[0001] 相關(guān)
申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)根據(jù)35?U.S.C.§119(a)要求于2018年7月26日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?0-2018-0087062的韓國(guó)
專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開的
實(shí)施例涉及一種電子繼電器設(shè)備，更具體地，涉及一種能夠通過(guò)鉗位
電壓穩(wěn)定地保持導(dǎo)通狀態(tài)的電子繼電器設(shè)備。
背景技術(shù)
[0004] 通常，繼電器是指具有通過(guò)使用預(yù)定電
信號(hào)控制
電路的導(dǎo)通和斷開的功能的設(shè)備。根據(jù)工作原理，繼電器分為機(jī)械繼電器和電子繼電器。機(jī)械繼電器是一種使用電磁體以下述方式來(lái)控制電路的導(dǎo)通和斷開類型的設(shè)備：當(dāng)
電流流過(guò)電磁體時(shí)，電路被連接為粘結(jié)到
電極的磁
接觸。
[0005] 電子繼電器作為通過(guò)在繼電器的電路的開閉部分中使用
半導(dǎo)體元件來(lái)去除電接觸的(非接觸)繼電器，是下述類型的一種設(shè)備：其
輸入側(cè)和
輸出側(cè)由半導(dǎo)體構(gòu)建并因此具備高負(fù)載
開關(guān)功能，所述輸入側(cè)和輸出側(cè)設(shè)置為彼此
電隔離，并且當(dāng)
電信號(hào)施加到輸入側(cè)時(shí)，高負(fù)載電流流向輸出側(cè)時(shí)，控制電路的導(dǎo)通和斷開。
[0006] 電子繼電器比機(jī)械繼電器更廣泛地使用，因?yàn)榧词?a href='/zhuanli/list-16446-1.html' target='_blank'>輸入信號(hào)的幅值非常小，電子繼電器也能夠控制高負(fù)載
輸出信號(hào)，由于沒有機(jī)械操作部件并且不受沖擊、振動(dòng)、安裝
位置等的影響，所以有長(zhǎng)壽命和高可靠性。
[0007] 圖1是示出了傳統(tǒng)電子繼電器電路的示例表示的圖。
[0008] 通常，在用于車輛的電子繼電器電路中，兩個(gè)金屬
氧化物半導(dǎo)體
場(chǎng)效應(yīng)晶體管(metal?oxide?semiconductor?field?effect?transistor,MOSFET)具有如圖1所示的彼此連接的源極端S。
[0009] 觀察傳統(tǒng)電子繼電器電路的開關(guān)元件的操作，在最初導(dǎo)通各個(gè)MOSFET并且MOSFET處于斷開狀態(tài)時(shí)，因?yàn)镸OSFET的源極端的電壓處于
波動(dòng)狀態(tài)，所以MOSFET的源極端的電壓首先接地(grounded,GND)，并且在準(zhǔn)備接地時(shí)通過(guò)電荷
泵電路向柵極端提供電壓。在初始導(dǎo)通之后，提供
電池電壓，因此提供比源極端的12V電壓高12V的電壓，即，可以將24V電壓施加到柵極端以維持導(dǎo)通狀態(tài)。
[0010] 然而，由于傳統(tǒng)技術(shù)具有通過(guò)識(shí)別MOSFET的源極端的電壓將預(yù)定電壓提供給柵極端的結(jié)構(gòu)，如果在最終導(dǎo)通之后將不穩(wěn)定的電壓施加到電池輸入端，源極端電壓可能波動(dòng)，并且柵極端電壓也可能波動(dòng)。因此，由于不能在柵極端和源極端之間提供穩(wěn)定的電壓，所以不能保持繼電器導(dǎo)通。也就是說(shuō)，當(dāng)發(fā)生電池電壓和
電動(dòng)機(jī)電壓的掃描時(shí)，可能導(dǎo)致不能執(zhí)行穩(wěn)定的繼電器導(dǎo)通的問(wèn)題。
[0011] 在公開號(hào)為10-2014-0073800(2014年6月17日公布)、標(biāo)題為“電子繼電器電路”的韓國(guó)未審查專利中公開了本公開的背景技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
