專利名稱：電力供應(yīng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力供應(yīng)控制器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上提供了用作所謂高端驅(qū)動(dòng)器的電力供應(yīng)控制器，其中，如
下面的專利文獻(xiàn)l所示，在正電源和負(fù)載之間放置用于電流控制的N溝 道MOSFET。在電力供應(yīng)控制器中，柵極電壓應(yīng)高于(或者通常大約兩 倍)電源電壓，以使MOSFET充分地接通(即，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài))。為 此，應(yīng)提供柵極驅(qū)動(dòng)器電路(或電荷泵電路)。具體地，當(dāng)從外部輸 入接通信號(hào)至電力供應(yīng)控制器時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)器電路從根據(jù)電源電壓的 輸入電壓產(chǎn)生的較高的電壓作為輸出電壓，并將該輸出電壓施加到柵 極，以接通MOSFET。 一些這樣的電力供應(yīng)控制器具有用于響應(yīng)于電流 異常而強(qiáng)制切斷MOSFET的過電流保護(hù)功能，其中電流異常包括由于例 如負(fù)載短路的負(fù)載異常導(dǎo)致通過MOSFET的負(fù)載電流超過預(yù)定閾值。 專利文獻(xiàn)l: JP-A-2001-21769
發(fā)明內(nèi)容
(本發(fā)明要解決的問題) 在如上所述發(fā)生負(fù)載異常時(shí)由于施加的接通信號(hào)導(dǎo)致MOSFET接 通的情況下，期望盡早使MOSFET變成切斷狀態(tài)。為此，柵極驅(qū)動(dòng)器電 路的充電速率應(yīng)該盡可能的高，以使負(fù)載電流盡早超過上述閾值。然 而，如果在傳統(tǒng)電力供應(yīng)控制器中恒定速率的柵極驅(qū)動(dòng)器電路的充電 速率被設(shè)置為高，則即使在沒有負(fù)載異常發(fā)生的正常狀態(tài)期間MOSFET 接通時(shí)，MOSFET也被快速充電。這會(huì)由于負(fù)載電流的急劇變化導(dǎo)致產(chǎn) 生噪聲。相反地，如果充電電路的充電速率被設(shè)置為低，則能夠抑制 噪聲產(chǎn)生。然而，出現(xiàn)了如下問題在負(fù)載異常期間MOSFET導(dǎo)通之后，
MOSFET將被慢慢切斷，這會(huì)導(dǎo)致大的功耗(或開關(guān)損耗)。
考慮到以上情況做出本發(fā)明，其目的在于提供一種在抑制噪聲產(chǎn) 生的同時(shí)在負(fù)載異常期間能減小功耗的電力供應(yīng)控制器。
(解決問題的方式) 根據(jù)本發(fā)明的電力供應(yīng)控制器包括置于電源和負(fù)載之間的 MOSFET;電流檢測元件，被配置為輸出與通過所述MOSFET的負(fù)載電 流對應(yīng)的電流檢測信號(hào)；過電流保護(hù)電路，被配置為如果根據(jù)所述電 流檢測信號(hào)確定第一電流異常，其中通過所述MOSFET的負(fù)載電流超過 第一閾值，則對所述MOSFET進(jìn)行強(qiáng)制切斷操作。所述電力供應(yīng)控制器
進(jìn)一步包括充電電路，被配置為根據(jù)外部接通信號(hào)通過將充電電流施 加到所述MOSFET的柵極接通所述MOSFET。所述充電電路能夠改變其
充電速率。所述電力供應(yīng)控制器進(jìn)一步包括控制電路，如果根據(jù)所述 電流檢測信號(hào)確定第二電流異常，其中通過所述MOSFET的負(fù)載電流超 過小于第一閾值的第二閾值，則所述控制電路進(jìn)行控制以引起所述充 電電路增加其充電速率，使得所述充電速率高于當(dāng)所述負(fù)載電流等于 或小于所述第二閾值時(shí)的充電速率。
根據(jù)本發(fā)明，如果在充電操作期間由于例如負(fù)載短路的負(fù)載異常 的出現(xiàn)導(dǎo)致負(fù)載電流超過第二閾值(小于用于對MOSFET進(jìn)行強(qiáng)制切斷
操作的第一閾值)，則充電電路被控制來改變其充電速率為較高的速 率。因此，當(dāng)因?yàn)闆]有發(fā)生負(fù)載異常而負(fù)載電流等于或小于第二閾值 時(shí)，以相對較低的充電速率對MOSFET進(jìn)行導(dǎo)電操作(即，以每單位時(shí) 間較小的充電量的速率對柵極進(jìn)行充電)。從而，可抑制噪聲產(chǎn)生。 如果發(fā)生了導(dǎo)致負(fù)載電流超過第一閾值的負(fù)載異常，則當(dāng)負(fù)載電流超 過第二閾值時(shí)，將充電速率改變?yōu)檩^高的充電速率，從而負(fù)載電流能 夠盡早達(dá)到第一閾值。從而可快速對MOSFET進(jìn)行強(qiáng)制切斷操作。


圖l是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電力供應(yīng)控制器的整體構(gòu)成的
框圖2是顯示電流鏡部件、閾值電壓產(chǎn)生器和過電流異常檢測器的電 路框圖3是說明第一異常閾值電流和第二異常閾值電流的設(shè)置電平的
圖表；
圖4是顯示柵極驅(qū)動(dòng)器的構(gòu)成的簡圖5A是顯示柵極電壓和充電時(shí)間之間的關(guān)系的圖表；
圖5B是顯示柵極電壓和放電時(shí)間之間的關(guān)系的圖表；
