CN105005349B - 过电流保护电路、半导体装置以及稳压器 - Google Patents

Abstract

提供过电流保护电路、半导体装置以及稳压器，它们防止过大的电流长时间流过输出端子。构成为，具有：流过与流过输出晶体管的输出电流成比例的电流的第一晶体管；流过基准电流的恒流电路；对流过第一晶体管的电流与基准电流进行比较的比较电路；以及根据从比较电路输出的信号，对输出晶体管的栅极进行控制的控制电路。

Description

过电流保护电路、半导体装置以及稳压器

技术领域

本发明涉及过电流保护电路、具有该过电流保护电路的半导体装置以及稳压器。

背景技术

对现有的具有过电流保护电路的稳压器进行说明。图4是示出现有的具有过电流保护电路的稳压器的电路图。现有的稳压器具有基准电压电路401、NMOS晶体管403、404、405、PMOS晶体管402、406、110、电阻204、205、电源端子101、接地端子100以及输出端子102。

在基准电压电路401的基准电压Vref大于由电阻204、205对输出端子102的输出电压Vout进行分压而得到的分压电压Vfb时，作为由NMOS晶体管403、404、405和PMOS晶体管402、406构成的误差放大电路的输出的PMOS晶体管110的栅极的电位变低，使PMOS晶体管110的导通电阻降低。而且，以使输出电压Vout上升而使分压电压Vfb与基准电压Vref相等的方式进行动作。在基准电压Vref比分压电压Vfb小时，作为误差放大电路的输出的PMOS晶体管110的栅极的电位变高，使PMOS晶体管110的导通电阻增大。而且，以使输出电压Vout降低而使分压电压Vfb与基准电压Vref相等的方式进行动作。

稳压器通过始终保持分压电压Vfb与基准电压Vref相等，产生恒定的输出电压Vout(例如，参照专利文献1的图2)。

专利文献1：日本特开平4-195613号公报。

发明内容

然而，在现有的稳压器中，存在如下问题：当过大的电流持续流过输出端子时，PMOS晶体管110发热而被破坏。

本发明是鉴于上述问题而完成的，提供了防止过大的电流长时间流过输出端子的过电流保护电路、具有过电流保护电路的半导体装置以及稳压器。

为了解决现有的问题，本发明的过电流保护电路、具有过电流保护电路的半导体装置以及稳压器采用如下的结构。

构成为具有：第一晶体管，在该第一晶体管中流过与流过输出晶体管的输出电流成比例的电流；恒流电路，在该恒流电路中流过基准电流；比较电路，其对流过第一晶体管的电流与基准电流进行比较；以及控制电路，其根据从比较电路输出的信号，对输出晶体管的栅极进行控制。

发明效果

不会对驱动电路的控制造成障碍，并且能够防止输出晶体管在有过电流流过输出端子时被破坏。

附图说明

图1是本发明的具有过电流保护电路的半导体装置的电路图。

图2是本发明的具有过电流保护电路的稳压器的电路图。

图3是示出本发明的具有过电流保护电路的稳压器的另一例的电路图。

图4是现有的稳压器的电路图。

标号说明

100：接地端子；101：电源端子；102：输出端子；103：驱动电路；104：恒流电路；201：基准电压电路；202：误差放大电路；401：基准电压电路。

具体实施方式

(第一实施方式)

图1是本发明的具有过电流保护电路的半导体装置的电路图。

本发明的具有过电流保护电路的半导体装置具有驱动电路103、恒流电路104、NMOS晶体管105、106、PMOS晶体管107、108、109、110、电源端子101、接地端子100以及输出端子102。

对本发明的具有过电流保护电路的半导体装置的连接进行说明。驱动电路103的输出端连接于PMOS晶体管108的漏极、PMOS晶体管109的栅极和PMOS晶体管110的栅极。关于PMOS晶体管108，其栅极连接于PMOS晶体管107的栅极和漏极，源极与电源端子101连接。PMOS晶体管107的源极与电源端子101连接。关于恒流电路104，其一个端子与电源端子101连接，另一个端子连接于PMOS晶体管107的栅极和漏极。关于NMOS晶体管105，其栅极连接于NMOS晶体管106的栅极和漏极，漏极与PMOS晶体管107的栅极和漏极连接，源极与接地端子100连接。NMOS晶体管106的源极与接地端子100连接。关于PMOS晶体管109，其漏极连接于NMOS晶体管106的栅极和漏极，源极与电源端子101连接。关于PMOS晶体管110，其漏极与输出端子102连接，源极与电源端子101连接。