[0012] 各種實(shí)施例涉及一種電子繼電器設(shè)備，其不依賴于源極端電壓并且能夠通過(guò)柵極端電壓和鉗位電壓穩(wěn)定地保持導(dǎo)通狀態(tài)。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施例中，一種電子繼電器設(shè)備可以包括：控制單元，被配置為從微控制單元(micro?control?unit,MCU)接收信號(hào)，并輸出用于開關(guān)驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)通/斷開
控制信號(hào)；充電單元，被配置為響應(yīng)于控制單元的控制信號(hào)而提供用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)單元的驅(qū)動(dòng)電壓；開關(guān)單元，包括第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件，其通過(guò)響應(yīng)于來(lái)自充電單元的驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行導(dǎo)通/斷開控制而向負(fù)載供電，第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件的源極端彼此連接并且第二開關(guān)元件和第二開關(guān)元件的柵極端彼此連接；鉗制單元，設(shè)置在開關(guān)單元的源極端和柵極端之間，并且被配置為在開關(guān)單元的導(dǎo)通狀態(tài)下恒定地保持源極端和柵極端之間的電壓。
[0014] 電子繼電器設(shè)備還可包括比較單元，被配置為比較參考電壓和從控制單元輸入的控制信號(hào)的電壓，并輸出相應(yīng)狀態(tài)的信號(hào)，其中，如果導(dǎo)通信號(hào)從MCU輸入到控制單元，當(dāng)從控制單元向比較單元施加高于參考電壓的電壓時(shí)，比較單元輸出高(+)信號(hào)，并且如果斷開信號(hào)從MCU輸入到控制單元，當(dāng)從控制單元向比較單元施加低于參考電壓的電壓時(shí)，比較單元輸出低(-)信號(hào)。
[0015] 充電單元可以接收電池電壓、泵送電荷、生成要施加到開關(guān)單元的柵極電壓，并且可以將柵極電壓提供給比較單元的高(+)端。
[0016] 電子繼電器設(shè)備還可包括第一
電阻器，設(shè)置在比較單元的輸出端和開關(guān)單元的柵極端之間；以及第二
電阻器，設(shè)置在開關(guān)單元的源極端和柵極端之間，并與鉗制單元并聯(lián)連接。
[0017] 在開關(guān)單元的初始關(guān)閉狀態(tài)下，如果從MCU輸入導(dǎo)通信號(hào)，則可以通過(guò)第一電阻器將比較單元的高(+)信號(hào)施加到開關(guān)單元的柵極端，并且當(dāng)穿過(guò)第二電阻器形成
閾值電壓時(shí)，可以導(dǎo)通開關(guān)單元。
[0018] 在開關(guān)單元的導(dǎo)通狀態(tài)下，當(dāng)電池電壓施加到開關(guān)單元，并且因此電池電壓和開關(guān)單元源極端的電壓變得相同時(shí)，比較單元的高(+)信號(hào)可以通過(guò)第一電阻器施加到開關(guān)單元的柵極端，并且可以通過(guò)鉗制單元恒定地保持開關(guān)單元的源極端和柵極端之間的電壓，通過(guò)該鉗制單元可以保持開關(guān)單元的導(dǎo)通狀態(tài)。
[0019] 第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件可以由N型MOSFET實(shí)現(xiàn)，第一開關(guān)元件的漏極端可以連接到電池側(cè)，并且第二開關(guān)元件的漏極端可以連接到負(fù)載側(cè)。
[0020] 鉗制單元可以形成為使得兩個(gè)
二極管串聯(lián)連接并且各個(gè)二極管的
陰極共同連接。
