CN111478300A

CN111478300A - 一种折返式过流保护电路

Info

Publication number: CN111478300A
Application number: CN202010386305.6A
Authority: CN
Inventors: 冉波; 姚和平; 汪西虎
Original assignee: Shanghai Wei'an Semiconductor Co ltd
Current assignee: Shanghai Wei'an Semiconductor Co ltd
Priority date: 2020-05-09
Filing date: 2020-05-09
Publication date: 2020-07-31

Abstract

本发明公开了一种折返式过流保护电路，提供了一种具有折返式过流保护功能的线路保护方案，由输出电流信号采样电路和功率管栅极控制电路构成限流控制环路，由包括采样管的采样电路采样功率管电流并将输出电压信号采样分压反馈给差分比较电路，当功率管输出电流超过预设定阈值时，将功率管栅极钳位，达到限制最大输出电流；由差分比较电路将比较结果通过控制电路屏蔽电阻R1，产生不同的电流限制阈值。本发明可以在输出电流异常的情况下，钳位功率管栅极，限制输出电流，额外增加的改变限流阈值功能，使得电路在限流发生后将电流限制在更小的值，进一步提高安全性，解决了相关技术中的过流保护电路功耗过大的问题。进一步提高了芯片安全性。

Description

一种折返式过流保护电路

技术领域

本发明涉及电气控制技术领域，特别涉及一种折返式过流保护电路，提供了一种具有折返式过流保护功能的线路保护方案。

背景技术

电源芯片在使用过程中，负载可能会出现过大的情况，对芯片造成不可逆的损伤，所以需要用到过流保护电路，但是普通过流保护电路电流阈值固定，电源系统可能会出现长期处于过流保护状态，导致系统一直处于很大的电流状态，但是电流阈值不能设定太小，影响电源的正常工作，所以提供一种当负载进一步增大时，保护环路会自动切换限流阈值，将电流限制到一个更低的值，使保护性能更安全、具优越是本发明亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种折返式过流保护电路，通过电路设计，提供一种具有过流保护功能的线路保护方案，以便在过流保护发生以后将限流值切换至更低的值，以便更进一步的提高保护性能。

本发明目的通过下述方案实现：一种折返式过流保护电路，包括输出电流信号采样电路，差分比较电路和功率管栅极控制电路，由输出电流信号采样电路和功率管栅极控制电路构成限流环路，由包括采样管的采样电路采样功率管电流并将输出电压信号采样分压反馈给差分比较电路，当功率管输出电流超过预设定阈值时，将功率管栅极钳位，达到限制最大输出电流；

所述的差分比较电路由PMOS管和NMOS管构成，差分比较电路分别输入基准电压VRFE和输出电压信号采样分压VFB，比较输出电压信号采样分压与对应的预设电压参数阈值，并输出比较结果，该比较结果通过功率管栅极控制电路屏蔽电阻一R1，产生不同的电流限制阈值，将电流限制到一个更低的值。

本发明可以在输出电流异常的情况下，钳位功率管栅极，限制输出电流，额外增加的改变限流阈值功能，使得电路在限流发生后将电流限制在更小的值，进一步提高安全性，解决了相关技术中的过流保护电路功耗过大的问题。

具体的，所述的差分比较电路由第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第七NMOS管MN7、第六PMOS管MP6、第八PMOS管MP8构成，其中，第一PMOS管MP1源极连接电源VDD、漏极连接第二、三PMOS管MP2、MP3的源级，栅极外接偏置电压VBIAS3；第二PMOS管MP2的栅极连接外接基准电压VREF，第三PMOS管MP3的栅极连接输出电压信号采样分压VFB，第二PMOS管MP2漏极与第四NMOS管MN4漏极连接，第三PMOS管MP3漏极与第五NMOS管MN5漏极连接，第四NMOS管MN4的栅极漏级短接，第四、五、七NMOS管MN4、MN5、MN7的源极接地，第四、五NMOS管MN4、MN5的栅极连接，第五NMOS管MN5漏极和第七NMOS管MN7栅极连接，第七NMOS管MN7漏极与第六PMOS管MP6漏极连接，第六PMOS管MP6源极接电源VDD，第六PMOS管MP6漏极与第八PMOS管MP8栅极连接，第八PMOS管MP8源极连接VDD，第八PMOS管MP8漏极连接电阻一R1负向端构成差分电路，当比较结果为过流时，限流环路中的控制电路屏蔽电阻一R1，产生不同的电流限制阈值。

