CN112531636A - 过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种过流保护电路。该过流保护电路包括电流侦测电路和反馈电路。电流侦测电路被配置为侦测电子器件的电流，并将侦测的电流通过采样电阻而转换成采样电压。采样电压通过第一节点输出。其中，采样电阻为连接电子器件的导线或电子器件内的导线所产生的寄生电阻。反馈电路连接电流侦测电路并且被配置为根据采样电压而产生相应的反馈信号，从而进行过流保护。

Description

过流保护电路

技术领域

本申请涉及电子电路技术，特别是涉及一种过流保护电路。

背景技术

在半导体器件或芯片等电子器件中，过流情形会使电子器件的发热急剧增加，严重时甚至会使电子器件失效。一般采用外接电阻来采样电子器件的电流，然而，外接电阻一方面增加了电子器件封装的难度和成本，另一方面电流流过外接电阻所产生的外接电阻的功耗也增加了设备的功耗和发热量，进一步增加了电子器件的设计难度。

发明内容

本申请提供一种过流保护电路，以解决现有技术中采用外接电阻所导致的设计和封装困难以及功耗和发热增加问题。

为解决上述问题，本申请所采用的一个技术方案是：提供一种过流保护电路。该过流保护电路包括电流侦测电路和反馈电路。电流侦测电路被配置为侦测电子器件的电流，并将侦测的电流通过采样电阻而转换成采样电压。采样电压通过第一节点输出。其中，采样电阻为连接电子器件的导线或电子器件内的导线所产生的寄生电阻。反馈电路连接电流侦测电路。反馈电路被配置为根据采样电压而产生相应的反馈信号，从而进行过流保护。

区别于现有技术，本发明通过将侦测到的电子器件的寄生电阻的电流转换成采样电压，并且根据采样电压产生相应的反馈信号用于进行过流保护，从而无需设置采样电阻，降低了电子器件的封装难度和成本，同时降低了设备的功耗和发热量。

附图说明

为更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请的电路原理结构框图；

图2是根据本申请的第一实施例的示意电路图；

图3是根据本申请的第二实施例的示意电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体请参阅图1，图1是本申请的过流保护电路10的电路原理结构框图。该过流保护电路10用于侦测流过电子电路的电流并且产生相应的反馈信号，从而用于对电子器件进行过流保护。其中，电子器件可以是半导体器件或者芯片等。该半导体器件或者芯片可以例如是诸如洗衣机、空调、冰箱等的家用电器内置的半导体器件或者芯片。例如，该电子器件可以是洗衣机功率模块，本申请对此不作限制。

如图1所示，过流保护电路10包括相互电性连接的电流侦测电路12和反馈电路14。

其中，电流侦测电路12包括直流开关Q_d。直流开关Q_d可以为晶体管、三极管或者其他可用的直流开关。如图1中所示，直流开关Q_d被示出为是绝缘栅双极型晶体管IGBT，本申请对此不作限制。直流开关Q_d可以为可控开关。响应于检测到过流，直流开关Q_d可以被断开。

电流侦测电路12还包括连接该直流开关Q_d的寄生电阻R_p。寄生电阻R_p为连接电子器件的导线或者电子器件内的导线所固有的寄生电阻。寄生电阻R_p的大小可以为几毫欧或者更小。寄生电阻R_p一端连接直流开关Q_d，另一端接地电压或者基准电压。直流开关Q_d的电流I_CE流过寄生电阻R_p，在寄生电阻R_p的两端生成对应采样电压V_s。采样电压V_s从位于寄生电阻R_p和直流开关Q_d之间的第一节点N₁输出。该第一节点N₁可视为电流侦测电路12的输出端。

继续参考图1，反馈电路14包括运算放大单元OPA。运算放大单元OPA可以为深度反馈运算放大单元。运算放大单元OPA包括第一输入端A、第二输入端B以及输出端C。第一输入端A通过第一电阻R₁连接至电流侦测电路12的输出端或者第一节点N₁。由此，第一输入端A生成与采样电压V_s关联的第一电压V_A。可选的，运算放大单元OPA的第二输入端B与输出端C之间构成电压跟随器。例如，运算放大单元OPA的第二输入端B通过电阻连接到输出端C。在该情形下，由于运算放大单元OPA的输出端C对第二输入端B的深度负反馈，运算放大单元OPA的第一输入端A的电压V_A和第二输入端B的电压V_B相等，即所谓的“虚短”。

反馈电路14还包括输出单元140。如图1所示，输出单元140包括第一路径和第二路径。第一路径和第二路径分别连接在工作电压和地电压之间。第一路径还连接于运算放大单元OPA的输出端C和第二输入端B。第一路径的一部分和第二路径的一部分成镜像，使得第二路径上的第二电流I_p2为第一路径上的第一电流I_p1的m倍。可选的，m大于1。例如，m的取值为3或者4。m可以为电路所能够实现的其他大于1的值，本申请对此不作限制。

具体地，第一路径包括开关Q₁、开关Q₂和第二电阻R₂。开关Q₁的第一通路端连接到工作电压。开关Q₁的第二通路端连接到开关Q₂的第一通路端。开关Q₁的第二通路端还连接到开关Q₁的控制端。开关Q₂的第二通路端通过第二电阻R₂连接到地电压。开关Q₂的控制端连接于运算放大单元OPA的输出端C。开关Q₂的第二通路端连接于运算放大单元OPA的第二输入端B，使得第二电阻R₂两端的电压等于V_B或者V_A。开关Q₁、Q₂可以为PMOS管、NMOS管或者三极管等。本申请对此不做其他限制。

具体地，第二路径包括开关Q₃和输出电阻R_O。开关Q₃的第一通路端连接到工作电压。开关Q₃的第二通路端通过输出电阻R_O连接到地电压。开关Q₃的控制端连接于第一路径的开关Q₁的控制端。开关Q₃和第一路径的开关Q₁构成电流镜。该电流镜使得流过开关Q₃的通路端的电流为流过开关Q₁的通路端的电流的m倍。即，该电流镜的宽长比为m：1。可选的，开关Q₃的宽长比为开关Q₁的宽长比的m倍。可选的，开关Q₁和开关Q₃的栅长相等，以减少边缘扩散所导致的误差，同时开关Q₃的沟道宽为开关Q₁的沟道宽的m倍。

