用于故障保护电路的系统和方法
【专利摘要】提供了用于故障保护电路的系统和方法。根据实施例，故障保护系统包括：第一电源端子、第二电源端子、被配置为接收电源信号的误差电路、以及电源电路，电源电路被耦合到误差电路、第一电源端子和第二电源端子。电源电路被配置为在第一操作模式期间从第一电源端子提供电源信号，并且在第二操作模式期间从第二电源端子提供电源信号。
【专利说明】
用于故障保护电路的系统和方法
技术领域
[0001]本发明一般地涉及电子电路，并且在具体实施例中，涉及用于保护电路的系统和方法。
【背景技术】
[0002]功率半导体器件是可以用作用于功率电子装置的整流器或开关的半导体器件。例如，开关模式电源(SMPS)通常包括一个或多个功率半导体开关作为开关操作中的关键元件。可以被称为功率器件的功率半导体器件通常被形成为集成电路(IC)以产生功率1C。功率器件的应用是众多的，并且技术的进步已经进一步增加了特别是在功率IC领域中的可能应用的数目。
[0003]功率器件最常见地被实现为功率开关，以便于以导通模式(ON)或非导通模式(OFF)进行操作。在这样的应用中，功率开关通常被优化为以导通或非导通模式进行操作，同时将操作限制为在线性模式下的功率晶体管。通常，功率器件用于导通或阻断期望被供应到负载的大的电压。
[0004]—些常见的功率器件是功率二极管、晶闸管、功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)。功率二极管和功率MOSFET基于与例如低功率CMOS二极管和MOSFET类似的机制来进行操作，但是能够导通更大的电流，并且通常能够在关状态(非导通)下支持或阻断较大的反向偏置电压。
[0005]由于通常于功率器件相关联的增加的电流或电压而导致通常在结构上设计功率器件，以便于适应较高的电流密度、较高的功率耗散或较高的击穿电压。例如，功率器件通常使用垂直结构来构建，并且具有与器件的面积成比例的电流额定以及与衬底中的器件的高度或厚度相关的阻断能力。通过垂直功率器件，与横向非功率器件相比，器件端子中的一个位于半导体管芯的底部上。
[0006]功率器件通常包括用于防止过电流或过温度情况的保护机制。在特定应用中，这样的保护机制包括智能元件，诸如控制和保护电路，用于监视和控制例如功率开关的一个或多个功率器件的操作。这样的智能元件操作为在过电流或过温度发生时禁用功率器件。在一些情况下，现有保护机制可能无法保护开关器件。在各种应用中，期望用于开关器件的改进的保护机制。
【发明内容】
[0007]根据实施例，故障保护系统包括:第一电源端子、第二电源端子、被配置为接收电源信号的误差电路、以及电源电路，电源电路被耦合到误差电路、第一电源端子和第二电源端子。电源电路被配置为在第一操作模式期间从第一电源端子提供电源信号，并且在第二操作模式期间从第二电源端子提供电源信号。
【附图说明】
[0008]为了更全面地理解本发明及其优点，现在结合附图来参考以下描述，在附图中:
[0009]图1图不了实施例的功率开关系统的系统框图；
[0010]图2a和图2b分别图示了实施例的保护系统的系统框图和实施例的用于保护系统的操作方法的波形图；
[0011]图3a、图3b、图3c、图3d和图3e图示了实施例的子系统的示意图；
[0012]图4a、图4b和图4c图不了用于实施例的功率开关系统的不例性组件的不意图；
[0013]图5a和图5b图不了另一实施例的功率开关系统的不意图；
[0014]图6图不了另一实施例的功率开关系统的不意图；
[00?5]图7图不了实施例的功率开关系统的系统图；以及
[0016]图8图示了实施例的操作故障保护系统的方法的框图。
[0017]不同附图中的相应的数字和符号通常指相应的部件，除非另外指示。附图被绘制为清楚地图示实施例的相关方面并且不必按比例绘制。
【具体实施方式】
[0018]以下具体描述了各种实施例的制造和使用。然而，应当理解，本文描述的各种实施例在各种特定上下文中是适当的。所讨论的特定实施例仅说明用于制造和使用各种实施例的特定方式，并且不应当解释为在限制的范围中。
[0019]描述是关于在特定上下文中的各种实施例进行的，即故障保护系统，并且更具体地，用于功率开关的故障保护和误差系统。本文描述的各种实施例中的一些包括用于并联功率开关的故障保护和误差系统、用于功率开关的误差计数器和重试电路、具有功率开关的汽车系统和用于功率开关的电源故障操作电路。在其他实施例中，各方面还可以适用于涉及根据本领域中公知的任何方式的任何类型的故障保护或误差系统的其他应用。
[0020]在诸如汽车系统的各种应用中，功率开关可以用于将电压供应耦合到输出，以按例如不同的功率要求将功率供应到各种负载。在功率开关的操作期间，可以通过配置为在检测到误差条件时关断功率开关以及基于可以包括在例如功率开关中的过电流或过温度的检测到的误差条件来生成误差信号的误差电路的操作来防止损坏。该误差信号被供应到耦合到功率开关的误差和重试计数器。误差和重试计数器被配置为，如果误差条件重复发生，则禁用功率开关达延长的时段。在一些应用中，系统可能在主电源有故障。
[0021]根据各种实施例，当故障在诸如主要的经调节的电压VDD的主要的经调节的电源中发生时，激活低功率或故障模式。在低功率或故障模式期间，低功率模式控制线或未调节的供电电压可以用于保持对故障保护系统供电，以维持保护并且防止对功率开关的损坏。在各种实施例中，故障保护系统包括误差和重试计数器，并且当故障在主要的经调节的电压VDD中发生时，通过低功率模式控制线将功率供应到误差和重试计数器，来保持误差和重试计数器的操作。本文中参考附图来描述各种实施例。
[0022]图1图示了实施例的功率开关系统100的系统框图，其包括微控制器(μΟ102、功率开关104和串行外围接口(SPI)控制器106。根据各种实施例，功率开关104基于来自微控制器102和SPI控制器106的控制信号来将功率从供电电压VS供应到耦合到输出总线OUT的负载。SPI控制器106包括故障保护系统108，用于保护功率开关104中的每个功率开关。故障保护系统108可以包括耦合到每个功率开关的误差和重试计数器。
[0023]在实施例中，微控制器102通过SPI总线与SPI控制器106进行通信，SPI总线包括控制信号CS、串行时钟信号SCLK、串行输出信号SO和串行输入信号SI。基于通过SPI总线接收到的信号，SPI控制器106向功率开关104提供正常模式开关控制信号SWNCTL。功率开关104中的每个功率开关具有耦合到电源电压VS的输入和被耦合以通过输出总线OUT对负载供电的输出，其可以包括与任何数目的功率开关和负载相对应的任何数目的输出。在一个实施例中，电源电压VS由电池提供。在更具体的实施例中，电源电压VS由汽车系统中的电池来提供，并且耦合到输出总线OUT的负载包括但不限于例如汽车元件，诸如气候控制系统的元件、紧急安全系统的元件、车灯、电动车窗和电锁。
[0024]在各种实施例中，SPI控制器106接收故障模式控制FMC，其指示故障何时在主要的经调节的电压VDD中发生。在各种实施例中，故障模式控制FMC可以从功率系统监视电路被供应。在一个这样的实施例中，故障模式控制FMC被实现为汽车功率系统中的系统基本芯片(SBC)中的跛行回家输入(LHI)以用于激活跛行回家操作模式。