接着，对本发明的具有过电流保护电路的半导体装置的动作进行说明。当向电源端子101输入电源电压VDD时，驱动电路103进行工作，利用驱动电路103的输出，对作为输出晶体管进行工作的PMOS晶体管110的动作进行控制。当PMOS晶体管110根据驱动电路103的输出进行工作时，在输出端子102上产生输出电压Vout。

在PMOS晶体管110进行工作时，如果在输出端子102上连接了负载，则在PMOS晶体管109中流过与流过PMOS晶体管110的电流成比例的电流Imon。NMOS晶体管106与NMOS晶体管105构成电流镜，产生以任意的倍率复制电流Imon而得到的电流Imon1。在恒流电路104中流过基准电流Ia，基准电流Ia与NMOS晶体管105的输出电流Imon1被进行比较。

在Imon1＞Ia时，在PMOS晶体管107中流过Imon1-Ia的电流。而且，以如下方式进行工作：由PMOS晶体管107、108构成的电流镜以任意的倍率对该电流进行放大，电流流过PMOS晶体管108，使PMOS晶体管110截止。另外，Imon1与Ia之差越大，对PMOS晶体管110的栅极进行充电的电流越大，因此，PMOS晶体管110迅速地截止，当Imon1与Ia之差较小时，PMOS晶体管110缓慢地截止。在Imon1＜Ia时，不会在PMOS晶体管107中流过电流。因此，PMOS晶体管110不会截止。

这样，在输出端子102上连接了负载并且有过电流流过PMOS晶体管110时，使PMOS晶体管110截止，能够防止PMOS晶体管110被破坏。PMOS晶体管110的截止速度取决于流过PMOS晶体管108的电流的大小，由于该电流不会急剧地增大，因此，即使由驱动电路103进行了使流过PMOS晶体管110的电流瞬时增大的控制，也不会立即使PMOS晶体管110截止。因此，在这点上，不会对驱动电路103的控制造成障碍。

另外，作为对电流Imon1与基准电流Ia进行比较的电路，虽然使用了由NMOS晶体管106与NMOS晶体管105构成的电流镜，但是不限于该结构，可以是能够对电流Imon1与基准电流Ia进行比较的任意的比较电路。此外，作为以任意的倍率对流过PMOS晶体管107的电流进行复制的电路，虽然使用了电流镜，但是不限于该结构，可以是以任意的倍率来复制电流的任意的电流放大电路。例如，也可以使用如下的电压比较器和控制电路：该电压比较器对在电阻中流过与流过PMOS晶体管110的电流成比例的电流而产生的电压与在电阻中流过基准电流而产生的基准电压进行比较，该控制电路根据该电压比较器的输出信号，对PMOS晶体管110的栅极进行控制。

如上所述，本发明的具有过电流保护电路的半导体装置不会对驱动电路的控制造成障碍，并且能够防止输出晶体管在有过电流流过输出端子时被破坏。

(第二实施方式)

图2是本发明的具有过电流保护电路的稳压器的电路图。与图1的差异点为，去除驱动电路103，追加了基准电压电路201、电阻204、205、误差放大电路202。关于连接，误差放大电路202的反相输入端子与基准电压电路201的正极连接，误差放大电路202的同相输入端子连接于电阻204、205的连接点，误差放大电路202的输出端连接于PMOS晶体管108的漏极、PMOS晶体管109的栅极和PMOS晶体管110的栅极。基准电压电路201的负极与接地端子100连接，电阻204的另一个端子与输出端子102连接，电阻205的另一个端子与接地端子100连接。其他与图1相同。

对本发明的具有过电流保护电路的稳压器的动作进行说明。当向电源端子101输入电源电压VDD时，稳压器从输出端子102输出输出电压Vout。电阻204、205对输出电压Vout进行分压而输出分压电压Vfb。误差放大电路202对基准电压电路201的基准电压Vref与分压电压Vfb进行比较，对作为输出晶体管进行工作的PMOS晶体管110的栅极电压进行控制，以使得输出电压Vout恒定。

当输出电压Vout比规定电压高时，分压电压Vfb比基准电压Vref高。因此，误差放大电路202的输出信号(PMOS晶体管110的栅极的电位)变高，PMOS晶体管110逐渐截止，因此输出电压Vout变低。此外，当输出电压Vout比规定电压低时，进行与上述的动作相反的动作，使输出电压Vout变高。这样，稳压器以使输出电压Vout恒定的方式进行工作。

考虑在输出端子102上连接了负载而流过过电流的情况。在PMOS晶体管109中流过与流过PMOS晶体管110的电流成比例的电流Imon。NMOS晶体管106与NMOS晶体管105构成电流镜，产生以任意的倍率复制电流Imon而得到的电流Imon1。在恒流电路104中流过基准电流Ia，基准电流Ia与NMOS晶体管105的输出电流Imon1被进行比较。

