CN101551688A

CN101551688A - 限流电路及具有限流电路的电子装置

Info

Publication number: CN101551688A
Application number: CNA2008100898423A
Authority: CN
Inventors: 蔡宗良; 杨永祥
Original assignee: Raydium Semiconductor Corp
Current assignee: Raydium Semiconductor Corp
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2028-04-03
Also published as: CN101551688B

Abstract

本发明提供一种具有限流电路的电子装置，包括功率晶体管以及电流限制装置，其中该功率晶体管的宽长比是根据该电子装置的最大负载电流所决定的。该电流限制装置还包括第二晶体管以及压降控制单元。压降控制单元调整致能限流电路所需的第二电位差，相等于功率晶体管输出电流等于限电流值时的源极电位与栅极电位的第一电位差。第二电位差相等于第二晶体管的栅极电位与该第一电压的电位差。本发明还提供了一种限流电路。

Description

限流电路及具有限流电路的电子装置

技术领域

本发明为一种电子装置，特别是一种具有限流电路的电子装置。本发明还涉及一种限流电路。

背景技术

现有的适用于功率IC的限流电路主要是通过感应输出功率晶体管的电流，并将感应到的电流转换为电压。当发生过电流(overcurrent)现象或是超载现象(over load)时，通过比较器比较该电压与预设的参考电压以产生回授信号来控制输出功率晶体管的栅极电压。通过控制输出功率晶体管的栅极电压来达到限制电流的目的。

发明内容

本发明的目的为提供一种结构简单且可降低温度与工艺对晶体管的影响的限流电路。

本发明的一个实施例提供一种具有限流电路的电子装置，包括功率晶体管、第二晶体管、压降控制单元、电流复制电路以及缓冲装置。该功率晶体管，具有源极、漏极以及栅极，其中该漏极耦接电子装置，该源极耦接电压源。该第二晶体管，具有第二源极、第二漏极以及第二栅极，其中该第二漏极通过电流源耦接地电位，该第二栅极耦接该功率晶体管的栅极。该压降控制单元，具有第一端与第二端，其中该第一端接收第一电压，该第二端耦接该第二源极，压降控制单元调整致能限流电路所需的第二电位差，相等于功率晶体管输出电流等于限电流值时的源极电位与栅极电位的第一电位差。第二电位差相等于第二晶体管的栅极电位与该第一电压的电位差。该电流复制电路，耦接该电压源，具有第一电流输出端与第二电流输出端，耦接该功率晶体管的栅极与该第二栅极。该缓冲装置，耦接该第一电流输出端与该地电位。

所述具有限流电路的电子装置中的该压降控制单元包括：第一电阻，具有第一端与第二端，其中，该第一端耦接于该第一电压；以及第一二极管，耦接该第一电阻的第二端与该第二晶体管的源极。

所述具有限流电路的电子装置中的该第一二极管由晶体管所形成。

所述具有限流电路的电子装置中的还包括第二二极管，耦接在该第一二极管与该第二晶体管之间。

在所述具有限流电路的电子装置中，该缓冲装置还包括：第四晶体管，包括第四源极、第四漏极以及第四栅极，其中该第四栅极耦接该第二漏极，该第四漏极耦接该第一电流输出端；第二电阻，具有第一端与第二端，该第一端耦接该第四栅极；以及第一电容耦接该第二电阻与该地电位之间。

所述具有限流电路的电子装置中的该功率晶体管的宽长比根据该电子装置的最大负载电流所决定。

在所述具有限流电路的电子装置中，当该限流电路被致能时，该电流复制电路对该功率晶体管的栅极充电，使流经该功率晶体管的电流为该电子装置的该限电流值。

本发明的另一实施例提供一种具有限流电路的电子装置，包括功率晶体管以及限流电路。该功率晶体管的宽长比是根据该电子装置的最大负载电流所决定的。该限流电路还包括第二晶体管以及压降控制单元。该第二晶体管，具有第二源极、第二漏极以及第二栅极，其中该第二漏极耦接电流源，该第二栅极耦接该功率晶体管的栅极。该压降控制单元，具有第一端与第二端，其中该第一端接收第一电压，该第二端耦接该第二源极，该压降控制单元调整致能限流电路所需的第二电位差，相等于功率晶体管输出电流等于限电流值时的源极电位与栅极电位的第一电位差。第二电位差相等于第二晶体管的栅极电位与该第一电压的电位差。

