CN104269829B - 自适应阈值短路保护电路 - Google Patents
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Abstract
自适应阈值短路保护电路，所述自适应阈值是指短路保护电路的阈值能够自动随着芯片输入电压的变化而变化，不再是一个固定阈值，其特征在于，包括短路检测逻辑电路，所述短路检测逻辑电路包括第一参考电平端和第二参考电平端，所述第一参考电平端通过第一输入电压检测器连接芯片电路的输入电压端，所述第二参考电平端通过第二输入电压检测器连接芯片电路的输入电压端。
Description
技术领域
本发明涉及芯片电路短路保护技术，特别是一种自适应阈值短路保护电路，所述自适应阈值是指短路保护电路的阈值能够自动随着芯片输入电压的变化而变化，不再是一个固定阈值。
背景技术
图1是现有固定阈值短路保护电路结构示意图。传统固定阈值短路保护电路如图1所示，包括电流源1，其提供预设电流值Iset，电流源1的出口端连接接地端12，电流源1的进口端与电流放大器2的负端(-)形成第一节点A，所述第一节点A通过预设电阻Rset连接输入电压端Vin；所述电流放大器2的正端(+)与感应NMOS管Mns的漏极形成第二节点B，所述电流放大器2的输出端输出电流放大器输出信号CL；所述第二节点B通过感应电阻Rsense连接输入电压端Vin；所述感应NMOS管Mns的栅极与功率NMOS管Mnp的栅极互连，所述功率NMOS管Mnp的栅极连接栅极驱动电路3，所述功率NMOS管Mnp的漏极连接输入电压端Vin；所述功率NMOS管Mnp的源极与所述感应NMOS管Mns的源极互连，所述功率NMOS管Mnp的源极分成两路，其中一路连接输出电压端Vout，另一路通过电容C连接接地端12；所述感应NMOS管Mns的源极连接短路检测逻辑电路11；所述短路检测逻辑电路11包括比较器6，所述比较器6的负端(-)连接所述感应NMOS管Mns的源极，所述比较器6的正端(+)分别连接第一NMOS管4的源极和第二NMOS管5的源极，所述第一NMOS管4的漏极连接第一参考电平端Vref1，所述第二NMOS管5的漏极连接第二参考电平端Vref2；所述第一NMOS管4的栅极连接第一信号输出端10(short)，第一信号输出端10输出短路检测逻辑电路输出信号short；所述第二NMOS管5的栅极连接第二信号输出端9(shortB)，第二信号输出端9输出反相短路检测逻辑电路输出信号shortB；所述比较器6的输出端连接第一反相器7的输入端，第一反相器7的输出端分别连接第二反相器8的输入端和第二信号输出端9(shortB)，第二反相器8的输出端连接第一信号输出端10(short)。感应电流Is是流过感应电阻的电流；功率管输出电流Ip定义为流过MnpNMOS管的电流，将流过负载电容的电流定义为Iout，中文名称是‘芯片输出电流’。
在图1中，Mnp为芯片中的功率输出器件，为后级负载提供电流或电压。Mns检测Mnp流过的电流Ip。芯片启动初期，由于Vout<<Vin，Mns及Mnp工作在饱和区，设则Ip＝N·Is(一般地N》1，即Ip》Is)。Mns将检测到的电流变化信息ΔIs转化成电压变化信息ΔIs·Rsense提供给电流放大器的正输入端。CL(电流放大器输出)为Low，表示芯片工作在限流阶段。由于电流放大器的闭环作用迫使正负输入端电压相等，则能够得到Mnp输出电流Ip的表达式为：Ip与Is的和Iout(芯片输出电流)注入负载，Vout随之上升。由于Vout从0开始增大，所以芯片上电初期short logic(短路检测逻辑电路)输出信号short(短路检测逻辑电路输出)为高电平，shortB(反相短路检测逻辑电路输出)为低电平，选通Vref1为比较器的正输入端。随着启动过程的进行，Vout逐渐升高，当Vout>Vref1，short变为低电平，shortB变为高电平，屏蔽Vref1将Vref2选入(Vref1>Vref2)。当芯片输出端出现短路状况，即Vout<Vref2时，short logic输出信号short由低电平转为高电平，返回控制作用于MnP栅极的Gate Driver Circuit(栅极驱动电路)，拉低MnP栅压，关闭输出级，起到保护芯片的作用。
