CN110601343B - 旁路功率级的被保护空闲模式 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及旁路功率级的被保护空闲模式。例如，提供了电路、系统和方法，其中旁路电路提供辅助电流路径以将电流从电源线提供给电气负载。在低功率模式期间使用旁路电路，并且与在正常操作期间从电源线向电气负载提供电流的主电流路径相比消耗更少的静态功率。旁路电路包括电流限制器和比较器，并且响应于比较器检测到通过电流限制器的电流超过最大允许或预期电流而生成高电流检测信号。

Description

旁路功率级的被保护空闲模式
技术领域
本申请涉及一种旁路电路，其在主(高电流)路径被禁用时提供用于为负载供电的低电流功率连接，并且保护负载不受短路或其他异常高电流条件的影响。
背景技术
随着车辆越来越依赖于汽车电气系统，这些系统的规模和复杂度持续增长。这主要是由于现代安全、安保和便利特征(诸如牵引力控制、防抱死制动、导航系统、电动车窗和座椅加热器)的电气需求。向电动或混合动力/燃气动力传动系统的过渡引入了各种新的电气需求，因为以前依赖于燃气发动机的始终可用的机械能或真空的特征(诸如动力辅助转向、动力辅助制动、加热和空调)必须转换为由电子装置来提供。这些特征中的许多特征的电功率版本消耗相对较高的功率水平。例如，电动空调压缩机必须由电动机驱动，并且电加热通常由加热元件提供；这种电动机和加热元件具有较高的功率需求。此外，电动或混合动力系统本身包括各种高功率部件。自动驾驶车辆的发展引入了附加和多样的电气要求，包括高功率和低功率传感器的要求。
传统地，机械继电器被用于为汽车内的高功率系统提供和切换电流。例如，这种继电器用于为前照灯、空调离合器启动、加热座椅和喇叭供电。机械继电器的缺点是，它们消耗相对较高的功率水平，随着时间的推移，它们会随着触点的磨损而退化，并且与此相关的是，它们的寿命有限，通常比安装它们的车辆的预期寿命短。
期望能够为有效的高功率电气系统提供高功率水平、能够为在低功率模式下操作的电气系统提供低功率水平以及能够检测这种低功率模式下的过电流条件的电路系统和技术。
发明内容
根据旁路电路的一个实施例，该旁路电路包括电流限制器和比较器。当电气负载和电源线之间的主电流路径被禁用时，电流限制器被配置为在电源线和电气负载之间提供辅助电流路径。在低功率模式期间，电流限制器向电气负载供电。辅助电流路径被配置为支持比主电流路径低的电流。电流限制器可以响应于在使能输入处接收使能信号而被使能。使能信号通常在主电流路径被禁用时提供。比较器检测故障或其他高电流条件。比较器被配置为将电流限制器两端的压降与参考电压进行比较，并响应于超过参考电压的压降输出检测信号。检测信号可以被耦合至旁路电路的控制器或其他电路系统使用，以禁用电流限制器和/或采取其他纠正动作。
根据电子系统的一个实施例，该电子系统包括电气负载、主电流路径和旁路电路。主电流路径耦合在电气负载和电源线之间，并且被配置为在系统的正常操作模式期间向电气负载提供电流。在低功率模式期间，主电流路径被禁用，使其不向电气负载提供电流。旁路电路包括如上配置的电流限制器和比较器。在电子系统的低功率模式期间，旁路电路将电源线耦合至电气负载，并且响应于检测到电气负载消耗过量的电流(如电流限制器两端的压降超过参考电压所指示)而输出检测信号。
根据另一实施例，提供了一种为通过主电流路径耦合至电源线的电气负载供电的方法。当主电流路径被使能时，电流通过主电流路径提供给电气负载，如可以通过电气负载要求功率所指示。经由电流限制器在电源线和电气负载之间提供辅助电流路径。辅助电流路径被配置为与主电流路径相比支持较低的电流。当主电流路径被禁用时，可以在低功率模式期间使能电流限制器。将电流限制器两端的压降与参考电压进行比较，并且响应于检测到该压降超过参考电压，生成检测信号。
本领域技术人员在阅读以下详细描述和查看附图后，会理解其他特征和优势。
附图说明
图中的元素不需要彼此按比例绘制。相同的参考标号表示对应的相似部分。各种所示实施例的特征可以组合，除非它们彼此排除。在附图中示出并且在下面的说明书中详细描述实施例。
图1示出了当主高功率电流路径被禁用时用于为负载提供电流的低功率旁路电路。
图2A、图2B、图2C和图2D示出了可用于图1的旁路电路的电流限制器电路。
图3示出了包括控制器的电子系统的示意图，该控制器使用用于检测高电流条件的低功率旁路电路。
图4示出了用于经由主电流路径和辅助电流路径为电气负载供电的方法。
图5示出了用于经由主电流路径和辅助电流路径为电气负载供电的替代方法。
图6示出了用于控制低功率旁路电路和高功率电流开关的方法。
具体实施方式
