用于控制供给点火元件和点火系统功率的控制电路.pdf

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摘要
申请专利号:

CN97190190.2

申请日:

1997.02.03

公开号:

CN1181732A

公开日:

1998.05.13

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

专利权的终止(未缴年费专利权终止)授权公告日:2002.5.22|||授权||||||公开

IPC分类号:

B60R21/00; F42C11/00

主分类号:

B60R21/00; F42C11/00

申请人:

摩托罗拉半导体公司;

发明人:

马克·奥塞吉达; 杰罗米·肯拉克斯

地址:

法国图卢兹

优先权:

1996.02.12 FR 9601675

专利代理机构:

中国国际贸易促进委员会专利商标事务所

代理人:

王永刚

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内容摘要

一种用于控制供给点火元件(54)的功率的控制电路(52),包括用于接收响应于点火模式或诊断模式的起动而产生的编码输入信号的第1输入(70)。该编码输入信号包括具有至少2个脉冲的编码部分(100)和功率部分(102)。逻辑装置(74)确定编码部分(100)是否有效,当它符合在预定的时间窗内的预先定义的条件时,编码部分(100)是有效的,并且当编码部分(100)被确定为有效时在输出端76提供开锁信号(Sfire)。具有连接到逻辑电路(74)的输出(76)的控制输入的开关(78)一接收开锁信号就被启动,从而将控

