本申請(qǐng)主張于2015年10月5日在美國(guó)提交的第62/237,456號(hào)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)和于2015年12月7日在美國(guó)提交的第14/961,659號(hào)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，并在此包含了前述專(zhuān)利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施例涉及集成電路，特別地，涉及用于電子設(shè)備的開(kāi)關(guān)器件。

背景技術(shù)：

開(kāi)關(guān)器件用于電子設(shè)備中以將供電電源與其負(fù)載接通或者斷開(kāi)。這些開(kāi)關(guān)器件的典型應(yīng)用包括可移動(dòng)電路板(例如：擴(kuò)充板)、熱插拔存儲(chǔ)設(shè)備以及其它涉及將供電電源與其負(fù)載接通或者斷開(kāi)的應(yīng)用。用于這些應(yīng)用的典型開(kāi)關(guān)器件具有第一端和與該第一端相對(duì)的第二端，其第一端連接至供電電源，其第二端連接至負(fù)載。舉個(gè)具體例子，這種開(kāi)關(guān)器件可以用于允許熱插拔磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(本例中的負(fù)載)從磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)托架或者母板接收供電。該開(kāi)關(guān)器件可以采用功率晶體管實(shí)現(xiàn)。功率晶體管的柵極可以耦接電容器。該電容器在啟動(dòng)過(guò)程中被充電，一旦充電完成則該電容器使該功率晶體管保持導(dǎo)通以允許負(fù)載從供電電源接收供電電壓。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出了一種系統(tǒng)，包括第一單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件，包含第一引腳、第二引腳和第一功率開(kāi)關(guān)，該第一功率開(kāi)關(guān)用于在該系統(tǒng)導(dǎo)通時(shí)將該第一單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的第一引腳耦接至其第二引腳；第二單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件，包含第一引腳、第二引腳和第二功率開(kāi)關(guān)，該第二功率開(kāi)關(guān)用于在該系統(tǒng)導(dǎo)通時(shí)將該第二單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的第一引腳耦接至其第二引腳，并且該第二單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的第一引腳和第二引腳分別耦接至第一單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的第一引腳和第二引腳；該第二單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件進(jìn)一步包含均流電路，用于在該第二單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的輸出電流超過(guò)包含該第二單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器的多個(gè)并聯(lián)耦接的單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的總輸出電流的平均輸出電流時(shí)通過(guò)控制所述第二功率開(kāi)關(guān)降低該第二單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的輸出電流。

本發(fā)明的另一實(shí)施例提出了一種包括多個(gè)并聯(lián)耦接的單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的系統(tǒng)。每個(gè)單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件包含第一引腳、第二引腳和用于在該系統(tǒng)導(dǎo)通時(shí)將第一引腳耦接至第二引腳的功率開(kāi)關(guān)。每個(gè)單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件還可以包含均流電路，用于在該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的輸出電流大于該多個(gè)并聯(lián)耦接的單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的總輸出電流的平均電流時(shí)降低該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的輸出電流。

本發(fā)明的再一實(shí)施例提出了一種單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件，包括：第一引腳，用于接收輸入電壓；第二引腳，用于耦接負(fù)載；功率開(kāi)關(guān)，用于在該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)將所述第一引腳耦接至所述第二引腳；和均流電路，用于在該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的啟動(dòng)過(guò)程中基于該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的輸出電流與包含該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的多個(gè)并聯(lián)耦接的單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的總輸出電流的平均輸出電流的相對(duì)大小控制所述功率開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明的又一實(shí)施例提出了一種方法，包括：在單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的第一引腳接收輸入電壓；響應(yīng)于該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件從關(guān)斷切換至導(dǎo)通，將該輸入電壓通過(guò)功率開(kāi)關(guān)輸送至該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的第二引腳；將該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的輸出電流與包含該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的多個(gè)并聯(lián)耦接的單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的總輸出電流的平均輸出電流相比較；以及在該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的輸出電流超過(guò)所述平均輸出電流時(shí)，降低該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的輸出電流。

本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)方案可以防止每個(gè)并聯(lián)耦接的單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件在系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中吸取比其余開(kāi)關(guān)器件過(guò)量的電流，使系統(tǒng)平穩(wěn)啟動(dòng)。

附圖說(shuō)明

下面的附圖有助于更好地理解接下來(lái)對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的描述。為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，不同附圖中相同或類(lèi)似的組件或結(jié)構(gòu)采用相同的附圖標(biāo)記。

圖1示意出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于將供電電源連接至負(fù)載的系統(tǒng)100的電路架構(gòu)示意圖。

圖2示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件103的電路架構(gòu)示意圖。

圖3示意出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于將供電電源連接至一個(gè)或多個(gè)負(fù)載的系統(tǒng)300的電路架構(gòu)示意圖。

圖4示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件103在獨(dú)立模式下的示意圖。

圖5示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件103在啟動(dòng)過(guò)程中的一組啟動(dòng)時(shí)序波形示意圖。

圖6和圖7示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件103在有功率限定以及軟啟動(dòng)限流時(shí)的受控啟動(dòng)波形示意圖。

圖8示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件103無(wú)故障狀態(tài)下其功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通/關(guān)斷切換控制波形示意圖。

圖9示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件103的下拉模式控制波形示意圖。

圖10示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件103據(jù)GOK引腳提供的故障指示控制功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換的波形示意圖。

圖11，示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件405。

圖12示意出了單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件405的更詳細(xì)電路示意圖。

圖13示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的包含多個(gè)單片集成電路開(kāi)關(guān)器件405的系統(tǒng)400的架構(gòu)示意圖。

圖14示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)410的架構(gòu)示意圖。

圖15示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件412的電路架構(gòu)示意圖。

圖16示出了包含多個(gè)并聯(lián)耦接的開(kāi)關(guān)器件的系統(tǒng)在沒(méi)有均流電路/均流措施時(shí)(例如圖13示意的系統(tǒng))的仿真波形。

圖17示出了包含多個(gè)并聯(lián)耦接的開(kāi)關(guān)器件的系統(tǒng)在有均流電路/均流措施時(shí)(例如圖14示意的系統(tǒng))的仿真波形。

圖18示出了一種根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的操作包含開(kāi)關(guān)器件的系統(tǒng)的方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

在下面對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述中，為了更好地理解本發(fā)明的實(shí)施例，描述了大量的電路、元件、方法等的具體細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，即使缺少一些細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實(shí)施。為清晰明了地闡述本發(fā)明，一些為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的細(xì)節(jié)在此不再贅述。

圖1示意出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于將供電電源連接至負(fù)載的系統(tǒng)100的電路架構(gòu)示意圖。在圖1示例中，系統(tǒng)100可以包括單晶片微控制器101和單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件103。該開(kāi)關(guān)器件103可以是“智能開(kāi)關(guān)”，也就是說(shuō)該開(kāi)關(guān)器件103是可控的(例如可以由微控制器控制)，并且集成有用于驅(qū)動(dòng)功率晶體管的驅(qū)動(dòng)電路以及用于向微控制器提供開(kāi)關(guān)和供電電源狀態(tài)的監(jiān)測(cè)電路。

