CN112531635A

CN112531635A - 一种可调节谷值电流的过流保护电路

Info

Publication number: CN112531635A
Application number: CN202011253962.XA
Authority: CN
Inventors: 蒋钦鹏; 赖彦辉; 阙隆成
Original assignee: Chengdu Xixin Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Xixin Technology Co ltd
Priority date: 2020-11-11
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2021-03-19
Anticipated expiration: 2040-11-11
Also published as: CN112531635B

Abstract

本发明公开了一种可调节谷值电流的过流保护电路，包括设置在芯片内部的BUCK‑CONTROL电路及作为芯片外接电路的输出电路，且BUCK‑CONTROL电路与输出电路相连接，所述BUCK‑CONTROL电路设置有电流检测电路及逻辑控制电路，电流检测电路连接逻辑控制电路，逻辑控制电路连接输出电路，输出电路为电流检测电路提供检测信号FB和检测信号Vi；能够避免因电流过大而损毁器件，同时提高芯片的瞬态响应速度和芯片的效率。

Description

一种可调节谷值电流的过流保护电路

技术领域

本发明涉及电源管理技术领域，具体的说，是一种可调节谷值电流的过流保护电路。

背景技术

电源管理电路通常包括一些保护电路：温度保护电路、电压保护电路、电流保护电路。当电源系统发生异常时，保护电路可保护电源系统不受损坏。

传统的电源管理保护电路，一般涉及到电流检测电路、逻辑控制电路(设置有逻辑电路Logic、脉宽调制电路PWM、降压稳压电路COT)及输出电路，通过过电流检测输出端的MOSFET输出电压，电压超过用户设置的过压门限时，拉低MOSFET的栅极，MOSFET关断，将负载与输入电源关断，达到对电路实施保护的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调节谷值电流的过流保护电路，能够避免因电流过大而损毁器件，同时提高芯片的瞬态响应速度和芯片的效率。

本发明通过下述技术方案实现：一种可调节谷值电流的过流保护电路，包括设置在芯片内部的BUCK-CONTROL电路及作为芯片外接电路的输出电路，且BUCK-CONTROL电路与输出电路相连接，所述BUCK-CONTROL电路设置有电流检测电路及逻辑控制电路，电流检测电路连接逻辑控制电路，逻辑控制电路连接输出电路，输出电路为电流检测电路提供检测信号FB和检测信号Vi。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述电流检测电路包括加法器、比较器及电流镜，所述加法器的输入端接入检测信号FB和参考电压Vref1，加法器的输出端接入比较器的反相输入端，加法器的同相输入端接入基准电压Vref2，比较器的输出端接入电流镜的输入端，电流镜连接逻辑控制电路。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述电流镜包括场效应管PM1、场效应管PM2、场效应管PM3、场效应管PM4、电阻R3、电阻R4和二极管D，所述场效应管PM1栅极连接至场效应管PM2的栅极和场效应管PM3的栅极，场效应管PM1漏极接至场效应管PM4的源极；场效应管PM2的栅极和漏极互接且与场效应管PM4的漏极相连接，所述场效应管PM3的漏极通过电阻R4连接二极管D的第一端，二极管D的第二端接入检测信号Vi，场效应管PM4的漏极通过电阻R3连接二极管D的第一端，所述场效应管PM1的源极、场效应管PM2的源极、场效应管PM3的源极皆连接至电源VDD，所述比较器的输出端接入场效应管PM4的栅极，场效应管PM4的漏极和场效应管PM3的漏极皆与逻辑控制电路相连接。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述二极管D的负极引入检测信号Vi。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述逻辑控制电路包括逻辑电路Logic、脉宽调制电路PWM、降压稳压电路COT，所述检测信号FB接入脉宽调制电路PWM，脉宽调制电路PWM输出一信号至逻辑电路Logic，降压稳压电路COT亦输出一信号至逻辑电路Logic，逻辑电路Logic还连接至电流检测电路，逻辑电路Logic的输出端连接输出电路。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述输出电路包括场效应管NM1、场效应管NM2、场效应管NM3、场效应管NM4、电感L、电容C、电阻R1和电阻R2，场效应管NM1的栅极和场效应管NM2的栅极皆与逻辑控制电路相连接，场效应管NM1的源极和场效应管NM2的漏极共接且连接电感L的第一端，电感L的第二端形成输出电压VOUT，在电感L的第二端和地之间串联电阻R1和电阻R2，电容C连接在电感L的第二端和地之间，电阻R1和电阻R2的共接端形成检测信号FB节点，场效应管NM2的源极接地，场效应管NM1的漏极接入输入信号IN，场效应管NM3的源极与场效应管NM4的漏极共接且形成电流检测信号Vi节点，电感L的第一端连接场效应管NM3的漏极，场效应管NM4的源极接地，场效应管NM3的栅极形成Drive_sense信号节点，场效应管NM4的栅极形成XDrive_sense信号节点。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明能够避免因电流过大而损毁器件，同时提高芯片的瞬态响应速度和芯片的效率。

