快速阻斷開關(guān)的制作方法
【專利摘要】快速阻斷開關(guān)(200)包括，例如，能量?jī)?chǔ)存裝置(212)，第一電力開關(guān)(216)以及第二電力開關(guān)(218)。能量?jī)?chǔ)存裝置為開關(guān)的快激活存儲(chǔ)電荷。第一開關(guān)(216)可操作用于：響應(yīng)于由所儲(chǔ)存的電荷供應(yīng)的電勢(shì)耦合于第一開關(guān)(216)的控制終端，將輸入電流耦合到輸出終端OUT。第二開關(guān)(220)可操作用于：響應(yīng)于由所儲(chǔ)存的電荷供應(yīng)的電勢(shì)耦合于第二開關(guān)(220)的控制終端，將受限輸入電流量與輸出終端OUT耦合。
【專利說明】快速阻斷開關(guān)
【背景技術(shù)】
[0001] 許多集成電路的應(yīng)用在包括多個(gè)電源的集成系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn)。在這些應(yīng)用的一些中， 兩個(gè)或更多這類電源以"線-或(Wire-OR)"配置安排，其中每個(gè)電源的至少一個(gè)電壓輸出被 耦合在一起以提供電壓輸出，其能夠供應(yīng)的電流大于參與的電源中的任何一個(gè)能夠供應(yīng)的 電流。在集成系統(tǒng)操作期間，在不同時(shí)間點(diǎn)需要不同量的電流。在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)，需要的電流 能夠大于或小于由給定的參與的電源所提供的量。因此，在操作期間的不同時(shí)間點(diǎn)內(nèi)，根據(jù) 需要關(guān)閉（以節(jié)省電力消耗），或者開啟（以提供更多電力）參與的電源。阻斷電路系統(tǒng)與參 與的電源結(jié)合，用于使在開啟和關(guān)閉參與的電源時(shí)發(fā)生的電壓擾動(dòng)(例如，其能夠不利地影 響集成系統(tǒng)的操作)最小化。然而，這類阻斷電路系統(tǒng)常常增加集成系統(tǒng)的成本、復(fù)雜性和 電力消耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 使用快速阻斷開關(guān)能夠解決上述問題，該快速阻斷開關(guān)包括，例如能量?jī)?chǔ)存裝置、 第一電力開關(guān)以及第二電力開關(guān)。能量?jī)?chǔ)存裝置為開關(guān)的快激活存儲(chǔ)電荷。第一開關(guān)可操 作用于：響應(yīng)于存儲(chǔ)電荷供應(yīng)的電勢(shì)耦合到第一開關(guān)的控制終端，將輸入電流耦合到輸出 終端。第二開關(guān)可操作用于:響應(yīng)于存儲(chǔ)電荷供應(yīng)的電勢(shì)耦合到第二開關(guān)的控制終端，將限 量的輸入電流耦合到輸出終端;其中第二開關(guān)與第一開關(guān)不同。第二開關(guān)的控制終端也可 操作用于（例如，作為電荷儲(chǔ)存元件）向第一開關(guān)的控制終端提供(例如，附加的）電荷（例 如，以便第一開關(guān)的更快開啟）。
[0003] 應(yīng)當(dāng)理解，所提交的此
【發(fā)明內(nèi)容】
不是用來體現(xiàn)或限制權(quán)利要求的范圍或含義。進(jìn) 一步，本
【發(fā)明內(nèi)容】
不旨在識(shí)別所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或本質(zhì)特征，也不旨在用于輔助確 定所要求保護(hù)的主題的范圍。
【附圖說明】
[0004] 根據(jù)本公開的示例實(shí)施例，圖1示出說明性的電子裝置。
[0005] 根據(jù)本公開的示例實(shí)施例，圖2是快速阻斷開關(guān)的原理圖。
[0006] 根據(jù)本公開的示例實(shí)施例，圖3是快速阻斷開關(guān)的引腳-輸出框圖。
[0007] 根據(jù)本公開的示例實(shí)施例，圖4是兩個(gè)線-或快速阻斷開關(guān)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 下面的討論針對(duì)發(fā)明的多種實(shí)施例。盡管這些實(shí)施例中的一個(gè)或更多個(gè)可以是優(yōu) 選的，但是公開的實(shí)施例不應(yīng)該被解釋為或者以其他方式用于限制本公開(包括權(quán)利要求） 的范圍。除此之外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解下面的描述有寬泛的應(yīng)用，并且任何實(shí)施例的 討論僅僅意味著該實(shí)施例的示例，而不意在暗示本公開(包括權(quán)利要求)的范圍受限于該實(shí) 施例。
