CN112886544A - 用于过负荷控制的功率选通电路及集成电路芯片 - Google Patents

用于过负荷控制的功率选通电路及集成电路芯片 Download PDF

Info

Publication number
CN112886544A
CN112886544A CN202110054285.7A CN202110054285A CN112886544A CN 112886544 A CN112886544 A CN 112886544A CN 202110054285 A CN202110054285 A CN 202110054285A CN 112886544 A CN112886544 A CN 112886544A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
power
overload
channel switch
power gating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110054285.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112886544B (zh
Inventor
原义栋
赵东艳
肖知明
李纪平
许秋珍
曲鹏达
乔彦彬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nankai University
State Grid Information and Telecommunication Co Ltd
Beijing Smartchip Microelectronics Technology Co Ltd
Beijing Core Kejian Technology Co Ltd
Original Assignee
Nankai University
State Grid Information and Telecommunication Co Ltd
Beijing Smartchip Microelectronics Technology Co Ltd
Beijing Core Kejian Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nankai University, State Grid Information and Telecommunication Co Ltd, Beijing Smartchip Microelectronics Technology Co Ltd, Beijing Core Kejian Technology Co Ltd filed Critical Nankai University
Priority to CN202110054285.7A priority Critical patent/CN112886544B/zh
Publication of CN112886544A publication Critical patent/CN112886544A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112886544B publication Critical patent/CN112886544B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/20—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for electronic equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/06—Details with automatic reconnection
    • H02H3/066—Reconnection being a consequence of eliminating the fault which caused disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

本发明涉及集成电路技术领域，提供一种用于过负荷控制的功率选通电路及集成电路芯片。所述功率选通电路包括设置于供电源与负载之间的通道开关，还包括转换模块、过负荷比较模块以及功率选通控制模块；所述转换模块用于将所述供电源的电压转换为可以量化的通道电阻；所述过负荷比较模块用于基于所述通道电阻计算功率门限，在输出功率达到所述功率门限时触发所述通道开关；所述功率选通控制模块用于对触发所述通道开关的过程进行逻辑控制。本发明通过转换模块和过负荷比较模块实现负荷功率门槛值计算，使得可以直接按照功率限值来配置触发通道开关的过负荷门限，从而实现芯片过负荷保护和功率保护，提高了过负荷保护的安全性。