本文所述的实施例提供了旁路电路、使用该旁路电路的电子系统以及用于使用该旁路电路为电气负载供电的方法。在汽车电气系统的上下文中描述了实施例，但所公开的电路和技术可用于其他应用。具体地，这些电路和技术有利地用于在低功率(待机)操作模式期间要求低静态电流的电气系统。这种电气系统尤其包括便携式或其他电池供电系统。
虽然机械继电器传统地用于向消耗大功率水平的电气系统和子系统提供电流，但半导体的进步使固态开关的使用变得可行，并且在一些应用中优于机械继电器。预计这种趋势将继续下去。固态开关与机械继电器一样，不具有随使用而磨损的触点，并且具有比机械继电器显著更长的预期寿命。固态开关的有效电阻通常小于相比较的机械继电器的有效电阻，从而通过固态开关降低功率损耗。
使用固态开关以提供从电源到负载的高电流路径提供了额外的优势，即通过固态开关的电流可以被感测并用于检测和响应异常的高电流。因此，基于固态开关的高电流路径也可以提供类似于熔丝所提供的保护功能。
用于提供可切换高电流路径的固态开关可使用各种晶体管，包括功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、氮化镓(GaN)晶体管、碳化硅(SiC)MOSFET和功率双极结晶体管(BJT)。为了支持高电流和低电阻需求，可以并联地配置一组功率晶体管(例如，MOSFET)，和/或可以使用具有大沟道宽度的晶体管。
典型的高电流路径在被使能时会消耗一些功率。例如，基于运算放大器或其他部件的电流感测电路系统必须通电。在正常操作模式期间，由高电流路径消耗的功率可能相对于被供电负载的功率消耗微不足道。然而，当负载处于低功耗(待机)状态时，由高电流路径消耗的功率可代表系统功耗的很大一部分。期望降低或避免高电流路径的功耗，特别是在低功率(待机)操作模式期间。
为避免与高电流路径相关联的功率损失，当被供电的子系统处于低功率状态(例如，待机)时，固态开关和任何相关联的电路系统可被断开。然而，即使在这种低功率状态下，也有助于向子系统提供少量的功率，以例如维护易失性存储器的内容、监控用于无钥匙进入的无线电接收器或者监控与汽车警报相关联的传感器。
为满足上述需求，下文描述了旁路电路。当主(高功率)电流路径被禁用时，旁路电路用于向电气子系统(例如，包括汽车电气系统)提供电流(功率)。在主电流路径被禁用的情况下，没有针对高电流条件(包括电气子系统(负载)内的短路或类似故障)的容易可用的保护。因此，旁路电路包括电流限制器，其将所提供的电流限制在低电流限值以下。如果通过电流限制器的电流超过该限值，则生成高电流检测信号(例如，故障信号)。旁路电路可使用该检测信号来禁用电流限制器，从而从电气子系统(负载)去除电流。备选地，检测信号可以被提供给可采取适当动作的外部电路系统(诸如控制器)。适当动作可以是提供禁用电流限制器和/或使能主电流路径的信号。
旁路电路(具有或不具有控制器)可有效地充当熔丝，以保护电气系统不受短路或类似故障的影响。与熔丝不同，旁路电路可以从高电流事件中恢复，而无需更换任何部件。因此，例如通过控制器可以自动地解决瞬时故障条件而无需人工干预。例如，电气子系统(负载)内的电子电路系统中的异常闭锁条件可触发高电流检测，引起可解决异常的电气子系统的复位。对于另一示例，由在两个节点之间创建电流路径的湿气引起的短路可由于湿气蒸发而随着时间的推移消失。同样，可以在不需要人为干预(例如，替换物理熔丝)的情况下纠正此故障。
下文描述的旁路电路依赖于简单的比较器来检测高电流条件。旁路电路不需要如高电流路径所要求的那样确定流过其的电流的高精度估计值。宽松的电流估计足以用于检测异常高电流(例如，由短路引起的电流)的目的。如此，所述旁路电路提供快速过载保护，并且消耗少量电流，例如，<50μA。这种消耗显著小于保持高电流路径使能所需的电流消耗(这要求几十毫安)。旁路电路可被配置为提供从几μA到几安培的电流，而高电流路径通常提供几十安培到几百安培。
下文通过若干具体示例来描述实施例。应该理解，下文的示例并不是限制性的。本领域公知的电路和技术没有详细描述，以避免模糊本发明的独特方面。示例实施例中的特征和方面可以组合或重新布置，除非上下文不允许这样做。
低功率旁路电路
图1示出了电子系统100内的低功率旁路电路110的一个实施例。电子系统100还包括大功率电流开关170、电源线Vbat和负载180。电子系统100可以是汽车电气系统的一部分，在这种情况下，负载180包括如上所述的汽车电气子系统。控制器(为了方便说明而未示出)可管理高功率电流开关170和低功率旁路开关180，并且可监控电子系统100是否存在诸如高电流(短路)条件的故障。
在电子系统100的正常操作条件期间，例如当车辆行驶时，ON信号有效而IDLE信号无效。AND门160与栅极驱动器162一起提供使能信号ENMAIN，接通高功率电流开关170。(因为逻辑门和栅极驱动电路在本领域是公知的，因此将不再进一步描述。)如图所示，高功率电流开关170包括一组并联连接的功率MOSFET QHPa、QHPb、…QHPn，使得它们相应的漏极端子连接在一起，它们相应的源极端子连接在一起，以及它们相应的栅极端子连接在一起。高功率电流开关170可以其他方式实施，包括使用单个大功率MOSFET或其他开关类型。