输出电阻R_O的电压作为反馈电压V_F输出。具体地，反馈电压V_F从位于输出电阻R_O和开关Q₃之间的输出节点N_O输出。过流保护电路10可以进一步比较该反馈电压V_F与预设的阈值电压。响应于反馈电压V_F超过阈值电压，过流保护电路10可以输出表征电子器件处于过流状态的信号或者发出警告。电子器件或者用户可以根据该信号或者警告采取相应的措施，本申请在此不再赘述。

综上，图1中公开的过流保护电路10包括电流侦测电路12和连接该电流侦测电路12的反馈电路14。电流侦测电路12被配置为侦测电子器件的电流，并将侦测的电流通过采样电阻R_p而转换成采样电压V_s。其中，采样电阻R_p为连接电子器件的导线或电子器件内的导线所产生的寄生电阻R_p。反馈电路14被配置为根据采样电压V_s而产生相应的反馈信号，从而进行过流保护。

区别于现有技术，图1中的实施例通过将电子器件的导线的寄生电阻用作采样电阻，省略了外接采样电阻，减少了过流保护电路10的功耗，方便了系统的封装。同时，图1中的实施例通过引入包括电流镜的输出单元140放大输出信号，增强了过流保护电路10的灵敏性。

参考图2，图2示出本申请的第一实施例的过流保护电路20的电路示意图。可选的，图2中的过流保护电路20是一种双极-CMOS集成电路。过流保护电路20包括电流侦测电路22和反馈电路。

具体地，电流侦测电路22包括直流开关Q_d和一端连接该直流开关Q_d的寄生电阻R_p。寄生电阻R_p的另一端连接地电压GND。流过直流开关Q_d的电流I_CE为待检测电流。电流侦测电路22输出的采样电压V_s从第一节点N₁输入到反馈电路。

反馈电路包括恒流源单元以及如图2中所示的运算放大单元27、输出单元28。其中，恒流源单元被配置为提供偏置电流I_b。偏置电流I_b通过第一电阻R₁和寄生电阻R_p流入地电压GND端，以在如图2所示的A端产生关联采样电压V_s的电压V_A。

具体地，恒流源单元包括如图2所示的偏置电路模块25和正向输入模块26。偏置电路模块25提供偏置电流I_b。正向输入模块26连接偏置电路模块25，使得偏置电路模块25所提供的偏置电流I_b流经正向输入模块26的第一电阻R₁。偏置电流I_b继而经过第一节点N₁流经寄生电阻R_p。运算放大单元27的第一输入端A连接正向输入模块26，使得第一输入端A的第一电压V_A与上述采样电压V_s关联。运算放大单元27还包括第二输入端B。由于运算放大单元27的“虚短”，第一输入端A的第一电压V_A和第二输入端B的第二电压V_B相等。

输出单元28包括第一路径和第二路径。第一路径和第二路径分别连接在工作电压VCC和地电压GND之间。第一路径还连接于运算放大单元OPA的输出端C和第二输入端B，以使第一路径的第一电流I_p1与第二输出端B的电压V_B成比例关联。第一路径的一部分和第二路径的一部分成镜像，使得第二路径上的第二电流I_p2为第一路径上的第一电流I_p1的m倍。可选的，m大于1。例如，m的取值为3或者4。m可以为电路所能够实现的其他大于1的值，本申请对此不作限制。

第二路径上设置有输出电阻R_O，以将流经所述第二路径的所述第二电流I_p2转换成输出反馈电压V_F，以使所述过流保护电路根据所述输出反馈电压V_F而进行过流保护。

具体地，参考图2，运算放大单元27包括第一路径、第二路径以及第三路径。

运算放大单元27的第一路径包括串联在工作电压VCC和地电压GND之间的第一开关Q₂₀₁和第二开关Q₂₀₂。运算放大单元27的第二路径包括串联在工作电压VCC和地电压GND之间的第三开关Q₂₀₃和第四开关Q₂₀₄。运算放大单元27的第三路径包括连接在工作电压VCC和地电压GND之间的第五开关Q₂₀₅、第六开关Q₂₀₆、第一驱动管Q_d1、第二驱动管Q_d2和第七开关Q₂₀₇。

其中，第一驱动管Q_d1的控制端作为运算放大单元27的第一输入端A，第二驱动管Q_d1的控制端作为运算放大单元27的第二输入端B。第一驱动管Q_d1的第一通路端通过第五开关Q₂₀₅而连接至工作电压VCC，第二驱动管Q_d2的第一通路端通过第六开关Q₂₀₆而连接至工作电压VCC。第一驱动管Q_d1的第二通路端和第二驱动管Q_d2的第二通路端连接在一起，并通过第七开关Q₂₀₇而连接至地电压GND。第五开关Q₂₀₅和第六开关Q₂₀₆的控制端连接在一起，并连接至在第六开关Q₂₀₆与第二驱动管Q_d2之间的第二节点N₂。

其中，第七开关Q₂₀₇的控制端、第四开关Q₂₀₄的控制端和第二开关Q₂₀₂的控制端连接在一起，并连接至在第一开关Q₂₀₁与第二开关Q₂₀₂之间的第三节点N₃。第三开关Q₂₀₃的控制端连接至第五开关Q₂₀₅和第一驱动管Q_d1之间的第四节点N₄。第三开关Q₂₀₃与第四开关Q₂₀₄之间的第五节点N₅作为运算放大单元27的输出端C。第四节点N₄通过电容C₁连接至第五节点N₅。可选的，第七开关Q₂₀₇的沟道的宽长比为第二开关Q₂₀₂的沟道的宽长比的2倍。可选的，第七开关Q₂₀₇的沟道的宽长比为第四开关Q₂₀₄的沟道的宽长比的2倍。