[0025]在各种实施例中，当主要的经调节的电压VDD经历故障时(可以被称为故障模式操作)，SPI控制器106使用故障模式控制FMC来接收功率并且保持故障保护系统的操作。在一些这样的实施例中，当主要的经调节的电压VDD经历故障时，SPI控制器可以被禁用并且无法基于SPI总线来控制功率开关104的开关。在这样的故障模式操作期间，微控制器102可以通过故障模式开关控制信号SWFCTL来直接控制功率开关104。因此，功率开关104或其中包括的功率开关的子集可以在故障模式期间继续开关，以便于保持对操作关键的系统负载。
[0026]根据一个实施例，功率开关系统100在汽车系统中被实现，并且故障模式操作可以被称为跛行回家模式。在这样的实施例中，车灯可以在跛行回家模式操作期间通过功率开关104被供电，而其他不太重要的输出负载可以被禁用。在这样的实施例中，故障模式开关控制信号SWFCTL控制功率开关104中的一些，以在SPI控制器106由于主要的经调节的电压VDD中的故障而不操作的同时，保持对车灯的功率供应。虽然SPI控制器106无法控制开关，但是故障保护系统108通过故障模式控制FMC来被直接供电，并且继续保护功率开关104。在一些特定实施例中，故障模式控制FMC向误差和重试计数器供应功率，以便于防止来自持续过电流或过温度情况的损坏。在各种实施例中，故障保护系统可以包括任何类型的保护电路，并且功率开关系统可以在任何类型的系统中实现，诸如汽车、工业或医学应用。
[0027]在各种实施例中，在正常操作期间，当主要的经调节的电压VDD没有经历故障时，微控制器102通过SPI总线与SPI控制器106进行通信，以生成用于功率开关104的正常模式开关控制信号SWNCTL。因此，在正常模式操作中，故障模式开关控制信号SWFCTL可以不使用。在一些实施例中，微控制器102还可以从模拟输入引脚(未示出)处的功率开关104接收反馈信号(未示出)，并且可以基于从功率开关104接收到的反馈来将通过SPI总线传送到SPI控制器106的开关信息进行修改。在一些实施例中，故障模式开关控制信号SWFCTL可以通过在微控制器102上的通用I/O引脚(GIPO)来供应。以下参考其他附图来描述其他细节和实施例。
[0028]图2a图示了作为功率开关系统100的一部分的一个实施例的实现的实施例的保护系统110的框图。根据各种实施例，保护系统110包括功率开关104、SPI控制器106和故障保护系统108 API控制器106在非故障模式(例如，正常模式)下的操作期间向功率开关104供应正常模式开关控制信号SWNCTL，并且如参考图1描述的微控制器102在故障模式期间向功率开关104供应故障模式开关控制信号SWFCTL。如上文类似地描述的，功率开关104将电源电压VS耦合到与输出OUT耦合的输出负载，其可以被表示为具有多个连接的输出总线。
[0029]在各种实施例中，功率开关104可以包括生成误差信号ERR的过电流或过温度检测电路。在具体实施例中，功率开关104中的每个功率开关包括生成误差信号的误差检测电路。所有这样的误差信号可以由误差信号ERR来表示，其还可以被表示为具有用于传递所有误差信号ERR的多个线路的误差总线。在这样的实施例中，故障保护系统108被配置为接收误差信号ERR，并且基于误差信号ERR来生成禁用信号DIS。禁用信号DIS还可以被表示为具有用于功率开关104中的每个功率开关的禁用线路的禁用总线。例如，当误差信号ERR指示误差条件在特定功率开关中发生多次时，特定功率开关可以被禁用，直至从SPI控制器106接收到复位信号RS。在各种实施例中，任何数目的功率开关104可以与相应数目的禁用信号DIS、误差信号ERR和输出OUT—起被实现。
[0030]在一些实施例中，故障保护系统108包括用于功率开关104的误差和重试计数器。图2b图示了用于保护系统110的这样的实施例的操作方法的波形图，在这样的实施例中，图2b示出了用于功率开关104中的单个功率开关的信号误差和重试计数器的操作。每当接收到误差信号ERR中的指示单个功率开关中的误差信号时，计数值CNT递增。如图所示，每当来自用于单个功率开关的输出OUT的输出的值经历过载条件时，计数值CNT递增。在一些实施例中，过载条件通过过电流或过温度检测来检测。
[0031]当在输出OUT中的输出的值中检测到过载条件时，单个功率开关被禁用，并且计数值递增。在短暂延迟之后，重新启用单个功率开关，这可以被称为重试。在每次重试之后，当检测到另一过载条件时，单个功率开关被禁用，并且计数值CNT被再次递增。在针对每次重试检测持续过载条件时，计数值CNT被递增到重试限制η。在单个功率开关继续经历过载情况的时间期间，复位信号RS和禁用信号DIS被保持处于去激活状态。当计数值CNT达到η时，禁用信号DIS被设置为激活状态(即，禁止信号被激活)，以便于禁用单个功率开关达延长的时间段。如图所示，只要禁用单个DIS被激活，输出值就被禁用。一旦复位信号RS被激活以复位计数值，并且继续单个功率开关的操作，单个功率开关就可以被重新启用。在这样的实施例中，复位值RS将计数值复位为初始值，并且将禁用信号DIS设置回去激活状态。在各种实施例中，单个功率开关以及关联的误差和重试计数器的描述也可以应用于在功率开关104中的每个功率开关。在其他实施例中，故障保护系统108可以包括其他类型的误差或保护电路。
[0032]在各种实施例中，故障保护系统108被耦合以从主要的经调节的电压VDD和故障模式控制FMC接收信号或功率。在这样的实施例中，当主要的经调节的电压VDD没有经历故障时，故障保护系统108从主稳压电压VDD接收功率，以保护功率开关104不受损坏，如例如参考图2b描述的。当主要的经调节的电压VDD经历故障时，故障保护系统108可以从故障模式控制FMC接收功率。在这样的实施例中，故障模式控制FMC被生成为在附连到故障保护系统108的系统监视器112中的控制信号。系统监视器112可以包括耦合到电源电压VS的单独电压限制器，其用于将故障模式控制FMC生成为电压限制的稳定控制信号。在另一实施例中，系统监视器112可以包括有源电压调节器。在一些具体实施例中，电压限制器使用无源组件，包括例如电阻器和二极管，以提供电压限制功能，而电压调节器包括有源组件，以便于例如在诸如开关调节器中提供有源电压调节。在各种实施例中，故障模式控制FMC被用作用于激活故障模式的控制信号，并且用作用于故障保护系统108的电压受限稳定电源。在故障模式操作期间，故障保护系统108继续操作内部误差系统，诸如误差和重试计数器，以用于基于从故障模式控制FMC接收的功率来保护功率开关104。
[0033]在具体实施例中，保护系统110是汽车系统的一部分，并且故障模式控制FMC是从系统基本芯片(SBC)的跛行回家输入(LHI)的实施方式，这是系统监视器112的一个实施方式，其被配置为检测在主要的经调节的电压VDD中的故障，并且监视汽车系统的各方面。在这样的实施例中，LHI用于在故障或跛行回家模式期间启用功率开关104和故障保护系统108，同时禁用SPI控制器106的操作。因此，LHI向故障保护系统108供电，并且在跛行回家模式期间保持故障保护系统108内的诸如误差和重试计数器的误差系统的操作，以保持功率开关104的保护。
