CN206250758U - 一种快速响应的功率管多重保护电路 - Google Patents
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Abstract
一种快速响应的功率管多重保护电路,本实用新型涉及功率MOSFET驱动电路技术领域，解决现有技术在功率管MOSFET工作时电路出现电压、电流过冲和过温所导致功率管MOSFET烧毁失效等技术问题。本实用新型主要包括参考电压源、高速比较器、PTAT电流源和正反馈关断电路。本实用新型用于功率MOSFET驱动电路设计。
Description
技术领域
本发明涉及功率MOSFET驱动电路技术领域，具体涉及一种快速响应的功率管多重保护电路。
背景技术
现有的功率MOSFET保护电路多采用常规的比较器来进行电流电压的实时监测和判断保护功能，其响应速度较慢，保护机制单一，电路结构也较为复杂，或者处于芯片面积等成本考虑而将有些功能删减，使整机系统无法获得完整的异常情况保护。
发明内容
针对上述现有技术，本发明目的在于提供一种快速响应的功率管多重保护电路，解决现有技术在功率管MOSFET工作时电路出现电压、电流过冲和过温所导致功率管MOSFET烧毁失效等技术问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种快速响应的功率管多重保护电路，包括
驱动电路和由驱动电路控制的功率管；
过流保护电路，检测功率管电源输入端的接入电压且由接入电压选择地控制功率管的关断；
短路保护电路，检测功率管输出端的工作电压且由工作电压选择地控制功率管的关断；
过温保护电路，检测功率管结温所对应的电参数且由超出阈值的电参数触发所述过流保护电路关断功率管。
上述方案中，所述的过流保护电路，包括
检测电阻，电源通过检测电阻连接功率管电源输入端，接入电压所在电位点为检测电阻与功率管同电位的电位点；
滞回比较器，其输入端口分别连接检测电阻的两端；
逻辑运算电路，其输入端连接滞回比较器的输出端；
第一场效应管，由逻辑运算电路选择地控制其开启或关断；
由开启的所述第一场效应管控制功率管的关断。
上述方案中，所述的滞回比较器，具有迟滞电压，其包括
第二场效应管和第三场效应管，其栅极共同构成输入端口，输入端口分别连接至检测电阻的两端；
第四场效应管，用于迟滞电压或偏置电压的输入，迟滞电压可以是在邻域内变化的偏置电压；
所述的第二场效应管和第三场效应管共同通过第四场效应管接地，构成输入通道；
第一电流镜电路和第二电流镜电路，共用输入通道且由检测电阻的两端电压信号自选通；
第五场效应管和第六场效应管，构成电源泄放通道，电源泄放通道由选通的第一电流镜电路输出电压对电源泄放；
第七场效应管和第八场效应管，构成对称互补推挽结构的输出通道，输出通道由选通的第二电流镜电路输出电压对电源输出，作为滞回比较器的输出。
上述方案中，所述的短路保护电路，包括
第一电阻和第一电容，第一电阻一端连接电源且另一端通过第一电容连接至功率管输出端；
第九场效应管，用于作为由功率管输出短路触发的响应开关，其栅极连接至与第一电阻同电位的第一电容的一端，其源极连接电源且漏极通过第二电阻接地；
高阻态通道，正常工作时处于高阻态即不会对功率管产生影响，用于电源高压过冲防止，包括第三电阻和第十场效应管，第十场效应管连接功率管控制端、通过第三电阻连接电源且由第九场效应管的输出电压控制开启或关断，从而决定高阻态通道的开启或关断；
高速响应通道，用于短路时关断电压输出，包括反相器和第十一场效应管，第十一场效应管连接功率管控制端、通过反相器接收第九场效应管的输出电压且由输出电压控制其开启或关断，从而决定高速响应通道的开启或关断以及是否关断功率管。
上述方案中，所述的过温保护电路，选用ΔVBE自偏置检温电路或具有热滞回的温度检测电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明集成了功率MOSFET的多重保护机制，对输出短路，输出电流过流，过温等情况进行了保护，对功率MOSFET在开启和关断瞬间，以及正常工作过程中可能出现的几种异常情况进行快速响应和保护，令功率MOSFET进入关断模式，从而使器件得到保护，也使整机系统的工作稳定性和可靠性得到加强。
附图说明
图1为本发明的模块示意图；
图2为突出本发明短路保护电路示意图；
图3为本发明滞回比较器的电路示意图；
图4为本发明的驱动电路示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合附图对本发明做进一步说明：
实施例1
如图2，MPOWER为功率管MOSFET，在短路保护电路(short-circuit prote-ction)SCP中，当OUT瞬间被短路到GND，OUT电压快速下降，由于电容两端电压不能突变，因此C1上极板电压将会跟随OUT，A点电压也被拉低，MP1开启，B点电压上升，导致MP2关断，MP3开启，D点电压被拉高，MPOWER迅速关断，从而起到快速的短路保护的作用。
