CN109309381B - 限流电路及限流方法 - Google Patents

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    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/025—Current limitation using field effect transistors

Abstract

本公开涉及一种限流电路和限流方法，属于集成电路领域，其能够实现快速且精确限流的功能，而且能够在低压标准CMOS工艺和高压BCD工艺等工艺中实现。该限流电路包括：负载电流采样模块，用于对功率开关管的负载电流进行采样，将采样到的负载电流转换成电压，并将转换后的电压输入给慢速精确限流模块和快速响应限流模块；慢速精确限流模块，用于在所述转换后的电压高于第一参考电压时，控制所述功率开关管的栅极电压来将所述负载电流慢速限流至预设限流阈值；快速响应限流模块，用于在所述转换后的电压高于第二参考电压时，控制所述功率开关管的栅极电压来对所述负载电流进行快速响应限流，其中所述第一参考电压小于所述第二参考电压。

Description

限流电路及限流方法
技术领域
本公开涉及集成电路领域，具体地，涉及一种限流电路和限流方法。
背景技术
带限流功能的功率分配开关电路能够为诸如平板、多媒体播放器、蓝牙音箱以及其他设备分配功率，并为开关稳压器等提供限流保护。然而，现有的带限流功能的功率分配开关电路，在器件瞬间短路时的限流响应速度很慢，使得在短路瞬间会有很大的尖峰电流，给开关稳压器带来潜在的损坏风险。而公开号为CN102769281A的中国专利申请虽然公开了一种快速响应限流保护电路，但是其需要增加电荷泵电路，不利于在低压标准CMOS工艺中实现。
发明内容
本公开的目的是提供一种限流电路和限流方法，其能够实现快速且精确限流的功能，而且能够在低压标准CMOS工艺和高压BCD(BiCMOS/CMOS)工艺等工艺中实现。
为了实现上述目的，本公开提供一种限流电路，该限流电路包括负载电流采样模块、慢速精确限流模块、快速响应限流模块和功率开关管，其中：
所述负载电流采样模块，用于对所述功率开关管的负载电流进行采样，将采样到的负载电流转换成电压，并将转换后的电压输入给所述慢速精确限流模块和所述快速响应限流模块；
所述慢速精确限流模块，用于在所述转换后的电压高于第一参考电压时，控制所述功率开关管的栅极电压来将所述负载电流慢速限流至预设限流阈值；
所述快速响应限流模块，用于在所述转换后的电压高于第二参考电压时，控制所述功率开关管的栅极电压来对所述负载电流进行快速响应限流，其中所述第一参考电压小于所述第二参考电压。
可选地，所述慢速精确限流模块包括第一运算放大器或比较器，该第一运算放大器或比较器的第一输入端用于接收所述转换后的电压、第二输入端用于接收所述第一参考电压、输出端连接到所述功率开关管的栅极。
可选地，所述快速响应限流模块包括第二运算放大器或比较器和电压上拉或下拉开关管，其中：
所述第二运算放大器或比较器的第一输入端用于接收所述转换后的电压、第二输入端用于接收所述第二参考电压、输出端连接到所述电压上拉或下拉开关管的栅极，所述电压上拉或下拉开关管的第一端子连接所述功率开关管的输入端、第二端子连接所述功率开关管的栅极。
可选地，所述限流电路还包括软启动模块，用于限制所述功率开关管导通瞬间的浪涌电流。
可选地，所述软启动模块包括串联连接的电流源和电容器，其中，所述电流源和所述电容器的公共端连接到所述第一运算放大器或比较器的第三输入端以在所述功率开关管导通瞬间使所述功率开关管的负载电流缓慢上升，所述电容器的另一端接地。
