CN201674388U - 一种pd用功率管限流保护调节电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种PD用功率管限流保护调节电路，包括逻辑控制电路、采样功率管MN2、输出功率管和电流镜电路，所述逻辑控制电路接入两路偏置电流，偏置电流上并联电流镜电路，电流镜电路接入输出功率管，所述电流镜电路与输出功率管之间接入采样功率管MN2；所述电流镜模块包括NPN三极管Q1和Q2，Q1和Q2的基极连接在一起，Q1基极与集电极连接在一起；所述Q1和Q2与VEE之间分别连接栅源比例电阻R1和R2。本实用新型的有益效果是：保护电流采样精度高、电流可调节，电路额外消耗的功率少。

Description

一种PD用功率管限流保护调节电路

技术领域

本实用新型涉及针对POE终端受电设备用的双重限流保护电路技术领域，尤其涉及到受电设备开关电源从启动到正常工作时保护电流双重调节的规定的一种PD用功率管限流保护调节电路。

背景技术

早在1999已经有人提出了通过以太网提供电源的的概念，国际电子工程师协会(IEEE)也在这时开始了有关以太网供电的标准指定工作并最终在2003年6月23日批准了用于以太网电缆上提供电力供应的802.3af标准。供电设备(PSE)负责将电源注入以太网并负责受电设备(PD)的检测、电流能力分级和PD工作功率分配。在分级结束过渡到PD开关电源开始工作过程中，由于旁路电容的接入，会导致浪涌电流的产生，无限制的大电流将会导致端口电压迅速下降，严重时会使PD关断，从而造成PD在接通与关断状态之间来回转换。为了保证上电过程中对充电电容的稳定充电，并确保启动电路稳定上升，IEEE802.3af规定此时电流限制在100mA以内。当PD开关电源正常工作后，还需要保证稳定后的功率管最大电流限制在IEEE802.3af规定的390mA以下，否则在一定时间内PSE会自动断掉供电系统。目前国内外常用的电流限制电路的结构是对输出功率管的源极串接一低阻值的采样电阻来完成电流采样，使得电路额外消耗的功率过多，不符合绿色节能的要求，同时在两种限流转换时，需要两种逻辑判断，且至少需要比较电路，基准电路，电路复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术对功率管采样电流精度不高并且限流逻辑控制双重调节复杂的缺陷，提供一种保护电流采样精度高、电流可调节的PD用功率管限流保护调节电路。

为了达到上述设计目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种PD用功率管限流保护调节电路，包括逻辑控制电路、采样功率管MN2、输出功率管和电流镜电路，所述逻辑控制电路接入两路偏置电流，偏置电流上并联电流镜电路，电流镜电路接入输出功率管，所述电流镜电路与输出功率管之间接入采样功率管MN2，采样功率管MN2与输出功率管宽长比成一定比例关系。

所述采样功率管MN2与输出功率管栅极之间接入栅源比例电阻R3，采样功率管MN2的栅源电压与输出功率管栅源电压一致。

所述电流镜模块是一组P沟道增加型场效应管组成的高输出电阻共源共栅电流漏结构，其包括NPN三极管Q1和Q2，Q1和Q2的基极连接在一起，Q1基极与集电极连接在一起，所述Q1和Q2为镜像关系；所述Q1的发射极连接栅源比例电阻R1一端，栅源比例电阻R1另一端接VEE，Q2发射极连接栅源比例电阻R2一端，栅源比例电阻R2另一端接VEE，栅源比例电阻R2的电阻值远大于栅源比例电阻R1的电阻阻值且有一定的比例关系，

所述两路偏置电流上分别设有逻辑控制开关S1、S2，用于重新预设所述输出功率管限制电流的大小的第2路偏置电流上还并连接入用于对预设的主偏置电路进行片外精确微调的微调电路。

本实用新型所述的PD用功率管限流保护调节电路的有益效果是：电路简单，设计科学合理，保护电流采样精度高、电流可调节，电路额外消耗的功率少，符合绿色节能的要求。

附图说明

图1为本实用新型所述的PD用功率管限流保护调节电路的示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例所述的PD用功率管限流保护调节电路，包括逻辑控制电路、输出功率管、电流镜电路、采样功率管MN2、栅源比例电阻R1、R2、R3，所述逻辑控制电路接入两路偏置电流，偏置电流上并联电流镜电路，电流镜电路接入输出功率管，所述电流镜电路与输出功率管之间接入采样功率管MN2，采样功率管MN2与输出功率管宽长比成一定比例关系，以降低电路的额外功耗，同时采样电流转换成采样电压，在电流镜电路作用下，调节输出功率管的栅压以达到控制输出功率管电流的大小的目的，采样功率管MN2与输出功率管栅极之间接入栅源比例电阻R3，栅源比例电阻R3上的压降，会随着输出功率管的栅压变化而变化，从而可以保证采样功率管MN2的栅源电压与输出功率管栅源电压一致，从而达到精确采样电流的目的。

