[发明专利]用于高侧功率开关的系统和方法

说明书

本发明涉及用于高侧功率开关的系统和方法，其包括：被配置成耦合到功率开关的栅极驱动器；被配置成直接耦合到该功率开关的电压测量电路；被配置成耦合到该功率开关的开关监控电路，所述开关监控电路被配置成测量该功率开关的输出电流；耦合到该栅极驱动器和该开关监控电路的电流限制电路，所述电流限制电路被配置成在该输出电流超出阈值时调节该栅极驱动器的栅极‑源极电压；以及耦合到该电流限制电路和该电压测量电路的控制器，所述控制器被配置成根据由该电压测量电路在启动序列期间测量的启动电压而确定操作模式，所述控制器还被配置成根据该操作模式以及由该电压测量电路测量的开关电压把该阈值提供到该电流限制电路。

技术领域

本发明大体涉及功率开关，并且在特定实施例中涉及用于高侧功率开关（high-side power switch）的技术和机制。

背景技术

在具有中到高电流负载的低压应用中，智能功率开关已变得普及。这样的应用例如包括现代汽车和工业系统。智能功率开关包括诊断能力和保护特征，特别是防范短路或者其他类型的电流过载的诊断能力和保护特征。这些智能功率开关还可以包括温度传感器和过电压保护特征。

当过载事件（比如短路）发生时，智能功率开关断路。在断路期间，用于智能功率开关的线束（wire harness）可能充当电阻性-电感性（RL）负载，从而存储所述开关的功率晶体管（例如金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET））需要耗散的能量。这个所存储的能量的耗散可以使该功率开关的温度升高，从而引起可能损坏该功率开关的热应力。

发明内容

本公开内容的如下实施例大体实现了技术优点：这些实施例描述了一种高侧功率开关。

根据一个实施例，一种设备包括：被配置成耦合到功率开关的栅极驱动器；被配置成直接耦合到该功率开关的电压测量电路；被配置成耦合到该功率开关的开关监控电路，所述开关监控电路被配置成测量该功率开关的输出电流；耦合到该栅极驱动器和该开关监控电路的电流限制电路，所述电流限制电路被配置成在输出电流超出阈值时调节该栅极驱动器的栅极-源极电压；以及耦合到该电流限制电路和该电压测量电路的控制器，所述控制器被配置成根据由所述电压测量电路在启动序列期间测量的启动电压而确定操作模式，所述控制器还被配置成根据所述操作模式以及由该电压测量电路测量的开关电压把该阈值提供到所述电流限制电路。

在一些实施例中，所述电流限制电路还被配置成在调节栅极驱动器的栅极-源极电压时禁用所述栅极驱动器。在一些实施例中，控制器根据连续阈值与离散阈值的总和来计算所述阈值，其中所述连续阈值与所述开关电压成反比；当所述开关电压超出所述启动电压时，所述离散阈值是第一值；并且当所述启动电压超出所述开关电压时，所述离散阈值是第二值；第二值大于第一值。在一些实施例中，所述连续阈值具有最大值，并且其中所述离散阈值包括滞后（hysteresis）。在一些实施例中，所述控制器包括电压比较器和锁存器，所述电压比较器被配置成根据由所述电压测量电路测量的开关电压来生成控制电流，所述锁存器被配置成根据在启动序列期间测量的启动电压来存储启动电流，所述锁存器被配置成根据所述控制电流是否超出所述启动电流而提供所述阈值。在一些实施例中，所述控制器还包括耦合到所述锁存器的电流源，所述电流源被配置成递送来自所述锁存器的阈值。在一些实施例中，所述设备还包括耦合到所述栅极驱动器和所述控制器的逻辑电路，所述逻辑电路被配置成在所述电流限制电路调节所述栅极驱动器时重新启动该控制器。在一些实施例中，重新启动该控制器包括：根据由所述电压测量电路在重新启动期间测量的第二启动电压，确定操作模式。在一些实施例中，所述设备还包括功率开关。在一些实施例中，所述功率开关、所述栅极驱动器、所述电压测量电路、所述开关监控电路、所述电流限制电路和所述控制器被布置在半导体衬底上。在一些实施例中，所述电流限制电路是比较器。