DE102020120506A1

DE102020120506A1 - Kommunikationsterminal für hot-swap -steuereinheiten

Info

Publication number: DE102020120506A1
Application number: DE102020120506.6A
Authority: DE
Inventors: Joshua John Simonson; Jiong Xia
Original assignee: Analog Devices International ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2019-08-09
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2021-02-11
Also published as: CN112350288B; US20210041930A1; US11474581B2; CN112350288A

Abstract

Eine Hot-Swap-Steuereinheit reguliert die Zuführung von Leistung von einem Eingangsknoten zu einer Last, die mit einem Ausgangsknoten gekoppelt ist. Die Steuereinheit weist wenigstens eine Begrenzungsschaltung auf, die konfiguriert ist, einen ersten Schalter, der zwischen dem Eingangsknoten und der Last verbunden ist, zu steuern, um einen Ausgangsstrom des ersten Schalters zum Anlegen an die Last zu begrenzen. Eine Steuerlogikschaltung bestimmt einen Zustand des ersten Schalters und gibt ein lokales Zustandssignal aus, und eine Kommunikationsschaltung baut in Reaktion auf das lokale Zustandssignal einen Pegel (z. B. Spannung oder Strom), der dem lokalen Zustand entspricht, an einem Kommunikationsschaltungsausgang auf. Ein Kommunikationsterminal ist außerdem bereitgestellt, das auf die Kommunikationsausgabe reagiert und der ausgelegt ist, um mit einem zweiten Kommunikationsterminal einer zweiten Hot-Swap-Steuereinheit zu verbinden, um den lokalen Zustand zu der zweiten Hot-Swap-Steuereinheit zu kommunizieren.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Dieses Dokument betrifft allgemein Hot-Swap-Steuereinheiten und Schutzschalter zum Begrenzen von Anlaufströmen und Fehlerströmen in elektrischen Hochleistungssystemen und insbesondere auf ein Kommunikationsterminal, welches Kommunikation unter vielen Hot-Swap-Umschaltsteuereinheiten bereitstellt, um Informationen wie z. B. Einschalten, Betriebsart und Überstromstatus zu kommunizieren, wobei mehrere Hot-Swap-Umschaltsteuereinheiten parallel arbeiten können, um Ströme in Hochleistungssystemen zu begrenzen, wo eine einzige Umschaltsteuereinheit nicht effektiv ist oder teurer wäre.
HINTERGRUND
Eine Hot-Swap-Schaltung legt Leistung von einer Eingangsquelle an eine Last auf eine gesteuerte und geschützte Weise an. Eine Funktion einer solchen Steuereinheit ist es, Anlaufströme von der Stromquelle zu der Last zu begrenzen, insbesondere für eine Last, die eine Kapazität präsentiert, wenn die Leistung zum ersten Mal angelegt wird oder falls die Spannung der Stromquelle plötzlich ansteigt. Eine weitere Funktion ist es, den Strom zu begrenzen, falls die Last versucht, zu viel Strom zu ziehen, beispielsweise dann, wenn ein Fehler wie z. B. ein Kurzschluss in der Last vorhanden ist.
An höheren Leistungspegeln können Hot-Swap-Steuereinheiten komplexe abgestufte Architekturen implementieren, die das Verwenden vieler Transistortreiberausgaben (z. B. Gate-Treiberausgaben) zusammen mit spezialisierter Steuerschaltungsanordnung in einer einzigen Vorrichtungsbaugruppe beinhalten kann. Solche Hot-Swap-Steuereinheiten können nicht einfach parallel verbunden werden, weil sie allgemein nicht fähig sind, das Einschalt-, Ausschalt- und Fehlerverhalten untereinander zu koordinieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Dieses Dokument bezieht sich allgemein auf Hot-Swap-/Anlaufstrom-Steuereinheiten und Schutzschalter zum Begrenzen von Anlaufströmen und Fehlerströmen in elektrischen Hochleistungssystemen und insbesondere auf ein Hot-Swap-Kommunikationsterminal (einen Hot-Swap-Kommunikationsanschluss), das Kommunikation unter mehreren Hot-Swap-Umschaltsteuereinheiten bereitstellt, um Informationen wie z. B. Einschalten, Betriebsart und Überstromstatus zu kommunizieren. Die hier beschriebenen Steuereinheiten können parallel arbeiten, um Ströme in Hochleistungssystemen zu begrenzen, wo eine einzige Umschaltsteuereinheit nicht effektiv ist oder teurer wäre.
In beispielhaften Ausführungsformen ist ein Kommunikationsterminal der Hot-Swap-Steuereinheit hinzugefügt, der ermöglicht, dass mehrere Steuereinheiten, die in mehreren Betriebsarten arbeiten, Einschalten, Betriebsart und Überstromstatus kommunizieren, so dass sie so gut wie eine einzelne integrierte Lösung zusammenarbeiten. Jede Hot-Swap-Steuereinheit weist wiederum Steuerlogik und eine Kommunikationsschaltung auf, die über das Kommunikationsterminal zwei oder mehr Hot-Swap-Schaltungen miteinander verknüpft, um zu ermöglichen, dass die Hot-Swap-Schaltungen in Abstimmung arbeiten.
In beispielhaften Ausführungsformen wird eine Hot-Swap-Steuereinheit bereitgestellt, die die Zuführung von Leistung von einem Eingangsknoten zu einer Last, die mit einem Ausgangsknoten gekoppelt ist, reguliert. Die Steuereinheit weist wenigstens eine Begrenzungsschaltung auf, die konfiguriert ist, einen ersten Schalter, der zwischen dem Eingangsknoten und der Last verbunden ist, zu steuern, um einen Ausgangsstrom des ersten Schalters zum Anlegen an die Last zu begrenzen. In den beispielhaften Ausführungsformen weist die Steuereinheit eine Steuerlogikschaltung, die einen Zustand des ersten Schalters bestimmt und ein lokales Zustandssignal ausgibt, eine Kommunikationsschaltung, die auf das Zustandssignal reagiert, um einen Pegel (z. B. Spannung oder Strom), der dem lokalen Zustand entspricht, an einem Kommunikationsschaltungsausgang aufzubauen, und ein Kommunikationsterminal, das auf den Kommunikationsausgang reagiert und der ausgelegt ist, sich mit einem zweiten Kommunikationsterminal einer zweiten Hot-Swap-Steuereinheit zu verbinden, um den lokalen Zustand zu der zweiten Hot-Swap-Steuereinheit zu kommunizieren, auf.
In den beispielhaften Ausführungsformen kann die Steuerlogikschaltung ein Zustandsdiagramm implementieren, das wenigstens drei Zustände aufweist: einen ersten Zustand, in dem alle Hot-Swap-Steuereinheiten AUS sind; einen zweiten Zustand, in dem alle Schalter für normalen Betrieb auf EIN geschaltet sind; und einen dritten Zustand, in dem alle Schalter eine Strombegrenzung erreicht haben. In den beispielhaften Ausführungsformen kann die Steuerlogik auch ein Zustandsdiagramm mit einem weiteren Zustand implementieren, das einen vierten Zustand aufweist, in alle Schalter der Stufe für Start für niedrige Belastung auf EIN geschaltet sind und alle andere Schalter AUS sind. Ein erster Zeitgeber ist ebenfalls bereitgestellt, der initiiert wird, wenn die Steuereinheit in den vierten Zustand eintritt, und ein Fehlersignal wird signalisiert, wenn der erste Zeitgeber abläuft, bevor die Schalter der Stufe für Start für niedrige Belastung die Last erfolgreich geladen haben. Außerdem ist ein zweiter Zeitgeber bereitgestellt, der initiiert wird, wenn die Steuereinheit in den dritten Zustand eintritt, und alle Schalter werden auf AUS geschaltet, wenn der zweite Zeitgeber abläuft, während die Steuereinheit in der Strombegrenzung des dritten Zustands bleibt. In solchen Ausführungsformen gibt die Kommunikationsschaltung ein AUS-Signal zu dem Kommunikationsterminal, wenn die Steuereinheit in dem ersten Zustand ist, ein Signal für Start für niedrige Belastung zu dem Kommunikationsterminal, wenn die Steuereinheit in dem vierten Zustand ist, ein EIN-Signal zu dem Kommunikationsterminal, wenn die Steuereinheit in dem zweiten Zustand ist, und ein Strombegrenzungssignal zu dem Kommunikationsterminal, wenn die Steuereinheit in dem dritten Zustand ist, aus. In solchen beispielhaften Ausführungsformen weist das AUS-Signal eine Spannung zwischen Masse und einem ersten Schwellenwert auf, das Signal für Start für niedrige Belastung weist eine Spannung zwischen dem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert, der höher ist als der erste Schwellenwert, auf, das EIN-Signal weist eine Spannung zwischen dem zweiten Schwellenwert und einem dritten Schwellenwert, der höher ist als der zweite Schwellenwert, auf, und das Strombegrenzungssignal weist eine Spannung, die höher ist als der dritte Schwellenwert, auf. In den beispielhaften Ausführungsformen, wenn die zweite Hot-Swap-Steuereinheit in einem anderen lokalen Zustand ist als die Hot-Swap-Steuereinheit, entscheiden die Hot-Swap-Steuereinheit und die zweite Hot-Swap-Steuereinheit, wobei die Hot-Swap-Steuereinheit in einem niedrigeren Zustand gewinnt und der niedrigere Zustand zu einem effektiven globalen Zustand für die Hot-Swap-Steuereinheit und die zweite Hot-Swap-Steuereinheit wird.
In beispielhaften Ausführungsformen kann die Steuereinheit in einer einzigen MOSFET-Konfiguration, einer parallelen Konfiguration, einer Konfiguration für abgestuften Start für niedrige Belastung und/oder in einer Konfiguration für abgestuften Start für hohe Belastung sein.