所述具有限流电路的电子装置中的该电流限制装置还包括：电流复制电路，耦接电压源，具有第一电流输出端与第二电流输出端，耦接该功率晶体管的栅极与该第二栅极；以及缓冲装置，耦接该第一电流输出端与该地电位。

所述具有限流电路的电子装置中的该缓冲装置还包括：第四晶体管，包括第四源极、第四漏极以及第四栅极，其中该第四栅极耦接该第二漏极，该第四漏极耦接该第一电流输出端；第二电阻，具有第一端与第二端，该第一端耦接该第四栅极；以及第一电容耦接该第二电阻与该地电位之间。

所述具有限流电路的电子装置中的该压降控制单元包括：第一电阻，具有第一端与第二端，其中该第一端耦接于该第一电压；以及第一二极管，耦接该第一电阻的第二端与该第二晶体管的源极。

所述具有限流电路的电子装置还包括第二二极管，耦接在该第一二极管与该第二晶体管之间。

所述具有限流电路的电子装置中该压降控制单元包括：第一电阻，具有第一端与第二端，其中该第一端耦接第一电压；第三晶体管，具有第三源极、第三漏极以及第三栅极，其中该第三源极耦接该第一电阻的第二端，该第三漏极耦接该第三栅极。

所述具有限流电路的电子装置还包括第二二极管，耦接在该第三晶体管与该第二晶体管之间。

在所述具有限流电路的电子装置中，当该限流电路被致能时，该电流镜电路对该功率晶体管的栅极充电，使流经该功率晶体管的电流为该电子装置的该限电流值。

本发明的另一实施例提供一种限流电路，耦接功率晶体管，该限流电路包括第二晶体管、压降控制单元以及电流复制电路。第二晶体管，具有第二源极、第二漏极以及第二栅极，其中该第二漏极通过电流源耦接地电位，该第二栅极耦接该功率晶体管的栅极。压降控制单元，具有第一端与第二端，其中该第一端接收第一电压，该第二端耦接该第二源极。电流复制电路，耦接该电压源，具有第一电流输出端，耦接缓冲装置与第二电流输出端，耦接该第二栅极。当该功率晶体管的栅源极电压大于致能限流电路所需的第二电位差时，该电流复制电路被致能，并提升该功率晶体管的栅极的电压，使流经该功率晶体管的电流为限电流值。

所述限流电路中的该压降控制单元包括：第一电阻，具有第一端与第二端，其中该第一端耦接于该第一电压；以及第一二极管，耦接该第一电阻的第二端与该第二晶体管的源极。

所述限流电路中还包括第二二极管，耦接在该第一二极管与该第二晶体管之间。

所述限流电路中还包括缓冲装置，包括：第四晶体管，包括第四源极、第四漏极以及第四栅极，其中该第四栅极耦接该第二漏极，该第四漏极耦接该第一电流输出端；第二电阻，具有第一端与第二端，该第一端耦接该第四栅极；以及第一电容耦接该第二电阻与该地电位之间。