如图2所示，偏置电路模块25包括第八开关Q₂₀₈、第九开关Q₂₀₉、第十开关Q₂₁₀以及第十一开关Q₂₁₁。具体地，第八开关Q₂₀₈的第一通路端连接至工作电压VCC。第九开关Q₂₀₉的第一通路端连接至工作电压VCC。第十开关Q₂₁₀的第一通路端连接至第八开关Q₂₀₈的第二通路端，第十开关Q₂₁₀的第二通路端连接至地电压GND。第十一开关Q₂₁₁的第一通路端连接至第九开关Q₂₀₉的第二通路端。第十一开关Q₂₁₁的第二通路端通过第三电阻R3而连接至地电压GND。第八开关Q₂₀₈和第九开关Q₂₀₉的控制端连接在一起，并连接至第九开关Q₂₀₉与第十一开关Q₂₁₁之间的第六节点N₆。第十开关Q₂₁₀与第十一开关Q₂₁₁的控制端连接在一起，并连接至第八开关Q₂₀₈与第十开关Q₂₁₀之间的第七节点N₇。

可选的，第八开关Q₂₀₈和第九开关Q₂₀₉都是NMOS管，第十开关Q₂₁₀和第十一开关Q₂₁₁都是PMOS管。第八开关Q₂₀₈和第九开关Q₂₀₉的沟道宽长比相等。第十一开关Q₂₁₁的沟道的宽长比是第十开关Q₂₁₀的N倍。其中，N为不等于1的正数。偏置电路模块25通过第六节点N₆输出的偏置电流为：

其中，μ_n为第十开关Q₂₁₀和第十一开关Q₂₁₁的载流子迁移率，C_OX为第十开关Q₂₁₀和第十一开关Q₂₁₁的单位面积的栅氧化层电容值，W/L为第十开关Q₂₁₀的沟道的宽长比，N为第十一开关Q₂₁₁的沟道的宽长比与第十开关Q₂₁₀的沟道的宽长比的比值。

如图2所示，正向输入模块26包括第一电阻R₁和第十二开关Q₂₁₂。第十二开关Q₂₁₂的第一通路端连接至工作电压VCC，第二通路端连接至第一电阻R₁。第十二开关Q₂₁₂的控制端和第一开关Q₂₀₁的控制端连接至第六节点N₆，以将偏置电流I_b导入第一电阻R₁。

如图2所示，输出单元28的第一路径包括第十三开关Q₂₁₃、第十四开关Q₂₁₄、第十五开关Q₂₁₅以及第二电阻R₂。第十三开关Q₂₁₃的第一通路端连接到工作电压VCC。第十三开关Q₂₁₃的第二通路端连接到第十四开关Q₂₁₄的第一通路端。第十三开关Q₂₁₃的第二通路端还连接到第十三开关Q₂₁₃的控制端。第十四开关Q₂₁₄的第二通路端连接到第十五开关Q₂₁₅的第一通路端。第十四开关Q₂₁₄的第二通路端还连接到第十四开关Q₂₁₄的控制端。第十五开关Q₂₁₅的第二通路端通过第二电阻R₂连接到地电压GND。第十五开关Q₂₁₅的控制端连接于运算放大单元27的输出端C。第十五开关Q₂₁₅的第二通路端连接于运算放大单元27的第二输入端B，使得第二电阻R₂两端的电压等于V_B或者V_A。开关Q₂₁₃、Q₂₁₄和Q₂₁₅可以为PMOS管、NMOS管或者三极管等，本申请对此不做其他限制。

如图2所示，输出单元28的第二路径包括第十六开关Q₂₁₆、第十七开关Q₂₁₇和输出电阻R_O。第十六开关Q₂₁₆的第一通路端连接到工作电压VCC。第十六开关Q₂₁₆的第二通路端连接到第十七开关Q₂₁₇的第一通路端。第十六开关Q₂₁₆的控制端连接于第一路径的第十三开关Q₂₁₃的控制端。第十七开关Q₂₁₇的第二通路端通过输出电阻R_O连接到地电压GND。第十七开关Q₂₁₇的控制端连接于第一路径的第十四开关Q₂₁₄的控制端。如图2所示，开关Q₂₁₃、Q₂₁₄、Q₂₁₆以及Q₂₁₇构成电流镜。该电流镜使得流过第十六开关Q₂₁₆的通路端的电流I_p2为流过第十三开关Q₂₁₃的通路端的电流I_p1的m倍。即，该电流镜的宽长比为m：1。可选的，第十六开关Q₂₁₆的宽长比为第十三开关Q₂₁₃的宽长比的m倍。可选的，第十三开关Q₂₁₃和第十六开关Q₂₁₆的栅长相等，以减少边缘扩散所导致的误差，第十六开关Q₂₁₆的沟道宽为第十三开关Q₂₁₃的沟道宽的m倍。

以下详细说明在如图2所示的过流保护电路20的第一实施例中，反馈电压V_F与待检测电流I_CE之间的关系。

在图2的实施例中，偏置电路模块25的偏置电流I_b通过第一电阻R₁和寄生电阻R_p流入地电压GND端。待检测电流I_CE也通过寄生电阻R_p流入地电压GND端。因此，运算放大单元27的第一输出端A的电压V_A为第一电阻R₁和寄生电阻R_p两者的电压之和。即：

V_A＝R_p*(I_CE+I_b)+R₁*I_b (2.2)

由于偏置电流I_b一般设置为使得直流开关Q_d的电流I_CE为偏置电流I_b的至少10000倍。可选的，直流开关的电流I_CE为偏置电流I_b的10⁴～10⁶倍。因此I_CE+I_b可以简化为I_CE。故公式(2.2)可以简化为：

V_A＝R_p*I_CE+R₁*I_b (2.3)

