CN112363396A - 一种智能开关系统 - Google Patents

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Abstract

提出了一种包括一个或多个单晶片集成电路(IC)开关器件的智能开关系统。每个单晶片IC开关器件包含第一引脚、第二引脚、电流指示引脚、系统限流设定引脚和用于在该系统导通时将第一引脚耦接至第二引脚的功率开关。每个单晶片IC开关器件可以根据其电流指示引脚处的电压信号和系统限流设定引脚处获取或设定的系统总电流限流值自适应调节该单晶片IC电路开关器件的工作限流值，从而使系统供电流能力得到最大化最优化利用。

Description

一种智能开关系统
技术领域
本发明的实施例涉及集成电路，特别地，涉及用于电子设备的开关器件。
背景技术
开关器件用于电子设备中以将供电电源与其负载接通或者断开。这些开关器件的典型应用包括可移动电路板(例如：扩充板)、热插拔存储设备以及其它涉及将供电电源与其负载接通或者断开的应用(例如满足USB PD3.0、Type-C等充电协议的充电应用等)。用于这些应用的典型开关器件具有第一端和与该第一端相对的第二端，其第一端连接至供电电源，其第二端连接至负载。举个具体例子，这种开关器件可以用于允许热插拔磁盘驱动器(本例中的负载)从磁盘驱动托架或者母板接收供电。该开关器件可以采用功率晶体管实现。应用这些开关器件的系统通常需要根据系统供电总线的供电流能力向一个或多个开关器件所在的通路分配电流并处理过流等情况。
发明内容
本公开的一个实施例提出了一种智能开关系统，包括N个单晶片集成电路开关器件，其中N为正整数。对于每一个i从1到N，该N个单晶片集成电路开关器件中的第i个单晶片集成电路开关器件包含第一引脚、第二引脚、电流指示引脚、系统限流设定引脚和第i功率开关，其中该第i功率开关用于在导通时将该第i个单晶片集成电路开关器件的第一引脚耦接至该第i个单晶片集成电路开关器件的第二引脚，该第i个单晶片集成电路开关器件根据其电流指示引脚处接收的系统总输出电流表征信号和系统限流设定引脚处获取或设定的系统总电流限流值ISYSLIM自适应调节该第i个单晶片集成电路开关器件的工作限流值ICC，其中所述系统总输出电流表征信号表征该系统的实时总输出电流。
根据本公开的一个实施例，所述第i个单晶片集成电路开关器件的电流指示引脚输出表征流过该第i功率开关的开关电流的电流采样信号；
根据本公开的一个实施例，所述第i个单晶片集成电路开关器件的电流指示引脚耦接用于电流监测的阻性器件。
根据本公开的一个实施例，所述第i个单晶片集成电路开关器件自适应地将该第i个单晶片集成电路开关器件的工作限流值ICC设置为与该系统总电流限流值ISYSLIM同向变化并且与该第i个单晶片集成电路开关器件的电流指示引脚处的系统总输出电流表征信号反向变化。
根据本公开的一个实施例，所述第i个单晶片集成电路开关器件的系统限流设定引脚接收系统限流信号以设定所述系统总电流限流值ISYSLIM。
根据本公开的一个实施例，所述系统限流信号是电压信号，具有表征所述系统总电流限流值ISYSLIM的系统限流电压值VSYSLIM。
根据本公开的一个实施例，所述系统限流信号是电流信号且具有所述系统总电流限流值ISYSLIM，该第i个单晶片集成电路开关器件的系统限流设定引脚耦接具有阻值Rsyslim的阻性器件以将所述系统限流信号转换为电压信号，该电压信号具有表征系统总电流限流值ISYSLIM的系统限流电压值VSYSLIM，且VSYSLIM＝ISYSLIM*Rsyslim。
根据本公开的一个实施例，所述第i个单晶片集成电路开关器件的系统限流设定引脚不再耦接控制器，而是可以耦接具有阻值Rsyslim的阻性器件，采用具有第一设定电流值Iint1的内部电流源驱动该第i个单晶片集成电路开关器件的系统限流设定引脚，则定义了表征系统总电流限流值ISYSLIM的系统限流电压值VSYSLIM＝Iint1*Rsyslim。
根据本公开的一个实施例，所述第i个单晶片集成电路开关器件包括自适应调节模块用于调整表征该第i个单晶片集成电路开关器件的工作限流值ICC的限流阈值电压Vth与该系统限流电压值VSYSLIM同向变化并且与第i个单晶片集成电路开关器件的电流指示引脚处的系统总输出电流表征信号反向变化。
根据本公开的一个实施例，所述限流阈值电压Vth与该第i个单晶片集成电路开关器件的工作限流值ICC成正比，并且具有设定的第一比例系数K1，其中该第一比例系数K1大于零。
根据本公开的一个实施例，所述系统总输出电流表征信号是电压信号VMON，所述自适应调节模块用于调节该限流阈值电压Vth以使其满足：Vth＝K2*VSYSLIM-K3*VMON，其中K2为设定的第二比例系数且大于零，K3为设定的第三比例系数且大于零。
根据本公开的一个实施例，所述系统限流信号是电流信号且具有所述系统总电流限流值ISYSLIM，所述系统总输出电流表征信号是电压信号VMON，所述第i个单晶片集成电路开关器件包括自适应调节模块用于调整该第i个单晶片集成电路开关器件的工作限流值ICC以使其满足：ICC＝K4*ISYSLIM-K5*VMON，其中K4为设定的第四比例系数且大于零，K5为设定的第五比例系数且大于零。
根据本公开的一个实施例，所述第i个单晶片集成电路开关器件的工作限流值达到其最大工作限流值时，该第i个单晶片集成电路开关器件的工作限流值将不再继续增大。
根据本公开的一个实施例，所述第i个单晶片集成电路开关器件进一步包括开关限流设定引脚，用于接收或设定该第i个单晶片集成电路开关器件的最大工作限流值。