In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann eine Strombegrenzungshystereseschaltung vorgesehen sein, die einen Versatz zu einem Strom hinzufügt, der durch die wenigstens eine Begrenzungsschaltung reguliert wird, wenn der zweite Schalter auf AUS geschaltet ist. Die Strombegrenzungshystereseschaltung kann einen Widerstand und eine Stromquelle zwischen einem Stromerfassungswiderstand und Masse aufweisen, wenn der erste Schalter EIN ist, wobei die Strombegrenzungshystereseschaltung einen Strom zu einem durch den Stromerfassungswiderstand erfassten Strom addiert, wenn der zweite Schalter auf AUS geschaltet ist.
In nochmals weiteren Ausführungsformen sind mehrere in Reihe verbundene Schalter und Stromerfassungswiderstand in Parallelkonfiguration zwischen dem Eingangsknoten und der Last vorgesehen. Optional können mehrere Nebenschlussschalter parallel zu den entsprechenden Schaltern zwischen den Stromerfassungswiderständen und der Last verbunden sein.
In zusätzlichen beispielhaften Ausführungsformen wird ein System bereitgestellt, das die Zuführung von Leistung von einem Eingangsknoten zu einer Last, die mit einem Ausgangsknoten gekoppelt ist, reguliert. Das System weist eine erste Hot-Swap-Steuereinheit auf, die zwischen dem Eingangsknoten und der Last verbunden ist. Die erste Hot-Swap-Steuereinheit weist eine erste Kommunikationsschaltung auf, die einen Durchlasszustand der ersten Hot-Swap-Steuereinheit zu einem ersten Kommunikationsterminal ausgibt. Eine zweite Hot-Swap-Steuereinheit, die zwischen dem Eingangsknoten und der Last verbunden ist, ist ebenfalls vorgesehen. Die zweite Hot-Swap-Steuereinheit weist eine zweite Kommunikationsschaltung auf, die einen Durchlasszustand der zweiten Hot-Swap-Steuereinheit zu einem zweiten Kommunikationsterminal ausgibt. Das erste Kommunikationsterminal ist mit dem zweiten Kommunikationsterminal verbunden, um zu ermöglichen, dass die erste Hot-Swap-Steuereinheit und die zweite Hot-Swap-Steuereinheit ihre jeweiligen Durchlasszustände zueinander kommunizieren. Steuereinheiten für unterschiedliche Abstufungsschemas können über die Kommunikationsanschlüsse koordiniert werden. Beispielsweise kann die erste Hot-Swap-Steuereinheit eine Hot-Swap-Steuereinheit für abgestuften Start für niedrige Belastung sein, und die zweite Hot-Swap-Steuereinheit kann eine Hot-Swap-Steuereinheit mit abgestuftem Start für hohe Belastung oder eine parallele Hot-Swap-Steuereinheit, die wenigstens zwei Schalter aufweist, die parallel arbeiten, um den Strom zwischen dem Eingangsknoten und der Last zu begrenzen, sein.
In nochmals weiteren beispielhaften Ausführungsformen wird eine Hot-Swap-Steuereinheit bereitgestellt, die die Zuführung von Leistung von einem Eingangsknoten zu einer Last, die mit einem Ausgangsknoten gekoppelt ist, reguliert. Die Steuereinheit weist einen Eingangsanschluss, der ein Signal empfängt, das einen Strom zwischen dem Eingangsknoten und der Last über einen ersten Schalter angibt, und eine Strombegrenzungsschaltung, die eine Strombegrenzungshystereseschaltung aufweist, die einen Versatz in einem Strom, der durch die Strombegrenzungsschaltung reguliert wird, addiert, wenn ein zweiter Schalter parallel zu dem ersten Schalter auf AUS geschaltet ist, auf. In beispielhaften Konfigurationen kann Strombegrenzungshystereseschaltung einen Widerstand und eine Stromquelle zwischen einem Stromerfassungswiderstand und Masse aufweisen, wenn der erste Schalter EIN ist, wobei die Strombegrenzungshystereseschaltung einen Strom zu einem durch den Stromerfassungswiderstand erfassten Strom addiert, wenn der zweite Schalter auf AUS geschaltet ist. Die Strombegrenzungsschaltung kann außerdem einen Steuerausgang bereitstellen, um den zweiten Schalter auf EIN zu schalten, wenn der erste Schalter nicht in der Strombegrenzung ist, und den zweiten Schalter auf AUS zu schalten, wenn der erste Schalter in der Strombegrenzung ist oder der zweite Schalter außerhalb seines sicheren Betriebsbereichs ist.
Dieser Abschnitt ist dafür vorgesehen, einen Überblick des Gegenstands der vorliegenden Patentanmeldung bereitzustellen. Er ist nicht dafür vorgesehen, eine ausschließliche oder umfassende Erläuterung der Erfindung bereitzustellen. Die ausführliche Beschreibung ist aufgenommen, um weitere Informationen über die vorliegende Patentanmeldung bereitzustellen.
Figurenliste
In den Zeichnungen, die nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet sind, können gleiche Bezugszeichen ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Ansichten beschreiben. Gleiche Bezugszeichen, die unterschiedliche Buchstaben-Suffixe aufweisen, können unterschiedliche Instanzen ähnlicher Komponenten repräsentieren. Die Zeichnungen stellen allgemein als Beispiel, jedoch nicht als Einschränkung, verschiedene in dem vorliegenden Dokument diskutierte Ausführungsformen dar.

1 stellt eine Hot-Swap-Steuereinheit mit einem einzigen MOSFET dar.
2 stellt eine Hot-Swap-Steuereinheit mit parallelen MOSFETs dar.
3 stellt eine Hot-Swap-Steuereinheit dar, die eine gleichzeitige parallele Konfiguration aufweist.
4 stellt eine Konfiguration für abgestuften Start für niedrige Belastung dar.
5 stellt eine Konfiguration für abgestuften Start für hohe Belastung dar.
6 zeigt mehrere MOSFETs parallel, wie es erwünscht ist, um Anforderungen für Strom und Spannung zu erfüllen.
7 stellt eine Kommunikationssignalschaltungsanordnung zum Ermöglichen, dass mehrere Hot-Swap-Steuereinheiten kommunizieren, in beispielhaften Ausführungsformen dar.
8 stellt eine parallel konfigurierte Hot-Swap-Steuereinheit mit einem Kommunikationsterminal, das mit der Kommunikationssignalschaltungsanordnung verbunden ist, in beispielhaften Ausführungsformen dar.
9 stellt ein Zustandsdiagramm der Steuerlogik dar, die die Informationen über den lokalen Zustand für die Kommunikationssignalschaltungsanordnung erzeugt.
10 stellt eine für abgestuften Start für niedrige Belastung konfigurierte Hot-Swap-Steuereinheit mit einem Kommunikationsterminal, das mit der Kommunikationssignalschaltungsanordnung verbunden ist, in beispielhaften Ausführungsformen dar.
11 stellt eine für abgestuften Start für hohe Belastung konfigurierte Hot-Swap-Steuereinheit mit einem Kommunikationsterminal, das mit der Kommunikationssignalschaltungsanordnung verbunden ist, in beispielhaften Ausführungsformen dar.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung mit Bezug auf die 1-11 stellt spezifische Ausführungsformen ausreichend dar, um Fachleuten zu ermöglichen, sie zu praktizieren. Andere Ausführungsformen können strukturelle, logische, Prozess- und andere Änderungen enthalten. Abschnitte und Merkmale einiger Ausführungsformen können in denjenigen anderer Ausführungsformen enthalten sein oder sie ersetzen. Ausführungsformen, die in den Ansprüchen dargelegt sind, schließen alle verfügbaren Äquivalente dieser Ansprüche ein. Die Beispielausführungsformen sind nur zu erläuternden Zwecken präsentiert und sind nicht als einschränkend oder begrenzend für den Schutzbereich der Offenbarung oder der Ansprüche, die hier präsentiert sind, vorgesehen.
Eine Hot-Swap-Schaltung wendet Leistung aus einer Eingangsquelle auf eine Last auf eine gesteuerte und geschützte Weise an. Eine Funktion einer solchen Steuereinheit ist es, die Anlaufströme aus der Stromquelle und der Last zu begrenzen, insbesondere die Lastkapazität, wenn die Leistung zum ersten Mal angelegt wird. Eine zweite Funktion ist es, den Anlaufstrom zu begrenzen, falls die eingegebene Spannung der Stromquelle plötzlich ansteigt. Eine dritte Funktion ist es, den Strom zu begrenzen, falls die Last versucht, zu viel Strom zu ziehen, beispielsweise falls ein Kurzschluss in der Last vorhanden ist.
1 stellt eine Hot-Swap-Steuereinheit 100 mit einem einzigen MOSFET (Q1) 102 in Reihe mit einem Stromerfassungswiderstand (RS1) 104 zusammen mit der Steuerschaltungsanordnung 106 zur Strombegrenzung dar. Wenn sie den Strom begrenzt, moduliert die Hot-Swap-Steuereinheit 100 die Gate-Source-Spannung des MOSFET 102, um die Spannung über den Stromerfassungswiderstand 104 und somit den Strom durch den MOSFET 102 zu begrenzen. Während dieser Zeit können die Spannung und der Strom durch den MOSFET 102 beide groß sein, was zu einem hohen Leistungsverlust in dem MOSFET 102 führt. Falls dieser Leistungsverlust anhält, kann der MOSFET 102 Temperaturen erreichen, die Schaden verursachen. MOSFET-Hersteller präsentieren Sicherheitsgrenzen für MOSFET-Spannung, Strom und Zeit als eine Familie von Kurven, die als sicherer Arbeitsbereich (SOA) bezeichnet sind. In typischen Ausführungsformen ist der MOSFET 102 ein Element mit hohem SOA. Außerdem stellt eine Zeitgeberschaltung 112 in der Steuerschaltungsanordnung 106 typischerweise eine maximale Zeit ein, in der der MOSFET 102 in der Strombegrenzung arbeiten wird. Wenn diese Zeit abläuft, wird der MOSFET 102 abgeschaltet, um ihn vor Überhitzung zu schützen. Die Last wird Leistung verlieren, und die Hot-Swap-Steuereinheit 100 wird angeben, dass ein Fehler aufgetreten ist.