Description

用于过负荷控制的功率选通电路及集成电路芯片
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体地涉及一种用于过负荷控制的功率选通电路以及一种集成电路芯片。
背景技术
功率选通电路是LDO(low dropout regulator，低压差线性稳压器)、开关电源和热插拔控制等电源管理模块的关键元件，是IC芯片(Integrated Circuit Chip，集成电路芯片)阻断过负荷电流、实现过负荷保护的关键功能模块。在设备的复杂电源管理系统中，通过激发功率选通电路阻断电流流通，从而保障IC芯片和控制器在过负荷情景下的安全。
在常规的过负荷保护方法中，一般是通过阻断电流的导通来实现芯片的过负荷保护。图1是现有的过负荷保护电路的功能示意图。如图1所示，现有的过负荷保护电路通过对供电电路的源电流进行实时监测，通过比较器COMP将监测到的电流值与阈值电流进行比较，产生逻辑信号来控制MOS开关管M1的导通或关闭(D1起到反向保护的作用)，从而阻断电流的导通实现过负荷保护。然而，在通常情况下，芯片的供电和热平衡安全由其功耗直接决定，而非负载电流。因此，根据负载电流来判断是否导通电路来实现过负荷保护，这种方式的安全性不高。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种用于过负荷控制的功率选通电路，根据功率限制来实现过负荷保护，提高安全性。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用于过负荷控制的功率选通电路，包括设置于供电源与负载之间的通道开关，还包括转换模块、过负荷比较模块以及功率选通控制模块；
所述转换模块用于将所述供电源的电压转换为可以量化的通道电阻；
所述过负荷比较模块用于基于所述通道电阻计算功率门限，在输出功率达到所述功率门限时触发所述通道开关；
所述功率选通控制模块用于对触发所述通道开关的过程进行逻辑控制。
可选的，所述通道开关为MOS晶体管。
可选的，所述转换模块包括第一MOS管、运算放大器以及跨导放大器，所述第一MOS管的源极连接到所述供电源，所述第一MOS管的栅极与所述运算放大器的输出端连接；所述跨导放大器的同相输入端连接到所述供电源，所述跨导放大器的反相输入端接地，所述跨导放大器的输出端与所述第一MOS管的漏极以及所述运算放大器的同相输入端连接，所述运算放大器的反相输入端通过第一恒定电流源接地并通过第一电阻与所述通道开关的源极连接。
可选的，所述过负荷比较模块包括第二MOS管和比较器；所述第二MOS管的栅极与所述第一MOS管的栅极连接，所述第二MOS管的源极与所述通道开关的源极连接，所述第二MOS管的漏极与所述比较器的同相输入端连接并通过第二恒定电流源接地；所述通道开关的漏极与所述比较器的反相输入端连接并连接到所述负载，所述比较器的输出端通过所述功率选通控制模块连接到所述通道开关的栅极。
可选的，所述功率选通控制模块包括依次连接的闩锁电路模块、计时器模块、门驱动器模块以及锁存逻辑模块，所述闩锁电路模块与所述比较器的输出端连接，所述门驱动器模块与所述通道开关的栅极连接；所述计时器模块用于探测所述比较器的输出状态；所述闩锁电路模块和所述锁存逻辑模块用于锁存所述比较器输出的逻辑信号。
本发明还提供一种集成电路芯片，包括上述的用于过负荷控制的功率选通电路。
本发明的功率选通电路作为一种过负荷保护架构，通过转换模块和过负荷比较模块实现负荷功率门槛值计算，使得可以直接按照功率限值来配置触发通道开关的过负荷门限，从而实现芯片过负荷保护和功率保护。本发明根据功率限值来实现过负荷保护，且该功率限值不依赖于输入电压，提高了过负荷保护的安全性。
此外，本发明的功率选通电路通过功率选通控制模块实现在过负荷出现时可以按照功率限值直接阻断功率通路，在过负荷清除时自动恢复供电，通过锁存逻辑和时间逻辑避免由于误触发或者启动过冲造成的死锁现象和颤振现象。
本发明实施例的其它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发明实施例的进一步理解，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发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是现有的过负荷保护电路的功能示意图；