由于高功率电流开关170被使能，经由使能信号ENMAIN，电流IMAIN向负载180(电气子系统)提供功率。该电流IMAIN可以为几十安培或者甚至几百安培的等级，并且由高功率电流开关170消耗的电流(例如，为了向其中的保护电路供电)相对于提供给负载180的电流IMAIN可忽略不计。然而，当负载180处于低功率状态(例如，空闲)时，由高功率电流开关170消耗的功率可以不代表总功耗的可忽略部分。
当负载无效时，即当车辆停止时，仍然期望为负载180提供低水平的功率(电流)，用于维持易失性存储器、监控低功率传感器等。这通过去激活ON信号且激活IDLE信号来实现，这经由使能信号ENMAIN的去激活而断开高功率电流开关170。IDLE信号的激活还使能低功率旁路电路110和其中的电流限制器120。当被激活时，低功率旁路电路110在电源线Vbat和负载180之间提供辅助电流路径。所提供的辅助电流路径被设计为支持比主电流路径低的电流水平，并且还被配置为在电子系统100的IDLE模式(空闲模式)期间检测异常的大电流流动。例如，负载180的静止电流在IDLE模式期间期望小于1A，并且大于其的任何电流应该被检测。(虽然这里提到了示例性IDLE模式电流阈值，但该阈值通常是可调的，如下文进一步所解释的。)低通旁路电路110检测高于这种IDLE模式电流阈值的电流水平，并且被设计为如此引发最小功率损失。
低功率旁路电路110包括电流限制器120、参考电压源130和比较器140。在输入端子114处提供的电流限制器使能信号ENCL使能电流限制器120，使得辅助电流IAUX可以从电源线Vbat流到负载180。电流限制器120使用分流电阻器、开关和/或类似电流限制部件来限定该电流。(下面描述具体的电流限制器子实施例。)在电流限制器120两端引发压降VCL_DROP，导致被提供给负载180的电压VLOAD＝Vbat-VCL_DROP。如图所示，电压源130提供参考电压VREF，并且耦合在节点VLOAD处的电流限制器输出与比较器140的反向输入之间。比较器140的非反相输入耦合至电流限制器输入(例如，电源线Vbat)。由此，比较器140被配置为将压降VCL_DROP与参考电压VREF进行比较，并且响应于压降VCL_DROP超过参考电压VREF而在输出端子112处输出高电流检测信号HC_DET。比较器140输出通常对应于逻辑电平的二进制信号，例如，0V代表无效信号，以及1.8、3.3、5.0或12V代表有效的高电流检测信号HC_DET。为了便于说明，未示出确定比较器的输出电平的电源连接。
比较器140不需要特别快速或精确，并且可以被设计为近乎不消耗静态功率。这表示相对于更复杂的过电流保护电路(包括基于完整运算放大器的电路，其消耗不可忽略水平的静态电流)具有显著优势。
高电流检测信号HC_DET可指示负载180中的异常电流消耗，例如由短路所引起的。响应于高电流检测信号HC_DET的激活，输入该信号的控制器可使IDLE信号无效，从而断开所有到负载180的电流流动，以解决潜在故障状况并防止对电子系统100的进一步损害和/或降低电气火灾的可能性。备选地，控制器可使用高电流检测HC_DET信号来指示负载180的操作状态的变化，并采取其他纠正动作。随后结合图3所示的实施例来描述这种技术。
应注意，可以在一些实施例中不包括AND门160。此外，在一些实施例中，IDLE信号可以在去激活ON信号之前被激活，从而提供低功率旁路电路110和高功率电流开关170经由它们相应的使能信号ENCL、ENMAIN而被使能的时间间隔，以确保不间断的电流ILOAD提供给负载180。在又一些实施例中，即使在正常操作模式期间，也可以使能低通旁路电路110及其电流限制器120，在这种情况下不需要使能信号ENCL及其相关联的输入114。对于这种实施例，可以在正常操作模式期间忽略高电流检测信号HC_DET。
对于又一些实施例，还可以向比较器140提供电流限制器使能信号ENCL，以在低功率旁路电路110无效时禁用比较器140。
图2A和图2B示出了基于MOSFET的电流限制器电路220a、220b可用作图1的电流限制器120。图2A的电流限制器电路220a包括P沟道MOSFET QPMOS、电流限制电阻器RCL和驱动器222a。驱动器222a将pMOSFET QPMOS的栅极-元件电压VGS设置为适当电平(例如，-6V)，以在电流限制器使能信号ENCL有效时导通pMOSFET QPMOS。通过导通pMOSFET QPMOS，辅助电流IAUX可流过电流限制器220a。电流限制器220a两端的压降VCL_DROP由PMOSFET QPMOS的漏极-源极电压VDS和电阻器电压IAUX x RCL来确定，其中电阻压降随电流IAUX线性变化。
