热交换控制器中的限流控制的制作方法

文档序号:11233638阅读:609来源:国知局
热交换控制器中的限流控制的制造方法与工艺

本公开一般性涉及能够使电力供应至电气负载的连接设备。



背景技术:

存在需要将电气负载连接至已经打开的电源上的情况。这样由于负载的电容性部分充电而产生很大的涌入电流。该电容性部分可以是实际的或寄生性部分。

这些涌入电流可以扰乱电源的运行,从而可能使电源中的保护措施跳闸。此外,涌入电流可能在供应至与电源连接的其他负载的电力中引入扰动,这些扰动可能影响电路的运行。另外,如果新引入的负载故障,那么该故障还可能影响电源以及与电源连接的其他负载或电路的运行。

为了解决这些问题,已知的是提供“热交换”电路,该电路调节流向新引入电源的负载的电流。



技术实现要素:

在一些实例中,本公开涉及用于控制电源与负载之间的电子开关的装置。所述装置包括:第一装置引脚,构造成与所述电子开关通信;感测电路,构造成与输入电压连接并测量所述负载的电流;控制电路,构造成与所述感测电路和所述电子开关通信,并且构造成利用限流信号来控制所述电子开关的操作;以及限流电路,构造成与所述控制电路通信,并且构造成产生表示限流的所述限流信号并根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整所述限流信号。

在一些实例中,本公开涉及用于控制电源与负载之间的电子开关的方法。所述方法包括:测量所述负载的电流;产生表示限流的限流信号;根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整所述限流信号;以及利用所述限流信号控制所述电子开关的操作。

在一些实例中,本公开涉及用于控制电源与负载之间的电子开关的电路。所述电路包括:第一节点,构造成与所述电子开关通信;感测电路,构造成与输入电压连接并测量所述负载的电流;控制电路,构造成与所述感测电路和所述电子开关通信,并且构造成利用限流信号来控制所述电子开关的操作;以及限流电路,构造成与所述控制电路通信,并且构造成产生表示限流的所述限流信号并根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整所述限流信号。

该概述旨在提供本专利申请主题的概述。不是用来提供本发明的排他性的或详尽的说明。所包括的详细描述用来提供与本专利申请有关的更多信息。

附图说明

在不必按比例绘制的附图中,相同的附图标记在不同视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图以示例性方式而不是限制方式一般性地示出本文所述的各个实施例。

图1是现有热交换电路的实例。

图2是根据本公开的热交换电路的结构图的实例。

图3是根据本公开的在热交换控制器中自动调节限流的方法的实例的流程图。

具体实施方式

图1是现有热交换电路的结构图的实例。热交换电路10可以包括热交换控制器12(hsc)、电流传感元件14(rs)、电子开关16(q)(例如,场效应晶体管)以及多个分散部件18(z)。

热交换控制器12的主要功能可以是检测传感元件14中的电流并且控制电子开关16以保证电流不会超过系统限制和/或开关的安全运行限制。后者通常利用定时器功能实现,定时器功能可以限制系统能够维持限流的时间量。在热交换电路10的输出端通常具有容量很大的负载电容20(cload)。

控制器12可以向电子开关16(例如,fet16的门极)施加控制信号,从而使电流能够流向负载22。控制器12可以监控在电流感测电阻器14上出现的电压,并且在闭合回路中可以控制电子开关16(例如,fet16的门极电压),使得电流变化速率(di/dt)被控制在目标值,电流强度被控制在目标值或者输出电压斜升被控制在目标值。这样可以防止负载22吸收过多的涌入电流。当不再可能使电流增加率或电流维持目标值时,可以假定负载22全功率。

热交换电路10通常位于电力进入系统的点处。其主要功能是防止电源、硬件部件(pcb、fet等)以及整个系统在故障条件时损坏并且混乱。一些主要保护功能包括:例如,控制通电、限制涌入电流、检测过电流事件并进行中断以及控制输出电压斜升的dv/dt。

通常存在两种相关限流:正常限流,一般指的是断路器(ilim);以及快速动作较高限流,指的是重度过电流(severeovercurrent,isoc)。如果电流超过主限流(ilim),则定时器功能可以运行并且通常在截止之后锁住电子开关(例如,mosfet,fet等)。如果在很大电流需求(例如,低阻抗短路)的情况下非常突然地发生过电流,那么在较高限流阈值(isoc)下的快速动作阈值可以触发电子开关(例如,mosfet,fet等)的理解关闭。然而,该功能通常不会被锁定并且接着进行恢复尝试。这可以运行系统重新控制负载电流并尝试恢复。如果仍然存在故障,则可以达到限流并相应地超时,从而关闭电子开关(例如,mosfet)。然而,如果不再存在故障,则系统可以恢复并且在条件允许的情况下再次通电。

