CN214480273U - 超低压过流过压保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种超低压过流过压保护电路，与降压电路连接，包括总电源MOS开关、低压限流开关、过压检测电路和开关自锁电路；总电源MOS开关连接总电源，降压电路的输入端与总电源MOS开关连接；低压限流开关连接降压电路的输出端，且连接外接的低压电路；过压检测电路连接降压电路的输出端，过压检测电路的输出端连接低压限流开关；开关自锁电路连接过压检测电路的输出端和总电源MOS开关。当过压检测电路检测到降压电路输出电压过高时，通过开关自锁电路关断总电源MOS开关；当低压限流开关检测到过流时关断；用于在检测到电源电压偏高超过设定值时、或电流超过额定值时，断开供电，解决现有技术中无法对超低压输出的降压电路输出异常时进行过流过压保护的问题。

Description

超低压过流过压保护电路

技术领域

本实用新型涉及过压保护电路技术领域，特别是涉及到一种超低压过流过压保护电路。

背景技术

目前越来越多的大规模芯片采用超低工作电压来降低功耗，例如智能手机等芯片的核心工作电压已低于1V，LPDDR4X的VDDQ已经降到0.6V，如果电压异常容易导致芯片烧坏，对于价格昂贵的基带芯片或存储器损失会比较大。电源管理芯片的低压大电流输出一般采用的是降压电路(BUCK)，通过反馈脚来控制降压电路的输出电压，当测试夹具上测试针与反馈脚接触不好时，输出电压就会变高，很容易烧坏夹具上的其它芯片。因此希望有一种保护电路来检测这种异常并进行过流过压的保护，而市场上没有这种超低压的过流过压保护芯片。

实用新型内容

本实用新型的主要目的为提供一种超低压过流过压保护电路，旨在解决现有技术中无法对超低压输出的降压电路输出异常时进行过流过压保护的问题。

本实用新型提出一种超低压过流过压保护电路，与降压电路连接，超低压过流过压保护电路包括：

总电源MOS开关，连接总电源，降压电路的输入端与总电源MOS开关连接；

低压限流开关，连接降压电路的输出端，且连接外接的低压电路；

过压检测电路，连接降压电路的输出端，过压检测电路的输出端连接低压限流开关；

开关自锁电路，连接过压检测电路的输出端和总电源MOS开关。

进一步地，超低压过流过压保护电路还包括温度补偿电路；温度补偿电路连接过压检测电路。

进一步地，总电源MOS开关为PMOS管；总电源MOS开关的源极连接总电源；总电源MOS开关的漏极连接降压电路，总电源MOS开关的栅极连接开关自锁电路。

进一步地，开关自锁电路包括第一电阻、第七电阻、第四电阻、第二电容、MOS管和第一三级管；

第一电阻、第七电阻和第二电容依次串联，第一电阻连接总电源，第二电容接地；

MOS管的栅极连接在第七电阻和第二电容之间，MOS管的源极接地，MOS管的漏极连接第一三级管的基极；

第一三级管的集电极连接在第一电阻和第七电阻之间，第一三级管的发射极接地；

第四电阻的一端连接总电源，第四电阻的另一端连接第一三级管的基极和MOS管的漏极；

第四电阻的另一端、第一三级管的基极和MOS管的漏极连接过压检测电路。

进一步地，第四电阻的另一端、第一三级管的基极和MOS管的漏极通过二极管连接过压检测电路；

二极管的阳极与第四电阻的另一端、第一三级管的基极和MOS管的漏极连接；

二极管的阴极连接过压检测电路。

进一步地，低压限流开关包括接入端口、输出端口、VBIAS端口、EN/FAULT端口、SS端口；

接入端口连接降压电路的输出端和过压检测电路；

输出端口连接外接的低压电路；

VBIAS端口通过第二电阻连接总电源，第二电阻为上拉电阻；

EN/FAULT端口通过第三电阻连接第二电阻，第三电阻为上拉电阻；

SS端口连接第一电容，第一电容接地。

进一步地，过压检测电路包括第二三级管、第五电阻、第六电阻和第八电阻；

第六电阻和第八电阻并联，且所述第六电阻和第八电阻并联的一端接地，并联的另一端连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接接入端口；

