電流限制系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利摘要】所呈現(xiàn)的系統(tǒng)和方法可以促進(jìn)電子系統(tǒng)中的高效的開(kāi)關(guān)和保護(hù)。系統(tǒng)可以包括：可操作為接收信號(hào)的輸入；可配置為在包括低電阻的第一模式中操作的可調(diào)部件，并且該部件可配置為在包括電流限制操作的第二模式中操作，在電流限制操作中第二模式在對(duì)第一模式中的操作來(lái)說(shuō)非安全的情況下使能繼續(xù)操作；以及可操作為發(fā)送信號(hào)的輸出?？烧{(diào)部件可配置為如果在第一模式或第二模式之一中操作不安全則關(guān)閉。第一模式可以包括具有相對(duì)低的漏極到源極導(dǎo)通電阻的相對(duì)大的部件配置。利用第二模式中的小部件配置可以包括與在第二模式中的大部件配置相比相對(duì)增大的柵源電壓。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 電流限制系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求享有于2012年4月20日提交的、題為CURRENT LIMITING SYSTEMS ANDMETHODS的61/687，224號(hào)臨時(shí)申請(qǐng)(代理人案號(hào)VISH8813R)的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，其通過(guò)引用并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及電子系統(tǒng)和方法。更具體地，本發(fā)明涉及電子系統(tǒng)和方法中的電流保護(hù)。

【背景技術(shù)】
[0004]電子系統(tǒng)和電路已經(jīng)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步作出了重大貢獻(xiàn)，并且用在大量的應(yīng)用中以取得有利的結(jié)果。在電子系統(tǒng)和電路中控制電壓和電流通常非常重要，未能適當(dāng)控制電壓和電流可能是有害的。尤其地，過(guò)載或短路情況可具有不利影響。與過(guò)載或短路情況相關(guān)聯(lián)的不利影響可以包括過(guò)熱或溫度問(wèn)題。然而，傳統(tǒng)的在控制電流方面的嘗試在防止損壞方面可能是無(wú)效的，并且常常引入其他不良影響或副作用。
[0005]一些傳統(tǒng)的電流控制方法嘗試實(shí)現(xiàn)電流限制。圖1是示例性傳統(tǒng)系統(tǒng)的示意圖。電流限制是越來(lái)越多地嘗試于各種開(kāi)關(guān)應(yīng)用中的特征。為了源(例如電源等)和負(fù)載這二者的良好保護(hù)，應(yīng)當(dāng)盡可能快地啟用(engage)保護(hù)措施。當(dāng)電路檢測(cè)到過(guò)載或短路情況時(shí)，傳統(tǒng)的保護(hù)方法通常嘗試關(guān)閉經(jīng)受過(guò)載或短路情況的器件或系統(tǒng)。關(guān)閉器件的常規(guī)方法可以提供過(guò)載保護(hù)。然而，關(guān)閉器件或系統(tǒng)通常具有中斷器件或系統(tǒng)的利用的不良副作用。
[0006]傳統(tǒng)的電流限制方法通常引起許多問(wèn)題。由于當(dāng)操作為處于導(dǎo)通狀態(tài)(Rds-導(dǎo)通，Rds-on)的開(kāi)關(guān)時(shí)晶體管的漏極和源極之間的非常低的導(dǎo)通電阻的優(yōu)勢(shì)，常常希望器件被設(shè)計(jì)為具有高的跨導(dǎo)。然而，當(dāng)器件在電流限制模式中操作時(shí)，高跨導(dǎo)(gm)可以被轉(zhuǎn)化為低的柵源(gate-to-source)電壓。在該操作區(qū)域(例如低VGS以及高VDS等)，功率器件通常對(duì)由于溫度升高而造成的閾值電壓減小展現(xiàn)出提高的或最大的敏感性。因?yàn)榫植繙囟壬咴斐砷撝惦妷簻p小，減小的閾值電壓隨后導(dǎo)致附加的增大的電流，增大的電流造成溫度的進(jìn)一步升高，因此正的有害反饋效應(yīng)常常發(fā)生。該正反饋通常導(dǎo)致熱崩潰(thermalrunaway),在其中MOSFET的局部區(qū)域被損壞。結(jié)果，當(dāng)進(jìn)入到傳統(tǒng)電流限制模式中時(shí)，功率器件很容易被損壞。一些常規(guī)方法嘗試?yán)镁哂惺芟藁虿焕匦?例如無(wú)效或降低的性能特性、欠佳的增益特性)的部件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]所呈現(xiàn)的系統(tǒng)和方法可以促進(jìn)電子系統(tǒng)中高效和有效的開(kāi)關(guān)和保護(hù)。為了克服和減少傳統(tǒng)方法的許多缺點(diǎn)，所呈現(xiàn)的系統(tǒng)和方法促進(jìn)實(shí)現(xiàn)正常操作情形下有利的低電阻操作，并且還促進(jìn)減少另外與電流限制情形相關(guān)聯(lián)的不利影響。該系統(tǒng)和方法使能動(dòng)態(tài)的和靈活的調(diào)整以用于不同模式中的操作(例如正常模式、電流限制模式等)。在一個(gè)實(shí)施例中，正常模式使能低電阻操作，并且電流限制模式使能具有最小熱崩潰或沒(méi)有熱崩潰的電流保護(hù)。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，該系統(tǒng)和方法實(shí)現(xiàn)器件(例如功率器件、負(fù)載開(kāi)關(guān)等)中所包括的MOSFET當(dāng)在電流限制模式中操作時(shí)柵源電壓有效增大，并且柵源電壓的增大將MOSFET的操作情況移動(dòng)到熱崩潰減小或不再發(fā)生熱崩潰的區(qū)域。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括:能夠操作以接收信號(hào)的輸入部件；耦連到輸入部件的可調(diào)部件，可調(diào)部件能夠配置以操作在包括低電阻的第一模式中，并且可調(diào)部件能夠配置以操作在包括電流限制操作的第二模式中，在電流限制操作中第二模式在對(duì)第一模式中的操作來(lái)說(shuō)非安全的情況下使能繼續(xù)操作；以及能夠操作以發(fā)送(forward)信號(hào)的輸出部件?？