所述电流镜模块是一组P沟道增加型场效应管组成的高输出电阻共源共栅电流漏结构，用来精确镜像偏置电流，其包括NPN三极管Q1和Q2，Q1和Q2的基极连接在一起，且Q1基极与集电极连接在一起构成二极管形式，所述Q1和Q2为镜像关系；所述Q1的发射极连接栅源比例电阻R1一端，栅源比例电阻R1另一端接VEE，Q2发射极连接栅源比例电阻R2一端，栅源比例电阻R2另一端接VEE，栅源比例电阻R2的电阻值远大于栅源比例电阻R1的电阻阻值且有一定的比例关系，所述栅源比例电阻R1和R2用于保证采样功率管MN2与所述输出功率管，栅压相等，以确定所述采样功率管MN2精确采样输出功率管电流，并输出采样电压；所述的栅源比例电阻R1、R2和R3采用掺杂的多晶硅电阻实现，这样电阻匹配性好，精度高。

所述两路偏置电流上分别设有逻辑控制开关S1、S2，S1闭合时表示限流保护的大小是100mA，S2闭合时表示两路偏置共同作用使开关电源正常工作时限制电流大小是390mA；所述第2路偏置电流用于重新预设所述输出功率管限制电流的大小，并输出相应的电流信号，第2路偏置电流上还并连接入用于对预设的主偏置电路进行片外精确微调的微调电路，并输出相应的小电流，微调电路通过片外对390mA电流进行微调，以达到精确的电流限制的大小。

其原理为：该电路利用一与内部功率管成镜像关系的采样功率管对内部需要限流的功率管的电流进行采样，采用负反馈技术限制功率管电流的大小。同时通过逻辑控制以及微调电路可以精确调节限制电流的大小，完全符合IEEE802.3af规范对PD在启动充电阶段，正常工作阶段对不同限制电流的要求。

其具体工作过程为：若PD分级后开关管MN3关闭，同时S1开始闭合，则电流镜右边支路开始对输出功率管栅极进行充电，使其电压逐步上升，总电流随之增加，同时采样功率管的栅压亦同步上升，采样电流也随着增加。于是电阻R1的电压同步上升，三极管Q1的基极电位上升，由于电阻R2阻值远大于R1，所以此时三极管Q2与电阻R2构成微电流源，流过R2的电流可忽略不计，只有当采样功率管的电流大到一定程度，使得此时电阻R1上的电压接近于三极管Q2基极的预设导通电压，即偏置电流与电阻R2的乘积时，Q2才会完全导通，流过的电流与Q1支路镜像相等，这样，不会有多余电流对输出功率管MN1进行充电，所以此时输出功率管电流保持稳定。同时，采样功率管的栅源电压与输出功率管的栅源电压精确相等，保证了此时采样功率管采样的电流的准确度，若输出总电流一旦大于此刻的电流，则采样管电流增大，导致Q1基极电位再次上升，造成Q2吸入电流增加，最终使得输出功率管栅源电压下降，抑制输出功率管电流的上升。

本实用新型电路采用第二路偏置开关来预置电流镜模块偏置电流，使得在第一路偏置完成PD上电过程中的防浪涌保护后，通过逻辑控制电路使得开关管S2导通，调节输出功率管的电流保护范围，使之电流保护范围升到IEEE802.3af规范指定的390mA电流。

本具体实施方式只是本实用新型的优选实施例，并不能对本实用新型进行限定，具体各项权利由权利要求书限定。

Claims (4)

1.一种PD用功率管限流保护调节电路，其特征在于：包括逻辑控制电路、采样功率管MN2、输出功率管和电流镜电路，所述逻辑控制电路接入两路偏置电流，偏置电流上并联电流镜电路，电流镜电路接入输出功率管，所述电流镜电路与输出功率管之间接入采样功率管MN2。

2.根据权利要求1所述的PD用功率管限流保护调节电路，其特征在于：采样功率管MN2与输出功率管栅极之间接入栅源比例电阻R3，采样功率管MN2的栅源电压与输出功率管栅源电压一致。

3.根据权利要求1所述的PD用功率管限流保护调节电路，其特征在于：所述电流镜模块是一组P沟道增加型场效应管组成的高输出电阻共源共栅电流漏结构，其包括NPN三极管Q1和Q2，Q1和Q2的基极连接在一起，Q1基极与集电极连接在一起，所述Q1和Q2为镜像关系；所述Q1的发射极连接栅源比例电阻R1一端，栅源比例电阻R1另一端接VEE，Q2发射极连接栅源比例电阻R2一端，栅源比例电阻R2另一端接VEE。

4.根据权利要求1所述的PD用功率管限流保护调节电路，其特征在于：所述两路偏置电流上分别设有逻辑控制开关S1、S2，用于重新预设所述输出功率管限制电流的大小的第2路偏置电流上还并连接入用于对预设的主偏置电路进行片外精确微调的微调电路。

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