权利要求书

1: 一种用于控制供给点火元件的功率的控制电路,该控制电路包括: 第1输入,用于接收响应于点火模式或诊断模式的起动而产生的编码 输入信号,该编码输入信号包括编码部分和功率部分,该编码部分包括n 个具有基本上预定的频率的脉冲,其中n至少是2;   逻辑装置,用于确定所接收到的编码输入信号的编码部分是否有效,当 该编码部分符合在预定的时间窗内的预先定义的条件时,该编码部分被确 定为有效的,当该编码部分被确定为有效时,该逻辑装置在输出端提供开 锁信号;以及 开关,具有与该逻辑装置的输出连接的控制输入、与该控制电路的第1 输入连接的输入和用于与点火元件连接的输出,其中该开关一接收开锁信 号就被启动,从而将在该控制电路的第1输入处的、包括所接收到的编码 输入信号的功率部分的功率供给该开关的输出,以便对该点火元件通电, 其中在点火模式中经由该被启动的开关供给的功率使该点火元件点火。
2: 根据权利要求1所述的控制电路,还包括连接在控制电路的第1输 入和控制电路的第2输入之间的电源,该第2输入与参考电压连接,该电 源从编码输入信号取得能量,以便在输出端将功率供给该逻辑装置。
3: 根据权利要求2所述的控制电路,其中该电源包括在控制电路的第1 输入和第2输入之间与电容器串联连接的二极管,该电源的输出被连接到 该电容器和二极管之间的节点。
4: 根据权利要求2或3所述的控制电路,还包括在控制电路的第1输入 和第2输入之间连接的全波整流电路。
5: 根据权利要求1、2、3或4所述的控制电路,其中该逻辑装置包 括: 计数器,具有与该控制电路的输入连接以便接收编码输入信号的计时输 入,用于对该编码输入信号的编码部分中的每个脉冲进行计数; 第1逻辑电路,与该计数器连接以确定在编码部分中的脉冲数,当该编 码部分被确定为包括n个脉冲时提供有效信号,当该编码部分被确定为包 括任何其他脉冲数时提供复位信号; 第2逻辑电路,与该计数器连接以确定该编码部分在预定的时间窗内是 否符合预先定义的条件,该预先定义的条件包括该编码部分的预定频率是 在预定的范围内的条件,在预定的时间窗内,当该预先定义的条件符合时 提供有效信号,当在预定的时间窗内该预先定义的条件不符合时提供复位 信号;以及 开锁电路,连接成从第1和第2逻辑电路接收有效信号和复位信号,用 于从第1和第2逻辑电路一接收有效信号就产生开锁信号,并响应于从第1 和第2逻辑电路中的一个接收复位信号而被复位。
6: 根据权利要求5所述的控制电路,其中n等于4,使得代码部分包括 4个脉冲。
7: 根据权利要求6所述的控制电路,其中该计数器被该编码的输入信 号的代码部分计时,以提供第1、第2和第3输出信号, 其中第1逻辑电路包括具有连接成接收由该计数器提供的第1和第3输 出信号的第1和第2输入以及1个用于提供复位信号的输出的第3 AND逻 辑门, 其中第2逻辑电路包括: 第1 AND逻辑门,具有连接成分别接收由该计数器提供的第1和第2输 出信号的第1和第2输入以及1个输出; 第1延迟电路,连接到第1 AND逻辑门的输出,以便使第1 AND逻辑门 的输出处的信号延迟第1预定的延迟和用于提供第1延迟输出信号; 第2延迟电路,连接到第1 AND逻辑门的输出,以便使第1 AND逻辑门 的输出处的信号延迟第2预定的延迟和用于提供第2延迟输出信号,该第1 和第2预定延迟是不同的,以便定义预定的时间窗; 第2 AND逻辑门,具有连接成接收第1延迟输出信号的第1输入、连接 成接收第2延迟输出信号的第2反相输入和1个输出; 第4 AND逻辑门,具有连接成分别接收第1和第2延迟输出信号的第1 和第2输入以及1个用于提供复位信号的输出;和 第5 AND逻辑门,具有连接成接收第1延迟输出信号的第1反相输入、 连接成接收由计数器提供的第3输出信号的第2输入、第3输入以及1个 用于提供复位信号的输出;和 其中开锁电路包括: 锁存器,具有连接成接收由计数器提供的第3输出信号的计时输入、连 接到第2 AND逻辑门的输出的数据输入、连接成接收复位信号的复位输入 和连接到第5 AND逻辑门的第3输入的输出; 第3延迟电路,连接到该锁存器的输出,用于对该锁存器的输出处的信 号进行延迟,以便提供已延迟的输出信号;和 Schmitt触发器,连接到第3延迟电路,以便当延迟的输出信号达到预 定电平时产生开锁信号,该锁存器一接收到复位信号中的一个时就被复 位,使得开锁信号不产生。
8: 根据权利要求7所述的控制电路,其中该逻辑装置还包括连接到第 3、第4和第5 AND逻辑门的输出的OR逻辑门,该OR逻辑门具有用于对该 锁存器的复位输入和计数器的复位输入提供复位信号的输出。
9: 一种包括半导体点火元件和按照上述任一权利要求的控制电路的点 火器,其中将半导体点火元件和控制电路集成于同一个芯片上。
10: 一种点火系统,包括: 按照上述任一权利要求的控制电路; 点火元件,连接到该控制电路的开关的输出端,以便当控制电路开关被 启动时将功率供给该点火元件; 功率开关,连接到控制电路的第1输入和第1电压源,该功率开关当被 启动时对控制电路的第1输入提供功率信号; 处理单元,用于产生响应于点火模式或诊断模式的起动而产生的编码输 入信号和用于对控制电路的第1输入提供编码输入信号,用于对功率开关 提供控制信号以便响应于点火模式的起动启动功率开关,并用于在诊断模 式中监测在点火元件两端的电压,其中在点火模式中当控制电路启动控制 电路开关以使点火元件点火时将控制电路的第1输入处的功率信号与编码 输入信号的功率部分一起供给点火元件,其中在诊断模式中当控制电路启 动控制电路开关时处理单元不启动功率开关,只是将编码输入信号的功率 部分供给点火元件。

说明书


用于控制供给点火元件和点火系统功率的控制电路

    本发明涉及一种用于控制供给点火元件和点火系统功率的控制电路。

    点火器通常被用于诸如汽车中的空气囊展开和座椅安全带预张紧启动的应用中。点火器包括将电能变换为热量地点火元件。一般来说,点火元件包括由1安培(A)或更大的电流加热的热线式电桥(hot wirebridge)。例如在空气囊的应用中,在点火元件中产生的热量对邻近于加热元件的烟火材料进行点火,该烟火材料使推进剂燃烧。这样就产生使空气囊膨胀的气体。

    对汽车制造者来说,特别关心的一个问题是点火器由于故障而引起的偶然性点火的可能性。例如,空气囊点火器偶然性的点火可能对驾驶中的司机造成严重的后果。在点火器中可能产生的故障的两种主要类型是:1)与点火元件的任一侧的不适当的连接;和2)本身有故障的点火元件。因而,一般用导线连接到点火元件的高侧和低侧开关,以保证诸如与点火元件的不适当的连接不会使点火器点火。

