TWI718397B - 用於限制突入電力的系統和方法以及與其相關的熱插拔控制器 - Google Patents

Abstract

提供用於由輸入節點供應電力至與輸出節點耦合的負載的一新穎系統。該系統可具有在該輸入節點及該輸出節點間耦合的多開關。一個或更多個限制電路可經配置以控制該等開關，以便限制該等開關的輸出。例如，限制電路可限制流經個別開關的電流。一個或更多個計時器可設定一延遲週期，該延遲週期用於在初始化限制後指示一故障情況。

Description

用於限制突入電力的系統和方法以及與其相關的熱插拔控制 器

本申請案主張美國臨時專利申請案第61/845,491號之優先權，標題為「INRUSH CONTROL WITH MULTIPLE SWITCHES(具有多開關的突入控制)」，申請日為2013年7月12日，引用上述專利參考文獻作為本說明書的揭示內容。

本揭示案一般相關於在電子系統中用於限制突入電流及故障電流的電路。特定地，本揭示案呈現操作並聯的多開關的方法，以限制在高電力系統中的突入電流及故障電流。

熱插拔(hot-swap)電路以受控制且受保護的方式從輸入來源施用電力至負載。如此的控制器的一個功能為在首次施用電力或如果電源電壓突然增加時，限制從電源至負載的突入電流，特別是負載電容。另一個功能為如果負載意圖汲取過多電流時限制電流，例如如果在負載中具有短路電路時。

第1圖展示傳統熱插拔電路，該電路使用單一MOSFET 100 (Q1)與電流感應電阻器102 (RS1)串聯，及用於限制電流的控制電路。商業上可獲得眾多類似電路。在限制電流時，電流限制放大器104調整MOSFET(場效電晶體)的閘極至源極電壓，以便限制跨過電流感應電阻器102的電壓，因而限制流經MOSFET 100的電流。電流限制放大器104比較下列兩電壓以控制MOSFET 100的閘極：代表在電流感應電阻器102中電流的一電壓、由電壓來源106產生的一電壓VLIMIT，以便於在所感應的電流超過由電壓VLIMIT建立的最大值時，減低輸出電流。提供電流來源108以拉升閘極電壓。提供電晶體110以開啟或關閉熱插拔電路。

在此期間，電壓及流經MOSFET 100的電流皆可很大，導致在MOSFET 100中的高電力消耗。如果此電力消耗持續，MOSFET 100可達到引起損壞的溫度。MOSFET製造商將MOSFET電壓、電流及時間的安全限制呈現為一被稱為「安全操作面積(SOA)」的曲線。通常，計時器電路112設定MOSFET在電流限制下操作的最大時間。計時器電路112與電流限制放大器104的狀態接腳耦合，以偵測電流限制放大器104起始限制電流的時間點。當由計時器電路112所設定的延遲週期逾時時，關閉MOSFET 100以保護MOSFET 100免於過熱。負載將失去電力且熱插拔控制器指示發生一故障。

通常高電力熱插拔應用需要對跨過負載的大的旁路電容器126(CL)充電。為了減低MOSFET 100上的壓力，負載會保持斷開直至旁路電容器126充電完成。用於電容的小的充電電流使MOSFET 100的電力保持足夠低，以避免溫度上的危險升高。減低充電電流的一個方法使用電容器125在MOSFET的閘極及接地點間耦合，以限制閘極接腳的電壓轉換率(slew rate)。閘極電壓藉由來自電流來源108的電流(通常在10至50uA的範圍)而拉升。在對負載電容充電時，MOSFET 100如同一源極隨耦器(source follower)。另一個方法使用電流限制放大器104以設定對負載電容充電的電流。這些方法皆可降低突入電流，使得啟動期間停留在MOSFET 100的SOA內。當充電完成時，熱插拔控制器可提供指示開啟電力路徑(PATH_ON)的輸出，以展示可對負載提供全部電流。可藉由監視開關的控制訊號來決定該開關的開啟狀態。對MOSFET開關100而言，例如，此可藉由滯後比較器118比較MOSFET 100的閘極至源極電壓與由電壓來源116產生的大於MOSFET的臨界電壓的臨界電壓達成，例如4.5V。

熱插拔開關自身具有電阻，該電阻在系統中為電力消耗的來源。在MOSFET開關中，此電阻被稱為接通電阻。具有大負載電流的高電力系統因為此接通電阻，而具有重大的電力消耗。通常，如第2圖所圖示，傳統高電流熱插拔電路使用數個MOSFET 200、203(Q1及Q2)並聯排列以達成使用單一MOSFET無法得到的低接通電阻。第2圖中的熱插拔電路使用電流及電力控制電路元件202、204、206、208、210、212、216、218、225、226，該等元件與第1圖中個別元件相似。

在高電力準位，很難找到同時具有足夠SOA能力及足夠低的接通電阻的MOSFET，以充當熱插拔開關。高SOA能力與MOSFET中可消耗電力的晶片面積量高度相關。多數現代MOSFET製造聚焦於同時減低晶片面積及接通電阻，也同時減低SOA能力。使用高SOA的MOSFET過程一般具有每單位晶片面積的高接通電阻。相反地，具有低SOA的MOSFET傾向具有每單位面積的低接通電阻。為了高電力應用，在單MOSFET中達成必要的SOA通常不是實用的，也不是經濟的。

