CN112994421B - 过流保护电路、dc/dc转换器及电源管理芯片 - Google Patents

过流保护电路、dc/dc转换器及电源管理芯片 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种过流保护电路、DC/DC转换器及电源管理芯片。该过流保护电路包括：第一功率管、第二功率管、电感、反相器、反馈信号比较器、控制器、定时控制模块以及最小导通时间比较模块；其中，定时控制模块用于在第一功率管导通的情况下，输出定时信号；最小导通时间比较模块接收定时信号，以及反相器输出的处理信号；其中，最小导通时间比较模块基于处理信号得到第一功率管导通时间，且基于定时信号得到定时时间，并根据第一功率管导通时间和定时时间的时间比较结果，选择基于处理信号或定时信号输出控制信号；控制信号用于指示相应功率管导通或截止。本申请可以避免电感电流出现过饱和，提高电路安全性。

Description

过流保护电路、DC/DC转换器及电源管理芯片
技术领域
本申请涉及电源管理技术领域，特别是涉及一种过流保护电路、DC/DC转换器及电源管理芯片。
背景技术
DC/DC（Direct current-Direct current converter，直流转直流）转换器应用于电子产品的电源管理芯片端，DC/DC转化器升压或降压的转化效率逐渐受到广泛重视，常见的DC/DC转换器往往只集成相应的功率管和控制电路，转换器上电感在DC/DC升降电压转换的过程进行充放电处理，提升转换效率，同时实现较小损耗，芯片外需要体积大的电感和电容，往往是uH（微亨）级别，会造成更高的BOM（Bill of Material，物料清单）成本，以及多余的管脚未得到合理利用，导致DC/DC转换电路在电源应用领域受限。决定PMOS功率管的开启时间是由比较器的输出决定的，传统的电压比较器带有迟滞作用，电感的电感值在uH范围内时，电感电流上升斜率低，控制路径的传输电流或者比较器的延时对电感电流的影响几乎无，但对于感值在nH（纳亨）范围内，电感电流斜率大，ns（纳秒）级别的延时也会造成电感电流瞬间过大，在电感启动或者负载电流瞬态变化的情况下，控制电路延时过大会造成电感电流过流，甚至发生直通的情况。
在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统的DC/DC转换电路安全性低。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种过流保护电路、DC/DC转换器及电源管理芯片。
一种过流保护电路，包括：第一功率管、第二功率管、电感、反相器、反馈信号比较器、控制器、定时控制模块以及最小导通时间比较模块；
第一功率管的源极用于连接电源；第一功率管的漏极和第二功率管的漏极均连接电感的一端；第一功率管的栅极连接控制器的第一输出端；第二功率管的源极接地；第二功率管的栅极与控制器的第二输出端相连接；最小导通时间比较模块分别连接定时控制模块、控制器的输入端以及反相器的输出端；反相器的输入端与反馈信号比较器的输出端相连接；反馈信号比较器的反相输入端和电感的另一端均用于接收外反馈信号；
定时控制模块用于在第一功率管导通的情况下，输出定时信号；最小导通时间比较模块接收定时信号，以及反相器输出的处理信号；其中，最小导通时间比较模块基于处理信号得到第一功率管导通时间，且基于定时信号得到定时时间，并根据第一功率管导通时间和定时时间的时间比较结果，选择基于处理信号或定时信号输出控制信号；定时时间为根据电感的电感值对应的饱和电流而确定的第一功率管的最大导通时间；控制信号用于指示相应功率管导通或截止。
在其中一个实施例中，定时信号为电平信号；定时控制模块包括电压比较器、分段调节模块以及定时单元；
分段调节模块连接电压比较器的反相输入端，定时单元连接电压比较器的正相输入端；电压比较器的输出端与最小导通时间比较模块相连接；
电压比较器分别获取分段调节模块的参考电压和定时单元的输出电压，并对分段调节模块的参考电压和定时单元的输出电压进行电压比较，且根据电压比较的结果，输出电平信号。