附图说明

图1为根据本发明的一种具有限流电路的电子装置的一个实施例的示意图。

图2为根据本发明的一种具有限流电路的电子装置的一个实施例的示意图。

图3为根据本发明的一种具有限流电路的电子装置的另一实施例的示意图。

具体实施方式

图1为根据本发明的一种具有限流电路的电子装置的一个实施例的示意图。在本实施例中，主控制单元14为电子装置11的一部分，用以根据电子装置11所需的电流大小，控制功率晶体管M1的栅极电压。功率晶体管M1，具有源极、漏极以及栅极，其中该漏极耦接电子装置11，该源极耦接第一电压。在本实施例中，功率晶体管M1和主控制单元14的组合可以为电源管理集成电路(integrated circuit，IC)、低压差线性稳压器(low dropout linearregulator，LDO)或是AB级放大器(class AB amplifier)。限流电路12包括第二晶体管、压降控制单元以及电流复制电路。第二晶体管M2，具有第二源极、第二漏极以及第二栅极，其中该第二漏极通过电流源18耦接地电位，该第二栅极耦接该功率晶体管M1的栅极。压降控制单元17，具有第一端与第二端，其中该第一端耦接第一电压V1，该第二端耦接该第二源极。该压降控制单元17用以调整致能限流电路所需的第二电位差，大致相等于功率晶体管输出电流等于限电流值时的源极电位与栅极电位的第一电位差。第二电位差相等于第二晶体管的栅极电位与该第一电压的电位差。在本实施例中，压降控制单元17包括一个或多个二极管。电流复制电路15，耦接第一电压，具有第一电流输出端与第二电流输出端，其中该第二电流输出端耦接该功率晶体管M1的栅极与该第二栅极。在本实施例中，主控制单元14为增加流经功率晶体管M1的电流，会将功率晶体管M1的栅极电位下拉。当晶体管M1的栅极电位低于预定电位或该第一电位差大于致能限流电路所需的第二电位差时，电流复制电路15被致能且第二晶体管M2被导通。电流复制电路15提升功率晶体管M1的栅极的电压，并与主控制单元14取得平衡，使功率晶体管M1的栅极电位VG维持预定值，这样，流经功率晶体管M1的电流为预定的限电流值。

在本实施例中，会先根据本电子装置所能负载的最大电流值，来决定功率晶体管M1的宽长比(W/L)。当该功率晶体管M1的栅源极电压大于致能限流电路所需的第二电位差时，电流复制电路15被致能且第二晶体管M2被导通。电流复制电路15提升功率晶体管M1的栅极的电压，并与主控制单元14达到平衡，使流经功率晶体管M1的电流为预定的限电流值。

图2为根据本发明的一种具有限流电路的电子装置的一个实施例的示意图。功率晶体管M1，具有源极、漏极以及栅极，其中该漏极耦接电子装置21，该源极耦接第一电压V1。功率晶体管M1和主控制单元23的组合可以为电源管理集成电路(integratedcircuit，IC)、低压差线性稳压器(low dropout linear regulator，LDO)或是AB级放大器(class AB amplifier)。第二晶体管M2，具有第二源极、第二漏极以及第二栅极，其中该第二漏极通过电流源24耦接地电位，该第二栅极耦接该功率晶体管M1的栅极。压降控制单元22，具有第一端与第二端，其中该第一端耦接第一电压V1，该第二端耦接该第二源极。该压降控制单元22用以调整致能限流电路所需的第二电位差，大致相等于功率晶体管输出电流等于限电流值时的源极电位与栅极电位的第一电位差。第二电位差相等于第二晶体管的栅极电位与该第一电压的电位差。在本实施例中，压降控制单元22可能包括至少一个电阻、负载元件或二极管，其中二极管可以由晶体管所形成。第五晶体管M5，具有第五源极、第五漏极以及第五栅极，其中该第五源极耦接第一电压，该第五漏极耦接该第五栅极。第六晶体管M6，具有第六源极、第六漏极以及第六栅极，其中该第六源极耦接第一电压，该第六漏极耦接该功率晶体管M1的栅极与第二栅极，该第六栅极耦接该第五栅极。

电阻R2、第四晶体管M4与电容C1形成如图1中的缓冲器16。第四晶体管M4，包括第四源极、第四漏极以及第四栅极，其中该第四栅极耦接该第二漏极，该第四漏极耦接该第五漏极。电阻R2，具有第一端与第二端，该第一端耦接该第四栅极。电容C1耦接该第二电阻的第二端与该地电位之间。在本实施例中，主控制单元23为增加流经功率晶体管M1的电流，会将功率晶体管M1的栅极电位往下拉。当晶体管M1的栅极电位低于预定电位或该第一电位差大于致能限流电路所需的第二电位差时，第二晶体管M2被导通，此时第四晶体管M4也被导通。当第四晶体管M4被导通时，第五晶体管M5的栅极被下拉到地电位而导通，使得第五晶体管M5与第六晶体管M6所形成的电流镜电路被致能。此时，当功率晶体管M1的栅极的电压因受到第六晶体管M6被导通而提高，且功率晶体管M1的栅极的电压也同时受到主控制单元23控制，而最终功率晶体管M1的栅极的电压会趋于平衡，使流经该功率晶体管M1的电流为本电子装置的限电流值。

