CN106340856B - Dc到dc转换器输入节点短路保护 - Google Patents

Dc到dc转换器输入节点短路保护 Download PDF

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Abstract

本文中所描述的实施例涉及一种电路，其包含DC到DC转换器和用以将输入电压与所述DC到DC转换器的输入节点选择性地隔离的切换装置。所述电路还包含耦合到所述输入节点且耦合到所述切换装置的控制器。所述控制器经配置以将测试电压施加到所述输入节点，使得能够在所述测试电流施加到所述输入节点时在所述输入节点上的电压高于阈值的情况下将所述切换装置从不导电状态切换到导电状态，且在所述测试电流施加到所述输入节点时在所述输入节点上的所述电压低于所述阈值的情况下限制所述切换装置从所述不导电状态切换到所述导电状态。

Description

DC到DC转换器输入节点短路保护
技术领域
本发明大体上涉及用于集成电路的输入节点上的短路保护，且明确地说涉及用于包含(例如)形成于集成电路、芯片、芯片或裸片上的DC-DC转换器的电力供应器的输入电压短路保护。
背景技术
在例如利用为电池充电器的DC-DC转换器等特定常规电力供应器中，当耦合到外部电路的适配器连接(例如，插入)到DC-DC转换器的输入节点时可存在问题。特定地，在适配器插入的时刻，DC-DC转换器没有办法确定其输入总线上是否存在短路。因此，如果输入总线发生短路，那么适配器电流将仅受所利用的功率晶体管的固有电阻(例如，寄生和PFET导通电阻)限制，且相当大的电流将流动且借此损坏所涉及的适配器和相关联电路(例如电路板)。
发明内容
一个实施例针对一种电路，其包含DC到DC转换器和用以将输入电压与DC到DC转换器的输入节点选择性地隔离的切换装置。所述电路还包含耦合到输入节点且耦合到切换装置的控制器。控制器经配置以将测试电压施加到输入节点，以使得能够在测试电流施加到输入节点时在输入节点上的电压高于阈值的情况下将切换装置从不导电状态切换到导电状态。控制器还被配置成在测试电流施加到输入节点时在输入节点上的电压低于阈值的情况下限制切换装置从不导电状态切换到导电状态。
附图说明
图1为包含输入节点短路保护的实例电力系统的框图。
图2为图1的电力系统的实例控制器的框图。
图3为将输入电压施加到图1的DC到DC转换器的输入节点的实例方法的流程图。
图4为图1的电力系统的实例切换装置、控制器和DC到DC转换器的电路图。
图式中的主要组件的参考标号的列表
100系统
102AC-DC适配器
104切换装置
106输入节点
108DC-DC转换器
110控制器
112输出节点
114负载
116DC供应节点
202DC-DC操作控制
204输出电压故障检测电路
206输入电压保护电路
400电路
402切换装置
404感测电阻器
406电容器
408电容器
410第一二极管
412第二二极管
413第一比较器
414分压器
416状态机
418旁通电流路径
420第二比较器
422端子
423端子
424端子
425端子
426端子
427端子
428端子
429端子
430端子
431端子
432端子
具体实施方式
相关申请案的交叉参考：本申请案主张以下各项的优先权：2015年7月10日申请的第62/190,983号美国临时申请案、2015年9月22日申请的第62/221,886号美国临时申请案，以及2015年11月10日申请的第62/253,501号美国临时申请案，其全部以引用的方式并入本文中。
图1为包含输入电压短路保护的实例系统100的框图。系统100包含用于将AC电力转换为DC电压的AC到DC适配器102(在本文中也被称作“AC-DC适配器”102)。切换装置104串联耦合在AC-DC适配器102与DC到DC转换器108(在本文中也被称作“DC-DC转换器”108)的输入节点106之间。切换装置104将AC-DC适配器102的DC电压(在本文中也被称作“输入电压”)与输入节点106选择性地隔离。AC-DC适配器102与切换装置104之间的节点116在本文中被称作“DC供应节点”116。切换装置104通过可在至少两个状态之间切换而将输入电压与输入节点106选择性地隔离。在第一状态中，限制电流从DC供应节点116到输入节点106。在第二状态中，允许电流从DC供应节点116自由流动到输入节点106。尽管DC供应节点116处的输入电压本文中描述为由AC-DC适配器102提供，但应理解，可使用DC电压的任何合适的供应，包含例如电池。
DC-DC转换器108常规地操作以将输入节点106上的DC电压转换为输出DC电压，且将输出DC电压施加到输出节点112。DC-DC转换器108可具有包含降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器等的拓扑的任何适当拓扑。
负载114耦合到输出节点112以消耗由DC-DC转换器108施加的输出DC电压。负载114可为耦合到输出节点112以自其提取功率的任何合适的组件。此些组件可包含(但不限于)一或多个处理装置和相关组件和/或电池和相关联电池充电电路。
DC-DC转换器108由控制器110控制。控制器110控制DC-DC转换器108的操作以产生输出节点112上的所要输出电压。控制器110可感测输入节点106上的电压和输出节点112上的电压以便控制DC-DC转换器108以产生所要输出电压。控制DC-DC转换器108的方法是此项技术中已知的。