图2是本发明实施例提供的用于过负荷控制的功率选通电路的功能图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例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发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
本文所述的“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。本文所述的“连接”用于表述两个部件/元件之间的电功率连接或信号连接；“连接”可以是两个元件的直接连接，也可以是通过中间媒介(例如导线)相连，还可以是通过第三个元件实现的间接连接。
图2是本发明实施例提供的用于过负荷控制的功率选通电路的功能图。如图2所示，本实施例提供一种用于过负荷控制的功率选通电路，包括设置于供电源与负载之间的通道开关MP0，还包括转换模块、过负荷比较模块以及功率选通控制模块。所述转换模块用于将供电源的电压转换为可以量化的通道电阻。所述过负荷比较模块用于基于所述通道电阻计算功率门限，在输出功率达到所述功率门限时触发通道开关MP0。所述功率选通控制模块用于对触发通道开关MP0的过程进行逻辑控制。所述通道开关MP0采用MOS晶体管，通过控制MOS晶体管源极与漏极的导通来打开供电源与负载之间的通道。
本实施例中，所述转换模块包括第一MOS管MP1A、运算放大器A1以及跨导放大器GM，所述第一MOS管MP1A的源极连接到供电源，所述第一MOS管MP1A的栅极与所述运算放大器A1的输出端连接。所述跨导放大器GM的同相输入端连接到所述供电源，所述跨导放大器GM的反相输入端接地，所述跨导放大器GM的输出端与所述第一MOS管MP1A的漏极以及所述运算放大器A1的同相输入端连接，所述运算放大器A1的反相输入端通过第一恒定电流源IB1接地并通过第一电阻R1与所述通道开关MP0的源极连接。所述转换模块通过运算放大器A1构成一个负反馈环路，使得第一MOS管MP1A的通道电阻反比于供电源的电压VSUPPLY，第一MOS管MP1A上的电压等同于第一电阻R1上的电压。
所述过负荷比较模块包括第二MOS管MP1B和比较器COMP。所述第二MOS管MP1B的栅极与所述第一MOS管MP1A的栅极连接，所述第二MOS管MP1B的源极与所述通道开关MP0的源极连接，所述第二MOS管MP1B的漏极与所述比较器COMP的同相输入端连接并通过第二恒定电流源IB接地。所述通道开关MP0的漏极与所述比较器COMP的反相输入端连接并连接到负载(VGATED)，所述比较器COMP的输出端通过所述功率选通控制模块连接到所述通道开关MP0的栅极。
基于上述的转换模块和过负荷比较模块的电路设计，使第一MOS管MP1A和与之镜像的第二MOS管MP1B工作在深线性区。由于处于深线性区的MOS管可以作为一个阻值由过驱动电压控制的电阻，第一MOS管MP1A和第二MOS管MP1B的通道电阻RCH_MP1A可以按如下公式计算：
RCH_MP1A＝(R1·IB1)/(VSUPPLY·GM)
其中，R1为第一电阻R1的阻值，IB1为电流源的电流值，VSUPPLY为供电源的电压，GM为跨导放大器GM的输出电流与输入电压的比值。
在过负荷比较模块作用下，通道开关MP0在开启时工作在深线性区，此时可以采用一个电阻RMP0来模拟通道开关MP0的电阻值。那么，能够使比较器COMP的输出电压VPLIM翻转的负荷电流门槛值ISUP_TH计算如下：
ISUP_TH＝RCH_MP1A·IB)/(RMP0)
基于上述公式，得到触发所述通道开关MP0的负荷功率门槛值PTH为：
PTH＝ISUP_TH·SUPPLY＝(R1·IB1·IB)/(RMP0·GM)
通过上述公式可知，触发所述功率选通电路的负荷功率门槛值PTH由第一电阻R1、电阻RMP0和电流源(IB1、IB)确定，与输入电压VSUPPLY无关。
所述功率选通控制模块包括依次连接的闩锁电路模块Latch、计时器模块Timer、门驱动器模块Gate Driver以及锁存逻辑模块Blank。所述闩锁电路模块Latch与所述比较器COMP的输出端连接，所述门驱动器模块Gate Driver与所述通道开关MP0的栅极连接；所述计时器模块Timer用于探测所述比较器COMP的输出状态；所述闩锁电路模块Latch和所述锁存逻辑模块Blank用于锁存所述比较器COMP输出的逻辑信号VPLIM。所述闩锁电路模块Latch、计时器模块Timer、门驱动器模块Gate Driver以及锁存逻辑模块Blank均采用现有的功能模块，本发明实施例不对其具体电路结构进行描述。
