CN116707501B - 智能电子开关、集成电路芯片、芯片产品和汽车 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种智能电子开关、集成电路芯片、芯片产品和汽车，涉及智能半导体技术领域。其中，该智能电子开关用于对负载短路进行处理，智能电子开关通过将短路检测电路连接在负载输出端，短路检测电路用于检测负载是否短路，并在确定负载短路时发出短路信号以触发温度保护电路工作，从而使得温度保护电路在功率开关的温度高于预设阈值温度时输出调整信号，以使控制电路调整输出给功率开关的控制端的控制信号，从而控制流过功率开关的电流，而且，当功率开关的温度高于预设阈值温度且其温度升高时，智能电子开关会控制流过功率开关的电流减小，从而在负载短路时实现了保护功率开关的目的。

Description

智能电子开关、集成电路芯片、芯片产品和汽车
技术领域
本申请涉及智能半导体开关技术领域，尤其涉及一种智能电子开关、集成电路芯片、芯片产品和汽车。
背景技术
智能电子开关通常用于将负载与电池进行耦合，是一种控制负载线路通断的电子元件，在汽车电子、工业自动化、医疗设备等领域被广泛应用，由于其连接的负载类型多样且工作环境苛刻，因而，在实际应用中，对智能电子开关的可靠性要求比较高，其中，智能电子开关的短路保护是可靠性要求中的重要一项。
现有技术中，智能电子开关的短路保护是指在负载发生短路时可以控制智能电子开关中功率开关关断截止，以防止功率开关的温度过高而损坏。具体的，可以将功率开关的输出短路电流设置成一个可控的固定值，这样，若与功率开关连接的负载发生短路且功率开关开启时，功率开关上的输出电流会瞬间变为输出短路电流，致使功率开关上承受的瞬时功率变大，这时很容易出现由于功率开关的温度过高而触发温度保护机制对功率开关关断截止，并且在温度降低到设置的过温保护阈值以下时，再控制功率开关开启导通，从而有效避免了功率开关管被烧坏的风险。
然而，在实际应用中，与功率开关连接的负载可以是一个大的容性负载，这样在功率开关为容性负载充电时，容易出现功率开关过热而触发过温保护机制以关断功率开关，然后在温度降低到过温保护阈值以下再次开启功率开关的现象，这种现象会持续到容性负载的电压被充到足够高为止，这种在高温下功率开关被反复开启和关断的现象，会致使功率开关的可靠性退化、使用寿命缩短。
发明内容
本申请提供一种智能电子开关、集成电路芯片、芯片产品和汽车，用以解决智能电子开关中功率开关的可靠性低、使用寿命短的问题。
第一方面，本申请提供一种智能电子开关，用于对负载短路进行处理，所述智能电子开关包括：电源供电端、电源接地端、负载输出端、功率开关、短路检测电路、温度保护电路和控制电路；
其中，所述电源供电端用于与电池的正极连接，所述电源接地端用于与电池的负极连接，所述负载输出端用于与负载连接；
所述功率开关用于与负载串联，其第一端与电源供电端或电源接地端连接，其第二端与负载输出端连接，其控制端与所述控制电路连接，所述控制电路用于控制所述功率开关开启导通或关断截止；
所述短路检测电路的第一端与所述负载输出端连接，所述短路检测电路的第二端与所述温度保护电路连接，所述温度保护电路还与所述控制电路连接；
所述短路检测电路用于在检测到所述负载短路时输出短路信号，所述温度保护电路在接收到所述短路信号时工作，所述温度保护电路在所述功率开关的温度高于预设阈值温度时输出调整信号，所述控制电路基于所述调整信号调整输出给所述功率开关的控制端的控制信号，以控制流过所述功率开关的电流，其中，当所述功率开关的温度高于预设阈值温度且其温度升高时，所述智能电子开关控制流过所述功率开关的电流减小。
在第一方面的一种可能设计中，所述控制电路包括驱动单元，所述温度保护电路与所述驱动单元连接，所述驱动单元还与所述功率开关的控制端连接；
所述驱动单元接收所述温度保护电路输出的调整信号，并基于所述调整信号调整输出给所述功率开关的控制端的控制信号。
作为另一种示例，所述控制电路包括驱动单元和电压钳位单元，所述驱动单元的输出端与所述功率开关的控制端连接，所述电压钳位单元的第一端与所述温度保护电路连接，所述电压钳位单元的第二端与所述驱动单元的输出端连接；
所述驱动单元输出开启驱动信号且所述电压钳位单元基于所述调整信号对所述驱动单元输出的开启驱动信号进行调整，以调整输出至所述功率开关控制端的控制信号。
在第一方面的另一种可能设计中，所述温度保护电路包括温度检测单元和运算放大器；
所述温度检测单元邻近所述功率开关设置或者嵌入所述功率开关中，以用于检测所述功率开关的温度，所述温度检测单元与所述运算放大器的第一输入端连接，所述运算放大器的第二输入端用于接入预设的第一参考电压，所述运算放大器的使能端与所述短路检测电路连接，所述运算放大器的输出端与所述控制电路连接；
所述温度检测单元还用于输出第一电压，所述第一电压用于表征所述功率开关的温度，所述短路信号为使能信号，所述运算放大器在接收到所述短路信号时进入使能状态，所述运算放大器在使能状态下对所述第一电压和所述第一参考电压进行比较；
若所述温度与所述第一电压成反比，所述运算放大器在所述第一电压小于所述第一参考电压时输出所述调整信号，或者，若所述温度与所述第一电压成正比，所述运算放大器在所述第一电压大于所述第一参考电压时输出所述调整信号，所述调整信号的大小与所述第一参考电压和所述第一电压的差值大小呈正比/比例。
可选的，所述温度检测单元的数量有多个，所述温度保护电路还包括电压选择器，多个所述温度检测单元分别与所述电压选择器连接，所述电压选择器还与所述运算放大器的第一输入端连接；
多个所述温度检测单元均匀分布在所述功率开关的周围和/或嵌入在所述功率开关中，多个所述温度检测单元分别用于检测所述功率开关的温度并输出多个检测电压，所述电压选择器用于从多个所述检测电压中选择目标电压并将所述目标电压输出至所述运算放大器的第一输入端。
在第一方面的再一种可能设计中，所述短路检测电路包括第一电压比较器；
所述第一电压比较器的第一输入端与所述负载输出端连接，所述第一电压比较器的第二输入端用于接入预设的第二参考电压，所述第一电压比较器的输出端与所述温度保护电路连接；
所述第一电压比较器用于通过所述负载输出端采集所述功率开关的输出电压，并将所述输出电压和第二参考电压进行比较；
若所述功率开关连接在所述电源供电端和所述负载之间，所述第一电压比较器在所述输出电压小于所述第二参考电压时输出短路信号；或者，若所述功率开关连接在所述负载和所述电源接地端之间，所述第一电压比较器在所述输出电压大于所述第二参考电压时输出短路信号。
作为另一种示例，所述短路检测电路包括电流采集单元和第二电压比较器，所述电流采集单元包括串联连接的第一开关管和第一元件，所述第一开关管和所述第一元件的连接点为所述第一开关管的输出端；
所述第一开关管的第一端与所述功率开关的第一端连接，所述第一开关管的第二端与所述第一元件连接，所述第一开关管的控制端与所述功率开关的控制端连接，所述第一开关管的输出端与所述第二电压比较器的第一输入端连接，所述第二电压比较器的第二输入端用于接入预设的第三参考电压，所述第二电压比较器的输出端与所述温度保护电路连接；
所述第一开关管的输出电流与所述功率开关的输出电流呈镜像，且第一开关管的输出电流小于所述功率开关的输出电流，所述电流采集单元采集第一开关管的输出电流以输出第一镜像电压，所述第二电压比较器用于将所述第一镜像电压和所述第三参考电压进行比较；
若所述功率开关连接在所述电源供电端和所述负载之间，所述第二电压比较器在所述第一镜像电压小于所述第三参考电压时输出短路信号；或者，若所述功率开关连接在所述负载和所述电源接地端之间，所述第二电压比较器在所述第一镜像电压大于所述第三参考电压时输出短路信号。
作为再一种示例，所述短路检测电路还包括电流采集单元、电流源和逻辑单元，所述电流采集单元包括第一开关管、第二开关管和第三开关管，所述第一开关管的控制端与所述功率开关的控制端连接，所述第一开关管和所述第二开关管串联连接，所述第二开关管的控制端连接所述第三开关管的控制端，所述第三开关管的输出端通过所述电流源与电源供电端或电源接地端连接，所述第三开关管的输出端还与所述逻辑单元连接，所述逻辑单元还与所述温度保护电路连接；