控制器110还控制切换装置104以便控制是否将输入电压耦合到输入节点或是否将输入节点与输入电压隔离。
应理解，图1中展示的框图是系统100的简化说明。在实践中，可包含例如晶体管、电容器、电阻、二极管等额外组件，其耦合到DC供应节点116、输入节点106和/或输出节点112。
图2为实例控制器110的框图。控制器110包含DC-DC操作控制202，其驱动和控制DC-DC转换器108的操作以从耦合到输入节点106的输入电压产生输出节点112上的所要输出电压。DC-DC操作控制202可耦合到DC-DC转换器108中的一或多个场效应晶体管(FET)的一或多个栅极以控制其操作。在一实例中，DC-DC操作控制202包含PWM调制器和用于DC-DC转换器108中的所述一或多个FET的驱动器。如上文所提及，控制DC-DC转换器以产生输出电压的方法是已知的。可使用控制DC-DC转换器108的任何合适的方法。
控制器110可任选地包含输出电压故障检测电路204。输出电压故障检测电路204耦合到输出节点112，且可感测输出节点112上的电压和/或电流以识别用于输出节点112的任何故障条件。举例来说，输出电压故障检测电路204可确定输出节点112是否无意地耦合到接地(即，短路情形)、穿过输出节点112的电流是否高于阈值(即，过电流情形)，和其它故障条件。如果输出电压故障检测电路204识别出用于输出节点112的故障条件，那么输出电压故障检测电路204可采取适当动作，例如关闭DC-DC转换器108，或将输出节点112与负载114隔离。输出电压故障检测电路204是已知的，且可使用任何合适的输出电压故障检测电路。
控制器110还包含输入电压保护电路206。输入电压保护电路206耦合到输入节点106、切换装置104和DC供应节点116。输入电压保护电路206控制切换装置104以将输入电压与输入节点106选择性地隔离。也就是说，输入电压保护电路206将切换装置104设定到第一状态以将输入电压与输入节点106隔离，或设定到第二状态以将输入电压耦合到输入节点106。
输入电压保护电路206基于保护方案确定是否将输入电压与输入节点106隔离。保护方案可防止输入节点106上的短路(到接地)。举例来说，如果耦合到输入节点106的电容器正发生故障或已发生故障且形成到接地的短路，那么电容器可归因于从输入节点106流动穿过电容器的高电流而开始冒烟且开始着火。为防止输入节点106上的此短路，由输入电压保护电路206实施的保护方案在将输入电压耦合到输入节点106之前确定输入节点106上是否存在短路。
如果输入节点106上存在短路，那么输入电压保护电路206可限制将输入电压耦合到输入节点106，借此减小归因于短路的进一步损坏的可能性。在一实例中，输入电压保护电路206可经配置以维持限制一旦检测到短路的情况下切换装置104切换到导电状态，直至输入节点106上的电压升高到高于阈值从而暗示短路已解决。在另一实例中，输入电压保护电路206可经配置以维持限制一旦检测到短路的情况下切换装置104切换到导电状态，直至输入电压保护电路206复位(例如通过移除和再施加功率)从而致使输入电压保护电路206再起始保护方案。在一些实例中，由输入电压保护电路206实施的保护方案可在将输入电压耦合到输入节点106之前和/或之后进行除检查输入节点106上的短路之外的其它检验。
在一实例中，限制将输入电压耦合到输入节点106包含响应于确定输入节点106上存在短路将所述一或多个切换装置104设定到第一状态以将输入节点106与输入电压隔离，而无关于保护方案是否包含其它检验。因此，在此实例中，保护方案始终响应于确定输入节点106上的短路将输入节点106与输入电压隔离。
在一些实例中，输入电压保护电路206可采取除响应于确定存在短路而隔离输入节点106之外的其它动作。举例来说，输入电压保护电路206可发送信号，其提供DC-DC转换器108并不在操作的警告。
如果输入节点106上不存在短路，那么输入电压保护电路206可使得输入电压能够耦合到输入节点106，借此允许将输入电压提供到DC-DC转换器108。在第一实例中，保护方案不包含其它检验，因此使得输入电压能够耦合到输入节点106包含响应于确定输入节点106上不存在短路而将所述一或多个切换装置104设定到第二状态以将输入电压耦合到输入节点106。
在第二实例中，保护方案可包含其它检验，因此使得输入电压能够耦合到输入节点106包含允许将输入电压耦合到输入节点106来经受其它检验。举例来说，如果其它检验也使得输入电压能够耦合到输入节点106，那么输入电压保护电路206将所述一或多个切换装置104设定到第二状态以将输入电压耦合到输入节点106。然而，如果其它检验中的一或多者并无法使得输入电压能够耦合到输入节点106，那么输入电压保护电路206即使在未检测到短路的情况下也将输入电压与输入节点106隔离。
如上文所提及，输入电压保护电路206可在将输入电压耦合到输入节点106之前实施保护方案。举例来说，在DC-DC转换器108启动之前，保护方案可经实施以确定是否将输入电压耦合到输入节点106。在一实例中，如果保护方案确定可将输入电压耦合到输入节点106，那么可将信号提供到用于DC-DC转换器108的DC-DC操作控制202以起始DC-DC转换器108的启动。在其它实例中，用于DC-DC转换器108的DC-DC操作控制202可独立地感测输入节点106上的电压以起始DC-DC转换器108的启动。