可选地，所述限流电路还包括控制模块，用于在所述慢速精确限流模块和所述快速响应限流模块交替震荡时，首先控制所述快速响应限流模块对所述负载电流进行快速响应限流，然后关闭所述快速响应限流模块并启动所述慢速精确限流模块将所述负载电流慢速限流至所述预设限流阈值。
可选地，所述控制模块包括计时器、与非门、反相器、复位开关管和N个串联的D触发器，其中：
所述N个串联的D触发器中的第一D触发器的D输入端接地、第N D触发器的输出端和所述计时器的输出端分别与所述与非门的两个输入端连接，所述与非门的输出端与所述N个串联的D触发器的复位端连接，所述N个串联的D触发器的时钟信号端均连接到所述第二运算放大器或比较器的输出端，所述第N D触发器的输出端还连接到所述反相器的输入端，所述反相器的输出端连接到所述复位开关管的栅极，所述复位开关管的第一端连接到所述第一运算放大器或比较器的第三输入端，所述复位开关管的第二端接地。
可选地，该限流电路还包括防倒灌模块，用于防止所述功率开关管的负载电流倒灌到所述功率开关管的输入端。
可选地，所述防倒灌模块包括第三运算放大器或比较器和优先权限选择子模块，所述第三运算放大器或比较器用于将所述功率开关管的输入电压减去浮动参考电压后的电压与所述功率开关管的输出电压进行比较，所述优先权限选择子模块用于确定利用所述第三运算放大器或比较器的输出信号、所述慢速精确限流模块的输出信号、所述快速响应限流模块的输出信号中的哪个信号来控制所述功率开关管的栅极。
根据本公开的又一实施例，提供一种限流方法，该限流方法包括：
利用负载电流采样模块对功率开关管的负载电流进行采样并将采样到的负载电流转换成电压；
在转换后的电压高于第一参考电压时，利用慢速精确限流模块控制所述功率开关管的栅极电压来将所述负载电流慢速限流至预设限流阈值；
在转换后的电压高于第二参考电压时，利用快速响应限流模块控制所述功率开关管的栅极电压以对所述负载电流进行快速响应限流，其中所述第一参考电压小于所述第二参考电压。
可选地，该限流方法还包括：利用软启动模块限制所述功率开关管导通瞬间的浪涌电流。
可选地，该限流方法还包括：在慢速限流和快速响应限流交替震荡时，利用所述快速响应限流模块对所述负载电流进行快速响应限流；以及停止所述快速响应限流模块的快速响应限流并启动所述慢速精确限流模块进行慢速限流，以将所述负载电流慢速限流至所述预设限流阈值。
可选地，该限流方法还包括：利用防倒灌模块来防止所述功率开关管的负载电流倒灌到所述功率开关管的输入端。
可选地，所述利用防倒灌模块来防止所述功率开关管的负载电流倒灌到所述功率开关管的输入端，包括：
将所述功率开关管的输入电压减去浮动参考电压后的电压与所述功率开关管的输出电压进行比较得到比较结果；
确定利用所述比较结果、所述慢速精确限流模块的输出信号、所述快速响应限流模块的输出信号中的哪个信号来控制所述功率开关管的栅极。
通过采用上述技术方案，由于首先对负载电流进行采样并将其转换成电压，然后利用转换后的电压与第一参考电压和第二参考电压的比较来控制功率开关管的栅极电压，进而控制功率开关管的导通阻抗或控制功率开关管关断，以将负载电流慢速限流至预设限流阈值或对其进行快速响应限流，因此根据本公开实施例的限流电路和方法不仅能够对负载电流进行快速响应限流，还能够将负载电流精确地慢速限流至预设限流阈值。另外，由于其没有采用电荷泵电路，因此能够在低压标准CMOS工艺、高压BCD工艺等工艺中实现。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据本公开一种实施例的限流电路的示意框图。
图2示出了根据本公开实施例的限流电路中的慢速精确限流模块和快速响应限流模块的一种实现方式。
图3是根据本公开又一实施例的限流电路的示意框图。
图4示出了根据本公开实施例的限流电路中的软启动模块的一种实现方式。