所述第一开关管输出的第一镜像电流与所述功率开关的输出电流呈镜像，且第一开关管的输出的第一镜像电流小于所述功率开关的输出电流，所述第二开关管的输出电流与所述第一开关管的第一镜像电流相等，所述第三开关管输出的第二镜像电流与所述第二开关管的输出电流呈镜像；
所述逻辑单元在所述第二镜像电流大于所述电流源的电流时输出短路信号，以使所述温度保护电路工作。
在第一方面的又一种可能设计中，所述功率开关为NMOS管、PMOS管、JFET或者IGBT，和/或，所述功率开关被实施为硅器件、碳化硅、砷化镓或者氮化镓。
第二方面，本申请提供一种集成电路芯片，包括如第一方面任一可能设计所述的智能电子开关，其中，所述电源供电端为电源供电引脚，所述电源接地端为电源接地引脚，所述负载输出端为负载输出引脚。
第三方面，本申请提供一种芯片产品，包括如第一方面任一可能设计所述的智能电子开关，其中，所述智能电子开关除功率开关、温度保护电路的部分元件之外的元件位于第一集成电路芯片上，所述功率开关、所述温度保护电路的部分元件位于第二集成电路芯片上；
其中，所述电源供电端为电源供电引脚，所述电源接地端为电源接地引脚，所述负载输出端为负载输出引脚，所述电源供电引脚、电源接地引脚位于第一集成电路芯片上，所述负载输出引脚位于第二集成电路芯片上。
第四方面，本申请提供一种汽车，包括如第一方面任一可能设计所述智能电子开关，或者，如第二方面所述的集成电路芯片，或者，如第三方面所述的芯片产品；
还包括电池、负载和微处理器，其中，所述电池的正极与电源供电端连接，所述电池的负极与所述电源接地端连接，所述负载的一端与所述负载输出端连接，所述负载的另一端与所述电源接地端或者所述电源供电端连接，所述微处理器与所述智能电子开关连接。
可选的，所述汽车为电动汽车、混动汽车或者燃油汽车，所述负载包括电阻性负载、电感性负载和电容性负载至少其中之一。
本申请提供的智能电子开关、集成电路芯片、芯片产品和汽车，智能电子开关通过将短路检测电路连接在负载输出端，短路检测电路用于检测负载是否短路，并在确定负载短路时发出短路信号以触发温度保护电路工作，从而使得温度保护电路在功率开关的温度高于预设阈值温度时输出调整信号，以使控制电路调整输出给功率开关的控制端的控制信号，从而控制流过功率开关的电流，而且，当功率开关的温度高于预设阈值温度且其温度升高时，智能电子开关会控制流过功率开关的电流减小，无需配置功率开关的输出短路电流，既避免了增设外置电阻存在的成本高、可靠性低的问题，也在避免了配置固定的输出短路电流时存在的功率开关会反复开启关断(因为过温保护而关断)的问题，实现了保护功率开关的目的。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1A是本申请第一实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的一种电路模块示意图；
图1B是本申请第一实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的另一种电路模块示意图；
图1C是功率开关上的输出电流的曲线示意图；
图2A和图2B是本申请第二实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的一些电路模块示意图；
图2C是本申请第二实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的另一种电路模块示意图；
图3A是本申请第三实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的一种电路模块示意图；
图3B是本申请第三实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的另一种电路模块示意图；
图4A是本申请第四实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的一种电路模块示意图；
图4B和图4C是本申请第四实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的另一些电路模块示意图；
图4D和图4E是本申请第四实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的再一些电路模块示意图。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请说明书、权利要求书和附图中出现的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同的对象，而并非用于描述特定的顺序。本申请的电连接包含直接电连接和间接电连接，间接电连接是指电连接的两个元器件之间还可以存在其他电子元器件、引脚等。本申请提到的XX端可能是实际存在的端子，也可能不是实际存在的端子，例如仅仅为元器件的一端或者导线的一端。本申请提到的“和/或”包含三种情况，例如，A和/或B包含A、B、A和B这三种情况。
近些年来，随着汽车市场的茁壮成长，尤其是电动汽车市场的爆发，例如电动乘用车市场、电动商务车市场，对汽车电子元器件的需求越来越多。汽车里面需求比较多的电子元器件为继电器，用于导通或者断开某条负载线路。然而，继电器本身具有一些缺点，例如开、关延迟时间较长，继电器本身昂贵、体积较大。因而，随着半导体技术的发展，研发成功了智能电子开关，用于替代传统的继电器，智能电子开关通常用于将负载与电池进行耦合，其具有一个或多个诊断能力和保护特征，例如对抗过温、过载和短路事件。例如，在智能电子开关中具有功率开关，这样，在过温、过载或短路等情形中，功率开关会被关断截止，使得电池与负载之间的通路断开。
可理解，在实际应用中，智能电子开关的负载类型多样(比如，电感、电容、电阻或者这三者的组合)且工作环境苛刻，故应用端对其可靠性的要求会特别高。
其中，智能电子开关的短路保护是可靠性需求中比较重要的一项，当与功率开关连接的负载短路且功率开关开启导通时，会有不可控制的电流从电池经过功率开关到地，这时可能会出现由于功率开关上流过的电流过大导致功率开关上承受的瞬时短路功率过大，进而导致功率开关被烧毁的问题。
相关技术中，为了避免功率开关被烧毁，可以针对功率开关的输出短路电流进行设置，将其设计成一个可控的固定值，或者，通过外置电阻的方式配置功率开关的输出短路电流。
其中，在将功率开关的输出短路电流设置成可控固定值的方式中，针对功率开关连接容性负载的情况，当功率开关开启时，其输出端近似为短接到地或者短接到电源供电端，则在功率开关为电容充电的过程中，可能出现功率开关在过温保护阈值附近被反复的开启和关断的现象，进而导致功率开关的可靠性退化，使用寿命缩短，详见背景技术中的记载。
通过外置电阻的方式配置功率开关的输出短路电流的方式，虽然可以配置很小的输出短路电流，避免其在负载短路状态下触发过温保护功能，但是增设外设电阻增加了额外的成本及增加了额外的可靠性风险(例如，外置电阻自身失效、短路、开路等问题均需要额外进行处理)。
因此，针对上述技术问题，本申请的发明人经过长期研究，提出了一种新的技术构思，用于在负载短路时保护功率开关不被损坏，即，在确定负载短路时，调节功率开关上流过的电流大小，使得功率开关的发热量和散热量达到平衡状态，从而使功率开关上流过的电流趋于稳定，降低了功率开关被损坏的风险。
基于上述技术构思，本申请实施例提供了一种智能电子开关，既无需使用外置电阻配置输出短路电流，解决了成本高、可靠性风险大的问题，也无需将功率开关的输出短路电流配置成固定值，解决了负载短路时功率开关容易反复开启关断(因为过温保护而关断)的问题。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
本实施例提供了一种对负载短路进行处理的智能电子开关，图1A是本申请第一实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的一种电路模块示意图；图1B是本申请第一实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的另一种电路模块示意图。如图1A和图1B所示，该智能电子开关20可以包括电源供电端VBAT、电源接地端GND、负载输出端OUT、功率开关Q1、短路检测电路21、温度保护电路22和控制电路23。其中，电源供电端VBAT用于与电池10的正极连接，电源接地端GND用于与电池10的负极连接，负载输出端OUT用于与负载30连接。