图3为使用图1和2的系统实施保护方案的实例方法300的流程图。在一实例中，输入电压保护电路206可在输入电压到输入节点106的每一所计划耦合之前执行保护方案。输入电压到输入节点106的此所计划耦合可在DC-DC转换器108从休眠状态到苏醒状态的转变期间和/或响应于输入电压变为存在于DC供应节点116处而发生。举例来说，AC电力可施加到系统100和从系统100移除，方式是例如将电力电缆插头与电力插孔配对和解除配对。AC电力的施加和移除致使在DC供应节点116处DC输入电压的对应产生和消失。在许多电子装置中，AC-DC适配器102集成到用于电子装置的电力电缆中，且电力电缆和AC-DC适配器102可从电子装置拆离。
在任何情况下，输入电压保护电路206可经配置以感测何时存在输入电压(框302)，且响应于其而执行保护方案。在存在输入电压之前(即，输入电压并不存在时)，输入电压保护电路206设定切换装置104以将DC供应节点116与输入节点106隔离。输入电压保护电路206随后感测DC供应节点116处的电压以确定何时输入电压存在于DC供应节点116处。举例来说，输入电压保护电路206可将DC供应节点116处的电压与输入电压存在阈值比较。当DC供应节点116处的电压升高到高于阈值时，输入电压保护电路206可响应于其而实施保护方案。此保护方案可用于检查每当电子装置耦合到AC电力(例如线路功率)时输入节点106上的短路。
为确定输入节点106上是否存在短路，输入电压保护电路206可将测试电流施加到输入节点106(框304)，且基于输入节点106上所得的电压确定输入节点106中是否存在短路。当测试电流施加到输入节点106时，输入电压保护电路206可将切换装置104设定(例如维持)在第一状态以将输入节点106与输入电压隔离。另外，输入电压保护电路206可致使(例如经由到用于DC-DC转换器108的DC-DC操作控制202的信号)设定DC-DC转换器108使得输入节点106并不经由DC-DC转换器108短路到接地。耦合到输入节点106的任何其它可控制组件还可经设定使得在组件恰当地运作的情况下不存在经由那些组件从输入节点106到接地的短路。
如果不存在到耦合到输入节点106的接地的短路(即，输入节点106和耦合到其上的组件恰当地工作)，那么将测试电流施加到输入节点106将致使输入节点106上的电压升高。如果存在耦合到输入节点106的短路，那么将测试电流施加到输入节点106将产生输入节点106上的极少电压升高或无电压升高。因此，输入电压保护电路206可经配置以通过当测试电流施加到输入节点上时感测输入节点上的电压且将感测到的电压与最小电压阈值比较来检测输入节点106上的短路(框306)。
如果输入节点106上的电压高于阈值，那么输入节点106上很可能不存在短路，且输入电压保护电路206通过使得输入电压能够耦合到输入节点106(如上文所论述)而响应(框308)。如果输入节点106上的电压低于阈值，那么输入节点106上很可能存在短路，且输入电压保护电路206通过限制输入电压耦合到输入节点106(如上文所论述)而响应(框310)。在一实例中，输入电压保护电路206可在施加测试电流之后在感测输入节点106上的电压之前等待等待周期。也就是说，输入电压保护电路206可开始施加测试电流且继续施加测试电流至少直至感测到输入节点106上的电压为止。输入电压保护电路206可在测试电流初始地施加到输入节点106时开始等待周期，且在等待周期结束时感测输入节点106上的电压。等待周期可用于使得任何总线电容能够由测试电流解决，从而允许输入节点106上的电压升高到高于阈值。等待周期的持续时间可在系统100的设计期间基于输入节点106的已知电容和/或基于经验测试来选择。
可在系统100的设计期间选择测试电流的量值和所述阈值使得当输入节点106上存在短路时输入节点106上的电压不大可能升高到高于阈值，但在输入节点106上不存在短路时将升高到高于阈值。另外，测试电流可设定为充分小于穿过输入节点106的正常操作电流以减小测试电流自身导致对耦合到输入节点106的任何短路组件的显着损坏(例如冒烟、着火等)的可能性。
在一实例中，输入节点106上的正常操作电压处于0到23伏的范围内，且输入节点106上的正常操作电流处于0到6安培的范围内。在此实例中，用于确定输入电压何时存在于DC供应节点116处的输入电压存在阈值为2伏。另外，在此实例中，测试电流为5mA，且用于确定输入节点106上是否存在短路的最小电压阈值为2伏。
图4为实施系统100的切换装置104、DC-DC转换器108和控制器110的实例电路400的电路图。如所示，来自AC-DC适配器的输入电压施加到DC供应节点116。参看图4，切换装置104也称为“AGATE”104。AGATE 104可与另一切换装置402(在本文中也被称作“SGATE”402)串联耦合。AGATE 104和SGATE 402串联耦合在DC供应节点116与输入节点106之间以将输入节点106与DC供应节点116选择性地隔离。在此实例中，AGATE 104通过阻止电流从DC供应节点116到输入节点106而提供选择性前向隔离。SGATE 402通过阻止电流从输入节点106到DC供应节点116而提供选择性后向隔离。SGATE 402和AGATE 104可以组合形式设定到相应第一(例如不导电)状态，其中在两个方向上在DC供应节点116与输入节点106之间限制电流流动；以及设定到相应第二(例如，导电)状态，其中电流在两个方向上在DC供应节点116与输入节点106之间自由流动。
