CN202817742U - 一种过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种过流保护电路，包括：输出电流取样比较电路，由一个比较器IC1，PMOS管M4、M6和电阻R3构成；电压正反馈电路，由一个运算放大器IC2、电阻R4、R5和NMOS管M9组成；输出电流控制电路，由4个PMOS管M1、M2、M3、M7，两个NMOS管M8、M5和2个电阻R1、R2组成。本实用新型加入正反馈电路和输出电压控制输出电流的电路结构，达到对输出电流精确采样和降低系统的过流关断功耗的目的，另外本过流保护电路中的采样电阻R3没有和调整管M7串联，所以没有损失压降，提高了系统的转换效率。

Description

一种过流保护电路

技术领域

本实用新型属于电源保护技术领域，特别是一种过流保护电路。

背景技术

电源技术中的过流保护技术一直是影响电源系统稳定运行的关键。过流保护的目的是为了把输出电流限制在一个固定的范围内，在输出短路或过载时对整个系统或负载进行保护。

然而，传统的CMOS过流保护电路，一般的做法是，系统的输出端是由一个MOS调整管Mp串联一个采样电阻组成，然后用另一个MOS管M1的栅极连接采样电阻，源极和漏极连接Mp的栅极和系统的输入端，输出电流流经采样电阻，因此采样电阻两端的电压与输出电流成正比，此电压作为M1的栅压，正常情况下，M1管截止，当系统出现过流情况时，采样电阻两端的电压显著增大，使得M1由截止变为导通，M1导通后，将Mp的栅压拉高，把输出电流限制在一定值内，从而达到过流保护的目的。

但是这种过流保护电路存在两个问题：第一，由于采样电阻和调整管串联，所以采样电阻上存在压降损失，从而降低了系统的转换效率；第二，因为过流发生时，电路只是把通过调整管的电流限制在一定值，所以过流后的整个电路仍然有很大的功耗。

如今实际应用中常用到过流保护电路，虽然在上述电路的基础上做了改进，没有将采样电阻和调整管串联在一起，而是设计了一个电流采样电路，减少了损失压降，提高了转换效率，但是仍然存在以下不足：

1）采样电路对输出电流采样不精确，导致系统可靠性降低。

2）过流发生时，流过调整管的电流只是被限制在一个比较大的定值，因此系统仍然存在比较大的功耗。

因此针对以上提出的问题，需要设计一个新的过流保护电路，解决传统过流保护电路中存在的可靠性不足和过流关断功耗高等问题是非常有必要的。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提出一种过流保护电路。

  本实用新型的目的可以通过采用以下技术方案达到：

一种过流保护电路，包括输出电流取样比较电路、电压正反馈电路和输出电流控制电路，

所述电流取样比较电路包括电压比较器IC1、采样电阻R3、PMOS管M4和M6，所述电压正反馈电路包括运算放大器IC2、NMOS管M9、电阻R4和电阻R5，输出电流控制电路包括PMOS管M7；

所述电压比较器IC1的正输入端接参考电压，负输入端通过采样电阻R3接地，电压比较器IC1的输出端接PMOS管M6的栅极，PMOS管M6的源极和漏极分别连接PMOS管M7的源极和栅极，PMOS管M7的漏极接输出端Vout，PMOS管M7的栅极与PMOS管M4的栅极连接，并接上栅压控制电路控制端Gate，PMOS管M4的源极与PMOS管M6的源极连接，PMOS管M4的漏极与NMOS管M9的漏极连接，NMOS管M9的源极通过电阻R3接地，NMOS管M9的栅极与运算放大器IC2的输出端连接，运算放大器IC2的正输入端与NMOS管M9的漏极连接，运算放大器IC2的负输入端接输出端Vout；输出端Vout通过串联连接的电阻R4、R5接地，输入端Vin接PMOS管M4的源极。