(2)本发明所采用的保护电路不会直接切断晶体管的通路，而是通过OFB_L信号控制输出电压信号，使得当电流信号超过门限电平时，输出电压降低到参考电压时，谷值电流将降低达到限流保护。

(3)本发明的保护方式更加灵活，大大的提高效率。

(4)本发明不同于传统过流保护电路，传统过流保护电路超出设定值将使能相应引脚进行断电处理，而本发明若在过流的情况下，电路将进行调节，如果输出电压降到参考翻转电压以下，此电路将会把谷值电流降为原值的可设定倍。

附图说明

图1为本发明电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1：

本发明设计出一种可调节谷值电流的过流保护电路，能够避免因电流过大而损毁器件，同时提高芯片的瞬态响应速度和芯片的效率，如图1所示，特别采用下述设置结构：包括设置在芯片内部的BUCK-CONTROL电路及作为芯片外接电路的输出电路，且BUCK-CONTROL电路与输出电路相连接，所述BUCK-CONTROL电路设置有电流检测电路及逻辑控制电路，电流检测电路连接逻辑控制电路，逻辑控制电路(形成输出信号TG和输出信号BG)连接输出电路，输出电路为电流检测电路提供检测信号FB和检测信号Vi。

实施例2：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，如图1所示，所述电流检测电路包括加法器、比较器及电流镜，所述加法器的输入端接入检测信号FB和参考电压Vref1，加法器的输出端(输出信号OFB)接入比较器的反相输入端，加法器的同相输入端接入基准电压Vref2，比较器的输出端(输出信号OFB_1)接入电流镜的输入端，电流镜(输出信号Vref_sense1、输出信号Vef_sense2)连接逻辑控制电路。

实施例3：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，如图1所示，所述电流镜包括场效应管PM1、场效应管PM2、场效应管PM3、场效应管PM4、电阻R3、电阻R4和二极管D，所述场效应管PM1栅极连接至场效应管PM2的栅极和场效应管PM3的栅极，场效应管PM1漏极接至场效应管PM4的源极；场效应管PM2的栅极和漏极互接且与场效应管PM4的漏极相连接，所述场效应管PM3的漏极通过电阻R4连接二极管D的第一端(正极端)，二极管D的第二端(负极端)接入检测信号Vi，场效应管PM4的漏极通过电阻R3连接二极管D的第一端(正极端)，所述场效应管PM1的源极、场效应管PM2的源极、场效应管PM3的源极皆连接至电源VDD，所述比较器的输出端(输出信号OFB_1)接入场效应管PM4的栅极，场效应管PM4的漏极(输出信号Vref_sense1)和场效应管PM3的漏极(输出信号Vef_sense2)皆与逻辑控制电路(逻辑电路Logic)相连接。

实施例4：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，如图1所示，所述二极管D的负极引入检测信号Vi。

实施例5：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，如图1所示，所述逻辑控制电路包括逻辑电路Logic、脉宽调制电路PWM、降压稳压电路COT，所述检测信号FB接入脉宽调制电路PWM，脉宽调制电路PWM输出一信号至逻辑电路Logic，降压稳压电路COT亦输出一信号至逻辑电路Logic，逻辑电路Logic还连接至电流检测电路即逻辑电路Logic接入输出信号Vref_sense1、输出信号Vef_sense2，逻辑电路Logic的输出端(输出信号TG和输出信号BG)连接输出电路。

