熱插拔應(yīng)用中的故障檢測(cè)的制作方法
【專利摘要】用于檢測(cè)系統(tǒng)中的故障的電路，所述系統(tǒng)用于提供從輸入節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié)點(diǎn)的功率且具有耦合在所述輸入節(jié)點(diǎn)和所述輸出節(jié)點(diǎn)之間的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)。當(dāng)所述開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通且至少一個(gè)以下?tīng)顟B(tài)被檢測(cè)到時(shí)，所述故障檢測(cè)電路被配置用來(lái)指示所述開(kāi)關(guān)的故障狀態(tài)：所述開(kāi)關(guān)兩端的電壓超過(guò)預(yù)定值或所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)值不足以導(dǎo)通所述開(kāi)關(guān)。僅當(dāng)所述故障檢測(cè)到的狀態(tài)出現(xiàn)預(yù)定時(shí)間周期時(shí)，指示所述故障狀態(tài)。
【專利說(shuō)明】熱插拔應(yīng)用中的故障檢測(cè)
[0001]本申請(qǐng)要求2013年7月12日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)枮?1/845，502，名稱為“熱插拔應(yīng)用中的故障檢測(cè)”的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過(guò)引用合并于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明一般涉及電氣系統(tǒng)中的保護(hù)開(kāi)關(guān)，尤其涉及在能夠?qū)е麻_(kāi)關(guān)過(guò)熱的限流系統(tǒng)中的故障檢測(cè)。

【背景技術(shù)】
[0003]熱插拔電路以控制和保護(hù)的方式提供從輸入源到負(fù)載的功率。當(dāng)功率第一次被提供或若電源電壓突然增加時(shí)，這種控制器的一個(gè)功能為限制從電源到負(fù)載的浪涌電流，尤其是負(fù)載電容。若負(fù)載試圖吸引(draw)過(guò)多的電流，例如若負(fù)載短路，該控制器的另一功能為限制電流。
[0004]圖1示出一種傳統(tǒng)熱插拔電路，該電路具有從電源接收功率的輸入節(jié)點(diǎn)(VIN)和稱合至負(fù)載的輸出節(jié)點(diǎn) V輸a (V0UT)。單一的 MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor,金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管)100與輸入節(jié)點(diǎn)VIN和輸出節(jié)點(diǎn)VTOT之間的電流檢測(cè)電阻102串聯(lián)耦合。熱插拔電路也具有控制電路，該控制電路包括電壓源104、電流限制放大器106、電流源108和晶體管110。
[0005]許多這樣的電路是可商購(gòu)的。當(dāng)限制電流時(shí)，電流限制放大器106將代表電流檢測(cè)電阻102中的電流的電壓與由電壓源104產(chǎn)生的電壓V限制(VUMIT)進(jìn)行比較，以控制M0SFET100的柵極，以便當(dāng)所檢測(cè)的電流超過(guò)由電壓VUMIT確定的最大值時(shí)減少流過(guò)M0SFET100的電流。為了限制電流檢測(cè)電阻102兩端的電壓從而限制通過(guò)M0SFET100的電流，電流限制放大器104調(diào)整M0SFET100的柵源電壓。電流源108被提供用于上拉柵極電壓。晶體管110被提供用于向M0SFET100分別提供導(dǎo)通(0N)和斷開(kāi)(OFF)信號(hào)以命令M0SFET100導(dǎo)通或斷開(kāi)。
[0006]在電流限制工作中，通過(guò)M0SFET100的電壓和電流可以都是大的，從而引起M0SFET100中的高功耗。如果該功耗持續(xù)，M0SFET100可達(dá)到造成損壞的溫度。M0SFET制造商提出了 M0SFET電壓、電流以及時(shí)間的安全范圍，如被稱為安全工作區(qū)(Safe OperatingArea, S0A)的曲線。通常，定時(shí)器電路112設(shè)置最大時(shí)間周期，在此期間M0SFET100被允許在電流限制模式中工作。
[0007]定時(shí)器電路112可以耦合至電流限制放大器106以接收指示電流限制工作被初始化的信號(hào)。當(dāng)由定時(shí)器電路112設(shè)置的時(shí)間周期結(jié)束時(shí)，產(chǎn)生過(guò)流故障信號(hào)，且M0SFET100可斷開(kāi)以防止其過(guò)熱。負(fù)載將掉電且熱插拔控制器將指示故障已發(fā)生。
[0008]通常高功率熱插拔應(yīng)用需要給負(fù)載兩端的大旁路電容126(CJ充電。為了減少M(fèi)0SFET100上的壓力，負(fù)載可以保持關(guān)閉直至旁路電容126被充電。該電容的小充電電流使M0SFET100中的功率保持足夠低以防止危險(xiǎn)的溫度提升。柵極電壓可由源自電流源108的、通常在10-50 μ A范圍內(nèi)的電流上拉。
