(57)【要約】【課題】電気システム内のスイッチの保護を提供する。【解決手段】入力ノードから出力ノードに電力を供給するための、入力ノードと出力ノードとの間に結合された少なくとも１つのスイッチを有するシステムにおいて故障を検出するための回路を提供する。故障検出回路は、スイッチがオンするよう命令され、かつ以下の状態の少なくとも一方が検出されると、スイッチの故障状態を示すように構成され、以下の状態とは、スイッチの両端の電圧が予め定められた値を超えること、またはスイッチ制御信号の値がスイッチをオンにするのに不十分であることである。故障状態は、検出状態が予め定められた期間にわたって存在する場合にのみ示される。【選択図】図２
2015029264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ノードから出力ノードに電力を供給するためのシステムであって、
前記入力ノードと前記出力ノードとの間に結合され、前記入力ノードから前記出力ノードに電力を提供するスイッチング動作を実行するためのスイッチ制御信号によって制御される少なくとも１つのスイッチを備え、前記スイッチには、前記スイッチにオンするように命令するオン信号が供給され、前記システムはさらに、
前記スイッチがオンするよう命令され、かつ以下の状態の少なくとも一方が検出されると、前記スイッチの故障状態を示すための故障検出回路を備え、前記以下の状態とは、
前記スイッチの両端の電圧が予め定められた値を超えること、または
前記スイッチ制御信号の値が前記スイッチをオンにするのに不十分であることであり、
前記故障状態は、検出された前記状態が予め定められた期間にわたって存在する場合にのみ示される、システム。
【請求項２】
前記入力ノードと前記出力ノードとの間に複数のスイッチが並列結合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記故障検出回路は、前記スイッチがオンするように命令され、かつ前記スイッチのすべてに対するスイッチ制御信号が前記スイッチをオンにするのに不十分である場合に、前記故障状態を示すように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記故障検出回路は、前記スイッチがオンするように命令され、かつ前記スイッチのうちのいずれか１つに対する前記スイッチ制御信号が前記スイッチのうちのいずれか１つをオンにするのに不十分である場合に、前記故障状態を示すように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記故障検出回路は、前記スイッチがオンするように命令され、前記スイッチに対する前記スイッチ制御信号が前記スイッチをオンにするのに不十分であり、かつ前記スイッチの出力信号が調整されていない場合に、前記故障状態を示すように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記スイッチはＭＯＳＦＥＴを含み、前記故障検出回路は、前記ＭＯＳＦＥＴがオンするように命令され、かつ前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間電圧が第１の予め定められた期間にわたって第１の閾値よりも大きい場合に、前記故障状態を示すように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記スイッチはＭＯＳＦＥＴを含み、前記故障検出回路は、前記ＭＯＳＦＥＴがオンするように命令され、かつ前記ＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース電圧が第２の予め定められた期間にわたって第２の閾値未満である場合に、前記故障状態を示すように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記入力ノードと前記出力ノードとの間に複数のＭＯＳＦＥＴスイッチが結合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記故障検出回路は、前記ＭＯＳＦＥＴスイッチがオンするように命令され、かつ前記ＭＯＳＦＥＴスイッチのすべてのゲート−ソース電圧が予め定められた期間にわたって閾値未満である場合に、前記故障状態を示すように構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