[0034]在另一实施例中，故障保护系统108还可以被配置为从电源电压VS接收功率。电源电压VS可以从诸如汽车电池的电池来供应。在一些实施例中，电池可以提供从1V到42V的范围的电源电压VS。在一个具体实施例中，电池提供12V的电源电压VS。在各种实施例中，故障保护系统108可以包括附加的电压限制器或调节器，以用于接收电源电压VS并且生成电压限制的电源，以用于在故障模式期间进行操作。在这样的实施例中，当主要的经调节的电压VDD经历故障时，电源电压VS可以用于提供功率，以继续故障保护系统108的操作。
[0035]在各种实施例中，主要的经调节的电压VDD中的故障可以包括通过主要的经调节的电压VDD影响功率供应的任何类型的事件。在一些实施例中，当主要的经调节的电压VDD被移除并且下降以供应零功率时，故障可能发生。在另一实施例中，当主要的经调节的电压VDD经历从指定的目标稳压值开始的波动时，故障可能发生。例如，主要的经调节的电压VDD可以被指定为5V。在这样的实施例中，当主要的经调节的电压VDD变化例如高于5.5V或低于4.5V时，故障可能发生。在其他实施例中，故障可以仅包括低电压阈值。例如，当主要的经调节的电压VDD降低到低于4.5V时，故障可能发生。在其他实施例中，用于主要的经调节的电压VDD中的故障的阈值可以被设置为其他值。
[0036]在一些实施例中，故障保护系统108可以与SPI控制器106单独分开，并且被耦合在功率开关104和SPI控制器106之间。在其他实施例中，故障保护系统108可以被包括在SPI控制器106中。在具体实施例中，SPI控制器106和故障保护系统108可以被集成在与单个集成电路(IC)相同的半导体裸片上。在其他实施例中，SPI控制器106在与故障保护电路108分离的IC上形成。在又另一实施例中，故障保护系统108由离散的组件形成，并且被附连到公共电路板作为SPI控制器106。
[0037]根据各种实施例，正常模式开关控制信号SWNCTL可以与故障保护系统108中的禁用信号DIS组合。在这样的实施例中，仅使用单个控制信号来控制开关，并且单个控制可以在如本文描述的故障保护系统108内被禁用。例如，在一些实施例中，禁用信号DIS可以通过包括在故障保护系统108中或与之分离的组合逻辑来与正常模式控制信号SWNCTL组合。
[0038]通常，在本文中参考多个功率开关和与多个功率开关耦合的多个相应电阻来描述实施例。在一个实施例中，具有单个故障保护系统的单个功率开关也通过如本文中参考例如故障保护系统108描述的操作来设想。
[0039]图3a、图3b、图3c、图3d和图3e图示了了实施例的子系统的示意图。图3a图示了第一实施例的子系统Illa的示意图，其包括故障保护系统109a、系统监视器112和电压调节器114。根据各种实施例，故障保护系统109a是在上文参考图2a描述的故障保护系统108的实施方式。故障保护系统109a可以包括误差计数器116、复位逻辑118以及二极管120和122。
[0040]在各种实施例中，误差计数器116分别通过二极管120或二极管122从主要的经调节的电压VDD或故障模式控制FMC接收电压供应VEC。在正常操作模式期间，电压调节器114从电源电压VS生成主要的经调节的电压VDD，其可以由例如电池来提供。在电压调节器114的输出处的电容器124可以对主要的经调节的电压VDD提供进一步的稳定性。在一些实施例中，电压调节器114通过被正向偏置的二极管120来在正常操作模式期间将主要的经调节的电压VDD提供到误差计数器116。在这样的实施例中，正常操作模式可以包括在主要的经调节的电压VDD没有经历故障或影响功率供应的故障时的操作。主要的经调节的电压VDD可以用于供应多个IC或组件(未示出)。例如，在一个实施例中，在汽车系统中，主要的经调节的电压VDD可以供应包括微控制器的其他芯片。
[0041]在各种实施例中，系统监视器112在故障操作模式期间生成故障模式控制FMC。在这样的实施例中，系统监视器通过正向偏置的二极管122来在故障操作模式期间将故障模式控制FMC提供到误差计数器116作为电压供应VEC。在故障操作模式期间，二极管120可以被反向偏置，因为主要的经调节的电压VDD可能变化低于用于正向偏置二极管120的电压阈值。同时，故障模式控制FMC被激活，以指示主要的经调节的电压VDD中的故障。如在上文参考图2a所述，系统监视器112可以包括耦合到电源电压VS的电压限制器，其生成电压限制稳定控制信号作为故障模式控制FMC，以用于激活故障操作模式。在这样的实施例中，故障模式控制FMC可操作为正向偏置二极管122，并且对误差计数器116供应功率作为电源电压VEC0
[0042]根据各种实施例，误差计数器116如上文参考图2b所述的进行操作，并且故障保护系统109a实现用于诸如功率开关104的功率开关的保护系统，其独立于主稳压电源，诸如主要的经调节的电压VDD。在各种实施例中，故障保护系统109a可以是故障保护系统108的一部分的实施方式，以便于如以上参考图1和图2a所述的实现用于功率开关104中的每个开关的故障保护。
[0043]在各种实施例中，主要的经调节的电压VDD和故障模式控制FMC可以具有一定范围的电压。例如，在一个实施例中，主要的经调节的电压VDD是5V。在另一实施例中，主要的经调节的电压VDD是3.3V。在其他实施例中，主要的经调节的电压VDD的范围可以从2.5V到
7.5V。在替代实施例中，主要的经调节的电压VDD可以在该范围外。类似地，在一个实施例中，故障模式控制FMC在被激活时可以是5V并且在去激活时是0V。在其他实施例中，故障模式控制FMC在被激活时范围可以1.5V至7.5V，并且在去激活时小于1.5V。在替代实施例中，故障模式控制FMC在被激活或去激活时可以在该范围外。
[0044]在一些实施例中，电源电压VS可以由电池来提供。在具体实施例中，电源电压VS由具有电压范围从1V到14V的电池来提供。在一些实施例中，电源电压VS的范围可以从1V至42V。在替代实施例中，电源电压VS可以在该范围外。
[0045]在一些实施例中，如上文参考图2a和图2b描述的，对于一些故障情况，系统监视器112可以被实现为用于汽车系统的SBC，并且故障模式控制FMC可以被实现为用于激活跛行回家模式的LHI。
[0046]根据各种实施例，当内部计数值达到误差限制时，误差计数器116生成禁用信号DIS。禁用信号DIS禁用例如误差计数器116耦合到的功率开关(未示出)。在其他实施例中，禁用信号DIS和误差信号ERR可以被耦合到具有误差保护的任何类型的组件。在各种实施例中，禁用信号DIS继续禁用功率开关，例如，直至误差计数器116被复位。在一些实施例中，误差计数器116可以通过来自例如微控制器102或SPI控制器106的复位信号RS或者通过复位逻辑118来被复位。在一个实施例中，复位逻辑118可以识别故障模式控制FMC的下降沿或上升沿，指示故障模式的结束或去激活，并且基于下降沿或上升沿来生成用于误差计数器116的复位。在其他实施例中，复位逻辑118可以识别输入控制信号(未示出)的下降沿或上升沿，并且可以基于输入控制信号来生成用于误差计数器116的复位。在另一实施例中，误差计数器116可以包括耦合到复位逻辑118的单个复位端子。在这样的实施例中，复位逻辑118接收复位信号RS，并且基于复位信号RS和故障模式控制FMC来生成用于误差计数器116的复位。在其他实施例中，复位逻辑118还可以耦合到主要的经调节的电压VDD或电源电压VS(未示出)，并且基于每个可用信号或电压来生成用于误差计数器116的复位。