[0009]熱插拔控制器一般也產(chǎn)生指示功率良好且負(fù)載能安全地吸引電流的信號(hào)。例如，功率良好信號(hào)可由監(jiān)測(cè)輸出電壓的比較器產(chǎn)生。當(dāng)輸出電壓已經(jīng)高于閾值時(shí)，輸出電壓可被用作指示功率良好的條件。
[0010]同時(shí)，功率良好信號(hào)可通過(guò)監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通控制信號(hào)產(chǎn)生。對(duì)于MOSFET開(kāi)關(guān)100而言此為柵源電壓。如果該電壓顯著高于MOSFET的閾值電壓，則MOSFET通道完全導(dǎo)通且負(fù)載電流可以從中流過(guò)。然而，該柵源電壓可以在正常工作期間電流限制短暫發(fā)作時(shí)減小。在這種情況下，輸出功率仍可以被認(rèn)為良好。因此，指示柵源電壓已經(jīng)超過(guò)閾值的信號(hào)被鎖定。該鎖定的信號(hào)被用來(lái)指示MOSFET已完全導(dǎo)通且負(fù)載可以被導(dǎo)通。即使柵極電壓隨后在短持續(xù)電流限制事件期間減少，鎖定的信號(hào)將繼續(xù)指示功率良好。如果MOSFET斷開(kāi)，該鎖定重置。
[0011]進(jìn)一步地，功率良好信號(hào)可通過(guò)監(jiān)測(cè)M0SFET100的漏極和源極之間的電壓產(chǎn)生。一旦該電壓低于閾值，則M0SFET100被設(shè)定完全導(dǎo)通，負(fù)載電流可從中流過(guò)。然而，漏極和源極之間的電壓也可以在正常工作期間增加，例如如果輸入電壓快速增加。這種情況下，輸出功率仍可以被認(rèn)為良好。因此，指示漏極和柵極之間的電壓低于閾值的信號(hào)也可被鎖定。該鎖定的信號(hào)可用來(lái)指示M0SFET100已完全導(dǎo)通且負(fù)載可被導(dǎo)通。
[0012]在熱插拔應(yīng)用中，幾件事情可阻止金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFETs)低阻抗導(dǎo)通。損壞的MOSFET可能具有從柵極到漏極的泄漏或具有遞降的柵極到漏極的導(dǎo)通電阻RDS(ON)，接線板(board)上的碎片也可導(dǎo)致柵極引腳到漏極引腳、MOSFET漏極或到接地的泄漏或短路。在這些情況下熱插拔控制器可能無(wú)法將柵極引腳上拉足夠高以完全加強(qiáng)(enhanCe)M0SFET，或當(dāng)柵極引腳完全加強(qiáng)時(shí)MOSFET可能達(dá)不到預(yù)期的導(dǎo)通電阻。這可使MOSFET處于一種狀態(tài):即使電流低于電流限制，MOSFET的功率還是高于它的持續(xù)功率容量。
[0013]傳統(tǒng)方法通過(guò)監(jiān)測(cè)柵極到漏極的電壓或柵極到源極的電壓確定MOSFET已經(jīng)完全導(dǎo)通。然后該信息被鎖定。然而，如果MOSFET隨后性能降低，該鎖定的信息將不能更新以指示問(wèn)題已經(jīng)出現(xiàn)(develop)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明提出用于檢測(cè)系統(tǒng)中故障的電路，該系統(tǒng)用于提供從輸入節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié)點(diǎn)的功率，并具有耦合在輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)之間的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，以及由用于執(zhí)行開(kāi)關(guān)工作以提供從輸入節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié)點(diǎn)的功率的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)控制。所述開(kāi)關(guān)被提供ON信號(hào)以命令所述開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。電流限制電路可被配置用來(lái)控制所述開(kāi)關(guān)，以便限制流過(guò)所述開(kāi)關(guān)的電流值。
[0015]當(dāng)開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通且至少一個(gè)以下?tīng)顟B(tài)被檢測(cè)到時(shí)，故障檢測(cè)電路被配置用來(lái)指示開(kāi)關(guān)的故障狀態(tài):
[0016]一開(kāi)關(guān)兩端的電壓超過(guò)預(yù)定值，或者，
[0017]一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的值不足以導(dǎo)通開(kāi)關(guān)。
[0018]僅當(dāng)檢測(cè)到的狀態(tài)出現(xiàn)預(yù)定時(shí)間周期時(shí)，指示故障狀態(tài)。
[0019]例如，開(kāi)關(guān)可包括M0SFET，以及故障檢測(cè)電路可被配置用來(lái)當(dāng)在所述MOSFET被命令導(dǎo)通且所述MOSFET的漏極和源極之間的電壓高于第一預(yù)定時(shí)間周期的第一閾值時(shí)，指示故障狀態(tài)的故障檢測(cè)電路。
[0020]可選的，當(dāng)所述M0SFET被命令導(dǎo)通且所述M0SFET的漏極和柵源極之間的電壓低于第二預(yù)定時(shí)間周期的第二閾值時(shí)，可指示所述故障狀態(tài)的故障檢測(cè)電路。