Während des Betriebs begrenzt die Steuerschaltungsanordnung 106 den Strom unter Verwendung eines Strombegrenzungsverstärkers 108, der eine Spannung, die einen Strom in dem Stromerfassungswiderstand 104 repräsentiert, mit einer Spannung V_LIMIT, die durch eine Spannungsquelle 110 produziert wird, vergleicht, um das Gate des MOSFET 102 zu steuern, den Ausgangsstrom zu reduzieren, wenn ein erfasster Strom in dem Stromerfassungswiderstand 104 einen Maximalwert, der durch die Spannung V_LIMIT festgelegt ist, übersteigt. Außerdem kann ein Transistor (nicht gezeigt) zum Ein- und Ausschalten der Hot-Swap-Schaltung 100 vorgesehen sein. Die Zeitgeberschaltung 112 kann an einen Statusanschluss des Strombegrenzungsverstärkers 108 gekoppelt sein, um die Detektion der Zeit, zu der der Strombegrenzungsverstärker 108 beginnt, den Strom zu begrenzen, zu ermöglichen. Wenn die Verzögerungszeitspanne, die durch die Zeitgeberschaltung 112 eingestellt ist, abläuft, wird der MOSFET 102 abgeschaltet, um ihn vor Überhitzung zu schützen. Die Last wird Leistung verlieren, und die Hot-Swap-Steuereinheit 100 wird an dem Statusanschluss angeben, dass ein Fehler aufgetreten ist.
Häufig müssen Hochleistungs-Hot-Swap-Anwendungen große Umgehungskondensatoren 114 (C_L) über die Last laden. Um die Belastung auf den MOSFET 102 zu reduzieren, kann die Last abgeschaltet gehalten werden, bis die Umgehungskondensatoren 114 geladen sind. Ein kleiner Ladestrom für die Kapazität hält die Leistung in dem MOSFET 102 niedrig genug, um einen gefährlichen Anstieg der Temperatur zu verhindern. Ein Verfahren zum Reduzieren des Ladestroms verwendet einen Kondensator (nicht gezeigt) der zwischen dem Gate des MOSFET 102 und Masse gekoppelt ist, um die Spannungsanstiegssteilheit des Gate-Anschlusses (GATE1) zu begrenzen. Die Gate-Spannung kann durch einen Strom aus einer Stromquelle (nicht gezeigt), die zum Hochziehen der Gate-Spannung des MOSFET 102 vorgesehen ist, hochgezogen werden. Der MOSFET 102 wirkt als ein Source-Folger während des Ladens der Lastkapazität. Ein weiteres Verfahren verwendet den Strombegrenzungsverstärker 108, um den Strom einzustellen, der die Lastkapazität lädt. Jedes Verfahren kann den Anlaufstrom verringern, so dass die Anlaufzeitspanne innerhalb des SOA des MOSFET 102 bleibt. Wenn das Laden beendet ist, kann die Hot-Swap-Steuereinheit 100 eine Ausgabe bereitstellen, die angibt, dass der Leistungspfad eingeschaltet ist, um zu zeigen, dass der volle Strom für die Last verfügbar ist.
Der Ein-Zustand eines Schalters kann durch Überwachen seines Steuersignals bestimmt werden. In beispielhaften Ausführungsformen wird dieses Überwachen für den MOSFET-Schalter 102 unter Verwendung eines Hysteresekomparators 116 ausgeführt, der die Gate-Source-Spannung des MOSFET 102 mit einer Schwellenspannung (SOURCE), die durch eine Spannungsquelle 118 erzeugt wird, deutlich oberhalb einer Schwellenspannung des MOSFET 102, beispielsweise bei 4,5 V, vergleicht. Ein weiterer Hysteresekomparator 120 kann die Spannung auf dem Rückkopplungsanschluss (FB), der an der Verbindung der externen Widerstände R7 und R8 platziert ist, mit einem Schwellenwert vergleichen, um den Status des FB zu bestimmen. Die Ausgaben der Hysteresekomparatoren 116 und 120 werden für die Logikschaltungsanordnung 122 bereitgestellt, um Statussignale zu bestimmen, die angeben, ob die Leistung gut ist (POWER_GOOD), und das POWER_GOOD-Statussignal wird, falls das so ist, für den Statusanschluss (GPIO) über den Transistor 124 bereitgestellt. Andererseits werden, falls die Leistung schlecht ist (POWER_BAD) oder falls ein Fehler vorhanden ist (POWER_BAD_FAULT), solche Angaben für den geeigneten Statusanschluss bereitgestellt.
Der Hot-Swap-MOSFET 102 selbst weist einen Widerstand auf, der eine Quelle für Leistungsverlust in den elektrischen Schaltungen ist. MOSFET-Schalter bezeichnen das als Widerstand im eingeschalteten Zustand. Hochleistungssysteme mit großen Lastströmen weisen aufgrund dieses Widerstands im eingeschalteten Zustand einen erheblichen Leistungsverlust auf. Um das Problem des Widerstands im eingeschalteten Zustand zu adressieren, können Hot-Swap-Anwendungen mit hohem Strom einen oder mehrere MOSFETs parallel zu dem MOSFET 102 verwenden, um einen niedrigen Widerstand im eingeschalteten Zustand zu erreichen, die in einem einzelnen MOSFET 102 nicht zu erreichen ist.
2 stellt eine Hot-Swap-Steuereinheit mit parallelen MOSFETs dar. Der MOSFET 202 wird parallel zu dem MOSFET 102 für Gate-, Source- und Drain-Anschlüsse hinzugefügt. In dieser Konfiguration ist der Widerstand im eingeschalteten Zustand halbiert, wenn die MOSFET-Gates vollständig angereichert sind, während der Strombegrenzung wird jedoch der MOSFET mit der niedrigeren Schwellenspannung mehr Strom leiten und mehr Leistung ableiten, was verursacht, dass seine Temperatur ansteigt. Da MOSFETs einen negativen Temperaturkoeffizienten in Bezug auf die Schwellenspannung aufweisen, wird der MOSFET mehr Strom leiten, wenn er sich auf Art eines thermischen Durchgehens erwärmt, bis nahezu die gesamte Leistung in einem MOSFET abgeleitet wird. Deswegen weisen MOSFETs, die auf diese Weise verbunden sind, zuverlässig nur einen Netto-SOA eines einzelnen MOSFET auf.
3 stellt eine Hot-Swap-Steuereinheit 300 dar, die eine gleichzeitige parallele Konfiguration aufweist. Wie dargestellt ist der MOSFET (Q2) 202 in Reihe mit einem Stromerfassungswiderstand (RS2) 302 verbunden, und der MOSFET 202 und der Stromerfassungswiderstand 302 sind parallel zu dem MOSFET 102 und dem Stromerfassungswiderstand 104 verbunden. Während des Betriebs begrenzt die Steuerschaltungsanordnung 304 den Strom über den MOSFET 102 unter Verwendung eines Strombegrenzungsverstärkers 108, der eine Spannung, die einen Strom in dem Stromerfassungswiderstand 104 repräsentiert, mit einer Spannung V_LIMIT, die durch eine Spannungsquelle 110 produziert wird, vergleicht, um das Gate des MOSFET 102 zu steuern, den Ausgangsstrom zu reduzieren, wenn ein erfasster Strom in dem Stromerfassungswiderstand 104 einen Maximalwert, der durch die Spannung V_LIMIT festgelegt ist, übersteigt. Die Steuerschaltungsanordnung 304 begrenzt außerdem den Strom über den MOSFET 202 unter Verwendung eines Strombegrenzungsverstärkers 306, der eine Spannung, die einen Strom in dem Stromerfassungswiderstand 302 repräsentiert, mit einer Spannung V_LIMIT, die durch eine Spannungsquelle 308 produziert wird, vergleicht, um das Gate des MOSFET 202 zu steuern, den Ausgangsstrom zu reduzieren, wenn der erfasste Strom in dem Stromerfassungswiderstand 302 einen Maximalwert, der durch die Spannung V_LIMIT festgelegt ist, übersteigt. Wenn beide MOSFETs 102 und 202 in der Strombegrenzung sind, stellt die Zeitgeberschaltung 112 in der Steuerschaltungsanordnung 304 eine maximale Zeit ein, für die die MOSFETs 102 und 202 in der Strombegrenzung arbeiten dürfen. Wenn diese Zeit abläuft, werden die MOSFETs 102 und 202 abgeschaltet, um sie vor Überhitzung zu schützen. Die Last wird Leistung verlieren, und die Hot-Swap-Steuereinheit 300 wird angeben, dass ein Überstromfehler aufgetreten ist.
Wie in den Ausführungsformen von 1 und 2 kann der eingeschaltete Zustand eines Schalters der Hot-Swap-Steuereinheit 300 durch Überwachen seines Steuersignals bestimmt werden. In beispielhaften Ausführungsformen wird dieses Überwachen für den MOSFET-Schalter 102 unter Verwendung eines Hysteresekomparators 310 ausgeführt, der die Gate-Source-Spannung des MOSFET 102 mit einer Schwellenspannung (SOURCE), die durch eine Spannungsquelle 118 erzeugt wird, deutlich oberhalb einer Schwellenspannung des MOSFET 102, beispielsweise bei 4,5 V, vergleicht. Ähnlich kann der eingeschaltete Zustand des MOSFET-Schalters 202 unter Verwendung eines Hysteresekomparators 312, der die Gate-Source-Spannung des MOSFET 202 mit einer Schwellenspannung (SOURCE) vergleicht, die durch die Spannungsquelle 118 produziert wird, deutlich oberhalb einer Schwellenspannung des MOSFET 202, beispielsweise bei 4,5 V. Der Hysteresekomparator 120 kann außerdem die Spannung auf dem Rückkopplungsanschluss (FB), der an der Verbindung des externen Widerstände R7 und R8 platziert ist, mit einer Schwellenspannung (z. B. 1,28 V) vergleichen, um zu bestimmen, ob FB hoch ist. Die Ausgaben der Hysteresekomparatoren 120, 310 und 312 werden für die Logikschaltungsanordnung 122 bereitgestellt, um Statussignale zu bestimmen, die angeben, ob die Leistung gut ist (POWER_GOOD) und das POWER_GOOD-Statussignal wird, falls das so ist, für den Statusanschluss (GPIO) über den Transistor 124 bereitgestellt. Andererseits werden, falls die Leistung schlecht ist (POWER_BAD) oder falls ein Fehler vorhanden ist (POWER_BAD_FAULT), solche Angaben für den geeigneten Statusanschluss bereitgestellt.
