[发明专利]采用多开关的涌入控制

说明书

本公开涉及采用多开关的涌入控制，提供了一种用于从输入节点向连接至输出节点的负载进行供电的新型系统。该系统可以包括均连接在输入节点和输出节点之间的多个开关。一个或多个限制电路可以被配置为用于控制开关从而限制开关的输出。例如，限制电路可以限制流过各个开关的电流。一个或多个计时器可以设置延迟时间用于指示限制开始后的故障情况。

本申请是基于申请日为2014年7月11日、申请号为201410329021.8、发明创造名称为“采用多开关的涌入控制”的中国专利申请的分案申请。

本发明要求于2013年7月12日提交的题为“INRUSH CONTROL WITH MULTIPLESWITCHES”的美国临时专利申请No.61/845,491的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明总体涉及在电气系统中限制涌入电流(inrush current)和故障电流的电路。特别地，本发明提出了在高功率系统中通过操作多个并联开关来限制涌入电流和故障电流的方法。

背景技术

热插拔电路以受控制和受保护的方式将功率从输入源提供至负载。这种控制器的一个功能为在第一次施加电力时或者在电源电压突然增加时，限制由电源至负载(特别是负载电容)的涌入电流。另一个功能为在负载试图吸取过多电流时(例如负载被短路时)限制电流。

图1示出了常见的热插拔电路，其采用了与电流检测电阻器102(RS1)串联的单个MOSFET 100(Q1)以及用于限制电流的控制电路。许多这样的电路均是可商购的。在限流时，限流放大器104调节MOSFET栅极和源极之间的电压从而限制电流检测电阻器102两端的电压，并且由此限制经过MOSFET 100的电流。该限流放大器104将代表电流检测电阻器102中电流的电压与电压源106产生的电压VLIMIT进行比较以控制MOSFET 100的栅极，从而在检测电流超过由电压VLIMIT确定的最大值时降低输出电流。提供电流源108以拉高栅极电压。提供晶体管110以打开或关闭该热插拔电路。

在此期间，通过MOSFET 100的电压和电流均可以很大，导致在MOSFET 100中的功率损耗很高。如果这种功率损耗持续下去，MOSFET 100可以达到能导致损坏的温度。MOSFET制造商将MOSFET电压、电流和时间的安全极限表示为被称为“安全操作区域(SOA)”的曲线。通常，计时器电路112设定MOSFET在极限电流下操作的最大时间。计时器电路112连接至限流放大器104的状态引脚以检测限流放大器104开始进行限流的时间点。当由计时器电路112设定的延迟时间耗尽时，关闭MOSFET 100以防止其过热。从而负载会断电并且热插拔控制器会指示发生了故障。

高功率热插拔应用通常需要对负载的大旁路电容器126(C_L)进行充电。为了降低MOSFET 100的压力，负载可以保持关闭状态直至旁路电容器126被充电。为电容器充电的小的充电电流保持MOSFET 100中的功率足够低从而防止温度上升到危险的程度。一种降低充电电流的方法是采用两端分别连接在MOSFET栅极和地之间的电容器125以限制栅极引脚的电压变化率。栅极电压通过来自电流源108的电流(通常为10-50μA)而被拉高。在对负载电容器充电时MOSFET 100起到源极跟随器的作用。另一种方法是采用限流放大器104来设定对负载电容器进行充电的电流。其中任一种方法均可以降低涌入电流，以使得启动期间处于MOSFET 100的SOA之内。当充电结束时，热插拔控制器可以提供指示功率通道打开(PATH_ON)的输出从而表示可对负载提供全电流。可以通过监控开关的控制信号来确定开关的打开状态。例如，对于MOSFET开关100，通过迟滞比较器118将MOSFET 100的栅极-源极电压与由电压源116产生的阈值电压(远高于MOSFET阈值电压，例如，4.5V)进行比较从而完成上述开关状态的确定。