CN103178701B

CN103178701B - 一种限流装置及限流方法

Info

Publication number: CN103178701B
Application number: CN201110437717.9A
Authority: CN
Inventors: 周红星
Original assignee: Nationz Technologies Inc
Current assignee: Nationz Technologies Inc
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2031-12-23
Also published as: CN103178701A

Abstract

本发明提供了一种限流装置，包括：功率MOS管，其一个输出端连接到负载；恒流源输入电路，包括第一MOS管，其栅极接恒流源；镜像电路，包括第二MOS管，通过第二MOS管将流经运放源跟随支路的恒流源电流Ibase镜像到功率MOS管；运放源跟随支路，其输出接镜像电路，并包括运算放大器和第三MOS管，第三MOS管的栅极和漏极分别接该运算放大器的输出端和第一MOS管的源极。本发明通过基准电流镜像限定电源软启动电流和过载电流，限流结构无需基准电压，电路结构简单；采用镜像电流方式限流可以通过打开或关闭电流支路，灵活地设定限定的电流大小；同时，本发明采用与运放源跟随支路相结合的方式，简化了电路结构。

Description

一种限流装置及限流方法

技术领域

本发明涉及电源领域，更具体的说，涉及一种在电源转换电路中设定电源软启动和过载电流的限流装置。

背景技术

低压差线性稳压器LDO、开关型的直流到直流的电源转换器DCDC、开关电容转换电路SCC等电源转换电路在系统应用中，为了减少电路启动时给系统带来瞬态启动大电流，需要有软启动功能；另外，负载处于异常工作状态导致负载超过额定值，需要对电路和系统进行保护，因此，电源转换电路一般都要求具备过载电流检测功能，以便在过载时将负载电流钳位在安全值。

一般的限流装置如图1、图2所示。图1中通过控制PMOS功率管的栅电压来控制其导通电流，这种做法需要增加运算放大器Amp等额外的电路开销，带来较大的版图面积和功耗开销。图2中通过Vbase电压来控制基准镜像电流，需要消耗两条支路电流，造成功耗浪费，同时要产生两个限流点需要两个Vbase电压，还需要额外的基准电压产生装置，带来更多的版图和功耗开销。

因此，需要提出一种既能限定电源软启动电流和过载电流，又能节约版图面积和功耗的限流装置。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提出一种限流装置，包括：

功率MOS管，该功率MOS管的一个输出端连接到负载；

恒流源输入电路，包括第一MOS管，其栅极接恒流源；

镜像电路，包括第二MOS管，通过该第二MOS管将流经运放源跟随支路的恒流源电流Ibase镜像到所述功率MOS管；

运放源跟随支路，其输出接镜像电路，并包括运算放大器Amp和第三MOS管，第三MOS管的栅极和漏极分别接该运算放大器的输出端和第一MOS管的源极。

进一步，第二MOS管和功率MOS管的尺寸比例为1:n，该功率MOS管的最大电流值就被钳位在限定电流Imax，其中限定电流Imax等于n倍Ibase。

进一步，恒流源输入电路中的第一MOS管由多个电流管组成，从而形成多条电流支路，将Ibase分成m份，并且所形成的每一个电流支路均通过MOS开关来控制其通断，以根据需要调整需要镜像的电流大小。

本发明还提出了一种限制流经功率MOS管的电流的方法，该方法包括：恒流源Ibase经第一MOS管的栅极输入，经运放源跟随支路后经镜像电路接所述功率MOS管，所述功率MOS管的一个输出端连接到负载；其中，镜像电路，包括第二MOS管，通过该第二MOS管将恒流源电流Ibase镜像到所述功率MOS管；运放源跟随支路，包括运算放大器Amp和第三MOS管，第三MOS管的栅极和漏极分别接该运算放大器的输出端和第一MOS管的源极。

本发明通过基准电流镜像来限定电源软启动电流和过载电流，基准电流可以复用系统中普通恒流偏置电流，限流结构中无需基准电压，电路结构简单；采用镜像电流方式限流可以通过打开或关闭电流支路，非常灵活的对限定的电流大小进行设定；同时，本发明采用与运放源跟随支路相结合的方式，简化了电路结构。

