CN209299133U - 一种限流模块、具有限流功能的降压芯片及降压电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种限流模块、具有限流功能的降压芯片及降压电路，所述限流模块与降压芯片的振荡器和输出开关管连接，所述限流模块包括采样单元、放大单元、开关单元和调节单元；所述采样单元与降压芯片的输出开关管连接，用于采样输出开关管的输出电流；所述调节单元用于根据当前降压芯片的电源电压调节当前的限流值；所述放大单元用于对采样单元的采样信号进行放大后输出至开关单元，并在输出电流大于当前的限流值时，控制开关单元导通；所述开关单元与降压器的振荡器连接，当开关单元导通时控制所述振荡器关闭。实现更加精确、且限流值可灵活调整的限流保护，更加适应现代仪器对精准限流的要求。

Description

一种限流模块、具有限流功能的降压芯片及降压电路

技术领域

本实用新型涉及DC-DC降压领域，特别涉及一种限流模块、具有限流功能的降压芯片及降压装置。

背景技术

DC-DC降压变换器广泛应用于便携式电子仪器与设备中，如手机充电器，直流降压变换器等。传统的DC-DC降压芯片，如图1所示，内含温度补偿的参考电压源（1.25V）、比较器、振荡器、限流模块、驱动器及大电流输出开关管等，其外接少量元件，就能组成有输出过流保护功能的DC-DC降压变换器，其中限流模块用于限制芯片最大输出电流，在输出异常（如短路）时起到保护芯片不至于烧坏的作用。

现有的限流模块设计，限流点一般是从输出管的发射极电阻进行取样，与一个基准值相比较，当输出电流大于某个值时，限流模块中的输出开关管导通，将振荡器关闭，从而将输出驱动关闭，起到保护的作用。由于仅依靠发射极电阻采样，使得限流点的进度非常差，且限流值也无法随着电源电压的变化而进行调整，无法满足电子仪器对精准限流的要求。

因而现有技术还有待改进和提高。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种限流模块、具有限流功能的降压芯片及降压电路，通过放大输出电流的采样信号并根据采样结果以及实时调节的限流值控制开关单元的状态，在输出电流大于当前限流值时关闭振荡器实现更加精确、且限流值可灵活调整的限流保护，更加适应现代仪器对精准限流的要求。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种限流模块，其与降压芯片的振荡器和输出开关管连接，所述限流模块包括采样单元、放大单元、开关单元和调节单元；所述采样单元与降压芯片的输出开关管连接，用于采样输出开关管的输出电流；所述调节单元与放大单元和开关单元连接，用于根据当前降压芯片的电源电压调节当前的限流值；所述放大单元与采样单元和开关单元连接，用于对采样单元的采样信号进行放大后输出至开关单元，并在输出电流大于当前的限流值时，控制开关单元导通；所述开关单元与降压器的振荡器连接，当开关单元导通时控制所述振荡器关闭。

所述的限流模块中，所述调节单元包括第一恒流子单元、电压补偿子单元和第二恒流子单元；所述第一恒流子单元与电压补偿子单元和第二恒流子单元连接，所述第二恒流子单元与放大单元和开关单元连接；当当前降压芯片的电源电压小于预设电压时，所述电压补偿子单元截止，所述第一恒流子单元输出第一预设电流至第二恒流子单元，当当前降压芯片的电源电压大于预设电压时，所述电压补偿子单元导通，所述第一恒流子单元输出的第一预设电流经电压补偿子单元分流后输出第二预设电流至第二恒流子单元，根据当前第二恒流子单元的电流设置当前的限流值。

所述的限流模块中，所述采样单元包括第一电阻，所述第一电阻的一端连接VCC供电端，所述第一电阻的另一端连接输出开关管的集电极和放大单元。

所述的限流模块中，所述放大单元包括第二电阻、第一三极管和第二三极管；所述第二电阻的一端连接所述VCC供电端，所述第二电阻的另一端连接所述第二三极管的发射极；所述第一三极管的发射极连接所述第一电阻的另一端，所述第一三极管的集电极连接开关单元和调节单元，所述第一三极管的基极连接所述第二三极管的基极；所述第二三极管的集电极连接所述第二三极管的基极和调节单元。