图3为根据本发明的一种具有限流电路的电子装置的另一实施例的示意图。功率晶体管M1，具有源极、漏极以及栅极，其中该漏极耦接电子装置31，该源极耦接第一电压。在本实施例中，功率晶体管M1和主控制单元33的组合可以为电源管理集成电路(integrated circuit，IC)、低压差线性稳压器(low dropout linearregulator，LDO)或是AB级放大器(class AB amplifier)。第二晶体管M2，具有第二源极、第二漏极以及第二栅极，其中该第二漏极通过电流源32耦接地电位，该第二栅极耦接该功率晶体管M1的栅极。第一电阻R1，具有第一端与第二端，其中该第一端耦接于该第一电压。第三晶体管M3，具有第三源极、第三漏极以及第三栅极，其中该第三源极耦接该第一电阻R1的第二端，该第三漏极与该第三栅极耦接该第二源极。第一电阻R1与第三晶体管M3用以调整该第二晶体管M2的栅极电位与该第一电压的第二电位差大致相等于该功率晶体管M1的源极电位与栅极电位的第一电位差。在本实施例中，还包括至少一个或多个第二二极管耦接在该第三晶体管M3与该第二晶体管M2之间，该第二二极管也可以耦接在第一二极管与第二晶体管M2之间，此处不再赘述。其中二极管可以由晶体管所形成。

第五晶体管M5，具有第五源极、第五漏极以及第五栅极，其中该第五源极耦接第一电压，该第五漏极耦接该第五栅极。第六晶体管M6，具有第六源极、第六漏极以及第六栅极，其中该第六源极耦接第一电压，该第六漏极耦接该功率晶体管M1的栅极与第二栅极，该第六栅极耦接该第五栅极。第一二极管，耦接该第一电阻的第二端与该第二晶体管的源极。电阻R2、第四晶体管M4与电容C 1形成如图1中的缓冲器16。第四晶体管M4，包括第四源极、第四漏极以及第四栅极，其中该第四栅极耦接该第二漏极，该第四源极耦接该第五漏极。电阻R2，具有第一端与第二端，该第一端耦接该第四栅极。电容C 1耦接该第二电阻的第二端与该地电位之间。在本实施例中，主控制单元33包括控制器35以及比较器34。控制器35接收控制信号S_c以产生控制电压V_c。比较器34根据参考电压V_ref与该控制电压V_c来控制功率晶体管M1的栅极电压VG。在本实施例中，主控制单元33为增加流经功率晶体管M1的电流，会将功率晶体管M1的栅极电位下拉。

当功率晶体管M1的栅极电压被通过主控制单元33下拉(pulldown)至低于触发点(trigger point)时，第二晶体管M2被导通，此时第四晶体管M4也被导通。当第四晶体管M4被导通时，第五晶体管M5的栅极被下拉而导通，使得第五晶体管M5与第六晶体管M6所形成的电流镜电路被致能。此时功率晶体管M1的栅极的电压因受到第六晶体管M6导通而提高，且功率晶体管M1的栅极的电压也同时受到主控制单元33控制，而最终功率晶体管M1的栅极的电压会趋于平衡，使流经该功率晶体管M1的电流为本电子装置的限电流值。

虽然本发明已披露上述具体实施例，但其仅为了易于说明本发明的技术内容，而并非将本发明狭义地限定于该实施例，任何所属技术领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可进行一些变动与修改，因此本发明的保护范围应根据所附权利要求所限定的为准。