在本实施例中，功率开关Q1用于与负载30串联，其第一端与电源供电端VBAT或电源接地端GND连接，其第二端与负载输出端OUT连接，其控制端g与控制电路23连接，该控制电路23用于控制功率开关Q1开启导通或关断截止。在一种可能的设计中，在图1A中，功率开关Q1的第一端与电源供电端VBAT连接，此时，该功率开关Q1被连接为高侧开关，这是连接在电源供电端VBAT与负载30之间的开关。在另一种可能的设计中，在图1B中，功率开关Q1的第一端与电源接地端GND连接，此时，该功率开关Q1被连接为低侧开关，这是连接在电源接地端GND与负载30之间的开关。
继续参照图1A和图1B所示，短路检测电路21的第一端与负载输出端OUT连接，短路检测电路21的第二端与温度保护电路22连接，该温度保护电路22还与控制电路23连接。
其中，短路检测电路21用于在检测到负载30短路时输出短路信号O_det，温度保护电路22在接收到该短路信号O_det时工作，温度保护电路22在功率开关Q1的温度高于预设阈值温度时输出调整信号Adj，控制电路23基于该调整信号Adj调整输出给功率开关Q1的控制端的控制信号，以控制流过功率开关Q1的电流，在本实施例中，当功率开关Q1的温度高于预设阈值温度且其温度升高时，智能电子开关20可以控制流过功率开关Q1的电流减小。
可选的，在本实施例中，当功率开关Q1被连接为高侧开关时，参见图1A所示，当负载30短路时，若功率开关Q1开启，则该功率开关Q1的输出端近似为短接到地，这时功率开关Q1上流过的电流相比负载30未短路时会大很多，相应的，负载输出端OUT的电压会接近电池负极的电压或负载输出端OUT处流过的电流较大；类似的，当功率开关Q1被连接为低侧开关时，参见图1B所示，当负载30短路时，若功率开关Q1开启，则该功率开关Q1的输出端近似短接到电池10的正极，这时功率开关Q1上流过的电流相比负载30未短路时也会大很多，相应的，负载输出端OUT的电压会接近电池正极的电压或负载输出端OUT处流过的电流较大，因而，不管功率开关Q1被连接为高侧开关，还是功率开关Q1被连接为低侧开关，短路检测电路21均可以通过检测负载输出端OUT的电压或电流以判断负载30是否短路，进而确定是否触发温度保护电路22工作。
示例性的，短路检测电路21在确定负载30短路时可以输出短路信号O_det，以触发温度保护电路22工作，这样，温度保护电路22便可以在功率开关Q1的温度高于预设阈值温度时输出调整信号Adj，以便控制电路23基于该调整信号Adj调整输出至功率开关Q1的控制信号大小，从而调整功率开关Q1的开启程度，调整功率开关Q1上流过的电流大小，进而调整功率开关Q1的发热量。
可理解，在本实施例中，当功率开关Q1在负载30短路状态下开启时，功率开关Q1的输出电流(即，输出短路电流)会被短路检测电路21、温度保护电路22和控制电路23形成的闭环机制控制，并使得功率开关Q1的输出电流稳定到一定的值，实现动态平衡。在该动态平衡中，如果功率开关Q1控制端g的电压固定，则其输出电流会固定，同时功率开关Q1的发热功率也会平稳，以使功率开关Q1的发热量和功率开关Q1的散热量达到动态平衡状态，从而使功率开关Q1的温度趋于稳定。
示例性的，图1C是功率开关上的输出电流的曲线示意图。如图1C所示，当负载30短路时，若在时刻t1，功率开关Q1突然开启导通，则其输出电流会突变为电流Io1，随着智能电子开关20的系统响应以及短路检测电路21、温度保护电路22和控制电路23形成的闭环机制控制，功率开关Q1上的输出电流逐渐减小，例如，从电流Io1降为电流Io2，并在时刻t2最终稳定到电流Io3附近，这时，功率开关Q1的温度也会进入平衡状态，功率开关Q1的发热量和散热量达到动态平衡等。
可选的，在本实施例中，功率开关Q1可以为N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(N Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，NMOS FET，简称NMOS管)、PMOS管、结型场效应晶体管(Junction Field Effect Transistor，简称JFET)或者绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)等，图示中以N型MOS管为例进行说明。而在本实施例的另一种可能设计中，功率开关Q1也可以被实施为硅器件，或者可以使用其他半导体材料来实施，例如，碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)或者氮化镓(GaN)等，本申请实施例并不对功率开关Q1的表现形式进行限定。另外，当功率开关为NMOS管或者PMOS管时，所述控制信号为电压信号，并且基于调整信号Adj对应得到控制信号对功率开关Q1进行控制时，功率开关Q1工作在饱和区。
可理解，在本实施例中，智能电子开关20调整流过功率开关Q1的电流大小主要是通过调整功率开关Q1的开启大小来实现，即，在电流调整的过程中，该功率开关Q1工作在恒流区(也称为饱和区)。
作为一种示例，当功率开关Q1为NMOS管时，若想降低流过功率开关Q1的电流大小，则通过控制电路使得输入至功率开关Q1的控制端的控制信号越小，使得功率开关Q1的开启程度变小，功率开关Q1上的电流变小；同理，作为另一种示例，当功率开关Q1为PMOS管时，若想降低流过功率开关Q1的电流大小，则通过控制电路使得输入至功率开关Q1的控制端的控制信号越大，使得功率开关Q1的开启程度变小，功率开关Q1上的电流变小。
本申请实施例提供的智能电子开关，通过将短路检测电路连接在负载输出端，这样短路检测电路可以检测负载是否短路，并在确定负载短路时发出短路信号以触发温度保护电路工作，从而使得温度保护电路在功率开关的温度高于预设阈值温度时输出调整信号，以使控制电路调整输出给功率开关的控制端的控制信号，从而控制流过功率开关的电流，而且，当功率开关的温度高于预设阈值温度且其温度升高时，智能电子开关会控制流过功率开关的电流减小，从而在不使用外置电阻配置输出短路电流和不配置功率开关的输出短路电流的情况下，也在负载短路时实现了保护功率开关不被损坏的目的。
可选的，电池10与电源供电端VBAT之间可以串联保险丝40，以防止线路上电流过大造成故障。电源接地端GND与电池10的负极之间可以设置其他元件，例如，设置并联连接的防反接二极管和限流电阻，以提高智能电子开关的稳定性。
可选的，在图1A和图1B所示的示意图中，未示出短路检测电路21、温度保护电路22和控制电路23等与供电单元的连接关系，但是在实际应用中，智能电子开关20的内部可以设置供电单元，内部的供电单元与电源供电端VBAT连接，以对电源供电端VBAT的电压进行降压，并提供给短路检测电路21、温度保护电路22和控制电路23以及其他电路。在其他的实施例中，智能电子开关20内部还可以不设置供电单元，这时电源供电端VBAT与电池10正极之间需要设置降压单元，以将输入到电源供电端VBAT处的电压降到智能电子开关20的额定工作电压，使得电源供电端VBAT处的电压可以直接为智能电子开关20内部的电路供电。
上述实施例对智能电子开关20进行了概括性的介绍，下述通过不同的实施例分别对智能电子开关20中的控制电路23、温度保护电路22和短路检测电路21的具体实现进行解释说明。
在一种可能的设计中，图2A和图2B是本申请第二实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的一些电路模块示意图。如图2A和图2B所示，在该可能设计中，控制电路23包括驱动单元，温度保护电路22与驱动单元连接，该驱动单元还与功率开关Q1的控制端连接；其中，驱动单元接收温度保护电路22输出的调整信号Adj，并基于该调整信号Adj调整输出给功率开关Q1的控制端的控制信号。
