CN107425832B - 一种可双向导通限流的负载开关 - Google Patents

一种可双向导通限流的负载开关 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可双向导通限流的负载开关，通过在主控P型MOS管的两侧各设置一组采样电路，通过误差放大器控制主控P型MOS管的栅极，并在采样电路设置一二极管。本发明的技术方案实现在双向通导的同时进行双向限流，同时具有防电源和地反接的功能。

Description

一种可双向导通限流的负载开关
技术领域
本发明涉及领域电子器件领域，尤其涉及一种可双向导通限流的负载开关。
背景技术
电子器件中，负载开关是一种常被用来控制电路系统的通断。但是，通常负载开关仅具有单向导通特性，而且负载开关电源和地不能反接。在某些应用诸如锂电均衡领域，现有的负载开关无法实现双向导通限流的功能。在接口类应用希望负载开关在电源和地接反情况下系统无损坏，例如触点供电的应用。由于现有的负载开关的开关适应较差，无法被广泛应用，因此有必要对负载开关进行改进。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种可双向导通限流的负载开关，以解决现有技术中负载开关无法双向导通、限流、防反接的技术问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种可双向导通限流的负载开关，所述负载开关分别连接第一端口和第二端口，所述负载开关还包括：
主控P型MOS管，所述主控P型MOS管的源极和漏极分别连接所述第一端口和所述第二端口，用于控制所述第一端口和所述第二端口的双向通导的状态；
第一P型MOS管，所述第一P型MOS管的栅极与所述主控P型MOS管的栅极连接，所述第一P型MOS管的源极和漏极分别连接所述第二端口和第一节点，用于对从所述第二端口流向所述第一端口的电流进行采样；
第二P型MOS管，所述第一P型MOS管的源极和漏极分别连接所述第一节点和第三节点；
第一误差放大器，所述第一误差放大器的两个输入端分别连接所述第一节点和所述第一端口，所述第一误差放大器的输出端连接所述第二P型MOS管的栅极，用于与所述第二P型MOS管组合控制所述第一P型MOS管的源漏电压等于所述主控P型MOS管的源漏电压；
第三P型MOS管，所述第三P型MOS管的栅极与所述主控P型MOS管的栅极连接，所述第三P型MOS管的源极和漏极分别连接所述第一端口和第二节点，用于对从所述第一端口流向所述第二端口的电流进行采样；
第四P型MOS管，所述第四P型MOS管的源极和漏极分别连接所述第二节点和所述第三节点；
第二误差放大器，所述第二误差放大器的两个输入端分别连接所述第二节点和所述第二端口，所述第二误差放大器的输出端连接所述第四P型MOS管的栅极，用于与所述第四P型MOS管组合控制所述第二P型MOS管的源漏电压等于所述主控P型MOS管的源漏电压；
第三误差放大器，所述第三误差放大器的两个输入端分别连接所述第三节点和一基准电压端口，所述第三误差放大器的输出端连接所述主控P型MOS管的栅极，用于控制所述主控P型MOS管进行双向限流。
优选的，所述负载开关还包括一高电平选取器，所述高电平选取器的两个输入端分别连接所述第一端口和所述第二端口，所述高电平选取器的输出端连接所述负载开关的各内部器件，用于比较并选取所述第一端口和所述第二端口中较高的输入电压，从所述输入电压中产生负载开关的内部器件的工作电压，并控制第一P型MOS管和第三P型MOS管的开关。
优选的，所述高电平选取器包括：
两个电平选取P型MOS管的源极和漏极中的一端连接所述高电平选取器的输出端，另一端分别连接所述第一端口或所述第二端口；
