TW201310836A - 具有監視電氣特性之整合式保護器件 - Google Patents

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Ognjen Djekic
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Anthony Stratakos
Alexander Ikriannikov
Biljana Beronja
Trey Roessig
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Abstract

本發明揭示系統、器件、電路、組件、機構及程序，其中一切換機構可耦合於組件之間。該切換機構經組態以具有一開啟狀態或一關閉狀態，其中開啟狀態容許沿著一電流路徑傳遞電流。一監視機構具有經耦合以感測該電流路徑處之一電氣特性之一或多個感測輸入。該電氣特性可為(例如)一電流、電壓及/或功率。該監視機構經組態以輸出指示該經感測之電氣特性之一報告信號。可在一晶片上整合該監視機構與切換機構。

Description

具有監視電氣特性之整合式保護器件
本發明大致係關於用於受供電組件及系統之保護器件且亦係關於與此等保護器件相關之監視。
本申請案主張2011年4月25日申請之Lidsky等人之標題為「Integrated Protection and Control Device with Monitoring and Reporting」之同時申請及共同讓與之美國臨時專利申請案第61/478,856號之優先權(代理人案號VOLTP012P)，出於所有目的該案之全文以引用的方式併入本文中。
例如，可以各種電子器件及電路之形式連接一電源供應器以將電力遞送至一或多個負載。當自電源供應器汲取之電流明顯高於負載為安全之電流時，則存在任意此類器件或電路中的一故障可導致系統故障之一固有風險。系統組件可能過熱，甚至導致電氣火災。一電路斷路器、保險絲或負載開關可連接於一電源供應器與一受供電器件之間以提供過載保護(包含如上文所描述之過電流條件下之保護)。例如，可關斷一負載開關以使該電源供應器與該器件切斷連接。此可保護該器件及該電源供應器兩者免受可以另外方式導致受供電器件及電路以及電源供應器之損壞或故障之故障條件(諸如，短路電路)。
此外，現代電子器件及系統之製造標準經常包含功率限制及/或電流限制規格。例如，一些規格聲明：不容許某些組件供應大於240伏安(VA)之功率。因此，電子器件製 造商經常被要求設計電路使得防止連接至一電源供應器之負載汲取超過可適用之功率限制或電流限制標準。對於所供應之電流或功率可超過標準之系統，用習知方法來設計及製造保護器件存在不足。
本發明之器件、裝置、電路、組件、機構、單元、系統及程序各具有若干發明態樣，其中該等態樣中無單一態樣單獨負責本文中揭示之所要屬性。
根據一態樣，一種系統包含：一電源供應器、一器件及耦合於該電源供應器與該器件之間的一切換機構。該切換機構經組態以具有該電源供應器係耦合至該器件之一開啟狀態或該電源供應器係自該器件去耦之一關閉狀態。該開啟狀態容許電流沿著一電流路徑自該電源供應器傳遞至該器件。一監視機構具有一或多個感測輸入及一報告輸出。該一或多個感測輸入可經耦合以感測電流路徑處之一電氣特性。該電氣特性可為(例如)一電流、電壓及/或功率。該監視機構經組態以回應於該經感測之電氣特性而在報告輸出處提供一報告信號。該報告信號指示該經感測之電氣特性。在一晶片上整合該監視機構與該切換機構。
根據另一態樣，一種器件包含一切換機構及一監視機構。該切換機構經組態以具有一開啟狀態或一關閉狀態，其中該開啟狀態容許沿著一電流路徑傳遞一電流。該監視機構係如上文所描述。在一些實施方案中，該監視機構經耦合以將報告信號提供至一控制器，該控制器經操作性地 耦合以引起切換機構具有開啟狀態或關閉狀態。例如，該控制器可經操作性地耦合以回應於經感測之電氣特性符合或超過一指定臨限值而引起切換機構具有關閉狀態。
根據另一態樣，一種程序包含：在監視機構處感測一電流路徑處之一電氣特性；回應於經感測之電氣特性而判定是否引起切換機構具有關閉狀態；及回應於經感測之電氣特性而於監測機構處提供一報告信號。在一些實施方案中，判定是否引起切換機構具有關閉狀態至少部分地可基於一溫度。例如，可於接近切換機構或器件之一位置處感測該溫度。
根據另一態樣，一種程序包含：在監測機構處感測一電流路徑處之一電氣特性；回應於經感測之電氣特性而設定一可調整之參考電氣特性以提供一指定功率位準；比較經感測之電氣特性與可調整之參考電氣特性；及回應於經感測之電氣特性符合或超過參考電氣特性而引起切換機構具有關閉狀態。
根據另一態樣，一種器件包含一切換機構及一控制器。該控制器包含一功率量測機構，其具有：經耦合以感測電流路徑處之一電流之一或多個電流感測輸入；及經耦合以感測切換機構與一受供電器件之間的一節點處之一電壓之一電壓感測輸入。該功率量測機構經組態以基於經感測之電流及經感測之電壓量測一功率。該控制器經操作性地耦合以回應於指示一系統故障條件之一或多個事件而引起切換機構具有關閉狀態。該一或多個事件包含經量測之功率 超過一指定功率臨限值。在一晶片(諸如，一覆晶)上整合該控制器與切換機構。
根據另一態樣，一種程序包含：感測一電流路徑處之一第一電氣特性；在一時間段之後感測該電流路徑處之一第二電氣特性；回應於該等經感測之第一及第二電氣特性符合或超過一臨限值而判定是否引起切換機構具有關閉狀態；及回應於該等經感測之第一及第二電氣特性而提供一報告信號，其中該報告信號指示該等經感測之第一及第二電氣特性。例如，該時間段係可選擇或可程式化。
根據另一態樣，一種程序包含：感測一電流路徑處之一第一電氣特性；比較該經感測之第一電氣特性與一第一臨限值與一第二臨限值；當該經感測之第一電氣特性符合或超過第一臨限值但不符合或超過第二臨限值時，感測該電流路徑處之一第二電氣特性；當該經感測之第二電氣特性符合或超過第一臨限值及第二臨限值兩者時，引起切換機構具有關閉狀態；及當該經感測之電氣特性未超過第二臨限值時，產生指示該經量測之第一電氣特性之一信號。該第一臨限值及該第二臨限值為可調整。
實施例及實施方案之細節於附圖及下列描述中予以闡釋。本發明標的之各種特徵可藉由參考說明書及圖示之剩餘部分而認知。注意，下列圖之相對尺寸可不按比例繪製。
所包含之圖式係出於繪示目的且僅適於提供用於所揭示 之發明器件、裝置、電路、組件、機構、單元、系統及程序之可能結構及程序步驟之實例。
各種圖式中的相同參考數字及符號指示相同元件。
詳細參照包含由發明者預期之最佳模式之特定實施例。此等特定實施例之實例係繪示於附圖中。儘管本發明標的係結合此等特定實施例而予以描述，然應理解，其不意欲限於該等所描述之實施例。相反，其意欲涵蓋如可包含於如藉由隨附申請專利範圍界定之本發明之精神及範疇內之替代、修改及等效物。在下列描述中，闡釋特定細節以提供本發明標的之一透徹理解。在沒有此等特定細節之一些或所有之情況下，亦可實踐本發明標的。此外，未詳細描述已知特徵以避免不必要地使本發明標的不清楚。
揭示用於使用一器件(例如，一積體電路(IC)形式)之受供電系統之整合式保護及監視之系統、裝置、器件、電路、組件、機構、單元及程序。
在一些實施例中，可在一單一晶片或封裝中提供與一切換機構(諸如，一負載開關)組合之電流監視服務、電壓監視服務及/或功率監視服務以提供受供電系統之增強保護及監視。在一些實施例中，亦在一單一IC中或在合併一個以上IC之一單一封裝中合併電流報告服務、電壓報告服務及/或功率報告服務與監視電路及切換機構以提供各種服務。在一些實施例中，提供溫度感測及報告服務之額外硬體亦可合併於此一IC或封裝中。
在一些實施例中，在下文更詳細描述中，可在相同晶片 中整合提供電流、電壓及/或功率監視之一或多個監視機構與切換機構，而用於控制該切換機構之接通或關斷之一單獨控制器及任意隨附硬體位於該晶片外(例如，位於相同封裝之不同晶片上)。在一些其他實施例中，該(該等)監視機構為該控制器之一整合式部件，在相同晶片中整合該(該等)監視機構與切換機構。以此方式，一單一晶片可基於可發生指示一系統故障條件(本文亦稱為一過載條件)之事件而提供一受供電系統之增強保護、監視及控制。如本文所描述，例如，可在一單一IC中實施此等增強保護服務、監視服務及控制服務連同或不連同電流報告服務、電壓報告服務、溫度報告服務及/或功率報告服務。
在一些實施例中，具有一整合式電流、電壓及/或功率監視機構之一控制器可經實施以回應於各種事件而控制一切換機構之接通及關斷，同時亦感測及報告該切換機構之電氣特性。監視機構可經組態以提供電流、電壓及/或功率之此監視及報告，而控制器在發生某些條件(諸如，過電流事件、過電壓事件及/或過功率事件)時同時控制切換機構之切換。亦可提供同時溫度感測及報告，使得高溫度事件可引起控制器關斷切換機構。例如，可在相同晶片中整合一溫度感測器與一切換機構及一電流監視機構。在一些實施例中，可使用電氣特性(諸如，切換機構之路徑中所感測之實際電流、經感測之電流之一比例值或此等電流之一電壓表示)偵測過電流事件。例如，一電阻器可耦合於切換機構之電流路徑中，及跨該電阻器之電壓可藉由一 電壓監視機構予以量測且與一臨限值相比較。可藉由一功率監視機構基於切換機構之路徑中所感測之實際電流及受供電器件之輸入處所感測之實際電壓而偵測過功率事件。
在一整合式保護及監視器件之一實施例中，提供與一切換機構組合之一監視機構，其中該組合具有一或多個輸出。該組合一般有一功率輸出，在該功率輸出處，切換機構將電流自一或多個組件提供至一或多個進一步組件。例如，此等進一步組件可為其他受供電電氣器件及/或電源供應器之形式。一些實施例僅具有此功率輸出，而一些其他實施例亦包含來自該整合式保護及監視器件之一或多個報告輸出。此一輸出可提供指示該保護及監視器件或合併該保護及監視器件之一系統之一電氣特性之一報告信號。此特性可為行進穿過該保護及監視器件之電流、該保護及監視器件之輸入或輸出處之電壓，或該保護及監視器件之功率輸出處供應之功率。因此，一控制器及與一切換機構整合之監視機構可協作以提供自一電源供應器至受供電器件或系統之功率流動，且藉由該控制器控制切換機構以若該監視機構指示：行進穿過保護及監視器件之電流太高、保護及監視器件之輸入或輸出處之經監視電壓太高及/或由此器件提供之功率太高，則停止功率流動(諸如，關斷切換機構)。在一些其他實施例中，該監視機構提供一報告服務，該報告服務指示：在任意給定時間行進穿過保護及監視器件之電流有多大；保護及監視器件之輸入或輸出處之電壓有多大；及/或由保護及監視器件供應之功率有 多大。取決於所要實施方案，該報告信號可為一類比電流、一類比電壓或一數位輸出之形式。