在上述方案基础上所述的限流环路由采样管第十三PMOS管MP13、功率管第十四PMOS管MP14、电阻四R4、电阻五R5、第十五PMOS管MP15、第十一PMOS管MP11、第十二PMOS管MP12、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10、电阻一R1、电阻二R2和电阻三R3构成，其中，

所述的电阻一R1正向端连接VDD，电阻一R1负向端与电阻二R2正向端连接，电阻二R2负向端与第十一PMOS管MP11源极连接，第十一PMOS管MP11栅极与漏极短接，第十一PMOS管MP11漏极与第九NMOS管MN9漏极连接，第九NMOS管MN9和第十NMOS管MN10源极接地GND，第九NMOS管MN9和第十NMOS管MN10栅极都外接偏置电压VBIAS，第十二PMOS管MP12栅极与第十一PMOS管MP11栅极连接，第十二PMOS管MP12源级连接电阻三R3负向端，电阻三R3正向端连接电源VDD，第十二PMOS管MP12漏极和第十NMOS管MN10漏极连接，第十NMOS管MN10漏极与第十五PMOS管MP15栅极连接，第十五PMOS管MP15源极接电源VDD，采样管第十三PMOS管MP13源极连接电阻三R3负向端，该连接点的电压VCT，采样管第十三PMOS管MP13、功率管第十四PMOS管MP14栅极短接并连接第十五PMOS管MP15漏极，第十三、十四PMOS管MP13、MP14漏极短接作为电路的输出端VOUT，功率管第十四PMOS管MP14源极接电源VDD，漏极连接电阻四R4正向端，电阻四R4负向端连接电阻五R5正向端，电阻五R5负向端接地，电阻四R4负向端和电阻五R5正向端的连接点输出电压信号采样分压VFB；

所述的第十二PMOS管MP12的栅极电位由电阻一R1、电阻二R2、第九NMOS管MN9和外接偏置电压VBIAS决定，采样管第十三PMOS管MP13采样功率管第十四PMOS管MP14电流，当功率管第十四PMOS管MP14电流增加到一定值，即过流时，电阻三R3的压降使第十二NMOS管MP12的源极电压下降，第十二NMOS管MP12的导通能力下降，但是由第十NMOS管MN10和VBIAS决定的电流下拉能力恒定，最终VCT端的电压拉低，第十五PMOS管MP15打开，将功率管第十四PMOS管MP14栅极钳位，限制输出电流。即：当系统进入到过流保护状态后，当负载进一步增大时，限流环路会自动切换限流阈值，将电流限制到一个更低的值。

本发明提供了一种具有折返式过流线路保护方案，当系统进入到过流保护状态后，当负载进一步增大时，限流环路会自动切换限流阈值，将电流限制到一个更低的值，相比于传统保护方案具有更安全、更优越的保护性能，起到更好的保护效果。

本发明可以在输出电流异常的情况下，钳位功率管栅极，限制输出电流，额外增加的改变限流阈值功能，使得电路在限流发生后将电流限制在更小的值，进一步提高安全性，解决了相关技术中的过流保护电路功耗过大的问题。进一步提高了芯片安全性。

附图说明

图1为本发明实施例电路结构示意图。

具体实施方式

以下通过实施例，对本发明作进一步的详细说明。

在如图1所示电路，一种折返式过流保护电路，包括输出电流信号采样电路，差分比较电路和功率管栅极控制电路，其中：

由输出电流信号采样电路和功率管栅极控制电路构成限流控制环路，如图中PART2所示，由包括采样管的采样电路采样功率管电流并将输出电压信号采样分压反馈给差分比较电路，当功率管输出电流超过预设定阈值时，将功率管栅极钳位，达到限制最大输出电流；

所述的差分比较电路，如PART1所示，由PMOS管和NMOS管构成，差分比较电路分别输入基准电压VRFE和输出电压信号采样分压VFB，比较输出电压信号采样分压与对应的预设电压参数阈值，并输出比较结果，该比较结果通过功率管栅极控制电路屏蔽电阻一R1，产生更低的电流限制阈值。

VDD为电源电压，GND为接地，VBIAS、VBIAS2、VBIAS3为外接偏置电压，VRFE为基准电压，VOUT为输出电压，各元器件间的连接关系为：

在如图1所示的电路PART2中：

采样管第十三PMOS管MP13、功率管第十四PMOS管MP14、电阻四R4、电阻五R5、第十五PMOS管MP15、第十一PMOS管MP11、第十二PMOS管MP12、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10、电阻一R1、电阻二R2和电阻三R3构成限流环路，第十二PMOS管MP12的栅极电位由电阻一R1、电阻二R2、第九NMOS管MN9和外接偏置电压决定，第十三PMOS管MP13采样功率管第十四PMOS管MP14电流，当功率管第十四PMOS管MP14电流增加到一定值，电阻三R3的压降足够大，第十二NMOS管MP12的源极电压降低到一定值，第十二NMOS管MP12的导通能力下降，但是由第十NMOS管MN10和VBIAS决定的电流下拉能力恒定，最终VCT端的电压拉低，第十五PMOS管MP15打开，将功率管第十四PMOS管MP14栅极钳位，限值输出电流。