圖6是顯示根據(jù)另一實(shí)施例的充電電路的構(gòu)成的簡圖7是顯示根據(jù)另一實(shí)施例的充電電路的構(gòu)成的簡圖8是顯示根據(jù)另一實(shí)施例的充電電路的構(gòu)成的簡圖；以及
圖9是顯示根據(jù)另一實(shí)施例的充電電路的構(gòu)成的簡圖。
符號(hào)說明10...電力供應(yīng)控制器
ll...負(fù)載
12...電源
13...電流源線
14...功率MOSFET (MOSFET)
18...感測MOSFET (電流檢測元件)
24...電流檢測器(過電流保護(hù)電路)
27...控制邏輯部件(控制電路、過電流保護(hù)電路)
90...電荷泵(充電電路、第一充電器)
91...正常放電FET (放電電路、放電開關(guān)元件)
92...急速充電FET (充電電路、第二充電器)
93...二極管(充電電路、第二充電器)
94...急速放電FET (放電電路、放電開關(guān)元件)
100..電荷泵部件
101..時(shí)鐘產(chǎn)生器
105、106...電荷泵電容器
107、跳.,.緩沖電路
112、113、115、 116...恒定電流電路(電流充電電路)
114、117...開關(guān)元件(電流充電電路)
120、121...急速電荷泵電容器(電容改變電路)
122、123...開關(guān)元件(電容改變電路)
130...齊納二極管(充電電壓改變電路)
131.,.開關(guān)元件(充電電壓改變電路)IIvOC...第--異常閾值電流(第一閾值)
ILfc..異常閾值電流(第二閾值)
Is...感測電流(來自電流檢測元件的電流檢測信號(hào))
IL...負(fù)載電流
S5、 S6…時(shí)鐘信號(hào)
具體實(shí)施例方式
將參照附圖1至圖5A和圖5B來說明本發(fā)明的實(shí)施例。
1.電力供應(yīng)控制器的構(gòu)成 (1)整體構(gòu)成
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的電力供應(yīng)控制器10的整體構(gòu)成的框圖。電 力供應(yīng)控制器10可被安裝在車輛(未示出)上，并用于控制從車輛電 源(以下，稱為"電源12")到負(fù)載ll (例如，車燈、散熱風(fēng)扇電機(jī) 或除霧加熱器)的電力供應(yīng)。自此以下，"負(fù)載"表示將被電力供應(yīng) 控制器10控制的設(shè)備，并且不包括電力供應(yīng)控制器10和受控設(shè)備之間 連接的電線30。在下面的說明中，負(fù)載11和電線30合在一起被稱為"外 部電路"。
具體地，電力供應(yīng)控制器10包括放置在電源12和負(fù)載11之間連接 的電流源線13上的N溝道功率M0SFET 14 (即，"MOSFET"的例子)。 在電力供應(yīng)控制器10中，將例如恒定電壓信號(hào)或PWM (脈寬調(diào)制)控
制信號(hào)的控制信號(hào)S1施加到功率M0SFET H的柵極，以在接通和切斷 之間切換功率MOSFET。從而，控制對連接到功率MOSFET 14輸出端 的負(fù)載ll的電力供應(yīng)。在本實(shí)施例中，電力供應(yīng)控制器的輸入端子P1 連接到外部操作開關(guān)15，并且當(dāng)操作開關(guān)15為接通時(shí)電力供應(yīng)控制器 IO運(yùn)行。具體地，通過電阻器15a將輸入端子Pl連接到操作開關(guān)15，并 通過電阻器15b將操作開關(guān)15和電阻器15a之間的連接點(diǎn)連接到電源12。 因此，當(dāng)操作開關(guān)15為切斷時(shí)，輸入端子Pl被上拉到電源電壓Vcc側(cè)。
如圖1所示，電力供應(yīng)控制器10被形成為半導(dǎo)體器件17 (半導(dǎo)電器 件)，在半導(dǎo)體器件17上提供了輸入端子Pl、連接到電源12的電源(Vcc) 端子P2和電源接線端子P3、連接到負(fù)載11的負(fù)載連接端子P4、通過作 為電流電壓轉(zhuǎn)換器電路的例子的外部電阻器16連接到地(GND)的外 部端子P5、直接接地(GND)的接地端子P6和診斷輸出端子P7。在本 實(shí)施例中，在作為功率芯片20的單個(gè)芯片上配置有功率MOSFET 14、 下面說明的感測MOSFET 18 (即，"電流檢測元件"的例子)和作為 溫度檢測元件的例子的溫度傳感器19 (例如，本實(shí)施例中的二極管)， 其中，功率芯片20安裝在包括其它電路的控制芯片21上。
在功率芯片20上布置多個(gè)MOSFET。 MOSFET的漏極共同連接到 電源接線端子P3。大多數(shù)MOSFET的源極共同連接到將在下面描述的 電流鏡部件51的功率FET輸入51a和負(fù)載連接端子P4，從而連接到電流 鏡部件51的功率FET輸入51a的MOSFET形成功率MOSFET 14 。 MOSFET中剩余的MOSFET的源極共同連接到電流鏡部件51的感測 FET輸入51b，從而連接到電流鏡部件51的感測FET輸入51b的MOSFET 形成感測MOSFET 18。構(gòu)成感測MOSFET 18的MOSFET的數(shù)量與構(gòu)成 功率MOSFET 14的MOSFET的數(shù)量的比率近似與感測比率對應(yīng)。
控制芯片21主要包括輸入接口22、內(nèi)部接地產(chǎn)生器23、電流檢測 器24、過熱檢測器25、診斷輸出部件26、控制邏輯部件27和柵極驅(qū)動(dòng) 器28，其中，控制邏輯部件27用作過電流保護(hù)電路和過熱保護(hù)電路。2.各部分的構(gòu)成
(1) 輸入接口