烧{(diào)部件能夠配置為在情況對(duì)于在第一模式和第二模式之一中操作來(lái)說(shuō)變得不安全時(shí)關(guān)閉。在一個(gè)實(shí)施例中，相對(duì)大的部件配置在第一模式中被激活，并且相對(duì)小的部件配置在第二模式中被激活。第一模式可以包括與第二模式相比相對(duì)低的漏極到源極導(dǎo)通電阻。與在第二模式中利用相對(duì)大的部件配置的嘗試相比，在第二模式中利用相對(duì)小的部件配置可以包括相對(duì)增大的柵源電壓。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括可調(diào)部件和控制部件。控制部件可以包括:耦連到輸入部件的放大器；耦連到放大器的第一電阻和第二電阻，耦連到放大器的控制晶體管；耦連到放大器的敏感晶體管；以及耦連到放大器的開(kāi)關(guān)?？烧{(diào)部件可以包括:耦連到放大器的小晶體管部件和耦連到開(kāi)關(guān)的大晶體管，其中大晶體管部件相對(duì)于小晶體管部件相對(duì)較大。電流源可以耦連到第一電阻器。敏感晶體管、小晶體管部件和大晶體管部件可以共享漏極連接。敏感晶體管和小晶體管的柵極可以相互耦連。放大器是包括在控制回路(loop)中的誤差放大器。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，開(kāi)關(guān)在正常操作期間是關(guān)閉的，并且開(kāi)關(guān)將大晶體管部件的柵極連接到敏感晶體管和小晶體管部件的柵極。如果檢測(cè)到過(guò)流情況，開(kāi)關(guān)可以打開(kāi)，斷開(kāi)大晶體管部件與小晶體管部件和敏感晶體管的連接，同時(shí)控制晶體管可以打開(kāi)并且將大晶體管部件的柵極短接到輸入部件。小晶體管部件和敏感晶體管的柵極可以被管制以支持指定的電流限制等級(jí)(level)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]并入到說(shuō)明書(shū)并形成說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖以示例而非限制的方式示出本發(fā)明的實(shí)施例。除非特別指出，否則說(shuō)明書(shū)中所涉及的附圖應(yīng)被理解為不按比例繪制。
[0011]圖1是示例性傳統(tǒng)系統(tǒng)的框圖。
[0012]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性系統(tǒng)的框圖。
[0013]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)示例性系統(tǒng)的框圖。
[0014]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的再一個(gè)示例性系統(tǒng)的框圖。
[0015]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的保護(hù)方法的框圖。
[0016]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性配置過(guò)程的框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]現(xiàn)在將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例做出詳細(xì)參考，其示例在附圖中示出。雖然將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但是將理解它們不意在將本發(fā)明限制在這些實(shí)施例中。相反，本發(fā)明意在覆蓋可能包括在如附隨的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的替換、修改和等同物。此外，在本發(fā)明的以下詳細(xì)描述中，闡述大量的具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明。在其他情況下，未對(duì)已知的方法、過(guò)程、部件和所分析的控制部件進(jìn)行詳細(xì)描述，以避免對(duì)本發(fā)明的方面造成不必要的遮蔽。
[0018]所呈現(xiàn)的系統(tǒng)和方法可以促進(jìn)電子系統(tǒng)中的高效開(kāi)關(guān)和保護(hù)。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)過(guò)流或短路情況發(fā)生時(shí)，配置調(diào)整使部件能夠繼續(xù)以對(duì)應(yīng)用來(lái)說(shuō)安全的較高的預(yù)定義的電流等級(jí)進(jìn)行操作，而不是立即完全切斷器件的電源。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，只要情況保持在對(duì)電流限制模式來(lái)說(shuō)安全的區(qū)域，器件就可以繼續(xù)在電流限制模式中操作，直到消除或解決過(guò)流或短路情況。如果在電流限制模式中出現(xiàn)不安全的情形(例如，即使在電流限制模式中裸片(die)溫度仍超過(guò)某一等級(jí)，過(guò)流的增加太大，等等)，則功率器件可以被完全關(guān)閉。
[0019]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性系統(tǒng)200的框圖。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)200使能高效的開(kāi)關(guān)(例如，當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)采用最小電壓降控制電流傳輸(delivery),當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)阻止電流傳輸)，與此同時(shí)以有效方式保護(hù)免受有害的電流等級(jí)(例如過(guò)載電流、短路等)，包括避免熱崩潰情況。系統(tǒng)200包括控制部件210和可調(diào)部件220?？刂撇考?10耦連到可調(diào)部件220。