对于具有传统固定阈值短路保护电路的芯片来说，固定短路保护阈值会使得芯片在某些应用中(如芯片低输入电压，大电容负载)，无法及时解除短路保护功能、限制芯片正常启动的问题。
本发明人对存在的问题分析如下：如果芯片在启动期间，输出电压Vout在启动设定时间内无法升至高于Vref1，则shortlogic输出始终为High，也就是说芯片启动过程结束后，芯片输出端虽然未短路，但始终为High的short信号会让芯片“认为”发生了短路事件。同时这个信号会控制Gate Driver Circuit，拉低Power Device栅压，关闭输出级。这种现象在芯片输入电压较低，负载容值较大的情况下将导致芯片启动失败的结果。例如，设芯片Vin＝2.5V，Cout＝100uF，Ip＝2A，启动时间t＝15ms，短路保护阈值Vref1＝0.4V，在芯片启动过程结束后short输出为高电平，芯片输出级关闭，启动失败。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种自适应阈值短路保护电路，所述自适应阈值是指短路保护电路的阈值能够自动随着芯片输入电压的变化而变化，不再是一个固定阈值。对于具有传统固定阈值短路保护电路的芯片来说，固定短路保护阈值会使得芯片在某些应用中(如芯片低输入电压，大电容负载)，无法及时解除短路保护功能、限制芯片正常启动的问题。本发明解决了这一问题。
本发明的技术方案如下：
自适应阈值短路保护电路，其特征在于，包括短路检测逻辑电路，所述短路检测逻辑电路包括第一参考电平端和第二参考电平端，所述第一参考电平端通过第一输入电压检测器连接芯片电路的输入电压端，所述第二参考电平端通过第二输入电压检测器连接芯片电路的输入电压端。
所述第一输入电压检测器和所述第二输入电压检测器均用于检测输入电压，所述第一输入电压检测器按照与所述输入电压的比例关系或一定倍数关系输出电压信号即第一参考电平，所述第二输入电压检测器按照与所述输入电压的比例关系或一定倍数关系输出电压信号即第二参考电平。
所述第一参考电平＞所述第二参考电平。
在所述短路检测逻辑电路中，所述第一参考电平端连接第一NMOS管的漏极，所述第二参考电平端连接第二NMOS管的漏极，所述第一NMOS管的栅极连接第一信号输出端，第一信号输出端10输出短路检测逻辑电路输出信号；所述第二NMOS管的栅极连接第二信号输出端，第二信号输出端输出反相短路检测逻辑电路输出信号；所述第一NMOS管的源极和第二NMOS管的源极均连接比较器的正端，所述比较器的输出端连接第一反相器的输入端，第一反相器的输出端分别连接第二反相器的输入端和第二信号输出端，第二反相器的输出端连接第一信号输出端；所述比较器的负端连接芯片电路的输出电压端。
包括电流源，电流源的出口端连接接地端，电流源的进口端与电流放大器的负端形成第一节点，所述第一节点通过预设电阻连接输入电压端；所述电流放大器的正端与感应NMOS管的漏极形成第二节点，所述电流放大器的输出端输出电流放大器输出信号；所述第二节点通过感应电阻连接输入电压端；所述感应NMOS管的栅极与功率NMOS管的栅极互连，所述功率NMOS管的栅极连接栅极驱动电路，所述功率NMOS管的漏极连接输入电压端；所述功率NMOS管的源极与所述感应NMOS管的源极互连，所述功率NMOS管的源极分成两路，其中一路连接输出电压端，另一路通过电容连接接地端。