图2B的电流限制器电路220b类似于图2A的电流限制器电路220a，除了使用n沟道MOSFET QNMOS来切换辅助电流IAUX。驱动器222b将nMOSFET QNMOS的栅极-源极电压VGS设置为适当电平(例如，6V)，以在电流限制器使能信号ENCL有效时导通nMOSFET QNMOS。(由于晶体管驱动电路在本领域是公知的，因此本文不进行进一步描述。)基于MOSFET的电流限制器电路220a、220b提供了几乎不需要静态电流来保持MOSFET开关处于其激活(导通)状态的优点。然而，在一些应用中，其他开关类型可能是首选的。如果负载180只消耗非常少的静态电流IAUX，其他功率损失(例如，电阻损失(IAUX)2 x RCL就会最小。
图2C和图2D示出了基于双极结晶体管(BJT)的电流限制器电路220c、220d。这种电路可用作图1的电流限制器120，而不是上述基于MOSFET的电流限制器220a、220b中的任何一个。图2C的电流限制器电路220c包括pnp BJT QPNP、电流限制电阻器RCL和驱动器222c。驱动器222c向pnp BJT QPNP的基极提供控制电流，以在电流限制器使能信号ENCL有效时导通pnp BJT QPNP。通过导通pnp BJT QPNP，辅助电流IAUX流过电流限制器220c。电流限制器220c两端的压降VCL_DROP由pnp BJT QPNP的集电极-发射极电压VCE和电阻器电压IAUX x RCL来确定。
图2D的电流限制器电路220d类似于图2c的电流限制器电路220c，除了npn BJTQNPN被用于切换辅助电流IAUX。驱动器222d向npn BJT QNPN的基极提供控制电流，以在电流限制器使能信号ENCL有效时导通pnp BJT QPNP。
在电子系统内使用高电流检测
如上所述，图1的低通旁路电路110在电子系统100的低功率操作期间生成高电流检测信号HC_DET，并且电子系统100中的控制器可使用该信号来采取适当的动作。例如，高电流条件可指示故障，在这种情况下，应从负载180移除功率源Vbat。在其他情况下，高电流条件可指示负载180的状态变化，并且可期望除去除功率以外的动作。使用图3的电路300描述这些技术。
图3示出了类似于图1的电子系统300，但其中还包括控制器350和功率管理器352。功率管理器352例如经由通信接口耦合至负载180的电气子系统，并确定是否应经由高功率电流开关170或低功率旁路电路110向负载180提供电流。功率管理器352可基于负载180内部件的状态(例如，有效、待机、断开)来进行这种确定。例如，当车辆停止时，功率管理器352可使能低功率旁路电路110，以便向负载180提供辅助低电流路径IAUX，用于维持易失性存储器、监控传感器等。
在第一子实施例中，功率管理器352将有效的高电流检测信号HC_DET视为指示故障状态。对于该子实施例，功率管理器352去激活ON和IDLE信号，从而响应于接收到高电流检测信号HC_DET从负载180中去除功率。功率管理器352可以将故障条件传输至其他电路，使得故障可以被记录和/或使得故障可以被诊断。
在第二子实施例中，功率管理器352不立即得出有效的高电流检测信号(HC_DET)指示故障的结论。相反，功率管理器352使用高电流检测信号(HC_DET)指示负载180的功率模式的变化。因此，功率管理器352响应于有效的高电流检测信号(HC_DET)来使能高功率电流开关170。
在第三子实施例中，功率管理器352也不会立即得出有效的高电流检测信号(HC_DET)指示故障的结论，但控制器使用其他技术来确定高电流检测信号(HC_DET)是由故障引起还是由正常操作引起。功率管理器352可查询负载180的电气子系统(例如，使用所示的STATUS/QUERY通信接口)，以确定在IDLE状态下是否存在电流消耗超过预期最大电流消耗的非故障原因。例如，车辆可试图响应于来自无钥匙进入发射器(fob)的无线电信号解锁车门和/或打开灯，从而触发高电流检测信号(HC_DET)，即使还没有退出IDLE状态。如果功率管理器352确定在IDLE模式期间负载180由于可解释的(非故障)原因而消耗高电流，则功率管理器352可使能高电流开关170，并且通过激活ON信号并去激活IDLE信号来禁用低功率旁路电路110。以这种方式，功率管理器352可使用低功率旁路电路110来基于其电流消耗唤醒电子系统300，而不是使用更耗能的技术，诸如周期性地轮询负载180的状态。
如果功率管理器352未检测到高电流消耗的原因，则如第一子实施例所描述的，功率管理器352可假定存在故障条件并采取适当的动作。