使用並聯的多個MOSFET減低結合的接通電阻，但不必要增加SOA。並聯的MOSFET在其通道完全增強時完善地分擔電流，因為MOSFET接通電阻具有正值的溫度係數。然而，當限制電流時，並聯MOSFET通常操作於飽和區，帶有高的汲極至源極電壓。他們並未完善地分擔電流，因為其臨界電壓並未匹配且具有負值的溫度係數。此允許具有最低臨界電壓的MOSFET較其他MOSFET通過更多電流。在此MOSFET加熱時，該MOSFET傾向於在其臨界電壓進一步下降時通過甚至更多電流。因此，所有負載電流可通過單一MOSFET。由於此原因，當操作一群組的並聯MOSFET以限制電流，可僅依據具有單一MOSFET的SOA。

在啟動及突入期間，並非所有負載皆可關閉。閘極電容器將限制突入電流至負載電容。然而，並不限制電流流至電阻性負載或跨過負載的電阻性故障。此額外的電流加至MOSFET開關上施加的壓力，並增加需要的SOA。

因此，所求係發展突入電流控制電路及方法以控制多開關，以便克服上述討論的缺點。

本揭示案呈現用於由輸入節點供應電力至與輸出節點耦合的負載的一新穎系統。

根據本揭示案的一個態樣，系統包含：第一及第二開關，該第一及該第二開關在該輸入節點及該輸出節點間耦合、一第一限制電路，該第一限制電路經配置以控制該第一開關以便限制該第一開關的一輸出、及一第二限制電路，該第二限制電路經配置以控制該第二開關以便限制該第二開關的一輸出。該第二限制電路經配置以相對於該第一限制電路獨立地操作。例如，該第一限制電路可限制流經該第一開關的電流，而該第二限制電路可限制流經該第二開關的電流。提供一邏輯電路以產生一輸出訊號以回應於第一及第二狀態訊號。該第一狀態訊號指示該第一限制電路限制該第一開關的輸出，且該第二狀態訊號指示該第二限制電路限制該第二開關的輸出。該邏輯電路在接收該第一狀態訊號及該第二狀態訊號之兩者後，產生一輸出訊號。

一計時器電路，該計時器電路回應於該邏輯電路的該輸出訊號，可在一延遲週期逾時後指示一故障情況(fault condition)。

可安置一第一電流感應元件用於感應在該第一開關中的電流，可提供一第二電流感應元件用於感應在該第二開關中的電流。

該第一限制電路可回應於該第一感應元件所感應的電流，而該第二限制電路可回應於該第二感應元件所感應的電流。

該系統也可具有一指示電路，該指示電路用於產生訊號上的一路徑以指示開啟該輸入節點及該輸出節點間提供的一電力路徑。該指示電路可包含：一第一偵測電路，該第一偵測電路用於偵測該第一開關處於一開啟狀態、一第二偵測電路，該第二偵測電路用於偵測該第二開關處於一開啟狀態。

該指示電路可經配置以在以下情況下產生訊號上的該路徑：當該第一及該第二開關皆處於一開啟狀態時、或當該第一及該第二開關之其中一者處於一開啟狀態，且與該第一及該第二開關之另外一者關聯的一電流限制電路處於電流限制模式。

在一示範性實施例中，該第一開關可在該輸入節點及該輸出節點間耦合，且該第二開關可在該輸入節點及該輸出節點間與該第一開關並聯地耦合。該第一及該第二開關可在同時間開啟或關閉。該第一及該第二開關兩者皆可在該延遲週期逾時後關閉。

根據本揭示案的另一個態樣，用於從一輸入節點供應電力至一與一輸出節點耦合的負載的系統，該系統可包括：第一及第二開關，該第一及該第二開關在該輸入節點及該輸出節點間耦合、一第一電流限制電路，該第一電流限制電路經配置以控制該第一開關以便限制流經該第一開關的電流至一第一數值、一第二電流限制電路，該第二電流限制電路經配置以控制該第二開關以便限制流經該第二開關的一電流至一第二數值，該第二數值較該第一數值大。

該第二開關可在該第一開關開啟時維持在一關閉狀態，且該第二開關可開啟以回應於一指示該第一開關處於一開啟狀態的訊號。該第二開關可經配置以提供用於該第一開關附近的一負載電流的一低電阻路徑。

可提供一第一電流感應元件用於感應在該第一開關中的電流，可提供一第二電流感應元件用於感應在該第二開關中的電流。該第一電流感應元件的感應度可較該第二電流感應元件的感應度大，該等電流感應元件可為感應電阻器，且感應度可對應於個別電阻器之電阻。該第一電流限制電路可回應於該第一感應元件所感應的電流，而該第二電流限制電路可回應於該第二感應元件所感應的電流。