在此实例中，SGATE 402包括第一场效应晶体管FET，且AGATE 104包括第二FET。当第一FET处于导电状态时，电流从输入节点106自由流动到DC供应节点116。当第一FET处于不导电状态时，限制电流从输入节点106流动到DC供应节点116。同样，当第二FET处于导电状态时，电流从DC供应节点116自由流动到输入节点106。当第二FET处于不导电状态时，限制电流从DC供应节点116流动到输入节点106。
电路400包含第一二极管410，其与第一FET并联且经连接使得电流在前向方向中自由流动穿过第一FET周围的第一二极管410，在朝向DC供应节点116的方向中被限制在第一FET周围。同样，第二二极管412与第二FET并联且经连接使得电流在朝向DC供应节点116的方向中自由流动穿过第二FET周围的第二二极管412，且电流流动在朝向输入节点106的方向中被限制在第二FET周围。
在一实例中，第一FET和第二FET为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在其它实例中，不包含SGATE 402和/或第一和第二二极管410、412。在另外其它实例中，二极管410为第一FET的体二极管，且二极管412为第二FET的体二极管。
在此实例中，感测电阻器404和电容器406耦合到输入节点106。电容器406的故障可导致穿过电容器406的输入节点106上的短路。在无本文实施的保护方案的情况下，此短路可致使大电流流动穿过电容器406且导致冒烟和/或着火。
如上文所论述，DC-DC转换器108耦合到输入节点106，且经配置以转换输入节点106上的电压以将所要直流电(DC)电压提供到输出节点112。在此实例中，DC-DC转换器108包含多个切换装置(例如，FET)和一电感器。然而，应理解，可使用任何合适的DC-DC转换器108，包含降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器等。
在一实例中，输出节点112为用于电子装置的电力轨。输出节点112可具有耦合到其上的电容器408。另外，任何合适的组件可耦合到输出节点112以自其提取电力。此些组件可包含(但不限于)一或多个处理装置和相关组件和/或电池和相关联电池充电电路。
控制器110可实施在例如如图4中所展示的封装集成电路(IC)等封装电路上。正如已知，封装IC包含电路(所述电路上方具有模制化合物)和用于将经囊封电路耦合到外部组件的多个暴露端子。可使用任何合适的模制化合物，例如热固性材料、热固性环氧树脂或热塑性材料。封装IC的端子的子集可包含用于将IC的内部电路耦合到外部组件的多个端子422-432。举例来说，可经由端子的子集427-430将用于DC-DC转换器108的DC-DC操作控制202耦合到DC-DC转换器108的FET的相应栅极来控制其操作。DC-DC操作控制202还可经由端子431耦合到输出节点112。
图4还展示输入电压保护电路206的实例电路图。输入电压保护电路206可包含第一比较器413，其将DC供应节点116处的电压(基于分压器414)与输入电压存在阈值比较。第一比较器413经由控制器110的端子422耦合到DC供应节点116处的电压。比较器的输出可耦合到状态机416，状态机416实施输入电压保护电路206的决策逻辑。
输入电压保护电路206还可包含旁通电流路径418，其串联耦合在DC供应节点116(经由端子424)与输入节点106(经由端子426)之间，且与AGATE104并联。旁通电流路径418经配置以在AGATE 104处于不导电状态时产生测试电流且将测试电流提供到输入节点106(经由端子426)。在此实例中，测试电流从输入电压导出，输入电压是端子424处的电压。在图4中展示的实例中，旁通电流路径418包含电流源，其可由状态机416控制以将测试电流提供到输入节点106。电流源可包含线性地驱动以控制测试电流的晶体管。理想地，电流源经控制以将测试电流限制到比正常操作电流小得多的(例如，小于其25％)的值，以减小归因于输入节点106上的短路致使显着的进一步损坏的可能性。在替代实例中，旁通电流路径418可包含电阻器以提供测试电流。
输入电压保护电路206还可包含第二比较器420，其将输入节点106上的电压(端子426处的电压)与最小电压阈值比较。第二比较器420的输出提供到状态机416。
状态机416经配置以基于来自第一比较器413和第二比较器420的输入在旁通电流路径418中提供适当信号来控制AGATE 104以及适当信号来控制电流源，以实施本文论述的保护方案。明确地说，状态机416可经由端子425耦合到AGATE 104的栅极以将AGATE 104设定在导电或不导电状态以控制输入节点106与输入电压的隔离。在一实例中，来自状态机416的用以控制AGATE 104的信号是逻辑信号，其中第一逻辑值(例如，高)将AGATE 104设定到导电状态，且逆逻辑值(例如，低)将AGATE 104设定到不导电状态。在包含提供逆向路径隔离的SGATE 402的实例中，状态机416还可经由从端子423提供的信号控制SGATE 402。在此实例的一实施方案中，状态机416可同时将SGATE 402和AGATE 104设定到导电状态以利用DC-DC转换器108响应于确定输入节点106上不存在短路使恰当电流能够流动穿过输入节点106。还可使用控制SGATE 402的其它方法。