Mit parallelen MOSFETs können jedoch Platinenwiderstand, Versatz und Fehlabstimmungseffekte verursachen, dass ein Kanal vor dem anderen Kanal in die Strombegrenzung geht. Da ein Kanal noch vollständig angeschaltet ist, was die Drain-Source-Spannung (VDS) aus dem MOSFET niedrig hält, wird der Strombegrenzungs-MOSFET keine wesentliche Erwärmung erfahren, und die Impedanz der Schaltung ist immer noch niedrig, so dass es der Last möglich sein kann, weiterhin zu arbeiten. Das GATES-GOOD-Signal wird produziert, wenn entweder beide Gates hoch sind oder ein Gate hoch ist und das entgegengesetzte Gate in der Strombegrenzung ist. GATES-GOOD bedeutet, dass der volle Strom für die Last verfügbar ist. Außerdem vergleicht der Hysteresekomparator 314 V_DD 315 mit SOURCE 118, um zu bestimmen, ob VDS hoch ist. Falls einer der Gate-Anschlüsse nicht hoch ist und nicht in Strombegrenzung ist, kann er nicht genug Gate-Spannung besitzen, um vollen Laststrom zu ermöglichen, so dass POWER GOOD unterdrückt ist, wenn VDS HOCH ist. In einem solchen Fall läuft der FET-BAD-Fehlerzeitgeber 316.
Die mehreren Gate-Treiberschaltungen ermöglichen auch, dass die Bänke der MOSFETs in Stufen in Betrieb genommen und betrieben werden. Es gibt zwei Architekturen, um das mit zwei MOSFETs zu tun. Die erste ist als ein „abgestufter Start für niedrige Belastung“ bezeichnet, und der zweite ist als ein „abgestufter Start für hohe Belastung‟ bezeichnet.
4 stellt eine Konfiguration für Start für niedrige Belastung dar. Abgestufter Start für niedrige Belastung (LSSS) wird in Anwendungen verwendet, die herkömmlicherweise einen Gate-Kondensator verwendet haben, um den Anlaufstrom auf niedrige Pegel zu begrenzen. Für eine LSSS-Hot-Swap-Schaltung 400 werden ein zweiter MOSFET 402 und Stromerfassungswiderstand 404 hinzugefügt, und das Fehlen eines Power-Good-Signals wird verwendet, um eine Seite abgeschaltet zu halten, bis die andere Seite die Last mit einen kleinen, billigen MOSFET 102 mit einer niedrigen Strombegrenzung mit einem Erfassungswiderstand 104 mit relativ großem Wert hochgefahren hat. Wenn die Last vollständig geladen ist und der Anlauf-MOSFET 102 vollständig angereichert ist, wird das Power-good-Signal erklärt, und der MOSFET 402 der zweiten (Nebenschluss-) Seite wird aktiviert. Die Nebenschlussseite weist eine hohe Strombegrenzung auf, um den vollständigen Nutzstrom zu liefern, und verwendet einen oder mehrere MOSFETs 402 mit niedrigem RDS-ein (Widerstand, wenn die Vorrichtung in Sättigung ist) und niedrigem SOA in Reihe mit einem Stromerfassungswiderstand 404. Die Verzögerungszeit bevor die Strombegrenzungsschaltung 414 einen Fehler produziert und abschaltet ist für Kanal 1 lang, um ein Anlaufen zu ermöglichen, oder ein die Steilheit begrenzender Kondensator (CS) 406 ist auf dem GATE1-Anschluss platziert, um den MOSFET 102 außerhalb der Strombegrenzung zu halten. In diesem Fall ist die Strombegrenzung niedrig genug, damit der Zeitgeber 408 abläuft, bevor irgendeine Lastbedingung den Anlauf-MOSFET 102 beschädigen könnte. Andererseits wird die Fehlerverzögerung des Zeitgebers 410 für Kanal 2 so ausgewählt, dass sie kurz ist, um innerhalb des SOA des/der Nebenschluss-MOSFET(s) 402 zu bleiben. Diese Architektur minimiert die Kosten der MOSFETs, um einen gegebenen Laststrom und RDS-ein zu erreichen, und durch Auswählen einer langen Verzögerungszeit für den Zeitgeber 412 ist die Steuerschaltungsanordnung 414 tolerant gegen Fehler, die einen einzelnen MOSFET mit einem Gate-Kondensator zerstören würden. Mit der kurzen Zeitgeberzeit für die Strombegrenzung bei vollem Strom besitzt die Steuerschaltungsanordnung 414 jedoch nur eine begrenzte Fähigkeit, durch den Laststromstoß über die Strombegrenzung hinaus oder Eingangsspannungsschritte zu laufen und kann eine mit Widerstand behaftete Last nicht hochlaufen lassen.
5 stellt eine Konfiguration für abgestuften Start für hohe Belastung dar. Einige Anwendungen besitzen Lasten, die immer angeschaltet sind, oder Eingangsstufen und Ausgangsstromstöße, die zusätzliche Belastung auf den Hot-Swap-MOSFET bringen. Diese Anwendungen erfordern MOSFETs mit großem SOA, um die Anlauf- und Betriebstransienten sicher zu durchlaufen. Mit einer einzigen Strombegrenzungsschaltung und mehreren MOSFETs in parallel müssen alle MOSFETs groß genug sein, um dieser Belastung standzuhalten. Das Hinzufügen einer zweiten MOSFET-Steuerschaltung und Verwenden eines gestuften Starts für hohe Belastung (HSSS) ermöglicht jedoch, dass alle außer einem dieser MOSFETs durch gewöhnliche, billige MOSFETs mit niedrigem SOA mit niedrigem RDS-EIN, die für Schaltregulierer optimiert sind, zu ersetzen.
Für die HSSS-Hot-Swap-Schaltungsanordnung 500 wird die zweite (Nebenschluss-) Seite durch ein Belastungssignal 502 aus der Steuerschaltungsanordnung 504 gesperrt, so dass ein oder mehrere MOSFETs 506 mit niedrigem SOA und niedrigem RDS im eingeschalteten Zustand verwendet werden können, um RDS im eingeschalteten Zustand zu erreichen, und wird immer dann abgeschaltet, wenn sie SOA-Belastung ausgesetzt ist, während ein einziger (Belastungs-) MOSFET 508 mit hohem SOA für den Anlaufstrom und zum Durchlaufen der Transienten mit einer langen Zeitgeberzeit verwendet ist. Während des Anlaufstroms ist die VDS der MOSFETs hoch, und das Gate des Anlaufs-MOSFET 508 ist nicht vollständig angereichert, weil es in Strombegrenzung ist, und somit ist das STRESS-Signal vorhanden, das den/die Nebenschluss-MOSFET(s) 506 ausgeschaltet hält. Der Belastungs-MOSFET 508 lässt die Last allein anlaufen, entweder mit einem Gate-Kondensator (der den Anlaufstrom einstellt) oder in Strombegrenzung. Wenn das Anlaufen fertiggestellt ist und VDS niedrig ist, ist die Gate-Source-Spannung (VGS) des Belastungs-MOSFET 508 hoch (voll angereichert), und der Belastungs-MOSFET 508 ist nicht in Strombegrenzung, somit wird die STRESS-Bedingung entfernt, um zu ermöglichen, dass der/die Nebenschluss-MOSFET(s) 506 anschalten. Falls Die Schaltung in Strombegrenzung eintritt, steigt VDS an oder der Gate-Bedingung wird schlecht und der/die Nebenschluss-MOSFET(s) 506 werden durch ein Belastungssignal 502 aus der Steuerschaltungsanordnung 504 abgeschaltet, um den/die Nebenschluss-MOSFET(s) 506 gegen Erwärmung zu schützen. Die Architektur verwendet den Belastungs-MOSFET 508, um sowohl strombegrenzende Last-Stromstöße als auch Eingangsspannungsstufen zu durchlaufen, und kann auch eine mit Widerstand behaftete Last anlaufen lassen. Der Belastungs-MOSFET 508 mit hohem SOA ist teurer als der Dauer-MOSFET 102 in dem LSSS-Szenario, kann jedoch billiger sein als zwei oder mehr MOSFETs mit mäßigem SOA, die in Parallelkonfiguration verwendet werden.
Weitere Einzelheiten bezüglich der in den 3-5 dargestellten Schaltungen sind in dem US-Patent Nr. 10,003,190 zu finden, dessen Inhalt hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist. Es ist zu verstehen, dass alle drei in den 3-5 dargestellten Konfigurationen in eine Hot-Swap-Schaltung mit maximaler Flexibilität und unbegrenzter Stromführungsfähigkeit durch Hinzufügen so viele parallele MOSFETs wie erforderlich sind, um die Anforderungen an Strom und Leistung zu erfüllen, kombiniert werden können. 6 stellt eine solche Herangehensweise dar, in der mehrere MOSFETs parallel zu dem LSSS-MOSFET 600 und dem Stromerfassungswiderstand 602 platziert sind, wie gewünscht ist, um Anforderungen an Strom und Leistung zu erfüllen. Null bis mehrere MOSFETs 604 in Parallelschaltung können für die Nebenschlussvorrichtungen Q3 und Q5 verwendet werden, während die parallelen MOSFETs 606 und Stromerfassungswiderstände 608 und die Anlaufvorrichtungen normalerweise ein einziger MOSFET sind. Die einzigen MOSFETs in diesem Szenario, die eine hohe SOA-Belastung sehen, sind die parallelen Vorrichtungen 606 (z. B. Q2 und Q4). Außerdem können die Umgehungskondensatoren 610 (C_L) über die Last platziert sein.
