具有限流反馈的高侧开关的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及电气开关，且特别地涉及高侧开关。
【背景技术】
[0002]高侧晶体管开关常常被用作用于汽车部件的开关，诸如用于控制光源或其它电控汽车部件。简单的高侧开关常常与附加部件结合而形成具有许多集成功能的小的尖端开关设备，其可称为智能功率开关(或SPS)。典型SPS可具有多个集成保护和诊断功能。许多嵌入式设备功能要求不同的电路和传感器。SPS可以以限流电路的形式结合保护功能。
[0003]典型高侧开关可具有低电阻(S卩，例如小于20毫欧(mOhm)的低欧姆开关)，并且可使用双扩散金氧氧化物半导体(DMOS)晶体管。对于低欧姆高侧开关而言，DMOS晶体管通常要求用于晶体管栅极的高充电电流。对于具有快速转换速率(SR)(即输出电压的高限制变化速率)的高侧开关而言这尤其如此。此类高转换速率通常是低欧姆设备和/或较高操作电压所需要的(例如，在大于24伏下操作的卡车)，其中期望在大电压范围内快速地改变输出电压。高侧开关通常设计有大的电荷栗电路以提供高操作电流，为晶体管栅极提供所需的高充电电流，并驱动高侧开关所需的输出电压的快速切换。
【发明内容】
[0004]—般地，本公开的各种示例针对一种高侧开关，其包括限流电路，该限流电路包括被配置成向功率开关电路提供反馈的反馈电路。具有本公开的限流反馈电路的高侧开关可以在具有减小充电电流的高电流输出范围中操作，所述减小充电电流与例如相当的传统高侧开关相比可减小50%。除其它优点之外，限流模式中的此减小充电电流还可使得本公开的高侧开关能够用减少的功率接通，并且减少或消除了在接通时过热和关断的风险。
[0005]—个示例针对开关设备。该开关设备包括电压源、连接到该电压源的功率开关电路块、以及连接到电压源和功率开关电路块的限流电路块。开关设备还包括连接到功率开关电路块的电压出口(outlet)。开关设备还包括连接到功率开关电路块和限流电路块的限流反馈电路。该限流反馈电路被配置成使得开关设备能够提供功率开关电路块与电压出口之间的已调节连接，其中，该已调节连接定义限流模式。如果开关设备处于限流模式中，则此已调节连接减少功率开关电路块中的电流。
[0006]另一示例针对高侧开关系统。该高侧开关系统包括电压源、连接到该电压源的功率开关电路块、以及连接到电压源和功率开关电路块的限流电路块。该高侧开关系统还包括连接到功率开关电路块的电压出口。该高侧开关系统还包括用于接通功率开关电路块与电压出口之间的已调节连接的装置。如果高侧开关系统处于限流模式中，则此已调节连接减小功率开关电路块中的电流。
[0007]另一示例针对一种用于对电压源进行开关的方法。该方法包括经由电压源来接收初始电流。该方法还包括从电压源向功率开关电路块施加电流。该方法还包括从功率开关电路块向限流电路块施加电流。该方法还包括将电流从限流电路块镜像到功率开关电路块。该方法还包括从功率开关电路块向电压出口施加电流。如果设备处于限流模式中，则此调节减少了功率开关电路中的电流。
[0008]在附图和以下描述中阐述了本公开的一个或多个示例的细节。根据本描述和附图以及根据权利要求，本公开的其它特征、目的以及优点将是显而易见的。
【附图说明】
[0009]图1是图示出根据本公开的示例的具有限流反馈电路块的高侧开关的功能框图。
[0010]图2是图示出根据本公开的示例的具有限流反馈电路块的高侧开关的功能框图。
[0011]图3描述了示出根据一个示例的与典型传统高侧开关的电流相比较的将图2的高侧开关的短路负载接通期间的随时间推移的电流的图表。
[0012]图4示出在对短路负载进行开关的同时的与传统高侧开关相比较的用于具有本公开的限流反馈电路的高侧开关的开关源电流相对于电压的图表。
[0013]图5是图示出根据本公开的示例的用于用高侧开关来对电压源进行开关、使得除其它优点之外在限流模式中由限流电路来调节功率开关电路块的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]图1是图示出根据一个示例的具有本公开的限流反馈电路142的高侧开关100的功能框图。高侧开关100包括功率开关电路块110、限流电路块120、以及限流反馈电路142。功率开关电路块110被配置成用于选通控制(gate control)和电荷栗功能，并且限流电路块120被配置成用于当高侧开关100在限流模式中操作时的限流功能，如下面进一步描述的。限流反馈电路142在所选高电流范围处定义限流模式，诸如当连接到短路负载时。限流反馈电路142使得能够在限流模式中用已调节连接来将高侧开关100接通，除其它优点之外，其提供减小的充电电流、减少的功率，并且成功地降低或消除了过热和关断而不是接通的风险，如下面进一步描述的。