[0021]在一個(gè)具體實(shí)施例中，多個(gè)開(kāi)關(guān)可并聯(lián)耦合在所述輸入節(jié)點(diǎn)和所述輸出節(jié)點(diǎn)之間。
[0022]當(dāng)多個(gè)開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通且全部所述多個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)不足以導(dǎo)通所述多個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)，故障檢測(cè)電路可被配置用來(lái)指示所述故障狀態(tài)。
[0023]同時(shí)，當(dāng)多個(gè)開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通且用于所述多個(gè)開(kāi)關(guān)中任一個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)不足以導(dǎo)通所述開(kāi)關(guān)時(shí)，可指示所述故障狀態(tài)可被指示。
[0024]進(jìn)一步地，當(dāng)一個(gè)開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通，以及并且所述開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)不足以導(dǎo)通所述開(kāi)關(guān)且所述開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)沒(méi)有正在被調(diào)節(jié)時(shí)，可指示所述故障檢測(cè)狀態(tài)。
[0025]例如，多個(gè)M0SFET開(kāi)關(guān)可并聯(lián)耦合在所述輸入和輸出節(jié)點(diǎn)之間。
[0026]當(dāng)所述多個(gè)M0SFET開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通且全部所述多個(gè)M0SFET開(kāi)關(guān)的柵源電壓低于預(yù)定時(shí)間周期的閾值時(shí)，故障檢測(cè)電路可被配置用來(lái)指示所述故障狀態(tài)。
[0027]并且，當(dāng)所述多個(gè)M0SFET開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通且所述多個(gè)M0SFET開(kāi)關(guān)中任一個(gè)M0SFET開(kāi)關(guān)的柵源電壓低于預(yù)定時(shí)間周期的閾值時(shí)，可指示所述故障狀態(tài)。
[0028]進(jìn)一步地，當(dāng)所述多個(gè)M0SFET開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通且所述多個(gè)M0SFET開(kāi)關(guān)中的一個(gè)M0SFET開(kāi)關(guān)的柵源電壓低于第一閾值并且所述一個(gè)M0SFET開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)沒(méi)有正在被調(diào)節(jié)時(shí)，可指示所述故障狀態(tài)。
[0029]例如，故障檢測(cè)電路可被配置用來(lái)檢測(cè)熱插拔控制器中的M0SFET故障。
[0030]通過(guò)下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)和方面對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將變得顯而易見(jiàn)。其中，僅僅通過(guò)用于實(shí)施本發(fā)明設(shè)想的最優(yōu)模式，展示和描述本發(fā)明的實(shí)施例。如同將要進(jìn)行的描述，本發(fā)明能夠具有其他的以及不同的實(shí)施例，且它的若干細(xì)節(jié)容許變形為各種明顯的方面而不脫離本發(fā)明的精神。相應(yīng)地，附圖和說(shuō)明書(shū)在本質(zhì)上應(yīng)被視為說(shuō)明性的，而不是限制性的。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]當(dāng)結(jié)合以下附圖閱讀時(shí)，能夠最好地理解以下對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述，附圖中的各個(gè)特征并不一定按比例繪制，而是按能夠最好地說(shuō)明相關(guān)特征來(lái)繪制，其中:
[0032]圖1不出了一種傳統(tǒng)的熱插拔控制器。
[0033]圖2和圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的熱插拔控制器的示例性實(shí)施例。

【具體實(shí)施方式】
[0034]利用圖2和圖3出現(xiàn)的熱插拔控制器的具體實(shí)例來(lái)闡述本發(fā)明。然而，本發(fā)明適用于任何向負(fù)載提供功率的開(kāi)關(guān)電路。