因此，在監視機構與切換機構同時協作以保護系統免受多種故障條件之一些實施例中，監視機構感測及報告電氣特性(諸如，由切換機構提供之電流及/或功率)。在一些實施例中，可藉由一單一控制器獨立於切換機構之控制提供此等電氣特性之監視及報告。報告信號中提供之資訊可經進一步處理以最佳化包含控制器及切換機構之一系統。
可將如上文所描述之指示一經量測之功率、電流、溫度或電壓之一報告信號遞送至各種組件(諸如，一微控制器或一比較器)。例如，一比較器可經連接以比較一電流報告信號與一參考信號。例如，該參考信號可提供一參考電流，且可在晶片上產生或於晶片外產生。以此方式，例如，若經感測之電流超過某一臨限值，但未高達引起控制器關斷切換機構(例如，在一過電流條件之事件中)，則比較器輸出可變高，引起某些受供電組件關閉且減少系統中的熱之產生。因此，在電流監視實例中，電流報告信號可基本上提供行進穿過切換機構之電流之一警告位準。取決於所要實施方案，提供此等操作之一比較器或微控制器可位於晶片上或晶片外。
在一些實施例中，可依照整合式保護及監視器件之一輸入或一輸出處之經感測之電壓，即時調整與一電流報告信號比較之一參考電流接近，如此維持一功率限制臨限值以儘可能接近於一所要值(諸如，240 VA)。例如，如參考圖 3B於本文所描述及繪示，可在一切換機構之電流路徑中感測一電壓。可回應於該經感測之電壓值而改變參考電流以將一功率臨限值維持在240 VA。
在一些實施例中，一輸出可包含一或多個數位信號，其指示電氣特性一些或所有何時在可接收之位準內。此可用於指示整合式保護及監視器件之輸出處之電壓何時處於一有效狀態及是否有一或多個故障。故障之實例包含過溫度事件、過電流事件、過電壓事件及過功率事件。
亦揭示基於指示一系統故障條件之一或多個事件用於整合式保護及控制之系統、裝置、器件、電路、組件、機構、單元及程序之實施例，其獨立於是否亦提供電流監視及報告服務。可於晶片上整合一控制器與切換機構以回應於包含過功率事件、過電流事件及/或過溫度事件以及一些實施例中此等事件之一組合而控制該切換機構之接通及關斷。
在一些實施例中，可使用一功率量測基於在切換機構之一輸出處感測之電壓及行進穿過該切換機構之實際電流而偵測過功率事件。在一替代實施例中，該功率量測可基於經感測之電流之一比例值，(例如)使用下文中更詳細描述之圖6E之功率感測器。
使用所揭示之實施例，電路及受供電器件可拉近功率限制規格(諸如，240 VA)或其他參數(諸如，未超過此等參數之電流限制規格)。該等所揭示之實施例之一些提供在控制一切換機構方面之增強精確性及回應性，且因此一般容 許更多的功率自一組件轉移至另一組件。此等實施例亦具有成本效益且佔據最小晶片面積。此等屬性將值添加至整體系統。
圖1A係根據本發明之一或多項實施例之合併一整合式保護及監視器件之一系統100之組件之一簡化圖。一整合式保護及監視器件112耦合於一第一組件102(「組件A」)與一第二組件106(「組件B」)之間。例如，組件A可為一電源供應器，而組件B可為一受供電器件或系統(本文亦稱為一負載)。在一些實施方案中，圖1A之組件B為由組件A供電之多個電氣器件或系統之一簡化表示。即，在一些實施方案中，多個組件可位於自組件A之一電源供應器鏈之「下游」，整合式保護及監視器件112充當一中介以對此等組件提供保護。在其他實施方案中，組件A及組件B兩者皆為電源供應器，如下文更詳細描述。取決於所要實施方案，該整合式保護及監視器件112可包含下列之一或多者：一電流監視機構、經由一電流報告信號之一電流報告服務、一電壓監視機構、經由一電壓報告信號之一電壓報告服務、一功率量測機構、一功率報告服務、(例如)使用一溫度感測器之一溫度監視機構、經由一溫度報告信號之一溫度報告服務及如本文所描述之其他機構、電路、單元及服務。此等各種機構及服務皆可整合在相同器件(例如，一單晶IC或一多晶片封裝之形式)中。
圖1B係根據本發明之一或多項實施例之合併一整合式保護及監視器件與電流監視及報告之一系統150之組件之一 簡化圖。在此特定實例中，整合式保護及監視器件114耦合於兩個組件(一電源供應器104與一受供電器件108)之間。該電源供應器104可為多種電源之任意者。例如，在一些實施例中，一或多個鋰離子電池可充當電源供應器104，而於其他實施方案中可使用壁供應系統。該電源供應器104可提供多種電壓(諸如，5伏特或12伏特直流電(DC))。取決於所要實施方案，其他較高或較低電源可用作為電源供應器104。器件108可包含一或多個組件且可為子器件及組件之一系統之形式。此一器件108之實例包含筆記型電腦、記事本、智慧型電話及其他此等個人計算器件。在其他實施方案中，器件108為一高可靠性系統，諸如，經組態以提供路由功能及適當備份之具有多個處理卡之一網路路由器。類似此等器件包含分散式計算板及各種平行處理器件。
在圖1B中，整合式器件114耦合於電源供應器104與器件108之間。在器件114之一實施方案中，如下文更詳細描述，可在相同晶片上整合一切換機構與一監視機構。在其他實施方案中，此一切換機構及監視機構可為單獨組件且位於相同封裝之不同晶片上。在下文中描述該整合式器件114中的切換機構及監視機構之各種組態。在此實施方案中，該整合式器件114具有可提供一電流報告信號之一輸出埠116。該輸出埠116可實施為晶片上之一接針及/或連接至其他晶片上及晶片外電路。在一實例中，器件114可經耦合以感測在電源供應器108與器件108之間傳遞之一電 流。該器件114可經組態以回應於此經感測之電流而輸出電流報告信號。該電流報告信號可指示自電源供應器104供應至器件108之電流。
圖2係根據本發明之一或多項實施例使用一感測電阻器合併一保護及監視器件與電流監視及報告之一系統200之組件之一簡化圖。在圖2中，繪示一單獨切換機構204。該切換機構204耦合於電源供應器104與器件108之間。在此實例中，該切換機構204係表示為一電晶體，諸如，一場效應電晶體(FET)。切換機構204可經結構化以具有一或多個此等FET(包含(但不限於)LDMOS、標準MOS或GaAs)，取決於所要實施方案，FET可組態為N通道或P通道。其他各種類型之電晶體可用於實施切換機構204，包含雙極接面電晶體(BJT)。在不同實施例中，該切換機構204及本文所描述之各種切換機構之任意者可實施為一單一電晶體或兩個或兩個以上電晶體之一組合。
取決於所要應用，切換機構204可具有多種實施方案。例如，切換機構204可為包含一傳遞FET之一負載開關。在其他應用中，該切換機構204可實施為一開關，諸如一「或」操作(OR'ing)開關、一電路斷路器、一保險絲或一熱插拔開關。在此等實施方案之一些中，該切換機構可包含一或多個電晶體，如各種圖中所展示。儘管圖中經常繪示一單一電晶體形式之切換機構204，然熟習此項技術者應瞭解，可預期切換機構一個以上電晶體或除電晶體外之亦可包含若干切換組件之其他實施例，及申請專利範圍意 欲涵蓋此等替代實施例。
取決於所要實施方案，可自電源供應器104經過切換機構204傳遞至器件108之電流可為任意合適範圍。例如，在一些實施方案中，切換機構204在微安之範圍內操作，而在其他實施方案中，切換機構204可處置在100安培或更多之範圍內之電流。
在圖2中，切換機構204一般經組態以具有電源供應器104係耦合至器件108之一開啟狀態或電源供應器104係自器件108去耦之一關閉狀態。即，切換機構204經組態以在開啟狀態與關閉狀態之間切換。開啟狀態容許沿著一電流路徑傳遞電流，而關閉狀態防止電流之此傳遞。在圖2之實例中，藉由透過切換機構204將電源供應器104耦合至器件108界定此一電流路徑。如下文之實例中所描述，可在確立一事件或若干事件之一組合時關斷該切換機構。此等事件之一或多者經常指示電源供應器104應與器件108切斷連接以保護系統200免受各種系統故障條件。
在圖2中，一控制器208經操作性地耦合以控制切換機構204在開啟狀態與關閉狀態之間的切換。在此實例中，控制器208之一控制輸出212耦合至切換機構204之FET之閘極。一驅動器耦合於控制器208與該FET閘極之間，儘管在圖2之一些實施方案中未展示。對於下文所描述之一驅動器未明確展示於控制器與切換機構之間之圖同樣適用。此一驅動器可對開啟延遲及速度以及關閉延遲及速度進行最佳化。該控制器可經操作性地耦合以回應於本文所揭示之 一或多個各種事件而引起切換機構關斷。例如，當與控制器208分離或與控制器208整合之一功率監視機構指示自切換機構204遞送至器件108之一功率符合或超過一指定功率臨限值(諸如，240 VA)，或與控制器208分離或與控制器208整合之一電流監視機構指示沿著電源供應器104與器件108之間的電流路徑感測之一電流超過一指定電流臨限值時，該控制器208可經組態以引起切換機構204關斷且輸出報告過載條件之一信號。此一指定臨限值可指示實施控制器208之多種系統內容(諸如，圖2之系統200)之任意者之一系統故障條件。例如，可對一行動電話形式之一器件108設定若干安培之一臨限值，而可對一計算器件(諸如一伺服器)界定或設定數百安培之範圍內之一臨限值。在另一實例中，指定臨限值係在微安之範圍內。取決於所要實施方案，可在內部或外部設定如本文所揭示之此臨限值及其他臨限值。
在圖2中，系統故障條件可為多種故障之任意者，諸如，一短路電路或器件108之一或多個部件變得疲乏且未能運作。在一實例中，已知系統200一般在電源供應器104與器件108之間汲取10安培之電流。在此一實例中，控制器208經組態以關斷切換機構204之臨限值可設定為約15安培，其指示可能發生之一短路電路或部件故障。因此，在此一實施方案中，電源供應器104與器件108之間提供之電流可在不引起控制器208關斷切換機構204之情況下波動上升至約14安培。
在另一實例中，當器件108係實施為包含多個組件之一系統時，設定控制器208以關斷切換機構204之臨限值可界定在一適當位準以防止該系統內之多個組件過熱且引起整體系統200發生故障。將臨限值設定在適當位準亦可期望在(例如)電源供應器104係用於供電給一較大網路中的其他組件或器件之情形中簡單防止器件108拉下電源供應器104。
在圖2中，該控制器208合併組態有沿著電流路徑連接之兩個電流感測輸入之一電流監視機構。在此實例中，此等電流感測輸入216a及216b耦合於一感測電阻器220(其耦合於電源供應器104與切換機構204之間)之相對側上。感測電阻器220可為一外部感測電阻器或其可為內部感測電阻器(例如，整合為圖1A之器件112之一組件或圖1B之器件114)，其中亦可整合切換機構204及控制器208。該感測電阻器220可具有一合適電阻以回應於自電源供應器104經過切換機構204遞送至器件108之電流而提供一電壓。因此，在此實例中，該電流感測輸入216a及216b經耦合以感測表示接通切換機構204時沿著電流路徑自電源供應器108傳遞至器件108之電流之跨電阻器220之一電壓。