[0009] 貫穿下面的描述-以及權(quán)利要求-使用的特定術(shù)語用于指代特定的系統(tǒng)元件。正如 本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的，多種名稱可以用于指代元件或者系統(tǒng)。因此，本文中不一定 對(duì)名字不同而非功能不同的元件進(jìn)行區(qū)分。此外，系統(tǒng)能夠是另一個(gè)系統(tǒng)的子系統(tǒng)。在下面 的討論和權(quán)利要求中，術(shù)語"包括"和"包含"以開放式使用，并且因此被解釋成意思為"包 括，但不限于……"還有，術(shù)語"親合于"或"與……耦合"（等等)意在描述間接的或直接的電 氣連接。因此，如果第一裝置耦合于第二裝置，該連接能夠通過直接電氣連接實(shí)現(xiàn)，或者通 過經(jīng)由其他裝置和連接的間接電氣連接實(shí)現(xiàn)。術(shù)語"部分"能夠意味著全部部分或者少于全 部部分的一部分。術(shù)語"校準(zhǔn)"能夠包括詞語"測(cè)試"的含義。術(shù)語"輸入"能夠意味著PMOS(P 型金屬氧化物半導(dǎo)體)或NM〇S(N型金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管的源極或漏極(或者甚至是控 制輸入，例如上下文指明的柵極）。術(shù)語"脈沖"能夠意味著一部分波形，例如"方波"或"鋸 齒"波形。
[0010] 根據(jù)本公開的實(shí)施例，圖1示出說明性的計(jì)算裝置100。例如，計(jì)算裝置100是，或被 合并到，或被耦合(例如，被連接)到電子系統(tǒng)129,例如計(jì)算機(jī)、電子控制"盒"或顯示器、通 信器材(包括傳輸器或接收器）、或可操作用于處理信息的任何類型的電子系統(tǒng)。
[0011] 在一些實(shí)施例中，計(jì)算裝置100包含巨型單元或片上系統(tǒng)(SoC)，其包括控制邏輯 如CPU 112(中央處理器），存儲(chǔ)器114(例如，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM))以及電源110XPU 112 能夠是，例如CISC型(復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī))CPU、RISC型CPU(精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）、M⑶型(微控 制器單元）、或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。存儲(chǔ)器114(其能夠是存儲(chǔ)器，例如處理器上緩存(on-processor cache) 、處理器外緩存 (off-processor cache) 、RAM、 閃存、或磁盤存儲(chǔ)器) 存儲(chǔ) 一個(gè)或更多個(gè)軟件應(yīng)用130(例如，嵌入式應(yīng)用），該應(yīng)用130在由CPU 112運(yùn)行時(shí)執(zhí)行與計(jì)算 裝置100相關(guān)聯(lián)的任何適當(dāng)?shù)墓δ堋?br>[0012] CPU 112包括存儲(chǔ)器和邏輯，其存儲(chǔ)從存儲(chǔ)器114頻繁訪問的信息。計(jì)算裝置100經(jīng) 常被用戶使用UI(用戶界面）116控制，在軟件應(yīng)用130運(yùn)行期間，UI 116向用戶提供輸出以 及從用戶接收輸入。使用顯示器118、指示燈、揚(yáng)聲器、振動(dòng)等等提供輸出。使用音頻和/或視 頻輸入(使用例如語音或圖像識(shí)別），以及電氣的和/或機(jī)械的裝置例如小鍵盤、交換機(jī)、近 程檢測(cè)器、陀螺儀、加速計(jì)等等接收輸入。
[0013] CPU 112和電源110耦合于1/0 (輸入-輸出）端口 128，其提供被配置為從(和/或提 供輸出到）網(wǎng)絡(luò)裝置131接收輸入的界面。網(wǎng)絡(luò)裝置131能夠包括任何能夠與計(jì)算裝置100點(diǎn) 到點(diǎn)和/或網(wǎng)絡(luò)通信的裝置(包括測(cè)試裝備）。計(jì)算裝置100典型地耦合于外部設(shè)備和/或計(jì) 算裝置，包括有形的、永久的介質(zhì)（例如閃存)和/或電纜或無線介質(zhì)。這些以及其他輸入和 輸出裝置通過用無線或電纜連接的外部裝置被選擇性地耦合于計(jì)算裝置100。存儲(chǔ)器114是 可存取的，例如，通過網(wǎng)絡(luò)裝置131XPU 112、存儲(chǔ)器114以及電源110都可選擇地耦合于外 部電源(未示出），其被配置為從電源(例如蓄電池、太陽能電池、"火線（live)"電源線、感應(yīng) 場(chǎng)、燃料電池、電容器等等)接收電力。
[0014] 計(jì)算裝置100包括電力模塊138。電力模塊138包括至少兩個(gè)電源，例如電源110和 111。電源110和111使用快速阻斷開關(guān)(快B-柵極）140和141以線-或配置安排，其具有至少 一個(gè)電壓輸出，其中每個(gè)輸出相互耦合(例如，連接）。快速阻斷開關(guān)被安排提供阻斷FET的 快開啟，以使在電壓輸出的壓降最小化，該壓降最初發(fā)生在將參與的電源的輸出耦合在一 起時(shí)。使用從內(nèi)部電容器存儲(chǔ)器選擇性耦合的電荷，快速阻斷開關(guān)被快速地開啟。在一個(gè)實(shí) 施例中，一個(gè)或更多個(gè)內(nèi)部電容器的使用避免與外部電容器相關(guān)聯(lián)的成本、引腳終端、復(fù)雜 性、以及尺寸。