[0047]图3b图示了第二实施例的子系统Illb的示意图，其包括故障保护系统109b、系统监视器112、电压调节器114和电压限制器126。根据各种实施例，子系统Illb如上文参考图3a中的子系统Illa类似描述的进行操作，并且共同元件的描述适用于图3b中的元件。故障保护系统10%额外地包括被配置为向误差计数器116提供电压供应VEC的二极管128。在各种实施例中，供电电压VS是通过电压限制器126和二极管128来提供，以向误差计数器116提供电压供应VEC。如上所述，主要的经调节的电压VDD可能经历故障。在故障操作模式期间，电压供应VEC可以通过二极管122通过故障模式控制FMC或者通过二极管128通过受限电源电压VSUM来提供。在一些实施例中，二极管122和对系统监视器112的耦合可以被省略，并且在故障操作模式期间，电压供应VEC可以仅通过二极管128通过受限电源电压VSLM来提供。
[0048]在各种实施例中，电压限制器126可以生成范围从2.5V至7.5V的受限电源电压VSUM。在一个实施例中，电压限制器126可以将受限电源电压VSUM生成为5V。在一些实施例中，电压限制器126在独立的组件上被实现，诸如独立的1C，作为故障保护系统109b。在其他实施例中，电压限制器126在同一组件上被实现，诸如同一 1C，作为故障保护系统109b。
[0049]图3c图示了第三实施例的子系统Illc的示意图，其包括故障保护系统109c、系统监视器112和电压调节器114，根据各种实施例，子系统Illc如上文参考图3a中的子系统Illa类似描述的进行操作，并且共同元件的描述适用于图3c中的元件。在各种实施例中，故障保护系统109c包括与以上参考图3a描述的故障保护系统109a不同的内部组织。
[0050]故障保护系统109c包括误差计数器117a和117b，其以类似的方式如参考误差计数器116描述的进行操作。在这种实施例中，误差计数器117a在如上所述的正常操作模式期间进行操作，并且直接通过主要的经调节的电压VDD来供电。当故障在主要的经调节的电压VDD中发生而导致故障操作模式时，误差计数器117a可以被禁用和断电。在故障操作模式期间，误差计数器117b如上所述进行操作，并且由故障模式控制FMC直接供电。在各种实施例中，逻辑电路130从误差计数器117a和117b接收禁用信号，并且生成禁用信号DIS，以禁用例如功率开关，如上所述。在一个具体实施例中，逻辑电路130是或门。在各种实施例中，复位逻辑118提供对误差计数器117b的复位控制，并且复位信号RS提供对误差计数器117a的复位控制。
[0051]图3d图示了第四实施例的子系统Illd的示意图，其包括故障保护系统109d、系统监视器112和电压调节器114。根据各种实施例，子系统Illd如上文参考图3a中的子系统Illa类似描述的进行操作，并且共同元件的描述适用于图3d中的元件。故障保护系统109d包括多个误差计数器132_l-132_n，其中η是任意数字，用于保护例如功率开关104中的每个功率开关。在一些实施例中，η是包括在诸如功率开关系统100的功率系统中的相应误差计数器和功率开关的数目。在具体实施例中，功率开关和相应误差计数器132_1-132_η的数目η的范围可以从I到32。在替代实施例中，数目η可以大于32。
[0052]根据各种实施例，误差计数器132_1_132_11如以上参考误差计数器116类似描述的进行操作。误差计数器132_1-132_η可以包括用于基于从欠电压(UV)复位逻辑119或从复位信号RSl-RSn接收的复位信号来控制复位的内部或外部组合复位逻辑，如图所示。在各种实施例中，误差计数器132_1-132_11中的每一个分别被耦合到相应的信道1-η，其中信道1-η中的每一个包括相应编号的复位信号RS Ι-RSn、误差信号ERRl-ERRn，并且分别禁用信号DISl-DISn。每个信道1-η可以被耦合到功率器件，诸如功率开关，并且相应的误差计数器132_1-132η操作为如以上参考图3a和图3b中的误差计数器116描述的来禁用功率器件或功率开关。
[0053]根据一些具体实施例，UV复位逻辑119使输入耦合到电压供应VEC、主要的经调节的电压VDD、故障模式控制FMC和电源电压VS中的每一个或组合。UV复位逻辑电路119的输出向误差计数器131_l_132_n中的每一个提供复位信号。在各种具体实施例中，当电压供应VEC或主要的经调节的电压VDD下降到低于故障阈值时，当故障模式控制FMC经历与故障操作模式的技术相对应的下降沿，或者电源电压VS下降到低于电源阈值时，误差计数器131_1-132_11中的每一个可以被复位。在这样的各种实施例中，UV复位逻辑119可以具有任何配置和所示的四个数目的输入。
[0054]在各种实施例中，如上文参考图3b所述，电压限制器126和二极管128是可选的。在一个实施例中，电压限制器126和二极管128可以被包括，并且二极管122和在故障保护系统109d和系统监视器112之间的耦合可以被省略。
[0055]图3e图示了第五实施例的子系统Ille的示意图，其包括故障保护系统109e、系统监视器112和电压调节器114。根据各种实施例，子系统Ille如上文参考图3a中的子系统Illa类似描述的进行操作，并且共同元件的描述适用于图3e中的元件。代替二极管120和122，故障保护系统109e包括被配置为向误差计数器116提供电压供应VEC的有源整流器121。在各种实施例中，电源电压VS通过电压调节器114和有源整流器121被提供，以向误差计数器116提供电压供应VEC。如上所述，主要的经调节的电压VDD可能经历故障。在故障操作模式期间，有源整流器121可以检测到故障模式控制FMC具有比主要的经调节的电压VDD更大的电压。在这样的实施例中，有源整流器121选择较大的电压，并且供电电压供应VEC。
[0056]图4a、图4b和图4c图示了用于包括用于系统监视器112的配置的实施例的功率开关系统的示例性组件140a、140b和140c的示意图。根据各种实施例，系统监视器112可以被实现为多个类型的系统故障或误差监视。在各种实施例中，系统监视器112可以被形成为单独的1C，或者可以通过耦合到系统电路板的分立组件来形成。在一个实施例中，系统监视器112被形成为汽车系统中的单独1C。在一些具体实施例中，系统监视器被实现为系统基本芯片(SBC)，其针对误差或故障来监视汽车系统，并且基于系统监视来生成控制信号。
[0057]在各种实施例中，系统监视器112被实现为具有例如用于汽车系统的跛行回家输入LHI的SBC。组件140a表示实现为SBC的系统监视器112。在这样的实施例中，组件140a包括电压限制器142和LHI逻辑144。电压限制器142接收到电源电压VS，并且生成用于LHI逻辑144的电压受限供应。LHI逻辑144监视主要的经调节的电压VDD，并且当在主要的经调节的电压VDD中检测到故障时用驱动电压来驱动跛行回家输入LHIIHI逻辑144可以包括组合逻辑或者还可以包括模拟电路。例如，LHI逻辑可以包括用于将主稳压电压VDD与故障阈值作比较的比较器。在各种实施例中，用于跛行回家输入LHI的驱动电压可以是例如5V。在其他实施例中，如在上文参考故障模式控制FMC描述的，用于跛行回家输入LHI的驱动电压可以是任何电压。