图5示出了根据本公开实施例的限流电路中的慢速精确限流模块中的第一运算放大器或比较器的示例电路图。
图6是根据本公开又一实施例的限流电路的示意框图。
图7示出了根据本公开实施例的限流电路中的控制模块的一种实现方式。
图8是根据本公开又一实施例的限流电路的示意框图。
图9示出了根据本公开实施例的限流电路中的防倒灌模块的一种实现方式。
图10示出了根据本公开实施例的限流电路中的防倒灌模块中的优先权限选择子模块的一种实现方式。
图11示出了根据本公开实施例的限流电路中的负载电流采样模块的一种实现方式。
图12是根据本公开一种实施例的限流方法的示意流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
根据本公开的一种实施例，提供一种限流电路1，如图1所示，该限流电路1包括负载电流采样模块10、慢速精确限流模块20、快速响应限流模块30、功率开关管M0，其中：
所述负载电流采样模块10，用于对功率开关管M0的负载电流进行采样，将采样到的负载电流转换成电压Vcs，并将转换后的电压Vcs输入给所述慢速精确限流模块20和所述快速响应限流模块30；
所述慢速精确限流模块20，用于在所述转换后的电压Vcs高于第一参考电压Vref1时，控制所述功率开关管M0的栅极电压来将所述负载电流慢速限流至预设限流阈值；
所述快速响应限流模块30，用于在所述转换后的电压Vcs高于第二参考电压Vref2时，控制所述功率开关管M0的栅极电压来对所述负载电流进行快速响应限流，其中所述第一参考电压Vref1小于所述第二参考电压Vref2。
另外，图1中的标号in表示功率开关管M0的输入端，也即限流电路1的输入端，标号out表示功率开关管M0的输出端，也即限流电路1的输出端，标号Rload表示限流电路1的负载。
另外，还需要说明的是，图1中以PMOS管为例示出了功率开关管M0，但是实际上，根据本公开实施例的限流电路1同样适用于NMOS型功率开关管。
通过采用上述技术方案，由于首先对负载电流进行采样并将其转换成电压Vcs，然后利用转换后的电压Vcs与第一参考电压Vref1和第二参考电压Vref2的比较来控制功率开关管M0的栅极电压，进而控制功率开关管M0的导通阻抗或控制功率开关管M0关断，以将负载电流慢速限流至预设限流阈值或对其进行快速响应限流，因此根据本公开实施例的限流电路1不仅能够对负载电流进行快速响应限流，还能够将负载电流精确地慢速限流至预设限流阈值。另外，由于其没有采用电荷泵电路，因此能够在低压标准CMOS工艺、高压BCD工艺等工艺中实现。另外，负载电流采样模块10能够使功率路径电阻最小，减小损耗。
图2示出了根据本公开实施例的限流电路1中的慢速精确限流模块20和快速响应限流模块30的一种实现方式。本领域技术人员应当理解的是，图2仅是一种示例，本公开实施例不对慢速精确限流模块20和快速响应限流模块30的具体实现方式进行限制。
如图2所示，慢速精确限流模块20包括第一运算放大器或比较器201，该第一运算放大器或比较器201的第一输入端用于接收所述转换后的电压Vcs、第二输入端用于接收所述第一参考电压Vref1、输出端连接到所述功率开关管M0的栅极gate。另外，由于运算放大器除了具有比较的作用之外，还具有稳定环路的作用，而单纯的比较器则只能用来进行比较，当比较器的两个输入电压近似相等时，环路是不稳定的，因此，这里的第一运算放大器或比较器201优选使用运算放大器来实现。