    但是,点火器仍然可能由于静电放电(ESD)和/或在高侧和低侧开关与点火元件之间的长的导线中感应的射频(RF)能量而被偶然性地点火。通过使用具有2欧姆的低电阻的热线式电桥点火元件和持续时间3ms、1.5安培(A)电流的点火条件,可缓和该问题。这就是说,需要13毫焦耳(mJ)的能量使热线式电桥点火。因此,这种所需的点火能量与一般的ESD和RF感应能量相比是比较低的,因此,这种解决途径对于防止感应电流的干扰提供了一些保护措施。但是,鉴于诸如GSM无线电设备、转发器和电磁干扰的高频源的增加,汽车制造者认为这种保护形式是不充分的。

    使用低电阻的点火元件的另一个缺点是高侧和低侧开关必须供给1A或更多的电流,因而需要使用具有在2欧姆范围内的导通电阻Rdson的、尺寸过大的MOSFET功率晶体管,上述导通电阻象点火元件本身的导通电阻一样大。因而,这样的高侧和低侧开关是很贵的和需要大的管心面积。再有,约66%的可用的能量通过高侧和低侧开关而损失,其意味着该点火环路的效率比较低。在这些条件下,必须存储于蓄积电容器中的能量的水平是非常高的,该能量被用于如在碰撞时电池被断开或短路的情况下对空气囊点火元件进行点火。

    空气囊点火器是保安装置,不打算在正常的驾驶条件下使该装置激发,而是在由于发生意外事故而被点火时必须激发。因而,必须进行定期的诊断,以保证该点火器能在空气囊设备的给定的寿命内(一般为15年)在发生意外事故的情况下能工作。事实上,目前空气囊制造者要求对所有空气囊点火器提供诊断。

    典型的诊断系统使用限流电压源或电流源来测试与点火元件的任一侧的不适当的连接。施加一个小于需要使点火元件点火的电流的诊断电流,测量该点火元件的一端或另一端的电压,以检验与电池的短路、与地的短路和开环点火回路。典型的诊断电流在15至30mA的范围内。通过对给定的诊断电流测量在点火元件两端的电压,可确定点火元件的电阻和电阻是否变化。如果点火元件的电阻变化得太多,则该点火器可能不点火,通过处理器可产生报警信号。

    如上所述,为了使热线式电桥点火元件在由于ESD和RF感应电流的故障情况下不被点火,将该热线式电桥点火元件的电阻选择得比较低,约为2欧姆。但是,这意味着在15至30mA的范围内的诊断电流的情况下待测量的诊断电压比较小(小于60mV)。这样一来,就难以准确地确定该点火元件电压和电阻。可使用精确的测量电路,但这样就增加了诊断电路的成本、复杂性和尺寸。

    使用半导体点火元件来代替热线式电桥点火元件可克服这些问题中的一部分。在美国专利号4,843,964和法国专利申请号FR9409894中各描述了半导体点火元件,该半导体点火元件包括形成为小尺寸桥和在两个隔开的导电压焊区之间延伸的电气材料(如高掺杂的半导体)。这样的半导体点火元件也被称为半导体桥点火元件。半导体点火元件具有超过热线式电桥点火元件的优点,这是因为半导体点火元件具有定义得更窄的点火电流或能量,一旦被点火,该元件就变为开路。

    在点火器中使用半导体点火元件将改善点火器的性能和减少点火器的成本,这是因为半导体点火器的点火电流被定义得更窄,所需的使点火器点火的能量水平被减少(小于1ml)。这些改善也意味着可减小高侧和低侧功率晶体管的尺寸,也可减小存储于蓄积电容器中的能量水平。但是,这种包含半导体点火器的装置对于诸如ESD和RF的外部能量的灵敏度增加。

    因而,存在对于‘聪明的’点火器的需要,该点火器只被特定的代码点火,对于外部能量的灵敏度增加。

    对于矿山应用的聪明点火器的开发已进行了一段时间。在矿山应用中使用编码的聪明点火器的目的是构成点火器网络和使用计算机顺序地使点火器点火,例如参照美国专利号4,819,560。这种已被开发用于矿山应用的装置是比较复杂的,每个点火器至少使用3条导线,需要很多能量,并在包装、尺寸、与现有的解决途径的相容性和成本方面不满足汽车的规格要求。另一个缺点是矿山点火器不是设计成保安装置,将其制造成在制造后的比较短的时间内以100%的比率被点火,这些是与汽车点火器相反的要求。