[0015]图1的示例中的高侧开关100还包括内部电源160、静电放电(ESD)保护电路块162、电压传感器164、温度传感器166、高温保护电路168、电感负载钳位170、负载电流感测和开路负载检测电路块172、前向电压降检测电路块174、和驱动器逻辑电路块176。高侧开关100具有连接到多个负载132的电压出口 130，所述多个负载132例如诸如灯泡，以及如图1的示例中所描述的另外的特征。高侧开关100还被操作耦合到微控制器180，其可向高侧开关100发射控制信号，诸如用以接通以激活负载132的信号。限流反馈电路142可在限流电路块120与功率开关电路块110的参考电流线之间镜像电流。限流反馈电路142可使得高侧开关100能够在功率开关电路块110处于限流模式中的同时在功率开关电路块110与电压出口 130之间具有已调节连接。如果设备处于限流模式中，则此调节减少了功率开关电路中的电流，如下面进一步描述的。
[0016]图2是图示出根据一个示例的具有本公开的限流反馈电路242的高侧开关200的功能框图。图2的示例省略了图1中所示的某些细节，而更详细地图示出功率开关电路块210、限流电路块220、以及限流反馈电路242。高侧开关200包括电压源202、电荷栗204、双极结晶体管206、功率开关块210、充电开关212、放电开关214、具有DMOS栅极218的DMOS216、限流块220、负载输出230、以及限流反馈电路242。图2还示出了被耦合到电压出口230的一个或多个负载232。功率开关块210控制DMOS栅极218以将到负载输出230的负载电流接通和关闭。特别地，将充电开关212开启并将放电开关214关掉以指引电流从电压源202通过电荷栗204和/或双极结晶体管206至DMOS栅极218。限流块220控制通过DMOS 216的最大电流，其迫使最大电流到负载输出230并到被耦合至负载输出230的负载。当正在由限流块220来限制负载电流时，相对于传统高侧开关，限流反馈电路242使得用于DMOS栅极218的充电电流能够被减小。特别地，限流反馈电路242提供已调节连接，其通过镜像来自限流块220的调节电流或限制电流匕^并将此镜像电流I H_dura提供给功率开关块210来定义限流模式。
[0017]可将高侧开关200配置成在不同模式中操作，包括限流模式和低电流模式，取决于功率开关电路块210中的充电电流1__是较低还是较高，其取决于在一个示例中可以是I Vds伏的DMOS 216的源极至漏极电压V ds。低电流模式的电流取决于当时的电压。在低电流模式的一个示例中(也称为接通电阻或RJt式或最大电压模式)，高侧开关200可在6伏和小于约500微安(μΑ)的电流下操作，或者在本示例中，被设计成在其出口处提供6伏以用于供应对意图在6伏下操作的部件。在另一示例中，当高侧开关在电压低于约0.8V时在仅约80μΑ以下操作时，可施加低电流模式。在另一示例中，高侧开关可在24伏下或者在大体上在I与50伏之间的所选电压下、或者在行业中典型的任何其它电压水平下操作。可将高侧开关200配置成当源电压Vds在标称操作范围内时在低电流模式中操作，诸如在典型低电流负载(例如，小于约500μΑ)被连接到负载输出230情况下的接通期间。在低电流模式中，高侧开关200可通过从来自电压源200(来自例如电池)的源电压Vds向出口 230施加电流而对接通信号(例如，来自如图1中的微控制器180)进行响应，具有接通的DMOS 216，并且具有高电压差(高于阈值电压)和低电流，在一个示例中诸如约50微安(μΑ)。
[0018]另一方面，可将高侧开关200配置成当源极至漏极电压Vds较高时在限流模式中操作。在一个示例中，在限流模式中，高侧开关200可在0.5伏下并且在变动达到约60安培的电流下操作，该电流可受到由限流电路块220提供的限流模式的约束，其防止比这更大的电流通过高侧开关200。在限流模式中，高侧开关200可通过激活电荷栗204并且既从电荷栗204向DMOS栅极218 (称为充电电流Icharse)又从电压源202向DMOS 216 (称为源电流Ids)传导电流来对接通信号进行响应，其中DMOS 216最初截止，允许高侧开关200在将DMOS 216接通之前累积电