还如图2所示，快速响应限流模块30包括第二运算放大器或比较器301和电压上拉或下拉开关管M4，其中：第二运算放大器或比较器301的第一输入端用于接收所述转换后的电压Vcs、第二输入端用于接收所述第二参考电压Vref2、输出端fast_off连接到所述电压上拉或下拉开关管M4的栅极，所述电压上拉或下拉开关管M4的第一端子连接功率开关管M0的输入端in、第二端子连接功率开关管M0的栅极gate。另外，还需说明的是，当功率开关管M0是PMOS管时，电压上拉或下拉开关管M4为电压上拉开关管，以便在需要对功率开关管M0的负载电流进行限流时能够快速地拉高功率开关管M0的栅极电压；当功率开关管M0是NMOS管时，电压上拉或下拉开关管M4为电压下拉开关管，以便在需要对功率开关管M0的负载电流进行限流时能够快速地拉低功率开关管M0的栅极电压。另外，第二运算放大器或比较器301可以用运算放大器来实现，也可以用比较器来实现。
以下以功率开关管M0是PMOS管、电压上拉或下拉开关管M4为电压上拉开关管为例，描述图2所示的限流电路1的工作原理。
(1)当功率开关管M0的负载电流Iload小于预设限流阈值Ilimit_ref时，负载电流采样模块10对负载电流Iload转换得到的电压Vcs小于第一参考电压Vref1和第二参考电压Vref2，因此由负载电流采样模块10和第一运算放大器或比较器201构成的慢速精确限流环路和由负载电流采样模块10、第二运算放大器或比较器301、电压上拉或下拉开关管M4构成的快速响应限流环路均开环，功率开关管M0的栅极gate的电压被第一运算放大器或比较器201拉低，限流电路1不被触发，功率开关管M0全导通，实现从输入端in到输出端out的功率分配。
(2)当功率开关管M0的负载电流Iload缓慢增加时，直到Iload大于预设限流阈值Ilimit_ref，此时Vcs也缓慢增加，由于第一参考电压Vref1小于第二参考电压Vref2，因此由负载电流采样模块10和第一运算放大器或比较器201构成的慢速精确限流环路首先被触发，形成了有效的环路来控制功率开关管M0的栅极gate的电压增加，以将负载电流Iload慢速限流至预设限流阈值Ilimit_ref，从而实现了慢速精确限流，但是由负载电流采样模块10、第二运算放大器或比较器301、电压上拉或下拉开关管M4构成的快速响应限流环路没有被触发。
(3)当功率开关管M0的负载电流急速增加时，比如功率开关管M0的输出端out在1μs内短路，此时负载电流采样模块10对负载电流Iload转换得到的电压Vcs也会急速增加，在这种情况下，由负载电流采样模块10和第一运算放大器或比较器201构成的慢速精确限流环路和由负载电流采样模块10、第二运算放大器或比较器301、电压上拉或下拉开关管M4构成的快速响应限流环路都会被触发。但是，由于慢速精确限流环路的第一运算放大器或比较器201的输出端直接连接功率开关管M0的栅极gate，而功率开关管M0的栅极gate有非常大的寄生电容，所以这个环路的限流响应会比较慢；而快速响应限流环路的第二运算放大器或比较器301连接电压上拉或下拉开关管M4的栅极，并没有直接连接功率开关管M0的栅极gate，其对过流信号Vcs响应速度快，同时电压上拉或下拉开关管M4有很强的驱动能力，因此可以快速把功率开关管M0的栅极gate的电压拉高，从而实现快速响应限流。另外，当功率开关管M0的栅极gate的电压被拉高到一定程度时，功率开关管M0的负载电流会下降并进而有可能导致电压Vcs低于第二参考电压Vref2，此时快速响应限流环路自然失效，并由慢速精确限流环路继续进行慢速精确限流。
在一种可能的实施方式中，由于在功率开关管M0的输出端out连接大电容的情况下，在功率开关管M0导通瞬间，会有很大的浪涌电流，进而有可能会导致功率开关管M0的输入端in的供电设备和根据本公开实施例的限流电路1出现不可逆的损坏，因此，如图3所示，根据本公开实施例的限流电路1还可以包括软启动模块40，用于限制所述功率开关管M0导通瞬间的浪涌电流。
图4示出了软启动模块40的其中一种实现方式，但是本领域技术人员应当理解的是，图4仅是示例，本公开实施例不对软启动模块40的具体实现方式进行限制。