[0021] 在根據(jù)本公開實(shí)施例的電子繼電器設(shè)備中，可以通過(guò)鉗位電壓在開關(guān)元件的源極端和柵極端之間穩(wěn)定地提供電壓。結(jié)果，即使當(dāng)出現(xiàn)例如不穩(wěn)定的電池電壓的干擾時(shí)，也可以在不依賴于源極端電壓的情況下穩(wěn)定地保持開關(guān)元件的導(dǎo)通狀態(tài)。
附圖說(shuō)明
[0022] 圖1是示出了傳統(tǒng)電子繼電器電路的示例表示的示意圖；
[0023] 圖2是示出了根據(jù)本公開實(shí)施例的電子繼電器設(shè)備電路的示例表示的示意圖；和[0024] 圖3是有助于解釋根據(jù)本公開實(shí)施例的電子繼電器設(shè)備的示意性
流程圖的示例的表示。
具體實(shí)施方式
[0025] 在下文中參考示出了本發(fā)明的實(shí)施例的附圖更全面地描述了本發(fā)明。然而，本公開可以以許多不同的形式實(shí)施，并且不應(yīng)該被解釋為限于本文闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了使本公開徹底，并且將本發(fā)明的范圍完全傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
[0026] 從以下參考附圖對(duì)實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的各種優(yōu)點(diǎn)和特征以及實(shí)現(xiàn)它們的方法將變得顯而易見。然而，本發(fā)明不限于文本闡述的實(shí)施例，而是可以以許多不同的形式實(shí)現(xiàn)?？梢蕴峁┍景l(fā)明的實(shí)施例以使本發(fā)明的公開內(nèi)容完整，并且將本發(fā)明的范圍完全傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員，因此本發(fā)明將在
權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行限定。貫穿
說(shuō)明書中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
[0027] 除非另外定義，否則應(yīng)理解，說(shuō)明書中使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的術(shù)語(yǔ)相同的含義。此外，除非明確定義，否則由通用的詞典所定義的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)理想地或過(guò)度地正式定義。應(yīng)當(dāng)理解，出于本公開的目的，“X、Y和Z中的至少一個(gè)”可以被解釋為僅X、僅Y、僅Z，或者X、Y和Z中的兩個(gè)或更多個(gè)的任意組合(例如，XYZ、XYY、YZ、ZZ)。除非特別相反地描述，否則本文所述的術(shù)語(yǔ)“包括”、“配置”、“具有”等將被理解為暗示包含所述組件，因此應(yīng)被解釋為包括其他組件，而不是排除任何其他元素。
[0028] 除非另外定義，否則本文使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本公開所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的通常理解相同的含義。例如在常用詞典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)被解釋為具有與其在相關(guān)領(lǐng)域的上下文中的含義一致的含義，并且將不以理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋，除非在本文明確地如此定義。
[0029] 如在相應(yīng)領(lǐng)域中的傳統(tǒng)，一些示例性實(shí)施例的功能
塊、單元和/或模塊可以在附圖中示出。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，這些塊、單元和/或模塊通過(guò)電子(或光學(xué))電路，例如
邏輯電路、分立元件、處理器、硬連線電路、存儲(chǔ)元件、布線連接等物理地實(shí)現(xiàn)。當(dāng)塊、單元和/或模塊由處理器或類似
硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以使用
軟件(例如，代碼)對(duì)它們進(jìn)行編程和控制，以執(zhí)行本文所討論的各種功能?；蛘?，每個(gè)塊、單元和/或模塊可以由專用
硬件實(shí)現(xiàn)，或者為執(zhí)行某些功能的專用硬件以及實(shí)現(xiàn)其他功能的處理器(例如，一個(gè)或多個(gè)編程處理器和相關(guān)電路)的組合。在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的范圍的情況下，一些示例性實(shí)施例的每個(gè)塊、單元和/或模塊可以在物理上分成兩個(gè)或更多個(gè)交互和離散的塊、單元和/或模塊。此外，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的范圍的情況下，一些示例性實(shí)施例的塊、單元和/或模塊可以物理地組合成更復(fù)雜的塊、單元和/或模塊。
[0030] 在下文中，將參照附圖描述根據(jù)本公開的實(shí)施例的電子繼電器設(shè)備。應(yīng)當(dāng)注意，附圖不是精確的比例，并且僅為了描述方便和清楚起見，可能夸大線的粗細(xì)或部件的尺寸。
[0031] 此外，本文使用的術(shù)語(yǔ)是通過(guò)考慮本發(fā)明的功能來(lái)定義的，并且可以根據(jù)用戶或操作者的習(xí)慣或意圖來(lái)改變。因此，術(shù)語(yǔ)的定義應(yīng)根據(jù)本文所述的總體公開內(nèi)容進(jìn)行。
[0032] 圖2是示意性地示出根據(jù)本公開實(shí)施例的電子繼電器設(shè)備電路的示例表示的圖。圖3是有助于解釋根據(jù)本公開實(shí)施例的電子繼電器設(shè)備的示意性流程圖的示例的表示。下面將參考附圖描述電子繼電器設(shè)備。
[0033] 參照?qǐng)D2，根據(jù)本公開實(shí)施例的電子繼電器設(shè)備包括控制單元10、比較單元20、充電單元30、鉗制單元40、開關(guān)單元50、第一電阻器R1和第二電阻器R2。
[0034] 控制單元10從MCU(微控制單元)(未示出)接收繼電器導(dǎo)通/斷開信號(hào)，并輸出用于開關(guān)驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)通/斷開控制信號(hào)。控制單元10可以通過(guò)連接到下文將描述的比較單元20的高(+)端來(lái)輸出控制信號(hào)。
[0035] 當(dāng)從MCU輸入導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，控制單元10可以
輸出電壓高于比較單元20的參考電壓的控制信號(hào)，并且當(dāng)從MCU輸入斷開信號(hào)時(shí)，控制單元10可以輸出電壓低于比較單元20的參考電壓的控制信號(hào)?？刂茊卧?0可以包括即使在輸入電壓漂移時(shí)，也可以向比較單元20輸出穩(wěn)定輸出電壓的功能。
[0036] 比較單元20將參考電壓和從控制單元10輸入的控制信號(hào)的電壓進(jìn)行比較，從而輸出相應(yīng)狀態(tài)的信號(hào)。也就是說(shuō)，比較單元20可以具有連接參考電壓生成元件(未示出)的低(-)端，以及連接控制單元10的高(+)端。
[0037] 因此，如果從MCU將導(dǎo)通信號(hào)輸入到控制單元10，則可以從控制單元10向比較單元20施加高于參考電壓的電壓，而比較單元20可以輸出高(+)信號(hào)。如果斷開信號(hào)從MCU將輸入到控制單元10，則可以從控制單元10向比較單元20施加低于參考電壓的電壓，而比較單元20可以輸出低(-)信號(hào)。
[0038] 下文將描述的充電單元30可以連接到比較單元20的高(+)端，并且地面(GND)可以連接到比較單元20的低(-)端。當(dāng)從控制單元10施加高于參考電壓的電壓時(shí)，比較單元20可以輸出高信號(hào)，即從充電單元30供應(yīng)的電壓，并且當(dāng)從控制單元10施加低于參考電壓的電壓時(shí)，比較單元20可以輸出