一高电平选择比较器，所述高电平选择比较器的输入端分别连接所述第一端口和所述第二端口，所述高电平选择比较器的两个控制端连接所述两个电平选取P型MOS管的栅极，用于根据所述高电平选择比较器的输入端的电压，控制电压较大一侧的所述电平选取P型MOS管导通来输出所述工作电压。
优选的，所述主控P型MOS管、所述第一P型MOS管、所述第二P型MOS管、所述第三P型MOS管、所述第四P型MOS管、所述两个电平选取P型MOS管的衬底均连接所述高电平选取器输出端。
优选的，所述主控P型MOS管的栅极还与所述高电平选取器的输出端连接，用于在所述负载开关关断的情况下，向所述主控P型MOS管的栅极输出所述工作电压，控制所述主控P型MOS管关断。
优选的，所述第三节点和公共接地端之间设置有一电阻。
优选的，所述负载开关还包括一二极管，所述二极管的正极连接公共接地端，所述二极管的负极连接外部接地端，用于在外部电源反接时保护负载开关的各内部器件。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明公开了一种可双向导通限流的负载开关，利于多个放大器和多个P型MOS管控制所述第一端口和所述第二端口在双向导通的同时进行限流控制，同时具有防电源和地反接的功能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是本发明一种可双向导通限流的负载开关的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
本发明一种较佳的实施例中，如图1所示，一种可双向导通限流的负载开关，负载开关分别连接第一端口VA和第二端口VB，负载开关还包括：
主控P型MOS管M0，主控P型MOS管M0的源极和漏极分别连接第一端口VA和第二端口VB，用于控制第一端口VA和第二端口VB的双向通导的状态；
第一P型MOS管M1，第一P型MOS管M1的栅极与主控P型MOS管M0的栅极连接，第一P型MOS管M1的源极和漏极分别连接第二端口VB和第一节点N1，用于对从第二端口VB流向第一端口VA的电流进行采样；
第二P型MOS管M2，第一P型MOS管M1的源极和漏极分别连接第一节点N1和第三节点N3；
第一误差放大器EA1，第一误差放大器EA1的两个输入端分别连接第一节点N1和第一端口VA，第一误差放大器EA1的输出端连接第二P型MOS管M2的栅极，用于与第二P型MOS管M2组合控制第一P型MOS管M1的源漏电压等于主控P型MOS管M0的源漏电压；
第三P型MOS管M3，第三P型MOS管M3的栅极与主控P型MOS管M0的栅极连接，第三P型MOS管M3的源极和漏极分别连接第一端口VA和第二节点N2，用于对从第一端口VA流向第二端口VB的电流进行采样；
第四P型MOS管M4，第四P型MOS管M4的源极和漏极分别连接第二节点N2和第三节点N3；
第二误差放大器EA2，第二误差放大器EA2的两个输入端分别连接第二节点N2和第二端口VB，第二误差放大器EA2的输出端连接第四P型MOS管M4的栅极，用于与第四P型MOS管M4组合控制第二P型MOS管M2的源漏电压等于主控P型MOS管M0的源漏电压；
第三误差放大器EA3，第三误差放大器EA3的两个输入端分别连接第三节点N3和一基准电压端口，第三误差放大器EA3的输出端连接主控P型MOS管M0的栅极，用于控制主控P型MOS管M0进行双向限流。
具体地，本实施例中，第一端口VA和第二端口VB分别为负载开关的两个输入输出端口，在第一端口VA的电压高于和第二端口VB，电流从第一端口VA通过负载开关通向第二端口VB；在第二端口VB的电压高于和第一端口VA，电流从第二端口VB通过负载开关通向第一端口VA，从而实现双向导通。