如图4所示，软启动模块40可以包括串联连接的电流源Iref和电容器C1，其中，所述电流源Iref和所述电容器C1的公共端Soft_vref2连接到慢速精确限流模块20的第一运算放大器或比较器201的第三输入端以在功率开关管M0导通瞬间使功率开关管M0的负载电流缓慢上升，电容器C1的另一端接地。
下面结合图5所示的第一运算放大器或比较器201的电路结构来描述根据本公开实施例的限流电路1的软启动工作原理。在上电软启动过程中，电容器C1两端的初始电压Soft_vref2为0，小于第一参考电压Vref1，因此电流不流过MOS管M1，即第一参考电压Vref1不起作用。此时，电流源Iref给电容器C1充电，电容器C1两端的电压Soft_vref2缓慢上升，在第一运算放大器或比较器201的钳位作用下，负载电流采样模块10对负载电流Iload转换得到的电压Vcs也缓慢上升。当Vcs缓慢上升时，功率开关管M0的负载电流也会慢慢上升，直到Vcs＝Soft_vref2＝Vref1，因此在上电启动过程限制了功率开关管M0上的浪涌电流。
在一种可能的实施方式中，由于在功率开关管M0的负载在瞬间(例如1μs内)出现短路或者接近短路或者出现比预设限流阈值大很多的电流时，慢速精确限流模块20和快速响应限流模块30会交替限制功率开关管M0的负载电流，也即，当快速响应限流模块30被触发时，会快速响应从而控制功率开关管M0的栅极gate的电压升高，导致流过负载的电流变得很小，负载电流变小后，慢速精确限流模块20又会把功率开关管M0的栅极gate的电压往下拉，重新去开启功率开关管M0，功率开关管M0重新开启后，又会触发快速响应限流模块30把功率开关管的栅极gate的电压拉高，如此一直循环，从而产生慢速精确限流模块20和快速响应限流模块30的交替震荡。因此，如图6所示，根据本公开实施例的限流电路1还可以包括控制模块50，用于在所述慢速精确限流模块20和所述快速响应限流模块30交替震荡时，首先控制快速响应限流模块30对负载电流进行快速响应限流，然后关闭快速响应限流模块30并启动慢速精确限流模块20将负载电流慢速限流至预设限流阈值。这样，就能够避免慢速精确限流模块20和快速响应限流模块30的交替震荡。
图7示出了控制模块50的一种实现方式，本领域技术人员应当理解的是，图7仅是示例，本公开实施例不对控制模块50的具体实现方式进行限制。
如图7所示，所述控制模块50可以包括计时器501、与非门502、反相器504、复位开关管M5和N个串联的D触发器5031至503N，其中：所述N个串联的D触发器中的第一D触发器5031的D输入端接地、第N D触发器503N的输出端和所述计时器501的输出端分别与与非门502的两个输入端连接，所述与非门502的输出端Reset与所述N个串联的D触发器5031至503N的复位端连接，所述N个串联的D触发器5031至503N的时钟信号端均连接到所述第二运算放大器或比较器301的输出端fast_off，第N D触发器503N的输出端还连接到反相器504的输入端，反相器504的输出端连接到复位开关管M5的栅极，复位开关管M5的第一端连接到第一运算放大器或比较器201的第三输入端，复位开关管M5的第二端接地。
图7所示的控制模块50的工作原理是：计时器501的计时周期为T1，每隔T1时间会产生一个负脉冲，在慢速精确限流模块20和快速响应限流模块30交替震荡时，fast_off信号会产生脉冲波形，在计时器501的计时周期T1内，N个D触发器对fast_off信号的脉冲进行计数，脉冲计数达到N个时，反相器504的输出信号Restart和与非门502的输出信号Reset都变为高电平，从而触发Soft_vref2电压为0并复位N个D触发器，这触发限流电路1进行软启动，并使得慢速精确限流模块20开始工作，并使得Vcs电压缓慢上升直到Vref1，由于第一参考电压Vref1小于第二参考电压Vref2，因此此时不会触发快速响应限流模块30工作，从而解除了快速响应限流模块30和慢速精确限流模块20的交替震荡，并能够在功率开关管M0的负载电流异常时(比如负载短路)起到快速且精确限流的作用。在计时器501的计时周期T1内，若fast_off信号的脉冲个数没有达到N个，则在计时周期TI时间后，Reset信号变为高电平，Restart信号保持低电平，因此只复位N个D触发器，不触发限流电路1的软启动重启。