根据本公开的一个实施例，所述第i个单晶片集成电路开关器件的开关限流设定引脚耦接至控制器以接收限流参考信号从而设定该第i个单晶片集成电路开关器件的最大工作限流值。
根据本公开的一个实施例，所述第i个单晶片集成电路开关器件的开关限流设定引脚可以不耦接控制器，而是耦接至第i阻性元件。可以采用具有第二设定电流值Iint2的内部电流源驱动该第i个单晶片集成电路开关器件的开关限流设定引脚。
根据本公开的一个实施例，对于每一个i从1到N，第i个单晶片集成电路开关器件进一步包括：优先级引脚，用于设定第i个单晶片集成电路开关器件在系统发生过流时的关断优先级。
根据本公开的一个实施例，系统发生过流指所述N个单晶片集成电路开关器件中未关断的那些开关器件的总输出电流或流过未关断的那些开关器件的功率开关的开关电流的总和达到所述系统总电流限流值ISYSLIM。
根据本公开的一个实施例，对于每一个i从1到N，第i个单晶片集成电路开关器件进一步包括：故障指示引脚，用于指示系统故障。
根据本公开的一个实施例，将系统发生过流时关断优先级为第1关断优先级的单晶片集成电路开关器件的优先级引脚耦接至第一设定电位。
根据本公开的一个实施例，若系统发生过流，则该第1关断优先级的单晶片集成电路开关器件第一个被关断，同时该第1关断优先级的单晶片集成电路开关器件响应于其自身关断将其故障指示引脚的电位设置在第二设定电位。
根据本公开的一个实施例，对于每一个j从2到N，将关断优先级为第j关断优先级的单晶片集成电路开关器件的优先级引脚耦接至关断优先级为第(j-1)关断优先级的单晶片集成电路开关器件的故障指示引脚，该第j关断优先级的单晶片集成电路开关器件响应于其自身的关断将故障指示引脚的电位设置在第(j+1)设定电位。
根据本公开的一个实施例，其中所述第一设定电位至第N设定电位相同或者不同或者其中的几个相同。
本发明公开的技术方案每一个集成电路开关器件均可以根据所述N个单晶片集成电路开关器件所在通路抽取的实时总输出电流以及系统总电流限流值自适应调整其工作限流值，以使系统供电流能力得到最大化最优化利用，并且可以在系统过流时根据客户应用需求设定该N个单晶片集成电路开关器件中每一个的关断优先级。
附图说明
下面的附图有助于更好地理解接下来对本发明实施例的描述。为简明起见，不同附图中相同或类似的组件或结构采用相同的附图标记。
图1示意出了根据本发明一实施例的用于将供电电源连接至负载的系统100的电路架构示意图。
图2示意出了根据本发明另一实施例的用于将供电电源连接至负载的系统100的电路架构示意图。
图3示意出了根据本发明再一实施例的用于将供电电源连接至负载的系统100的电路架构示意图。
图4示意出了根据本发明又一实施例的用于将供电电源连接至负载的系统100的电路架构示意图。
图5示意出了根据本发明又一实施例的用于将供电电源连接至负载的系统100的电路架构示意图。
图6示意出了根据本发明又一实施例的用于将供电电源连接至负载的系统100的电路架构示意图。
具体实施方式
在下面对本发明的详细描述中，为了更好地理解本发明的实施例，描述了大量的电路、元件、方法等的具体细节。本领域技术人员将理解，即使缺少一些细节，本发明同样可以实施。为清晰明了地阐述本发明，一些为本领域技术人员所熟知的细节在此不再赘述。
图1示意出了根据本发明一实施例的用于将供电电源连接至负载的系统100的电路架构示意图。在图1示例中，系统100可以包括控制器101和单晶片集成电路(IC)开关器件103(i)，其中i为正整数。也就是说系统100可以包括一个或多个单晶片IC开关器件，在本公开的各实施例中示意为包括3个IC开关器件，分别用103(1)、103(2)、103(3)标记，即：i的取值分别为1、2、3以用于标记并区分该三个IC开关器件。本领域的技术人员应该理解，系统100中所包含的开关器件103的个数可以根据实际应用需求(比如负载个数)而变化，并不限于本公开列举的3个。推而广之，系统100可以包括N个单晶片IC开关器件103(i),其中N为正整数，i的取值为从1到N，以用于标记并区分该N个IC开关器件，可以认为图1示意出了N＝3的示例。每个开关器件103(i)可以用作“负载开关”，也就是说该开关器件103(i)是可控的(例如可以由控制器101控制)，并且集成有用于驱动功率开关的驱动电路以及用于向控制器提供开关和供电电源状态的监测电路。
在图1的示例性实施例中，对于每一个i＝1、2、3(可扩展至i取值从1到N的情形，N为正整数，图示实施例示出了N＝3的例子)，开关器件103(i)具有多个引脚，可以包括VIN引脚和BUS引脚。VIN引脚可以耦接于系统供电总线SYSPOL，用于接收供电电源电压(为简明起见也用VIN标记)。BUS引脚可以用于连接至负载。每个开关器件103(i)(i＝1、2、3)可以包括功率开关(例如图1示意的功率开关102)，例如功率场效应晶体管(FET)。该功率开关可以具有耦接至VIN引脚的第一端(例如漏端)和耦接至BUS引脚的第二端(例如源端)。每个开关器件103(i)(i＝1、2、3)还可以包括功率开关栅极驱动电路，以驱动所述功率开关的栅极从而控制该功率开关以受控的方式进行导通和关断切换。当该功率开关被导通，则该功率开关将VIN引脚接收的供电电源电压VIN耦接至连接于BUS引脚的负载。在图1的示例中，供电电源电压VIN示意为5V，可提供8A的供电电流。然而本领域技术人员应该理解这仅仅是示例，系统100还可以被用于将其它提供不同电压和电流的供电电源耦接至负载。
