利用溫度敏感電流減少機構(gòu)進行的感性負載控制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明有關(guān)于感性負載的控制。本發(fā)明中利用在于按照開關(guān)元件處的溫度限定負載中的電流的最大準許值(Imax)的機構(gòu)來實現(xiàn)控制策略以基于設(shè)定點數(shù)據(jù)生成用于開關(guān)元件的控制信號。該機構(gòu)表現(xiàn)溫度閾值(Tshd)，例如切斷閾值。對于低于閾值的所有溫度而言在溫度上升階段期間，電流的最大準許值(Imax)保持恒定，等于上限值(Isup)。溫度一達到閾值，就使得電流的最大準許值突然等于下限值(Iinf)。最后，在溫度下降階段期間，電流的最大準許值隨著溫度減小逐漸上升回上限值。
【專利說明】利用溫度敏感電流減少機構(gòu)進行的感性負載控制
[0001]本發(fā)明一般有關(guān)于例如通過脈沖寬度調(diào)制所進行的感性負載控制，并且更具體地說，有關(guān)于利用溫度敏感電流減少機構(gòu)(或TDCR功能，代表“溫度依賴電流減少”的縮寫)進行的這樣的控制。
[0002]本發(fā)明特別是在汽車領(lǐng)域中，例如，在用于致動器的電子控制的系統(tǒng)中，諸如在用于節(jié)氣門的電子控制的裝置(或ETC裝置，代表“電子節(jié)氣門控制”的縮寫)或用于燃氣再循環(huán)閥的電子控制的裝置(或EGR裝置，代表“排氣再循環(huán)”的縮寫)、或用于在引擎監(jiān)控等中使用的任何其它閥的電子控制的裝置、或者例如，更一般地用于由電馬達致動的設(shè)備(諸如搖窗機構(gòu))的任何其它項的電子控制的裝置中得到了應(yīng)用。
[0003]通?？梢酝ㄟ^諸如H橋的開關(guān)結(jié)構(gòu)來執(zhí)行通過脈沖寬度調(diào)制進行的感性負載控制。該結(jié)構(gòu)包括四個功率開關(guān)，即在正電源側(cè)上的兩個“高”開關(guān)和在負電源或地側(cè)上的兩個“低”開關(guān)。
[0004]由第一高開關(guān)和第一低開關(guān)形成的第一對在它們兩個開關(guān)均閉合時能夠使得電流沿特定方向在負載中流動。由另一高開關(guān)和另一低開關(guān)形成的第二對在它們兩個開關(guān)均閉合時能夠使得電流沿相反方向在負載中流動。當(dāng)兩個低開關(guān)均閉合，或者兩個高開關(guān)均閉合時，允許續(xù)流電流流動。
[0005]每個開關(guān)一般地包括一個功率MOS (代表“金屬氧化物半導(dǎo)體”的首字母縮寫)晶體管。用于四個MOS晶體管的模擬控制信號序列根據(jù)所確定的策略、基于設(shè)定點控制信號而產(chǎn)生?？梢詫υ撛O(shè)定點控制信號進行脈沖寬度調(diào)制，而具有使其能夠控制注入到負載的電流量，并因而平均起來能夠控制感性負載中電流的強度的占空比。
[0006]為了這一目的，該開關(guān)結(jié)構(gòu)被交替地置于某種狀態(tài)和另一狀態(tài)，其中，在該某種狀態(tài)下，具有確定值的電流在負載中的流動被控制在一個或另一方向上，并且在該另一狀態(tài)下，準許續(xù)流電流經(jīng)過閉合的兩個晶體管在負載中流動。
[0007]電壓和電流中的平緩變化(稱為“轉(zhuǎn)換速率”)在MOS晶體管的控制柵極處實現(xiàn)，以便避免生成電磁擾動的突然切換。
[0008]在開關(guān)處的能量損耗有兩種不同的類型:靜態(tài)損耗，是在開關(guān)閉合時通過焦耳效應(yīng)產(chǎn)生的，以及動態(tài)損耗，與開關(guān)的切換有關(guān)。前一損耗與MOS晶體管的內(nèi)部電阻Rdsw有關(guān)。后一損耗與MOS晶體管的切換速度有關(guān)。電流和電壓中的變化越慢，動態(tài)損耗越顯著。
[0009]動態(tài)損耗實質(zhì)上定位在不參與續(xù)流的晶體管處。動態(tài)損耗取決于電壓中和電流中的掃掠速率(轉(zhuǎn)換速率)。
[0010]若是在負載中所吸收的電流中有尖峰，冷卻不充分，和/或周圍溫度過高，則MOS晶體管的結(jié)處的溫度，稱作“結(jié)溫”，可能升高到超過取決于所使用的技術(shù)的可接受的限制值。
[0011]這就是為什么為了限制晶體管結(jié)溫的上升并且因此為了避免其損壞，而可能實現(xiàn)溫度敏感電流減少機構(gòu)或TDCR機構(gòu)的原因。
