CN117639469A - 限流保护电路、实现方法、电压转换电路、芯片及设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种限流保护电路、实现方法、电压转换电路、芯片及设备。该限流保护电路包括：第一检测模块、第二检测模块和信号处理模块。第一检测模块采样低侧开关管的线性电流，得到第一电压。第二检测模块采样低侧开关管的饱和电流，得到第二电压。在低侧开关管处于线性区且其体二极管未导通时，第一电压小于第二电压。在低侧开关管处于线性区且其体二极管导通时，第一电压大于第二电压。信号处理模块从第一电压和第二电压中选择最小电压，根据最小电压输出检测信号，检测信号用于预警低侧开关管的电流过大，保障限流保护电路在低侧开关管处于线性区且其体二极管未导通或导通时均能输出检测信号，提高限流保护电路的检测性能。

Description

限流保护电路、实现方法、电压转换电路、芯片及设备

技术领域

本申请涉及降压变换器技术领域，尤其涉及一种限流保护电路、实现方法、电压转换电路、芯片及设备。

背景技术

在传统的降压变换器(buck converter，Buck)中，图1所示的Buck电路中包括高侧开关管、低侧开关管和检测电路，其中，检测电路包括低侧开关管的镜像管、电流源和比较器。

在高侧开关管关断且低侧开关管处于线性区的情况下，高侧开关管和低侧开关管之间的开关电压V_SW为负电压、且随着低侧开关管的电流的逐渐增大而增大。在电流源向比较器的同相输入端传输固定的电流的情况下，比较器的同相输入端的电压随着V_SW的逐渐增大而逐渐减小。在同相输入端的电压逐渐减小的过程中，若同相输入端的电压小于反相输入端的电压，则检测电路输出检测信号，检测信号用于控制报警电路指示用户进行相应操作，以避免低侧开关管的电流过大导致检测电路损坏。在上述检测电路中，在同相输入端的电压未小于反相输入端的电压的情况下，在低侧开关管的温度上升或者低侧开关管的驱动电压变低的情况下，低侧开关管的体二极管导通，此时，低侧开关管的电流通过体二极管继续增大，V_SW被钳制为固定的负电压，同相输入端的电压无法小于反相输入端的电压，即在低侧开关管的体二极管导通的情况下，即使低侧开关管的电流的继续增大，检测电路也无法输出检测信号，检测电路的检测能力较差，会导致检测电路损坏。

因此，设计一种电路，能够在低侧开关管的体二极管导通的情况下仍然输出检测信号，以提高电路的检测能力，防止电路损坏，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提供一种限流保护电路、实现方法、电压转换电路、芯片及设备，用于提高限流保护电路的检测能力，防止限流保护电路损坏。

第一方面，本申请提供一种限流保护电路，应用于电压转换电路，电压转换电路包括高侧开关管和低侧开关管，高侧开关管的第一端和低侧开关管的第二端电连接于公共端。

限流保护电路包括：第一检测模块、第二检测模块和信号处理模块。

第一检测模块的第一端电连接于公共端，第一检测模块的第二端与低侧开关管的控制端电连接，第一检测模块的第三端与信号处理模块的第一输入端电连接，第二检测模块的第一端电连接于公共端，第二检测模块的第二端与低侧开关管的控制端电连接，第二检测模块的第三端与信号处理模块的第二输入端电连接，信号处理模块的输出端用于输出检测信号。

第一检测模块，用于采样低侧开关管的线性电流，得到第一电压，并向信号处理模块传输第一电压。

第二检测模块，用于采样低侧开关管的饱和电流，得到第二电压，并向信号处理模块传输第二电压。在低侧开关管处于线性区且低侧开关管的体二极管未导通的情况下，第一电压小于第二电压。在低侧开关管处于线性区且低侧开关管的体二极管导通的情况下，第一电压大于第二电压。

信号处理模块，用于从第一电压和第二电压中选择最小电压，并根据最小电压，输出检测信号，检测信号用于预警低侧开关管的电流过大。

在一种可能的设计中，第一检测模块包括：第三开关管、第四开关管和第一电流源。

第三开关管的第二端电连接于公共端，第三开关管的控制端与低侧开关管的控制端电连接，第三开关管的第一端与第四开关管的第二端电连接，第四开关管的控制端电连接于第三开关管的控制端和低侧开关管的控制端之间，第四开关管的第一端与第一电流源的第一端电连接，第一电流源的第二端电连接电源，第四开关管的第一端用于输出第一电压。