状态机416可使用任何合适的组件实施，包含(但不限于)组合逻辑、可编程逻辑(例如，FPGA)和/或一或多个处理装置(例如，微控制器)。另外，在一些实例中，用于实施状态机416的组件还可实施用于DC-DC转换器108的DC-DC操作控制202。在其它实例中，单独组件可用于实施每一者。控制器110可经由端子432耦合到接地。
实例实施例
实例1包含一种系统，所述系统包括：DC到DC转换器，其将输入节点上的电压转换为输出节点上的电压；切换装置，其串联耦合在输入电压与输入节点之间，所述切换装置经配置以将输入电压与输入节点选择性地隔离；以及控制器，其耦合到输入节点且耦合到切换装置，所述控制器经配置以：将测试电流施加到输入节点，在测试电流施加到输入节点时在输入节点上的电压高于阈值的情况下使切换装置能够从不导电状态切换到导电状态；以及在测试电流施加到输入节点时在输入节点上的电压低于阈值的情况下限制切换装置从不导电状态切换到导电状态。
实例2包含实例1的系统，其中电流源包含在旁通电流路径中，所述旁通电流路径串联耦合在DC供应节点与输入节点之间，所述旁通电流路径与切换装置并联，其中测试电流从DC供应节点处的输入电压导出。
实例3包含实例2的系统，其中控制器经配置以：确定何时存在输入电压；以及响应于存在输入电压将测试电流施加到电流源。
实例4包含实例3的系统，其中控制器经配置以：将等待周期之后输入节点上的电压与非短路阈值比较，所述等待周期在测试电流施加到输入节点时开始。
实例5包含实例1-4中的任一者的系统，其中输出节点经配置以将电压提供到系统组件和电池中的一或多者。
实例6包含实例1-5中的任一者的系统，其中DC到DC转换器为降压转换器、升压转换器或降压-升压转换器中的一者。
实例7包含实例1-6中的任一者的系统，其中输入电压由AC到DC适配器提供。
实例8包含实例1-7中的任一者的系统，其中切换装置包含场效应晶体管(FET)。
实例9包含实例1-8中的任一者的系统，其中使切换装置能够从不导电状态切换到导电状态包含将切换装置从不导电状态切换到导电状态，其中限制切换装置从不导电状态切换到导电状态包含将切换装置保持在不导电状态。
实例10包含一种DC到DC控制器电路，所述DC到DC控制器电路包括：多个端子，其用于耦合到外部电路；控制电路，其耦合到所述多个端子的第一子集，所述端子的第一子集经配置以耦合到DC到DC转换器的一或多个场效应晶体管(FET)的一或多个栅极，所述控制电路经配置以经由所述一或多个栅极控制DC到DC转换器的操作；电流源，其耦合到所述多个端子的第二端子，所述第二端子经配置以耦合到用于DC到DC转换器的输入节点；模制化合物，其在控制电路和电流源上方，其中所述多个端子从模制化合物暴露；其中所述控制电路耦合到所述多个端子的第三端子，所述第三端子经配置以耦合到在DC供应节点与用于DC到DC转换器的输入节点之间串联的切换装置，其中所述控制电路经配置以从第三端子提供第一信号，所述第一信号经配置以在来自电流源的测试电流提供在第二端子处时基于第二端子处的电压是否高于第一阈值而将切换装置从不导电状态切换到导电状态。
实例11包含实例10的电路，其中控制电路经配置以从第三端子提供第二信号，所述第二信号经配置以在测试电流提供在第二端子处时在第二端子处的电压低于第一阈值的情况下将切换装置保持在不导电状态中。
实例12包含实例11的电路，其中切换装置包含场效应晶体管(FET)，其中第三端子被配置成耦合到FET的栅极。
实例13包含实例12的电路，其中第一信号和第二信号各自为逻辑信号，其中第一信号为第二信号的逆转形式。
实例14包含实例10-13中的任一者的电路，其中控制电路经配置以响应于第二端子处的电压高于第一阈值而提供第一信号。
实例15包含实例10-14中的任一者的电路，其中电流源串联耦合在所述多个端子的第四端子与第二端子之间，所述第四端子经配置以耦合到DC供应节点，其中切换装置串联耦合在DC供应节点与输入节点之间，切换装置经配置以将DC供应节点处的电压与输入节点选择性地隔离，其中电流源经配置以从输入电压导出测试电流。
实例16包含实例15的电路，其中控制电路经配置以感测第四端子处的电压，且响应于第四端子处的电压升高到高于第二阈值而在第二端子处提供测试电流。
实例17包含实例16的电路，其中控制电路经配置以将等待周期之后第二端子处的电压与第一阈值比较，所述等待周期在测试电流提供在第二端子处时开始。
实例18包含一种将输入电压施加到DC到DC转换器的输入节点的方法，所述方法包括：将输入电压与输入电压存在阈值比较；响应于输入电压升高到高于输入电压存在阈值而控制电流源以将从输入电压导出的测试电流提供到输入节点；将测试电流施加到输入节点上时输入节点上的电压与非短路阈值比较；如果输入节点上的电压高于非短路阈值，那么使得输入电压能够耦合到输入节点；以及如果输入节点上的电压低于非短路阈值，那么限制输入电压耦合到输入节点。
实例19包含实例18的方法，其中提供测试电流包含从输入电压导出测试电流。