Hot-Swap-Kommunikationsterm inal
Aus der Beschreibung der in den 1 - 6 dargestellten Hot-Swap-Steuereinheiten wird offensichtlich, dass eine Gruppe von Hot-Swap-Steuereinheiten in Parallelschaltung wenigstens 2 und in einigen Fällen 3 Informationseinheiten koordinieren müssen. Zuerst müssen sie wissen, ob sie ausgeschaltet oder eingeschaltet sein sollten. Zweitens müssen sie wissen, ob alle Steuereinheiten strombegrenzend sind, was angibt, dass die gesamte Bank in Strombegrenzung ist. Drittens müssen in Fällen, in denen LSSS verwendet ist, die Steuereinheiten wissen, ob sie den Ausgang mit ihrem Dauerkanal, falls einer vorhanden ist, laden sollten.
In beispielhaften Ausführungsformen sind eine Kommunikations- (COMM-) Schaltung und ein Kommunikationsterminal den Hot-Swap-Steuereinheiten hinzugefügt, um Kommunikationsfähigkeit zu den Hot-Swap-Steuereinheiten der als Beispiel in 1 bis 6 vorstehend dargestellten Typen zu ermöglichen. Ein Kommunikationsterminal ermöglicht, dass die COMM-Signale von zwei oder mehr Steuereinheiten miteinander verknüpft werden, um zu ermöglichen, dass sie in Abstimmung zu arbeiten.
7 stellt eine Kommunikationssignalschaltungsanordnung zum Ermöglichen, dass mehrere Hot-Swap-Steuereinheiten kommunizieren, in beispielhaften Ausführungsformen dar. Die Hot-Swap-Steuereinheitkommunikationsschaltungsanordnung 700 ermöglicht Hot-Swap-Steuereinheiten, über einen Kommunikationsterminal 702 miteinander zu kommunizieren. In beispielhaften Ausführungsformen weist das COMM-Signal, das an dem Kommunikationsterminal 702 bereitgestellt ist, 3 oder 4 lokale Zustände auf. Der lokale Zustand 0 ist ein lokaler Aus-Zustand, in dem keiner Hot-Swap-Steuereinheiten einschalten soll. Der MOSFET 704 hält den lokalen Zustand 0 an Masse. Der optionale lokale Zustand 1 ist der lokale LSSS-Anlaufzustand, in dem nur der Dauerkanal der LSSS-konfigurierten Hot-Swap-Steuereinheiten anschalten darf. LSSS-konfigurierte Hot-Swap-Steuereinheiten werden das COMM-Signal im Zustand 1 regulieren, bis die LSSS-MOSFETs vollständig angereichert sind. Der MOSFET 706 schaltet auf EIN, um den lokalen Zustand 1 zu aktivieren, wenn die Spannung oberhalb eines festgelegten Pegels (z. B. 800 mV) ist, wie er durch die Diode 708 eingestellt ist. Wenn das Signal des lokalen Zustands 1 einen vorbestimmten Pegel (z. B. 200 mV) übersteigt, wird ein globales LSSS-Anlaufsignal für den globalen Zustand 1 durch den Hysteresekomparator 710 ausgegeben. Der lokale Zustand 2 ist der lokale Strombegrenzungszustand, in dem alle Hot-Swap-Steuereinheiten anzuschalten sind, und Hot-Swap-Steuereinheiten, in denen keine vorhandenen Fehler vorhanden sind und die nicht in dem LSSS-Anlauf sind, regulieren im lokalen Zustand 2. Der MOSFET 712 schaltet auf EIN, um den lokalen Zustand 2 zu aktivieren, wenn die Spannung oberhalb eines festgelegten Pegels (z. B. 2,5 V) ist, wie er durch die Zenerdiode 714 eingestellt ist. Wenn das Signal des lokalen Zustands 2 einen vorbestimmten Pegel (z. B. 1,25 V) übersteigt, wird ein globales EIN-Signal für den globalen Zustand 2 durch den Hysteresekomparator 716 ausgegeben. In den lokalen Zustand 3 wird eingetreten, wenn alle Hot-Swap-Steuereinheiten in der Strombegrenzung sind. Alle Hot-Swap-Steuereinheiten, die eingeschaltet und in der Strombegrenzung sind, werden zu dem Zustand 3 regulieren. Wenn in den lokalen Zustand 3 eingetreten wird, wird ein globales Strombegrenzungssignal für den globalen Zustand 3 durch den Hysteresekomparator 718 ausgegeben, wenn die Spannung einen festgelegten Pegel (z. B. 4 V) übersteigt.
In der dargestellten Konfiguration, die ein einziges Kommunikationsterminal (einen einzigen Kommunikationsanschluss) 702 verwendet, erfordert die Entscheidung über das Fortschreiten durch diese Zustände einhelliges Einvernehmen unter den Hot-Swap-Steuereinheiten. Die Entscheidung zwischen zwei Steuereinheiten mit unterschiedlichen lokalen Zuständen führt dazu, dass derjenige mit dem niedrigeren Zustand gewinnt, so dass der niedrigere Zustand der effektive globale Zustand ist. Irgendeine Hot-Swap-Steuereinheit kann aufgrund eines Fehlers oder eines Befehls abschalten und den Zustand 0 erzwingen. Wenn alle Hot-Swap-Steuereinheiten bereit zum Einschalten sind, werden sie versuchen, auf Zustand 1 oder Zustand 2 zu regulieren, und der LSSS, der für Hot-Swap-Steuereinheiten ausgebildet ist, wird gewinnen und den Zustand 1 erreichen. Wenn alle LSSS-Hot-Swap-Steuereinheiten erfolgreich angelaufen sind, werden sie zu dem regulierenden Zustand 2 umschalten. Der Zustand 2 ist der normale Betriebszustand. Wenn Hot-Swap-Steuereinheiten in die Strombegrenzung eintreten, werden sie versuchen, auf Zustand 3 zu regulieren, alle Steuereinheiten, die nicht in der Strombegrenzung sind, werden jedoch das COMM-Signal im Zustand 2 halten. Wenn alle Hot-Swap-Steuereinheiten in der Strombegrenzung sind, wird das COMM-Signal im Zustand 3 reguliert werden, und ein Überstromzeitgeber kann laufen, wodurch alle Überstromsignale oder Kennzeichen aktiv werden können.
In der beispielhaften Hot-Swap-Steuereinheitkommunikationsschaltungsanordnung 700 von 7, die eine 5 V-Versorgung und Spannungen für die Zustände verwendet, ist der Zustand 0 Masse, der Zustand 1 ist 800 mV, der Zustand 2 ist 2,5 V und der Zustand 3 ist 5 V. Jede Kommunikationsschaltung 700 erzeugt einen Hochziehstrom von 10 µA unter Verwenden der Stromquelle 720 auf 5 V auf dem COMM-Anschluss 702 und verwendet Schalter und Klemmen, um die verschiedenen Zustände zu regulieren. Die Spannungskomparatoren 710, 716 und 718 weisen entsprechende Schwellenwerte zwischen den Spannungen der regulierten Zustände auf, die bestimmen, in welchem Zustand die Hot-Swap-Steuereinheit 700 ist. In dem dargestellten Beispiel sind alle Hot-Swap-Steuereinheiten abgeschaltet, falls das COMM-Signal unter 200 mV ist. LSSS-Anlauf ist zwischen 200 mV und 1,25 V aktiv. Alle Steuereinheiten sind angeschaltet und nicht alle in der Strombegrenzung, wenn das COMM-Signal zwischen 1,25 V und 4 V ist, und alle Steuereinheiten sind angeschaltet und in der Strombegrenzung, wenn das COMM-Signal oberhalb von 4 V ist.
8 stellt eine parallel konfigurierte Hot-Swap-Steuereinheit 800 mit einem Kommunikationsterminal 802, das mit der Kommunikationssignalschaltungsanordnung 700 verbunden ist, in beispielhaften Ausführungsformen dar. Die Hot-Swap-Steuereinheit in 8 ist ausgebildet wie die Hot-Swap-Steuereinheit 300 von 3, außer dass die Stromquellen 804 und 806 einen Strom bereitstellen, um die Gate-Spannung der MOSFETs 102 bzw. 202 hochzuziehen. Außerdem sind die Transistoren 808 und 810 zum Anschalten und Abschalten der jeweiligen MOSFETs 102 und 202 bereitgestellt. Außerdem wird, anstatt die Ausgabe des AND-Gatters 812 direkt für den Zeitgeber 112 bereitzustellen, die Ausgabe des AND-Gatters 812 für die Steuerlogik 814 bereitgestellt, die Mittel zum Erzeugen der lokalen Zustandssignale 0-3 zur Anwendung auf die Hot-Swap-Steuereinheitkommunikationsschaltungsanordnung 700 des vorstehend mit Bezug auf 7 beschriebenen Typs zum Erzeugen der Signale des globalen Zustands 0-3 zur Anwendung auf den COMM-Anschluss 802 und zum Gebrauch zum Anschalten der Hot-Swap-Steuereinheit 800 im globalen Zustand 2 oder zum Starten des Überstromzeitgebers 112 im globalen Zustand 3 bereitstellt.