在其中一个实施例中，定时单元包括电流源、电容、第一开关和第二开关；
第一开关的一端连接电流源，第一开关的另一端分别连接电压比较器的正相输入端、第二开关的一端以及电容的一端；电容的另一端和第二开关的另一端均用于接地；
在第一功率管导通的情况下，第一开关闭合，第二开关断开，电容开始充电；在电压比较的结果为电容的两端电压大于分段调节模块的参考电压的情况下，第一开关断开，第二开关闭合，电容停止充电；电压比较器输出电平信号。
在其中一个实施例中，定时时间为电容的充电时长。
在其中一个实施例中，分段调节模块的参考电压为根据电感的电感值确定。
在其中一个实施例中，最小导通时间比较模块包括锁存单元和逻辑单元；
锁存单元分别连接定时控制模块和逻辑单元；逻辑单元用于连接反相器；锁存单元用于接收处理信号和定时信号；逻辑单元用于接收处理信号以及输出控制信号。
在其中一个实施例中，锁存单元包括第一锁存器和第二锁存器；逻辑单元包括与非门、或非门和非门；
第一锁存器的第一输入端用于接收定时信号；第一锁存器的第二输入端用于接收处理信号；第一锁存器的输出端与与非门的第一输入端相连接；
第二锁存器的第一输入端用于接收第二功率管驱动控制信号；第二锁存器的第二输入端用于接收高电平输入信号；第二锁存器的输出端与与非门的第二输入端相连接；
与非门的输出端连接或非门的第一输入端；或非门的第二输入端用于接收处理信号；或非门的输出端与非门的输入端相连接；
非门的输出端用于输出控制信号。
在其中一个实施例中，处理信号为电平信号；控制信号为电平信号；
第一功率管导通时间为处理信号由低电平信号变为高电平信号所经历的时长；定时时间为定时信号由低电平信号变为高电平信号所经历的时长；
在时间比较的结果为第一功率管导通时间大于定时时间的情况下，最小导通时间比较模块选择基于定时信号，输出控制信号；
在时间比较的结果为第一功率管的导通时间小于或等于定时时间的情况下，最小导通时间比较模块选择基于处理信号，输出控制信号。
一种DC/DC转换器，包括如上述的过流保护电路。
一种电源管理芯片，包括上述的DC/DC转换器。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
本申请的定时控制模块在第一功率管导通的情况下，向最小导通时间比较模块输出定时信号；最小导通时间比较模块接收定时信号和反相器输出的处理信号，并基于处理信号得到第一功率管导通时间以及基于定时信号得到定时时间；最小导通时间比较模块将第一功率管导通时间和定时时间进行时间比较，根据时间比较结果选择基于处理信号或定时信号输出控制信号；控制信号可以指示相应的功率管导通或截止。从而本申请可以自适应精确调整第一功率管的导通时间，有效降低第一功率管导通延时，避免电感电流出现过饱和的情况，提高电路安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术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申请的一些实施例，对于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为传统的DC/DC转换器的结构示意图；
图2为一种固定延时获得NMOS管固定导通时间的PFM转换器的结构示意图；
图3为一个实施例中定时单元的结构示意图；
图4为一个实施例中最小导通时间比较模块的结构示意图；
图5为一个实施例中DC/DC转换器的结构示意图；
图6为另一个实施例中DC/DC转换器的结构示意图；
图7为一个具体的示例中DC/DC转换器选择基于处理信号或定时信号输出控制信号的流程图；
图8为一个具体的示例中第一功率管导通时间大于定时时间的情况下的信号流图；
图9为一个具体的示例中第一功率管导通时间小于定时时间的情况下的信号流图；
图10为一个具体的示例中传统DC/DC转换器控制PMOS管导通的情况下电感过流的时序图；
图11为一个具体的示例中DC/DC转换器基于定时信号控制PMOS管导通的时序图；