实例20包含实例18-19中的任一者的方法，其中使得输入电压能够耦合到输入节点包含使串联耦合在输入电压与输入节点之间的切换装置能够从不导电状态切换到导电状态，且其中限制输入电压耦合到输入节点包含限制切换装置从不导电状态切换到导电状态。
实例21包含实例20的方法，其中使切换装置能够从不导电状态切换到导电状态包含将切换装置从不导电状态切换到导电状态，其中限制切换装置从不导电状态切换到导电状态包含将切换装置保持在不导电状态。
实例22包含实例18-21中的任一者的方法，其中将输入节点上的电压与非短路阈值比较包含将等待周期之后输入节点上的电压与非短路阈值比较，所述等待周期在测试电流施加到输入节点时开始。

Claims (22)

1.一种用于将输入电压施加到DC到DC转换器的输入节点的系统，所述系统包括：
DC到DC转换器，其将输入节点上的电压转换为输出节点上的电压；
切换装置，其串联耦合在DC供应节点与所述输入节点之间，所述切换装置经配置以将所述DC供应节点与所述输入节点选择性地隔离；以及
控制器，其耦合到所述输入节点且耦合到所述切换装置，所述控制器经配置以：
将测试电流施加到所述输入节点；
在所述测试电流施加到所述输入节点时在所述输入节点上的电压高于阈值的情况下使得所述切换装置能够从不导电状态切换到导电状态；以及
在所述测试电流施加到所述输入节点时在所述输入节点上的所述电压低于所述阈值的情况下限制所述切换装置从所述不导电状态切换到所述导电状态，
其中所述控制器包含旁通电流路径，所述旁通电流路径经配置以从所述DC供应节点处的输入电压导出所述测试电流，且将所述测试电流提供到所述输入节点。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述旁通电流路径串联耦合在所述DC供应节点与所述输入节点之间，且与所述切换装置并联。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器经配置以：
确定何时存在所述输入电压；以及
响应于存在所述输入电压将所述测试电流施加到所述输入节点。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述控制器经配置以：
将等待周期之后所述输入节点上的电压与所述阈值比较，所述等待周期在所述测试电流施加到所述输入节点时开始。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述输出节点经配置以将电压提供到系统组件和电池中的一或多者。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述DC到DC转换器为降压转换器、升压转换器或降压升压转换器中的一者。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述输入电压由AC到DC适配器提供。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述切换装置包含场效应晶体管。
9.根据权利要求1所述的系统，其中使所述切换装置能够从不导电状态切换到导电状态包含将所述切换装置从所述不导电状态切换到所述导电状态，
其中限制所述切换装置从所述不导电状态切换到所述导电状态包含将所述切换装置保持在所述不导电状态中。
10.一种DC到DC控制器电路，其包括：
多个端子，其用于耦合到外部电路；
控制电路，其耦合到所述多个端子的第一子集，所述端子的第一子集经配置以耦合到DC到DC转换器的一或多个场效应晶体管的一或多个栅极，所述控制电路经配置以经由所述一或多个栅极控制所述DC到DC转换器的操作；
电流源，其耦合到所述多个端子的第二端子，所述第二端子经配置以耦合到用于所述DC到DC转换器的输入节点；以及
模制化合物，其在所述控制电路和电流源上方，其中所述多个端子从所述模制化合物暴露；
其中所述控制电路耦合到所述多个端子的第三端子，所述第三端子经配置以耦合到在DC供应节点与用于所述DC到DC转换器的所述输入节点之间串联的切换装置，
其中所述控制电路经配置以从所述第三端子提供第一信号，所述第一信号经配置以在来自所述电流源的测试电流提供在所述第二端子处时基于所述第二端子处的电压是否高于第一阈值而将所述切换装置从不导电状态切换到导电状态。
11.根据权利要求10所述的电路，其中所述控制电路经配置以从所述第三端子提供第二信号，所述第二信号经配置以在所述测试电流提供在所述第二端子处时在所述第二端子处的所述电压低于所述第一阈值的情况下将所述切换装置保持在所述不导电状态中。
12.根据权利要求11所述的电路，其中所述切换装置包含场效应晶体管，其中所述第三端子被配置成耦合到所述场效应晶体管的栅极。
13.根据权利要求12所述的电路，其中所述第一信号和所述第二信号各自为逻辑信号，其中所述第一信号为所述第二信号的逆转形式。
14.根据权利要求10所述的电路，其中所述控制电路经配置以响应于所述第二端子处的所述电压高于所述第一阈值而提供所述第一信号。
15.根据权利要求10所述的电路，其中所述电流源串联耦合在所述多个端子的第四端子与所述第二端子之间，所述第四端子经配置以耦合到DC供应节点，
其中所述切换装置串联耦合在所述DC供应节点与所述输入节点之间，所述切换装置经配置以将所述DC供应节点处的所述电压与所述输入节点选择性地隔离，