本实施例的功率选通电路的工作原理为：当输出功率达到功率门限时，通道开关MP0的VDS增大到与第二MOS管MP1B的VDS相等，触发比较器COMP反转，使比较器COMP的输出VPLIM信号从低电平变为高电平。VPLIM信号经过数字逻辑和门驱动器模块Gate Driver输出同向的VPASSG信号。VPASSG信号直接控制通道开关MP0的栅极，进而关闭通道开关MP0，实现功率保护。当触发功率保护后，经过计时器模块Timer探测比较器COMP的输出状态，同时触发锁存逻辑模块Blank，Blank将比较器COMP输出的VPLIM信号(逻辑信号)锁存在低电平，并维持一段时间，在保证比较器COMP能够稳定工作的情况下，Blank取消对VPLIM信号的锁存。然后，计时器模块Timer重新探测是否发生过负荷状态，比较器COMP重新输出VPLIM信号，闩锁电路模块Latch将VPLIM信号锁存，避免颤振现象。
本发明实施例提供的功率选通电路，作为一种过负荷保护架构，通过转换模块和过负荷比较模块实现负荷功率门槛值计算，使得可以直接按照功率限值来配置触发通道开关的过负荷门限，从而实现芯片过负荷保护和功率保护。本发明根据功率限值来实现过负荷保护，且该功率限值不依赖于输入电压，提高了过负荷保护的安全性。此外，本实施例的功率选通电路通过功率选通控制模块实现在过负荷出现时可以按照功率限值直接阻断功率通路，在过负荷清除时自动恢复供电，通过锁存逻辑和时间逻辑避免由于误触发或者启动过冲造成的死锁现象和颤振现象。
本发明实施方式还提供一种集成电路芯片，包括上述的用于过负荷控制的功率选通电路。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于过负荷控制的功率选通电路，包括设置于供电源与负载之间的通道开关，其特征在于，还包括转换模块、过负荷比较模块以及功率选通控制模块；
所述转换模块用于将所述供电源的电压转换为可以量化的通道电阻；
所述过负荷比较模块用于基于所述通道电阻计算功率门限，在输出功率达到所述功率门限时触发所述通道开关；
所述功率选通控制模块用于对触发所述通道开关的过程进行逻辑控制。
2.根据权利要求1所述的用于过负荷控制的功率选通电路，其特征在于，所述通道开关为MOS晶体管。
3.根据权利要求2所述的用于过负荷控制的功率选通电路，其特征在于，所述转换模块包括第一MOS管、运算放大器以及跨导放大器，所述第一MOS管的源极连接到所述供电源，所述第一MOS管的栅极与所述运算放大器的输出端连接；
所述跨导放大器的同相输入端连接到所述供电源，所述跨导放大器的反相输入端接地，所述跨导放大器的输出端与所述第一MOS管的漏极以及所述运算放大器的同相输入端连接，所述运算放大器的反相输入端通过第一恒定电流源接地并通过第一电阻与所述通道开关的源极连接。
4.根据权利要求3所述的用于过负荷控制的功率选通电路，其特征在于，所述过负荷比较模块包括第二MOS管和比较器；
所述第二MOS管的栅极与所述第一MOS管的栅极连接，所述第二MOS管的源极与所述通道开关的源极连接，所述第二MOS管的漏极与所述比较器的同相输入端连接并通过第二恒定电流源接地；
所述通道开关的漏极与所述比较器的反相输入端连接并连接到所述负载，所述比较器的输出端通过所述功率选通控制模块连接到所述通道开关的栅极。
5.根据权利要求4所述的用于过负荷控制的功率选通电路，其特征在于，所述功率选通控制模块包括依次连接的闩锁电路模块、计时器模块、门驱动器模块以及锁存逻辑模块，所述闩锁电路模块与所述比较器的输出端连接，所述门驱动器模块与所述通道开关的栅极连接；
所述计时器模块用于探测所述比较器的输出状态；
所述闩锁电路模块和所述锁存逻辑模块用于锁存所述比较器输出的逻辑信号。
6.一种集成电路芯片，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的用于过负荷控制的功率选通电路。
CN202110054285.7A 2021-01-15 2021-01-15 用于过负荷控制的功率选通电路及集成电路芯片 Active CN112886544B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110054285.7A CN112886544B (zh) 2021-01-15 2021-01-15 用于过负荷控制的功率选通电路及集成电路芯片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110054285.7A CN112886544B (zh) 2021-01-15 2021-01-15 用于过负荷控制的功率选通电路及集成电路芯片

