CN117439013A - 一种快速过压响应的负载开关芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速过压响应的负载开关芯片，属于电路结构技术领域。采用了该发明的快速过压响应的负载开关芯片，其功率开关模块包括相互串联的2个N沟道MOSFET，保护模块包括过压保护电路，在输入电压高于过压上阈值时，过压保护电路输出过压信号，控制模块中的电荷泵根据过压信号控制二个N沟道MOSFET快速关断，由此实现了对于过压的快速响应，同时本发明的负载开关芯片功率开关模块、保护模块和控制模块集成于一个芯片中，减小了所需的空间，更适用于便携式移动设备。
Description
技术领域
本发明涉及电路结构技术领域，特别涉及开关芯片技术领域，具体是指一种快速过压响应的负载开关芯片。
背景技术
开关芯片是各类电子设备中最常用的电路元件。目前的开关芯片普遍存在过压响应速度较慢的问题。过慢的过压响应速度容易导致高压引起的器件损坏。
另一方面，目前的开关芯片通常采用分离的高低压芯片，需要占用较大的空间。这就难以应用于对于器件空间有限的电子设备，如各类便携式移动设备中。
因此，如何提供一种占用空间较小的，适用于便携式移动设备的快速过压响应的负载开关芯片成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种占用空间较小的，适用于便携式移动设备的快速过压响应的负载开关芯片。
为了实现上述的目的，本发明的快速过压响应的负载开关芯片具有如下构成：
其包括集成于一个芯片中的功率开关模块、保护模块和控制模块。
所述的功率开关模块包括相互串联的第一N沟道MOSFET和第二N沟道MOSFET，所述第一N沟道MOSFET的漏极连接该负载开关芯片的电压输入端，该第一N沟道MOSFET的源极连接所述的第二N沟道MOSFET的源极，该第二N沟道MOSFET的漏极连接该载开关芯片的电压输出端；
所述的控制模块包括电荷泵，该电荷泵的输出端连接所述的第一N沟道MOSFET的栅极和第二N沟道MOSFET的栅极，使所述的第一N沟道MOSFET和第二N沟道MOSFET的栅极电压比其各自的源极电压高；
所述的保护模块包括过压保护电路，该过压保护电路的输入端连接所述的负载开关芯片的电压输入端，该过压保护电路用以在输入电压高于过压上阈值时，输出过压信号，所述的电荷泵直接从所述的过压保护电路接收该过压信号并控制所述的第一N沟道MOSFET和第二N沟道MOSFET关断，在输入电压低于过压下阈值时，该过压保护电路输出导通使能信号，通过所述的电荷泵控制所述的第一N沟道MOSFET和第二N沟道MOSFET导通。
该快速过压响应的负载开关芯片中，所述的过压保护电路设置有电压迟滞，所述的过压下阈值低于所述的过压上阈值。
该快速过压响应的负载开关芯片中，所述的电荷泵接收该过压信号后，控制所述的第一N沟道MOSFET以及第二N沟道MOSFET源极与漏极间的电压差。
该快速过压响应的负载开关芯片中，所述的保护模块还包括欠压保护电路，该欠压保护电路的输入端连接所述的负载开关芯片的电压输入端，该欠压保护电路用以在输入电压小于预设值时，输出关断使能信号，该关断使能信号通过所述的电荷泵控制所述的第一N沟道MOSFET和第二N沟道MOSFET关断。
该快速过压响应的负载开关芯片中，所述的保护模块还包括连接于所述的负载开关芯片的电压输入端与所述的过压保护电路的输入端之间的带隙基准电路。
该快速过压响应的负载开关芯片中，所述的保护模块还包括过温保护电路和过流保护电路，所述的控制模块还包括数字模块，所述的过温保护电路和过流保护电路的输入端均连接所述的带隙基准电路，所述的过温保护电路和过流保护电路的输出端均连接所述的数字模块，该数字模块的输出端连接所述的电荷泵。
该快速过压响应的负载开关芯片中，所述的控制模块还包括使能模块、振荡器和电流检测电路，所述的使能模块连接于该负载开关芯片使能引脚与所述的数字模块之间，所述的振荡器分别连接所述的数字模块、电荷泵和电流检测电路，该电流检测电路还连接于该负载开关芯片的电压输出端以及电路检测引脚。
采用了该发明的快速过压响应的负载开关芯片，其功率开关模块包括相互串联的2个N沟道MOSFET，保护模块包括过压保护电路，在输入电压高于过压上阈值时，过压保护电路输出过压信号，控制模块中的电荷泵根据过压信号控制二个N沟道MOSFET快速关断，由此实现了对于过压的快速响应，同时本发明的负载开关芯片功率开关模块、保护模块和控制模块集成于一个芯片中，减小了所需的空间，更适用于便携式移动设备。