該系統可進一步包括一計時器電路包含： 一第一計時器，該第一計時器經配置以初始一第一延遲週期，而回應於一第一狀態訊號，該第一狀態訊號指示該第一電流限制電路起始在一電流限制模式中操作，以限制流經該第一開關的電流，及一第二計時器，該第二計時器經配置以初始一第二延遲週期，而回應於一第二狀態訊號，該第二狀態訊號指示該第二電流限制電路起始在一電流限制模式中操作，以限制流經該第二開關的電流。該第一延遲週期可較該第二延遲週期長。該計時器電路可經配置以在該第一延遲週期或該第二延遲週期逾時後指示一故障情況。

指示電路可經配置以在該第二開關處於一開啟狀態時產生訊號上的路徑，而不偵測該第一開關的狀態。

根據本揭示案的進一步態樣，用於從一輸入節點供應電力至與一輸出節點耦合的一負載的系統包括：第一及第二開關，該第一及該第二開關在該輸入節點及該輸出節點間耦合，該第一開關經配置以較該第二開關消耗更多電力。單一限制電路可經配置以控制該第一開關以便限制該第一開關的輸出，而不調節該第二開關的一輸出。例如，該單一限制電路可經配置以控制該第一開關，以便在該第二開關關閉時限制流經該第一開關的電流。

該第二開關可在該第一開關開啟時維持在一關閉狀態，且在該第一開關處於一開啟狀態且跨過該第二開關的一電壓低於一臨界準位時，可開啟該第二開關。該第二開關可經配置以提供用於該第一開關附近的一負載電流的一低電阻路徑。在以下情況下可關閉該第二開關：在跨過該第二開關的一電壓超過一臨界準位時、在該第一開關的閘極至源極電壓降至低於一臨界準位時、或在該第一開關關閉時。

指示電路可經配置以在該第一開關處於一開啟狀態時產生訊號上的路徑，而不偵測該第二開關的狀態。

本揭示案之額外的優點及態樣由以下細節描述對發明所屬技術領域具有通常知識者將變得更顯而易見，其中本揭示案的實施例僅藉由圖示預期實現本揭示案之最佳模式的方式展示及描述。如所將描述，本揭示案能夠具有其他及不同的實施例，且允許其數個細節以多種明顯面向修改，而皆不遠離本揭示案的精神。根據地，圖式及描述自然被看作圖示的，而不為限制。

本揭示案提供用於多MOSFET之分開的控制電路。該控制允許多MOSFET同時並聯地操作，或階段地啟動，該等階段間具有時間延遲。此允許在MOSFET上的加熱壓力在時間上同時或分開地跨過多MOSFET而分散。

根據本揭示案，用於各個開關之分開的控制電路可在開關間分散電力消耗。各個開關的SOA能力被更有效率地使用。在不同時間開啟開關允許在以下情況下使用不同MOSFET：在啟動突入期間、輸入電壓步階突入、及在開啟負載電流時。針對這些不同操作模式最佳化的MOSFET可較需要處理所有操作模式的MOSFET不昂貴。

本揭示案使用呈現在第3、4及5圖中的熱插拔控制器之特定範例而提出。然而，本揭示案可應用於任何用於供應電力至負載的開關電路。

第3圖展示熱插拔控制器的一示範性實施例，該熱插拔控制器具有兩個並聯同時操作的MOSFET 300及302。使用個別的電流感應電阻器301及303，及個別的電流限制放大器304及305，以獨立地控制MOSFET 300及302之各者。電流感應電阻器301在代表MOSFET 300的正節點SENSE+1及負節點SENSE-1間耦合，而電流感應電阻器303在代表MOSFET 302的正節點SENSE+2及負節點SENSE-2間耦合。電流限制放大器304及305之各者相對於其他放大器獨立地控制個別的MOSFET 300及302的閘極，以便在個別電阻器301及303中所感應的電流超過最大電流值時，限制在MOSFET 300及302的輸出的電流，該最大電流值由個別電壓來源306及307所提供的VLIMIT電壓來定義。電流來源308及309提供電流以個別地拉升MOSFET 300及302的閘極電壓。提供電晶體310及311用以開啟及關閉個別的MOSFET 300及302。

個別地產生在電流限制放大器304及305之狀態輸出的訊號LIMITING 1及LIMITING 2被供應至及閘(AND gate)313的個別輸入，及閘313產生供應至計時器312的輸出訊號，計時器312設定用於指示過載電流故障情況的延遲週期。

在限制電流時，由電流限制放大器304及305所提供的獨立閘極控制精確地區分MOSFET 300及302間的電流及壓力，而不管MOSFET 300及302的臨界電壓或溫度上的任何不匹配。因此，對於給定的負載電力，可使用兩個較小且較不昂貴的MOSFET。板子的電阻、放大器偏差及不匹配影響可引起電流限制放大器304及305之一者限制電流於一較第二電流限制放大器低的準位。因為關聯於第二電流限制放大器的MOSFET維持完全地開啟，而保持MOSFET 300及302之兩者的汲極至源極電壓(VDS)低，在此階段中MOSFET皆不會遭受顯著的加熱。開關300及302的結合阻抗仍然為低，且負載可繼續操作。

