CN112165067B - 一种过流保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种过流保护电路，包括：功率输出管PM0，功率输出管PM0的源极连接工作电压VDD；过流检测电路，与功率输出管PM0线路连接、检测功率输出管PM0的输出电压，所述过流检测电路通过比较输出电压与参考电压的大小、以使所述过流检测电路判断功率输出管PM0中流过的电流是否过大并且输出控制电压VCTRL控制功率输出管PM0的开关。本发明通过检测和判断流过功率输出管的电流是否过大，当功率输出管中流过的电流过大时及时断开该功率输出管，从而保护与其连接的被保护电路及芯片。

Description

一种过流保护电路
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其是涉及一种过流保护电路。
背景技术
随着IC制造工艺的发展，芯片的集成度越来越高，产生latch up的可能性越来越高。Latch up是指cmos晶片中，在电源VDD和底线GND(VSS)之间由于寄生的PNP和NPN双极性BJT(双极结型晶体管)相互影响产生的一低阻抗电路，它的存在会使VDD和GND之间产生大的电流。当发生latch up时，电源地之间产生的大电流，使得芯片工作不正常，电流过大还会造成芯片永久性的损坏。因此，针对上述问题，已成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种过流保护电路，通过检测和判断流过功率输出管的电流是否过大，当功率输出管中流过的电流过大时及时断开该功率输出管，从而保护与其连接的被保护电路及芯片。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种过流保护电路，包括：功率输出管PM0，功率输出管PM0的源极连接工作电压VDD；过流检测电路，与功率输出管PM0线路连接、检测功率输出管PM0的输出电压，所述过流检测电路通过比较输出电压与参考电压的大小、以使所述过流检测电路判断功率输出管PM0中流过的电流是否过大并且输出控制电压VCTRL控制功率输出管PM0的开关。
本发明采用上述技术方案，过流检测电路与功率输出管PM0线路连接，实时检测功率输出管PM0漏端的输出电压，并将该输出电压与参考电压相比，判断出流过功率输出管PM0的电流是否过大，当流过电流过大时，由于PMOS管的特性，PMOS管的电流能力有限，其漏端输出电压VDD-DET的值会降低，当输出电压VDD-DET的值小于参考电压VR1时，过流检测电路输出控制电压VCTRL为高电位，控制功率输出管PM0关闭，切断被保护电路的电源；此时输出管的输出电压VDD-DET继续降低，闩锁不能维持，当输出电压VDD-DET的值小于参考电压VR2时，过流检测电路输出控制电压VCTRL变为低电位，控制功率输出管PM0重新开启，为被保护电路提供电源VDD-DET，即对被保护电路起到复位效果。
上述的过流保护电路，所述过流检测电路包括：第一电流镜，输入级输入直流电流I0；第二电流镜，与第一电流镜线路连接，其输入级连接工作电压VDD、输出级连接电阻R1；D触发器DFF，电阻R1通过串联的第一反相器A1和第二反相器A2与所述D触发器DFF的CLK输入端线路连接，所述D触发器DFF的输入端与工作电压VDD相连，输出端Q输出控制电压VCTRL至输出管PM0的栅极；所述功率输出管PM0的漏极通过串联的第三反相器A3和第四反相器A4线路连接至D触发器DFF的RESETN输入端。第一电流镜输入直流电流I0并镜像生成镜像电流，第二电流镜接入工作电压VDD，第一电流镜和第二电流镜分别与电阻R1两端相连线路连接至D触发器中，经第一、第二反相器运算后输入D触发器的CLK输入端，D触发器通过该CLK输入端的信号变化检测判断出功率输出管PM0流过的电流是否过大。
上述的过流保护电路，所述第一电流镜包括零号NMOS管、第一NMOS管和第二NMOS管，零号NMOS管作为输入级连接直流电流I0，第二NMOS管作为输出级与电阻R1及第一反相器A1连接。
上述的过流保护电路，所述第二NMOS管的源极与漏极两端并联有电容C1。
上述的过流保护电路，所述第二电流镜包括第二PMOS管和第四PMOS管，其中第二PMOS管与第一NMOS管线路连接，第四PMOS管的漏极与电阻R1线路连接。
上述的过流保护电路，所述第二PMOS管和第四PMOS管分别线路连接有第一PMOS管和第三PMOS管，其中第一PMOS管和第三PMOS管的源极连接工作电压VDD，第一PMOS管的栅极连接电路公共接地端VSS，第三PMOS管的栅极与功率输出管PM0的漏极相连。