在圖1的示例性實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)器件103具有多個(gè)引腳，包括VIN引腳用于接收輸入供電電壓V_IN和VOUT引腳用于連接至負(fù)載。該開(kāi)關(guān)器件103可以包括功率開(kāi)關(guān)(參考圖2示意的開(kāi)關(guān)201)，例如功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。該功率開(kāi)關(guān)可以具有耦接至VIN引腳的第一端(例如漏端)和耦接至VOUT引腳的第二端(例如源端)。該開(kāi)關(guān)器件103還可以包括功率開(kāi)關(guān)柵極驅(qū)動(dòng)電路以驅(qū)動(dòng)所述功率開(kāi)關(guān)的柵極從而控制該功率開(kāi)關(guān)以受控的方式進(jìn)行導(dǎo)通和關(guān)斷切換。當(dāng)該功率開(kāi)關(guān)被導(dǎo)通，則該功率開(kāi)關(guān)將VIN引腳接收的輸入供電電壓V_IN耦接至連接于VOUT引腳的負(fù)載。在圖1的示例中，輸入供電電壓V_IN示意為12V，提供60A的供電電流。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解這僅僅是示例，系統(tǒng)100還可以被用于將其它提供不同電壓和電流的供電電源耦接至負(fù)載。

在圖1的示例中，開(kāi)關(guān)器件103可以進(jìn)一步具有GOK引腳，用于指示系統(tǒng)故障(例如：過(guò)溫故障、短路故障、功率開(kāi)關(guān)短路故障等)；GND引腳，用于將開(kāi)關(guān)器件103耦接至信號(hào)地；ON/PD引腳用于使能或不使能該開(kāi)關(guān)器件103或者將該開(kāi)關(guān)器件103置于下拉模式；D_OC引腳，用于提供數(shù)字過(guò)流指示信號(hào)；VTEMP引腳用于指示開(kāi)關(guān)器件103的結(jié)溫度(例如，該單片集成電路的晶片溫度)；電流檢測(cè)(CS)引腳用于提供指示開(kāi)關(guān)器件103的輸出電流量(例如，從輸出引腳VOUT流出的DC電流量)的指示信號(hào)；CLREF引腳，用于接收限流參考信號(hào)；GATE或SS引腳用于耦接電容以控制所述功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通斜率；VDD33引腳用于輸出內(nèi)部(即單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件103內(nèi)部)的低壓差電壓調(diào)節(jié)器(LDO)輸出電壓。

在圖1的示例中，微控制器101可以包括智能開(kāi)關(guān)控制電路102。該智能開(kāi)關(guān)控制電路102包括多路轉(zhuǎn)換器(MUX)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和控制及編程邏輯電路104(例如，固件、可編程邏輯)。該微控制器101可以基于開(kāi)關(guān)器件103的狀態(tài)將其使能或者不使能。該微控制器101可以接收來(lái)自開(kāi)關(guān)器件103的狀態(tài)指示信號(hào)(例如溫度指示信號(hào)、電流檢測(cè)指示信號(hào)、故障指示信號(hào)等)。該微控制器101可以采用任何通用微處理器或則其它單晶片處理器實(shí)現(xiàn)，具有集成的輸入/輸出引腳、可被配置固件、以及數(shù)據(jù)獲取或數(shù)據(jù)處理能力。該微處理器101是“通用的”可以指該微處理器并不需要專(zhuān)門(mén)針對(duì)所述開(kāi)關(guān)器件103設(shè)計(jì)，而是可以包括通用的微處理器或微控制器元件，例如處理器和存儲(chǔ)器。優(yōu)勢(shì)之一在于該開(kāi)關(guān)器件103可以采用通用微控制器控制，而無(wú)需專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的外部控制器以提供該開(kāi)關(guān)器件103與微控制器接口。該開(kāi)關(guān)器件103可以直接由該微控制器101控制。

在圖1的示例中，微控制器101接收由開(kāi)關(guān)器件103提供的狀態(tài)指示信號(hào)并且基于這些指示信號(hào)控制開(kāi)關(guān)器件103工作。更具體地，開(kāi)關(guān)器件103的CS引腳、IMON引腳、VTEMP引腳、D_OC引腳和GOK引腳可以耦接至微控制器101以允許該微控制器101從前述各引腳接收狀態(tài)指示信號(hào)并對(duì)這些指示信號(hào)進(jìn)行處理。例如，該微控制器101可以從開(kāi)關(guān)器件103的一個(gè)引腳(例如VTEMP引腳)接收一個(gè)狀態(tài)指示信號(hào)(例如結(jié)溫度指示信號(hào))，并將該狀態(tài)指示信號(hào)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器以進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將該狀態(tài)指示信號(hào)的數(shù)字等效送至所述控制及編程邏輯電路104進(jìn)行處理。該微控制器101也可以被耦接以采用類(lèi)似的方式對(duì)輸入供電電壓V_IN和輸出電壓V_OUT進(jìn)行檢測(cè)。具體地，該微控制器101可以在VINSEN引腳檢測(cè)輸入供電電壓V_IN并在VOSEN引腳檢測(cè)輸出電壓V_OUT，然后將檢測(cè)的輸入供電電壓V_IN或檢測(cè)的輸出電壓V_OUT經(jīng)包括智能開(kāi)關(guān)控制電路102中的MUX和ADC的通路送至所述控制及編程邏輯電路104進(jìn)行處理。

在圖1的示例中，開(kāi)關(guān)器件103的GOK引腳和D_OC引腳可以輸出數(shù)字狀態(tài)指示信號(hào)，由微控制器101的數(shù)字輸入引腳接收后送至控制及編程邏輯電路104進(jìn)行處理。在一個(gè)實(shí)施例中，由開(kāi)關(guān)器件103的GOK引腳和D_OC引腳輸出的狀態(tài)指示信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，因而可以不經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換而由控制及編程邏輯電路104進(jìn)行處理。

在圖1的示例中，微控制器101具有GOK引腳用于耦接至開(kāi)關(guān)器件103的GOK引腳。來(lái)自開(kāi)關(guān)器件103的GOK引腳的故障指示信號(hào)可以指示開(kāi)關(guān)器件103是正常工作還是出現(xiàn)了故障。微控制器101從開(kāi)關(guān)器件103的GOK引腳接收并處理該故障指示信號(hào)以控制開(kāi)關(guān)器件103。例如，當(dāng)故障信號(hào)指示開(kāi)關(guān)器件103出現(xiàn)了故障時(shí)，微控制器101可以控制該開(kāi)關(guān)器件103進(jìn)入下拉模式或者將該開(kāi)關(guān)器件103不使能。

在圖1的示例中，微控制器101具有ON/PD引腳用于耦接至開(kāi)關(guān)器件103的ON/PD引腳。微控制器101可以通過(guò)向開(kāi)關(guān)器件103的ON/PD引腳提供使能信號(hào)以控制開(kāi)關(guān)器件103使能。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)該使能信號(hào)在開(kāi)關(guān)器件103的ON/PD引腳處生效時(shí)，開(kāi)關(guān)器件103被使能，即可工作以將輸入供電電源耦接至負(fù)載。當(dāng)該使能信號(hào)在開(kāi)關(guān)器件103的ON/PD引腳處不生效時(shí)，開(kāi)關(guān)器件103不使能，將輸入供電電源與負(fù)載斷開(kāi)。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)使能信號(hào)保持在設(shè)定的電平滿(mǎn)了設(shè)定的時(shí)間時(shí)，開(kāi)關(guān)器件103恢復(fù)至下拉模式，在該下拉模式開(kāi)關(guān)器件103將輸出電壓V_OUT下拉。