第二三级管的基极连接第五电阻的一端；

第二三级管的集电极连接二极管的阴极和EN/FAULT端口，第二三级管的发射极接地。

进一步地，第六电阻为负温度系数电阻，第六电阻为温度补偿电路。

进一步地，低压限流开关为限流电流为6A的SGM2566或WS4665。

进一步地，MOS管为NMOS管。

本实用新型提出了一种超低压过流过压保护电路，超低压过流过压保护电路在降压电路输出的电压正常且外接的低压电路工作正常时正常供电；当过压检测电路检测到降压电路输出电压过高时，通过开关自锁电路关断总电源MOS开关，以使超低压过流过压保护电路断开；当低压限流开关检测到过流时关断，以使超低压过流过压保护电路断开；用于在检测到电源电压偏高超过设定值时、或电流超过额定值时，断开供电，解决现有技术中无法对超低压输出的降压电路输出异常时进行过流过压保护的问题。

附图说明

图1本实用新型超低压过流过压保护电路一实施例的结构示意框图；

图2本实用新型超低压过流过压保护电路一实施例的结构示意图。

本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“”“上述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、单元、模块、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

参照图1-2，本实用新型提供超低压过流过压保护电路的一实施例，一种超低压过流过压保护电路，与降压电路连接，超低压过流过压保护电路包括总电源MOS开关Q2、降压电路U2、低压限流开关U1、过压检测电路2和开关自锁电路1；总电源MOS开关Q2连接总电源；降压电路U2输入端与总电源MOS开关Q2连接；低压限流开关U1连接降压电路U2的输出端，且连接外接的低压电路；过压检测电路2连接降压电路U2的输出端，过压检测电路2的输出端连接低压限流开关U1；开关自锁电路1连接过压检测电路2的输出端和总电源MOS开关Q2。

具体的，在总电源MOS开关Q2、降压电路U2、低压限流开关U1正常导通时，超低压过流过压保护电路正常供电，在降压电路U2输出的电压正常且外接的低压电路工作正常时正常供电；降压电路U2是原有电路，其作用是将输入较高的电源通过DC-DC变换成低压大电流电源供外接的低压电路使用，输出电压较低，例如正常电压范围在0.55～1.1V之间，电流在3～6安培间，则电压超过1.1V或电流超过6A即可认为工作异常，需进行快速保护；当过压检测电路2检测到降压电路U2输出电压过高时，通过开关自锁电路1关断总电源MOS开关Q2，以使超低压过流过压保护电路断开；当低压限流开关U1检测到过流时关断，以使超低压过流过压保护电路断开；用于在检测到电源电压偏高超过设定值时、或电流超过额定值时，断开供电，实现低压电路的过流过压保护，解决现有技术中无法对超低压输出的降压电路输出异常时进行过流过压保护的问题；超低压过流过压保护电路取材容易，简单可靠且成本低。

应当说的是，外接的低压电路中包括采用超低工作电压的芯片。

参照图2，降压电路U2在图中显示为BUCK1，为现有的电源管理芯片的DC-DC降压电路U2。

低压限流开关U1内部具有过流检测、开关速率控制电路(改变SS端口的电容值)、NMOS开关电路(通过EN/FAULT端口控制)和逻辑门，其主要作用是过流检测关断；低压限流开关一般没有过压保护功能，如果降压电路U2的输出电压异常，超过外接的低压电路(后端器件)耐压，则很容易造成击穿永久损坏，这在芯片测试夹具中更为常见，因此，需要过压检测电路2对过压进行检测，进而实现过压保护。

开关自锁电路1主要是检测到降压电路U2端电压或电流出现异常后能迅速关断总电源MOS开关Q2并锁定，直到异常问题解决并重新上电才能恢复正常。

过压检测电路2监测降压电路U2的输出电压，当超过设定值时输出低电平，控制低压限流开关U1的EN端口和开关自锁电路1动作，关闭总电源的导通以保护降压电路U2和外接的低压电路。

进一步地，超低压过流过压保护电路还包括温度补偿电路3；温度补偿电路3连接过压检测电路2。

由于低压电源的电压对功耗比较敏感，而PCBA发热时可能影响过压保护电压值，故加入温度补偿电路3，尽可能使环境温度对过压保护电压值的影响变小。

进一步地，总电源MOS开关Q2为PMOS管；总电源MOS开关Q2的源极连接总电源；总电源MOS开关Q2的漏极连接降压电路U2，总电源MOS开关Q2的栅极连接开关自锁电路1。PMOS管的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况。

进一步地，降压电路U2为DC-DC降压电路U2。用于将输入较高的电源通过DC-DC变换成低压大电流电源供外接的低压电路使用，在一些实施例中，降压电路U2为LDO降压电路。