    美国专利号5,225,986中公开了一种具有热线式电桥点火元件、电子锁和可控开关的点火系统。该点火元件只在传送对应于电子锁的特定代码的开锁码后才被点火。因而,这样一种系统基本上不受诸如ESD和RF的外部能量的影响。但是,在该美国专利中公开的点火系统没有诊断电路,并存在以上概述的关于低电阻热线式电桥元件的缺点。

    因而,有必要提供一种用于控制点火元件点火的经过改善的控制电路,在该电路中可缓和上述问题和缺点。

    按照本发明,提供一种用于控制供给点火元件功率的控制电路,该控制电路包括:

    第1输入,用于接收响应于点火模式或诊断模式的起动而产生的编码输入信号,该编码输入信号包括编码部分和功率部分,该编码部分包括n个具有基本上预定的频率的脉冲,其中n至少是2;

    逻辑装置,用于确定所接收到的编码输入信号的编码部分是否有效,当该编码部分符合在预定的时间窗内的预先定义的条件时,该编码部分被确定为有效,当该编码部分被确定为有效时,该逻辑装置在输出端提供开锁信号;以及

    开关,具有与该逻辑装置的输出连接的控制输入、与该控制电路的第1输入连接的输入和用于与点火元件连接的输出,其中该开关一接收开锁信号就被启动,从而将在该控制电路的第1输入处、包括所接收到的编码输入信号的功率部分的功率供给该开关的输出,以对该点火元件通电,其中在点火模式中经由该被启动的开关供给的功率使该点火元件点火。

    因此,本发明提供一种具有安全性增强了的、在汽车或其他电子点火系统中用于控制供给点火元件功率的控制电路。

    该逻辑装置最好包括:

    具有定时输入的计数器,它与该控制电路的输入端连接以便接收编码输入信号,用于对该编码输入信号的编码部分中的每个脉冲进行计数;

    第1逻辑电路,与该计数器连接以确定在编码部分中的脉冲数,当该编码部分被确定为包括n个脉冲时提供有效信号,当该编码部分被确定为包括任何其他脉冲数时提供复位信号;

    第2逻辑电路,与该计数器连接以确定该编码部分是否符合在预定的时间窗内的预先定义的条件,该预先定义的条件包括一个该编码部分的预定频率是在预定的范围内的条件,当该预先定义的条件与预定的时间窗符合时提供有效信号,当该预先定义的条件不与预定的时间窗符合时提供复位信号;以及

    开锁电路,连接成从第1和第2逻辑电路接收有效信号和复位信号,用于从第1和第2逻辑电路一接收到有效信号就产生开锁信号,并响应于从第1和第2逻辑电路中的一个复位信号的接收而被复位。

    在优选实施例中,该控制电路还包括连接在该控制电路的第1输入和该控制电路的第2输入之间的电源,该第2输入与参考电压连接,该电源从编码输入信号取得能量,以便在输出端将功率供给逻辑装置。这样一种优选配置具有下述优点:只需要两条与控制电路连接的导线。

    该点火元件最好包括半导体点火元件。这样一来,可将一种包括按照本发明的半导体点火元件和控制电路的点火器集成于一个单一的、只有两条连接导线的芯片内。

    这里公开并要求了一种包含按照本发明的控制电路的点火系统。

    以下将只通过例子并参照附图描述按照本发明的控制电路和包括按照本发明的控制电路的点火系统,在这些附图中:

    图1是一种已知的点火系统的方框概图;

    图2是按照本发明的一种点火系统的方框概图;

    图3是用于图2的点火系统的按照本发明的控制电路的方框概图;

    图4表示在点火模式或诊断模式中供给图3的控制电路的编码输入信号;