在圖1的示例中，控制及編程邏輯電路104可以被構(gòu)建以獲取或決定軟啟動(dòng)限流值。該控制及編程邏輯電路104還可以根據(jù)檢測(cè)的輸入供電電壓V_IN和輸出電壓V_OUT和/或者基于系統(tǒng)負(fù)載調(diào)節(jié)要求隨時(shí)調(diào)節(jié)該限流值。該限流值可以通過(guò)智能開(kāi)關(guān)控制電路102中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬形式的限流參考信號(hào)或者被轉(zhuǎn)換器為數(shù)字編碼輸出之后再經(jīng)分立元件轉(zhuǎn)換為模擬形式。微控制器101在CLREF引腳將限流參考信號(hào)(模擬形式或者數(shù)字形式的)輸出。開(kāi)關(guān)器件103相應(yīng)地在其CLREF引腳接收該限流參考信號(hào)。

在圖1的示例中，微控制器101從開(kāi)關(guān)器件103接收兩個(gè)供電電流指示信號(hào)。第一供電電流指示信號(hào)可以是由開(kāi)關(guān)電路103的CS引腳輸出的電流采樣信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，該電流采樣信號(hào)可以是正比于輸出電流的電流信號(hào)，可以用于均流及過(guò)流保護(hù)控制。第二供電電流指示信號(hào)可以是由開(kāi)關(guān)電路103的IMON引腳輸出的電流監(jiān)測(cè)信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，該電流監(jiān)測(cè)信號(hào)可以是線性正比于輸出電流的電壓信號(hào)并且具有相對(duì)較小的幅值(例如，其幅值可以在OV到1.6V的范圍)。這使得該電流監(jiān)測(cè)信號(hào)非常有助于該微控制器101準(zhǔn)確探測(cè)流過(guò)開(kāi)關(guān)器件103中的功率開(kāi)關(guān)的電流量。

由于各種原因包括安全性、出問(wèn)題的可能性及負(fù)載均衡等等，最好獲得開(kāi)關(guān)器件103的結(jié)溫度。因此，在圖1的示例中，微控制器101還接收表征開(kāi)關(guān)器件103的結(jié)溫度的溫度指示信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，由開(kāi)關(guān)器件103的VTEMP引腳提供的溫度指示信號(hào)可以是正比于結(jié)溫度的電壓信號(hào)(例如，10mv/℃)。控制及編程邏輯電路104可以基于該結(jié)溫度指示信號(hào)將結(jié)溫度考慮在內(nèi)以決定是否將開(kāi)關(guān)器件103不使能、或觸發(fā)警報(bào)、或報(bào)告故障狀態(tài)等等。

圖2示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件103的電路架構(gòu)示意圖。在圖2的示例中，開(kāi)關(guān)器件103的功率開(kāi)關(guān)201被示意為功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管。電流采樣電路202用于采樣從VIN引腳流向VOUT引腳的電流。該電流采樣電路202在CS引腳輸出相應(yīng)的電流采樣信號(hào)并在IMON引腳輸出相應(yīng)的電流監(jiān)測(cè)信號(hào)。尺寸遠(yuǎn)小于功率開(kāi)關(guān)201的晶體管203(例如：尺寸是功率開(kāi)關(guān)201的1/10000的場(chǎng)效應(yīng)晶體管)與該功率開(kāi)關(guān)201并聯(lián)耦接用作電流采樣。電流采樣信號(hào)(例如為電壓信號(hào))可以通過(guò)比較器204與電壓閾值(例如圖2中示意為1V)相比較以探測(cè)過(guò)流狀態(tài)，該過(guò)流狀態(tài)可以在D_OC引腳上以數(shù)字過(guò)流指示信號(hào)來(lái)指示。開(kāi)關(guān)器件103在CLREF引腳接收限流參考信號(hào)。該限流參考信號(hào)通過(guò)運(yùn)算放大器205與電流采樣信號(hào)(例如為電壓信號(hào))進(jìn)行運(yùn)算以控制功率開(kāi)關(guān)201的柵極，從而在啟動(dòng)過(guò)程中限制過(guò)涌電流，例如在將可移動(dòng)電路卡插入正在工作(例如被供電)的底板時(shí)。類(lèi)似地，運(yùn)算放大器205的輸出可以控制功率開(kāi)關(guān)201的柵極以限制在正常工作模式或者節(jié)能模式下從VIN引腳供向VOUT引腳的負(fù)載電流。在一個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)算放大器205可以是跨導(dǎo)運(yùn)算放大器。

在圖2的示例中，低壓差電壓調(diào)節(jié)器(LDO)從VIN引腳接收輸入供電電壓V_IN并向VDD33引腳提供調(diào)節(jié)后電壓(例如3.3V)。熱感測(cè)電路206感測(cè)開(kāi)關(guān)器件103的結(jié)溫度并將感測(cè)結(jié)果送至邏輯控制電路207。該邏輯控制電路207在VTEMP引腳輸出相應(yīng)的結(jié)溫度指示信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，邏輯控制電路207實(shí)現(xiàn)過(guò)溫鎖存以在結(jié)溫度達(dá)到結(jié)溫度限制閾值(例如145℃)時(shí)將開(kāi)關(guān)器件103關(guān)斷。

在一個(gè)實(shí)施例中，邏輯控制電路在GOK引腳輸出故障指示信號(hào)以表征短路故障、功率開(kāi)關(guān)201短接或斷路故障、過(guò)溫故障、或者其它故障狀態(tài)。GOK引腳可以是柵極耦接邏輯控制電路207的輸出、源極耦接至地的晶體管211的漏極輸出。在正常工作模式下，GOK引腳輸出的即為晶體管211的漏極開(kāi)路電壓，而在故障狀態(tài)下(即探測(cè)到任何故障時(shí))，GOK引腳被拉至低電位。開(kāi)關(guān)器件103的ON/PD引腳可以接收由微控制器101提供的使能信號(hào)，該使能信號(hào)送至開(kāi)關(guān)器件103中的ON/PD控制電路208，該ON/PD控制電路208將其進(jìn)一步傳輸至邏輯控制電路207。當(dāng)使能信號(hào)不生效時(shí)，邏輯控制電路207將功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷，從而把輸入供電電源與負(fù)載斷開(kāi)。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)使能信號(hào)保持在設(shè)定的電平滿(mǎn)了設(shè)定的時(shí)間時(shí)，ON/PD控制電路208將VOUT引腳拉低。

在圖2的示例中，金屬選件210可以允許GATE/SS引腳直接連接至功率開(kāi)關(guān)201的柵極或者軟啟動(dòng)電路211。當(dāng)GATE/SS引腳被選擇(通過(guò)該金屬選件210)直接連接至功率開(kāi)關(guān)201的柵極時(shí)，可以在GATE/SS引腳耦接電容個(gè)以降低啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。當(dāng)GATE/SS引腳被選擇(通過(guò)該金屬選件210)直接連接至軟啟動(dòng)電路211時(shí)，耦接在GATE/SS引腳的電容可以用于設(shè)定軟啟動(dòng)時(shí)間。