在另一子实施例中，将第一子实施例与第二子实施例进行组合。所示低功率旁路电路110的变型可提供两个大电流检测信号，其中一个指示故障(例如，短路)，另一个指示可与正常操作相关联的适度高电流条件。
用于从主电流路径和辅助电流路径为电气负载供电的方法
图4示出了用于从电源线向电气负载提供电流的方法400。该方法可在包括低通旁路电路的电子系统(诸如图3所示的电子系统300)内实施。
方法400首先通过主电流路径向负载提供电流(410)。这通常发生在负载完全操作时(例如，ON状态)。主电流路径可包括高功率电流开关，诸如图3所示的开关170。转换为低功率操作模式(420)，例如，负载可指示其不再需要正常功率水平和/或控制器可确定应该进入低功率(待机)模式。然后，经由辅助电流路径而不是经由主电流路径向负载提供电流(430)。辅助电流路径包括电流限制器，用于在低功率(待机)模式期间限制提供给负载的电流水平。电流限制器两端的电压VCL被监控(440)，并且与参考电压VREF进行比较(450)。响应于电流限制器电压VCL超过参考电压VREF，生成高电流检测信号(460)。在一些实施例中，电流限制器被禁用(470)，从而切断辅助电流路径并移除流向负载的所有功率。
在为了便于说明而未示出的一些实施例中，在禁用电流限制器(470)之后，可以在一些点处恢复流向负载的电流。例如，在一些延迟之后，可以重新使能高电流路径，并且方法400再次开始。在另一示例，在一些延迟之后，辅助电流路径可以被重新使能以向负载提供电流(430)。
图5示出了用于从电源线向电气负载提供电流的替代方法500。该方法类似于图4的方法400，下面仅描述方法400和500之间的差异。
当监控电流限制器电压VCL时(440)，方法500将电压VCL与高电流参考电压VREF_HC和短路参考电压VREF_SC进行比较(542、450)。虽然被示为串行发生，但这些比较542、450优选是连续且同时执行。短路参考电压VREF_SC指示诸如短路的故障条件，并且当电流限制器电压VCL超过该阈值时，生成指示该情况的检测信号(562)。高电流参考电压VREF_HC低于短路参考电压VREF_SC，并且可指示不是必须与故障条件相关联的大电流条件。由于超过高电流参考电压VREF_HC而生成高电流检测信号(460)可指示在未超过短路参考电压VREF_SC的情况下可恢复的条件。
用于控制低功率旁路电路的方法
图6示出了用于控制低功率旁路电路和高功率电流开关(诸如图3所示的电路110、170)的方法600。该方法可在控制器(诸如图3的控制器350)内执行。虽然前述方法生成可指示故障的高电流检测信号，但方法600输入高电流检测信号，然后基于高电流条件是否与预期的功率消耗相关联来确定是切换到正常(高电流)操作模式还是切断到负载的功率。
在第一步骤中，检测到高电流检测信号被激活(610)。响应于这种检测，例如通过向负载发送状态请求消息来查询负载(620)。负载以其状态进行响应(630)，指示其子系统是否处于低功率(待机)模式或者一些电路是否有效，从而指示高电流状态具有预期(非故障)原因。一旦接收到指示预期存在高电流条件的状态信息，将使能信号(例如，ON)发送到高功率电流开关，以便针对负载使能主电流路径(640)。在备选子实施例中，可以检查电子系统的状态而不向负载发送状态请求消息。例如，系统内的控制器可维护系统状态参数。一旦检测到高电流信号，控制器可查询系统状态参数，以确定高电流条件是否具有除故障条件以外的预期原因。如果不期望高电流条件(如由来自负载的状态消息或由其他信息所指示的)，则低电流旁路开关被禁用(650)，从而从负载去除功率以解决怀疑的故障条件。
根据旁路电路的一个实施例，一种旁路电路包括：电流限制器，被配置为如果在低功率模式期间禁用电气负载与电源线之间的主电流路径，则在电源线和电气负载之间提供辅助电流路径，辅助电流路径被配置为支持比主电流路径低的电流；以及比较器，被配置为将电流限制器两端的压降与参考电压进行比较，并且在压降超过参考电压的情况下输出检测信号。
在一个实施例中，旁路电路进一步包括使能输入，其耦合至电流限制器并且被配置为在主电流路径被禁用时接收用于使能电流限制器的使能信号。
单独或组合地，旁路电路进一步包括使能输入，其耦合至比较器并且被配置为在主电流路径被禁用时接收用于使能比较器的使能信号。
单独或组合地，电流限制器是一种电流源，其被配置为针对电流源的低于预定电流值的电流幅度在电流限制器两端提供基本恒定的电压，并且其中电流限制器两端的压降随电流源的电流幅度超过预定电流值而增加。
单独或组合地，旁路电路进一步包括被配置为提供参考电压的参考电压源，其中参考电压具有预定的电压值。作为使用被配置为提供预定电压值的电压源的替代，旁路电路可包括被配置为提供参考电压的可编程电压源，其中参考电压具有与辅助电流路径的最大支持电流相对应的可编程值。