可选的，在该可能设计中，驱动单元至少具有输入端和输出端，其中，驱动单元的输入端与温度保护电路22的输出端连接，驱动单元的输出端与功率开关Q1的控制端连接，这样负载30未发生短路时，温度保护电路22不工作，驱动单元基于预设配置输出控制信号以使功率开关Q1开启导通或者关断截止；而在功率开关Q1开启导通且负载30发生短路时，温度保护电路22被触发开始工作，在功率开关Q1的温度高于预设阈值温度时，温度保护电路22输出调整信号Adj至驱动单元，驱动单元可以根据接收到的该调整信号Adj调整输出的控制信号大小至功率开关Q1的控制端，以调整功率开关Q1的开启大小，从而调整流过功率开关Q1的电流大小。
可选的，参照图2A所示，驱动单元可以包括第一元件23A、可变电流源23B和电压电流转换(V2I)单元23C，其中，第一元件23A和可变电流源23B串联连接，该第一元件23A的另一端连接内部的电荷泵(charge pump，CP)，该电荷泵CP的输出电压高于电源供电端VBAT的电压，可变电流源23B的另一端接负载输出端OUT，第一元件23A和可变电流源23B的连接点K1与功率开关Q1的控制端g连接，该可变电流源23B的控制端通过电压电流转换(V2I)单元23C与温度保护电路22连接。
在该示例中，第一元件23A可以通过电阻或电流源实现，温度保护电路22输出的调整信号(电压信号)经过V2I单元23C的处理转变为电流信号，该电流信号用于调整可变电流源23B的电流大小，从而使得连接点K1处的电压发生变化，致使输出至功率开关Q1的控制端的控制信号大小得到调整。
例如，当功率开关Q1为NMOS管时，若调整信号Adj越大，使得可变电流源23B的电流越大，使得连接点K1处的电压变小，输出至功率开关Q1的控制端的控制信号变小，使得功率开关Q1的开启程度变小，功率开关Q1上流过的电流变小。
可选的，参照图2B所示，驱动单元可以包括第一元件23A1、第二元件23A2、可变电流源23B、电压电流转换(V2I)单元23C以及开关管23D1和开关管23D2组成的镜像开关管(简称为电流镜)，其中，第一元件23A1和开关管23D1串联连接，第二元件23A2和开关管23D2串联连接，且开关管23D1的控制端和开关管23D2的控制端连接，可变电流源23B、开关管23D1和开关管23D2还均与内部的电荷泵(charge pump，CP)连接，该电荷泵CP的输出电压高于电源供电端VBAT的电压，第一元件23A1和第二元件23A2还均与负载输出端OUT连接；可变电流源23B并联在开关管23D1的两侧。
其中，第一元件23A1和第二元件23A2可以通过电阻或电流源实现，电流镜的开关管23D1和开关管23D2均是增强型的PMOS管或均是耗尽型的NMOS管或均是PNP型三极管等，其可以根据实际需求选用，此处不做赘述。
在该示例中，温度保护电路22输出的调整信号(电压信号)经过V2I单元23C的处理转变为电流信号，该电流信号用于调整可变电流源23B的电流大小，因而，当可变电流源23B上的电流变化时，开关管23D1和开关管23D2上的电流均得到调整，使得第二元件23A2和开关管23D2的连接点K2处的电压发生变化，致使输出至功率开关Q1的控制端的控制信号大小得到调整。
示例性的，在图2B中，以第一元件23A1和第二元件23A2为电流源，开关管23D1和开关管23D2均是增强型的PMOS管进行示例性说明。因而，在本实施例中，当功率开关Q1为NMOS管时，若调整信号Adj越大，使得可变电流源23B的电流越大，由于第一元件23A1上的电流不变，使得开关管23D1上的电流变小，该电流的镜像电流也相应的变小，即开关管23D2上电流变小，使得连接点K2处的电压变小，输出至功率开关Q1的控制端的控制信号变小，使得功率开关Q1的开启程度变小，功率开关Q1上流过的电流变小。
在该可能设计中，在负载30短路使得功率开关Q1的温度升高，致使温度保护电路22输出调整信号Adj时，该驱动单元可以基于该调整信号Adj调整输出至功率开关Q1的控制端的控制信号大小，进而控制功率开关Q1的开启程度，使得功率开关Q1上流过的电流变小、功耗变小、发热量变小，从而可以避免功率开关Q1由于过热导致损坏的问题。
在本实施例的另一种可能设计中，图2C是本申请第二实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的另一种电路模块示意图。如图2C所示，在本实施例的该示例中，控制电路23包括驱动单元231和电压钳位单元232，该驱动单元231的输出端与功率开关Q1的控制端连接，该电压钳位单元232的第一端与温度保护电路22连接，电压钳位单元232的第二端与驱动单元231的输出端连接。
其中，该驱动单元231输出开启驱动信号且该电压钳位单元232基于调整信号Adj对驱动单元231输出的开启驱动信号进行调整，以调整输出至功率开关Q1控制端的控制信号。
在该可能设计中，控制电路23包括驱动单元231和电压钳位电路232，该驱动单元231正常工作时，可以基于预设配置输出开启驱动信号。可选的，在负载30未发生短路时，温度保护电路22和电压钳位电路232不工作，此时，控制电路23输出至功率开关Q1的控制端的控制信号便为驱动单元231基于预设配置输出的开启驱动信号，以使功率开关Q1正常导通。
当负载30发生短路时，温度保护电路22开始工作，这时，由于功率开关Q1处的功率很大，会造成功率开关Q1的温度快速上升，当温度保护电路22在确定功率开关Q1的温度高于预设阈值温度时，便会输出调整信号Adj至电压钳位电路232，以使该电压钳位电路232基于该调整信号Adj的大小对驱动单元231输出的开启驱动信号进行下拉或补偿，使得控制电路23输出至功率开关Q1的控制信号得到调整，进而流过功率开关Q1的电流会减小，从而功率开关Q1上的功率会有一定程度的减小，使得功率开关Q的温度上升减慢，接着，温度保护电路22会继续改变调整信号Adj的大小，通过电压钳位电路232基于该调整信号Adj的大小对驱动单元231输出的开启驱动信号进行下拉或补偿，使得控制电路23输出至功率开关Q1的控制信号得到调整，进而流过功率开关Q1的电流会继续减小，使得功率开关Q1的温度上升更慢，经过前述方式多次运行调整，最终使得功率开关Q1的温度不再上升，此时功率开关Q1的发热量与功率开关Q1的散热量达到动态平衡状态。
可理解，与图2C中的驱动单元类似，图2C中的驱动单元231也与内部的电荷泵(charge pump，CP)连接，图中未示出，该电荷泵CP的输出电压高于电源供电端VBAT的电压，用于为驱动单元231供电。
可理解，在该可能设计中，驱动单元231本身输出的开启驱动信号不变，只是在负载30短路时，通过电压钳位电路232对该开启驱动信号进行调整，以改变输出至功率开关Q1的控制端的控制信号大小。
作为一种示例，当功率开关Q1为NMOS管时，电压钳位单元232还用于接地或负载输出端OUT，相应的，在负载30短路时，电压钳位电路232用于对驱动单元231输出的开启驱动信号进行下拉，使得输出至功率开关Q1的控制端的控制信号变小，从而使得功率开关Q1的开启程度变小，功率开关Q1上流过的电流变小。作为另一种示例，当功率开关Q1为PMOS管时，电压钳位单元232还用于接电源供电端VBAT，相应的，在负载30短路时，电压钳位电路232用于对驱动单元231输出的开启驱动信号进行补偿，以使得输出至功率开关Q1的控制端的控制信号变大，从而使得功率开关Q1的开启程度变小，功率开关Q1上流过的电流变小。
示例性的，电压钳位电路232可以通过开关管或齐纳管等半导体元件实现，也可以通过开关管或齐纳管等半导体元件和电阻串联实现，还可以通过开关管或齐纳管等半导体元件与电流源串联实现。例如，在图2C中，电压钳位电路232可以通过NMOS管P3实现，具体的，NMOS管P3的漏极D与功率开关Q1的控制端(栅极GATE)连接，NMOS管P3的源极S接地，NMOS管P3的栅极G与温度保护电路22的输出端连接。这样，温度保护电路22输出的调整信号可以控制NMOS管P3的开断以及开启大小，从而调整驱动单元231输出至功率开关Q1的控制端的控制信号大小。
