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

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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[0001] 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[0002] 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。[0003] 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Ml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Ml的栅压,正常情况下,Ml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Ml由截止变为导通,Ml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。[0004] 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。[0005] 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:[0006] I)采样电路对输出电流采样不精确,导致系统可靠性降低。[0007] 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。[0008] 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[0009] 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。[0010] 本实用新型的目的可以通过采用以下技术方案达到:[0011] 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,[0012] 所述电流取样比较电路包括电压比较器ICl、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 ;[0013] 所述电压比较器ICl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ICl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,PM0S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。[0014] 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。[0015] 所述输出电流控制电路还包括PMOS管Ml〜M3、NMOS管M5、NMOS管M8和电阻R1〜R2,[0016] 所述PMOS管Ml的栅极接PMOS管M7的栅极,PMOS管Ml的源极接输入端Vin,PMOS 管Ml的漏极接PMOS管M2的源极;PM0S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Rl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Ml的栅极,PMOS管M3的栅极接NMOS管M8的漏极。[0017] 其中PMOS管Ml为电流采样管。[0018] 本实用新型具有如下突出的有益效果:[0019] I)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[0020] 图I为本实用新型的电路原理图。具体实施方式[0021] 图I构成本实用新型的具体实施例。[0022] 参照图I,一种过流保护电路,包括输出电流取样比较电路I、电压正反馈电路2和 输出电流控制电路3,[0023] 所述电流取样比较电路I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M7NM0S管M5、NMOS管M8和电阻Rl〜R2 ;[0024] 所述电压比较器ICl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ICl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,PM0S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。[0025] 所述PMOS管Ml的栅极接PMOS管M7的栅极,PMOS管Ml的源极接输入端Vin,PMOS管Ml的漏极接PMOS管M2的源极;PM0S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Rl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Ml的栅极,PMOS管M3的栅极接NMOS管M8的漏极。[0026] 本实施例的工作原理:[0027] 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Il反映了输出电流Iout的变化,同时Il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ICl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ICl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ICl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。[0028] 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,Ml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Rl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。[0029] 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(I)、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(I)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ICl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ICl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I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 Ml〜M3、NMOS 管 M5、NMOS 管 M8 和电阻 Rl〜R2, 所述PMOS管Ml的栅极接PMOS管M7的栅极,PMOS管Ml的源极接输入端Vin,PMOS管Ml的漏极接PMOS管M2的源极;PM0S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Rl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Ml的栅极,PMOS管M3的栅极接NMOS管M8的漏极。
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