在图1的示例中，每个开关器件103(i)(i＝1、2、3)还可以包括：FAULT引脚，用于指示系统故障(例如：过温故障、过流故障、过压故障、短路故障、功率开关短路故障等)；GND引脚，用于将开关器件103(i)耦接至信号地；EN引脚用于使能或不使能该开关器件103(i)；IMON引脚用于提供指示开关器件103(i)的输出电流量(例如，从输入引脚VIN流向输出引脚VOUT的DC电流量)的指示信号；ILIM引脚(开关限流设定引脚)，用于接收或设定限流参考信号。
在图1的示例中，控制器101可以基于开关器件103(i)(i＝1、2、3)的状态将开关器件103(i)使能或者不使能。该控制器101可以接收来自开关器件103(i)(i＝1、2、3)的状态指示信号(例如温度指示信号、电流检测指示信号、故障指示信号等)。该控制器101可以采用任何通用微处理器或其它单晶片处理器实现，具有集成的输入/输出引脚、可被配置固件、以及数据获取或数据处理功能。该微处理器101是“通用的”可以指该微处理器并不需要专门针对所述开关器件103(i)设计以与开关器件103(i)协同工作，而是可以包括通用的微处理器或微控制器元件，例如处理器和存储器。优势之一在于该开关器件103(i)可以采用通用微控制器控制，而无需特别地设计专用的外部控制器以提供接口来实现开关器件103(i)与微控制器之间的交互。该开关器件103(i)可以直接由该通用控制器101控制。
在图1的示例中，控制器101接收由开关器件103(i)(i＝1、2、3)提供的状态指示信号并且基于这些指示信号控制开关器件103(i)工作。更具体地，开关器件103(i)(i＝1、2、3)的IMON引脚、FAULT引脚可以耦接至控制器101以允许该控制器101从前述各引脚接收状态指示信号并对这些指示信号进行处理。例如，该控制器101可以从开关器件103(i)的一个引脚(例如IMON引脚)接收一个状态指示信号(例如输出电流指示信号或者开关电流指示信号)，并将该状态指示信号送至模数转换器ADC以进行模数转换，然后将该状态指示信号的数字等效送至控制及编程逻辑电路进行处理。该控制器101也可以被耦接以采用类似的方式对供电电源电压VIN和开关器件103(i)的输出电压VBUS(i)，其中i＝1、2、3进行检测。
在图1的示例中，对于每一个i＝1、2、3(可扩展至i取值从1到N的情形，N为正整数，图示实施例示出了N＝3的例子)开关器件103(i)的FAULT引脚可以输出数字状态指示信号，由控制器101的数字输入引脚接收后送至控制及编程逻辑电路进行处理。在一个实施例中，由开关器件103(i)的FAULT引脚输出的状态指示信号为数字信号，因而可以不经过模数转换而由控制及编程逻辑电路进行处理。
在图1的示例中，对于每一个i＝1、2、3(可扩展至i取值从1到N的情形，N为正整数，图示实施例示出了N＝3的例子)，控制器101具有FAULT(i)引脚用于耦接至开关器件103(i)的FAULT引脚。来自开关器件103(i)的FAULT引脚的故障指示信号(例如也用FAULT(i)表示)可以指示开关器件103(i)是正常工作还是出现了故障。控制器101从开关器件103(i)的FAULT引脚接收并处理该故障指示信号FAULT(i)以控制开关器件103(i)。例如，当故障指示信号FAULT(i)指示开关器件103(i)出现了故障时，控制器101可以控制该开关器件103(i)进入下拉模式或者将该开关器件103(i)不使能。
在图1的示例中，对于每一个i＝1、2、3(可扩展至i取值从1到N的情形，N为正整数，图示实施例示出了N＝3的例子)，控制器101具有EN(i)引脚用于耦接至开关器件103(i)的EN引脚。控制器101可以通过向开关器件103(i)的EN引脚提供使能信号以控制开关器件103(i)使能。在一个实施例中，当该使能信号在开关器件103(i)的EN引脚处生效时，开关器件103(i)被使能，即可工作以将输入供电电源耦接至负载。当该使能信号在开关器件103(i)的EN引脚处不生效时，开关器件103(i)不使能，将输入供电电源与负载断开。在一个实施例中，当使能信号保持在设定的电平满了设定的时间时，开关器件103(i)恢复至下拉模式，在该下拉模式开关器件103(i)将输出电压VBUS(i)下拉。
在图1的示例中，对于每一个i＝1、2、3(可扩展至i取值从1到N的情形，N为正整数，图示实施例示出了N＝3的例子)，控制及编程逻辑电路可以被构建以获取或决定开关器件103(i)的限流值，包括软启动限流值以及启动后工作期间的限流值(以下简称工作限流值并用ICC标记)。通常可以将软启动限流值设定为高于工作限流值ICC，例如软启动限流值可以是工作限流值ICC的2倍。以下主要讨论该工作限流值ICC的设定和调节。该控制及编程逻辑电路还可以根据检测的供电电源电压VIN和输出电压VBUS和/或者基于系统负载调节要求随时调节该工作限流值ICC。该工作限流值ICC可以通过例如数模转换器转换为模拟形式的限流参考信号或者被转换成为数字编码输出之后再经分立元件转换为模拟形式的限流参考信号。控制器101在其ILIM(i)引脚将限流参考信号(模拟形式或者数字形式的)输出。开关器件103(i)相应地在其ILIM引脚接收由控制器101的ILIM(i)引脚提供的该限流参考信号。可选地，该工作限流值ICC也可以通过在开关器件103(i)的ILIM引脚耦接例如阻性元件Rlim(i)来设定或调节，如图6的例子所示意。为简明起见，该阻性元件Rlim(i)的阻值也用Rlim(i)表示。
