CN114441840A - 智能电子开关 - Google Patents

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Abstract

本公开的各实施例涉及智能电子开关。本文描述了电流监测电路。根据一个实施例，电流监测电路包括：信号整形单元，被配置为接收电流感测信号并且提供经修改的电流信号；滤波器，被配置为接收经修改的电流信号并且提供相应的滤波信号；比较器，被配置为接收滤波信号和阈值，并且当滤波信号超过阈值时发出信号。信号整形单元被配置为根据非线性函数，从电流感测信号的对应电平计算经修改的电流信号的电平。

Description

智能电子开关
技术领域
本公开涉及智能半导体开关领域。
背景技术
几乎每个电气装置(例如，在汽车中、房屋中、大型装置的电气子***)都包括一个或多个熔断器来提供过电流保护。标准熔断器包括在通过熔断器的电流低于标称电流的情况下提供低欧姆电流路径的导线。但是，当流过熔断器的电流在特定时间内超过标称电流时，导线被加热并熔化或汽化。一旦触发，熔断器必须被新的熔断器更换。
熔断器正越来越多地被断路器取代。断路器是自动操作的电开关，旨在保护电路免受过流、过载或短路造成的损坏。断路器可以包括机电继电器，当过电流(即，电流超过标称电流)被检测到时，机电继电器被触发来将受保护电路与电源断开连接。在许多应用中(例如，在汽车的车载电源中)，断路器可以使用电子开关(例如，MOS晶体管、IGBT等)来实现，以在出现过电流情况时，将受保护电路与电源断开连接。这样的电子断路器也可以被称为电子熔断器(e-fuse或智能熔断器)。除了作为断路器的功能外，电子熔断器还可以被用于定期导通和关断负载。通常，电子开关(诸如MOS晶体管)的开关状态(导通/关断)使用所谓的驱动器电路或简单的驱动器(在MOS晶体管的情况下为栅极驱动器)来控制。
通常，常规熔断器和电子熔断器针对在电缆上产生特定热负载的(假设的)恒定电负载来设计。即，恒定的电负载导致特定的电缆温度升高到高于环境温度。熔断器的目的是确保电缆上的热负载保持在所限定的极限内。因此，已知的电子熔断器电路被设计为模拟为负载供电的电缆的时间-电流特性(其定义了在熔断器触发负载断开连接之前，特定电流电平可以流过电子熔断器多长时间)。然而，在许多应用中，负载动态地变化。鉴于常用电缆的热时间常数在几分钟的范围内(例如，在某些应用中为90秒)这一事实，如与电缆的热时间常数相比，电负载的激活(例如，30秒)可能是高度动态的过程。
本文中描述的实施例旨在对时间-电流特性进行更灵活的“设计”，使得电子熔断器不仅能够保护电缆，而且还可以针对经由电子熔断器供电的特定负载(或负载类型)进行单独调整。
发明内容
本文描述了电流监测电路。根据一个实施例，电流监测电路包括两个或更多个信号分支，每个信号分支包括：信号整形单元，被配置为接收电流感测信号并且提供经修改的电流信号；滤波器，被配置为接收经修改的电流信号并且提供相应的滤波信号；比较器，被配置为接收滤波信号和相应阈值，并且提供相应逻辑信号，逻辑信号在滤波信号超过阈值时发出信号；以及逻辑电路，被配置为组合两个或更多个信号分支的逻辑信号。每个信号分支的信号整形单元被配置为根据非线性函数，从电流感测信号的对应电平计算相应经修改的电流信号的电平。
根据另一实施例，电流监测电路包括：信号整形单元，被配置为接收电流感测信号并且提供经修改的电流信号；滤波器，被配置为接收经修改的电流信号并且提供相应的滤波信号；比较器，被配置为接收滤波信号和阈值，并且在滤波信号超过阈值时发出信号。信号整形单元被配置为根据查找表或者根据分段线性函数或具有高于二的阶数的多项式函数，从电流感测信号的对应电平计算经修改的电流信号的电平。
又一实施例涉及电流监测方法。因此，方法包括：使用信号整形单元来将电流感测信号重新整形，以提供经修改的电流信号；使用数字滤波器对经修改的电流信号进行滤波来提供相应的滤波信号；比较滤波信号和数字阈值并且在滤波信号超过数字阈值时发出信号。信号整形单元根据查找表或者根据分段线性函数或高于二的阶数的多项式函数，从电流感测信号的对应电平计算经修改的电流信号的电平。
附图说明
参考以下附图和描述可以更好地理解以下描述的实施例。图中的组件不一定按比例；相反，重点放在说明本发明的原理上。此外，在图中，相同的附图标记表示对应的部分。在图中：
图1示意性地图示了包括电子开关和控制电路的电子熔断器电路的一个示例以及电子熔断器电路的示例性应用，控制电路被配置为驱动电子开关。