所述的限流模块中，所述开关单元包括第三三极管和第四三极管，所述第三三极管的基极连接所述第一三极管的集电极，所述第三三极管的发射极接地，所述第三三极的集电极连接VCC供电端和第四三极管的基极；所述第四三极管的发射极接地，所述第四三极管的集电极连接降压芯片的振荡器。

所述的限流模块中，所述第一恒流子单元包括第一电流源、第五三极管和第六三极管；所述第五三极管的发射极和第六三极管的发射极均连接VCC供电端，所述第五三极管的集电极连接第五三极管的基极和第六三极管的基极、还通过第一电流源接地；所述第六三极管的集电极连接所述电压补偿子单元和第二恒流子单元。

所述的限流模块中，所述电压补偿子单元包括二极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第七三极管；所述二极管的负极连接VCC供电端，所述二极管的正极通过所述第三电阻连接第七三极管的基极和第四电阻的一端；所述第四电阻的另一端接地；所述第七三极管的发射极通过所述第五电阻接地，所述第七三极管的集电极连接所述第六三极管的集电极。

所述的限流模块中，所述第二恒流子单元包括第六电阻、第八三极管、第九三极管和第十三极管；所述第六电阻的一端连接所述第六三极管的集电极，所述第六电阻的另一端连接所述第八三极管的集电极、第八三极管的基极、第九三极管的基极和第十三极管基极；所述第八三极管的发射极接地；所述第九三极管的集电极连接所述第一三极管的集电极，所述第十三极管的集电极连接所述第二三极管的集电极；所述第九三极管的发射极和第十三极管的发射极均接地。

一种具有限流功能的降压芯片，其包括如上所述的限流模块。

一种降压电路，其包括如上所述的具有限流功能的降压芯片。

相较于现有技术，本实用新型提供的限流模块、具有限流功能的降压芯片及降压电路中，所述限流模块与降压芯片的振荡器和输出开关管连接，所述限流模块包括采样单元、放大单元、开关单元和调节单元；所述采样单元与降压芯片的输出开关管连接，用于采样输出开关管的输出电流；所述调节单元与放大单元和开关单元连接，用于根据当前降压芯片的电源电压调节当前的限流值；所述放大单元与采样单元和开关单元连接，用于对采样单元的采样信号进行放大后输出至开关单元，并在输出电流大于当前的限流值时，控制开关单元导通；所述开关单元与降压器的振荡器连接，当开关单元导通时控制所述振荡器关闭。通过放大输出电流的采样信号并根据采样结果以及实时调节的限流值控制开关单元的状态，在输出电流大于当前限流值时关闭振荡器实现更加精确、且限流值可灵活调整的限流保护，更加适应现代仪器对精准限流的要求。

附图说明

图1为现有技术中DC-DC降压芯片的原理图；

图2为本实用新型提供的限流模块的电路图。

具体实施方式

本实用新型提供一种限流模块、具有限流功能的降压芯片及降压电路，通过放大输出电流的采样信号并根据采样结果以及实时调节的限流值控制开关单元的状态，在输出电流大于当前限流值时关闭振荡器实现更加精确、且限流值可灵活调整的限流保护，更加适应现代仪器对精准限流的要求。

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图2，本实用新型提供的限流模块与降压芯片的振荡器和输出开关管连接，优选地其与输出开关管的一部分连接，如图2中Q11所示，其面积远小于输出开关管的面积，优选为1/200，该小面积的开关管Q11的输出电流等比例代表了输出开关管的输出电流，因此通过对开关管Q11进行电流采样即可实现限流控制。具体所述限流模块包括采样单元10、放大单元20、开关单元30和调节单元40，所述采样单元10与降压芯片的输出开关管连接，所述调节单元40与放大单元20和开关单元30连接，所述放大单元20与采样单元10和开关单元30连接，所述开关单元30与降压器的振荡器连接。其中，所述采样单元10用于采样输出开关管的输出电流；所述调节单元40用于根据当前降压芯片的电源电压调节当前的限流值；所述放大单元20用于对采样单元10的采样信号进行放大后输出至开关单元30，并在输出电流大于当前的限流值时，控制开关单元30导通；当所述开关单元30导通时控制所述振荡器关闭，进而将降压芯片的输出驱动关闭，实现限流保护的作用，由于本实用新型通过放大输出电流的采样信号并根据采样结果以及实时调节的限流值控制开关单元30的状态，在输出电流大于当前限流值时关闭振荡器实现更加精确、且限流值可灵活调整的限流保护，更加适应现代仪器对精准限流的要求。