可理解，在实际应用中，电压钳位电路232还可以通过反相器和PMOS管串联实现，例如，反相器连接在温度保护电路与PMOS管的栅极之间，在调整信号取反后传输至PMOS管的栅极，从而控制PMOS管开断和开启大小，进而调整驱动单元231输出至功率开关Q1的控制端的控制信号大小。
可选的，电压钳位电路232还可以通过具有不同稳压值(例如，2V或3V等)的齐纳管(zener管)来实现，还可以通过开关和多个开关管(NMOS或PMOS)串联实现，其中，该开关由调整信号Adj来控制，多个开关管的栅极和漏极短接串联，例如，当温度保护电路22输出调整信号Adj时，开关闭合，多个开关管导通，驱动单元231输出的开启驱动信号一部分通过开关和多个开关管分流，使得输出至功率开关Q1的控制端的控制信号变化。
在该可能设计中，在负载30短路使得功率开关Q1的温度升高，致使温度保护电路22输出调整信号Adj时，电压钳位电路232可以基于该调整信号Adj对驱动单元231输出的开启驱动信号进行下拉或补偿，使得输出至功率开关Q1的控制端的控制信号得到调整，从而改变功率开关Q1的开启程度，以使得功率开关Q1上流过的电流变小、功耗变小、发热量变小，从而可以避免功率开关Q1由于过热导致损坏的问题。
可理解，图2A至图2C所示的实施例仅是对控制电路23的进一步解释说明，关于该实施例中未记载的其他部分均可以参见第一实施例中的记载，此处不做赘述。
示例性的，图3A是本申请第三实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的一种电路模块示意图。如图3A所示，在本实施例中，温度保护电路22包括温度检测单元221和运算放大器(Op1)222；该温度检测单元221邻近功率开关Q1设置或者嵌入功率开关Q1中，以用于比较精准的检测功率开关Q1的温度，该温度检测单元221与运算放大器222的第一输入端连接，运算放大器222的第二输入端用于接入预设的第一参考电压Vref1，运算放大器222的使能端与短路检测电路21连接，该运算放大器222的输出端与控制电路23连接。
继续参见图3A所示，温度检测单元221还用于输出第一电压V1，该第一电压V1用于表征功率开关Q1的温度，短路检测电路21输出的短路信号O_det为使能信号，运算放大器222在接收到短路信号O_det时进入使能状态，运算放大器222进行工作，该运算放大器222在使能状态下对第一电压V1和第一参考电压Vref 1进行比较。
作为一种示例，若功率开关Q1的温度与第一电压V1成反比，则运算放大器222在第一电压V1小于第一参考电压Vref 1时输出调整信号Adj，或者，若功率开关Q1的温度与第一电压V1成正比，则运算放大器222在第一电压V1大于第一参考电压Vref 1时输出调整信号Adj。
其中，上述调整信号Adj的大小与第一参考电压Vref 1和第一电压V1的差值大小呈正比/比例。第一参考电压Vref 1用于表征上述预设阈值温度。
在一种可能的设计中，温度检测单元221包括负温度系数的温度传感器，这时，温度检测单元221输出的第一电压V1与功率开关Q1的温度成反比，功率开关Q1的温度越高，温度检测单元221能感测到的温度也越高，温度检测单元221输出的第一电压V1越小，相应的，功率开关Q1的温度越低，温度检测单元221能感测到的温度也越低，温度检测单元221输出的第一电压V1越大。因而，当功率开关Q1的温度高于预设阈值温度时，运算放大器222会比较出第一电压V1小于第一参考电压Vref 1并输出调整信号Adj。其中，功率开关Q1的温度高于预设阈值温度越多，第一参考电压Vref 1与第一电压V1的差值会越大，该调整信号Adj的幅度会越大。
可选的，在该可能设计中，运算放大器222的第一输入端为反相端，运算放大器222的第二输入端为同相端，此时，调整信号Adj是一个正的信号。或者，运算放大器222的第一输入端为同相端，运算放大器222的第二输入端为反相端，此时，调整信号Adj是一个负的信号。在该可能的设计中，运算放大器222工作在线性放大区域。
在另一种可能的设计中，温度检测单元221包括正温度系数的温度传感器，这时，温度检测单元221输出的第一电压V1与功率开关Q1的温度成正比，功率开关Q1的温度越高，温度检测单元221能感测到的温度也越高，温度检测单元221输出的第一电压V1越大，相应的，功率开关Q1的温度越低，温度检测单元221能感测到的温度也越低，温度检测单元221输出的第一电压V1越小。因而，当功率开关Q1的温度高于预设阈值温度时，运算放大器222会比较出第一电压V1大于第一参考电压Vref 1并输出调整信号Adj。其中，功率开关Q1的温度高于预设阈值温度越多，第一电压V1与第一参考电压Vref 1的差值越大，调整信号Adj的幅度越大。
可选的，在该可能设计中，运算放大器222的第一输入端为同相端，运算放大器222的第二输入端为反相端，此时，调整信号Adj是一个正的信号。或者，运算放大器222的第一输入端为反相端，运算放大器222的第二输入端为同相端，此时，调整信号Adj是一个负的信号。
在本实施例中，温度检测单元221可以为一个或多个串联的二极管，也可以为一个或多个串联的热敏电阻，本申请实施例不对温度检测单元221的具体表现形式进行限定。
在本申请的实施例中，运算放大器在接收到短路信号(使能信号)时开始工作，并且在功率开关的温度高于预设阈值温度时输出调整信号，以作为控制电路输出控制信号的基础，进而减小功率开关的输出电流，进而影响功率开关的温度，这样，短路检测电路、运算放大器和控制电路形成了闭环控制机制，以调整功率开关的发热量、功率开关上流过的电流大小，从而降低了功率开关被烧毁的风险。
可选的，当温度保护电路22只包括一个温度检测单元221时，可能会存在由于温度检测单元221自身失效或功率开关Q1的面积太大等因素导致无法准确检测功率开关Q1温度的问题，针对此，可以在温度保护电路22中设置多个温度检测单元221，以更加可靠的方式对功率开关Q1进行保护。
示例性，在上述图3A所示实施例的基础上，图3B是本申请第三实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的另一种电路模块示意图。如图3B所示，在本实施例中，温度检测单元221的数量有多个，例如，分别为温度检测单元1，温度检测单元2，...，温度检测单元n，n为大于或等于2的整数，多个温度检测单元并联设置。相应的，在本实施例中，温度保护电路22还包括电压选择器223，多个温度检测单元(温度检测单元1至温度检测单元n)分别与电压选择器223连接，该电压选择器223还与运算放大器222的第一输入端连接。
可选的，在本实施例中，多个温度检测单元均匀分布在功率开关Q1的周围和/或嵌入在功率开关Q1中，多个温度检测单元分别用于检测功率开关Q1的温度并输出多个检测电压(Vsens1至Vsens n)，该电压选择器223用于从多个检测电压中选择目标电压Vx并将目标电压Vx输出至运算放大器222的第一输入端。
在本实施例中，为了提高温度检测的准确性，可以在功率开关Q1的周围和/或在功率开关Q1中均匀分布多个温度检测单元，这样，每个温度检测单元均可以检测功率开关Q1的温度并相应的输出检测电压。
可选的，为了能够在负载30短路且功率开关Q1的温度高于预设阈值温度时及时对功率开关Q1进行控制，温度保护电路22中可以设置电压选择器223，该电压选择器223可以包括多个输入端，且输入端的数量与温度检测单元221的数量一致，这样电压选择器223可以对接收到的多个检测电压(Vsens1至Vsens n)进行比较，从中选择出目标电压Vx，并输入到运算放大器222的第一输入端。
作为一种示例，温度检测单元221均为负温度系数的温度传感器，这时，温度检测单元221检测到功率开关Q1的温度越高，其输出的检测电压越小，因而，电压选择器223可以从接收到的多个检测电压中选择出最小检测电压，并将其作为目标电压Vx输出至运算放大器222的第一输入端，以便运算放大器222根据该目标电压Vx和第一参考电压Vref1大小确定是否输出调整信号Adj以及调整信号Adj的大小。在该示例中，运算放大器222的第一输入端为反相端，运算放大器222的第二输入端为同相端。
