉及辐射的EM时呈现出较大的问题。这些系统包含电感性或电阻性负载，比如螺线管、线圈及继电器，的控制，它们必须被快速地切断或接通。通常被叫做输出驱动器(低端输出驱动器或高端输出驱动器)的电子组件控制到这些负载的功率。当涉及快速换接输出驱动器及它们相联系的被驱动元件的控制系统时，如果处理不当辐射EM的量能十分高。专利技术概述本专利技术涉及用于减小来自使用基于晶体管的输出驱动器电路的电磁辐射的方法，并且更准确地说，涉及用于限制负载电流转换速率和负载电压转换速率的方法，转换速率是电流或电压变化的速率。对于使用高端驱动器的系统的实例在本申请中被给出，但在这个专利申请中被谈到的概念同样适用于其他驱动电路，包括低端驱动器和H型桥路。本专利技术的一个优点是输出驱动器的转换速率的极限是可数字化配置的，它使转换速率能对任何给定的负载结构被优化。本专利技术的另一个优点是电压和电流转换速率限制的综合使总的电路性能能够针对着辐射的电磁能被优化，甚过借助单独利用电压或电流转换速率限制所能实现的。几个附图的简述人们通过连同附图阅读以下的详述能更好地理解本专利技术的其他情况及优点，在附图中附图说明图1是展示被连接到电阻性负载上的输出驱动器晶体管的示例性电路；图2是展示被连接到具有续流二极管的电感性负载的输出驱动器晶体管的示例性电路，其中晶体管用脉冲宽度调制信号被驱动；图3是类似于图2的电路，外加有可换向的晶体管栅极驱动电流；图4是展示借助按具有可换向栅极电流的脉冲宽度调制模式运行的电感性负载，比如图3的电路，生成的理想波形的信号图；图5是使用本专利技术转换速率限制的控制电路的方框图；以及图6是使电压和电流转换速率极限有可能数字调节的串行外围接口的方框图。专利技术详述如在图1中被说明的，当栅极电势(VGATE)104与源极电势(VOUT)106之间的差VGS102超过晶体管的阈电压(VTH)时，输出驱动器晶体管100被接通。当(VGATE)104从零升高到VTH，栅极电流(IGATE)108流过使栅-源电容(CGS)110和漏-源电容(CDS)111二者充电直到(VGATE)104达到VTH。如果栅极电流(IGATE)108没有限制而且如果该电流被允许按其最大值(IGATE-MAX)流过，晶体管固有电容的这种充电将出现在最短的时间(这里，称为TCGS-FULL-MIN)内。然而，如果栅极电流(IGATE)108被限制到小于(IGATE-MAX)的数值，栅-源和漏-源电容充分充电所需的时间(tCGS-FULL)将大于tCGS-FULL-MIN。用数字表示，这里所描述的关系为如IGATE=TGATE-MAX，则tCGS-FULL=tCGS-FULL-MIN，但，如IGATE＜IGATE-MAX，则tCGS-FULL＞tCGS-FULL-MIN应被理解到，当tCGS-FULL终止时VGATE≥VTH。一旦栅极电压(VGATE)104达到并随后超过VTH，电流(IOUT)112开始流过晶体管100归因于晶体管的固有跨导通过漏极到源极的路径。晶体管100可被连接到电阻性负载114，并且在这种状态期间负载将具有等于输出电流(IOUT)112的电流ILOAE116。所有这些已被通常熟悉本
的人员所熟知。图2建立在这些基础概念上，这些包括被脉冲宽度调制(PWM)信号(VGATE)104’驱动的输出晶体管100’。脉冲调制信号在被断开和导通之间轮换，一般按同步的，或正常的，方式。每当栅极电压(VGATE)104’轮换到断开，输出晶体管100’就被切断。当晶体管100’从导通轮换到断开，流过晶体管100’的电流(IOUT)112’迅速地达到零。如果在电路中有电感性负载200，而不是电阻性负载114，则在电路中形成不平衡。那是由于晶体管100’的零输出电流(IOUT)112’驱动电感性负载(ILOAD)202。然而，通常熟悉本
的人员熟知通过电感器的电流并不能即刻地改变。为了补偿这个不平衡，二极管204被添加到电路。电流(IDIODE)206被引导通过二极管204以使电感性负载电流(ILOAD)202能按系统固有的某个转换，或变化，速率减小。负载电流(ILOAO)202消除所取的时间依赖于系统的时间常数(τ)，这个时间常数是电感性负载200、二极管204、及相联的连接各种电路元件的线路的函数。如果PWM信号(VGATE)104’的周期显著地小于τ，则负载电流(ILOAD)202将是持续的并接近于恒定的数值。当二极管204导电时，晶体管的源极电压(YOUT)106’是负的，并且有等于二极管204的导电电压(VDIODE)207的数值。当栅极已被导通时，由于栅-源电容(CGS)110’已被充分充电，归因于漏极与源极之间被增大的电势差，漏-栅电容(CGD)111’积累更多的电荷。当PWM信号104’升高并且晶体管被重新接通时，栅-源电容(CGS)110’被充电直到栅-源电压(VGS)102’重新达到阈值VTH。当栅-源电压102’继续升高时，两个情况基本上同时发生。第一，通过晶体管的电流(IOUT)112’从零增加到由系统组件所确定的极限。第二，当源电压(VOUT)106’重新变正通过二极管204的电流减小到零，并且二极管204被反向偏置。输出电压(VOUT)106’从低于零向供电电压(VPS)208上升。当输出电压106’上升而栅-源电压(VGS)102’保持接近于VTH，栅-漏电压(VGD)211降低。漏-栅电容111’释放其过量的电荷。电压变化速率的数值在于使IGATE108’等于栅-漏电容的放电电流。这种放电持续直到输出电压106’达到其最大值(它是供电电压减去漏-源“导通”的电压)而漏-源电压达到稳定状态。这通常被称为密勒(Miller)效应。当晶体管被断路时，以上所述全部过程被反向。从这种系统的电磁(EM)辐射，在电路变化的两个不同的临界阶段为极大。在其间最大的EM被辐射的第一个阶段是当输出电流(IOUT)112’在变化，或增大或减小。在其间最大的EM被辐射的第二个阶段是当输出电压(VOUT)106’在变化，同样或增大或减小。在这些过渡阶段期间EM辐射能通过减慢这些参数的变化速率被减小。确切地说，通过限制电流(IOUT)112’和电压(VOUT)106’在变化的速率，即通过限制电流和电压的转换速本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有至少一个用于通过控制信号控制电感性负载电流的跨导元件的装置，该装置包含：用于改变速率的电压转换速率限制器，其中使用该晶体管固有的密勒效应作为闭合回路控制机构使该控制信号的电压增大和减小；用于改变速率的电流转换速率限制器，使该控制 信号的电流增大和减小；以及与该电压转换速率限制器和该电流转换速率限制器保持信号互通的逻辑装置，该逻辑装置适用于控制该电压和电流转换速率限制器分别使速率在至少一个预定的电压和电流速率范围内；其中该电压和电流转换速率限制器调制该跨导元件 的控制输入信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AM马格鲁德，A菲施，
申请(专利权)人：美国西门子汽车公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]