本发明的技术效果如下：本发明自适应阈值短路保护电路通过增加输入电压检测电路，使得短路保护电路的阈值能够自适应芯片输入电压，保证芯片在某些应用中、正常启动期间能够及时解除“短路”状态，达到芯片正常启动的目的。在增加两个输入电压检测器的情况下，解决了固定阈值短路保护电路使得芯片在某些应用中(如芯片低输入电压，大电容负载)，无法及时解除短路保护功能，限制芯片正常启动的问题。该方法简便易行，节约成本。
附图说明
图1是现有固定阈值短路保护电路结构示意图。
图2是实施本发明自适应阈值短路保护电路结构示意图。
附图标记列示如下：1-电流源；2-电流放大器；3-栅极驱动电路；4-第一NMOS管；5-第二NMOS管；6-比较器；7-第一反相器；8-第二反相器；9-第二信号输出端；10-第一信号输出端；11-短路检测逻辑电路；12-接地端；13-第一输入电压检测器；14-第二输入电压检测器；Vin-输入电压或输入电压端或输入电压值；Rset-预设电阻或预设电阻值；Iset-预设电流值或预设电流；Rsense-感应电阻；A-第一节点；B-第二节点；Is-感应电流；Ip-功率管输出电流；Mns-感应NMOS管；Mnp-功率NMOS管；CL-电流放大器输出信号或电流放大器信号输出端；Iout-芯片输出电流；Vout-输出电压或输出电压端或输出电压值；C-电容；Vref1-第一参考电平或第一参考电平端；Vref2-第二参考电平或第二参考电平端；short-短路检测逻辑电路输出信号；shortB-反相短路检测逻辑电路输出信号。
具体实施方式
下面结合附图(图2)对本发明进行说明。
图2是实施本发明自适应阈值短路保护电路结构示意图。如图2所示，自适应阈值短路保护电路，包括短路检测逻辑电路11，所述短路检测逻辑电路11包括第一参考电平端Vref1和第二参考电平端Vref2，所述第一参考电平端Vref1通过第一输入电压检测器13连接芯片电路的输入电压端Vin，所述第二参考电平端Vref2通过第二输入电压检测器14连接芯片电路的输入电压端Vin。所述第一输入电压检测器13和所述第二输入电压检测器14均用于检测输入电压，所述第一输入电压检测器13按照与所述输入电压(Vin)的比例关系或一定倍数关系输出电压信号即第一参考电平(Vref1)，所述第二输入电压检测器14按照与所述输入电压(Vin)的比例关系或一定倍数关系输出电压信号即第二参考电平(Vref2)。所述第一参考电平＞所述第二参考电平。在所述短路检测逻辑电路11中，所述第一参考电平端Vref1连接第一NMOS管4的漏极，所述第二参考电平端Vref2连接第二NMOS管5的漏极，所述第一NMOS管4的栅极连接第一信号输出端10(short)，第一信号输出端10输出短路检测逻辑电路输出信号short；所述第二NMOS管5的栅极连接第二信号输出端9(shortB)，第二信号输出端9输出反相短路检测逻辑电路输出信号shortB；所述第一NMOS管4的源极和第二NMOS管5的源极均连接比较器6的正端，所述比较器6的输出端连接第一反相器7的输入端，第一反相器7的输出端分别连接第二反相器8的输入端和第二信号输出端9，第二反相器8的输出端连接第一信号输出端10；所述比较器6的负端连接芯片电路的输出电压端Vout。