作为另一种示例，温度检测单元221均为正温度系数的温度传感器，这时，温度检测单元221检测到功率开关Q1的温度越高，其输出的检测电压越大，因而，电压选择器223可以从接收到的多个检测电压中选择出最大检测电压，并将其作为目标电压输出至运算放大器222的第一输入端，以便运算放大器222根据该目标电压Vx和第一参考电压Vref 1大小确定是否输出调整信号Adj以及调整信号Adj的大小。在该示例中，运算放大器222的第一输入端为同相端，运算放大器222的第二输入端为反相端。
可理解，在实际应用中，电压选择器223也可以通过其他的形式实现，例如，通过多个电压比较器并联后再级联的方式，此处不做赘述，只要是上述电压选择器的变形以实现相同选择效果的设计方式均属于本申请的保护范围。
本申请实施例提供的温度保护电路可以在负载短路时更好的保护功率开关不被烧毁，提高智能电子开关的可靠性。
可理解，图3A和图3B所示的实施例仅是对温度保护电路22的进一步解释说明，关于该实施例中未记载的其他部分均可以参见第一实施例和/或第二实施例中的记载，此处不做赘述。
在本实施例的一种可能设计中，图4A是本申请第四实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的一种电路模块示意图。如图4A所示，在本实施例中，短路检测电路21包括第一电压比较器U1；该第一电压比较器U1的第一输入端与负载输出端OUT连接，第一电压比较器U1的第二输入端用于接入预设的第二参考电压Vref2，第一电压比较器U1的输出端与温度保护电路22连接。
继续参照图4A所示，该第一电压比较器U1用于通过负载输出端OUT采集功率开关Q1的输出电压VOUT，并将该输出电压VOUT和第二参考电压Vref2进行比较；若功率开关Q1连接在电源供电端VBAT和负载30之间，该第一电压比较器U1在该输出电压VOUT小于第二参考电压Vref2时输出短路信号O_det，或者，若功率开关Q1连接在负载30和电源接地端GND之间，第一电压比较器U1在输出电压VOUT大于第二参考电压Vref2时输出短路信号O_det，其中，该短路信号O_det用于使温度保护电路22工作。
作为一种示例，参照上述图1A、图2A至图4A所示，当功率开关Q1连接在电源供电端VBAT和负载30之间，作为高侧开关使用时，负载输出端OUT处的电压为功率开关Q1的输出电压VOUT，若负载30短路，则相当于负载输出端OUT短接到电源接地端GND，这时功率开关Q1的输出电压VOUT较小。所以，在本实施例中，第一电压比较器U1可以将功率开关Q1的输出电压VOUT与第二参考电压Vref2进行比较，在输出电压VOUT小于第二参考电压Vref2时，认为负载30发生短路，则输出短路信号O_det，以使温度保护电路22工作。此时，第一电压比较器U1的第一输入端为反相端，第一电压比较器U1的第二输入端为同相端，此时，短路信号O_det为高电平信号。在本申请的其他实施例中，同相端和反相端也可以反过来，此处不做赘述。
作为另一种示例，参照上述图1B所示，当功率开关Q1连接在负载30和电源接地端GND之间，作为低侧开关使用时，负载输出端OUT处的电压为功率开关Q1的输出电压VOUT，若负载30短路，则相当于负载输出端OUT短接到电源供电端VBAT，这时功率开关Q1的输出电压VOUT较大。所以，在本实施例中，第一电压比较器U1可以将功率开关Q1的输出电压VOUT与第二参考电压Vref2进行比较，在输出电压VOUT大于第二参考电压Vref2时，认为负载30发生短路，则输出短路信号O_det，以使温度保护电路22工作。此时，第一电压比较器U1的第一输入端为同相端，第一电压比较器U1的第二输入端为反相端，此时，短路信号O_det为高电平信号。在本申请的其他实施例中，同相端和反相端也可以反过来，此处不做赘述。
可选的，在本实施例的另一种可能设计中，图4B和图4C是本申请第四实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的另一些电路模块示意图。如图4B和图4C所示，在本实施例中，短路检测电路21包括电流采集单元和第二电压比较器U2，该电流采集单元包括串联连接的第一开关管M1和第一元件X1，该第一开关管M1和第一元件X1的连接点为第一开关管M1的输出端out1。
继续参照图4B和图4C所示，第一开关管M1的第一端与功率开关Q1的第一端连接，第一开关管M1的第二端与第一元件X1连接，该第一开关管M1的控制端与功率开关Q1的控制端连接，该第一开关管M1的输出端与第二电压比较器U2的第一输入端连接，第二电压比较器U2的第二输入端用于接入预设的第三参考电压Vref3，第二电压比较器U2的输出端与温度保护电路22连接。
在本实施例中，第一开关管M1的输出电流与功率开关Q1的输出电流呈镜像，且第一开关管M1的输出电流小于功率开关Q1的输出电流，该电流采集单元采集第一开关管M1的输出电流以输出第一镜像电压Vout1，该第二电压比较器U2用于将第一镜像电压Vout1和第三参考电压Vref3进行比较。
作为一种示例，参照图4B所示，若功率开关Q1连接在电源供电端VBAT和负载30之间，第二电压比较器U2在第一镜像电压Vout1小于第三参考电压Vref3时输出短路信号O_det，以触发温度保护电路22开始工作。作为另一种示例，参见图4C所示，若功率开关Q1连接在负载30和电源接地端GND之间，则第二电压比较器U2在第一镜像电压Vout1大于第三参考电压Vref3时输出短路信号O_det，以触发温度保护电路22开始工作。
继续参考图4B所示，第一开关管M1和功率开关Q1的第一端均连接至电源供电端VBAT，且两者控制端均连接至控制电路23，因而，第一开关管M1的输出电流与功率开关Q1的输出电流成镜像。可选的，第一开关管M1的输出电流与功率开关Q1的输出电流的比例为1:k，k为大于1的正整数，例如k大于或等于100，在负载30短路时，负载输出端OUT连接至地，在智能电子开关内部，功率开关Q1上的电流变大，相应的，第一开关管M1所在支路上的电流也变大，这样第一元件X1上的分压也相对变大，但是由于输出端OUT连接至地，使得第一开关管M1输出端处的第一镜像电压Vout1变小，所以，第二电压比较器U2将该第一镜像电压Vout1与第二输入端接入的第三参考电压Vref3进行比较，并在第一镜像电压Vout1小于第三参考电压Vref3时，第二电压比较器U2可以输出短路信号O_det，以触发温度保护电路22开始工作。其中，若第二电压比较器U2的第一输入端为正相端，其第二输入端为反相端时，第二电压比较器U2输出的短路信号O_det为低电平信号。
可理解，在本申请的其他示例中，参见图4C所示，若功率开关Q1连接在负载30和电源接地端GND之间，第一元件X1连接在负载30与第一开关管M1之间，在负载30短路时，负载输出端OUT连接至电池10的正极，在智能电子开关内部，由于功率开关Q1的输出电流变大，使得第一开关管M1所在支路上的电流也变大，第一元件X1的分压相对变大，但是由于负载输出端OUT连接至电池10的正极，使得第一开关管M1的输出端的第一镜像电压Vout1变大，所以，第二电压比较器U2在比较出第一镜像电压Vout1大于第三参考电压Vref3时输出短路信号O_det，以触发温度保护电路22开始工作。其中，若第二电压比较器U2的第一输入端为反相端，其第二输入端为正相端时，第二电压比较器U2输出的短路信号O_det为低电平信号。
可选的，在本申请的实施例中，第一开关管M1与功率开关Q1的类型相同，第一开关管M1也可以是NMOS管、PMOS管、JFET或者IGBT等，还可以被实施为硅器件，或者可以使用其他半导体材料来实施，例如，碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)或者氮化镓(GaN)等，本申请实施例并不对功率开关Q1的表现形式进行限定，例如，图中以第一开关管M1为N型MOS管进行举例说明。第一元件X1可以是电阻、电流源等的至少之一组成的元件，图中以第一元件X1为电阻进行举例说明。
在本申请的实施例中，通过设计第一开关管与功率开关镜像的原理，可以将采集负载输出端的电压转化为采集第一开关管输出端的第一镜像电压，并将该第一镜像电压与预设的第三参考电压进行比较，依此判断负载是否发生短路，该检测方式简单易于实现，为后续在功率开关的温度高于预设阈值温度时进行功率开关的电流控制奠定了基础。
