[發明專利]采用多開關的涌入控制

有效

• 申請號: 201410329021.8
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104283199B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 喬舒亞·約翰·西蒙森;大衛·亨利·順;克里斯托夫·布魯斯·烏米格爾
• 申請（專利權）人: 凌力爾特公司
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 陳源;顧麗波

本公開涉及采用多開關的涌入控制，提供了一種用于從輸入節點向連接至輸出節點的負載進行供電的新型系統。該系統可以包括均連接在輸入節點和輸出節點之間的多個開關。一個或多個限制電路可以被配置為用于控制開關從而限制開關的輸出。例如，限制電路可以限制流過各個開關的電流。一個或多個計時器可以設置延遲時間用于指示限制開始后的故障情況。

本發明要求于2013年7月12日提交的題為“INRUSH CONTROL WITH MULTIPLESWITCHES”的美國臨時專利申請No.61/845,491的優先權，其全部內容通過引用合并于此。

技術領域

本發明總體涉及在電氣系統中限制涌入電流(inrush current)和故障電流的電路。特別地，本發明提出了在高功率系統中通過操作多個并聯開關來限制涌入電流和故障電流的方法。

背景技術

熱插拔電路以受控制和受保護的方式將功率從輸入源提供至負載。這種控制器的一個功能為在第一次施加電力時或者在電源電壓突然增加時，限制由電源至負載(特別是負載電容)的涌入電流。另一個功能為在負載試圖吸取過多電流時(例如負載被短路時)限制電流。

圖1示出了常見的熱插拔電路，其采用了與電流檢測電阻器102(RS1)串聯的單個MOSFET100(Q1)以及用于限制電流的控制電路。許多這樣的電路均是可商購的。在限流時，限流放大器104調節MOSFET柵極和源極之間的電壓從而限制電流檢測電阻器102兩端的電壓，并且由此限制經過MOSFET100的電流。該限流放大器104將代表電流檢測電阻器102中電流的電壓與電壓源106產生的電壓VLIMIT進行比較以控制MOSFET100的柵極，從而在檢測電流超過由電壓VLIMIT確定的最大值時降低輸出電流。提供電流源108以拉高柵極電壓。提供晶體管110以打開或關閉該熱插拔電路。

在此期間，通過MOSFET100的電壓和電流均可以很大，導致在MOSFET100中的功率損耗很高。如果這種功率損耗持續下去，MOSFET100可以達到能導致損壞的溫度。MOSFET制造商將MOSFET電壓、電 流和時間的安全極限表示為被稱為“安全操作區域(SOA)”的曲線。通常，計時器電路112設定MOSFET在極限電流下操作的最大時間。計時器電路112連接至限流放大器104的狀態引腳以檢測限流放大器104開始進行限流的時間點。當由計時器電路112設定的延遲時間耗盡時，關閉MOSFET100以防止其過熱。從而負載會斷電并且熱插拔控制器會指示發生了故障。

高功率熱插拔應用通常需要對負載的大旁路電容器126(C_L)進行充電。為了降低MOSFET100的壓力，負載可以保持關閉狀態直至旁路電容器126被充電。為電容器充電的小的充電電流保持MOSFET100中的功率足夠低從而防止溫度上升到危險的程度。一種降低充電電流的方法是采用兩端分別連接在MOSFET柵極和地之間的電容器125以限制柵極引腳的電壓變化率。柵極電壓通過來自電流源108的電流(通常為10-50μA)而被拉高。在對負載電容器充電時MOSFET100起到源極跟隨器的作用。另一種方法是采用限流放大器104來設定對負載電容器進行充電的電流。其中任一種方法均可以降低涌入電流，以使得啟動期間處于MOSFET100的SOA之內。當充電結束時，熱插拔控制器可以提供指示功率通道打開(PATH_ON)的輸出從而表示可對負載提供全電流。可以通過監控開關的控制信號來確定開關的打開狀態。例如，對于MOSFET開關100，通過遲滯比較器118將MOSFET100的柵極-源極電壓與由電壓源116產生的閾值電壓(遠高于MOSFET閾值電壓，例如，4.5V)進行比較從而完成上述開關狀態的確定。