图2更详细地图示了图1的控制电路的一个示例。
图3图示了图2的控制电路中使用的逻辑电路的一个示例。
图4示出了图示图2中所示的控制电路功能的时序图。
图5a是图示了针对0.35mm2电缆和不同最大电缆温度的特性曲线族(电流随时间)的图。
图5b是图示了针对电缆最高温度高于环境温度25开尔文和不同电缆截面的特性曲线族(电流随时间)。
图6图示了图2示例中使用的监测电路的一个示例；监测电路包括滤波器和比较器，其中滤波器时间常数、整形函数和比较器阈值确定了监测电路的时间电流特性。
图7图示了电子熔断器(“智能熔断器”)电路的第一示例，电子熔断器电路允许选择导线截面和最大电缆温度。
图8是图示了在图6的监测电路中使用一阶低通滤波器的情况下，滤波器时间常数对时间电流特性的影响的图。
图9是图示了在图6的监测电路中使用一阶低通滤波器的情况下，比较器阈值对时间电流特性的影响的图。
图10和图11图示了可以在图2的电路中使用的电流监测电路的不同实施例。
图12图示了可以在图2的电路中使用的电流监测电路的另一实施例，其中实施例包括查找表。
图13图示了图12的电路中使用的查找表的一个示例性实现。
图14图示了电流监测电路的另一实施例，电流监测电路允许更灵活地调整期望的时间电流特性。
图15图示了图14电路的一个示例性时间电流特性。
具体实施方式
在以下的具体实施方式中，参考了附图。附图构成说明书的一部分，并且为了例示的目的，示出了如何使用和实现本发明的示例。应当理解，除非另外特别指出，否则本文描述的各种实施例的特征可以彼此组合。此外，虽然本文中描述的示例针对电子熔断器电路，但是实施例不限于与电子熔断器相关的应用。
图1图示了可以作为电子熔断器操作的电子电路的一个示例。因此，电子电路还被称为电子熔断器电路F。根据本示例，电子熔断器电路包括具有控制节点21的电子开关2以及第一负载节点22与第二负载节点23之间的负载电流路径。电子电路还包括控制电路1，控制电路1被耦合到电子开关2的控制节点21并且被配置用于驱动电子开关2。具有电子开关2和控制电路1的电子熔断器电路F可以被单片集成在一个半导体管芯(芯片)中，或者可以被集成在单独的半导体管芯中，单独的半导体管芯被布置在一个集成电路封装中。备选地，栅极驱动器和MOSFET可以被集成在单独的芯片中。电子熔断器电路F被配置为驱动负载Z(连接负载的导线如图1中虚线所示)，负载Z可以与电子开关2的负载电流路径串联连接。因此，电子开关2的负载电流路径和负载Z的串联电路可以连接在电源节点之间，在电源节点处可以提供第一电源电位和第二电源电位。第二电源电位通常被称为接地电位GND(例如，零伏)。在下文中，两个电源节点之间的电压被称为电源电压VB。通过负载Z的负载电流iL可以根据(例如通过微控制器8)供应到控制电路1的输入信号SIN来导通和关断。然而，根据应用，输入信号SIN也可以由任何其他电路装置而不是微控制器来生成。
在示例性应用中，电子熔断器电路F可以被用于驱动在汽车中的负载Z。在该情况下，提供电源电压VB的功率源是汽车电池。通常，“驱动负载”可以包括通过导通或关断电子开关2来导通或关断流经负载的负载电流。负载可以是汽车中使用的任意负载。负载Z的示例尤其包括不同类型的灯、不同类型的马达、继电器、加热***等。负载Z还可以表示汽车的电气装置的电气子***(包括多个单独的电气负载)。在图1的示例中，电子开关2和负载Z以高侧配置连接。即，负载Z被连接在电子开关2与接地节点GND之间。然而，这仅是一个示例。电子开关2和负载Z也可以以低侧配置或任何其他配置来连接。例如，在低侧配置中，电子开关被连接在负载Z与接地节点GND之间。
根据图1的示例，负载Z可以经由(例如，被包括在电缆中的)电导线连接到电子开关2。根据电子电路和相应负载Z在汽车电气装置中的位置，导线可能具有几10cm或者甚至明显更长的相当长的长度(例如，长达10m)。现代汽车包括多个电气负载，使得需要多个导线来将各个负载连接到它们相应的电子开关。为了节省成本和资源，可能需要对单独导线进行尺寸设计，以便从长远来看，它们能够承受所连接的负载的标称电流。但是，如果电流超过标称电流，则导线可能会因过热而被损坏甚至毁坏。根据一个示例性实施例，控制电路1因此可以具有电流监测功能来监测流经电子开关2(和负载Z)的负载电流iL。电流监测允许在检测“过载情况”时，关断电子开关2来保护导线(和负载Z)。过载情况是如果电子开关2未被关断(在特定时间内)，可能导致导线或负载损坏或毁坏，从而将导线(和负载Z)与提供电源电压VB的功率源(例如，汽车电池)断开连接的情况。以下更详细地解释该机制。由于电子熔断器电路F被配置为导通和关断负载Z并保护导线，因此在下文中也被称为开关保护电路。