[0012]這樣的機構(gòu)的效果是在“低”晶體管的結(jié)溫超過第一閾值(稱為報警或“警戒”閾值)、低于第二閾值(稱為切斷或“關(guān)斷”閾值)時自動減少負載中的電流，其中當(dāng)超過第二閾值時MOS晶體管中的電流流動被中斷以便避免其損壞。這樣的TDCR機構(gòu)干預(yù)用于負載中的電流的最大準許值，其在用于控制晶體管中的電流的策略中被用作截止上限(highstop)。準許的最大電流被減少，并且然后可任選地再次增加，在這兩種情況下都是以線性的方式，直到達到溫度一電流平衡。在該平衡點，結(jié)溫和負載中準許的最大電流是穩(wěn)定的。
[0013]這樣的TDCR機構(gòu)被實現(xiàn)在例如來自英飛凌公司的電路TLE7209和來自意法半導(dǎo)體公司的L9958中，并給出令人滿意的結(jié)果。
[0014]然而，汽車領(lǐng)域中制造成本上的壓力正導(dǎo)致使用不斷地更小的封裝用于執(zhí)行該類控制的集成電路。規(guī)則也促使用于與其中集成有MOS晶體管的半導(dǎo)體芯片連結(jié)的焊接接合的消除，并且用作為不太好的熱導(dǎo)體的膠來替代它們。因此，內(nèi)部熱阻傾向于增加。
[0015]現(xiàn)在，如上文所述，實現(xiàn)已知類型的TDCR機構(gòu)的結(jié)果是防止被控制負載中的電流可能單是以瞬態(tài)的方式達到其可能必須達到的值。規(guī)則的瞬態(tài)電流是對制定H橋尺寸進行制約的要素。
[0016]本發(fā)明的目的在于消除或者至少減輕所有或一些前述的所提到的現(xiàn)有技術(shù)的缺點。
[0017]為了這一目的，本發(fā)明的第一方面提出了一種用于感性負載的控制裝置，包括:
[0018]?具有至少一個開關(guān)元件的開關(guān)結(jié)構(gòu)，被適配為按照設(shè)定點數(shù)據(jù)來在負載中驅(qū)動確定值的電流，
[0019]?控制單元，被設(shè)計為利用如下機構(gòu)來實現(xiàn)控制策略以基于設(shè)定點數(shù)據(jù)生成用于開關(guān)元件的至少一個控制信號，所述機構(gòu)在于按照表示在開關(guān)元件處的溫度的值將負載中的電流的最大準許值限定在上限值和下限值之間。
[0020]根據(jù)該裝置的實施例，按如下這樣的方式設(shè)計控制單元:
[0021]?在溫度上升階段期間，只要在開關(guān)元件處的溫度低于第一溫度閾值或高溫度閾值，電流的最大準許值就保持恒定，等于上限值，
[0022]?開關(guān)元件處的溫度值一達到第一溫度閾值，就突然使得電流的最大準許值等于下限值，以及
[0023]?在溫度下降階段期間，隨著開關(guān)元件處的溫度減小，電流的最大準許值被逐漸增加至上限值。
[0024]因此，通過開關(guān)元件處的溫度的更高值以及通過負載中的電流的最大準許值的更低值，可以找到平衡點，允許僅以瞬態(tài)方式達到最高溫度，因而允許處于不危害開關(guān)元件的完整性的情況之下。
[0025]如果瞬態(tài)熱現(xiàn)象是使得未達到高溫度閾值，則然后不存在電流的減少。在現(xiàn)有技術(shù)中，一超過溫度報警閾值就開始電流的減少。
[0026]本發(fā)明的第二方面有關(guān)于集成電路，其包括根據(jù)上文的第一方面的裝置。其可以例如是微控制器、ASIC (代表“應(yīng)用專用集成電路”的首字母縮寫)、SoC (代表“片上系統(tǒng)”的縮寫)或者類似物。
[0027]本發(fā)明的第三方面有關(guān)于用于感性負載的控制方法，包括的步驟在于:
[0028]?借助于具有至少一個開關(guān)元件的開關(guān)結(jié)構(gòu)，按照設(shè)定點數(shù)據(jù)來在負載中驅(qū)動確定值的電流，
[0029]?利用在于按照在上限值和下限值之間的、表示在開關(guān)元件處的溫度的值限定負載中的電流的最大準許值的機構(gòu)，來實現(xiàn)控制策略以基于設(shè)定點數(shù)據(jù)生成用于開關(guān)元件的至少一個控制信號。
[0030]根據(jù)該方法的實施例，所述機構(gòu)為如下這樣:
[0031]?在溫度上升階段期間，只要在開關(guān)元件處的溫度低于第一溫度閾值或高溫度閾值，電流的最大準許值就保持恒定，等于上限值，
[0032]?開關(guān)元件處的溫度值一達到第一溫度閾值，就突然使得電流的最大準許值等于下限值，以及