由于运算放大单元27的第一输出端A的电压V_A与第二输出端B的电压V_B相等，因此：

V_B＝V_A＝R_p*I_CE+R₁*I_b (2.4)

第二电阻R₂两端的电压为V_B，故流经第二电阻R₂的电流，也就是输出单元28的第一路径的电流I_P1为：

I_P1＝V_B/R₂＝(R_p*I_CE+R₁*I_b)/R₂ (2.5)

输出单元28的第二路径的电流I_P2为第一路径的电流I_p1的m倍，即：

I_P2＝m*I_P1＝m*(R_p*I_CE+R₁*I_b)/R₂ (2.6)

故输出反馈电压V_F的值(输出电阻R_p的电压值)为：

可选的，过流保护电路20配置为R₁与R₂的阻值相等，即，R₁＝R₂＝R，此时输出反馈电压V_F的值为

V_F＝(m*R_p*R_O/R)*I_CE+(m*R_O)*I_b (2.8)

即，所述输出反馈电压V_F与侦测到的电流I_CE成正比，并且关联偏置电流I_b。

本申请的第一实施例通过偏置电流、运算放大器和镜像电路的组合，将流过寄生电阻的待侦测电流转换成放大的信号输出反馈电压。该实施例省略了外接采样电阻，减少了过流保护电路的功耗，方便了系统的封装。

参考图3，图3示出本申请的第二实施例的过流保护电路30的电路示意图。过流保护电路30包括电流侦测电路32和反馈电路34。

具体地，电流侦测电路32包括直流开关Q_d和一端连接该直流开关Q_d的寄生电阻R_p。寄生电阻R_p的另一端连接地电压GND。流过直流开关Q_d的电流I_CE为待检测电流。电流侦测电路32输出的采样电压V_s从位于直流开关Q_d和寄生电阻R_p之间的第一节点N₁输入到反馈电路34。

具体地，反馈电路34包括恒流源单元35、运算放大单元36和输出单元。其中，恒流源单元35用于为运算放大单元36提供第一偏置电流I_b1和第二偏置电流I_b2。

运算放大单元36接收该第一偏置电流I_b1和第二偏置电流I_b2。运算放大单元36包括第一输入端A和第二输入端B。其中，运算放大单元36的第一输入端A和第二输入端B的电压相等，以将第一输入端A点的与采样电压V_s关联的电压V_A通过第二输入端B馈送给输出单元37。

输出单元包括第一支路和第二支路。其中，第一支路接收来自运算放大单元36的第二输入端B的馈送信号，第二支路通过电流镜放大第一支路的电流，生成输出反馈电压V_F，以使过流保护电路30根据该输出反馈电压V_F而进行过流保护。

具体地，恒流源单元35包括恒流模块350、第一镜像模块351、第二镜像模块352以及第三镜像模块353。其中，恒流模块350连接在工作电压VCC和地电压GND之间，以提供第一电流I₁。第一镜像模块351连接在工作电压VCC和地电压GND之间并电流镜像恒流模块350，以提供与第一电流I₁相同的第二电流I₂。第二镜像模块352连接在工作电压VCC和地电压GND之间并电流镜像第一镜像模块351，以提供与第二电流I₂相同的第三电流I₃，并从第三电流I₃中分流出第二偏置电流I_b2。第三镜像模块353连接在工作电压VCC和地电压GND之间并电流镜像第一镜像模块351，以提供与第一电流I₁相同的第四电流I₄，并从第四电流I₄中分流出第一偏置电流I_b1。

具体地，参考图3，恒流模块350包括恒流源I_S、第三开关Q₃₀₃、第四开关Q₃₀₄。其中，恒流源I_S可以是生成第一电流I₁的直流恒流源I_S。可选的，恒流源I_S是流出源。第三开关Q₃₀₃的第一通路端通过恒流源I_S而连接至工作电压VCC，第三开关Q₃₀₃的控制端连接第三开关Q₃₀₃的第一通路端。第四开关Q₃₀₄的第一通路端连接第三开关Q₃₀₃的第二通路端，第四开关Q₃₀₄的第二通路端连接地电压GND，而其控制端连接第四开关Q₃₀₄的第一通路端。可选的，第三开关Q₃₀₃和第四开关Q₃₀₄为增强型N沟道MOS管。第三开关Q₃₀₃和第四开关Q₃₀₄也可以为其他类型的开关，本申请对此不作限制。

具体地，参考图3，第一镜像模块351包括第五开关Q₃₀₅、第六开关Q₃₀₆、第七开关Q₃₀₇以及第八开关Q₃₀₈。第五开关Q₃₀₅的第一通路端连接至工作电压VCC，其控制端连接第五开关Q₃₀₅的第一通路端。第六开关Q₃₀₆的第一通路端连接第五开关Q₃₀₅的第二通路端，其控制端连接第六开关Q₃₀₆的第二通路端。第七开关Q₃₀₇的第一通路端连接第六开关Q₃₀₆的第二通路端，其控制端连接第三开关Q₃₀₃的控制端。第八开关Q₃₀₈的第一通路端连接第七开关Q₃₀₇的第二通路端，其控制端连接第四开关Q₃₀₄的控制端，其第二通路端连接地电压GND。可选的，第五开关Q₃₀₅和第六开关Q₃₀₆为增强型P沟道MOS管。可选的，第七开关Q₃₀₇和第八开关Q₃₀₈为增强型N沟道MOS管。但本申请不限制第五开关Q₃₀₅、第六开关Q₃₀₆、第七开关Q₃₀₇以及第八开关Q₃₀₈的具体类型。