进一步地，开关自锁电路1包括第一电阻R1、第七电阻R7、第四电阻R4、第二电容C2、MOS管Q1和第一三级管Q4；第一电阻R1、第七电阻R7和第二电容C2依次串联，第一电阻R1连接总电源，第二电容C2接地；MOS管Q1的栅极连接在第七电阻R7和第二电容C2之间，MOS管Q1的源极接地，MOS管Q1的漏极连接第一三级管Q4的基极；第一三级管Q4的集电极连接在第一电阻R1和第七电阻R7之间，第一三级管Q4的发射极接地；第四电阻R4的一端连接总电源，第四电阻R4的另一端连接第一三级管Q4的基极和MOS管Q1的漏极；第四电阻R4的另一端、第一三级管Q4的基极和MOS管Q1的漏极连接过压检测电路2。

具体的，应当说的是，MOS管Q1为NMOS管，当MOS管Q1的栅极为高电平时导通；当MOS管Q1的栅极为低电平时断开；总电源上电时通过第一电阻R1、第七电阻R7向第二电容C2充电，此时MOS管Q1的栅极为低电平瞬间不导通，MOS管Q1的基极通过第四电阻R4上拉而使MOS管Q1导通，其集电极变低电平，从而使总电源MOS开关Q2导通，总电源正常给U2部分供电，同时第一三级管Q4的集电极变低电平又使第二电容C2不再被充电，MOS管Q1的栅极维持低电平，总电源MOS开关Q2的导通被锁定。

进一步地，第四电阻R4的另一端、第一三级管Q4的基极和MOS管Q1的漏极通过二极管D1连接过压检测电路2；二极管D1的阳极与第四电阻R4的另一端、第一三级管Q4的基极和MOS管Q1的漏极连接；二极管D1的阴极连接过压检测电路2。

具体的，二极管D1以肖特基二极管D1作为反向隔离，过压检测电路2检测到过压时，同时通过二极管D1使第一三级管Q4基极变低第一三级管Q4不导通，使总电源MOS开关Q2断开。与此同时，第二电容C2迅速充电使MOS管Q1导通，将第一三级管Q4锁定为不导通状态。从而能保持总电源MOS开关Q2断开切断降压电路U2的供电，保护降压电路U2不被损坏；当总电源MOS开关Q2被锁定断开时，需要先断开总电源，再重新上电才能恢复总电源MOS开关Q2的初始导通状态。

进一步地，低压限流开关U1包括接入端口VIN、输出端口VOUT、VBIAS端口、EN/FAULT端口、SS端口；接入端口VIN连接降压电路U2的输出端和过压检测电路2；输出端口VOUT连接外接的低压电路；VBIAS端口通过第二电阻R2连接总电源，第二电阻R2为上拉电阻；EN/FAULT端口通过第三电阻R3连接第二电阻R2，第三电阻R3为上拉电阻；SS端口连接第一电容，第一电容接地。

具体的，低压限流开关U1内部具有过流检测、开关速率控制电路(改变SS端口的电容值)、NMOS开关电路(通过EN/FAULT端口控制)和逻辑门，其主要作用是过流检测关断；低压限流开关一般没有过压保护功能，如果降压电路U2的输出电压异常超过外接的低压电路(后端器件)耐压，则很容易造成击穿永久损坏，这在芯片测试夹具中更为常见，因此，需要过压检测电路2对过压进行检测，进而实现过压保护；如果输出端口VOUT有短路现象导致电流过大，则低压限流开关U1通过内部逻辑控制将自动关闭输出，直到VOUT端恢复正常。在一些实施例中，低压限流开关U1为限流电流为6A的SGM2566或WS4665；应当说的是，低压限流开关U1的限流电流不限于6A，也不限于SGM2566和WS4665，具体根据实际情况来定，在此就不一一赘述。若低压限流开关U1采用SGM2566，EN/FAULT端口还将输出低电平，将同时控制总电源开关总电源MOS开关Q2断开；如果降压电路U2输出电压超过设定值，则过压检测电路2使低压限流开关U1的EN/FAULT端口电压变低，使低压限流开关U1关闭；应当说的是SS端口连接第一电容，通过改变第一电容的大小调整低压限流开关U1的开关速率，第一电容越大开关速率越慢。