只有在負載電流增加至MOSFET 300及302皆開始限制電流的一點時，VDS及消耗電力開始增加，而需要MOSFET關閉以用於保護。由於及閘313，只在LIMITING 1及LIMITING 2訊號皆產生時初始化計時器312，亦即，在電流限制放大器304及305皆操作以限制電流時。在由計時器312所建立的延遲週期逾時時，產生一過載電流故障訊號，以指示MOSFET 300及302皆應關閉。

進一步地，第3圖中的熱插拔電路可包含用於產生一訊號PATH_ON的電路，訊號PATH_ON指示電力路徑為開啟，以便於展示負載可獲得全部電流。該電路包含臨界電壓來源316、317、滯後比較器318、319、及閘320、321、322及一或閘(OR gate)323。比較器318在MOSFET 300的閘極至源極電壓超過由電壓來源316所產生的一臨界電壓時監視，而比較器319在MOSFET 302的閘極至源極電壓超過由電壓來源317所產生的一臨界電壓時指示。該等臨界電壓皆可被設定為大於MOSFET的臨界電壓，例如4.5V。

及閘320的一個輸入接收比較器318的輸出訊號，及閘320的另一個輸入由LIMITING 2訊號供應。及閘321由比較器318及319的輸出訊號供應。及閘322的一個輸入接收比較器319的輸出訊號，而及閘322的另一個輸入由LIMITING 1訊號供應。及閘320、321及322的輸出與或閘323的個別輸入耦合。結果，或閘323在以下情況下拉起PATH_ON訊號：兩個MOSFET皆完全開啟、或如果該等MOSFET之一者完全開啟而另一個MOSFET操作於電流限制模式。如果MOSFET 300及302之任一者為關閉，PATH_ON訊號為低。第3圖也展示在負載處提供的旁路電容器326。

在可限制突入電流為低準位的應用中，並聯MOSFET可階段地操作，如展示於第4圖所呈現的帶有並聯MOSFET 400及402的熱插拔控制器的示範性實施例。MOSFET 400可較MOSFET 402消耗較少的電力。特定地，MOSFET 400操作如一啟動MOSFET，以在負載維持在低電流狀態時提高負載電壓且對負載電容426充電。此允許MOSFET 400具有高接通電阻、小的電流限制、及低SOA。因此，MOSFET 400可為小的且不昂貴。如下方討論，MOSFET 402操作如一分流MOSFET，只在啟動MOSFET 400完全開啟後開啟。

第4圖中的熱插拔控制器包含電流感應電阻器401及403及個別的電流限制放大器404及405。電流感應電阻器401在正節點SENSE+1及負節點SENSE-1間耦合，以允許對流經MOSFET 400的電流之量測，而電流感應電阻器403在正節點SENSE+2及負節點SENSE-2間耦合，以允許對流經MOSFET 402的電流之量測。電流感應電阻器401可具有較電流感應電阻器403的電阻高出許多的電阻，以便於以較MOSFET 402小的電流限制來操作MOSFET 400。

電流限制放大器404及405控制MOSFET 400及402之個別的閘極，以便在個別電阻器401及403中所感應的電流超過最大電流值時，限制在MOSFET 400及402的輸出的電流，該最大電流值由個別VLIMIT來源406及407來定義。電流來源408及409提供電流以個別地拉升MOSFET 400及402的閘極電壓。控制電晶體410及411以開啟及關閉個別的MOSFET 400及402。

第4圖中的電路也可包含計時器412及414、或閘413、RS門閂電路415、電壓來源416及417、滯後比較器418及419。閘極電容器425可在MOSFET 400的閘極及接電點間耦合以獲得低充電電流。旁路負載電容器426可跨過負載耦合。

個別地產生在電流限制放大器404及405之狀態輸出的訊號LIMITING 1及LIMITING 2被供應至計時器412及414。由關聯於啟動MOSFET 400的計時器412所定義的延遲週期可較關聯於MOSFET 402的計時器414的延遲週期長。

在啟動MOSFET 400完全開啟後，開啟分流MOSFET 402。門閂電路415拖延MOSFET 402，直至比較器418藉由決定MOSFET 400之閘極至源極電壓超過臨界電壓而偵測MOSFET 400為開啟。分流MOSFET 402提供用於MOSFET 400附近的負載電流的一低電阻路徑。

由於在MOSFET 402的VDS為小的時候開啟分流MOSFET 402，MOSFET 402無須大的SOA。MOSFET 402也可需要由計時器414所提供的一較短的延遲週期，而對應MOSFET 402的較小SOA。藉由階段地施用電力於兩個MOSFET 400及402，該等MOSFET的SOA需求皆減低，且MOSFET 400的接通電阻需求可更大。在分流MOSFET 402的閘極至源極電壓超過臨界電壓時，由比較器419產生PATH_ON訊號以指示電力路徑為開啟，指示低電阻通道完全開啟且能夠支援負載電流。