热交换控制器通常设计成防止在电路的负载侧(输出)的故障等。然而,系统还可以经历电力线路干扰(输入)。这种干扰的实例可以包括主电力线路上的电压阶跃、瞬态电压故障以及浪涌。当普通热交换电路受到这些干扰时,输入电源电压的突然升高可以导致很大的涌入电流进入负载电容20(cload)。该电流可以试图流过传感元件14和电子开关16(例如,金属氧化物半导体场效应晶体管或“mosfet”)。然而,由于输入电压斜升的快速转换速率,该涌入事件可以表现为重度过电流(severeovercurrent,isoc)故障并且使hsc立即关闭电子开关。

接下来,热交换控制器12可以通过再次将控制信号斜升至电子开关16(例如,将门极电压斜升至mosfet)以使电源电流能够重新流向负载22来试图恢复。在这方面,虽然存在在正常操作时仍然需要电流的系统负载,但是电子开关16被禁用。因此,用于保持系统供电的能量被cload消耗。系统可以试图尽快恢复电源电压以防止在cload上的电压下降到系统的运行电源之下。然而,许多系统使用mosfets,该mosfets由热交换控制器12利用高阻抗驱动器来驱动,因此通常消耗很长时间来将门极电压恢复到足以允许mosfet传导。如果允许出现这种情况,那么系统会被重置,这是不期望的。

在许多系统中,运行电压可以具有很宽的输入范围。出于示例目的的一个具体例子可以是48v系统。系统的可接受运行范围可以为从40v至60v。电源单元(psu)24一般用瓦特标称最大功率限制。此外,在相似的中高电压系统上,在热交换控制器12的负载侧可以具有一个功率变换器(负载22)并且同样用瓦特标称。

如果标称为1000w,则电源24能够在48v下提供大约20.8a。但是在60v下,可用电流被限制在大约16.6a。相比之下,在40v下,电源24可以提供25a。在负载22处的功率变换器同样需要根据输入电压改变电流。

使用固定限流装置(例如,普通热交换控制器)作为保护指的是盖装置应当标称为提供最大所需电流。在上面1000w的例子中,最大所需电量为25a。然而,这意味着如果输入电压上升到60v,则限流将保持在25a并允许达到1500w的所需负载,这超过了1000w的电源功率限制。

另外,晶体管16(例如,fet)应当标成为防止在60v下25a的最坏情况。然而,在本实例中,负载22在60v下不需要大于大约16.6a。

总之,现有系统通常使用具有功率限制的电源24和具有功率限制的负载22(例如,功率变换器),而是使用具有在电源24与负载22之间固定限流的热交换控制器12。这种典型设计可以包括可想到的系统保险设计,包括晶体管的安全操作区域(soa)的要求。

如下面参考图2详细描述,根据本公开的不同技术,利用固定限流装置作为保护的解决方案可以随着输入(或输出)电压的变化而动态、自动地调整限流。如果电压增加,则限流可以下降,而当电压下降时,在限流可以增加。下面所述的不同技术可以减少电流系统的保险设计的数量。减少保险设计的数量可以允许设计人员在晶体管(例如,fet、电力传动机构、检测电阻、输入连接器等)上具有更多选择。

图2是根据本公开的热交换电路30的结构图的实例。热交换电路30可以包括热交换控制器32、电流传感元件14(rs)、电子开关16(q)(例如,场效应晶体管)以及多个分散部件18(z)。电路30可以包括节点(例如,装置引脚34),构造成与电子开关16通信。在一些实例中,节点可以与电子开关16的端子(例如,晶体管的门极端子)通信。

电流传感元件14可以是通常以36示出的感测电路的一部分。感测电路16可以构造成与输入电压(例如,vin)连接并且测量到达负载22的电流。

热交换电路30可以包括构造成与感测电路36和电子开关16通信的控制电路38。如上面参考图1所述,控制器32可以向电子开关16(例如fet的门极)施加控制信号,以便使电流流向负载22。控制器32可以监控在电流感测电阻器14上的电压,并且在闭合回路中可以控制电子开关16(例如,fet的门极电压),使得电流变化速率(di/dt)被控制在目标值,电流强度被控制在目标值或者输出电压斜升被控制在目标值。更具体地说,控制电路38可以构造成使用限流信号cl控制电子开关16(例如,诸如fet等晶体管)的操作。