在一种可能的设计中，第一检测模块还包括：第一稳压单元。

第一稳压单元的第一端电连接于第三开关管的第一端和第四开关管的第二端之间，第一稳压单元的第二端接地。

第一稳压单元，用于保持第三开关管的第一端和第四开关管的第二端之间的电压稳定。

在一种可能的设计中，第二检测模块包括：第五开关管、第六开关管和第二电流源。

第五开关管的第二端电连接于公共端，第五开关管的控制端与低侧开关管的控制端电连接，第五开关管的第一端与第六开关管的第二端电连接，第六开关管的第一端与第二电流源的第一端电连接，第六开关管的控制端电连接于第六开关管的第一端和第二电流源的第一端之间，第二电流源的第二端电连接电源，第六开关管的第二端用于输出第二电压。

在一种可能的设计中，第二检测模块还包括：第二稳压单元。

第二稳压单元的第一端电连接于第五开关管的第一端和第六开关管的第二端之间，第二稳压单元的第二端接地。

第二稳压单元，用于保持第五开关管的第一端和第六开关管的第二端之间的电压稳定。

在一种可能的设计中，信号处理模块包括：最小电压选择器和比较器。

最小电压选择器的第一端与第一检测模块的第三端电连接，最小电压选择器的第二端与第二检测模块的第三端电连接，最小电压选择器的第三端与比较器的反相输入端电连接，比较器的同相输入端接地，比较器的输出端用于输出检测信号。

最小电压选择器，用于从第一电压和第二电压中选择最小电压，并向比较器传输最小电压。

比较器，用于对最小电压和同相输入端的电压进行比较，得到检测信号。

第二方面，本申请提供一种限流保护电路的实现方法，应用于第一方面任一项的限流保护电路，方法包括：

第一检测模块，用于采样低侧开关管的线性电流，得到第一电压，并向信号处理模块传输第一电压。

第二检测模块，用于采样低侧开关管的饱和电流，得到第二电压，并向信号处理模块传输第二电压。在低侧开关管处于线性区且低侧开关管的体二极管未导通的情况下，第一电压小于第二电压。在低侧开关管处于线性区且低侧开关管的体二极管导通的情况下，第一电压大于第二电压。

信号处理模块，用于从第一电压和第二电压中选择最小电压，并根据最小电压，输出检测信号，检测信号用于预警低侧开关管的电流过大。

上述第二方面的设计中所提供的，其有益效果可以参见上述第一方面和第一方面的各可能的实施方式所带来的有益效果，在此不再赘述。

第三方面，本申请提供一种电压转换电路，包括：电感、负载、电容、高侧开关管、低侧开关管和第一方面任一项的限流保护电路。

电感的第一端与负载的第一端电连接，负载的第二端接地，电容的第一端电连接于电感的第一端和负载的第一端之间，电容的第二端接地，电感的第二端电连接于高侧开关管的第一端和低侧开关管的第二端之间。

高侧开关管的第一端和低侧开关管的第二端电连接于公共端，高侧开关管的第二端电连接输入电源，低侧开关管的第一端接地，低侧开关管的控制端与芯片的第一端连接，芯片的第二端电连接于公共端。

由于本申请提供的限流保护电路，能够提高限流保护电路的检测能力，因此能够进一步提高限流保护电路所在的电压转换电路的安全性。

第四方面，本申请提供一种芯片，包括：第三方面的限流保护电路。

由于本申请提供的限流保护电路，能够提高限流保护电路的检测能力，防止限流保护电路损坏，因此提高了芯片的安全性。

第五方面，本申请提供一种电子设备，包括：第四方面的芯片。

由于本申请实施例中芯片的安全性较高，因此能够进一步提高芯片所在的电子设备的安全性。

附图说明

图1是传统技术提供的Buck电路的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的电压转换电路的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的限流保护电路的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的限流保护电路的实现方法的流程示意图；

图5是本申请实施例提供的第一检测模块的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的第一检测模块的结构示意图；

图7是本申请实施例提供的第二检测模块的结构示意图；

图8是本申请实施例提供的第二检测模块的结构示意图；

图9是本申请实施例提供的信号处理模块的结构示意图。

具体实施方式

本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同的情况下存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，单独a，单独b或单独c中的至少一项(个)，可以表示：单独a，单独b，单独c，组合a和b，组合a和c，组合b和c，或组合a、b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，电路结构的“相连”或“连接”除了可以是指物理上的连接，还可以是指电连接或信号连接，例如，可以是直接相连，即物理连接，也可以通过中间至少一个元件间接相连，只要达到电路相通即可，还可以是两个元件内部的连通，信号连接除了可以通过电路进行信号连接外，也可以是指通过媒体介质进行信号连接，例如，无线电波。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