記故障検出回路は、前記ＭＯＳＦＥＴスイッチがオンするように命令され、かつ前記ＭＯＳＦＥＴスイッチのうちのいずれか１つのゲート−ソース電圧が予め定められた期間にわたって閾値未満である場合に、前記故障状態を示すように構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記故障検出回路は、前記ＭＯＳＦＥＴスイッチがオンするように命令され、ＭＯＳＦＥＴスイッチのゲート−ソース電圧が閾値未満であり、かつ前記ＭＯＳＦＥＴスイッチの出力信号が調整されていない場合に、前記故障状態を示すように構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
入力ノードから出力ノードに電力を供給するための、前記入力ノードと前記出力ノードとの間に結合された１つ以上のＭＯＳＦＥＴスイッチを有するシステムにおいて故障状態を検出するための回路であって、前記回路は、前記ＭＯＳＦＥＴがオンするように命令され、かつ前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間電圧が第１の予め定められた期間にわたって第１の閾値よりも大きい場合に、または、前記ＭＯＳＦＥＴがオンするように命令され、かつ前記ＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース電圧が第２の予め定められた期間にわたって第２の閾値未満である場合に、ＭＯＳＦＥＴ故障状態を示すように構成される、回路。
【請求項１３】
前記入力ノードと前記出力ノードとの間に複数のＭＯＳＦＥＴスイッチが並列配置される、請求項１２に記載の回路。
【請求項１４】
前記ＭＯＳＦＥＴ故障状態は、前記ＭＯＳＦＥＴスイッチがオンするように命令され、かつ前記ＭＯＳＦＥＴスイッチのすべてのゲート−ソース電圧が前記第２の予め定められた期間にわたって前記第２の閾値未満である場合に示される、請求項１３に記載の回路。
【請求項１５】
前記ＭＯＳＦＥＴ故障状態は、前記ＭＯＳＦＥＴスイッチがオンするように命令され、かつ前記ＭＯＳＦＥＴスイッチのうちのいずれか１つのゲート−ソース電圧が前記第２の予め定められた期間にわたって前記第２の閾値未満である場合に示される、請求項１３に記載の回路。
【請求項１６】
前記ＭＯＳＦＥＴ故障状態は、前記ＭＯＳＦＥＴスイッチがオンするように命令され、ＭＯＳＦＥＴスイッチのゲート−ソース電圧が前記第２の閾値未満であり、かつ前記ＭＯＳＦＥＴスイッチの出力信号が調整されていない場合に示される、請求項１３に記載の回路。
【請求項１７】
入力ノードから出力ノードに電力を供給するための、前記入力ノードと前記出力ノードとの間に結合された１つ以上のＭＯＳＦＥＴスイッチを有するシステムにおいて故障状態を検出する方法であって、
前記ＭＯＳＦＥＴがオンするように命令され、かつ前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間電圧が第１の予め定められた期間にわたって第１の閾値よりも大きい場合に、ＭＯＳＦＥＴ故障状態を示すステップ、または、
前記ＭＯＳＦＥＴがオンするように命令され、かつ前記ＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース電圧が第２の予め定められた期間にわたって第２の閾値未満である場合に、前記ＭＯＳＦＥＴ故障状態を示すステップを備える、方法。
【請求項１８】
前記入力ノードと前記出力ノードとの間に複数のＭＯＳＦＥＴスイッチが並列結合され、
前記ＭＯＳＦＥＴ故障状態は、前記ＭＯＳＦＥＴスイッチがオンするように命令され、ＭＯＳＦＥＴスイッチのゲート−ソース電圧が前記第２の閾値未満であり、かつ前記ＭＯＳＦＥＴスイッチの出力信号が調整されていない場合に示される、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の詳細な説明
本願は、２０１３年７月１２日に出願された「ホットスワップアプリケーションにおける故障の検出（DETECTING FAULTS IN HOT-SWAP APPLICATIONS）」と題された米国仮特許出願番号第６１／８４５，５０２号の優先権を主張し、この米国仮特許出願番号第６１／８４５，５０２号は引用によって本明細書に援用される。
【０００２】
技術分野