具体地，所述调节单元40包括第一恒流子单元401、电压补偿子单元402和第二恒流子单元403，所述第一恒流子单元401与电压补偿子单元402和第二恒流子单元403连接，所述第二恒流子单元403与放大单元20和开关单元30连接。当当前降压芯片的电源电压小于预设电压时，所述电压补偿子单元402截止，所述第一恒流子单元401输出第一预设电流至第二恒流子单元403；当当前降压芯片的电源电压大于预设电压时，所述电压补偿子单元402导通，所述第一恒流子单元401输出的第一预设电流经电压补偿子单元402分流后输出第二预设电流至第二恒流子单元403，进而根据第二恒流子单元403的不同电流设置当前的限流值，即本实用新型提供的限流模块中，限流值并不是一成不变的，其可根据电源电压的变化进行调整，使得限流保护功能更加灵活智能。

优选地，如图2所示，所述采样单元10包括第一电阻R1，所述第一电阻R1的一端连接VCC供电端，所述第一电阻R1的另一端连接输出开关管的集电极和放大单元20。

所述放大单元20包括第二电阻R2、第一三极管Q1和第二三极管Q2；所述第二电阻R2的一端连接所述VCC供电端，所述第二电阻R2的另一端连接所述第二三极管Q2的发射极；所述第一三极管Q1的发射极连接所述第一电阻R1的另一端，所述第一三极管Q1的集电极连接开关单元30和调节单元40，所述第一三极管Q1的基极连接所述第二三极管Q2的基极；所述第二三极管Q2的集电极连接所述第二三极管Q2的基极和调节单元40。

所述开关单元30包括第三三极管Q3和第四三极管Q4，所述第三三极管Q3的基极连接所述第一三极管Q1的集电极，所述第三三极管Q3的发射极接地，所述第三三极的集电极连接VCC供电端和第四三极管Q4的基极；所述第四三极管Q4的发射极接地，所述第四三极管Q4的集电极连接降压芯片的振荡器。

进一步地，所述第一恒流子单元401包括第一电流源I1、第五三极管Q5Q5和第六三极管；所述第五三极管Q5Q5的发射极和第六三极管的发射极均连接VCC供电端，所述第五三极管Q5Q5的集电极连接第五三极管Q5Q5的基极和第六三极管的基极、还通过第一电流源I1接地；所述第六三极管的集电极连接所述电压补偿子单元402和第二恒流子单元403。

所述电压补偿子单元402包括二极管D1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第七三极管Q7；所述二极管D1的负极连接VCC供电端，所述二极管D1的正极通过所述第三电阻R3连接第七三极管Q7的基极和第四电阻R4的一端；所述第四电阻R4的另一端接地；所述第七三极管Q7的发射极通过所述第五电阻R5接地，所述第七三极管Q7的集电极连接所述第六三极管的集电极。

所述第二恒流子单元403包括第六电阻R6、第八三极管Q8、第九三极管Q9和第十三极管Q10；所述第六电阻R6的一端连接所述第六三极管的集电极，所述第六电阻R6的另一端连接所述第八三极管Q8的集电极、第八三极管Q8的基极、第九三极管Q9的基极和第十三极管Q10基极；所述第八三极管Q8的发射极接地；所述第九三极管Q9的集电极连接所述第一三极管Q1的集电极，所述第十三极管Q10的集电极连接所述第二三极管Q2的集电极；所述第九三极管Q9的发射极和第十三极管Q10的发射极均接地。

具体实施时，开关管Q11时输出开关管的一部分，例如开关管Q11的面积为输出开关管面积的1/200，在进行限流保护时，通过所述第一电阻R1对开关管Q11进行电流采样，第一三极管Q1和第二三极管Q2构成共基放大器，用于放大第一电阻R1上的取样信号，从第一三极管Q1的集电极输出到第三电阻R3的基极，第八三极管Q8、第九三极管Q9和第十三极管Q10是恒流源，其中第九三极管Q9、第十三极管Q10分别是是第一三极管Q1、第二三极管Q2的电流负载。

