智能电子开关制造技术

本公开的实施例涉及智能电子开关。本文描述了可以用作智能开关的集成电路。根据一个实施例，集成电路包括耦合在电源引脚与输出引脚之间的功率晶体管，并且还包括被配置为根据输入信号而触发功率晶体管的接通和关断的控制电路。控制电路被配置为当通过功率晶体管的负载电流处于或高于预定电流并且在电源引脚处接收的电源电压处于或低于预定阈值电压时，触发功率晶体管的关断。发功率晶体管的关断。发功率晶体管的关断。

【技术实现步骤摘要】
智能电子开关


[0001]本公开涉及智能半导体开关的领域。

技术介绍

[0002]在许多应用中，使用半导体开关来接通和关断电负载。除了电子开关之外还包括补充电路系统的半导体开关(例如功率晶体管)，通常被称为智能电子开关或简称智能开关。补充电路系统的示例是用于检测超温的温度传感器、测量通过开关的负载电流的负载电流传感器、生成触发取决于输入信号以及诸如测量电流和测量温度的测量参数而接通或关断的控制信号的控制逻辑以及用于输出所测量参数的接口电路等。
[0003]不仅在汽车应用中，智能开关越来越多地用于代替传统的熔断器。可以用作熔断器的替代物的智能开关可以被称为智能熔断器或电子熔断器。在这些情况下，智能开关可以包括电路系统，该电路系统被配置为监测测量的负载电流并且取决于负载电流以及表示连接智能开关和电负载的导线的导线特性的特性曲线而触发接通和关断。当估计的导线温度(相对于环境温度)超过指定极限时，导线特性允许控制电路触发负载从电源断开连接。附加地，包括在智能开关中的上述补充电路系统可以提供负载电流限制功能。
[0004]当两个或更多个负载连接到电源(例如汽车的车载电源)时，从电源汲取相对高的电流的有缺陷的负载(裸片缺陷)可能导致电源电压的下降，这也可能影响连接到相同电源的其他负载。

技术实现思路

[0005]本文描述了可以用作智能开关的集成电路。根据一个实施例，集成电路包括被耦合在电源引脚与输出引脚之间的功率晶体管，并且还包括被配置为根据输入信号触发功率晶体管的接通和关断的控制电路。该控制电路被配置为当通过功率晶体管的负载电流处于或高于预定电流并且在电源引脚处接收的电源电压处于或低于预定阈值电压时，触发功率晶体管的关断。
[0006]此外，本文描述了一种用于切换负载的方法。根据一个实施例，该方法包括根据输入信号使用功率晶体管启用和禁用电源引脚与输出引脚之间的负载电流路径。该方法还包括当负载电流处于或高于预定电流并且在电源引脚处接收的电源电压低于预定阈值电压时，触发功率晶体管的关断。
附图说明
[0007]参考以下附图和描述可以更好地理解本专利技术。附图中的部件不一定按比例绘制；相反，重点放在说明本专利技术的原理上。此外，在附图中，相同的附图标记表示对应的部分。在附图中：
[0008]图1示出了智能开关的一般示例。
[0009]图2示出了在相同电源处的多个负载的操作，其中每个负载可以经由相应的智能
开关单独地接通和关断。
[0010]图3包括示出根据本文描述的实施例的智能开关的期望行为的时序图。
[0011]图4示出了可以如3图中示出的那样操作的智能开关的一个实施例。
[0012]图5示出了包括在图4的智能开关中的控制逻辑的一个示例性实施。
[0013]图6和图7包括时序图，以进一步说明图5的电路的功能。
[0014]图8包括示出备选的智能开关实施例的功能的时序图，其基本上与图4的智能开关相同，但没有电流限制功能。
[0015]图9至图11示出智能开关的另外的实施例。
[0016]图12是示出用于操作智能开关的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
[0017]在以下详细描述中，参考附图。附图形成描述的一部分，并且为了说明的目的，示出了可以如何使用和实施本专利技术的示例。图1示出了以下被称为智能开关1的集成智能开关电路的一个一般示例。智能开关1可以被集成在布置在芯片封装中的单个半导体裸片中。然而，在一些实施例中，智能开关1可以包括布置在一个芯片封装中的两个或更多个半导体裸片。
[0018]根据图1，智能开关1包括电子开关2，其可以是功率晶体管，例如MOS晶体管。DMOS晶体管可以用作功率晶体管。尽管本文讨论的示例使用MOS晶体管作为功率晶体管2，但是应当理解，可以替代地使用双极晶体管。本文中所描述的概念应用于双极晶体管对于所属领域的技术人员来说没有问题。功率晶体管2耦合在智能开关1的电源引脚SUP与输出引脚OUT之间。因此，功率晶体管2可以在接通时将输出引脚OUT连接到电源引脚SUP。类似地，功率晶体管2可以在关断时将输出引脚从电源引脚SUP断开连接。换句话说，功率晶体管2可以根据施加到晶体管的栅电极的栅极信号V
G
启用和禁用电源引脚SUP与输出引脚OUT之间的负载电流路径。应当理解，如果双极晶体管用作功率晶体管，则根据基极电流而不是栅极电压来接通和关断晶体管。
[0019]在图1的示例中，栅极信号V
G
由栅极驱动器电路5提供，其被配置为根据控制信号S
ON
输出栅极信号V
G
，该控制信号S
ON
是仅可以呈现高电平(例如，指示接通)和低电平(例如，指示关断)的二进制信号。控制信号S
ON
由逻辑电路(也称为控制逻辑3)提供。控制逻辑3可以包括组合逻辑电路和时序逻辑电路以及同步电路和异步电路。控制逻辑3被配置为基于在智能开关中的输入引脚IN处接收的输入信号S
IN
和其他参数来触发晶体管2的接通和关断(通过生成具有适当逻辑电平的控制信号S
ON
)。输入信号S
IN
可以由外部(与智能开关1分离)电路(诸如，例如在图1的示例中标记为μC的微控制器)生成。
[0020]注意，不一定在智能开关的输入引脚处接收输入信号S
IN
。在一些实施例中，智能开关可能具有数字通信接口，诸如，例如允许接收数据(例如，从微控制器μC)的串行外围接口(SPI)等，包括接通命令和关断命令。在这些实施例中，智能开关可以包括生成输入信号S
IN
的电路系统，并且根据经由数字通信接口接收的接通命令和关断命令而设置输入信号S
IN
的逻辑电平。
[0021]当生成具有特定逻辑电平的控制信号S
ON
时，可以由控制逻辑3处理的上述其它参数可以是例如表示芯片温度的测量值、表示负载电流的测量值、可配置阈值(例如超温阈
值)等。在输出引脚OUT处输出到负载Z的负载电流i
L
可以由电流感测电路20测量。电流感测电路20可以(例如)包含耦合到功率晶体管2且在相同操作点中操作的感测晶体管。使用感测晶体管的电流感测是本领域技术人员众所周知的，因此在本文中不进行详细讨论。例如，功率晶体管可以由单元阵列的多个晶体管单元组成，其中单元阵列的一个或几个晶体管单元可以用于形成感测晶体管。在一个简单的实施例中，电流感测电路可以包括连接在晶体管2的负载端子(例如源极端子)与输出引脚OUT之间的电流感测电阻器。在这种情况下，电流感测电阻器两端的电压降指示负载电流并且可以用作电流感测信号。上述参数的另一示例是可以用于实施过流关闭功能的电流阈值。例如，当电流感测电路20提供的电流感测信号CS达到或超过由阈值V
TRIP
表示的临界电流值时，则控制逻辑3触发晶体管2的关断，直到开关再次被输入信号S
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成电路，包括：功率晶体管(2)，被耦合在电源引脚(SUP)与输出引脚(OUT)之间；以及控制电路(3)，被配置为根据输入信号(S
IN
)触发所述功率晶体管(2)的接通和关断；其中所述控制电路(3)被配置为当通过功率晶体管(2)的负载电流(i
L
)处于或高于预定电流(i
LIM
)并且在所述电源引脚(SUP)处接收的电源电压(V
B
’
)处于或低于预定阈值电压(V
UVTH
)时，触发所述功率晶体管(2)的关断。2.根据权利要求1所述的集成电路，还包括：电流感测电路(20)，被配置为提供表示通过所述功率晶体管(2)的所述负载电流(i
L
)的电流感测信号(i
CS
)。3.根据权利要求2所述的集成电路，还包括：电流限制电路(5)，被耦合到所述功率晶体管(2)以及所述电流感测电路(20)，并且被配置为将所述负载电流(i
L
)限制为最大电流，所述最大电流是所述预定电流(i
LIM
)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的集成电路，欠电压检测电路(6)，被耦合到所述电源引脚(SUP)，并且被配置为检测在所述电源引脚(SUP)处接收的所述电源电压(V
B
)何时下降到或低于所述预定阈值电压(V
UVTH
)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的集成电路，还包括：第一比较器(6)，被配置为检测在所述电源引脚(SUP)处接收的所述电源电压(V
B
’
)已经下降到或低于所述预定阈值电压(V
UVTH
)；以及第二比较器(7)，被配置为检测通过所述功率晶体管(2)的所述负载电流(i
L
)处于或高于所述预定电流(i
LIM
)。6.根据权利要求5所述的集成电路，还包括：滤波器电路(32)，接收逻辑信号(UV&LIM)，所述逻辑信号(UV&LIM)指示所述第一比较器(6)的所述输出信号(UV)和所述第二比较器(7)的所述输出信号(LIM)的与结合，其中所述逻辑电路(3)被配置为基于所述滤波器电路(32)的所述输出信号而触发所述功率晶体管(2)的所述关断。7.根据权利要求6所述的集成电路，其中所述滤波器(32)被配置为抑制所述逻辑信号(UV&LIM)中比滤波器时间短的脉冲。8.根据权利要求6或7所述的集成电路，其中所述滤波器(32)包括计数器(331)或低通滤波器(R
F
，C
F
)。9.根据权利要求1至8中任一项所述的集成电路，还包括：数字通信接口，被配置为经由数字通信链路接收表示所述以下各项中的一项或多项的数字值：所述预定电流(i
LIM
)、所述预定阈值电压(V
UVTH
)和滤波器时间(t
FILT
)。10.根据权利要求1至9中任一项所述的集成电路，还包括：第一配置引脚和第二配置引脚，被配置为分别接收表示所述预定电流i
LIM
和所述预定阈值电压(V
UVTH
)的第一配置信号和第二配置信号。11.根据权利要求1至10中任一项所述的集成电路，还包括：监测电路(4)，被配置为确定温度值，所述温度值指示连接到所述输出引脚(OUT)的导线的温度，并且基于所述负载电流(i
L
)以及与所述导线相关联的电流对时间特性来估计所述温度值，
其中，所述监测器电路(4)还被配置为提供指示所估计的温度值是否高于预定的温度阈值的保护信号(OC)，并且其中，所述控制电路(3)被配置为响应于所述保护信号(OC)指示所估计的温度值高于预定的温度阈值而触发所述功率晶体管(2)的关断。12.根据权利要求1至11中任一项所述的集成电路，其中所述控制电路(3)被配置为当通过所述功率晶体管(2)的所述负载电流(i
L
)处于或高于所述预定电流(i

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：