CN1425962A - 过流保护电路 - Google Patents

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Abstract

一种直流稳定电源电路的过流保护电路，根据与输出电压成比例的电压和基准电压的差分，来驱动输出晶体管(M16)，使得输出电压固定，它包括：比例输出电流生成装置(M11)，生成与流过输出晶体管的电流成比例的电流；电流/电压变换装置(R11)，将比例输出电流生成装置(M11)的输出电流变换成电压；开关装置(M12)，当输出电压比规定电压高时，将比例输出电流生成装置的输出电流供给电流/电压变换装置，而当输出电压比规定电压低时，切断上述供给；以及控制装置(M13)，根据所述比例输出电流生成装置(M11)的电流供给点的输出电压，来控制所述输出晶体管(M16)的输出电流。

Description

过流保护电路
技术领域
本发明涉及直流稳压电源电路中的过流保护电路。
背景技术
图1表示以往的过流保护电路的电路例1，如图所示，该电路由以下各部分构成：
稳压电源，用电阻R1，R2及R3对输出电压Vout进行分压，用差分放大器AMP放大上述所得分压电压与基准电压Vref的差分，根据上述放大信号来控制输出晶体管M1，使得Vout固定；
差动放大块，对晶体管M6的输入是由输出电压的分压所得的电压，对晶体管M5的输入为电压变换后的电压，晶体管M7将偏置电压施加于上述电压变换过的电压上，成为源极跟随器，其中，用电阻R4对流过输出晶体管M1的电流按规定比率得到流过监测晶体管M2的电流进行电压变换；以及
控制晶体管M8，通过其输出来控制动作，在运算放大器输出与电源电压VDD间控制输出晶体管M1的控制线。
下面参照图2的输出特性说明图1电路例的工作。通常工作时，输出从无负荷到某规定负荷，流过晶体管M2的电流小，晶体管M5的输入电压比晶体管M6的输入电压低很多，控制晶体管M8的输入为高电位，由于控制晶体管M8截止，所以输出电压Vout固定。
接着，随着输出电流Iout增大，晶体管M5的输入电压上升，控制晶体管M8的输入电压下降，若晶体管M8导通，则在电源侧晶体管M1的输入电压变高，输出被限制，输出电压Vout开始降低。
随着输出电压Vout下降，晶体管M6的输入电压也降低，所以成为晶体管M5的输入电压的流过晶体管M2的电流也减少，差动级输出使晶体管M8导通，其规定比的输出电流Iout也减少。
然后，在输出电压Vout为地电位时，晶体管M6的输入也成为零，但是，由于偏置晶体管M7的阈值电压Vth，晶体管M5的输入不为零，在电流(短路电流Is)流过输出晶体管M1的状态下成为稳定点。在此，电阻R1或R2也可以通过设定电流限制设为零。
在图1的电路例1时，通过决定短路电流值必然决定极限电流值。另外，输出电压为可变调节时，由图2也可知，输出电压Vout越低，极限电流值也越小，有时会发生不能维持电流供给能力等不良情况。
图3表示以往的过流保护电路的电路例2。在该电路例2中，由限幅(limit)电路和短路保护电路两电路构成。图中，右侧的短路保护电路与图1的电路例1相同，说明省略。
在该电路例2中，新追加限幅电路，通过在某特定的点切换上述两电路，如图4所示，得到与日文假名“フ”字形相似的输出特性。
输出电压Vout高期间，如上所述，短路保护电路的差动放大级的输出为H，晶体管M8截止。与晶体管M2一样，流过晶体管M9的电流是晶体管M1的规定比率电流，使得该流过晶体管M9的电流通过晶体管M10、M11的电流镜电路流入电阻R5。若流过电流大，则晶体管M12的栅压变低，输出晶体管M1的栅压上升。因此，流过输出晶体管M1的电流被限制。
若输出电压Vout变低，则右侧的短路保护电路的增益提高，电流被进一步限制，成为接近具有偏置电压的短路电流值Is的曲线。
在该图3所示电路例2中，虽然能分别设定极限电流值和短路电流值，但由于该电路使用两电路，电路构成复杂，所需面积也变大。另外，在两电路中起作用的限制值是固定的，难以得到最合适的保护特性。
发明内容
本发明的第一目的在于，将包含差动增益级的短路电流限制电路和限幅电路作为一个电路构成，使得电路简单，可实现小型化。
本发明的第二目的在于，可随意设定两电路的限制值。
本发明的第三目的在于，具有多个限制值。
本发明的过流保护电路为直流稳压电源电路中的过流保护电路，根据该差分放大器(M12)的输出来驱动输出晶体管(M16)，使得输出电压固定，其中，差分放大器放大与输出电压成比例的电压和基准电压的差分；其特征在于，该过流保护电路包括：