    图5是图3的控制电路的更详细的电路图;和

    图6示出由图5的控制电路产生的信号的时序图。

    图1示出一种已知的点火系统2,该系统包括用于当意外事故发生时产生点火信号和用于进行诊断的处理单元4和热线式电桥点火元件6。低侧开关8将点火元件6的第1端连接到地,高侧开关10将点火元件6的第2端经由开关12和二极管14连接到电池电压(Vbat),该开关12可以是机械碰撞传感器。与二极管和开关12之间的一个节点连接的蓄积电容器16保证当因为事故发生和开关12和高侧开关10被闭合时,即使该电池已被断开也可提供足够的功率以使点火元件6点火。在处理单元4的控制下,高侧开关10和低侧开关8被打开和闭合。

    当意外事故发生时,点火系统2工作于点火模式,其中开关12被闭合,处理单元4使低侧开关8和高侧开关10闭合,使得电流从电池流经点火元件6,并加热该元件,直到它点火并点燃邻近的烟火材料(未图示)。热线式电桥点火元件6具有2欧姆的电阻,当1.5A的电流流过该元件持续2ms时被点火。

    该点火系统2也工作于诊断模式,其中使该点火元件6流过15mA-30mA的电流,将点火元件6两端的电压信号经由诊断导线18、20供给处理单元4。该处理单元使用该电压信号来确定点火元件6的电阻,并确定该点火元件6的第1和第2端是否与电池或地开路、短路。

    如以上所讨论的那样,这样一种已知的系统具有许多问题。该系统需要两个很贵的MOSFET晶体管来实现高侧开关10和低侧开关8。再有,为了减少因ESD和RF的能量的效应引起的故障,必须使该点火元件6的电阻维持在一个小的值,但这使在诊断模式中精确地测量点火元件6两端的电压变得较为困难。在有噪声的汽车环境中精确地测量在100mV范围内的电压是特别困难的。本发明试图克服这些困难。

    现在参照图2,按照本发明的优选实施例的点火系统50包括用于控制供给点火元件54功率的控制电路52。该控制电路52具有经由高侧开关56、开关58和二极管60与第1电源即电池电压(Vbat)连接的第1输入70和与参考电压、最好是地电压连接的第2输入。蓄积电容器62被连接到在开关58和二极管60之间的节点64,该开关58可以是一个机械碰撞传感器。在处理单元66的控制下高侧开关56被打开和闭合,该处理单元66将信号供给高侧开关56的控制输入。处理单元66可以是一个空气囊MCU。在处理单元66的控制下将编码输入信号经由负载电阻68供给控制电路52的第1输入。

    在该优选实施例中,点火元件54包括一个诸如半导体点火元件的半导体点火元件。因而,该控制电路52和点火元件54可以被集成于一个点火器芯片上,这将大大地改善EMC的性能。

    现在再参照图3,该图更详细地示出按照该优选实施例的控制电路52。

    将控制电路52的第1输入70连接成接收由处理单元66产生的编码输入信号,诸如在图4中示出的编码输入信号,将第2输入72连接到地。该编码输入信号包括代码部分100和功率部分102。该代码部分包括至少两个具有基本上相同的频率(1/T)的脉冲。脉冲的优选数目是4,该数目使得代码部分在合理的时间内被检验,并大大减少影响检验过程的寄生效应的危险。但是以下的描述是对于包括4个脉冲的代码部分100来进行的,但并不是说本发明被限制于4个脉冲的代码部分。该代码部分最好具有小于6微秒的持续时间。功率部分102包括一个具有恒定电压电平Vcc的信号,或一个由图4上的虚线示出的随时间衰减的信号。该功率部分102不供给足够的功率来使点火元件54点火。

    控制电路52包括与第1输入70连接的逻辑装置74,该装置74用于确定接收到的编码输入信号的代码部分是否有效,和用于当该代码部分被确定为有效时在输出端76提供开锁信号。该控制电路还包括具有与第1输入70连接的输入的开关78、与逻辑装置74的输出76连接的控制输入和与点火元件54连接的输出。该开关78响应于在其控制输入接收开锁信号而被启动,当启动时将接收到的信号的功率部分102供给点火元件。该开关78可包括MOS晶体管或闸流管或其他任何类型的开关。