把輸入接口22的輸入端連接到輸入端子P1。從而，當(dāng)操作開關(guān)15 為切斷時(shí)輸入高電平的控制信號(hào)S1，而當(dāng)操作開關(guān)為接通時(shí)輸入低電 平的控制信號(hào)S1。然后，將控制信號(hào)S1施加到內(nèi)部接地產(chǎn)生器23和控 制邏輯部件27。在正常狀態(tài)下，即，當(dāng)既沒有如下面描述的電流異常 發(fā)生也沒有溫度異常發(fā)生時(shí)，根據(jù)上面描述的低電平的控制信號(hào)S1， 電力供應(yīng)控制器10通過柵極驅(qū)動(dòng)器28使功率MOSFET 14接通，導(dǎo)致導(dǎo) 電狀態(tài)。另一方面，根據(jù)高電平的控制信號(hào)S1，電力供應(yīng)控制器10通 過柵極驅(qū)動(dòng)器28切斷功率MOSFET 14，導(dǎo)致切斷狀態(tài)。本實(shí)施例的低 電平的控制信號(hào)S1是"接通信號(hào)"的例子。高電平的控制信號(hào)S1是"切 斷信號(hào)"的例子。
如圖1所示，二極管36和電阻器37串聯(lián)在電源端子P2和接地端子P6 之間，其中，把二極管36的陰極端連接到較高電位端。將P2和P6之間 的連接點(diǎn)設(shè)置為內(nèi)部接地GND1。根據(jù)該構(gòu)成，如果將接地端子P6端錯(cuò) 誤地連接到電源電壓Vcc端，則因?yàn)槎O管36抑制了通過電力供應(yīng)控制 器10的電流，從而所述電流等于或小于預(yù)定電平。
(2) 內(nèi)部接地產(chǎn)生器
當(dāng)作為恒定電源-電壓產(chǎn)生器的內(nèi)部接地產(chǎn)生器23從內(nèi)部接口22 接收低電平的控制信號(hào)S1 (接通信號(hào))時(shí)，內(nèi)部接地產(chǎn)生器23運(yùn)行， 以產(chǎn)生低于電源電壓Vcc預(yù)定電壓的內(nèi)部接地GND2。因此，為控制邏 輯部件27提供恒定電壓，從而控制邏輯部件27能夠運(yùn)行，其中，所述 恒定電壓與電源電壓Vcc減去內(nèi)部接地GND2確定的差對應(yīng)。
(3) 電流檢測器
如圖1所示，電流檢測器24包括電流鏡部件51、閾值電壓產(chǎn)生器52 和過電流異常檢測器53。圖2放大并顯示了電流鏡部件51、閾值電壓產(chǎn)
生器52和過電流異常檢測器53的電路，電路構(gòu)成的剩余部分被部分地 略去。
a. 電流鏡部件
電流鏡部件51包括保持功率MOSFET 14和感測MOSFET 18的輸 出端電位(即源極電位)彼此相等的電位控制器54，并且進(jìn)一步包括 電流鏡電路對55和55。
電位控制器54包括運(yùn)算放大器56和作為開關(guān)元件的FET 57。運(yùn)算 放大器56的輸入端子對分別連接到功率FET輸入51a (即功率MOSFET 14的源極)和感測FET輸入51b (即感測MOSFET 18的源極)。FET 57 連接在感測FET輸入51b和外部端P5之間，并將運(yùn)算放大器56的輸出施 加到運(yùn)算放大器56的控制端子。更具體地，將運(yùn)算放大器56的負(fù)輸入 連接到功率FET輸入51a，而將運(yùn)算放大器56的正輸入連接到感測FET 輸入51b。將運(yùn)算放大器56的差分輸出通過FET 57的柵極和漏極之間反 饋到FET57的正輸入。
由于運(yùn)算放大器56的差分輸出的反饋，運(yùn)算放大器56保持在虛短 路的狀態(tài)，S卩，正輸入和負(fù)輸入的電位被保持為幾乎彼此相等。從而， 功率MOSFET U和感測MOSFET 18的漏極電位被保持為彼此相等，其 源極電勢也被保持為彼此相等。因此，通過感測MOSFET 18的感測電 流Is (對應(yīng)于"來自電流檢測元件的電流檢測信號(hào)")與通過功率 MOSFET 14的負(fù)載電流IL的比率可以被穩(wěn)定地保持為恒定比率(即上 面的感測比)。
感測電流Is通過電流鏡電路對55、 55和外部端子P5從電位控制器 54流入外部電阻器16，從而外部端子P5的端子電壓Vo隨感測電流Is變 化。
b. 過電流異常檢測器
過電流異常檢測器53包括多個(gè)(例如本實(shí)施例中的2個(gè))比較器58 和59 (例如，本實(shí)施例中的遲滯比較器)。向比較器58的一個(gè)輸入和 比較器59的一個(gè)輸入施加外部端子P5的端子電壓Vo。
比較器58在其另一輸入從閾值電壓產(chǎn)生器52接收第一異常閾值電 壓Voc，并當(dāng)端子電壓Vo超過第一異常閾值電壓Voc時(shí)，比較器58輸出 低電平的第一異常電流信號(hào)OC至控制邏輯部件27。自此以下，當(dāng)端子 電壓Vo達(dá)到第一異常閾值電壓Voc時(shí)，即在電流異常期間，通過功率 MOSFET14的負(fù)載電流IL被稱為"第一異常閾值電流ILoc"(即，"第 一閾值"的例子)，該電流異常被稱為"過電流"(即，"第一電流 異常"的例子)。
比較器59在其另一輸入從閾值電壓產(chǎn)生器52接收第二異常閾值電 壓Vfc (<Voc)，并當(dāng)端子電壓Vo超過第二異常閾值電壓Vfc時(shí)，比較 器59輸出低電平的第二異常電流信號(hào)FC至控制邏輯部件27。自此以下， 當(dāng)端子電壓Vo達(dá)到第二異常閾值電壓Vfc時(shí)，即在電流異常期間，通過 功率MOSFET 14的負(fù)載電流IL被稱為"第二異常閾值電流ILfc"(即"第 二閾值"的例子)，該電流異常被稱為"熔斷電流"(即"第二電流 異常"的例子)。