圖3示意出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于將供電電源連接至一個(gè)或多個(gè)負(fù)載的系統(tǒng)300的電路架構(gòu)示意圖。在圖3的示例中，單個(gè)供電電源被示意為并聯(lián)連接至多個(gè)開(kāi)關(guān)器件103以為該多個(gè)開(kāi)關(guān)器件103提供供電輸入電壓V_IN。微控制器301分別從該多個(gè)開(kāi)關(guān)器件103接收多個(gè)電流采樣信號(hào)以分別用于對(duì)該多個(gè)開(kāi)關(guān)器件103進(jìn)行各自的控制和狀態(tài)診斷。

在圖3的示例中，由該多個(gè)開(kāi)關(guān)器件103各自提供的多個(gè)電流監(jiān)測(cè)信號(hào)可以被微控制器301分開(kāi)接收。該多個(gè)電流監(jiān)測(cè)信號(hào)也可以被耦接在一起送至微控制器301，或者被分為多個(gè)組，每組中的電流監(jiān)測(cè)信號(hào)被耦接在一起送至微控制器301。對(duì)于溫度指示信號(hào)也可以采用同樣的方式送至微控制器301。在圖3的示例中，微控制器301具有足夠的集成數(shù)字和/或模擬輸入/輸出(I/O)端口以及數(shù)據(jù)獲取元件以適應(yīng)多個(gè)開(kāi)關(guān)器件103的控制。

在圖3的示例中，兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件103(上端和中間的)被分為一組并聯(lián)接收輸入供電電壓V_IN并且將這兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件103的輸出端VOUT連接在一起提供組合輸出電壓VOUT(主軌)。另一個(gè)獨(dú)立的開(kāi)關(guān)器件103(下端的)也并聯(lián)接收所述輸入供電電壓V_IN，但是其輸出端VOUT獨(dú)立地提供獨(dú)立輸出電壓VOUT_A(輔助軌)。圖3的結(jié)構(gòu)允許基于單個(gè)輸入供電電壓V_IN產(chǎn)生兩個(gè)輸出電壓VOUT和VOUT_A。

在這種并聯(lián)結(jié)構(gòu)中，提供至少兩個(gè)供電電流的指示信號(hào)給微控制器顯得尤其有利，因?yàn)檫@樣每個(gè)開(kāi)關(guān)器件103可以獨(dú)立地向微控制器提供各自的電流采樣信號(hào)從而用于每個(gè)開(kāi)關(guān)器件103的獨(dú)立限流設(shè)定。在圖3的示例中，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件103的CS引腳輸出的電流采樣信號(hào)被獨(dú)立地送至微控制器301。兩個(gè)或者多個(gè)開(kāi)關(guān)器件103的IMON引腳提供的電流監(jiān)測(cè)信號(hào)可以被組合在一起送至微控制器301以判定一組開(kāi)關(guān)器件103(即電流監(jiān)測(cè)信號(hào)被組合在一起的那組開(kāi)關(guān)器件103)的總輸出電流量。圖3示意出了將三個(gè)開(kāi)關(guān)器件103的IMON引腳耦接在一起以向微控制器301提供組合電流監(jiān)測(cè)信號(hào)的例子，該組合電流監(jiān)測(cè)信號(hào)表征了三個(gè)開(kāi)關(guān)器件103的總輸出電流量。該組合電流監(jiān)測(cè)信號(hào)由微控制器301的單個(gè)IMON引腳接收。

圖4示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件103在獨(dú)立模式(即不受微控制器控制時(shí))的示意圖。在圖4的示例中，開(kāi)關(guān)器件103的GATE/SS引腳可以耦接電容器以控制該開(kāi)關(guān)器件103中的功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通程度從而實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。CS引腳可以耦接電阻R_CS以設(shè)定過(guò)流標(biāo)志(D_OC)電流水平以及允許流過(guò)功率開(kāi)關(guān)201(參見(jiàn)圖2示意)的最大直流輸出電流。過(guò)流標(biāo)志參考水平可以由開(kāi)關(guān)器件103決定。最大允許限流參考水平可以通過(guò)將電阻R_CL連接至CLREF引腳實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，采用10μA的內(nèi)部電流源驅(qū)動(dòng)CLREF引腳，則10μA*R_cL便定義了最大允許限流。例如，在CLREF引腳的電壓設(shè)定為1.4V的應(yīng)用中，當(dāng)電阻R_CL與電流采樣信號(hào)的積大于1.4V時(shí)，將要超過(guò)設(shè)定的最大被允許直流輸出電流的輸出電流便可以在1.4V被鉗制下來(lái)。若過(guò)流狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間滿(mǎn)了預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，則將開(kāi)關(guān)器件103關(guān)斷。在軟啟動(dòng)過(guò)程中，限流參考水平可以被自動(dòng)調(diào)整到更低的水平以控制電流斜坡上升并保證安全工作。

圖5示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件103在啟動(dòng)過(guò)程中的一組啟動(dòng)時(shí)序波形示意圖。對(duì)于熱插拔應(yīng)用，開(kāi)關(guān)器件103的VIN引腳在熱插拔過(guò)程中可能經(jīng)歷電壓過(guò)沖或瞬態(tài)變化，例如當(dāng)包含開(kāi)關(guān)器件103的電路卡被插入正在工作(例如被供電)的底板時(shí)。這種電壓過(guò)沖或瞬態(tài)變化通常是由VIN引腳上的輸入線路和輸入電容的寄生電感引起的。當(dāng)開(kāi)關(guān)器件103被構(gòu)建與微控制器一起工作時(shí)(參見(jiàn)圖1示意)，受微控制器控制，ON/PD引腳可以被拉低以將功率開(kāi)關(guān)201關(guān)斷并保持一定的插卡延時(shí)，從而使輸入供電電壓V_IN穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)該插卡延時(shí)之后，ON/PD引腳可以被驅(qū)動(dòng)至高以將功率開(kāi)關(guān)201導(dǎo)通。

如圖5所示，輸入供電電壓V_IN以相對(duì)較快的速率增大，相應(yīng)地在開(kāi)關(guān)器件103被接入電壓變化率(即較高的dv/dt)較快的輸入供電電壓V_IN時(shí)，其柵極可以由開(kāi)關(guān)器件內(nèi)部的控制電路被拉低。開(kāi)關(guān)器件103內(nèi)部的LDO在VDD33引腳輸出的調(diào)節(jié)后電壓跟隨輸入供電電壓V_IN增大。

當(dāng)開(kāi)關(guān)器件103與微控制器一起工作時(shí)，該微控制器可以由LDO在VDD33引腳提供的調(diào)節(jié)后電壓供電或者由3.3V的外部電源供電。開(kāi)關(guān)器件103的功率開(kāi)關(guān)201保持關(guān)斷直到微控制器將ON/PD引腳上的使能信號(hào)拉高。當(dāng)使能信號(hào)變高時(shí)，功率開(kāi)關(guān)201由內(nèi)部電荷泵充電。一旦功率開(kāi)關(guān)201的柵源電壓V_GS達(dá)到柵源閾值V_GSTH時(shí)，輸出電壓V_OUT開(kāi)始增大。