图12为一个实施例中电源管理芯片的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
如图1所示为传统的DC/DC转换器，由于电源管理芯片内部只集成了相应的功率管和控制电路，芯片外需要体积大的电感和电容，会造成更高的BOM成本以及多余的管脚未得到合理利用，导致DC/DC转换电路在电源应用领域受限。
通过全集成化设计的DC/DC转换器减少管脚的数量，采用更低的BOM成本，应用领域较宽，但该全集成DC/DC转换器通过bondwire（邦定线路板技术）或者PCB（PrintedCircuit Board，印制电路板）绕线方式引入电感，其电感值均比较小，电感Q值较低，会增大电路传输功率的损耗，电信号传输转换效率较低。电感Q值是电感的品质因数，是衡量电感器件的主要参数。是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比，电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。
如图2所示为一种固定延时获得NMOS管固定导通时间的PFM转换器，比较器输出结果作为PMOS功率管和NMOS功率管的导通条件。PMOS管低电平导通，高电平截止，NMOS管高电平导通，低电平截止，在PMOS管导通，NMOS管截止的情况下，电感充电；在PMOS管截止，NMOS管导通的情况下，电感放电。根据背景技术中所述，传统的电压比较器带有的迟滞作用，会使得电感值在nH范围内，电感电流斜率大，在电感启动或者负载电流瞬态变化的时候，控制电路延时过大会造成电感电流过流，甚至发生直通的情况；若输入电压未达到参考电压值，比较器输出导通信号（高电平），会出现持续保持功率管导通状态或者不平衡时的电感电流过度充电，或电流过度饱和的不稳定状态，影响输出纹波过大或者局部电感电流过流，也影响DC/DC转换电路的安全性。
基于以上原因，本申请提供了一种解决电感电流过饱和造成的DC/DC转换电路安全性低的方案。
在一个实施例中，提供了一种过流保护电路，可以包括：第一功率管、第二功率管、电感、反相器、反馈信号比较器、控制器、定时控制模块以及最小导通时间比较模块；
第一功率管的源极用于连接电源；第一功率管的漏极和第二功率管的漏极均连接电感的一端；第一功率管的栅极连接控制器的第一输出端；第二功率管的源极接地；第二功率管的栅极与控制器的第二输出端相连接；最小导通时间比较模块分别连接定时控制模块、控制器的输入端以及反相器的输出端；反相器的输入端与反馈信号比较器的输出端相连接；反馈信号比较器的反相输入端和电感的另一端均用于接收外反馈信号；
定时控制模块用于在第一功率管导通的情况下，输出定时信号；最小导通时间比较模块接收定时信号，以及反相器输出的处理信号；其中，最小导通时间比较模块基于处理信号得到第一功率管导通时间，且基于定时信号得到定时时间，并根据第一功率管导通时间和定时时间的时间比较结果，选择基于处理信号或定时信号输出控制信号；定时时间为根据电感的电感值对应的饱和电流而确定的第一功率管的最大导通时间；控制信号用于指示相应功率管导通或截止。
其中，第一功率管可以为PMOS管，第二功率管可以为NMOS管；第一功率管和第二功率管可以设置于DC/DC转换器中用于对电感进行充放电处理。
具体地，芯片端PIN引脚接入外反馈信号引脚，外反馈信号输入至反馈信号比较器的反相输入端，反馈信号比较器的正相输入端为参考电压，反馈信号比较器将外反馈信号与参考电压进行比较，根据比较的结果向反相器输出功率管控制信号；反相器将功率管控制信号反相后，向最小导通时间比较模块输入处理信号；功率管控制信号可以为电平信号，功率管控制信号可以控制相应的功率管导通或截止。
根据PMOS管低电平导通，高电平截止，NMOS管低电平截止，高电平导通的原理，在外反馈信号小于参考电压的情况下，反馈信号比较器输出高电平信号，再通过反相器向过流保护电路输出低电平信号，低电平信号再通过控制器输出至PMOS管和NMOS管，使得PMOS管导通，NMOS管截止，电感开始充电；同时，过流保护电路对PMOS管的导通时间进行调节。