9 stellt ein Zustandsdiagramm der Steuerlogik 814 dar, die die Informationen über den lokalen Zustand für die Hot-Swap-Steuereinheitkommunikationsschaltungsanordnung 700 erzeugt. Wie dargestellt wird der lokale Zustand 0 durch die Steuerlogik 814 bereitgestellt, wenn die lokale Hot-Swap-Steuereinheit AUS ist. Wenn die LSSS-MOSFETs auf EIN schalten und alle anderen MOSFETs AUS sind, wird der LSSS-Zeitgeber gestartet, und die Steuerlogik 814 tritt in den lokalen Zustand 1 ein. Falls der LSSS-Anlauf fehlschlägt oder ein Fehler identifiziert wird, kehrt die Steuerlogik 814 zu dem lokalen Zustand 0 zurück. Falls andererseits der LSSS-Anlauf erfolgreich ist, tritt die Steuerlogik 814 in den lokalen Zustand 2 ein, und alle Nicht-LSSS-MOSFETs werden ebenfalls auf EIN geschaltet. Falls ein Fehler angetroffen wird oder falls die Hot-Swap-Steuereinheit auf AUS geschaltet ist, kehrt die Steuerlogik 814 zu dem lokalen Zustand 0 zurück. Während des normalen Betriebs bleibt die Steuerlogik 814 im lokalen Zustand 2 bis alle MOSFETs die Strombegrenzung erreichen, wobei zu dieser Zeit die Steuerlogik 814 in den lokalen Zustand 3 eintritt und der Zeitgeber 112 angeschaltet wird. Falls der Zeitgeber 112 abläuft, während die MOSFETs alle in der Strombegrenzung sind oder falls ein Fehler angetroffen wird, kehrt die Steuerlogik 814 zum lokalen Zustand 0 zurück. Wie dargestellt sind die lokalen Zustandssignale für die Hot-Swap-Steuereinheitkommunikationsschaltungsanordnung 700 zum Managen der Kommunikation mit anderen Hot-Swap-Steuereinheiten, wie vorstehend beschrieben bereitgestellt. Es ist zu verstehen, dass die Zustände auch unter Verwendung von Strömen anstelle von Spannungen codiert sein können.
10 stellt eine für abgestuften Start für niedrige Belastung konfigurierte Hot-Swap-Steuereinheit 1000 mit einem Kommunikationsterminal 1002, das mit der Kommunikationssignalschaltungsanordnung 700 verbunden ist, in beispielhaften Ausführungsformen dar. Die Hot-Swap-Steuereinheit 1000 in 10 ist ausgebildet wie die Hot-Swap-Steuereinheit 400 von 4, außer dass die Stromquellen 804 und 806 einen Strom bereitstellen, um die Gate-Spannung der MOSFETs 102 bzw. 202 hochzuziehen. Außerdem sind die Transistoren 808 und 810 zum Anschalten und Abschalten der MOSFETs 102 bzw. 202 bereitgestellt. Außerdem wird in dieser Ausführungsform das globale LSSS-Anlaufsignal an den globalen Zustand 1 an einen LSSS-Anlaufzeitgeber 1004 angelegt, um die Zeit des LSSS-Anlaufs zu messen.
11 stellt eine für abgestuften Start für hohe Belastung konfigurierte Hot-Swap-Steuereinheit mit einem Kommunikationsterminal 1102, das mit der Kommunikationssignalschaltungsanordnung 700 verbunden ist, in beispielhaften Ausführungsformen dar. Die Hot-Swap-Steuereinheit 1100 in 11 ist ausgebildet wie die Hot-Swap-Steuereinheit 500 von 5, außer dass die Stromquellen 804 und 806 einen Strom bereitstellen, um die Gate-Spannung der MOSFETs 102 bzw. 202 hochzuziehen. Außerdem sind die Transistoren 808 und 810 zum Anschalten und Abschalten der MOSFETs 102 bzw. 202 bereitgestellt.
Die Hot-Swap-Steuereinheit in 11 weist außerdem einen Hysteresekomparator 310 auf, der die Gate-Source-Spannung des MOSFET 508 in Bezug auf eine Schwellenspannung, die durch eine Spannungsquelle 118 produziert wird, überwacht. Die Ausgabe des Komparators 310 produziert ein PATH_ON-Signal, das an einen Inverter 1102 gekoppelt ist, der ein GATEI_OFF-Signal einem Eingang eines OR-Gatters 1104 zuführt. Der Ausgabe des OR-Gatters 1104 produziert ein STRESS-Signal, das einem Eingang eines OR-Gatters 1106 zugeführt wird, das das Gate des Transistors 1108 steuert. Der andere Eingang des OR-Gatters 1106 wird mit einem AUS/EIN-Signal versorgt, das den MOSFET 508 an- und abschaltet. Außerdem überwacht ein Hysteresekomparator 314 die Drain-Source-Spannung 315 der MOSFETs 506 und 508 in Bezug auf eine Schwellenspannung, die durch eine Spannungsquelle 118 produziert wird, und führt ein Ausgangs-VDS-Signal einem Eingang des OR-Gatters 1104 zu, das das STRESS-Signal produziert.
Der MOSFET 508 arbeitet als ein Belastungs-MOSFET, um die Lastkapazität 114 zu laden und um die Lastspannung hoch zu bringen. Der MOSFET 508 stellt den Laststrom während Transienten mit begrenzter Dauer, wie z. B. Anlauf und Änderungen der Eingangsspannung, bereit. Der MOSFET 508 weist einen höheren Leistungsverlust auf als der MOSFET 506. Der MOSFET 508 arbeitet sowohl mit großem Strom als auch großer VDS und weist eine hohe SOA-Nennleistung auf. Der MOSFET 508 erfordert jedoch keinen niedrigen Widerstand im eingeschalteten Zustand, weil er den Laststrom nur während Transienten von begrenzter Dauer unterstützt. Er kann außerdem eine lange Verzögerungszeit erfordern, die durch den Zeitgeber 112 bereitgestellt ist.
Der MOSFET 506 arbeitet als ein Nebenschluss-MOSFET, um einen Pfad mit geringem Widerstand für den Laststrom um den MOSFET 508 bereitzustellen, wenn die Bedingungen stabil sind und sich nicht ändern. Der MOSFET 506 wird durch das Signal STRESS abgeschaltet, um ihn schützen, wann immer die VDS die Schwellenspannung, die durch die Spannungsquelle 315 bereitgestellt ist, übersteigt, oder falls die Gate-Source-Spannung des MOSFET 508 unterhalb der Schwellenspannung ist, die durch die Spannungsquelle 118 bereitgestellt ist, beispielsweise, wenn der MOSFET 508 in einer Strombegrenzungsbetriebsart arbeitet. Die durch die Spannungsquelle 315 definierte Schwellenspannung kann beispielsweise auf 200 mV eingestellt sein, und die Schwellenspannung der Spannungsquelle 118 kann beispielsweise auf 4,5 V eingestellt sein.
Der MOSFET 506 wird nur angeschaltet, wenn das STRESS-Signal tief ist, was angibt, dass der MOSFET 508 vollständig angeschaltet ist und die VDS unterhalb der durch die Spannungsquelle 315 definierten Schwellenspannung ist. Deshalb kann der MOSFET 506 einen sehr niedrigen Widerstand im eingeschalteten Zustand aufweisen. Weil der MOSFET 506 mit niedriger VDS angeschaltet wird, benötigt er keinen großen SOA. Der MOSFET 506 arbeitet niemals in Sättigung, und somit können mehrere parallele MOSFETs anstelle des MOSFET 506 verwendet werden, um einen niedrigen Widerstand im eingeschalteten Zustand zu erreichen. Außerdem wird das durch den Komparator 310 produzierte PATH_ON-Signal von dem Einschaltzustand des Belastungs-MOSFET 508 abgeleitet. Immer wenn der MOSFET 508 eingeschaltet ist, darf die Last Leistung ziehen.
In einer HSSS-Konfiguration mit zwei oder mehreren Steuereinheiten des in 11 dargestellten Typs ist ein Potential für Instabilität und Oszillationen der Gate-Spannungen der MOSFETs 506 und 508 vorhanden. Diese Situation kann auftreten, weil zwei parallele HSSS-Kanäle in der Praxis nicht perfekt abgestimmt sind und einer die Strombegrenzung vor dem anderen starten wird. Wenn das geschieht, wird der Umgehungs-MOSFET 506 abschalten, was den RDS(ON) dieses Kanals erhöht, was Strom zu dem anderen HSSS-Kanal ableitet. Dieser abgeleitete Strom wird den Strom durch den Stromerfassungswiderstand 104 reduzieren und kann dazu führen, dass der Belastungs-MOSFET 508 die Strombegrenzung verlässt, was den Umgehungs-MOSFET 506 wieder anschaltet, was den RDS(ON) des Kanals verringert und den Strom zu der Strombegrenzung erhöht, wobei sich an diesem Punkt der Zyklus wiederholt und weiterhin oszilliert. Der abgeleitete Strom wird zu anderen Kanälen gehen und kann sie ebenfalls zur Strombegrenzung und Starten des Oszillierens veranlassen. Dieses Verhalten ist auf Grund von Rauschen und des Leistungsverlustes unerwünscht.
Um ein solches Verhalten zu verhindern, wird die Strombegrenzung reduziert, wenn der Umgehungs-MOSFET 506 abgeschaltet wird. Das wird als Strombegrenzungshysterese bezeichnet. Falls die Strombegrenzung um einen größeren prozentualen Anteil als der prozentuale Anteil des Stroms, der durch die abschaltenden Umgehungs-MOSFETs 506 abgeleitet wird, reduziert wird, wird die Schaltung in der Strombegrenzung bleiben, ohne zu oszillieren, bis sie die Strombegrenzung verlässt. Ähnlich können benachbarte Kanäle durch das Abschalten der Umgehungs-MOSFETs 506 nicht zum Oszillieren veranlasst werden. Es gibt ein paar Arten, um diese Hysterese zu implementieren. Erstens kann der Versatz des Verstärkers durch Schalten von Strömen oder Vorrichtungen angepasst werden. Diese Weise wäre von außen schwer zu detektieren, ist jedoch nicht flexibel, weil der Versatz fest ist. Ein zweites Verfahren ist es, einen Strom in einen der Erfassungsanschlüsse zu schalten, wenn der Umgehungs-MOSFET 506 abschaltet, mit einem Widerstand 1110 (R_hyst) zwischen der Steuerschaltungsanordnung 1112 und dem Stromerfassungswiderstand 104. Das Anpassen der Größe des Widerstands 1110 (R_hyst) ermöglicht, dass die Größe der Hysterese so angepasst wird, dass sie für den schlechtesten Fall einer gegebenen Anwendung stabil ist.