过温保护电路(over thermal protection)OTP，其中包括PTAT电流源和参考电压源，采用PTAT电流的正温度特性和Vbe电压的负温特性，来实时检测芯片上器件的结温，一旦达到设定的温度阈值(VREF)则输出控制信号，关断功率MOSFET，从而达到过温保护功能，其中VREF为基准参考电压。
如图2，过流保护功能，采用在电流输出通路上检测串联检流电阻(Rsense)的方式，将流过功率MOSFET的电流转换成电压信号，输入高速比较器(COMP)进行比较，一旦检流电阻上的压降高于设定的值，就认为功率MOSFET触发限流模式，从而关断功率MOSFET，达到过流保护的功能。CTRL模块为逻辑运算模块，将各检测和保护模块的输出信号进行逻辑运算，最终输出用于关断MPOWER的控制信号。
如图3，COMP为带迟滞电压的高速比较器，用于对检流信号进行快速比较和响应。
如图4，为所述驱动电路driver的一种具体实施例，包括级联的推挽对管且每级的推挽对管数量随着级次增加相对于相邻的上一级推挽对管数量呈平方关系(图4中未体现，仅用m＝1至m＝16示意)，该结构可以获得最大的驱动能力。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种快速响应的功率管多重保护电路，其特征在于，包括
过流保护电路，检测功率管电源输入端的接入电压且由接入电压选择地控制功率管的关断；
短路保护电路，检测功率管输出端的工作电压且由工作电压选择地控制功率管的关断；
过温保护电路，检测功率管结温所对应的电参数且由超出阈值的电参数触发所述过流保护电路关断功率管。
2.根据权利要求1所述的一种快速响应的功率管多重保护电路，其特征在于，所述的过流保护电路，包括
检测电阻Rsense，电源通过检测电阻Rsense连接功率管电源输入端；
滞回比较器comp，其输入端口分别连接检测电阻Rsense的两端；
逻辑运算电路CTRL，其输入端连接滞回比较器comp的输出端；
第一场效应管MP4，由逻辑运算电路CTRL选择地控制其开启或关断；
由开启的所述第一场效应管MP4控制功率管的关断。
3.根据权利要求2所述的一种快速响应的功率管多重保护电路，其特征在于，所述的滞回比较器comp，具有迟滞电压，其包括
第二场效应管Q5和第三场效应管Q9，其栅极共同构成输入端口，输入端口分别连接至检测电阻Rsense的两端；
第四场效应管Q6，用于迟滞电压或偏置电压的输入；
所述的第二场效应管Q5和第三场效应管Q9共同通过第四场效应管Q6接地，构成输入通道；
第一电流镜电路和第二电流镜电路，共用输入通道且由检测电阻Rsense的两端电压信号自选通；
第五场效应管Q1和第六场效应管Q2，构成电源泄放通道，电源泄放通道由选通的第一电流镜电路输出电压对电源泄放；
第七场效应管Q10和第八场效应管Q11，构成对称互补推挽结构的输出通道，输出通道由选通的第二电流镜电路输出电压对电源输出，作为滞回比较器comp的输出。
4.根据权利要求1-3中任意一项权利要求所述的一种快速响应的功率管多重保护电路，其特征在于，所述的短路保护电路，包括
第一电阻R1和第一电容C1，第一电阻R1一端连接电源且另一端通过第一电容C1连接至功率管输出端；
第九场效应管MP1，用于作为由功率管输出短路触发的响应开关，其栅极连接至与第一电阻R1同电位的第一电容C1的一端，其源极连接电源且漏极通过第二电阻R2接地；
高阻态通道，用于电源高压过冲防止，包括第三电阻R3和第十场效应管MP2，第十场效应管MP2连接功率管控制端、通过第三电阻R3连接电源且由第九场效应管MP1的输出电压控制开启或关断；
高速响应通道，用于短路时关断电压输出，包括反相器INV和第十一场效应管MP3，第十一场效应管MP3连接功率管控制端、通过反相器INV接收第九场效应管MP1的输出电压且由输出电压控制其开启或关断。
5.根据权利要求4所述的一种快速响应的功率管多重保护电路，其特征在于，所述的过温保护电路，选用ΔVBE自偏置检温电路或具有热滞回的温度检测电路。
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| CN114489220A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-05-13 | 电子科技大学 | 一种无运放无基准的低功耗过温保护电路 |
| WO2024188250A1 (zh) * | 2023-03-13 | 2024-09-19 | 唯捷创芯(天津)电子技术股份有限公司 | 具有过流保护的低压差线性稳压器、芯片及电子设备 |
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