本開示は、概して電気システム内のスイッチの保護に関し、特に、スイッチの過度の加熱の原因となり得る電流制限システム内の故障の検出に関する。
【背景技術】
【０００３】
ホットスワップ回路は、制御および保護された態様で入力源から負荷に電力を印加する。このようなコントローラの１つの機能は、電力が最初に印加されるときに、または電源電圧が急激に増加した場合に、電源から負荷、特に負荷キャパシタンスへの突入電流を制限することである。別の機能は、負荷が過剰な電流を引込もうとする場合に、たとえば負荷に短絡がある場合に電流を制御することである。
【０００４】
図１は、電源から電力を受信するための入力ノードＶＩＮと、負荷に結合された出力ノードＶｏｕｔとを有する従来のホットスワップ回路を示す。入力ノードＶＩＮと出力ノードＶＯＵＴとの間に、１つのＭＯＳＦＥＴ１００が電流センス抵抗１０２に直列結合される。ホットスワップ回路はさらに、電圧源１０４と、電流制限増幅器１０６と、電流源１０８と、トランジスタ１１０とを含む制御回路を有する。
【０００５】
多数のこのような回路が市販されている。電流を制限する際、電流制限増幅器１０６は、電流センス抵抗１０２内の電流を表わす電圧を、電圧源１０４によって生成される電圧ＶＬＩＭＩＴと比較して、検知電流が電圧ＶＬＩＭＩＴによって設定される最大値を超えると、ＭＯＳＦＥＴ１００を流れる電流を減少させるようにＭＯＳＦＥＴ１００のゲートを制御する。電流制限増幅器１０４は、電流センス抵抗１０２の両端電圧、およびしたがってＭＯＳＦＥＴ１００を流れる電流を制限するためにＭＯＳＦＥＴ１００のゲート−ソース電圧を調整する。電流源１０８は、ゲート電圧を引上げるために設けられる。トランジスタ１１０は、ＭＯＳＦＥＴ１００にオンまたはオフするようにそれぞれ命令するオンおよびオフ信号をＭＯＳＦＥＴ１００に供給するために設けられる。
【０００６】
電流制限動作時、ＭＯＳＦＥＴ１００を流れる電圧および電流の両方が大きくなり、ＭＯＳＦＥＴ１００内の電力損失が大きくなることがある。この電力損失が持続すると、ＭＯＳＦＥＴ１００は、損傷を引起こす温度に達することがある。ＭＯＳＦＥＴの製造業者は、ＭＯＳＦＥＴ電圧、電流、および時間に対する安全限界を安全動作領域（ＳＯＡ）と称される曲線として提示している。一般に、タイマ回路１１２は、ＭＯＳＦＥＴ１００が電流制限モードで動作することが可能な最大期間を設定する。
【０００７】
タイマ回路１１２は、電流制限動作が開始されることを示す信号を受信するための電流制限増幅器１０６に結合され得る。タイマ回路１１２によって設定される期間が終了すると、過電流故障信号が生成され、ＭＯＳＦＥＴ１００は過熱から保護されるためにオフにされ得る。負荷は電力を失い、ホットスワップコントローラは故障が発生したことを示す。
【０００８】
高出力ホットスワップアプリケーションは、負荷の両端の大型バイパスキャパシタ１２６（ＣL）を充電しなければならないことが多い。ＭＯＳＦＥＴ１００に対するストレスを減らすため、負荷はバイパスキャパシタ１２６が充電されるまでオフに維持され得る。キャパシタンス用の小さな充電電流によって、ＭＯＳＦＥＴ１００内の電力が、温度の危険な増加を防止するのに十分なほど低く維持される。ゲート電圧は、一般に１０〜５０μＡの範囲内の電流源１０８からの電流によって引上げられ得る。
【０００９】
ホットスワップコントローラはさらに、電力が良好であること、および負荷が電流を安全に引込むことができることを示す信号を一般に生成する。たとえば、電力良好信号は、出力電圧を監視するコンパレータによって生成され得る。出力電圧が閾値よりも高く上昇すると、電力が良好であると考えられる。出力電圧は、電力が良好であることを示すための条件として用いられ得る。
【００１０】
また、電力良好信号は、スイッチオン制御信号を監視することによって生成され得る。ＭＯＳＦＥＴスイッチ１００については、これはゲート−ソース電圧である。これがＭＯＳＦＥＴ閾値電圧よりもはるかに高い場合、ＭＯＳＦＥＴチャネルは完全にオンにされ、負荷電流がＭＯＳＦＥＴチャネルを流れ得る。しかし、このゲート−ソース電圧は、通常動作時の電流制限の短いエピソード中に低下することがある。このような状況では、出力電力は依然として良好であると考えられ得る。ゆえに、ゲート−ソース電圧が閾値を超えたことを示す信号がラッチされる。このラッチ信号を用いて、ＭＯＳＦＥＴが完全にオンにされたこと、および負荷がオンにされ得ることが示される。ラッチ信号は、短期間の電流制限事象の間にゲート電圧が引き続いて低下しても、電力が良好であると示し続ける。ＭＯＳＦＥＴがオフにされると、ラッチはリセットされる。
