專利名稱：電源控制設(shè)備及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源控制設(shè)備及其控制方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及具有半導(dǎo)體開關(guān)的電源控制設(shè)備及其控制方法，半導(dǎo)體開關(guān)響應(yīng)控制信號(hào)，通過(guò)開關(guān)控制來(lái)控制電源向負(fù)載提供電能。


圖19中所示帶半導(dǎo)體開關(guān)的電源控制設(shè)備是已知的。這種常規(guī)電源控制設(shè)備由電池選擇性地為機(jī)動(dòng)車輛中的每個(gè)負(fù)載提供電能，并控制向負(fù)載的供電。
從圖中可以看出，電源控制設(shè)備的布置使得旁路電阻RS和熱FET QF串聯(lián)連接在將電源101的輸出電壓VB加到負(fù)載102上的路徑中，負(fù)載例如是頭燈和自動(dòng)關(guān)閉車窗的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(drive motors for power windows)。電源控制設(shè)備包括驅(qū)動(dòng)器901，用于檢測(cè)流過(guò)旁路電阻RS的電流和通過(guò)硬件電路控制熱FET QF的驅(qū)動(dòng)；A/D轉(zhuǎn)換器902，用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)器901監(jiān)控的電流值執(zhí)行對(duì)熱FET QF驅(qū)動(dòng)信號(hào)的開/關(guān)控制；以及微機(jī)(CPU)903。
其中包括溫度傳感器(未示出)的熱FET QF具有過(guò)熱切斷功能，因此當(dāng)熱FET QF的溫度升高到預(yù)定溫度或更高溫度時(shí)，包含在其中的柵極截止電路強(qiáng)迫截止熱FET QF。圖中，RG表示電阻器RG，ZD1是保持柵(G)-源(S)路徑兩端電壓為12V的齊納二極管，當(dāng)過(guò)壓到達(dá)柵極時(shí)，為過(guò)壓提供旁路。
常規(guī)電源控制設(shè)備還具有防止過(guò)流流過(guò)負(fù)載102或熱FET QF的漏-源路徑的保護(hù)功能。電源控制設(shè)備包括驅(qū)動(dòng)器901，作為電流監(jiān)視電路的差分放大器911和913，作為電流限制電路的另一差分放大器912，電荷泵電路915，以及根據(jù)微機(jī)903的開/關(guān)控制信號(hào)和電流限制電路的過(guò)流判斷結(jié)果信號(hào)驅(qū)動(dòng)熱FETQF的柵極G的驅(qū)動(dòng)電路914。
當(dāng)通過(guò)差分放大器912判斷電流超過(guò)判斷值(上限)時(shí)，通過(guò)旁路電阻器RS兩端的壓降，即檢測(cè)過(guò)流，驅(qū)動(dòng)電路914使熱FET QF截止，當(dāng)電流下降到判斷值(下限)以下時(shí)，使熱FET QF導(dǎo)通。
微機(jī)903利用電流監(jiān)視電路(差分放大器911和913)一直監(jiān)視電流。如果流過(guò)超過(guò)正常電流值的異常電流時(shí)，則中斷熱FET QF的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以斷開熱FET QF。在微機(jī)903輸出斷開控制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之前，當(dāng)熱FET QF的溫度超過(guò)預(yù)定溫度值時(shí)，熱FET QF通過(guò)過(guò)熱切斷功能截止。
在常規(guī)電源控制設(shè)備中，為了電流檢測(cè)，需要將旁路電阻RS串聯(lián)在供電路徑中。最近的熱FET QF的導(dǎo)通電阻降低，使得負(fù)載電流大。為此，旁路電阻器的熱耗等于不可忽略的一個(gè)量。
當(dāng)由于負(fù)載102或線路中完全短路而流過(guò)大電流時(shí)，過(guò)熱切斷功能和過(guò)流限制電路有效動(dòng)作。當(dāng)出現(xiàn)具有一定量短路電阻的不良短路例如層短路且流過(guò)小短路電流時(shí)，過(guò)熱切斷功能和過(guò)流限制電路不動(dòng)作。在這種情況下，所允許的唯一一種選擇方式是微機(jī)903通過(guò)電流監(jiān)視電路檢測(cè)異常電流并截止熱FETQF。但是，微機(jī)控制的缺點(diǎn)是對(duì)異常電流響應(yīng)慢。
使用旁路電阻RS，微機(jī)903以及類似物需要大的安裝空間。此外，這些元件相對(duì)較貴，使得電源控制設(shè)備的生產(chǎn)成本高。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種電源控制設(shè)備，該設(shè)備不需要使用串聯(lián)在供電路徑中以檢測(cè)電流的旁路電阻器，從而減少了熱耗，當(dāng)出現(xiàn)具有一定量短路電阻的不良短路例如層短路時(shí)，它快速響應(yīng)異常電流，它可以裝配到集成電路中且生產(chǎn)成本低，以及控制這種電源控制設(shè)備的方法。
根據(jù)本發(fā)明，提供第一種電源控制設(shè)備，包括半導(dǎo)體開關(guān)，響應(yīng)加到控制信號(hào)輸入端的控制信號(hào)以進(jìn)行切換，以及控制從電源向負(fù)載提供電能；基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置，產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于所述半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓的電壓特性；檢測(cè)裝置，檢測(cè)半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓和基準(zhǔn)電壓之間的差；控制裝置，根據(jù)半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓和基準(zhǔn)電壓之間的差執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制。
本發(fā)明的第二種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第一種電源控制設(shè)備，其中基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置包括與半導(dǎo)體開關(guān)和負(fù)載并聯(lián)的電路，電路包含包括第二半導(dǎo)體開關(guān)和第二負(fù)載的串聯(lián)電路，并產(chǎn)生第二半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓作為基準(zhǔn)電壓。
本發(fā)明的第三種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第一種或第二種電源控制設(shè)備，其中基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于超過(guò)正常工作范圍內(nèi)最大電流的目標(biāo)電流流入半導(dǎo)體開關(guān)和負(fù)載狀態(tài)下的電壓特性。
本發(fā)明第四種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第二或第三種電源控制設(shè)備，其中，當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)從斷開狀態(tài)變?yōu)榻油顟B(tài)時(shí)，半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓的瞬態(tài)電壓特性等價(jià)于第二半導(dǎo)體開關(guān)如此轉(zhuǎn)變其狀態(tài)時(shí)的相應(yīng)電壓特性。
本發(fā)明的第五種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第二至第四種中任何一種電源控制設(shè)備，其中，第二半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量小于半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量，負(fù)載和第二負(fù)載的電阻比與半導(dǎo)體開關(guān)和第二半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量比基本成反比。
本發(fā)明的第六種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第一至第五種中任何一種電源控制設(shè)備，它還包括第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置，產(chǎn)生第二基準(zhǔn)電壓，第二基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓的電壓特性，第二基準(zhǔn)電壓是第三半導(dǎo)體開關(guān)端子之間的電壓，第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置包括與半導(dǎo)體開關(guān)和負(fù)載并聯(lián)、包含根據(jù)控制信號(hào)切換的第三半導(dǎo)體開關(guān)和第三負(fù)載組成的串聯(lián)電路的電路；以及第二檢測(cè)裝置，檢測(cè)半導(dǎo)體開關(guān)端子間的電壓和第二基準(zhǔn)電壓之間的差。
本發(fā)明的第七種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第六種電源控制設(shè)備，其中，第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于在正常工作范圍內(nèi)最小電流以下的目標(biāo)電流流入半導(dǎo)體開關(guān)和負(fù)載狀態(tài)下的電壓特性。
本發(fā)明的第八種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第六或第七種電源控制設(shè)備，其中，當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)從斷開狀態(tài)變?yōu)榻油顟B(tài)時(shí)，半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓的瞬態(tài)電壓特性等價(jià)于第三半導(dǎo)體開關(guān)如此轉(zhuǎn)變其狀態(tài)時(shí)的相應(yīng)電壓特性。
本發(fā)明的第九種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第六至第八種中任何一種電源控制設(shè)備，其中，第三半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量小于半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量，負(fù)載和第三負(fù)載的電阻比與半導(dǎo)體開關(guān)和第三半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量比基本成反比。
本發(fā)明的第十種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第二至第九種中任何一種電源控制設(shè)備，其中，第二或第三負(fù)載包括多個(gè)電阻器，通過(guò)選擇性地連接多個(gè)電阻器可調(diào)整第二或第三負(fù)載的電阻值。
本發(fā)明的第十一種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第二至第十種中任何一種電源控制設(shè)備，其中，第二或第三負(fù)載包括并聯(lián)的可變電阻器，通過(guò)可變電阻器可調(diào)整第二和第三負(fù)載的電阻值。
本發(fā)明的第十二種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第二至第十一種中任何一種電源控制設(shè)備，它還包括分壓裝置，以基于電阻值比的分壓比分配半導(dǎo)體開關(guān)端子間的電壓，將所得結(jié)果電壓加到檢測(cè)裝置，分壓裝置的分壓比可通過(guò)電阻值變化而調(diào)整。
本發(fā)明的第十三種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第一至第十二種中任何一種電源控制設(shè)備，其中，當(dāng)檢測(cè)到的端子-對(duì)-端子電壓和基準(zhǔn)電壓之間的差超過(guò)第一閾值時(shí)，控制裝置執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制，當(dāng)檢測(cè)到的端子-對(duì)-端子電壓和基準(zhǔn)電壓之間的差低于第二閾值時(shí)，控制裝置執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的接通控制。
本發(fā)明的第十四種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第一至第十三種中任何一種電源控制設(shè)備，還包括過(guò)熱保護(hù)裝置，當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)被過(guò)度加熱時(shí)，通過(guò)執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制而保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)。
本發(fā)明的第十五種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第一至第十四種中任何一種電源控制設(shè)備，其中，半導(dǎo)體開關(guān)，基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置，檢測(cè)裝置，控制裝置，第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置，第二檢測(cè)裝置和過(guò)熱保護(hù)裝置裝配在一個(gè)單個(gè)芯片上。
本發(fā)明的第十六種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第十五種電源控制設(shè)備，其中，基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置內(nèi)的第二負(fù)載和第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置內(nèi)的第三負(fù)載安裝在芯片外部。
本發(fā)明的第十七種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第一至第十六種中任何一種電源控制設(shè)備，其中控制裝置的半導(dǎo)體開關(guān)接通/斷開控制的周期用作控制時(shí)鐘信號(hào)。
本發(fā)明的第十八種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第一至第十七種中任何一種電源控制設(shè)備，還包括阻止裝置，在半導(dǎo)體開關(guān)接通后，在固定時(shí)間段內(nèi)，通過(guò)半導(dǎo)體開關(guān)阻止控制裝置執(zhí)行接通/斷開控制。
本發(fā)明的第十九種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第十四至第十八種中任何一種電源控制設(shè)備，還包括過(guò)熱切斷加快裝置，當(dāng)控制裝置執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制時(shí)，通過(guò)過(guò)熱保護(hù)裝置加快斷開控制。
本發(fā)明的第二十種電源控制設(shè)備相當(dāng)于特定的第一至第十九種中任何一種電源控制設(shè)備，還包括時(shí)間控制裝置，其操作使得時(shí)間控制裝置累加控制裝置對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制數(shù)，當(dāng)接通/斷開控制數(shù)達(dá)到預(yù)定次數(shù)時(shí)，時(shí)間控制裝置執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供控制電源控制設(shè)備的第一種方法，電源控制設(shè)備具有響應(yīng)加到控制信號(hào)輸入端的控制信號(hào)進(jìn)行切換的半導(dǎo)體開關(guān)并控制從電源向負(fù)載提供電能，方法包括以下步驟產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓的電壓特性；檢測(cè)半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓和基準(zhǔn)電壓之間的差；根據(jù)半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓和基準(zhǔn)電壓之間的差執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制。