实施例6：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，如图1所示，所述输出电路包括场效应管NM1、场效应管NM2、场效应管NM3、场效应管NM4、电感L、电容C、电阻R1和电阻R2，场效应管NM1的栅极(接入输出TG)和场效应管NM2的栅极(接入输出信号BG)皆与逻辑控制电路相连接，场效应管NM1的源极和场效应管NM2的漏极共接(形成电流LX检测节点)且连接电感L的第一端，电感L的第二端形成输出电压VOUT，在电感L的第二端和地之间串联电阻R1和电阻R2，电容C连接在电感L的第二端和地之间，电阻R1和电阻R2的共接端形成检测信号FB节点，场效应管NM2的源极接地，场效应管NM1的漏极接入输入信号IN，场效应管NM3的源极与场效应管NM4的漏极共接且形成电流检测信号Vi节点，电感L的第一端连接场效应管NM3的漏极，场效应管NM4的源极接地，场效应管NM3的栅极形成Drive_sense信号节点，场效应管NM4的栅极形成XDrive_sense信号节点。

在使用时，检测信号FB与参考电压Vref1连接到加法器的输入端，加法器输出端输出信号OFB并接入到比较器的反向输入端，基准电压Vref2连接至比较器的正向输入端，比较器输出端输出信号OFB_L连接到电流镜输入端(场效应管PM4的栅极)，控制场效应管PM4的开关。在电流镜结构中，可以根据需要设定场效应管PM1、场效应管PM2、场效应管PM3的宽长比值，通过控制场效应管PM4的开关，从而改变通过电阻R3、电阻R4的电流。输出OFB_L与检测信号Vi共同控制电流镜，输出信号Vref_sense1、输出Vef_sense2与脉宽调制电路PWM、降压稳压电路COT共同输入至逻辑电路Logic,且逻辑电路Logic的输出信号为输出信号TG、输出信号BG。输出信号TG、输出信号BG控制场效应管NM1(作为功率管用)、场效应管NM2(作为功率管用)的开关。

由于Drive_sense信号(Drive_sense信号是由输出信号BG经芯片内设置的逻辑门电路处理得到)与输出信号B G的电位同步变化存在一定延时，为了保证Drive_sense信号在输出信号BG之后打开，避免因电流不稳导致采样结果产生偏差，输出信号BG为高电平时，电感L与电阻R1、电阻R2、场效应管NM2组成回路且放电，从而使得Drive_sense信号也为高电平，场效应管NM3管导通，电感L放电的同时，电流检测电路会检测到此时电感L的电流LX检测节点的电压信号(即检测信号Vi)，通过以上电路能够提前检测到电感电流的异常变化，通过调节，从而避免电感电流过大的情况，提升系统的整体性能。

其中，XDrive_sense信号也是由输出信号BG经芯片内设置的逻辑门电路处理得到，其电位与Drive_sense信号的电位相反。

输出电路中场效应管NM3实际是一个电流-电压转换器件，将电感的瞬时电流转换为检测信号Vi(即电压信号)输入到电流检测电路。

实施例7：

一种可调节谷值电流的过流保护电路，如图1所示，包括输出电路、BUCK-CONTROL电路，其中输出电路包括场效应管NM1(作为功率管用)、场效应管NM2(作为功率管用)、场效应管NM3、场效应管NM4、电感L、电容C、电阻R1(作为负载用)和电阻R2(作为负载用)；BUCK-CONTROL电路设置有电流检测电路及逻辑控制电路，电流检测电路包括包括加法器、比较器及电流镜，电流镜包括场效应管PM1、场效应管PM2、场效应管PM3、场效应管PM4、电阻R3、电阻R4和二极管D，逻辑控制电路包括逻辑电路Logic、脉宽调制电路PWM、降压稳压电路COT。

图中电阻R1和电阻R2的共接端形成检测信号FB的节点，检测信号FB(取1.2V)与参考电压Vref1(取0.4V)连接到加法器的输入端，加法器输出端输出信号OFB并连接到比较器的反向输入端，基准电压Vref2(取0.32V)连接至比较器的正向输入端。