其中，第七开关Q₃₀₇、第八开关Q₃₀₈与恒流模块350的第三开关Q₃₀₃以及第四开关Q₃₀₄构成电流镜，确保流过第一镜像模块351的电流I₂与流过恒流模块350的第一电流I₁相等。即，I₂＝I₁。可选的，第七开关Q₃₀₇的沟道的宽长比与第三开关Q₃₀₃的沟道的宽长比相等。第八开关Q₃₀₈的沟道的宽长比与第四开关Q₃₀₄的沟道的宽长比相等。可选的，第七开关Q₃₀₇的栅长和沟道宽与第三开关Q₃₀₃的栅长和沟道宽分别相等。第八开关Q₃₀₈的栅长和沟道宽与第四开关Q₃₀₄的栅长和沟道宽分别相等。可选的，第三开关Q₃₀₃和第七开关Q₃₀₇为同型号的开关。第四开关Q₃₀₄和第八开关Q₃₀₈为同型号的开关。

具体地，参考图3，第二镜像模块352包括第九开关Q₃₀₉、第十开关Q₃₁₀、第十一开关Q₃₁₁以及第十二开关Q₃₁₂。第九开关Q₃₀₉的第一通路端连接至工作电压VCC，其控制端连接第五开关Q₃₀₅的控制端。第十开关Q₃₁₀的第一通路端连接第九开关Q₃₀₉的第二通路端，其控制端连接第六开关Q₃₀₆的控制端。第十一开关Q₃₁₁的第一通路端连接第十开关Q₃₁₀的第二通路端，其控制端连接第三开关Q₃₀₃的控制端。第十二开关Q₃₁₂的第一通路端连接第十一开关Q₃₁₁的第二通路端，其控制端连接第四开关Q₃₀₄的控制端，其第二通路端连接地电压GND。第二偏置节点N_b2位于第十开关Q₃₁₀和第十一开关Q₃₁₁之间，以输出第二偏置电流I_b2。可选的，第九开关Q₃₀₉和第十开关Q₃₁₀是增强型P沟道MOS管。可选的，第十一开关Q₃₁₁和第十二开关Q₃₁₂是增强型N沟道MOS管。但本申请不限制第九开关Q₃₀₉、第十开关Q₃₁₀、第十一开关Q₃₁₁以及第十二开关Q₃₁₂的具体类型。

其中，第九开关Q₃₀₉、第十开关Q₃₁₀与第一镜像模块351的第五开关Q₃₀₅以及第六开关Q₃₀₆构成电流镜，确保流过第二镜像模块352的第九开关Q₃₀₉和第十开关Q₃₁₀的电流I₃与流过第二镜像模块352的第二电流I₂相等。即，I₃＝I₂。可选的，第九开关Q₃₀₉的沟道的宽长比与第五开关Q₃₀₅的沟道的宽长比相等。第十开关Q₃₁₀的沟道的宽长比与第六开关Q₃₀₆的沟道的宽长比相等。可选的，第九开关Q₃₀₉的栅长和沟道宽与第五开关Q₃₀₅的栅长和沟道宽分别相等。第十开关Q₃₁₀的栅长和沟道宽与第六开关Q₃₀₆的栅长和沟道宽分别相等。可选的，第五开关Q₃₀₅和第九开关Q₃₀₉为同型号的开关。第六开关Q₃₀₆和第十开关Q₃₁₀为同型号的开关。

具体地，参考图3，第三镜像模块353包括第十三开关Q₃₁₃、第十四开关Q₃₁₄、第十五开关Q₃₁₅以及第十六开关Q₃₁₆。第十三开关Q₃₁₃的第一通路端连接至工作电压VCC，其控制端连接第九开关Q₃₀₉的控制端。第十四开关Q₃₁₄的第一通路端连接第十三开关Q₃₁₃的第二通路端，其控制端连接第十开关Q₃₁₀的控制端。第十五开关Q₃₁₅的第一通路端连接第十四开关Q₃₁₄的第二通路端，其控制端连接第三开关Q₃₀₃的控制端。第十六开关Q₃₁₆的第一通路端连接第十五开关Q₃₁₅的第二通路端，其控制端连接第四开关Q₃₀₄的控制端，其第二通路端连接地电压GND。第一偏置节点N_b1位于第十四开关Q₃₁₄和第十五开关Q₃₁₅之间，以输出第一偏置电流I_b1。可选的，第十三开关Q₃₁₃和第十四开关Q₃₁₄是增强型P沟道MOS管。可选的，第十五开关Q₃₁₅和第十六开关Q₃₁₆是增强型N沟道MOS管。但本申请不限制第十三开关Q₃₁₃、第十四开关Q₃₁₄、第十五开关Q₃₁₅以及第十六开关Q₃₁₆的具体类型。

其中，第十三开关Q₃₁₃、第十四开关Q₃₁₄与第二镜像模块352的第九开关Q₃₀₉以及第十开关Q₃₁₀构成电流镜，确保流过第三镜像模块353的第十三开关Q₃₁₃和第十四开关Q₃₁₄的第四电流I₄与流过第三镜像模块353的第九开关Q₃₀₉和第十开关Q₃₁₀的第三电流I₃相等。即，I₄＝I₃。可选的，第九开关Q₃₀₉的沟道的宽长比与第十三开关Q₃₁₃的沟道的宽长比相等。第十开关Q₃₁₀的沟道的宽长比与第十四开关Q₃₁₄的沟道的宽长比相等。可选的，第九开关Q₃₀₉的栅长和沟道宽与第十三开关Q₃₁₃的栅长和沟道宽分别相等。第十开关Q₃₁₀的栅长和沟道宽与第十四开关Q₃₁₄的栅长和沟道宽分别相等。可选的，第十三开关Q₃₁₃和第九开关Q₃₀₉为同型号的开关。第十四开关Q₃₁₄和第十开关Q₃₁₀为同型号的开关。