采用第一P型MOS管M1对从第二端口VB流向第一端口VA的电流进行采样，第二P型MOS管M2和第一误差放大器EA1进行钳位控制，控制第一P型MOS管M1的源漏电压与主控P型MOS管M0源漏电压一致，此时，通过第一P型MOS管M1的采样电流与通过主控P型MOS管M0的电流保持一比例关系。此时，第二误差放大器EA2处于关闭状态。采样电流通过第一P型MOS管M1和第二P型MOS管M2流向第三误差放大器EA3，第三误差放大器EA3将从基准电压端口输出的基准电压与采样电流的电压进行比较后，向主控P型MOS管M0的栅极发送控制电压，实现对第二端口VB流向第一端口VA的电流进行限流控制。
在第一端口VA电压高于第二端口VB电压时，采用第三P型MOS管M3对电流进行电流采样，通过与上述控制方法相同的过程，对电流进行限流控制。其中，第四P型MOS管M4和第二误差放大器EA2对第三P型MOS管M3的采样电流进行钳位控制，控制第三P型MOS管M3的源漏电压与主控P型MOS管M0源漏电压一致，通过第三P型MOS管M3的采样电流与通过主控P型MOS管M0的电流保持一比例关系。此时，第一误差放大器EA1处于关闭状态。第三误差放大器EA3根据采样电流实现对第二端口VB流向第一端口VA的电流进行限流控制。
本发明一种较佳的实施例中，如图1所示，负载开关还包括一高电平选取器，高电平选取器的两个输入端分别连接第一端口VA和第二端口VB，高电平选取器的输出端VH连接负载开关的各内部器件，用于比较并选取第一端口VA和第二端口VB中较高的输入电压，从输入电压中产生负载开关的内部器件的工作电压，并控制第一P型MOS管M1和第三P型MOS管M3的开关。本实施例中，高电平选取器可以通过控制发送的工作电压控制第一P型MOS管M1和第三P型MOS管M3的工作状态。本实施例中，内部器件为各个P型MOS管以及各个误差放大器。
本发明一种较佳的实施例中，如图1所示，高电平选取器包括：
两个电平选取P型MOS管的源极和漏极中的一端连接高电平选取器的输出端VH，另一端分别连接第一端口VA或第二端口VB；
一高电平选择比较器，高电平选择比较器的输入端分别连接第一端口VA和第二端口VB，高电平选择比较器的两个控制端连接两个电平选取P型MOS管的栅极，用于根据高电平选择比较器的输入端的电压，控制电压较大一侧的电平选取P型MOS管导通来输出工作电压。
具体地，本实施例中，通过高电平选择比较器判断输入电压较高的输入端口，通过对电平选取P型MOS管栅极的控制实现向输出端输出工作电压。第一电平选取P型MOS管M5的源极和漏极分别连接高电平选取器的输出端VH和第一端口VA，第一电平选取P型MOS管M5为靠近第一端口VA的电平选取P型MOS管；第二电平选取P型MOS管M6的源极和漏极分别连接高电平选取器的输出端VH和第二端口VB；第二电平选取P型MOS管M6为靠近第二端口VB的电平选取P型MOS管。
本发明一种较佳的实施例中，主控P型MOS管M0、第一P型MOS管M1、第二P型MOS管M2、第三P型MOS管M3、第四P型MOS管M4、两个电平选取P型MOS管的衬底均连接高电平选取器输出端。本实施例中，采用各P型MOS管的衬底连接高电平选取器的方式来获取工作电平。
本发明一种较佳的实施例中，主控P型MOS管M0的栅极还与高电平选取器的输出端VH连接，用于在负载开关关断的情况下，向主控P型MOS管M0的栅极输出工作电压，控制主控P型MOS管M0关断。
本发明一种较佳的实施例中，如图1所示，第三节点N3和公共接地端VSS之间设置有一电阻R。本实施例中，采用电阻R使得采样电流流向第三误差放大器EA3时有一定的电压。
本发明一种较佳的实施例中，如图1所示，负载开关还包括一二极管D，二极管D的正极连接公共接地端VSS，二极管D的负极连接外部接地端GND，用于在外部电源反接时保护负载开关的各内部器件。