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112886544A true CN112886544A (zh) 2021-06-01
CN112886544B CN112886544B (zh) 2023-03-31

Family

ID=76048108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110054285.7A Active CN112886544B (zh) 2021-01-15 2021-01-15 用于过负荷控制的功率选通电路及集成电路芯片

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112886544B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116027840A (zh) * 2023-02-21 2023-04-28 成都明夷电子科技有限公司 一种调节电路、电阻及电子设备

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110148324A1 (en) * 2009-12-21 2011-06-23 Bcd Semiconductor Manufacturing Limited Methods and systems for led driver having constant output current
CN102331807A (zh) * 2011-09-30 2012-01-25 电子科技大学 一种集成摆率增强电路的低压差线性稳压器
JP2012080717A (ja) * 2010-10-05 2012-04-19 Sanken Electric Co Ltd 多機能設定回路
CN103248227A (zh) * 2013-05-30 2013-08-14 杭州士兰微电子股份有限公司 开关电源及实现恒定输出电流的开关电源控制器
CN207529258U (zh) * 2017-09-26 2018-06-22 华南理工大学 一种低压差稳压器
CN108241396A (zh) * 2016-12-23 2018-07-03 北京同方微电子有限公司 一种提高瞬态响应速度的低压差线性稳压器
CN111490520A (zh) * 2020-05-25 2020-08-04 上海贝岭股份有限公司 智能仪表及其供电电路

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110148324A1 (en) * 2009-12-21 2011-06-23 Bcd Semiconductor Manufacturing Limited Methods and systems for led driver having constant output current
JP2012080717A (ja) * 2010-10-05 2012-04-19 Sanken Electric Co Ltd 多機能設定回路
CN102331807A (zh) * 2011-09-30 2012-01-25 电子科技大学 一种集成摆率增强电路的低压差线性稳压器
CN103248227A (zh) * 2013-05-30 2013-08-14 杭州士兰微电子股份有限公司 开关电源及实现恒定输出电流的开关电源控制器
CN108241396A (zh) * 2016-12-23 2018-07-03 北京同方微电子有限公司 一种提高瞬态响应速度的低压差线性稳压器
CN207529258U (zh) * 2017-09-26 2018-06-22 华南理工大学 一种低压差稳压器
CN111490520A (zh) * 2020-05-25 2020-08-04 上海贝岭股份有限公司 智能仪表及其供电电路

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116027840A (zh) * 2023-02-21 2023-04-28 成都明夷电子科技有限公司 一种调节电路、电阻及电子设备
CN116027840B (zh) * 2023-02-21 2023-05-23 成都明夷电子科技有限公司 一种调节电路、电阻及电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN112886544B (zh) 2023-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5187389A (en) Noise resistant low voltage brownout detector with shut off option
US7092226B2 (en) Constant-voltage power supply circuit
US9098100B2 (en) Voltage regulator with improved reverse current protection
CN109119969B (zh) 过电压保护方法及降压型切换式电源供应器及其控制电路
GB2253709A (en) Overcurrent detection circuit
WO2021135349A1 (zh) 一种低压差线性稳压器及其控制电路
CN206164074U (zh) 一种电源过流保护电路
US7265958B2 (en) Overcurrent protection circuit and semiconductor apparatus
CN112886544B (zh) 用于过负荷控制的功率选通电路及集成电路芯片
CN108599544A (zh) 应用于dc-dc变换器的高压使能电路
CN111162510A (zh) 具有快速保护功能的负载驱动电路及其保护方法
CN113741673B (zh) 一种应用于热插拔服务器的保护装置
CN110719093A (zh) 用于负载开关的多路高速宽带过流检测电路及控制方法
US11799282B2 (en) Electrical safety system for providing overcurrent protection of an electrical circuit in a vehicle
CN110011526B (zh) 一种基于电压控制的应用于ea电路的uvlo保护电路
CN106716156B (zh) 电路装置和用于运行电路装置的方法
CA3101845C (en) Method and arrangement for actuating a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor
JPH02260712A (ja) スイッチ回路
CN112865520A (zh) 开关管保护电路和开关装置
CN114793060A (zh) 线性稳压器和电源管理芯片
CN111817263B (zh) 限流保护电路
CN113495592A (zh) 用于ldo的短路电流保护装置和方法、ldo
Lu et al. Design of over-current protection circuit for power transistors
CN215186464U (zh) 开关管保护电路和开关装置
TWI812418B (zh) 電晶體開關保護裝置與使用其的電路裝置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant