智能电子开关制造技术

本申请的各实施例涉及智能电子开关。本文描述了一种可以用作智能开关的集成电路。根据一个实施例，该集成电路包括功率晶体管以及电流感测电路，该功率晶体管耦合在供电引脚和输出引脚之间，该电流感测电路耦合到功率晶体管并且被配置成生成电流感测信号，该电流感测信号指示穿过功率晶体管的负载电流。该集成电路还包括监控电路，该监控电路被配置成：接收电流感测信号，并且基于电流感测信号和阈值提供保护信号，其中监控电路包括滤波器，该滤波器被配置成接收取决于电流感测信号的滤波器输入信号。滤波器具有具有两个或更多个时间常数的传输特性。的传输特性。的传输特性。

【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领域。

技术介绍

[0002]几乎每个电气设施(例如，车辆中的电气设施、房屋中的电气设施、较大设施的电气子系统)都包括用于提供过电流保护的一个或多个熔断器。标准熔断器包括一段导线，在穿过熔断器的电流低于标称电流的情况下，该导线提供低欧姆电流路径。但是，这段导线被设计成：当穿过熔断器的电流在特定时间内超过标称电流时，这段导线升温并且熔化或汽化。一旦熔断器被触发，该熔断器就必须用新的熔断器代替。
[0003]熔断器正越来越多地被断路器取代。断路器是一种自动操作的电气开关，该电器开关被设计用于保护电路免受由过电流、过载或短路引起的损坏。断路器可以包括机电继电器，当检测到过电流(即，超过标称电流的电流)时，该机电继电器被触发以将受保护的电路与电源断开连接。在许多应用中(例如，在车辆的车载电源中)，可以使用电子开关(例如，MOS晶体管、IGBT等)来实施断路器，以在过电流的情况下将受保护的电路与电源断开连接。这种电子断路器还可以被称为电子熔断器(电熔断器或智能熔断器)。除了用作断路器的功能之外，电子熔断器还可以用于规律地接通和关断负载。通常，使用所谓的驱动器电路或简称为驱动器(在MOS晶体管的情况下为栅极驱动器)来控制诸如MOS晶体管的电子开关的开关状态(接通/关断)。
[0004]通常，常规的熔断器——以及电子熔断器——设计用于(假设的)恒定电负载，该恒定电负载导致电缆的特定的热负荷。即，恒定的电负载导致高于环境温度的特定电缆温度。熔断器的目的是确保电缆的热负荷保持在限定的限度内。因此，已知的电子熔断器电路被设计用于模仿常规熔断器的时间-电流特性(该时间-电流特性定义了在熔断器触发断开负载之前，特定电流水平可以流过电子熔断器多长时间)。但是，在许多应用中，负载动态地变化。考虑到通常使用的电缆的热时间常数在几分钟的范围内(例如，在一些应用中为90秒)，与电缆的热时间常数相比，电负载的持续例如30秒的激活可以是高度动态的过程。