【００１１】
さらに、電力良好信号は、ＭＯＳＦＥＴ１００のドレイン−ソース間電圧を監視することによって生成され得る。この電圧がいったん閾値を下回ると、ＭＯＳＦＥＴ１００は完全にオンであると見なされ、負荷電流がＭＯＳＦＥＴ１００を流れ得る。しかし、ドレイン−ソース間電圧は、たとえば入力電圧が急に増加すると、通常動作時にも増加し得る。このような状況では、出力電力は依然として良好であると考えられ得る。ゆえに、ドレイン−ソース間電圧が閾値未満であることを示す信号もラッチされ得る。このラッチ信号を用いて、ＭＯＳＦＥＴ１００が完全にオンにされたこと、および負荷がオンにされ得ることを示すことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ホットスワップアプリケーションでは、ＭＯＳＦＥＴが低インピーダンスでオンになることを防止し得るものがいくつかある。損傷したＭＯＳＦＥＴは、ゲートからドレインへのリークを有し得るか、または劣化したドレイン−ソースオン抵抗ＲＤＳ（ＯＮ）を有し得る。基板上の破片も、ゲートピンからソースピン、ＭＯＳＦＥＴドレイン、または接地へのリークまたは短絡を生成し得る。これらの状態では、ホットスワップコントローラはＭＯＳＦＥＴを十分に向上させるのに十分高くゲートピンを引張ることができない場合があるか、または、ゲートピンが十分に高められたときに、ＭＯＳＦＥＴが意図したオン抵抗に達しない場合がある。この結果、電流が電流制限未満であっても、ＭＯＳＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴの電力がその連続的なパワー能力よりも高い状態に置かれることがある。
【００１３】
従来の方法は、ゲート−ドレインまたはゲート−ソース電圧を監視することによって、ＭＯＳＦＥＴが完全にオンになったと判断する。その情報は次いでラッチされる。しかし、ＭＯＳＦＥＴの機能がその後で低下すると、ラッチ情報は問題が起こったことを示すように更新されない。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
開示の概要
本開示は、入力ノードから出力ノードに電力を供給するためのシステムであって、入力ノードと出力ノードとの間に結合され、入力ノードから出力ノードに電力を提供するスイッチング動作を実行するためのスイッチ制御信号によって制御される少なくとも１つのスイッチを有するシステムにおいて故障を検出するための回路を提示する。スイッチには、スイッチにオンするように命令するオン信号が供給される。電流制限回路は、スイッチを流れる電流の値を制限するためにスイッチを制御するように構成され得る。
【００１５】
故障検出回路は、スイッチがオンするよう命令され、かつ以下の状態の少なくとも一方が検出されると、スイッチの故障状態を示すように構成され、以下の状態とは、スイッチの両端の電圧が予め定められた値を超えること、またはスイッチ制御信号の値がスイッチをオンにするのに不十分であることである。
【００１６】
故障状態は、検出された状態が予め定められた期間にわたって存在する場合にのみ示される。
【００１７】
たとえば、スイッチはＭＯＳＦＥＴを含んでもよく、故障検出回路は、ＭＯＳＦＥＴがオンするように命令され、かつＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間電圧が第１の予め定められた期間にわたって第１の閾値よりも大きい場合に、故障状態を示すように構成されてもよい。
【００１８】
または、故障状態は、ＭＯＳＦＥＴがオンするように命令され、かつＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース電圧が第２の予め定められた期間にわたって第２の閾値未満である場合に示されてもよい。
【００１９】
例示的な実施形態では、入力ノードと出力ノードとの間に複数のスイッチが並列結合されてもよい。
【００２０】
故障検出回路は、スイッチがオンするように命令され、かつスイッチのすべてに対するスイッチ制御信号がスイッチをオンにするのに不十分である場合に、故障状態を示すように構成されてもよい。
【００２１】
また、故障状態は、スイッチがオンするように命令され、かつスイッチのうちのいずれか１つに対するスイッチ制御信号がスイッチのうちのいずれか１つをオンにするのに不十分である場合に示されてもよい。