在图1的示例中，电子开关2被示意性地绘制为包括开关的电路块。在下文中，术语“电子开关”包括任何类型的电子开关或电子电路装置，电子开关或电子电路装置具有控制节点21以及第一负载节点22与第二负载节点23之间的负载电流路径并且被配置为根据在控制节点21处接收的驱动信号而导通和关断。“导通”是指电子开关2以电子开关2能够在第一负载节点22与第二负载节点23之间传导电流的导通状态操作。“关断”是指电子开关2以电子开关2能够阻止第一负载节点22与第二负载节点23之间的电流流动的断开状态操作。根据一个示例，电子开关2包括至少一个晶体管。至少一个晶体管可以是例如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、JFET(结型场效应晶体管)、BJT(双极结型晶体管)、或者HEMT(高电子迁移率晶体管)。
在下文中，参考附图来解释控制电路1的示例及其功能。具体地，参考附图中描绘的功能块来解释控制电路1的功能。需要说明的是，这些功能块表示控制电路1的功能，而不是其具体实现方式。这些功能块可以是被配置为执行以下解释的相应功能的专用电路块。然而，单独功能块的功能也可以(至少部分地)由可编程电路(例如，处理器)来执行，可编程电路被配置为执行在存储器中存储的软件/固件。
图2图示了控制电路1的一个示例性实现方式。在该示例中，控制电路1包括监测电路4，监测电路4被配置为基于负载电流iL的时间电流特性而生成第一保护信号OC。表述“基于负载电流的时间电流特性而生成第一保护信号OC”可以包括监测电路4处理表示负载电流iL的瞬时电流振幅以及先前电流振幅的信号来生成第一保护信号OC。即，监测电路4在特定时间段内评估负载电流iL，以生成第一保护信号OC。为了能够评估负载电流iL，监测电路4接收电流感测信号CS，并且基于电流感测信号CS来生成第一保护信号OC。电流感测信号CS表示负载电流iL，并且根据一个示例，可以与负载电流iL成比例。在图2的示例中，电流感测信号CS在电子开关2的感测输出24处可用。在该情况下，被配置为测量负载电流iL并提供电流感测信号CS的电流测量电路可以(至少部分地)被集成在电子开关2中。然而，这仅是一个示例。也可以使用与电子开关2分离的电流测量电路。各种电流感测电路(例如，分流电阻器、感测FET电路等)是已知的，因此在本文中不再进一步详细解释。
图2所示的控制电路1被配置为基于保护信号OC和输入信号SIN来驱动电子开关2，输入信号SIN在电子熔断器电路F的第一输入节点(例如，输入引脚)PIN处被接收。保护信号OC以及输入信号SIN被供应到逻辑电路3，逻辑电路3基于保护信号OC和输入信号SIN来生成驱动信号SON。驱动信号SON被直接或间接地(例如，经由驱动电路5)供应到电子开关2的控制节点21，以导通或关断电子开关2。根据一个示例，驱动信号SON可以是具有指示期望导通电子开关2的导通电平或者指示期望关断电子开关2的关断电平的逻辑信号。驱动器电路5(或者简称驱动器)被配置为基于驱动信号SON的相应信号电平来驱动电子开关2。例如，电子开关2包括诸如MOSFET的晶体管(如图2中示意性图示)。MOSFET是根据栅极节点与源极节点之间施加的驱动电压来导通或关断的压控半导体器件。在该示例中，驱动器5被配置为基于驱动信号SON来生成驱动电压(栅极电压VG)，以根据驱动信号来导通或关断MOSFET。当使用MOSFET时，驱动器5也被称为栅极驱动器。
图3的电路图示了逻辑电路3(的一部分)的一个示例性实现方式。在本示例中，逻辑电路3包括反相器33、SR锁存器31(触发器)以及AND门32(&)。AND门32的第一输入被配置为接收输入信号SIN，而SR锁存器31的复位输入R被配置为接收由反相器33提供的反相输入信号。SR锁存器31的置位输入S被配置为接收保护信号OC。SR锁存器31的反相输出Q’与AND门32的第二输入连接。在AND门32的输出处提供驱动信号SON。