一些應用具有永遠開啟的負載(甚至在啟動期間)或容易遭受加入額外壓力於熱插拔MOSFET的輸入步階及輸出突波。在這些情況下，在熱插拔控制器中的並聯MOSFET可階段地操作，如展示於第5圖所呈現的熱插拔控制器的示範性實施例，包含：MOSFET 500及502、由MOSFET 500及502兩者共享的單一感應電阻器501、控制MOSFET 500的閘極的單一電流限制放大器504，以便基於跨過感應電阻器501的電壓及由電壓來源506所產生的VLIMIT電壓，而限制其輸出電流。電流來源508及509提供電流以個別地拉升MOSFET 500及502的閘極電壓。控制電晶體510及511以開啟及關閉個別的MOSFET 500及502。計時器512耦合至電流限制放大器504以在其進入電流限制模式時偵測，以便於在由計時器512所設定的一延遲週期逾時後，拉起一過載電流故障情況訊號。

第5圖中的熱插拔控制器也包含滯後比較器518監視MOSFET 500關於電壓來源516所產生的一臨界電壓的閘極至源極電壓。產生PATH_ON訊號的比較器518的輸出與反向器520耦合，反向器520供應GATE1_OFF訊號至或閘521的輸入。或閘521的輸出產生STRESS訊號供應至或閘522的輸入，或閘522控制電晶體511的閘極。提供開啟及關閉MOSFET 500的OFF/ON#訊號給或閘522的另一個輸入。滯後比較器524監視MOSFET 500及502關於電壓來源523所產生的一臨界電壓的汲極至源極電壓，且供應輸出訊號至或閘521的輸入，或閘521產生STRESS訊號。

MOSFET 500操作如一壓力MOSFET以對負載電容526充電並提高負載電壓。MOSFET 500在有限暫態期間(例如啟動及輸入電壓改變時)提供負載電流。MOSFET 500具有較MOSFET 502高的電力消耗。MOSFET 500以大電流及大VDS兩者來操作，且具有高SOA等級。然而，MOSFET 500無須低接通電阻，因為MOSFET 500只在有限暫態期間支持負載電流。MOSFET 500也可需求由計時器512所提供的長的延遲時間。

MOSFET 502操作如一分流MOSFET，而在情況穩定且不改變時提供一低電阻路徑給MOSFET 500附近的負載電流。MOSFET 502藉由訊號STRESS關閉以在以下情況下保護自身：當VDS超過由電壓來源523所提供的臨界電壓時、或如果MOSFET 500的閘極至源極電壓低於由電壓來源516所提供的臨界電壓時，例如，當MOSFET 500操作於電流限制模式時。由電壓來源523所定義的臨界電壓可設定為，例如，200mV，而電壓來源516的臨界電壓可設定為，例如，4.5V。

MOSFET 502僅在STRESS訊號為低時開啟，指示MOSFET 500已完全開啟且VDS低於由電壓來源523所定義的臨界電壓。因此，MOSFET 502可具有非常低的接通電阻。由於MOSFET 502以低VDS開啟，MOSFET 502無需大的SOA。MOSFET 502永不操作在飽和區，所以可使用數個並聯MOSFET取代MOSFET 502以達成低接通電阻。由比較器528所產生的PATH_ON訊號由壓力MOSFET 500的開啟狀態獲得。當MOSFET 502開啟時，允許負載汲取電力。

因此，本揭示案使用分開地控制的並聯MOSFET，而使改進熱插拔控制器的SOA效能為可能的。

可使用MOSFET的閘極至源極電壓準位為一決定在熱插拔控制器中的開關是否開啟的情況。此外，可使用MOSFET的汲極至源極電壓準位為一決定在熱插拔控制器中的開關是否開啟的情況。可使用訊號上的開關組合以產生PATH_ON訊號來指示負載電流是否可開啟。

雖然在第3至5圖的示範性實施例中展示兩個開關路徑，可延伸熱插拔控制器的配置至更多個並聯開關路徑。

在第3至5圖中也展示每條路徑的單一MOSFET開關。然而，這些路徑的每一者可使用並聯的多MOSFET開關。

此外，雖然在呈現的示範性實施例中展示N型MOSFET開關，該等開關可用其他裝置實行，例如PMOS電晶體、雙極電晶體、IGBT或中繼器。

進一步地，第5圖中的示範性實施例之STRESS訊號可藉由以下方式(單獨或組合)而產生：監視閘極至源極電壓、汲極至源極電壓，或偵測壓力MOSFET中的電流限制、或分流MOSFET的溫度。

指示MOSFET為開啟可藉由監視以下項目(單獨或組合)而獲得：MOSFET的閘極至源極電壓、或MOSFET的汲極至源極電壓。可使用第3、4及5圖中所呈現的分開開關控制電路以控制串聯排列的開關，而非如示範性實施例中所展示的並聯。

前述圖示並描述本發明之態樣。此外，本揭示案僅展示且描述較佳的實施例，但如先前提及的，應理解本發明能夠使用於多種其他組合、修改、及環境，且能夠在此間表達的本發明概念、同等的上述教示、及/或相關技術之技術及知識的範圍內作改變、修改。