包括电流源1，电流源1的出口端连接接地端12，电流源1的进口端与电流放大器2的负端(-)形成第一节点A，所述第一节点A通过预设电阻Rset连接输入电压端Vin；所述电流放大器2的正端与感应NMOS管Mns的漏极形成第二节点B，所述电流放大器2的输出端输出电流放大器输出信号CL；所述第二节点B通过感应电阻Rsense连接输入电压端Vin；所述感应NMOS管Mns的栅极与功率NMOS管Mnp的栅极互连，所述功率NMOS管Mnp的栅极连接栅极驱动电路3，所述功率NMOS管Mnp的漏极连接输入电压端Vin；所述功率NMOS管Mnp的源极与所述感应NMOS管Mns的源极互连，所述功率NMOS管Mnp的源极分成两路，其中一路连接输出电压端Vout，另一路通过电容C连接接地端12。
自适应阈值短路保护电路如图2所示，增加两个Vin Voltage Sensor(输入电压检测器)检测输入电压，输出与Vin成一定倍数关系的电压信号，通过上述short logic输出信号的作用选通二者作为比较器的正输入端参考电压。用这样的方法使得芯片短路保护阈值电压随芯片输入电压的变化而变化，使得芯片能够适应不同输入电压以及不同负载下正常启动及短路保护的应用。
在实际应用中，设Vin Voltage Sensor1(1号输入电压检测器)的增益为a＝0.1，Vin Voltage Sensor2(2号输入电压检测器)的增益为b＝0.05，芯片Vin＝2.5V，Cout＝100uF，Ip＝2A，限流时间t＝15ms，则Vref1＝0.25V，Vref2＝0.125V，启动过程的末期，相比于传统固定阈值短路保护电路来说避免了未短路但启动失败的问题。
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。
Claims (4)
1.自适应阈值短路保护电路，其特征在于，包括短路检测逻辑电路，所述短路检测逻辑电路包括第一参考电平端和第二参考电平端，所述第一参考电平端通过第一输入电压检测器连接芯片电路的输入电压端，所述第二参考电平端通过第二输入电压检测器连接芯片电路的输入电压端；在所述短路检测逻辑电路中，所述第一参考电平端连接第一NMOS管的漏极，所述第二参考电平端连接第二NMOS管的漏极，所述第一NMOS管的栅极连接第一信号输出端，第一信号输出端输出短路检测逻辑电路输出信号；所述第二NMOS管的栅极连接第二信号输出端，第二信号输出端输出反相短路检测逻辑电路输出信号；所述第一NMOS管的源极和第二NMOS管的源极均连接比较器的正端，所述比较器的输出端连接第一反相器的输入端，第一反相器的输出端分别连接第二反相器的输入端和第二信号输出端，第二反相器的输出端连接第一信号输出端；所述比较器的负端连接芯片电路的输出电压端。
2.根据权利要求1所述的自适应阈值短路保护电路，其特征在于，所述第一输入电压检测器和所述第二输入电压检测器均用于检测输入电压，所述第一输入电压检测器按照与所述输入电压的比例关系或一定倍数关系输出电压信号即第一参考电平，所述第二输入电压检测器按照与所述输入电压的比例关系或一定倍数关系输出电压信号即第二参考电平。
3.根据权利要求2所述的自适应阈值短路保护电路，其特征在于，所述第一参考电平＞所述第二参考电平。
4.根据权利要求1所述的自适应阈值短路保护电路，其特征在于，包括电流源，电流源的出口端连接接地端，电流源的进口端与电流放大器的负端形成第一节点，所述第一节点通过预设电阻连接输入电压端；所述电流放大器的正端与感应NMOS管的漏极形成第二节点，所述电流放大器的输出端输出电流放大器输出信号；所述第二节点通过感应电阻连接输入电压端；所述感应NMOS管的栅极与功率NMOS管的栅极互连，所述功率NMOS管的栅极连接栅极驱动电路，所述功率NMOS管的漏极连接输入电压端；所述功率NMOS管的源极与所述感应NMOS管的源极互连，所述功率NMOS管的源极分成两路，其中一路连接输出电压端，另一路通过电容连接接地端。
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