可选的，在本实施例的再一种可能设计中，图4D和图4E是本申请第四实施例提供的智能电子开关、电池、负载等的再一些电路模块示意图。如图4D和图4E所示，在本实施例中，短路检测电路21还包括电流采集单元、电流源I0和逻辑单元X2，该电流采集单元包括第一开关管M1、第二开关管M2和第三开关管M3，第一开关管M1的控制端与功率开关Q1的控制端连接，第一开关管M1和第二开关管M2串联连接，第二开关管M2的控制端连接第三开关管M3的控制端，若功率开关Q1连接在电源供电端VBAT和负载30之间，例如在图4D中，此时，第三开关管M3的输出端out2通过电流源I0与电源供电端VBAT连接；若功率开关Q1连接在负载30和电源接地端GND之间，例如在图4E中，此时，第三开关管M3的输出端通过电流源I0与电源接地端GND连接；此外，在图4D和图4E中，该第三开关管M3的输出端out2还与逻辑单元X2连接，该逻辑单元X2还与温度保护电路22连接。
可选的，第一开关管M1输出的第一镜像电流与功率开关Q1的输出电流呈镜像，且第一开关管M1的输出的第一镜像电流小于功率开关Q1的输出电流，第二开关管M2的输出电流与第一开关管M1的第一镜像电流相等，第三开关管M3输出的第二镜像电流与第二开关管M2的输出电流呈镜像。即，图4D和图4E中，第二开关管M2和第三开关管M3为电流镜，逻辑单元X2在第二镜像电流大于电流源I0的电流时输出短路信号O_det。
在本实施例中，第一开关管M1输出的第一镜像电流与功率开关Q1的输出电流成镜像，且第一镜像电流与功率开关Q1的输出电流的比例为1:k，k为大于1的正整数，由于第二开关管M2和第一开关管M1串联在同一支路上，故第一开关管M1的输出电流等于第一镜像电流，由于第三开关管M3输出的第二镜像电流与第二开关管M2的输出电流呈镜像，示例性的，若第二镜像电流与第二开关管M2的输出电流的比例为1:x，所以，第二镜像电流与功率开关Q1的输出电流的比例为x:k，因而，第二镜像电流可以反映功率开关Q1上的电流变化。可选的，x为大于0。
可选的，若负载30未发生短路，则流过功率开关Q1的电流通常会比较小，流过第三开关管M3的第二镜像电流通常小于电流源I0的电流，当负载30发生短路时，流过功率开关Q1电流会比较大，使得流过第三开关管M3的第二镜像电流变大且大于预先设定的电流源I0的电流，这时，逻辑单元X2采样第三开关管M3输出端out2的电平信号后输出短路信号O_det。
作为一种示例，在图4D中，若功率开关Q1连接在电源供电端VBAT和负载30之间，第三开关管M3的输出端out2通过电流源I0与电源供电端VBAT连接，此时，若负载30发生短路，第三开关管M3输出端的电平信号为低电平信号，相应的，逻辑单元X2对该低电平信号进行逻辑处理后输出高电平的短路信号O_det。
作为另一种示例，在图4E中，若功率开关Q1连接在负载30和电源接地端GND之间，第三开关管M3的输出端out2通过电流源I0与电源接地端GND连接，此时，若负载30发生短路，第三开关管M3输出端out2的电平信号为高电平信号，相应的，逻辑单元X2可以基于该高电平信号输出高电平的短路信号O_det。
示例性的，在图4D中，逻辑单元X2以一个非门进行示例性说明，在具体应用中，逻辑单元X2还可以是奇数个非门，或其他能够实现反向功能的器件实现；在图4E中，逻辑单元X2以一个缓存单元(buffer)进行示例性说明，在具体应用中，逻辑单元X2还可以通过偶数个非门串联实现，或其他器件实现，只要能够实现本申请的功能即可。所以，在其他实施例中，逻辑单元X2可以通过其他数量和/或其他种类的逻辑门进行实现，其可以根据实际需求设定，此处不做限定。
可选的，在本申请的实施例中，与功率开关Q1的类型类似，第一开关管M1、第二开关管M2和第三开关管M3也可以是NMOS管、PMOS管、JFET或者IGBT等，还可以被实施为硅器件，或者可以使用其他半导体材料来实施，例如，碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)或者氮化镓(GaN)等。可理解，在本实施例中，电流镜包括的第二开关管M2和第三开关管M3需要是相同的类型，例如，第二开关管M2和第三开关管M3均是增强型的PMOS管或均是耗尽型的NMOS管或均是PNP型三极管等，其可以根据实际需求选用，此处不做赘述。
可选的，在图4D中，以功率开关Q1被连接为高侧开关且功率开关Q1是NMOS管，第一开关管M1是NMOS管，第二开关管M2和第三开关管M3也是NMOS管进行示例性说明。而在图4E中，以功率开关Q1被连接为低侧开关且功率开关Q1是NMOS管，第一开关管M1是NMOS管，第二开关管M2和第三开关管M3是PMOS管进行示例性说明。
可理解，图4A至图4E所示的实施例仅是对短路检测电路21的进一步解释说明，关于该实施例中未记载的其他部分均可以参见第一实施例至第三实施例中的记载，此处不做赘述。
在本申请的实施例中，通过多个开关管组成的镜像电路采集功率开关Q1的输出电流，并将该输出电流的第二镜像电流与电流源的电流进行比较，依此判断负载30是否发生短路，该检测方式简单易于实现，为后续在功率开关Q1的温度高于预设阈值温度时进行功率开关Q1的电流控制奠定了基础。
可选的，在上述各实施例的基础上，本申请实施例还提供一种集成电路芯片，集成电路芯片包括上述各实施例中的智能电子开关20，也即，上述的智能电子开关20可以做在同一半导体衬底上。其中，电源供电端VBAT为电源供电引脚VBAT，电源接地端GND为电源接地引脚GND，负载输出端OUT为负载输出引脚OUT。
可选的，本申请其他实施例还提供一种芯片产品，该芯片产品可以包括上述的智能电子开关20，其中，智能电子开关20除功率开关Q1、温度保护电路22的部分元件之外的元件(例如，短路检测电路21、温度保护电路22中的运算放大器222、控制电路23等)位于第一集成电路芯片上，功率开关Q1、温度保护电路22的部分元件(例如，温度检测单元221)位于第二集成电路芯片上，也即，第一集成电路芯片做在一个半导体衬底上，第二集成电路芯片做在另一个半导体衬底上。
其中，电源供电端VBAT为电源供电引脚VBAT，电源接地端GND为电源接地引脚GND，负载输出端OUT为负载输出引脚OUT，电源供电引脚VBAT、电源接地引脚GND位于第一集成电路芯片上，负载输出引脚OUT位于第二集成电路芯片上。另外，第一集成电路芯片还包括其他的引脚，例如第一驱动引脚，第二集成电路芯片还包括其他的引脚，例如，第二驱动引脚，其中，第一驱动引脚分别与控制电路23、第二驱动引脚连接，第二驱动引脚与功率开关Q1的控制端连接。可理解，第一集成电路芯片、第二集成电路芯片还可以根据需要增设其他的引脚、省略相关的引脚，或者合并相关的引脚。在此处，第一集成电路芯片、第二集成电路芯片封装成一个产品。
另外，在本申请的其他实施例中，还提供一种汽车，汽车可以为电动汽车，例如电动乘用车或者电动商务车等，也可以为混动汽车、燃油汽车，汽车包括电池10、负载30、微处理器(未示出)和智能电子开关20。
其中，电池10一般为蓄电池，蓄电池向外提供12V、24V、48V等电压，当然也可以是其他类型的电池。负载30包括电阻性负载、电感性负载和电容性负载至少其中之一，电阻性负载例如为座椅调节装置、辅助加热装置、窗户加热装置、发光二极管(LED)、后部照明或其他电阻性负载，电感性负载例如为用于一个或多个擦拭器系统的泵、致动器、马达、防抱死制动系统(ABS)、电子制动系统(EBS)、风扇或包括电感性负载的其他系统，电容性负载例如为照明元件，例如氙弧灯。
微控制器与智能电子开关连接，用于控制智能电子开关，同时，智能电子开关向微处理器反馈其状态以及相关参数信息，例如诊断的相关参数信息，以供微处理器进行处理。
可理解，本实施例的智能电子开关、集成电路芯片不限于用于汽车电子上，还可以用于工业自动化、航空航天等领域，此处不做赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (13)