如图1所示的电路PART1中：

PART1中电源系统正常工作时基准电压值VREF等于反馈电压VFB，通过合理设置差分输入对管宽长比，通常第二PMOS管MP2宽长比大于第三PMOS管MP3，此时差分对输出为低，第七NMOS管MN7关闭；当限流环路产生限流功能后，负载进一步增加，VOUT会被拉低，导致VFB电压下降，此时差分比较器输出变高，第七NMOS管MN7打开，将第八PMOS管MP8栅极拉低，第八PMOS管MP8导通，屏蔽掉电阻一R1，从而改变第十一PMOS管MP11和第十二PMOS管MP12的栅极电位，改变限流环路的限流值，将输出电流限制至一个更低的值。

本发明的内容和特点已揭示如上，然而，前面叙述的本发明仅仅简要地或只涉及本发明的特定部分，本发明的特征可能比在此公开的内容涉及的更多。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应该包括在不同部分中所体现的所有内容的组合，以及各种不背离本发明的替换和修饰，并为本发明的权利要求书所涵盖。

Claims

1.一种折返式过流保护电路，包括输出电流信号采样电路，差分比较电路和功率管栅极控制电路，其特征在于：

由输出电流信号采样电路和功率管栅极控制电路构成限流控制环路，由包括采样管的采样电路采样功率管电流并将输出电压信号采样分压反馈给差分比较电路，当功率管输出电流超过预设定阈值时，将功率管栅极钳位，达到限制最大输出电流；

所述的差分比较电路由PMOS管和NMOS管构成，差分比较电路分别输入基准电压VRFE和输出电压信号采样分压VFB，比较输出电压信号采样分压与对应的预设电压参数阈值，并输出比较结果，该比较结果通过功率管栅极控制电路屏蔽电阻一R1，产生不同的电流限制阈值。

2.根据权利要求1所述的折返式过流保护电路，其特征在于：所述的差分比较电路由第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第七NMOS管MN7、第六PMOS管MP6、第八PMOS管MP8构成，其中，第一PMOS管MP1源极连接电源VDD、漏极连接第二、三PMOS管MP2、MP3的源级，栅极外接偏置电压VBIAS3；第二PMOS管MP2的栅极连接外接基准电压VREF，第三PMOS管MP3的栅极连接输出电压信号采样分压VFB，第二PMOS管MP2漏极与第四NMOS管MN4漏极连接，第三PMOS管MP3漏极与第五NMOS管MN5漏极连接，第四NMOS管MN4的栅极漏级短接，第四、五、七NMOS管MN4、MN5、MN7的源极接地，第四、五NMOS管MN4、MN5的栅极连接，第五NMOS管MN5漏极和第七NMOS管MN7栅极连接，第七NMOS管MN7漏极与第六PMOS管MP6漏极连接，第六PMOS管MP6源极接电源VDD，第六PMOS管MP6漏极与第八PMOS管MP8栅极连接，第八PMOS管MP8源极连接VDD，第八PMOS管MP8漏极连接电阻一R1负向端构成差分电路，当比较结果为过流时，限流环路中的控制电路屏蔽电阻一R1，产生不同的电流限制阈值。

3.根据权利要求1或2所述的折返式过流保护电路，其特征在于：所述的限流环路由采样管第十三PMOS管MP13、功率管第十四PMOS管MP14、电阻四R4、电阻五R5、第十五PMOS管MP15、第十一PMOS管MP11、第十二PMOS管MP12、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10、电阻一R1、电阻二R2和电阻三R3构成，其中，

所述的第十二PMOS管MP12的栅极电位由电阻一R1、电阻二R2、第九NMOS管MN9和外接偏置电压VBIAS决定，采样管第十三PMOS管MP13采样功率管第十四PMOS管MP14电流，当功率管第十四PMOS管MP14电流增加到一定值，即过流时，电阻三R3的压降使第十二NMOS管MP12的源极电压下降，第十二NMOS管MP12的导通能力下降，但是由第十NMOS管MN10和VBIAS决定的电流下拉能力恒定，最终VCT端的电压拉低，第十五PMOS管MP15打开，将功率管第十四PMOS管MP14栅极钳位，限制输出电流。