【００２２】
さらに、故障状態は、スイッチがオンするように命令され、スイッチに対するスイッチ制御信号がスイッチをオンにするのに不十分であり、かつスイッチの出力信号が調整されていない場合に示されてもよい。
【００２３】
たとえば、入力ノードと出力ノードとの間に複数のＭＯＳＦＥＴスイッチが並列結合されてもよい。
【００２４】
故障検出回路は、ＭＯＳＦＥＴスイッチがオンするように命令され、かつＭＯＳＦＥＴスイッチのすべてのゲート−ソース電圧が予め定められた期間にわたって閾値未満である場合に、故障状態を示すように構成されてもよい。
【００２５】
また、故障状態は、ＭＯＳＦＥＴスイッチがオンするように命令され、かつＭＯＳＦＥＴスイッチのうちのいずれか１つのゲート−ソース電圧が予め定められた期間にわたって閾値未満である場合に示されてもよい。
【００２６】
さらに、故障状態は、ＭＯＳＦＥＴスイッチがオンするように命令され、ＭＯＳＦＥＴスイッチのうちの１つのゲート−ソース電圧が閾値未満であり、かつＭＯＳＦＥＴスイッチの出力信号が調整されていない場合に示されてもよい。
【００２７】
たとえば、故障検出回路は、ホットスワップコントローラにおけるＭＯＳＦＥＴの故障を検出するように構成されてもよい。
【００２８】
開示の付加的な利点および局面が、以下の詳細な説明から当業者にとって容易に明らかになり、当該説明では、本開示の実施形態は、本開示を実施するために考えられる最良の態様を単に例示することによって図示および記載される。説明されるように、開示は他のおよび異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、すべて開示の思想から逸脱することなく、さまざまな明白な点で修正可能である。したがって、図面および説明は、制限的ではなく例示的な性質のものであると見なされるものとする。
【００２９】
本開示の実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面と併せて読まれると最もよく理解することができ、以下の図面では、特徴は同じ縮尺で描かれているとは限らず、むしろ関連する特徴を最もよく示すように描かれている。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来のホットスワップコントローラを示す図である。
【図２】本開示に係るホットスワップコントローラの例示的な実施形態を示す図である。
【図３】本開示に係るホットスワップコントローラの例示的な実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
実施形態の詳細な開示
図２および図３に示されるホットスワップコントローラの具体例を用いて、本開示を説明する。しかし、開示は、負荷に電力を供給するための任意のスイッチング回路に適用可能である。
【００３２】
図２は、電源から電力を受信するための入力ノードＶＩＮと、負荷に結合された出力ノードＶoutとを有するホットスワップコントローラを示す。入力ノードＶＩＮと出力ノードＶＯＵＴとの間に、１つのＭＯＳＦＥＴ２００が電流センス抵抗２０２に直列結合される。ホットスワップ回路はさらに、電圧源２０４と、電流制限増幅器２０６と、電流源２０８と、トランジスタ２１０とを含む制御回路を有する。これらの要素は、図１のそれぞれの要素と同様であってもよい。バイパスキャパシタ２２６が負荷の両端に設けられてもよい。
【００３３】
ホットスワップ回路はさらに、電圧源２１４、ヒステリシスコンパレータ２１５、インバータ２１６、電圧源２１７、ヒステリシスコンパレータ２１８、ＯＲゲート２１９、ＡＮＤゲート２２７，２２８、ならびにタイマ回路２２９および２３０を含んでもよい。特に、１対のコンパレータ２１５および２１８が、誤動作しているＭＯＳＦＥＴスイッチ２００内に存在し得る２つの状態を監視する。これら故障状態のいずれか一方が発生および持続すると、ＦＥＴ故障信号が生成される。
【００３４】
第１の故障状態は、ＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の過剰電圧である。たとえば、ＭＯＳＦＥＴまたは基板の損傷によって、ＭＯＳＦＥＴは、ゲートピンが完全に高められたときに期待されるオン抵抗に達することができない場合がある。コンパレータ２１８は、ＭＯＳＦＥＴ２００のドレイン電圧ＶＤＤおよびソース電圧を監視して、ＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間電圧（ＶＤＳ）を、電圧源２１７によって設定される、たとえば２００ｍＶの閾値電圧と比較する。
