用于电路断路器、继电器和接触器的集成电路模块制造技术

本发明专利技术涉及用于电路断路器、继电器和接触器的集成电路模块。实施例公开了一种集成电路断路器，该集成电路断路器包括固态开关模块(SSWM)，该SSWM被配置为接收和可切换地控制给定相位的线路功率(LP)，并且将第一开关功率(SP)输出到负载。第一传感器(LPS)感测LP电流。第二传感器(SPS)感测SP电流。电源模块基于LPS和SPS读数来控制该SSWM的操作状态。该LPS和/或该SPS还可感测温度。该电源模块包括与低电压域隔离的高电压域，该高电压域包括耦接到该SSWM的栅极驱动器以及向该栅极驱动器提供驱动信号的高电压控制器。该低电压域包括LP监测器和SP监测器，该LP监测器和该SP监测器检测异常LP和/或SP条件，并且经由外部通信模块将错误信号传送到该高电压域并传送给用户以实现报告、诊断和/或其他目的。

【技术实现步骤摘要】
用于电路断路器、继电器和接触器的集成电路模块相关专利申请的交叉引用本申请要求以下申请的优先权并且以引用方式并入其全文：以专利技术人PramitNandy的名义提交于2019年11月4日且名称为“IntegratedCircuitModuleforCircuitBreakersandProtectedRelays(用于电路断路器和保护继电器的集成电路模块)”的美国临时申请序列号62/930,101，以及以专利技术人PramitNandy的名义提交于2020年9月14日且名称为“IntegratedCircuitModuleforCircuitBreakers,RelaysandContactors(用于电路断路器、继电器和接触器的集成电路模块)”的美国实用申请序列号17/019,799。
本文所述的技术整体涉及电路断路器、继电器和接触器。更具体地讲，本文所述的技术涉及用于电路断路器、继电器和接触器中的集成电路模块。
技术介绍
电路断路器、继电器和接触器通常使用这样的机电部件，该机电部件被配置为检测故障和/或危险电路条件并且对此作出响应而停止电力流动。然而，此类机电部件通常存在一个或多个能力缺陷，诸如具有较大的占用面积大小、缓慢的响应时间(如例如在一百或更多毫秒基础上测量)、变化的可靠性、有限的(如果有的话)涌流检测能力、有限的电流感测能力、受限于与部件中的高温相符的条件的检测、有限的相位失衡检测能力、缺少远程监测、控制和警告能力、有限的接地故障、电弧故障、硬短路、过电流和其他检测能力及其他。此外，此类部件通常缺少主动式冷却能力，具有有限的(如果有的话)在线路功率故障场景下执行诊断的能力及其他。因此，需要解决这些和其他问题的电路断路器、继电器和接触器。
技术实现思路
本公开的各种实施方案描述了用于电路断路器、继电器和其他电接触器的集成电路模块。根据本公开的至少一个实施方案，集成电路断路器可包括第一固态开关模块(SSWM(1))。SSWM可被配置为从电源接收具有第一相位的第一线路功率(LP(1))。SSWM(1)可被配置为可切换地控制LP(1)，并且经由电路将第一相位下的第一开关功率(SP(1))输出到负载。集成电路断路器可包括第一线路功率传感器(LPS(1))，该LPS(1)被配置为感测LP(1)的至少一个特征。集成电路断路器可包括第一开关功率传感器(SPS(1))，该SPS(1)被配置为感测SP(1)的至少一个特征。集成电路断路器可包括：电源模块，该电源模块耦接到SSWM(1)、LPS(1)和SPS(1)中的每一者，并被配置为基于电源模块从LPS(1)和SPS(1)中的至少一者接收到的至少一个传感器读数来控制SSWM(1)的操作状态。SSWM(1)可包括至少一个固态开关。该至少一个固态开关可包括以下的至少一者：与碳化硅结型栅场效应晶体管(“SiCJFET”)呈共源共栅配置的硅金属氧化物半导体场效应晶体管(“SiMOSFET”)；第一碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(“SiCMOSFET”)；硅超结金属氧化物半导体场效应晶体管(“SJFET”)；以及氮化镓高电子场效应晶体管(“GaNFET”)。LPS(1)可被配置为感测LP(1)电流，并且SPS(1)可被配置为感测SP(1)电流。LPS(1)和SPS(1)中的至少一者可被配置为感测温度。LPS(1)和SPS(1)各自还可包括以下的至少一者：集成感测场效应晶体管(“senseFET”)；感测电阻器；霍尔效应电流传感器；电流感测变压器；以及隧道磁电阻(“TMR”)电流传感器。