单独或组合地，参考电压具有被选择以指示电气负载中的短路故障的值。
单独或组合地，参考电压具有被选择以指示用于电气负载的外部激励条件的值。
单独或组合地，电流限制器包括与电阻器串联耦合的晶体管，并且电阻器两端的压降随着电气负载所消耗电流的增加而线性增加。
单独或组合地，主电流路径具有相关联的最大主电流，参考电压对应于电流限制器中的最大旁路电流，并且最大主电流超过最大旁路电流10倍以上。
根据电子系统的一个实施例，该系统包括：电气负载；主电流路径，耦合在电气负载和电源线之间，主电流路径被配置为向电气负载提供电流并且在低功率模式期间被禁用；以及旁路电路。旁路电路包括：电流限制器，被配置为如果在低功率模式期间禁用主电流路径，则在电源线和电气负载之间提供辅助电流路径，辅助电流路径被配置为支持比主电流路径低的电流；以及比较器，被配置为将电流限制器两端的压降与参考电压进行比较，并且在压降超过参考电压的情况下输出检测信号。
单独或组合地，电子系统的旁路电路包括耦合至电流限制器并且被配置为接收在主电流路径被禁用时用于使能电流限制器的使能信号的使能输入。
单独或组合地，电子系统的控制器被配置为：接收检测信号；向电气负载发送查询信号；响应于发送的查询信号，接收关于电气负载的预期电流消耗的状态信息；确定预期电流消耗与接收到的检测信号一致；以及响应于所述确定，使能主电流路径。
单独或组合地，电子系统的控制器被配置为：响应于确定预期电流消耗与接收到的检测信号不一致，禁用旁路电路，从而将电气负载与电源线隔离。
单独或组合地，电气负载是电动汽车或混合动力汽车的子系统。
根据一个实施例，提供了为通过主电流路径耦合至电源线的电气负载供电的方法，该方法包括：当主电流路径被使能并且电气负载要求功率时，通过主电流路径从电源线向电气负载提供电流；经由电流限制器在电源线和电气负载之间提供辅助电流路径，辅助电流路径被配置为支持比主电流路径低的电流；将电流限制器两端的压降与参考电压进行比较；以及如果压降超过参考电压，则生成检测信号。
单独或组合地，该方法还包括：当主电流路径被禁用时，使能电流限制器。
单独或组合地，该方法还包括：响应于检测信号，禁用电流限制器，以将电气负载与电源线隔离。
单独或组合地，该方法还包括：响应于检测信号重新使能主电流路径。
单独或组合地，该方法还包括：将检测信号发送至电子系统的控制器用于进一步处理。
如本文所使用的，术语“具有”、“包含”、“包括”等是开放性术语，表示所提元件或特征的存在，但是不排除附加的元件或特征。冠词“一个”和“该”用于包括多个以及单个，除非另有明确指定。
应理解，除非另有具体说明，否则本文描述的各个实施例的特征可以相互组合。
虽然本文已经示出和描述了具体实施例，但本领域技术人员应理解，可以用各种替代和/或等效实施来替代所示和所述的具体实施例，而不背离本发明的范围。本申请用于覆盖本文所讨论的具体实施例的任何修改或变型。因此，仅通过权利要求及其等效物来限制本发明。

Claims (20)

1.一种旁路电路，包括：
电流限制器，被配置为在低功率模式期间禁用电气负载与电源线之间的主电流路径的情况下在所述电源线和所述电气负载之间提供辅助电流路径，所述辅助电流路径被配置为支持比所述主电流路径低的电流；以及
比较器，被配置为将所述电流限制器两端的压降与参考电压进行比较，并且在所述压降超过所述参考电压的情况下输出检测信号。
2.根据权利要求1所述的旁路电路，还包括：
使能输入，耦合至所述电流限制器并且被配置为在所述主电流路径被禁用时接收用于使能所述电流限制器的使能信号。
3.根据权利要求2所述的旁路电路，其中所述使能输入进一步耦合至所述比较器，并且所述比较器被配置为通过所述使能信号来使能。
4.根据权利要求1所述的旁路电路，其中所述电流限制器是电流源，所述电流源被配置为针对所述电流源的低于预定电流值的电流幅度在所述电流限制器两端提供基本恒定的电压，并且其中在所述电流源的电流幅度超过所述预定电流值时所述电流限制器两端的压降增加。
5.根据权利要求1所述的旁路电路，还包括：
参考电压源，被配置为提供所述参考电压，其中所述参考电压具有预定的电压值。
6.根据权利要求1所述的旁路电路，还包括：
可编程电压源，被配置为提供所述参考电压，其中所述参考电压具有与所述辅助电流路径的最大支持电流相对应的可编程电压值。
7.根据权利要求1所述的旁路电路，其中所述参考电压具有被选择以指示所述电气负载中的短路故障的值。
8.根据权利要求1所述的旁路电路，其中所述参考电压具有被选择以指示用于所述电气负载的外部激励条件的值。
9.根据权利要求1所述的旁路电路，其中所述电流限制器包括与电阻器串联耦合的晶体管，并且其中所述电阻器两端的压降随着所述电气负载所消耗电流的增加而线性增加。