[0020]系統(tǒng)200的部件協(xié)同操作以使能高效開(kāi)關(guān)和電流保護(hù)?？烧{(diào)部件220可以動(dòng)態(tài)改變各種特性，包括在對(duì)不同特性下(例如低電阻特性、電流限制特性、偏壓特性、柵源電壓特性、操作區(qū)域、大小(size)等)的操作來(lái)說(shuō)非安全的情況下使能繼續(xù)操作的特性。在一個(gè)實(shí)施例中，可調(diào)部件220可以在正常模式配置和電流限制模式配置之間動(dòng)態(tài)改變。正常模式配置可以包括低電阻特性。電流限制模式配置可以包括電流保護(hù)和熱崩潰保護(hù)。在一個(gè)實(shí)施例中，電流保護(hù)特性處理有害或不利的電流情況，而熱崩潰保護(hù)特性減輕或避免易受熱崩潰影響的情況?？刂撇考?10促進(jìn)對(duì)可調(diào)部件220所進(jìn)行的調(diào)整的控制或發(fā)起。
[0021]將理解的是，可調(diào)部件220可以包括各種實(shí)現(xiàn)方案。當(dāng)在正常模式中操作時(shí)，可以以第一配置對(duì)可調(diào)部件220進(jìn)行配置。在一個(gè)實(shí)施例中，第一配置包括在導(dǎo)通狀態(tài)(Rds-on)下漏極和源極之間的低電阻特性。當(dāng)在電流限制模式中操作時(shí)，可以以第二配置對(duì)可調(diào)部件220進(jìn)行配置。在一個(gè)實(shí)施例中，第一配置包括第一晶體管配置(例如大晶體管配置等)，并且第二配置包括第二晶體管配置(例如小晶體管配置等)。在一個(gè)實(shí)施例中，在電流限制模式中的第二配置可以包括相對(duì)于在電流保護(hù)模式中第一配置的柵源電壓增大的柵源電壓特性。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，在電流保護(hù)模式中的第二部件配置(例如相對(duì)小的等)具有相對(duì)于在電流保護(hù)模式中的第一部件配置(例如相對(duì)大的等)增大的柵源電壓特性。
[0022]可調(diào)部件220的特性可以與包括在可調(diào)部件220中的部件的配置或大小(size)相對(duì)應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，可調(diào)部件220包括第一晶體管配置和第二晶體管配置。第一晶體管配置可以包括第一大晶體管配置，并且第二晶體管配置可以包括第二小晶體管配置。在一個(gè)實(shí)施例中，第一大晶體管配置相對(duì)于第二小晶體管配置相對(duì)較大。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，大晶體管配置可以比小晶體管配置大兩倍或更多倍。在采用3安培電流限制的一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，大配置對(duì)小配置的大小比例可以是1:10、1:20等(例如，小配置是大配置大小的1/10、1/20等)。在采用300毫安電流限制的一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，大配置對(duì)小配置的大小比例可以是1:50、1:100等(例如，小配置是大配置大小的1/50、1/100等)。在一個(gè)實(shí)施例中，柵極區(qū)域閾值可以是1.7到3伏特。在一個(gè)實(shí)施例中，Vds可以大于15伏特。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，在正常操作期間(例如沒(méi)有不合理的不利情況，沒(méi)有過(guò)載情況，沒(méi)有短路情況等)，大的部分(sect1n)或配置是打開(kāi)的并且實(shí)現(xiàn)低Rds-on。當(dāng)電路在電流限制情況或電流限制模式中操作時(shí)，器件的大的部分或配置是關(guān)閉的，小的部分或配置是打開(kāi)的并且“承載(carry)”電流。由于其較小的大小，所以器件的小的部分或配置利用較大或較高的柵源電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的電流限制值。在一個(gè)實(shí)施例中，較小的配置可以使器件能夠以比大配置更高的電流處于更安全的操作區(qū)域。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，作為較大柵源電壓的結(jié)果，較小器件較為不易受到另外與在電流限制模式中操作相關(guān)聯(lián)的各種不利影響(例如熱崩潰、局部燒毀或損壞等)。
[0024]可以對(duì)第一大晶體管配置設(shè)置大小以使能第一期望特性(例如低電阻等)，并且可以對(duì)第二小晶體管配置設(shè)置大小以在將對(duì)第一大晶體管配置引起第二不良特性的情況下使能操作。在一個(gè)實(shí)施例中，在特定情況(例如電流等級(jí)、電壓等級(jí)等)下的操作可能對(duì)大晶體管(例如在不穩(wěn)定區(qū)域、熱崩潰區(qū)域的操作等)來(lái)說(shuō)是不可取的，而在特定情況下的操作對(duì)第二小晶體管來(lái)說(shuō)是可接受的。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，小晶體管配置的特性(例如增大的柵源電壓等)可以使能在將另外對(duì)第一大晶體管配置引起第二不良特性的情況下可接受的繼續(xù)操作。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，控制部件210控制可調(diào)部件220的特性的改變。將理解控制部件210可以包括各種實(shí)現(xiàn)方案?？刂撇考?10可以包括控制回路。控制部件210可以包括敏感部件。在一個(gè)實(shí)施例中，控制部件210配置為檢測(cè)不利的電流情況(例如過(guò)載情況、短路情況等)，并且指導(dǎo)可調(diào)部件220的配置改變以保護(hù)免受不利的電流情況。對(duì)于控制大的或小的部分或配置，各種技術(shù)都是可能的。系統(tǒng)包括敏感FET，其由控制回路所使用以用于電流的更精確監(jiān)控。然而，敏感FET不是必備條件，并且控制回路不是必備條件，在一些實(shí)施例中不必要包括它們。