图1是传统技术提供的Buck电路的结构示意图。如图1所示，Buck电路包括：高侧开关管M_HS、低侧开关管M_LS和检测电路10。

高侧开关管M_HS的第一端和低侧开关管M_LS的第二端电连接于公共端。高侧开关管M_HS的第二端电连接输入电源VIN，低侧开关管M_LS的第一端接地，检测电路10的第一端与低侧开关管M_LS的控制端电连接，检测电路10的第二端电连接于公共端，检测电路10的第三端接地，检测电路10的输出端用于输出检测信号OC。

检测电路10包括：镜像管M_LX、电流源I0、比较器U0和反相器NOT0。低侧开关管M_LS和镜像管M_LX组成电流镜结构。其中，镜像管M_LX、电流源I0、比较器U0和反相器NOT0之间的电连接关系如图1所示，此处不再赘述。

图1所示的检测电路10的工作原理如下。

电流源I0向比较器U0的同相输入端传输固定的电流。在高侧开关管M_HS关断且低侧开关管M_LS处于线性区的情况下，公共端的开关电压V_SW为负电压、且随着低侧开关管M_LS的电流的逐渐增大而增大，比较器U0的同相输入端的电压随着开关电压V_SW的逐渐增大而逐渐减小。

在同相输入端的电压逐渐减小的过程中，若同相输入端的电压大于反相输入端的电压，则比较器U0输出高电平，反相器NOT0输出低电平。若同相输入端的电压小于反相输入端的电压，则比较器U0输出低电平，反相器NOT0输出高电平(即检测电路10输出检测信号OC)。检测信号OC用于控制报警电路(在图1中未示出)指示用户进行相应操作，以避免低侧开关管M_LS的电流过大导致限流保护电路损坏。

在图1所示检测电路10中，在同相输入端的电压未小于反相输入端的电压的情况下，在低侧开关管M_LS的温度上升或者低侧开关管M_LS的驱动电压变低的情况下，低侧开关管M_LS的体二极管导通，此时，低侧开关管M_LS的电流能够通过体二极管继续增大，V_SW被钳制为固定的负电压，同相输入端的无法小于反相输入端的电压，即在低侧开关管M_LS的体二极管导通的情况下，即使低侧开关管M_LS的电流的继续增大，检测电路10无法输出检测信号OC，限流保护电路的检测能力较差，会导致限流保护电路损坏。

为了在低侧开关管M_LS的体二极管导通的情况下，保障限流保护电路仍然能够输出检测信号OC，以提高检测电路10的检测能力，防止检测电路10损坏，本申请提供一种限流保护电路。下面结合图2对本申请提供的限流保护电路所在的电压转换电路进行说明。

图2是本申请实施例提供的电压转换电路的结构示意图。如图2所示，电压转换电路包括：电感L、负载Load、电容Cout、高侧开关管M_HS、低侧开关管M_LS和本申请提供的限流保护电路。

电感L的第一端与负载Load的第一端电连接，负载Load的第二端接地，电容Cout的第一端电连接于电感L的第一端和负载Load的第一端之间，电容Cout的第二端接地，电感L的第二端电连接于高侧开关管M_HS的第一端和低侧开关管M_LS的第二端之间。

高侧开关管M_HS的第一端和低侧开关管M_LS的第二端电连接于公共端，高侧开关管M_HS的第二端电连接输入电源VIN，低侧开关管M_LS的第一端接地，低侧开关管M_LS的控制端与限流保护电路的第一端连接，限流保护电路的第二端电连接于公共端。在本申请中公共端的开关电压采用V_SW表示。

本申请提供还提供一种芯片，包括：本申请提供的电压转换电路。

本申请提供还提供一种电子设备，包括：本申请提供的芯片。

在本申请实施例提供的限流保护电路、电压转换电路、芯片和电子设备，具有相同的有益效果，此次不再赘述。

下面，结合具体实施例对本申请实施例提供的限流保护电路的结构、功能和有益效果等进行详细说明。

图3是本申请实施例提供的限流保护电路的结构示意图。如图3所示，限流保护电路包括：第一检测模块101、第二检测模块102和信号处理模块103。

高侧开关管M_HS的第一端和低侧开关管M_LS的控制端电连接于公共端。

第一检测模块101的第一端电连接公共端，第一检测模块101的第二端与低侧开关管M_LS的控制端电连接，第一检测模块101的第三端与信号处理模块103的第一输入端电连接，第二检测模块102的第一端电连接公共端，第二检测模块102的第二端与低侧开关管M_LS的控制端电连接，第二检测模块102的第三端与信号处理模块103的第二输入端电连接，信号处理模块103的输出端用于输出检测信号OC。