c.閾值電壓產(chǎn)生器
閾值電壓產(chǎn)生器52包括用于通過多個(gè)電阻器劃分參考電壓的分壓 電路，并將分壓電路產(chǎn)生的多個(gè)分壓輸出為第一異常閾值電壓Voc和第 二異常閾值電壓Vfc。具體地，如圖2所示，第二閾值電壓產(chǎn)生器52包 括在功率MOSFET 14的源極和接地端子P6之間連接的分壓電路60。由 串聯(lián)的多個(gè)電阻器(例如，本實(shí)施例中的三個(gè)電阻器60a-60c)形成分 壓電路60。輸出電阻器60a和60b之間的連接點(diǎn)A處的分壓為第二異常閾 值電壓Vfc，而輸出電阻器60b和60c之間的連接點(diǎn)B處的分壓為第二異 常閾值電壓Vfc。
在本實(shí)施例中，分壓電路60被配置來劃分功率MOSFET 14的源極 電壓Vs，并可被配置來劃分預(yù)定電壓而非源極電壓。根據(jù)本實(shí)施例的 構(gòu)成，異常閾值電壓Voc、 Vfc可被設(shè)置以能夠隨功率MOSFET4的源 極電壓Vs變化。與不管源極電壓的變化而將閾值設(shè)置為固定電平的配 置相比，例如，當(dāng)負(fù)載ll短路等情況發(fā)生時(shí)，外部電阻器16的端子電 壓Vo不管電源電壓Vcc的大小而立即達(dá)到異常閾值電壓Voc或Vfc。從 而能快速地檢測到電流異常。
而且，在本實(shí)施例中，為了使源極電壓Vs被偏置以當(dāng)功率MOSFET 14為切斷時(shí)源極電壓Vs不等于0V，提供了能夠根據(jù)來自控制邏輯部件 27的偏置信號(hào)Bias而接通的開關(guān)元件的例子的FET62，通過該FET62, 電流通過電阻器63從電源12流到分壓電路60。當(dāng)輸入低電平的控制信 號(hào)S1時(shí)，從用于接通FET 62的控制邏輯部件27輸出偏置信號(hào)Bias。
圖3是顯示可連接到電力供應(yīng)控制器10的諸如電線30的外部電路 (例如，電線的覆蓋材料)的發(fā)煙特性的曲線圖，其中，顯示了電流 水平和電流施加時(shí)間(即，熔斷所花費(fèi)時(shí)間)之間的關(guān)系。g卩，所顯 示的是，在電線30上施加任意恒定電流(單觸發(fā)電流)時(shí)，所述恒定 電流與電線30的覆蓋材料開始燃燒所花費(fèi)的時(shí)間之間的關(guān)系。注意， 曲線圖中顯示的發(fā)煙特性涉及與電力供應(yīng)控制器10連接的電線30。發(fā) 煙特性依賴于連接到電力供應(yīng)控制器10的外部電路(例如，諸如電線 的線路元件，或負(fù)載)。因此，感測電流Is的水平還應(yīng)該依賴于所述外 部電路而改變，其中，根據(jù)所述感測電流Is輸出以上的異常信號(hào)FC、 0C。然而，這可以通過調(diào)整上面描述的外部電阻器16的電阻容易地實(shí) 現(xiàn)。
在曲線圖中，ILmax代表負(fù)載ll的額定電流(即，使用時(shí)可依據(jù)能 夠保證負(fù)載ll的設(shè)計(jì)的限制)。1o代表能夠在保持平衡電線30的熱量產(chǎn) 生和輻射的熱平衡狀態(tài)時(shí)施加的平衡臨界電流。如果施加了其電流水 平高于平衡臨界電流Io的電流，則涉及到耐過熱區(qū)，其中，電流水平和
燃燒所花費(fèi)的時(shí)間彼此基本上成反比。將第二異常閾值電流ILfc設(shè)置其 值略高于負(fù)載ll的額定電流ILmax的值。如果負(fù)載電流IL在該水平附 近，則不需要功率MOSFET 14被立即切斷。如下所述，只有熔斷電流 狀態(tài)持續(xù)相當(dāng)長時(shí)間，功率MOSFET 14應(yīng)該被切斷。
相反，設(shè)置第一異常閾值電流ILoc高于第二異常閾值電流ILfc的 值。當(dāng)負(fù)載電流IL達(dá)到高水平時(shí)，如下所述，功率MOSFET 14應(yīng)該被
立即切斷。
(4) 過熱檢測器
過熱檢測器25從功率芯片20上提供的溫度傳感器19接收與功率芯 片20的溫度對應(yīng)的溫度信號(hào)S4。當(dāng)接收的溫度信號(hào)S4指示超過預(yù)定閾 值溫度的異常溫度時(shí)，過熱檢測器25檢測到溫度異常，并輸出低電平 的異常溫度信號(hào)OT至控制邏輯部件27。
在根據(jù)發(fā)生的如下所述的電流異?；驕囟犬惓Ｍㄟ^控制邏輯部件 27進(jìn)行對于功率MOSFET14的第一或第二強(qiáng)制切斷運(yùn)行期間，響應(yīng)于來 自控制邏輯部件27的高電平診斷信號(hào)Diag，診斷輸出部件26通過將診斷 輸出端子P7下拉至低電平來提供診斷輸出。從而，可向外提供如下通 知由于電流異?；驕囟犬惓５陌l(fā)生，或者由于熔斷功能正在進(jìn)行， 導(dǎo)致功率MOSFET 14的強(qiáng)制切斷狀態(tài)。
(5) 控制邏輯部件
控制邏輯部件27接收來自輸入接口22的控制信號(hào)S1 ，接收來自電 流檢測器25的第一異常電流信號(hào)OC和第二異常電流信號(hào)FC,并接收來 自如上所述的過熱檢測器25的異常信號(hào)溫度信號(hào)OT?？刂七壿嫴考?接向柵極驅(qū)動(dòng)器28提供控制信號(hào)S1和第二異常電流信號(hào)FC。而且，如 果接收到來自電流檢測器24的低電平的第一異常電流信號(hào)OC和來自過 熱檢測器25的低電平的異常信號(hào)溫度信號(hào)OT中的至少一個(gè)，則控制邏 輯部件27對功率MOSFET 14在預(yù)定參考切斷時(shí)間內(nèi)強(qiáng)制進(jìn)行切斷操