定时控制模块在PMOS管导通的情况下输出定时信号；最小导通时间比较模块接收定时控制模块输出的定时信号，以及反相器输出的处理信号，并基于定时信号得到定时时间，基于处理信号得到第一功率管导通时间；最小导通时间比较模块将第一功率管导通时间和定时时间进行比较，根据时间比较的结果选择基于处理信号或定时信号，输出控制信号，控制信号可以输出至PMOS管，使其导通或截止，从而控制电感充电或放电。
本申请通过定时控制模块在PMOS管导通的情况下输出定时信号，最小导通时间比较模块接收定时信号和反相器输出的处理信号，并基于定时信号得到定时时间，基于处理信号得到第一功率管导通时间，从而最小导通时间比较模块通过第一功率管导通时间和定时时间的时间比较结果，输出用于指示PMOS管导通或截止的控制信号。由于定时时间是根据电感值对应的饱和电流而精确确定的PMOS管最大导通时间，因此本申请可以保证在电感启动或者负载电流瞬态变化、控制电路延时过大的情况下，避免电感电流出现过饱和，实现精确调整PMOS管的导通时间，进而保障电感充放电过程中电路的安全性。
在其中一个实施例中，定时信号可以为电平信号；定时控制模块可以包括电压比较器、分段调节模块以及定时单元；
分段调节模块连接电压比较器的反相输入端，定时单元连接电压比较器的正相输入端；电压比较器的输出端与最小导通时间比较模块相连接；
电压比较器分别获取分段调节模块的参考电压和定时单元的输出电压，并对分段调节模块的参考电压和定时单元的输出电压进行电压比较，且根据电压比较的结果，输出电平信号。
在一个示例中，分段调节模块的参考电压为根据电感的电感值确定。
具体而言，分段调节模块的参考电压可以根据电感的电感值确定，电感值所对应的饱和电流可以确定PMOS管的最大导通时间，从而可以通过调节分段调节模块的参考电压，精确地控制定时单元与参考电压的比较结果，即电压比较器获取分段调节模块的参考电压和定时单元的输出电压后，对分段调节模块的参考电压和定时单元的输出电压进行电压比较，根据电压比较的结果，输出相对应的电平信号，该电平信号即定时信号；最小导通时间比较模块基于该定时信号可以得到定时时间，该定时时间反映了PMOS管的最大导通时间，并且最小导通时间比较模块基于处理信号得到第一功率管导通时间，该第一功率管导通时间是在不对PMOS管控制信号进行处理的情况下，得到的原始的PMOS管导通时间。再根据最小导通时间比较模块对第一功率管导通时间和定时时间进行时间比较的结果，选择基于定时信号输出控制PMOS管导通或截止的控制信号，或基于处理信号输出控制PMOS管导通或截止的控制信号。
本申请的定时控制模块可以根据电压比较器对分段调节模块的参考电压，以及定时单元的输出电压进行电压比较的比较结果，输出定时信号，其中，分段调节模块的参考电压是根据DC/DC转换器中电感的电感值确定的，而电感值所对应的饱和电流可以确定PMOS管的最大导通时间；最小导通时间比较模块基于定时信号得到定时时间，根据处理信号得到PMOS管导通时间，并将定时时间和PMOS管导通时间进行时间比较，根据时间比较的结果，最小导通时间比较模块选择基于处理信号输出控制信号，或选择基于定时信号输出控制信号。从而，本申请能够精确控制PMOS管的导通时间，防止电感充电过流，进而提高了电路的安全性。
在其中一个实施例中，如图3所示，定时单元可以包括电流源、电容、第一开关和第二开关；
第一开关的一端连接电流源，第一开关的另一端分别连接电压比较器的正相输入端、第二开关的一端以及电容的一端；电容的另一端和第二开关的另一端均用于接地；
在第一功率管导通的情况下，第一开关闭合，第二开关断开，电容开始充电；在电压比较的结果为电容的两端电压大于分段调节模块的参考电压的情况下，第一开关断开，第二开关闭合，电容停止充电；电压比较器输出电平信号。
在其中一个实施例中，定时时间可以为电容的充电时长；定时单元的输出电压为电容两端的电压。