[0015]電源110和111包括電力生成和控制元件，其用于生成電力以使計(jì)算裝置100能夠 運(yùn)行軟件應(yīng)用130。例如，電源110和111提供一個(gè)或更多個(gè)電力開關(guān)，每個(gè)開關(guān)能夠被獨(dú)立 地控制，該電力開關(guān)可操作用于向計(jì)算裝置100的不同元件提供不同電壓的電力。電源110 和111都可選地在與彼此相同的物理組件中。
[0016] 計(jì)算裝置100在多種電力-節(jié)省模式(例如睡眠模式)可選擇地操作，其中響應(yīng)于電 力控制信號(hào)供應(yīng)(和/或關(guān)閉）電源110和111的各個(gè)電壓。根據(jù)系統(tǒng)操作要求，電力控制信號(hào) 由（或響應(yīng)于）電源控制器(例如CPU 112)生成。響應(yīng)于電力控制信號(hào)，電源110和111能夠單 個(gè)地和有選擇地開啟或關(guān)閉。
[0017] 根據(jù)本公開的實(shí)施例，圖2是快速阻斷開關(guān)的原理圖。快速阻斷開關(guān)200是例如快 速阻斷開關(guān)140或141的快速阻斷開關(guān)?？焖僮钄嚅_關(guān)200包括內(nèi)部電荷栗210、內(nèi)部電容器 212、小的內(nèi)部電荷栗214、NM0S阻斷開關(guān)216、NM0S電流限制開關(guān)218、B-柵極開關(guān)220、H-柵 極開關(guān)222、反向器226、B-柵極斷開開關(guān)224、單觸發(fā)器(monoshot)(例如單觸發(fā)脈沖生成 器)228、以及H-柵極斷開開關(guān)230。此類被包括的元件典型地形成在通用襯底上。
[0018]快速阻斷開關(guān)200可操作用于在一個(gè)或更多個(gè)內(nèi)部電容器中存儲(chǔ)電荷，并且當(dāng)激 勵(lì)(例如，閉合)開關(guān)216和218時(shí)，將所儲(chǔ)存的電荷應(yīng)用到NM0S阻斷開關(guān)216以及NM0S電流限 制開關(guān)218的柵極。所存儲(chǔ)的電荷迅速地幫助克服與NM0S阻斷開關(guān)216相關(guān)聯(lián)的源極到柵極 的相對(duì)高電容。（根據(jù)上下文，此處所用的術(shù)語"開關(guān)(switch)"包括可操作用于限制可變電 流量的裝置的含義，此裝置包括響應(yīng)于控制信號(hào)生成連續(xù)可變電流量的裝置）。
[0019]在操作中，快速阻斷開關(guān)200在節(jié)點(diǎn)IN從參與的電源接收電力。阻斷的電源有，例 如，被快速阻斷開關(guān)200的匪0S阻斷開關(guān)216阻斷的電壓輸出。在初始的狀態(tài)（例如，在電源 阻斷時(shí)），響應(yīng)于B-柵極斷開開關(guān)224的閉合，NM0S阻斷開關(guān)216被關(guān)閉(例如，在阻斷狀態(tài)）。 響應(yīng)于小充電電流214拉高控制終端218并且H-柵極斷開開關(guān)230打開，匪0S電流限制開關(guān) 218被開啟（例如，在導(dǎo)通狀態(tài)）。因此，快速阻斷開關(guān)200在節(jié)點(diǎn)OUT(例如，僅僅)供應(yīng)電力通 過NM0S阻斷開關(guān)216的體二極管并且參與的電源被阻斷。
[0020]在節(jié)點(diǎn)IN接收的電力被快速阻斷開關(guān)200用來給內(nèi)部電荷栗210供電。當(dāng)被供電 時(shí)，內(nèi)部電荷栗210提供電荷用于為內(nèi)部電容器212充電，并且提供電流用于為小的內(nèi)部電 荷栗214供電。小的內(nèi)部電荷栗214提供相對(duì)小的電流，該電流如果經(jīng)過累積，則(例如，緩慢 地)開啟（和/或保持在開啟狀態(tài))NM0S電流限制開關(guān)218。
[0021 ]當(dāng)被阻斷的電源被"帶到線上"（例如，有電力耦合于節(jié)點(diǎn)OUT)，開啟B-Gate(開啟 BGATE)信號(hào)根據(jù)電力控制信號(hào)被斷言（例如，電力控制信號(hào)根據(jù)系統(tǒng)電力要求輪流生成）。 響應(yīng)于開啟B-Gate信號(hào)的斷言，B-柵極開關(guān)220被閉合，其將內(nèi)部電容器212所存儲(chǔ)的電荷 耦合到NM0S阻斷開關(guān)216的柵極。反向器226取消所斷言的開啟B-Gate信號(hào)并且打開B-柵極 開關(guān)220斷開開關(guān)224作為響應(yīng)?？墒牵捎趦?nèi)部電容器212相對(duì)較小(例如，相比于與NM0S阻 斷開關(guān)216相關(guān)聯(lián)的高的源極到柵極電容），內(nèi)部電容器212其自身不為開啟匪0S阻斷開關(guān) 216儲(chǔ)存足夠的電荷(例如，甚至當(dāng)開關(guān)220開啟時(shí)）。