[0058]组件140b表示实现为SBC的系统监视器112的另一实施例。在这样的实施例中，如上所述，组件140b包括电压限制器142，LHI逻辑146和开关148IHI逻辑146以与LHI逻辑144类似的方式进行操作，但是基于检测主要的经调节的电压VDD中的故障来生成用于开关148的开关控制SLHI。开关148通过开关控制SLHI来控制，以提供OV作为跛行回家输入LHI，与主要的经调节的电压VDD中没有故障相对应，或者提供驱动电压作为跛行回家输入LHI，与主要的经调节的电压VDD中有故障相对应。如在上文参考组件140a和故障模式控制FMC描述的，驱动电压可以包括任何值。
[0059]组件140c表示实现为SBC实现的系统监视器112的另一实施例。在这样的实施例中，组件140c包括电压限制二极管150_1，150_2，...，和150_m、LHI逻辑152、LHI驱动器154和串联电阻器156。电压限制二极管150_1，150_2，...，和150_m可以包括任何数目的电压限制二极管。电压限制二极管150_1，150_2，...，和150_m中的每一个二极管都在电源电压VS和诸如地的低参考端子之间串联耦合。LHI逻辑152以与LHI逻辑144类似的方式进行操作，以基于检测主要的经调节的电压VDD中的故障来生成用于跛行回家输入LHI的逻辑信号。逻辑信号被提供给LHI驱动器154，其提供OV作为跛行回家输入LHI，与主稳压电压VDD中没有故障相对应，或者提供驱动电压作为跛行回家输入LHI，与主要的经调节的电压VDD中有故障相对应。如在上文参考组件140a和故障模式控制FMC描述的，驱动电压可以包括任何值。在一个实施例中，LHI驱动器154被实现为输出缓冲器。在各种实施例中，供电电压VS通过串联电阻器156被耦合到电压限制二极管150_1，150_2，...，和150_m，以便于限制通过电压限制二极管150_1，150_2，...，和150_m的电流。在其他实施例中，额外的隔离电路或电阻电路可以被包括以提供在电压限制二极管150_1，150_2，...，和150_m的电压限制功能和电源电压VS之间的分隔。
[0060]在各种实施例中，实现为组件140a、140b和140c中的SBC的系统监视器112可以根据特定系统应用来包括具有相应的控制器或电路(未示出)的附加功能。本领域的技术人员将容易理解，这样的特征可以被包括在预想的实施例中。例如，SBC可以控制看门狗功能、故障安全操作、和欠电压或过电压保护。在一些实施例中，参考图4a、图4b和图4c描述的各种电压限制功能可以在SBC的外部实现。
[0061 ] 图5a图示了包括SPI控制器162、故障保护系统164、LS电路170_1-170_11中的电平移位(LS)驱动器166_l-166_n和功率开关168_1-168_11的另一实施例的功率开关系统160的不意图。根据各种实施例，功率开关168_l_168_n中的每一个分别由LS驱动器166_l_166_n提供的驱动信号SDRVl-SDRVn来驱动。LS电路170_l-170_n包括LS驱动器166_l-166_n和用于启用或禁用驱动信号SDRVl-SDRVn的组合逻辑。功率开关168_l-168_n被切换成导通(ON)和不导通(OFF)模式，以便于将功率从供电电压VS供应到与输出OUT 1-OUTn附连的负载。故障保护系统164如以上参考其他附图描述类似地进行操作，并且包括用于功率开关168_1_168_n中的每一个的单独误差通道。误差计数器132_1-132_11通过添加LS电路170_l-170_n如以上参考图3d描述的进行操作。
[0062]LS电路170_l-170_n中的每一个包括与门172_l_172_n、与门174_l_174_n以及或门176 j-176_n。与门172_1-172_11中的每一个将禁用信号DISl-DISn与SPI开关控制信号SPICTLl-SPICTLn的相应SPI开关控制信号组合，以便于生成用于在正常操作期间的用于每个相应的LS驱动器166_l-166_n的启用或禁用信号。在一个实施例中，与门172_1-172_11中的每一个包括用于禁用信号DISl-DISn的反相输入。在故障模式操作期间，SPI开关控制信号SPICTLl-SPICTLn可以被禁用。在这样的实施例中，与门172_l_172_n不激活，因为SPI开关控制信号SPICTLl-SPICTLn不激活。同时，与门174_l-174_n中的每一个通过跛行回家输入LHI来激活，并且通过反相输入将禁用信号DISL-DISN的相应禁用信号与输入开关控制信号INl-1Nn的相应输入开关控制信号组合。在这样的实施例中，或门176_1-176_11中的每一个组合来自各个与门172_1-172_11和174_1-174_11的信号，以便于生成相应的驱动信号SDRVl-SDRVn。
[0063]根据各种实施例，电压供应VEC在正常操作模式期间从主要的经调节的电压VDD，并且在故障操作模式期间从跛行回家输入LHI，被提供到误差计数器132_l-132_n。二极管120和122确保电压供应VEC在正常操作模式期间和故障操作模式期间被提供到误差计数器132 j-132_n。在这样的实施例中，故障操作模式还可以被称为跛行回家模式。故障操作模式或跛行回家模式在主要的经调节的电压VDD经历故障时发生。例如，当主要的经调节的电压VDD降低到低于故障阈值时，主要的经调节的电压VDD可能经历故障。故障阈值可以基于系统操作来进行设置。在一些实施例中，故障阈值的范围可以从2V至4V。在其他替代实施例中，故障阈值可以在该范围外。在各种实施例中，跛行回家输入LHI可以是如上所述的故障模式控制FMC的一个实施方式。
[0064]根据各种实施例，SPI控制器162基于跨SPI总线接收到的信息来生成SPI开关控制信号SPICTLl-SPICTLn。在一个实施例中，SPI开关控制信号SPICTLl-SPICTLn是如上文参考图1和图2a描述的正常模式开关控制信号SWNCTL的实施方式。SPI开关控制信号SPICTL1-SPICTLn被提供到LS电路170_l-170_n，其在正常操作模式期间生成用于功率开关168_1_168_n的驱动信号SDRVl-SDRVn。在故障操作模式期间，LS电路170_l-170_n在与门174_1_174_n处接收输入开关控制信号INl-1Nn，其可以是在以上参考图1和图2a描述的故障模式开关控制信号SWFCTL的实施方式。例如，输入开关控制信号INl-1Nn可以由诸如微控制器102的微控制器(未示出)来提供。在故障操作模式期间，与门174_1-174_11通过或门176_1_176_r^PLS驱动器166_1-166_11基于输入开关控制信号INl-1Nn来生成用于功率开关168_1_168_n的驱动信号SDRVl-SDRVn。在这样的实施例中，与门174_l-174_n在故障模式期间通过来自误差计数器132_l-132_n的禁用信号DISl-DISn来被启用或禁用。