另外，当电路系统存在异常情况时，例如如果功率开关管M0的输出端out误接了一个电源，而且该电源的电压比功率开关管M0的输入端in的电源电压要高，那么就会出现out端的电压倒灌到in端的现象。为了避免这种情况的发生，如图8所示，根据本公开实施例的限流电路1还可以包括防倒灌模块60，用于防止所述功率开关管M0的负载电流倒灌到所述功率开关管M0的输入端。
图9示出了防倒灌模块60的一种实现方式，但是本领域技术人员应当理解的是，图9仅是示例，本公开实施例不对防倒灌模块60的具体实现方式进行限制。
如图9所示，所述防倒灌模块60可以包括第三运算放大器或比较器601和优先权限选择子模块602。所述第三运算放大器或比较器601用于将所述功率开关管M0的输入电压in减去浮动参考电压vref3后的电压与功率开关管M0的输出电压out进行比较，由于在没有出现防倒灌现象的正常情况下，功率开关管M0的输入端in和输出端out之间会存在一定的压差，所以这里是将输入电压in减去浮动参考电压vref3后的电压与输出电压out进行比较，而不是直接将输入电压in与输出电压out进行比较。所述优先权限选择子模块602用于确定利用所述第三运算放大器或比较器601的输出信号C、所述慢速精确限流模块20的输出信号A、所述快速响应限流模块30的输出信号B中的哪个信号来控制所述功率开关管M0的栅极，从而调节功率开关管M0的导通阻抗以实现限流目的，或者进一步关断功率开关管M0来实现防止功率开关管M0的输出端out上的电源倒灌到输入端in的目的。这里，第三运算放大器或比较器601可以使用运算放大器来实现，也可以使用比较器来实现。
图10示出了优先权限选择子模块602的一种实现方式，本领域技术人员应当理解的是，图10仅是示例，本公开实施例对此不做限制。如图10所示，优先权限选择子模块602包括三个二极管，这三个二极管的正极分别连接第三运算放大器或比较器601的输出C、慢速精确限流模块20的输出A、快速响应限流模块30的输出B，这三个二极管的负极连接在一起之后连接到功率开关管M0的栅极gate。
图11示出了负载电流采样模块10的一种实现方式，本领域技术人员应当理解的是，图11仅是示例，本公开实施例对此不做限制。如图11所示，负载电流采样模块10可以包括第四运算放大器101、第一晶体管M6、第二晶体管M7和限流电阻Rlimit，其中：所述第一晶体管M6的第一端和栅极分别与所述功率开关管M0的输入端in和栅极gate连接、第二端与所述第二晶体管M7的第一端和所述第四运算放大器101的第一输入端outs连接，所述第四运算放大器101的第二输入端连接所述功率开关管M0的输出端out、输出端连接所述第二晶体管M7的栅极，所述第二晶体管M7的第二端连接慢速精确限流模块20的第一运算放大器或比较器201的第一输入端、快速响应限流模块30的第二运算放大器或比较器301的第一输入端和所述限流电阻Rlimit的一端，所述限流电阻Rlimit的另一端接地。