圖6和圖7示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件103在有功率限定以及軟啟動(dòng)限流時(shí)的受控啟動(dòng)波形示意圖。在軟啟動(dòng)過(guò)程中，開(kāi)關(guān)器件103的輸出電流可以由CLREF引腳輸入的限流參考信號(hào)限定。在一個(gè)實(shí)施例中，CS引腳處的電流采樣信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器205與限流參考信號(hào)比較(參見(jiàn)圖2示意)以調(diào)整功率開(kāi)關(guān)201的柵極電壓并防止輸出電流超過(guò)與該限流參考信號(hào)對(duì)應(yīng)的限流值。在啟動(dòng)過(guò)程中，該限流參考信號(hào)應(yīng)該被設(shè)定在比正常工作時(shí)相對(duì)較低的值以控制輸出電壓V_OUT逐步上升。當(dāng)輸出電壓V_OUT上升至接近輸入供電電壓V_IN時(shí)，該限流參考信號(hào)可以被提升至正常工作時(shí)的滿(mǎn)幅限流值，功率開(kāi)關(guān)201的柵極被完全驅(qū)動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)始從輸入供電電源吸取電能。

在啟動(dòng)過(guò)程中，為防止開(kāi)關(guān)器件103過(guò)熱，還可以在啟動(dòng)過(guò)程中加入最大功率限定功能。在一個(gè)實(shí)施例中，CLREF引腳處提供的限流參考信號(hào)具有取決于V_IN-V_OUT的內(nèi)置最大鉗制。當(dāng)V_OUT＜30％V_IN時(shí)，限流參考信號(hào)被鉗制在200mV；當(dāng)30％V_IN＜V_OUT＜80％V_IN時(shí)，限流參考信號(hào)被鉗制在600mV；當(dāng)80％V_IN＜V_OUT時(shí)，限流參考信號(hào)不再被鉗制。

在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)器件103的ON/PD引腳可以被用于控制功率開(kāi)關(guān)201的導(dǎo)通/關(guān)斷切換或者用于選擇輸出電壓下拉模式。例如，當(dāng)ON/PD引腳被用于控制功率開(kāi)關(guān)201的導(dǎo)通/關(guān)斷切換時(shí)，在ON/PD引腳處的使能信號(hào)高于1.4V則將功率開(kāi)關(guān)201導(dǎo)通，若該使能信號(hào)低于1.2V則將功率開(kāi)關(guān)201關(guān)斷。當(dāng)ON/PD引腳被用于控制輸出電壓V_OUT的下拉模式時(shí)，舉個(gè)例子，ON/PD引腳處的電壓可以被鉗制在1V左右超過(guò)200μs，開(kāi)關(guān)器件103可以被構(gòu)建為在ON/PD引腳處的電壓位于0.8V和1.2V之間滿(mǎn)200μs時(shí)進(jìn)入下拉模式。

在一個(gè)實(shí)施例中，在LDO輸出的調(diào)節(jié)后電壓和輸入供電電壓V_IN均大于欠壓鎖存閾值之后，或者在ON/PD控制邏輯變高之后，以前二者情況最后發(fā)生者為準(zhǔn)，ON/PD控制電路208(參見(jiàn)圖2示意)具有設(shè)定的例如1ms的消隱時(shí)間。在消隱時(shí)間內(nèi)，所有故障功能都是可工作的，以使GOK引腳處的故障指示信號(hào)在檢測(cè)到故障狀態(tài)時(shí)被拉高，而在未檢測(cè)到故障狀態(tài)時(shí)保持低。在消隱時(shí)間內(nèi)，ON/PD引腳處的高電平信號(hào)并不會(huì)使功率開(kāi)關(guān)201導(dǎo)通。在該消隱時(shí)間結(jié)束時(shí)，若未檢測(cè)到故障狀態(tài)，則ON/PD引腳允許進(jìn)入正常工作模式以將功率開(kāi)關(guān)201導(dǎo)通。一旦ON/PD引腳處的電壓被拉高至高于1.4V并且消隱時(shí)間結(jié)束，內(nèi)部電流源將對(duì)功率開(kāi)關(guān)201的柵極充電。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)201的柵極電壓達(dá)到柵源閾值V_GSTH時(shí)，輸出電壓V_OUT開(kāi)始增大。輸出電壓跟隨由CLREF引腳控制的限流參考信號(hào)和輸出電容增大。圖8示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件103無(wú)故障狀態(tài)下其功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通/關(guān)斷切換控制波形示意圖。

在一個(gè)實(shí)施例中，ON/PD引腳處的電壓受5μA的內(nèi)部電流源控制被拉高。當(dāng)開(kāi)關(guān)器件103工作于獨(dú)立模式(即不受微控制器控制)時(shí)，可以在ON/PD引腳和地之間耦接外部電容。在啟動(dòng)過(guò)程中，5μA的內(nèi)部電流源對(duì)該外部電容充電以實(shí)現(xiàn)對(duì)插卡延時(shí)的設(shè)定。一旦ON/PD引腳處的電壓達(dá)到導(dǎo)通閾值，則功率開(kāi)關(guān)201可被導(dǎo)通。

圖9示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件103的下拉模式控制波形示意圖。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)ON/PD引腳處的電壓被設(shè)定在1V左右超過(guò)200μs時(shí)，開(kāi)關(guān)器件103將工作于下拉模式。在這一模式下，當(dāng)功率開(kāi)關(guān)201被關(guān)斷經(jīng)過(guò)設(shè)定的延時(shí)例如5ms后，連接于VOUT引腳(輸出端)的內(nèi)部集成的下拉源(例如電阻或者內(nèi)部PD開(kāi)關(guān))對(duì)輸出電壓V_OUT進(jìn)行放電。當(dāng)ON/PD引腳處的電壓直接被拉至低時(shí)，下拉模式不使能，輸出電壓V_OUT通過(guò)外部負(fù)載放電。

圖10示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件103據(jù)GOK引腳提供的故障指示控制功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷切換的波形示意圖。在一個(gè)實(shí)施例中，GOK引腳處提供的故障指示信號(hào)可以是一個(gè)漏極開(kāi)路且低有效的信號(hào)以用于報(bào)告開(kāi)關(guān)器件103的故障。當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，GOK引腳處的故障指示信號(hào)被拉低。當(dāng)故障解除時(shí)，GOK引腳處的故障指示信號(hào)被拉高至LDO輸出的調(diào)節(jié)后電壓，即VDD33引腳處的電壓，例如通過(guò)100kΩ的上拉電阻。GOK引腳的輸出在LDO的輸出啟動(dòng)過(guò)程中是要被拉低的。

現(xiàn)參考圖11，示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件405。開(kāi)關(guān)器件405可以看作開(kāi)關(guān)器件103(圖2示意)的一個(gè)具體實(shí)施例。開(kāi)關(guān)器件405是單晶片集成電路在于其被制作成單個(gè)裸晶芯片。在圖11的例子中，開(kāi)關(guān)器件405具有多個(gè)引腳，例如包括IN引腳用于接收輸入供電電壓VIN和OUT引腳用于提供輸出電壓VOUT至負(fù)載(例如其它電路)。在圖11的例子中，輸出電容C2被耦接至OUT引腳。