当输出电流大于一定值时，第一电阻R1上的电压降大于第二电阻R2上的电压降，使得第一三极管Q1的电流小于第二三极管Q2的电流，具体实施时所述第九三极管Q9与第十三极管Q10面积相等，电流也相等，因此第三三极管Q3没有基极电流而截止，第四三极管Q4将导通，从而将振荡器关闭，实现限流保护。

具体限流值（以下用IPK代表）的估算过程为，以开关管Q11的面积是输出开关管面积的1/200为例，当第三三极管Q3从导通转为截止时，第一电阻R1和第二电阻R2上的电压相等。开关管Q11、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第九三极管Q9和第十三极管Q10的电流分别是I11、I1、I2、I9、I10，因此，R1*（I11+I1）＝R2*I2，由于I11＝IPK*（1/200），I1＝I9＝I10＝I2＝IQ8，其中IQ8是第八三极管Q8的电流，即R1*IPK*（1/200）+R1*IQ8＝R2*IQ8，可推算出IPK＝200*IQ8*（R2/R1－1），可见限流值IPK只与第八三极管Q8的电流及第二电阻R2与第一电阻R1的比值有关，在集成电路的制造中，二个电阻的比精度可以做得非常高，通常比单个电阻的绝对值精度高一个数量级，因此只要设计一个合适的第八三极管Q8电流，IPK的精度也就可以非常高，明显提高了降压芯片应用中限流保护的精准性。

具体地，第八三极管Q8的电流是从第一电流源I1镜像到第六三极管并减去第七三极管Q7的电流。第一电流源I1可以根据要求设计成比较精确的能隙电流，温度系数也可以根据具体要求设计，本实用新型对此不作限制。通过电压补偿子单元402实现电源电压补偿，其中第七三极管Q7的基极电位是电源电压VCC减去二极管D1电压(VD1)通过第三电阻R3和第四电阻R4分压得到，即：第七三极管Q7的基极电位VQ7_B=(VCC-VD1)*R4/(R3+R4)，选取合适的阻值，可使得VQ7_B在电源电压VCC小于预设电压时小于第七三极管Q7的的BE结压降（约0.7V），第七三极管Q7是截止的，没有电流，因此第八三极管Q8的电流等于第一电流源I1的电流I12，即IQ8＝I12；而当电源电压VCC升高时，VQ7_B同样会升高，当VQ7_B升高到0.7V以上时，第七三极管Q7开始导通，会从第一电流源I1分流，即IQ8＝I11-IQ7，其中IQ7为第七三极管Q7的电流，当第七三极管Q7完全导通进入线性区后，IQ7可以估算如下：IQ7=(VQ7_B-0.7）/R5=[(VCC-VD1)*R4/(R3+R4)-0.7]/R5，即IQ7随电源VCC升高而变大，相应地IQ8随电源升高而减小，也即IPK电流随电源升高而降低，从而满足限流点随电源电压升高而降低的目的，因此本实用新型提供的限流模块不仅通过两个电阻的比来设计限流值，极大提高了通过单个电阻设计限流值的精度，并且还可根据实时的电源电压灵活调整限流值，实现更加精确和智能的限流保护，更加适应现代仪器对精准限流的要求。

基于上述限流模块，本实用新型还相应提供一种具有限流功能的降压芯片，其包括如上所述的限流模块，进而实现更加精确且限流点可调的精准限流降压芯片，由于上文已对所述限流模块进行了详细描述，此处不作详述。

基于上述具有限流功能的降压芯片，本实用新型还相应提供一种降压电路，其包括如上所述的具有限流功能的降压芯片，由于上文已对所述具有限流功能的降压芯片进行了详细描述，此处不作详述。