【００３５】
ＶＤＳが閾値電圧よりも大きい場合、コンパレータ２１８の出力においてＶＤＳ＿ＨＩＧＨ信号がアサートされる。この信号は、ＡＮＤゲート２２８の入力に供給される。ＡＮＤゲート２２８の第２の入力には、ＭＯＳＦＥＴ２００をオンにするために使用されるオン信号が提供される。ＡＮＤゲート２２８の出力信号によって、予め設定された遅延期間を提供するＶＤＳタイマ２３０が開始され、当該期間が終了すると、ＯＲゲート２１９によってＦＥＴ＿ＦＡＵＬＴ信号が生成されてＭＯＳＦＥＴ故障状態が設定される。したがって、第１のＭＯＳＦＥＴ故障状態は、ＶＤＳが予め設定された遅延期間よりも長い期間にわたって閾値を超えていることを示す。
【００３６】
ＶＤＳタイマ２３０によって提供される時間遅延が必要である理由は、ＭＯＳＦＥＴゲートがその最終電圧に達するまでＶＤＳが閾値電圧を超える、たとえば起動などの正常な状況があるからである。これらの状況は一時的な性質のものであり、その間、ＭＯＳＦＥＴは電力を損失している。それらは、電力損失が長く続き過ぎた場合にのみ、故障となる。ＶＤＳタイマの遅延期間は、これらの正常な一時の動作状態よりも長いように設定される。
【００３７】
第２の故障状態は、ＭＯＳＦＥＴ２００の不十分なゲート−ソース電圧（ＶＧＳ）であり、すなわち、スイッチ制御信号の値がＭＯＳＦＥＴスイッチをオンにするのに不十分であることである。基板上の破片または損傷したＭＯＳＦＥＴは、ゲート−ソース電圧を低下させてオン抵抗を増加させるゲートリークの原因となり得る。出力電圧は、オン抵抗が高過ぎる場合であっても、正常に見えるほど十分高い場合がある。損傷が激しいＭＯＳＦＥＴでは、ゲート、ドレインおよびソースがすべて互いに短絡し得る。この場合、チャンネルが短絡されてもＭＯＳＦＥＴはオフすることができない。
【００３８】
この種類の故障を検出するため、コンパレータ２１５は、ゲート−ソース電圧（ＶＧＳ）を、ＭＯＳＦＥＴ閾値よりもはるかに高く選択された、電圧源２１７からの閾値電圧に対して監視する。たとえば、閾値電圧は４．５Ｖに設定され得る。ゲート−ソース電圧がこの閾値電圧未満である場合、インバータ２１６の出力においてＧＡＴＥ＿ＬＯＷ信号がアサートされる。この信号は、ＡＮＤゲート２２７の入力に供給される。ＡＮＤゲート２２７の第２の入力には、ＭＯＳＦＥＴ２００をオンにするために使用されるオン信号が提供される。ＡＮＤゲート２２７の出力信号によって、予め設定された遅延期間を提供するＶＧＳタイマ２２９が開始され、当該期間が終了すると、ＯＲゲート２１９によってＦＥＴ＿ＦＡＵＬＴ信号が生成されて第２のＭＯＳＦＥＴ故障状態が設定される。このＭＯＳＦＥＴ故障状態は、ＭＯＳＦＥＴ２００のゲート−ソース電圧が、ＶＧＳタイマ２２９の遅延期間よりも長い期間にわたって閾値未満であることを示す。
【００３９】
ＶＧＳタイマ２２９によって提供される時間遅延が必要である理由は、ゲート−ソース電圧が閾値未満である正常な状況があるからである。これらの状況は、ゲート−ソース電圧が低く、かつＭＯＳＦＥＴが電力を損失している、たとえば起動または電流制限時などの一時的な性質のものである。それらは、電力損失が長く続き過ぎた場合にのみ、故障となる。ＶＧＳタイマ２２９によって設定される遅延期間は、これらの正常な一時の動作状態よりも長いように設定される。
【００４０】
複数のＭＯＳＦＥＴを使用する場合、複数のＭＯＳＦＥＴ３００，３０１を有する例示的なホットスワップコントローラを示す図３に示されるように、ＭＯＳＦＥＴのうちの少なくとも１つが低いゲート−ソース電圧を有し、かつ電流制限されていない場合、ＭＯＳＦＥＴの故障が設定される。
【００４１】