在图1的示例中，对于每一个i＝1、2、3(可扩展至i取值从1到N的情形，N为正整数，图示实施例示出了N＝3的例子)，控制器101从开关器件103(i)接收供电电流指示信号。该供电电流指示信号可以是由开关器件103(i)的IMON引脚输出的电流采样信号(简明起见也标记为IMON)。在一个实施例中，该电流采样信号IMON可以是正比于开关器件103(i)的输出电流或者流过开关器件103(i)中的功率开关的开关电流的电流信号，可以用于均流及过流保护控制。可以通过将电流检测电路耦接于开关器件103(i)中的功率开关(例如图1示意的功率开关102)而感测输出电流或者流过功率开关的开关电流以提供该电流采样信号IMON至IMON引脚。每个开关器件103(i)的IMON引脚还可以用于接收表征系统100的实时总输出电流(或者流过该多个开关器件103(i)中的功率开关的开关电流的总和)的系统总输出电流表征信号。在一个实施例中，该系统总输出电流表征信号可以是电流信号ISUM，该电流信号ISUM可以是该系统100中的所有开关器件103(i)的电流采样信号IMON的总和。在另一个实施例中，该系统总输出电流表征信号可以是电压信号VMON，该电压信号VMON可以由该系统100中的所有开关器件103(i)的电流采样信号IMON的总和转换成电压信号所得。例如，在图1的示例中，每个开关器件103(i)的IMON引脚均可以耦接至阻性器件104，其具有阻值RMON，每个开关器件103(i)的电流采样信号IMON作用于所述阻性器件104产生表征系统实时总输出电流或者流过该多个开关器件103(i)中的功率开关的开关电流的总和的电压信号VMON。在图1的示例中，IMON引脚处的电压信号VMON表征了3个开关器件103(i)，i＝1、2、3，的总输出电流或流过其中功率开关的开关电流的总和(以下将功率开关的开关电流的总和简称总开关电流)，VMON＝3*IMON*RMON。本领域的技术人员应该理解，扩展到N个开关器件103(i)的例子，i取值从1到N，N为正整数，则IMON引脚处的电压信号VMON可以表征该N个开关器件103(i)，i＝1、2、……、N的总输出电流或流过该N个开关器件103(i)的功率开关的开关电流的总和，这时VMON＝N*IMON*RMON。该电流采样信号IMON可以向控制器101提供实时的开关器件103(i)的输出电流或者流过开关器件103(i)中的功率开关的开关电流的电流监测信息，该电压信号VMON则可以提供实时的多个(比如N个)开关器件103(i)的总输出电流或者总开关电流的监测信息。
在图1的示例性实施例中，对于每一个i＝1、2、3(可扩展至i取值从1到N的情形，N为正整数，图示实施例示出了N＝3的例子)，开关器件103(i)还可以具有SYSLIM引脚，用于获取或设定基于一个或多个开关器件103(i)所构建的系统100的系统总电流限流值ISYSLIM。系统100的系统总电流ISYS可以指由系统供电总线SYSPOL提供给系统100的总电流，系统总电流限流值ISYSLIM可以依据系统供电总线SYSPOL的供电流能力进行设定。例如，系统供电总线SYSPOL的供电流能力可以达到8A，则可以将系统总电流限流值ISYSLIM设定为8A。
开关器件103(i)的SYSLIM引脚可以耦接外部电路或元器件，例如在一个实施例中可以耦接至控制器101(比如耦接至控制器101的SYSLIM引脚)以接收系统限流信号(为简明该系统限流信号也用SYSLIM标示)从而设定系统总电流限流值ISYSLIM。在一个实施例中，该系统限流信号SYSLIM可以是电压信号。在一个实施例中该系统限流信号SYSLIM可以是电流信号。在一个实施例中，开关器件103(i)的SYSLIM引脚可以不从控制器101接收所述系统限流信号SYSLIM，而可以简单耦接阻性器件105以用于设定系统总电流限流值ISYSLIM，该阻性器件105具有阻值Rsyslim，参见图5示例。根据本公开的一个实施例，每个开关器件103(i)可以根据其IMON引脚处的电压信号VMON和SYSLIM引脚处获取或设定的系统总电流限流值ISYSLIM自适应调节开关器件103(i)的工作限流值ICC。在一个可选实施例中，开关器件103(i)的ILIM引脚可不从控制器101接收所述限流参考信号。开关器件103(i)可以自适应地将该开关器件103(i)的工作限流值ICC设置为与该系统总电流限流值ISYSLIM同向变化(即：该开关器件103(i)的工作限流值ICC在该系统总电流限流值ISYSLIM增大时增大，并在该系统总电流限流值ISYSLIM减小时减小)并且与所述IMON引脚处接收的所述系统总输出电流表征信号(比如电流信号ISUM或图1例子中示意的电压信号VMON)反向变化(即：该开关器件103(i)的工作限流值ICC在该IMON引脚处的系统总输出电流表征信号(比如电流信号ISUM或图1例子中示意的电压信号VMON)增大时减小，并在该IMON引脚处的电压信号VMON减小时增大)。在另外的可选实施例中，ILIM引脚接收的限流参考信号可用于设定或决定开关器件103(i)的最大工作限流值ICCmax，例如该最大工作限流值ICCmax可以根据开关器件103(i)的额定工作电流或者其所能处理的最大电流值(即在该开关器件103(i)不被损毁的情况下其所允许流过的最大电流值)设定。当开关器件103(i)自适应调节的工作限流值ICC达到该最大工作限流值ICCmax时，开关器件103(i)将不再根据IMON引脚处的电压信号VMON和SYSLIM引脚的系统总电流限流值ISYSLIM自适应调节该工作限流值ICC继续增大(也就是说，这种情况下，若系统总电流限流值ISYSLIM增大和/或IMON引脚处的电压信号VMON减小，开关器件103(i)自适应调节的工作限流值ICC将保持在该最大工作限流值ICCmax)，但可以根据IMON引脚处的电压信号VMON和SYSLIM引脚的系统总电流限流值ISYSLIM自适应调节该工作限流值ICC减小。