综上所述，本实用新型提供的限流模块、具有限流功能的降压芯片及降压电路中，所述限流模块与降压芯片的振荡器和输出开关管连接，所述限流模块包括采样单元、放大单元、开关单元和调节单元；所述采样单元与降压芯片的输出开关管连接，用于采样输出开关管的输出电流；所述调节单元与放大单元和开关单元连接，用于根据当前降压芯片的电源电压调节当前的限流值；所述放大单元与采样单元和开关单元连接，用于对采样单元的采样信号进行放大后输出至开关单元，并在输出电流大于当前的限流值时，控制开关单元导通；所述开关单元与降压器的振荡器连接，当开关单元导通时控制所述振荡器关闭。通过放大输出电流的采样信号并根据采样结果以及实时调节的限流值控制开关单元的状态，在输出电流大于当前限流值时关闭振荡器实现更加精确、且限流值可灵活调整的限流保护，更加适应现代仪器对精准限流的要求。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以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，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种限流模块，其与降压芯片的振荡器和输出开关管连接，其特征在于，所述限流模块包括采样单元、放大单元、开关单元和调节单元；所述采样单元与降压芯片的输出开关管连接，用于采样输出开关管的输出电流；所述调节单元与放大单元和开关单元连接，用于根据当前降压芯片的电源电压调节当前的限流值；所述放大单元与采样单元和开关单元连接，用于对采样单元的采样信号进行放大后输出至开关单元，并在输出电流大于当前的限流值时，控制开关单元导通；所述开关单元与降压器的振荡器连接，当开关单元导通时控制所述振荡器关闭。

2.根据权利要求1所述的限流模块，其特征在于，所述调节单元包括第一恒流子单元、电压补偿子单元和第二恒流子单元；所述第一恒流子单元与电压补偿子单元和第二恒流子单元连接，所述第二恒流子单元与放大单元和开关单元连接；当当前降压芯片的电源电压小于预设电压时，所述电压补偿子单元截止，所述第一恒流子单元输出第一预设电流至第二恒流子单元，当当前降压芯片的电源电压大于预设电压时，所述电压补偿子单元导通，所述第一恒流子单元输出的第一预设电流经电压补偿子单元分流后输出第二预设电流至第二恒流子单元，根据当前第二恒流子单元的电流设置当前的限流值。

3.根据权利要求2所述的限流模块，其特征在于，所述采样单元包括第一电阻，所述第一电阻的一端连接VCC供电端，所述第一电阻的另一端连接输出开关管的集电极和放大单元。

4.根据权利要求3所述的限流模块，其特征在于，所述放大单元包括第二电阻、第一三极管和第二三极管；所述第二电阻的一端连接所述VCC供电端，所述第二电阻的另一端连接所述第二三极管的发射极；所述第一三极管的发射极连接所述第一电阻的另一端，所述第一三极管的集电极连接开关单元和调节单元，所述第一三极管的基极连接所述第二三极管的基极；所述第二三极管的集电极连接所述第二三极管的基极和调节单元。

5.根据权利要求4所述的限流模块，其特征在于，所述开关单元包括第三三极管和第四三极管，所述第三三极管的基极连接所述第一三极管的集电极，所述第三三极管的发射极接地，所述第三三极的集电极连接VCC供电端和第四三极管的基极；所述第四三极管的发射极接地，所述第四三极管的集电极连接降压芯片的振荡器。

6.根据权利要求5所述的限流模块，其特征在于，所述第一恒流子单元包括第一电流源、第五三极管和第六三极管；所述第五三极管的发射极和第六三极管的发射极均连接VCC供电端，所述第五三极管的集电极连接第五三极管的基极和第六三极管的基极、还通过第一电流源接地；所述第六三极管的集电极连接所述电压补偿子单元和第二恒流子单元。

7.根据权利要求6所述的限流模块，其特征在于，所述电压补偿子单元包括二极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第七三极管；所述二极管的负极连接VCC供电端，所述二极管的正极通过所述第三电阻连接第七三极管的基极和第四电阻的一端；所述第四电阻的另一端接地；所述第七三极管的发射极通过所述第五电阻接地，所述第七三极管的集电极连接所述第六三极管的集电极。

8.根据权利要求7所述的限流模块，其特征在于，所述第二恒流子单元包括第六电阻、第八三极管、第九三极管和第十三极管；所述第六电阻的一端连接所述第六三极管的集电极，所述第六电阻的另一端连接所述第八三极管的集电极、第八三极管的基极、第九三极管的基极和第十三极管基极；所述第八三极管的发射极接地；所述第九三极管的集电极连接所述第一三极管的集电极，所述第十三极管的集电极连接所述第二三极管的集电极；所述第九三极管的发射极和第十三极管的发射极均接地。

9.一种具有限流功能的降压芯片，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的限流模块。

10.一种降压电路，其特征在于，包括如权利要求9所述的具有限流功能的降压芯片。