1.一种智能电子开关，用于对负载短路进行处理，其特征在于，所述智能电子开关包括：电源供电端、电源接地端、负载输出端、功率开关、短路检测电路、温度保护电路和控制电路；
其中，所述电源供电端用于与电池的正极连接，所述电源接地端用于与电池的负极连接，所述负载输出端用于与负载连接；
所述功率开关用于与负载串联，其第一端与电源供电端或电源接地端连接，其第二端与负载输出端连接，其控制端与所述控制电路连接，所述控制电路用于控制所述功率开关开启导通或关断截止；
所述短路检测电路的第一端与所述负载输出端连接，所述短路检测电路的第二端与所述温度保护电路连接，所述温度保护电路还与所述控制电路连接；
所述短路检测电路用于在检测到所述负载短路时输出短路信号，所述温度保护电路在接收到所述短路信号时工作，所述温度保护电路在所述功率开关的温度高于预设阈值温度时输出调整信号，所述控制电路基于所述调整信号调整输出给所述功率开关的控制端的控制信号，以控制流过所述功率开关的电流，其中，当所述功率开关的温度高于预设阈值温度且其温度升高时，所述智能电子开关控制流过所述功率开关的电流减小。
2.根据权利要求1所述的智能电子开关，其特征在于，所述控制电路包括驱动单元，所述温度保护电路与所述驱动单元连接，所述驱动单元还与所述功率开关的控制端连接；
所述驱动单元接收所述温度保护电路输出的调整信号，并基于所述调整信号调整输出给所述功率开关的控制端的控制信号。
3.根据权利要求1所述的智能电子开关，其特征在于，所述控制电路包括驱动单元和电压钳位单元，所述驱动单元的输出端与所述功率开关的控制端连接，所述电压钳位单元的第一端与所述温度保护电路连接，所述电压钳位单元的第二端与所述驱动单元的输出端连接；
所述驱动单元输出开启驱动信号且所述电压钳位单元基于所述调整信号对所述驱动单元输出的开启驱动信号进行调整，以调整输出至所述功率开关控制端的控制信号。
4.根据权利要求1至3任一项所述的智能电子开关，其特征在于，所述温度保护电路包括温度检测单元和运算放大器；
所述温度检测单元邻近所述功率开关设置或者嵌入所述功率开关中，以用于检测所述功率开关的温度，所述温度检测单元与所述运算放大器的第一输入端连接，所述运算放大器的第二输入端用于接入预设的第一参考电压，所述运算放大器的使能端与所述短路检测电路连接，所述运算放大器的输出端与所述控制电路连接；
所述温度检测单元还用于输出第一电压，所述第一电压用于表征所述功率开关的温度，所述短路信号为使能信号，所述运算放大器在接收到所述短路信号时进入使能状态，所述运算放大器在使能状态下对所述第一电压和所述第一参考电压进行比较；
若所述温度与所述第一电压成反比，所述运算放大器在所述第一电压小于所述第一参考电压时输出所述调整信号，或者，若所述温度与所述第一电压成正比，所述运算放大器在所述第一电压大于所述第一参考电压时输出所述调整信号，所述调整信号的大小与所述第一参考电压和所述第一电压的差值大小呈正比/比例。
5.根据权利要求4所述的智能电子开关，其特征在于，所述温度检测单元的数量有多个，所述温度保护电路还包括电压选择器，多个所述温度检测单元分别与所述电压选择器连接，所述电压选择器还与所述运算放大器的第一输入端连接；
多个所述温度检测单元均匀分布在所述功率开关的周围和/或嵌入在所述功率开关中，多个所述温度检测单元分别用于检测所述功率开关的温度并输出多个检测电压，所述电压选择器用于从多个所述检测电压中选择目标电压并将所述目标电压输出至所述运算放大器的第一输入端。
6.根据权利要求1至3任一项所述的智能电子开关，其特征在于，所述短路检测电路包括第一电压比较器；
所述第一电压比较器的第一输入端与所述负载输出端连接，所述第一电压比较器的第二输入端用于接入预设的第二参考电压，所述第一电压比较器的输出端与所述温度保护电路连接；
所述第一电压比较器用于通过所述负载输出端采集所述功率开关的输出电压，并将所述输出电压和第二参考电压进行比较；
若所述功率开关连接在所述电源供电端和所述负载之间，所述第一电压比较器在所述输出电压小于所述第二参考电压时输出短路信号；或者，若所述功率开关连接在所述负载和所述电源接地端之间，所述第一电压比较器在所述输出电压大于所述第二参考电压时输出短路信号。
7.根据权利要求1至3任一项所述的智能电子开关，其特征在于，所述短路检测电路包括电流采集单元和第二电压比较器，所述电流采集单元包括串联连接的第一开关管和第一元件，所述第一开关管和所述第一元件的连接点为所述第一开关管的输出端；
所述第一开关管的第一端与所述功率开关的第一端连接，所述第一开关管的第二端与所述第一元件连接，所述第一开关管的控制端与所述功率开关的控制端连接，所述第一开关管的输出端与所述第二电压比较器的第一输入端连接，所述第二电压比较器的第二输入端用于接入预设的第三参考电压，所述第二电压比较器的输出端与所述温度保护电路连接；
所述第一开关管的输出电流与所述功率开关的输出电流呈镜像，且第一开关管的输出电流小于所述功率开关的输出电流，所述电流采集单元采集第一开关管的输出电流以输出第一镜像电压，所述第二电压比较器用于将所述第一镜像电压和所述第三参考电压进行比较；
若所述功率开关连接在所述电源供电端和所述负载之间，所述第二电压比较器在所述第一镜像电压小于所述第三参考电压时输出短路信号；或者，若所述功率开关连接在所述负载和所述电源接地端之间，所述第二电压比较器在所述第一镜像电压大于所述第三参考电压时输出短路信号。
8.根据权利要求1至3任一项所述的智能电子开关，其特征在于，所述短路检测电路还包括电流采集单元、电流源和逻辑单元，所述电流采集单元包括第一开关管、第二开关管和第三开关管，所述第一开关管的控制端与所述功率开关的控制端连接，所述第一开关管和所述第二开关管串联连接，所述第二开关管的控制端连接所述第三开关管的控制端，所述第三开关管的输出端通过所述电流源与电源供电端或电源接地端连接，所述第三开关管的输出端还与所述逻辑单元连接，所述逻辑单元还与所述温度保护电路连接；
所述第一开关管输出的第一镜像电流与所述功率开关的输出电流呈镜像，且第一开关管的输出的第一镜像电流小于所述功率开关的输出电流，所述第二开关管的输出电流与所述第一开关管的第一镜像电流相等，所述第三开关管输出的第二镜像电流与所述第二开关管的输出电流呈镜像；
所述逻辑单元在所述第二镜像电流大于所述电流源的电流时输出短路信号，以使所述温度保护电路工作。
9.根据权利要求1至3任一项所述的智能电子开关，其特征在于，所述功率开关为NMOS管、PMOS管、JFET中的任意一种，和/或，所述功率开关被实施为硅器件、碳化硅、砷化镓或者氮化镓。
10.一种集成电路芯片，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的智能电子开关，其中，所述电源供电端为电源供电引脚，所述电源接地端为电源接地引脚，所述负载输出端为负载输出引脚。
11.一种芯片产品，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的智能电子开关，其中，所述智能电子开关除功率开关、温度保护电路的部分元件之外的元件位于第一集成电路芯片上，所述功率开关、所述温度保护电路的部分元件位于第二集成电路芯片上；
其中，所述电源供电端为电源供电引脚，所述电源接地端为电源接地引脚，所述负载输出端为负载输出引脚，所述电源供电引脚、电源接地引脚位于第一集成电路芯片上，所述负载输出引脚位于第二集成电路芯片上。
12.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述智能电子开关，或者，如权利要求10所述的集成电路芯片，或者，如权利要求11所述的芯片产品；
还包括电池、负载和微处理器，其中，所述电池的正极与电源供电端连接，所述电池的负极与所述电源接地端连接，所述负载的一端与所述负载输出端连接，所述负载的另一端与所述电源接地端或者所述电源供电端连接，所述微处理器与所述智能电子开关连接。
13.根据权利要求12所述的汽车，其特征在于，所述汽车为电动汽车、混动汽车或者燃油汽车，所述负载包括电阻性负载、电感性负载和电容性负载至少其中之一。
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