在Imon1＞Ia时，在PMOS晶体管107中流过Imon1-Ia的电流。并且，以如下方式进行工作：由PMOS晶体管107、108构成的电流镜以任意的倍率对该电流进行放大，电流流过PMOS晶体管108，使PMOS晶体管110截止。另外，Imon1与Ia之差越大，对PMOS晶体管110的栅极进行充电的电流越大，因此PMOS晶体管110迅速地截止，而当Imon1与Ia之差较小时，PMOS晶体管110缓慢地截止。在Imon1＜Ia时，不会在PMOS晶体管107中流过电流。因此，PMOS晶体管110不会截止。

这样，在输出端子102上连接了负载而有过电流流过PMOS晶体管110时，使PMOS晶体管110截止，能够防止PMOS晶体管110被破坏。PMOS晶体管110的截止速度取决于流过PMOS晶体管108的电流的大小，由于该电流不会急剧地增大，因此，即使由误差放大电路202进行了使流过PMOS晶体管110的电流瞬时增大的控制，也不会立即使PMOS晶体管110截止。例如，当输出端子的负载从轻负载变成重负载时，虽然误差放大电路202控制为使得较大的电流流过PMOS晶体管110，但是，在这点上，不会对该控制造成障碍。

另外，作为对电流Imon1与基准电流Ia进行比较的电路，虽然使用了由NMOS晶体管106与NMOS晶体管105构成的电流镜，但是不限于该结构，可以是能够对电流Imon1与基准电流Ia进行比较的任意的比较电路。此外，作为以任意的倍率对流过PMOS晶体管107的电流进行复制的电路，虽然使用了电流镜，但是不限于该结构，可以是以任意的倍率来复制电流的任意的电流放大电路。例如，也可以使用如下的电压比较器和控制电路：该电压比较器对在电阻中流过与流过PMOS晶体管110的电流成比例的电流而产生的电压与在电阻中流过基准电流电阻而产生的基准电压进行比较，该控制电路根据该电压比较器的输出信号，对PMOS晶体管110的栅极进行控制。

如上所述，本发明的具有过电流保护电路的稳压器不会对误差放大电路的控制造成障碍，并且能够防止输出晶体管在有过电流流过输出端子时被破坏。

图3是示出本发明的具有过电流保护电路的稳压器的另一例的电路图。与图2的差异点为，将PMOS晶体管108的漏极连接成使误差放大电路202的偏置电流增大。

对图3的稳压器的动作进行说明。通常的动作与图2的稳压器相同。当在输出端子102上连接了负载而流过过电流时，在PMOS晶体管109中流过与流过PMOS晶体管110的电流成比例的电流Imon。NMOS晶体管106与NMOS晶体管105构成电流镜，产生以任意的倍率复制电流Imon而得到的电流Imon1。在恒流电路104中流过基准电流Ia，基准电流Ia与NMOS晶体管105的输出电流Imon1被进行比较。

在Imon1＞Ia时，在PMOS晶体管107中流过Imon1-Ia的电流。而且，由PMOS晶体管107、108构成的电流镜以任意的倍率对该电流进行放大，电流流过PMOS晶体管108，使误差放大电路202的偏置电流增大。而且，以如下方式进行工作：提高误差放大电路202的响应性，通过误差放大电路202的控制，使PMOS晶体管110截止。另外，Imon1与Ia之差越大，误差放大电路202的偏置电流越大，因此，误差放大电路202的响应性进一步提高，使PMOS晶体管110截止的控制变快。此外，当Imon1与Ia之差较小时，误差放大电路202的偏置电流稍微增大，因此误差放大电路202的响应性稍微提高，与误差放大电路202的偏置电流没有增大时相比，稍快地进行使PMOS晶体管110截止的控制。在Imon1＜Ia时，不会在PMOS晶体管107中流过电流。因此，误差放大电路202的偏置电流不会增大。

这样，在输出端子102上连接了负载而有过电流流过PMOS晶体管110时，使误差放大电路202的偏置电流增大，通过误差放大电路202的控制，使PMOS晶体管110截止，能够防止PMOS晶体管110被破坏。PMOS晶体管110的截止速度取决于流过PMOS晶体管108的电流的大小，由于该电流不是急剧地增大而是阶段性地增大，因此，误差放大电路202的偏置电流也不是急剧地增大而是阶段性地增大，从而不会立即地过度地阻碍误差放大电路202的振荡裕度观点上的稳定动作，并且同时实现了基于偏置电流增大的响应性提高，能够解决本申请所要解决的问题。更具体而言，例如在过电流流过PMOS晶体管110时，能够同时实现误差放大电路202的稳定动作与响应速度的提高，能够防止过大的电流长时间流过输出晶体管110，其中，在过电流流过PMOS晶体管110时，误差放大电路202根据因PMOS晶体管110供给过大的负载而上升的输出电压Vout，希望提高PMOS晶体管110的栅极的电位。