在圖2中，該控制器208亦具有一電流報告輸出埠224。在一些實施例中，在該控制器208中合併之一電流監視機構經組態以憑藉該等電流感測輸入216a及216b感測沿著電流路徑之電流。控制器208之電流監視機構經組態以回應於該等電流感測輸入216a及216b處感測之電流而產生一電 流報告信號。在該電流報告輸出埠224處提供此報告信號。該電流報告信號一般指示自電源供應器104提供至器件108之經感測之電流。如上文所描述，控制器208之電流監視機構經組態以感測沿著電源供應器104與器件108之間的電流路徑之電流且輸出電流報告信號，同時該控制器提供包含過電流保護以在識別此一過電流事件時關斷切換機構204之其他能力。一或多個監視機構可合併在控制器208中且可經組態以並行提供其他服務，包含功率感測及溫度感測，如下文更詳細描述。
本文所揭示之實施方案中提供之各種電流報告信號、溫度報告信號及功率報告信號可為藉由與圖中所繪示之各種系統整合之額外組件以及該等圖中的所繪示之系統之外部之組件而感測及處理之一適當形式。例如，該電流報告信號可指示一電流值或一段時間之電流值之一範圍。在另一實例中，該電流報告信號可為包含一電壓值或一段時間所量測之電壓範圍之一電壓信號。該電壓信號可參照接地或另一便利電壓。例如，在圖2中，電流報告輸出埠224可耦合至一晶片上或晶片外電阻器之一輸入終端。當控制器208中的電路提供至輸出埠224之一電流信號時，可量測跨電阻器之一電壓且與一臨限值相比較。該電阻器之電阻值及外部電阻器之輸出終端處之電壓可經設定以提供所要精確性及電壓範圍。在另一實例中，提供藉由相對於圖2之特定單元及系統而在內部或在外部定位之數位硬體及軟體組件而處理之一數位信號形式之電流報告信號。
圖3A係根據本發明之一或多項實施例之合併一整合式保護及監視器件302與整合式電流監視及溫度感測之一系統300之組件之一簡化圖。在圖3A中，一控制器304可包含經組態且經耦合以不同於圖2之控制器208之一方式提供電流感測及報告服務之一整合式電流監視機構。在此實例中，如圖3A中所展示，控制器304具有耦合於電源供應器104與切換機構204之間的一節點處之一第一電流感測輸入306，及耦合於切換機構204與器件108之間的一節點處之一第二電流感測輸入307。與圖2中相比而言，使用電流感測輸入306及307，控制器304之電流監視機構經組態以感測自電源供應器104提供至器件108之電流而未使用一感測電阻器。例如，可於電源供應器104與切換機構204之間的節點處感測一第一電壓，及可於切換機構204與器件108之間的節點處感測一第二電壓。回應於此等經感測之電壓，控制器304之整合式電流監視機構可於一電流報告輸出埠308處輸出一合適電流報告信號。
在圖3A中，該控制器304經組態以提供額外服務來除了控制整合式電流監視機構之電流感測及報告服務之外亦控制切換機構204之切換。例如，在圖3A中，控制器304具有耦合至一溫度感測器312之一溫度感測輸入309，在此實例中，該溫度感測輸入309係接近於切換機構204之一或多個電晶體而定位。以此方式，溫度感測器312監視切換機構204之溫度且將切換機構204之經監視之溫度提供至控制器304之溫度感測輸入309。在一些其他實施例中，溫度感測 器312係位於器件108之附近且可或可不位於切換機構204之附近。以此方式，可回應於器件108之經感測之溫度而非切換機構204之溫度，藉由控制器304使切換機構204接通或關斷。取決於所要實施方案，該溫度感測器312可相對於整合式保護及監視器件302位於晶片上或晶片外。控制器304經操作性地耦合以回應於感測器312處之經感測之溫度而引起切換機構204關斷。例如，當感測器312處之經監視之溫度符合或超過對應於一過溫度事件之一指定臨限值時，控制器304可經組態以關斷切換機構204。可同時提供此溫度感測服務與如上文所描述之過電流保護及輸出埠308處之電流報告信號之產生及遞送。亦可以一輸出埠316處之一溫度報告信號之形式報告來自溫度感測器312之經感測之溫度。在一些例子中，當該溫度報告信號為一電壓信號時，該報告信號可轉譯成一數位字或按比例調整成一更期望電壓範圍且遞送至晶片之一輸出接針。可同時提供溫度報告信號與基於經感測之溫度之控制器304之控制操作。
圖3B係根據本發明之一或多項實施例之基於功率量測用於監視及切換控制之一整合式保護及監視器件350之組件之一簡化圖。在圖3B中，一控制器358具有耦合至一驅動器366之一輸出，其控制切換機構204之接通/關斷。此處，在相同器件350中(例如，在相同晶片中)整合該控制器258、驅動器366及切換機構204。
在圖3B中，在此實例中，該控制器358包含經組態以提 供功率量測服務以判定是否發生一過功率事件(其指示透過切換機構204被汲取過多功率)之一整合式功率量測機構370。該功率量測機構370具有連接於一電源供應器與切換機構204之間的電流路徑中的一節點處之一電流感測輸入374。該功率感測機構370具有經耦合以感測切換機構204與受供電器件之間的一節點處之一電壓Vout之一電壓感測輸入378。可使用輸入374及378感測傳遞通過切換機構204之電流Iout。該功率量測機構370經組態以基於該經感測之電流及該經感測之電壓而量測一功率。該功率量測機構370可計算一功率(Pout=Vout×Iout)，且使得可比較Pout與一指定功率臨限值以判定是否發生一過功率事件(即，當Pout符合或超過該指定臨限值時)。Pout一般表示自切換機構204提供至器件(負載)之功率。可在一輸出埠372處提供之一功率報告信號中指示Pout，其可實施為晶片上之一接針及/或連接至其他晶片上及晶片外電路之一接針。
在圖3B中，驅動器366經操作性地耦合以回應於指示是否接通或關斷切換機構204之來自控制器358之一控制輸出而驅動切換機構204之一FET之閘極。驅動器366之各種實施方案係可能的。例如，驅動器366可經結構化為一單一電晶體、一系列兩個或兩個以上電晶體、一電流源、一電容器及此等電路元件之組合。在此實施例及一些其他實施例中，取決於所要實施方案，切換機構204可藉由驅動閘極至接地或至另一電壓(諸如，切換機構204之FET之閘極源極電壓)而被關斷。將該閘極處之電壓改變成此一經調 整之電壓可限制傳遞通過電晶體之電流。在一些實施方案中，切換機構204之閘極可緩慢充電或放電以限制切換機構204之開啟時間及關閉時間。在期望控制切換機構204在接通或關斷時之回應之一些實施方案中，一電流源可藉由使用一已知電流對切換機構204之電晶體之閘極進行充電或放電而用作為驅動器366之一實施方案。在某些實施方案中，一電容器亦可連接於該電流源與該電晶體之間以改變時序。該控制器358可經組態以在藉由功率量測機構370量測之功率超過一指定臨限值(指示一過功率事件)時控制切換機構之接通/關斷。因此，該控制器358可在該經計算之功率符合或超過一臨限值(諸如，240 VA)時關斷切換機構204。實施功率量測機構370之電路可與切換機構204整合(例如，製作於相同於該切換機構之晶粒上之及位於相同於該切換機構之晶片上)。
在圖3B中，在一些實施方案中，該控制器358可僅基於藉由功率量測機構370量測之功率而接通/關斷切換機構204。在一些其他實施方案中，該控制器358經組態以基於與如本文所討論之一或多個其他參數(諸如，電流感測溫度量測及/或溫度感測量測)組合之功率量測而判定是否關斷切換機構。因此，取決於所要實施方案，一電流監視機構及/或溫度監視機構可與控制器358中的功率監視機構370合併。例如，當藉由功率量測機構370之功率計算比所要之較慢時，亦可在控制器358內執行過電流事件之電流感測，在此情況中，該控制器358經組態以在該電流超過 一指定電流臨限值時關斷切換機構204。
在一些實施方案中，如上文所描述，可使用基於Vout及傳遞通過切換機構204之實際電流之一功率量測來偵測過電流事件。在替代實施方案中，該功率量測可基於(例如)使用由如下文參考圖5所描述之一電流鏡像機構提供之一電流報告信號之經感測之電流之一比例值。
圖3C係根據本發明之一或多項實施例之合併一整合式保護及監視器件392之一系統380之組件之一簡化圖。在一實例中，該整合式器件392可包含如下文更詳細描述之連接於組件384與388之間的一熱插拔器件。此外，在此實例中，該整合式保護及監視器件392具有一開/關式開關393之形式之一輸入。該開/關式開關耦合至切換機構(諸如，圖3A及圖3B之機構204)以提供手動或其他方式晶片外控制以獨立於如本文所描述之任意監視而將切換機構接通或關斷。該開/關式開關393可實施為包含該切換機構之整合式晶片上之一接針。
圖3D係根據本發明之一或多項實施例之合併一整合式保護及監視器件390之一系統之組件之一簡化圖。在圖3D之實施方案中，切換機構204經實施以包含與一正向電流電晶體204b串聯連接之一反向電流電晶體204a，兩者皆耦合於組件384與388之間。例如，電晶體204a及204b可為P通道或N通道MOSFET兩者。此等背對背開關204a及204b可協作以提供反向電流保護，即，以防止電流「Irev」在該等電晶體204a及204b處於關閉狀態時可自組件388流回至 組件384。相對於正向電流電晶體204b之主體連接，該反向電流電晶體204a具有一反向主體連接。
在圖3D中，一控制器394具有經各自耦合以控制電晶體204a及204b之接通/關斷之兩個輸出396a及396b。此處，該控制器394及切換機構204係整合在相同器件390中(例如，在相同晶片上)。在圖3D中，該控制器輸出396a及396b經操作性地耦合以回應於指示是否接通/關斷切換機構204之藉由一電流、電壓、功率及溫度機構398之量測而驅動電晶體204a及204b之閘極。在此實例中，經常實施於各自單獨機構中的電流監視服務、電壓監視服務、功率監視服務及溫度監視服務係合併至與控制器394整合之一單一機構398中。
在圖3D中，該控制器394具有耦合於切換機構204與組件388之間的一節點處一第一感測輸入397a，以感測傳遞通過切換機構204之一正向電流Iout以及可在Iout之相對方向上傳遞通過之一反向電流Irev。以此方式，控制器394經操作性地耦合以回應於超過一指定臨限值之Iout或超過一指定臨限值之Irev而關斷負載開關204。在一些實施方案中，如本文相對於各種實施例所進一步描述，控制器394亦經操作性地耦合以：若耦合於組件384與切換機構204之間的一節點處之第一感測輸入397a或一第二感測輸入397b處之經監視之電壓超過一臨限值、若一經監視之溫度超過一臨限值及/或經量測之功率超過一臨限值，則關斷該切換機構204。例如，圖3D之實施方案中的功率量測可基於Iout 或Irev。