    电源80对逻辑装置74供给功率,并从接收到的编码的输入信号取得其能量。

    逻辑装置74包括计数器82,该计数器由所接收到的编码的输入信号来计时,用于对所接收的编码的输入信号的代码部分100中的脉冲的数目进行计数。将计数器82的输出连接到第1逻辑电路84和第2逻辑电路86。第1逻辑电路84确定代码部分100中的脉冲的数目,并在代码部分100只包括4个脉冲时对开锁电路88提供有效信号,当代码部分100包括除了4以外的任何脉冲数目时提供复位信号。第2逻辑电路86确定该代码部分100是否在预定的时间窗内符合预先定义的条件,如果符合,则将有效信号提供给开锁电路88,如果不符合,则产生复位信号。该开锁电路88从第1逻辑电路84和第2逻辑电路86一接收到表示代码部分是有效的有效信号,然后就产生开锁信号。如第1逻辑电路84或第2逻辑电路86中的任一个产生复位信号,则计数器82和开锁电路88被复位。

    图5详细地示出按照本优选实施例的逻辑装置74和电源80。

    电源80包括肖特基二极管90和电容器92,并对逻辑装置74的每一个逻辑门提供电源信号Vsupply。电容器92的值依赖于所接收的编码的输入信号的最大电平和逻辑装置74的总的功耗。由于将所接收的编码的输入信号(图4)用于对逻辑装置74供电,故代码部分100必须有高占空比的信号,数量级为th/T=90%,以及较高的频率(T约为1微秒)。

    计数器82由所接收到的编码输入信号来计时,以便提供3个输出信号Q1、Q2、Q3。将第1个Q1和第2个Q2输出信号连接到第1 AND逻辑门94的各个输入。将第1 AND逻辑门94的输出信号(Q1、Q2)连接到第1延迟电路98和第2延迟电路104。第1延迟电路98和第2延迟电路104各包括一个电阻器和一个电容器,该电阻器和电容器的值是这样来选择的,使得第1延迟电路98的时间常数或第1预定延迟小于第2延迟电路104的第2预定延迟(R1C1<R2C2)。第1延迟电路98将第1延迟输出信号Vfast提供给第2 AND逻辑门96的第1输入,第2延迟电路104将第2延迟输出信号Vslow提供给第2 AND逻辑门96的第2反相输入。将第2 AND逻辑门96的输出信号 Vslow.Vfast连接到一个诸如D型触发器106的锁存器的数据输入D。

    第1延迟电路98和第2延迟电路104确定时间窗,其中代码部分100必须符合预先定义的条件,以便代码部分100被确定为有效。

    触发器106由计数器82提供的第3输出信号D3来计时。将触发器106的输出处的信号Qd经由第3 RC延迟电路110连接到Schmitt触发器108。将Schmitt触发器108的输出处的信号Sfire供给被连接到开关78的控制输入的开锁信号。该开锁电路88包括触发器106、Schmitt触发器108和第3延迟电路110。

    也将由计数器82提供的第1输出信号Q1和第3输出信号Q3连接到第3AND逻辑门112的各个输入。将第3 AND逻辑门112的输出信号Q1.Q3连接到OR逻辑门114的第1输入。

    将第1延迟电路98和第2延迟电路104的第1和第2延迟输出信号Vfast和Vslow连接到第4 AND逻辑门116的各个输入。将第4 AND逻辑门116的输出信号Vslow.Vfast连接到0R逻辑门114的第2输入。

    将计数器82的第3输出信号Q3、第1延迟电路98的第1延迟输出信号的反相信号 Vfast和触发器106的输出信号的反相信号 Qd连接到第5 AND逻辑门118的各个输入。将第5 AND逻辑门118的输出信号Vfa st.Q3. Qd连接到OR逻辑门114的第3输入。OR逻辑门114的输出信号提供复位信号,将该复位信号连接到计数器82的复位输入和触发器106的复位输入。

    第1逻辑电路84包括第3 AND逻辑门112和对触发器106进行计时的第3输出信号Q3,第2逻辑电路86包括第1、第2、第4、第5 AND逻辑门94、96、116、118和第1、第2延迟电路98、104。

    现在将参照图6描述按照本发明的控制电路52的工作,该控制电路52是为了验证所接收的编码输入信号的代码部分100的有效性和对点火元件54进行开锁,图6示出由控制电路52的各个元件产生的信号的时序图。

    为了对点火元件54进行开锁,处理单元66产生编码输入信号,该信号经由负载电阻68供给控制电路52的第1输入70。将编码输入信号的第1上升沿用于经过肖特基二极管90对电容器92进行充电。不使用限流电阻器,以保证在第1脉冲后在非常短的时间内对电容器92正确地进行充电。将存储于电容器92内的能量作为用于逻辑装置74的电源Vsupply。