上述此間所描述的實施例進一步意圖說明實現本發明的已知最佳模式，及使其他所屬領域具有通常知識者能夠利用本發明於這些或其他實施例，及本發明之特定應用或使用所需要的多種修改。根據地，本說明書並不意圖限制本發明為此間揭露的形式。

100‧‧‧MOSFET(場效電晶體)102‧‧‧電流感應電阻器104‧‧‧電流限制放大器106、108、116‧‧‧電壓來源110‧‧‧電晶體112‧‧‧計時器電路118‧‧‧滯後比較器125‧‧‧電容器126‧‧‧旁路電容器200、203‧‧‧MOSFET(場效電晶體)202、202、204、206、208、210、212、216、218、225、226‧‧‧電流及電力控制電路元件300、302‧‧‧MOSFET(場效電晶體)301、303‧‧‧電流感應電阻器304、305‧‧‧電流限制放大器306、307、316、317‧‧‧電壓來源308、309‧‧‧電流來源310、311‧‧‧電晶體312‧‧‧計時器313、320、321、322‧‧‧及閘318、319‧‧‧滯後比較器323‧‧‧或閘326‧‧‧旁路電容器400、402‧‧‧MOSFET(場效電晶體)401、403‧‧‧電流感應電阻器404、405‧‧‧電流限制放大器406、407‧‧‧VLIMIT來源408、409‧‧‧電流來源410、411‧‧‧電晶體412、414‧‧‧計時器413‧‧‧或閘415‧‧‧RS門閂電路416、417‧‧‧電壓來源418、419‧‧‧滯後比較器425‧‧‧閘極電容器426‧‧‧旁路負載電容器500、502‧‧‧MOSFET(場效電晶體)501‧‧‧感應電阻器504‧‧‧電流限制放大器506、516、523‧‧‧電壓來源508、509‧‧‧電流來源510、511‧‧‧電晶體512‧‧‧計時器518、524‧‧‧滯後比較器520‧‧‧反向器521、522‧‧‧或閘526‧‧‧負載電容

以下本揭示案的實施例的細節描述可在與以下圖式一併閱讀時最佳地理解，其特徵不必按比例繪製，而是繪製以最佳地圖示恰當的特徵，其中：

第1圖及第2圖圖示傳統熱插拔控制器。

第3圖圖示根據本揭示案的熱插拔控制器的第一示範性實施例。

第4圖圖示根據本揭示案的熱插拔控制器的第二示範性實施例。

第5圖圖示根據本揭示案的熱插拔控制器的第三示範性實施例。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

300、302:MOSFET(場效電晶體)

301、303:電流感應電阻器

304、305:電流限制放大器

306、307、316、317:電壓來源

308、309:電流來源

310、311:電晶體

312:計時器

313、320、321、322:及閘

318、319:滯後比較器

323:或閘

326:旁路電容器

Claims (31)