具体地，分段调节模块的参考电压可以分为10个档位{0.1v，0.2v,0.3v，……，1v}，能够精确计算PMOS管的最大导通时间，这个档位是电容充电需要达到的阈值电压档位，也即对应有十个相应的定时时间；为了适用于不同的电感值，其对应的饱和电流不同，从而需要不同的最大PMOS管导通时间，因而根据需要设定相应的参考电压即对应相应的时间阈值；参考电压的档位可以根据电感的实际参数进行设置。
在PMOS管导通的情况下，第一开关闭合，第二开关断开，电容开始充电，电压比较器将电容两端的电压和分段调节模块的参考电压进行电压比较，在电压比较的结果为电容的两端电压小于分段调节模块的参考电压的情况下，电压比较器可以输出低电平信号；在电压比较的结果为电容的两端电压达到分段调节模块的参考电压的情况下，第一开关断开，第二开关闭合，电容停止充电，电压比较器输出高电平信号。
最小导通时间比较模块可以基于定时信号得到电容的充电时长，即定时时间，也可以基于处理信号得到PMOS管的导通时间，再通过对定时时间和PMOS管的导通时间的比较，根据时间比较的结果，选择基于定时信号输出控制PMOS管导通或截止的控制信号，或选择基于处理信号输出控制PMOS管导通或截止的控制信号。
本申请通过电压比较器对分段调节模块的参考电压和电容两端电压的比较，根据电压比较的结果输出定时信号；最小导通时间比较模块基于定时信号可以得到电容的充电时间，即定时时间，由于定时时间是与电感值对应的饱和电流相关的，因此，最小导通时间比较模块将定时时间和基于处理信号可以得到的PMOS管的导通时间进行时间比较，可以根据时间比较的结果选择基于定时信号或基于处理信号，输出控制PMOS管导通或截止的控制信号。从而本申请可以实现对PMOS管导通时间的精确控制，也可以通过提前关断PMOS管，避免在电感启动或者负载电流瞬态变化的情况下，控制电路延时过大造成的电感电流过流的情况，进而提高了电路的安全性。
在其中一个实施例中，处理信号可以为电平信号；控制信号可以为电平信号；
第一功率管导通时间可以为处理信号由低电平信号变为高电平信号所经历的时长；定时时间可以为定时信号由低电平信号变为高电平信号所经历的时长；
在时间比较的结果为第一功率管导通时间大于定时时间的情况下，最小导通时间比较模块可以选择基于定时信号，输出控制信号；
在时间比较的结果为第一功率管的导通时间小于或等于定时时间的情况下，最小导通时间比较模块可以选择基于处理信号，输出控制信号。
具体而言，反相器输出的处理信号以及最小导通时间比较模块均可为电平信号；定时单元中的电容两端的电压小于分段调节模块的参考电压的情况下，可以输出低电平信号，定时单元中的电容两端的电压达到分段调节模块的参考电压的情况下，可以输出高电平信号，最小导通时间比较模块基于定时信号，可以将接收到的电压比较器输出的低电平信号变为高电平信号所经历的时间确认为定时时间，同样的，第一功率管导通时间也可以为处理信号由低电平信号变为高电平信号所经历的时长。
在第一功率管导通时间大于定时时间的情况下，最小导通时间比较模块可以选择基于定时信号，输出用于控制相应的功率管导通或截止的控制信号；在时间比较的结果为第一功率管的导通时间小于或等于定时时间的情况下，最小导通时间比较模块可以选择基于处理信号，输出用于控制相应的功率管导通或截止的控制信号。例如，当最小导通时间比较模块基于定时信号输出控制信号时，在定时信号为低电平信号的情况下，输出的控制信号可以为低电平信号，PMOS管导通，电感充电；当定时信号变为高电平信号，则最小导通时间比较模块输出的控制信号为高电平信号，PMOS管截止，电感停止充电。
以上，本申请通过分段调节模块的参考电压的设定，控制定时单元中的电容充电时间，并将电容充电时间与第一功率管导通时间进行比较，在电容充电时间即定时时间小于第一功率管导通时间的情况下，最小导通时间比较模块可以基于定时信号输出控制信号；在定时信号变为高电平信号时，高电平信号控制PMOS管截止，电感停止充电。从而本申请可以通过精确调节PMOS管的导通时间，在控制电路延时过长的情况下，提前关断PMOS管，防止出现持续保持第一功率管导通状态、不平衡时的电感电流过渡充电或电流过度饱和的不稳定状态，影响输出波纹过大或者局部电感电流过流的情况，进而提高了DC/DC转换器中电感进行充放电的安全性。