图中电流检测电路接收到比较电路的输出信号OFB_L，输出信号OFB_L电压的高低控制电流检测电路中场效应管PM4的开关，这里场效应管PM1与场效应管PM2与场效应管PM3的宽长比设为1:3:4。电流输出正常的情况下，即当输出信号OFB比基准电压Vref2高时，比较器输出低电平，将会使场效应管PM4导通，有两路支路电流流过电阻R3；在过流情况下，输出电压VOUT慢慢降低到设定值时，输出信号OFB降低到基准电压Vref2时，输出信号OFB_L为高电平，关闭场效应管PM4，此时仅剩一路电流，即通过场效应管PM2的电流流过电阻R3。电流检测电路输出的电压包括输出信号Vref_sense1和输出信号Vref_sense2。

输出信号Vref_sense1和输出信号Vref_sense2输入至逻辑控制电路，逻辑控制电路输出电压信号分别为输出信号BG和输出信号TG，产生控制输出电路的场效应管NM1、场效应管NM2开关的控制信号。

在输出信号TG为低、输出信号BG为高时，储存在电感L上的电荷将会通过电阻R1、电阻R2、场效应管NM2形成回路，并且在场效应管NM2的漏端形成负电位，同时Drive_sense为高电位，场效应管NM3开启，场效应管NM3也获得I_{Drive_sense}电流，同时电流检测电路获取到场效应管NM3漏端上的电压Vi,Drive_sense与输出信号BG的电位同步变化。输出信号BG为高电平时，电感L与电阻R1、电阻R2、场效应管NM2组成回路且放电，此时Drive_sense也为高电平；场效应管NM3导通、电感L放电的同时，电流检测电路会检测到此时电感L的LX检测节点的电压信号。

如图所示，当可调节谷值电流的过流保护电路正常工作时，从LX检测节点采集电感电流并将其转换为电压信号(检测信号Vi)，与输入信号为检测信号FB的比较电路的输出结果输出信号OFB_L一起输送至电流检测电路中，输出信号OFB_L若超过过压门限，输出电压降低到设定值，控制场效应管NM1(功率管)、场效应管NM2(功率管)的开关，从而控制电感电流的大小；优选的，这里设的值为，当输出信号OFB_L的电压值降低到原检测信号FB的电压值加上0.4V的20％时，输出信号OFB_L的电位使得比较器输出高电平，从而场效应管PM4关闭，流过电阻R3的电流只剩下场效应管PM2支路的电流，谷值电流将会降低为原值的0.75倍。

上述表达也可用如下公式表达：

FB＇＝Vref2-Vref1 ⑴

Vref2＝K·Vout；

其中，Vref1和K是可设定返常数；

具体实施时，优选的可令K＝0.2,Vref1＝0.4V，R1＝1KΩ，R2＝1KΩ，FB＇是随着VOUT不断变化的，在过流的情况下，公式(1)可表示为：FB＇＝0.5Vout＇＝0.2·Vout-0.4，Vref2设定不同的值时，Vout需降至电路的翻转点Vout＇，谷值电流才可进行降低，即可列出如下表格：

比较器的输出信号OFB_L的电平由低变高，即在过流的情况下，Vout需要下降至Vout＇的值，谷值电流才会进行调节。上述表格说明，调节比例是不停变化的，随着Vout的值变大，电路响应速度不断变大，灵活性更高，在过流、电压为高电压条件下，电路进行调节时，Vout＇翻转点所占比例越来越大，谷值电流的保护点加速增加。而传统调节电路FB＇＝K·Vout＝Vref2，电路只能调节特定比例，使得Vout按比例降低到一定值，在过流、高电压条件下，不能更快的调节谷值电流，响应速度不够快。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种可调节谷值电流的过流保护电路，其特征在于：包括设置在芯片内部的BUCK-CONTROL电路及作为芯片外接电路的输出电路，且BUCK-CONTROL电路与输出电路相连接，所述BUCK-CONTROL电路设置有电流检测电路及逻辑控制电路，电流检测电路连接逻辑控制电路，逻辑控制电路连接输出电路，输出电路为电流检测电路提供检测信号FB和检测信号Vi。