逻辑电路3的功能还在图4的时序图中图示。输入信号SIN的初始低电平引起SR锁存器31的复位，这导致SR锁存器31的反相输出Q’处的高电平。因此，AND门32的两个输入“看到”高电平，并且AND门32的输出提供具有高电平的驱动信号SON。当输入信号SIN变为低电平时(指示电子开关2关断，参考图4，时刻t1和t2)，AND门32在其第一输入处“看到”低电平，并且AND门32的输出提供具有低电平的驱动信号SON(这导致功率晶体管2关断)。换言之，假设SR锁存器31处于其复位状态，则输入信号SIN借助逻辑电路3来馈送(即，驱动信号SON等于输入信号SIN)。一旦SR锁存器31响应于保护信号OC变为高电平而置位，则SR锁存器31的反相输出Q’被设置为低电平(参加图4，时刻t3)。因此，AND门32在其第二输入处看到低电平并且驱动信号SON被设置为低电平。换言之，输入信号SIN被AND门32消隐。驱动信号SON保持在低电平处，直到输入信号SIN被设置为低电平(指示电子开关2的关断和SR锁存器31的复位，参加图4，时刻t4)并且再次到高电平(指示电子开关2导通，参加图4，时刻t5)。再次注意，图3的示例性实现的功能也可以以各种其他方式来实现。此外，应注意，在其他实施例中，SR锁存器31的复位可以以不同方式来触发。例如，微控制器8(参加图1)可以提供专用复位信号。
如上所述，连接负载Z和电子熔断器电路F的导线可以被设计为承受负载Z的标称电流。导线(或电缆)的寿命与导线温度相关。图5A和图5B是示出了特性曲线族(每一个特性曲线表示特定的时间电流特性)的图，其中每个特性曲线与最大温差dT(高于环境温度的最大温度)和电缆截面(例如，以mm2为单位的截面积)的特定组合相关联。每个特性曲线可以被看作是“等温线”(相等温度的线dT)，并且表示电流与导线在不超过指定温差dT的情况下可承载电流的最大允许时间段之间的关系。
图5A示出了不同温差dT和0.35mm2的特定截面积的特性曲线，而图5B示出了25K(开尔文)的特定温差dT和不同截面积的特性曲线。从图5A和图5B中可以看出，截面积为0.35mm2的导线可以在几乎无限长的时间内承载大约9A(安培)的电流，而不会超过环境温度以上的25K的温差dT。从图5B可以看出，在超过高于环境温度25K的温差dT之前，截面积为0.75mm2的导线可以在大约100秒内承载10A(安培)的电流或者在大约1秒内承载35A(安培)的电流。通常，电流越高，对于给定截面积和给定温差，所允许的时间段越短。注意，图5A和图5B中所示的特性曲线在双对数表示中具有线性下降分支。
从图5A和图5B中可以看出，对于给定电流(参见图5A，电流ix)和特定截面积(例如，图5A示例中的0.35mm2)，温差dTx(例如，温度值dT1、dT2、dT3、dT4、dT5、dT6)与给定积分时间tx(例如，时间t1、t2、t3、t4、t5、t6)相关联。因此，针对特定导线截面的温度值dT(表示高于环境温度的温度)可以通过将由流经导线的负载电流iL＝ix产生的功率对时间进行积分来确定。当温度值dT达到所限定的第一参考温度差dTR时，第一保护信号OC可以指示电子开关2的关断。所提到的积分可以使用数字滤波器有效地实现，数字滤波器可以被包括在监测电路4中(参加图2)。图6中图示了监测电路的一个示例性实现方式。在本文所述的实施例中，数字滤波器是低通滤波器。在一个实施例中，低通滤波器是一阶滤波器，这在使用(基于傅立叶定律的)电缆的简单热模型时就足够了。
基本上，图6的监测电路被配置为基于电流感测信号CS来确定第一保护信号OC。如上所述，积分可以在具有积分特性(由低通滤波器实现)的数字滤波器42中执行。根据所描绘的示例，可以是与负载电流iL成比例的电压的电流感测信号CS被供应到滤波器45的输入，以去除具有相对高频率的瞬态等，滤波器可以是(可选的)模拟低通滤波器。滤波器45的输出可以被连接到模数转换器(ADC)41的输入，模数转换器(ADC)41被配置为将经滤波的电流感测信号CS数字化。数字电流感测信号i[n]然后由信号整形单元46重新整形。通常，整形电路46被配置为对数字电流信号i[n]进行平方(参见图6中的框46”)。所得到的经重新整形的信号被表示为x[n]。除了平方或作为平方的备选，信号整形单元46可以执行数字电流信号i[n]的任何其他非线性变换(参见图6中的框46’)。经重新整形的电流信号x[n]被供应到可以是低通滤波器(LP)的滤波器42。在信号整形单元46基本上执行平方的情况下，经重新整形的电流信号x[n]指示电功率，并且滤波器42的输出信号y[n]可以被解释为温度。