具体地，本实施例中，外部电源反接时，正电位接外部接地端GND，负电位连接第一端口VA，由于二极管D的电流截止，此时负载开关内部器件不会发生损坏。二级管放置在采样电流通路中，实现防电源反接同时，不会造成热损耗。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种可双向导通限流的负载开关，其特征在于，所述负载开关分别连接第一端口和第二端口，所述负载开关还包括：
主控P型MOS管，所述主控P型MOS管的源极和漏极分别连接所述第一端口和所述第二端口，用于控制所述第一端口和所述第二端口的双向通导的状态；
第一P型MOS管，所述第一P型MOS管的栅极与所述主控P型MOS管的栅极连接，所述第一P型MOS管的源极和漏极分别连接所述第二端口和第一节点，用于对从所述第二端口流向所述第一端口的电流进行采样；
第二P型MOS管，所述第一P型MOS管的源极和漏极分别连接所述第一节点和第三节点；
第一误差放大器，所述第一误差放大器的两个输入端分别连接所述第一节点和所述第一端口，所述第一误差放大器的输出端连接所述第二P型MOS管的栅极，用于与所述第二P型MOS管组合控制所述第一P型MOS管的源漏电压等于所述主控P型MOS管的源漏电压；
第三P型MOS管，所述第三P型MOS管的栅极与所述主控P型MOS管的栅极连接，所述第三P型MOS管的源极和漏极分别连接所述第一端口和第二节点，用于对从所述第一端口流向所述第二端口的电流进行采样；
第四P型MOS管，所述第四P型MOS管的源极和漏极分别连接所述第二节点和所述第三节点；
第二误差放大器，所述第二误差放大器的两个输入端分别连接所述第二节点和所述第二端口，所述第二误差放大器的输出端连接所述第四P型MOS管的栅极，用于与所述第四P型MOS管组合控制所述第二P型MOS管的源漏电压等于所述主控P型MOS管的源漏电压；
第三误差放大器，所述第三误差放大器的两个输入端分别连接所述第三节点和一基准电压端口，所述第三误差放大器的输出端连接所述主控P型MOS管的栅极，用于控制所述主控P型MOS管进行双向限流。
2.根据权利要求1所述的负载开关，其特征在于，还包括一高电平选取器，所述高电平选取器的两个输入端分别连接所述第一端口和所述第二端口，所述高电平选取器的输出端连接所述负载开关的各内部器件，用于比较并选取所述第一端口和所述第二端口中较高的输入电压，从所述输入电压中产生负载开关的内部器件的工作电压，并控制第一P型MOS管和第三P型MOS管的开关。
3.根据权利要求2所述的负载开关，其特征在于，所述高电平选取器包括：
两个电平选取P型MOS管的源极和漏极中的一端连接所述高电平选取器的输出端，另一端分别连接所述第一端口或所述第二端口；
一高电平选择比较器，所述高电平选择比较器的输入端分别连接所述第一端口和所述第二端口，所述高电平选择比较器的两个控制端连接所述两个电平选取P型MOS管的栅极，用于根据所述高电平选择比较器的输入端的电压，控制电压较大一侧的所述电平选取P型MOS管导通来输出所述工作电压。
4.根据权利要求3所述的负载开关，其特征在于，所述主控P型MOS管、所述第一P型MOS管、所述第二P型MOS管、所述第三P型MOS管、所述第四P型MOS管、所述两个电平选取P型MOS管的衬底均连接所述高电平选取器输出端。
5.根据权利要求2所述的负载开关，其特征在于，所述主控P型MOS管的栅极还与所述高电平选取器的输出端连接，用于在所述负载开关关断的情况下，向所述主控P型MOS管的栅极输出所述工作电压，控制所述主控P型MOS管关断。
6.根据权利要求1所述的负载开关，其特征在于，所述第三节点和公共接地端之间设置有一电阻。
7.根据权利要求1所述的负载开关，其特征在于，还包括一二极管，所述二极管的正极连接公共接地端，所述二极管的负极连接外部接地端，用于在外部电源反接时保护负载开关的各内部器件。
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