[0022]響應(yīng)于開啟B-Gate信號(hào)的斷言，通過生成具有選定時(shí)間段的瞬時(shí)有效時(shí)段的脈 沖，單觸發(fā)器228在選定的時(shí)間段內(nèi)保持(例如，閉合并保持)H-柵極開關(guān)222處在閉合狀態(tài)。 在選定時(shí)段期滿時(shí)，單觸發(fā)器228打開H-柵極開關(guān)222。當(dāng)H-柵極開關(guān)222閉合時(shí)，儲(chǔ)存在 WOS電流限制開關(guān)218的源極到柵極區(qū)域的電荷幫助克服與匪OS阻斷開關(guān)216的源極到柵 極區(qū)域相關(guān)聯(lián)的電容，如此NM0S阻斷開關(guān)216能夠更快地開啟。
[0023]由內(nèi)部匪0S電流限制開關(guān)218供應(yīng)的電荷以某個(gè)速率(例如，電流電平)被應(yīng)用到 匪0S阻斷開關(guān)216的柵極，該速率基本上高于由小的內(nèi)部電荷栗214供應(yīng)的電流。在一個(gè)實(shí) 施例中，匪0S阻斷開關(guān)216的柵極以某個(gè)速率被充電，該速率至少是小的內(nèi)部電荷栗214向 NM0S電流限制開關(guān)218的柵極充電的速率的大約10倍。
[0024]根據(jù)本公開的示例實(shí)施例，圖3是快速阻斷開關(guān)的引腳-輸出框圖?？焖僮钄嚅_關(guān) 300是例如快速阻斷開關(guān)200的快速阻斷開關(guān)?？焖僮钄嚅_關(guān)300包括襯底302,阻斷開關(guān)300 在其上形成?？焖僮钄嚅_關(guān)300包括引腳 310、312、314、316、318、320、322、324、326、328、330 和332。這樣的引腳每個(gè)可選地包括并聯(lián)安排的多個(gè)終端。
[0025] 引腳310(IN)耦合于電源的輸出，并被安排為接收來自電源的電流。由參與的電源 所提供的安培數(shù)(例如，電流量)被傳感器340檢測(cè)，并且安培的指示被傳達(dá)給控制器346?？?制器346被安排為控制阻斷開關(guān)342和電流限制開關(guān)344。開關(guān)342和344被安排為串聯(lián)(例 如，其中開關(guān)342的漏極連接到開關(guān)344的漏極)并且一起工作以阻斷和/或限制耦合到引腳 322(0UT)的(在引腳310接收的）電流。
[0026] 每個(gè)引腳(例如引腳310和322)是可選地多個(gè)物理引腳，其被安排為并聯(lián)。例如，弓丨 腳310和322各自包含4個(gè)被安排為并聯(lián)的物理引腳，如此例如，在高電流路徑(例如，其包括 引腳、終端、焊盤、跡線、電線、節(jié)點(diǎn)、線路等等中的任何一個(gè))的電阻效應(yīng)被最小化。
[0027]引腳310(IN)可操作用于支持內(nèi)部的欠壓鎖定(UVL0)電路系統(tǒng)。當(dāng)IN終端電壓下 降到低于內(nèi)部的UVL0閾值(VUVR)時(shí)，控制電路系統(tǒng)(例如，包括控制器346)被安排為禁用快 速阻斷開關(guān)。內(nèi)部的UVL0閾值典型地有115mV的遲滯。
[0028]引腳312是被用于編程使能和調(diào)整欠壓鎖定(EN/UVL0)特征件的終端，其中引腳 312控制FET晶體管（例如開關(guān)342和344)的開/關(guān)狀態(tài)。引腳312上的電壓（例如，在大約0.6 < VEN/mo < 1.0伏特的范圍內(nèi)）關(guān)閉（例如，打開）內(nèi)部的M0SFET，這將引腳310 (IN)從引腳 322(0UT)斷開(例如，阻斷）。進(jìn)一步地，所應(yīng)用的低于0.6V的電壓關(guān)閉了快速阻斷開關(guān)300， 如此快速阻斷開關(guān)300進(jìn)入了關(guān)機(jī)模式。在關(guān)機(jī)期間，靜態(tài)電流（I Q)低于20uA(微安培）左 右，如此電力損失被最小化。
[0029] 通過使用外部電阻器分壓器將到EN/UVL0的供應(yīng)和GND分開，引腳312(EN/UVL0)可 編程用于"低欠壓鎖定"操作。因此，引腳312有多重功能并且可用于作為如欠壓監(jiān)控器操 作，以及促進(jìn)電力故障或欠壓事件情況下內(nèi)部FET的快關(guān)閉。在這類事件中，快速阻斷開關(guān) 300還斷言故障(FLTb)標(biāo)志，其在引腳328呈現(xiàn)。