作，其后釋放強(qiáng)制切斷狀態(tài)。自此以下，用"第一強(qiáng)制切斷(操作)" 來表示該強(qiáng)制切斷(操作)。在本實(shí)施例中，"強(qiáng)制切斷"的意思是， 盡管電力供應(yīng)控制器10正接收低電平的控制信號(hào)S1 (接通信號(hào))，但
功率MOSFET 14被變?yōu)榍袛唷?br> 具體地，當(dāng)接收到低電平的第一異常電流信號(hào)OC和低電平的異常 信號(hào)溫度信號(hào)OT中的至少一個(gè)時(shí)，控制邏輯部件27為柵極驅(qū)動(dòng)器28提 供低電平的輸出信號(hào)Inhibit，從而對功率MOSFET 14進(jìn)行如上所述的第 一強(qiáng)制切斷操作。當(dāng)預(yù)定參考切斷時(shí)間過去時(shí)，控制邏輯部件向柵極 驅(qū)動(dòng)器28提供高電平的輸出信號(hào)Inhibit，以釋放功率MOSFET 14的強(qiáng)制 切斷狀態(tài)。因此，電流檢測器24和控制邏輯部件27作為本發(fā)明的"過 電流保護(hù)電路"的例子使用。
而且，控制邏輯部件27累計(jì)異常時(shí)間(自此以下，稱為"熔斷時(shí) 間")，在所述異常時(shí)間內(nèi)，從電流檢測器24接收低電平的第二異常 電流信號(hào)FC，或者進(jìn)行第一強(qiáng)制切斷。如果累計(jì)的異常時(shí)間達(dá)到預(yù)定 參考熔斷時(shí)間(其比參考切斷時(shí)間長)，則控制邏輯部件還向柵極驅(qū) 動(dòng)器28提供低電平的輸出信號(hào)Inhibit，從而對功率MOSFET 14進(jìn)行強(qiáng)制 切斷。自此以下，該強(qiáng)制切斷(操作)被稱為"第二切斷(操作)"。 例如，如果在預(yù)定時(shí)間內(nèi)向電力供應(yīng)控制器10的輸入端子P1持續(xù)輸入 高電平的控制信號(hào)S1 (切斷信號(hào))，則可釋放第二強(qiáng)制切斷狀態(tài)。
(6)柵極驅(qū)動(dòng)器
圖4是顯示柵極驅(qū)動(dòng)器28的構(gòu)成的簡圖。從控制邏輯部件27向柵極 驅(qū)動(dòng)器28輸入控制信號(hào)S1、第二異常電流信號(hào)FC和輸出信號(hào)Inhibit。 柵極驅(qū)動(dòng)器28包括在電源端子P2與功率MOSFET 14和感測MOSFET 18 (圖中略去)的柵極之間連接的電荷泵卯(即，"第一充電器"的例 子)，進(jìn)一步包括在功率MOSFET 14和感測MOSFET 18的柵極和源極 之間連接的正常放電FET91 (即，"放電開關(guān)元件"的示例)。
而且，柵極驅(qū)動(dòng)器28包括急速充電FET92 (即，"充電開關(guān)元件" 的例子)和二極管93 (即，"第二充電器"的例子)，所述急速充電 FET 92和二極管93在電源端子P2與功率MOSFET 14和感測MOSFET 18 的柵極之間連接。柵極驅(qū)動(dòng)器28進(jìn)一步包括在功率MOSFET 14和感測 MOSFET 18的柵極和源極之間連接的急速放電FET 94 (即，"放電幵 關(guān)元件"的例子)。電荷泵90、急速充電FET92和二極管93對應(yīng)于"充 電電路"的例子。正常放電FET 91和急速放電FET 94對應(yīng)于"放電電 路"的例子。
在沒有例如負(fù)載短路的負(fù)載異常發(fā)生的的正常狀態(tài)下，柵極驅(qū)動(dòng) 器28響應(yīng)于低電平的控制信號(hào)S1單獨(dú)驅(qū)動(dòng)電荷泵90，以將從電源電壓 Vcc產(chǎn)生的較高的電壓施加到每 一 個(gè)功率MOSFET 14和感測MOSFET 18的柵極和源極之間。因此，進(jìn)行正常充電操作(參看圖5A中的實(shí)線)， 從而使功率MOSFET和感測MOSFET變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)。另一方面，響應(yīng)于 高電平的控制信號(hào)S1 (切斷信號(hào))，在僅僅使正常放電器FET 91變?yōu)?接通的同時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)器使電荷泵90停止產(chǎn)生較高電壓，從而釋放每 —個(gè)功率MOSFET 14和感測MOSFET 18的柵極和源極之間的電荷。從 而，進(jìn)行正常放電操作或切斷操作(參看圖5B中實(shí)線)。
相反，例如，如果在負(fù)載異常發(fā)生期間接收到低電平的控制信號(hào) Sl (ON信號(hào))，則電荷泵90最初單獨(dú)運(yùn)行，以開始對功率MOSFET 14 迸行充電操作。當(dāng)負(fù)載電流IL超過第二異常閾值電流ILfc時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng) 器28響應(yīng)于第二異常電流信號(hào)FC使急速充電FET 92以及電荷泵90通 電，從而電壓快速上升至電源電壓Vcc。從而進(jìn)行快速充電操作(參看 圖5A中的虛線)。在接收低電平控制信號(hào)S1 (通電信號(hào))期間內(nèi)第一 強(qiáng)制切斷狀態(tài)被釋放的情況下，當(dāng)從第一強(qiáng)制切斷運(yùn)行啟動(dòng)開始的預(yù) 定參考切斷時(shí)間已經(jīng)過去，如果負(fù)載異常沒有被消除，還進(jìn)行快速充 電操作。