在一些實施方案中，僅耦合機構398以感測Iout使得控制器394可在Iout超過一指定正向電流臨限值時關斷切換機構204之電晶體之一者。在一些其他實施方案中，僅耦合機構398以感測Irev且在Irev超過一指定反向電流臨限值時關斷切換機構204之電晶體之一者。
圖3E係根據本發明之一或多項實施例之具有冗餘共同電源之一冗餘系統之組件之一簡化圖。在此實施方案中，整合式保護及監視器件(IPAMD)328保護包含一或多個電源供應器332之一電力領域。在此實例中，各電源供應器332具有耦合至一各自IPAMD 328之一輸出之一輸入，及各電源供應器332具有耦合至一各自IPAMD 336之一輸入之一輸出。該等IPAMD 336之輸出耦合至一組件C，該組件C可為一受供電器件或系統形式之一負載。
在圖3E中，各IPAMD 328可經實施以保護根據本文所揭示之各種實施例之電力領域之一各自電源供應器332。例如，一IPAMD 328可實施為一熱插拔器件或用如上文參考圖3B所描述之240 VA電力保護而實施。可使用一IPAMD 336對一多階段電源供應器之個別電源供應器或個別階段實施「或」操作保護。可藉由其各自IPAMD 336偵測一單一多階段電源供應器332之電源供應器或階段之任一者中的一故障，及可關斷該單元以防止該系統發生故障。
在圖3E之實例中，一電源320及一電源324形式之冗餘組件A及B各具有耦合至一各自IPAMD 340之一輸出。在此實 施例中，IPAMD 340提供一「或」操作功能。該等IPAMD 340之輸出耦合至IPAMD 328之輸入。在一實例中，電源320及324可為AC至DC源之形式，而電源供應器332為後置調節器以遞送用於系統中的特定負載之特定電壓。
在一些實施例中，電源供應器332之各者為一完全電源供應器。在一些其他實施例中，各電源供應器332為一單一電源供應器之一分支。例如，該等電源供應器332可具有一各自「OR」階段(指一多階段調節器之一特定階段)。
在圖3E中所展示之一替代實施例中，並非將IPAMD 340之輸出直接耦合至IPAMD 328之所有輸入，IPAMD 340之輸出耦合至一額外中間IPAMD之一共用輸入(圖13中未展示)，該額外中間IPAMD之輸出耦合至IPAMD 328之所有輸入。在此替代實施例中，類似於圖3E，有冗餘電源320及324及電源供應器332形式之冗餘電壓調節器模組或階段，以及中間IPAMD之額外保護。
圖4A係根據本發明之一或多項實施例之用於電流監視及報告之一整合式保護及監視器件400之組件之一簡化圖。在圖4A中，在一單元中(例如，在相同晶片上)整合切換機構204與一控制器404及一驅動器408。在此實例中，該控制器404包含經組態以提供電流感測及電流報告服務之一電流監視機構412。即，該電流監視機構412具有耦合於電源供應器與切換機構204之間的一節點處之一第一輸入414a及耦合於該切換機構204與受供電器件之間的一節點處之一第二輸入414b。此等電流感測輸入414a及414b經耦 合以感測自電源供應器提供至器件之一電流。該電流監視機構412經組態以產生一電流報告信號，其指示跨該切換機構204感測之電流。
在圖4A中，驅動器408耦合於控制器404與切換機構204之一FET之閘極之間。此驅動器408經操作性地耦合以回應於指示是否接通或關斷切換機構204之自控制器404輸出之一控制而驅動切換機構204之閘極。該驅動器408可形成控制器404之一整合式部件，或在一些實施例中，驅動器408可為如圖4A中所繪示之一單獨組件。在此實例中，於相同晶粒上製作驅動器408、控制器404及切換機構204。例如，當切換機構204係實施為一FET時，該驅動器408可實施為一類比或數位緩衝器。在其他實施方案中，當切換機構204係實施為一BJT時，該驅動器408可實施為一基極電流驅動器。
圖4B係根據本發明之一或多項實施例之與一切換機構整合之用於電流監視之一整合式保護及監視器件450之組件之一簡化圖。在圖4B之實例中，相較於圖4A，在一單元(諸如，一單一晶片)中整合該切換機構204與電流監視機構458，但一控制器454及驅動器408不為該單元之部件(即，晶片外)。在此實例中，類似於圖4A之電流監視機構412且如上文一般描述，電流監視機構458亦經組態以提供電流感測。該電流監視機構458將一輸出460處之一電流報告信號提供至控制器454，如此控制器454可回應於該電流報告信號而判定是否使用驅動器408來關斷或接通切換機構 204。
在圖4B中，如在圖4A中，該驅動器480亦耦合於控制器454與切換機構204之一電晶體之閘極之間。如所繪示，該驅動器408可在整合式保護及監視器件450之外部，或在其他實例中，該驅動器408可形成器件450之一整合式部件。在圖4B中所繪示之實例中，電流監視機構458及切換機構204係製作於相同基板上，而控制器454及驅動器408係製作於一不同基板上。在一些實施例中，該器件450可封裝有控制器454及驅動器408。
圖5係根據本發明之一或多項實施例之具有一電流鏡像機構之一電流監視及報告器件500之組件之一簡化圖。在圖5中，器件500包含如上文所描述之一電流監視機構(諸如，圖4A之電流監視機構412或圖4B之電流監視機構458)之一實施方案。在此實例中，該電流監視機構包含用兩個FET 504及508及一放大器512實施之一電流鏡像電路。在此實施方案中，該等FET 504及508係組態為P通道FET。在其他實施方案中，器件500中的FET可替代地組態為N通道FET。此處，該電流鏡像電路包含與切換機構204之FET相匹配之一參考FET 504(例如，藉由將該參考FET 504製作於相同於切換機構204之FET之基板上)。例如，該參考FET 504可具有與切換機構204之FET類似之一通道結構及組態。
在圖5之實例中，該參考FET 504小於切換機構204。此比例可在參考FET 504與切換機構204之FET之相對大小方 面予以現實。例如，該切換機構204 FET具有「N」倍的參考FET 504之比例之一相對比例。此「N」值可表示各自FET之閘極長度之相對量。藉由使用此實例中的相匹配FET，參考FET 504及切換機構204之FET之相對電流密度為類似的。然而，參考FET 504之較小比例導致傳遞通過參考FET 504之電流顯著小於傳遞通過切換機構204之電流。
在圖5中，參考FET 504之閘極耦合至切換機構204之FET之閘極。以此方式，參考FET 504與切換機構204之閘極電位為相同，及參考FET 504及切換機構204 FET之類似通道結構容許該等各自FET之電阻遍及溫度變更及製作程序彼此追蹤。
在圖5中，該電流監視機構進一步包含一FET 508。一放大器512(諸如，一運算放大器)具有耦合至FET 508之閘極之一輸出。該FET 508經耦合以與放大器512協作以保持跨參考FET 504之源極及汲極之電壓與跨切換機構204之FET之源極及汲極之電壓相同。特定言之，該放大器512具有耦合至參考FET 504與FET 508之間的一節點之一輸入。該放大器512具有耦合至表示切換機構204與一受供電器件108之間的一節點處之電壓之一輸出電壓Vout之一第二輸入。放大器512之輸出耦合至FET 508之閘極以驅動FET 508之閘極電壓。該參考FET 504具有耦合至表示電源供應器104與切換機構204之間的電壓之一輸入電壓Vin之一輸入。該放大器512與FET 508協作以驅動參考FET 504之輸 出至該輸出電壓Vout。藉由將跨該參考FET 504之源極及汲極之電壓驅動為相同於跨切換機構204之FET之源極及汲極之電壓，且已知該參考FET 504具有x1之一比例而切換機構204具有xN之一比例，透過參考FET 504提供且於埠516處輸出之電流作為電流報告信號一般具有1/N之相同比例比率。即，埠516處輸出之電流報告信號一般將與除以比例比率N之透過切換機構204提供之一輸出電流Iout成比例。
返回至圖4A及圖4B，提供作為電流報告信號之此一比例電流可被控制器404或控制器454使用以判定是否經由驅動器408關斷切換機構204。即，在一實例中，可設定一臨限值使得當自圖5之埠516輸出之比例電流符合或超過此一臨限值時，該控制器404或454經觸發以引起該切換機構204關斷。可對比例輸出電流或該輸出電流之一處理版本執行此比較。在一些實例中，來自埠516之輸出電流可經鏡射、按比例調整或另外方式處理，且接著提供至一電流比較器以與一臨限值電流進行比較。
在圖4A中，可在具有顯著小於(例如)如圖2之系統200中所展示之合併用於電流監視之一外部感測電阻器之實施例之大小之一晶片中實施包含控制器404與電流監視機構412以及切換機構204及驅動器408之整合式保護及監視器件400。因此，在一些實施例中，使用該整合式單元400可導致顯著節省晶片面積。
各種組件可經組態以接收且處理如本文所揭示之報告信 號。此等報告信號之進一步處理可提供本文所描述之系統以及進一步系統及組件之額外控制及操作。圖6A至圖6F係根據本發明之一或多項實施例之用於處理且使用報告信號之組件之簡化圖。在一些實施例中，可在晶片上整合圖6A至圖6F之各種組件與切換機構。在一些實施例中，此等組件之一或多者可整合為(例如)如下文更詳細描述之一覆晶形式之控制器單元，其可與切換機構整合。
例如，圖6A展示經耦合以感測(例如)自圖4B之電流監視機構458接收之一電流報告信號之一微控制器604。例如，圖6A之微控制器604可充當圖4B之控制器454之至少一部件。圖6A之微控制器604經組態以基於經接收之報告信號輸出一控制信號。在此實例中，該報告信號可為一類比電流信號、一類比電壓信號以及一數位信號或其他形式之通信。當該報告信號為一類比信號時，該微控制器604可在接收該報告信號之輸入處合併一類比轉數位(A/D)轉換器。可將自微控制器604輸出之控制信號提供至切換機構以及一較大系統中的其他各種器件、機構及組件。以此方式，例如，當該輸入報告信號指示已發生一系統故障條件時，微控制器604經組態以引起切換機構轉至關閉狀態且經由控制信號將此條件傳達至進一步器件、機構及組件。例如，該控制信號可指示此等額外器件、機構及組態關斷以防止系統組件之進一步損壞或過熱。