本發(fā)明提供控制電源控制設(shè)備的第二種方法，它相當(dāng)于特定的第一種方法，其中，在基準(zhǔn)電壓發(fā)生步驟中，基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于超過(guò)正常工作范圍內(nèi)最大電流的目標(biāo)電流流入半導(dǎo)體開關(guān)和負(fù)載狀態(tài)下的電壓特性。
本發(fā)明提供控制電源控制設(shè)備的第三種方法，它相當(dāng)于特定的第一或第二種方法，其中，控制步驟包括斷開控制步驟和接通控制步驟，斷開控制步驟用于當(dāng)檢測(cè)到的端子-對(duì)-端子電壓和基準(zhǔn)電壓之間的差超過(guò)第一閾值時(shí)，執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制；接通控制步驟用于當(dāng)檢測(cè)到的端子-對(duì)-端子電壓和基準(zhǔn)電壓之間的差低于第二閾值時(shí)，執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的接通控制。
本發(fā)明的控制電源控制設(shè)備的第四種方法相當(dāng)于第一至第三種方法中的任何一種方法，它還包括過(guò)熱保護(hù)步驟，當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)被過(guò)度加熱時(shí)，通過(guò)執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制來(lái)保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)。
本發(fā)明的控制電源控制設(shè)備的第五種方法相當(dāng)于第一至第四種方法中的任何一種方法，它還包括阻止步驟，在半導(dǎo)體開關(guān)接通后，在固定時(shí)間段內(nèi)，通過(guò)半導(dǎo)體開關(guān)阻止控制裝置執(zhí)行接通/斷開控制。
本發(fā)明的控制電源控制設(shè)備的第六種方法相當(dāng)于第四或第五種方法，還包括當(dāng)在控制步驟中執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)接通/斷開控制時(shí)，加速由過(guò)熱保護(hù)步驟進(jìn)行的斷開控制。
本發(fā)明的控制電源控制設(shè)備的第七種方法相當(dāng)于第一至第六種方法中的任何一種方法，第七種方法還包括時(shí)間控制步驟，累加控制裝置對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制數(shù)，當(dāng)接通/斷開控制數(shù)達(dá)到預(yù)定次數(shù)時(shí)，時(shí)間控制步驟執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制。
在第一至第十四種電源控制設(shè)備和控制電源控制設(shè)備的第一至第四種方法中，當(dāng)通過(guò)半導(dǎo)體開關(guān)以開關(guān)方式控制電源向負(fù)載的供電時(shí)，基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置(基準(zhǔn)電壓發(fā)生步驟)產(chǎn)生具有基本等價(jià)于半導(dǎo)體開關(guān)端子間的電壓的電壓特性的基準(zhǔn)電壓。檢測(cè)裝置(檢測(cè)步驟)檢測(cè)半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓和基準(zhǔn)電壓之間的電壓差。控制裝置(控制步驟)根據(jù)半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓和基準(zhǔn)電壓之間的電壓差執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制。
半導(dǎo)體開關(guān)(以及下文描述的第二和第三半導(dǎo)體開關(guān))可以是下列開關(guān)元件中任何一種FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，SIT(靜電感應(yīng)晶體管)，MOS復(fù)合型半導(dǎo)體設(shè)備，例如MCT(MOS控制可控硅整流器)，絕緣柵型功率設(shè)備，例如IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)以及其它。這些開關(guān)元件可以是n-溝道型或p-溝道型。
在本發(fā)明的第二種電源控制設(shè)備中，優(yōu)選地，基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置包括與半導(dǎo)體開關(guān)和負(fù)載并聯(lián)的電路，電路包含由第二半導(dǎo)體開關(guān)和第二負(fù)載組成的串聯(lián)電路，并在第二半導(dǎo)體開關(guān)的端子間產(chǎn)生電壓作為基準(zhǔn)電壓。在第六種電源控制設(shè)備中，優(yōu)選地，第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置包括一電路，該電路與半導(dǎo)體開關(guān)和負(fù)載并聯(lián)，包含由第三半導(dǎo)體開關(guān)和第三負(fù)載組成的串聯(lián)電路，并產(chǎn)生第三半導(dǎo)體開關(guān)的端子間的電壓作為第二基準(zhǔn)電壓，第二檢測(cè)裝置檢測(cè)半導(dǎo)體開關(guān)端子間的電壓和第二基準(zhǔn)電壓之間的差。
在本發(fā)明的第三種電源控制設(shè)備及第一種控制方法中，優(yōu)選地，基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于超過(guò)正常工作范圍內(nèi)最大電流的目標(biāo)電流流入半導(dǎo)體開關(guān)和負(fù)載狀態(tài)下的電壓特性。在本發(fā)明的第七種電源控制設(shè)備中，優(yōu)選地，第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于低于正常工作范圍內(nèi)最小電流的目標(biāo)電流流入半導(dǎo)體開關(guān)和負(fù)載狀態(tài)下的電壓特性。在本發(fā)明的第四種或第八種電源控制設(shè)備中，優(yōu)選地，當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)從斷開狀態(tài)變?yōu)榻油顟B(tài)時(shí)，所述半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓的瞬態(tài)電壓特性等價(jià)于所述第二或第三半導(dǎo)體開關(guān)如此轉(zhuǎn)換其狀態(tài)時(shí)的相應(yīng)電壓特性。
令半導(dǎo)體開關(guān)為FET。在這種情況下，作為供電路徑一部分的FET的端子間(漏-源路徑兩端)的電壓根據(jù)供電路徑和負(fù)載狀態(tài)，即根據(jù)線路電感和線路的時(shí)間常數(shù)及供電路徑的短路電阻而變化(當(dāng)FET從截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電壓特性(例如n-溝道FET的下降曲線)變化)。在未出現(xiàn)短路的電源控制設(shè)備的正常工作中，電壓很快收斂到預(yù)定電壓以下的一電壓。當(dāng)出現(xiàn)完全短路時(shí)，電壓不降到預(yù)定電壓以下。當(dāng)出現(xiàn)具有某一電阻的不良短路時(shí)，電壓仍花一定時(shí)間收斂到預(yù)定電壓。
本發(fā)明利用半導(dǎo)體開關(guān)狀態(tài)從斷開狀態(tài)變?yōu)榻油顟B(tài)時(shí)的瞬態(tài)電壓特性。通過(guò)檢測(cè)半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓和基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置(基準(zhǔn)電壓發(fā)生步驟)所產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓或第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置產(chǎn)生的第二基準(zhǔn)電壓之間的差來(lái)判斷作為供電路徑一部分的半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓(即供電路徑電流)與正常電壓之間的偏差。如果基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于超過(guò)正常工作范圍內(nèi)最大電流的目標(biāo)電流流入負(fù)載狀態(tài)下的電壓特性，通過(guò)檢測(cè)裝置(檢測(cè)步驟)可檢測(cè)過(guò)流。如果第二基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于在正常工作范圍內(nèi)最小電流以下的目標(biāo)電流流入負(fù)載狀態(tài)下的電壓特性，檢測(cè)裝置(檢測(cè)步驟)能檢測(cè)非常小或微小電流。
因此，對(duì)于電流檢測(cè)，不需使用串聯(lián)在供電路徑中的旁路電阻器，而在常規(guī)電源控制設(shè)備中必須使用旁路電阻。再者，可以抑制設(shè)備的熱耗。此外，電源控制設(shè)備不僅能用硬件電路或微機(jī)處理的軟件連續(xù)檢測(cè)完全短路引起的過(guò)流，而且能檢測(cè)層短路引起的異常電流，例如出現(xiàn)的具有一定量電阻的不良短路。進(jìn)一步，電源控制設(shè)備能在沒有旁路電阻的情況下檢測(cè)過(guò)流。尤其在通過(guò)硬件電路構(gòu)建半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制時(shí)，不需要微機(jī)，從而節(jié)省了安裝空間和設(shè)備生產(chǎn)成本。
尤其在本發(fā)明的第五種電源控制設(shè)備中，第二半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量小于半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量，負(fù)載和第二負(fù)載的電阻比與半導(dǎo)體開關(guān)和第二半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量比基本成反比。當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)和第二半導(dǎo)體開關(guān)是FET時(shí)，半導(dǎo)體開關(guān)和第二半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量比可以通過(guò)并聯(lián)連接的開關(guān)的晶體管數(shù)的比得到。第二負(fù)載的電阻由(負(fù)載電阻)×(半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量/第二半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量)確定。當(dāng)?shù)诙?fù)載例如是固定電阻器且當(dāng)例如燈負(fù)載的燈絲冷卻時(shí)的負(fù)載電阻與加熱時(shí)的相應(yīng)負(fù)載電阻不同時(shí)，將負(fù)載和第二負(fù)載的電阻比與電流容量比準(zhǔn)確匹配是不可能的。在這種情況下，希望例如當(dāng)燈負(fù)載連續(xù)點(diǎn)亮?xí)r通過(guò)將第二負(fù)載的電阻設(shè)為負(fù)載電阻來(lái)匹配那些比值。當(dāng)電路如此確定時(shí)，包括半導(dǎo)體開關(guān)和第二負(fù)載的基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置尺寸達(dá)到最小，從而縮小了元件裝配空間，降低了設(shè)備裝配費(fèi)用。
尤其在第九種電源控制設(shè)備中，第三半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量小于半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量，負(fù)載和第三負(fù)載的電阻比與半導(dǎo)體開關(guān)和第三半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量比基本成反比。當(dāng)電路具體為第五種電源控制設(shè)備時(shí)，包括第三半導(dǎo)體開關(guān)和第三負(fù)載的第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置尺寸達(dá)到最小，從而縮小了元件裝配空間，降低了設(shè)備裝配費(fèi)用。
在第十種電源控制設(shè)備中，第二或第三負(fù)載包括多個(gè)電阻器，通過(guò)選擇性地連接多個(gè)電阻器可調(diào)整第二或第三負(fù)載的電阻值。通過(guò)基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置或第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的設(shè)定值來(lái)判斷半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓(即供電路徑的電流)與正常值的偏差，即可以通過(guò)改變第二負(fù)載的電阻設(shè)定短路或類似情況引起的過(guò)流判斷基準(zhǔn)，可以通過(guò)改變第三負(fù)載的電阻設(shè)定判斷微小電流的基準(zhǔn)。當(dāng)?shù)诙虻谌?fù)載例如形成在一個(gè)芯片上時(shí)，多個(gè)電阻器并行布置在芯片內(nèi)。在芯片包裝或?qū)π酒惭b階段，通過(guò)選擇那些電阻器中的適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)電阻器將基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置或第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的設(shè)定值(基準(zhǔn))設(shè)為目標(biāo)規(guī)格。由此，在將電源控制設(shè)備集成到一半導(dǎo)體芯片上時(shí)，一個(gè)芯片可以包括多種規(guī)格。由于可變電阻器的可變?cè)O(shè)置，能很好地在完全短路和負(fù)載類型(即，頭燈、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、或類似物)不良短路之間加以區(qū)分。高度精確地保護(hù)不受短路的影響。
尤其是，在本發(fā)明的第十一種電源控制設(shè)備中，第二或第三負(fù)載包括并聯(lián)的可變電阻器，通過(guò)利用可變電阻器可調(diào)整第二或第三負(fù)載的電阻值。當(dāng)?shù)诙虻谌?fù)載例如形成在一個(gè)芯片上時(shí)，多個(gè)電阻器并行布置在芯片內(nèi)。通過(guò)改變電阻器電阻可以將基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置或第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的設(shè)定值(基準(zhǔn))設(shè)為目標(biāo)規(guī)格。由此，在將電源控制設(shè)備集成到一半導(dǎo)體芯片上時(shí)，一個(gè)芯片可以包括多種規(guī)格。由于可變電阻器的可變?cè)O(shè)置，能很好地在完全短路和負(fù)載類型(頭燈，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，或類似物)不良短路之間加以區(qū)分。高度精確地保護(hù)不受短路的影響。當(dāng)?shù)诙?fù)載電阻器形成在芯片上時(shí)，在電阻器中出現(xiàn)電阻的溫度漂移，電阻值從根據(jù)電流容量比確定的負(fù)載電阻器的電阻值變化。為了解決這一問(wèn)題，第二負(fù)載電阻器可以安裝在芯片外部，以便對(duì)溫度變化不敏感。在這種情況下，通過(guò)根據(jù)規(guī)格選擇電阻值，一個(gè)芯片可以包括多種規(guī)格。
在第十二種電源控制設(shè)備中，分壓裝置以基于電阻值比的分壓比分配半導(dǎo)體開關(guān)端子間的電壓，將所得結(jié)果電壓加到檢測(cè)裝置，分壓裝置的分壓比可通過(guò)電阻值變化而調(diào)整。當(dāng)例如第二負(fù)載形成在芯片上時(shí)，用于分壓比調(diào)整的可變電阻器安裝在芯片外部。通過(guò)調(diào)整可變電阻器的電阻可以將基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的設(shè)定值(基準(zhǔn))設(shè)為目標(biāo)規(guī)格。由此，在將電源控制設(shè)備集成到一半導(dǎo)體芯片上時(shí)，一個(gè)芯片可以包括多種規(guī)格。由于可變電阻器的可變?cè)O(shè)置，能很好地在完全短路和負(fù)載類型(頭燈，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，或類似物)不良短路之間加以區(qū)分。高度精確地保護(hù)不受短路的影響。