第一检测模块101，用于采样低侧开关管M_LS的线性电流。

第二检测模块102，用于采样低侧开关管M_LS的饱和电流。

信号处理模块103，用于对接收到的电压进行选择，对选择出的电压进行比较。

第一检测模块101、第二检测模块102和信号处理模块103可以集成设置，也可以分离设置，具体可根据实际需求进行设置。

在高侧开关管M_HS关断、低侧开关管M_LS打开的情况下，公共端的开关电压V_SW为：

V_SW＝-IL*R_M_LS

其中，IL表示电感L的电流，R_M_LS表示低侧开关管M_LS的电阻。

根据第一检测模块101、第二检测模块102和信号处理模块103的上述连接关系，结合图4详细说明采用第一检测模块101、第二检测模块102和信号处理模块103，输出检测信号OC的工作原理。

图4是本申请实施例提供的限流保护电路的实现方法的流程示意图。如图4所示，该方法包括：

S401、第一检测模块101采样低侧开关管M_LS的线性电流，得到第一电压VLIN_SW2，并向信号处理模块103传输第一电压VLIN_SW2。

在低侧开关管M_LS处于线性区且低侧开关管M_LS的体二极管未导通的情况下，第一电压VLIN_SW2可以指示低侧开关管M_LS线性电流。

S402、第二检测模块102采样低侧开关管M_LS的饱和电流，得到第二电压VDIO_SW2，并向信号处理模块103传输第二电压VDIO_SW2。

在低侧开关管M_LS处于线性区且低侧开关管M_LS的体二极管导通的情况下，第二电压VDIO_SW2可以指示低侧开关管M_LS的饱和电流。

需要说明的是，在低侧开关管M_LS处于线性区且低侧开关管M_LS的体二极管未导通的情况下，第一电压VLIN_SW2小于第二电压VDIO_SW2。

需要说明的是，在低侧开关管M_LS处于线性区且低侧开关管M_LS的体二极管导通的情况下，第一电压VLIN_SW2大于第二电压VDIO_SW2。

S403、信号处理模块103从第一电压VLIN_SW2和第二电压VDIO_SW2中选择最小电压V_MIN，并根据最小电压V_MIN，输出检测信号OC，检测信号OC用于预警低侧开关管M_LS的电流过大。

在第一电压VLIN_SW2小于第二电压VDIO_SW2的情况下，最小电压V_MIN为第一电压VLIN_SW2。

在第一电压VLIN_SW2大于第二电压VDIO_SW2的情况下，最小电压V_MIN为第二电压VDIO_SW2。

本申请提供的限流保护电路中还可以包括报警电路，信号处理模块103与报警电路电连接。报警电路，用于实现报警操作。根据信号处理模块103与报警电路的连接关系，信号处理模块103向报警电路传输检测信号OC，报警电路根据检测信号OC执行报警操作。

在本申请实施例提供的限流保护电路中，第一检测模块101采样低侧开关管M_LS的线性电流，得到第一电压VLIN_SW2，向信号处理模块103传输第一电压VLIN_SW2。第二检测模块102采样低侧开关管M_LS的饱和电流，得到第二电压VDIO_SW2，向信号处理模块103传输第二电压VDIO_SW2。在低侧开关管M_LS处于线性区且低侧开关管M_LS的体二极管未导通的情况下，第一电压VLIN_SW2小于第二电压VDIO_SW2，信号处理模块103将第一电压VLIN_SW2作为最小电压V_MIN，并根据第一电压VLIN_SW2输出检测信号OC，在低侧开关管M_LS处于线性区且低侧开关管M_LS的体二极管导通的情况下，第一电压VLIN_SW2大于第二电压VDIO_SW2，信号处理模块103将第二电压VDIO_SW2作为最小电压V_MIN，并根据第二电压VDIO_SW2输出检测信号，实现信号处理模块103在低侧开关管M_LS处于线性区且低侧开关管M_LS的体二极管未导通或者导通的情况下均能够输出检测信号OC，提高了限流保护电路的检测性能，防止限流保护电路损坏。

