用于開關(guān)設(shè)備的故障檢測的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及用于開關(guān)設(shè)備的故障檢測以及用于處理所檢測到的故障或可能的故障的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)設(shè)備可以被用來開關(guān)電子電路中的電壓或電流。在很多應用中，開關(guān)設(shè)備使用如下晶體管來實現(xiàn)，該晶體管如場效應晶體管(FET)、雙極型晶體管或者其混合(如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT))。在一些應用中，這樣的開關(guān)例如可以用于將負載選擇性地耦合到電源電壓。在一些應用中，可能需要例如100V的數(shù)量級的高電源電壓。
[0003]因此，當開關(guān)處于開啟狀態(tài)(即其中開關(guān)在負載端之間基本上不導電的狀態(tài))時，開關(guān)處可能存在相對較高電壓降。在一些情況下，例如輻射(如這樣的情況下的宇宙輻射)可能引起載流子的生成，該載流子通過對應于電壓降的電場而被加速，這又可能引起開關(guān)的雪崩擊穿。特別地，也被稱為燈絲的小面積的開關(guān)可能通過載流子的生成而變得導電。通過這樣的可能具有相對較小直徑的燈絲的電流導電可能導致對開關(guān)的不可逆的破壞。在一些情況下，這樣的不可逆的變化可能在大約50-100ns之后出現(xiàn)。
【附圖說明】
[0004]圖1是根據(jù)一個實施例的設(shè)備的框圖；
[0005]圖2是圖示一些實施例的一些特征的電路圖；
[0006]圖3和圖4是圖示在一些境況下圖2的電路的行為的圖；
[0007]圖5是圖示根據(jù)一個實施例的設(shè)備的電路圖；
[0008]圖6A至圖6C是圖示根據(jù)一些實施例的設(shè)備的圖；
[0009]圖7是圖示另一實施例的電路圖；
[0010]圖8是圖示根據(jù)一個實施例的設(shè)備的示意性電路圖；
[0011]圖9是圖示根據(jù)一個實施例的設(shè)備的示意性電路圖；
[0012]圖10是圖示根據(jù)一個實施例的設(shè)備的電路圖；
[0013]圖11是圖示在一些實施例中可用的開關(guān)設(shè)備的可能空間布置的圖；
[0014]圖12是圖示根據(jù)一個實施例的設(shè)備的電路圖；
[0015]圖13和圖14是圖示在各種境況下圖12的設(shè)備的行為的電路圖；
[0016]圖15是圖示根據(jù)一個實施例的設(shè)備的電流圖；
[0017]圖16是圖示根據(jù)一個實施例的方法的流程圖；以及
[0018]圖17是圖示根據(jù)另一實施例的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面，將參考附圖詳細描述各種實施例。這些實施例僅以示例的方式給出并且不應當被理解為限制本申請的范圍。
[0020]例如，雖然將實施例描述為包括多個特征或元件，然而在其它實施例中，可以省略這些特征或元件中的一些和/或用備選特征或元件來代替這些特征或元件中的一些。在又一其它實施例中，附加地或者備選地，可以提供與清楚地描述的特征或元件遠離的另外的特征或元件。
[0021 ] 除非另外具體說明，來自不同實施例的特征或元件可以彼此組合。
[0022]除非另外具體說明，在下面實施例中，元件、塊或設(shè)備之間的連接或耦合可以是直接連接或耦合(即沒有中間元件的連接或耦合)或者間接連接或耦合(即具有一個或多個中間元件的連接或耦合)，只要基本上維持連接或耦合的一般功能(例如以傳輸某種信號或信息)。連接或耦合可以是基于有線的連接或耦合或者無線連接或耦合。
[0023]下面實施例中的一些實施例使用開關(guān)。開關(guān)可以被描述為具有兩個負載端和控制端。開關(guān)的狀態(tài)可以是例如開啟或者閉合，并且可以通過應用于控制端的信號來控制狀態(tài)。在閉合狀態(tài)(有時也被稱為接通狀態(tài))下，開關(guān)可以在其負載端之間導電，即在其負載端之間具有低歐姆的電阻，而在開啟狀態(tài)(有時也被稱為關(guān)斷狀態(tài))下，開關(guān)可以是不導電的，即在其負載端之間具有高歐姆的電阻。應當注意，在開啟狀態(tài)下，在一些實現(xiàn)中，仍然可以有很小的電流流過，例如非故意的泄漏電流。
[0024]在一些實施例中，可以使用如下晶體管來實現(xiàn)開關(guān)設(shè)備，該晶體管例如雙極型晶體管、場效應晶體管(FET)(如M0SFET)或者絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，該絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)其在一些方面是雙極型和場效應晶體管的混合。在這種情況下，例如，柵極端或者基極端可以對應于開關(guān)的控制端，并且源極和漏極端或者發(fā)射極和集電極端可以對應于負載端。