在一个实施例中，提供了一种过流保护电路，可以包括：第一功率管、第二功率管、电感、反相器、反馈信号比较器、控制器、定时控制模块以及最小导通时间比较模块；
第一功率管的源极用于连接电源；第一功率管的漏极和第二功率管的漏极均连接电感的一端；第一功率管的栅极连接控制器的第一输出端；第二功率管的源极接地；第二功率管的栅极与控制器的第二输出端相连接；最小导通时间比较模块分别连接定时控制模块、控制器的输入端以及反相器的输出端；反相器的输入端与反馈信号比较器的输出端相连接；反馈信号比较器的反相输入端和电感的另一端均用于接收外反馈信号；
定时控制模块用于在第一功率管导通的情况下，输出定时信号；最小导通时间比较模块接收定时信号，以及反相器输出的处理信号；其中，最小导通时间比较模块基于处理信号得到第一功率管导通时间，且基于定时信号得到定时时间，并根据第一功率管导通时间和定时时间的时间比较结果，选择基于处理信号或定时信号输出控制信号；定时时间为根据电感的电感值对应的饱和电流而确定的第一功率管的最大导通时间；控制信号用于指示相应功率管导通或截止。
最小导通时间比较模块可以包括锁存单元和逻辑单元；
锁存单元分别连接定时控制模块和逻辑单元；逻辑单元用于连接反相器；锁存单元用于接收处理信号和定时信号；逻辑单元用于接收处理信号以及输出控制信号。
在一个示例中，如图4所示，锁存单元可以包括第一锁存器和第二锁存器；逻辑单元可以包括与非门、或非门和非门；
第一锁存器的第一输入端用于接收定时信号；第一锁存器的第二输入端用于接收处理信号；第一锁存器的输出端与与非门的第一输入端相连接；
第二锁存器的第一输入端用于接收第二功率管驱动控制信号；第二锁存器的第二输入端用于接收高电平输入信号；第二锁存器的输出端与与非门的第二输入端相连接；
与非门的输出端连接或非门的第一输入端；或非门的第二输入端用于接收处理信号；或非门的输出端与非门的输入端相连接；
非门的输出端用于输出控制信号。
其中，锁存器是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路，它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。锁存，就是把信号暂存以维持某种电平状态。锁存器的最主要作用是缓存，其次完成高速的控制器与慢速的外设的不同步问题，再其次是解决驱动的问题，最后是解决一个I/O口既能输出也能输入的问题；图6中得VCOT为定时信号，VP_ON为处理信号，NG为第二功率管驱动控制信号，TIE1为高电平输入信号，VN_ctrl为NMOS管控制信号，VPmos_CTRL为控制信号。
具体地，第一功率管可以为PMOS管；反相器输出的处理信号为未经过过流保护电路处理的、用于指示PMOS管导通或截止的信号；定时控制模块在PMOS管导通的情况下，输出定时信号；最小导通时间比较模块的锁存单元接收定时信号以及反相器输出的处理信号，最小导通时间比较模块中的逻辑单元接收处理信号，并连接锁存单元；锁存单元中包括第一锁存器和第二锁存器，其端口用于接收相应的信号，逻辑单元中可以包括与非门、或非门和非门，用于对各信号进行相应的处理；最小导通时间比较模块基于定时信号得到定时时间，基于处理信号得到第一功率管导通时间，并根据定时时间和第一功率管导通时间的时间比较结果，选择基于处理信号或基于定时信号，通过逻辑单元输出用于控制PMOS管导通或截止的控制信号。
以上，本申请的最小导通时间比较模块中的锁存单元和逻辑单元可以实现基于定时信号得到定时时间，以及基于处理信号得到第一功率管导通时间，并根据定时时间和第一功率管导通时间的的时间比较结果，选择基于相应的信号输出用于控制PMOS管导通或截止的控制信号，从而本申请可以提高电感过流的检测精度，实现对PMOS管导通时间的精确调节，避免电感在DC/DC转换过程中电感充电过流的情况发生。
在一个实施例中，提供了一种DC/DC转换器，包括如上述的过流保护电路。
其中，可以采用bondwire的方式引入电感，也可以通过PCB绕线的方式引入电感。