其中，第十五开关Q₃₁₅、第十六开关Q₃₁₆与第二镜像模块352的第十一开关Q₃₁₁以及第十二开关Q₃₁₂构成电流镜，确保流过第二镜像模块352的第十一开关Q₃₁₁和第十二开关Q₃₁₂的第五电流I₅与流过第三镜像模块353的第十五开关Q₃₁₅和第十六开关Q₃₁₆的第七电流I₆相等。即，I₅＝I₆。可选的，第十一开关Q₃₁₁的沟道的宽长比与第十五开关Q₃₁₅的沟道的宽长比相等。第十二开关Q₃₁₂的沟道的宽长比与第十六开关Q₃₁₆的沟道的宽长比相等。可选的，第十一开关Q₃₁₁的栅长和沟道宽与第十五开关Q₃₁₅的栅长和沟道宽分别相等。第十二开关Q₃₁₂的栅长和沟道宽与第十六开关Q₃₁₆的栅长和沟道宽分别相等。可选的，第十五开关Q₃₁₅和第十一开关Q₃₁₁为同型号的开关。第十六开关Q₃₁₆和第十二开关Q₃₁₂为同型号的开关。恒流源I_S单元采用了垂直级联结构，提高了输出阻抗，大大提高了电路的电源电压抑制比。

参考图3，运算放大单元36包括第一开关Q₃₀₁和第二开关Q₃₀₂。第一开关Q₃₀₁的第一通路端连接第二镜像模块352的第二偏置节点N_b2以接收第二偏置电流I_b2，第一开关Q₃₀₁的第二通路端连接第二电阻R₂以使第二偏置电流I_b2流经第二电阻R₂。其中，第一开关Q₃₀₁的第二通路端作为运算放大单元36的第二输入端。

第二开关Q₃₀₂的第一通路端连接第三镜像模块353的第一偏置节点N_b1以接收第一偏置电流I_b1，第二开关Q₃₀₂的第二通路端通过第一电阻R₁连接至电流侦测电路32的第一节点N₁，以使第一偏置电流I_b1经过第一电阻R₁、第一节点N₁和寄生电阻R_p流入地电压GND端。

其中，第一开关Q₃₀₁的第二通路端作为运算放大单元36的第一输入端。第一开关Q₃₀₁和第二开关Q₃₀₂的控制端连接在一起，并连接至第一开关Q₃₀₁的第一通路端。第二开关Q₃₀₂的第一通路端进一步作为运算放大单元36的输出端C，连接输出单元。可选的，第一开关Q₃₀₁和第二开关Q₃₀₂都是增强型N沟道MOS管。第一开关Q₃₀₁和第二开关Q₃₀₂也可以采用其他型号的开关。可选的，第一开关Q₃₀₁和第二开关Q₃₀₂的宽长比相等。可选的，第一开关Q₃₀₁和第二开关Q₃₀₂的栅长和沟道宽度分别相等。可选的，第一电阻R₁和第二电阻R₂阻值相等。

输出单元包括第一路径和第二路径。第一路径和第二路径分别连接在工作电压VCC和地电压GND之间。

具体地，参考图3，第一路径包括第十七开关Q₃₁₇、第十八开关Q₃₁₈、第十九开关Q₃₁₉以及第二电阻R₂。第十七开关Q₃₁₇的第一通路端连接到工作电压VCC，第十七开关Q₃₁₇的第二通路端连接到第十八开关Q₃₁₈的第一通路端，第十七开关Q₃₁₇的第二通路端还连接到第十七开关Q₃₁₇的控制端。第十八开关Q₃₁₈的第二通路端连接到第十九开关Q₃₁₉的第一通路端，第十八开关Q₃₁₈的第二通路端还连接到第十八开关Q₃₁₈的控制端。第十九开关Q₃₁₉的第二通路端通过第二电阻R₂连接到地电压GND，第十九开关Q₃₁₉的第二通路端还连接于运算放大单元36的第二输入端B，第十九开关Q₃₁₉的控制端连接到运算放大单元36的输出端C。可选的，第十七开关Q₃₁₇、第十八开关Q₃₁₈和第十九开关Q₃₁₉为增强型P沟道MOS管。但本申请不限制开关的具体类型。

具体地，第二路径包括第二十开关Q₃₂₀、第二十一开关Q₃₂₁以及输出电阻R_O。第二十开关Q₃₂₀的第一通路端连接到工作电压VCC，第二十开关Q₃₂₀的第二通路端连接到第二十一开关Q₃₂₁的第一通路端，第二十开关Q₃₂₀的控制端连接到第十七开关Q₃₁₇的控制端。第二十一开关Q₃₂₁的第二通路端通过输出电阻R_O连接到地电压GND，第二十一开关Q₃₂₁的控制端连接到第十八开关Q₃₁₈的控制端。第十七开关Q₃₁₇、第十八开关Q₃₁₈、第二十开关Q₃₂₀以及第二十一开关Q₃₂₁构成电流镜，使得流经第二路径的第二十开关Q₃₂₀和第二十一开关Q₃₂₁的电流I₈为流过第一路径的第十七开关Q₃₁₇和第十八开关Q₃₁₈的电流I₇的m倍。可选的，第二十开关Q₃₂₀的沟道宽长比为第十七开关Q₃₁₇的沟道宽长比的m倍。可选的，第二十一开关Q₃₂₁的沟道宽长比为第十八开关Q₃₁₈的沟道宽长比的m倍。m为大于1的数。可选的，m为3或4。输出节点N_O位于第二十一开关Q₃₂₁和输出电阻R_O之间。反馈电压V_F从该输出节点N_O输出。

以下详细说明在如图3所示的过流保护电路30的第二实施例中，反馈电压V_F与待检测电流I_CE之间的关系。

在恒流源I_S单元中，由上文所述可知，I₁＝I₂＝I₃＝I₄，I₅＝I₆。而第一偏置电流I_b1＝I₄-I₆，第二偏置电流I_b2＝I₃-I₅。由此可知：

I_b1＝I_b2＝I_b， (3.1)

即，第一偏置电流I_b1与第二偏置电流I_b2相等。

在运算放大单元36中：第一开关Q₃₀₁和第二开关Q₃₀₂共栅并且宽长比相等；第一开关Q₃₀₁的第一通路端的电流(第一偏置电流I_b1)等于第二开关Q₃₀₂的第一通路端的电流(第二偏置电流I_b2)；以及，第一电阻R₁和第二电阻R₂相等，即，第一开关Q₃₀₁和第二开关Q₃₀₂的源极电阻阻值都等于R。因此，第一开关Q₃₀₁和第二开关Q₃₀₂的源极电压相等。即，A点的电压V_A和B点的电压V_B相等：