主要组件符号说明

11、21、31～电子装置

12～限流电路

14、23、33～主控制单元

15～电流复制电路

16～缓冲器

17、22～压降控制单元

18、24、32～电流源

34～比较器

35～控制器。

Claims

1.一种具有限流电路的电子装置，包括：

功率晶体管，具有源极、漏极以及栅极，其中所述漏极耦接所述电子装置，所述源极耦接电压源；

第二晶体管，具有第二源极、第二漏极以及第二栅极，其中所述第二漏极通过电流源耦接地电位，所述第二栅极耦接所述功率晶体管的栅极；

压降控制单元，具有第一端与第二端，其中所述第一端接收第一电压，所述第二端耦接所述第二源极，所述压降控制单元提供一压降，使得所述第二晶体管的栅极电位与所述第一电压的第二电位差为所述功率晶体管输出电流值等于限电流值时，所述功率晶体管的源极电位与栅极电位的电位差；

电流复制电路，耦接所述电压源，具有第一电流输出端与第二电流输出端，耦接所述功率晶体管的栅极与所述第二栅极；

缓冲装置，耦接所述第一电流输出端与所述地电位。

2.根据权利要求1所述的具有限流电路的电子装置，其中，所述压降控制单元包括：

第一电阻，具有第一端与第二端，其中，所述第一端耦接于所述第一电压；以及

第一二极管，耦接所述第一电阻的第二端与所述第二晶体管的源极。

3.根据权利要求2所述的具有限流电路的电子装置，其中，所述第一二极管由晶体管所形成。

4.根据权利要求2所述的具有限流电路的电子装置，其中，还包括第二二极管，耦接在所述第一二极管与所述第二晶体管之间。

5.根据权利要求1所述的具有限流电路的电子装置，其中，所述缓冲装置还包括：

第四晶体管，包括第四源极、第四漏极以及第四栅极，其中所述第四栅极耦接所述第二漏极，所述第四漏极耦接所述第一电流输出端；

第二电阻，具有第一端与第二端，所述第一端耦接所述第四栅极；以及

第一电容耦接所述第二电阻与所述地电位之间。

6.根据权利要求1所述的具有限流电路的电子装置，其中，所述功率晶体管的宽长比根据所述电子装置的最大负载电流所决定。

7.根据权利要求1所述的具有限流电路的电子装置，其中，当所述限流电路被致能时，所述电流复制电路对所述功率晶体管的栅极充电，使流经所述功率晶体管的电流为所述电子装置的所述限电流值。

8.一种具有限流电路的电子装置，包括：

功率晶体管，具有源极、漏极以及栅极，其中所述漏极耦接电子装置，所述源极耦接电压源；以及

限流电路，当所述功率晶体管的源极电位与栅极电位的第一电位差大于第二电位差时被致能，所述电路包括：

第二晶体管，具有第二源极、第二漏极以及第二栅极，其中所述第二漏极耦接电流源，所述第二栅极耦接所述功率晶体管的栅极；以及

压降控制单元，具有第一端与第二端，其中，所述第一端接收第一电压，所述第二端耦接所述第二源极，所述压降控制单元提供一压降，使所述第二晶体管的栅极电位与所述第一电压的所述第二电位差为所述功率晶体管输出电流值等于限电流值时，所述功率晶体管的源极电位与栅极电位的电位差。

9.根据权利要求8所述的具有限流电路的电子装置，其中，所述电流限制装置还包括：

电流复制电路，耦接电压源，具有第一电流输出端与第二电流输出端，耦接所述功率晶体管的栅极与所述第二栅极；以及

缓冲装置，耦接所述第一电流输出端与所述地电位。

10.一种限流电路，耦接功率晶体管，所述限流电路包括：

压降控制单元，具有第一端与第二端，其中所述第一端接收第一电压，所述第二端耦接所述第二源极，用以产生压降，使所述第二晶体管的栅极电位与所述第一电压的第二电位差相等于所述功率晶体管输出电流值等于限电流值时，所述功率晶体管的源极电位与栅极电位的电位差；以及

电流复制电路，耦接所述电压源，具有第一电流输出端，耦接缓冲装置与第二电流输出端，耦接所述第二栅极，其中当所述功率晶体管的栅极电压低于预定值时，所述第二晶体管被导通，且所述电流复制电路调整所述功率晶体管的栅极电压，使流经所述功率晶体管的电流为所述限电流值。