在第十三種電源控制設(shè)備和第二種電源控制方法中，當(dāng)檢測(cè)到的端子-對(duì)-端子電壓(在斷開控制步驟中)和基準(zhǔn)電壓之間的差超過(guò)第一閾值時(shí)，控制裝置執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制，當(dāng)檢測(cè)到的端子-對(duì)-端子電壓(在接通控制步驟中)和基準(zhǔn)電壓之間的差低于第二閾值時(shí)，控制裝置執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的接通控制。由于該特征，通過(guò)利用簡(jiǎn)單控制電路實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定周期的接通/斷開控制。
在第十四種電源控制設(shè)備和第三種電源控制方法中，還設(shè)有過(guò)熱保護(hù)裝置(過(guò)熱保護(hù)步驟)，在半導(dǎo)體開關(guān)被過(guò)分加熱時(shí)通過(guò)執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制來(lái)保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)。當(dāng)出現(xiàn)具有某一短路電阻的不良短路時(shí)，控制裝置(控制步驟，即斷開控制步驟和接通控制步驟)重復(fù)半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制以大大改變電流。此時(shí)，半導(dǎo)體被周期性地加熱，通過(guò)過(guò)熱保護(hù)裝置(過(guò)熱保護(hù)步驟)快速切斷半導(dǎo)體開關(guān)。在常規(guī)電源控制設(shè)備中，例如，僅允許使用微機(jī)的軟件過(guò)程來(lái)處理出現(xiàn)層短路時(shí)造成的異常電流。另一方面，本發(fā)明的電源控制設(shè)備能通過(guò)包含在其中的硬件電路處理異常電流，而不通過(guò)使用微機(jī)的外部控制。該特征簡(jiǎn)化了電路，降低了生產(chǎn)成本。
在本發(fā)明的第十五種電源控制設(shè)備中，優(yōu)選地，半導(dǎo)體開關(guān)，第二半導(dǎo)體開關(guān)，基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置，檢測(cè)裝置，控制裝置，第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置或過(guò)熱保護(hù)裝置都集成到一個(gè)芯片上。在第十六種電源控制設(shè)備中，優(yōu)選地，基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置內(nèi)的第二負(fù)載和第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置內(nèi)的第三負(fù)載安裝在芯片外部。這樣，電路集成到一個(gè)芯片上?？s減了設(shè)備電路、安裝空間和生產(chǎn)成本。本發(fā)明的電流檢測(cè)方法是以檢測(cè)半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓和基準(zhǔn)電壓或第二基準(zhǔn)電壓之間的差為基礎(chǔ)的，通過(guò)檢測(cè)裝置或第二檢測(cè)裝置來(lái)完成。因此，由于半導(dǎo)體開關(guān)和第二或第三半導(dǎo)體開關(guān)裝配到一個(gè)芯片上，能消除(減小)電流檢測(cè)中共模偏差引起的誤差，即由電源電壓和溫度漂移以及不同生產(chǎn)組之間變化帶來(lái)的不想要的影響。此外，第二或第三負(fù)載安裝在芯片外部使基準(zhǔn)電壓或第二基準(zhǔn)電壓對(duì)芯片的溫度變化不敏感，實(shí)現(xiàn)了高度準(zhǔn)確的電流檢測(cè)。
半導(dǎo)體開關(guān)的電源側(cè)端子和控制信號(hào)輸入端分別連接到基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的第二半導(dǎo)體開關(guān)或第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的第三半導(dǎo)體開關(guān)的電源側(cè)輸入端和控制信號(hào)輸入端。第二或第三半導(dǎo)體開關(guān)的負(fù)載側(cè)端子連接到與該負(fù)載無(wú)關(guān)的第二或第三負(fù)載。由于這種連接，通過(guò)將半導(dǎo)體開關(guān)負(fù)載側(cè)端子的電勢(shì)與第二或第三半導(dǎo)體開關(guān)負(fù)載側(cè)端子的電勢(shì)相比較來(lái)判斷流過(guò)供電路徑的電流是正常的還是異常的。由此，半導(dǎo)體開關(guān)的端子為半導(dǎo)體開關(guān)和第二或第三半導(dǎo)體開關(guān)所共用。這使得容易將那些開關(guān)裝配到同一半導(dǎo)體芯片上。
在本發(fā)明的第十七種電源控制設(shè)備中，通過(guò)控制裝置對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)進(jìn)行接通/斷開控制的周期用作控制時(shí)鐘信號(hào)。由于有了這一特征，不需要專門使用產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的振蕩電路。在半導(dǎo)體開關(guān)為FET的情況下，F(xiàn)ET的漏-源電壓變化相對(duì)于夾斷區(qū)內(nèi)負(fù)載電流變化高于電阻區(qū)內(nèi)的。由此，它在接通/斷開控制期間在夾斷區(qū)被斷開(不存在在夾斷區(qū)后的電阻區(qū)內(nèi)被斷開的情況)。因此，F(xiàn)ET的接通/斷開控制周期是穩(wěn)定的，故產(chǎn)生穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。
在本說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“夾斷區(qū)”和“電阻區(qū)”用作FET元件特征。這些術(shù)語(yǔ)的準(zhǔn)確定義見Paul R.Gray，Robert G.Meyer的“模擬集成電路分析與設(shè)計(jì)”(第三版)(“Analysis and Design of ANALOG INTEGRATEDCIRCUITS”)。
在第十八種電源控制設(shè)備和第四種電源控制方法中，還設(shè)有阻止裝置(阻止步驟)，在半導(dǎo)體開關(guān)接通后，在固定時(shí)間段內(nèi)，通過(guò)半導(dǎo)體開關(guān)阻止控制裝置執(zhí)行接通/斷開控制。在負(fù)載起動(dòng)時(shí)，通常涌流流過(guò)電源控制設(shè)備。涌流的值等于在電路穩(wěn)態(tài)下流動(dòng)電流的電流值的幾到幾十倍。如果在涌流流動(dòng)期間執(zhí)行過(guò)流控制，花費(fèi)一定時(shí)間直至負(fù)載102穩(wěn)定下來(lái)。這是不希望的現(xiàn)象；接通頭燈延遲且負(fù)載本身相應(yīng)慢。本發(fā)明通過(guò)使用阻止裝置(阻止步驟)解決了該問(wèn)題。
在第十九種電源控制設(shè)備和第五種電源控制方法中，還設(shè)有過(guò)熱切斷加快裝置(控制步驟)，當(dāng)控制裝置執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制時(shí)，通過(guò)過(guò)熱保護(hù)裝置(過(guò)熱保護(hù)步驟)加快斷開控制。當(dāng)檢測(cè)到由完全短路引起過(guò)流時(shí)，過(guò)熱保護(hù)裝置快速動(dòng)作以切斷(斷開控制)半導(dǎo)體開關(guān)。當(dāng)出現(xiàn)層短路時(shí)，重復(fù)半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制，所得到的半導(dǎo)體開關(guān)的周期性加熱使保護(hù)裝置工作。因此，仍會(huì)耗費(fèi)一些時(shí)間直至半導(dǎo)體開關(guān)斷開。通過(guò)利用過(guò)熱切斷加快裝置，即使在層短路的情況下，本發(fā)明也能加快切斷半導(dǎo)體開關(guān)。
在第二十種電源控制設(shè)備和第六種電源控制設(shè)備控制方法中，還設(shè)有時(shí)間控制裝置(時(shí)間控制步驟)，其操作使得時(shí)間控制裝置累加控制裝置(在控制步驟中)對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制數(shù)，當(dāng)接通/斷開控制數(shù)達(dá)到預(yù)定次數(shù)時(shí)，時(shí)間控制裝置執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制。當(dāng)檢測(cè)到由完全短路引起過(guò)流時(shí)，過(guò)熱保護(hù)裝置快速動(dòng)作以切斷(斷開控制)半導(dǎo)體開關(guān)。當(dāng)出現(xiàn)層短路時(shí)，重復(fù)半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制，所得到的半導(dǎo)體開關(guān)的周期性加熱使保護(hù)裝置工作。因此，仍會(huì)耗費(fèi)一些時(shí)間直至半導(dǎo)體開關(guān)斷開。在本發(fā)明中，半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開次數(shù)達(dá)到預(yù)定次數(shù)時(shí)，半導(dǎo)體開關(guān)斷開。因此，甚至在層短路的情況下，也加快了半導(dǎo)體開關(guān)的切斷，在預(yù)置時(shí)間斷開開關(guān)。
圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。
圖2是詳細(xì)示出了該實(shí)施例中使用的半導(dǎo)體開關(guān)(熱FET)的電路圖。
圖3是用于解釋形成本發(fā)明第一實(shí)施例的電源控制設(shè)備及其控制方法的說(shuō)明性圖表，圖表示出了FET的狀態(tài)從截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時(shí)的漏-源電壓特性曲線。
圖4是用于解釋電源控制設(shè)備及其控制方法原理的說(shuō)明圖表，圖表示出了原理電路圖。
圖5是用于解釋電源控制設(shè)備及其控制方法原理的說(shuō)明圖表，圖表示出了熱FET的漏極電流相對(duì)于柵-源電壓的變化。
圖6是電源控制設(shè)備遇到短路和正常工作時(shí)在電源控制設(shè)備中使用的半導(dǎo)體開關(guān)中電流圖6(a)和電壓圖6(b)的波形圖。
圖7是本發(fā)明第二實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。
圖8是本發(fā)明第三實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。
圖9是本發(fā)明第四實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。
圖10是本發(fā)明第四實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。
圖11是本發(fā)明第五實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。
圖12是本發(fā)明第五實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。
圖13是本發(fā)明第六實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。
圖14是本發(fā)明第六實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。
圖15是電源控制設(shè)備修改例中第二負(fù)載(電阻器)的電路圖。
圖16是本發(fā)明第七實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。
圖17是本發(fā)明第七實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。
圖18是本發(fā)明第八實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。
圖19是具有半導(dǎo)體開關(guān)的常規(guī)電源控制設(shè)備的電路圖。
下面參考圖1至18描述電源控制設(shè)備的最佳實(shí)施例及其控制方法。在說(shuō)明書中，以第一實(shí)施例至第六實(shí)施例、第六實(shí)施例的修改、第七至第八實(shí)施例的順序給出實(shí)施例。通過(guò)用電源控制設(shè)備控制電池組向包括例如汽車的車燈在內(nèi)的負(fù)載提供電能來(lái)描述本發(fā)明的電源控制設(shè)備及其控制方法。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明適用于任何電源控制設(shè)備，只要它能夠以開關(guān)方式控制電源向負(fù)載供電，其控制方法也是如此。
圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例所述電源控制設(shè)備的電路圖。圖2是詳細(xì)示出了該實(shí)施例中使用的半導(dǎo)體開關(guān)(主控FET)的電路圖。圖3、4和5是用于解釋形成本發(fā)明第一實(shí)施例的電源控制設(shè)備及其控制方法的說(shuō)明性圖表。圖6是電源控制設(shè)備遇到短路和正常工作時(shí)在電源控制設(shè)備中使用的半導(dǎo)體開關(guān)中電流和電壓波形圖。圖7是本發(fā)明第二實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。圖8是本發(fā)明第三實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。圖9和10是本發(fā)明第四實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。圖11和12是本發(fā)明第五實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。圖13和14是本發(fā)明第六實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。圖15是電源控制設(shè)備修改例中第二負(fù)載(電阻器)的電路圖。圖16和17是本發(fā)明第七實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。圖18是本發(fā)明第八實(shí)施例的電源控制設(shè)備的電路圖。
第一實(shí)施例下面參考附圖1描述本發(fā)明第一實(shí)施例的電源控制設(shè)備。在電源控制設(shè)備中，作為半導(dǎo)體開關(guān)的主控FET QA的漏D-源SA路徑串聯(lián)插在向負(fù)載102提供電源輸出電壓VB的路徑中。電路中主控FET QA為NMOS型，也可以是PMOS型。
圖中，驅(qū)動(dòng)主控FET QA的電路部分包含基準(zhǔn)FETQB，電阻器R1、R2、R5、R8、R10、RG、Rr和RV，齊納二極管ZD1，二極管D1，比較器CMP1，驅(qū)動(dòng)電路111和開關(guān)SW1。本說(shuō)明書中，附加數(shù)字和符號(hào)的大寫字母“Rs”用于表示電阻器及其電阻值。圖1中，虛線包圍的部分表示模擬集成電路片，包圍部分內(nèi)的電路元件集成在模擬集成電路片上。
負(fù)載102包括頭燈、動(dòng)力窗(power window)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其它。當(dāng)用戶接通開關(guān)SW1時(shí)，負(fù)載工作。驅(qū)動(dòng)電路111包括集電極連接電勢(shì)VP的源晶體管Q5和發(fā)射極連接地電勢(shì)(GND)的溝晶體管(sink transistor)Q6的串聯(lián)電路。響應(yīng)開關(guān)SW1的開/關(guān)信號(hào)，源晶體管Q5和溝晶體管Q6導(dǎo)通和截止，使得驅(qū)動(dòng)電路111輸出驅(qū)動(dòng)FET QA的信號(hào)。圖中，例如，VB表示12V輸出電壓。VP表示電荷泵(charge pump)的輸出電壓。例如VP是VB+-10V。
作為半導(dǎo)體開關(guān)的主控FET QA的細(xì)節(jié)如圖2所示。如圖2所示，主控FETQA包括內(nèi)部晶體管RG，溫度傳感器121，閂鎖電路122和過(guò)熱切斷FET QS。齊納二極管ZD1將FET的柵極G和源極SA之間的電壓保持在12V，并且當(dāng)過(guò)壓加到FET的柵極G時(shí)，形成過(guò)壓流動(dòng)和通過(guò)的旁路。
本實(shí)施例的主控FET QA具有過(guò)熱切斷功能，當(dāng)溫度傳感器121檢測(cè)到主控FET QA的溫度升至預(yù)定溫度或更高時(shí)，則將高溫信息保持在閂鎖電路122中，作為柵極截止電路的過(guò)熱切斷FET QS導(dǎo)通，從而迫使主控FET QA截止。