在一些实例中,感测电路36可以构造成与在检测电阻14上测量的电流成比例地输出电压cs。在电流传感元件14上的感测电压可以利用电压放大器40被放大。

另外,热交换电路30可以包括通常以42示出的限流电路,构造成与控制电路38通信。限流电路可以构造成产生表示限流的限流信号cl并根据输入电压vin和输出电压vout中的至少一者的变化自动地调整限流信号cl。按照这种方式,根据本公开,限流电路42可以允许热交换电路30随着输入(或输出)电压的变化而动态、自动地调整限流。

限流电路42可以产生根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整的基准电压vref,将与被测电流成比例的电压(例如,电压cs)与自动调整的基准电压vref进行比较,并且利用比较向控制电路38输出限流信号cl。

例如,如图2所示,热交换控制器32可以包括第二节点或装置引脚44(“iset”)。限流电路42可以与构造成产生固定基准电压的固定基准电压源通信。固定基准电压源可以位于控制器32的内部(例如,以46示出的低压降稳压器(ldo)),或者位于控制器32外部并利用例如节点或引脚48(“v)连接至控制器32。

限流电路42可以与构造成连接至第二装置引脚44、固定基准电压源46和输入电压vin的电阻网络50通信。电阻网络50可以包括一个或多个电阻器(例如,r1-r3),并且构造成在第二装置引脚44上设置限流电压。

另外,热交换控制器32可以包括与第二装置引脚44通信的运算电路52。在一些实例中,运算电路52(例如,运算放大器)可以构造成从例如节点或引脚48处的固定基准电压中减去例如节点或装置引脚44处的限流电压,从而产生可以根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整的基准电压vref。如图2所示,例如,可以利用比较器54将与在检测电阻14上的被测电流成比例的电压cs与自动调整的基准电压vref进行比较。比较器54可以利用比较向控制电路38输出限流信号cl。

在一些实例中,比较器54可以输出数字限流信号cl(例如,二进制输出)。在其他实例中,比较器54可以输出模拟限流信号cl。

在一些示例性构造中,限流电路42可以包括与第二装置引脚44(“iset”)和运算电路52通信的缓冲器56。缓冲器可以构造成减少流向节点或装置引脚44的电流。

作为具体的非限制性实例,电阻网络50可以包括如图2所示的电阻器r1、r2和r3,其中,电压iset虽然可以在节点或引脚48处利用电阻器r1和r2由固定电压v产生但是可以利用电阻器r3调整。电阻器r3可以使电压iset基于输入电压vin上升和下降。因为在引脚48上的电压v是固定的,所以如果输入电压vin上升,则可以将引脚44的电压iset拉到接近引脚48的电压v,这样可以减少限流信号cl并且表示控制器32的限流。按照这种方式,限流电路42可以允许热交换电路30随着输入电压的变化自动调整限流。

如上文所述,在一些实例中,限流电路42可以构造成产生表示限流的限流信号cl并且根据输出电压vout的变化自动调整限流信号cl。在这种构造中,如图2所示,装置引脚44可以例如经由电阻器与输出电压vout通信,而不是经由r3与输入电压vin连接。因为引脚48的电压v是固定的,所以如果输出电压vout上升,则可以将引脚44的电压iset拉到接近引脚48的电压v,这样可以减少限流信号cl并且表示控制器32的限流。按照这种方式,限流电路42可以允许热交换电路30随着输出电压的变化自动调整限流。

应当注意,上面所述的技术不限于控制一个电子开关(例如,fet),而是可以用于控制一个以上的电子开关(例如,两个或更多fet)。作为具体的非限制性实例,3个fet可以构造成:3个漏极连接诶在一起,3个源极连接在一起,而3个门极中的每一者可以连接至与热交换控制器(例如,图2的热交换控制器32)连接的相应电阻器。