在图11中，功率开关管M0与第一晶体管M6的宽长比为n：1，第四运算放大器101的钳位功能使得节点out和outs相等，而功率开关管M0和第一晶体管M6的栅极电位相等，因此流过功率开关管M0的负载电流Iload和流过第一晶体管M6的限流阈值Ilimit_ref1之比也为n。由于流过第一晶体管M6的电流为Ilimit_ref1＝Vref1/Rlimit，因此通过调节限流电阻Rlimit的阻值就能够实现对限流阈值Ilimit_ref1的编程调节。另外，在图11所示的示例中，上面提到的预设限流阈值Ilimit_ref等于限流阈值Ilimit_ref1乘以n。本领域技术人员应当理解的是，预设限流阈值Ilimit_ref的设置方式有很多种，图11仅是其中一种示例。
根据本公开的另一实施例，还提供一种限流方法，如图12所示，该限流方法包括以下步骤：
S1201、利用负载电流采样模块对功率开关管的负载电流进行采样并将采样到的负载电流转换成电压；
S1202、在转换后的电压高于第一参考电压时，利用慢速精确限流模块控制所述功率开关管的栅极电压来将所述负载电流慢速限流至预设限流阈值；
S1203、在转换后的电压高于第二参考电压时，利用快速响应限流模块控制所述功率开关管的栅极电压以对所述负载电流进行快速响应限流，其中所述第一参考电压小于所述第二参考电压。
通过采用上述技术方案，由于首先对负载电流进行采样并将其转换成电压，然后利用转换后的电压与第一参考电压和第二参考电压的比较来控制功率开关管的栅极电压，进而控制功率开关管的导通阻抗或控制功率开关管关断，以将负载电流慢速限流至预设限流阈值或对其进行快速响应限流，因此根据本公开实施例的限流方法不仅能够对负载电流进行快速响应限流，还能够将负载电流精确地慢速限流至预设限流阈值。另外，由于其没有采用电荷泵电路，因此能够在低压标准CMOS工艺、高压BCD工艺等工艺中实现。
在一种可能的实施方式中，该限流方法还可以包括：利用软启动模块限制所述功率开关管导通瞬间的浪涌电流。
在一种可能的实施方式中，在慢速限流和快速响应限流交替震荡时，该限流方法还可以包括：利用所述快速响应限流模块对所述负载电流进行快速响应限流；停止所述快速响应限流模块的快速响应限流并启动所述慢速精确限流模块进行慢速限流，以将所述负载电流慢速限流至所述预设限流阈值。
在一种可能的实施方式中，该限流方法还可以包括：利用防倒灌模块来防止所述功率开关管的负载电流倒灌到所述功率开关管的输入端。
在一种可能的实施方式中，所述利用防倒灌模块来防止所述功率开关管的负载电流倒灌到所述功率开关管的输入端，包括：将所述功率开关管的输入电压减去浮动参考电压后的电压与所述功率开关管的输出电压进行比较得到比较结果；确定利用所述比较结果、所述慢速精确限流模块的输出信号、所述快速响应限流模块的输出信号中的哪个信号来控制所述功率开关管的栅极。
根据本公开实施例的限流方法中各个步骤的具体实现方式已经在根据本公开实施例的限流电路中进行了详细描述，此处不再赘述。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种限流电路，其特征在于，该限流电路包括功率开关管、负载电流采样模块、慢速精确限流模块和快速响应限流模块，其中：
所述负载电流采样模块，用于对所述功率开关管的负载电流进行采样，将采样到的负载电流转换成电压，并将转换后的电压输入给所述慢速精确限流模块和所述快速响应限流模块；
所述慢速精确限流模块，用于在所述转换后的电压高于第一参考电压时，控制所述功率开关管的栅极电压来将所述负载电流慢速限流至预设限流阈值；
所述快速响应限流模块，用于在所述转换后的电压高于第二参考电压时，控制所述功率开关管的栅极电压来对所述负载电流进行快速响应限流，其中所述第一参考电压小于所述第二参考电压；
所述限流电路还包括防倒灌模块，用于防止所述功率开关管的负载电流倒灌到所述功率开关管的输入端，其中，所述防倒灌模块包括第三运算放大器或比较器和优先权限选择子模块，所述第三运算放大器或比较器用于将所述功率开关管的输入电压减去浮动参考电压后的电压与所述功率开关管的输出电压进行比较，所述优先权限选择子模块用于确定利用所述第三运算放大器或比较器的输出信号、所述慢速精确限流模块的输出信号、所述快速响应限流模块的输出信号中的哪个信号来控制所述功率开关管的栅极。