[0033]?在溫度下降階段期間，隨著開關(guān)元件處的溫度減小，電流的最大準許值被逐漸增加至上限值。
[0034]在該裝置和方法的實施例中，設(shè)定點數(shù)據(jù)可以是周期性設(shè)定點控制信號的占空t匕。這些實施例允許通過脈沖寬度調(diào)制控制感性負載中的電流。
[0035]例如，負載中的電流的最大準許值的下限值可以是大約2.5A。這樣的電流允許在不導(dǎo)致切斷的情況下由小的電馬達推動的機構(gòu)來執(zhí)行降級模式下的功能。這減少了操作缺陷的嚴重性。
[0036]還例如，高溫度閾值可以實質(zhì)地等于170°C，并因此對應(yīng)于已知TDCR機構(gòu)的切斷溫度。另外聲明，高溫度閾值可以是切斷閾值，其值實質(zhì)地等于例如170°C。
[0037]此外，在實施例中，該機構(gòu)和方法為如下這樣:如果在溫度上升階段期間溫度大于比高溫度閾值低的所確定的第二閾值或低溫度閾值，同時低于所述高閾值，而持續(xù)大于所確定的時間延遲的時間段，則然后在溫度下降階段期間電流的最大準許值被逐漸增加到上限值之前突然使得電流的最大準許值等于下限值。通過這種方式，確保避免破壞開關(guān)元件。
[0038]例如，低溫度閾值的值可以實質(zhì)地等于小于高閾值10%到15%的值，即例如當(dāng)高閾值等于170°C時為150°C。低溫度閾值對應(yīng)于常規(guī)TDCR機構(gòu)中限制電流的減少的開始。
[0039]當(dāng)閱讀下面的描述時，本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點將變得進一步明顯。下面的描述是純說明性的，且必須關(guān)于隨附的附圖進行閱讀，在附圖中:
[0040]-圖1a-1c為圖解通過借助于H橋進行脈沖寬度調(diào)制來控制感性負載的圖，
[0041]-圖2a和2b為脈沖寬度調(diào)制的周期性設(shè)定點控制信號，以及被控制的感性負載中的電流的演變的圖，
[0042]-圖3a和3b為引起被控制的感性負載中的電流的限制的脈沖寬度調(diào)制的周期性設(shè)定點控制信號的圖，
[0043]-圖4是根據(jù)實施例的示例性控制裝置的功能圖，
[0044]-圖5是圖解根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的溫度敏感電流減少機構(gòu)的原理的圖，
[0045]-圖6是圖解根據(jù)實施例的溫度敏感電流減少機構(gòu)的原理的圖，以及
[0046]-圖7是圖解在根據(jù)圖6的機構(gòu)的示例性實現(xiàn)中電流的減少的圖。
[0047]參見圖1a到lc，用于諸如電馬達I的感性負載的控制裝置例如包括“H橋”類型的開關(guān)結(jié)構(gòu)。
[0048]這樣的開關(guān)結(jié)構(gòu)包括四個開關(guān)，每個開關(guān)具有例如一個MOS功率晶體管。第一晶體管Ml連接在被帶至例如電池電壓Vbat的正電源端子與馬達的第一端子之間。第二晶體管M2連接在馬達的所述第一端子與例如地端子Gnd之間。第三晶體管M3連接在馬達的第二端子和地端子Gnd之間。最后，第四晶體管M4連接在正電源端子Vbat和馬達的所述第~■端子之間。晶體管Ml和M4稱為聞側(cè)晶體管(“聞側(cè)”)，并且晶體管M2和M3稱為低側(cè)晶體管(“低側(cè)”)?？梢愿鶕?jù)三種可能的狀態(tài)對橋進行控制。
[0049]在第一狀態(tài)下，由高側(cè)晶體管Ml和低側(cè)晶體管M3構(gòu)成的一對晶體管在這些晶體管導(dǎo)通(開關(guān)閉合)時使得電流能夠在第一方向上從Vbat到Gnd流經(jīng)馬達1，如圖1a中箭頭指示那樣。晶體管M2和M4然后關(guān)斷(開關(guān)打開)。
[0050]相反地，在第二狀態(tài)下，由低側(cè)晶體管M2和高側(cè)晶體管M4構(gòu)成的一對晶體管在這些晶體管導(dǎo)通(開關(guān)閉合)時使得電流能夠在相反方向上仍然從Vbat到Gnd流經(jīng)馬達1，如圖1b中箭頭所指示那樣。晶體管Ml和M3然后關(guān)斷(開關(guān)打開)。