開(kāi)關(guān)器件405可以包括功率開(kāi)關(guān)(參見(jiàn)圖12中示意的功率開(kāi)關(guān)421)，例如可以是功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管。該功率開(kāi)關(guān)可以具有耦接于IN引腳的第一端(例如漏極)和耦接于OUT引腳的第二端(例如源極)。開(kāi)關(guān)器件405包括控制電路用于驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)的柵極以使該功率開(kāi)關(guān)以受控的方式進(jìn)行導(dǎo)通和關(guān)斷切換。在圖11的示例中，開(kāi)關(guān)器件405包括ON引腳用于接收將該開(kāi)關(guān)器件405導(dǎo)通或關(guān)斷的使能信號(hào)。當(dāng)該開(kāi)關(guān)器件405導(dǎo)通時(shí)，其IN引腳通過(guò)其功率開(kāi)關(guān)被耦接至OUT引腳。當(dāng)該開(kāi)關(guān)器件405關(guān)斷時(shí)，其功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷從而將TN引腳與OUT引腳斷開(kāi)。該開(kāi)關(guān)器件405可以由外部電路(例如微控制器)提供使能信號(hào)至其ON引腳以控制其導(dǎo)通和關(guān)斷切換。

在圖11的示例中，開(kāi)關(guān)器件405進(jìn)一步包括SS引腳用于接收軟啟動(dòng)信號(hào)、ILIMIT引腳用于接收限流參考信號(hào)、IS引腳用于輸出電流采樣信號(hào)以及GND引腳用于耦接參考地。

在圖11的示例中，ILIMIT引腳耦接外部電阻R1以便設(shè)定開(kāi)關(guān)器件405的限流值。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)器件405包括內(nèi)置電流源(參見(jiàn)圖12中示意的電流源423)用于輸出限流電流至ILIMIT引腳。該限流電流流經(jīng)電阻R1產(chǎn)生限流電壓VLIM，從而設(shè)定了開(kāi)關(guān)器件405的限流值。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)器件405還包括電流采樣電路(參見(jiàn)圖12中示意的電流采樣電路424)，用于輸出采樣電流，該采樣電流表征了流過(guò)OUT引腳的輸出電流。該采樣電流從IS引腳輸出并流經(jīng)耦接于該IS引腳的外部電阻R2從而產(chǎn)生電流采樣電壓VCS。開(kāi)關(guān)器件405可以將該電流采樣電壓VCS與限流電壓VLIM比較以判斷過(guò)流。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)器件405還包括內(nèi)置軟啟動(dòng)電路(參見(jiàn)圖12中示意的軟啟動(dòng)電路426)用于向SS引腳輸出軟啟動(dòng)電流。參見(jiàn)圖11的例子，可以在SS引腳耦接外部電容C1，軟啟動(dòng)電流對(duì)該電容C1充電從而產(chǎn)生軟啟動(dòng)電壓。該開(kāi)關(guān)器件405還可以包括其它電路，例如熱感測(cè)電路以用于感測(cè)開(kāi)關(guān)器件405的結(jié)溫度，或者其它在開(kāi)關(guān)器件103中包含并已在上文描述過(guò)的電路(參見(jiàn)圖2示意)。

在圖11的示例中，軟啟動(dòng)電壓、限流電壓VLIM以及電流采樣電壓VCS均通過(guò)向開(kāi)關(guān)器件405的相應(yīng)引腳耦接無(wú)源元件(例如電阻或者電容)來(lái)設(shè)定。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，軟啟動(dòng)電壓、限流電壓VLIM和/或電流采樣電壓VCS還可以通過(guò)微控制器或者其它電路被提供或者被監(jiān)測(cè)。

圖12示意出了單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件405的更詳細(xì)電路示意圖。在圖12的示例中，開(kāi)關(guān)器件405包括功率開(kāi)關(guān)421和采樣晶體管422。該功率開(kāi)關(guān)421可以使N溝道場(chǎng)效應(yīng)管。該采樣晶體管422可以是另一N溝道場(chǎng)效應(yīng)管。當(dāng)開(kāi)關(guān)器件405被ON引腳處的使能信號(hào)導(dǎo)通時(shí)，功率開(kāi)關(guān)421導(dǎo)通以將IN引腳耦接至OUT引腳。采樣晶體管422與該功率開(kāi)關(guān)421并聯(lián)耦接以進(jìn)行電流采樣。

電流采樣電路424用于采樣流經(jīng)采樣晶體管422的電流，該電流表征了開(kāi)關(guān)器件405的輸出電流，即從TN引腳流向OUT引腳的電流。電流采樣電路424輸出表征開(kāi)關(guān)器件405的輸出電流的采樣電流并將該采樣電流送至IS引腳。如前文已參考圖11所述，IS引腳處的該采樣電流流向外部電阻以產(chǎn)生電流采樣電壓。該電流采樣電壓被送至放大器430的一個(gè)輸入端。內(nèi)置電流源423輸出限流電流至ILIMIT引腳。該限流電流流經(jīng)外部電阻產(chǎn)生限流電壓。該限流電壓被送至放大器430的另一個(gè)輸入端。該放大器430將ILIMIT引腳處的限流電壓與IS引腳處的電流采樣電壓比較以檢測(cè)過(guò)流狀態(tài)，即檢測(cè)從IN引腳流向OUT引腳的輸出電流何時(shí)超過(guò)設(shè)定的限流值。若過(guò)流狀態(tài)發(fā)生，該放大器430將晶體管427(例如也可以是N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管)導(dǎo)通以便關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)421，從而將IN引腳與OUT引腳斷開(kāi)。在圖12的示例中，電流源426產(chǎn)生軟啟動(dòng)電流(Iss)送至SS引腳。該軟啟動(dòng)電流對(duì)外部電容(例如圖11中示出的電容C1)充電而產(chǎn)生軟啟動(dòng)電壓。該軟啟動(dòng)電壓被送至軟啟動(dòng)放大器429的一個(gè)輸入端。該軟啟動(dòng)放大器429的另一個(gè)輸入端與OUT引腳之間耦接電壓V1(圖12中示意為由一個(gè)電壓源提供)以用于在軟啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束后將軟啟動(dòng)放大器429不使能。

在軟啟動(dòng)時(shí)，即當(dāng)開(kāi)關(guān)器件405剛從關(guān)斷狀態(tài)被導(dǎo)通時(shí)，ON引腳處的使能信號(hào)生效，功率開(kāi)關(guān)421的柵極電壓VG可以采用例如電荷泵電路425中的電流源拉高，從而允許功率開(kāi)關(guān)421導(dǎo)通使得耦接于OUT引腳的輸出電容(例如圖11示意的輸出電容C2)可以被充電。OUT引腳輸出的輸出電壓VOUT將以受控速率逐步增大，該受控速率由SS引腳上的軟啟動(dòng)電壓的變化速率控制。軟啟動(dòng)放大器429將SS引腳上的軟啟動(dòng)電壓與輸出電壓VOUT相比較通過(guò)例如控制晶體管428(例如N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的柵極電壓VG以調(diào)整輸出電壓VOUT跟隨軟啟動(dòng)電壓。

