[发明专利]输出通过变化率控制电路

说明书

本发明涉及一种输出通过变化率控制电路，其中在其输出端连接有一个感性负载。

近来，在汽车上装备了更多的电子系统，各种汽车电子系统被用于控制发动机和制动器的工作、车窗的开闭操作和门锁的操作。一般地，由于这些电子装置是由电池供电的，所以其供电电压经常发生波动。有时在电源电压上还叠加一个电涌电压。此外，由于汽车电子系统要受到震动和冲击的作用，所以必须考虑电源的输出端可能被短路或断路的情况。在此类意外情况下，需要保证电子系统仍不被损坏。此外，由于这些汽车电子系统是用于驱动例如为滑阀、电磁螺线管和电动机等机械元件的，这些机械元件常常构成对于电子系统的感性负载。因而，由于微处理机的输出信号常常是快速的导通、关断信号，所以，当一个快速改变的输出信号施加到这些感性负载上时，感性负载将产生反电动势。

当电子系统中的输出级晶体管关断时，所产生的反电动势不但使输出波形发生畸变，而且由于关断输出晶体管而使之损坏。

此外，感性负载中的快速改变的大电流会产生电磁噪声，这使得邻近的电子装置工作失效或使得收音机设备产生刺耳的声音。因而，传统的电子系统设计为使其输出波形钝化，这需要对输出通过率电路采取某些措施以钝化波形电压。

当晶体管输出端连接有一个螺线管作为负载时，需要设置一个保护电路来保护输出晶体管不受螺线管关断时产生的电涌电压的影响。

因此，在开/关控制中不采用具有方波波形的脉冲信号作为输入控制信号，而是将控制信号改为具有上升斜坡和下降斜坡的斜坡脉冲信号，用于消除由于负载中电流的快速改变而产生的反电动势。此时，采用图4中所示的通过率控制电路以抑制电涌电压。

由控制电路100输出的控制信号Din从端T100输入，并由一个由电阻101和电容102构成的积分电路转换成如图5B所示的斜坡信号Drmp，该信号的波形具有上升斜坡(从时刻t11起)和下降斜坡(从时刻t50起)。举例来说，上升阶段的时间(从时刻t11至时刻t20)是由电阻101和电容102的所确定的时间常数，而输入控制信号Din下降阶段的时间(从时刻t50至时刻t60)也是由电阻101和电容102所确定的时间常数。

继而，如图5C所示，电流在一个N沟道型的MOS(金属/氧化膜/半导体)晶体管103中流动，该电流对应于图5B所示的具有上升和下降坡波形的斜坡信号Drmp的电压。这时，当晶体管103的栅极电压低于阈值Vt时，由于晶体管103中没有电流流过，并且当栅极电压达到一个预定值时，由于输出电流饱和，所以图5C所示的输出电流Iout的波形的时间常数与电阻101和电容102的时间常数并不一致。

图5D中的实线示出当输出端Tout和外电源端Vout之间连接有一个电阻作为负载时，在输出端Tout的输出电压波形。此外，图5D中的虚线示出在输出端Tout和外电源端Vout之间连接有一个感性负载104时，在输出端Tout的输出信号Dout波形。在这些情况下，当负载是一个电阻时，输出信号Dout的变化和输出电流Iout成反比。与此相反，当负载104是感性负载时，输出信号Dout在时刻t60在输出电流Iout的拐点处发生超调现象(虚线)。

当输出信号Dout超过一个预定的电压值时，就会产生一个如图5E所示的过电压检测脉冲Ds。在图4所示的电路中，由一个恒压电路107和一个晶体管106组成一个过电压保护电路。例如，在负载104被短接的情况下，如图5D中的点划线所示，当一个高电压施加到晶体管103的栅极并且晶体管103处于导通状态时，就假设漏极电压暂时变为高电压。

在此情形下，由于晶体管103处于导通状态，在晶体管103中流过大电流。因而，晶体管103很可能由于大电流产生的热而被损坏。为了防止出现损坏，设置了一个晶体管106以减小输出端Tout的输出电流Iout。

也就是，晶体管103的漏极电压(即输出信号Dout的电压)通过保护装置105施加到晶体管106的栅极，并当输出信号Dout的电压超过一个预定的电压时，该晶体管导通，使得晶体管103的栅极电压减小，如图5B所示。结果，如图5C所示，使流经晶体管103的电流受到限制，从而可避免晶体管103被损坏。

作为另一个示例，假设晶体管103的漏极电压(输出信号Dout的电压)暂时为一个高电压，如图5D中的虚线所示(从时刻t50至时刻t60)。通过触发图4中未示出的一个过电压保护电路，在晶体管103的栅极施加控制信号Ds。