在圖6B中，可經耦合以接收報告信號之另一進一步組件為一比較器608。在此實例中，比較器608具有經耦合以感 測報告信號之一第一輸入及耦合至一參考值之一第二輸入。例如，當該報告信號為一類比電流形式時，該參考值可為一參考電流形式。在圖6B中，該比較器608經組態以比較該報告信號與該參考值且基於此比較輸出一控制信號(例如)以引起切換機構關斷。該控制信號可以另外方式用於如上文參考微控制器604所描述之類似目的。此外，在圖6B中，該控制信號可遞送至包含進一步微控制器之額外處理單元。此等處理單元可經耦合以控制一電子系統或器件中的各種額外器件、機構及組件。
可預期額外能力，諸如，電壓模式電流報告。例如，可遞送一電流信號至一電阻器以產生一電壓；因此，可將該電壓按比例調整成一有用位準。此一電阻器可為內部或外部。在一些實施例中，可將此一電壓提供至一類比緩衝器或放大器。例如，圖6C展示經耦合以接收報告信號之一電阻器612。例如，電阻器612可用於報告信號為一類比電流形式之情形中。在此情況中，電阻器612將回應於該類比電流而產生跨該電阻器之一電壓V。可比較此電壓V與一指定臨限值(諸如，一參考電壓)以進一步控制如上文參考圖6A及圖6B所描述之尺寸。該電阻器612具有經耦合以接收報告信號之一輸入終端612a及在此實例中耦合至接地或在其他實例中耦合至一不同電壓參考之一輸出終端612b。
在另一實例中，圖6D展示經耦合以感測報告信號之一濾波器616。該濾波器616經組態以判定該報告信號之一差異且基於該經判定之差異輸出一控制信號。例如，濾波器 616可經組態以提供類比濾波，其中藉由該報告信號指示之一銳負載尖峰將產生一控制信號以引起一第一動作或事件發生，藉由該報告信號指示之電流之一較慢或逐漸增加或減少將導致藉由濾波器616輸出之與一第二事件或動作相關聯之一控制信號。
在圖6E中，在另一實例中，一功率感測器620具有經耦合以接收報告信號之一第一輸入及經耦合以感測一電壓(諸如，圖5之Vout)(即，切換機構204與受供電器件108之間的一節點處之電壓)之一第二輸入。在此實例中，該功率感測器620經組態以基於該報告信號及該輸出電壓判定一功率信號且基於該經判定之功率信號輸出一控制信號。例如，功率感測器620可經組態以將由該報告信號表示之一電流值與該Vout電壓相乘且輸出此功率計算作為功率信號。該所得功率信號可被控制器使用以(例如)在判定由該功率信號表示之經感測之功率符合或超過一指定臨限值時，關斷切換機構，如下文更詳細描述。該控制信號可包含(例如)數位形式之資訊，其指示當該經計算之功率信號超過某一位準時，可將系統之某些器件或組件斷電。在圖6E之此實例中，於單獨輸出埠處提供由該功率感測器620產生之控制信號及功率信號兩者以進行進一步處理。
在圖6F中，在另一實例中，一類比轉數位(A/D)轉換器624經耦合以感測類比形式之一報告信號。該A/D轉換器624經組態以將此類比報告信號轉換成一數位輸出信號以進行進一步處理。例如，可將該數位輸出信號提供至一進 一步處理器(諸如，圖6A之微控制器604)以進行進一步判定。
圖6A至圖6F中繪示之各種組件之任意者可與上文所描述之其他各種組件(包含圖1至圖5之監視機構、控制器及/或切換機構)整合。在一些實施方案中，圖6A至圖6F之組件未與此等其他組件整合且於一系統中的單獨單元或晶片中予以實施。圖6A至圖6F之組件之整合或非整合將取決於可包含此等組件之各種器件及系統之所要實施方案。
圖7係根據本發明之一或多項實施例之與一保護及監視器件相關之用於電流監視及報告之一程序700之一簡化流程圖。在圖7中，程序700開始於區塊704，其中如上文所描述之一或多個監視機構(諸如，一電流監視機構)感測一電氣特性(諸如，沿著一電源供應器與一器件之間的一電流路徑之電流)。程序700自區塊704進行至同時處理區塊708及712。在區塊708中，硬體(諸如，控制器中的一比較器)經組態以藉由比較經感測之電流與一參考電流而檢查沿著電源供應器與器件之間的電流路徑提供之電流是否具有一過電流事件。與此檢查之同時，控制器之電流監視機構經組態以回應於區塊704中的經感測之電流而在區塊712中輸出一電流報告信號。如上文所描述，此電流報告信號指示該經感測之電流且可提供至用於額外判定及操作之各種組件。例如，如上文關於圖6所描述，可將該電流報告信號提供至一微控制器604，且該微控制器可在區塊716中產生一合適控制信號以引起切換機構關斷。
在圖7中，當一電流監視機構在區塊708中檢查一過電流事件同時在區塊712中提供一電流報告信號時，控制器可回應於經感測之電流而單獨判定是否引起切換機構關斷。此外，在區塊708中監視且在區塊712中提供一電流報告信號之同時，如本文所揭示之一控制器亦可提供額外服務，諸如，溫度感測。例如，該控制器可耦合至如上文所描述之一溫度感測器以判定切換機構之溫度是否已超過指示一過熱事件之一指定臨限值，在過熱情況中，該控制器可引起該切換機構關斷。達到該溫度臨限值亦可指示過多功率被消散。
圖8A係根據本發明之一或多項實施例之基於功率量測之用於整合式保護、監視及控制之一程序800之一簡化流程圖。在一些實施例中，可省略同時報告信號，及在一些其他實施例中，可包含同時報告信號。
在圖8A中，程序800開始於區塊804中，其中，如上文所描述，感測/判定一電壓及一電流。例如，在圖3B中，可如上文所描述感測Vout及Iout。替代地，如上文關於圖5所描述，該經感測之電流可為Iout之一按比例調整版本。
在圖8A中，程序800自區塊804進行至區塊808，基於經感測之電壓及電流計算區塊808處之功率Pout。例如，可藉由圖3B之功率量測機構370判定Pout。在另一實例中，Pout計算可基於藉由圖6E之功率感測器620之一電流報告信號及一經感測之電壓Vout，其中以一功率信號之形式輸出該經判定之Pout值。在區塊812中，比較該經計算之Pout 與一指定臨限值。當Pout不符合或超過該臨限值時，程序800返回至區塊804。當Pout符合或超過該臨限值時，程序800進行至區塊816，其中整合式保護及監視器件(諸如，圖1A之器件112)可使組件102及106彼此切斷連接。例如，藉由圖6E中的功率感測器620輸出之一控制信號可指示圖3B之控制器358關斷切換機構204。
儘管圖8A已描述且繪示為處理區塊之一序列，然熟習此項技術者應理解，經常同時實行該等區塊。例如，在一些實施方案中，在未等待實行其他操作(諸如，區塊808及812中的功率計算及比較)之情況下，可在區塊804中經時連續或重複感測電壓及/或電流。因為可在區塊804中連續感測電壓及/或電流，故亦可彼此同時且與區塊804中的持續感測之同時連續或重複執行包含區塊808中的判定及區塊812中的比較之操作。
圖8B係根據本發明之一或多項實施例之基於電壓量測及電流量測之用於整合式保護、監視及控制之一程序850之一簡化流程圖。在圖8B中，程序850開始於區塊854，其中如本文所揭示感測/判定如本文所描述之一電壓(諸如，Vin或Vout)及一電流(諸如，Iout)。
在圖8B中，程序800自區塊854進行至區塊858，其中設定一參考電流Iref使得Iref＊(輸入或輸出電壓位準)=系統(特定言之，受供電組件)之一所要功率位準。例如，若該所要功率位準為240 VA，且改變Vin或Vout，則因此可改變Iref以維持該240 VA功率位準。在區塊862中，比較區塊 854之經感測之電流與Iref。在區塊866中，當該經感測之電流未符合或超過Iref時，程序850返回至區塊854。當該經感測之電流符合或超過Iref時，程序850進行至區塊874，其中關斷切換機構，如上文各種實施例所解釋。
如同圖8A，熟習此項技術者應理解，經常同時執行圖8B之處理區塊。在一些實施方案中，在未等待實行其他操作(諸如，在區塊858中設定參考電流及在區塊862中比較電流)之情況下，在區塊854中隨時間連續或重複感測電壓及/或電流。可彼此同時且與區塊854中的持續感測之同時連續或重複執行包含區塊858中的設定及區塊862中的比較之操作。
取決於所要實施方案，可製作本文所描述之不同器件、裝置、電路、組件、機構及/或單元使得其等共用相同基板(例如，在相同晶粒或晶片上)。在一替代實施方案中，可在不同基板上(例如，在不同晶片上)製作此等器件、裝置、電路、組件、機構及/或單元。在各種實施方案中，此等器件、裝置、電路、組件、機構及/或單元可設置於相同或不同封裝中。例如，在圖4A中，製作於一第一晶粒上之一整合式控制器404及切換機構204可與如上文所描述之一電源供應器互連且設置於相同封裝中。在一些實施方案中，可在相同於電流監視機構412及切換機構204之晶粒上整合(製作)各種額外電子組件(諸如，圖6A至圖6F中所繪示之該等組件)。在另一實例中，如圖2至圖4中所展示之一控制器可實施為與本文所描述之實施例中的其他器 件、電路、開關、機構及組件分離之一離散控制器。
在一些實施方案中，各種器件、裝置、電路、組件、機構、切換機構(諸如，一負載開關)及/或單元可整合且封裝為一覆晶積體電路(IC)。取決於所要實施方案，該覆晶IC可合併其他積體電路及/或微機電系統(MEMS)器件及電路。該覆晶IC可連接至外部電路及/或具有沈積至該覆晶之接觸墊上之焊料凸塊之其他晶片或晶圓。
取決於特定實施方案，可改變對可能系統故障條件之回應。例如，在一些實施方案中，一旦藉由一或多個監視機構接近即時偵測一過電流事件、過電壓事件、過功率事件及/或過溫度事件，則一控制器關斷切換機構。在一些實施方案中，例如，藉由一濾波器處理自一監視機構輸出之一報告信號。此一濾波器可經耦合以接收該報告信號(諸如，一電流報告信號)且在遞送至控制器之前濾波該報告信號。在其他實施方案中，該濾波器係合併於該控制器中。控制器判定是否關斷切換機構可基於對報告信號執行各種電氣操作(包含但不限於濾波)之該控制器。例如，當首先偵測指示一可能過載條件之一過電流事件時，該控制器可經程式化以在一特定延時時間段(例如，約幾微妙或幾毫秒)之後等待及檢查是否仍存在過電流事件。在一些實施方案中，可有兩個或兩個以上在控制器判定一系統故障條件係存在的且關斷切換機構之前係滿足之指定臨限值。例如，當該經監視之電氣特性(例如，電壓、電流及/或功率)符合或超過一第一臨限值但不符合或超過一第二 臨限值時，該控制器可在未關斷切換機構之情況下經組態以產生一警告信號。在此實例中，該控制器未關斷切換機構直至該經監視之電氣特性之量值超過第一臨限值及第二臨限值兩者。
