电子保护系统和控制技术方案

本公开涉及电子保护系统和控制。保护IC通过断开外部负载达至少这种状况的持续时间来保护连接到干线供电线路的外部负载免受诸如过电压、欠电压和过电流之类的危险或不期望状况的影响。该IC具有范围检测器、过零检测器、控制单元、开关驱动器和虚设DAC。范围检测器感测不想要的状况的存在。然后，控制单元等待过零，在过零时断开负载。锁定定时器可以在重新连接负载之前引入最短等待时间。为了防止开关点周围的不稳定性，窗口阈值中的迟滞防止噪声的影响。虚设DAC调节虚设电流，这使开关点周围的IC电流消耗线性化，以防止由非线性过渡中的正反馈造成的不稳定性。馈造成的不稳定性。馈造成的不稳定性。

【技术实现步骤摘要】
电子保护系统和控制
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年3月30日提交的标题为Electronic Fuse System and Method的no.63,167,653的美国临时专利申请的优先权，该申请出于所有目的通过引用并入本文，就好像在本申请中完整阐述一样。
[0003]本申请要求于2021年8月11日提交的标题为High
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Reliability Low
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Loss Power Switch and Driver IC的序列号为no.63,231,886的美国临时专利申请的优先权，该申请出于所有目的通过引用并入本文，就好像在本申请中完整阐述一样。


[0004]所公开的实施方式一般而言涉及在功率管理中使用的系统和方法，并且具体地涉及用于过电压保护系统和电子保护系统的那些。实施方式可以被实现为集成电路或以其它方式实现。实施方式可以用于防护过电压事件和欠电压事件，但也可以用于感测和精确监视。

技术介绍

[0005]由交流(AC)干线线路供应的功率中的不可预测的波动会造成对电子和电气装备的损坏，这导致经济损失甚至更糟。它们还会造成干扰，导致敏感装备的不正确或不安全操作。
[0006]过电压的一个影响是电子设备变热，并因此遭受热损坏。例如，电解电容器会因为非常短的电压尖峰而只加热一点点，但如果持续下去，电容器就会烧坏。这会造成短路或开路，进而会导致电子系统操作的结束。半导体会更快地因过电压而损坏。欠电压也会造成问题，特别是在系统操作的可靠性方面。
[0007]按照惯例，供电波动的问题已经通过包括变阻器和电容器的分立解决方案来处理。虽然此类解决方案常常成本低廉，但它们的使用寿命有限，因为它们只能处置固定数量的电压尖峰。因此，当其中保护设备之一发生故障时，它们会产生错误的保护感。
[0008]另一个问题是，由于自然发生的噪声，电子保护系统会在过电压和欠电压阈值附近变得不稳定。为了解决这个问题，这些阈值被设计有迟滞。但是，经由电阻器从高电压源供电的电子保护系统在大约切换时仍可能遭受不稳定性。这种不稳定性不能仅通过应用的迟滞来解决。
[0009]一些常规电子保护系统快速切换，但是它们在中断供电时遭受大的电压尖峰。
[0010]显然，对于具有低成本和小占位面积的固态解决方案(即，实现为集成电路)存在未满足的需求。但这些解决方案还需要能够无限期和自主地、非常快速地处置电压尖峰，而不造成尖峰和其它不良行为，并且没有不稳定性。
[0011]除非本文另有说明，否则本节中描述的要素不是权利要求的现有技术，并且不由于包含在本节中而被承认是现有技术。