图3是根据本公开的用于自动调整热交换控制器中的限流的方法60的实例的流程图。如图3所示,方法60可以包括:例如感测电路(例如,图2的感测电路36)测量负载的电流(方框62)。在方框64,该方法可以包括:例如利用限流电路(例如,图2的限流电路42)产生表示限流的限流信号(例如,在图2中的cl)。在方框66,该方法可以包括:根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整限流信号(例如,在图2中的cl)。在方框68,该方法可以包括:利用限流信号控制电子开关的操作,例如,调整晶体管端子上的电压。

在一些实例中,图3的方法60可以包括:产生根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整的基准电压;将与负载电流成比例的电压与自动调整的基准电压进行比较;然后利用比较向控制电路输出限流信号。

图3的方法60可以包括:设置固定基准电压;设置限流电压;然后从固定基准电压中减去限流电压,从而产生根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整的基准电压。

各种实例和节点

实例1包括用于控制电源与负载之间的电子开关的主题(例如,装置、设备或机器),所述装置包括:第一装置引脚,构造成与所述电子开关通信;感测电路,构造成与输入电压连接并测量所述负载的电流;控制电路,构造成与所述感测电路和所述电子开关通信,并且构造成利用限流信号来控制所述电子开关的操作;以及限流电路,构造成与所述控制电路通信,并且构造成产生表示限流的所述限流信号并根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整所述限流信号。

在实例2中,实例1的主题可选地包括:其中所述感测电路构造成输出与被测电流成比例的电压,并且其中产生表示限流的限流信号并根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整所述限流信号的所述限流电路构造成:产生根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整的基准电压;将与所述被测电流成比例的电压与自动调整的基准电压进行比较;以及利用比较向所述控制电路输出所述限流信号。

在实例3中,实例2的主题可选地包括:第二装置引脚,其中产生根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整的基准电压的所述限流电路构造成与固定基准电压源、电阻网络和运算电路通信,所述电阻网络构造成与所述第二装置引脚、所述固定基准电压源和所述输入电压连接,其中所述电阻网络构造成设置在所述第二装置引脚上的限流电压;并且所述运算电路与所述第二装置引脚通信并且所述运算电路构造成从所述固定基准电压中减去所述限流电压以产生根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整的基准电压。

在实例4中,实例3的主题可选地包括:第三装置引脚,其中所述固定基准电压源与所述三装置引脚连接。

在实例5中,实例3的主题可选地包括:其中所述固定基准电压源位于所述装置的外部或内部。

在实例6中,实例3-5中的一者或多者的主题可选地包括:其中所述电阻网络位于所述装置的外部或内部。

在实例7中,实例3-6中的一者或多者的主题可选地包括:其中所述运算电路包括至少一个运算放大器。

在实例8中,实例3-7中的一者或多者的主题可选地包括:缓冲器,所述缓冲器构造成与所述第二装置引脚和所述运算电路通信通信并且构造成减小流向所述第三装置引脚的电流。

在实例9中,实例1-8中的一者或多者的主题可选地包括:其中所述电子开关包括多个电子开关。

实例10包括用于控制电源与负载之间的电子开关的主题(例如,用于执行动作的方法和装置,包括指令的机器可读介质(指令在被机器执行时使机器执行动作)或构造成执行动作的设备),所述装置包括:测量所述负载的电流;产生表示限流的限流信号;根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整所述限流信号;以及利用所述限流信号控制所述电子开关的操作。

在实例11中,实例10的主题可选地包括:

其中产生表示限流的限流信号并且根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整所述限流信号包括:产生根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整的基准电压;将与所述负载电流成比例的电压与自动调整的基准电压进行比较;以及利用比较向所述控制电路输出所述限流信号。

在实例12中,实例11的主题可选地包括:

其中产生根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整的基准电压包括:设置固定基准电压;设置限流电压;以及从所述固定基准电压中减去所述限流电压以产生根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整的基准电压。

在实例13中,实例12的主题可选地包括:

其中设置限流包括:利用电阻网络在第二装置引脚上设置所述限流电压,所述电阻网络构造成与所述第一装置引脚、所述第二装置引脚和所述输入电压连接。

在实例14中,实例12的主题可选地包括:

其中设置第一装置引脚上的固定基准电压包括:利用构造成与第一装置引脚连接的固定基准电压源来设置在装置的第一装置引脚上的固定基准电压。

在实例15中,实例11-14中的一者或多者的主题可选地包括:其中所述电子开关包括多个电子开关。

在实例16中,实例12-15中的一者或多者的主题可选地包括:其中从在第一装置引脚上的固定基准电压中减去在第二装置引脚上的限流电压以产生根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整的基准电压包括:配置运算放大器以从在第一装置引脚上的固定基准电压中减去在第二装置引脚上的限流电压,从而产生根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整的基准电压。