V_A＝V_B (3.2)

第一偏置电流I_b1从A点通过第一电阻R₁和寄生电阻R_p流入地电压GND端。待检测电流I_CE也通过寄生电阻R_p流入地电压GND端。因此，A点的电压V_A为第一电阻R₁和寄生电阻R_p两者的电压之和。即：

V_A＝R_p*(I_CE+I_b)+R₁*I_b (3.3)

输出单元的第一路径的电流I₇和第二偏置电流I_b2分别经过B点继而通过第二电阻R₂流入地电压GND端。因此，B的电压为：

V_B＝R₂*(I₇+I_b) (3.4)

由公式(3.2)、(3.3)以及(3.4)可知：

R_p*(I_CE+I_b)+R₁*I_b＝R₂*(I₇+I_b) (3.5)

其中，已知R₁＝R₂＝R，故公式(3.5)可以简化为：

R_p*(I_CE+I_b)＝R*I₇ (3.6)

由于偏置电流I_b一般设置为使得直流开关的电流I_CE为偏置电流I_b的至少10000倍。可选的，直流开关的电流I_CE为偏置电流I_b的10⁴～10⁶

倍。因此I_CE+I_b可以简化为I_CE。故公式(3.6)可以变为：

由于输出单元37的第二路径的电流I₈为输出单元37的第一路径的电流I₇的m倍：

I₈＝m*I₇ (3.8)

而输出反馈电压值VF为：

V_F＝I₈*R_o (3.9)

因此，由公式(3.7)、(3.8)以及(3.9)可知，输出反馈电压值V_F为：

V_F＝(m*R_P*R_O/R)*I_CE (3.10)

由该公式可知，该输出反馈电压值V_F与偏置电流I_b的大小无关。

综上，在图3中所示的实施例中，恒流源单元35配置为提供流经第一电阻R₁的第一偏置电流I_b1和流经第二电阻R₂的与第一偏置电流I_b1相等的第二偏置电流I_b2，以在运算放大单元36的第一输入端A产生第一电压V_A和在第二输入端B产生第二电压V_B，从而利用第二偏置电流I_b2而消除第一偏置电流I_b1对输出反馈电压V_F的影响，进一步提高了过流保护电路30的过流检测的精确度和抗噪能力。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (18)

1.一种过流保护电路，其特征在于，包括：

电流侦测电路，被配置为侦测电子器件的电流，并将侦测的所述电流通过采样电阻而转换成采样电压，所述采样电压通过第一节点输出，其中，所述采样电阻为连接所述电子器件的导线或所述电子器件内的导线所产生的寄生电阻；

反馈电路，连接所述电流侦测电路，被配置为根据所述采样电压而产生相应的反馈信号，从而进行过流保护。

2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述反馈电路包括：

运算放大单元，其第一输入端通过第一电阻而连接至所述第一节点，以在所述第一输入端产生关联所述采样电压的第一电压；

输出单元，连接在工作电压和地电压之间，且包括：

第一路径，连接在所述工作电压和所述地电压之间，并连接所述运算放大单元的输出端和第二输入端，其中，所述第二输入端通过所述第一路径上的第二电阻而连接至所述地电压，且所述第二输入端上的第二电压与所述第一电压相等；

第二路径，连接在所述工作电压和所述地电压之间，其中，所述第一路径上的第一电流和所述第二路径上的第二电流成比例，且所述第二路径上设置有输出电阻，以将流经所述第二路径的所述第二电流转换成输出反馈电压，以使所述过流保护电路根据所述输出反馈电压而进行过流保护。

3.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，所述反馈电路进一步包括：

恒流源单元，被配置为提供流经所述第一电阻的偏置电流，以在所述第一输入端产生所述第一电压，其中，所述第一电压关联所述采样电压。

4.根据权利要求3所述的过流保护电路，其特征在于，所述偏置电流小于等于所述电子器件的电流的千分之一。

5.根据权利要求3所述的过流保护电路，其特征在于，所述恒流源单元包括：

偏置电路模块，连接在所述工作电压和所述地电压之间，且被配置为提供所述偏置电流；

正向输入模块，连接所述偏置电路模块并且连接所述运算放大单元的所述第一输入端，以导入所述偏置电流流经所述正向输入模块的所述第一电阻，从而在所述第一输入端产生关联所述采样电压的第一电压。

6.根据权利要求5所述的过流保护电路，其特征在于，所述运算放大单元包括：

第一路径，包括串联在所述工作电压和所述地电压之间的第一开关和第二开关；

第二路径，包括串联在所述工作电压和所述地电压之间的第三开关和第四开关；

第三路径，包括连接在所述工作电压和所述地电压之间的第五开关、第六开关、第一驱动管、第二驱动管和第七开关，其中，所述第一驱动管的控制端作为所述运算放大单元的所述第一输入端，所述第二驱动管的控制端作为所述运算放大单元的所述第二输入端；所述第一驱动管的第一通路端通过所述第五开关而连接至所述工作电压，所述第二驱动管的第一通路端通过所述第六开关而连接至所述工作电压，且所述第一驱动管的第二通路端和所述第二驱动管的第二通路端连接在一起，并通过所述第七开关而连接至所述地电压；所述第五开关和所述第六开关的控制端连接在一起，并连接至所述第六开关与所述第二驱动管之间的第二节点；

其中，所述第七开关的控制端、所述第四开关的控制端和所述第二开关的控制端连接在一起，并连接至所述第一开关与所述第二开关之间的第三节点；所述第三开关的控制端连接至所述第五开关和所述第一驱动管之间的第四节点；且所述第三开关与所述第四开关之间的第五节点作为所述运算放大单元的输出端。

