CN113746312B - 一种双极工艺开关电源的限流保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种双极工艺限流保护结构，利用电流镜产生的恒定电流流过电阻得到电阻压降，与功率MOS管的导通压降进行比较，来判断功率管电流是否超出设定最大值，进而调节功率MOS管栅极电压起到限流作用。本发明为使用双极工艺电路驱动功率MOS管的开关电源系统提供了一种结构简单，功耗低的限流保护设计方式。通过设置电阻与MOS管压降的比例关系，可以准确灵活设置限流保护阈值，方便调节和设计。解决了传统此类电路采用输出串联电阻采样电阻压降的触发模式存在的电阻损耗影响效率的弊端。

Description

一种双极工艺开关电源的限流保护电路
技术领域
本发明涉及开关电源，特别涉及一种双极工艺开关电源的限流保护电路，属于集成电路电源设计技术领域。
背景技术
在开关电源芯片中，当系统输出电流大于设计参数的最大输入电流阈值时，需要对功率管电流进行限制，以防止大电流对芯片产生损坏。对于完全采用CMOS工艺设计的电路，限流保护技术已经非常成熟，有很多种优良的电路可供选择。而对于控制电路为双极型电路，功率管为外置MOS管的系统结构，传统的方法是在输出端串联一个小电阻，通过采样其电阻压降来判断输出电流是否超过设计阈值，但此方法在采样电阻上存在一定的功率损耗，降低了效率，此类电路的限流保护技术还有待发展和完善。
如图1，是现有技术使用双极工艺电路驱动MOS功率管的开关电源中常用的一种限流保护结构，图中的误差放大器信号部分、驱动电路模块、电流采样放大模块均为三极管组成的双极电路，误差放大器信号是开关电源内部的信号，驱动电路是常见的普通开关电源内部为输出功率管提供驱动的基本通用结构电路。在输出端串联一个高精度采样电阻R0，测量采样电阻R0的压降，通过与设定值对比，进而判断输出电流是否超过限流阈值，如果确定电流超过阈值，则触发限流保护，通过控制功率管的栅极降低输出电流。但此电路需要在输出端串联电阻，必然增大功耗，降低开关电源系统的效率。由于控制电路为双极工艺，而功率管为单独的MOS管，因此CMOS电路中常见的采用等比例管采样的方式判断功率管电流的方法就不适用。工艺特点使得限流保护设计受到了限制。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种双极工艺开关电源的限流保护电路，为控制电路为双极型电路、功率管为MOS管的电路系统提供性能优良的保护。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种双极工艺开关电源的限流保护电路，开关电源包括控制电路和由控制电路驱动的PMOS功率管M1，控制电路为三极管组成的双极电路，开关电源的限流保护电路包括续流二极管D4和电感L1，PMOS功率管M1的栅极连接控制电路中的驱动电路的输出端，PMOS功率管M1的源极和衬底连接电源Vin，PMOS功率管M1的漏极连接续流二极管D4的阴极和电感L1的一端，二极管D4的阳极接地，电感L1的另一端为开关电源的输出端Vout；
其特征在于：限流保护电路中还设有二极管D1、D2和D3、第一电流镜和第二电流镜以及比较器和电阻R1，控制电路中的驱动电路的两个输入端中的一个输入端连接控制电路中的误差放大器的输出信号，二极管D1的阳极连接控制电路中的驱动电路的输出端和PMOS功率管M1的栅极，二极管D2的阳极连接PMOS功率管M1的漏极、续流二极管D4的阴极和电感L1的一端，二极管D1的阴极与二极管D2的阴极互连并连接比较器的正输入端和第一电流镜的输入端，电阻R1的一端连接电源Vin，电阻R1的另一端连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接比较器的负输入端和第二电流镜的输入端，第一电流镜的输出端和第二电流镜的输出端均接地，比较器的输出端连接控制电路中的驱动电路的两个输入端中的另一个输入端。
进一步地，可在比较器的输出端之后还设有电阻R2、电容C1和C3、NPN三极管Q1、PNP三极管Q2、NPN三极管Q3、NPN三极管Q4和NPN三极管Q5以及第三电流镜和第四电流镜；比较器的输出端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接NPN三极管Q1的基极和电容C1的一端，NPN三极管Q1的集电极连接电容C3的一端和PNP三极管Q2的基极，PNP三极管Q2的发射极连接NPN三极管Q3的基极和集电极以及第三电流镜的输出端，NPN三极管Q3的发射极连接NPN三极管Q4的集电极和基极，NPN三极管Q4的发射极连接NPN三极管Q5的基极，NPN三极管Q5的集电极连接第四电流镜的输出端和控制电路中的驱动电路的两个输入端中的另一个输入端，第三电流镜的输入端和第四电流镜的输入端互连并连接电阻R1与电源Vin的连接端，电容C1的另一端、NPN三极管Q1的发射极、电容C3的另一端、PNP三极管Q2的集电极和NPN三极管Q5的发射极均接地。