[0065]此外，功率可以通过电压供应VEC被供应到LS电路170_l-170_n，这是在故障操作模式期间由跛行回家输入LHI来供应的。包括在LS电路170_1-170_11中的逻辑门中的每一个和LS驱动器166_1-166_11可以由电压供应VEC来供电。LS电路170_1-170_11还可以通过电源电压VS来供电。以下参考图5b来进一步描述LS电路170_1-170_11的具体实施例。
[0066]在各种实施例中，UV复位逻辑119如在上文参考图3d所述进行操作，并且可以被耦合(出于简单未示出耦合)至供电电压VS，跛行回家输入LH1、主要的经调节的电压VDD和电压供应VEC中的任何一个或任何组合。
[0067]根据各种实施例，故障保护系统164在正常和故障操作模式期间保持操作和保护。在具体的汽车实施例中，可以在SBC中生成为指示跛行回家模式的控制信号的跛行回家输入LHI被用作在故障模式(即跛行回家模式)期间用于将功率供应到误差计数器132_1-132_η的稳定电压供应，以便于保持功率开关168_1-168_11的保护。
[0068]在一些实施例中，故障保护系统164在与SPI控制器162相同的IC上被实现。在其他实施例中，故障保护系统164和SPI控制器162在单独的IC或单独的组件上被实现。
[0069]图5b图示了如以上参考图5a描述的用于功率开关系统160的LS电路170_1-170_η的电平移位(LS)电路170的实施例实现的示意图。LS电路170包括串联连接的晶体管180、184和186、并联和串联连接的晶体管188、禁用反相器178和电流槽190。根据各种实施例，LS电路170是LS电路170_1-170_η的单个LS的实施方式，诸如LS电路170_1包括例如LS驱动器166_1、与门172_1、与门17釔1和或门176_1。在这样的实施例中，可以表示禁用信号0151_DISn中的任何一个的禁用信号DIS向晶体管186提供禁用信号，以便于禁用驱动信号SDRV，其可以表示驱动信号SDRVl-SDRVn中的任何一个。禁用信号DIS可以由反相器178来驱动，其由电压供应VEC来供电。
[0070]根据各种实施例，当禁用信号DIS没有禁用时，晶体管180和184控制驱动信号SDRV，或者晶体管188控制驱动信号SDRV。在故障模式期间，当SPI控制器162不激活时，SPI开关控制信号SPICTL可以是不激活的，如以上参考SPI开关控制信号SPICTLl-SPICTLn所述。因此，在晶体管180在故障模式期间通过跛行回家输入LHI被驱动为导通状态的同时，晶体管188可以以非导通状态被驱动。在这样的实施例中，可以表示输入开关控制信号的INl-1Nn中的任何一个的输入开关控制信号IN驱动晶体管184以导通或阻断驱动信号SDRV。
[0071]在正常操作模式中，跛行回家输入LHI可以被禁用，将晶体管180确定为非导通状态。在这样的实施例中，SPI开关控制信号SPICTL可以进行操作以驱动晶体管188导通或阻断驱动信号SDRV。在正常操作模式和故障模式二者中，晶体管186可以通过禁用信号DIS来被禁用，以便于禁用功率晶体管，诸如功率晶体管168_l-168_n。如上参考图5a中的禁用信号DISl-DISn所述，禁用信号DIS可以由误差计数器132_l-132_n中的任何一个来生成。在各种实施例中，当存在通过晶体管180、184、186和188的导通路径时，电流槽190提供用于驱动信号SDRV的电流槽。
[0072]图6图不了另一实施例的功率开关系统161的不意图。根据各种实施例，功率开关系统161如以上参考例如图5a中的功率开关系统160类似描述的进行操作。上述常见编号的元件的描述适用于图6，并且简单起见将不被重复。在各种实施例中，功率开关系统161包括误差计数器132_l-132_n、SPI控制器162、LS电路170_l-170_n、跛行回家输入(LHI)欠压(UV)检测器191、过压(OV)保护和电压调节器192、0V保护193和VDD UV复位194。
[0073]根据各种实施例，LHIUV检测器191检测跛行回家输入LHI上的欠电压，并且生成复位信号，该复位信号在逻辑上与在误差计数器132_1-132_11内的与门处来自SPI控制器162的复位信号RS 1-RSN组合。VDD UV复位194检测VDD中的欠电压，并且将VDD复位控制信号VDDJJV供应到SPI控制器162 WV保护和电压调节器192接收来自SPI总线的主要的经调节的电压VDD，并且监视过电压。在一些具体实施例中，OV保护和电压调节器192接收具有从3V到6V的电压范围的主要的经调节的电压VDD，并且输出经调节的的3V信号。在一些实施例中，OV保护193还监视跛行回家输入LHI或输入开关控制信号INl-1Nn上的过电压。
[0074]在一些实施例中，SPI控制器162还通过电平移位电阻器从相应的误差计数器132_l-132_n接收计数器非零信号CNZl-CNZn。在一些其他实施例中，SPI控制器162还通过电平移位电阻器从相应的误差计数器132_l-132_n接收通道误差信号CHERRl-CHERRn。根据各种实施例，SPI控制器162可以接收来自跛行回家输入LHI的信号和输入开关控制信号INl-1Nn，如由到SPI控制器162的虚线所示。
[0075]图7图示了包括微控制器(μθ202和多通道开关组件208的实施例的功率开关系统200的系统图，多通道开关组件208包括功率开关204和SPI控制器206。根据各种实施例，SPI控制器206通过SPI总线210与微控制器202对接，并且生成用于功率开关204的开关控制信号。在这样的实施例中，SPI控制器206包括如上所述的故障保护系统。
[0076]根据一些实施例，功率开关系统200在汽车系统中被实现，并且故障操作模式被称为跛行回家模式。在各种实施例中，在正常操作模式期间，基于来自SPI总线210和SPI控制器206的信号来控制功率开关。在故障操作模式期间，功率开关204在输入ΙΝΙ、ΙΝ2、ΙΝ3和ΙΝ4处接收来自通用并行接口电路224的控制信号。此外，在故障操作模式期间，SPI控制器206内的故障保护系统基于从跛行回家输入LHI接收的功率来进行操作，以使用例如上述误差计数器来防止对功率开关204的损坏。在正常操作模式期间，SPI控制器206内的故障保护系统基于从主要的经调节的电压VDD接收的功率进行操作。
[0077]根据各种实施例，功率开关204对耦合到输出0UT1、0UT2、0UT3和0UT4的负载218_
1、218_2、218_3和218_4供电。在各种实施例中，可以包括任何数目的功率开关和相应的输出。在具体实施例中，例如，负载218_1、218_2、218_3和218_4汲取各种功率电平，诸如65￥或27W。功率开关204的开关可以被控制向输出0UT1、0UT2、0UT3和0UT4提供特定功率电平。
[0078]在各种实施例中，多通道开关组件208在具有两个功率开关204的单个IC上形成，并且SPI控制器206在该单个IC上形成。在其他实施例中，功率开关204可以在第一IC上形成，并且SPI控制器206可以在第二IC上形成。在这样的实施例中，第一和第二IC可以被堆叠或耦合到实现多通道开关组件208的相同电路板。