[0026]將理解的是，可以以各種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)大的和小的配置。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，在大的部分或配置打開(kāi)的同時(shí)小的部分或配置可以關(guān)閉。在另一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，在大的部分或配置打開(kāi)的同時(shí)，小的部分或配置也可以打開(kāi)。在一個(gè)實(shí)施例中，在功率器件上存在兩個(gè)獨(dú)立的柵極控制部分，但是源極和漏極連接是共享的?？梢砸韵嗷ソ徊?interdigitate)的方式來(lái)設(shè)計(jì)功率器件的小的和大的部分或配置。在一個(gè)實(shí)施例中，可以設(shè)計(jì)相互交叉的方式，這樣，當(dāng)功率器件的僅一部分在承載電流時(shí)發(fā)生最小的熱熔性(thermal heating)。
[0027]將理解的是，可以以采用各種特征的各種配置來(lái)靈活地實(shí)現(xiàn)所呈現(xiàn)的系統(tǒng)和方法。所呈現(xiàn)的系統(tǒng)和方法還可以在要求低Rds的情況下改進(jìn)保護(hù)電路的響應(yīng)時(shí)間。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，當(dāng)功率器件的僅小的部分在承載電流時(shí)，由于減小的柵極電容負(fù)載，電流限制控制回路更快。另外，器件還可被有利地分成兩個(gè)以上的部分或配置。多個(gè)部分或配置可以實(shí)現(xiàn)或提供對(duì)在不同操作模式中的柵源電壓的更好控制。在一個(gè)實(shí)施例中，器件分割或不同的配置可以在開(kāi)關(guān)的不同操作模式中提供優(yōu)勢(shì)，像在啟動(dòng)期間當(dāng)器件的僅部分可能被使用時(shí)同時(shí)將輸出電容充電到輸入電壓。
[0028]將理解的是，可以以各種應(yīng)用來(lái)容易地實(shí)現(xiàn)所呈現(xiàn)的系統(tǒng)和方法?？赡艿膶?shí)現(xiàn)方案還可以包括不同大小的獨(dú)特(distinct)功率器件的使用，以及功率器件與整個(gè)系統(tǒng)的單片集成。將理解的是，可以以各種器件或開(kāi)關(guān)(例如負(fù)載開(kāi)關(guān)、電源開(kāi)關(guān)等)來(lái)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)和方法。
[0029]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性系統(tǒng)300的框圖。系統(tǒng)300包括輸入部件310、輸出部件302、電阻311和312、電流源321、放大器322、開(kāi)關(guān)323、控制晶體管331、敏感晶體管332、小晶體管部件333和大晶體管部件334。放大器322耦連到電阻器311和312、電流源321、放大器322、開(kāi)關(guān)323和晶體管331、332和333。開(kāi)關(guān)323耦連到晶體管334，晶體管334耦連到輸入301和輸出302。在一個(gè)實(shí)施例中，輸入部件301、輸出部件302、電阻311和312、電流源321、放大器322、開(kāi)關(guān)323、控制晶體管331、敏感晶體管332包括在控制部件(例如類(lèi)似于控制部件210)中，并且小晶體管部件333和大晶體管部件334包括在可調(diào)部件(例如類(lèi)似于可調(diào)部件220)中。
[0030]系統(tǒng)300的部件協(xié)同操作以使系統(tǒng)300能夠被配置在正常模式和電流限制模式中。在一個(gè)實(shí)施例中，大晶體管部件334在第一大晶體管配置中被激活或打開(kāi)，并且小晶體管部件333在第二小晶體管配置中被激活。大晶體管部件334可以在第二小晶體管配置中關(guān)閉。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，小晶體管在正常模式中被停用(deactivate)或關(guān)閉。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，小晶體管在正常規(guī)范中被激活或打開(kāi)。晶體管332、333和334可以是P-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。大晶體管334相對(duì)于小晶體管333是主要的或相對(duì)大的FET，小晶體管333相對(duì)于大晶體管334是相對(duì)小的FET (例如，小晶體管333是大晶體管334的1/10、1/2、1/100等)，并且敏感晶體管332是敏感FET。在一個(gè)實(shí)施例中，三個(gè)晶體管332、333和334共享相同的漏極連接(例如，漏極到輸出部件302等)，晶體管332和333的柵極相互耦連。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，放大器322是控制回路的誤差放大器。
[0031]在一個(gè)實(shí)施例中，電阻311和312、電流源321、以及敏感晶體管332和小晶體管333之間的比例設(shè)置電流限制等級(jí)閾值。在正常操作期間開(kāi)關(guān)323關(guān)閉，這連接了大晶體管334的柵極與敏感晶體管332和小晶體管333的柵極。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，當(dāng)檢測(cè)到過(guò)流情況時(shí)，開(kāi)關(guān)323打開(kāi)，斷開(kāi)大晶體管334與小晶體管333和敏感晶體管332的連接?？刂凭w管331打開(kāi)并將大晶體管334的柵極短接到輸入部件301?？刂苹芈饭苤菩【w管333和敏感晶體管332的柵極以支持所要求的或所指定的電流限制等級(jí)。將理解的是，系統(tǒng)300的部件可以包括各種部件實(shí)現(xiàn)方案(例如電阻312可以是可變電阻部件，電流源321可以是可調(diào)電流源等)。