[0051]最后，在圖1c所圖解的第二狀態(tài)下，聞側(cè)晶體管Ml和M4關(guān)斷(開關(guān)打開)，并且低側(cè)晶體管M2和M3導(dǎo)通(開關(guān)閉合)。這使得能夠在晶體管Ml打開后，以經(jīng)由M2和M3流到地Gnd的電流的形式釋放積累在感性負載中的能量，如圖1c中箭頭所表示。該狀態(tài)被提及為“續(xù)流”狀態(tài)?？稍谇懊嫣岬降牡谝粻顟B(tài)或第二狀態(tài)中的H橋的操作之后操控續(xù)流狀態(tài)。還可通過導(dǎo)通的高側(cè)晶體管(Ml和M4閉合)和打開的低側(cè)晶體管(M2和M3打開)來實現(xiàn)該續(xù)流狀態(tài)。
[0052]將領(lǐng)會本發(fā)明不受到開關(guān)結(jié)構(gòu)類型的限制。特別是，其還應(yīng)用于半橋開關(guān)結(jié)構(gòu)或者單個功率開關(guān)。同樣，圖1a-1c所示的功率開關(guān)或開關(guān)的實施例僅僅是非限制性的示例。替代MOS晶體管，這些開關(guān)中的每一個均可包括另一類型的場效應(yīng)晶體管(FET)、雙極晶體管(BJT，代表“雙極結(jié)型晶體管”的縮寫)、IGBT晶體管(代表“絕緣柵雙極晶體管”的縮寫)等。它們還可以包括這樣的晶體管的組裝，可選地具有其它組件諸如電阻器、電容器坐寸ο
[0053]對負載I中電流的控制可通過對具有給定的設(shè)定點占空比的周期性設(shè)定點控制信號進行脈沖寬度調(diào)制(PWM)來執(zhí)行，給定的設(shè)定點占空比用于生成用于晶體管橋的開關(guān)信號。
[0054]如圖2a中表示那樣，這樣的PWM設(shè)定點控制信號在每個周期至少在第一持續(xù)時間內(nèi)處于來自高和低邏輯狀態(tài)中的第一確定的邏輯狀態(tài)，并在該周期的其余部分期間處于另一邏輯狀態(tài)。在圖中所示的示例中，PWM信號在低于周期T的持續(xù)時間h內(nèi)處于高邏輯狀態(tài)。設(shè)定點占空比d_由如下給好處:
[0055]dcom = t0/T (I)
[0056]設(shè)定點占空比dram可以在0%到100%之間變化。其最經(jīng)常用在10%到30%的跨度內(nèi)。瞬態(tài)電流對應(yīng)于80%到100%的跨度。
[0057]圖2b示出了響應(yīng)于圖2a的PWM設(shè)定點控制信號獲得的負載(此處為馬達I)中的電流Im的瞬時值的演變。
[0058]在PWM信號的激活時段期間，也就是說，例如，當(dāng)該信號處于高邏輯狀態(tài)時，電流Im增加至確定的標(biāo)稱值。按照想要的馬達旋轉(zhuǎn)方向，H橋然后被分別控制在由圖1a和Ib所圖解的第一或第二狀態(tài)。
[0059]在PWM信號的去激活時段期間，也就是說在該信號處于低邏輯狀態(tài)時的示例中，電流Im減小至零值。H橋然后被控制在圖1c所圖解的第三狀態(tài)，或者續(xù)流狀態(tài)。
[0060]因為馬達所構(gòu)成的負載的感性本質(zhì)，電流Im以平緩坡度上升和下降，而不像PWM信號的方形邊緣那樣。
[0061]電流Im的平均值< Im >由以下給出:
[0062]< Im >= dcom X Vbat X 1/R (2)
[0063]其中R為電路的總電阻(主要為馬達I的電阻)。
[0064]圖3a和3b示出針對高值的占空比，值Im可能被限制為值Imax。這通過每當(dāng)Im超過Imax時就短暫地強制為續(xù)流狀態(tài)來實現(xiàn)。
[0065]在圖4中示意性地呈現(xiàn)控制裝置的實施例。
[0066]該裝置包括控制單元2，例如微控制器、ASIC電路、微處理器、SoC或類似物。
[0067]單元2接收⑶E和DIR作為輸入控制信號并接收時鐘信號CLK。其作為輸出遞送用于對馬達I進行供給的H橋的MOS晶體管的控制信號，為了圖的清楚和本公開簡明起見，其中在此僅表示馬達I的圖1a-1c中的晶體管MI和M2。類似的，將僅僅只針對晶體管Ml詳述用于生成掃掠速率(轉(zhuǎn)換速率)的部件。這些部件包括被控制電流源21和被控制電流源31，其分別被設(shè)計為對晶體管Ml的控制柵極充電和放電。電流源21和31分別由控制單元2生成的信號S21和信號S31控制。例如，電流的坡度(轉(zhuǎn)換速率)可以為3A/ys的量級，電壓的坡度可為4ν/μ s的量級。晶體管M2直接由控制單元2生成的信號S41進行控制。檢測器41遞送邏輯信號12，其信號通知單元2通過晶體管M2的電流超過了 Imax。信號ref，其被連結(jié)至比較器的輸入，與Imax成比例。其還是可由控制單元2的輸出遞送的信號。