Obwohl die Notwendigkeit einer Strombegrenzungshysterese in dem Fall von zwei oder mehr HSSS-Kanälen, die zusammenarbeiten, am deutlichsten ausgeprägt ist, kann sie unter bestimmten Bedingungen auch auf einem einzelnen HSSS-Kanal oszillieren. Falls der Hot-Swap eine mit Widerstand behaftete Last antreibt und in die Strombegrenzung eintritt, wird der Umgehungs-MOSFET 506 abschalten. Das steigert den RDS(ON) der Schalter und bewirkt, dass die Ausgangsspannung um einen kleinen Betrag abfällt, was den Laststrom reduziert, weil die Last mit Widerstand behaftet ist. Die Reduktion des Stroms kann bewirken, dass die Steuerschaltungsanordnung 1112 die Strombegrenzung verlässt und den Umgehungs-MOSFET 506 wieder anschaltet, was die Ausgabe erhöht und sie zurück in die Strombegrenzung versetzt. Der Umfang der Hysterese, die benötigt wird, um diese Situation zu verhindern, ist sehr klein.
Somit können, wie vorstehend beschrieben, Hot-Swap-Steuereinheiten, die für unterschiedliche gestufte Schemas ausgelegt sind, über die COMM-Anschlüsse koordiniert werden. Beispielsweise können eine LSSS-Steuereinheit und eine parallele Steuereinheit den COMM-Anschluss gemeinsam verwenden, um einen Anlaufkanal und 3 parallele Kanäle zu ergeben. Eine Steuereinheit kann für irgendeines der Abstufungsverfahren konfigurierbar sein, jedoch können unterschiedliche Typen von Steuereinheiten auch unter Verwendung des COMM-Anschlusses in Abstimmung arbeiten.
In den hier beschriebenen Ausführungsformen wird nur ein COMM-Anschluss pro Steuereinheit benötigt, um die COMM-Signalschaltungsanordnung zu implementieren, da die Hot-Swap-Steuereinheiten zusammenarbeiten unter Verwendung eines Konsenses, Anschalten, Betriebsart und Überstromstatus zu mehreren Hot-Swap-Steuereinheiten zu kommunizieren, so dass sie zusammenarbeiten. Es sind keine externen Komponenten notwendig. Es ist jedoch zu verstehen, dass mehrere COMM-Anschlüsse und Steuerlogik (z. B. AND-Gatter mit mehr Eingängen) verwendet sein können, um den Status unter den Hot-Swap-Steuereinheiten zu kommunizieren und die Hot-Swap-Steuereinheiten der Reihe nach ein/auszuschalten, wie jeweils erforderlich. Es ist außerdem zu verstehen, dass, obwohl sich die Beschreibung hier auf MOSFETs richtet, Fachleute erkennen werden, dass andere Typen von Schaltern wie z. B. Polysilizium-FETs, Relais und IGBT-Schalter ebenfalls verwendet werden können.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf eine Hot-Swap-Steuereinheit, die ausgelegt sein kann, um die Zuführung von Leistung von einem Eingangsknoten zu einer Last, die mit einem Ausgangsknoten gekoppelt ist, zu regulieren. Die Steuereinheit weist wenigstens eine Begrenzungsschaltung auf, die dazu ausgebildet ist, einen ersten Schalter, der zwischen dem Eingangsknoten und der Last verbunden ist, zu steuern, um einen Ausgangsstrom des ersten Schalters zum Anlegen an die Last zu begrenzen. Eine Steuerlogikschaltung kann einen Zustand des ersten Schalters bestimmen und gibt ein lokales Zustandssignal aus, und eine Kommunikationsschaltung kann in Reaktion auf das lokale Zustandssignal einen Pegel (z. B. Spannung oder Strom), der dem lokalen Zustand entspricht, an einem Kommunikationsschaltungsausgang aufbauen. Ein Kommunikationsterminal kann ebenfalls vorgesehen sein, das auf die Kommunikationsausgabe reagieren kann und der ausgelegt sein kann, mit einem zweiten Kommunikationsterminal einer zweiten Hot-Swap-Steuereinheit zu verbinden, um den lokalen Zustand zu der zweiten Hot-Swap-Steuereinheit zu kommunizieren.
Die vorstehende ausführliche Beschreibung enthält Bezugnahmen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der ausführlichen Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen durch Darstellung spezifische Ausführungsformen, in der die Erfindung praktiziert werden kann. Diese Ausführungsformen sind hier auch als „Beispiele“ bezeichnet. Alle Veröffentlichungen, Patente und Patentdokumente, auf die in diesem Dokument Bezug genommen ist, sind hiermit durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen, als ob sie individuell durch Bezugnahme mit aufgenommen wären. In dem Fall inkonsistenter Verwendungen zwischen diesem Dokument und jenen Dokumenten, die so durch Bezugnahme mit aufgenommen sind, sollte die Verwendung in den aufgenommenen Bezugnahme(n) so betrachtet werden, dass sie diejenige dieses Dokuments ergänzen; für unvereinbare Inkonsistenzen ist die Verwendung in diesem Dokument beherrschend.
In diesem Dokument ist der Begriff „ein/e/r“ verwendet, wie es in Patentdokumenten üblich ist, so dass er eines oder mehr als eines enthält, unabhängig von irgendwelchen anderen Instanzen oder Verwendung von „wenigstens eines“ oder „eines oder mehrere“. In diesem Dokument ist der Begriff „oder“ so verwendet, dass er sich auf ein nicht ausschlie-ßendes Oder bezieht, so dass „A oder B“ „A, aber nicht B“, „B, aber nicht A“ und „A und B“ enthält, sofern nicht anders angegeben. In den beigefügten Ansprüchen sind die Begriffe „aufweisen“ und „in dem“ als die einfachen englischen Äquivalente für die entsprechenden Begriffe „umfassen“ und „wobei“ verwendet. Außerdem sind in den folgenden Ansprüchen die Begriffe „enthalten“ und „umfassen“ offene Begriffe, das heißt, ein System, eine Vorrichtung, ein Artikel oder ein Prozess, das/die/der Elemente zusätzlich zu den nach einem solchen Begriff in einem Anspruch aufgelisteten enthält, ist immer noch als in den Schutzbereich dieses Anspruchs fallend betrachtet. Außerdem sind in den folgenden Ansprüchen die Begriffe „erster“, „zweiter“ und „dritter“ usw. lediglich als Kennzeichen verwendet und sind nicht dafür vorgesehen, ihren Objekten numerische Anforderung aufzuerlegen. Verfahrensbeispiele, die hier beschrieben sind, können wenigstens teilweise durch eine Maschine oder einen Computer implementiert sein.
Die vorstehende Beschreibung als erläuternd und nicht als einschränkend gedacht. Beispielsweise können die vorstehend beschriebenen Beispiele (oder ein oder mehrere Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Andere Ausführungsformen können verwendet werden, wie z. B. durch einen normalen Fachmann beim Durchsehen der vorstehenden Beschreibung. Die Zusammenfassung ist so bereitgestellt, dass sie mit 37 C.F.R. §1.72(b) konform ist, um dem Leser zu ermöglichen, die Beschaffenheit der technischen Offenbarung schnell zu erfassen. Sie ist mit dem Verständnis übergeben, dass sie nicht verwendet wird, um den Schutzbereich oder die Bedeutung der Ansprüche zu interpretieren oder einzuschränken. Außerdem können in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung verschiedene Merkmale zusammen gruppiert sein, um die Offenbarung zu straffen. Das sollte nicht so interpretiert werden, dass beabsichtigt ist, dass ein nicht beanspruchtes offenbartes Merkmal für irgendeinen Anspruch wesentlich ist. Vielmehr kann der erfindungsgemäße Gegenstand in weniger als allen Merkmalen einer speziellen offenbarten Ausführungsform liegen. Somit sind die folgenden Ansprüche hiermit in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als eine separate Ausführungsform eigenständig ist. Der Schutzbereich der Erfindung sollte mit Bezug auf die beigefügten Ansprüche bestimmt werden, zusammen mit dem vollständigen Umfang von Äquivalenten, für die solche Ansprüche berechtigt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10003190 [0030]

Claims

Hot-Swap-Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, die Zuführung von Leistung aus einem Eingangsknoten zu einer Last, die mit einem Ausgangsknoten gekoppelt ist, zu regulieren, die Folgendes aufweist: wenigstens eine Begrenzungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen ersten Schalter, der zwischen dem Eingangsknoten und der Last verbunden ist, zu steuern, um einen Ausgangsstrom des ersten Schalters zum Anlegen an die Last zu begrenzen; eine Steuerlogikschaltung, die dazu ausgebildet ist, einen Zustand des ersten Schalters zu bestimmen, und ein lokales Zustandssignal ausgibt; eine Kommunikationsschaltung, die in Reaktion auf das lokale Zustandssignal einen Pegel, der dem lokalen Zustand entspricht, an einem Kommunikationsschaltungsausgang aufzubauen; und ein Kommunikationsterminal, das auf die Kommunikationsausgabe reagiert und das dazu ausgebildet ist, sich mit einem zweiten Kommunikationsterminal einer zweiten Hot-Swap-Steuereinheit zu verbinden, um den lokalen Zustand zu der zweiten Hot-Swap-Steuereinheit zu kommunizieren.
Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei die Kommunikationsschaltung einen Spannungs- oder Strompegel, der dem lokalen Zustand entspricht, an dem Kommunikationsschaltungsausgang aufbaut.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerlogikschaltung ein Zustandsdiagramm implementiert, das wenigstens drei Zustände aufweist: einen ersten Zustand, in dem alle Hot-Swap-Steuereinheiten AUS sind; einen zweiten Zustand, in dem alle Schalter für normalen Betrieb auf EIN geschaltet sind; und einen dritten Zustand, in dem alle Schalter Strombegrenzung erreicht haben.