1. 一種用於對一負載限制突入電力的系統，包括：一控制電路，該控制電路經配置以：當一第一開關開啟時，基於由該第一開關提供至該負載的一第一電力，來調整被產生來控制該第一開關的一第一開關控制訊號，以限制由該第一開關提供至該負載的該第一電力；及回應於該第一開關控制訊號的一值超過一臨界值，來產生一第二開關控制訊號，以初始一第二開關的一切換開啟，以共享對該負載提供電力。
2. 如請求項1所述之系統，其中該控制電路進一步經配置以回應於由該第二開關提供至該負載的一第二電力，來調整被產生來控制該第二開關的該第二開關控制訊號，以獨立於該第一開關而限制由該第二開關提供至該負載的該第二電力。
3. 如請求項2所述之系統，其中該控制電路進一步經配置以基於電流通過該第一開關的一負載電流路徑流至該負載的量，來調整該第一開關控制訊號，並且基於電流通過該第二開關的一負載電流路徑流至該負載的量，來調整該第二開關控制訊號。
4. 如請求項3所述之系統，其中 該第一開關及該第二開關為MOSFET，該第一開關控制訊號為該第一開關的一閘極至源極電壓，並且該第二開關控制訊號為該第二開關的一閘極至源極電壓，及流過個別負載電流路徑的個別電流是由個別的第一放大器及第二放大器跨過沿著個別負載電流路徑的個別感應電阻器來量測，該第一放大器提供該第一開關控制訊號，並且該第二放大器提供該第二開關控制訊號。
5. 如請求項4所述之系統，進一步包括：一比較器，該比較器經配置以將該第一開關的該閘極至源極電壓與一參考電壓進行比較，並且基於該第一開關的該閘極至源極電壓與該參考電壓的比較，來產生一比較器訊號，該比較器訊號指示該第一開關控制訊號是否超過該臨界值。
6. 如請求項5所述之系統，其中該控制電路包括：一門閂電路(latch circuit)，該門閂電路經配置以接收該比較器訊號，並且產生該第二開關控制訊號，以將該第二開關保持在一關閉狀態，直到該比較器訊號基於該第一開關控制訊號超過該臨界值而指示該第一開關被開啟。
7. 如請求項2所述之系統，其中該控制電路進一步經配置以當由該第一開關提供至該負載的該第一電力被限制時，產生一第一限制訊號，並且當由該第二開關提供至該負載的該第二電力被限制時，產生一第二限制訊號，該系統進一步包括：一第一計時器，該第一計時器經配置以偵測該第一限制訊號，並且在偵測到該第一限制訊號達一第一延遲週期時，觸發一過載電流故障訊號；及一第二計時器，該第二計時器經配置以偵測該第二限制訊號，並且在偵測到該第二限制訊號達一第二延遲週期時，觸發該過載電流故障訊號，該第一延遲週期比該第二延遲週期更長。
8. 如請求項1所述之系統，其中該控制電路進一步經配置以：回應於該第一開關控制訊號的該值超過該臨界值且由該第一開關及該第二開關提供至該負載的該第一及第二電力低於一臨界電力，來產生該第二開關控制訊號，以初始該第二開關的該切換開啟；及回應於由該第一開關及該第二開關提供至該負載的該第一及第二電力高於該臨界電力或該第一開關控制訊號的該值低於該臨界值，來產生該第二開關控制訊號，以初始該第二開關的一切換關閉。
9. 一種用於對一負載限制突入電力的方法，包括以下步驟：當一第一開關開啟時，基於由該第一開關提供至該負載的一第一電力，來調整被產生來控制該第一開關的一第一開關控制訊號，以限制由該第一開關提供至該負載的該第一電力；及回應於該第一開關控制訊號的一值超過一臨界值，來產生一第二開關控制訊號，以初始一第二開關的一切換開啟，以共享對該負載提供電力。
10. 如請求項9所述之方法，進一步包括以下步驟：回應於由該第二開關提供至該負載的一第二電力，來調整被產生來控制該第二開關的該第二開關控制訊號，以獨立於該第一開關而限制由該第二開關提供至該負載的該第二電力。
11. 如請求項10所述之方法，其中基於由該第一開關所提供的該第一電力，來調整該第一開關控制訊號的步驟包括以下步驟：基於電流通過該第一開關的一負載電流路徑流至該負載的量，來調整該第一開關控制訊號，並且其中基於由該第二開關所提供的該第二電力，來調整該第二開關控制訊號的步驟包括以下步驟：基於電流通過該第二開關的一負載電流路徑 流至該負載的量，來調整該第二開關控制訊號。
12. 如請求項11所述之方法，其中該第一開關及該第二開關為MOSFET，該第一開關控制訊號為該第一開關的一閘極至源極電壓，並且該第二開關控制訊號為該第二開關的一閘極至源極電壓，及流過個別負載電流路徑的個別電流是由個別的第一放大器及第二放大器跨過沿著個別負載電流路徑的個別感應電阻器來量測，該第一放大器提供該第一開關控制訊號，並且該第二放大器提供該第二開關控制訊號。
13. 如請求項12所述之方法，進一步包括以下步驟：將該第一開關的該閘極至源極電壓與一參考電壓進行比較；及基於該第一開關的該閘極至源極電壓與該參考電壓源的比較，來產生一比較器訊號，該比較器訊號指示該第一開關控制訊號是否超過該臨界值。
14. 如請求項13所述之方法，進一步包括以下步驟：接收該比較器訊號；及將該第二開關保持在一關閉狀態，直到該比較器訊 號基於該第一開關控制訊號超過該臨界值而指示該第一開關被開啟。
15. 如請求項10所述之方法，進一步包括以下步驟：產生一第一限制訊號，該第一限制訊號指示由該第一開關提供至該負載的該第一電力被限制；產生一第二限制訊號，該第二限制訊號指示由該第二開關提供至該負載的該第二電力被限制；及回應於以下情況之至少一者，來觸發一過載電流故障訊號：偵測到該第一限制訊號達一第一延遲週期，及偵測到該第二限制訊號達一第二延遲週期，其中該第一延遲週期比該第二延遲週期更長。