[0068]在控制單元2的輸入側(cè)，信號DIR例如為二進制邏輯信號，其控制馬達的旋轉(zhuǎn)方向，也就是說，通過H橋的電流的流動方向(見圖1a和lb)。信號CDE為PWM類型的設(shè)定點控制信號，具有設(shè)定點占空比d.，其確定供給負載的電流量，并因此確定馬達I的速度和/或轉(zhuǎn)矩。
[0069]控制單元2還接收信號Temp，其表示用作由H橋構(gòu)成的開關(guān)結(jié)構(gòu)中的開關(guān)的功率晶體管的結(jié)處的溫度Tj。其可以是模擬信號或還可以是數(shù)字信號，在為模擬信號的情況下，在接收該模擬信號的輸入處單元2可包括模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換器，在數(shù)字信號的情況下，數(shù)字信號的最簡單表達是采用2比特(每個溫度閾值I比特)。其可由任何適當(dāng)?shù)臏囟葌鞲衅鳟a(chǎn)生。
[0070]例如通過軟件和/或通過硬連線邏輯，設(shè)計控制單元2以實現(xiàn)用于開關(guān)結(jié)構(gòu)的控制策略。通過實現(xiàn)該策略所給出的控制實質(zhì)上取決于信號⑶E和DIR，其確定用于馬達I中的電流Im的一階設(shè)定點。
[0071]此外，若干個機構(gòu)使得可以就電流而言完善設(shè)定點以便特別是確保特定數(shù)量的保護。特別地，單元2實現(xiàn)溫度敏感電流減少機構(gòu)或TDCR機構(gòu)。該機構(gòu)在于使值Imax變化，干預(yù)控制策略，并且其對應(yīng)于用于馬達中的電流Im的最大準許值。
[0072]圖5的曲線圖圖解利用根據(jù)介紹中闡述的現(xiàn)有技術(shù)的TDCR功能獲得的電流限制。
[0073]這樣的機構(gòu)作用于值Imax從而干預(yù)開關(guān)結(jié)構(gòu)控制策略。更特別地，該機構(gòu)在該結(jié)構(gòu)的MOS晶體管的結(jié)溫Tj超過與報警溫度相對應(yīng)的第一閾值Tw時減少Imax的值。溫度Tj可以是4個傳感器(每個晶體管一個傳感器)的溫度的最大值或者也可以由放置在4個晶體管的安裝區(qū)域的中心處的單個傳感器測量。
[0074]這樣，只要溫度Tj低于Tw，Imax的值就恒定，等于確定的值。馬達中的電流Im的值是按照設(shè)定點控制信號⑶E的占空比d_確定。給出作為Tj的函數(shù)的Imax的曲線40的對應(yīng)部分40a，其在圖5的曲線圖上表示出來，為水平的筆直部分(或者具有輕微的負斜率)。
[0075]然而，對于超出Tw的Tj的值，Imax的值在Tj增加時線性減小。如圖5的曲線圖上所表示的，給出作為Tj函數(shù)的Imax的曲線的對應(yīng)部分40b為具有負斜率的筆直部分。當(dāng)溫度Tj下降時，Imax的值增加。從而操作在圖5中所標(biāo)識的操作點41附近穩(wěn)定。溫度Tj的下降可能源自參數(shù)Imax的值的減小，特別是當(dāng)馬達中的電流Im被控制為其最大值或接近該最大值的值時。其還可源自其它原因，例如源自當(dāng)電流中出現(xiàn)瞬態(tài)高設(shè)定點時設(shè)定點控制信號⑶E的占空比d_的減小。
[0076]在所有情況下，都不準許溫度Tj的值超出第二閾值Tshd，第二閾值Tshd對應(yīng)于切斷(或“關(guān)斷”)溫度，其大于對應(yīng)于報警溫度的第一閾值Tw。這就是為什么對于超出Tshd的Tj的值要中斷對MOS晶體管中的任何電流的控制以避免其損壞。
[0077]總之，對于負載中的電流(也就是對于馬達中的電流Im)的最大準許值Imax在用于MOS晶體管結(jié)處的溫度Tj的小的值的高極值和用于與切斷溫度對應(yīng)的第二閾值Tshd的低極值之間變化。此外，作為溫度Tj的函數(shù)，對于大于對應(yīng)于報警溫度的第一閾值Tw的Tj值來說，值Imax服從逆線性變化。一方面負載中的電流的最大準許值Imax與另一方面結(jié)溫之間的平衡點實質(zhì)地通過所述電流的上值和所述溫度的下值來達到(也就是說，到可能的振蕩內(nèi)，其可能發(fā)生在操作點附近)。