[0032]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性系統(tǒng)400的框圖。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)400類(lèi)似于系統(tǒng)200。系統(tǒng)400包括輸入部件401、輸出部件402、電阻411和412、電流源421、放大器422、開(kāi)關(guān)423、控制晶體管431、敏感晶體管432和435、小晶體管433和大晶體管434。放大器422耦連到電阻411和412、電流源421、放大器422、開(kāi)關(guān)423以及晶體管431、432和433。開(kāi)關(guān)423耦連到晶體管434和晶體管435，晶體管435耦連到輸出402。在一個(gè)實(shí)施例中，輸入部件401、輸出部件402、電阻器411和412、電流源421、放大器422、開(kāi)關(guān)423、控制晶體管431、敏感晶體管432和435包括在控制部件(例如類(lèi)似于控制部件210)中，并且小晶體管部件433和大晶體管部件434包括在可調(diào)部件(例如類(lèi)似于可調(diào)部件220)中。
[0033]系統(tǒng)400的部件協(xié)同操作以使系統(tǒng)400能夠被配置在正常模式和電流限制模式中。在一個(gè)實(shí)施例中，大晶體管部件434在第一大晶體管配置中被激活或打開(kāi)，并且小晶體管部件433在第二小晶體管配置中被激活。在一個(gè)實(shí)施例中，敏感晶體管435促進(jìn)對(duì)電流情況的精細(xì)感應(yīng)。
[0034]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的保護(hù)方法的框圖。
[0035]在框500中，實(shí)施電流監(jiān)控過(guò)程。在一個(gè)實(shí)施例中，電流監(jiān)控過(guò)程檢測(cè)過(guò)載或短路情況。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，在電流監(jiān)控過(guò)程中利用敏感FET和控制回路。
[0036]在框520中，實(shí)施配置過(guò)程，在其中一個(gè)配置在對(duì)另一個(gè)配置來(lái)說(shuō)非安全的情況下使能繼續(xù)操作。一個(gè)配置或另一個(gè)配置的實(shí)現(xiàn)方案基于在框510中的電流監(jiān)控過(guò)程的結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)配置包括與另一個(gè)配置相比在允許電流通過(guò)時(shí)相對(duì)低的電阻。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)配置包括相對(duì)于另一個(gè)配置增大的柵源電壓情況。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，與包括相對(duì)小的部件的正常配置相比，包括相對(duì)大的部件的正常配置在允許電流通過(guò)時(shí)具有相對(duì)低的電阻。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，相對(duì)于包括相對(duì)大的部件的電流保護(hù)配置，包括相對(duì)小的部件的電流保護(hù)配置具有增大的柵源電壓情況。將理解的是，可以存在各種配置過(guò)程。
[0037]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性配置過(guò)程600的框圖。在一個(gè)實(shí)施例中，配置過(guò)程600是在框520中所實(shí)施的配置過(guò)程的一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案。
[0038]在框610中，將部件配置為在第一模式(例如正常模式等)中操作，在該模式中激活或?qū)崿F(xiàn)相對(duì)大的部件配置。第一模式(例如正常模式等)可以包括與第二模式(例如電流保護(hù)模式等)相比低的電阻配置或操作。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方案中，當(dāng)在第一模式中操作時(shí)，存在低的漏極到源極導(dǎo)通電阻(Rds-on)。
[0039]在框620中，配置為第二模式(例如電流保護(hù)模式等)中操作，在該模式中激活或?qū)崿F(xiàn)相對(duì)小的部件配置。第二模式(例如電流保護(hù)模式等)可以包括電流限制操作。與在電流保護(hù)模式中利用相對(duì)大的部件配置的嘗試相比，電流保護(hù)模式的相對(duì)小的部件配置可以包括相對(duì)增大的柵源電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，增大的柵源電壓將相對(duì)小的部件配置的操作移動(dòng)到具有減小的熱崩潰傾向的特性的區(qū)域。
[0040]在框630中，器件的部件經(jīng)配置用于在第三模式中的操作，第三模式包括減小到器件的至少一些部件中的電流。在一個(gè)實(shí)施例中，第三模式關(guān)閉部件或阻塞電流流動(dòng)以減輕或處理過(guò)流或短路情況。
[0041]因此，所呈現(xiàn)的系統(tǒng)和方法可以促進(jìn)高效的開(kāi)關(guān)和電流保護(hù)。在一個(gè)實(shí)施例中，正常模式使能低電阻操作，并且電流限制模式使能有最小的熱崩潰或沒(méi)有熱崩潰的電流保護(hù)。當(dāng)過(guò)流或短路情況發(fā)生時(shí)，電流限制模式中的配置調(diào)整可以安全地使能以大于預(yù)定義的電流等級(jí)的繼續(xù)操作，而不是立即完全切斷器件的電源，并且如果在電流限制模式中出現(xiàn)不安全的情形，電流可以被完全阻塞或關(guān)閉。
[0042]詳細(xì)描述的部分依據(jù)方法加以呈現(xiàn)和討論。雖然在本文描述該方法的操作的圖中公開(kāi)其步驟和排序，但是這類(lèi)步驟和排序是示例性的。實(shí)施例可以很好地適合于實(shí)施各種其他步驟或本文圖的流程圖中所述的步驟的變化，并且以不同于本文所描繪和描述的順序來(lái)實(shí)施。