溫度傳感器121由四個(gè)串聯(lián)連接的的二極管組成，裝配時(shí)，溫度傳感器121位于主控FET QA附近。隨著主控FET QA溫度的升高，溫度傳感器121的這些二極管的電阻值降低。因此，當(dāng)FET Q51的柵極電勢(shì)低到相當(dāng)于“L”電平的電勢(shì)時(shí)，F(xiàn)ET Q51的狀態(tài)從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到截止?fàn)顟B(tài)。結(jié)果，F(xiàn)ET Q54的柵極電勢(shì)被拉至主控FET QA柵極控制端G處的電勢(shì)，F(xiàn)ET Q54的狀態(tài)從截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，最終將“1”閂鎖在閂鎖電路122中。此時(shí)，閂鎖電路122的輸出信號(hào)電平為“H”電平，且過(guò)熱切斷FET QS從截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。因此，主控FET QA的真實(shí)(true)柵極TG和源極SA處于等電勢(shì)。主控FET QA從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。結(jié)果，導(dǎo)致過(guò)熱切斷工作。
電源控制設(shè)備還具有保護(hù)功能，防止負(fù)載102上或主控FET QA的源極SA和負(fù)載102之間出現(xiàn)短路所引起的過(guò)流，或者防止不良短路造成的異常電流。參考圖1描述實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能的電路結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求中使用的基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置由FET(第二半導(dǎo)體開關(guān))QB和電阻器(第二負(fù)載)Rr組成。基準(zhǔn)FETQB的漏極和柵極分別連接主控FET QA的漏極D和真實(shí)柵極TG?；鶞?zhǔn)FETQB的源極SB連接電阻器Rr的其中一個(gè)端子，電阻器Rr的另一端連接地電勢(shì)GND。這樣，在主控FETQA和基準(zhǔn)FETQB中共用漏極D和真實(shí)柵極TG。這使得很容易將那些FET裝配到同一半導(dǎo)體芯片中。
主控FET QA和基準(zhǔn)FETQB通過(guò)相同過(guò)程裝配到同一個(gè)芯片上。在實(shí)施例中采用的電流檢測(cè)方法是以主控FET QA的漏-源路徑兩端的電壓V DSA和基準(zhǔn)電壓之差為基礎(chǔ)，通過(guò)比較器CMP1執(zhí)行檢測(cè)。因此，由于基準(zhǔn)FETQB和主控FET QA裝配到同一芯片內(nèi)，所以能消除(減小)電流檢測(cè)中共模偏差所引起的誤差，即，電源電壓和溫度漂移以及不同生產(chǎn)階段之間變化帶來(lái)的不期望影響。此外，在芯片110a外部安裝電阻器(第二負(fù)載)Rr使得基準(zhǔn)電壓對(duì)芯片110a的溫度變化不敏感，實(shí)現(xiàn)了高度準(zhǔn)確的電流檢測(cè)。因此，在主控FETQA和第二基準(zhǔn)FETQB中共用漏極D和真實(shí)柵極TG。這使得很容易將那些FET裝配到同一半導(dǎo)體芯片中。
為了使基準(zhǔn)FETQB的電流容量小于主控FET QA的電流容量，形成那些FET的并聯(lián)晶體管的數(shù)量比選擇為(基準(zhǔn)FETQB的晶體管數(shù)1晶體管)＜(主控FET QA的晶體管數(shù)1000晶體管)如以下將描述的，電阻器Rr的電阻值設(shè)為(負(fù)載102的電阻值)×(主控FET QA的晶體管數(shù)1000晶體管/基準(zhǔn)FETQB的晶體管數(shù)1晶體管)。通過(guò)如此設(shè)置電阻器Rr，當(dāng)電源控制設(shè)備正常工作時(shí)流動(dòng)的5A負(fù)載電流流過(guò)主控FET QA和5mA電流流過(guò)電阻器Rr時(shí)，F(xiàn)ET QB的漏-源電壓VDS等于相應(yīng)的主控FET QA的漏-源電壓。當(dāng)電路被如此規(guī)定時(shí)，包括基準(zhǔn)FETQB和電阻器Rr的基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置尺寸達(dá)到最小，從而縮小了元件裝配空間，降低了設(shè)備裝配費(fèi)用。
電阻器R2電阻通過(guò)改變可變電阻器RV的電阻而等價(jià)改變。
改變可變電阻RV電阻可以等價(jià)地改變電阻器R2的電阻值。分壓裝置，包括電阻器R1、R2和RV，根據(jù)這些電阻器的阻值比以分壓比分配主控FETQA的漏-源電壓VDSA，并將所得電壓加到比較器CMP1。分壓比隨可變電阻器RV變化。由于使用了可變電阻器RV，可以改變根據(jù)基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的固定設(shè)定值(基準(zhǔn)值)將比較器CMP1的輸出信號(hào)電平從“H”電平切換到“L”電平的漏-源電壓VDS的閾值。這使得相同類型的半導(dǎo)體芯片110a在電路裝配到模擬集成電路內(nèi)時(shí)能包括多種規(guī)格。
比較器CMP1包括在權(quán)利要求提出的“檢測(cè)裝置”中。比較器CMP1的“+”輸入端通過(guò)電阻器R5接收電壓，該電壓通過(guò)由并聯(lián)連接的電阻器R2和可變電阻器RV的并聯(lián)電阻(R2‖RV)分配主控FET QA的漏-源電壓VDSA而產(chǎn)生。比較器CMP1的“-”輸入端接收基準(zhǔn)FETQB的漏-源電壓VDSB。當(dāng)比較器CMP1的“+”輸入端電勢(shì)高于“-”輸入端的電勢(shì)時(shí)，比較器CMP1的輸出是有效的(“H”電平)。相反，當(dāng)比較器CMP1的“+”輸入端電勢(shì)低于“-”輸入端的電勢(shì)時(shí)，比較器CMP1的輸出是無(wú)效的(“L”電平)。如后面將描述的，比較器CMP1具有滯后特性。
下面描述控制本發(fā)明第一實(shí)施例的電源控制設(shè)備的方法。參考圖3、4和5描述本發(fā)明實(shí)施例的電源控制設(shè)備及其控制方法所基于的原理。圖3是顯示FET QA從截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時(shí)FET QA的漏-源路徑兩端的電壓下降特征曲線的曲線圖。圖4是顯示從電源101到負(fù)載102范圍的供電路徑原理的電路圖。圖5是用于解釋熱FET的漏極電流對(duì)柵-源電壓的特性曲線的曲線圖。
當(dāng)主控FET QA用于半導(dǎo)體開關(guān)時(shí)，范圍從電源101到負(fù)載102的供電路徑從電學(xué)上可以如圖4所示。負(fù)載102包括供電路徑的線電感L0和線電阻R0。當(dāng)供電路徑或負(fù)載102中出現(xiàn)短路時(shí)，線電阻包括短路電阻。如果負(fù)載102是應(yīng)用了本發(fā)明的汽車頭燈，當(dāng)發(fā)生完全短路時(shí)，短路電阻大約是40mΩ，當(dāng)發(fā)生層短路時(shí)，約為40至500mΩ。
當(dāng)作為供電路徑一部分的主控FET QA從截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時(shí)，表示主控FET QA的漏-源路徑兩端電壓下降的曲線如圖3所示。圖示的特性曲線是出現(xiàn)短路處的曲線，負(fù)載是參考負(fù)載(正常工作)，負(fù)載電阻是1kΩ。
因此，下降的特性曲線根據(jù)供電路徑和負(fù)載的狀態(tài)改變，即，根據(jù)供電路徑的線電感和電阻所確定的時(shí)間常數(shù)以及短路電阻改變。
已知的利用漏-源電壓VDS的特性變化檢測(cè)過(guò)流的方法例子是下文描述的過(guò)流檢測(cè)方法，和通過(guò)在預(yù)定時(shí)刻將當(dāng)前電流值與預(yù)定基準(zhǔn)值相比較來(lái)檢測(cè)過(guò)流的方法。為了構(gòu)建確定預(yù)定時(shí)刻的裝置和將它與預(yù)定閾值相比較的裝置，需要電容器和電阻器這樣的電路元件。那些電路元件值的波動(dòng)導(dǎo)致檢測(cè)誤差。此外，必須使用的電容器不能裝配到半導(dǎo)體芯片內(nèi)。所以，由于必須將它們裝配到芯片外導(dǎo)致了制造成本的增加。
主控FET QA工作在夾斷區(qū)直至主控FET QA變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)且漏-源電壓VDS飽和。
當(dāng)負(fù)載102為1kΩ時(shí)，可通過(guò)以下方式考慮漏-源電壓VDS的變化。首先，例如當(dāng)主控FET QA是日本日立公司在電源電壓12V時(shí)制造的“HAF2001”時(shí)，由于漏極電流ID＝12mA，柵-源電壓VTGS保持在大約1.6V。第二，繼續(xù)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路111對(duì)柵極G充電。如果繼續(xù)，柵-源電壓VTGS就會(huì)上升。但是，漏-源電壓VDS下降，柵-漏電容CGD放電。結(jié)果，將到達(dá)柵-源電壓VTGS的電荷被吸收。換言之，漏-源電壓VDS下降到使柵-漏電容CGD以使柵-漏電容CGD放電的電荷量足以防止柵極驅(qū)動(dòng)電路所提供的電荷進(jìn)一步增加VTGS電壓這樣一個(gè)等級(jí)。結(jié)果，柵-源電壓VTGS保持在大約1.6V。隨著柵-漏電壓VFGD的降低，漏-源電壓VDS也下降。此時(shí)出現(xiàn)吸收電荷的兩個(gè)因素；第一因素是由于柵-漏電壓VTGD下降，柵-漏電容CGD放電，第二因素是由于n-區(qū)的耗盡層減小，柵-漏電容CGD的電容增加。
以下說(shuō)明還是當(dāng)負(fù)載102為1kΩ時(shí)漏-源電壓VDS的變化。
從特性曲線來(lái)看，人們可以知道，在主控FET QA導(dǎo)通后的相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)，漏-源電壓VDS的值使得將通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路111送入真實(shí)柵極TG的充電電荷被吸收且真實(shí)柵極TG的柵-源電壓VTGS保持恒定。
因此，如果經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，負(fù)載電阻＝1kΩ時(shí)，漏-源電壓VDS位于特性曲線之上，柵-源電壓VTGS高于1.6V。
在通常是導(dǎo)通或截止FETQA的任何時(shí)刻，當(dāng)從柵-源電壓VTGS減去ΔVDSGAPXCGD的電荷量時(shí)，柵-源電壓VTGS達(dá)到1.6V。這里，ΔVDSGAP表示垂直測(cè)量的當(dāng)前特性曲線與負(fù)載電阻＝1kΩ(圖3)時(shí)的特性曲線的距離。換言之，柵-源電壓VTGS已經(jīng)在1.6V上增加了該電荷量。其數(shù)學(xué)表達(dá)式是VTGS-1.6＝ΔVDSGAPX2CGD/(CGS+2CGD)由此，ΔVDSGAP與(柵-源電壓VTGS-1.6V)成正比。
圖5基本示出了漏極電流ID和柵-源電壓VTGS之間的1∶1的線性比例關(guān)系。圖5中所示的特性曲線是日立公司生產(chǎn)的“HAF2001”。圖表中，漏-源電壓VDS對(duì)應(yīng)于柵-源電壓VTGS。因此，根據(jù)圖5所示的關(guān)系，ΔVDSGAP表示漏極電流ID。圖5中，ID＝10A附近的分辨率(resolution)約為60mV/A。具體地說(shuō)，漏極電流ID改變1A，柵-源電壓VTGS改變60mV。漏極電流ID改變±5A，柵-源電壓VTGS改變±0.3V。在常規(guī)的電源控制設(shè)備中，這種分辨率相當(dāng)于60mΩ分流電阻RS的分辨率。
當(dāng)漏極電流ID為零時(shí)，漏-源電壓VDS的曲線僅由柵極和鏡(mirror)電容的充電電路確定。當(dāng)漏極電流ID流動(dòng)時(shí)，它受到電路電感LC和整個(gè)電路電阻RC的影響。隨著漏極電流ID的增加，漏-源電壓VDS的曲線上升。在完全短路情況下當(dāng)漏極電流ID大大增加時(shí)，曲線中所示以時(shí)間刻度為橫軸、以ID電流為縱軸的漏極電流ID的上升斜率趨向固定值，該固定值由柵極充電電路的充電速率確定。因此，柵-源電壓VTGS曲線也是收斂的。漏極電流ID的上升斜率是臨界斜率，它由柵-漏電壓VTGD的變化為零時(shí)柵-源電壓VTGS曲線的上升來(lái)確定。
回到圖4，描述驅(qū)動(dòng)電路111執(zhí)行截止控制時(shí)主控FET QA的工作情況(改變漏-源電壓VDS的力和改變漏極電流ID的力之間的大小關(guān)系)。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路111內(nèi)的源晶體管Q5變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)時(shí)且溝晶體管Q6變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時(shí)，存儲(chǔ)在真實(shí)柵極TG內(nèi)的電荷通過(guò)內(nèi)部電阻器RG和電阻器R8以及溝晶體管Q6放電。
此時(shí)，即使柵極電荷被放電且柵-源電壓VTGS下降，在主控FET QA工作在電阻區(qū)(ohmic region)期間，漏極電流ID幾乎不受壓降影響。此時(shí)，漏-源電壓VDS也幾乎不改變。
當(dāng)主控FET QA進(jìn)入夾緊區(qū)工作時(shí)，柵極電荷放電使柵-源電壓VTGS下降并減小漏極電流ID。此時(shí)，漏極電流ID保持其在外部電路確定的條件下建立的電流狀態(tài)。因此，漏-源電壓VDS升高，為柵-漏電容CGD充電，使得中和柵極放電電荷，從而消除了它們對(duì)漏極電流ID的影響。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于維持漏極電流ID的力和維持漏-源電壓VDS的力之間的大小關(guān)系。具體地說(shuō)，這是由前者力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者力這一原因所造成。這種保護(hù)操作在漏-源電壓VDS變化的范圍內(nèi)繼續(xù)。
即使驅(qū)動(dòng)電路111在漏極電流ID上升過(guò)程中執(zhí)行截止控制，由于漏-源電壓VDS變化(升高)，只要漏-源電壓VDS的變化(升高)是允許的，漏極電流就繼續(xù)增加。在漏-源電壓VDS不能升高的時(shí)間點(diǎn)，漏極電流ID開始根據(jù)僅由柵極電荷放電確定的柵-源電壓VTGS的下降而減小。換言之，在驅(qū)動(dòng)電路111執(zhí)行截止控制階段，漏極電流ID幾乎不受截止控制的影響直至漏-源電壓VDS停止變化。主控FET QA的導(dǎo)通/截止操作是基于上面提及的機(jī)理。
當(dāng)柵極充電電路變成另一柵極充電電路時(shí)，VDS曲線也換成同樣的負(fù)載電流。由于這個(gè)原因，有必要總保持柵極充電電流恒定。如果柵極充電電流被減小，VDS曲線上移。通過(guò)利用這種特性，如果相對(duì)于漏極電流ID增加漏-源電壓VDS，會(huì)加快過(guò)熱保護(hù)功能的過(guò)熱切斷操作。利用這種想法設(shè)計(jì)下面所描述的過(guò)熱切斷快速電路(過(guò)熱切斷快速裝置)。
在這種考慮的基礎(chǔ)上描述電源控制設(shè)備的工作。首先描述基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置(基準(zhǔn)FETQB和電阻器Rr)。主控FET QA和基準(zhǔn)FETQB形成1000∶1的電流鏡像電路。當(dāng)主控FET QA的源極電勢(shì)等于基準(zhǔn)FETQB的源極電勢(shì)時(shí)，漏極電流IDQA＝1000×漏極電流IDQB。
所以，當(dāng)主控FET QA的漏極電流IDQA＝5A且基準(zhǔn)FETQB的漏極電流IDQB＝5mA時(shí)，主控FET QA的漏-源電壓VDS等于基準(zhǔn)FETQB的漏-源電壓VDS，這對(duì)柵-源電壓VTGS同樣成立；VDSA＝VDSB、以及VTGSA＝VTGSB。這里，VDSA和VDSB是主控FETQA和FETQB的漏-源電壓，VTGSA和VTGSB是主控FETQA和基準(zhǔn)FETQB的柵-源電壓。
因此，當(dāng)基準(zhǔn)FETQB在導(dǎo)通狀態(tài)下處于飽和時(shí)，基本等于輸出電壓VB的電壓加到電阻器Rr兩端。所以，等價(jià)于5A負(fù)載的基準(zhǔn)FETQB的負(fù)載連接到主控FETQA，即電阻器Rr的電阻為Rr＝12V/5mA＝1.4kΩ。
當(dāng)5A的電流流入主控FETQA時(shí)的漏-源電壓VDS值(曲線)用作基準(zhǔn)值。通過(guò)利用晶體管比(ratio)(＝電流容量比)相對(duì)小于主控FET QA的基準(zhǔn)FETQB構(gòu)建基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置，減小了基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置尺寸，從而實(shí)現(xiàn)很小的芯片占用區(qū)域。此外，通過(guò)用相同過(guò)程將主控FET QA和基準(zhǔn)FETQB裝配在同一芯片上，去除了生產(chǎn)腐蝕和溫度漂移，從而大大改善了檢測(cè)準(zhǔn)確度。