[0078]在示例中，第一閾值Tw為150°C的量級，并且第二閾值Tshd為170°C量級，以保證作為汽車領(lǐng)域中的標(biāo)準的8000小時的使用壽命。確實已知的是，晶體管的壽命與在過高溫度下的操作中花費的時間成反比。阿累尼烏斯定律指示，操作溫度每增加10°C，壽命就減半。例如，如果晶體管能夠在150°C下操作1000小時，則其將在160°C下操作500小時，170°C下操作250小時等。因此，8000小時必須與熱曲線(在每個溫度下花費的總時間)相聯(lián)系。通常通過在150°C的結(jié)溫下固定1000小時來評估產(chǎn)品(就像應(yīng)當(dāng)在120°C的結(jié)溫下花費8000小時)。
[0079]然而，想要使用更便宜的晶體管，因此不會像那么大(也就是說具有更窄的柵極)，其表現(xiàn)出比常規(guī)晶體管更高的內(nèi)電阻Rdsw和類似地更高的熱阻。因此在恒定的電流值下晶體管的結(jié)溫更高，或者，作為必然的結(jié)果，對于TDCR機構(gòu)的相同的溫度閾值來說最大準許電流Imax更低。因此在這兩方面經(jīng)受對熱性能雙重影響。由此可以得出，由于TDCR機構(gòu)的原因，更罕有可能利用可得到的最大電流來對負載進行供電，并且這在特定應(yīng)用中和/或使用環(huán)境下可能是有害的。
[0080]為了補償該現(xiàn)象以及允許利用可能瞬態(tài)地超過對應(yīng)圖5報警溫度Tw的第一閾值的負載電流來進行操作，提出了對于已知TDCR機構(gòu)的替換。
[0081]下面的想法在于非常輕微地減少壽命，以便瞬態(tài)地允許負載在最大電流下甚至在超過報警溫度時操作。事實上，期望的瞬態(tài)電流是相對頻繁的，但不表示顯著的總的持續(xù)時間并且?guī)缀醪挥绊憠勖?br> [0082]參見圖6的曲線圖，所提出的機構(gòu)可在閾值Tsup的情況下進行操作。如果所有其它情況相同，則該閾值可以例如與現(xiàn)有技術(shù)的機構(gòu)的閾值Tshd(切斷閾值)相同。例如，Tsup因此也可以等于約170°C。
[0083]對于負載中的電流(馬達中的電流Im)而言所準許的最大值Imax仍然在針對在MOS晶體管的結(jié)處的溫度Tj的小值的高極值Isup和針對大于閾值Tsup的溫度值的低極值Iinf之間變化。
[0084]然而，給出作為Tj的函數(shù)的Imax的值的曲線表現(xiàn)出滯后，如將在閱讀隨后內(nèi)容時理解的那樣。
[0085]在溫度上升階段期間，在不修改對于維持在高極值Isup處的負載中的電流而言所準許的最大值Imax的情況下，MOS晶體管的結(jié)溫的值Tj增加，直至其達到溫度Tsup。
[0086]當(dāng)溫度Tj達到閾值Tsup (低于或等于切斷溫度)時，對于負載中的電流而言所準許的最大值Imax突然下降到低極值Iinf。表述“突然”被理解為意味著作出規(guī)定以立即獲得負載中的電流的最大減少。值Iinf可以是零，因此對應(yīng)于負載中的電流的總的歸零。然而，優(yōu)選地，Iinf關(guān)于高極值Isup非常低但不為零，以便允許負載維持操作，即便如此這也造成降級的操作模式。例如，低極值可以等于2.5A。當(dāng)然可以按照所涉及的應(yīng)用設(shè)想關(guān)于極高溫度的值低的其它值。我們還要注意到，負載中的電流服從電感中的變化規(guī)律，并且因此，存在其間Im可能大于Imax的瞬態(tài)感應(yīng)放電電流。
[0087]最后，在必然跟隨負載中的電流的減小的溫度下降階段期間，準許值Imax例如線性地增加。其可針對溫度Tj的給定值Tinf恢復(fù)高極值I sup。值Tinf對應(yīng)于返回到針對負載中的電流而言所準許的最大值Imax Isup的高極值Isup的溫度。可以設(shè)定系統(tǒng)尺寸以使得值Tinf可以實質(zhì)地等于與現(xiàn)有技術(shù)的機構(gòu)的報警溫度(例如先前所指示的150°C )對應(yīng)的值Tw。以這種方式，并且如果所有其它情況都等同，則操作特性不關(guān)于溫度下降階段被修改。
[0088]將注意到由于所使用的新晶體管的熱阻大于目前為止所使用的晶體管的熱阻，因此溫度一直變化得更快。晶體管不在溫度Tsup處或者接近后者的溫度處維持很長時間。但是已經(jīng)立即降低了電流值這一事實不會立即跟隨有效果。溫度僅僅以按著負載中的電流的衰減的時間常數(shù)的節(jié)律下降。Tj因此可以略微超過溫度Tsup。在切斷溫度等于值Tsup的情況下，切斷前的時間延遲使得可能防止后者在諸如這些的瞬態(tài)現(xiàn)象期間發(fā)生。