上述的过流保护电路，所述零号NMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管的源极及电容C1的一端电路公共接地端VSS。
上述的过流保护电路，所述功率输出管PM0的漏极通过串联的第三反相器A3和第四反相器A4线路连接至D触发器DFF的RESETN输入端。功率输出管PM0的漏端的输出电压VDD-DET经第三反相器和第四反相器运算后输入至D触发器的RESETN输入端，生成参考电压VR2，当输出电压VDD-DET的电压值小于参考电压VR2时，过流检测电路输出的控制电压VCTRL为低电位，控制功率输出管PM0重新开启，为被保护电路提供电源VDD-DET。
本发明取得的有益效果是：将功率输出管的漏端连接至D触发器和第三PMOS管的栅极，并经过电阻R1及第一、第二反相器运算后输入至D触发器的CLK输入端中，D触发器通过检测功率输出管的输出电压VDD-DET的电压值大小，并将其与参考电压VR1进行比较，当输出电压VDD-DET低于参考电压VR1时，D触发器输出控制电压VCTRL为高电位，控制功率输出管关闭，切断被保护电路的电源，起到对被保护电路保护作用。当输出电压VDD-DET的电压值继续下降低于参考电压VR2时，D触发器输出控制电压VCTRL变为低电位，控制功率输出管重新开启，对被保护电路起到复位作用。
附图说明
图1是本发明一种过流保护电路的系统结构示意图；
图2是本发明一种过流保护电路的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
参照图1和图2所示，一种过流保护电路，包括：功率输出管PM0，功率输出管PM0的源极连接工作电压VDD；过流检测电路，与功率输出管PM0线路连接、检测功率输出管PM0的输出电压，所述过流检测电路通过比较输出电压与参考电压的大小、以使所述过流检测电路判断功率输出管PM0中流过的电流是否过大并且输出控制电压VCTRL控制功率输出管PM0的开关。
本发明的电路在正常工作时，过流检测电路10输出的控制电压VCTRL为低电位(VSS)，控制功率输出管PM0开启，为被保护电路20提供电源VDD-DET，当被保护电路20发生latch up时，有大电路流过，根据PMOS管的电流能力有限，使得功率输出管PM0的漏端的输出电压VDD-DET降低。
当输出电压VDD-DET低于参考电压VR1时，过流检测电路10的控制电压VCTRL为高电位(VDD)，控制PMOS管即功率输出管PM0关闭，切断被保护电路20的电源，此时功率输出管PM0的漏端的输出电压VDD-DET继续降低，闩锁不能维持。
当输出电压VDD-DET低于参考电压VR2时，过流检测电路10输出的控制电压VCTRL为低电位(VSS)，控制功率输出管PM0重新开启，为被保护电路20提供电源VDD-DET。
通过检测功率输出管PM0的输出电压VDD-DET的大小，判断流过功率输出管PM0的电流是否多大，当流过电流过大时，及时输出控制电压使其关闭，当输出电压VDD-DET继续降低至低于参考电压VR2时，过流检测电路10控制功率输出管PM0重新开启，使得整个电路被复位，避免被保护电路20因电流过大造成损坏。
过流检测电路包括：第一电流镜，输入级输入直流电流I0；第二电流镜，与第一电流镜线路连接，其输入级连接工作电压VDD、输出级连接电阻R1；D触发器DFF，电阻R1通过串联的第一反相器A1和第二反相器A2与所述D触发器DFF的CLK输入端线路连接，所述D触发器DFF的输入端与工作电压VDD相连，输出端Q输出控制电压VCTRL至输出管PM0的栅极；所述功率输出管PM0的漏极通过串联的第三反相器A3和第四反相器A4线路连接至D触发器DFF的RESETN输入端。
第一电流镜包括零号NMOS管、第一NMOS管和第二NMOS管，零号NMOS管作为输入级连接直流电流I0，第二NMOS管作为输出级与电阻R1及第一反相器A1连接。
第二NMOS管的源极与漏极两端并联有电容C1。
第二电流镜包括第二PMOS管和第四PMOS管，其中第二PMOS管与第一NMOS管线路连接，第四PMOS管的漏极与电阻R1线路连接。
第二PMOS管和第四PMOS管分别线路连接有第一PMOS管和第三PMOS管，其中第一PMOS管和第三PMOS管的源极连接工作电压VDD，第一PMOS管的栅极连接电路公共接地端VSS，第三PMOS管的栅极与功率输出管PM0的漏极相连。
零号NMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管的源极及电容C1的一端电路公共接地端VSS。
功率输出管PM0的漏极通过串联的第三反相器A3和第四反相器A4线路连接至D触发器DFF的RESETN输入端。