其中PMOS管M4为电流采样管，PMOS管M6为控制管，PMOS管M7为调整管。

所述输出电流控制电路还包括PMOS管M1~M3、NMOS管M5、NMOS管M8和电阻R1~R2，

所述PMOS管M1的栅极接PMOS管M7的栅极，PMOS管M1的源极接输入端Vin，PMOS管M1的漏极接PMOS管M2的源极；PMOS管M2的栅极接输出端Vout，PMOS管M2的漏极与NMOS管M5的漏极和栅极连接，PMOS管M2的漏极与NMOS管M8的栅极连接，PMOS管M5的源极通过电阻R2接地，NMOS管M5的栅极与NMOS管M8的栅极连接，NMOS管M8的源极接输出端Vout，NMOS管M8的漏极通过电阻R1与输入端Vin连接，输入端Vin与PMOS管M3的源极连接，PMOS管M3的漏极接PMOS管M1的栅极，PMOS管M3的栅极接NMOS管M8的漏极。

其中PMOS管M1为电流采样管。

本实用新型具有如下突出的有益效果：

1）在采样管的漏端增加了一个电压正反馈电路，保证了对输出电流的精确采样，大大提高了过流保护的可靠性；2）当过流发生时，使得输出电流随着输出电压的降低而降低，大大降低了系统在过流保护时的关断功耗；3）因为采样电阻R3没有和调整管串联，没有损失压降，提高了系统的转换效率。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

图1构成本实用新型的具体实施例。

参照图1，一种过流保护电路，包括输出电流取样比较电路1、电压正反馈电路2和输出电流控制电路3，

所述电流取样比较电路1包括电压比较器IC1、采样电阻R3、PMOS管M4和M6，所述电压正反馈电路2包括运算放大器IC2、NMOS管M9、电阻R4和电阻R5，输出电流控制电路3包括PMOS管M1~M3、PMOS管M7NMOS管M5、NMOS管M8和电阻R1~R2；

所述电压比较器IC1的正输入端接参考电压，负输入端通过采用电阻R3接地，电压比较器IC1的输出端接PMOS管M6的栅极，PMOS管M6的源极和漏极分别连接PMOS管M7的源极和栅极，PMOS管M7的漏极接输出端Vout，PMOS管M7的栅极与PMOS管M4的栅极连接，并接上栅压控制电路控制端Gate，PMOS管M4的源极与PMOS管M6的源极连接，PMOS管M4的漏极与NMOS管M9的漏极连接，NMOS管M9的源极通过电阻R3接地，NMOS管M9的栅极与运算放大器IC2的输出端连接，运算放大器IC2的正输入端与NMOS管M9的漏极连接，运算放大器IC2的负输入端接输出端Vout；输出端Vout通过串联连接的电阻R4、R5接地，输入端Vin接PMOS管M4的源极。

所述PMOS管M1的栅极接PMOS管M7的栅极，PMOS管M1的源极接输入端Vin，PMOS管M1的漏极接PMOS管M2的源极；PMOS管M2的栅极接输出端Vout，PMOS管M2的漏极与NMOS管M5的漏极和栅极连接，PMOS管M2的漏极与NMOS管M8的栅极连接，PMOS管M5的源极通过电阻R2接地，NMOS管M5的栅极与NMOS管M8的栅极连接，NMOS管M8的源极接输出端Vout，NMOS管M8的漏极通过电阻R1与输入端Vin连接，输入端Vin与PMOS管M3的源极连接，PMOS管M3的漏极接PMOS管M1的栅极，PMOS管M3的栅极接NMOS管M8的漏极。