低信號(hào)，即0V的電壓。
[0039] 充電單元30用于響應(yīng)于控制單元10的控制信號(hào)而提供用于驅(qū)動(dòng)下文將描述的開關(guān)單元50的驅(qū)動(dòng)電壓。該充電單元30包括柵極電壓生成部分32和
電荷泵部分34。
[0040] 柵極電壓生成部分32產(chǎn)生要施加到開關(guān)單元50的柵極端的柵極電壓。
[0041] 電荷泵部分34用于接收電池電壓并生成更高電壓的電源。
[0042] 因此，充電單元30可以接收電池電壓、泵送電荷、產(chǎn)生要施加到開關(guān)單元50的柵極電壓，并將該柵極電壓提供給比較單元20的高(+)端。例如，在本實(shí)施例中，考慮到電池的最大電壓為24V，充電單元30可以向比較單元20提供30V的柵極電壓，使得當(dāng)從MCU輸入導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，將30V的柵極電壓施加到開關(guān)單元50的柵極端。
[0043] 如圖2所示，在本實(shí)施例中，第一電阻器R1設(shè)置在比較單元20的輸出端和開關(guān)單元50的柵極端之間，第二電阻器R2設(shè)置在開關(guān)單元50的源極端和柵極端之間，并且與下文將描述的鉗制單元40并聯(lián)連接。
[0044] 鉗制單元40可以設(shè)置在開關(guān)單元50的源極端和柵極端之間，從而可以在開關(guān)單元50的導(dǎo)通狀態(tài)下恒定地保持源極端和柵極端之間的電壓。
[0045] 鉗制單元40形成為使得兩個(gè)二極管串聯(lián)連接并且各個(gè)二極管的陰極共同連接。在本實(shí)施例中，使用
齊納二極管(zener?diode)，使得可以穩(wěn)定地保持開關(guān)單元50的柵極端和源極端之間的電壓。
[0046] 開關(guān)單元50包括第一開關(guān)元件S1和第二開關(guān)元件S2，響應(yīng)于來(lái)自充電單元30的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而對(duì)它們進(jìn)行導(dǎo)通/斷開控制并且向負(fù)載供電。第一開關(guān)元件S1和第二開關(guān)元件S2的源極端彼此連接，并且第一開關(guān)元件S1和第二開關(guān)元件S2的柵極端彼此連接。也就是說(shuō)，在本實(shí)施例中，開關(guān)單元50的源極端和柵極端是指公共源極端和公共柵極端，第一開關(guān)元件S1和第二開關(guān)元件S2通過(guò)其彼此連接。
[0047] 第一開關(guān)元件S1和第二開關(guān)元件S2由N型MOSFET實(shí)現(xiàn)，第一開關(guān)元件S1的漏極端連接到電池側(cè)，第二開關(guān)元件S2的漏極端連接到負(fù)載側(cè)。N型MOSFET在導(dǎo)通時(shí)具有比P通道小的內(nèi)部電阻值，這在發(fā)熱方面是有利的。
[0048] 雖然圖2示出的虛線指示開關(guān)單元50不包括柵極端，應(yīng)注意，柵極端包括在開關(guān)單元50中。同時(shí)，第二電阻器R2和鉗制單元40也可以包括在開關(guān)單元50中。在這種情況下，控制單元10、比較單元20、充電單元30和第一電阻器R1可以大致歸類為用于生成用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)單元50的驅(qū)動(dòng)電壓的部件，而鉗制單元40、第二電阻器R2和開關(guān)單元50可大致歸類為用于開關(guān)的開關(guān)部件。
[0049] 在本實(shí)施例中，由于包括鉗制單元40，源極端和柵極端之間的電壓可以在開關(guān)單元50的導(dǎo)通狀態(tài)下恒定地保持。結(jié)果，可以不依賴于源極端電壓而導(dǎo)通/斷開開關(guān)單元50。
[0050] 圖3是有助于解釋根據(jù)本公開實(shí)施例的電子繼電器設(shè)備的示意性流程圖的示例的表示。下文將描述從MCU輸入繼電器導(dǎo)通/斷開信號(hào)并導(dǎo)通/斷開開關(guān)單元50的過(guò)程。