在某些狀態(tài)下，當(dāng)多個(gè)開(kāi)關(guān)器件405并聯(lián)耦接時(shí)，其中的一個(gè)或幾個(gè)開(kāi)關(guān)器件405可能在啟動(dòng)過(guò)程中失敗。更具體的，如果各開(kāi)關(guān)器件405所包含的元件不匹配或者采用的軟啟動(dòng)放大器429的失調(diào)電壓有所不同，其中的某個(gè)開(kāi)關(guān)器件405可能會(huì)比其余的開(kāi)關(guān)器件405吸取更多電流。這一多個(gè)開(kāi)關(guān)器件405并聯(lián)耦接時(shí)的潛在問(wèn)題將參考圖13進(jìn)一步說(shuō)明。

圖13示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的包含多個(gè)單片集成電路開(kāi)關(guān)器件405的系統(tǒng)400的架構(gòu)示意圖。在圖13的示例中，該系統(tǒng)400包括多個(gè)并聯(lián)耦接的開(kāi)關(guān)器件405，例如圖13中示意為包括三個(gè)并聯(lián)耦接的開(kāi)關(guān)器件405-1、405-2和405-3。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解本公開(kāi)并不限于此，系統(tǒng)400中包含的開(kāi)關(guān)器件405的個(gè)數(shù)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的功率需求而合適選取。

由于多個(gè)開(kāi)關(guān)器件405是并聯(lián)耦接的，它們的IN引腳耦接在一起，OUT引腳也耦接在一起。該多個(gè)開(kāi)關(guān)器件405的ON引腳也可以耦接在一起以使該多個(gè)開(kāi)關(guān)器件405作為一個(gè)單元被整體導(dǎo)通/關(guān)斷。將多個(gè)開(kāi)關(guān)器件405并聯(lián)耦接可以提高功效，因?yàn)橄到y(tǒng)400的總輸出電流要在該多個(gè)開(kāi)關(guān)器件405之間均分。不過(guò)這是在系統(tǒng)400進(jìn)入穩(wěn)定的正常工作模式之后，在系統(tǒng)400的啟動(dòng)過(guò)程中，若存在前述的元件不匹配問(wèn)題，總輸出電流可能并不能在該多個(gè)開(kāi)關(guān)器件405之間均分。

更具體地，參見(jiàn)圖13示意，在軟啟動(dòng)時(shí)，該多個(gè)開(kāi)關(guān)器件405的ON引腳處的使能信號(hào)生效，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件405中的功率開(kāi)關(guān)開(kāi)始導(dǎo)通以對(duì)輸出電容C2充電。每個(gè)開(kāi)關(guān)器件405中的軟啟動(dòng)放大器(429)調(diào)整輸出電壓VOUT跟隨軟啟動(dòng)電壓逐步增大。理想地，系統(tǒng)400的總輸出電流應(yīng)該在該多個(gè)(圖13中示意為三個(gè))開(kāi)關(guān)器件405之間均分，從而使開(kāi)關(guān)器件405避免出現(xiàn)過(guò)流或者過(guò)溫等問(wèn)題。然而，由于該多個(gè)開(kāi)關(guān)器件405中的每個(gè)開(kāi)關(guān)器件405中的軟啟動(dòng)放大器(429)的失調(diào)電壓可能不同，很可能出現(xiàn)該多個(gè)開(kāi)關(guān)器件405中的某一個(gè)把總輸出電流全部吸取的問(wèn)題。該吸取了總輸出電流的開(kāi)關(guān)器件405將過(guò)熱并最終關(guān)斷。這將導(dǎo)致總輸出電流又被下一個(gè)開(kāi)關(guān)器件405全部吸取，該開(kāi)關(guān)器件405也將過(guò)熱并關(guān)斷，直至所有開(kāi)關(guān)器件405關(guān)斷。因而這種情況下，系統(tǒng)400將不能成功啟動(dòng)。

圖14示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)410的架構(gòu)示意圖。該系統(tǒng)410與系統(tǒng)400(圖13)不同之處在于采用單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件412(例如示出了412-1、412-2、412-3)替換單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件405。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)器件412除了還包括IAVE引腳和相關(guān)的內(nèi)置均流電路(例如圖15中示出的均流電路501)外與開(kāi)關(guān)器件405包含的其它元件相同。該IAVE引腳和該內(nèi)置均流電路有助于防止系統(tǒng)410出現(xiàn)啟動(dòng)不成功的問(wèn)題。

在圖14的示例中，多個(gè)開(kāi)關(guān)器件412并聯(lián)耦接成一個(gè)組合開(kāi)關(guān)器件。更具體地，對(duì)于圖14示意的多個(gè)開(kāi)關(guān)器件412，它們的ON引腳相互耦接在一起，IN引腳相互耦接在一起，OUT引腳相互耦接在一起，SS引腳相互耦接在一起。因此，該多個(gè)并聯(lián)耦接的開(kāi)關(guān)器件412作為一個(gè)組合開(kāi)關(guān)器件或一個(gè)單元可以被整體導(dǎo)通/關(guān)斷，例如通過(guò)在ON引腳上施加使能信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)410被導(dǎo)通時(shí)，各開(kāi)關(guān)器件412均導(dǎo)通將各自的IN引腳耦接至各自的OUT引腳。相反，當(dāng)系統(tǒng)410被關(guān)斷時(shí)，個(gè)開(kāi)關(guān)器件412均關(guān)斷以將各自的TN引腳與各自的OUT引腳斷開(kāi)。

在圖14的示例中，該多個(gè)開(kāi)關(guān)器件412的IAVE引腳相互耦接在一起并耦接至外部均衡電阻R7的一端，該外部均衡電阻R7的另一端連接至地。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件412還具有內(nèi)部產(chǎn)生的采樣電流送至其IAVE引腳。由于該多個(gè)開(kāi)關(guān)器件412的IVAE引腳耦接在一起，因而該多個(gè)開(kāi)關(guān)器件412中每一個(gè)的采樣電流均被送至該外部均衡電阻R7，從而產(chǎn)生平均電壓VAVG，該平均電壓VAVG表征了該多個(gè)開(kāi)關(guān)器件412的總輸出電流的平均(平均輸出電流)。舉個(gè)例子，假設(shè)圖14中示意出的開(kāi)關(guān)器件412-1、412-2和412-3的輸出電流分別為2A、1A和3A，則它們的總輸出電流(亦可認(rèn)為系統(tǒng)410的總輸出電流)為6A(即：2A+1A+3A)，平均輸出電流為2A(即：6A/3)。對(duì)于圖14的例子，所有開(kāi)關(guān)器件412都具有平均電壓VAVG，該平均電壓VAVG可以作為檢測(cè)每個(gè)開(kāi)關(guān)器件412吸取的電流是否超過(guò)平均輸出電流的參考。

在一個(gè)實(shí)施例中，均衡電阻R7的阻值被選取為使所述平均電壓可以表征所述平均輸出電流。在一個(gè)實(shí)施例中，該平均輸出電流等于總輸出電流除以系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)器件的個(gè)數(shù)。例如，對(duì)于有三個(gè)開(kāi)關(guān)器件412的系統(tǒng)410，平均輸出電流等于總輸出電流除以三。再舉個(gè)例子，若系統(tǒng)410的總輸出電流為9A，則對(duì)于圖14示意的包含三個(gè)開(kāi)關(guān)器件412的情況，平均輸出電流等于3A(即：9A/3)。在圖14的例子中，均衡電阻R7的阻值也可以等于外部電阻R的阻值(即：外部電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6)除以并聯(lián)耦接的開(kāi)關(guān)器件412的個(gè)數(shù)。更具體地可以用下式表示：R7＝R/N，其中R＝R2＝R3＝R4＝R5＝R6，N是開(kāi)關(guān)器件412的個(gè)數(shù)。舉個(gè)例子，若外部電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6均具有3KΩ的阻值，則均衡電阻R7具有1KΩ的阻值(即3KΩ/3)?？梢岳斫猓怆娮鑂7可以表示單個(gè)電阻也可以表示一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)(例如等效并聯(lián)和/或串聯(lián)電阻)。