在一些實施例中，如本文所描述之一整合式保護及監視器件(IPAMD)之一監視機構主動監視電氣特性(諸如，自一切換機構連續遞送至一負載(諸如，圖3D中的組件388)之電壓、電流及/或功率)(包含在啟動及/或重設IPAMD期間)。例如，若在任意時所遞送之功率符合或超過一第一臨限值(諸如，240 VA)，則IPAMD之控制器用一使用者可程式化逾時來起始一故障計時器。例如，該IPAMD可經組態以具有多於一個可選擇逾時週期。一外部電阻器可耦合至實施該IPAMD以程式化該逾時週期之晶片之一接針。在一些實施方案中，若被負載汲取之功率在整個逾時週期中皆超過第一臨限值，但該所汲取之功率之量值小於一第二臨限值(其可類似為一可程式化設定)，則在逾時週期結束時才關斷切換機構。若在終止逾時週期之前結束此過功率事件，則將重設計時器，且控制器將不回應於該過功率事件關斷切換機構。在一些例子中，將不關斷切換機構，除非在逾時週期期間在某個時刻被負載汲取之電壓、電流及/或功率超過第一臨限值及第二臨限值兩者。在一些例子中，回應於在整個逾時週期所汲取之電壓、電流及/或功率超過兩個臨限值或超過其之一些指定分率而發生關斷。在一些其他實施方案中，超過第一臨限值及第二臨限值兩 者才關斷切換機構，無關於任意逾時週期。如上文所描述，自IPAMD輸出之一報告信號可指示是否在任意給定時間已符合或超過第一臨限值及/或第二臨限值。
在一些實施例中，IPAMD可經組態以提供藉由一外部電阻器程式化之若干適度逾時週期。例如，若切換機構之路徑中的負載電流在整個逾時週期內超過一第一臨限值，但該負載電流量值小於一第二臨限值，則將在該等逾時週期之一經選擇者結束時關斷該切換機構，及該電流報告信號將指示一適度故障條件。可透過連接至具有IPAMD之晶片上之一接針之一電阻器在外部程式化該第一臨限值及/或該第二臨限值。在一些實施例中，如本文所進一步描述，控制電流支援運作中臨限值調整。例如，可在IPAMD之操作期間改變電流臨限值。
本文所揭示之IPAMD及程序之一些實施例可合併各種額外服務，包含啟動期間之自身診斷及熱器件保護。運用一自身診斷程序，IPAMD試圖判定切換機構是否短路或已發生故障。例如，在圖5中，可合併電路以在啟動時檢查Vin及Vout。在啟動期間，若提議關斷切換機構，且有一顯著電壓Vout，則該自身診斷程序可判定有一切換機構短路或有其他故障。在一些實施方案中，可在各重新啟動IPAMD時執行一自身診斷程序。
在一些實施方案中，提供用於IPAMD之一啟動程序。圖8C係根據本發明之一或多項實施例之用於一IPAMD之一啟動程序875之一簡化流程圖。在一實例中，IPAMD可經組 態以僅在滿足某些先前條件時起始一啟動序列。例如，在區塊876中，判定合併IPAMD之晶片之一接針上之一偏壓電源供應電壓(諸如，3.3伏特)是否高於一偏壓欠壓鎖定位準(UVLO)。例如，可將該偏壓電源供應電壓遞送至該晶片以供電給內部控制電路，諸如，IPAMD之一控制器及/或監視機構。可在區塊876中檢查之另一條件為自一第一組件(諸如，圖1B之一電源供應器104)至IPAMD之一輸入電壓(Vin)(諸如，12伏特)是否高於一輸入電壓UVLO。在此實例中，在區塊876中，僅當該偏壓電壓及輸入電壓大於各自UVLO時，該IPAMD進行至區塊880。否則，重複區塊876。在一些其他實例中，對於程序876進行至區塊880需要滿足區塊876之該等條件之僅一者。
該IPAMD可經組態以在區塊880中執行一或多個檢查操作以確保沒有故障。區塊880之檢查可包含(例如)偵測跨切換機構之可能短路及偵測跨包含軟啟動電容器之電容器之可能洩漏。在一實例中，若切換機構之一傳遞FET短路，則當供應Vin時，該IPAMD之輸出處之一節點可能無法放電。在此實例中，在區塊882中，若區塊880之檢查一或多者不合格(例如，跨切換機構有一短路及/或軟啟動電容器未進行放電)，則程序875在區塊883中終止。
在圖8C中，在區塊880中偵測一切換機構短路之一方式係在於對IPAMD之輸出處(即，該IPAMD輸出與一受供電組件之間的一節點處)之任意電荷進行放電。在一些實施方案中，該IPAMD將保持放電作用達一指定時間。在一些 實施方案中，在區塊880中，該IPAMD可藉由判定該IPAMD輸出電壓Vout是否低於晶片上之一經內部界定之參考電壓(諸如，8伏特)而檢查跨切換機構之可能短路。Vout係指該IPAMD與受供電組件(諸如，圖1B之器件108)之間的一節點處之電壓。若Vout不低於參考值，則將暫存一潛在切換機構短路，及電流報告信號將指示一過載條件。可鎖存且維持該過載條件直至重新啟動IPAMD。返回至區塊882，若未偵測到潛在切換機構短路或其他故障，則一般在區塊890中供電給IPAMD。
例如，可藉由將一適當輸入提供至晶片上之一控制接針來停用或啟用區塊880之切換機構短路測試。在一些實施方案中，可在每個重新啟動期間執行軟啟動電容器之放電。IPAMD可與額外電路整合以對連接於切換機構與接地之間的一放電電容器進行放電以提供可重複軟啟動波形。在一些實施方案中，在各重新啟動期間，該IPAMD使用一整合式電阻性元件以對放電電容器放電。一旦起始重新啟動，該IPAMD將啟動一計時器且放電達一時間段。在此時間段結束時，該IPAMD將檢查跨放電電容器之電壓是否低於一軟啟動臨限值(諸如，0.4伏特)。若符合此條件，則該IPAMD將準備起始啟動。若跨放電電容器之電壓不低於軟啟動臨限值，則該IPAMD可關斷切換機構且用電流報告信號報告一過載條件。
在一些實施方案中，在各重新啟動期間執行上文所描述之區塊880之檢查操作。此檢查在啟動之前確保適當的IC 組態。在各重新啟動期間，在偏壓電壓為有效之後，該IPAMD將檢查如上文所描述之其他故障條件。若識別一故障，則該IPAMD將使用電流報告信號報告該故障。將鎖存該故障條件直至重新啟動。
返回至區塊876，在一些實施方案中，當符合一不同組的條件才啟動該IPAMD：偏壓電壓、輸入電壓及軟啟動電容器電壓高於各自UVLO；如上文參考圖3C所描述之一開/關式開關正在接收一適當啟用信號；及完成如本文所描述之其他啟動檢查操作而未偵測到過載條件。
圖9展示電路900，其可用於一些實施例中以驅動一切換機構。如圖1A及1B所展示，此電路可合併於一整合式保護及監視器件中。例如，圖9之電路可包含於如圖3A或圖3B中所展示之一控制器中。
圖9之電路展示耦合於提供Vin(在此實例中為+12 V)之一電壓之一電源供應器與一受供電器件(藉由具有C1之一電容之電容器901表示)之間的一N通道MOSFET形式之一切換機構204之一實例。如圖9中所展示，提供且連接在此實例中可在1微安培與20微安培之間改變之一電流源902，及一電荷泵903具有經耦合以接收Vin之一輸入及耦合至一箝位電路904之一輸出。取決於所要實施方案，該電荷泵903可經組態以藉由各種供應電壓之任意者被供電。該電荷泵903之輸出處之箝位904經組態以箝位低於一指定值之電荷泵輸入電壓，其可經設定以達成該電路之長期可靠性。該箝位904具有耦合至切換機構204之MOSFET之閘極之一輸 出。一分路調節器906可並聯於電容器901而耦合。該分路調節器906經耦合以調節驅動切換機構204之MOSFET之閘極之電壓。一開關式開關908經操作性地耦合以接通或關斷機構204之MOSFET。即，當關斷MOSFET時，該開關908將該MOSFET之閘極連接至其源極。可藉由將該MOSFET之閘極連接至該分路調節器906而接通該MOSFET。該分路調節器906可經程式化及經修整以最大化切換機構204之效能。
圖9之一替代電路實施方案係展示於圖10中。在一實施方案中，在啟動期間，使用提供一電流Iss之一恆定電流源1008對一Css電容器1004充電。在此實例中，一軟啟動(SS)節點1012處之電壓將按等式1中的關係線性升高直至切換機構204之FET之閘極源極電壓達到一電壓V。
在此實例中，切換機構204之所繪示之FET為一傳遞FET。在啟動期間，該傳遞FET係操作為一源極隨耦器。結果，整合式保護及監視器件之輸出節點1020處之電壓Vout將遵循於SS節點1012上產生之線性及單調電壓斜坡(voltage ramp)。因此，等式1可用於計算一軟啟動時間(Tss)。
對於大於某一電容之Css值，Tss係主要藉由Css之值及閘極充電電流Iss而界定。在此實例中，重新排列等式1及用12 V替代最後閘極源極電壓，針對Tss獲得等式2。
若在啟動時節點1020處之負載主要為主體電容Cout 1016，則節點1020處之Vout本質上將隨著Css之電壓之上升而上升。如早期所提及，傳遞FET在啟動期間被操作為一電壓隨耦器；因此，其閘極源極電壓在啟動期間本質上為恆定，導致一近似恆定Cout充電電流。此電流之量值可計算為如下：
自等式3，可見漸增Tss導致Cout充電電流降低。為達成成功啟動，Css值較佳係以12 V×IIN未超過240 VA保護臨限值之此一方式而選擇。組合等式2與等式3，對於一成功啟動可導出Css與Cout之間的一關係。
若電容性負載元件及電阻性負載元件兩者皆存在於12 V輸出上，則可使用等式5(經修改之等式3)計算Cout充電電流之量值。
組合等式2與等式5，對於成功啟動可導出Css與Cout之間的一關係(在電容性負載元件及電阻性負載元件兩者皆存在於12 V輸出上之情況中)(見等式6)。
為達成傳遞FET之可靠低損耗操作，整合式保護及監視器件監視該傳遞FET之閘極源極電壓之值。例如，可啟用閘極源極電壓UVLO達約400毫秒。此使Css及Tss有一上限。
若該傳遞FET閘極源極電壓在啟動期間無法高於閘極源極電壓UVLO臨限值或在其後任意時間低於閘極源極電壓UVLO臨限值，則整合式保護及監視器件可斷定此一嚴重故障，將該傳遞FET鎖斷且報告一系統故障條件。可保持該經鎖存之故障條件直至重新啟動。
可使用圖11之電路1100達成電流限制。在圖11中，電路1100表示具有提供過電流感測及電流報告之一電流監視機構之一整合式保護及監視器件之一實例。在此實例中，將電壓Vin自一第一組件(諸如，一電源)供應至該整合式保護及監視器件，及將電壓Vout自該整合式保護及監視器件提供至一第二組件(諸如，一受供電器件)。在此實例中，該電路1100包含一N-MOSFET形式之一切換機構1104及一參考N-MOSFET 1108(其為切換機構1104之N-MOSFET之比例版本)，如上文參考圖5所一般解釋。該電路1100經組態使得接通或關斷切換FET 1104以選擇性地容許在該第一組件與該第二組件之間傳遞電流，如上文所一般描述。在此實例中，該組態驅動切換FET 1104及參考FET 1108兩者之電流密度使其等大致相同。在圖11中，該等各自FET 1104及1108之閘極彼此耦合，該等各自FET 1104及1108之汲極亦如此。一放大器1110具有耦合至切換FET 1104之源極之一 第一輸入1113、耦合至參考FET 1108之源極之一第二輸入1114及耦合至下文更詳細描述之一電流鏡像之一輸出1115。與電流源1116結合之放大器1110之此組態使得切換FET 1104及參考FET 1108兩者之源極處之電壓相等。