本实施例的工作原理：

参照图1，M7为调整管，电流采样管M4通过和调整管M7组成的电流镜对输出电流Iout进行取样，因此M4的漏电流I1反映了输出电流Iout的变化，同时I1流经采样电阻R3，所以R3上的压降与输出电流Iout成正比。比较器IC1的负极电压为R3上的压降，正常情况下，Iout的值在正常范围内，也就使得采样电阻R3的压降VR3<Vref，比较器IC1输出高电平，M6截止，调整管M7的栅极电位由系统的输出控制电路决定。当输出电流增大到一定值时，采样电阻R3上的压降VR3>Vref,比较器IC1输出低电平，M6导通，把调整管的栅极电位拉高，把输出电流限制在一个定值，从而达到过流保护的目的。同时为了保证该过流保护电路对输出电流Iout精确取样，提高过流保护的可靠性，本实施例利用运算放大器的虚短虚断特性在M4 的漏极构成一个正反馈电路，正反馈电路由M9 和运算放大器构成。当Vout 降低时，M9 管栅极电位升高，M4取样管漏极的电位下降，反之亦然。此正反馈电路使得M4取样管漏极的电位随输出电压的变化而变化，保证了M4 对流过M7 电流的精确取样，提高了过流保护的可靠性。

在实际应用中把输出电流限制在一个定值还不够，因为此时电路仍然会有很大的功耗。为了降低功耗，必须在过流发生时使得输出电流随输出电压的降低而降低。因此本实施例增加了由M1、M2、M3、M5、M8、R1、R2 组成的输出电流控制电路。其中，M1 为取样管，对流过调整管M7 的电流进行取样。为了保证取样的精确性，尽量把M2 做大。正常工作情况下,M8 的栅源电压VGS8 小于M8的开启电压VTH8，M8 管截止，该支路电流为零，所以M3也截止；当过流发生时，M6先导通，先限制输出电流，当Vout降到一定值时，M8的栅源电压VGS8 大于M8的开启电压VTH8，M8 导通，此时R1上的压降使得M3 导通，把调整管M7 的栅极电位进一步拉高，从而使流过M7 的电流进一步减小。这样使得输出电流随着输出电压的降低而降低，大大减少了系统过流关断时的功耗。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种过流保护电路，其特征在于包括输出电流取样比较电路（1）、电压正反馈电路（2）和输出电流控制电路（3），

所述电流取样比较电路（1）包括电压比较器IC1、采样电阻R3、PMOS管M4和M6，所述电压正反馈电路（2）包括运算放大器IC2、NMOS管M9、电阻R4和电阻R5，输出电流控制电路（3）包括PMOS管M7；

所述电压比较器IC1的正输入端接参考电压，负输入端通过采用电阻R3接地，电压比较器IC1的输出端接PMOS管M6的栅极，PMOS管M6的源极和漏极分别连接PMOS管M7的源极和栅极，PMOS管M7的漏极接输出端Vout，PMOS管M7的栅极与PMOS管M4的栅极连接，并接上栅压控制电路控制端Gate，PMOS管M4的源极与PMOS管M6的源极连接，PMOS管M4的漏极与NMOS管M9的漏极连接，NMOS管M9的源极通过电阻R3接地，NMOS管M9的栅极与运算放大器IC2的输出端连接，运算放大器IC2的正输入端与NMOS管M9的漏极连接，运算放大器IC2的负输入端接输出端Vout；输出端Vout通过串联连接的电阻R4、R5接地，输入端Vin接PMOS管M4的源极。

2.根据权利要求1所述过流保护电路，其特征在于所述输出电流控制电路（3）还包括PMOS管M1~M3、NMOS管M5、NMOS管M8和电阻R1~R2，

所述PMOS管M1的栅极接PMOS管M7的栅极，PMOS管M1的源极接输入端Vin，PMOS管M1的漏极接PMOS管M2的源极；PMOS管M2的栅极接输出端Vout，PMOS管M2的漏极与NMOS管M5的漏极和栅极连接，PMOS管M2的漏极与NMOS管M8的栅极连接，PMOS管M5的源极通过电阻R2接地，NMOS管M5的栅极与NMOS管M8的栅极连接，NMOS管M8的源极接输出端Vout，NMOS管M8的漏极通过电阻R1与输入端Vin连接，输入端Vin与PMOS管M3的源极连接，PMOS管M3的漏极接PMOS管M1的栅极，PMOS管M3的栅极接NMOS管M8的漏极。

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