[0030]因此，快速阻斷開關(guān)300適于電源線-或應(yīng)用（例如，組合來自分開的電力生成供應(yīng) 的電流的應(yīng)用），其中多個(gè)(例如，"N"，N是大于1的整數(shù))快速阻斷開關(guān)(例如，快速阻斷開關(guān) 300)的輸出引腳耦合在一起。通過具體的快速阻斷開關(guān)的電流量被傳送到外部控制器(例 如，其形成于襯底302之外的襯底上），該外部控制器可操作用于單獨(dú)地控制多個(gè)快速阻斷 開關(guān)中的每個(gè)(例如，參見下面圖5)。
[0031] 快速阻斷開關(guān)300可操作用于在插入電路卡到通電背板（live backplane)或其他 "熱"電源之后，控制到負(fù)載(例如，耦合于輸出引腳322)的涌入電流。限制涌入電流(例如， 經(jīng)由電流限制開關(guān)344)是限制背板的供應(yīng)電壓的電壓下降，從而避免"掉電"和系統(tǒng)電力的 低電壓感應(yīng)的自動(dòng)復(fù)位。同樣地，控制轉(zhuǎn)換速率(例如，參考時(shí)間的一次導(dǎo)數(shù):dVdT)有助于 最小化導(dǎo)電和輻射干擾。對(duì)于啟動(dòng)時(shí)期就呈現(xiàn)負(fù)載的系統(tǒng)，電流被限制為不能超過由限流 電阻器設(shè)置的最大電流限制，其是根據(jù)具體應(yīng)用選擇的。限流電阻器外部地耦合在IUM(電 流限制）引腳326和地之間。
[0032]高涌入電流常常在"熱插拔"時(shí)發(fā)生(例如，當(dāng)系統(tǒng)處在上電狀態(tài)時(shí)，將裝置插入系 統(tǒng)中）。快速阻斷開關(guān)300可操作用于根據(jù)可編程的輸出轉(zhuǎn)換速率控制調(diào)節(jié)涌入電流。例如， 連接在引腳318(dVdT)到地引腳320(GND)之間的外部電容器定義通電時(shí)輸出電壓的轉(zhuǎn)換速 率。啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)換速率能夠表示為：
(1)
[0034] 其中，IdvdT=lyA(典型的），
以及GAINdvdT是 dVdT到輸出的增益(例如，比率12)。
[0035] 輸出電壓VQUT從0伏特到VIN的總斜坡時(shí)間(TdvdT)能夠根據(jù)以下公式計(jì)算：
[0036] TdvdT=8.3*104*ViN*CdvdT (2)
[0037] 其中C是耦合于引腳318(dVdT)的外部電容器。dVdT終端（引腳318)可選地不被連 接(如，"向左浮動(dòng)"）以獲得輸出VQUT的預(yù)定轉(zhuǎn)換速率。當(dāng)引腳318向左浮動(dòng)時(shí)，快速阻斷開關(guān) 300為輸出電壓(V QUT)的斜坡假設(shè)預(yù)定的內(nèi)部斜坡率12V/ms。
[0038] 快速阻斷開關(guān)300通過感應(yīng)內(nèi)部傳感器340(例如，電阻器)兩端的電壓來監(jiān)控負(fù)載 電流。通過開關(guān)342和344的FET電流在啟動(dòng)操作和正常操作期間都被監(jiān)控。在(例如，潛在的 和/或?qū)嶋H的)過電流事件期間，快速阻斷開關(guān)300保持電流電平低于由外部電阻器Rrm(例 如，親合于IUM引腳326)所編程的電流限制閾值(IcO。電流限制根據(jù)以下公式確定：
(3)
[0040] 在其中電流超過過載電流限制（I0L)的情況下，計(jì)時(shí)器可選地用于延長(zhǎng)快速阻斷 開關(guān)操作的時(shí)間。
[0041] 快速阻斷開關(guān)300包含輸入過電壓保護(hù)電路，在過電壓條件期間保護(hù)系統(tǒng)（例如， 其包括快速阻斷開關(guān)300)。將電阻器的第一終端耦合到過電壓保護(hù)(0VP)引腳314終端，被 用來編程快速阻斷開關(guān)300過電壓電平。大于V QVPR的電壓被應(yīng)用到引腳314,從而關(guān)閉FET開 關(guān)342和344。內(nèi)部電阻器分壓器耦合在供應(yīng)和GND之間，并且具有耦合于引腳314的中心節(jié) 點(diǎn)，內(nèi)部電阻器分壓器編程過電壓閾值并且為任何下游的負(fù)載提供過電壓保護(hù)。當(dāng)不編程 過電壓電平時(shí)，引腳314接在GND上。
[0042] 故障響應(yīng)(FTLb)引腳328是開漏級(jí)輸出，其在欠壓、過電壓、反向電壓/或電流以及 熱關(guān)機(jī)條件下被斷言（低電平有效）?？蛇x地，當(dāng)過電流條件超過故障超時(shí)期間（TCBdly)的 長(zhǎng)度時(shí)，引腳328針對(duì)過電流條件下被斷言。引腳328被保持?jǐn)嘌灾钡焦收蠗l件解除并且裝 置恢復(fù)正常操作。
[0043] 快速阻斷開關(guān)300包括電流監(jiān)控以及報(bào)告功能。快速阻斷開關(guān)300響應(yīng)于所感測(cè)的 通過開關(guān)342和/或344的電流量而生成按比例改變大小的模擬輸出電流。引腳324(M0N)的 輸出起源于電流源，其被安排為與從IN到OUT流過的電流成比例。因此，引腳324的輸出被外 部電源控制邏輯用于監(jiān)控流過系統(tǒng)的電流。