在圖11中，以一可調整參考電流1112「Icurrent limit」形式實施一指定電壓臨限值。在其他實施方案中，該指定電流臨限值為一設定參考電流。在一些實施例中(諸如，圖11之實例)，該參考電流1112經按比例調整以維持大體上接近不期望超過之一功率限制臨限值之一功率。例如，參考電流1112可回應於一改變輸入或輸出電壓位準而波動，使得Icurrent limit ＊(Vin或Vout)=Vout節點處之受供電組件之一所要功率位準。例如，若該所要功率位準為240 VA，且改變Vin或Vout，則可因此改變電流臨限值以維持240 VA功率位準。
在圖11中，由參考FET 1108之源極提供之電流係切換FET 1104之源極處提供之電流之一比例分率，且係使用具有此實例中的一電流源1116及一電流源1120之一簡化表示之一電流鏡像機構而鏡像。即，參考FET 1108之源極電流係使用電流鏡像機構而鏡像且提供至節點1124並且與參考電流1112相比較。在一實施方案中，該參考電流1112經組態以提供一電流值，其對應於以一給定之經量測之Vout關斷切換機構之一功率臨限值。此可使用不同技術而完成。在一技術之一實例中，一功率臨限值Plimit可設定為240 VA，且已知整合報告及監視器件將以接近12 V操作。因 此，在此實例中，一標稱電壓VNOM為12 V。一電流INOM為(Plimit/VNOM)×(1/N)，其中N為切換機構FET對參考FET比率。(VNOM/Vout)×INOM=Icurrent limit，其中Icurrent limit因此為表示期望關閉切換機構之功率位準之電流。在一第二技術之一實例中，使用一近似法計算Icurrent limit。特定言之，Icurrent limit=INOM-K×(Vout-VNOM)，當Vout接近VNOM時相對較準確。可基於電路之校準設定常數K，及K×(Vout-VNOM)為與Vout與VNOM之間的差異成比例之一校正項。此第二技術可用於期望減去兩個信號而非除以其等(例如，使用第一技術)之實施方案中。
在圖11中，當由電流源1120提供之鏡像電流符合或超過參考電流1112(兩者皆被提供至節點1124)時，具有耦合至節點1124之一輸入之一比較器1128輸出指示節點1132處之一過載條件之一電流報告信號。在一些替代實施例中，該參考電流1112及來自電流源1120之鏡像電流可個別提供至各自電阻器，以產生對應電壓。該等各自電阻器之輸出可耦合至一電壓比較器，故可比較該等電壓以判定是否已發生過載條件。在各種實施例中，可將過載條件傳達至其他器件及電路(諸如，圖4A之控制器404)以引起切換機構關斷。藉由相同符記，當節點1132處之報告信號指示不再有一過載條件時，控制器404可引起切換機構接通。可以此等方式控制本文所描述之各種不同切換機構實施方案之任意者。
儘管本發明標的已參考本發明之特定實施例而予以特定 展示及描述，然熟習此項技術者將理解，可在不脫離本發明之精神及範疇之情況下對該等所揭示之實施例之形式及細節作改變。當然，本發明不應限於所描繪之實施例。此外，儘管本發明標的之各種優點及態樣已參考各種實施例在本文中予以討論，然應理解本發明之範疇不應藉由參考此等優點及態樣而受限。確切言之，本發明之範疇應參考隨附申請專利範圍而判定。
100‧‧‧系統
102‧‧‧第一組件
104‧‧‧電源供應器
106‧‧‧第二組件
108‧‧‧器件
112‧‧‧整合式保護及監視器件
114‧‧‧整合式保護及監視器件/整合式器件
116‧‧‧輸出埠
150‧‧‧系統
200‧‧‧系統
204‧‧‧切換機構/負載開關
204a‧‧‧反向電流電晶體/背對背開關
204b‧‧‧正向電流電晶體/背對背開關
208‧‧‧控制器
212‧‧‧控制輸出
216a‧‧‧電流感測輸入
216b‧‧‧電流感測輸入
220‧‧‧感測電阻器
224‧‧‧電流報告輸出埠
300‧‧‧系統
302‧‧‧整合式保護及監視器件
304‧‧‧控制器
306‧‧‧第一電流感測輸入
307‧‧‧第二電流感測輸入
308‧‧‧電流報告輸出埠
309‧‧‧溫度感測輸入
312‧‧‧溫度感測器
316‧‧‧輸出埠
320‧‧‧電源
324‧‧‧電源
328‧‧‧整合式保護及監視器件
332‧‧‧電源供應器
336‧‧‧整合式保護及監視
340‧‧‧整合式保護及監視器件
350‧‧‧整合式保護及監視器件
358‧‧‧控制器
366‧‧‧驅動器
370‧‧‧功率量測機構
372‧‧‧輸出埠
378‧‧‧電壓感測輸入
380‧‧‧系統
384‧‧‧組件A
388‧‧‧組件B
390‧‧‧整合式保護及監視器件
392‧‧‧整合式保護及監視器件
393‧‧‧開關
394‧‧‧控制器
396a‧‧‧輸出
396b‧‧‧輸出
397a‧‧‧第一感測輸入
397b‧‧‧第二感測輸入
398‧‧‧電流、電壓、功率及溫度監視機構
400‧‧‧整合式保護及監視器件/整合式單元
404‧‧‧控制器
408‧‧‧驅動器
412‧‧‧電流監視機構
414a‧‧‧第一輸入/電流感測輸入
414b‧‧‧第二輸入
450‧‧‧整合式保護及監視器件
454‧‧‧控制器
458‧‧‧電流監視器件
460‧‧‧輸入
500‧‧‧電流監視及報告器件
504‧‧‧參考場效應電晶體
508‧‧‧場效應電晶體
512‧‧‧放大器
516‧‧‧埠
604‧‧‧微控制器
608‧‧‧比較器
612‧‧‧電阻器
612a‧‧‧輸入終端
612b‧‧‧輸出終端
616‧‧‧濾波器
620‧‧‧功率感測器
624‧‧‧類比轉數位(A/D)轉換器
900‧‧‧電路
901‧‧‧電容器
902‧‧‧電流源
903‧‧‧電荷泵
904‧‧‧箝位電路
906‧‧‧分路穩壓器
908‧‧‧開關
1000‧‧‧電路
1004‧‧‧電容器
1008‧‧‧電流源
1012‧‧‧節點
1016‧‧‧整體電容
1020‧‧‧節點
1100‧‧‧電路
1104‧‧‧切換機構/切換場效應電晶體
1108‧‧‧參考N-MOSFET/參考FET
1110‧‧‧放大器
1112‧‧‧參考電路
1113‧‧‧第一輸入
1114‧‧‧第二輸入
1115‧‧‧輸出
1116‧‧‧電流源
1120‧‧‧電流源
1124‧‧‧節點
1128‧‧‧比較器
1132‧‧‧節點
Iout‧‧‧正向電流
Irev‧‧‧反向電流
Iss‧‧‧電流
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
圖1A係根據本發明之一或多項實施例之合併一整合式保護及監視器件之一系統100之組件之一簡化圖。
圖1B係根據本發明之一或多項實施例之具有電流監視及報告之一整合式保護及監視器件之一系統150之組件之一簡化圖。
圖2係根據本發明之一或多項實施例之使用一感測電阻器合併一保護及監視器件與電流監視及報告之一系統200之組件之一簡化圖。
圖3A係根據本發明之一或多項實施例之合併一整合式保護及監視器件與整合式電流監視及溫度感測之一系統300之組件之一簡化圖。
圖3B係根據本發明之一或多項實施例之基於功率量測用於切換控制之一整合式保護及監視器件350之組件之一簡化圖。
圖3C係根據本發明之一或多項實施例之合併一整合式保護及監視器件之一系統380之組件之一簡化圖。
圖3D係根據本發明之一或多項實施例之合併一整合式保護及監視器件390之一系統之組件之一簡化圖。
圖3E係根據本發明之一或多項實施例之具有冗餘共同電源之一冗餘系統之組件之一簡化圖。
圖4A係根據本發明之一或多項實施例之用於電流監視及報告之一整合式保護及監視器件400之組件之一簡化圖。
圖4B係根據本發明之一或多項實施例之與一切換機構整合之用於電流監視之一整合式保護及監視器件450之組件之一簡化圖。
圖5係根據本發明之一或多項實施例之具有一電流鏡像機構之一電流監視及報告器件500之組件之一簡化圖。
圖6A至圖6F係根據本發明之一或多項實施例之用於處理且使用報告信號之組件之一簡化圖。
圖7係根據本發明之一或多項實施例之與一保護及監視器件相關之用於電流監視及報告之一程序700之一簡化流程圖。
圖8A係根據本發明之一或多項實施例之基於功率量測用於整合式保護、監視及控制之一程序800A之一簡化流程圖。
圖8B係根據本發明之一或多項實施例之基於電壓及電流量測用於整合式保護、監視及控制之一程序800B之一簡化流程圖。
圖8C係根據本發明之一或多項實施例之用於一整合式保護及監視器件之一啟動程序875之一簡化流程圖。
圖9係根據本發明之一或多項實施例之用於驅動一切換機構之電路900之一簡化圖。
圖10係根據本發明之一或多項進一步實施例之用於驅動一切換機構之電路1000之一簡化圖。
圖11係根據本發明之一或多項實施例之用於執行.電流限制之電路1100之一簡化圖。
204‧‧‧切換機構
400‧‧‧整合式保護及監視器件
404‧‧‧控制器
408‧‧‧驅動器
412‧‧‧電流監視機構
414a‧‧‧第一輸入/電流感測輸入
414b‧‧‧第二輸入

Claims (68)

  1. 一種系統，其包括：一電源供應器；一器件；一切換機構，其耦合於該電源供應器與該器件之間，該切換機構經組態以具有該電源供應器係耦合至該器件之一開啟狀態或該電源供應器係自該器件去耦之一關閉狀態，該開啟狀態容許電流沿著一電流路徑自該電源供應器傳遞至該器件；及一監視機構，其具有一或多個感測輸入及一報告輸出，該一或多個感測輸入經耦合以感測該電流路徑處之一電氣特性，該監視機構經組態以回應於該經感測之電氣特性而在該報告輸出處提供一報告信號，該報告信號指示該經感測之電氣特性，在一晶片上整合該監視機構與該切換機構。
  2. 如請求項1之系統，其中該電氣特性為一電流。
  3. 如請求項1之系統，其中該電氣特性為一電壓。
  4. 如請求項1之系統，其中該電氣特性為一功率。
  5. 如請求項1之系統，該監視機構經耦合以將該報告信號提供至一控制器，該控制器經操作性地耦合以引起該切換機構具有該開啟狀態或該關閉狀態。
  6. 如請求項5之系統，該控制器經操作性地耦合以回應於該經感測之電氣特性符合或超過一指定臨限值而引起該切換機構具有該關閉狀態。
  7. 如請求項1之系統，該監視機構之該一或多個感測輸入包含耦合於該電源供應器與該切換機構之間的一第一感測輸入，及耦合於該切換機構與該器件之間的一第二感測輸入。
  8. 如請求項1之系統，其進一步包括：一感測電阻器，其耦合於該電流路徑中，該監視機構之該一或多個感測輸入包含耦合至該感測電阻器之一第一終端之一第一輸入及耦合至該感測電阻器之一第二終端之一第二輸入。
  9. 如請求項8之系統，該感測電阻器耦合於該電源供應器與該切換機構之間。