在上述实施例的基础上，示例性地给出第一检测模块101的一种实现方式。

图5是本申请实施例提供的第一检测模块101的结构示意图。如图5所示，该第一检测模块101包括：第三开关管MS1、第四开关管MS2和第一电流源CS1。

第三开关管MS1的第二端电连接于公共端，第三开关管MS1的控制端与低侧开关管M_LS的控制端电连接，第三开关管MS1的第一端与第四开关管MS2的第二端电连接，第四开关管MS2的控制端电连接于第三开关管MS1的控制端和低侧开关管M_LS的控制端之间，第四开关管MS2的第一端与第一电流源CS1的第一端电连接，第一电流源CS1的第二端电连接电源VCC，第四开关管MS2的第一端用于输出第一电压VLIN_SW2。

第三开关管MS1和第四开关管MS2的类型与低侧开关管M_LS的类型相同。

例如低侧开关管M_LS、第三开关管MS1、第四开关管MS2可以均为NMOS(N-Metal-Oxide-Semiconductor，N型金属-氧化物-半导体)、或者均为PMOS(N-Metal-Oxide-Semiconductor，P型金属-氧化物-半导体)。为了简化说明，本申请实施例是以低侧开关管M_LS、第三开关管MS1和第四开关管MS2为NMOS为例进行说明。

第三开关管MS1、第四开关管MS2和第一电流源CS1可以集成设置，也可以分离设置，具体可根据实际需求进行设置。

基于第三开关管MS1、第四开关管MS2和第一电流源CS1的上述连接关系，下面详细说明第三开关管MS1、第四开关管MS2和第一电流源CS1的工作原理。

在低侧开关管M_LS打开的情况下，第三开关管MS1和第四开关管MS2打开，第四开关管MS2的第一端的电压等于开关电压V_SW，第一电流源CS1向第四开关管MS2的第一端提供第一电流IB_LIM1，使得第四开关管MS2的第一端输出第一电压VLIN_SW2。

在低侧开关管M_LS处于线性区的情况下，第一电压VLIN_SW2为：

VLIN_SW2＝V_SW+IB_LIM1*(R_MS1+R_MS2)

其中，R_MS1表示第三开关管MS1的电阻，R_MS2表示第四开关管MS2的电阻。

第三开关管MS1和第四开关管MS2分别为低侧开关管M_LS的镜像管。

可选地，第三开关管MS1的宽度和第四开关管MS2的宽度相同，第三开关管MS1和低侧开关管M_LS不相同。

在低侧开关管M_LS的宽度为W、第三开关管MS1的宽度和第四开关管MS2的宽度分别为W1的情况下，R_MS1＝R_MS2＝R_M_LS*W/W1，第一电压VLIN_SW2为：

VLIN_SW2＝-IL*R_M_LS+IB_LIM1*2*R_M_LS*W/W1。

在W/W1＝K的情况下，第一电压VLIN_SW2为：

VLIN_SW2＝-IL*R_M_LS+IB_LIM1*2*R_M_LS*K＝R_M_LS*(-IL+2K*IB_LIM1)。

在图5实施例提供的第一检测模块101中，包括：第三开关管MS1、第四开关管MS2和第一电流源CS1，第三开关管MS1、第四开关管MS2和第一电流源CS1的上述电连接关系，可以保障低侧开关管M_LS处于线性区且低侧开关管M_LS的体二极管未导通时，第一检测模块101能够输出可以指示开关端SW电压大小的第一电压VLIN_SW2。

在上述实施例的基础上，示例性地给出第一检测模块101的另一种实现方式。

图6是本申请实施例提供的第一检测模块101的结构示意图。在图5的基础上，如图6所示，第一检测模块101还包括：第一稳压单元1011。

第一稳压单元1011的第一端电连接于第三开关管MS1的第一端和第四开关管MS2的第二端之间，第一稳压单元1011的第二端接地。

第一稳压单元1011，用于保持第三开关管MS1的第一端和第四开关管MS2的第二端之间的电压稳定。

可选地，第一稳压单元1011可以与第三开关管MS1、第四开关管MS2和第一电流源CS1集成设置，也可以与第三开关管MS1、第四开关管MS2和第一电流源CS1分离设置，具体可根据实际需求进行设置。

在本申请实施例中，第一稳压单元1011保持第三开关管MS1的第一端和第四开关管MS2的第二端之间的电压稳定，能够使第四开关管MS2的第一端具有稳定的电压，从而保障第四开关管MS2的第一端输出稳定的第一电压VLIN_SW2。