所得温度值y[n]＝dT(表示高于环境温度的温度差)然后被供应到数字比较器43，数字比较器43可以被配置为当在数字滤波器42的输出处提供的温度值dT超过针对特定导线截面指定的第一参考温度差dTR(例如，25K)时，将第一保护信号OC设置为高电平。滤波器42的滤波器特性可以基于待被监测的电缆或电负载的热模型。如上所述，在模拟简单的热模型时，滤波器特性可以是一阶低通。
如上所述，数字滤波器42被配置为将(例如，平方的)负载电流和相关联的积分时间转换为温度值dT，在该积分时间期间电流通过导线。在本示例中，滤波器特性42与表征导线的参数(例如，承载电流的导线的截面积)相关，并且可以由诸如图5A的图中所示的特性曲线族(针对0.35mm2的示例性截面积)来表示。
图7图示了电子熔断器电路的一个示例，电子熔断器电路还被称为智能熔断器电路10。图7的电路与图2的电路基本相同，并且参考相应的描述。然而，逻辑电路3比图2的示例中的更复杂，并且监测电路4根据图6来实现，其中模拟低通滤波器45已经被省略(低通滤波器45是可选的)。然而，与图6中的示例不同，在本示例中，监测电路4是可配置的，使得其特性可以基于至少一个导线参数而被选择，这允许例如选择针对特定导线截面和/或期望参考温度差dTR(温度阈值)的特性。在本文所述的示例中，至少一个导线参数表示电缆截面积和/或高于环境温度的最大温度值。从图5的图表中可以看出，这两个导线参数限定了特定的特性曲线，特性曲线表示特定导线/电缆的电子熔断器电路的期望行为。应当理解，诸如导线直径或(例如，在测量环境温度的情况下的)绝对温度的其他参数可以被用作导线参数。此外，导线参数不一定表示任何物理量(诸如截面积或温度)，而可以仅是允许确定(例如，选择)监测电路使用的期望特性的数值参数。在一个示例中，导线参数仅是指示待应用的特性曲线的数。如图7所示，电子熔断器电路可以是在一个芯片封装中布置的集成电路，其中电子开关2和其余的电路组件(驱动器5、逻辑电路3和监测电路4)可以被集成在同一半导体管芯中或者被设置芯片封装中的两个单独半导体管芯中。然而，在其他实施例中，智能熔断器电路10可以分布在两个或更多个单独的芯片封装中。在图7的示例中，所有描绘的电路组件均被集成在一个半导体芯片中。
电子开关2的负载电流路径可以被连接在智能熔断器电路10的电源引脚SUP与输出引脚OUT之间。通常，逻辑电路3可以被配置为从微控制器或其他控制电路装置接收至少一个导线参数，至少一个导线参数在本示例中包括与导线截面积A和参考温度差dTR有关的信息。如图6所示，逻辑电路3可以被配置为经由输入引脚IN(接收输入信号SIN，也参见图2)和输入引脚SELWIRE和SELdT(接收表示导线截面积和温差的选择信号SS1和SS2)从控制器接收信号并且为电子开关2提供驱动信号SON。驱动器5可以被配置为将信号SON(是二进制逻辑信号)转换为适合于将电子开关2导通和关断的驱动电压或驱动电流。如在图2的示例中，监测电路4接收(模拟)电流感测信号CS并且基于该电流感测信号CS而生成第一保护信号OC，第一保护信号OC可以由例如如图3示例所示的逻辑电路3来处理。
如上所述，滤波器42可以被实现为一阶低通滤波器。即，(连续时间)滤波器传递函数H(s)可以被如下编写：
Figure BDA0003327514930000111
其中τ表示滤波器时间常数，并且b表示滤波器增益。当以下条件被满足时，比较器43触发电子开关2的关断(通过生成过电流信号OC)：
Figure BDA0003327514930000112
即，当所估计的电缆温度(由滤波器42的滤波器输出表示)达到或超过温度阈值ΔT(在等式2中，
Figure BDA0003327514930000113
表示逆拉普拉斯变换)时，关断被触发。上述条件(2)可以被重新表述为：
Figure BDA0003327514930000121
其中dTR＝ΔT/b，并且P(s)表示滤波器输入信号的拉普拉斯变换。从条件(2)和(3)可以明显看出，滤波器增益b和阈值ΔT不是独立参数。特定参考温度dTR可以通过滤波器增益b和阈值ΔT的不同组合来实现。改变滤波器增益b与改变温度阈值ΔT具有相似效果。可以理解，虽然dTR表示温度，但是它不是以开尔文为单位测量的(如图10所示，dTR具有安培平方的物理维度)。
图8和图9图示了改变滤波器时间常数τ和滤波器增益b对特性曲线的影响(参见图5)。如图8所示，由于时间轴的缩放，改变滤波器时间常数τ会导致特性曲线的竖直偏移。相反，如图9所示，由于电流轴的缩放，改变滤波器增益b会导致特性曲线的水平偏移。需要注意，在图9的示例中，滤波器增益b＝1导致参考温度dTR为T/b＝20A2(安培平方，表示温度)。类似地，滤波器增益b＝0.5导致参考温度dTR为ΔT/b＝40A2，滤波器增益b＝0.2导致参考温度dTR为T/b＝100A2，并且滤波器增益b＝0.1导致参考温度dTR为T/b＝200A2。