[0035]圖2示出了一種熱插拔控制器，該熱插拔控制器具有用于從電源接收功率的輸入節(jié)點(diǎn)VIN，以及耦合至負(fù)載的輸出節(jié)點(diǎn)VQUT。單一的M0SFET200與電流檢測(cè)電阻202串聯(lián)耦合在輸入節(jié)點(diǎn)VIN和輸出節(jié)點(diǎn)之間。所述熱插拔電路也具有包括電壓源204、電流限制放大器206、電流源208和晶體管210的控制電路。這些元件可分別類似于圖1中的各元件。芳路電各226可被提供在負(fù)載兩端。
[0036]熱插拔電路也可包括電壓源214、遲滯比較器215、轉(zhuǎn)換器216、電壓源217、遲滯比較器218、或門219、與門227、228以及定時(shí)器電路229和230。具體地，一對(duì)比較器215和218監(jiān)測(cè)存在于故障MOSFET開(kāi)關(guān)200中的可能的兩種狀態(tài)。如果這兩種故障狀態(tài)中任一種狀態(tài)發(fā)生且持續(xù)，則產(chǎn)生場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)故障信號(hào)。
[0037]第一故障狀態(tài)為MOSFET的漏極和源極之間過(guò)電壓。例如，當(dāng)柵極引腳被完全加強(qiáng)時(shí)，MOSFET或接線板損壞可導(dǎo)致MOSFET不能達(dá)到期望的導(dǎo)通電阻。比較器218監(jiān)測(cè)M0SFET200的漏極電壓VDD和M0SFET200的源極電壓，以將該具有閾值的MOSFET的漏極和源極之間的電壓(VDS)與閾值電壓比較，所述閾值電壓例如為200mV，由電壓源217設(shè)定。
[0038]當(dāng)VDS高于閾值電壓時(shí)，VDS_高(VDS_HIGH)信號(hào)在比較器218輸出處被斷定。該信號(hào)被提供到與門228的一個(gè)輸入。與門228的第二輸入被提供ON信號(hào)，該ON信號(hào)用于導(dǎo)通M0SFET200。與門228的輸出信號(hào)啟動(dòng)VDS定時(shí)器230，VDS定時(shí)器230提供預(yù)定時(shí)間延遲周期，在其期滿后，F(xiàn)ET故障(FET_FAULT)信號(hào)由或門219產(chǎn)生以設(shè)定MOSFET故障狀態(tài)。因此，第一 MOSFET故障狀態(tài)指示VDS超過(guò)閾值一個(gè)時(shí)間周期，且該時(shí)間周期比預(yù)定時(shí)間延遲周期長(zhǎng)。
[0039]由VDS定時(shí)器230提供的時(shí)間延遲是需要的，因?yàn)橛幸恍┱Ｇ闆r，例如啟動(dòng)，在這些情況下，VDS超過(guò)閾值電壓直至直到MOSFET的柵極已達(dá)到它的最終電壓。這些情況實(shí)際上是暫時(shí)的，在此期間MOSFET功率耗散。僅當(dāng)功率耗散持續(xù)太長(zhǎng)時(shí)間時(shí)其成為故障。VDS定時(shí)器的時(shí)間延遲周期被設(shè)定為長(zhǎng)于這些正常的暫時(shí)的工作情況。
[0040]第二故障狀態(tài)為M0SFET200的不足的柵源電壓(VGS)，即，開(kāi)關(guān)控制信號(hào)值不足以導(dǎo)通MOSFET開(kāi)關(guān)。接線板上的碎片或損壞的MOSFET可導(dǎo)致降低柵源電壓并提高導(dǎo)通電阻的柵漏。即使導(dǎo)通電阻太高，輸出電壓可以足夠得高從而顯示正常。嚴(yán)重?fù)p壞的MOSFET可能柵極、漏極和源極同時(shí)一起短路。在這種情況下，如果通道被短路，MOSFET將不能斷開(kāi)。
[0041]為了檢測(cè)這種類型的故障，比較器215監(jiān)測(cè)柵源電壓(VGS)，該柵源電壓與選擇的遠(yuǎn)高于MOSFET閾值的、源自電壓源217的閾值電壓相關(guān)。例如，該閾值電壓可被設(shè)置在4.5V。當(dāng)柵源電壓低于該閾值電壓時(shí)，柵極_低(GATE_L0W)信號(hào)在轉(zhuǎn)換器216的輸出處被斷定。該信號(hào)被提供至與門227的一個(gè)輸入。與門227的第二輸入被提供用于導(dǎo)通M0SFET200的ON信號(hào)。與門227的輸出信號(hào)啟動(dòng)提供預(yù)設(shè)時(shí)間延遲周期的VGS定時(shí)器229，在預(yù)設(shè)時(shí)間延遲周期期滿后，F(xiàn)ET故障信號(hào)由或門219產(chǎn)生，用來(lái)設(shè)定第二 MOSFET故障狀態(tài)。該MOSFET故障狀態(tài)指示M0SFET200的柵源電壓低于閾值一個(gè)時(shí)間周期，且該時(shí)間周期比VGS定時(shí)器229的時(shí)間延遲周期長(zhǎng)。
[0042]由VGS定時(shí)器229提供的時(shí)間延遲是需要的，因?yàn)橛幸恍〇旁措妷旱陀陂撝档恼Ｇ闆r，在這些情況下，柵源電壓低于閾值。這些情況實(shí)際上是暫時(shí)的，例如啟動(dòng)或在電流限制期間，柵源電壓低且MOSFET正耗散功率。僅當(dāng)功率耗散持續(xù)太長(zhǎng)時(shí)間時(shí)其成為故障。由VGS定時(shí)器229確定的時(shí)間延遲周期與這些正常的暫時(shí)的工作情況相比，設(shè)定的更長(zhǎng)。
[0043]當(dāng)使用多個(gè)MOSFET時(shí)，如果這些MOSFET中至少一個(gè)MOSFET具有低柵源電壓且不處于電流限制中，則一個(gè)MOSFET故障被設(shè)定，如圖3所示，其中介紹了一種具有多個(gè)M0SFET300.301的示例性熱插拔控制器。