[0043]詳細(xì)描述的其他部分依據(jù)程序、步驟、邏輯塊、處理、以及可在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)實(shí)施的對(duì)數(shù)據(jù)位的操作的其他符號(hào)表征加以呈現(xiàn)。這些描述和表征是數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的技術(shù)人員所使用的手段，用以將他們的工作實(shí)質(zhì)最有效地傳達(dá)給本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員。在此處，程序、計(jì)算機(jī)執(zhí)行的步驟、邏輯塊、過(guò)程等通常被構(gòu)思為導(dǎo)致期望結(jié)果的自相一致的一系列步驟或指令。步驟包括物理量的物理操作。雖然不是必須的，但是這些量通常采用能夠被存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移、組合、比較以及在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中在其他方面被操作的電、磁、光或量子信號(hào)的形式。主要由于普遍使用的原因，其有時(shí)已被證明便于將這些信號(hào)參考為位、值、元素、符號(hào)、字符、術(shù)語(yǔ)、數(shù)字等等。
[0044]然而，應(yīng)該記住，所有這些和類(lèi)似的術(shù)語(yǔ)都與合適的物理量相關(guān)聯(lián)并且僅是應(yīng)用于這些量的便利標(biāo)簽。除非特別陳述，否則如從下面的討論中顯而易見(jiàn)的，將理解，貫穿全文，利用諸如“處理”、“運(yùn)算”、“計(jì)算”、“確定”、“顯示”、“訪(fǎng)問(wèn)”、“寫(xiě)入”、“包括”、“存儲(chǔ)”、“傳輸”、“穿過(guò)”、“關(guān)聯(lián)”、“識(shí)別”等等的術(shù)語(yǔ)的討論指代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或類(lèi)似電子計(jì)算設(shè)備的動(dòng)作和處理，其將表示為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)的物理(電子)量的數(shù)據(jù)操作和變換為其他數(shù)據(jù)，所述其他數(shù)據(jù)類(lèi)似于表示為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)器或寄存器或其他這類(lèi)信息存儲(chǔ)、傳輸或顯示設(shè)備內(nèi)的物理量。
[0045]一些實(shí)施例可以在可由一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備來(lái)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的通用環(huán)境中描述，諸如程序模塊。一般地，程序模塊包括例程、程序、對(duì)象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，其實(shí)施特定任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型。典型地，程序模塊的功能性可以在各實(shí)施例中如所期望的加以組合或分布。
[0046]已經(jīng)呈現(xiàn)本發(fā)明的具體實(shí)施例的前述描述用于示例和描述。它們不意在面面俱到或?qū)⒈景l(fā)明限制到所公開(kāi)的精確形式，并且明顯地，鑒于上述教導(dǎo)，許多修改和變化是可能的。選擇和描述實(shí)施例是為了最好地解釋本發(fā)明的原理和其實(shí)踐應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠最好地利用本發(fā)明和采用如適合于預(yù)期的特定使用的各種修改的各實(shí)施例。意在的是，本發(fā)明的范圍通過(guò)附隨到此處的權(quán)利要求及其等同物來(lái)限定。
[0047]本文至少公開(kāi)了以下內(nèi)容:所呈現(xiàn)的系統(tǒng)和方法可以促進(jìn)電子系統(tǒng)中的高效的開(kāi)關(guān)和保護(hù)。系統(tǒng)可以包括:可操作為接收信號(hào)的輸入；可配置為在包括低電阻的第一模式中操作的可調(diào)部件，并且該部件可配置為在包括電流限制操作的第二模式中操作，在電流限制操作中第二模式在對(duì)第一模式中的操作來(lái)說(shuō)非安全的情況下使能繼續(xù)操作；以及可操作為發(fā)送信號(hào)的輸出?？烧{(diào)部件可配置為如果在第一模式或第二模式之一中操作不安全則關(guān)閉。第一模式可以包括具有相對(duì)低的漏極到源極導(dǎo)通電阻的相對(duì)大的部件配置。利用第二模式中的小部件配置可以包括與在第二模式中的大部件配置相比相對(duì)增大的柵源電壓。
[0048]概念
[0049]本文至少公開(kāi)以下概念:
[0050]概念1.一種系統(tǒng)，包括:
[0051]輸入部件，所述輸入部件能夠操作以接收信號(hào)；
[0052]可調(diào)部件，所述可調(diào)部件耦連到所述輸入部件，所述可調(diào)部件能夠配置以操作在:
[0053]第一模式中，所述第一模式包括低電阻；以及
[0054]第二模式中，所述第二模式包括電流限制操作，在所述電流限制操作中所述第二模式在對(duì)所述第一模式中的操作來(lái)說(shuō)非安全的情況下使能繼續(xù)操作；以及
[0055]輸出部件，所述輸出部件耦連到所述可調(diào)部件，所述輸出部件能夠操作以發(fā)送信號(hào)。
[0056]概念2.根據(jù)概念I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其中所述可調(diào)部件能夠配置為在情況對(duì)于在所述第一模式和所述第二模式之一中操作來(lái)說(shuō)變得不安全時(shí)關(guān)閉。
[0057]概念3.根據(jù)概念I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其中相對(duì)大的部件配置在所述第一模式中被激活。