[0044]外部下拉電阻器(Rimon)，其被連接在從頂ON終端到GND，被用來可編程地按比例改 變電流限制的大小。在此終端(VHTON)生成的電壓與流過開關(guān)342和344的電流成比例。用于 監(jiān)控電流的最大電壓范圍（Vminmax)被限制在VIN低于2.2V，以確保線性輸出以及不應(yīng)該超 過作為絕對(duì)值最大值的6. svamoN電阻器的最大值是根據(jù)以下等式?jīng)Q定：
(4)
[0046]當(dāng) ViN<8.7V 時(shí)，以及
(5)
[0048] 當(dāng)VIN>8.7V時(shí)，并且其中GAINmn是根據(jù)所指示的引腳324(m〇N)的電流與輸出引 腳(I0UT) 322的電流的比值確定的增益因子。
[0049]引腳324處的輸出電壓從以下公式中計(jì)算：
[0050] Vimon= Iol*GAINimon*Rimon (6)
[0051] 其中RIMQN是下拉電阻器，其被用來可編程的按比例改變?nèi)缟纤龅碾娏飨拗频拇?小。
[0052] "電源正常閾值"（PGTH)引腳332耦合于"電源正常"比較器的正輸入，并且能夠耦 合于輸入信號(hào)以監(jiān)控快速阻斷開關(guān)300的輸入或者輸出。電源正常比較器的反向輸入被耦 合于內(nèi)部參考電壓〇.99V(VPGTHR)，以驗(yàn)證耦合于引腳332的信號(hào)的電壓。電源正常比較器具 有耦合于"電源正常"（PG00D)引腳330的輸出。引腳330將用于協(xié)調(diào)狀態(tài)和控制界面的電源 正常比較器驗(yàn)證指示提供給"下游"直流-直流變換器和系統(tǒng)監(jiān)控電路。
[0053]引腳330(PG00D)提供開漏級(jí)高電平有效信號(hào)，其能夠用來指示到下游單元的被監(jiān) 控信號(hào)的狀態(tài)。當(dāng)內(nèi)部柵極信號(hào)為斷開并且引腳332(PGTH)上的電壓高于內(nèi)部參考(VPGTHR) 時(shí)，引腳330被斷言為高。PG00D信號(hào)具有并入的抗尖峰脈沖時(shí)間(deglitch time)以確保柵 極在重負(fù)載(例如，由下游電源變換器)耦合于引腳322(0UT)之前被充分地增強(qiáng)。PG00D信號(hào) 的上升沿的延遲根據(jù)以下公式確定：
[0054] Tpgqcid-Degi = 3.5*106*CdvdT (7)
[0055]其中CdvdT是耦合于dVdT引腳的電容器的值。當(dāng)公式(7)的結(jié)果小于默認(rèn)值TPGQQDDegi 時(shí)，使用默認(rèn)值。
[0056] 如上所論，引腳322(0UT)的所有終端連接一起并連接到負(fù)載。在0N狀態(tài)時(shí)引腳322 (OUT)的電壓依賴于內(nèi)部M0SFET 342和344(RQN)的總0N電阻，其根據(jù)以下公式定義：
[0057] Vout = V in- ( Ron* I out ) (8)
[0058]地(GND)引腳320通常地在快速阻斷開關(guān)里是最大負(fù)電壓，并且作為其他電壓測(cè)量 時(shí)的參考點(diǎn)使用。
[0059] 根據(jù)本公開的示例實(shí)施例，圖4是兩個(gè)線-或快速阻斷開關(guān)的配置的框圖。配置400 包括以線-或配置安排的快速阻斷開關(guān)410和快速阻斷開關(guān)420,其中每個(gè)OUT終端都被耦合 在一起，并且被耦合到系統(tǒng)負(fù)載430和/或電容性的負(fù)載C 0UT。
[0060] 快速阻斷開關(guān)410具有耦合于初級(jí)電源的輸出的輸入(IN)，而快速阻斷開關(guān)420具 有耦合于輔助電源的輸出的輸入（IN)。當(dāng)開關(guān)410和420都在0N狀態(tài)時(shí)，初級(jí)電源和輔助電 源都參與以提供電力。
[0061 ] 使用外部兀件CviN、Rl、R2、R3、以及R5、CdVdT、Ril頂和1?頂?編程和配置快速阻斷開關(guān) 410，而使用外部兀件Cvin、R4、CdvdT、和Rilim編程和配置快速阻斷開關(guān)420。
[0062]根據(jù)阻斷FET控制模式，快速阻斷開關(guān)410的輸出FLTb耦合于快速阻斷開關(guān)420的 輸入ENBLKb。這樣的配置為控制內(nèi)部的阻斷FET (例如，342和344)提供獨(dú)立的0N/0FF控制。 輸入ENBLKb被用在這樣的電力多路復(fù)用的應(yīng)用中以在主設(shè)備和從設(shè)備(例如，輔助設(shè)備)供 應(yīng)之間平穩(wěn)地切換(并且反之亦然）。輸入ENBLKb是具有內(nèi)部下拉的低電平有效終端。在輸 入ENBLKb處顯示的高值關(guān)閉阻斷FET，其通過快速阻斷開關(guān)420阻止反向的電流傳導(dǎo)（從OUT 到IN)。當(dāng)阻斷FET禁用時(shí)（例如，在OFF狀態(tài)時(shí)），過載電流限制被設(shè)置到由RILim電阻器確定 的電流限制的50 %。