  10. 如請求項1之系統，其進一步包括：一控制器，其具有經耦合以感測一溫度之一溫度感測輸入，該控制器經操作性地耦合以回應於該經感測之溫度而引起該切換機構具有該關閉狀態。
  11. 如請求項1之系統，該電源供應器為一電池、一AC至DC轉換器或一DC至DC轉換器。
  12. 一種器件，其包括：一切換機構，其經組態以具有一開啟狀態或一關閉狀態，該開啟狀態容許沿著一電流路徑傳遞電流；及一監視機構，其具有一或多個感測輸入及一報告輸出，該一或多個感測輸入經耦合以感測該電流路徑處之一電氣特性，該監視機構經組態以回應於該經感測之電氣特性而在該報告輸出處提供一報告信號，該報告信號 指示該經感測之電氣特性，在一晶片上整合該監視機構與該切換機構。
  13. 如請求項12之器件，該監視機構經耦合以將該報告信號提供至一控制器，該控制器經操作性地耦合以引起該切換機構具有該開啟狀態或該關閉狀態。
  14. 如請求項13之器件，該控制器經操作性地耦合以回應於該經感測之電氣特性符合或超過一指定臨限值而引起該切換機構具有該關閉狀態。
  15. 如請求項14之器件，其中該指定臨限值係藉由一參考信號而提供。
  16. 如請求項15之器件，其中該參考信號為可調整。
  17. 如請求項16之器件，其中該參考信號係可回應於該經感測之電氣特性而調整。
  18. 如請求項17之器件，其中該參考信號為一電流信號，及該經感測之電氣特性為一電壓位準。
  19. 如請求項17之器件，其中該參考信號為可調整以維持一功率位準。
  20. 如請求項14之器件，該指定臨限值指示一系統故障條件。
  21. 如請求項12之器件，該報告信號指示一電流值。
  22. 如請求項12之器件，該報告信號指示一電壓值。
  23. 如請求項12之器件，該報告信號指示一功率值。
  24. 如請求項12之器件，該報告信號為一數位信號。
  25. 如請求項12之器件，其進一步包括： 一微控制器，其經耦合以感測該報告信號，該微控制器經組態以基於該報告信號輸出一控制信號。
  26. 如請求項25之器件，該控制信號指示該報告信號超過一指定臨限值。
  27. 如請求項12之器件，其進一步包括：一比較器，其經耦合以感測該報告信號，該比較器經組態以比較該報告信號與一參考值且回應於該報告信號與該參考值之比較而輸出一控制信號。
  28. 如請求項12之器件，其進一步包括：一電阻器，其經耦合以接收該報告信號。
  29. 如請求項12之器件，其進一步包括：一濾波器，其經耦合以感測該報告信號，該濾波器經組態以濾波該報告信號且基於該經濾波之信號輸出一控制信號。
  30. 如請求項29之器件，其中該濾波器為一類比濾波器。
  31. 如請求項29之器件，其中該濾波器為一數位濾波器。
  32. 如請求項12之器件，其進一步包括：一功率感測器，其具有經耦合以感測該報告信號之一第一輸入及經耦合以感測該切換機構耦合至一組件之一節點處之一輸出電壓之一第二輸入，該功率感測器經組態以基於該報告信號及該輸出電壓判定一功率信號且基於該經判定之功率信號輸出一控制信號。
  33. 如請求項12之器件，其進一步包括：一類比轉數位(A/D)轉換器，其經耦合以感測該報告 信號，該A/D轉換器經組態以將該報告信號轉換成一數位輸出信號。
  34. 如請求項12之器件，該監視機構之該一或多個感測輸入包含耦合於一第一組件與該切換機構之間的一第一感測輸入，及耦合於該切換機構與一第二組件之間的一第二感測輸入。
  35. 如請求項12之器件，其進一步包括：一驅動器，其耦合於一控制器與該切換機構之間，該驅動器經操作性地耦合以引起該切換機構具有該開啟狀態或該關閉狀態。
  36. 如請求項35之器件，其中該驅動器包含一或多個電晶體。
  37. 如請求項35之器件，其中該驅動器包含一電流源及一電容器。
  38. 如請求項12之器件，該電流監視機構包含：一參考電晶體，其與該切換機構之一電晶體相匹配，該參考電晶體經組態以引起該監視機構參考該經感測之電氣特性而輸出該報告信號。
  39. 如請求項38之器件，該參考電晶體相對於該切換機構電晶體具有一比例比率，該報告信號指示具有相對於該經感測之電氣特性之該比例比率之一經按比例調整之電氣特性。
  40. 如請求項39之器件，其進一步包括：一控制器，其經操作性地耦合以回應於該經按比例調 整之電氣特性而引起該切換機構具有該關閉狀態。
  41. 如請求項12之器件，其進一步包括：一感測電阻器，其耦合於該電流路徑中，該監視機構之該一或多個感測輸入包含耦合至該感測電阻器之一第一終端之一第一輸入及耦合至該感測電阻器之一第二終端之一第二輸入。
  42. 如請求項12之器件，其進一步包括：一控制器，其具有經耦合以感測一溫度之一溫度感測輸入，該控制器經操作性地耦合以回應於該經感測之溫度而引起該切換機構具有該關閉狀態。
  43. 如請求項12之器件，其進一步包括：一溫度感測器，其經組態以感測一溫度，一控制器具有耦合至該溫度感測器之一溫度感測輸入。
  44. 如請求項43之器件，其中整合該溫度感測器與該切換機構。
  45. 如請求項43之器件，其中整合該溫度感測器與該控制器。
  46. 如請求項12之器件，該切換機構包含一電晶體。
  47. 如請求項46之器件，該電晶體為一場效應電晶體(FET)。
  48. 如請求項12之器件，該切換機構為自由一負載開關、一「或」操作開關、一電路斷路器、一保險絲及一熱插拔開關組成之群組選擇之一項目。
  49. 如請求項46之器件，該電晶體為一雙極接面電晶體 (BJT)。
  50. 一種程序，其包括：在一監視機構處感測一電源供應器與一器件之間的一電流路徑處之一電氣特性，一切換機構耦合於該電源供應器與該器件之間，該切換機構經組態以具有該電源供應器係耦合至該器件之一開啟狀態或該電源供應器自該器件去耦之一關閉狀態，該開啟狀態容許電流沿著該電流路徑自該電源供應器傳遞至該器件，該監視機構係與該切換機構整合；回應於該經感測之電氣特性而判定是否引起該切換機構具有該關閉狀態；及回應於該經感測之電氣特性而在該監視機構處提供一報告信號，該報告信號指示該經感測之電氣特性。
  51. 如請求項50之程序，其進一步包括：回應於一溫度而判定是否引起該切換機構具有該關閉狀態。
  52. 如請求項51之程序，其中在接近該切換機構之一位置處感測該溫度。
  53. 如請求項51之程序，其中在接近該器件之一位置處感測該溫度。
  54. 如請求項50之程序，其進一步包括：基於該報告信號產生一控制信號。
  55. 一種程序，其包括：在一監視機構處感測一電源供應器與一器件之間的一 電流路徑處之一電氣特性，一切換機構耦合於該電源供應器與該器件之間，該切換機構經組態以具有該電源供應器係耦合至該器件之一開啟狀態或該電源供應器自該器件去耦之一關閉狀態，該開啟狀態容許電流沿著該電流路徑自該電源供應器傳遞至該器件；回應於該經感測之電氣特性而設定一可調整之參考電氣特性以提供一指定功率位準；比較該經感測之電氣特性與該可調整之參考電氣特性；及回應於該經感測之電氣特性符合或超過該參考電氣特性而引起該切換機構具有該關閉狀態。
  56. 一種器件，其包括：一切換機構，其可耦合於一電源供應器與一器件之間，該切換機構經組態以具有該電源供應器係耦合至該器件之一開啟狀態或該電源供應器係自該器件去耦之一關閉狀態，該開啟狀態容許電流沿著一電流路徑自該電源供應器傳遞至該器件；及一控制器，其包含一功率量測機構，該功率量測機構具有：經耦合以感測該電流路徑處之一電流之一或多個電流感測輸入，及經耦合以感測該切換機構與該器件之間的一節點處之一電壓之一電壓感測輸入，該功率量測機構經組態以基於該經感測之電流及該經感測之電壓而量測一功率，該控制器經操作性地耦合以回應於指示一系統故障條件之一或多個事件而引起該切換機構具有該 關閉狀態，該一或多個事件包含該經量測之功率超過一指定功率臨限值，在一晶片上整合該控制器與該切換機構。
  57. 如請求項56之器件，該晶片為一覆晶。
  58. 如請求項56之器件，該控制器經進一步操作性地耦合以回應於包含該經感測之電流超過一指定電流臨限值之該一或多個事件而引起該切換機構具有該關閉狀態。
  59. 如請求項56之器件，該控制器進一步具有經耦合以感測一溫度之一溫度感測輸入，該控制器經進一步操作性地耦合以回應於包含該經感測之溫度超過一指定溫度臨限值之該一或多個事件而引起該切換機構具有該關閉狀態。
  60. 如請求項56之器件，該功率係使用相對於該經感測之電流具有一比例比率之一經按比例調整感測之電流而量測。
  61. 如請求項56之器件，其進一步包括與該切換機構串聯耦合之一反向電流開關，該反向電流開關經組態以具有該開啟狀態或該關閉狀態。
  62. 如請求項61之器件，該切換機構具有一主體連接，該反向電流開關具有一反向主體連接。
  63. 一種程序，其包括：感測一電源供應器與一器件之間的一電流路徑處之一第一電氣特性，一切換機構耦合於該電源供應器與該器件之間，該切換機構經組態以具有該電源供應器係耦合 至該器件之一開啟狀態或該電源供應器係自該器件去耦之一關閉狀態，該開啟狀態容許電流沿著該電流路徑自該電源供應器傳遞至該器件；在一時間段之後感測該電流路徑處之一第二電氣特性；回應於該等經感測之第一及第二電氣特性符合或超過一臨限值而判定是否引起該切換機構具有該關閉狀態；及回應於該等經感測之第一及第二電氣特性而提供一報告信號，該報告信號指示該等經感測之第一及第二電氣特性。
  64. 如請求項63之程序，其中該時間段為複數個可選擇時間段之一者。
  65. 如請求項63之程序，其中該時間段為可程式化。
  66. 如請求項63之程序，其進一步包括：在經過該時間段之後引起該切換機構具有該關閉狀態。
  67. 一種程序，其包括：感測一電源供應器與一器件之間的一電流路徑處之一第一電氣特性，一切換機構耦合於該電源供應器與該器件之間，該切換機構經組態以具有該電源供應器係耦合至該器件之一開啟狀態或該電源供應器係自該器件去耦之一關閉狀態，該開啟狀態容許電流沿著該電流路徑自該電源供應器傳遞至該器件；比較該經感測之第一電氣特性與一第一臨限值及一第 二臨限值；當該經感測之第一電氣特性符合或超過該第一臨限值但不符合或超過該第二臨限值時，感測該電流路徑處之一第二電氣特性；當該經感測之第二電氣特性符合或超過該第一臨限值及該第二臨限值兩者時，引起該切換機構具有該關閉狀態；及當經感測之第二電氣特性未超過該第二臨限值時，產生指示該經感測之第一電氣特性之一信號。
  68. 如請求項67之程序，其中該第一臨限值及該第二臨限值為可調整。
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