2.根据权利要求1所述的限流电路，其特征在于，所述慢速精确限流模块包括第一运算放大器或比较器，该第一运算放大器或比较器的第一输入端用于接收所述转换后的电压、第二输入端用于接收所述第一参考电压、输出端连接到所述功率开关管的栅极。
3.根据权利要求2所述的限流电路，其特征在于，所述快速响应限流模块包括第二运算放大器或比较器和电压上拉或下拉开关管，其中：
所述第二运算放大器或比较器的第一输入端用于接收所述转换后的电压、第二输入端用于接收所述第二参考电压、输出端连接到所述电压上拉或下拉开关管的栅极，所述电压上拉或下拉开关管的第一端子连接所述功率开关管的输入端、第二端子连接所述功率开关管的栅极。
4.根据权利要求3所述的限流电路，其特征在于，所述限流电路还包括软启动模块，用于限制所述功率开关管导通瞬间的浪涌电流。
5.根据权利要求4所述的限流电路，其特征在于，所述软启动模块包括串联连接的电流源和电容器，其中，所述电流源和所述电容器的公共端连接到所述第一运算放大器或比较器的第三输入端以在所述功率开关管导通瞬间使所述功率开关管的负载电流缓慢上升，所述电容器的另一端接地。
6.根据权利要求5所述的限流电路，其特征在于，所述限流电路还包括控制模块，用于在所述慢速精确限流模块和所述快速响应限流模块交替震荡时，首先控制所述快速响应限流模块对所述负载电流进行快速响应限流，然后关闭所述快速响应限流模块并启动所述慢速精确限流模块将所述负载电流慢速限流至所述预设限流阈值。
7.根据权利要求6所述的限流电路，其特征在于，所述控制模块包括计时器、与非门、反相器、复位开关管和N个串联的D触发器，其中：
所述N个串联的D触发器中的第一D触发器的D输入端接地、第ND触发器的输出端和所述计时器的输出端分别与所述与非门的两个输入端连接，所述与非门的输出端与所述N个串联的D触发器的复位端连接，所述N个串联的D触发器的时钟信号端均连接到所述第二运算放大器或比较器的输出端，所述第N D触发器的输出端还连接到所述反相器的输入端，所述反相器的输出端连接到所述复位开关管的栅极，所述复位开关管的第一端连接到所述第一运算放大器或比较器的第三输入端，所述复位开关管的第二端接地。
8.一种限流方法，其特征在于，该限流方法包括：
利用负载电流采样模块对功率开关管的负载电流进行采样并将采样到的负载电流转换成电压；
在转换后的电压高于第一参考电压时，利用慢速精确限流模块控制所述功率开关管的栅极电压来将所述负载电流慢速限流至预设限流阈值；
在转换后的电压高于第二参考电压时，利用快速响应限流模块控制所述功率开关管的栅极电压以对所述负载电流进行快速响应限流，其中所述第一参考电压小于所述第二参考电压；
所述限流方法还包括：将所述功率开关管的输入电压减去浮动参考电压后的电压与所述功率开关管的输出电压进行比较得到比较结果；确定利用所述比较结果、所述慢速精确限流模块的输出信号、所述快速响应限流模块的输出信号中的哪个信号来控制所述功率开关管的栅极。
9.根据权利要求8所述的限流方法，其特征在于，该限流方法还包括：利用软启动模块限制所述功率开关管导通瞬间的浪涌电流。
10.根据权利要求8所述的限流方法，其特征在于，在慢速限流和快速响应限流交替震荡时，该限流方法还包括：
利用所述快速响应限流模块对所述负载电流进行快速响应限流；
停止所述快速响应限流模块的快速响应限流并启动所述慢速精确限流模块进行慢速限流，以将所述负载电流慢速限流至所述预设限流阈值。
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