10.根据权利要求1所述的旁路电路，其中所述主电流路径具有相关联的最大主电流，所述参考电压对应于所述电流限制器中的最大旁路电流，并且所述最大主电流超过所述最大旁路电流10倍以上。
11.一种电子系统，包括：
电气负载；
主电流路径，耦合在所述电气负载和电源线之间，所述主电流路径被配置为向所述电气负载提供电流并且在低功率模式期间被禁用；以及
旁路电路，包括：
电流限制器，被配置为在所述低功率模式期间禁用所述主电流路径的情况下在所述电源线和所述电气负载之间提供辅助电流路径，所述辅助电流路径被配置为支持比所述主电流路径低的电流；和
比较器，被配置为将所述电流限制器两端的压降与参考电压进行比较，并且在所述压降超过所述参考电压的情况下输出检测信号。
12.根据权利要求11所述的电子系统，其中所述旁路电路还包括：
使能输入，耦合至所述电流限制器，并且被配置为在所述主电流路径被禁用时接收用于使能所述电流限制器的使能信号。
13.根据权利要求11所述的电子系统，还包括控制器，被配置为：
接收所述检测信号；
向所述电气负载发送查询信号；
响应于发送的所述查询信号，接收关于所述电气负载的预期电流消耗的状态信息；
确定所述预期电流消耗与接收到的所述检测信号一致；以及
响应于所述确定，使能所述主电流路径。
14.根据权利要求13所述的电子系统，其中所述控制器还被配置为：响应于确定所述预期电流消耗与接收到的所述检测信号不一致，禁用所述旁路电路，从而将所述电气负载与所述电源线隔离。
15.根据权利要求11所述的电子系统，其中所述电气负载是电动汽车或混合动力汽车的子系统。
16.一种用于为通过主电流路径耦合至电源线的电气负载供电的方法，所述方法包括：
当所述主电流路径被使能并且所述电气负载要求功率时，通过所述主电流路径从所述电源线向所述电气负载提供电流；
经由电流限制器在所述电源线和所述电气负载之间提供辅助电流路径，所述辅助电流路径被配置为支持比所述主电流路径低的电流；
将所述电流限制器两端的压降与参考电压进行比较；以及
如果所述压降超过所述参考电压，则生成检测信号。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：当所述主电流路径被禁用时，使能所述电流限制器。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括：响应于所述检测信号，禁用所述电流限制器，以将所述电气负载与所述电源线隔离。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括：响应于所述检测信号，重新使能所述主电流路径。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括：将所述检测信号发送至电子系统的控制器用于进一步处理。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019060401A1 (en) * 2017-09-25 2019-03-28 Huawei Technologies Co., Ltd MULTINIVEAL HYBRID INVERTERS
US11527878B2 (en) * 2020-10-14 2022-12-13 Eaton Intelligent Power Limited Hybrid arc flash mitigation system
DE102021132327A1 (de) 2021-12-08 2023-06-15 HELLA GmbH & Co. KGaA Schaltungsanordnung zur Vermeidung von Überstromimpulsen im PWM-Betrieb von LED-Ketten
DE102022128886A1 (de) 2022-11-01 2023-11-09 Sma Solar Technology Ag Batteriesystem, energiesystem und verfahren zum betrieb
DE102022134053A1 (de) 2022-12-20 2024-06-20 Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh System zur Absicherung einer Last eines Niedervolt-Bordnetzes

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6163712A (en) * 1998-02-04 2000-12-19 Motorola, Inc. Inrush current limiter with output voltage detection for control of input current level and activation of current bypass path