ＭＯＳＦＥＴ３００および３０１の各々は、それぞれの電流センス抵抗３０２および３０３、ならびにそれぞれの電流制限増幅器３０６および３０７を用いて、独立して制御される。電流センス抵抗３０２は、ＭＯＳＦＥＴ３００を表わす正ノードＳＥＮＳＥ＋１と負ノードＳＥＮＳＥ−１との間に結合され、電流センス抵抗３０３は、ＭＯＳＦＥＴ３０１を表わす正ノードＳＥＮＳＥ＋２と負ノードＳＥＮＳＥ−２との間に結合される。電流制限増幅器３０６および３０７の各々は、それぞれの抵抗３０２および３０３で検知される電流が、それぞれの電圧源３０４および３０５によって提供されるＶＬＩＭＩＴ電圧によって規定される最大電流値を超えると、ＭＯＳＦＥＴ３００および３０１を流れる電流を制限するように、互いに独立してそれぞれのＭＯＳＦＥＴ３００および３０１のゲートを制御する。電流源３０８および３０９は、ＭＯＳＦＥＴ３００および３０１のゲート電圧を引上げるための電流をそれぞれ提供する。トランジスタ３１０および３１１は、ＭＯＳＦＥＴ３００および３０１にオンまたはオフするようにそれぞれ命令するオンおよびオフ信号をそれぞれのＭＯＳＦＥＴ３００および３０１に供給するために設けられる。
【００４２】
電流制限増幅器３０６および３０７の状態ピンでそれぞれ生成される信号ＬＩＭＩＴＩＮＧ  １およびＬＩＭＩＴＩＮＧ  ２は、それぞれのＭＯＳＦＥＴ３００および３０１が自身を流れる電流を制限していることを示す。これらの信号はＡＮＤゲート３１３のそれぞれの入力に供給され、ＡＮＤゲート３１３はタイマ３１２に供給される出力信号を生成し、タイマ３１２は過電流故障状態を示すための遅延期間を設定する。
【００４３】
ＭＯＳＦＥＴ３００および３０１が電流を制限しているとき、電流制限増幅器３０４および３０５によって提供されるゲート制御によって、ＭＯＳＦＥＴ３００と３０２との間に閾値電圧または温度の不一致があったとしても、電流およびストレスがＭＯＳＦＥＴ３００と３０２との間で均等に分割される。
【００４４】
ＭＯＳＦＥＴ３００および３０１の両方が電流を制限し始めた点まで負荷電流が増加すると、ＶＤＳおよび損失電力が増加し始め、ＭＯＳＦＥＴを保護のために遮断しなければならなくなる。ＡＮＤゲート３１３のため、タイマ３１２が開始されるのは、ＬＩＭＩＴＩＮＧ  １およびＬＩＭＩＴＩＮＧ  ２信号の両方が生成されるときのみ、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ３００および３０１の両方が電流を制限するように動作しているときのみである。タイマ３１２によって設定される遅延期間が終了すると、過電流故障信号が生成され、ＭＯＳＦＥＴ３００および３０１の両方をオフにすべきであることが示される。
【００４５】
図３のホットスワップコントローラはさらに、ＭＯＳＦＥＴ３００および３０１の故障状態を検出するための回路を含む。この回路は、電圧源３１４、ヒステリシスコンパレータ３１５、インバータ３１６、電圧源３１７、ヒステリシスコンパレータ３１８、ＯＲゲート３１９、電圧源３２０、ヒステリシスコンパレータ３２１、ＡＮＤゲート３２２，３２３および３２４、ＯＲゲート３２５、ＡＮＤゲート３２７，３２８、ならびにタイマ回路３２９および３３０を含む。図２の回路と同様に、図３の故障検出回路は、誤動作しているＭＯＳＦＥＴ３００および３０１内に存在し得る２つの状態を監視する。これら故障状態のいずれか一方が発生および持続すると、ＦＥＴ故障信号が生成される。
【００４６】
コンパレータ３１８は、並列接続されたＭＯＳＦＥＴ３００および３０１のドレイン−ソース間の過剰電圧を監視する。特に、コンパレータ３１８は、ＭＯＳＦＥＴ３００および３０１のＶＤＳを、電圧源３１７によって設定される、たとえば２００ｍＶの閾値電圧と比較する。
【００４７】
ＶＤＳが閾値電圧よりも大きい場合、コンパレータ３１８の出力においてＶＤＳ＿ＨＩＧＨ信号がアサートされる。この信号は、ＡＮＤゲート３２８の入力に供給される。ＡＮＤゲート３２８の第２の入力には、ＭＯＳＦＥＴ３００および３０１をオンにするために使用されるオン信号が提供される。ＡＮＤゲート３２８の出力信号によって、予め設定された遅延期間を提供するＶＤＳタイマ３３０が開始され、当該期間が終了すると、ＯＲゲート３１９によってＦＥＴ＿ＦＡＵＬＴ信号が生成されてＭＯＳＦＥＴ故障状態が設定される。したがって、第１のＭＯＳＦＥＴ故障状態は、ＶＤＳが予め設定された遅延期間よりも長い期間にわたって閾値を超えていることを示す。
【００４８】
コンパレータ３１５および３２１は、ＭＯＳＦＥＴ３００および３０１の不十分なゲート−ソース電圧（ＶＧＳ）をそれぞれ検出する。特に、コンパレータ３１５および３２１は、それぞれのＭＯＳＦＥＴ３００および３０１のゲート−ソース電圧（ＶＧＳ）を、たとえば４．５ＶであるＭＯＳＦＥＴ閾値よりもはるかに高く選択されたそれぞれの電圧源３１４および３２０からの閾値電圧に対して監視する。それぞれのＭＯＳＦＥＴ３００または３０１のゲート−ソース電圧が閾値電圧未満である場合、それぞれのコンパレータ３１５または３２１の入力においてアサートされる信号が、それぞれのＡＮＤゲート３２２または３２４の入力に供給される。また、コンパレータ３１５および３２１の出力信号は、ＡＮＤゲート３２３の入力に提供される。