圖15示出了根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件412的電路架構(gòu)示意圖。開(kāi)關(guān)器件412除了還包括IAVE引腳和均流電路501之外與圖12示意的開(kāi)關(guān)器件405包含的其它元件相同。該均流電路501用于在啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)并聯(lián)耦接的多個(gè)開(kāi)關(guān)器件412的輸出電流進(jìn)行均流調(diào)節(jié)。開(kāi)關(guān)器件412中的其它電路元件的工作方式與開(kāi)關(guān)器件405中的相同。

在圖15的示例中，均流電路501可以包括放大器502和晶體管503(例如可以是N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。均流電路501可以在啟動(dòng)過(guò)程中使能，并在啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束后不使能。例如，均流電路501可以在輸出引腳OUT處的輸出電壓VOUT達(dá)到高于IN引腳處的輸入電壓VIN的90％時(shí)不使能。

在圖15的示例中，電流采樣電路424提供表征輸出電流(即從IN引腳流向OUT引腳的電流)的第二采樣電流(Isense2)。在圖15的例子中，該第二采樣電流Isense2可以等于另一采樣電流Isense。該第二采樣電流Isense2流向IAVE引腳并流經(jīng)外部均衡電阻(如圖14示意的均衡電阻R7)以產(chǎn)生平均電壓。該平均電壓送至放大器502的一個(gè)輸入端，該放大器502用于將IAVE引腳上的平均電壓(表征了多個(gè)并聯(lián)耦接的開(kāi)關(guān)器件412的平均輸出電流)與IS引腳上的電流采樣電壓(表征了每個(gè)開(kāi)關(guān)器件412的輸出電流)相比較。當(dāng)開(kāi)關(guān)器件412的輸出電流超過(guò)平均輸出電流時(shí)，放大器502控制晶體管503(本公開(kāi)并不限于此，也可以是任何其它合適的可控開(kāi)關(guān))將功率開(kāi)關(guān)421的柵極電壓VG拉低，從而降低開(kāi)關(guān)器件412的輸出電流。這樣可以防止開(kāi)關(guān)器件412吸取比平均輸出電流更大的電流。實(shí)際上，該均流電路501提供了一個(gè)電流調(diào)整環(huán)路使得系統(tǒng)總輸出電流在該多個(gè)并聯(lián)耦接的開(kāi)關(guān)器件412之間均分。因而有助于防止每個(gè)并聯(lián)耦接的開(kāi)關(guān)器件412在啟動(dòng)過(guò)程中吸取比其余開(kāi)關(guān)器件412過(guò)量的電流。

圖16和圖17示出了包含多個(gè)并聯(lián)耦接的開(kāi)關(guān)器件的系統(tǒng)的仿真波形。這些仿真波形是在IN引腳處的輸入電壓VIN設(shè)置為12V時(shí)所得。

圖16示出了包含多個(gè)并聯(lián)耦接的開(kāi)關(guān)器件的系統(tǒng)在沒(méi)有均流電路/均流措施時(shí)(例如圖13示意的系統(tǒng))的仿真波形。圖16示意的仿真波形包括OUT引腳處的輸出電壓VOUT波形601、系統(tǒng)的總輸出電流IOUT波形602和并聯(lián)耦接的多個(gè)開(kāi)關(guān)器件405中的每個(gè)開(kāi)關(guān)器件(例如圖13中的405-1、405-2和405-3)的輸出電流波形603～605。由圖16可見(jiàn)，在沒(méi)有均流電路/均流措施時(shí)，在啟動(dòng)過(guò)程中隨著輸出電壓VOUT增大，各開(kāi)關(guān)器件的輸出電流(波形603～605)可能差異很大。比如，圖16可見(jiàn)其中的一個(gè)開(kāi)關(guān)器件(與波形603對(duì)應(yīng)的)與其余的開(kāi)關(guān)器件(與波形604、605對(duì)應(yīng)的)相比承擔(dān)了大量輸出電流。

圖17示出了包含多個(gè)并聯(lián)耦接的開(kāi)關(guān)器件的系統(tǒng)在有均流電路/均流措施時(shí)(例如圖14示意的系統(tǒng))的仿真波形。圖17示意的仿真波形包括OUT引腳處的輸出電壓VOUT波形611、系統(tǒng)的總輸出電流IOUT波形612和并聯(lián)耦接的多個(gè)開(kāi)關(guān)器件412中的每個(gè)開(kāi)關(guān)器件(例如圖14中的412-1、412-2和412-3)的輸出電流波形613。由圖17可見(jiàn)，在有均流電路/均流措施時(shí)，在啟動(dòng)過(guò)程中隨著輸出電壓VOUT增大，各開(kāi)關(guān)器件的輸出電流其實(shí)相同，因而波形幾乎重合(見(jiàn)波形613)。

圖18示出了一種根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的操作包含開(kāi)關(guān)器件的系統(tǒng)的方法的流程示意圖。圖18示意的方法可以采用例如多個(gè)并聯(lián)耦接的單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件412來(lái)實(shí)施。應(yīng)該理解，其它開(kāi)關(guān)器件也可以用來(lái)實(shí)施該方法而并不超出本公開(kāi)的精神和保護(hù)范圍。

在圖18的示例中，單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件可以指多個(gè)并聯(lián)耦接的單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件中的任何一個(gè)。該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件具有第一引腳和第二引腳，可以在第一引腳接收輸入電壓(步驟701)，并在該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)將該第一引腳耦接至第二引腳(步驟702)。該多個(gè)并聯(lián)耦接的單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件可以被構(gòu)建成一個(gè)單元作為系統(tǒng)的一部分被整體導(dǎo)通/關(guān)斷。當(dāng)系統(tǒng)導(dǎo)通是，單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通。單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件可以包括功率開(kāi)關(guān)，用于在該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)將其第一引腳耦接至第二引腳。該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)還在其第二引腳流出輸出電流。

該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件還可以將其輸出電流與該多個(gè)并聯(lián)耦接的單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的總輸出電流的平均輸出電流相比較(步驟703)。在啟動(dòng)過(guò)程中，若該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的輸出電流超出總輸出電流的平均輸出電流，則該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件降低其輸出電流(步驟704)。例如，該單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件可以通過(guò)拉低其功率開(kāi)關(guān)的柵極電壓以降低其輸出電流。

本公開(kāi)提供單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件及包括單晶片集成電路開(kāi)關(guān)器件的銅系統(tǒng)和相關(guān)的操作方法，雖然詳細(xì)介紹了本發(fā)明的一些實(shí)施例，然而應(yīng)該理解，這些實(shí)施例僅用于示例性的說(shuō)明，并不用于限定本發(fā)明的范圍。其它可行的選擇性實(shí)施例可以通過(guò)閱讀本公開(kāi)被本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所了解。