附图说明
图1为本发明的的快速过压响应的负载开关芯片的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参阅图1所示，为本发明的快速过压响应的负载开关芯片的结构示意图。
在一种实施方式中，该快速过压响应的负载开关芯片包括集成于一个芯片中的功率开关模块、保护模块和控制模块。其中，所述的功率开关模块包括相互串联的第一N沟道MOSFET和第二N沟道MOSFET，所述第一N沟道MOSFET的漏极连接该负载开关芯片的电压输入端，该第一N沟道MOSFET的源极连接所述的第二N沟道MOSFET的源极，该第二N沟道MOSFET的漏极连接该载开关芯片的电压输出端。
所述的控制模块包括电荷泵，该电荷泵的输出端连接所述的第一N沟道MOSFET的栅极和第二N沟道MOSFET的栅极，使所述的第一N沟道MOSFET和第二N沟道MOSFET的栅极电压比其各自的源极电压高。
所述的保护模块包括过压保护电路，该过压保护电路的输入端连接所述的负载开关芯片的电压输入端，该过压保护电路用以在输入电压高于过压上阈值时，输出过压信号，所述的电荷泵直接从所述的过压保护电路接收该过压信号并控制所述的第一N沟道MOSFET和第二N沟道MOSFET关断，在输入电压低于过压下阈值时，该过压保护电路输出导通使能信号，通过所述的电荷泵控制所述的第一N沟道MOSFET和第二N沟道MOSFET导通。
其中，所述的过压保护电路设置有电压迟滞，所述的过压下阈值可以为14.3V，所述的过压上阈值为14.5V，过压下阈值低于所述的过压上阈值0.2V。
在另一种开替代的实施方式中，所述的电荷泵接收所述的过压信号后，可以控制所述的第一N沟道MOSFET和第二N沟道MOSFET源极与漏极间的电压差。
在一种优选的实施方式中，所述的保护模块还包括欠压保护电路，该欠压保护电路的输入端连接所述的负载开关芯片的电压输入端，该欠压保护电路用以在输入电压小于预设值时，输出关断使能信号，该关断使能信号通过所述的电荷泵控制所述的第一N沟道MOSFET和第二N沟道MOSFET关断。
在另一种优选的实施方式中，所述的保护模块还包括连接于所述的负载开关芯片的电压输入端与所述的过压保护电路的输入端之间的带隙基准电路。
在进一步优选的实施方式中，所述的保护模块还包括过温保护电路和过流保护电路，所述的控制模块还包括数字模块，所述的过温保护电路和过流保护电路的输入端均连接所述的带隙基准电路，所述的过温保护电路和过流保护电路的输出端均连接所述的数字模块，该数字模块的输出端连接所述的电荷泵。
在更进一步优选的实施方式中，所述的控制模块还包括使能模块、振荡器和电流检测电路，所述的使能模块连接于该负载开关芯片使能引脚与所述的数字模块之间，所述的振荡器分别连接所述的数字模块、电荷泵和电流检测电路，该电流检测电路还连接于该负载开关芯片的电压输出端以及电路检测引脚。
在实际应用中，本发明的快速过压响应的负载开关芯片主要包含：功率开关管、电荷泵、欠压保护电路和过压保护电路。
本发明采用的是N沟道MOSFET。N沟道MOSFET的沟道中的多子是电子，相对于P沟道MOSFET而言，N沟道MOSFET具有更低的导通电阻，更高的导通效率。本发明的负载开关芯片主要用于无线充电的过压保护，所以采用N沟道LDMOS为开关管，其耐压值可达到24V。N沟道MOSFET存在体二极管，如图1所示，当输出电压因电容瞬间放电而高于输入电压的时候，若只采用单管作为开关管，则可能会导致电流通过体二极管流向电源，从而烧毁电源。因此，本发明采用两个N型沟道的功率管串联在一起，从而避免电流流向电源，实现反向电流保护功能。
N沟道MOSFET开关不具有P沟道MOSFET开关驱动简单的优点，因此，本发明采用电荷泵来提高N沟道的MOSFET开关的驱动能力。电荷泵具有一定的升压能力，为N沟道MOSFET提供足够大的栅极电压，使得N沟道MOSFET功率开关管可以工作在线性区，这样可以保证N沟道MOSFET开关管可充分导通，进而减小N沟道MOSFET的导通电阻。电荷泵是高压器件和低压模块相互链接的桥梁，在供电线路允许的电压范围内，电荷泵的存在保证了功率管的栅极与源极的电压差维持在5V左右。
过压保护模块用于对输入端口的过压保护，当功率开关管的输入电压高于电路设定的过压上阈值14.5V时，过压保护模块输出使能信号，经电荷泵降压，关断功率开关管，保证输出负载的安全。当电压低于电路设定的过压下阈值14.3V时，过压保护模块使能打开，经过电荷泵输出端开始升压，电路正常工作。本发明设置的过压保护模块的电压迟滞在0.2V，减少过压模块反复震荡。同时还可以在过压保护模块中加入电路修调模块以减小制造工艺偏差对于实际过压保护阈值的影响。