进一步地，可用NMOS管M2替换PMOS管M1并增设一个反相器，NMOS管M2的源极与衬底互连并连接二极管D2的阳极以及二极管D4的阴极和电感L1的一端，反相器输入端连接控制电路中的驱动电路的输出端，反相器的输出端连接二极管D1的阳极，其余连接关系不变。
所述第一电流镜和第二电流镜的电流可由一组电流偏置电路提供。
所述第三电流镜和第四电流镜的电流可由另一组电流偏置电路提供。
所述二极管D1，D2和D3可使用二极管接法的三极管替代。
本发明的优点及显著效果：本发明通过采样输出功率管的压降，判断流过功率管的电流是否超过设计阈值。为双极工艺控制电路驱动MOS管的开关电源提供了性能良好的限流保护架构。解决了传统限流保护电路中，采样电阻存在损耗的问题。同时完善了电路细节，避免了误触发的问题。
附图说明
图1是现有技术开关电源中的一种限流保护电路；
图2是本发明开关电源中的一种限流保护电路；
图3是图2的另一种实现电路；
图4是图2的又一种实现电路。
具体实施方式
参看图2，包括输入电源Vin，地电位GND，开关电源内部包括误差放大器信号及驱动电路，被驱动的MOS管为PMOS功率管M1，电阻R1，二极管D1、D2和D3，电流镜1和电流镜2以及比较器。开关电源电路的功率管M1在工作时，处于连续开关切换的状态。设比较器连接电流镜1一端的电位为VA，比较器连接电流镜2一端的电位为VB，二极管导通压降为VD，输入电源电压为Vin，流入电流镜1的电流为I1，流入电流镜2的电流为I2，流过功率管M1的电流为Imos，功率管M1的导通电阻为Rdson。当PMOS功率管M1的栅极为高电位时，PMOS功率管M1关闭，此时二极管D1导通，D2关闭，VA＝Vin-VD，VB＝Vin-I2*R1-VD，则VA>VB,比较器没有翻转，限流保护没有启动。当PMOS功率管M1的栅极为低电位时，功率管M1开启，此时二极管D1关闭，D2导通，VA＝Vin-Rdson*Imos-VD。此时二极管D1反偏截止，D1起到阻止反向电流的作用。VA与VB的大小关系则由Rdson*Imos和R1*I2的关系决定。当流过M2的电流较小时，Rdson*Imos<R1*I2,VA>VB，比较器没有翻转，限流保护没有启动；当流过M2的电流较大时，Rdson*Imos>R1*I2,VA<VB，比较器翻转，限流保护启动，通过驱动电路控制功率管M1栅极，降低输出电流，以保护电路不受大电流损坏。通过设置功率管导通电阻Rdson，电阻R1，电流镜1，电流镜2等四个参数的值，就可以设置限流保护电流值。而且此方案不需要在输出端串联采样电阻，降低了功耗。D2和D3可以将比较器的输入信号降低一个PN节导通电压。有利于比较器直流偏置点的建立。
图3是本发明图1的另一种实施例，可将PMOS功率管M1改为NMOS功率管M2，此时判断限流保护是否启动依然是通过判断Rdson*Imos和R1*I2的大小关系。当NMOS管M2关闭时，M2的栅极为低电位，在驱动电路输出设置反相器，此信号为高电位，则此时VA＝Vin-VD，VA>VB，确保限流保护不会被误触发。
图4是本发明的图1又一种实施例。当PMOS功率管M1输出电流过大时，功率管压降增大，VA电压低于VB电压，使得比较器的输出翻转为高电平，经过R2和C1的RC滤波可以滤除误触发的一些小尖峰信号，此时NPN管Q1的基极为高电平，Q1进入饱和状态，将NPN管Q1的集电极连同PNP管Q2的基极拉为低电平，然后通过PNP管Q2的发射结，将NPN管Q3的基极电位拉低，通过NPN管Q4传导至NPN管Q5的基级，NPN管Q5的基极为低电位，NPN管Q5截止，因此NPN管Q5的集电极翻转为高电平，传输到驱动电路，进而控制功率管的栅极，减小输出电流。当功率管M1的输出电流未超过限流值时，功率管压降较小，VA电压高VB电压，使得比较器的输出翻转为低电平，NPN管Q1截止。由于基极电流远低于集电极电流，基极电流较小，PNP管Q2通过基极电流为电容C2充电，起到缓冲延时作用。PNP管Q2的基极电压缓慢升高，Q2的发射极电压也随之升高，直到NPN管Q3、Q4和Q5相继导通，NPN管Q5进入饱和状态，将Q5集电极的电位拉低，控制驱动电路，关闭限流保护作用。
图4实施例也可参照图3用NMOS功率管M2替换PMOS功率管M1并在驱动电路输出设置反相器，反相器的连接及工作原理同图3说明。

Claims (6)