在一种可能的设计中，第一稳压单元1011包括：第一稳压管D1。

第一稳压管D1的负极电连接于第三开关管MS1的第一端和第四开关管MS2的第二端之间，第一稳压管D1的正极接地。

为了简化说明，图6以第一稳压单元1011包括第一稳压管D1为例进行说明。在本申请中，第一稳压单元1011包括但不限于第一稳压管D1。

在上述实施例的基础上，示例性地给出第二检测模块102的一种实现方式。

图7是本申请实施例提供的第二检测模块102的结构示意图。如图7所示，第二检测模块102包括：第五开关管MS3、第六开关管MS4和第二电流源CS2。

第五开关管MS3的第二端电连接于公共端，第五开关管MS3的控制端与低侧开关管M_LS的控制端电连接，第五开关管MS3的第一端与第六开关管MS4的第二端电连接，第六开关管MS4的第一端与第二电流源CS2的第一端电连接，第六开关管MS4的控制端电连接于第六开关管MS4的第一端和第二电流源CS2的第一端之间，第二电流源CS2的第二端电连接电源VCC，第六开关管MS4的第一端用于输出第二电压。

第五开关管MS3和第六开关管MS4的类型与低侧开关管M_LS的类型相同。

例如第五开关管MS3和第六开关管MS4可以均为NMOS(N-Metal-Oxide-Semiconductor，N型金属-氧化物-半导体)、或者均为PMOS(N-Metal-Oxide-Semiconductor，P型金属-氧化物-半导体)。需要说明的是，本申请实施例是以第五开关管MS3、第六开关管MS4和低侧开关管M_LS为NMOS为例进行说明。

第五开关管MS3、第六开关管MS4和第二电流源CS2可以集成设置，也可以分离设置，具体可根据实际需求进行设置。

基于第五开关管MS3、第六开关管MS4和第二电流源CS2的上述连接关系，下面详细说明第五开关管MS3、第六开关管MS4和第二电流源CS2的工作原理。

在低侧开关管M_LS打开的情况下，第五开关管MS3打开，第六开关管MS4关断，第五开关管MS3的第一端的电压等于开关电压V_SW，第二电流源CS2向第六开关管MS4的第一端提供第二电流IB_LIM2，以使第六开关管MS4的第一端输出第二电压VDIO_SW2。

第二电流IB_LIM2和第一电流IB_LIM1不同。

在本申请实施例中，第二电流IB_LIM2大于第一电流IB_LIM1。

在低侧开关管M_LS处于线性区的情况下，第五开关管MS3的第一端与第六开关管MS4的第二端之间的电压VDIO_SW1为：

VDIO_SW1＝V_SW+IB_LIM2*R_MS3。

由于第六开关管MS4关断，因此第二电压VDIO_SW2为：

VDIO_SW2＝V_SW+IB_LIM2*R_MS3+VDIO

其中，VDIO约等于0.7伏特(V)。

在第五二极管的宽度为W1的情况下，第二电压VDIO_SW2为：

VDIO_SW2＝+IB_LIM2*R_M_LS*W/W1+VDIO。

在W/W1＝K的情况下，第二电压VDIO_SW2为：

VDIO_SW2＝R_M_LS*(-IL+K*IB_LIM2)+VDIO。

在图7实施例提供的第二检测模块102中，包括：第五开关管MS3、第六开关管MS4和第二电流源CS2。第五开关管MS3、第六开关管MS4和第二电流源CS2的上述电连接关系，可以保障在低侧开关管M_LS处于线性区且低侧开关管M_LS的体二极管未导通的情况下，第二检测模块102能够输出可以指示开关端SW电压大小的第二电压VDIO_SW2。

在上述实施例的基础上，示例性地给出第二检测模块102的另一种实现方式。

图8是本申请实施例提供的第二检测模块102的结构示意图。在图7的基础上，如图8所示，第二检测模块102还包括：第二稳压单元1021。

第二稳压单元1021的第一端电连接于第五开关管MS3的第一端和第六开关管MS4的第二端之间，第二稳压单元1021的第二端接地。

第二稳压单元1021，用于保持第五开关管MS3的第一端和第六开关管MS4的第二端之间的电压稳定。

可选地，第二稳压单元1021可以与第五开关管MS3、第六开关管MS4和第二电流源CS2集成设置，也可以与第五开关管MS3、第六开关管MS4和第二电流源CS2分离设置，具体可根据实际需求进行设置。

在本申请实施例中，第二稳压单元1021保持第五开关管MS3的第一端和第六开关管MS4的第二端之间的电压稳定，能够使第五开关管MS3的第一端具有稳定的电压，从而保障第六开关管MS4的第一端输出稳定的第二电压VDIO_SW2。