[0063] 快反向比較器可選地控制內(nèi)部阻斷FET。當(dāng)前向電壓下BVIN-QUT超過100mV時(shí)，阻斷 FET在少于4us內(nèi)（典型地)被開啟，并且當(dāng)Vin-out下落到低于-10mV時(shí)，其在lus內(nèi)（典型地)被 關(guān)閉。當(dāng)阻斷FET被開啟時(shí)，由于M0SFET開啟并對(duì)總線電容（例如，C QUT)充電，或輸入供應(yīng)經(jīng) 歷瞬時(shí)的涌入電流消耗。除此之外，阻斷FET能夠通過ENBLKb引腳被獨(dú)立地開啟或關(guān)閉。 [0064] 在N+1配置中，多個(gè)快速阻斷開關(guān)(例如，410和420)能夠用于將多個(gè)電源組合到公 共總線。為獲得更高容量、冗余或兩者，使用其中多個(gè)電源并聯(lián)的N+1電源配置。如果N個(gè)電 源被用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載，增加一個(gè)或更多個(gè)并聯(lián)的額外相同單元允許負(fù)載在N個(gè)電源中的任何 一個(gè)失效的情況下繼續(xù)操作。快速阻斷開關(guān)仿真求或二極管的功能并且在熱插拔、過壓、欠 壓、過流以及短路條件下提供保護(hù)，例如軌道隔離。
[0065]在一個(gè)實(shí)施例中，控制器(例如，諸如微控制器或者數(shù)字信號(hào)處理器)被用來控制 快速阻斷開關(guān)的一個(gè)或更多屬性。變量中的某些是可軟件編程的，其允許更加靈活性地執(zhí) 行所公開的控制方案，并且提供增強(qiáng)的能力以自適應(yīng)地調(diào)整動(dòng)態(tài)改變條件從而優(yōu)化系統(tǒng)性 能。通過裁剪可裁剪的電阻器以增加可操作的穩(wěn)定性和精確性，其他變量能夠在制造過程 中被編程(例如，以補(bǔ)償許多特征）。
[0066]在各種實(shí)施例中，上述元件能夠在硬件或軟件中、內(nèi)部地或外部地被實(shí)現(xiàn)、以及如 此處說明的與其他模塊和組件共享功能。例如，快速阻斷開關(guān)的開關(guān)部分能夠被實(shí)施在裝 置和/或開關(guān)控制器形成于其上的襯底的外部。
[0067]上述的各種實(shí)施例僅僅通過說明被提供，并且不應(yīng)該被理解為限制附加于此的權(quán) 利要求。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到各種修改和變化，其可以不參照此處所說明和 描述的實(shí)施例和應(yīng)用，并且不脫離隨附權(quán)利要求的實(shí)質(zhì)和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于限制電流的電路，包括： 能量存儲(chǔ)裝置，其用于存儲(chǔ)電荷； 第一開關(guān)，其可操作用于：響應(yīng)于由所存儲(chǔ)的電荷所供應(yīng)的電勢(shì)耦合于所述第一開關(guān) 的控制終端，將輸入電流耦合于輸出終端；以及 第二開關(guān)，其可操作用于：響應(yīng)于由所存儲(chǔ)的電荷所供應(yīng)的電勢(shì)耦合于所述第二開關(guān) 的控制終端，將受限輸入電流量耦合于所述輸出終端;其中所述第二開關(guān)不同于所述第一 開關(guān)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)以串聯(lián)方式安排。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)是場(chǎng)效應(yīng)晶體管即 FET。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中所述第一開關(guān)可操作用于：響應(yīng)于由所述第二開關(guān) 的柵極的所存儲(chǔ)的電荷供應(yīng)的電勢(shì)的耦合，將輸入電流耦合于所述輸出終端。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中在第一終端處接收用于存儲(chǔ)的電荷和所述輸入電 流。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其中所述輸入終端、所述輸出終端、以及所述第一開關(guān) 和所述第二開關(guān)形成于相同的襯底上。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中所述襯底是集成電路襯底。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中所述能量存儲(chǔ)裝置是形成于所述襯底中的電容器。9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，包括控制器，所述控制器可操作用于將來自所述能量存 儲(chǔ)裝置的所存儲(chǔ)的電荷耦合于所述第一開關(guān)的控制終端，以至于所述第一開關(guān)閉合，以至 于所述輸入電流流過所述第一開關(guān)。