技术实现思路

[0012]所公开的技术认识到，在电子保护电路中，并非所有不稳定性都是由干线电压上发生的自然噪声造成的，而是有些可能是由因为操作非线性引起的正反馈问题造成的。电子保护系统通过在危险情况发生时将负载与干线供电线路断开来保护外部负载免受例如干线供电线路的过电压、欠电压和/或过电流状况的影响。高效执行的要求为电子保护系统留下了很小的能量预算。在集成电路(IC)的感测和开关驱动器端子处流入和流出IC的能量相对于内部使用的功率而言可以是显著的。激活熔丝需要额外的功率，既用于内部操作又用于连接到其引脚的设备，因此IC的内部供电电平会改变，从而影响用于阈值的参考电压。影响可以是负的，产生固有稳定的反馈回路，或者可以是正的，产生固有不稳定的反馈回路。实施方式使用一个或多个可变虚设电流和/或与流入和流出引脚的电流相关联的外部滤波器，以减少或反转跨阈值期间的供电电流不连续性。可以用DAC、虚设电阻器或用虚设电流源生成虚设电流。具有电流源输出的DAC可以由供电电压电平控制。降低或反转的功率摆动减少或消除跨阈值期间的正反馈，从而使实施方式稳定。
[0013]在第一方面，一种实施方式提供了一种电子保护电路。该电路可以是IC。该电路具有供电端子、公共端子、感测端子、一个或多个过零检测输入端子和开关驱动器输出端子。耦合在供电端子和公共端子之间的是虚设DAC，它可以由控制单元控制。过零检测器耦合在一个或多个过零检测输入端子和控制单元之间。过零检测器可操作以确定施加到一个或多个过零检测输入端子的信号中的过零的时间，并将那些时间用信号通知给控制单元。范围内检测器耦合在感测端子和控制单元之间。它可操作以确定外部的未经处理的供电电压的峰值是在允许范围之内还是之外。允许的范围可以加宽或缩窄。范围内检测器递送范围检测输出信号，该范围检测输出信号发信号通知与外部的未经处理的供电电压的峰值是在允许范围之内还是之外相关联的范围内状况和范围外状况。在范围内检测器和控制单元之间可以是具有可配置锁定持续时间的锁定定时器。锁定定时器确保控制单元不从范围内检测器接收范围内信号，除非自范围外信号的开始或结束以来至少已经过了锁定持续时间。这允许外部负载在检测到危险状况后电子保护电路将负载与干线供电线路断开之后有一些热恢复时间。虚设DAC具有电流输出。它供应虚设电流，以防止在IC操作的改变期间由正反馈导致的不稳定性，其中虚设电流从供电端子通过虚设DAC流向公共端子。
[0014]在第二方面，一种实施方式提供了一种用于保护负载免受未经处理的供电电压中的过电压或欠电压状况的方法。该方法首先将负载与未经处理的供电电压解耦，并将虚设电流初始化为保护IC中的第一值。然后，IC感测未经处理的供电电压，并确定其峰值是否在缩窄的允许范围内。如果是这样，那么它加宽允许范围以成为加宽的允许范围。它等待第一次过零，这可以是未经处理的供电电压的过零，或者是在开关上测得的电压的过零。然后它将虚设电流改变为第二个值，并将负载与未经处理的供电电压耦合。该方法继续确定未经处理的供电峰值是否在加宽的允许范围之外。如果是这样，那么它再次缩窄允许范围，然后等待第二次过零，将虚设电流改变为第三个值，并将负载与未经处理的供电电压解耦。
[0015]可以通过参考说明书的其余部分和附图来实现对本文公开的特定实施方式的性质和优点的进一步理解。
附图说明
[0016]将参考附图描述所公开的技术，其中：
[0017]图1示出了在所公开技术的实施方式中的低成本电子保护系统；
[0018]图2A
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D示出了作为干线电压的函数的由电子保护系统汲取的供电电流的概括曲线图；
[0019]图3图示了在所公开技术的实施方式中的第一示例电子保护电路；
[0020]图4图示了在所公开技术的实施方式中的第二示例电子保护电路；
[0021]图5图示了在所公开技术的实施方式中的示例电子保护系统，包括如图3中所示或如图4中所示的电子保护电路；
[0022]图6图示了在所公开技术的实施方式中提供电源稳定性的滤波器的细节；以及
[0023]图7图示了在所公开技术的实施方式中用于防止过电压和欠电压状况的方法。
[0024]在图中，相像的附图标记可以指示功能相似的元件。附图中示出并且在下面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子保护电路，包括：供电端子，可操作以接收供电电流；公共端子，可操作以返回供电电流的至少一部分；感测端子，与范围检测器电耦合，其中范围检测器可操作以确定外部的未经处理的供电电压的峰值是否在允许范围内，其中允许范围可以在第一状态下加宽并在第二状态下缩窄，并且其中范围检测器递送范围检测输出信号，该范围检测输出信号取决于外部的未经处理的供电电压的峰值在允许范围内而发信号通知范围内状况或范围外状况；一个或多个过零检测输入端子，与过零检测器电耦合，其中过零检测器可操作以确定第一次过零的时间和第二次过零的时间，其中第一次过零的时间是在范围检测输出端发信号通知范围内状况之后检测到的过零的时间，并且第二次过零的时间是在范围检测输出端发信号通知范围外状况之后检测到的过零的时间；开关驱动器输出端子，与开关驱动器输出端耦合；控制单元，具有与过零检测器的输出端耦合的第一输入端、与范围检测输出端耦合的第二输入端，以及与开关驱动器的输入端耦合的输出端，其中控制单元被配置为从第一次过零的时间开始将开关驱动器改变为接通状态，直到第二次过零的时间；以及虚设DAC，具有可操作以供应虚设电流的电流输出端，该虚设电流防止在从第一状态到第二状态的改变期间以及在从第二状态到第一状态的改变期间由正反馈导致的不稳定性，其中虚设电流通过虚设DAC从供电端子流到公共端子。2.如权利要求1所述的电子保护电路，还包括锁定定时器，该锁定定时器耦合在范围检测输出端与控制单元第一输入端之间，其中锁定定时器可操作以在范围检测输出端发信号通知范围外状况之后传递范围检测输出信号，并且在范围检测输出端发信号通知范围内状况之后的锁定持续时间之后传递修改后的范围检测输出信号，其中锁定持续时间是可配置的。3.如权利要求2所述的电子保护电路，其中锁定持续时间由锁定电容器的值配置，并且锁定定时器在对锁定电容器充电的一个或多个周期之后超时。4.如权利要求2所述的电子保护电路，其中：锁定定时器在一个或多个时钟周期之后超时；以及锁定持续时间由以下至少一项配置：IC键合选项；施加到IC引脚的电压；寄存器值；易失性存储器的内容；非易失性存储器的内容；一次性可编程存储器的内容；或者IC掩模选项。5.如权利要求1所述的电子保护电路，其中，当外部的未经处理的供电电压在允许范围之外时，允许范围缩窄，而当外部的未经处理的供电电压在允许范围内时，允许范围加宽。6.如权利要求1所述的电子保护电路，其中虚设DAC包括一个或多个...

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