进一步地，过压检测电路2包括第二三级管Q3、第五电阻R5、第六电阻R6和第八电阻R8；第六电阻R6和第八电阻R8并联，且第六电阻和第八电阻并联的一端接地，并联的另一端连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接接入端口VIN；第二三级管Q3的基极连接第五电阻R5的一端；第二三级管Q3的集电极连接二极管D1的阴极和EN/FAULT端口，第二三级管Q3的发射极接地。

具体的，如果降压电路U2输出电压正常，则经第五电阻R5、第六电阻R6//第八电阻R8分压后低于第二三级管Q3的VBE导通阈值电压，第二三级管Q3不导通，低压限流开关U1的EN和VBIAS端口都是高电平，如果VOUT端所接电路正常则低压限流开关U1正常工作。如果降压电路U2输出电压超过设定值，则第二三级管Q3导通，使低压限流开关U1的EN端电平变低，使低压限流开关U1关闭，同时通过二极管D1使第一三级管Q4基极电平变低，第一三级管Q4不导通，使总电源MOS开关Q2开关断开。与此同时，第二电容C2迅速充电使MOS管Q1导通，将第一三级管Q4锁定为不导通状态。从而能保持总电源MOS开关Q2断开切断U2的供电，保护U2不被损坏。当总电源MOS开关Q2被锁定断开时，需要先断开总电源，再重新上电才能恢复总电源MOS开关Q2的初始导通状态。

进一步地，第六电阻R6为负温度系数(Negative Temperature Coefficient，NTC)电阻，第六电阻R6为温度补偿电路3。温度补偿的原理是，第二三级管Q3的VBE导通电压随温度升高而降低，将导致过压保护电压降低，加入合适的NTC负温度系数电阻后，由于温度升高时第六电阻R6的阻值变小，第二三级管Q3基极的分压降低，从而可维持过压保护电压基本不变。

进一步地，多个超低压过流过压保护电路共用同一个总电源MOS开关Q2和开关自锁电路1。通过不同的二极管D1连接过压检测电路2，可以实现多个超低压过流过压保护电路共用同一个总电源MOS开关Q2和开关自锁电路1，在此就不一一赘述。

在本实施例中，超低压过流过压保护电路中，总电源MOS开关Q2为PMOS管，开关自锁电路1包括第一电阻R1、第七电阻R7、第四电阻R4、第二电容C2、MOS管Q1和第一三级管Q4；第四电阻R4的另一端、第一三级管Q4的基极和MOS管Q1的漏极通过二极管D1连接过压检测电路2；低压限流开关U1包括接入端口VIN、输出端口VOUT、VBIAS端口、EN/FAULT端口、SS端口；过压检测电路2包括第二三级管Q3、第五电阻R5、第六电阻R6和第八电阻R8。

其工作原理是：总电源上电时通过第一电阻R1、第七电阻R7向第二电容C2充电，此时MOS管Q1的栅极为低电平瞬间不导通，第一三极管Q4的基极通过第四电阻R4上拉而使第一三极管Q4导通，第一三极管Q4的集电极变低电平，从而使总电源MOS开关Q2导通，总电源正常给降压电路U2部分供电，同时第一三极管Q4的集电极变低电平又使第二电容C2不再被充电，MOS管Q1的栅极维持低电平，总电源MOS开关Q2的导通被锁定。

如果降压电路U2部分输出电压正常，则经第五电阻R5、第六电阻R6//第八电阻R8分压后低于第二三极管Q3的VBE导通阈值电压，第二三极管Q3不导通，低压限流开关U1的EN和VBIAS端口都是高电平，如果输出端口VOUT所接电路正常则低压限流开关U1正常工作。如果输出端口VOUT有短路现象导致电流过大，则低压限流开关U1通过内部逻辑控制将自动关闭输出(若低压限流开关U1采用SGM2566，EN/FAULT端口还将输出低电平将同时控制总电源开关总电源MOS开关Q2断开)直到输出端口VOUT恢复正常。如果降压电路U2输出电压超过设定值，则第二三极管Q3导通，使低压限流开关U1的EN端电平变低，使低压限流开关U1关闭，同时通过二极管D1使第一三极管Q4基极电平变低，第一三极管Q4不导通，使总电源MOS开关Q2开关断开。与此同时，第二电容C2迅速充电使MOS管Q1导通，将第一三极管Q4锁定为不导通状态，从而，能保持总电源MOS开关Q2断开切断降压电路U2的供电，保护降压电路U2不被损坏。在本实施例中，当总电源MOS开关Q2被锁定断开时，需要先断开总电源，再重新上电才能恢复总电源MOS开关Q2的初始导通状态。