16. 如請求項9所述之方法，進一步包括以下步驟：回應於該第一開關控制訊號的該值超過該臨界值且由該第一開關及該第二開關提供至該負載的該第一及第二電力低於一臨界電力，來初始該第二開關的該切換開啟；及回應於由該第一開關及該第二開關提供至該負載的該第一及第二電力高於該臨界電力或該第一開關控制訊號的該值低於該臨界值，來初始該第二開關的一切 換關閉。
17. 一種用於對一負載限制突入電力的系統，包括：一控制電路，該控制電路經配置以：當一第一開關開啟時，基於由該第一開關提供至該負載的一第一電力，來調整被產生來控制該第一開關的一第一開關控制訊號，以限制由該第一開關提供至該負載的該第一電力；基於由一第二開關提供至該負載的一第二電力，來調整被產生來控制該第二開關的一第二開關控制訊號，以限制由該第二開關提供至該負載的該第二電力；偵測何時該第一開關限制該第一電力且該第二開關限制該第二電力；及回應於偵測到該第一開關限制該第一電力且該第二開關限制該第二電力，來觸發一過載電流故障訊號。
18. 如請求項17所述之系統，其中該控制電路進一步經配置以當由該第一開關提供至該負載的該第一電力被限制時，產生一第一限制訊號，並且當由該第二開關提供至該負載的該第二電力被限制時，產生一第二限制訊號，及 其中該控制電路包括一計時器電路，該計時器電路經配置以：偵測何時該控制電路產生該第一限制訊號及該第二限制訊號；回應於偵測到該第一限制訊號及該第二限制訊號，來初始一計時器；及當由該計時器所設定的一延遲週期逾時，觸發該過載電流故障訊號。
19. 如請求項17所述之系統，其中該控制電路進一步經配置以回應於該第一開關控制訊號的一值超過一臨界值，來產生該第二開關控制訊號，以初始該第二開關的一切換開啟，以共享對該負載提供電力。
20. 如請求項19所述之系統，其中該控制電路進一步經配置以：回應於該第一開關控制訊號的該值超過該臨界值且由該第一開關及該第二開關提供至該負載的該第一及第二電力低於一臨界電力，來產生該第二開關控制訊號，以初始該第二開關的該切換開啟；及回應於由該第一開關及該第二開關提供至該負載的該第一及第二電力高於該臨界電力或該第一開關控制訊號的該值低於該臨界值，來產生該第二開關控制訊號，以初始該第二開關的一切換關閉。
21. 一種用於對一負載限制突入電力的方法，包括以下步驟：當一第一開關開啟時，基於由該第一開關提供至該負載的一第一電力，來調整被產生來控制該第一開關的一第一開關控制訊號，以限制由該第一開關提供至該負載的該第一電力；當一第二開關開啟時，基於由該第二開關提供至該負載的一第二電力，來調整被產生來控制該第二開關的一第二開關控制訊號，以限制由該第二開關提供至該負載的該第二電力；偵測何時該第一開關限制該第一電力且該第二開關限制該第二電力；及回應於偵測到該第一開關限制該第一電力且該第二開關限制該第二電力，來觸發一過載電流故障訊號。
22. 如請求項21所述之方法，進一步包括以下步驟：回應於偵測到該第一開關限制該第一電力且該第二開關限制該第二電力，來初始一計時器；及當由該計時器所設定的一延遲週期逾時，觸發該過載電流故障訊號。
23. 如請求項21所述之方法，進一步包括以下步驟： 回應於該第一開關控制訊號的一值超過一臨界值，來產生該第二開關控制訊號，以初始該第二開關的一切換開啟，以共享對該負載提供電力。
24. 如請求項21所述之方法，進一步包括以下步驟：回應於該第一開關控制訊號的一值超過一臨界值且由該第一開關及該第二開關提供至該負載的該第一及第二電力低於一臨界電力，來產生該第二開關控制訊號，以初始該第二開關的一切換開啟；及回應於由該第一開關及該第二開關提供至該負載的該第一及第二電力高於該臨界電力或該第一開關控制訊號的該值低於該臨界值，來產生該第二開關控制訊號，以初始該第二開關的一切換關閉。
25. 一種熱插拔控制器，包括：一第一節點，該第一節點用於提供一第一開關控制訊號至一第一開關，以便控制該第一開關；一第二節點，該第二節點用於提供一第二開關控制訊號至一第二開關，以便控制該第二開關，該第一開關及該第二開關經配置以當開啟時共享對一負載提供電力；一電流限制電路，該電流限制電路經配置以產生一第一開關控制訊號，以控制該第一開關並且限制該第 一開關的一輸出，其中該電流限制電路經配置以僅在該第一開關完全開啟後，才開啟該第二開關。
26. 如請求項25所述之熱插拔控制器，進一步包括：一第三節點，該第三節點用於感應跨過一感應電阻器的一感應電壓，該感應電阻器由該第一開關及該第二開關兩者共享，其中該電流限制電路經配置以回應於該感應電壓達到一臨界電壓，來限制該第一開關的該輸出。
27. 如請求項25或26所述之熱插拔控制器，進一步包括：一計時器，該計時器經配置以：偵測何時該電流限制電路正在限制該第一開關的該輸出，回應於偵測到該電流限制電路正在限制該第一開關的該輸出，來初始一計時器，及在由該計時器所設定的一延遲週期逾時後，提供一過載電流故障訊號。
28. 如請求項27所述之熱插拔控制器，其中該電流限制電路進一步經配置以在由該計時器所設定的該延遲週期逾時後，關閉該第一開關及該第二開關。
29. 如請求項25所述之熱插拔控制器，其中該 電流限制電路進一步經配置以當該第一開關的一汲極至源極電壓降至低於一臨界電壓時，關閉該第二開關。
30. 一種用於對一負載限制突入電力的方法，包括以下步驟：監視由至少一第一開關提供至一負載的一電力；當該第一開關開啟時，回應於一臨界電力被提供至該負載，限制由該第一開關提供至該負載的該電力的至少一部分；及在該第一開關完全開啟後，開啟被配置與該第一開關並聯的一第二開關，以共享對該負載提供電力。
31. 如請求項30所述之方法，進一步包括以下步驟：當由該第一開關提供至該負載的該電力被限制時，初始一計時器；及在由該計時器所設定的一延遲週期逾時後，提供一過載電流故障訊號。

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