JP2001069689A (ja) * 1999-08-31 2001-03-16 Fuji Electric Co Ltd 無停電電源装置のバイパス回路
CN1643758A (zh) * 2002-03-13 2005-07-20 默勒有限公司 具有电子触发器及旁路电路的断路器
US7164320B2 (en) * 2004-12-10 2007-01-16 Sigmatel, Inc. Current threshold circuit
CN103843215A (zh) * 2011-07-14 2014-06-04 库柏技术公司 自动电源变换器旁路

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3493791A (en) * 1966-08-12 1970-02-03 Hall Barkan Instr Inc Two-wire solid state direct touch responsive semiconductor switch circuit
JPH08154022A (ja) * 1994-11-29 1996-06-11 Nec Corp 過電流保護回路付き増幅回路
JP6337789B2 (ja) * 2015-02-04 2018-06-06 株式会社オートネットワーク技術研究所 電流検出回路、電流検出装置及び切替え装置
DE102015012923A1 (de) * 2015-10-07 2017-04-13 Jenoptik Advanced Systems Gmbh Fehlerstromsensor für eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung zum Überwachen eines elektrischen Verbrauchers für ein Fahrzeug, Fehlerstrom-Schutzeinrichtung und Verfahren zum Durchführen eines Selbsttests eines Fehlerstromsensors
US10270241B2 (en) * 2016-05-16 2019-04-23 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Fault current limiter having fault checking system for power electronics and bypass circuit
US10027223B1 (en) * 2017-06-12 2018-07-17 Linear Technology Holding Llc Soft-charging of switched capacitors in power converter circuits
US10712426B2 (en) * 2018-12-11 2020-07-14 Texas Instruments Incorporated Fault tolerant digital input receiver circuit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6163712A (en) * 1998-02-04 2000-12-19 Motorola, Inc. Inrush current limiter with output voltage detection for control of input current level and activation of current bypass path
JP2001069689A (ja) * 1999-08-31 2001-03-16 Fuji Electric Co Ltd 無停電電源装置のバイパス回路
CN1643758A (zh) * 2002-03-13 2005-07-20 默勒有限公司 具有电子触发器及旁路电路的断路器
US7164320B2 (en) * 2004-12-10 2007-01-16 Sigmatel, Inc. Current threshold circuit
CN103843215A (zh) * 2011-07-14 2014-06-04 库柏技术公司 自动电源变换器旁路

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