7.根据权利要求6所述的过流保护电路，其特征在于，所述偏置电路模块包括：

第八开关，其第一通路端连接至所述工作电压；

第九开关，其第一通路端连接至所述工作电压；

第十开关，其第一通路端连接至所述第八开关的第二通路端，其第二通路端连接至所述地电压；

第十一开关，其第一通路端连接至所述第九开关的第二通路端，其第二通路端通过第三电阻而连接至所述地电压；

其中，所述第八开关和所述第九开关的控制端连接在一起，并连接至所述第九开关与所述第十一开关之间的第六节点；所述第十开关与所述第十一开关的控制端连接在一起，并连接至所述第八开关与所述第十开关之间的第七节点。

8.根据权利要求7所述的过流保护电路，其特征在于，所述正向输入模块包括所述第一电阻和第十二开关，

其中，所述第十二开关的第一通路端连接至所述工作电压，所述第十二开关的第二通路端连接至所述第一电阻，所述第十二开关的控制端和所述第一开关的控制端连接至所述第六节点。

9.根据权利要求8所述的过流保护电路，其特征在于，所述输出反馈电压与侦测到的所述电流成正比，并关联所述偏置电流。

10.根据权利要求3所述的过流保护电路，其特征在于，所述反馈电路进一步包括：

恒流源单元，被配置为提供流经所述第一电阻的第一偏置电流和流经所述第二电阻的第二偏置电流，以在所述第一输入端产生所述第一电压和在所述第二输入端产生所述第二电压，从而利用所述第二偏置电流而消除所述第一偏置电流对所述输出反馈电压的影响。

11.根据权利要求10所述的过流保护电路，其特征在于，所述第一偏置电流和所述第二偏置电流均小于等于所述电子器件的电流的千分之一。

12.根据权利要求10所述的过流保护电路，其特征在于，所述恒流源单元包括：

恒流模块，连接在所述工作电压和所述地电压之间，以提供第一电流；

第一镜像模块，连接在所述工作电压和所述地电压之间并电流镜像所述恒流模块，以提供与所述第一电流相同的第二电流；

第二镜像模块，连接在所述工作电压和所述地电压之间并电流镜像所述第一镜像模块，以提供与所述第二电流相同的第三电流，并从所述第三电流中分流出所述第二偏置电流；

第三镜像模块，连接在所述工作电压和所述地电压之间并电流镜像所述第一镜像模块，以提供与所述第二电流相同的第四电流，并从所述第四电流中分流出所述第一偏置电流。

13.根据权利要求12所述的过流保护电路，其特征在于，所述运算放大单元包括：

第一开关，其第一通路端连接所述第二镜像模块以接收所述第二偏置电流，其第二通路端连接所述第二电阻以使所述第二偏置电流流经所述第二电阻，其中，所述第一开关的第二通路端作为所述运算放大单元的所述第二输入端；

第二开关，其第一通路端连接所述第三镜像模块以接收所述第一偏置电流，其第二通路端连接所述第一电阻以使所述第一偏置电流流经所述第一电阻，其中，所述第一开关的第二通路端作为所述运算放大单元的所述第一输入端；

其中，所述第一开关和所述第二开关的控制端连接在一起，并连接至所述第一开关的第一通路端；所述第二开关的第一通路端进一步作为所述运算放大单元的输出端，连接所述输出单元。

14.根据权利要求13所述的过流保护电路，其特征在于，所述恒流模块包括：

恒流源；

第三开关，其第一通路端通过所述恒流源而连接至所述工作电压，其控制端连接所述第三开关的第一通路端；

第四开关，其第一通路端连接所述第三开关的第二通路端，其第二通路端连接所述地电压，而其控制端连接所述第四开关的第一通路端。

15.根据权利要求14所述的过流保护电路，其特征在于，所述第一镜像模块包括：

第五开关，其第一通路端连接至所述工作电压，其控制端连接所述第五开关的第一通路端，

第六开关，其第一通路端连接所述第五开关的第二通路端，其控制端连接所述第六开关的第二通路端，

第七开关，其第一通路端连接所述第六开关的第二通路端，其控制端连接所述第三开关的控制端，

第八开关，其第一通路端连接所述第七开关的第二通路端，其控制端连接所述第四开关的控制端，其第二通路端连接所述地电压。

16.根据权利要求15所述的过流保护电路，其特征在于，所述第二镜像模块包括：

第九开关，其第一通路端连接至所述工作电压，其控制端连接所述第五开关的控制端，

第十开关，其第一通路端连接所述第九开关的第二通路端，其控制端连接所述第六开关的控制端，

第十一开关，其第一通路端连接所述第十开关的第二通路端，其控制端连接所述第三开关的控制端，

第十二开关，其第一通路端连接所述第十一开关的第二通路端，其控制端连接所述第四开关的控制端，其第二通路端连接所述地电压，

其中，所述第一开关的第一通路端连接在所述第十开关和第十一开关之间的第二偏置节点以接收所述第二偏置电流。

17.根据权利要求16所述的过流保护电路，其特征在于，所述第三镜像模块包括：

第十三开关，其第一通路端连接至所述工作电压，其控制端连接所述第五开关的控制端，

第十四开关，其第一通路端连接所述第十三开关的第二通路端，其控制端连接所述第六开关的控制端，

第十五开关，其第一通路端连接所述第十四开关的第二通路端，其控制端连接所述第三开关的控制端，

第十六开关，其第一通路端连接所述第十五开关的第二通路端，其控制端连接所述第四开关的控制端，其第二通路端连接所述地电压，

其中，所述第二开关的第一通路端连接在所述第十四开关和第十五开关之间的第一偏置节点以接收所述第一偏置电流。

18.根据权利要求17所述的过流保护电路，其特征在于，所述第一偏置电流和所述第二偏置电流相等，所述输出反馈电压与侦测到的所述电流成正比，并无关于所述第一偏置电流和所述第二偏置电流。

Images