在一种可能的设计中，第二稳压单元1021包括：第二稳压管D2。

第二稳压管D2的负极电连接于第五开关管MS3的第一端和第六开关管MS4的第二端之间，第二稳压管D2的正极接地。

为了简化说明，图8以第二稳压单元1021包括第二稳压管D2为例进行说明。在本申请中，第二稳压单元1021包括但不限于第二稳压管D2。

图9是本申请实施例提供的信号处理模块103的结构示意图。如图9所示，信号处理模块103包括：最小电压选择器U1和比较器U2。

最小电压选择器U1的第一端与第一检测模块101的第三端电连接，最小电压选择器U1的第二端与第二检测模块102的第三端电连接，最小电压选择器U1的第三端与比较器U2的反相输入端电连接，比较器U2的同相输入端电连接，比较器U2的输出端用于输出检测信号OC。

最小电压选择器U1，用于实现电压选择。

比较器U2，用于实现电压比较。

最小电压选择器U1和比较器U2可以集成设置，也可以分离设置，具体可根据实际需求进行设置。

根据最小电压选择器U1和比较器U2的上述连接方式，采用最小电压选择器U1和比较器U2，输出检测信号OC的工作原理如下。

最小电压选择器U1从第一电压VLIN_SW2和第二电压VDIO_SW2中选择最小电压V_MIN，并向比较器U2传输最小电压，比较器U2对最小电压和同相输入端的电压进行比较，输出检测信号OC。

具体的，在最小电压V_MIN小于同相输入端的电压的情况下，比较器U2输出检测信号OC。

下面基于VDIO_SW2＝R_M_LS*(-IL+K*IB_LIM2)+VDIO，对第一电压VLIN_SW2和第二电压VDIO_SW2的大小关系进行说明。

在低侧开关管M_LS处于线性区且低侧开关管M_LS的体二极管未导通时，VDIO>R_M_LS*K*IB_LIM2，因此VDIO_SW2>R_M_LS*(-IL+2K*IB_LIM2)。由于VLIN_SW2＝R_M_LS*(-IL+2K*IB_LIM1)，因此在IB_LIM2大于IB_LIM1的情况下，VLIN_SW2<VDIO_SW2。

在低侧开关管M_LS处于线性区的情况下，若低侧开关管M_LS的温度上升或者低侧开关管M_LS的驱动电压变低，使得低侧开关管M_LS的体二极管导通，则VDIO<R_M_LS*K*IB_LIM2，因此VDIO_SW2<R_M_LS*(-IL+2K*IB_LIM2)。由于VLIN_SW2＝R_M_LS*(-IL+2K*IB_LIM1)，因此在IB_LIM2大于IB_LIM1的情况下，VLIN_SW2>VDIO_SW2。此处，由于VLIN_SW2>VDIO_SW2，因此高侧开关管M_HS和低侧开关管M_LS之间电流被VDIO_SW2钳制住，使得在低侧开关管M_LS的体二极管导通的情况下，低侧开关管M_LS的电流不会继续增大。

本申请实施例还提供一种降压变换器，该降压变换器包括图2所示的电压转换电路。

在本申请实施例中，由于提高了电压转换电路的安全性，因此能够进一步提高电压转换电路所在的降压变换器的安全性。

本申请实施例还提供一种电源设备，该电源设备包括上述降压变换器。

在本申请实施例中，由于提高了降压变换器的安全性，因此能够进一步提高降压变换器所在的电源设备的安全性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种限流保护电路，其特征在于，应用于电压转换电路，所述电压转换电路包括高侧开关管和低侧开关管，所述高侧开关管的第一端和所述低侧开关管的第二端电连接于公共端；

所述限流保护电路包括：第一检测模块、第二检测模块和信号处理模块；

所述第一检测模块的第一端电连接于所述公共端，所述第一检测模块的第二端与所述低侧开关管的控制端电连接，所述第一检测模块的第三端与所述信号处理模块的第一输入端电连接，所述第二检测模块的第一端电连接于所述公共端，所述第二检测模块的第二端与所述低侧开关管的控制端电连接，所述第二检测模块的第三端与所述信号处理模块的第二输入端电连接，所述信号处理模块的输出端用于输出检测信号；

所述第一检测模块，用于采样所述低侧开关管的线性电流，得到第一电压，并向所述信号处理模块传输所述第一电压；

所述第二检测模块，用于采样所述低侧开关管的饱和电流，得到第二电压，并向所述信号处理模块传输所述第二电压；在所述低侧开关管处于线性区且所述低侧开关管的体二极管未导通的情况下，所述第一电压小于所述第二电压；在所述低侧开关管处于线性区且所述低侧开关管的体二极管导通的情况下，所述第一电压大于所述第二电压；