其中所述电流源经配置以从所述输入电压导出所述测试电流。
16.根据权利要求15所述的电路，其中所述控制电路经配置以感测所述第四端子处的所述电压，且响应于所述第四端子处的所述电压升高到高于第二阈值而在所述第二端子处提供所述测试电流。
17.根据权利要求16所述的电路，其中所述控制电路经配置以将等待周期之后所述第二端子处的电压与所述第一阈值比较，所述等待周期在所述测试电流提供在所述第二端子处时开始。
18.一种将输入电压施加到DC到DC转换器的输入节点的方法，所述方法包括：
将输入电压与输入电压存在阈值比较；
响应于所述输入电压升高到高于所述输入电压存在阈值而控制电流源以将从所述输入电压导出的测试电流提供到所述输入节点；
将所述测试电流施加到所述输入节点上时所述输入节点上的电压与非短路阈值加以比较；
如果所述输入节点上的所述电压高于所述非短路阈值，那么使所述输入电压能够耦合到所述输入节点；以及
如果所述输入节点上的所述电压低于所述非短路阈值，那么限制所述输入电压耦合到所述输入节点。
19.根据权利要求18所述的方法，其中提供测试电流包含从所述输入电压导出所述测试电流。
20.根据权利要求18所述的方法，其中使所述输入电压能够耦合到所述输入节点包含使串联耦合在所述输入电压与所述输入节点之间的切换装置能够从不导电状态切换到导电状态，且
其中限制所述输入电压耦合到所述输入节点包含限制所述切换装置从所述不导电状态切换到所述导电状态。
21.根据权利要求20所述的方法，其中使所述切换装置能够从不导电状态切换到导电状态包含将所述切换装置从所述不导电状态切换到所述导电状态，
其中限制所述切换装置从所述不导电状态切换到所述导电状态包含将所述切换装置保持在所述不导电状态中。
22.根据权利要求18所述的方法，其中将所述输入节点上的电压与所述非短路阈值比较包含将等待周期之后所述输入节点上的所述电压与所述非短路阈值比较，所述等待周期在所述测试电流施加到所述输入节点时开始。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI769160B (zh) 2016-06-03 2022-07-01 美商英特矽爾美國有限公司 用以軟啟動大功率電荷泵的方法、電路，及電子系統
US11088535B2 (en) * 2019-04-12 2021-08-10 Raytheon Company Fast ground fault circuit protection

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1462106A (zh) * 2001-03-26 2003-12-17 富士电机株式会社 用于dc/dc转换器的控制装置
CN101447666A (zh) * 2007-11-27 2009-06-03 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 一种电源供电系统及电源过压安全保护控制方法
TW201021379A (en) * 2008-11-20 2010-06-01 Richtek Technology Corp Protection apparatus and method for boost converter
CN103746342A (zh) * 2014-01-10 2014-04-23 成都芯源系统有限公司 升压变换器以及用于升压变换器的控制器及短路保护方法
CN104078938A (zh) * 2013-03-29 2014-10-01 万国半导体(开曼)股份有限公司 检测异步直流-直流升压转换器中短路的方法及电路

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4386308A (en) 1981-03-31 1983-05-31 Sangamo Weston, Inc. Hysteresis type battery charger having output short circuit protection
US4955069A (en) 1989-03-02 1990-09-04 Ionescu Adrian F A.C. power controller with short circuit and overload protection
US4931742A (en) 1989-03-22 1990-06-05 Genrad, Inc. Self-protecting power bus testing system
DE59309599D1 (de) 1992-03-31 1999-07-01 Siemens Ag Verfahren und Anordnung zur Erkennung von Kurzschlüssen in Leitungsabzweigen von elektrischen Netzen
DE19930122C1 (de) 1999-06-30 2001-04-12 Siemens Ag Verfahren zur Verhinderung des Draufschaltens auf in Abzweigen bestehende elektrische Kurzschlüsse und zugehörige Anordnung