再次强调，代替改变滤波器增益b，可以改变参考温度dTR来实现相同的效果。在进一步的描述中，假设(不失一般性)滤波器增益b是常数并且被设置为b＝1，并且参考温度dTR可调节来匹配特定电缆的规格。
如上所述，由滤波器42提供并被供应到比较器43的比较器输入端的滤波器输出信号可以被解释为温度。从图8和图9中可以看出，针对选择特定时间电流特性的选项非常有限。基本上，滤波器时间常数τ和比较器阈值dTR确定了特性曲线，特性曲线可以通过改变参数τ和dTR而竖直和水平偏移。然而，通过改变这两个参数不可能改变时间电流特性的形状。
图10图示了可以被视为图6电路的进一步开发的一个实施例。根据情况，存在模拟滤波器并且图10中省略了模数转换器41来保持图示简单。根据图10，信号整形单元46具有多项式特性。即，信号整形单元46被配置为根据阶数大于二的多项式函数f(i)，从(数字)电流感测信号i[n]的对应电平来计算经修改的电流信号x[n]的电平。因此，函数f(i)可以具有以下形式f(i)＝a0+a1·i[n]+a2·i[n]2+…+aN-1·i[n]N-1+aN·i[n]N，其中a0,a1,a2,...,aN为N阶多项式的系数。除了信号整形单元之外，图10的电路与图6的电路相同，并且参考以上相应描述。
图11图示了在信号整形单元46的实现中的、区别于图10的示例的另一实施例，信号整形单元46根据分段线性函数来对电流感测信号i[n]进行变换/重新整形，以获得经修改的电流信号x[n]。滤波器42和比较器43可以如以上参考图6的示例所解释的来实现。分段线性函数的一个简单示例是对于i[n]<ix，x[n]＝a1·i[n]，并且对于i[n]≥ix，x[n]＝b0+b1·i[n]，其中ix为电流阈值，a1为常数系数，b1为另一常数系数，并且b0＝(a1-b1)·ix，从而获得连续的分段线性函数。该示例是由两个线性分支组成的分段函数。可以理解，该概念可以很容易地扩展到任意数量的线性分支。
图12图示了另一实施例，该另一实施例与图10和图11的示例的区别仅在于信号整形单元46的实现方式。相应地，信号整形单元46使用查找表来实现，查找表允许用于将电流感测信号i[n]转换(重新整形)为经修改/重新整形的电流信号x[n]的比较容易实现的任意非线性函数。滤波器42和比较器43可以如以上参考图6的示例所解释的来实现。
图13图示了图12的查找表的有效实现方式的一个示例。相应地，电流感测信号i[n]被供应到多个比较器，每个比较器接收不同的电流阈值。在图12中，这些阈值被表示为ix1,ix2,…ixN。如果电流感测信号i[n]的电流值等于或超过阈值ix1,ix2,…ixN中的一个或多个，则相应的(多个)比较器生成例如“1”的输出值，否则为零。比较器的输出值(“0”或“1”)按缩放因子c1,c2,…,cN来缩放，并且经缩放的比较器输出(分别为零或者分别等于c1,c2,…,cN)被求和，从而得到经修改的电流信号x[n]。比较器阈值ix1,ix2,…ixN和缩放因子c1,c2,…,cN取自查找表，即，被存储在寄存器或存储器中。图12的信号整形单元的特性也可以被写成x[n]＝c1·σ(i[n]-ix1)+c2·σ(i[n]-ix2)+…+cN·σ(i[n]-ixN)，其中σ(i[n]-u)是阶跃函数，对于i[n]≥u产生1，否则产生0。
图14图示允许对电子熔断器电路的期望时间电流特性进行最灵活的调整的又一实施例。图14中所示的概念将例如如图10-图13所示的两个或更多个(在所描绘的示例中为三个)监测电路组合为一个电路。因此，图14的电流监测电路具有第一分支、第二分支和第三分支，第一分支包括第一电流整形电路46a、第一滤波器42a以及相应的第一比较器43a，第二分支包括第二电流整形电路46b、第二滤波器42b和相应的第二比较器43b，第三分支包括第三电流整形电路46c、第三滤波器42c和相应的第三比较器43c。每个分支可以类似于图10-图13的电路来构造。电流整形电路46a-c接收相同的电流感测信号i[n](例如，来自ADC41)，并且分别提供经修改的电流信号x1[n]、x2[n]和x3[n]。这些经修改的电流信号x1[n]、x2[n]和x3[n]被供应到滤波器42a-c，并且所得到的滤波信号y1[n]、y2[n]和y3[n]使用比较器43a-c与相应的阈值dTR1、dTR2和dTR3进行比较。滤波器42a-c可以是具有不同时间常数的低通滤波器。比较器43a-c的输出使用例如OR门来组合。例如在使用反相逻辑电平时，可以使用不同的逻辑运算。在本示例中，假设y1[n]≥dTR1或y2[n]≥dTR2或y3[n]≥dTR3的情况(即，当三个条件中的一个条件为真时)，当三个分支中的一个分支的比较器发信号通知过电流时，信号OC指示过电流状态。