过流保护电路通过比较PMOS管的导通时间和定时时间，可以在定时时间小于PMOS管的导通时间的情况下，选择基于过流保护电路中的定时控制模块输出的定时信号输出用于控制PMOS管的导通或截止的控制信号，在该控制信号变为高电平信号的情况下，提前控制PMOS管截止，从而避免电感充电过流；而在定时时间大于PMOS管的导通时间的情况下，则选择基于反馈信号比较器输出的处理信号输出用于控制PMOS管的导通或截止的控制信号，从而维持现有的PMOS管的导通时间。
在一个示例中，DC/DC转换器的结构可以为图5所示；其中，包含以PCB绕线的方式引入的电感；RESR0为滤波电阻，COUT0为滤波电容，RESR为电阻，COUT为电容，NG为NMOS管控制信号，PG为PMOS管控制信号，VREF为参考电压，FB为外反馈信号，RL为负载电阻，ControlLogic为控制器。
在另一个示例中，DC/DC转换器的结构可以为图6所示；其中，包含以bondwire的方式引入的电感。RESR0为滤波电阻，COUT0为滤波电容，RESR为电阻，COUT为电容，NG为NMOS管控制信号，PG为PMOS管控制信号，VREF为参考电压，FB为外反馈信号，RL为负载电阻；Control Logic为控制器，Segmented adjust Vref为分段调节模块。
在一个具体的示例中，DC/DC转换器选择基于处理信号或定时信号输出控制信号的流程图可以如图7所示，其中，Min{TP_ON,TCOT}为最小导通时间；第一功率管导通时间大于定时时间的情况下的信号流图可以如图8所示，其中，TP_ON为第一功率管导通时间，TCOT为定时时间；当TP_ON大于TCOT的情况下，Min{TP_ON,TCOT}=TCOT，最小导通时间比较模块选择基于定时信号输出控制信号。在另一个具体的示例中，第一功率管导通时间小于定时时间的情况下的信号流图可以如图9所示，即当TP_ON小于TCOT的情况下，Min{TP_ON,TCOT}=TP_ON，最小导通时间比较模块选择基于处理信号输出控制信号。
在一个具体的示例中，如图10所示为传统DC/DC转换器控制PMOS管导通的情况下电感过流的时序图；其中，IL为电感电流变化，当FB未达到VREF的情况下，PMOS管持续导通，IL持续上升超过过流点a，导致电感电流过度充电。如图11所示为采用本申请DC/DC转换器基于定时信号控制PMOS管导通的时序图；其中，虽然FB未达到VREF，但最小导通时间比较模块基于VCOT输出控制信号VPmos_CTRL，PMOS管提前关断，IL下降，防止了电感过流。
以上，本申请的DC/DC转换器可以通过过流保护电路对PMOS管的导通时间进行精确调节，避免在电感启动、负载电流瞬态变化或控制电路延时过大所造成的电感电流过流，甚至发生直通的情况，从而保障了DC/DC转换器运行的安全性。
在一个实施例中，如图12所示，提供了一种电源管理芯片，包括上述的DC/DC转换器。
本申请的电源管理芯片采用上述的DC/DC转换器，在充电过程中，通过DC/DC转换器自适应调整PMOS管的导通时间，避免出现持续保持PMOS管导通状态、不平衡时的电感电流过渡充电，或电流过度饱和出现的不稳定状态，从而影响输出纹波过大或者局部电感电流过流，进而提高了电源管理芯片使用的安全性。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种过流保护电路，其特征在于，包括：第一功率管、第二功率管、电感、反相器、反馈信号比较器、控制器、定时控制模块以及最小导通时间比较模块；
所述第一功率管的源极用于连接电源；所述第一功率管的漏极和所述第二功率管的漏极均连接所述电感的一端；所述第一功率管的栅极连接所述控制器的第一输出端；所述第二功率管的源极接地；所述第二功率管的栅极与所述控制器的第二输出端相连接；所述最小导通时间比较模块分别连接所述定时控制模块、所述控制器的输入端以及所述反相器的输出端；所述反相器的输入端与所述反馈信号比较器的输出端相连接；所述反馈信号比较器的反相输入端和所述电感的另一端均用于接收外反馈信号；