在图1的示例性实施例中，对于每一个i＝1、2、3(可扩展至i取值从1到N的情形，N为正整数，图示实施例示出了N＝3的例子)，开关器件103(i)可以在其SYSLIM引脚接收/获取所述系统限流信号SYSLIM，该系统限流信号SYSLIM在一个实施例中可以是电压信号，具有表征系统总电流限流值ISYSLIM的系统限流电压值VSYSLIM。开关器件103(i)可以通过例如自适应调节模块来调整表征开关器件103(i)的工作限流值ICC的限流阈值电压Vth与该系统限流电压值VSYSLIM同向变化(即：该限流阈值电压Vth在该系统限流电压值VSYSLIM增大时增大，并在该系统限流电压值VSYSLIM减小时减小)并且与所述IMON引脚处的电压信号VMON反向变化(即：该限流阈值电压Vth在该IMON引脚处的电压信号VMON增大时减小，并在该IMON引脚处的电压信号VMON减小时增大)以实现调节该开关器件103(i)的工作限流值ICC与该系统总电流限流值ISYSLIM同向变化并且与所述IMON引脚处的电压信号VMON反向变化。在一个实施例中，该限流阈值电压Vth与该开关器件103(i)的工作限流值ICC成正比，并且具有设定的第一比例系数K1，即：Vth＝K1*ICC,其中该第一比例系数K1大于零。在一个实施例中，开关器件103(i)可以自适应调节该限流阈值电压Vth以使其满足：Vth＝K2*VSYSLIM-K3*VMON，其中K2为设定的第二比例系数且大于零，K3为设定的第三比例系数且大于零。
在一个实施例中，如图2所示，所述系统限流信号SYSLIM可以是电流信号，具有所述系统总电流限流值ISYSLIM。这种情况下在一个实施例中可以在SYSLIM引脚与参考地GND之间耦接阻性器件105从而将所述系统限流信号SYSLIM转换为电压信号，该电压信号具有表征系统总电流限流值ISYSLIM的系统限流电压值VSYSLIM，且VSYSLIM＝ISYSLIM*Rsyslim。与图1示意的实施例类似，根据图2示意的实施例，对于每一个i＝1、2、3(可扩展至i取值从1到N的情形，N为正整数，图示实施例示出了N＝3的例子)，每个开关器件103(i)可以通过例如自适应调节模块来调整表征开关器件103(i)的工作限流值ICC的限流阈值电压Vth与该系统限流电压值VSYSLIM同向变化并且与所述IMON引脚处的电压信号VMON反向变化以实现调节该开关器件103(i)的工作限流值ICC与该系统总电流限流值ISYSLIM同向变化并且与所述IMON引脚处的电压信号VMON反向变化。在一个实施例中，该限流阈值电压Vth与该开关器件103(i)的工作限流值ICC成正比，并且具有所述设定的第一比例系数K1，即：Vth＝K1*ICC。在一个实施例中，开关器件103(i)可以自适应调节该限流阈值电压Vth以使其满足：Vth＝K2*VSYSLIM-K3*VMON，其中K2为所述设定的第二比例系数且大于零，K3为所述设定的第三比例系数且大于零。
在一个实施例中，如图3所示，所述系统限流信号SYSLIM是电流信号的情况下也可以不在开关器件103(i)的SYSLIM引脚耦接所述阻性器件105，每个开关器件103(i)的SYSLIM引脚接收的系统限流信号SYSLIM具有所述系统总电流限流值ISYSLIM，则由控制器101的单个SYSLIM引脚所提供的电流信号的电流值是需要供N个开关器件103(i)均分的，即：N*ISYSLIM，图3的例子中N＝3。那么每个开关器件103(i)可以通过例如自适应调节模块来调整表征开关器件103(i)的工作限流值ICC与该系统限流信号SYSLIM所具有的该系统总电流限流值ISYSLIM同向变化并且与所述IMON引脚处的电压信号VMON反向变化。在一个实施例中，开关器件103(i)可以自适应调节该工作限流值ICC以使其满足：ICC＝K4*ISYSLIM-K5*VMON，其中K4为设定的第四比例系数且大于零，K5为设定的第五比例系数且大于零。
在一个实施例中，所述系统限流信号SYSLIM是电流信号的情况下，可以由控制器101的N个引脚SYSLIM(i)分别一一对应地向开关器件103(i)的SYSLIM引脚提供具有所述系统总电流限流值ISYSLIM的系统限流信号SYSLIM，其中i取值从1到N。图4示意出N＝3的例子，每个开关器件103(i)可以通过例如自适应调节模块来调整表征开关器件103(i)的工作限流值ICC与该系统限流信号SYSLIM所具有的该系统总电流限流值ISYSLIM同向变化并且与所述IMON引脚处的电压信号VMON反向变化。在一个实施例中，开关器件103(i)可以自适应调节该工作限流值ICC以使其满足：ICC＝K4*ISYSLIM-K5*VMON，其中K4为设定的第四比例系数且大于零，K5为设定的第五比例系数且大于零。