另外，作为对电流Imon1与基准电流Ia进行比较的电路，虽然使用了由NMOS晶体管106和NMOS晶体管105构成的电流镜，但是不限于该结构，可以是能够对电流Imon1与基准电流Ia进行比较的任意的比较电路。此外，作为以任意的倍率对流过PMOS晶体管107的电流进行复制的电路，虽然使用了电流镜，但是不限于该结构，可以是以任意的倍率来复制电流的任意的电流放大电路。例如，也可以使用如下的电压比较器和控制电路：该电压比较器对在电阻中流过与流过PMOS晶体管110的电流成比例的电流而产生的电压与在电阻中流过基准电流而产生的基准电压进行比较，该控制电路根据该电压比较器的输出信号，对误差放大电路202的偏置电流进行控制。

如上所述，本发明的具有过电流保护电路的稳压器不会对误差放大电路的控制造成障碍，并且能够防止输出晶体管在有过电流流过输出端子时被破坏。

Claims (6)

1.一种过电流保护电路，其特征在于，所述过电流保护电路具有：

第一晶体管，在所述第一晶体管中流过与流过输出晶体管的输出电流成比例的电流；

恒流电路，在所述恒流电路中流过基准电流；

比较电路，其对流过所述第一晶体管的电流与所述基准电流进行比较；以及

控制电路，其根据从所述比较电路输出的信号，对所述输出晶体管的栅极进行控制，

所述控制电路具有：

第四晶体管，其栅极和漏极连接于所述恒流电路；以及

第五晶体管，其栅极与所述第四晶体管的栅极连接，漏极与所述输出晶体管的栅极连接，

所述控制电路是构成电流镜的电流放大电路，

通过所述第五晶体管中流过的电流来控制所述输出晶体管的截止速度。

2.根据权利要求1所述的过电流保护电路，其特征在于，

所述比较电路具有：

第二晶体管，其栅极和漏极连接于所述第一晶体管的漏极；以及

第三晶体管，其栅极与所述第二晶体管的栅极连接，漏极与所述恒流电路连接，

所述比较电路构成电流镜，

所述比较电路对所述基准电流与所述第三晶体管的电流进行比较。

3.一种半导体装置，其特征在于，所述半导体装置具有：

输出晶体管，其将输入电压输出到输出端子；

驱动电路，其对所述输出晶体管的动作进行控制；以及

权利要求1或2所述的过电流保护电路。

4.一种稳压器，其特征在于，所述稳压器具有：

输出晶体管，其向输出端子输出规定的输出电压；

误差放大电路，其对分压电压与基准电压之差进行放大后输出，对所述输出晶体管的栅极进行控制，其中，所述分压电压是对所述输出电压进行分压而得到的；以及

权利要求1或2所述的过电流保护电路。

5.一种稳压器，其特征在于，所述稳压器具有：

输出晶体管，其向输出端子输出规定的输出电压；

误差放大电路，其对分压电压与基准电压之差进行放大后输出，对所述输出晶体管的栅极进行控制，其中，所述分压电压是对所述输出电压进行分压而得到的；以及

过电流保护电路，

所述过电流保护电路具有：

第一晶体管，在所述第一晶体管中流过与流过所述输出晶体管的输出电流成比例的电流；

恒流电路，在所述恒流电路中流过基准电流；

比较电路，其对流过所述第一晶体管的电流与所述基准电流进行比较；以及

控制电路，其根据从所述比较电路输出的信号，对所述误差放大电路的偏置电流进行控制，

所述控制电路具有：

第四晶体管，其栅极和漏极连接于所述恒流电路；以及

第五晶体管，其栅极与所述第四晶体管的栅极连接，漏极与所述误差放大电路连接，

所述控制电路是构成电流镜的电流放大电路，

通过所述第五晶体管中流过的电流来控制所述输出晶体管的截止速度。

6.根据权利要求5所述的稳压器，其特征在于，

所述比较电路具有：

第二晶体管，其栅极和漏极连接于所述第一晶体管的漏极；

第三晶体管，其栅极与所述第二晶体管的栅极连接，漏极与所述恒流电路连接，

所述比较电路构成电流镜，

所述比较电路对所述基准电流与所述第三晶体管的电流进行比较。