所述定时控制模块用于在所述第一功率管导通的情况下，输出定时信号；所述最小导通时间比较模块接收所述定时信号，以及所述反相器输出的处理信号；其中，所述最小导通时间比较模块基于所述处理信号得到第一功率管导通时间，且基于所述定时信号得到定时时间，并根据所述第一功率管导通时间和所述定时时间的时间比较结果，选择基于所述处理信号或所述定时信号输出控制信号；所述控制信号用于指示相应功率管导通或截止；
所述定时信号为电平信号；所述定时控制模块包括电压比较器、分段调节模块以及定时单元；
所述分段调节模块连接所述电压比较器的反相输入端，所述定时单元连接所述电压比较器的正相输入端；所述电压比较器的输出端与所述最小导通时间比较模块相连接；
所述电压比较器分别获取所述分段调节模块的参考电压和所述定时单元的输出电压，并对所述分段调节模块的参考电压和所述定时单元的输出电压进行电压比较，且根据所述电压比较的结果，输出所述电平信号。
2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述定时单元包括电流源、电容、第一开关和第二开关；
所述第一开关的一端连接所述电流源，所述第一开关的另一端分别连接所述比较器的正相输入端、所述第二开关的一端以及所述电容的一端；所述电容的另一端和所述第二开关的另一端均用于接地；
在所述第一功率管导通的情况下，所述第一开关闭合，所述第二开关断开，所述电容开始充电；在所述电压比较的结果为所述电容的两端电压大于所述分段调节模块的参考电压的情况下，所述第一开关断开，所述第二开关闭合，所述电容停止充电；所述电压比较器输出所述电平信号。
3.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，所述定时时间为所述电容的充电时长。
4.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述分段调节模块的参考电压为根据所述电感的电感值确定。
5.根据权利要求1至4任一项所述的过流保护电路，其特征在于，所述最小导通时间比较模块包括锁存单元和逻辑单元；
所述锁存单元分别连接所述定时控制模块和所述逻辑单元；所述逻辑单元用于连接所述反相器；所述锁存单元用于接收所述处理信号和所述定时信号；所述逻辑单元用于接收所述处理信号以及输出所述控制信号。
6.根据权利要求5所述的过流保护电路，其特征在于，所述锁存单元包括第一锁存器和第二锁存器；所述逻辑单元包括与非门、或非门和非门；
所述第一锁存器的第一输入端用于接收定时信号；所述第一锁存器的第二输入端用于接收所述处理信号；所述第一锁存器的输出端与所述与非门的第一输入端相连接；
所述第二锁存器的第一输入端用于接收第二功率管驱动控制信号；所述第二锁存器的第二输入端用于接收高电平输入信号；所述第二锁存器的输出端与所述与非门的第二输入端相连接；
所述与非门的输出端连接所述或非门的第一输入端；所述或非门的第二输入端用于接收所述处理信号；所述或非门的输出端与所述非门的输入端相连接；
所述非门的输出端用于输出所述控制信号。
7.根据权利要求1至4任一项所述的过流保护电路，其特征在于，所述处理信号为电平信号；所述控制信号为电平信号；
所述第一功率管导通时间为所述处理信号由低电平信号变为高电平信号所经历的时长；所述定时时间为所述定时信号由低电平信号变为高电平信号所经历的时长；
在所述时间比较的结果为所述第一功率管导通时间大于所述定时时间的情况下，所述最小导通时间比较模块选择基于所述定时信号，输出所述控制信号；
在所述时间比较的结果为所述第一功率管的导通时间小于或等于所述定时时间的情况下，所述最小导通时间比较模块选择基于所述处理信号，输出所述控制信号。
8.一种DC/DC转换器，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的过流保护电路。
9.一种电源管理芯片，其特征在于，包括权利要求8所述的DC/DC转换器。
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