當(dāng)在低電平的第二異常電流信號(hào)FC的接收期間接收到高電平的控
制信號(hào)S1 (切斷信號(hào))時(shí)，急速放電FET 94和正常放電FET 91接通， 使得在每一個(gè)功率MOSFET 14和感測MOSFET 18的柵極和源極之間的 電荷被快速釋放。因此，進(jìn)行快速放電操作(參看圖5B中的虛線)， 從而功率MOSFET和感測MOSFET被切斷。當(dāng)?shù)谝换虻诙?qiáng)制切斷操作 被啟動(dòng)時(shí)，進(jìn)行快速放電操作?？刂七壿嫴考?7用作"控制電路"的 例子。
3.本實(shí)施例的效果
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，當(dāng)在正常狀態(tài)期間接收到低電平的控 制信號(hào)S1 (接通信號(hào))時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)器28通過單獨(dú)驅(qū)動(dòng)電荷泵90對功 率MOSFET 14進(jìn)行正常充電操作。從而可抑制噪音產(chǎn)生。另一方面， 如果在負(fù)載異常狀態(tài)期間接收到低電平的控制信號(hào)S1 (接通信號(hào))， 則當(dāng)負(fù)載電流IL超過第二異常閾值電流ILfc時(shí)，急速充電FET92和電荷 泵90通電，從而進(jìn)行快速充電操作。從而負(fù)載電流IL可以早達(dá)到第一異 常閾值電流ILoc， g卩，可以快速啟動(dòng)對于MOSFET的第一強(qiáng)制切斷操作。
如果在正常狀態(tài)期間接收到高電平的控制信號(hào)S1 (切斷信號(hào))， 則柵極驅(qū)動(dòng)器28通過單獨(dú)使正常放電FET 91接通來進(jìn)行正常放電操 作。從而可抑制噪音產(chǎn)生。另一方面，如果在負(fù)載異常狀態(tài)期間接收 到高電平的控制信號(hào)S1 (切斷信號(hào))，則急速放電FET 94和正常放電 FET 91通電，從而進(jìn)行快速放電操作。通過進(jìn)行快速放電操作能夠快 速啟動(dòng)第一或第二切斷操作，這導(dǎo)致功耗的減少。
根據(jù)本實(shí)施例，提供了與傳統(tǒng)電荷泵90并聯(lián)的第二放電路徑，并 可通過在通電和切斷之間切換提供在第二放電路徑上的急速充電FET 92，來改變充電速率。因此，可通過與下面描述的其他構(gòu)成相對簡單 的構(gòu)成實(shí)現(xiàn)噪音的降低。
<另一實(shí)施例>
圖6顯示另一實(shí)施例。本實(shí)施例在充電電路的構(gòu)成方面與圖1至圖5
示出的以上實(shí)施例不同。其他部分與圖1至圖5示出的以上實(shí)施例類似， 因此，類似的部分由與圖1至圖5示出的以上實(shí)施例相同的符號(hào)指示。 將省略重復(fù)的解釋，下面的解釋將集中于所述的不同。
圖6顯示本實(shí)施例的充電電路的構(gòu)成。所述充電電路主要包括電
荷泵100和時(shí)鐘產(chǎn)生器101 。電荷泵100包括在電源端子P2和功率 MOSFET 14的柵極之間串聯(lián)的三個(gè)二極管102-104,并進(jìn)一步包括電荷 泵電容器對105、 106。將電荷泵電容器105的一末端連接到二極管102 和103之間的連接點(diǎn)，而將電荷泵電容器105的另一末端通過緩沖電路 (與非電路)107連接到時(shí)鐘產(chǎn)生器101。將電荷泵電容器106的一末端 連接到二極管103和二極管104之間的連接點(diǎn)，而將電荷泵電容器106的 另一末端通過緩沖電路(與非電路)108、 109連接到時(shí)鐘產(chǎn)生器101。 根據(jù)該構(gòu)成，與從時(shí)鐘產(chǎn)生器101輸出的時(shí)鐘信號(hào)同步交替地對兩個(gè)電 荷泵電容器105、 106進(jìn)行充電操作，從而使功率MOSFET 14的柵極電 壓升高。
時(shí)鐘產(chǎn)生器101可產(chǎn)生具有彼此不同頻率的兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)S5、 S6 (例如，時(shí)鐘信號(hào)S6的頻率高于時(shí)鐘信號(hào)S5的頻率)，并包括用于輸 出相應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)S5、 S6的輸出端子對101a、 101b。在上述的正常充電 操作期間，將時(shí)鐘產(chǎn)生器101的輸出端子101a連接到緩沖電路107、 108 的輸入，從而以與時(shí)鐘信號(hào)S5的頻率相應(yīng)的速率進(jìn)行電荷泵操作或充 電操作。相反，在上述的快速充電操作期間，將時(shí)鐘產(chǎn)生器101的輸出 端子101b連接到緩沖電路107、 108的輸入，從而以與時(shí)鐘信號(hào)S6的頻 率相應(yīng)的較高速率進(jìn)行電荷泵操作或充電操作。
根據(jù)該構(gòu)成，可通過切換施加到電荷泵100的時(shí)鐘信號(hào)的頻率來改 變充電電路的充電速率。因此，可通過相對簡單的構(gòu)成來實(shí)現(xiàn)充電速 率的切換。
<另一實(shí)施例〉
圖7顯示另一實(shí)施例。在本實(shí)施例中，修改了圖6中顯示的以上實(shí) 施例的構(gòu)成，從而單個(gè)頻率的時(shí)鐘信號(hào)能夠從時(shí)鐘產(chǎn)生器101施加到電