集成电路断路器可包括第二固态开关模块(SSWM(2))，该SSWM(2)被配置为从电源接收具有第二相位的第二线路功率(LP(2))。SSWM(2)可以可切换地控制LP(2)，并且将第二相位下的第二开关功率(SP(2))输出到负载。集成电路断路器可包括第二线路功率传感器(LPS(2))，该LPS(2)被配置为感测LP(2)的至少一个特征。集成电路断路器可包括第二开关功率传感器(SPS(2))，该SPS(2)被配置为感测SP(2)的至少一个特征。电源模块还可耦接到SSWM(2)、LPS(2)和SPS(2)中的每一者。电源模块还可被配置为基于电源模块从LPS(1)、LPS(2)、SPS(1)和SPS(2)中的至少一者接收到的至少一个传感器读数来控制SSWM(1)和SSWM(2)的操作状态。集成电路断路器可包括中性线路传感器，该中性线路传感器被配置为感测中性线路的至少一个特征，该中性线路提供从负载经由电路到达电源的电返回路径。集成电路断路器可包括具有高电压域和低电压域的电源模块。低电压域可包括低电压控制器。高电压域可包括耦接到SSWM(1)的栅极驱动器及高电压控制器，该高电压控制器耦接到栅极驱动器，并被配置为向栅极驱动器提供高电压控制信号。集成电路断路器可基于高电压控制信号来配置，使得栅极驱动器生成栅极驱动信号，所述栅极驱动信号将由SSWM(1)提供的一个或多个开关配置成开路或闭路操作状态。对于至少一个实施方案而言，集成电路断路器可包括高电压通信元件，该高电压通信元件被配置为促进高电压控制器与低电压控制器的通信耦接。集成电路断路器可包括低电压域，该低电压域包括线路功率监测器，该线路功率监测器耦接到LPS(1)和低电压控制器，并被配置为从LPS(1)接收传感器读数，监测所接收到的传感器读数，并且在出现异常线路功率条件时生成至少一个线路功率标志。集成电路断路器可包括低电压域，该低电压域包括开关功率监测器，该开关功率监测器耦接到SPS(1)和低电压控制器，并被配置为从SPS(1)接收传感器读数，监测所接收到的传感器读数，并且在检测到异常开关功率条件时生成至少开关功率标志。集成电路断路器可包括低电压域，该低电压域包括低电压通信元件，该低电压通信元件被配置为促进低电压控制器与高电压控制器的通信耦接。集成电路断路器可包括低电压域，该低电压域包括温度监测器。温度模块可被配置为监测SP(1)的温度。集成电路断路器可包括低电压域，该低电压域包括电源控制器模块，该电源控制器模块使低电压域与备用电源耦接。集成电路断路器可包括低电压域，该低电压域包括外部通信模块，该外部通信模块使集成电路断路器与外部控制设备通信地耦接。集成电路断路器可包括低电压控制器，该低电压控制器可被配置为监测集成电路断路器的操作条件，生成表示操作条件的诊断数据，对从外部控制设备接收到的命令作出响应，并且将低电压控制信号传送到高电压控制器。集成电路断路器可包括低电压控制信号的使用，该述低电压控制信号引起生成促进电源管理操作中的至少一个电源管理操作的栅极驱动信号。集成电路断路器可用于配置为执行一个或多个电源管理操作。此类电源管理操作可包括波形整形、波形平衡、故障安全操作、启动操作、最小功率模式、紧急条件掉电和电荷泵浦中的至少一者。集成电路断路器可被配置为使得电压域与低电压域电隔离。集成电路断路器可包括冷却元件，该冷却元件被配置为向集成电路断路器提供主动式冷却和被动式冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成电路断路器，所述集成电路断路器包括：/n第一固态开关模块(SSWM(1))，所述第一固态开关模块被配置为从电源接收具有第一相位的第一线路功率(LP(1))，能够切换地控制所述第一线路功率，并且经由电路将所述第一相位下的第一开关功率(SP(1))输出到负载；/n第一线路功率传感器(LPS(1))，所述第一线路功率传感器被配置为感测所述第一线路功率的至少一个特征；/n第一开关功率传感器(SPS(1))，所述第一开关功率传感器被配置为感测所述第一开关功率的至少一个特征；和/n电源模块，所述电源模块耦接到所述第一固态开关模块、所述第一线路功率传感器和所述第一开关功率传感器中的每一者，并被配置为基于所述电源模块从所述第一线路功率传感器和所述第一开关功率传感器中的至少一者接收到的至少一个传感器读数来控制所述第一固态开关模块的操作状态。/n