2.根据权利要求1所述的一种可调节谷值电流的过流保护电路，其特征在于：所述电流检测电路包括加法器、比较器及电流镜，所述加法器的输入端接入检测信号FB和参考电压Vref1，加法器的输出端接入比较器的反相输入端，加法器的同相输入端接入基准电压Vref2，比较器的输出端接入电流镜的输入端，电流镜连接逻辑控制电路。

3.根据权利要求2所述的一种可调节谷值电流的过流保护电路，其特征在于：所述电流镜包括场效应管PM1、场效应管PM2、场效应管PM3、场效应管PM4、电阻R3、电阻R4和二极管D，所述场效应管PM1栅极连接至场效应管PM2的栅极和场效应管PM3的栅极，场效应管PM1漏极接至场效应管PM4的源极；场效应管PM2的栅极和漏极互接且与场效应管PM4的漏极相连接，所述场效应管PM3的漏极通过电阻R4连接二极管D的第一端，二极管D的第二端接入检测信号Vi，场效应管PM4的漏极通过电阻R3连接二极管D的第一端，所述场效应管PM1的源极、场效应管PM2的源极、场效应管PM3的源极皆连接至电源VDD，所述比较器的输出端接入场效应管PM4的栅极，场效应管PM4的漏极和场效应管PM3的漏极皆与逻辑控制电路相连接。

4.根据权利要求3所述的一种可调节谷值电流的过流保护电路，其特征在于：所述二极管D的负极引入检测信号Vi。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种可调节谷值电流的过流保护电路，其特征在于：所述逻辑控制电路包括逻辑电路Logic、脉宽调制电路PWM、降压稳压电路COT，所述检测信号FB接入脉宽调制电路PWM，脉宽调制电路PWM输出一信号至逻辑电路Logic，降压稳压电路COT亦输出一信号至逻辑电路Logic，逻辑电路Logic还连接至电流检测电路，逻辑电路Logic的输出端连接输出电路。

6.根据权利要求5所述的一种可调节谷值电流的过流保护电路，其特征在于：所述输出电路包括场效应管NM1、场效应管NM2、场效应管NM3、场效应管NM4、电感L、电容C、电阻R1和电阻R2，场效应管NM1的栅极和场效应管NM2的栅极皆与逻辑控制电路相连接，场效应管NM1的源极和场效应管NM2的漏极共接且连接电感L的第一端，电感L的第二端形成输出电压VOUT，在电感L的第二端和地之间串联电阻R1和电阻R2，电容C连接在电感L的第二端和地之间，电阻R1和电阻R2的共接端形成检测信号FB 节点，场效应管NM2的源极接地，场效应管NM1的漏极接入输入信号IN，场效应管NM3的源极与场效应管NM4的漏极共接且形成电流检测信号Vi节点，电感L的第一端连接场效应管NM3的漏极，场效应管NM4的源极接地，场效应管NM3的栅极形成Drive_sense信号节点，场效应管NM4的栅极形成XDrive_sense信号节点。

7.根据权利要求1-4任一项所述的一种可调节谷值电流的过流保护电路，其特征在于：所述输出电路包括场效应管NM1、场效应管NM2、场效应管NM3、场效应管NM4、电感L、电容C、电阻R1和电阻R2，场效应管NM1的栅极和场效应管NM2的栅极皆与逻辑控制电路相连接，场效应管NM1的源极和场效应管NM2的漏极共接且连接电感L的第一端，电感L的第二端形成输出信号VOUT，在电感L的第二端和地之间串联电阻R1和电阻R2，电容C连接在电感L的第二端和地之间，电阻R1和电阻R2的共接端形成检测信号FB 节点，场效应管NM2的源极接地，场效应管NM1的漏极接入输入信号IN，场效应管NM3的源极与场效应管NM4的漏极共接且形成电流检测信号Vi节点，电感L的第一端连接场效应管NM3的漏极，场效应管NM4的源极接地，场效应管NM3的栅极形成Drive_sense信号节点，场效应管NM4的栅极形成XDrive_sense信号节点。