在一个实施例中，如图5例子所示，对于每一个i＝1、2、3(可扩展至i取值从1到N的情形，N为正整数，图示实施例示出了N＝3的例子)，每个开关器件103(i)的SYSLIM引脚可以不从控制器101接收所述系统限流信号SYSLIM，而可以简单耦接阻性器件105以用于设定系统总电流限流值ISYSLIM，该阻性器件105具有阻值Rsyslim。这样可以节约控制器101的引脚。在一个实施例中，采用具有第一设定电流值Iint1(例如在一个例子中该第一设定电流值可以是20μA)的内部电流源驱动开关器件103(i)的SYSLIM引脚，则Iint1*Rsyslim便定义了表征系统总电流限流值ISYSLIM的系统限流电压值VSYSLIM。实际应用中可以根据所需设定的系统总电流限流值ISYSLIM合理选取阻性器件105的阻值Rsyslim，Rsyslim应该满足：Rsyslim＝RMON*ISYSLIM/Iint1*ACS，其中ACS为电流检测增益。例如，若Iint1＝20μA、ACS＝10μA/A、RMON＝20kΩ，需要将系统总电流值ISYSLIM设定为7A，则Rsyslim应选取为70kΩ。与图1示意的实施例类似，根据图5示意的实施例，对于每一个i＝1、2、3(可扩展至i取值从1到N的情形，N为正整数，图示实施例示出了N＝3的例子)，每个开关器件103(i)可以通过例如自适应调节模块来调整表征开关器件103(i)的工作限流值ICC的限流阈值电压Vth与该系统限流电压值VSYSLIM同向变化并且与所述IMON引脚处的电压信号VMON反向变化以实现调节该开关器件103(i)的工作限流值ICC与该系统总电流限流值ISYSLIM同向变化并且与所述IMON引脚处的电压信号VMON反向变化。在一个实施例中，该限流阈值电压Vth与该开关器件103(i)的工作限流值ICC成正比，并且具有所述设定的第一比例系数K1，即：Vth＝K1*ICC。在一个实施例中，开关器件103(i)可以自适应调节该限流阈值电压Vth以使其满足：Vth＝K2*VSYSLIM-K3*VMON，其中K2为所述设定的第二比例系数且大于零，K3为所述设定的第三比例系数且大于零。
在一个实施例中，如图6例子所示，对于每一个i＝1、2、3(可扩展至i取值从1到N的情形，N为正整数，图示实施例示出了N＝3的例子)，每个开关器件103(i)的ILIM引脚可以不从控制器101的ILIM(i)接收限流参考信号，而可以通过在开关器件103(i)的ILIM引脚耦接例如第i阻性元件Rlim(i)来设定或调节开关器件103(i)的最大工作限流值ICCmax。为简明起见，该阻性元件Rlim(i)的阻值也用Rlim(i)表示。虽然图6示意的例子基于图5的电路架构对开关器件103(i)的ILIM引脚的连接进行了修改，本领域的技术人员应该理解，该种修改可以适用于本公开其它实施例，此处无需赘述。在一个实施例中，采用具有第二设定电流值Iint2(例如在一个例子中该第二设定电流值可以是10μA)的内部电流源(所谓内部指位于第i个开关器件103(i)内部)驱动开关器件103(i)的ILIM引脚，则Iint2*Rlim(i)便定义了表征开关器件103(i)的最大工作限流值ICCmax的最大工作限流电压值VLIM(i)。
根据本公开的一个实施例，参考图1至图6示意的例子，对于每一个i＝1、2、3(可扩展至i取值从1到N的情形，N为正整数，图示实施例示出了N＝3的例子)，开关器件103(i)还可以进一步包括优先级引脚PRI，用于设定开关器件103(i)在系统100发生过流(或者N个开关器件103(i)，i＝1、2、……、N的总输出电流或流过该N个开关器件103(i)的功率开关的开关电流的总和达到所述系统总电流限流值ISYSLIM)时的关断顺序/关断优先级。
例如，在一个实施例中，可以将系统100发生过流时关断优先级为第一个被关断的那个开关器件(图1至图6的例子中示意为开关器件103(1))的PRI引脚耦接至第一设定电位P(1)(比如图1至图6的例子中示意为P(1)可以为参考地GND电位)，则相当于设定了该开关器件(例如图1至图6中示意的开关器件103(1))具有第一关断优先级。若系统100发生过流，则具有第一关断优先级的(即PRI引脚耦接至该第一设定电位P(1)的)那个开关器件(图1至图6的例子中示意为开关器件103(1))第一个被关断，同时该第一关断优先级的开关器件(例如开关器件103(1))响应于其关断将其FAULT引脚(即故障指示引脚)的电位设置在第二设定电位P(2)，该第二设定电位P(2)可以与所述第一设定电位P(1)相同或者不同(图1至图6的实施例中可以将所述第一设定电位P(1)和所述第二设定电位P(2)均设定为参考地GND电位)。该具有第一关断优先级的开关器件(比如图1至图6的实施例中示意的开关器件103(1))的FAULT引脚耦接至关断顺序/关断优先级为第二个被关断的开关器件(图1至图6的例子中为便于理解示意为开关器件103(2))的PRI引脚，从而将所述第二设定电位P(2)传给该第二关断优先级的开关器件(例如开关器件103(2))的PRI引脚，则相当于所述具有第一关断优先级的开关器件(例如开关器件103(1))在被关断后将关断优先权传给了该第二关断优先级的开关器件(例如开关器件103(2))。也可以理解为通过将第一关断优先级的开关器件(例如开关器件103(1))的FAULT引脚与第二关断优先级的开关器件(例如开关器件103(2))的PRI引脚进行耦接从而构建第一关断优先级的开关器件(例如开关器件103(1))与第二关断优先级的开关器件(例如开关器件103(2))之间的关断优先权握手，以在第一关断优先级的开关器件(例如开关器件103(1))被关断时将关断优先权传递给该第二关断优先级的开关器件(例如开关器件103(2))。