【技术特征摘要】
20191104 US 62/930,101;20200914 US 17/019,7991.一种集成电路断路器，所述集成电路断路器包括：
第一固态开关模块(SSWM(1))，所述第一固态开关模块被配置为从电源接收具有第一相位的第一线路功率(LP(1))，能够切换地控制所述第一线路功率，并且经由电路将所述第一相位下的第一开关功率(SP(1))输出到负载；
第一线路功率传感器(LPS(1))，所述第一线路功率传感器被配置为感测所述第一线路功率的至少一个特征；
第一开关功率传感器(SPS(1))，所述第一开关功率传感器被配置为感测所述第一开关功率的至少一个特征；和
电源模块，所述电源模块耦接到所述第一固态开关模块、所述第一线路功率传感器和所述第一开关功率传感器中的每一者，并被配置为基于所述电源模块从所述第一线路功率传感器和所述第一开关功率传感器中的至少一者接收到的至少一个传感器读数来控制所述第一固态开关模块的操作状态。


2.根据权利要求1所述的集成电路断路器，
其中所述第一线路功率传感器被配置为感测第一线路功率电流；
其中所述第一开关功率传感器被配置为感测第一开关功率电流；并且
其中所述第一线路功率传感器和所述第一开关功率传感器中的至少一者被配置为感测温度；
其中所述第一线路功率传感器和所述第一开关功率传感器各自还包括以下的至少一者：
集成感测场效应晶体管(“senseFET”)；
感测电阻器；霍尔效应电流传感器；
电流感测变压器；和
隧道磁电阻(“TMR”)电流传感器。


3.根据权利要求1所述的集成电路断路器，
其中所述电源模块包括高电压域，所述高电压域包括：
栅极驱动器，所述栅极驱动器耦接到所述第一固态开关模块；
高电压控制器，所述高电压控制器耦接到所述栅极驱动器，并被配置为向所述栅极驱动器提供高电压控制信号；
其中基于所述高电压控制信号，所述栅极驱动器生成栅极驱动信号，所述栅极驱动信号将由所述第一固态开关模块提供的一个或多个开关配置成开路或闭路操作状态；和
高电压通信元件，所述高电压通信元件被配置为促进所述高电压控制器与低电压控制器的耦接。


4.根据权利要求1所述的集成电路断路器，
其中所述电源模块包括：
低电压域，所述低电压域包括：
低电压控制器；
线路功率监测器，所述线路功率监测器耦接到所述第一线路功率传感器和所述低电压控制器，并被配置为从所述第一线路功率传感器接收传感器读数，监测所接收到的传感器读数，并且在出现异常线路功率条件时生成至少一个线路功率标志；
开关功率监测器，所述开关功率监测器耦接到所述第一开关功率传感器和所述低电压控制器，并被配置为从所述第一开关功率传感器接收传感器读数，监测所接收到的传感器读数，并且在检测到异常开关功率条件时生成至少一个开关功率标志；和
低电压通信元件，所述低电压通信元件被配置为促进所述低电压控制器与高电压控制器的耦接；和
高电压控制器；
其中所述低电压控制器被配置为将低电压控制信号传送到所述高电压控制器；
其中所述低电压控制信号引起生成促进电源管理操作中的至少一个电源管理操作的栅极驱动信号；并且
其中所述电源管理操作包括波形整形、波形平衡、故障安全、启动、最小功率模式、紧急条件掉电和电荷泵浦中的至少一者。


5.一种集成电路继电器模块，所述集成电路继电器模块包括：
第一固态开关模块(SSWM(1))，所述第一固态开关模块被配置为从电路接收具有第一相位的第一开关功率(SP(1))，能够切换地控制所述第一开关功率，并且将所述第一相位下的第一继电器功率(RP(1))输出到负载；
第一继电器功率传感器(RPS(1))，所述第一继电器功率传感器被配置为感测所述第一继电器功率的至少一个特征；和
电源模块，所述电源模块耦接到所述第一固态开关模块和所述第一继电器功率传感器中的每一者，并被配置为基于所述电源模块从所述第一继电器功率传感器接收到的至少一个传感器读数来控制所述第一固态开关模块的操作状态。


6.根据权利要求5所述的集成电路继电器模块，所述集成电路继电器模块还包括：
第二固态开关模块(SSWM(2))，所述第二固态开关模块被配置为从所述电路接收具有第二相位的第二开关功...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·南迪，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US