[0044]每個(gè)M0SFET300和301通過(guò)使用各自的電流檢測(cè)電阻302和303、以及各自的電流限制放大器306和307被獨(dú)立控制。電流檢測(cè)電阻302耦合在代表M0SFET300的正節(jié)點(diǎn)檢測(cè)+1 (SENSE+1)和負(fù)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)-1 (SENSE-1)之間，且電流檢測(cè)電阻303耦合在代表M0SFET301的正節(jié)點(diǎn)檢測(cè)+2(SENSE+2)和負(fù)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)-2 (SENSE-2)之間。獨(dú)立于其它放大器的電流限制放大器306和307每一個(gè)控制各自的M0SFET300和301的柵極，以便當(dāng)在各自的電阻器302和303中檢測(cè)到的電流超過(guò)由各自電壓源304和305提供的由VUMIT電壓定義的最大電流值時(shí)，限制流過(guò)M0SFET300和301的電流。電流源308和309分別提供電流以上拉M0SFET300和301的柵極電壓。提供晶體管310和311用于分別向各自的M0SFET300和301提供ON和OFF信號(hào)以分別命令M0SFET300和301導(dǎo)通或斷開(kāi)。
[0045]分別在電流限制放大器306和307的狀態(tài)引腳處產(chǎn)生的信號(hào)限制1 (UMITING1)和限制2 (LIMITING2)指示各自的M0SFET300和301正限制流經(jīng)它們的電流。這些信號(hào)被提供到各自的與門313的各自的輸入，其中該與門313產(chǎn)生一個(gè)提供給定時(shí)器312的輸出信號(hào)，其中該定時(shí)器312設(shè)定一個(gè)用于指示過(guò)流故障狀態(tài)的延遲周期。
[0046]當(dāng)M0SFET300和301正在限制電流時(shí)，由電流限制放大器304和305提供的柵極控制均勻地分離M0SFET300和301之間的電流和應(yīng)激(stress)，而不管它們的閾值電壓或溫度的任何錯(cuò)配。
[0047]當(dāng)負(fù)載電流增加到M0SFET300和301兩者已經(jīng)開(kāi)始限制電流的點(diǎn)時(shí)，VDS和耗散的功率開(kāi)始增加，并要求M0SFET切斷用于保護(hù)。由于與門313、定時(shí)器312僅當(dāng)UMITING1和LIMITING2兩個(gè)信號(hào)都產(chǎn)生，即當(dāng)M0SFET300和301兩者都工作來(lái)限制電流時(shí)才啟動(dòng)，即，當(dāng)M0SFET300和301兩者都工作來(lái)限制電流時(shí)。當(dāng)由定時(shí)器312確定的延遲周期期滿時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)過(guò)流故障信號(hào)以指示M0SFET300和301兩者都應(yīng)被斷開(kāi)(OFF)。
[0048]圖3中的熱插拔控制器進(jìn)一步包括用于檢測(cè)M0SFET300和301的故障狀態(tài)的電路。該電路包括電壓源314、遲滯比較器315、轉(zhuǎn)換器316、電壓源317、遲滯比較器318，以及或門319、電壓源320、遲滯比較器321、與門322、323和324、或門325、與門327,328以及定時(shí)器電路329和330。與圖2中的電路類似，圖3中的故障檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)在故障的M0SFET300和301中可能存在的兩種狀態(tài)。如果這兩種故障狀態(tài)中的任一個(gè)發(fā)生且持續(xù)，則產(chǎn)生FET故障信號(hào)。
[0049]比較器318監(jiān)測(cè)M0SFET300和301的漏極和源極之間的過(guò)電壓，其中M0SFET300和301并聯(lián)連接。具體地，比較器318將M0SFET300和301的VDS與閾值電壓進(jìn)行比較，所述閾值電壓例如為200mV，由電壓源317設(shè)定。
[0050]當(dāng)VDS高于閾值電壓時(shí)，VDS_高(VDS_HIGH)信號(hào)在比較器318的輸出處被斷定。該信號(hào)被提供給與門328的一個(gè)輸入。與門328的第二輸入被提供用來(lái)導(dǎo)通M0SFET300和301的0N信號(hào)。與門328的輸出信號(hào)啟動(dòng)提供預(yù)定時(shí)間延遲周期的VDS定時(shí)器330，在所述預(yù)定時(shí)間延遲周期期滿后，F(xiàn)ET_故障(FET_FAULT)信號(hào)由或門319產(chǎn)生以設(shè)定M0SFET的故障狀態(tài)。因此，第一 M0SFET故障狀態(tài)指示VDS超過(guò)閾值的一個(gè)時(shí)間周期，且該時(shí)間周期比預(yù)定時(shí)間延遲周期長(zhǎng)。
[0051]比較器315和321分別檢測(cè)M0SFET300和301的不足的柵源電壓。具體地，比較器315和321監(jiān)測(cè)各自的M0SFET300和301的柵源電壓(VGS)，該柵源電壓與選擇的遠(yuǎn)高于M0SFET閾值的、源自各自的電壓源314和320的閾值電壓相關(guān)，所述M0SFET閾值例如為4.5V。當(dāng)各自的M0SFET300或301的柵源電壓低于閾值電壓時(shí)，在各自的比較器315或321的輸出處斷定的信號(hào)被提供給各自的與門322或324的一個(gè)輸入。同時(shí)，比較器315和321的輸出信號(hào)被提供在與門323的輸入處。