下面描述主控FETQA在夾斷區(qū)內(nèi)的工作。當(dāng)主控FET QA從截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時(shí)，漏極電流IDQA向由電路電阻確定的最終負(fù)載電流值上升。柵-源電壓VTGSA取到由漏極電流IDQA確定的值，且也在被柵-漏電容CGD的鏡像效應(yīng)制動(dòng)(brake)時(shí)上升，這是由于漏-源電壓VDSA的降低。此外，基準(zhǔn)FETQB的柵-源電壓VTGSB通過(guò)作為具有1.4kΩ電阻器Rr為其負(fù)載的源極輸出器的基準(zhǔn)FETQB的工作來(lái)確定。
主控FET QA的柵-源電壓VTGSA隨著漏極電流IDQA的增加而增長(zhǎng)，因此，VTGSB＜VTGSA。由于VDSA＝VTGSA+VTGD且VDSB＝VTGSB+VTGD，VDSA-VDSB＝VTGSA-VTGSB。VTGSA-VTGSB作為柵-源電壓差表示IDQA-IDQB為漏極電流差。因此，通過(guò)檢測(cè)差VTGSA-VTGSB得到漏極電流IDQA和流過(guò)基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的電流IDQB之差。由于VDSB變小(VDSA也變小)，電流IDQB達(dá)到5mA(該值相當(dāng)于IDQA＝5A)。
基準(zhǔn)FETQB的漏-源電壓VDSB直接輸入比較器CMP1，主控FETQA的漏-源電壓VDSA由電阻R1和電阻R2分配(在這種情況下，不考慮可變電阻器RV的電阻)，將最后的結(jié)果加到比較器CMP1。即，加到比較器CMP1上的電壓由下式給出VDSA X_R1/(R1+R2)……(1)就在主控FETQA的狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通后，基準(zhǔn)FETQB的VDSB＞(1)。隨著主控FETQA漏電流IDQA的增加，表達(dá)式(1)的值減小但超過(guò)漏-源電壓VDSB。此時(shí)，比較器CMP1的輸出電平從“H”電平變?yōu)椤癓”電平以使主控FETQA截止。
比較器CMP1的滯后特性由二極管D1和電阻器R5形成。當(dāng)主控FETQA截止時(shí)，柵極電勢(shì)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路111的溝晶體管Q6接地，二極管D1的陰極和主控FETQA的漏極D之間的電勢(shì)差是VDSA+0.7V(齊納二極管ZD1的正向壓降)。因此，電流流過(guò)路徑R1→r5→D1，比較器CMP1+輸入端的電勢(shì)降低到驅(qū)動(dòng)電路111執(zhí)行導(dǎo)通控制以下。因此，由于VDSA-VDSB低于其狀態(tài)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)的時(shí)候，主控FETQA保持截止?fàn)顟B(tài)。由于VDSA和VDSB都增加并上升到VB，重新建立表達(dá)式(1)小于VDSB的條件，然后將其狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。有很多方式可以形成滯后，以上所提到的僅是其中一例。
假設(shè)當(dāng)FET QA截止時(shí)出現(xiàn)的漏-源電壓VDSA表示為閾值VDSAth，保持下面的關(guān)系VDSAth-VDSB＝R2/R1_X_VDSB(在5[mA])……(2)通過(guò)等式(2)給出過(guò)流判斷值。為了改變過(guò)流判斷值，調(diào)整可變電阻器RV的電阻，可變電阻器RV與位于芯片110a外部的電阻器R2并聯(lián)連接。具體地說(shuō)，可以通過(guò)減小可變電阻器RV的電阻來(lái)減小過(guò)流判斷值。
下面描述主控FETQA在電阻區(qū)內(nèi)的工作。如果主控FETQA在正常接線狀態(tài)下狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，則主控FETQA連續(xù)保持導(dǎo)通狀態(tài)。因此，柵-源電壓VTGSA和VTGSB都達(dá)到約10V，熱FET QA和QB都工作在電阻區(qū)。
在該區(qū)域內(nèi)，失去了柵-源電壓VGS和漏電流ID之間的1∶1關(guān)系。在日立公司“HAF2001”的情況下，當(dāng)VGS＝10V時(shí)，導(dǎo)通電阻RDS(ON)＝30mΩ。然后，我們有VDSB＝5A×30mΩ＝0.15VVDSA＝IDQA×30mΩVDSA-VDSB＝30mΩ×(IDQA-5A)……(3)當(dāng)漏電流IDQA由于線路短路而增加時(shí)，等式(3)的值升高，當(dāng)它超過(guò)過(guò)流判斷值時(shí)，主控FETQA變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。此后，主控FETQA進(jìn)入其工作的夾斷區(qū)，重復(fù)導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)。
圖6是在本發(fā)明實(shí)施例的電源控制設(shè)備中使用的主控FETQA中電壓和電流波形的波形圖。
圖6(a)示出了漏電流ID(A)的波形，圖6(b)示出了漏-源電壓VDS的波形。在這些圖中，(2)表示電源控制設(shè)備正常工作時(shí)的波形；(3)表示過(guò)載狀態(tài)時(shí)的波形(包括源極和負(fù)載之間的短路)。
在出現(xiàn)過(guò)載狀態(tài)的情況下(波形(3))，重復(fù)主控FETQA的接通/斷開控制使主控FETQA周期性地加熱，以便導(dǎo)致過(guò)熱保護(hù)功能。
如上所述，在電源控制設(shè)備及其控制方法中，為了電流檢測(cè)，不需使用串聯(lián)在供電路徑中的旁路電阻器，而在常規(guī)電源控制設(shè)備中必須使用旁路電阻。電源控制設(shè)備能在沒有旁路電阻器的情況下高度準(zhǔn)確地檢測(cè)過(guò)流。此外，電源控制設(shè)備不僅能使硬件電路連續(xù)地檢測(cè)完全短路引起的過(guò)流，而且能檢測(cè)具有如層短路的某一短路電阻的層短路引起的異常電流。
在層短路的情況下，電源控制設(shè)備重復(fù)主控FETQA接通/斷開控制，使電流變化很大，從而導(dǎo)致半導(dǎo)體開關(guān)的周期性加熱。周期性加熱通過(guò)過(guò)熱保護(hù)功能加快了主控FETQA的關(guān)斷(截止控制)。
此外，半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制受到僅使用硬件而不使用微機(jī)的影響。該特征減小了設(shè)備安裝空間，大大降低了設(shè)備生產(chǎn)成本。
當(dāng)與作為本實(shí)施例中利用的漏-源電壓VDS的特征變量的過(guò)流檢測(cè)方法相比較時(shí)，但當(dāng)前電流在預(yù)定時(shí)刻與電流的預(yù)定閾值相比較，本實(shí)施例的過(guò)流檢測(cè)具有以下優(yōu)點(diǎn)。電容器和多個(gè)電阻器這樣的電路元件是不必需的。因此，那些元件電路常數(shù)變化所帶來(lái)的檢測(cè)誤差得以消除。此外，不需要在芯片110a外部安裝電容器。結(jié)果是減小了安裝空間和安裝成本。
由于調(diào)整可變電阻器RV，可以在完全短路和負(fù)載102類型(例如頭燈、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、或類似物)層短路之間加以很好區(qū)分。高度準(zhǔn)確地防止短路造成的損壞。
第二實(shí)施例下面參考附圖7描述形成本發(fā)明第二實(shí)施例的電源控制設(shè)備及其控制方法。第二實(shí)施例的電源控制設(shè)備相當(dāng)于第一實(shí)施例的電源控制設(shè)備加上電阻器R3、R4、R6、R9和FET Q1和Q2以及齊納二極管ZD2。圖7中虛線包圍的部分是模擬IC芯片110b，包圍部分內(nèi)的電路元件集成在芯片上。
電阻器R9將FET Q1的柵極和源極相互連接起來(lái)。主控FETQA的真實(shí)柵極TG通過(guò)齊納二極管ZD2和電阻器R6連接到FET Q1的柵極。經(jīng)電阻器R4，F(xiàn)ETQ1的漏極連接至VB+5V。FET Q1的源極連接主控FETQA的源極SA。電阻器R1與電阻器R3和FET Q2的電路并聯(lián)。主控FETQA漏-源電壓VDSA的電壓分配通過(guò)FET Q2的接通/斷開控制而改變。
下面將描述第二實(shí)施例的電源控制設(shè)備的工作。首先描述其在夾斷區(qū)內(nèi)的工作。正如在第一實(shí)施例中那樣，基準(zhǔn)FETQB的漏-源電壓VDSB直接連接比較器CMP1。FET QA的漏-源電壓VDSA通過(guò)并聯(lián)的電阻器R1和電阻器R3的并聯(lián)電阻(R1‖R3)和電阻器R2(這里，不考慮可變電阻器RV)分壓，并加到比較器CMP1。
具體地說(shuō)，將以下表達(dá)式給出的電壓值輸入比較器CMP1。
VDSA×((R1‖R3)/((R-‖R3)+R2)……(1′)就在FET QA導(dǎo)通之后，VDSB＞VDSB是基準(zhǔn)FETQB的漏-源電壓處。隨著FETQA的漏電流IDQA增加，值(1′)基準(zhǔn)FETQB的漏-源電壓VDSB。此時(shí)，比較器CMP1的輸出電平從“H”電平變?yōu)椤癓”電平。結(jié)果，F(xiàn)ET QA截止。
假設(shè)將主控FETQA的狀態(tài)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)時(shí)的漏-源電壓VDSA指定為閾值VDSAth，則保持下列關(guān)系。
VDSAth-VDSB＝R2/(R1‖R3)×VDSB……(2′)通過(guò)等式(2′)確定過(guò)流判斷值。
為了改變過(guò)流判斷值，調(diào)整與芯片110b外部的電阻器R2連接的可變電阻器RV的電阻。具體地說(shuō)，可以通過(guò)減小可變電阻器RV的電阻減小過(guò)流判斷值。
參考圖6描述電源控制設(shè)備在電阻區(qū)內(nèi)的工作，基本與第一實(shí)施例中相同，因此這里不再描述。
討論過(guò)流判斷值。假設(shè)夾斷區(qū)的過(guò)流判斷值等于電阻區(qū)的過(guò)流判斷值。
首先計(jì)算夾斷區(qū)內(nèi)的(VDSA-VDSB)/ΔID。從HAF2001的特性曲線導(dǎo)出下面的關(guān)系。
ΔVTGSA/ΔIDQA＝60[mV/A]……(4)ΔVTGSA＝Δ(VDSA-VDSB)×2CGD/(CGS+2CGD)＝Δ(VDSA-VDSB)×2×1200PF/(1800PF+2×1200PF)＝Δ(VDSA-VDSB)×0.57……(5)重新排列等式(4)和(5)，則有Δ(VDSA-VDSB)/ΔID＝105[mV/A]……(6)由等式(3)，電阻區(qū)內(nèi)的Δ(VDSA-VDSB)/ΔID為Δ(VDSA-VDSB)/ΔID＝30[mV/A]……(7)將等式(6)與等式(7)相比較，夾斷區(qū)的電流靈敏度高于電阻區(qū)的電流靈敏度。電流判斷值即使在電阻區(qū)合適，但在夾斷區(qū)就太小了。在這種情況下，就存在著在該區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)流檢測(cè)的危險(xiǎn)。一種可能的解決方案是在夾斷區(qū)和電阻區(qū)之間切換過(guò)流判斷值。這通過(guò)加到第一實(shí)施例電路的電路完成。
通過(guò)柵-源電壓VTGSA的幅值來(lái)判斷FET的工作區(qū)是夾斷區(qū)還是電阻區(qū)。隨著漏電流ID的增加，夾斷區(qū)內(nèi)的柵-源電壓VTGSA增長(zhǎng)。但在這種情況下，即使出現(xiàn)完全短路也絕不會(huì)超過(guò)5V。因此，如果VTGSA＞5V，則判斷FET的電流工作區(qū)為電阻區(qū)。
就在FET QA導(dǎo)通之后，F(xiàn)ET Q1處于截止?fàn)顟B(tài)且FET Q2處于導(dǎo)通狀態(tài)。為了使FET Q2導(dǎo)通，需要超過(guò)輸出電壓VB例如5V的電壓。
設(shè)齊納二極管ZD2的擊穿電壓為(5V-1.6V)(1.6V；FET Q1的閾值電壓)，如果VTGSA(柵-源電壓)＞5V，F(xiàn)ET Q1導(dǎo)通且FET Q2截止。然后，從電路中除去與電阻器R1并聯(lián)耦合的電阻器R3。
由于漏-源電壓VDSA的分壓比升高，更降低了使FETQA截止的源-漏電壓差VDSA-VDSB。結(jié)果，在電阻區(qū)，在采取措施之前較小電流處作出過(guò)流判斷。
但是，如果不采取實(shí)施例附加電路的措施，在適應(yīng)使用中不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。具體地說(shuō)，當(dāng)最終的負(fù)載電流值小時(shí)，夾斷區(qū)內(nèi)的電流完全上升。換言之，當(dāng)最終負(fù)載電流小時(shí)，電流達(dá)到夾斷區(qū)內(nèi)的最終負(fù)載電流值。當(dāng)最終負(fù)載電流大時(shí)，電流仍處于夾斷區(qū)內(nèi)上升的中部。甚至在完全短路的情況下，電流限制在大約40A之內(nèi)。
因此，由于最終負(fù)載電流值升高，電流變化收斂到具有固定斜率的電流上升特性曲線。漏-源電壓VDSA的差不會(huì)大到每個(gè)負(fù)載電流充分飽和時(shí)的情況。由于這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，在夾斷區(qū)電流靈敏度大，漏-源電壓差VDSA-VDSB不變大。因此，如果適當(dāng)選擇基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路中的電流值，即使不使用本實(shí)施例的附加電路，通過(guò)第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)也能實(shí)現(xiàn)具有過(guò)流保護(hù)功能的實(shí)際電源控制設(shè)備。
這種結(jié)構(gòu)的電源控制設(shè)備及其控制方法與已經(jīng)詳細(xì)描述的第一實(shí)施例相比產(chǎn)生了有益效果。
最后，簡(jiǎn)要描述過(guò)流控制的基本原理。首先，當(dāng)線路正常時(shí)，F(xiàn)ET QA導(dǎo)通并在電阻區(qū)內(nèi)工作。只要線路正常，它就保持在電阻區(qū)內(nèi)工作并保持導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)線路異常時(shí)，電流增加，當(dāng)漏-源電壓差VDSA-VDSB超過(guò)過(guò)流判斷值時(shí)，F(xiàn)ET QA截止并工作在夾斷區(qū)。只要異常線路存在，F(xiàn)ET QA重復(fù)導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，并繼續(xù)在夾斷區(qū)內(nèi)工作，最后由于過(guò)熱被切斷。
為了實(shí)現(xiàn)基本原理并優(yōu)化過(guò)流控制，需要過(guò)流判斷值滿足以下兩個(gè)條件。第一個(gè)條件是FET QA在正常電流范圍內(nèi)絕對(duì)不截止。第二個(gè)條件是判斷出電阻區(qū)內(nèi)檢測(cè)的電流為過(guò)流之后，只要不去除線路中的異常，F(xiàn)ET QA就繼續(xù)夾斷區(qū)內(nèi)的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)。這是穩(wěn)定接通/斷開控制周期所需要的。接通/斷開控制周期穩(wěn)定使控制穩(wěn)定。用接通/斷開控制周期設(shè)置計(jì)時(shí)器(見下文所述的第六實(shí)施例)。最后，需要穩(wěn)定接通/斷開控制周期。
為了滿足第一個(gè)和第二個(gè)條件，電阻區(qū)內(nèi)的過(guò)流判斷值設(shè)為“正常電流最大值+α”的電流值(相當(dāng)于(VDSA-VDSB))，夾斷區(qū)內(nèi)的過(guò)流判斷值設(shè)為“正常電流最大值+β”的電流值。此時(shí)，α＞β。即，α-β是將FET放在夾斷區(qū)內(nèi)工作所需的偏差量。
第三實(shí)施例下面參考圖8描述本發(fā)明第三實(shí)施例的電源控制設(shè)備及其控制方法。該實(shí)施例的電源控制設(shè)備與第二實(shí)施例的電源控制設(shè)備(圖7)不同，區(qū)別在于基準(zhǔn)FETQB的柵極不連接FETQA的真實(shí)柵極TG，以及額外使用電阻器R41作為基準(zhǔn)FETQB的柵極電阻器。電阻器R41一端連接基準(zhǔn)FETQB的柵極，另一端連接FETQA的柵極G。本實(shí)施例電源控制設(shè)備其余的電路結(jié)構(gòu)基本與圖7電路結(jié)構(gòu)相同。圖8中，虛線包圍的部分表示模擬IC芯片，所包圍部分內(nèi)的電路元件集成在芯片上。
電阻器R41的電阻需要設(shè)置為1000×RG。當(dāng)RG＝10kΩ時(shí)，例如，R41＝10MΩ。由于電阻極高，當(dāng)考慮生產(chǎn)時(shí)，晶體管數(shù)量的比例優(yōu)選設(shè)為1∶100且R41＝1MΩ。
該實(shí)施例的電源控制設(shè)備的工作基本與第二實(shí)施例的電源控制設(shè)備相同，并與第一實(shí)施例的電源控制設(shè)備相比產(chǎn)生了有益效果。
第四實(shí)施例下面參考圖9和10描述本發(fā)明第四實(shí)施例的電源控制設(shè)備及其控制方法。該實(shí)施例的電源控制設(shè)備旨在改進(jìn)第一實(shí)施例(圖1)的電源控制設(shè)備電路中的分壓裝置(R1，R2和RV)?；叵肷衔?，分壓裝置以基于電阻值比的分壓比分配FET QA的漏-源電壓VDSA并將所分的電壓加到比較器CMP1。圖9中虛線包圍的部分110a′和圖10中虛線包圍的部分110a″表示模擬IC芯片，所包圍部分內(nèi)的電路元件集成在芯片上。
在圖9的該實(shí)施例電源控制設(shè)備中，F(xiàn)ETQA的漏極D和源極SA串聯(lián)插在電源101的輸出電壓VB向負(fù)載102供電的路徑中。驅(qū)動(dòng)FETQA的電路部分包括基準(zhǔn)FETQB，晶體管Q7，電阻器R1至R6、R8至R10，RG，Rr，齊納二極管ZD1，二極管D1至D3，比較器CMP1，驅(qū)動(dòng)電路111和開關(guān)SW1。在該實(shí)施例中作為半導(dǎo)體開關(guān)使用的FETQA具有圖2所示結(jié)構(gòu)，如第一實(shí)施例那樣。比較器CMP1、驅(qū)動(dòng)電路111以及開關(guān)SW1的功能及工作、還有通過(guò)基準(zhǔn)FETQB和電阻器Rr產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓都和第一實(shí)施例一樣。
下面描述與第一實(shí)施例的電源控制設(shè)備(圖1)中相應(yīng)電路部分不同的電路部分(晶體管Q7，電阻器R1至R6，二極管D2至D3)的功能及工作。
設(shè)有連接在電源101和電阻器R1之間的PNP晶體管Q7以克服暗電流。在第一實(shí)施例的電源控制設(shè)備(圖1)中，甚至在沒有發(fā)出向負(fù)載102提供電能的指示時(shí)，即FET QA未被驅(qū)動(dòng)時(shí)，暗電流路徑通過(guò)分壓裝置的電阻器R1和R2從電源101延伸到負(fù)載102。因此，甚至在開關(guān)SW1斷開狀態(tài)期間，也消耗電源101的少量電能。
為了減小暗電流對(duì)電源101的能量消耗，設(shè)置晶體管Q7，且設(shè)置成僅當(dāng)開關(guān)SW1接通(發(fā)出向負(fù)載102供電的指示)時(shí)，晶體管Q7才導(dǎo)通。即，當(dāng)開關(guān)SW1不導(dǎo)通時(shí)，晶體管Q7處于截止?fàn)顟B(tài)，從而切斷暗電流路徑。因此，換句話說(shuō)，當(dāng)晶體管Q7處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電流流過(guò)路徑R1(電阻器)→R3(電阻器)→R2(電阻器)→GND(地)，路徑R1(電阻器)→D3(二極管)→R5(電阻器)→負(fù)載102→GND(地)，以及路徑R1(電阻器)→R3(電阻器)→D2(二極管)→R6(電阻器)→Rr(電阻器)→GND(地)。
電阻器R1至R6以及二極管D2和D3組成二極管箝位電路。假設(shè)電阻器R1和R3的節(jié)點(diǎn)電勢(shì)為VC、電阻器R3和R2的節(jié)點(diǎn)電勢(shì)為VE，則當(dāng)晶體管Q7處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，VC＞VE。
如果VSA≥VC-0.7V(VSAFETQA的源極電壓)，則源極電壓VSA輸入比較器CMP1的“+”輸入端。如果VSA＜VC-0.7V，則“VC-0.7V”的電壓輸入比較器CMP1的“+”輸入端，與源極電壓VSA無(wú)關(guān)。換言之，即使源極電壓VSA下降，比較器CMP1的“+”輸入端也被箝位在“VC-0.7V”，不再低于該電壓。即使基準(zhǔn)FETQB的源極電壓VSB下降到“VE-0.7V”以下，比較器CMP1的“-”輸入端也被箝位到“VE-0.7V”。
由于設(shè)置了二極管箝位電路，當(dāng)FETQA和基準(zhǔn)FETQB都截止且源極電壓VSA和VSB都下降時(shí)，比較器CMP1的“+”和“-”輸入端被箝位到(VC-0.7V)和(VE-0.7V)。由于VC＞VE，比較器CMP1的輸出信號(hào)電平設(shè)為“H”電平，從而FETQA可以可靠導(dǎo)通而與源極電壓VS和源極電壓VB的大小無(wú)關(guān)。此外，由于比較器CMP1輸入端的電勢(shì)絕不會(huì)降到預(yù)定電勢(shì)值以下，改進(jìn)了比較器CMP1“+”和“-”輸入端的電壓承受能力。
在圖10的電源控制設(shè)備中，基準(zhǔn)FETQB的柵極未連接FETQA的真實(shí)柵極TG，電阻器R41附加地用作基準(zhǔn)FETQB的柵極電阻器。電阻器R41一端連接基準(zhǔn)FETQB的柵極，另一端連接FETQA的柵極G。電阻器R41及其他元件的設(shè)置與已描述的第三實(shí)施例相同。
第五實(shí)施例參考圖11和12描述本發(fā)明第五實(shí)施例的電源控制設(shè)備及其控制方法。該實(shí)施例的電源控制設(shè)備相當(dāng)于第一實(shí)施例的電源控制設(shè)備(圖1)加上涌流屏蔽電路105和過(guò)熱切斷加快電路106。圖11中虛線包圍的部分110d和圖12中虛線包圍的部分110d′表示模擬IC芯片，所包圍部分內(nèi)的電路元件集成在芯片上。
當(dāng)接通負(fù)載102(例如頭燈)時(shí)，涌流流過(guò)電源控制設(shè)備。涌流的值等于在電路穩(wěn)態(tài)下流動(dòng)電流的電流值的幾到幾十倍。涌流流動(dòng)的時(shí)間周期取決于負(fù)載102的類型和容量，通常為3至20msec。如果在涌流流動(dòng)周期內(nèi)執(zhí)行第一、第二或第三實(shí)施例中所述的過(guò)流控制，經(jīng)某一時(shí)間直至負(fù)載102穩(wěn)定下來(lái)。這是不希望的現(xiàn)象；接通頭燈延遲且負(fù)載本身響應(yīng)慢。該實(shí)施例通過(guò)加上涌流屏蔽電路105(權(quán)利要求中的“阻止裝置”)解決了圖1電路中的問(wèn)題。
在第一、第二、第三或第四實(shí)施例中，當(dāng)檢測(cè)到由于完全短路引起過(guò)流時(shí)，過(guò)熱保護(hù)功能工作以切斷FET QA(截止控制)。在層短路的情況下，重復(fù)FET QA的接通/斷開控制。最后得到的FET QA的周期性加熱使過(guò)熱切斷功能起作用。因此，切斷功能起作用所經(jīng)的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。在本實(shí)施例中，過(guò)熱切斷加快電路106(過(guò)熱切斷加快裝置)甚至在層短路的情況下也加快了FET QA的截止。
圖11中，涌流屏蔽電路105包括FET Q11和Q12，二極管D11，電阻器R11至R13以及電容器C11。
下面描述涌流屏蔽電路105的工作。當(dāng)FET QA導(dǎo)通時(shí)，柵-源電壓VGSA通過(guò)二極管D11和電阻器R12加到FET Q12的柵極，還通過(guò)二極管D11和電阻器R11加到FET Q11的柵極。
FET Q12的柵極連接FET QA的源極SA。就在FET QA導(dǎo)通之后，電容器C11還未被充電。因此，F(xiàn)ET Q12的柵極電勢(shì)沒有充分升高，F(xiàn)ET Q12的狀態(tài)不能變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。FET QH在FET Q12截止期間保持導(dǎo)通狀態(tài)，并將比較器CMP1的“-”輸入端與FET QA的源極SA耦合。因此，比較器CMP1的輸出電平保持在“H”電平，在該狀態(tài)下，如果大涌流流過(guò)，F(xiàn)ET QA不被截止。
隨著時(shí)間的推移，電容器C11通過(guò)電阻器R12進(jìn)行充電，最后FET Q12的狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。隨著FET Q12的導(dǎo)通，F(xiàn)ET Q11截止且屏蔽狀態(tài)終止，過(guò)流檢測(cè)控制工作。
電阻器R13是放電電阻，用于在FET QA截止之后放電和復(fù)位電容器C11。在這種情況下，為了電容器C11的放電工作不影響屏蔽時(shí)間，需要選擇R12＜＜R13。屏蔽時(shí)間由R12×C11的時(shí)間常數(shù)確定。這隱含著當(dāng)電路裝配到一片芯片上時(shí)，屏蔽時(shí)間可以通過(guò)適當(dāng)改變電容器C11的電容來(lái)調(diào)整。
過(guò)熱切斷加快電路106由FET Q21至Q24以及二極管D21和D22，齊納二極管ZD21以及電阻器R21至R27組成。
下面描述過(guò)熱切斷加快電路106的工作。電源控制設(shè)備置于過(guò)流控制模式，柵極驅(qū)動(dòng)電路周期性地執(zhí)行接通/斷開控制，F(xiàn)ET QA的柵極電勢(shì)變?yōu)椤癓”電平電勢(shì)。在該時(shí)間段內(nèi)，由于源極電壓VSA處于某一電壓量，電容器C21通過(guò)晶體管Q22和Q24以及電阻器R22被充電。FET Q21的柵極電勢(shì)低于初始階段的閾值。隨著電容器C21的充電過(guò)程，柵極電勢(shì)升高，F(xiàn)ET Q21導(dǎo)通。
電流通過(guò)電阻器R21從端子TG(FET QA的真實(shí)柵極)流到地(GND)，存儲(chǔ)在端子TG中的電荷數(shù)量減少。因此，漏-源電壓VDSA也相對(duì)于負(fù)載電阻器增加。FET QA的功耗增加，從而加快了過(guò)熱切斷動(dòng)作。電阻器R21的電阻越小，過(guò)熱切斷動(dòng)作越快。電阻器R23是電容器C21的放電電阻。優(yōu)選R22＜＜R23。
圖12所示電源控制設(shè)備相當(dāng)于第四實(shí)施例的電源控制設(shè)備(圖9)加上涌流屏蔽電路105′和過(guò)熱切斷加快電路106′。涌流屏蔽電路105′和過(guò)熱切斷加快電路106′的電路結(jié)構(gòu)及其工作基本與圖11的相同。
第六實(shí)施例參考圖13和14描述本發(fā)明第六實(shí)施例的電源控制設(shè)備。該實(shí)施例的電源控制設(shè)備相當(dāng)于在第一實(shí)施例的電源控制設(shè)備(圖1)中又使用了導(dǎo)通/截止時(shí)間累加電路107。圖13中虛線包圍的部分110e和圖14中虛線包圍的部分110e′表示模擬IC芯片，所包圍部分內(nèi)的電路元件集成在芯片上。
在第一、第二、第三和第四實(shí)施例中，在層短路的情況下，重復(fù)FET QA的接通/斷開控制，所得到的FET QA的周期性加熱動(dòng)作導(dǎo)致過(guò)熱截止起作用。因此，切斷功能起作用所經(jīng)的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。這種問(wèn)題通過(guò)以下方式來(lái)解決。具體地說(shuō)，額外使用了在FET QA的接通/斷開控制數(shù)達(dá)到預(yù)定數(shù)量時(shí)導(dǎo)致電源控制設(shè)備執(zhí)行截止控制的導(dǎo)通/截止時(shí)間累加電路(時(shí)間控制裝置)107，從而加快了FETQA的截止。
圖13中，導(dǎo)通/截止時(shí)間累加電路107包括晶體管Q31至Q34，二極管D31至D33，齊納二極管ZD31，電阻器R31至R37，以及電容器C31。
下面描述導(dǎo)通/截止時(shí)間累加電路107的工作。電源控制設(shè)備置于過(guò)流控制模式，在FET QA的導(dǎo)通/截止工作期間每次執(zhí)行截止控制時(shí)，電容器C31通過(guò)晶體管Q31和Q34以及電阻器R32被充電(柵極電勢(shì)被置為“L”電平)。在截止控制期間(柵極電勢(shì)置為“L”電平)，僅當(dāng)漏-源電壓VDSA置為“H”電平時(shí)，電容器C31被充電。當(dāng)連續(xù)執(zhí)行導(dǎo)通或截止控制時(shí)，它不被充電。FETQ31的柵極電勢(shì)在閾值以下，因此它處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)柵極電勢(shì)隨著電容器C31的充電過(guò)程上升時(shí)，F(xiàn)ET Q31導(dǎo)通。此時(shí)，溫度傳感器121的陽(yáng)極(由四個(gè)二極管構(gòu)成)電勢(shì)降低。結(jié)果，建立與高溫下相同的條件，過(guò)熱切斷FET QS導(dǎo)通，F(xiàn)ETQA切斷(截止控制)。
通過(guò)導(dǎo)通/截止累加的切斷時(shí)間優(yōu)選約1秒。為了使導(dǎo)通/載止時(shí)間累加電路107可靠工作，需要穩(wěn)定FET QA的接通/斷開控制周期。在本實(shí)施例中，在夾斷區(qū)內(nèi)FET QA的漏-源電壓VDSA的變化相對(duì)于負(fù)載電流的變化大于電阻區(qū)內(nèi)變化。由此，它在接通/斷開控制期間在夾斷區(qū)內(nèi)截止(不存在在夾斷區(qū)后的電阻區(qū)內(nèi)截止的情況)。因此，F(xiàn)ET QA的接通/斷開控制的周期是穩(wěn)定的。
本實(shí)施例的電源控制設(shè)備中，在導(dǎo)通/截止時(shí)間累加電路107，通過(guò)存儲(chǔ)在電容器C31內(nèi)的電荷量判斷FET QA的接通/斷開控制數(shù)?；蛘?，可以導(dǎo)通/截止時(shí)間累加電路可以利用直接計(jì)數(shù)驅(qū)動(dòng)電路111的輸出信號(hào)的計(jì)數(shù)器構(gòu)成。在這種情況下，當(dāng)計(jì)數(shù)驅(qū)動(dòng)電路111輸出信號(hào)的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)定值時(shí)，過(guò)熱切斷FET QS導(dǎo)通，從而使FET QA截止(截止控制)。
圖14是電路結(jié)構(gòu)的電路圖，在電路結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)通/截止時(shí)間累加電路107′加到第四實(shí)施例的電源控制設(shè)備上。導(dǎo)通/截止時(shí)間累加電路107的電路結(jié)構(gòu)和工作基本與本發(fā)明第四實(shí)施例(圖9)的相同。
此外，在第六實(shí)施例的電源控制設(shè)備中(如圖13和14所示)，在通過(guò)導(dǎo)通/截止時(shí)間累加電路107計(jì)數(shù)輸出信號(hào)之后，由溫度傳感器121、閂鎖電路122和過(guò)熱切斷FET QS(圖2所示)構(gòu)成的過(guò)熱切斷功能控制主控FETQA至截止?fàn)顟B(tài)。但是，本發(fā)明能采用以下修改。即，根據(jù)第一修改例，F(xiàn)ETQ31的漏極通過(guò)二極管和電阻器的串聯(lián)電路連接到主控FETQA的真實(shí)柵極(TG)。在第二修改例中，在比較器CMP1的輸出設(shè)置被禁止的柵極(二進(jìn)制輸入與門)，F(xiàn)ETQ31的漏極電壓用于被禁止的控制信號(hào)。
此外，在第三修改例中，F(xiàn)ETQ31的漏極通過(guò)二極管和電阻器的串聯(lián)電路連接到比較器CMP1的“+”輸入端。
在這些修改例中，為了保持信息使得導(dǎo)通/截止時(shí)間累加電路107切斷主控FETQA，，省略電阻器R31，須加上由PMOSFET和電阻器組成的閂鎖電路。
PMOSFET的源極連接電源電壓VB，PMOSFET的漏極連接FETQ31的柵極，PMOSFET的柵極則通過(guò)電阻器分別連接FETQ31的漏極及其本身的源極。
參考圖15描述第一至第六實(shí)施例的電源控制設(shè)備及其控制方法的修改例。在上述每個(gè)實(shí)施例中，基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置設(shè)置為固定電壓值。當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置通過(guò)相應(yīng)地改變過(guò)流判斷值克服負(fù)載變化。
具體地說(shuō)，在裝配到半導(dǎo)體芯片上時(shí)，根據(jù)使用的最大負(fù)載設(shè)置電阻R1至R3。當(dāng)負(fù)載102小時(shí)，可變電阻器RV位于芯片外部且同時(shí)與電阻器R2并聯(lián)連接，從而降低了過(guò)流判斷值。
該方法具有以下問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題是由于過(guò)流判斷值的升高，控制準(zhǔn)確度下降。第二個(gè)問(wèn)題是必須改變夾斷區(qū)和電阻區(qū)之間的過(guò)流判斷值。在這種情況下，準(zhǔn)確地說(shuō)，夾斷區(qū)的過(guò)流判斷值必須根據(jù)漏電流ID的下降斜率來(lái)設(shè)置。當(dāng)線電感和線電阻改變時(shí)，漏電流ID的上升斜率變化。難以準(zhǔn)確地設(shè)置過(guò)流判斷值。
為了克服這些問(wèn)題，根據(jù)負(fù)載102設(shè)置基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置是有效的。為此，將基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置設(shè)置到與超過(guò)負(fù)載102最大電流值的電流值相對(duì)應(yīng)的電壓值。
當(dāng)負(fù)載驅(qū)動(dòng)晶體管上的漏-源電壓(即FET QA的漏-源電壓VDSA)超過(guò)基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的漏-源電壓VDS(即基準(zhǔn)FETQB的漏-源電壓VDSB)時(shí)，即使其超量是微小的，判斷它為過(guò)流值。