[0058]概念4.根據(jù)概念I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其中相對(duì)小的部件配置在所述第二模式中被激活。
[0059]概念5.根據(jù)概念I(lǐng)所述的系統(tǒng)，在所述系統(tǒng)中所述第一模式包括與所述第二模式相比相對(duì)低的漏極到源極導(dǎo)通電阻。
[0060]概念6.根據(jù)概念I(lǐng)所述的系統(tǒng)，在所述系統(tǒng)中所述第二模式包括相對(duì)小的部件配置，與在所述第二模式中利用相對(duì)大的部件配置的嘗試相比，所述相對(duì)小的部件配置具有增大的柵源電壓。
[0061]概念7.根據(jù)概念I(lǐng)所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括控制部件，其中所述控制部件包括:
[0062]放大器，所述放大器耦連到所述輸入部件；
[0063]第一電阻和第二電阻，所述第一電阻和第二電阻耦連到所述放大器；
[0064]電流源，所述電流源耦連到所述第一電阻；
[0065]控制晶體管，所述控制晶體管耦連到所述放大器；
[0066]敏感晶體管，所述敏感晶體管耦連到所述放大器；以及
[0067]開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)耦連到所述放大器；以及
[0068]其中所述可調(diào)部件包括:
[0069]小晶體管部件，所述小晶體管部件耦連到所述放大器；以及
[0070]大晶體管部件，所述大晶體管部件耦連到所述開(kāi)關(guān)，其中所述大晶體管部件相對(duì)于所述小晶體管部件相對(duì)較大。
[0071]概念8.根據(jù)概念7所述的系統(tǒng)，其中所述敏感晶體管、所述小晶體管部件、所述大晶體管部件共享漏極連接，所述敏感晶體管和小晶體管的柵極相互耦連。
[0072]概念9.根據(jù)概念7所述的系統(tǒng)，其中所述放大器是控制回路的誤差放大器。
[0073]概念10.根據(jù)概念7所述的系統(tǒng)，其中所述開(kāi)關(guān)在正常操作期間是關(guān)閉的，并且所述開(kāi)關(guān)將所述大晶體管部件的柵極連接到所述敏感晶體管的柵極和所述小晶體管部件的柵極。
[0074]概念11.根據(jù)概念7所述的系統(tǒng)，其中如果檢測(cè)到過(guò)流情況，所述開(kāi)關(guān)打開(kāi)，斷開(kāi)所述大晶體管部件與所述小晶體管部件和所述敏感晶體管的連接，同時(shí)所述控制晶體管打開(kāi)并且將所述大晶體管部件的柵極短接到所述輸入部件；以及所述小晶體管部件的柵極和所述敏感晶體管的柵極被管制以支持指定的電流限制等級(jí)。
[0075]概念12.—種保護(hù)方法，包括:
[0076]實(shí)施電流監(jiān)控過(guò)程；
[0077]實(shí)施配置過(guò)程，在所述配置過(guò)程中一個(gè)配置在對(duì)于另一個(gè)配置中的操作來(lái)說(shuō)非安全的情況下使能繼續(xù)操作，其中所述一個(gè)配置和另一個(gè)配置的實(shí)現(xiàn)基于所述電流監(jiān)控過(guò)程的結(jié)果。
[0078]概念13.根據(jù)概念12所述的保護(hù)方法，其中所述配置過(guò)程包括:
[0079]配置器件的部件以在正常模式中操作，在所述正常模式中激活或?qū)崿F(xiàn)相對(duì)大的部件配置；
[0080]配置器件的部件以在電流保護(hù)模式中操作，在所述電流保護(hù)模式中激活或?qū)崿F(xiàn)相對(duì)小的部件配置；以及
[0081]配置器件的部件用于在第三模式中的操作，所述第三模式包括減小到所述器件的至少一些部件中的電流。
[0082]概念14.根據(jù)概念13所述的保護(hù)方法，其中所述大的部件配置當(dāng)處于導(dǎo)通狀態(tài)(Rds-on)時(shí)采用與所述第二模式相比相對(duì)低的漏極到源極導(dǎo)通電阻加以實(shí)現(xiàn)。
[0083]概念15.根據(jù)概念13所述的保護(hù)方法，其中所述相對(duì)小的部件配置包括與在所述電流保護(hù)模式中利用所述相對(duì)大的部件配置相比相對(duì)增大的柵源電壓。
[0084]概念16.根據(jù)概念15所述的保護(hù)方法，其中所述增大的柵源電壓將所述相對(duì)小的部件配置的操作移動(dòng)到具有減小的熱崩潰傾向的特性區(qū)域。
[0085]概念17.—種系統(tǒng)，包括:
[0086]可調(diào)部件，所述可調(diào)部件能夠配置為動(dòng)態(tài)改變各種特性，包括改變?cè)趯?duì)不同特性下的操作來(lái)說(shuō)非安全的情況下使能繼續(xù)操作的特性；以及
[0087]控制部件，所述控制部件控制所述可調(diào)部件的特性改變。
[0088]概念18.根據(jù)概念17所述的系統(tǒng)，其中所述可調(diào)部件能夠在正常模式配置和電流限制模式配置之間動(dòng)態(tài)改變，在其中所述正常模式配置包括低電阻特性，并且所述電流限制模式配置包括有害電流保護(hù)和熱崩潰保護(hù)。
[0089]概念19.根據(jù)概念17所述的系統(tǒng)，其中所述控制部件包括控制回路和敏感部件，并且所述控制部件經(jīng)配置為檢測(cè)不利的電流情況并引導(dǎo)所述可調(diào)部件的配置改變以保護(hù)免受所述不利的電流情況。
[0090]概念20.根據(jù)概念17所述的系統(tǒng)，其中所述可調(diào)部件配置中的至少一些配置包括相互交叉的設(shè)計(jì)。