Steuereinheit nach Anspruch 3, wobei die Steuerlogikschaltung das Zustandsdiagramm mit einem weiteren Zustand implementiert, der einen vierten Zustand aufweist, in dem alle Schalter für eine Stufe für Start für niedrige Belastung auf EIN geschaltet sind und alle anderen Schalter AUS sind, die ferner einen ersten Zeitgeber aufweist, der initiiert wird, wenn die Steuereinheit in den vierten Zustand eintritt, wobei ein Fehlersignal signalisiert wird, wenn der erste Zeitgeber abläuft, bevor die Schalter für eine Stufe für Start für niedrige Belastung die Last erfolgreich laden.
Steuereinheit nach Anspruch 4, die ferner einen zweiten Zeitgeber aufweist, der initiiert wird, wenn die Steuereinheit in den dritten Zustand eintritt, wobei alle Schalter auf AUS geschaltet werden, wenn der zweite Zeitgeber abläuft, während die Steuereinheit in der Strombegrenzung in dem dritten Zustand bleibt.
Steuereinheit nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Kommunikationsschaltung ein AUS-Signal zu dem Kommunikationsterminal, wenn die Steuereinheit in dem ersten Zustand ist, ein Signal für Start für niedrige Belastung zu dem Kommunikationsterminal, wenn die Steuereinheit in dem vierten Zustand ist, ein EIN-Signal zu dem Kommunikationsterminal, wenn die Steuereinheit in dem zweiten Zustand ist, und ein Strombegrenzungssignal zu dem Kommunikationsterminal, wenn die Steuereinheit in dem dritten Zustand ist, ausgibt.
Steuereinheit nach Anspruch 6, wobei das AUS-Signal eine Spannung zwischen Masse und einem ersten Schwellenwert aufweist, das Signal für Start für niedrige Belastung eine Spannung zwischen dem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert, der höher ist als der erste Schwellenwert, aufweist, das EIN-Signal eine Spannung zwischen dem zweiten Schwellenwert und einem dritten Schwellenwert, der höher ist als der zweite Schwellenwert, aufweist, und das Strombegrenzungssignal eine Spannung, die höher ist als der dritte Schwellenwert, aufweist.
Steuereinheit nach Anspruch 7, wobei dann, wenn die zweite Hot-Swap-Steuereinheit in einem anderen lokalen Zustand ist als die Hot-Swap-Steuereinheit, die Hot-Swap-Steuereinheit und die zweite Hot-Swap-Steuereinheit entscheiden, wodurch die Hot-Swap-Steuereinheit in einem niedrigeren Zustand gewinnt und der niedrigere Zustand zu einem effektiven globalen Zustand für die Hot-Swap-Steuereinheit und die zweite Hot-Swap-Steuereinheit wird.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Schalter in Reihe mit einem ersten Stromerfassungswiderstand zwischen dem Eingangsknoten und der Last verbunden ist und der zweite Schalter in Reihe mit einem zweiten Stromerfassungswiderstand zwischen dem Eingangsknoten und der Last verbunden ist und parallel zu dem in Reihe geschalteten ersten Schalter und der ersten Stromerfassungsschaltung zwischen dem Eingangsknoten und der Last ausgebildet ist, wobei die erste Begrenzungsschaltung den Strom durch den ersten Schalter unter Verwendung eines ersten Strombegrenzungsverstärkers begrenzt, der eine Spannung, die Strom in dem ersten Stromerfassungswiderstand repräsentiert, mit einer Begrenzungsspannung, die durch eine Spannungsquelle produziert wird, vergleicht, um den ersten Schalter zu steuern, einen ersten Ausgangsstrom zu reduzieren, wenn der erfasste Strom in dem ersten Stromerfassungswiderstand einen Maximalwert, der durch die Begrenzungsspannung festgelegt ist, übersteigt, und die zweite Begrenzungsschaltung den Strom durch den zweiten Schalter unter Verwendung eines zweiten Strombegrenzungsverstärkers begrenzt, der eine Spannung, die Strom in dem zweiten Stromerfassungswiderstand repräsentiert, mit der Begrenzungsspannung, die durch die Spannungsquelle produziert wird, vergleicht, um den zweiten Schalter zu steuern, einen zweiten Ausgangsstrom zu reduzieren, wenn der erfasste Strom in dem zweiten Stromerfassungswiderstand den Maximalwert, der durch die Begrenzungsspannung festgelegt ist, übersteigt.
Steuereinheit nach Anspruch 9, die ferner eine Zeitgeberschaltung, die initiiert wird, wenn sowohl der erste Schalter als auch der zweite Schalter in Strombegrenzung sind, wobei die Zeitgeberschaltung eine maximale Zeit einstellt, für die der erste Schalter und der zweite Schalter in der Strombegrenzung arbeiten dürfen, und eine Anlaufzeitgeberschaltung, die einen Anlauf des ersten Schalters zeitlich überwacht und ein Anlauffehlersignal ausgibt, wenn die Anlaufzeitgeberschalter abläuft, bevor die Last vollständig geladen ist, aufweist.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Schalter in Reihe mit einem ersten Stromerfassungswiderstand zwischen dem Eingangsknoten und der Last verbunden ist und der zweite Schalter parallel zu dem ersten Schalter zwischen dem ersten Stromerfassungswiderstand und der Last verbunden ist, wobei die zweite Begrenzungsschaltung den zweiten Schalter auf EIN schaltet, wenn der erste Schalter nicht in Strombegrenzung ist und den zweiten Schalter auf AUS schaltet, wenn der erste Schalter in Strombegrenzung ist und der zweite Schalter außerhalb seines sicheren Betriebsbereichs ist.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Strombegrenzungshystereseschaltung aufweist, wobei die Strombegrenzungshystereseschaltung einen Versatz zu einem Strom, der durch die Begrenzungsschaltung reguliert wird, addiert, wenn der zweite Schalter auf AUS geschaltet ist.
Steuereinheit nach Anspruch 12, wobei die Strombegrenzungshystereseschaltung einen Widerstand und eine Stromquelle zwischen einem Stromerfassungswiderstand und Masse aufweist, wenn der erste Schalter EIN ist, wobei die Strombegrenzungshystereseschaltung einen Strom zu einem durch den Stromerfassungswiderstand erfassten Strom addiert, wenn der zweite Schalter auf AUS geschaltet ist.
Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner mehrere in Reihe verbundene Schalter und Stromerfassungswiderstände in Parallelkonfiguration zwischen dem Eingangsknoten und der Last aufweist.
Steuereinheit nach Anspruch 14, die ferner mehrere Nebenschlussschalter aufweist, die parallel zu den entsprechenden Schaltern zwischen den Stromerfassungswiderständen und der Last verbunden sind.
System, das die Zuführung von Leistung von einem Eingangsknoten zu einer Last, die mit einem Ausgangsknoten gekoppelt ist, reguliert, und das Folgendes aufweist: eine erste Hot-Swap-Steuereinheit, die zwischen dem Eingangsknoten und der Last verbunden ist, wobei die erste Hot-Swap-Steuereinheit eine erste Kommunikationsschaltung aufweist, die einen Durchlasszustand der ersten Hot-Swap-Steuereinheit zu einem ersten Kommunikationsterminal ausgibt; und eine zweite Hot-Swap-Steuereinheit, die zwischen dem Eingangsknoten und der Last verbunden ist, wobei die zweite Hot-Swap-Steuereinheit eine zweite Kommunikationsschaltung aufweist, die einen Durchlasszustand der zweiten Hot-Swap-Steuereinheit zu einem zweiten Kommunikationsterminal ausgibt, wobei das erste Kommunikationsterminal mit dem zweiten Kommunikationsterminal verbunden ist, um zu ermöglichen, dass die erste Hot-Swap-Steuereinheit und die zweite Hot-Swap-Steuereinheit ihre jeweiligen Durchlasszustände zueinander kommunizieren.
System nach Anspruch 16, wobei die erste Hot-Swap-Steuereinheit eine Hot-Swap-Steuereinheit für gestuften Start für niedrige Belastung aufweist und die zweite Hot-Swap-Steuereinheit eine Hot-Swap-Steuereinheit für gestuften Start für hohe Belastung aufweist.
System nach Anspruch 16 oder 17, wobei die erste Hot-Swap-Steuereinheit eine Hot-Swap-Steuereinheit für gestuften Start für niedrige Belastung aufweist und die zweite Hot-Swap-Steuereinheit eine parallele Hot-Swap-Steuereinheit aufweist, die wenigstens zwei Schalter aufweist, die parallel arbeiten, um den Strom zwischen dem Eingangsknoten und der Last zu begrenzen.
Hot-Swap-Steuereinheit, die die Zuführung von Leistung von einem Eingangsknoten zu einer Last, die mit einem Ausgangsknoten gekoppelt ist, reguliert, und die Folgendes aufweist: einen Eingangsanschluss, der ein Signal empfängt, das einen Strom zwischen dem Eingangsknoten und der Last über einen ersten Schalter angibt; und eine Strombegrenzungsschaltung, die eine Strombegrenzungshystereseschaltung aufweist, wobei die Strombegrenzungshystereseschaltung einen Versatz in einem Strom, der durch die Strombegrenzungsschaltung reguliert wird, addiert, wenn ein zweiter Schalter parallel zu dem ersten Schalter auf AUS geschaltet ist.
Steuereinheit nach Anspruch 19, wobei die Strombegrenzungshystereseschaltung einen Widerstand und eine Stromquelle zwischen einem Stromerfassungswiderstand und Masse aufweist, wenn der erste Schalter EIN ist, wobei die Strombegrenzungshystereseschaltung einen Strom zu einem durch den Stromerfassungswiderstand erfassten Strom addiert, wenn der zweite Schalter auf AUS geschaltet ist.
Steuereinheit nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Strombegrenzungsschaltung eine Steuerausgabe bereitstellt, um den zweiten Schalter auf EIN zu schalten, wenn der erste Schalter nicht in der Strombegrenzung ist, und den zweiten Schalter auf AUS zu schalten, wenn der erste Schalter in der Strombegrenzung ist oder der zweite Schalter außerhalb seines sicheren Betriebsbereichs ist.