US6331941B1 (en) 1999-07-20 2001-12-18 General Electric Company Short circuit detection method and apparatus and motor drive incorporating same
US6424513B1 (en) 2000-05-23 2002-07-23 Compaq Computer Corporation Short circuit protection module
US6329796B1 (en) * 2000-07-25 2001-12-11 O2 Micro International Limited Power management circuit for battery systems
US7199558B2 (en) 2003-07-22 2007-04-03 Intersil Americas Inc. AC-DC adapter interface and battery charger having high speed battery charger current foldback when adapter current demand exceeds prescribed limit
US7719236B2 (en) * 2005-02-18 2010-05-18 O2Micro International Limited Parallel powering of portable electrical devices
US7187137B2 (en) 2005-06-30 2007-03-06 Osram Sylvania, Inc. Ballast with output ground-fault protection
US7764522B2 (en) * 2007-06-15 2010-07-27 Fsp Technology Inc. Circuit and method for controlling the start-up cycle of a power supply
US20090033293A1 (en) * 2007-08-01 2009-02-05 Intersil Americas Inc. Voltage converter with combined capacitive voltage divider, buck converter and battery charger
US8358107B2 (en) * 2007-12-31 2013-01-22 Intel Corporation Bidirectional power management techniques
US8441766B2 (en) * 2008-11-18 2013-05-14 Rockwell Automation Technologies, Inc. Apparatus for fault tolerant digital outputs
JP5581921B2 (ja) * 2010-09-09 2014-09-03 ミツミ電機株式会社 レギュレータ及びｄｃ／ｄｃコンバータ
US9291683B2 (en) 2011-10-11 2016-03-22 General Electric Company Power module protection at start-up
CN106205442B (zh) 2011-10-14 2019-11-22 意法半导体研发(深圳)有限公司 用于在启动例程期间检测短路的设备和方法
US9484799B2 (en) * 2014-01-17 2016-11-01 Linear Technology Corporation Switched capacitor DC-DC converter with reduced in-rush current and fault protection

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1462106A (zh) * 2001-03-26 2003-12-17 富士电机株式会社 用于dc/dc转换器的控制装置
CN101447666A (zh) * 2007-11-27 2009-06-03 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 一种电源供电系统及电源过压安全保护控制方法
TW201021379A (en) * 2008-11-20 2010-06-01 Richtek Technology Corp Protection apparatus and method for boost converter
CN104078938A (zh) * 2013-03-29 2014-10-01 万国半导体(开曼)股份有限公司 检测异步直流-直流升压转换器中短路的方法及电路
CN103746342A (zh) * 2014-01-10 2014-04-23 成都芯源系统有限公司 升压变换器以及用于升压变换器的控制器及短路保护方法

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