[0079]根据各种实施例，从由SBC(未示出)提供的看门狗输出WDOUT对跛行回家输入LHI供电。在这样的实施例中，故障可能在扩展的汽车系统或包括功率开关系统200的其他类型的系统中的任何位置处发生。基于扩展的汽车系统中的故障，SBC激活跛行回家模式，并且看门狗输出WDOUT驱动用于SPI控制器206的跛行回家输入LHI并且驱动用于跛行回家输入的通用并行接口电路224。
[0080]在各种实施例中，额外的组件或电路被包括在功率开关系统200中。滤波或稳定化电路220被耦合在主要的经调节的电压VDD和多通道开关组件208之间。稳定化电容器222被耦合在提供供电电压VS的正电池端子VBAT+和多通道开关组件208之间。通过反馈电路212将电流感测IS提供到微控制器202的模拟到数字输入AD。瞬态电压抑制(TVS)电路214被耦合电池在正电池端子VBAT+和负电池端子VBAT-之间。参考电路216向多通道开关组件208提供稳定的低参考或接地(GND)电压。微控制器202的参考引脚VCC被耦合到主要的经调节的电压VDD，并且微控制器202的参考引脚VSS被耦合到负电池端子VBAT-。
[0081 ]根据各种这样的实施例，额外的电路或修改可以被包括在功率开关系统200中。在具体实施例中，微控制器202可以被实现为标准微控制器。例如，微控制器202可以是英飞凌(Infineon)微控制器系列XC2200中的微控制器。在一个具体实施例中，微控制器202是英飞凌微控制器XC2267。
[0082]在各种实施例中，可以使用其他配置和接口协议。例如，SPI总线210包括控制信号CS、时钟信号SCLK、输出信号SO和输入信号SI。在其他实施例中，例如，SPI总线210可以包括更少的信号线，诸如单个信号线或仅两个信号线。
[0083]图8图示了用于包括步骤302和304的故障保护系统的操作300的实施例方法的框图。根据各种实施例，操作300的方法是操作故障保护系统的方法。在各种实施例中，步骤302包括在第一模式期间从系统供电电路接收主功率供应。当主电源没有具有检测到故障时，第一操作模式中的操作发生。步骤304包括在第二模式期间从故障模式控制电路接收辅功率供应。当主电源具有检测到的故障时，第二模式中的操作发生。检测到的故障可以包括变化低于故障阈值或操作阈值的主电源。
[0084]根据实施例，一种故障保护系统包括:第一电源端子、第二电源端子、被配置为接收电源信号的误差电路以及电源电路，该电源电路被耦合到误差电路、第一电源端子和第二电源端子。电源电路被配置为在第一操作模式期间从第一电源端子提供电源信号，并且在第二操作模式期间从第二电源端子提供电源信号。
[0085]在各种实施例中，第一电源端子被配置为被耦合到从第一功率源生成的经调节的系统供电信号，并且第二电源端子被配置为被耦合到从第一电源生成的模式控制信号。在实施例中，经调节的系统供电信号在耦合到第一功率源的第一电压调节器处被生成，并且模式控制信号在耦合到第一功率源的第二电压调节器或电压限制器处被生成。模式控制信号在配置为检测经调节的系统供电信号中的故障的系统监视器电路处被生成。
[0086]在各种实施例中，系统监视器电路被配置为在经调节的系统供电信号的电压电平低于第一阈值时检测故障。故障保护系统还可以包括系统监视器电路。在一个实施例中，第一功率源包括电池。在一些实施例中，当经调节的系统供电信号高于第一阈值时，故障保护系统以第一模式操作，并且当经调节的系统供电信号低于第一阈值时，故障保护系统以第二模式操作。当经调节的系统供电信号没有检测到的故障时，故障保护系统以第一模式操作，并且当经调节的系统供电信号具有检测到的故障时，故障保护系统以第二模式操作。
[0087]在各种实施例中，误差电路进一步被配置为从功率开关接收误差信号，基于误差信号来递增误差计数，并且当误差计数高于第一误差阈值时，禁用功率开关，其中误差电路使功率开关保持处于禁用状态，直至误差计数低于第一误差阈值。误差电路还可以包括配置为复位误差计数的复位电路。在一个实施例中，故障保护系统还包括功率开关。在一些实施例中，故障保护系统还包括多个功率开关和多个误差电路，并且每个误差电路被配置为接收电源信号。
[0088]在各种实施例中，故障保护系统还包括在第一功率源和第二电源端子之间耦合的电压限制器。在一个实施例中，电源电路包括:第一二极管，从第一电源端子耦合到误差电路；以及第二二极管，从第二电源端子耦合到误差电路。电源电路可以包括有源整流器电路。例如，各种实施例的实施例可以包括电路，硬件，方法或过程，或计算系统。
[0089]根据一个实施例，一种操作故障保护系统的方法包括:在第一模式期间从系统供电电路接收主电源；以及在第二模式期间从故障模式控制电路接收辅电源。第一模式中的操作在主电源没有检测到的故障时发生，并且第二模式中的操作在主电源具有检测到的故障时发生。
[0090]在各种实施例中，该方法进一步包括在故障模式控制电路处检测主电源中的故障。在这样的实施例中，检测故障包括确定主电源的电压电平是否低于第一阈值。该方法可以进一步包括从功率开关接收误差信号，基于误差信号递增误差计数，当误差计数高于第一误差阈值时，禁用功率开关，以及保持功率开关处于禁用状态，直至误差计数低于第一误差阈值。在一些实施例中，该方法还包括:在系统电源电路中使用耦合到电池的电压调节器来生成主电源。该方法还可以包括在故障模式控制电路中使用电压限制器来生成辅电源。各种实施例的实现可以包括电路、硬件、方法或过程或计算系统。
[0091]根据一个实施例，一种电源系统包括多个功率开关，被配置为被耦合到电源并且对多个负载供电；多个开关驱动器，被配置为将驱动信号供应到多个功率开关并且接收故障模式控制信号;多个故障保护电路，被配置为将禁用信号供应到多个开关驱动器;以及供电电路，耦合到多个故障保护电路。多个故障保护电路被配置为被耦合到电源电压并且从多个功率开关接收多个误差信号。另外，电源电路被配置为，在第一操作模式期间从第一系统电源向多个故障保护电路提供供电电压，并且在第二操作模式期间从故障模式控制信号向多个故障保护电路提供供电电压。
[0092]在各种实施例中，第一系统供电源是由耦合到电源的电压调节器来生成的。电源可以包括电池。在一些实施例中，电源系统是汽车系统，多个负载包括多个汽车负载，并且第二模式包括用于汽车系统的操作的跛行回家模式。在实施例中，第一模式包括在第一系统电源的电压电平高于操作阈值时的操作，并且第二模式包括在第一系统电源的电压电平低于操作阈值时的操作。
[0093]在各种实施例中，第一模式包括在第一系统电源没有检测到的故障时的操作，并且第二模式包括在第一系统电源具有检测到的故障时的操作。在一个实施例中，电源系统还包括系统监视器电路，被配置为检测故障并且供应故障模式控制信号。多个故障保护电路包括多个误差计数器。在这样的实施例中，每个误差计数器被配置为，从多个功率开关中的相应功率开关接收误差信号，基于误差信号来递增对于相应功率开关的误差计数，并且当对于相应功率开关的误差计数高于第一误差阈值时，禁用相应的功率开关。每个误差计数器使相应的功率开关保持处于禁用状态，直至对于相应功率开关的误差计数低于第一误差阈值。各种实施例的实施方式可以包括电路、硬件、方法或过程或计算系统。