所述信号处理模块，用于从所述第一电压和所述第二电压中选择最小电压，并根据所述最小电压，输出所述检测信号，所述检测信号用于预警所述低侧开关管的电流过大。

2.根据权利要求1所述的限流保护电路，其特征在于，所述第一检测模块包括：第三开关管、第四开关管和第一电流源；

所述第三开关管的第二端电连接于所述公共端，所述第三开关管的控制端与所述低侧开关管的控制端电连接，所述第三开关管的第一端与所述第四开关管的第二端电连接，所述第四开关管的控制端电连接于所述第三开关管的控制端和所述低侧开关管的控制端之间，所述第四开关管的第一端与所述第一电流源的第一端电连接，所述第一电流源的第二端电连接电源，所述第四开关管的第一端用于输出所述第一电压。

3.根据权利要求2所述的限流保护电路，其特征在于，所述第一检测模块还包括：第一稳压单元；

所述第一稳压单元的第一端电连接于所述第三开关管的第一端和所述第四开关管的第二端之间，所述第一稳压单元的第二端接地；

所述第一稳压单元，用于保持所述第三开关管的第一端和所述第四开关管的第二端之间的电压稳定。

4.根据权利要求1至3任一项所述的限流保护电路，其特征在于，所述第二检测模块包括：第五开关管、第六开关管和第二电流源；

所述第五开关管的第二端电连接于所述公共端，所述第五开关管的控制端与所述低侧开关管的控制端电连接，所述第五开关管的第一端与所述第六开关管的第二端电连接，所述第六开关管的第一端与所述第二电流源的第一端电连接，所述第六开关管的控制端电连接于所述第六开关管的第一端和所述第二电流源的第一端之间，所述第二电流源的第二端电连接电源，所述第六开关管的第二端用于输出所述第二电压。

5.根据权利要求4所述的限流保护电路，其特征在于，所述第二检测模块还包括：第二稳压单元；

所述第二稳压单元的第一端电连接于所述第五开关管的第一端和所述第六开关管的第二端之间，所述第二稳压单元的第二端接地；

所述第二稳压单元，用于保持所述第五开关管的第一端和所述第六开关管的第二端之间的电压稳定。

6.根据权利要求1至3任一项所述的限流保护电路，其特征在于，所述信号处理模块包括：最小电压选择器和比较器；

所述最小电压选择器的第一端与所述第一检测模块的第三端电连接，所述最小电压选择器的第二端与所述第二检测模块的第三端电连接，所述最小电压选择器的第三端与所述比较器的反相输入端电连接，所述比较器的同相输入端接地，所述比较器的输出端用于输出所述检测信号；

所述最小电压选择器，用于从所述第一电压和所述第二电压中选择所述最小电压，并向所述比较器传输所述最小电压；

所述比较器，用于对所述最小电压和所述同相输入端的电压进行比较，得到所述检测信号。

7.一种限流保护电路的实现方法，其特征在于，应用于权利要求1至6任一项所述的限流保护电路，所述方法包括：

所述第一检测模块，用于采样所述低侧开关管的线性电流，得到第一电压，并向所述信号处理模块传输所述第一电压；

所述第二检测模块，用于采样所述低侧开关管的饱和电流，得到第二电压，并向所述信号处理模块传输所述第二电压；在所述低侧开关管处于线性区且所述低侧开关管的体二极管未导通的情况下，所述第一电压小于所述第二电压；在所述低侧开关管处于线性区且所述低侧开关管的体二极管导通的情况下，所述第一电压大于所述第二电压；

所述信号处理模块，用于从所述第一电压和所述第二电压中选择最小电压，并根据所述最小电压，输出所述检测信号，所述检测信号用于预警所述低侧开关管的电流过大。

8.一种电压转换电路，其特征在于，包括：电感、负载、电容、高侧开关管、低侧开关管和权利要求1-6任一项所述的限流保护电路；

所述电感的第一端与所述负载的第一端电连接，所述负载的第二端接地，所述电容的第一端电连接于所述电感的第一端和所述负载的第一端之间，所述电容的第二端接地，所述电感的第二端电连接于所述高侧开关管的第一端和所述低侧开关管的第二端之间；

所述高侧开关管的第一端和所述低侧开关管的第二端电连接于公共端，所述高侧开关管的第二端电连接输入电源，所述低侧开关管的第一端接地，所述低侧开关管的控制端与所述限流保护电路的第一端连接，所述限流保护电路的第二端电连接于所述公共端。

9.一种芯片，其特征在于，包括：权利要求8所述的限流保护电路。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：权利要求9所述的芯片。