[0089]將理解的是，本發(fā)明的實施例使得可能在要求大瞬態(tài)電流(也就是說引起溫度上升超過閾值Tsup的電流)時超出將由圖5所圖解的現(xiàn)有技術(shù)的TDCR機構(gòu)所強加的以電流方式的限制。一方面負載中的電流的所準許的最大值Imax與另一方面結(jié)溫Tj之間的平衡點通過所述電流的更低值和所述溫度的更高值達到。這種操作方式與先前提到的現(xiàn)有技術(shù)的TDCR機構(gòu)的特性完全相反。
[0090]假定控制裝置因此被強迫在環(huán)境溫度足夠高的情況下在2%的壽命(即，160小時)中每5秒就瞬態(tài)地操作在等于閾值Tsup的溫度下70毫秒，這表示在Tj = Tsup的情況下少于4個操作小時。對于Tsup = 180°C，阿累尼烏斯定律給出，關(guān)于120°C，加速因子為64。這表明著這4個小時等同于120°C的256個小時，也就是說3%的壽命。
[0091]這樣，以略微削減晶體管壽命的可用限度為代價，以瞬態(tài)的方式規(guī)避阻止在必要的時候從可用的最大電流受益的現(xiàn)有技術(shù)的TDCR機構(gòu)的限制作用。
[0092]將注意到可能發(fā)生如下情況，結(jié)溫Tj超過現(xiàn)有技術(shù)的機構(gòu)的報警閾值Tw并在該閾值以上維持一定的持續(xù)時間但從不達到溫度Tsup。如果該持續(xù)時間相對地長，則該情形例如可能導(dǎo)致MOS晶體管被破壞。
[0093]這就是為什么一些實施例設(shè)想出將參照圖7的曲線圖解釋的安全特征。
[0094]在這些實施例中，事實上，如果在溫度上升階段期間溫度Tj高于溫度閾值Tinf，低于溫度閾值Tshd，同時在大于確定的時間延遲(例如2s)的持續(xù)時間低于所述閾值Tsup,則負載中的電流的最大準許值Imax突然減小至下限值Iinf。這里設(shè)想的典型情況對應(yīng)于圖7中的曲線部分63。電流Imax的快速減小由曲線部分63圖解。當(dāng)電流已減小時，溫度Tj再次下落并且電流Imax能夠然后隨著開關(guān)元件處的溫度減小被逐漸增加到上限值Isup0這由曲線部分64圖解。
[0095]將注意到，圖7的曲線能夠在平衡點61處穩(wěn)定。這里再次地通過溫度的更高值和所準許的最大電流Imax的更低值達到該平衡。
[0096]在圖7所示的示例中，低閾值的值可對應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)的TDCR機構(gòu)的報警閾值Tw的值。以一般的方式，可以參照高閾值的值限定閾值Tinf的值。在Tsup = 170°C且Tinf=150°C的示例中，低閾值的值實質(zhì)地等于比高閾值的值小12%的值。
[0097]已經(jīng)僅僅通過圖解的方式給出上文的描述，并且上文的描述不對本發(fā)明的范圍進行限制。任何技術(shù)上能夠想到的變形實施例可能優(yōu)選于所描述的實施例。
[0098]特別地，可在實現(xiàn)控制單元2的微控制器中基于外部模擬信號執(zhí)行表示在MOS晶體管的P-N結(jié)處的溫度Tj的數(shù)字信號Temp的生成。該數(shù)字信號temp還可對應(yīng)于兩個模擬比較器的輸出，指示閾值Tinf和Tsup的交叉。
[0099]類似的，溫度閾值的值不限制于在此純以圖解的方式給出的示例，并且可以是適合于應(yīng)用的需要的任何值。
[0100]最后，本發(fā)明當(dāng)然應(yīng)用于對任何感性負載的控制，而不單是應(yīng)用于電馬達的控制。例如，這可能牽涉具有固定線圈和運動芯(或者相反的情況)的電磁致動器。
【權(quán)利要求】
1.一種用于感性負載的控制裝置，包括: ?具有至少一個開關(guān)元件的開關(guān)結(jié)構(gòu)，被適配為按照設(shè)定點數(shù)據(jù)(CDE)來在負載中驅(qū)動確定值的電流， ?控制單元(2)，被設(shè)計為利用如下機構(gòu)來實現(xiàn)控制策略以基于設(shè)定點數(shù)據(jù)(CDE)生成用于開關(guān)元件的至少一個控制信號(S21，S31)，所述機構(gòu)在于按照表示在開關(guān)元件處的溫度的值將負載中的電流的最大準許值(Imax)限定在上限值(Isup)和下限值(Iinf)之間， 其特征在于所述機構(gòu)使得其表現(xiàn)為用于如下的手段: ?在溫度上升階段期間，只要在開關(guān)元件處的溫度低于第一溫度閾值(Tsup)，就保持電流的最大準許值(Imax)恒定,等于上限值(Isup), ?開關(guān)元件處的溫度值一達到第一溫度閾值(Tsup)，就突然使得電流的最大準許值等于下限值(Iinf)，以及 ?在溫度下降階段期間，隨著開關(guān)元件處的溫度減小，準許電流的最大準許值逐漸上升回上限值(Isup)，從而找到平衡點。
