[发明专利]热插拔应用中的故障检测

说明书

用于检测系统中的故障的电路，所述系统用于提供从输入节点到输出节点的功率且具有耦合在所述输入节点和所述输出节点之间的至少一个开关。当所述开关被命令导通且至少一个以下状态被检测到时，所述故障检测电路被配置用来指示所述开关的故障状态：所述开关两端的电压超过预定值或所述开关控制信号值不足以导通所述开关。仅当所述故障检测到的状态出现预定时间周期时，指示所述故障状态。

本申请要求2013年7月12日提交的美国临时专利申请号为61/845,502，名称为“热插拔应用中的故障检测”的优先权，其内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明一般涉及电气系统中的保护开关，尤其涉及在能够导致开关过热的限流系统中的故障检测。

背景技术

热插拔电路以控制和保护的方式提供从输入源到负载的功率。当功率第一次被提供或若电源电压突然增加时，这种控制器的一个功能为限制从电源到负载的浪涌电流，尤其是负载电容。若负载试图吸引(draw)过多的电流，例如若负载短路，该控制器的另一功能为限制电流。

图1示出一种传统热插拔电路，该电路具有从电源接收功率的输入节点V_输入(V_IN)和耦合至负载的输出节点V_输出(V_OUT)。单一的MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效晶体管)100与输入节点V_IN和输出节点V_OUT之间的电流检测电阻102串联耦合。热插拔电路也具有控制电路，该控制电路包括电压源104、电流限制放大器106、电流源108和晶体管110。

许多这样的电路是可商购的。当限制电流时，电流限制放大器106将代表电流检测电阻102中的电流的电压与由电压源104产生的电压V限制(VLIMIT)进行比较，以控制MOSFET100的栅极，以便当所检测的电流超过由电压VLIMIT确定的最大值时减少流过MOSFET100的电流。为了限制电流检测电阻102两端的电压从而限制通过MOSFET100的电流，电流限制放大器104调整MOSFET100的栅源电压。电流源108被提供用于上拉栅极电压。晶体管110被提供用于向MOSFET100分别提供导通(ON)和断开(OFF)信号以命令MOSFET100导通或断开。

在电流限制工作中，通过MOSFET100的电压和电流可以都是大的，从而引起MOSFET100中的高功耗。如果该功耗持续，MOSFET100可达到造成损坏的温度。MOSFET制造商提出了MOSFET电压、电流以及时间的安全范围，如被称为安全工作区(Safe OperatingArea，SOA)的曲线。通常，定时器电路112设置最大时间周期，在此期间MOSFET100被允许在电流限制模式中工作。

定时器电路112可以耦合至电流限制放大器106以接收指示电流限制工作被初始化的信号。当由定时器电路112设置的时间周期结束时，产生过流故障信号，且MOSFET100可断开以防止其过热。负载将掉电且热插拔控制器将指示故障已发生。

通常高功率热插拔应用需要给负载两端的大旁路电容126(C_L)充电。为了减少MOSFET100上的压力，负载可以保持关闭直至旁路电容126被充电。该电容的小充电电流使MOSFET100中的功率保持足够低以防止危险的温度提升。栅极电压可由源自电流源108的、通常在10-50μA范围内的电流上拉。

热插拔控制器一般也产生指示功率良好且负载能安全地吸引电流的信号。例如，功率良好信号可由监测输出电压的比较器产生。当输出电压已经高于阈值时，输出电压可被用作指示功率良好的条件。