[0052]與門324的第二輸入被提供指示M0SFET300限制電流的UMITING1信號(hào)，而與門322的第二輸入被提供指示M0SFET301限制電流的UMITING2信號(hào)。經(jīng)過(guò)或門325的與門322、323和324中任一個(gè)的輸出信號(hào)引起在轉(zhuǎn)換器316的輸出處的GATE_L0W信號(hào)，所述GATE_L0W信號(hào)被提供給與門327 —個(gè)輸入。與門327的另一輸入被提供用于導(dǎo)通M0SFET300 和 301 的 ON 信號(hào)。
[0053]與門328的輸出信號(hào)啟動(dòng)提供預(yù)定時(shí)間延遲周期的VGS定時(shí)器329，在預(yù)定時(shí)間延遲周期期滿后，由或門319產(chǎn)生FET_故障信號(hào)由或門319產(chǎn)生以設(shè)定第二 MOSFET故障狀態(tài)。該MOSFET故障狀態(tài)指示M0SFET300或301的柵源電壓低于閾值的一個(gè)時(shí)間周期，且該時(shí)間周期比VGS定時(shí)器329的時(shí)間延遲周期長(zhǎng)。
[0054]當(dāng)FET_故障被設(shè)定時(shí)，熱插拔控制器或系統(tǒng)可采取保護(hù)措施。例如，熱插拔控制器能斷開(kāi)所有的MOSFET從而切斷負(fù)載功率。在柵極到漏極短路的情況下，對(duì)熱插拔控制器來(lái)說(shuō)斷開(kāi)一個(gè)或多個(gè)MOSFET是不可能的。然而，MOSFET故障信號(hào)能被用來(lái)將負(fù)載置于低電流狀態(tài)中，關(guān)閉上游供應(yīng)，和/或標(biāo)識(shí)該服務(wù)系統(tǒng)。
[0055]因此，本發(fā)明的MOSFET故障檢測(cè)電路可提供:
[0056]一一個(gè)MOSFET故障的指示，當(dāng)該MOSFET被命令為ON且VDS高于預(yù)定時(shí)間周期的閾值時(shí)；
[0057]一一個(gè)MOSFET故障的指示，當(dāng)該MOSFET被命令為ON且所有MOSFET或多個(gè)MOSFET中任一個(gè)MOSFE的柵源電壓VGS低于預(yù)定時(shí)間周期的閾值時(shí)，即所有開(kāi)關(guān)或任一開(kāi)關(guān)的柵極控制信號(hào)不足以導(dǎo)通該開(kāi)關(guān)時(shí)；和/或
[0058]一并聯(lián)開(kāi)關(guān)的系統(tǒng)中一個(gè)開(kāi)關(guān)故障的指示，如果至少一個(gè)MOSFET既不限制電流也不具有低柵源電壓VGS，即，多個(gè)MOSFET中至少一個(gè)MOSFET的柵極控制信號(hào)不足以導(dǎo)通各自的MOSFET且沒(méi)有正在被主動(dòng)(actively)調(diào)節(jié)。
[0059]雖然圖3中示出了用于兩個(gè)MOSFET的MOSFET故障檢測(cè)，該配置能夠擴(kuò)展為檢測(cè)被布置為并聯(lián)的任何數(shù)量的MOSFET的故障狀態(tài)。
[0060]同時(shí)，本發(fā)明的故障檢測(cè)電路可用于以上討論的故障狀態(tài)的兩者中的一個(gè)或兩個(gè)。
[0061]前述的說(shuō)明示出并描述了本發(fā)明的各方面。此外，本披露僅示出并描述了優(yōu)選的實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)該理解本發(fā)明能夠用于多種其它合并、修改和環(huán)境，以及能夠在如本文所表達(dá)的本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)變化或修改，相當(dāng)于上述教導(dǎo)和/或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)。
[0062]例如，VDS能通過(guò)或不通過(guò)電流檢測(cè)電阻測(cè)量。VDS和VGS能提供在或門219或319之前或之后。
[0063]本文以上描述的實(shí)施例進(jìn)一步旨在闡述實(shí)施本發(fā)明所知的最佳模式，并能使本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員以這種或其它實(shí)施例以及由具體應(yīng)用或發(fā)明用途所要求的各種修改而利用本發(fā)明。相應(yīng)地，描述不是要將本發(fā)明限制于前文披露的形式。
【權(quán)利要求】
1.一種用于提供從輸入節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié)點(diǎn)的功率的系統(tǒng)，其特征在于，包括: 至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)耦合在所述輸入節(jié)點(diǎn)和所述輸出節(jié)點(diǎn)之間并由開(kāi)關(guān)控制信號(hào)控制，所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)用于執(zhí)行開(kāi)關(guān)工作以提供從所述輸入節(jié)點(diǎn)到所述輸出節(jié)點(diǎn)的功率，所述開(kāi)關(guān)被提供導(dǎo)通ON信號(hào)以命令所述開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，以及 