    编码输入信号的代码部分的4个连续的下降沿用作计数器82的计时信号,该信号产生如图6的时序图中示出的3个输出信号Q1、Q2、Q3。第1 AND逻辑门94的输出信号Q1.Q2对第1和第2延迟电路98和104各自的电容C1、C2进行充电,从而分别提供第1和第2延迟输出信号Vfast和Vslow。当第1延迟输出信号Vfast在预定值Vcc/2之上时,在第2 AND逻辑门96的第1输入处的信号表示逻辑‘1’,当第2延迟输出信号Vslow在预定值Vcc/2之下时,在第2 AND逻辑门96的第2反相输入处的反相信号也表示逻辑‘1’。这样,通过对电容C1和C2以及电阻R1和R2选择适当的值,可将第2 AND逻辑门96的输出信号 Vslow.Vfast用于对代码部分100设置预定的时间窗。

    如果时间条件是正确的,则当计数器的第3输出信号Q3从逻辑‘0’变为逻辑‘1’时,输出信号 Vslow.Vfast是逻辑‘1’。这使触发器106的输出信号Qd从逻辑‘0’变换为逻辑‘1’。因而只要符合由第1和第2延迟电路98和104规定的时间条件,在计数器82对第4脉冲的下降沿计数时产生信号Qd。为了保证不接收第5脉冲,通过第3延迟电路110和Schmitt触发器108引入延迟120,该延迟Td在图6中示出,该延迟由电容C3和电阻R3的值确定(R3.C3>>R2.C2和Td>>T)。一旦延迟Td已中止,并且没有另外的脉冲被计数,这表示所接收的代码部分是有效的,则产生具有逻辑‘1’的开锁信号Sfire。该开锁信号启动开关78,使点火系统50开锁。

    可以理解到,所接收的编码输入信号的代码部分100必须符合在预定的时间窗内的一定的条件,否则就不产生开锁信号(Sfire=‘1’)。这一点保证了例如由RF或ESD感应能量而引起的扰动不会被识别为有效代码部分和使点火元件点火。

    这些条件包括如下几点。

    1)编码输入信号的电平必须大于诸如2V的预定电平,否则不能在电容器92中存储足够的能量以对逻辑装置74进行供电。

    2)代码部分必须只包括4个下降沿。

    3)代码部分的频率必须在一定的范围内,使得第4下降沿处在时间窗内。

    关于第2条件,如脉冲的数目小于4,则第3输出信号Q3保持于逻辑‘0’,触发输出信号Qd决不会变为逻辑‘1’,所以开锁信号将不产生。如脉冲的数目大于4,则逻辑装置74正常地工作直至R3.C3时间常数。当第5个脉冲到达时,第3 AND逻辑门112的输出信号Q1.Q3变为逻辑‘1’,其结果是由0R逻辑门114产生复位信号,如图6的复位时序图中的虚线所示出的那样,该复位信号以非同步的方式使计数器82和触发器106复位,从而不产生开锁信号(Sfire=‘0’)。

    关于第3条件,如代码部分的频率太低,则Vfast>Vcc/2和Vslow>Vcc/2,使第4AND逻辑门116的输出信号Vslow.Vfast是逻辑‘1’。这导致由OR逻辑门114产生复位信号,如图6的复位时序图中的虚线所示出的那样,该复位信号以非同步的方式使计数器82和触发器106复位,从而不产生开锁信号(Sfire=‘0’)。如代码部分的频率太高,则在Vfast<Vcc/2和/或Vslow<Vcc/2时由计数器82产生第3输出信号Q3。这意味着第5 AND逻辑门118的输出信号 Vfast.Q3. Qd是逻辑‘1’,其结果是由OR逻辑门114产生复位信号,如图6的复位时序图中的虚线所示出的那样,该复位信号以非同步的方式使计数器82和触发器106复位,从而不产生开锁信号(Sfire=‘0’)。