荷泵IOO。而且，修改了緩沖電路107、 109的構(gòu)成。
如圖7所示，每個(gè)緩沖電路107、 109都包括P溝道FET IIO和N溝道 FETlll。將P溝道FET IIO和N溝道FET lll的漏極彼此共同連接，并且 將它們的柵極彼此共同連接。在本實(shí)施例中，P溝道FET IIO的源極通 過恒定電流電路112連接到電源端子P2，并還通過恒定電流電路113和 開關(guān)元件114連接到電源端子P2。N溝道FET lll的源極通過恒定電流電 路115連接到接地端子P6，并還通過恒定電流電路116和開關(guān)元件I17連 接到接地端子P6。
在該構(gòu)成中，在上述正常充電操作期間，開關(guān)元件114、 117被切 斷，從而以與恒定電流電路112、 115的恒定電流量相應(yīng)的速率對功率 MOSFET 14的柵極進(jìn)行充電操作。相反，在上述快速充電操作期間， 開關(guān)元件114、 117被接通，從而額外施加了為電荷泵電容器105、 106 充電或放電的恒定電流電路113、 116電荷泵(即，向從緩沖電路107到 電荷泵電容器105的流入電流中添加恒定電流量，或向從電荷泵電容器 106到緩沖電路109的流出電流中添加恒定電流量)。這導(dǎo)致緩沖電路 107、 109的延遲時(shí)間的減小，從而可以較高的速率進(jìn)行充電操作。
<另一實(shí)施例>
圖8顯示另一實(shí)施例。在本實(shí)施例中，修改了圖6中顯示的以上實(shí) 施例的構(gòu)成，從而單頻的時(shí)鐘信號(hào)能夠被從時(shí)鐘信號(hào)101施加到電荷泵 100。而且，急速電荷泵電容器120、 121與開關(guān)元件122、 123并聯(lián)至各 個(gè)電荷泵電容器105、 106。
在該構(gòu)成中，在上述正常充電操作期間，開關(guān)元件122、 123被斷 開，從而以與電荷泵電容器105、 106的電容相應(yīng)的速率對功率MOSFET 14的柵極進(jìn)行充電操作。相反，在上述快速充電操作期間，開關(guān)元件
122、 123被接通，從而以與電荷泵電容器105、 106和急速電荷泵電容 器120、 121的組合電容對應(yīng)的較高速率進(jìn)行充電操作。
<另一實(shí)施例〉
圖9顯示另一實(shí)施例。在本實(shí)施例中，修改了圖6中顯示的以上實(shí) 施例的構(gòu)成，從而單個(gè)頻率的時(shí)鐘信號(hào)能夠從時(shí)鐘產(chǎn)生器101施加到電 荷泵IOO。而且，修改了緩沖電路107、 109的構(gòu)成。
在每個(gè)緩沖電路107、 109中，如圖9所示，齊納二極管130和開關(guān) 元件131串聯(lián)在P溝道FET IIO和N溝道FET lll的源極之間。在上述正常 充電操作期間，開關(guān)元件131被接通，從而電荷泵電容器105、 106的充 電電壓限至齊納二極管130的齊納電壓。從而以對應(yīng)于受限制的充電電 壓的速率對功率MOSFET 14的柵極進(jìn)行充電操作。相反，在上述快速 充電操作期間，開關(guān)元件131被斷開，從而能夠?qū)﹄姾杀秒娙萜?05、 106充電，使其充電電壓超過齊納電壓。然后，以與高于齊納電壓的充 電電壓相對應(yīng)的較高速率進(jìn)行充電操作。
<其他實(shí)施例〉
本發(fā)明不限于在以上參照附圖進(jìn)行的描述中說明的實(shí)施例。例如， 下面的實(shí)施例可被包括在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
(1) 在以上實(shí)施例中，電力供應(yīng)控制器10包括作為MOSFET的N 溝道MOSFET。然而，本發(fā)明不限于此構(gòu)成，而可包括P溝道MOSFET。 在這種情況下，在P溝道MOSFET的柵極和電源12之間放置用于上面 放電的電路，而在所述P溝道MOSFET的柵極和源極之間放置用于上面 用于充電的電路。
(2) 在圖1至圖5所示的以上實(shí)施例中，在正常狀態(tài)下，只接通正 常放電FET 91，而在負(fù)載異常期間接通正常放電FET 91和急速放電FET 94。然而，本發(fā)明不限于此構(gòu)成。例如，可使用能提供其放電性能高
于正常放電FET91放電FET作為急速放電FET 94，并可在負(fù)載異常期間 只接通急速放電FET 94。
(3) 在圖6所示的以上實(shí)施例中，選擇性地將來自時(shí)鐘產(chǎn)生器101 的不同頻率的兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)S5、 S6施加到電荷泵100。然而，本發(fā)明不 限于此構(gòu)成。例如，可提供能夠連接到電荷泵100的一個(gè)輸出端子，時(shí) 鐘產(chǎn)生器101可切換從輸出端子輸出的時(shí)鐘信號(hào)的頻率。
(4) 在圖7所示的以上實(shí)施例中，可分別在電源端子P2和P溝道 FET110的源極之間、N溝道FET1U的源極和接地端子P6之間提供作為 電流充電電路的可變電阻器。
(5) 在圖8示出的以上實(shí)施例中，可變電容器可用作電荷泵電容 器，可以通過改變電容來改變充電速率。
權(quán)利要求