[0051] 如圖3所示，在開關(guān)單元50的初始斷開狀態(tài)下，如果從MCU輸入導(dǎo)通信號(hào)(S10)，則從比較單元20通過(guò)第一電阻器R1向開關(guān)單元50的柵極端施加高(+)信號(hào)(S20)，并且當(dāng)穿過(guò)第二電阻器R2形成閾值電壓時(shí)，開關(guān)單元50導(dǎo)通(S30)。
[0052] 在開關(guān)單元50導(dǎo)通的狀態(tài)下，當(dāng)電池電壓施加到開關(guān)單元50并且因此電池電壓和開關(guān)單元50的源極端的電壓變得相同時(shí)，比較單元20的高(+)信號(hào)通過(guò)第一電阻器R1施加到開關(guān)單元50的柵極端，并且通過(guò)鉗制單元40恒定地保持開關(guān)單元50的源極端和柵極端之間的電壓，其中通過(guò)鉗制單元40保持開關(guān)單元50的導(dǎo)通狀態(tài)。
[0053] 換句話說(shuō)，將開關(guān)單元50導(dǎo)通的過(guò)程可以描述為兩個(gè)步驟。在開關(guān)單元50的初始斷開狀態(tài)下，如果從MCU輸入繼電器導(dǎo)通信號(hào)，則控制單元10輸出電壓高于比較單元20的參考電壓的控制信號(hào)，因此，例如，30V的電壓從高(+)端，即充電單元30，施加到開關(guān)單元50的柵極端。在初始狀態(tài)下，由于開關(guān)單元50處于斷開狀態(tài)，源極端的電壓處于浮動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)電壓施加到柵極端時(shí)，通過(guò)第一電阻器R1和第二電阻器R2的電流流經(jīng)通過(guò)開關(guān)單元50的
體二極管形成的兩個(gè)路徑。因此，當(dāng)穿過(guò)第二電阻器R2的電壓變?yōu)?，例如大約5V時(shí)，開關(guān)單元50導(dǎo)通。
[0054] 如果開關(guān)單元50導(dǎo)通，則當(dāng)施加電池電壓時(shí)，源極端的電壓和電池電壓變得相同。此時(shí)，通過(guò)比較單元20施加的柵極電壓，例如16V的電壓，通過(guò)第一電阻器R1和鉗制單元40被鉗制在開關(guān)單元50的柵極端和源極端之間，作為穩(wěn)定的電壓。
[0055] 也就是說(shuō)，在通過(guò)識(shí)別源極端的電壓而將預(yù)定電壓施加給柵極端以導(dǎo)通開關(guān)單元的傳統(tǒng)方案中，如果源極端的電壓因干擾而波動(dòng)，則柵極端的電壓也可能波動(dòng)，導(dǎo)致不穩(wěn)定的導(dǎo)通狀態(tài)。然而，在本實(shí)施例中，即使源極端的電壓波動(dòng)，也可以通過(guò)鉗制單元40來(lái)鉗制電壓而在開關(guān)單元50的柵極端和源極端之間穩(wěn)定地提供電壓，從而可以穩(wěn)定地保持繼電器導(dǎo)通狀態(tài)。
[0056] 如果從MCU輸入斷開信號(hào)(S10)，則比較單元20的低(-)端的信號(hào)通過(guò)第一電阻器R1施加到開關(guān)單元50的柵極端。即，當(dāng)0V被施加到柵極端時(shí)，開關(guān)單元50斷開(S30)。
[0057] 從以上描述中顯而易見的是，在根據(jù)本公開實(shí)施例的電子繼電器設(shè)備中，可以通過(guò)鉗位電壓在開關(guān)元件的源極端和柵極端之間穩(wěn)定地提供電壓。結(jié)果，即使當(dāng)出現(xiàn)例如不穩(wěn)定的電池電壓的干擾時(shí)，也可以在不依賴于源極端電壓的情況下穩(wěn)定地保持開關(guān)元件的導(dǎo)通狀態(tài)。
[0058] 盡管出于說(shuō)明性目的公開了本公開的優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫離技術(shù)方案限定的本公開的范圍和精神的情況下，可以進(jìn)行各種
修改、添加和替換。因此，本公開的真正技術(shù)范圍應(yīng)由技術(shù)方案限定。