[0025]在一些實施例中，當在開啟的開關(guān)中檢測到故障事件時，該開關(guān)可以暫時閉合，例如以避免對開關(guān)的永久損壞。在一些實施例中，該故障事件可以是指示開關(guān)的雪崩擊穿的事件。
[0026]在其它實施例中，開關(guān)設(shè)備可以包括第一開關(guān)和第二開關(guān)。該第一開關(guān)和第二開關(guān)可以并聯(lián)耦合。第一電感元件可以與該第一開關(guān)串聯(lián)耦合，并且第二電感元件可以與該第二開關(guān)串聯(lián)耦合?？梢酝ㄟ^監(jiān)測第一電感元件和/或第二電感元件處的電壓來檢測故障事件。在其它實施例中，可以使用其它技術(shù)。
[0027]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，在圖1中，示出圖示根據(jù)一個實施例的設(shè)備的框圖。圖1的設(shè)備包括開關(guān)設(shè)備10。開關(guān)設(shè)備10可以包括選擇性地開啟和閉合開關(guān)設(shè)備10的負載端13、14之間的連接的一個或多個開關(guān)。在一些實施例中，開關(guān)設(shè)備10可以包括晶體管作為一個或多個開關(guān)。在一些實施例中，開關(guān)設(shè)備10可以可操作以開關(guān)電源電壓，例如包括100V數(shù)量級的電壓的電源電壓，然而圖1的設(shè)備的應用并不限于這樣的電壓。在一些實施例中，開關(guān)設(shè)備10可以可操作為高壓側(cè)開關(guān)以將負載選擇性地耦合到正電源電壓或者可操作為低壓側(cè)開關(guān)以將負載選擇性地耦合到負電源電壓或接地。然而，開關(guān)設(shè)備10不限于這樣的應用。
[0028]圖1的開關(guān)設(shè)備10還包括被適配成檢測開關(guān)設(shè)備10中的故障事件的事件檢測電路12。例如，事件檢測器12可以被適配成檢測例如由宇宙輻射引起的雪崩擊穿何時來臨、已經(jīng)開始或者正在發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生。該故障事件的檢測用信號ev來表示。開關(guān)控制11接收信號ev并且經(jīng)由向開關(guān)設(shè)備10的控制輸入饋送的控制信號ctrl來控制開關(guān)設(shè)備10。
[0029]在圖1的實施例中，響應于事件檢測器12檢測到故障事件，開關(guān)控制11可以控制開關(guān)設(shè)備10暫時閉合。例如，開關(guān)設(shè)備10可以在大約1ns到大約10ns之間的持續(xù)時間期間閉合，但是不限于此。在一些實施例中，通過暫時閉合開關(guān)，可以減小或去除引起雪崩擊穿的電場，例如由電壓降在開關(guān)設(shè)備10的開啟狀態(tài)下引起的電場。在一些實施例中，這可以終止雪崩倍增。在實施例中，可以使用包括開關(guān)設(shè)備10的裝置來容許開關(guān)設(shè)備10的暫時閉合。在一些實施例中，在正常操作中，例如當表明沒有故障事件時，開關(guān)控制11可以控制開關(guān)設(shè)備10將負載與電壓選擇性地耦合。稍后將更詳細地說明參考圖1描述的各種設(shè)備、塊和技術(shù)的實現(xiàn)示例。
[0030]接著，作為說明性示例，將說明例如由宇宙輻射引起的故障事件中的晶體管的行為。在圖2中，圖示了用作開關(guān)的晶體管22。所示示例中的晶體管22被配置為低壓側(cè)開關(guān)以將負載(用電路元件20和二極管21表示)與負電源電壓V-選擇性地耦合。元件20可以是電阻部件與電容或電感類型的電抗部件的組合。元件20、21還耦合到正電源電壓V+。在其它實施例中，可以使用晶體管作為高壓側(cè)開關(guān)。
[0031]在一個示例中，晶體管22關(guān)斷，即切換到開啟狀態(tài)，從而將負載20、21從負電源電壓V-關(guān)斷。圖3示出兩種情況下通過圖2的節(jié)點23的電壓和電流的曲線。曲線33圖示當晶體管22在時間t。關(guān)閉時節(jié)點23處的電壓，并且曲線32圖示當晶體管22在時間t。關(guān)閉時通過節(jié)點23的電流I113曲線31圖示在例如由宇宙輻射引起的雪崩事件的情況下節(jié)點23處的電壓，并且曲線34圖示對應的通過節(jié)點23的電流。應當注意，圖3僅示出緊接在t。接通開關(guān)晶體管22之后的瞬時行為。該行為對于更長時間可能不同。例如，在接通如燈泡的負載時，燈泡的電阻隨著時間增加，這會導致1:的值的減小。
[0032]在這樣的雪崩事件中，通過如宇宙輻射的粒子的事件來生成載流子(例如電子空穴對)。該載流子然后通過由電壓降(V+與V-之差)引起的電場來加速，從而生成另外的電子空穴對，即另外的載流子。這可以導致在(處于關(guān)斷狀態(tài)的)開關(guān)中形成導電路徑，該導電路徑在本應用的情境中還可以被稱為燈絲。
[0033]圖3圖示了對于所討論的故障事件(雪崩擊穿)，在節(jié)點23處的電壓僅稍微下降，并且流過相對較小的電流。然而，對于這兩種情況(閉合開