1. 一種電力供應(yīng)控制器，包括MOSFET，被置于電源和負(fù)載之間；電流檢測元件，被配置為輸出與通過所述MOSFET的負(fù)載電流相對應(yīng)的電流檢測信號(hào)；過電流保護(hù)電路，被配置為如果根據(jù)所述電流檢測信號(hào)確定第一電流異常，則對所述MOSFET進(jìn)行強(qiáng)制切斷操作，其中所述第一電流異常是通過所述MOSFET的負(fù)載電流超過第一閾值；充電電路，被配置為根據(jù)外部接通信號(hào)通過向所述MOSFET的柵極施加充電電流來接通所述MOSFET，所述充電電路能改變其充電速率；以及控制電路，被配置為如果根據(jù)所述電流檢測信號(hào)確定第二電流異常，則增加所述充電電路的充電速率，以使所述充電速率高于當(dāng)所述負(fù)載電流等于或低于所述第二閾值時(shí)的充電速率，其中所述第二電流異常是通過所述MOSFET的負(fù)載電流超過了低于所述第一閾值的第二閾值。
2. 如權(quán)利要求l所述的電力供應(yīng)控制器，其中所述MOSFET是N 溝道類型。
3. 如權(quán)利要求l所述的電力供應(yīng)控制器，其中.-所述充電電路包括電荷泵部件和時(shí)鐘產(chǎn)生器，所述時(shí)鐘產(chǎn)生器能夠?qū)⒉煌l率的時(shí)鐘信號(hào)施加到所述電荷泵部件，以使所述電荷泵部件根據(jù)施加的時(shí)鐘信號(hào)的頻率進(jìn)行電荷泵操作；以及所述控制電路被配置為通過引起施加到所述電荷泵部件的所述時(shí) 鐘信號(hào)的頻率的改變來改變所述充電電路的充電速率。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的電力供應(yīng)控制器，其中 所述充電電路包括電荷泵電容器；連接到所述電荷泵電容器的一端側(cè)的緩沖電路，用于對所述電荷泵電容器充電或放電；以及電流 改變電路，用于改變通過所述緩沖電路進(jìn)行的所述充電或放電的電流 量；以及所述控制電路被配置為通過引起所述充電或放電的電流量的改變 來改變所述充電電路的充電速率。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的電力供應(yīng)控制器，其中 所述充電電路包括電荷泵電容器；連接到所述電荷泵電容器的一端側(cè)的緩沖電路，用于對所述電荷泵電容器充電或放電；以及電容 改變電路，用于改變所述電荷泵電容器的電容；以及所述控制電路被配置為通過引起所述電荷泵電容器的電容的改變 來改變所述充電電路的充電速率。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的電力供應(yīng)控制器，其中 所述充電電路包括電荷泵電容器，用于電荷泵操作；連接到所述電荷泵電容器的一端側(cè)的緩沖電路，用于對所述電荷泵電容器充電 或放電；以及充電電壓改變電路，用于改變通過所述緩沖電路對所述 電荷泵電容器進(jìn)行充電的充電電壓；以及所述控制電路被配置為通過引起所述充電電壓的改變來改變所述 充電電路的充電速率。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的電力供應(yīng)控制器，其中 所述充電電路包括用于進(jìn)行電荷泵操作的第一充電器，所述第一充電器具有電荷泵電容器且被置于所述電源和所述MOSFET的柵極之 間，所述充電電路進(jìn)一步包括具有被置于所述電源和所述MOSFET的 柵極之間的充電開關(guān)元件的第二充電器，所述第二充電器被配置為通 過接通所述充電開關(guān)元件來形成用于所述柵極的充電路徑；以及所述控制電路被配置為通過在接通和切斷之間切換所述充電開關(guān) 元件來改變所述充電電路的充電速率。
8.如權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)所述的電力供應(yīng)控制器，進(jìn)一步包括放電電路，其被配置為通過釋放所述MOSFET的柵極電荷來切 斷所述MOSFET，所述放電電路能改變其放電速率；其中，當(dāng)在所述負(fù)載電流超過所述第二閾值期間進(jìn)行切斷操作時(shí)， 所述控制電路被配置為增加所述放電電路的放電速率，從而放電速率 高于在所述負(fù)載電流等于或低于所述第二閾值期間進(jìn)行的切斷操作的 放電速率。
9.如權(quán)利要求8所述的電力供應(yīng)控制器，其中所述放電電路包括置于所述MOSFET的柵極和源極之間的并聯(lián)連 接的多個(gè)放電幵關(guān)元件；以及所述控制電路被配置為通過改變從所述多個(gè)放電開關(guān)元件選擇的 并被接通的放電開關(guān)元件的組合來改變所述放電電路的放電速率。
全文摘要
當(dāng)柵極驅(qū)動(dòng)器(28)在正常狀態(tài)下接收到低電平控制信號(hào)(S1)即接通信號(hào)時(shí)，僅驅(qū)動(dòng)電荷泵(90)并對功率MOSFET(14)進(jìn)行正常充電操作。當(dāng)柵極驅(qū)動(dòng)器在負(fù)載異常狀態(tài)下接收到低電平控制信號(hào)(S1)即接通信號(hào)時(shí)，在負(fù)載電流(IL)超過第二異常閾值電流(Ilfc)時(shí)，除了電荷泵(90)之外，還接通用于異常時(shí)間的急速充電FET(92)，并進(jìn)行快速充電操作。
文檔編號(hào)H02M1/00GK101390289SQ20078000629
公開日2009年3月18日 申請日期2007年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月22日
發(fā)明者一色功雄, 加藤雅幸, 古都正彥, 高橋成治 申請人:株式會(huì)社自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所;住友電裝株式會(huì)社;住友電氣工業(yè)株式會(huì)社