    本发明的优点是当代码部分被确定为无效时,逻辑装置74以非同步的方式被复位,使得逻辑装置74的所有元件被复位,而在正确的条件下,仍将使点火元件54点火。

    这样,按照本发明的控制电路52就提供了阻止点火元件54错误点火的增强的保护功能,它具有相应于3个条件的三级保护。

    总之,本发明保证了所接收的编码输入信号的代码部分100由逻辑装置74进行验证,以确定代码部分是否有效。当逻辑装置74确定代码部分100满足在预定的时间窗内的某些预先定义的条件,该代码部分被确定为有效并产生启动开关78的开锁信号。然后将所接收编码输入信号的功率部分供给点火元件54。这样,开关78只有当代码部分被确定为有效时才被启动。这意味着只有当逻辑装置74验证了代码部分100是有效时才能将功率供给点火元件54。这样,对所有被确定为代码部分不是有效的所接收的编码输入信号,点火系统被锁住。

    在点火模式期间当偶然事故发生使点火元件54被点火时,以及在诊断模式期间当处理单元66对点火元件54进行诊断以确定点火元件正确地发挥其功能时,需要点火系统50被开锁。这样,对两种模式来说,处理单元66对控制电路52的第1输入70提供包括代码部分100和功率部分102的编码输入信号。

    当偶然事故发生时,进入点火模式。处理单元66将包括4个脉冲的代码部分100和功率部分102的编码输入信号供给控制电路52。一旦控制电路52已确定代码部分100是有效的时,开关78被启动,将编码输入信号的功率部分102提供给点火元件54。该功率部分102不具有足够的能量来使点火元件54点火。同时,处理单元66将控制信号提供给高侧开关56的控制输入,开关58被闭合,从而将来自电池电压Vbat或蓄积电容器62的功率供给点火元件54,使点火元件54点火。

    如果没有点火指令,则不对控制电路52和点火元件54供给任何电流。因而,维持功耗是零。

    在处理单元66的控制下进入诊断模式。在诊断模式期间,高侧开关56和开关58保持打开,从而不由电池电压Vbat或蓄积电容器62供给功率。处理单元66将包括4个脉冲的代码部分100和功率部分102的编码输入信号供给控制电路52。一旦控制电路52已确定代码部分100是有效的时,开关78被启动,将编码输入信号的功率部分102提供给点火元件54。在诊断模式下,功率部分102包括低电流信号以验证逻辑装置74本身的完整性和点火元件54的完整性(开路、短路和点火元件的电阻)。电流信号必须足够低,以限制点火元件54的热量产生,该热量产生可能改变围绕点火元件的烟火材料的化学性质。由于逻辑装置74只在接收到有效代码时才使点火元件54点火,故逻辑装置74提供对抗ESD和RF扰动的保护。这意味着点火元件54的电阻可增加,结果在诊断模式中被测量的电压信号具有较高的电平,可更准确地进行测量。这样,本发明与以上描述的现有技术的装置相比可进行更准确的诊断。

    本发明提供一种用于控制供给点火元件的功率的耐用的、简单的控制电路,使之只有用处理单元产生的特定的代码才能使点火系统开锁,并使点火元件点火或执行诊断。这种由控制电路提供的增强的3级保护保证了坏的代码能被检测出来,控制电路复位以接收下一个代码。

    由按照本发明的控制电路使用的、用于确定编码的输入信号的代码部分的有效性的这种简单的技术意味着要实现该技术只需要简单的逻辑,这样就可减少这种电路的芯片尺寸。

    由于按照本发明的控制电路由处理单元供给的编码的输入信号来供电,故可将控制电路和点火元件集成于同一个芯片上,该集成了的芯片只需要2条引线。因而这样一种解决途径与现存的系统相容。

    该控制电路和点火元件可使用CMOS技术来实现,该技术可改善抗噪声性能和由于电源变动的容限。

    作为可选择的特征,可在控制电路52的第1输入70和第2输入72之间连接全波整流电路。该可选择的特征保证了控制电路52是对称的,用哪一条路径连接第1输入70和第2输入72是没有关系的。

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一种用于控制供给点火元件(54)的功率的控制电路(52),包括用于接收响应于点火模式或诊断模式的起动而产生的编码输入信号的第1输入(70)。该编码输入信号包括具有至少2个脉冲的编码部分(100)和功率部分(102)。逻辑装置(74)确定编码部分(100)是否有效,当它符合在预定的时间窗内的预先定义的条件时,编码部分(100)是有效的,并且当编码部分(100)被确定为有效时在输出端76提供开锁信号(。

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