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，包括: 輸入部件，所述輸入部件能夠操作以接收信號(hào)； 可調(diào)部件，所述可調(diào)部件耦連到所述輸入部件，所述可調(diào)部件能夠配置以操作在: 第一模式中，所述第一模式包括低電阻；以及 第二模式中，所述第二模式包括電流限制操作，在所述電流限制操作中所述第二模式在對(duì)所述第一模式中的操作來(lái)說(shuō)非安全的情況下使能繼續(xù)操作；以及 輸出部件，所述輸出部件耦連到所述可調(diào)部件，所述輸出部件能夠操作以發(fā)送信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述可調(diào)部件能夠配置為在情況對(duì)于在所述第一模式和所述第二模式之一中操作來(lái)說(shuō)變得不安全時(shí)關(guān)閉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中相對(duì)大的部件配置在所述第一模式中被激活。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中相對(duì)小的部件配置在所述第二模式中被激活。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，在所述系統(tǒng)中所述第一模式包括與所述第二模式相比相對(duì)低的漏極到源極導(dǎo)通電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，在所述系統(tǒng)中所述第二模式包括相對(duì)小的部件配置，與在所述第二模式中利用相對(duì)大的部件配置的嘗試相比，所述相對(duì)小的部件配置具有增大的柵源電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括控制部件，其中所述控制部件包括: 放大器，所述放大器耦連到所述輸入部件； 第一電阻和第二電阻，所述第一電阻和第二電阻耦連到所述放大器； 電流源，所述電流源耦連到所述第一電阻； 控制晶體管，所述控制晶體管耦連到所述放大器； 敏感晶體管，所述敏感晶體管耦連到所述放大器；以及 開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)耦連到所述放大器；以及 其中所述可調(diào)部件包括: 小晶體管部件，所述小晶體管部件耦連到所述放大器；以及 大晶體管部件，所述大晶體管部件耦連到所述開(kāi)關(guān)，其中所述大晶體管部件相對(duì)于所述小晶體管部件相對(duì)較大。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述敏感晶體管、所述小晶體管部件、所述大晶體管部件共享漏極連接，并且所述敏感晶體管和小晶體管的柵極相互耦連。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述放大器是控制回路的誤差放大器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述開(kāi)關(guān)在正常操作期間是關(guān)閉的，并且所述開(kāi)關(guān)將所述大晶體管部件的柵極連接到所述敏感晶體管的柵極和所述小晶體管部件的柵極。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中如果檢測(cè)到過(guò)流情況，所述開(kāi)關(guān)打開(kāi)，斷開(kāi)所述大晶體管部件與所述小晶體管部件和所述敏感晶體管的連接，同時(shí)所述控制晶體管打開(kāi)并且將所述大晶體管部件的柵極短接到所述輸入部件；以及所述小晶體管部件的柵極和所述敏感晶體管的柵極被管制以支持指定的電流限制等級(jí)。
12.—種保護(hù)方法，包括: 實(shí)施電流監(jiān)控過(guò)程； 實(shí)施配置過(guò)程，在所述配置過(guò)程中一個(gè)配置在對(duì)于另一個(gè)配置中的操作來(lái)說(shuō)非安全的情況下使能繼續(xù)操作，其中所述一個(gè)配置和另一個(gè)配置的實(shí)現(xiàn)基于所述電流監(jiān)控過(guò)程的結(jié)果O
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的保護(hù)方法，其中所述配置過(guò)程包括:配置器件的部件以在正常模式中操作，在所述正常模式中激活或?qū)崿F(xiàn)相對(duì)大的部件配置； 配置器件的部件以在電流保護(hù)模式中操作，在所述電流保護(hù)模式中激活或?qū)崿F(xiàn)相對(duì)小的部件配置；以及 配置器件的部件用于在第三模式中的操作，所述第三模式包括減小到所述器件的至少一些部件中的電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的保護(hù)方法，其中所述大的部件配置當(dāng)處于導(dǎo)通狀態(tài)(Rds-on)時(shí)采用與所述第二模式相比相對(duì)低的漏極到源極導(dǎo)通電阻加以實(shí)現(xiàn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的保護(hù)方法，其中所述相對(duì)小的部件配置包括與在所述電流保護(hù)模式中利用所述相對(duì)大的部件配置相比相對(duì)增大的柵源電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的保護(hù)方法，其中所述增大的柵源電壓將所述相對(duì)小的部件配置的操作移動(dòng)到具有減小的熱崩潰傾向的特性的區(qū)域。
17.—種系統(tǒng),包括: 可調(diào)部件，所述可調(diào)部件能夠配置為動(dòng)態(tài)改變各種特性，包括改變?cè)趯?duì)不同特性下的操作來(lái)說(shuō)非安全的情況下使能繼續(xù)操作的特性；以及 控制部件，所述控制部件控制所述可調(diào)部件的特性改變。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述可調(diào)部件能夠在正常模式配置和電流限制模式配置之間動(dòng)態(tài)改變，在其中所述正常模式配置包括低電阻特性，并且所述電流限制模式配置包括有害電流保護(hù)和熱崩潰保護(hù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述控制部件包括控制回路和敏感部件，并且所述控制部件經(jīng)配置為檢測(cè)不利的電流情況并引導(dǎo)所述可調(diào)部件的配置改變以保護(hù)免受所述不利的電流情況。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述可調(diào)部件配置中的至少一些配置包括相互交叉的設(shè)計(jì)。
【文檔編號(hào)】G05F1/10GK104395850SQ201380020888
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月20日
【發(fā)明者】凱爾·特里爾, 特蘭格·伍 申請(qǐng)人:維西埃-硅化物公司