在該方法中，同樣的過(guò)流判斷值既可以用于夾斷區(qū)也可以用于電阻區(qū)。換言之，即使FET的工作區(qū)從夾斷區(qū)變?yōu)殡娮鑵^(qū)，反之亦然，也不需要改變過(guò)流判斷值。此外，在該方法中，通過(guò)判斷負(fù)載驅(qū)動(dòng)晶體管的漏-源電壓是否超過(guò)基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的漏-源電壓VDS來(lái)判斷過(guò)流。因此，僅通過(guò)比較器CMP1的分辨率確定檢測(cè)準(zhǔn)確性。
此外，消除了溫度漂移、不同IC組之間的變化，線電感和線電阻器帶來(lái)的負(fù)面影響，只要比較器GMP1正常工作，就不受電源電壓變化的影響。因此，成功實(shí)現(xiàn)了幾乎沒有誤差因素的電源控制設(shè)備及其控制方法(基本無(wú)誤差)。
設(shè)置基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置及改變其設(shè)置的方法歸納如下a)與電阻器Rr并聯(lián)連接外部可變電阻器RV。
b)電阻器Rr位于芯片外部，用于設(shè)置基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置和根據(jù)所用的規(guī)格選擇相關(guān)的值。
c)改變電阻器Rr的電阻。
如圖15所示，在芯片內(nèi)設(shè)置多個(gè)并聯(lián)的電阻器R1至R4。在芯片包裝或成對(duì)芯片安裝階段，基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的設(shè)定值(基準(zhǔn))可以用開關(guān)SW2選擇其中一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娮杵鱽?lái)設(shè)置到目標(biāo)規(guī)格。由此，在將電源控制設(shè)備集成到半導(dǎo)體芯片上時(shí)，一個(gè)芯片可以包含多個(gè)規(guī)格。由于可變電阻器RV的可變?cè)O(shè)置，對(duì)于負(fù)載102的類型來(lái)說(shuō)(例如，頭燈，驅(qū)動(dòng)電機(jī)或類似物)，能夠極好地區(qū)分完全短路和層短路。高度準(zhǔn)確地保護(hù)不受短路損壞。
第七實(shí)施例參考圖16和17描述本發(fā)明第七實(shí)施例的電源控制設(shè)備。
圖16的電源控制設(shè)備相當(dāng)于第四實(shí)施例的電源控制設(shè)備(圖9)中的熱FETQA和QB為P-溝道型。圖17的電源控制設(shè)備相當(dāng)于第四實(shí)施例的電源控制設(shè)備(圖9)中的熱FETQA和QB為IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)。圖16中包圍在虛線中的部分110ap和圖17中包圍在虛線中的部分110ai表示模擬IC芯片，所包圍部分內(nèi)的電路元件集成在芯片上。
第八實(shí)施例參考圖18描述本發(fā)明第八實(shí)施例的電源控制設(shè)備及其控制方法。該實(shí)施例的電源控制設(shè)備是具有非常小或微小電流檢測(cè)功能電路結(jié)構(gòu)的電源控制設(shè)備，該非常小或微小電流檢測(cè)功能電路結(jié)構(gòu)加到由第一、第五和第六實(shí)施例組成的電源控制設(shè)備所形成的電路上。
作為半導(dǎo)體開關(guān)的FET QA的漏極D和源極S串插在電源101的輸出電壓VB向負(fù)載102供電的路徑中。圖18中，驅(qū)動(dòng)主控FETQA的部分包括基準(zhǔn)FETQB和第二基準(zhǔn)QC，R1，R2，R5，RG，R10，Rr1，Rr2，齊納二極管ZD1，二極管D1，比較器CMP1和CMP2，驅(qū)動(dòng)電路111和開關(guān)SW1。圖18中，包圍在虛線中的部分表示模擬IC芯片，所包圍部分內(nèi)的電路元件集成在芯片上。
如第一實(shí)施例中的作為半導(dǎo)體開關(guān)的FET QA如圖2所示構(gòu)建。電荷泵305、切斷箝位電路306、比較器CMP1、驅(qū)動(dòng)電路111、開關(guān)SW1及其他部分的功能和工作以及通過(guò)基準(zhǔn)FETQB和電阻器Rr產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓也與第一實(shí)施例中類似。避免判斷涌流流動(dòng)的屏蔽電路303基本與第五實(shí)施例的涌流屏蔽電路相同。通過(guò)累加導(dǎo)通/截止操作執(zhí)行截止控制的導(dǎo)通/截止時(shí)間累加電路304基本與第六實(shí)施例的導(dǎo)通/截止時(shí)間累加電路107相同。
下面描述與電路功能和工作有關(guān)的實(shí)現(xiàn)額外的微小電流檢測(cè)功能的電路部分(第二基準(zhǔn)FETQC，電阻器Rr2，比較器CMP2)。
FET(第三半導(dǎo)體開關(guān))QC和電阻器(第三負(fù)載)Rr2都涉及權(quán)利要求中使用的詞“第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置”。第二基準(zhǔn)FETQC的漏極和柵極分別連接FET QA的漏極D和真實(shí)柵極TG。第二基準(zhǔn)FETQC的源極SC連接電阻器Rr2的一端。電阻器Rr2的另一端接地(GND)。因此，漏極D和真實(shí)柵極TG為熱第二基準(zhǔn)FETQC和FET QA所共用。這使得容易將那些FET裝配到同一半導(dǎo)體芯片上。
第二基準(zhǔn)FETQC和主控FETQA，如第一實(shí)施例中基準(zhǔn)FETQB一樣，通過(guò)同樣過(guò)程裝配在同一芯片上。如第一實(shí)施例那樣，電流檢測(cè)以檢測(cè)主控FETQA漏-源路徑兩端的VDSA和基準(zhǔn)電壓及第二基準(zhǔn)電壓之差為基礎(chǔ)的，通過(guò)比較器CMP1和CMP2執(zhí)行檢測(cè)。因此，將FET QA，QB，QC裝配到同一芯片上將消除(減小)電流檢測(cè)的誤差，即電源電壓和溫度漂移以及不同生產(chǎn)組之間變化帶來(lái)的不想要的影響。此外，電阻器(第二負(fù)載)Rr1和電阻器(第三負(fù)載)Rr2安裝到芯片110af外部使基準(zhǔn)電壓對(duì)芯片110f的溫度變化不敏感，實(shí)現(xiàn)了高度準(zhǔn)確的電流檢測(cè)。
為了第二基準(zhǔn)FETQB的電流容量小于主控FETQA的電流容量，形成這些FET的并聯(lián)晶體管的數(shù)目比選擇為(第二基準(zhǔn)FETQC的晶體管數(shù)1晶體管)＜(主控FETQA的晶體管數(shù)1000晶體管)
電阻器Rr2的電阻值設(shè)為(當(dāng)極小電流流動(dòng)時(shí)負(fù)載102的電阻值)×(主控FETQA的晶體管數(shù)1000晶體管/第二基準(zhǔn)FETQC的晶體管數(shù)1晶體管)。
比較器CMP2形成權(quán)利要求中使用的“第二檢測(cè)裝置“的一部分。FET QA的源極電壓VSA加到比較器CMP2的“+”輸入端，第二基準(zhǔn)FETQC的源極電壓VSC加到其“-”輸入端。當(dāng)加到“+”輸入端的電勢(shì)高于加到“-”輸入端的電勢(shì)時(shí)，比較器的輸出為有效(“H”電平)。當(dāng)加到“+”輸入端的電勢(shì)低于加到“-”輸入端的電勢(shì)時(shí)，比較器的輸出為無(wú)效(“L”電平)。
最后，給出本發(fā)明第八實(shí)施例的電源控制設(shè)備及其控制方法的特征及有益效果。首先，不需要使用用于電流檢測(cè)的旁路電阻，這導(dǎo)致降低了電源供電路徑的功耗。該特征在加到大電流電路中時(shí)是有益的。其次，采用利用半導(dǎo)體開關(guān)(FET QA)夾斷區(qū)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)。由此，電流靈敏度高(大約105mV/A)，所以電流檢測(cè)準(zhǔn)確性高。第三，半導(dǎo)體開關(guān)(FET QA)的接通/斷開控制可以用簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用過(guò)熱切斷功能和導(dǎo)通/截止時(shí)間累加電路304與使用微處理器的軟件(程序)相比實(shí)現(xiàn)了高速處理。第四，電路一個(gè)芯片裝配容易，如果這樣作了，設(shè)備電路小，減小了安裝空間，降低了生產(chǎn)成本。第五，電流檢測(cè)是以檢測(cè)FETQA的漏-源電壓VDSA和基準(zhǔn)電壓及第二基準(zhǔn)電壓之差為基礎(chǔ)。所以，將FET QA，QB，QC裝配到同一芯片上將消除電流檢測(cè)中共模偏差引起的誤差，即電源電壓和溫度漂移以及不同生產(chǎn)組之間變化帶來(lái)的不想要的影響。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的電源控制設(shè)備及其控制方法，當(dāng)通過(guò)半導(dǎo)體開關(guān)以開關(guān)方式控制電源向負(fù)載的供電時(shí)，基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置(基準(zhǔn)電壓發(fā)生步驟)產(chǎn)生具有基本等價(jià)于連接到預(yù)定負(fù)載的半導(dǎo)體開關(guān)端子間的電壓特性的電壓特性的基準(zhǔn)電壓。檢測(cè)裝置(檢測(cè)步驟)檢測(cè)半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓和基準(zhǔn)電壓之間的電壓差。控制裝置(控制步驟)根據(jù)半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓和基準(zhǔn)電壓之間的電壓差執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制。基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置包括與半導(dǎo)體開關(guān)和負(fù)載并聯(lián)的電路，電路包含由第二半導(dǎo)體開關(guān)和第二負(fù)載組成的串聯(lián)電路，并在第二半導(dǎo)體開關(guān)的端子間產(chǎn)生電壓作為基準(zhǔn)電壓。通過(guò)檢測(cè)半導(dǎo)體開關(guān)端子間的電壓和基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓(基準(zhǔn)電壓發(fā)生步驟)之間的差來(lái)判斷作為供電路徑的一部分的半導(dǎo)體開關(guān)端子間的電壓(即，供電路徑的電流)與正常電壓的偏差。因此，不需要旁路電阻串聯(lián)在供電路徑中，而在常規(guī)電源控制設(shè)備中必須適用旁路電阻。再者，可以抑制設(shè)備的熱耗。此外，電源控制設(shè)備不僅能用硬件電路或微機(jī)處理的軟件連續(xù)檢測(cè)完全短路引起的過(guò)流，而且能檢測(cè)層短路引起的異常電流，例如出現(xiàn)的具有一定量電阻的不良短路。尤其在通過(guò)硬件構(gòu)建半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制時(shí)，不需要微機(jī)，從而節(jié)省了安裝空間和設(shè)備生產(chǎn)成本。
本發(fā)明中，第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置包括一電路，該電路與半導(dǎo)體開關(guān)和負(fù)載并聯(lián)，包含由第三半導(dǎo)體開關(guān)和第三負(fù)載組成的串聯(lián)電路，并產(chǎn)生第三半導(dǎo)體開關(guān)的端子間的電壓作為第二基準(zhǔn)電壓，第二檢測(cè)裝置檢測(cè)半導(dǎo)體開關(guān)端子間的電壓和第二基準(zhǔn)電壓之間的差。因此，如果第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于在正常工作范圍內(nèi)最小電流以下的目標(biāo)電流流入半導(dǎo)體開關(guān)和負(fù)載狀態(tài)下的電壓特性，第二檢測(cè)裝置檢測(cè)非常小或微小電流。
本發(fā)明中，第二或第三半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量小于半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量，負(fù)載和第二或第三負(fù)載的電阻比與半導(dǎo)體開關(guān)和第二或第三半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量比基本成反比。因此，包括第二半導(dǎo)體開關(guān)和第二負(fù)載的基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置以及包括第三半導(dǎo)體開關(guān)和第三負(fù)載的第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的電路結(jié)構(gòu)在尺寸上得以縮小。這節(jié)省了包裝空間和設(shè)備生產(chǎn)成本。
本發(fā)明中，第十種電源控制設(shè)備，第二或第三負(fù)載包括多個(gè)電阻器，那些電阻器選擇性地連接起來(lái)或者可變電阻器與第二或第三負(fù)載并聯(lián)連接。第二或第三負(fù)載的電阻通過(guò)改變可變電阻器的電阻等價(jià)地變化。通過(guò)以基于電阻比的分壓比的分壓裝置分配半導(dǎo)體開關(guān)端子間的電壓，最后得到的結(jié)果加到檢測(cè)裝置。由此，一個(gè)芯片可以覆蓋多種規(guī)格。能極好地在完全短路和負(fù)載類型不良短路之間加以區(qū)分。高度精確地保護(hù)不受短路的影響。
本發(fā)明中，還設(shè)有過(guò)熱保護(hù)裝置(過(guò)熱保護(hù)步驟)，在半導(dǎo)體開關(guān)被過(guò)分加熱時(shí)通過(guò)執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制來(lái)保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)。當(dāng)出現(xiàn)具有某一短路電阻的不良短路時(shí)，控制裝置(控制步驟，即斷開控制步驟和接通控制步驟)重復(fù)半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制以大大改變電流。此時(shí)，半導(dǎo)體被周期性地加熱，通過(guò)過(guò)熱保護(hù)裝置(過(guò)熱保護(hù)步驟)快速切斷半導(dǎo)體開關(guān)。在常規(guī)電源控制設(shè)備中，例如，僅允許使用微機(jī)的軟件過(guò)程處理出現(xiàn)層短路時(shí)造成的異常電流。另一方面，本發(fā)明的電源控制設(shè)備能通過(guò)包含在其中的硬件電路處理異常電流，而非使用微機(jī)的外部控制。該特征簡(jiǎn)化了電路，降低了生產(chǎn)成本。由此，實(shí)現(xiàn)了在不良短路時(shí)刻對(duì)異常電流的高靈敏度。
本發(fā)明中，半導(dǎo)體開關(guān)，第二半導(dǎo)體開關(guān)，基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置，檢測(cè)裝置，控制裝置，第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置或過(guò)熱保護(hù)裝置都集成到一個(gè)芯片上。這縮減了設(shè)備電路結(jié)構(gòu)、安裝空間和生產(chǎn)成本。本發(fā)明的電流檢測(cè)方法是以檢測(cè)半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓和基準(zhǔn)電壓或第二基準(zhǔn)電壓之間的差為基礎(chǔ)的，通過(guò)檢測(cè)裝置或第二檢測(cè)裝置來(lái)完成。因此，由于半導(dǎo)體開關(guān)和第二或第三半導(dǎo)體開關(guān)裝配到一個(gè)芯片上，能消除(減小)電流檢測(cè)中共模偏差引起的誤差，即由電源電壓和溫度漂移以及不同生產(chǎn)組之間變化帶來(lái)的不想要的影響。此外，第二或第三負(fù)載安裝在芯片外部使基準(zhǔn)電壓或第二基準(zhǔn)電壓對(duì)芯片的溫度變化不敏感，實(shí)現(xiàn)了高度準(zhǔn)確的電流檢測(cè)。
本發(fā)明中，通過(guò)控制裝置對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)進(jìn)行接通/斷開控制的周期用作控制時(shí)鐘信號(hào)。由于有了這一特征，不需要專門使用產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的振蕩電路。由于半導(dǎo)體開關(guān)(FET)的接通/斷開控制的周期是穩(wěn)定的，因此產(chǎn)生穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。
本發(fā)明中，還設(shè)有阻止裝置(阻止步驟)，在半導(dǎo)體開關(guān)接通后，在固定時(shí)間段內(nèi)，通過(guò)半導(dǎo)體開關(guān)阻止控制裝置執(zhí)行接通/斷開控制。當(dāng)涌流在負(fù)載起動(dòng)時(shí)流動(dòng)時(shí)，它阻止過(guò)流控制。減小了負(fù)載響應(yīng)的緩慢。