比例输出电流生成装置(M11)，生成与流过所述输出晶体管(M16)的电流成比例的电流；
电流/电压变换装置(R11)，将所述比例输出电流生成装置(M11)的输出电流变换成电压；
开关装置(M12)，当所述输出电压比规定电压高时，将所述比例输出电流生成装置(M11)的输出电流供给所述电流/电压变换装置(R11)，而当所述输出电压比规定电压低时，切断所述供给；以及
控制装置(M13)，根据所述比例输出电流生成装置(M11)的漏极上的输出电压，控制所述输出晶体管(M16)的输出电流。
附图说明
图1是现有的过流保护电路的电路图。
图2表示图1电路图的输出特性的图。
图3是现有的过流保护电路的电路图。
图4表示图3电路图的输出特性的图。
图5是表示本发明第一实施例的电路图。
图6表示图5电路图的输出特性的图。
图7表示本发明第二实施例的电路图。
图8表示图7电路图的输出特性的图。
具体实施方式
图5是表示本发明第一实施例的电路图。
本实施例的电路由以下各部分构成：
稳压电源，用电阻R13、R14对输出电压Vout进行分压，用差分放大器AMP放大上述所得分压电压与基准电压Vref的差分，根据上述放大信号控制输出晶体管M16，使Vout固定；
晶体管M11，以一定的比率监测流过输出晶体管M16的电流；
电阻R11，以及晶体管M14、M15，根据上述监测的电流来决定流过电阻R12的电流值；
切换用晶体管M12，通过以从输出电压Vout分压的一定电压值导通、截止，来切换电流方向；以及
晶体管M13，控制输出晶体管M16。
输出晶体管M16及监测用晶体管M11是P沟道MOS晶体管，两晶体管的源极、栅极相互连接。因而监测晶体管M11的输出电流流过R11。另外，开关装置M12是N沟道MOS晶体管，与电阻R11串联连接。晶体管M14和M15形成电流镜电路，监测用晶体管M11的输出部与上述电流镜电路的输入部连接。
控制用晶体管M13以P沟道MOS晶体管构成，该控制用晶体管M13的源极与上述输出晶体管M16的源极相互连接，并且该控制用晶体管M13的栅极与上述电流镜电路的输出部连接，而且该控制用晶体管M13的漏极与上述输出晶体管M16的栅极连接。
下面说明动作。若流入输出晶体管M16的电流增大，则流入晶体管M11的电流也增大。当输出电压Vout高时，晶体管M12导通，所以流入晶体管M11的绝大部分电流流入电阻R11。于是，在某个一定的电流值时，晶体管M14的栅极电压提高至某个一定的电压值，从而确定流入电阻R12的电流值。由此，晶体管M13的栅压下降，使晶体管M13导通。由此，输出晶体管M16的栅极电位被控制，使输出电压Vout下降。
若输出电压Vout下降，则该输出电压的分压作为栅极电压取入的晶体管M12截止。通过晶体管M12截止，原来流向电阻R11的电流流向上述电流镜部的晶体管M14。若大部分电流流过晶体管M14，则流入电阻R12的电流也增大，进一步降低晶体管M13的栅极电压值，这样，流入输出晶体管M16的电流值被进一步限制。
通过该二级切换，得到如图6所示的与日文假名“フ”字形相似的特性。极限电流及短路电流Is由电阻R11、R12决定，但通过用电阻R13使得切换控制用的晶体管M12的栅极电压供给点变化，极限电流及短路电流Is的切换也可以如图所示在任意点进行切换。
在上述实施例中，由于在一点进行切换，所以存在交替使用“为加强保护机能而使限幅区域变狭”，以及“为了顺利上升而使流过大电流的区域变宽”这样的关系，不能同时满足双方的要求。
图7是表示本发明第二实施例的电路图，在图7中，除了电阻R11和晶体管M12以外，新追加电阻R15和晶体管M17，从比晶体管M12低的点取入上述晶体管M17的栅极电压的供给点。
在图7中，当输出电压Vout高时，晶体管M12、M17都导通，而如果输出电压Vout开始降低，则使从输出电压反馈电阻低的点取入栅极电压的晶体管M17先截止。由于晶体管M17截止，流过晶体管M14的电流值变化，因而极限电流变化。
若输出电压Vout进一步低下，则晶体管M12也截止，极限电流再次变化。通过这样的控制，能得到如图8所示的与日文假名“フ”字形相似的特性。
如上所述，本发明以一个电路实现短路保护电路和限幅电路，所以电路构成简单，电路面积也能减小。
作为使开关装置作用的电压，通过从输出电压反馈电阻部的任意处取入，能随意设定切换点。
而且，通过成对配置多个电流/电压变换装置和开关装置，可根据输出电压使电流值变化多次，可以既考虑到直流稳压电源的上升时间，又具有过流保护电路的机能。

