用于浮动功率传送设备的保护电路和方法技术

一种保护电路，包括：控制电路（４３），用于控制浮动功率传送设备的至少一个开关（３６、３７）的切换，使用时，该至少一个开关（３６、３７）控制对在其两端施加负载的浮动功率传送设备的存储电容（３５）的充电；故障检测电路（３３），用于检测在浮动功率传送设备和该负载的至少一个中发生的故障，并响应于此将故障检测信号发送给控制电路（４３）；以及预充电驱动器电路（４７），用于对存储电容进行预先充电，并且响应于从故障检测电路（３３）接收到故障检测信号而由控制电路启用该预充电驱动器电路（４７），其中当被启用时，该预充电驱动器电路（４７）尝试将存储电容（３５）预充电至一个电压电平，该电压电平足够用于对该至少一个开关进行切换以便继续操作而不会损坏该至少一个开关。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】总的来说，本专利技术涉及一种功率传送设备，具体来说，涉及一种用于浮动功率传送设备的低电阻开关的保护电路和保护方法。许多系统设计包括功率变换电路以获得所需的操作电压。一种这样的功率变换电路是电荷泵。电荷泵是一种用于引起电源电压的增大或用于将电源电压反相以生成分离的电源(split supply)的设备。这些设备中的许多与使用非易失性存储器电路的应用有关，其需要高电压以用于编程。在传统的电荷泵功率变换电路中，将负载设备连接成它的一个端子为电源端子中的一个(典型地是接地参考(groundreference))所共有。美国专利No.4,807,104公开了一种功率变换电路，其是既进行电压倍增又进行电压反相的电荷泵。然而，该功率变换电路的输出保持对接地节点的参考。在某些系统实施方式中，使用浮动功率传送设备对该系统进行供电可能是有益的。通过浮动该功率传送设备，如果该系统中的一个端子要短路，那么该系统仍可以继续操作。举例来说，在一个汽车总线网络(automobile bus network)中，在该总线上的系统的信令部分可以相对于任何其它参考进行浮动，如地或Vdd。这便会通过允许在其端子处发生短路时仍然允许通信而提供增强的容错能力。通过为浮动功率传送设备提供保护电路而克服现有技术的缺点并且带来额外的优点。该保护电路包括控制电路、故障检测电路和预充电驱动器电路。控制电路控制浮动功率传送设备的至少一个开关的切换，使用时其中该至少一个开关控制对在其两端施加一个负载的该设备的存储电容进行的充电。故障检测电路检测故障何时发生在浮动功率传送设备和该负载中的至少一个之中，并响应于此将故障检测信号发送给控制电路。预充电驱动器电路对存储电容进行预先充电，并响应于接收到来自故障检测电路的故障检测信号而由控制电路启用。当其被启用时，预充电驱动器电路尝试将存储电容预充电至一个电压电平，该电压电平足够用于对该至少一个开关进行切换以便继续操作而不会损坏该开关。在另一个方面，提供一种浮动功率传送设备。该浮动功率传送设备包括存储电容(在使用时在其两端施加负载)和用于对存储电容进行充电的电源电压。在电源电压和存储电容之间耦合至少一个开关以选择性地将电源电压连接至存储电容或从存储电容断开。为该至少一个开关提供保护电路。该保护电路包括控制电路、故障检测电路和预充电驱动器电路。该控制电路至少部分地控制浮动功率传送设备的至少一个开关的切换，而故障检测电路检测在浮动功率传送设备或负载中的故障，并响应于此将故障检测信号发送给控制电路。响应于接收到故障检测信号而由控制电路启用预充电驱动器电路，并且当其被启用时，预充电驱动器电路尝试将该电容预充电至一个电压电平，该电压电平足够用于对该至少一个开关进行切换以便继续操作而不会损坏该至少一个开关。再一个方面，提供一种用于保护浮动功率传送设备的开关的方法。该方法包括控制至少一个开关的切换，使用时该至少一个开关控制对在其两端施加负载的浮动功率传送设备的存储电容的充电；监视浮动功率设备和负载中的至少一个以检测故障，并基于检测到故障而生成故障检测信号；以及响应于故障检测信号的生成而尝试将存储电容预充电至一个电压电平，该电压电平足够用于对该至少一个开关进行切换以便继续操作而不会损坏该至少一个开关。将通过本专利技术的技术实现附加的特征和优点。