[0094]根据本文描述的各种实施例，优点可以包括在故障模式操作期间的对诸如功率开关的组件的故障保护。例如，当电源故障通过保持保护电路的操作而发生时，可以防止对功率开关的损坏。作为另一示例，各种实施例的优点可以包括即使在主要的经调节的电压VDD的故障期间的故障保护。
[0095]根据各种实施例，上文包括的描述主要针对功率开关。在另一实施例中，如本文描述的故障保护系统可以适用于形成为例如横向或垂直半导体器件的任何类型的开关器件或电路。因此，一些实施例不具体地限制为功率半导体应用。
[0096]尽管已经参考说明性实施例描述了本发明，但是该描述并不旨在以限制性的意义来解释。本发明的说明性实施例和其他实施例的各种修改和组合在参考本说明书时对本领域技术人员将是显而易见的。因此，期望所附权利要求包含任何这样的修改或实施例。
【主权项】
1.一种故障保护系统，包括: 第一电源端子； 第二电源端子； 误差电路，被配置为接收电源信号；以及 电源电路，所述电源电路耦合到所述误差电路、所述第一电源端子和所述第二电源端子，其中所述电源电路被配置为 在第一操作模式期间从所述第一电源端子提供所述电源信号，并且 在第二操作模式器件从所述第二电源端子提供所述电源信号。2.根据权利要求1所述的故障保护系统，其中， 所述第一电源端子被配置为耦合到从第一功率源生成的经调节的系统供电信号，并且 所述第二电源端子被配置为耦合到从所述第一功率源生成的模式控制信号。3.根据权利要求2所述的故障保护系统，其中， 所述经调节的系统供电信号在耦合到所述第一功率源的第一电压调节器处被生成，并且 所述模式控制信号在耦合到所述第一功率源的第二电压调节器或电压限制器处被生成。4.根据权利要求3所述的故障保护系统，其中，所述模式控制信号在配置为检测所述经调节的系统供电信号中的故障的系统监视器电路处被生成。5.根据权利要求4所述的故障保护系统，其中，所述系统监视器电路被配置为在所述经调节的系统供电信号的电压电平低于第一阈值时检测故障。6.根据权利要求4所述的故障保护系统，进一步包括所述系统监视器电路。7.根据权利要求3所述的故障保护系统，其中，所述第一功率源包括电池。8.根据权利要求2所述的故障保护系统，其中， 当所述经调节的系统供电信号高于第一阈值时，所述故障保护系统以所述第一模式操作，并且 当所述经调节的系统供电信号低于第一阈值时，所述故障保护系统以所述第二模式操作。9.根据权利要求2所述的电路，其中， 当所述经调节的系统供电信号没有检测到的故障时，所述故障保护系统以所述第一模式操作，并且 当所述经调节的系统供电信号具有检测到的故障时，所述故障保护系统以所述第二模式操作。10.根据权利要求1所述的故障保护系统，其中，所述误差电路进一步被配置为从功率开关接收误差信号， 基于所述误差信号来递增误差计数，并且 当所述误差计数高于第一误差阈值时，禁用所述功率开关，其中所述误差电路使所述功率开关保持处于禁用状态，直至所述误差计数低于所述第一误差阈值。11.根据权利要求10所述的故障保护系统，其中，所述误差电路进一步包括被配置为复位所述误差计数的复位电路。12.根据权利要求10所述的故障保护系统，进一步包括所述功率开关。13.根据权利要求10所述的故障保护系统，进一步包括多个功率开关和多个误差电路，每个误差电路被配置为接收所述电源信号。14.根据权利要求1所述的故障保护系统，进一步包括在第一功率源和所述第二电源端子之间耦合的电压限制器。15.根据权利要求1所述的故障保护系统，其中，所述电源电路包括: 第一二极管，从所述第一电源端子耦合到所述误差电路，以及 第二二极管，从所述第二电源端子耦合到所述误差电路。16.根据权利要求1所述的故障保护系统，其中，所述电源电路包括有源整流器电路。17.—种操作故障保护系统的方法，所述方法包括: 在第一模式期间从系统供电电路接收主电源，其中，所述第一模式中的操作在所述主电源没有检测到的故障时发生；以及 在第二模式期间从故障模式控制电路接收辅电源，其中，所述第二模式中的操作在所述主电源具有检测到的故障时发生。18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括在所述故障模式控制电路处检测所述主电源中的故障，其中，检测故障包括确定所述主电源的电压电平是否低于第一阈值。19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括: 从功率开关接收误差信号； 基于所述误差信号递增误差计数； 当所述误差计数高于第一误差阈值时，禁用所述功率开关；以及 保持所述功率开关处于禁用状态，直至所述误差计数低于所述第一误差阈值。20.根据权利要求17所述的方法，进一步包括在所述系统供电电路中使用耦合到电池的电压调节器来生成所述主电源。21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括在所述故障模式控制电路中使用电压限制器来生成所述辅电源。22.—种电源系统，包括: 多个功率开关，被配置为被耦合到电源并且对多个负载供电； 多个开关驱动器，被配置为将驱动信号供应到所述多个功率开关并且接收故障模式控制信号； 多个故障保护电路，被配置为将禁用信号供应到所述多个开关驱动器，其中，所述多个故障保护电路被配置为被耦合到供电电压并且从所述多个功率开关接收多个误差信号；以及 供电电路，耦合到所述多个故障保护电路，其中，所述供电电路被配置为，在第一操作模式期间从第一系统供电源向所述多个故障保护电路提供所述供电电压，并且在第二操作模式期间从所述故障模式控制信号向所述多个故障保护电路提供所述供电电压。23.根据权利要求22所述的电源系统，其中，所述第一系统供电源是由耦合到所述电源的电压调节器来生成的。24.根据权利要求23所述的电源系统，其中，所述供电源包括电池。25.根据权利要求24所述的电源系统，其中， 所述电源系统是汽车系统， 所述多个负载包括多个汽车负载，并且 所述第二模式包括用于所述汽车系统的操作的跛行回家模式。26.根据权利要求22所述的电源系统，其中， 所述第一模式包括在所述第一系统供电源的电压电平高于操作阈值时的操作，并且 所述第二模式包括在所述第一系统供电源的电压电平低于所述操作阈值时的操作。27.根据权利要求22所述的电源系统，其中， 所述第一模式包括在所述第一系统供电源没有检测到的故障时的操作，并且 所述第二模式包括在所述第一系统供电源具有检测到的故障时的操作。28.根据权利要求27所述的电源系统，进一步包括系统监视器电路，被配置为检测故障并且供应所述故障模式控制信号。29.根据权利要求22所述的电源系统，其中，所述多个故障保护电路包括多个误差计数器，其中每个误差计数器被配置为 从所述多个功率开关中的相应功率开关接收误差信号， 基于所述误差信号来递增对于所述相应功率开关的误差计数，并且当对于所述相应功率开关的所述误差计数高于第一误差阈值时，禁用所述相应功率开关，其中，每个误差计数器使所述相应功率开关保持处于禁用状态直至对于所述相应功率开关的所述误差计数低于所述第一误差阈值。
【文档编号】H02H7/20GK105914713SQ201610100956
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月23日
【发明人】L·佩特鲁兹, B·谢弗, F·布鲁格, M·特里波尔特
【申请人】英飞凌科技股份有限公司