故障檢測(cè)電路，所述故障檢測(cè)電路用于當(dāng)所述開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通且至少一個(gè)以下?tīng)顟B(tài)被檢測(cè)到時(shí)，指示所述開(kāi)關(guān)的故障狀態(tài): 所述開(kāi)關(guān)兩端的電壓超過(guò)預(yù)定值，或 所述開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的值不足以導(dǎo)通所述開(kāi)關(guān)； 僅當(dāng)所述檢測(cè)到的狀態(tài)出現(xiàn)預(yù)定時(shí)間周期時(shí)，指示所述故障狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)開(kāi)關(guān)并聯(lián)耦合在所述輸入節(jié)點(diǎn)和所述輸出節(jié)點(diǎn)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述多個(gè)開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通并且全部所述多個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)不足以導(dǎo)通所述多個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)，所述故障檢測(cè)電路被配置用來(lái)指示所述故障狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述多個(gè)開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通并且所述多個(gè)開(kāi)關(guān)中任一個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)不足以導(dǎo)通所述開(kāi)關(guān)時(shí)，所述故障檢測(cè)電路被配置用來(lái)指示所述故障狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述一個(gè)開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通，所述一個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)不足以導(dǎo)通所述開(kāi)關(guān)時(shí)且所述開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)沒(méi)有正在被調(diào)節(jié)時(shí)，所述故障檢測(cè)電路被配置用來(lái)指示所述故障狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個(gè)開(kāi)關(guān)包括金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管M0SFET，當(dāng)所述MOSFET被命令導(dǎo)通且所述MOSFET的漏極和源極之間的電壓高于第一預(yù)定時(shí)間周期的第一閾值時(shí)，所述故障檢測(cè)電路被配置用來(lái)指示所述故障狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個(gè)開(kāi)關(guān)包括M0SFET，當(dāng)所述MOSFET被命令導(dǎo)通且所述MOSFET的柵源電壓低于第二預(yù)定時(shí)間周期的第二閾值時(shí)，所述檢測(cè)檢測(cè)電路被配置用來(lái)指示所述故障狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)耦合在所述輸入和輸出節(jié)點(diǎn)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述多個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通并且全部所述多個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)的柵源電壓低于預(yù)定時(shí)間周期的閾值時(shí)，所述故障檢測(cè)電路被配置用來(lái)指示所述故障狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述多個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通并且所述多個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)中任一個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)的柵源電壓低于預(yù)定時(shí)間周期的閾值時(shí)，所述故障檢測(cè)電路被配置用來(lái)指示所述故障狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述多個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通并且一個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)的柵源電壓低于閾值且所述MOSFET開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)沒(méi)有正在被調(diào)節(jié)時(shí)，所述故障檢測(cè)電路被配置用來(lái)指示所述故障狀態(tài)。