可以理解，电流监测的概念可以通过添加更多分支而被扩展。图15的图表图示了灵活组合不同时间电流特性的效果。对应于图14的示例，图15的图包括三个时间电流特性A-C，三个时间电流特性A-C与图15的电路的三个电路分支相关联，特别是与滤波器42a-c的滤波器特性和由比较器43a-c使用的阈值相关联。这些时间电流特性A、B和C被组合为使得对于任何电流值，取从三个曲线产生的时间值中的最小值。
诸如“第一”、“第二”等的术语被用于描述各种元素、区域、部段等，并且也不旨在进行限制。在整个描述中，相同的术语指代相同的元素。
如本文所使用的，术语“具有”、“包含”、“包括(including/comprising)”等是开放式术语，指示存在所述元素或特征，但是不排除附加元素或特征。除非上下文另有明确说明，否则冠词“一(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”旨在包括复数和单数。
应当理解，除非另外特别指出，否则本文描述的各种实施例的特征可以彼此组合。
虽然已关于一个或多个具体实现方式图示和描述了各种实施例，但是在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以对所图示的示例做出改变和/或修改。关于由上述组件或结构(单元、组装件、设备、电路、***等)执行的各种功能，用于描述这些组件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于(除非另有说明)执行所描述的组件的指定功能的任何组件或结构(例如，功能上等效)，即使它在结构上不等同于执行本文中本发明的示例性实现方式中所图示的功能的所公开的结构。
本领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用各种备选和/或等效的实现方式来代替所示和描述的特定实施例。本申请旨在涵盖本文所讨论的特定实施例的任何修改或变化。因此，本发明旨在仅由权利要求及其等效物来限制。

Claims (10)

1.一种电流监测电路，包括：
两个或更多个信号分支，每个信号分支包括：
信号整形单元(46a、46b、46c)，被配置为接收电流感测信号(i[n])并且提供经修改的电流信号(x1[n]、x2[n]、x3[n])；
滤波器(42a、42b、42c)，被配置为接收所述经修改的电流信号(x1[n]、x2[n]、x3[n])并且提供相应的滤波信号(y1[n]、y2[n]、y3[n])；
比较器，被配置为接收所述滤波信号(y1[n]、y2[n]、y3[n])和相应的阈值(dTR1、dTR2、dTR3)并且提供相应的逻辑信号(OC1、OC2、OC3)，当所述滤波信号(y1[n]、y2[n]、y3[n])超过所述阈值(dTR1、dTR2、dTR3)时，所述逻辑信号发出信号；以及逻辑电路，被配置为组合所述两个或更多个信号分支的所述逻辑信号(OC1、OC2、OC3)；
其中每个信号分支的所述信号整形单元(46a、46b、46c)被配置为根据非线性函数，从所述电流感测信号(i[n])的对应电平计算相应经修改的电流信号(x[n])的电平。
2.根据权利要求1所述的电流监测电路，还包括：
模数转换器(41)，被配置为将所述电流感测信号数字化，所述信号整形单元(46a、46b、46c)接收经数字化的电流感测信号。
3.根据权利要求1或2所述的电流监测电路，
其中所述非线性函数为分段线性函数或具有高于二的阶数的多项式函数，或者使用查找表来实现。
4.根据权利要求3所述的电流监测电路，
其中每个信号分支的所述信号整形单元(46a、46b、46c)是查找表，所述查找表包括：
多个比较器，被配置为当所述电流感测信号低于相应的比较器阈值时，提供特定的第一输出电平，否则提供特定的第二电平；
