具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

本发明集成控制器芯片具有对MOSFET功率回路的电流采样、负载侧的电压采样、MOSFET的过温监控功能；具备指令输入、遥测状态输出与功率回路隔离功能；具备通过外部参数配置及使能位结合的方式，实现对限流控制、I²t过流控制、立即跳闸保护、保护动作自锁、缓开通慢关断几大功能的选通或组合使用实现功能的重构及角色的重构。

如图1所示，本发明一种固态电子开关专用集成控制器，包括内部供电电路1、硬线指令输入接口电路2、模拟量遥测隔离输出电路3、数字量IO隔离控制电路4、内总线接口电路5、参数配置及使能控制电路6、功能电路7、驱动电路8、输出接口电路9。

被控对象为功率MOSFET器件。芯片具有对MOSFET功率回路的电流采样、负载侧的电压采样、MOSFET的过温监控功能；具备指令输入、遥测状态输出与功率回路隔离功能；具备通过外部参数配置及使能位结合的方式，实现对限流控制、I²t过流控制、立即跳闸保护、保护动作自锁、缓开通慢关断几大功能的选通或组合使用。

内部供电电路1接收一路外部提供的输入电压，内部通过变压器实现DC-DC 2路隔离电压，提供给内部驱动电路、功能电路、接口电路等±12V供电电压。

硬线指令输入接口电路2根据外部输入的指令控制信号实现对驱动电路的直接控制，从而实现对外部MOSFET的开启关断控制，硬线控制具有最高优先控制权，当同时接收硬线指令和内总线控制指令时，驱动电路将优先响应硬线指令。芯片上留出CFG、ON/T、OFF共3引脚作为指令控制，其中CFG为指令输入模式配置引脚，ON/T、OFF为开通关断指令输入引脚，具体配置方式见下表：

表1指令控制模式

模拟量遥测隔离输出电路3采用磁隔离方式，将被控对象MOSFET的漏极源极之间流过的电流以及一路外部采集的电压模拟量信号进行调制解调后实现磁隔离输出。

数字量IO隔离控制电路4实现4路数字信号的隔离输出控制，即将外部被控对象MOSFET的开关状态、过流保护状态、过压保护状态、过温保护状态通过数字隔离后传给内总线接口电路，外部控制器可根据总线协议将该信息通过串行总线方式实时读取出来；与此同时，数字IO隔离控制电路完成一路从内总线接口电路输出的ON/OFF开关指令的输入隔离控制，最终实现对外部被控对象MOSFET的开启关断控制。

内总线接口电路5，采用I2C标准串行接口方式，具有1路时钟输入引脚SCL、1路双向数据输入输出引脚SDA、1路中断信号输出引脚，6位地址编程控制引脚，可实现最大64位地址寻址。内总线接口电路主要实现数据的输入输出控制，通过I2C总线接口可配置成3类工作角色，即固态功率控制器、固态限流开关、固态继电器及多种功能的灵活组合。

参数配置及使能控制电路6接收来自内总线的输入信号，根据协议约定的功能完成参数的配置及功能电路的使能控制，最终配合完成MOSFET的开启关断控制、保护功能及模式的选择和控制。

功能电路包含保护电路、模式控制电路、状态监控电路三部分。

功能电路中保护电路包括过载保护电路、短路保护电路，过载保护电路有限流保护和过流保护两种，分别由限流控制电路和I²t控制电路实现；短路保护电路由立即跳闸电路实现；保护时间到后关断外部MOSFET；通过I²C总线接口实现模式选择及相关参数配置；状态监控电路包括硬线INT指示和总线状态输出，发生保护动作后一方面通过中断输出引脚INT输出状态指示，另一方面，状态信息将写入功能电路对应的寄存器中，通过I²C总线接口查询该状态。

其中，过流保护特性曲线满足如下公式：

其中，K，r为常数，取值见下表1，Ip为额定电流×倍数(1.1-2.5)，M为配置参数取值为0.001-0.05，I为电流遥测。

表2.K、r取值表

限流保护采用闭环调节方式，芯片外接MOSFET测试时，当外部出现极端短路时，芯片内部的闭环控制可实现：

1)输出电流过冲小于50A；

2)电流过冲时间最大不超过5uS；

3)电流过冲恢复时间最大值不超过300uS；

4)输入过冲电荷最大值不超过1mC；

短路保护为，当外部过载条件达到短路保护设定的短路保护点时，短路保护应在约定的短路保护时间内关断外部MOSFET，通过I2C总线接口实现参数配置，保护动作执行后中断输出引脚INT有指示，通过I2C总线接口可查询到该状态；

模式控制电路主要包含延时关断控制模式、重复过载控制模式、折返控制模式。

1、通过I2C总线接口可选择是否开启重复过载功能，当该功能被选通，过载保护断开后持续时间达到重触发时间设置值时，MOSFET应自动重新开通；

2、通过I2C总线接口可选择是否开启延时关断功能，一旦该功能被选通，从指令开通开始计时，当MOSFET开通时间达到设定的定时时间，MOSFET将被关断；

3、通过I2C总线接口可选择是否开启折返模式，当该功能被选通，过载保护时间到后MOSFET将不被关断，MOSFET工作模式转为闭环调节模式，按照折返限流点设定的电流持续保持下去。折返限流点的计算公式如下：

其中，V_DS为MOSFET的漏极和源极之间的电压，Rsense为采样电阻的阻值。

本发明的功率驱动电路可通过I2C总线配置实现MOSFET栅极安全电压的选择，可同时兼容对VDMOS、Sic-MOSFET、GaN-MOSFET的驱动控制，应用范围广，对功率管器件寄生参数依赖大大减小。

驱动电路8用于直接控制芯片外部的MOSFET，MOSFET驱动输出为电流源输出模式，通过I2C总线接口可实现驱动电流的设定，可实现对VDMOS、Sic-MOSFET、GaN-MOSFET的驱动；芯片上留出VG引脚作为外部MOSFET栅极输入端；

本发明的功率驱动电路通过I2C总线配置实现MOSFET栅极安全电压的选择，MOSFET驱动输出的门极钳位电压Vgs具有两种电压制式可选择，电压制式1电压范围为+11V～+15V之间，可实现对VDMOS、Sic-MOSFET的驱动；电压制式2电压范围应为+4V～+5V，可实现对GaN-MOSFET的驱动。可同时兼容对VDMOS、Sic-MOSFET、GaN-MOSFET的驱动控制，应用范围广。

输出接口电路主要实现于外部MOSFET等电路的连接关系，芯片上留出Vd、Vg、Ins+、Ins-、Tms+、Tms-、Temp+、Temp-引脚。用于实现对MOSFET控制、外部温度信号输入、外部电压信号输出、外部电流信号输入。

本发明的驱动电路可通过I2C总线实现驱动电流调节，根据需要可实现对开通、关断速率的调节，既能够通过设置不同时长的缓开慢关功能有效抑制容性负载和感性负载引起的浪涌电流和尖峰电压，提高功率管的带载能力，提高了功率管的可靠性与使用寿命，确保设备安全、稳定、可靠地工作，又能够灵活设置成快速开关模式，满足高速应用的需要。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员公知技术。