12.一種用于檢測(cè)系統(tǒng)中的故障狀態(tài)的電路，其特征在于， 所述系統(tǒng)用于提供從輸入節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié)點(diǎn)的功率且具有耦合在所述輸入節(jié)點(diǎn)和所述輸出節(jié)點(diǎn)之間的一個(gè)或多個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)； 當(dāng)所述MOSFET被命令導(dǎo)通并且所述MOSFET的漏極和柵極之間的電壓高于第一預(yù)定時(shí)間周期的第一閾值時(shí)，或當(dāng)所述MOSFET被命令導(dǎo)通并且所述MOSFET的柵源電壓低于第二預(yù)定時(shí)間周期的第二閾值時(shí)，所述電路被配置用來(lái)指示所述MOSFET的故障狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路，其特征在于，多個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)被并聯(lián)布置在所述輸入節(jié)點(diǎn)和所述輸出節(jié)點(diǎn)之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其特征在于，當(dāng)所述多個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通，并且全部所述多個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)的柵源電壓低于所述第二預(yù)定時(shí)間周期的第二閾值時(shí)，指示所述MOSFET的故障狀態(tài)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其特征在于，當(dāng)所述多個(gè)MOSFET被命令導(dǎo)通，并且所述多個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)中任一個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)的柵源電壓低于所述第二預(yù)定時(shí)間周期的第二閾值時(shí)，指示所述MOSFET的故障狀態(tài)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其特征在于，當(dāng)所述多個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通，并且一個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)的柵源電壓低于所述第二閾值且所述MOSFET開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)沒(méi)有正在被調(diào)節(jié)時(shí)，指示所述MOSFET的故障狀態(tài)。
17.一種檢測(cè)系統(tǒng)中的故障狀態(tài)的方法，其特征在于， 所述系統(tǒng)用于提供從輸入節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié)點(diǎn)功率并具有耦合在所述輸入節(jié)點(diǎn)和所述輸出節(jié)點(diǎn)之間的一個(gè)或多個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)，所述方法包括: 當(dāng)所述MOSFET被命令導(dǎo)通并且所述MOSFET的漏極和源極之間的電壓高于第一預(yù)定時(shí)間周期的第一閾值時(shí)，指示所述MOSFET的故障狀態(tài)；或 當(dāng)所述MOSFET被命令導(dǎo)通并且所述MOSFET的柵源電壓低于第二預(yù)定時(shí)間周期的第二閾值時(shí)，指示所述MOSFET的故障狀態(tài)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)并聯(lián)耦合在所述輸入節(jié)點(diǎn)和所述輸出節(jié)點(diǎn)之間；當(dāng)所述多個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)被命令導(dǎo)通，并且一個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)的柵源電壓低于所述第二閾值且所述MOSFET開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)沒(méi)有正在被調(diào)節(jié)時(shí)，指示所述MOSFET的故障狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】H02M3/155GK104283421SQ201410333820
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】約書(shū)亞·約翰·西蒙森, 克里斯多夫·布魯斯·烏明格 申請(qǐng)人:凌力爾特有限公司