在实例17中,实例10-16中的一者或多者的主题可选地包括:其中利用所述限流信号控制所述电子开关的操作包括:调整在晶体管端子上的电压。

实例18包括用于控制电源与负载之间的电子开关的主题(例如,电路),所述电路包括:第一节点,构造成与所述电子开关通信;感测电路,构造成与输入电压连接并测量所述负载的电流;控制电路,构造成与所述感测电路和所述电子开关通信,并且构造成利用限流信号来控制所述电子开关的操作;以及限流电路,构造成与所述控制电路通信,并且构造成产生表示限流的所述限流信号并根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整所述限流信号。

在实例19中,实例18的主题可选地包括:

其中所述感测电路构造成输出与被测电流成比例的电压,并且其中产生表示限流的限流信号并根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整所述限流信号的所述限流电路构造成:产生根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整的基准电压;将与所述被测电流成比例的电压与自动调整的基准电压进行比较;以及利用比较向所述控制电路输出所述限流信号。

在实例20中,实例19的主题可选地包括:第二节点,其中产生根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整的基准电压的所述限流电路构造成与固定基准电压源、电阻网络和运算电路通信,所述电阻网络构造成与所述第二节点、所述固定基准电压源和所述输入电压连接,其中所述电阻网络构造成设置在所述第二节点上的限流电压,并且所述运算电路与所述第二节点通信并且所述运算电路构造成从所述固定基准电压中减去所述限流电压以产生根据输入电压和输出电压中至少一者的变化自动调整的基准电压。

上述详细描述包括对形成详细描述的一部分的附图的参考。附图通过说明的方式示出了可以实施本发明的具体实施例。这些实施例在本文中也被称为“实例”。这些实例可以包括除了所示或所描述的元件之外的元件。然而,本发明人还考虑了其中仅提供所示或描述的那些元件的实例。此外,本发明人还考虑使用关于特定实例(或其一个或多个方面)或关于其他实例(或其一个或多个方面)使用所示或描述的那些元件(或其一个或多个方面)的任何组合或排列的示例(或其一个或多个方面)。

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在本文中,如在专利文献中常见的,使用术语“一”或“一个”来包括一个或多于一个,独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其它实例或用法。除非另有说明,在本文中,术语“或”用于指非排他性的,或者使得“a或b”包括“a但不是b”,“b但不是a”和“a和b”。在本文中,术语“包括”和“其中”用作相应术语“包括”和“其中”的简单英语等价物。此外,在所附权利要求中,术语“包括”是开放式的,即,包括除了在权利要求中的这样的术语之后列出的元件之外的元件的系统,装置,物品,组成,配方或过程仍被认为落入该权利要求的范围内。此外,在所附权利要求中,术语“第一”,“第二”和“第三”等仅用作标记,并且不旨在对其对象施加数字要求。

这里描述的方法实例可以是至少部分地机器或计算机实现的。一些示例可以包括用指令编码的计算机可读介质或机器可读介质,可操作用于将电子设备配置为执行如上述示例中所描述的方法。这样的方法的实现可以包括代码,诸如微代码,汇编语言代码,更高级语言代码等。这样的代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的部分。此外,在示例中,代码可以例如在执行期间或在其他时间有形地存储在一个或多个易失性,非暂时性或非易失性有形计算机可读介质上。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘,可移动磁盘,可移动光盘(例如,压缩盘和数字视频盘),磁带盒,存储卡或棒,随机存取存储器(ram),只读存储器(rom)等。

上述描述旨在是说明性的,而不是限制性的。例如,上述实例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。例如在本领域普通技术人员阅读上述描述之后,可以使用其他实施例。提供摘要以符合37c.f.r.§1.72(b),允许读者快速确定技术公开的性质。提交时应理解,其不用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外,在以上详细描述中,各种特征可以被分组在一起以简化本公开。这不应被解释为意图未声明的公开的特征对于任何权利要求是必要的。相反,发明主题可以在于少于特定公开的实施例的所有特征。因此,所附权利要求由此作为示例或实施例并入具体实施方式中,其中每个权利要求独立作为单独的实施例,并且预期这样的实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应当参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。

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