本發(fā)明中，還設(shè)有過(guò)熱切斷加快裝置(控制步驟)，當(dāng)控制裝置執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制時(shí)，通過(guò)過(guò)熱保護(hù)裝置(過(guò)熱保護(hù)步驟)加快斷開控制。因此，在層短路時(shí)加快切斷半導(dǎo)體開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了快速響應(yīng)。
此外，本發(fā)明中，還設(shè)有時(shí)間控制裝置(時(shí)間控制步驟)，其操作使得時(shí)間控制裝置累加控制裝置(在控制步驟中)累加對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制數(shù)，當(dāng)接通/斷開控制數(shù)達(dá)到預(yù)定次數(shù)時(shí)，時(shí)間控制裝置執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制。因此，甚至在層短路的情況下，也加快了半導(dǎo)體開關(guān)的切斷，在預(yù)置時(shí)間斷開開關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種電源控制設(shè)備，包括半導(dǎo)體開關(guān)，響應(yīng)加到其控制信號(hào)輸入端的控制信號(hào)以進(jìn)行切換，以及控制從電源向負(fù)載提供電能；基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置，產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓，所述基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于所述半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓的電壓特性；檢測(cè)裝置，檢測(cè)所述半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓和所述基準(zhǔn)電壓之間的差；以及控制裝置，根據(jù)所述半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓和所述基準(zhǔn)電壓之間的所述差執(zhí)行所述半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電源控制設(shè)備，其中，所述基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置包括與所述半導(dǎo)體開關(guān)和所述負(fù)載并聯(lián)的電路，所述電路包含包括第二半導(dǎo)體開關(guān)和第二負(fù)載的串聯(lián)電路，并產(chǎn)生所述第二半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓作為所述基準(zhǔn)電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電源控制設(shè)備，其中，所述基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于超過(guò)正常工作范圍內(nèi)最大電流的目標(biāo)電流流入所述半導(dǎo)體開關(guān)和所述負(fù)載狀態(tài)下的電壓特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的電源控制設(shè)備，其中，當(dāng)所述半導(dǎo)體開關(guān)從斷開狀態(tài)變?yōu)榻油顟B(tài)時(shí)，所述半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓的瞬態(tài)電壓特性等價(jià)于所述第二半導(dǎo)體開關(guān)如此轉(zhuǎn)變其狀態(tài)時(shí)的相應(yīng)電壓特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的電源控制設(shè)備，其中，所述第二半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量小于所述半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量，所述負(fù)載和所述第二負(fù)載的電阻比與所述半導(dǎo)體開關(guān)和所述第二半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量比基本成反比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電源控制設(shè)備，還包括第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置，產(chǎn)生第二基準(zhǔn)電壓，所述第二基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于所述半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓的電壓特性，所述第二基準(zhǔn)電壓是所述第三半導(dǎo)體開關(guān)端子之間的電壓，所述第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置包括與所述半導(dǎo)體開關(guān)和所述負(fù)載并聯(lián)、包含根據(jù)所述控制信號(hào)切換的第三半導(dǎo)體開關(guān)和第三負(fù)載組成的串聯(lián)電路的電路；以及第二檢測(cè)裝置，檢測(cè)所述半導(dǎo)體開關(guān)端子間的所述電壓和所述第二基準(zhǔn)電壓之間的差。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電源控制設(shè)備，其中，所述第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置的基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于在正常工作范圍內(nèi)最小電流以下的目標(biāo)電流流入所述半導(dǎo)體開關(guān)和所述負(fù)載狀態(tài)下的電壓特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的電源控制設(shè)備，其中，當(dāng)所述半導(dǎo)體開關(guān)從斷開狀態(tài)變?yōu)榻油顟B(tài)時(shí)，所述半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓的瞬態(tài)電壓特性等價(jià)于所述第三半導(dǎo)體開關(guān)如此轉(zhuǎn)變其狀態(tài)時(shí)的相應(yīng)電壓特性。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的電源控制設(shè)備，其中，所述第三半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量小于所述半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量，所述負(fù)載和所述第三負(fù)載的電阻比與所述半導(dǎo)體開關(guān)和所述第三半導(dǎo)體開關(guān)的電流容量比基本成反比。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的電源控制設(shè)備，其中，所述第二和第三負(fù)載之一包括多個(gè)電阻器，通過(guò)選擇性地連接所述多個(gè)電阻器可調(diào)整所述第二和第三負(fù)載之一的電阻值。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的電源控制設(shè)備，其中，所述第二和第三負(fù)載之一包括并聯(lián)的可變電阻器，通過(guò)所述可變電阻器可調(diào)整所述第二和第三負(fù)載之一的電阻值。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的電源控制設(shè)備，還包括分壓裝置，以基于電阻值比的分壓比分配所述半導(dǎo)體開關(guān)端子間的電壓，將所得電壓加到所述檢測(cè)裝置，所述分壓裝置的分壓比可通過(guò)電阻值變化而調(diào)整。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的電源控制設(shè)備，其中，當(dāng)檢測(cè)到的端子-對(duì)-端子電壓和所述基準(zhǔn)電壓之間的差超過(guò)第一閾值時(shí)，所述控制裝置執(zhí)行所述半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制，當(dāng)檢測(cè)到的端子-對(duì)-端子電壓和所述基準(zhǔn)電壓之間的差低于第二閾值時(shí)，所述控制裝置執(zhí)行所述半導(dǎo)體開關(guān)的接通控制。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的電源控制設(shè)備，還包括過(guò)熱保護(hù)裝置，當(dāng)所述半導(dǎo)體開關(guān)被過(guò)度加熱超過(guò)預(yù)定值時(shí)，通過(guò)執(zhí)行所述半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制保護(hù)所述半導(dǎo)體開關(guān)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的電源控制設(shè)備，其中，所述半導(dǎo)體開關(guān)，所述基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置，所述檢測(cè)裝置，所述控制裝置，所述第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置，所述第二檢測(cè)裝置和所述過(guò)熱保護(hù)裝置裝配在一個(gè)單個(gè)芯片上。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的電源控制設(shè)備，其中，所述基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置內(nèi)的所述第二負(fù)載和所述第二基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置內(nèi)的所述第三負(fù)載安裝在所述芯片外部。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的電源控制設(shè)備，其中所述控制裝置的所述半導(dǎo)體開關(guān)接通/斷開控制的周期用作控制時(shí)鐘信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的電源控制設(shè)備，還包括阻止裝置，在所述半導(dǎo)體開關(guān)接通后，在固定時(shí)間段內(nèi)，通過(guò)所述半導(dǎo)體開關(guān)阻止所述控制裝置執(zhí)行接通/斷開控制。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的電源控制設(shè)備，還包括過(guò)熱切斷加快裝置，當(dāng)所述控制裝置執(zhí)行所述半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制時(shí)，通過(guò)所述過(guò)熱保護(hù)裝置加快斷開控制。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的電源控制設(shè)備，還包括時(shí)間控制裝置，其操作使得所述時(shí)間控制裝置累加所述控制裝置對(duì)所述半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制數(shù)，當(dāng)接通/斷開控制數(shù)達(dá)到預(yù)定次數(shù)時(shí)，所述時(shí)間控制裝置執(zhí)行所述半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制。
21.一種控制電源控制設(shè)備的方法，所述電源控制設(shè)備具有響應(yīng)加到控制信號(hào)輸入端的控制信號(hào)以進(jìn)行切換的半導(dǎo)體開關(guān)并控制從電源向負(fù)載提供電能，所述方法包括以下步驟產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓，所述基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于所述半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓的電壓特性；檢測(cè)所述半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓和所述基準(zhǔn)電壓之間的差；根據(jù)所述半導(dǎo)體開關(guān)端子間電壓和所述基準(zhǔn)電壓之間的所述差執(zhí)行所述半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的控制電源控制設(shè)備的方法，其中，在所述基準(zhǔn)電壓發(fā)生步驟中，基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于超過(guò)正常工作范圍內(nèi)最大電流的目標(biāo)電流流入所述半導(dǎo)體開關(guān)和所述負(fù)載狀態(tài)下的電壓特性。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的控制電源控制設(shè)備的方法，其中，控制操作包括當(dāng)檢測(cè)到的端子-端子電壓和所述基準(zhǔn)電壓之間的差超過(guò)第一閾值時(shí)，執(zhí)行所述半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制；以及當(dāng)檢測(cè)到的端子-對(duì)-端子電壓和所述基準(zhǔn)電壓之間的差低于所述第二閾值時(shí)，執(zhí)行所述半導(dǎo)體開關(guān)的接通控制。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的控制電源控制設(shè)備的方法，還包括當(dāng)所述半導(dǎo)體開關(guān)被過(guò)度加熱時(shí)，通過(guò)執(zhí)行所述半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制而保護(hù)所述半導(dǎo)體開關(guān)。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的控制電源控制設(shè)備的方法，還包括阻止步驟，在所述半導(dǎo)體開關(guān)接通后，在固定時(shí)間段內(nèi)，通過(guò)所述半導(dǎo)體開關(guān)阻止所述控制裝置執(zhí)行接通/斷開控制。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的控制電源控制設(shè)備的方法，還包括當(dāng)在控制操作中執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)接通/斷開控制時(shí)，加速控制操作中的斷開控制。
27.根據(jù)權(quán)利要求21的控制電源控制設(shè)備的方法，還包括累加所述控制裝置對(duì)所述半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制數(shù)，當(dāng)接通/斷開控制數(shù)達(dá)到預(yù)定次數(shù)時(shí)，所述時(shí)間控制步驟執(zhí)行所述半導(dǎo)體開關(guān)的斷開控制。
全文摘要
當(dāng)通過(guò)半導(dǎo)體開關(guān)QA以開關(guān)方式控制電源101向負(fù)載102供電時(shí),基準(zhǔn)電壓發(fā)生裝置(QB,Rr)產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓(VDSB),基準(zhǔn)電壓的電壓特性基本等價(jià)于連接到預(yù)定負(fù)載的半導(dǎo)體開關(guān)QA端子間的電壓特性。檢測(cè)裝置CMP1檢測(cè)半導(dǎo)體開關(guān)QA端子間電壓和基準(zhǔn)電壓(VDSB)之間的差。由柵極驅(qū)動(dòng)器111和CMP1組成的控制裝置根據(jù)半導(dǎo)體端子間電壓(VDSA)和基準(zhǔn)電壓(VDSB)之間的差執(zhí)行半導(dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制。
文檔編號(hào)H02H5/04GK1265539SQ99128109
公開日2000年9月6日 申請(qǐng)日期1999年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月28日
發(fā)明者大島俊藏, 渡邊貢 申請(qǐng)人:矢崎總業(yè)株式會(huì)社