那么，继第一关断优先级的开关器件(例如开关器件103(1))被关断后，若系统100仍过流或者又发生过流(即：N个开关器件103(i)，i＝1、2、……、N中未关断的那些开关器件的总输出电流或开关电流的总和达到所述系统总电流限流值ISYSLIM)，则PRI引脚具有所述第二设定电位P(2)的那个开关器件(即：被设定为第二关断优先级的开关器件，例如开关器件103(2))将被关断。也就是说该第二关断优先级的开关器件相对于第一关断优先级的开关器件的关断顺序要晚一个或者说关断优先级要低一级。该第二关断优先级的开关器件(即相对于关断顺序为第一的那个开关器件其关断顺序为第二的开关器件，例如开关器件103(2))响应于其关断将其FAULT引脚(即故障指示引脚)的电位设置在第三设定电位P(3)，该第三设定电位P(3)可以与所述第一设定电位P(1)和/或所述第二设定电位P(2)相同或者不同(图1至图6的实施例中可以将所述第一设定电位P(1)、所述第二设定电位P(2)和所述第三设定电位P(3)均设定为参考地GND电位)。该第二关断优先级的开关器件(比如比如图1至图6的实施例中示意的开关器件103(2))的FAULT引脚耦接至关断顺序/关断优先级为第三个被关断的开关器件(图1至图6的例子中为便于理解示意为开关器件103(3))的PRI引脚从而将所述第三设定电位传给该第三个被关断的开关器件(例如开关器件103(3))的PRI引脚，从而将所述第三设定电位P(3)传给该第三关断优先级的开关器件(例如开关器件103(3))的PRI引脚，则相当于所述具有第二关断优先级的开关器件(例如开关器件103(2))在被关断后将关断优先权传给了该第三关断优先级的开关器件(例如开关器件103(3))。也可以理解为通过将第二关断优先级的开关器件(例如开关器件103(2))的FAULT引脚与第三关断优先级的开关器件(例如开关器件103(3))的PRI引脚进行耦接从而构建第二关断优先级的开关器件(例如开关器件103(2))与第三关断优先级的开关器件(例如开关器件103(3))之间的关断优先权握手，以在第二关断优先级的开关器件(例如开关器件103(2))被关断时将关断优先权传递给该第三关断优先级的开关器件(例如开关器件103(3))。
以此类推，本领域的技术人员应该理解可以扩展至系统100包括N个开关器件103(i)的情形，其中i取值从1到N，N为正整数。将系统100发生过流时关断优先级为第一个被关断(简称第1关断优先级)的那个开关器件的PRI引脚耦接至第一设定电位P(1)(比如图1至图6的例子中示意为P(1)可以为参考地GND电位)。若系统100发生过流，则该第1关断优先级的开关器件第一个被关断，同时该第1关断优先级的开关器件响应于其关断将其FAULT引脚(即故障指示引脚)的电位设置在第二设定电位P(2)，该第二设定电位P(2)可以与所述第一设定电位P(1)相同或者不同(例如可以将所述第一设定电位P(1)和所述第二设定电位P(2)均设定为参考地GND电位)。对于每一个j＝2、……、N，将关断优先级为第j个被关断(简称第j关断优先级)的开关器件的PRI引脚耦接至关断优先级为第(j-1)个被关断(简称第j-1关断优先级)的开关器件的FAULT引脚，该第j关断优先级的开关器件响应于其自身的关断将其FAULT引脚(即故障指示引脚)的电位设置在第(j+1)设定电位P(j+1)。因而系统100可以包括N个设定电位P(j),其中j取值从1到N，该N个设定电位P(j)可以相同或者不同。也可以理解为通过将第j关断优先级的开关器件的FAULT引脚与第(j+1)关断优先级的开关器件的PRI引脚进行耦接从而构建第j关断优先级的开关器件与第(j+1)关断优先级的开关器件之间的关断优先权握手，以在第j关断优先级的开关器件被关断时将关断优先权传递给该第(j+1)关断优先级的开关器件,其中j取值从1到N。
本公开提供单晶片集成电路开关器件及包括单晶片集成电路开关器件的系统的限流和系统过流时的关断优先级设定，虽然详细介绍了本发明的一些实施例，然而应该理解，这些实施例仅用于示例性的说明，并不用于限定本发明的范围。其它可行的选择性实施例可以通过阅读本公开被本技术领域的普通技术人员所了解。

Claims (25)

1.一种智能开关系统，包括：
N个单晶片集成电路开关器件，其中N为正整数；
对于每一个i从1到N，该N个单晶片集成电路开关器件中的第i个单晶片集成电路开关器件包含第一引脚、第二引脚、电流指示引脚、系统限流设定引脚和第i功率开关；其中
该第i功率开关用于在导通时将该第i个单晶片集成电路开关器件的第一引脚耦接至该第i个单晶片集成电路开关器件的第二引脚；
该第i个单晶片集成电路开关器件的系统限流设定引脚，用于获取或设定所述系统的系统总电流限流值ISYSLIM；
该第i个单晶片集成电路开关器件根据其电流指示引脚处接收的系统总输出电流表征信号和系统限流设定引脚处获取或设定的系统总电流限流值ISYSLIM自适应调节该第i个单晶片集成电路开关器件的工作限流值ICC，其中所述系统总输出电流表征信号表征该系统的实时总输出电流。
2.如权利要求1所述的智能开关系统，其中：
所述第i个单晶片集成电路开关器件的电流指示引脚输出表征流过该第i功率开关的开关电流的电流采样信号。
3.如权利要求1所述的智能开关系统，其中：
所述第i个单晶片集成电路开关器件的电流指示引脚耦接用于电流监测的阻性器件。
4.如权利要求1所述的智能开关系统，其中第i个单晶片集成电路开关器件自适应地将该第i个单晶片集成电路开关器件的工作限流值ICC设置为与该系统总电流限流值ISYSLIM同向变化并且与该第i个单晶片集成电路开关器件的电流指示引脚处的系统总输出电流表征信号反向变化。