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述控制器可操作用于將來自所述能量存儲(chǔ)裝置 的所儲(chǔ)存的電荷耦合于所述第二開關(guān)的所述控制終端，兩者都響應(yīng)于將來自兩個(gè)不同電源 的電力耦合在一起的命令。11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其中所述控制器可操作用于生成脈沖，以暫時(shí)地將來 自所述第二開關(guān)的源極到柵極電容的所存儲(chǔ)的電荷耦合于所述第一開關(guān)的所述控制終端， 以至于所述第一開關(guān)開啟地更快。12. -種系統(tǒng)，其包括： 第一電源；以及 第一快速阻斷開關(guān)，其包括： 能量存儲(chǔ)裝置，其用于存儲(chǔ)電荷； 第一開關(guān)，其可操作用于：響應(yīng)于由所存儲(chǔ)的電荷供應(yīng)的電勢(shì)耦合于所述第一開關(guān)的 控制終端，將來自所述第一電源的輸入電流耦合于第一輸出終端；以及 第二開關(guān)，其可操作用于：響應(yīng)于由所存儲(chǔ)的電荷所供應(yīng)的電勢(shì)耦合于所述第二開關(guān) 的控制終端，將受限輸入電流量耦合于所述輸出終端;其中所述第二開關(guān)不同于所述第一 開關(guān)。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)以串聯(lián)方式安排。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)是場(chǎng)效應(yīng)晶體管 即FET，并且其中所述第一開關(guān)可操作用于：響應(yīng)于由所述第二開關(guān)的柵極的所存儲(chǔ)的電荷 所供應(yīng)的電勢(shì)的耦合，將輸入電流耦合于所述輸出終端。15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，包括： 第二電源；以及 第二快速阻斷開關(guān)，包括： 能量存儲(chǔ)裝置，其用于存儲(chǔ)電荷； 第一開關(guān)，其可操作用于：響應(yīng)于由所存儲(chǔ)的電荷所供應(yīng)的電勢(shì)耦合于所述第一開關(guān) 的控制終端，將來自所述第二電源的輸入電流耦合于第二輸出終端，其中所述第二輸出終 端耦合于所述第一輸出終端；以及 第二開關(guān)，其可操作用于：響應(yīng)于由所存儲(chǔ)的電荷所供應(yīng)的電勢(shì)耦合于所述第二開關(guān) 的控制終端，將受限輸入電流量耦合于所述輸出終端;其中所述第二開關(guān)不同于所述第一 開關(guān)。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述第一快速阻斷開關(guān)可操作用于將來自所述 第一電源的電流傳導(dǎo)到所述第一輸出終端，而所述快速阻斷開關(guān)的所述第二開關(guān)被關(guān)閉。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述第一快速阻斷開關(guān)可操作用于將來自所述 第一電源的電流傳導(dǎo)到所述第一輸出終端，而所述快速阻斷開關(guān)的所述第二開關(guān)被開啟。18. 一種方法，包括： 在能量存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)電荷； 響應(yīng)于由所存儲(chǔ)的電荷供應(yīng)的電勢(shì)耦合于第一開關(guān)的控制終端，使用所述第一開關(guān)將 輸入電流耦合于輸出終端；以及 響應(yīng)于由所存儲(chǔ)的電荷供應(yīng)的電勢(shì)耦合于第二開關(guān)的控制終端，使用所述第二開關(guān)可 操作用于將受限輸入電流量耦合于所述輸出終端；其中所述第二開關(guān)不同于所述第一開 關(guān)。19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，包括：當(dāng)所述第一開關(guān)至少部分地打開時(shí)，將電荷存 儲(chǔ)在所述第二開關(guān)的柵極上。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，包括：響應(yīng)于由所述第二開關(guān)的柵極的所儲(chǔ)存的電荷 供應(yīng)的電勢(shì)的耦合，使用所述第一開關(guān)將輸入電流耦合于所述輸出終端。
【文檔編號(hào)】H03K17/687GK105958984SQ201610133496
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年3月9日
【發(fā)明人】V·古普塔, G·尚卡爾
【申請(qǐng)人】德克薩斯儀器股份有限公司