欠压保护模块主要用于输入端口的电压保护，当功率开关管的输入电压低于电路规格所设定的2.3V时，欠压保护模块输出使能信号，通过数字模块处理后，再经电荷泵降压处理，关断功率开关管，保证线路不会因为输入和输出电压差太大而损坏。当芯片输入电压大于电路设定的2.4V时，欠压保护信号关断使能信号，经过数字模块处理后，电荷泵输出端开始升压，电路导通。本发明设置的欠压保护迟滞在0.1V，迟滞设定可以避免欠压保护模块在阈值附近反复跳变，减少震荡。
本发明的快速过压保护开关的电路，并将过压保护电路的输出端接入电荷泵电路，减少数字逻辑综合带来的时间延迟。在当过压信号给到电荷泵电路后，电荷泵电路可以在尽可能短的时间能关断MOSFET功率管，或将功率管的两端电压拉到一个电位，减小功率管两端的压差。同时，采用N型MOSFET作为开关管，由于N型MOSFET的载流子为电子，比P型MOSFET的响应速度快，可以进一步提高MOSFET开关的响应速度。
采用了该发明的快速过压响应的负载开关芯片，其功率开关模块包括相互串联的2个N沟道MOSFET，保护模块包括过压保护电路，在输入电压高于过压上阈值时，过压保护电路输出过压信号，控制模块中的电荷泵根据过压信号控制二个N沟道MOSFET快速关断，由此实现了对于过压的快速响应，同时本发明的负载开关芯片功率开关模块、保护模块和控制模块集成于一个芯片中，减小了所需的空间，更适用于便携式移动设备。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (5)
1.一种快速过压响应的负载开关芯片，其特征在于，包括集成于一个芯片中的功率开关模块、保护模块和控制模块；
所述的功率开关模块包括相互串联的第一N沟道MOSFET和第二N沟道MOSFET，所述第一N沟道MOSFET的漏极连接该负载开关芯片的电压输入端，该第一N沟道MOSFET的源极连接所述的第二N沟道MOSFET的源极，该第二N沟道MOSFET的漏极连接该载开关芯片的电压输出端；
所述的保护模块包括过压保护电路，该过压保护电路的输入端连接所述的负载开关芯片的电压输入端，该过压保护电路用以在输入电压高于过压上阈值时，输出过压信号；
所述的控制模块包括电荷泵，该电荷泵的输出端连接所述的第一N沟道MOSFET的栅极和第二N沟道MOSFET的栅极，使所述的第一N沟道MOSFET和第二N沟道MOSFET的栅极电压比其各自的源极电压高，所述的电荷泵直接从所述的过压保护电路接收该过压信号，控制所述的第一N沟道MOSFET以及第二N沟道MOSFET源极与漏极间的电压差，并控制所述的第一N沟道MOSFET和第二N沟道MOSFET关断，在输入电压低于过压下阈值时，该过压保护电路输出导通使能信号，通过所述的电荷泵控制所述的第一N沟道MOSFET和第二N沟道MOSFET导通，所述的过压保护电路设置有电压迟滞，所述的过压下阈值低于所述的过压上阈值。
2.根据权利要求1所述的快速过压响应的负载开关芯片，其特征在于，所述的保护模块还包括欠压保护电路，该欠压保护电路的输入端连接所述的负载开关芯片的电压输入端，该欠压保护电路用以在输入电压小于预设值时，输出关断使能信号，该关断使能信号通过所述的电荷泵控制所述的第一N沟道MOSFET和第二N沟道MOSFET关断。
3.根据权利要求1所述的快速过压响应的负载开关芯片，其特征在于，所述的保护模块还包括连接于所述的负载开关芯片的电压输入端与所述的过压保护电路的输入端之间的带隙基准电路。
4.根据权利要求3所述的快速过压响应的负载开关芯片，其特征在于，所述的保护模块还包括过温保护电路和过流保护电路，所述的控制模块还包括数字模块，所述的过温保护电路和过流保护电路的输入端均连接所述的带隙基准电路，所述的过温保护电路和过流保护电路的输出端均连接所述的数字模块，该数字模块的输出端连接所述的电荷泵。
5.根据权利要求4所述的快速过压响应的负载开关芯片，其特征在于，所述的控制模块还包括使能模块、振荡器和电流检测电路，所述的使能模块连接于该负载开关芯片使能引脚与所述的数字模块之间，所述的振荡器分别连接所述的数字模块、电荷泵和电流检测电路，该电流检测电路还连接于该负载开关芯片的电压输出端以及电路检测引脚。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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