本实用新型提出了一种超低压过流过压保护电路，超低压过流过压保护电路在降压电路U2输出的电压正常且外接的低压电路工作正常时正常供电；当过压检测电路2检测到降压电路U2输出电压过高时，通过开关自锁电路1关断总电源MOS开关Q2，以使超低压过流过压保护电路断开；当低压限流开关U1检测到过流时关断，以使超低压过流过压保护电路断开；用于在检测到电源电压偏高超过设定值时、或电流超过额定值时，断开供电，解决现有技术中无法对超低压输出的降压电路输出异常时进行过流过压保护的问题，实现超低压的过流过压保护。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种超低压过流过压保护电路，其特征在于，与降压电路连接，所述超低压过流过压保护电路包括：

总电源MOS开关，连接总电源，所述降压电路的输入端与所述总电源MOS开关连接；

低压限流开关，连接所述降压电路的输出端，且连接外接的低压电路；

过压检测电路，连接所述降压电路的输出端，所述过压检测电路的输出端连接所述低压限流开关；

开关自锁电路，连接所述过压检测电路的输出端和所述总电源MOS开关。

2.根据权利要求1所述的超低压过流过压保护电路，其特征在于，还包括温度补偿电路；所述温度补偿电路连接所述过压检测电路。

3.根据权利要求2所述的超低压过流过压保护电路，其特征在于，所述总电源MOS开关为PMOS管；所述总电源MOS开关的源极连接所述总电源；所述总电源MOS开关的漏极连接所述降压电路，所述总电源MOS开关的栅极连接所述开关自锁电路。

4.根据权利要求3所述的超低压过流过压保护电路，其特征在于，所述开关自锁电路包括第一电阻、第七电阻、第四电阻、第二电容、MOS管和第一三级管；

所述第一电阻、第七电阻和第二电容依次串联，所述第一电阻连接所述总电源，所述第二电容接地；

所述MOS管的栅极连接在所述第七电阻和所述第二电容之间，所述MOS管的源极接地，所述MOS管的漏极连接所述第一三级管的基极；

所述第一三级管的集电极连接在所述第一电阻和所述第七电阻之间，所述第一三级管的发射极接地；

所述第四电阻的一端连接所述总电源，所述第四电阻的另一端连接所述第一三级管的基极和所述MOS管的漏极；

所述第四电阻的另一端、所述第一三级管的基极和所述MOS管的漏极连接所述过压检测电路。

5.根据权利要求4所述的超低压过流过压保护电路，其特征在于，所述第四电阻的另一端、所述第一三级管的基极和所述MOS管的漏极通过二极管连接所述过压检测电路；

所述二极管的阳极与所述第四电阻的另一端、所述第一三级管的基极和所述MOS管的漏极连接；

所述二极管的阴极连接所述过压检测电路。

6.根据权利要求5所述的超低压过流过压保护电路，其特征在于，所述低压限流开关包括接入端口、输出端口、VBIAS端口、EN/FAULT端口、SS端口；

所述接入端口连接所述降压电路的输出端和所述过压检测电路；

所述输出端口连接所述外接的低压电路；

所述VBIAS端口通过第二电阻连接所述总电源，所述第二电阻为上拉电阻；

所述EN/FAULT端口通过第三电阻连接所述第二电阻，所述第三电阻为上拉电阻；

所述SS端口连接第一电容，所述第一电容接地。

7.根据权利要求6所述的超低压过流过压保护电路，其特征在于，所述过压检测电路包括第二三级管、第五电阻、第六电阻和第八电阻；

所述第六电阻和第八电阻并联，且所述第六电阻和第八电阻并联的一端接地，并联的另一端连接所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接所述接入端口；

所述第二三级管的基极连接所述第五电阻的一端；

所述第二三级管的集电极连接所述二极管的阴极和所述EN/FAULT端口，所述第二三级管的发射极接地。

8.根据权利要求7所述的超低压过流过压保护电路，其特征在于，所述第六电阻为负温度系数电阻，所述第六电阻为所述温度补偿电路。

9.根据权利要求1所述的超低压过流过压保护电路，其特征在于，低压限流开关为限流电流为6A的SGM2566或WS4665。

10.根据权利要求4所述的超低压过流过压保护电路，其特征在于，所述MOS管为NMOS管。

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