1.一种双极工艺开关电源的限流保护电路，开关电源包括控制电路和由控制电路驱动的PMOS功率管M1，控制电路为三极管组成的双极电路，开关电源的限流保护电路包括续流二极管D4和电感L1，PMOS功率管M1的栅极连接控制电路中的驱动电路的输出端，PMOS功率管M1的源极和衬底连接电源Vin，PMOS功率管M1的漏极连接续流二极管D4的阴极和电感L1的一端，二极管D4的阳极接地，电感L1的另一端为开关电源的输出端Vout；
其特征在于：限流保护电路中还设有二极管D1、D2和D3、第一电流镜和第二电流镜以及比较器和电阻R1，控制电路中的驱动电路的两个输入端中的一个输入端连接控制电路中的误差放大器的输出信号，二极管D1的阳极连接控制电路中的驱动电路的输出端和PMOS功率管M1的栅极，二极管D2的阳极连接PMOS功率管M1的漏极、续流二极管D4的阴极和电感L1的一端，二极管D1的阴极与二极管D2的阴极互连并连接比较器的正输入端和第一电流镜的输入端，电阻R1的一端连接电源Vin，电阻R1的另一端连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接比较器的负输入端和第二电流镜的输入端，第一电流镜的输出端和第二电流镜的输出端均接地，比较器的输出端连接控制电路中的驱动电路的两个输入端中的另一个输入端。
2.根据权利要求1所述的双极工艺开关电源的限流保护电路，其特征在于：在比较器的输出端之后还设有电阻R2、电容C1和C3、NPN三极管Q1、PNP三极管Q2、NPN三极管Q3、NPN三极管Q4和NPN三极管Q5以及第三电流镜和第四电流镜；比较器的输出端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接NPN三极管Q1的基极和电容C1的一端，NPN三极管Q1的集电极连接电容C3的一端和PNP三极管Q2的基极，PNP三极管Q2的发射极连接NPN三极管Q3的基极和集电极以及第三电流镜的输出端，NPN三极管Q3的发射极连接NPN三极管Q4的集电极和基极，NPN三极管Q4的发射极连接NPN三极管Q5的基极，NPN三极管Q5的集电极连接第四电流镜的输出端和控制电路中的驱动电路的两个输入端中的另一个输入端，第三电流镜的输入端和第四电流镜的输入端互连并连接电阻R1与电源Vin的连接端，电容C1的另一端、NPN三极管Q1的发射极、电容C3的另一端、PNP三极管Q2的集电极和NPN三极管Q5的发射极均接地。
3.根据权利要求1或2所述的双极工艺开关电源的限流保护电路，其特征在于：用NMOS管M2替换PMOS管M1并增设一个反相器，NMOS管M2的源极与衬底互连并连接二极管D2的阳极以及二极管D4的阴极和电感L1的一端，反相器输入端连接控制电路中的驱动电路的输出端，反相器的输出端连接二极管D1的阳极，其余连接关系不变。
4.根据权利要求1所述的双极工艺开关电源的限流保护电路，其特征在于：所述第一电流镜和第二电流镜的电流由一组电流偏置电路提供。
5.根据权利要求2所述的双极工艺开关电源的限流保护电路，其特征在于：所述第三电流镜和第四电流镜的电流由另一组电流偏置电路提供。
6.根据权利要求1或2或3所述的双极工艺开关电源的限流保护电路，其特征在于：所述二极管D1，D2和D3使用二极管接法的三极管替代。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114744858B (zh) * 2022-04-11 2022-11-29 北京伽略电子股份有限公司 一种双极型功率管的驱动电路以及开关电源

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000270469A (ja) * 1999-03-19 2000-09-29 New Japan Radio Co Ltd 電流制限回路
CN101963629A (zh) * 2009-07-24 2011-02-02 瑞萨电子(中国)有限公司 一种电流检测装置及方法
CN202696135U (zh) * 2012-08-07 2013-01-23 圣邦微电子（北京）股份有限公司 一种双回路限流保护电路
CN204089754U (zh) * 2014-09-29 2015-01-07 陕西宝成航空仪表有限责任公司 一种小面积低功耗高速电流比较器
CN104682683A (zh) * 2015-03-10 2015-06-03 南京微盟电子有限公司 一种电压模pwm型同步升压dc-dc转换器的限流电路
CN107066019A (zh) * 2017-06-09 2017-08-18 电子科技大学 一种负压输出型低压差线性稳压器的过流保护电路
CN107969048A (zh) * 2017-12-22 2018-04-27 上海灿瑞科技股份有限公司 一种输出过压保护电路

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000270469A (ja) * 1999-03-19 2000-09-29 New Japan Radio Co Ltd 電流制限回路
CN101963629A (zh) * 2009-07-24 2011-02-02 瑞萨电子(中国)有限公司 一种电流检测装置及方法
CN202696135U (zh) * 2012-08-07 2013-01-23 圣邦微电子（北京）股份有限公司 一种双回路限流保护电路
CN204089754U (zh) * 2014-09-29 2015-01-07 陕西宝成航空仪表有限责任公司 一种小面积低功耗高速电流比较器
CN104682683A (zh) * 2015-03-10 2015-06-03 南京微盟电子有限公司 一种电压模pwm型同步升压dc-dc转换器的限流电路
CN107066019A (zh) * 2017-06-09 2017-08-18 电子科技大学 一种负压输出型低压差线性稳压器的过流保护电路
CN107969048A (zh) * 2017-12-22 2018-04-27 上海灿瑞科技股份有限公司 一种输出过压保护电路

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