附图说明

图1为现有技术中的一种限流装置。

图2为现有技术中的另一种限流装置。

图3为本发明提出的限流装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明通过将恒流镜像到功率管的办法来控制功率管的电流。一种具体的限流装置如图3所示，包括功率MOS管、恒流源输入电路、镜像电路和运放源跟随支路。功率MOS管(后面简称为power管)的一个输出端连接到负载；恒流源输入电路包括一第一MOS管n1，其栅极接恒流源；镜像电路，包括第二MOS管p1，通过p1管将恒流源电流Ibase镜像到power管；运放源跟随支路，包括运算放大器Amp和第三MOS管n2，该运算放大器的输出端连接n2管的栅极。其中，p1管和power管的尺寸比例为1:n；power管的最大电流值就被钳位在限定电流Imax，其中限定电流Imax等于n倍Ibase，此时power管的栅电压为最小值。通过这种方式power的导通电流可以被设定出一个最大值，用于软启动和过载保护。

当power管的导通电流小于Imax时，流过n1管支路的电流由负载决定，此时用于限流的结构不会带来额外的电流开销。

在本发明中，Imax的设定值计算如下：

Imax=n*Ibase

其中，Imax为输入power管的最大电流，n为恒流源镜像比例，Ibase为恒流源电流。

进一步，n1管可以由多个电流管组成，以形成多条电流支路，达到将Ibase分成m份的目的；同时，这些电流支路的每一个都可以通过一个MOS管开关（例如NMOS管）来控制它的通断，这样可以灵活地调整需要镜像的电流大小，最终的Imax也就可以被灵活的设定成不同值。其计算公式如下：

Imax=n/m*Ibase。

假设在电源软启动时需要将启动电流设定在Istar，可以通过调整m的值将Imax设定等于Istar电流，这样在电源启动时确保启动电流不会超过Istar；同理，过载电流也可通过控制m值设定，以达到过载保护目的。

在本发明中，Imax值和Ibase值通过电流镜像管p1来镜像，Ibase值的变化和Imax几乎同时发生，通过开关MOS管打开或关闭电流支路调整Ibase电流大小来灵活设定限定电流Imax的值，因此,Imax值的设定和切换可很快完成，这样可以有效防止设定Imax电流时造成的power电流过冲太大。另外，本发明通过将限流支路与运放源跟随支路相结合的办法，达到了简化电路结构，节省版图面积和功耗的目的；本发明集成的软启动机制复用了SCC反馈控制结构，减少了输入功率管的个数，节省版图面积，提高了转换效率。当本发明中的限流支路在系统不工作在Imax电流设定状态时，与运放的跟随支路是合二为一的，可以将限流功能的功耗开销降低到0，并且不影响限流的快速响应。

本发明适可以适用于一切有限流需求的电源解决方案中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种限流装置，包括：

功率MOS管，该功率MOS管的一个输出端连接到负载；

恒流源输入电路，包括第一MOS管，其栅极接恒流源；恒流源输入电路中的第一MOS管由多个电流管组成，从而形成多条电流支路，将恒流源电流Ibase分成m份，并且所形成的每一个电流支路均通过MOS开关来控制其通断，以根据需要调整需要镜像的电流大小；

运放源跟随支路，其输出接镜像电路，并包括运算放大器Amp和第三MOS管，第三MOS管的栅极和漏极分别接该运算放大器Amp的输出端和第一MOS管的源极。

2.如权利要求1所述的限流装置，其特征在于，第二MOS管和功率MOS管的尺寸比例为1:n，该功率MOS管的最大电流值就被钳位在限定电流Imax，其中限定电流Imax等于n倍恒流源电流Ibase。

3.一种限制流经功率MOS管的电流的方法，该方法包括：

恒流源电流Ibase经第一MOS管的栅极输入，经运放源跟随支路后经镜像电路接所述功率MOS管，所述功率MOS管的一个输出端连接到负载；其中，镜像电路，包括第二MOS管，通过该第二MOS管将恒流源电流Ibase镜像到所述功率MOS管；运放源跟随支路，包括运算放大器Amp和第三MOS管，第三MOS管的栅极和漏极分别接该运算放大器Amp的输出端和第一MOS管的源极；第一MOS管由多个电流管组成，从而形成多条电流支路，将恒流源电流Ibase分成m份，并且所形成的每一个电流支路均通过MOS开关来控制其通断，以根据需要调整需要镜像的电流大小。

4.如权利要求3所述的限制流经功率MOS管的电流的方法，其特征在于，第二MOS管和功率MOS管的尺寸比例为1:n，该功率MOS管的最大电流值就被钳位在限定电流Imax，其中限定电流Imax等于n倍恒流源电流Ibase。