【００４９】
ＡＮＤゲート３２４の第２の入力には、ＭＯＳＦＥＴ３００が電流を制限していることを示すＬＩＭＩＴＩＮＧ  １信号が供給され、ＡＮＤゲート３２２の第２の入力には、ＭＯＳＦＥＴ３０１が電流を制限していることを示すＬＩＭＩＴＩＮＧ  ２信号が供給される。ＯＲゲート３２５を流れるＡＮＤゲート３２２，３２３および３２４のうちのいずれかの出力信号によって、インバータ３１６の出力においてＧＡＴＥ＿ＬＯＷ信号が生成され、ＡＮＤゲート３２７の入力に供給される。ＡＮＤゲート３２７の他方の入力には、ＭＯＳＦＥＴ３００および３０１をオンにするために使用されるオン信号が提供される。
【００５０】
ＡＮＤゲート３２８の出力信号によって、予め設定された遅延期間を提供するＶＧＳタイマ３２９が開始され、当該期間が終了すると、ＯＲゲート３１９によってＦＥＴ＿ＦＡＵＬＴ信号が生成されて第２のＭＯＳＦＥＴ故障状態が設定される。このＭＯＳＦＥＴ故障状態は、ＭＯＳＦＥＴ３００または３０１のゲート−ソース電圧が、ＶＧＳタイマ３２９の遅延期間よりも長い期間にわたって閾値未満であることを示す。
【００５１】
ＦＥＴ＿ＦＡＵＬＴが設定されると、ホットスワップコントローラまたはシステムは保護動作を取ることができる。たとえば、ホットスワップコントローラは、すべてのＭＯＳＦＥＴをオフにして負荷電力を遮断することができる。ゲート−ドレイン短絡の場合、ホットスワップコントローラが１つ以上のＭＯＳＦＥＴをオフにすることができない場合がある。しかし、ＭＯＳＦＥＴ故障信号を用いて、負荷を低電流状態にし、上流の供給を遮断し、および／またはサービス用にシステムにフラグを立てることができる。
【００５２】
したがって、本開示のＭＯＳＦＥＴ故障検出回路は、
‐ＭＯＳＦＥＴがオンするように命令され、かつＶＤＳが予め設定された期間にわたって閾値よりも大きい場合、ＭＯＳＦＥＴの故障を示すこと、
‐ＭＯＳＦＥＴがオンするように命令され、かつすべてのＭＯＳＦＥＴもしくはＭＯＳＦＥＴのうちのいずれか１つのゲート−ソース電圧ＶＧＳが予め設定された期間にわたって閾値未満である、すなわち、すべてのスイッチもしくはいずれかのスイッチのためのゲート制御信号がスイッチをオンにするのに不十分である場合、ＭＯＳＦＥＴの故障を示すこと、および／または
‐少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴが電流を制限しておらず、かつ低いゲート−ソース電圧ＶＧＳを有する場合、すなわち、ＭＯＳＦＥＴのうちの少なくとも１つのゲート制御信号がそれぞれのＭＯＳＦＥＴをオンにするのに不十分であり、かつ積極的に調整されていない場合、並列スイッチを有するシステム内のスイッチ故障を示すこと
を提供し得る。
【００５３】
２つのＭＯＳＦＥＴについてのＭＯＳＦＥＴの故障検出が図３に示されるが、この構成は、並列配置された任意の数のＭＯＳＦＥＴについての故障状態の検出に拡張可能である。
【００５４】
また、本開示の故障検出回路は、上記の故障基準の一方または両方を使用し得る。
上記の説明によって本発明の局面が例示および記載される。また、開示は好ましい実施形態のみを図示および記載するが、上述のように、発明はさまざまな他の組合せ、修正、および環境で使用可能であり、上記の教示、および／または関連技術の技能もしくは知識に対応して、ここに述べた発明の概念の範囲内で変更または修正が可能あると理解される。
【００５５】
たとえば、ＶＤＳは、電流センス抵抗を用いて測定してもよいし、用いずに測定してもよい。ＶＤＳおよびＶＧＳタイマは、ＯＲゲート２１９または３１９の前に設けられてもよいし、後に設けられてもよい。
【００５６】
上に説明した実施形態はさらに、発明を実施するのに知られている最良の態様を説明するように、かつ当業者がこのような、または他の実施形態において、発明の特定の用途または使用によって必要とされるさまざまな修正を用いて発明を利用できるように意図されている。したがって、説明は、発明をここに開示される形態に制限するように意図されていない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
2015029264000001.pdf