Claims (8)

1.一种过流保护电路，为直流稳压电源电路中的过流保护电路，根据该差分放大器(M12)的输出来驱动输出晶体管(M16)，使得输出电压固定，其中，差分放大器放大与输出电压成比例的电压和基准电压的差分；其特征在于，该过流保护电路包括：
比例输出电流生成装置(M11)，生成与流过所述输出晶体管(M16)的电流成比例的电流；
电流/电压变换装置(R11)，将所述比例输出电流生成装置(M11)的输出电流变换成电压；
开关装置(M12)，当所述输出电压比规定电压高时，将所述比例输出电流生成装置(M11)的输出电流供给所述电流/电压变换装置(R11)，而当所述输出电压比规定电压低时，切断所述供给；以及
控制装置(M13)，根据所述比例输出电流生成装置(M11)的漏极上的输出电压，控制所述输出晶体管(M16)的输出电流。
2.一种过流保护电路，为直流稳压电源电路中的过流保护电路，根据该差分放大器(M12)的输出来驱动输出晶体管(M16)，使得输出电压固定，其中，差分放大器放大与输出电压成比例的电压和基准电压的差分；其特征在于，该过流保护电路包括：
比例输出电流生成装置(M11)，生成与流过所述输出晶体管(M16)的电流成比例的电流；
第一电流/电压变换装置(R15)，将所述比例输出电流生成装置(M11)的输出电流变换成电压；
第二电流/电压变换装置(R11)，将所述比例输出电流生成装置(M11)的输出电流变换成电压；
开关装置(M17，M12)，当所述输出电压比规定电压高时，将所述比例输出电流生成装置(M11)的输出电流供给所述第一电流/电压变换装置(R15)及第二电流/电压变换装置(R11)，当所述输出电压比规定电压低时，将所述输出电流仅供给所述第二电流/电压变换装置(R11)；以及
控制装置(M13)，根据所述比例输出电流生成装置(M11)的漏极上的输出电压，控制所述输出晶体管(M16)的输出电流。
3.根据权利要求2中所述的过流保护电路，其特征在于，对于所述第一电流/电压变换装置(R15)及第二电流/电压变换装置(R11)的至少一方，使所述电流/电压的变换系数可变。
4.根据权利要求2或3中所述的过流保护电路，其特征在于，成对设有多个所述电流/电压变换装置和开关装置，在所述输出电压正常时，使所述开关装置全部接通，随着所述输出电压低下，依次断开所述多个开关装置。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的过流保护电路，其特征在于，所述输出晶体管及比例输出电流生成装置分别由P沟道MOS晶体管构成，所述两晶体管的源极、栅极相互连接，从所述输出晶体管的漏极输出所述输出电压，使得所述比例输出电流生成装置的输出电流从其漏极供给所述电流/电压变换装置。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的过流保护电路，其特征在于，用电阻构成所述电流/电压变换装置，用N沟道MOS晶体管构成所述开关装置，所述开关装置与所述电流/电压变换装置串联连接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的过流保护电路，其特征在于，所述控制装置包含电流镜电路(M14，M15)，所述比例输出电流生成装置的输出部与该电流镜电路的输入部连接。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的过流保护电路，其特征在于，所述控制装置(M13)由P沟道MOS晶体管构成，该晶体管的源极与所述输出晶体管的源极相互连接，且该晶体管的栅极与电流镜电路的输出部连接，该晶体管的漏极与所述输出晶体管的栅极连接。
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