本发明在具体实施时，正常上电时，输出电压VDD-DET一开始为低电位，经过第三反相器A3和第四反相器A4，控制D触发器DFF进入reset状态，Q端输出的控制电压VCTRL信号为低电平，控制功率输出管PM0开启，此时输出电压VDD-DET为高电位，为被保护电路20提供电源。其中，输出电压VDD-DET为高电位时，第三PMOS管PM3关断，第二NMOS管NM2将第一反相器A1的输入电位VD下拉为低电位。
当被保护电路20发生latch up时，电压VDD-DET低压下降低于参考电压VR1时，第三PMOS管PM3打开，由于第四PMOS管PM4的镜像电流大于第二NMOS管NM2中的镜像电流，输入电位VD被上拉至高电位，经过第一反相器A1和第二反相器A2，给D触发器DFF的CLK输入端提供了一个从低电位变为高电位的上升沿，D触发器DFF将D输入端的电位采样至Q端，此时输出端Q的控制电压VCTRL为高电位(VDD)，控制功率输出管PM0关闭，切断被保护电路20的电源，使得输出电压、VDD-DET继续降低，闩锁不能维持。
当输出电压VDD-DET低于参考电压VR2时，经过第三反相器A3和第四反相器A4，控制D触发器DFF进入reset(复位)状态，输出端Q输出的控制电压VCTRL为低电位(VSS)，控制功率输出管PM0重新开启，为被保护电路20提供电源VDD。
其中，通过调整零号NMOS管NM0、第一NMOS管NM1及第二NMOS管NM2、第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM4、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4以及第一反相器A1的宽长比可以控制参考电压VR1的大小。通过调整第三反相器A3的宽长比可以控制参考电压VR2的大小。
综上所述，本发明已如说明书及图示内容，制成实际样品且经多次使用测试，从使用测试的效果看，可证明本发明能达到其所预期之目的，实用性价值乃无庸置疑。以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (6)

1.一种过流保护电路，其特征在于，包括：
功率输出管PM0，功率输出管PM0的源极连接工作电压VDD；
过流检测电路，与功率输出管PM0线路连接、检测功率输出管PM0的输出电压，所述过流检测电路通过比较输出电压与参考电压的大小、以使所述过流检测电路判断功率输出管PM0中流过的电流是否过大并且输出控制电压VCTRL控制功率输出管PM0的开关；
所述过流检测电路包括：
第一电流镜，输入级输入直流电流I0；
第二电流镜，与第一电流镜线路连接，其输入级连接工作电压VDD、输出级连接电阻R1；
D触发器DFF，电阻R1通过串联的第一反相器A1和第二反相器A2与所述D触发器DFF的CLK输入端线路连接，所述D触发器DFF的输入端D与工作电压VDD相连，输出端Q输出控制电压VCTRL至输出管PM0的栅极；所述功率输出管PM0的漏极通过串联的第三反相器A3和第四反相器A4线路连接至D触发器DFF的RESETN输入端。
2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于：所述第一电流镜包括零号NMOS管、第一NMOS管和第二NMOS管，零号NMOS管作为输入级连接直流电流I0，第二NMOS管作为输出级与电阻R1及第一反相器A1连接。
3.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于：所述第二NMOS管的源极与漏极两端并联有电容C1。
4.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于：所述第二电流镜包括第二PMOS管和第四PMOS管，其中第二PMOS管与第一NMOS管线路连接，第四PMOS管的漏极与电阻R1线路连接。
5.根据权利要求4所述的过流保护电路，其特征在于：所述第二PMOS管和第四PMOS管分别线路连接有第一PMOS管和第三PMOS管，其中第一PMOS管和第三PMOS管的源极连接工作电压VDD，第一PMOS管的栅极连接电路公共接地端VSS，第三PMOS管的栅极与功率输出管PM0的漏极相连。
6.根据权利要求5所述的过流保护电路，其特征在于：所述零号NMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管的源极及电容C1的一端电路公共接地端VSS。
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