多个增益级，每个增益级被耦合在所述多个比较器中的相应比较器的下游，并且被配置为通过相应的缩放因子来将所述相应比较器的输出电平放大，其中所述比较器阈值和所述缩放因子被存储在所述查找表中；以及
求和电路，被配置为提供经缩放的输出电平的总和。
5.一种电流监测电路，包括：
信号整形单元(46、46a)，被配置为接收电流感测信号(i[n])并且提供经修改的电流信号(x[n]、x1[n])；
滤波器(42、42a)，被配置为接收经修改的电流信号(x[n])并提供相应的滤波信号(y[n])；
比较器，被配置为接收所述滤波信号(y[n])和阈值(dTR)，并且在所述滤波信号(y[n])超过所述阈值(dTR)时发出信号；
其中所述信号整形单元(46)被配置为根据查找表或者根据函数，从所述电流感测信号(i[n])的对应电平计算经修改的电流信号(x[n])的电平，所述函数是分段线性函数或具有高于二的阶数的多项式函数。
6.根据权利要求5所述的电流监测电路，还包括：
至少一个另一信号整形单元(46b、46c)，被配置为接收所述电流感测信号(i[n])并提供相应的经修改的电流信号(x2[n]、x3[n])；
至少一个另一滤波器(42b、42c)，被耦合到所述至少一个另一信号整形单元(46)的下游并且被配置为接收所述至少一个另一信号整形单元(46)的经修改的电流信号(x[n])并提供相应的滤波信号(y[n])；
至少一个另一比较器，被配置为接收所述至少一个另一滤波器(42b、42c)的所述滤波信号(y[n])和对应的数字阈值(dTR)并且在所述至少一个另一滤波器(42b、42c)的所述滤波信号(y[n])超过所述对应的数字阈值(dTR)时发出信号；以及
逻辑电路，被耦合到所述比较器和所述至少一个另一比较器的输出，并且当所述比较器中的一个比较器发出相应阈值被超过的信号时所述逻辑电路发出信号。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电流监测电路，
其中所述信号整形单元是查找表，所述查找表包括：
多个比较器，被配置为当所述电流感测信号低于相应的比较器阈值时，提供特定的第一输出电平，否则提供特定的第二电平；
多个增益级，每个增益级被耦合在所述多个比较器中的相应比较器的下游，并且被配置为通过相应的缩放因子来将相应比较器的输出电平放大，其中所述比较器阈值和所述缩放因子被存储在所述查找表中；以及
求和电路，被配置为提供经缩放的输出电平的总和。
8.一种智能电子开关，包括：
根据权利要求1至7中任一项所述的电流监测电路，
晶体管，具有在电源端子与输出端子之间耦合的负载电流路径；
控制电路，被配置为生成用于导通和关断所述晶体管的驱动信号；
电流感测电路，被配置为生成所述电流感测信号，所述电流感测信号表示所述晶体管的负载电流；
其中所述控制电路被配置为响应于所述电流监测电路的所述比较器发信号通知所述滤波信号(y[n])超过所述数字阈值(dTR)来触发所述晶体管的关断。
9.一种方法，包括：
使用信号整形单元(46、46a、46b、46c)，将电流感测信号重新整形，以提供经修改的电流信号(x[n]、x1[n])；
使用数字滤波器(42)，对经修改的电流信号(x[n])进行滤波，以提供相应的滤波信号(y[n])；
将所述滤波信号(y[n])与数字阈值(dTR)进行比较，并且在所述滤波信号(y[n])超过所述数字阈值(dTR)时，通过过电流信号来发出信号；
其中所述信号整形单元(46)根据查找表或者根据函数，从所述电流感测信号(i[n])的对应电平计算经修改的电流信号(x[n])的电平，所述函数是分段线性函数或具有高于二的阶数的多项式函数。
10.根据权利要求9所述的方法，
其中所述电流感测信号的重新整形、所述滤波和所述比较在第一信号分支中执行，以及
其中所述方法还包括，在第二信号分支中：
使用另一信号整形单元(46、46a、46b、46c)来对所述电流感测信号进行重新整形，以提供经修改的电流信号(x[n]、x1[n])；
使用数字滤波器(42)，对经修改的电流信号(x[n])进行滤波来提供相应的滤波信号(y[n])；以及
将所述滤波信号(y[n])与另一数字阈值(dTR)进行比较，并且在所述滤波信号(y[n])超过所述数字阈值(dTR)时，通过另一过电流信号发出信号；以及
其中所述方法还包括：当所述过电流信号和所述另一过电流信号指示相应阈值被超过时，发出信号。
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