2.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中設(shè)定點數(shù)據(jù)是周期性的設(shè)定點控制信號的占空比。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2中所述的裝置，其中負載中的電流的最大準許值(Imax)的下限值(Iinf)為約2.5A。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的裝置，其中第一溫度閾值(Tsup)為切斷閾值，其值實質(zhì)地等于例如170°C。
5.如權(quán)利要求4中所述的裝置，其中所述機構(gòu)為使得進一步地，如果在溫度上升階段期間溫度大于比第一溫度閾值(Tsup)低的第二確定的溫度閾值、同時低于所述第一溫度閾值(Tsup)的持續(xù)時間大于確定的時間延遲，則然后在溫度下降階段期間電流的最大準許值將在被準許逐漸上升回上限值(Isup)之前被突然減小至下限值(Iinf)。
6.如權(quán)利要求5中所述的裝置，其中第二溫度閾值的值實質(zhì)地等于比第一閾值小10%至15%的值，即例如150。。。
7.如權(quán)利要求1至6中任意一項所述的裝置,其中開關(guān)元件包括晶體管,例如MOS晶體管。
8.一種集成電路，其特征在于其包括如權(quán)利要求1至7中任意一項所述的裝置。
9.一種用于感性負載的控制方法，包括在于如下的步驟: ?借助于具有至少一個開關(guān)元件的開關(guān)結(jié)構(gòu)，按照設(shè)定點數(shù)據(jù)(CDE)來在負載中驅(qū)動確定值的電流， ?利用在于按照在上限值(Isup)和下限值(Iinf)之間的、表示在開關(guān)元件處的溫度的值限定負載中的電流的最大準許值(Imax)的機構(gòu)，來實現(xiàn)控制策略以基于設(shè)定點數(shù)據(jù)(OTE)生成用于開關(guān)元件的至少一個控制信號(S21，S31)， 其特征在于所述機構(gòu)為使得: ?在溫度上升階段期間，只要在開關(guān)元件處的溫度低于第一溫度閾值(Tsup)，電流的最大準許值(Imax)就保持恒定，等于上限值(Isup)， ?開關(guān)元件處的溫度值一達到第一溫度閾值(Tsup)，就突然使得電流的最大準許值(Imax)等于下限值(Iinf),以及 ?在溫度下降階段期間，隨著開關(guān)元件處的溫度減小，準許電流的最大準許值(Imax)逐漸上升回上限值(Isup)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中設(shè)定點數(shù)據(jù)是周期性的設(shè)定點控制信號的占空比。
11.如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的方法，其中負載中的電流的最大準許值(Imax)的下限值(Iinf)為約2.5A。
12.如權(quán)利要求10至11中任意一項所述的方法，其中第一溫度閾值(Tsup)為切斷閾值(Tj)，其值實質(zhì)上等于例如170°C。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述機構(gòu)為使得進一步地，如果在溫度上升階段期間溫度大于比第一溫度閾值(Tsup)低的第二確定的溫度閾值、同時低于所述第一閾值(Tsup)的持續(xù)時間大于確定的時間延遲，則然后隨著開關(guān)元件處的溫度減小，電流的最大準許值(Imax)將在被準許逐漸上升回上限值(Isup)之前被突然減小至下限值(Iinf)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中第二溫度閾值的值實質(zhì)地等于比第一閾值小10%至15%的值，即例如150。。。
【文檔編號】H02M1/32GK104205636SQ201280063784
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月21日
【發(fā)明者】A·帕斯夸萊托 申請人:法國大陸汽車公司, 大陸汽車有限公司