在此详细说明本专利技术的其它实施例和方面，并将其考虑作为所要求保护的本专利技术的一部分。在说明书的结论处的权利要求中特别指出被认为是本专利技术的主题，并明确地对其要求保护。通过阅读结合下列附图进行的下面的详细说明，本专利技术的前述和其它目的、特征和优点将是显而易见的，其中附图说明图1是用于通过接地参考电容而为负载供电的接地参考的功率传送设备的一个实施例的示意图；图2是用于通过浮动存储电容为负载输送功率的浮动功率传送设备的一个实施例的示意图3是依照本专利技术的一个方面的、用于浮动功率传送设备的保护电路的一个实施例的示意图；图4是依照本专利技术的一个方面的、用于浮动功率传送设备的保护电路的另一个实施例的示意图；图5是依照本专利技术的一个方面的、用于浮动功率传送设备的保护电路的再一个实施例的示意图；图6是依照本专利技术的一个方面的、用于图3-5的保护电路中的故障检测电路的一个实施例的示意图；图7是依照本专利技术的一个方面的、用在图6的故障检测电路中的带有参考接地节点的选通箝位(gate-clamp)的比较器的一个实施例的示意图；图8是依照本专利技术的一个方面、用在图6的故障检测电路中的带有参考正电源的选通箝位的比较器的另一个实施例的示意图；图9是依照本专利技术的一个方面、用于图3-5的保护电路的预充电驱动器电路的一个实施例的详细示意图。现参考附图，其中不同的图中使用的相同的附图标记标明相同或相似的组件。在图1中示出用于为负载12供电的功率传送设备的一个实施例。该电荷传送设备在信号发生器15的控制之下，经由开关13将电荷输送到电容11上。由电源电压(Vdd)14提供电荷。图1的功率传送设备被称作接地参考的电荷传送设备，因为该设备通过接地参考电容为负载供电。在图2中描绘了功率传送设备的浮动形式。在该图中，由存储电容22为负载21供电。经由开关23和24将电荷输送给电容22，所述开关在电压开关信号25的控制之下协力操作。当两个开关均闭合(也就是，接通)时，在电容22两端施加电源电压(Vdd)26。该功率传送设备处于浮动，因为当充电开关23、24打开(也就是，断开)时，电容22被从接地电源26隔离。当将该电路用于向负载设备输送功率时(例如，作为倍压器的一部分)，期望在电容两端有一个恒定偏压。向负载输送的功率在存储电容上产生了脉动电压(ripple voltage)，其叠加到该偏压上。当开关23、24闭合(也就是，接通)时，补充所丢失的电荷(Q)并将存储电容电压增加到源值(Vdd)。在图1或2中的负载可以是任何类型的电路，包括任何所示电路的复制，其中分别用电容(11或22)取代电压源(14或26。)在金属氧化物半导体(MOS)集成电路中，用晶体管实现开关。该设备呈现一个确定电路操作的动态特性的导通电阻。当功率传送设备初始地被接通时，或者在电容(或者负载)两端出现短路故障，全部电源电压就被施加到开关设备两端。一般来说，这些电路被应用于低功率应用中，其中开关电阻可以是非常高的，并且电源电压通常是低的(例如，小于5V)。在该情况下，可以不需要针对这样的操作条件来保护它。然而，如果使用电荷传送设备来为负载输送功率，则起动和故障状况会产生有潜在破坏性的操作状态。对于这样的设备，将开关晶体管制成低欧姆的以减少系统损耗，这也可以在操作的充电阶段减少功率损耗。当在存储电容(例如，图1或2中的电容11或电容22)上不存在预先存在的偏压时，非常高的电流流经开关是可能的。举例来说，有1 的开关电阻和20V的电源，则可能有20A的电流，简略来说有400W的耗散。在分立设备中，这是可能的，但是没有低成本的集成解决方案。一般来说，电路可能在开关两端存在1V的压差，于是产生了更易于处理的1A的电流。目前，浮动电荷传送设备集中于低功率系统，其可以吸收在起动期间的功率增加。在这些系统中，开关通常具有比在如这里所讨论的浮动功率传送设备的情况中更高的阻抗。因此，在浮动电容充电电路中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：W·多纳德森，E·托伊，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：