技术实现思路

[0005]本文描述了一种可以用作智能开关的集成电路。根据一个实施例，该集成电路包括功率晶体管以及电流感测电路，该功率晶体管耦合在供电引脚和输出引脚之间，该电流感测电路耦合到功率晶体管并且被配置成生成电流感测信号，该电流感测信号指示穿过功率晶体管的负载电流。该集成电路还包括监控电路，该监控电路被配置成：接收电流感测信号，并且基于电流感测信号和阈值提供保护信号，其中监控电路包括滤波器，该滤波器被配置成接收取决于电流感测信号的滤波器输入信号。滤波器具有具有两个或更多个时间常数的传输特性。
[0006]此外，本文描述了可以用于操作作为电子熔断器的智能电子开关的方法。根据一个实施例，该方法包括：通过接通功率晶体管来使能来自供电引脚和输出引脚的负载电流
路径，提供表示穿过功率晶体管的负载电流的信号，以及基于电流感测信号和阈值生成保护信号。保护信号的生成包括使用滤波器对取决于负载电流信号的滤波器输入信号进行滤波，该滤波器具有具有两个或更多个时间常数的传输特性。
附图说明
[0007]参考以下附图和描述可以更好地理解下面所描述的实施例。图中的部件并不一定按比例绘制；相反，重点在于说明本专利技术的原理。此外，在附图中，相同的附图标记指定对应的部分。其中：
[0008]图1示意性地图示了电子熔断器电路的一个示例以及电子熔断器电路的示例性应用，该电子熔断器电路包括电子开关和被配置成驱动该电子开关的控制电路。
[0009]图2更详细地图示了图1的控制电路的一个示例。
[0010]图3图示了在图2的控制电路中使用的逻辑电路的一个示例。
[0011]图4示出了说明图2中所示的控制电路的功能的时序图。
[0012]图5a是图示针对0.35mm2电缆和不同的最大电缆温度的一系列特性曲线(时间相对于电流)的图。
[0013]图5b是图示针对比环境温度高25开尔文的最大电缆温度和不同电缆横截面的一系列特性曲线(时间相对于电流)的图。
[0014]图6图示了在图2的示例中使用的监控电路的一个示例。
[0015]图7图示了电熔断器(“智能熔断器”)电路的第一示例，该电子熔断器(“智能熔断器”)电路允许选择导线横截面和最大电缆温度。
[0016]图8是图示负载、电缆和新型增强型电子熔断器的时间-电流特性曲线的图。
[0017]图9是可以在图6的电子熔断器中使用的示例性监控电路，该监控电路用于实施具有如下的时间-电流特性的电子熔断器，这样的时间-电流特性可以适于负载的时间-电流特性。
[0018]图10图示了用于确定要在包括在图9的监控电路中的滤波器中使用的时间常数和增益的方法。
[0019]图11图示了具有数字通信接口的增强型电子熔断器电路的另一示例。
具体实施方式
[0020]在下面的详细描述中，参考了附图。附图形成本说明书的一部分，并且出于说明的目的，附图示出了可以如何使用和实施本专利技术的示例。应当理解的是，除非另外特别地指出，否则本文所描述的各个实施例的特征可以彼此组合。
[0021]图1图示了可以作为电子熔断器操作的电子电路的一个示例。因此，该电子电路还被称为电子熔断器电路F。根据本示例，电子熔断器电路包括电子开关2，电子开关2具有控制节点21，并且具有在第一负载节点22与第二负载节点23之间的负载电流路径。电子电路还包括控制电路1，该控制电路1耦合到电子开关2的控制节点21并且被配置成驱动电子开关2。具有电子开关2和控制电路1的电子熔断器电路F可以被单片式地集成在一个半导体裸片(芯片)中，或者可以被集成在布置在一个集成电路封装中的两个半导体裸片中。电子熔断器电路F被配置成驱动负载Z(在图1中以虚线示出连接负载的导线)，该负载Z可以与电子
开关2的负载电流路径串联连接。因此，电子开关2的负载电流路径和负载Z的串联电路可以连接在供电节点之间，在这些供电节点处可以提供正供电电位和负供电电位或地电位GND(零伏)。在下面，两个供电节点之间的电压被称为供电电压V
B
。可以根据例如由微控制器8提供给控制电路1的输入信号S
IN
来接通和关断穿过负载Z的负载电流i
L
。然而，根据应用，可以由任何其它电路装置代替微控制器来生成输入信号S
IN
。
[0022]在一个示例性应用中，电子熔断器电路F可以用于驱动车辆中的负载Z。在这种情况下，提供供电电压V
B
的电源是车辆电池。通常，“驱动负载”可以包括通过接通或关断电子开关2来接通或关断穿过负载的负载电流。负载可以是车辆中使用的任何负载。负载Z的示例尤其包括不同类型的灯、不同类型的电机、继电器、加热系统等。在图1中图示的示例中，电子开关2和负载Z以高侧配置连接。即，负载Z连接在电子开关2与接地节点GND之间。但是，这仅是示例。电子开关2和负载Z还可以以低侧配置或以任何其它配置连接。例如，在低侧配置中本文档来自技高网...

【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)，耦合在供电引脚(SUP)和输出引脚(OUT)之间；电流感测电路，耦合到所述功率晶体管(2)，并且所述电流感测电路被配置成生成电流感测信号(CS)，所述电流感测信号(CS)指示穿过所述功率晶体管(2)的负载电流(i
L
)；监控电路(4)，被配置成：接收所述电流感测信号(CS)，并且基于所述电流感测信号(CS)和阈值(dT
R
)提供保护信号(OC)；其中所述监控电路(4)包括滤波器(42)，所述滤波器(42)被配置成接收取决于所述电流感测信号(CS)的滤波器输入信号，所述滤波器(42)具有具有两个或更多个时间常数(τ1、τ2、τ3)的传输特性。2.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述两个或更多个时间常数(τ1、τ2、τ3)表示二阶或更高阶的低通滤波器。3.根据权利要求1或2所述的集成电路，其中所述两个或更多个时间常数(τ1、τ2、τ3)表示低通滤波器的两个或更多个相应的极点。4.根据权利要求1至3中任一项所述的集成电路，其中所述两个或更多个时间常数(τ1、τ2、τ3)表示并联连接的两个或更多个的相应的一阶低通滤波器。5.根据权利要求1至4中任一项所述的集成电路，其中所述滤波器(42)具有可配置的增益。6.根据权利要求1至5中任一项所述的集成电路，还包括：逻辑电路(3)，被配置成：响应于所述保护信号(OC)，触发所述功率晶体管(2)的关断或发信号通知错误。7.根据权利要求6所述的集成电路，其中所述逻辑电路(3)被配置成：接收接通命令，并且响应于所述接通命令而触发所述功率晶体管的接通。8.根据权利要求7所述的集成电路，其中所述接通命令由二进制输入信号(S
IN
)的水平转换表示。9.根据权利要求1至8中任一项所述的集成电路，其中所述滤波器输入信号表示所述电流感测信号(CS)的非线性函数。10.根据权利要求1至9中任一项所述的集成电路，其中所述监控电路(4)还包括：比较器(43)，被配置成：接收所述滤波器(42)的输出信号(dT)和所述阈值(dT
R
)，并且基于所述滤波器(42)的所述输出信号(dT)和所述阈值(dT
R
)来提供所述保护信号(OC)。11.根据权利要求1至10中任一项所述的集成电路，其中所述监控电路(4)还包括：模数转换器(41)...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
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：