5.如权利要求1所述的智能开关系统，其中，所述第i个单晶片集成电路开关器件的系统限流设定引脚接收系统限流信号以设定所述系统总电流限流值ISYSLIM。
6.如权利要求5所述的智能开关系统，其中所述系统限流信号是电压信号，具有表征所述系统总电流限流值ISYSLIM的系统限流电压值VSYSLIM。
7.如权利要求5所述的智能开关系统，其中所述系统限流信号是电流信号且具有所述系统总电流限流值ISYSLIM，该第i个单晶片集成电路开关器件的系统限流设定引脚耦接具有阻值Rsyslim的阻性器件以将所述系统限流信号转换为电压信号，该电压信号具有表征系统总电流限流值ISYSLIM的系统限流电压值VSYSLIM，且VSYSLIM＝ISYSLIM*Rsyslim。
8.如权利要求1所述的智能开关系统，其中，所述第i个单晶片集成电路开关器件的系统限流设定引脚耦接具有阻值Rsyslim的阻性器件，采用具有第一设定电流值Iint1的内部电流源驱动该第i个单晶片集成电路开关器件的系统限流设定引脚，则定义了表征系统总电流限流值ISYSLIM的系统限流电压值VSYSLIM＝Iint1*Rsyslim。
9.如权利要求6或7或8所述的智能开关系统，其中所述第i个单晶片集成电路开关器件包括自适应调节模块用于调整表征该第i个单晶片集成电路开关器件的工作限流值ICC的限流阈值电压Vth与该系统限流电压值VSYSLIM同向变化并且与第i个单晶片集成电路开关器件的电流指示引脚处的系统总输出电流表征信号反向变化。
10.如权利要求9所述的智能开关系统，其中所述限流阈值电压Vth与该第i个单晶片集成电路开关器件的工作限流值ICC成正比，并且具有设定的第一比例系数K1，其中该第一比例系数K1大于零。
11.如权利要求10所述的智能开关系统，其中所述系统总输出电流表征信号是电压信号VMON，所述自适应调节模块用于调节该限流阈值电压Vth以使其满足：Vth＝K2*VSYSLIM-K3*VMON，其中K2为设定的第二比例系数且大于零，K3为设定的第三比例系数且大于零。
12.如权利要求5所述的智能开关系统，其中所述系统限流信号是电流信号且具有所述系统总电流限流值ISYSLIM，所述系统总输出电流表征信号是电压信号VMON，所述第i个单晶片集成电路开关器件包括自适应调节模块用于调整该第i个单晶片集成电路开关器件的工作限流值ICC以使其满足：ICC＝K4*ISYSLIM-K5*VMON，其中K4为设定的第四比例系数且大于零，K5为设定的第五比例系数且大于零。
13.如权利要求5所述的智能开关系统，其中所述系统限流信号是电流信号且具有所述系统总电流限流值ISYSLIM，该N个单晶片集成电路开关器件的系统限流设定引脚均耦接至控制器的单个引脚，或者该N个单晶片集成电路开关器件的系统限流设定引脚分别一一对应地耦接至控制器的N个引脚。
14.如权利要求4所述的智能开关系统，其中，所述第i个单晶片集成电路开关器件的工作限流值达到其最大工作限流值时，该第i个单晶片集成电路开关器件的工作限流值将不再继续增大。
15.如权利要求14所述的智能开关系统，其中，所述第i个单晶片集成电路开关器件进一步包括开关限流设定引脚，用于接收或设定该第i个单晶片集成电路开关器件的最大工作限流值。
16.如权利要求15所述的智能开关系统，其中所述第i个单晶片集成电路开关器件的开关限流设定引脚耦接至控制器以接收限流参考信号从而设定该第i个单晶片集成电路开关器件的最大工作限流值。
17.如权利要求15所述的智能开关系统，其中所述第i个单晶片集成电路开关器件的开关限流设定引脚耦接至第i阻性元件。
18.如权利要求17所述的智能开关系统，其中采用具有第二设定电流值Iint2的内部电流源驱动该第i个单晶片集成电路开关器件的开关限流设定引脚。
19.如权利要求1所述的智能开关系统，其中，对于每一个i从1到N，第i个单晶片集成电路开关器件进一步包括：
优先级引脚，用于设定第i个单晶片集成电路开关器件在系统发生过流时的关断优先级。
20.如权利要求19所述的智能开关系统，其中，系统发生过流指所述N个单晶片集成电路开关器件中未关断的那些开关器件的总输出电流或流过未关断的那些开关器件的功率开关的开关电流的总和达到所述系统总电流限流值ISYSLIM。
21.如权利要求19所述的智能开关系统，其中，对于每一个i从1到N，第i个单晶片集成电路开关器件进一步包括：
故障指示引脚，用于指示系统故障。
22.如权利要求21所述的智能开关系统，其中，将系统发生过流时关断优先级为第1关断优先级的单晶片集成电路开关器件的优先级引脚耦接至第一设定电位。
23.如权利要求21所述的智能开关系统，其中，若系统发生过流，则该第1关断优先级的单晶片集成电路开关器件第一个被关断，同时该第1关断优先级的单晶片集成电路开关器件响应于其自身关断将其故障指示引脚的电位设置在第二设定电位。
24.如权利要求23所述的智能开关系统，其中，对于每一个j从2到N，将关断优先级为第j关断优先级的单晶片集成电路开关器件的优先级引脚耦接至关断优先级为第(j-1)关断优先级的单晶片集成电路开关器件的故障指示引脚，该第j关断优先级的单晶片集成电路开关器件响应于其自身的关断将故障指示引脚的电位设置在第(j+1)设定电位。
25.如权利要求24所述的智能开关系统，其中所述第一设定电位至第N设定电位相同或者不同或者其中的几个相同。
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