CN108631270A

CN108631270A - 一种带自检的过流保护电路

Info

Publication number: CN108631270A
Application number: CN201810559462.5A
Authority: CN
Inventors: 陈磊
Original assignee: Danyang Constant Core Electronics Co Ltd
Current assignee: Danyang Constant Core Electronics Co Ltd
Priority date: 2018-06-02
Filing date: 2018-06-02
Publication date: 2018-10-09

Abstract

本发明公开了一种带自检的过流保护电路，包括：一偏置电路，提供偏置电压和偏置电流；一核心保护电路，利用运算放大器虚短虚断原理，大大提高了对输出电流的采样精度，从而提高了电路的可靠性；一自检电路，检测所述核心保护电路是否正常开启。本发明一种过流保护电路具有过流关断功耗小，可靠性高，带自检功能和转换效率高等优点。

Description

一种带自检的过流保护电路

技术领域

本发明涉及保护电路领域，特别是涉及一种带自检的过流保护电路。

背景技术

随着电子技术的飞速发展，DC/DC变换器已广泛应用于各种移动电子***中，如移动通信终端、便携式电脑、PDA等等。而LDO线性稳压器作为DC/DC变换器的一种，由于其结构简单、成本低廉、噪声低、功耗低及封装尺寸较小等优点，在便携式电子产品中得到广泛应用。

LDO中的过流保护技术一直是影响LDO***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***或负载进行保护。然而，目前比较常用的过流保护电路都存在一些诸如可靠性、过流关断功耗等问题，也有一些电路丧失过流保护能力还外部不知道的情况，限制了这些过流保护电路的应用范围。

发明内容

为克服上述现有技术存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种带自检的过流保护电路，具有过流关断功耗小，可靠性高，转换效率高，比较电路精度可调整，具有自检电路等优点。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种带自检的过流保护电路，包括：一偏置电路，提供偏置电压和偏置电流；一核心保护电路，利用运算放大器虚短虚断原理，大大提高了对输出电流的采样精度，从而提高了电路的可靠性；一自检电路，检测所述核心保护电路是否正常开启。

所述偏置电路由第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第三NMOS管NM3、第四NMOS管NM4和第一电阻R1构成；PM1管的源极和PM3管的源极接输入电压VIN，PM1管的栅极和PM3管的栅极接GND，PM1管的漏级和PM2管的源极相连接，PM3管的漏级和PM4管的源极相连接，PM2管的栅极与PM4管的栅极、PM2管的漏极、NM2管的漏极和NM2管的栅极相连接；NM2管的源极与NM1管的漏极相连；PM4管的漏极与NM4管的栅极和NM4管的漏极相连接；NM4管的源极与NM1管的栅极、NM3管的栅极和NM3管的漏极相连接；NM1管的源极连接电阻R1的一端；电阻R1的另一端和NM3管的源极都接地。

所述核心保护电路由第五PMOS管PM5、第六PMOS管PM6、第七PMOS管PM7、第八PMOS管PM8、第九PMOS管PM9、第十PMOS管PM10、第十一PMOS管PM11、第十二PMOS管PM12、第十三PMOS管PM13、第五NMOS管NM5、第六NMOS管NM6、第九NMOS管NM9、第一电容C1和一运算放大器构成；PM5管的源极、PM7管的源极、PM9管的源极、PM11管的源极、PM12管的源极和PM13管的源极都连接到输入电压VIN；PM5管的栅极接输入控制信号CT5，PM5管的漏极连接PM6管的源极；PM6管的栅极与PM2管的栅极、PM8管的栅极和PM10管的栅极相连接；PM6管的漏极与PM8管的漏极、PM10管的漏极、NM5管的漏极和PM12管的栅极相连接；PM7管的栅极连接输入控制信号CT1；PM7管的漏极连接PM8管的源极；PM9管的栅极连接输入控制信号CT2；PM9管的漏极连接PM10管的源极；PM11管的栅极与PM12管的漏极、PM13管的栅极和电容C1的一端相连接；PM11管的漏极连接运算放大器的同相输入端和NM9管的漏极，其节点标注为A；PM13管的漏极连接电容C1的另一端和运算放大器的反相输入端，其节点作为输出端VOUT；运算放大器的输出端连接NM9管的栅极；NM9管的源极与NM5管的栅极、NM6管的栅极和NM6管的漏极相连接；NM5管的源极和NM6管的源极都接地。

所述的偏置电路，其中PM1管和PM3管的栅极接地，可以提高电流镜像的准确性，减小偏置电流和偏置电压的误差。

所述的核心保护电路，有三个支路电流，分别是流过PM6的电流、流过PM8的电流和流过PM10的电流，该三支路电流可以根据测试结果调整是采用其中的一路电流，还是两路电流还是三路电流，该支路电流分别受输入控制电压CT5、CT1和CT3的控制；该三条支流的电流关系是1：2：4，最终组合出来的电流是偏置电流的1-7倍可调，使得比较电流有较大的调整范围，也就能更加精确的来判断电路是否过流，是否需要启动保护。

所述自检电路由第十四PMOS管PM14、第七NMOS管NM7、第八NMOS管NM8、第二电阻R2和第三电阻R3构成；PM14管的源极连接节点VOUT；PM14管的栅极连接PM14管的漏极、NM7管的漏极和电阻R2的一端；NM7管的栅极连接输入控制信号CT3；NM7管的源极连接NM8管的漏极、电阻R2的另一端和电阻R3的一端；NM8管的栅极连接输入控制信号CT4；电阻R3另一端和NM8管的源极都接地。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一种带自检的过流保护电路图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

结合图1所示，在下面的实施例中，所述一种带自检的过流保护电路，包括：一偏置电路，提供偏置电压和偏置电流；一核心保护电路，利用运算放大器虚短虚断原理，大大提高了对输出电流的采样精度，从而提高了电路的可靠性；一自检电路，检测所述核心保护电路是否正常开启。

所述偏置电路由PM2管、PM4管、NM1管、NM2管、NM3管、NM4管和电阻R1构成；所述NM2管和NM4管，用于隔离，减弱VIN电压的波动对产生偏置电流和偏置电压的影响。NM2管和NM4管都是二极管连接方式，相当于此处有个二极管压降，使得PM1管、PM2管、PM3管、PM4管、NM1管和NM3管的源漏电压不会特别大，通过降低源漏电压的方式来尽量减小沟道长度调制效应对偏置电流的影响。

串联的MOS管会影响镜像电流的精确度，偏置电路中PM1管和PM3管的栅极接地，就是为了更好的匹配电流镜像的准确性，减小偏置电流和偏置电压的误差。在电流镜像的时候，由于PM6管支路、PM8管支路和PM10管支路都需要被PM5管、PM7管和PM9管控制，因此PM5管、PM7管和PM9管不管是导通状态还是截至状态，都会在源漏之间产生压降，因此PM1管和PM3管就是为了匹配其压降，尽量保证PM2管、PM4管、PM6管、PM8管和PM10管的源极电压一致，从而尽量保证PM6管、PM8管和PM10管镜像的电流较准确。

PM5管、PM7管和PM9管用于开关控制电流是否接入的。这三个支路电流，分别是流过PM6的电流、流过PM8的电流和流过PM10的电流，该三支路电流可以根据测试结果调整是采用其中的一路电流，还是两路电流还是三路电流，该支路电流分别受输入控制电压CT5、CT1和CT3的控制；该三条支流的电流关系是1：2：4，最终组合出来的电流可以是偏置电流的1-7倍，使得比较电流有较大的调整范围，也就能更加精确的来判断电路是否过流，是否需要启动保护。PM8管的电流，受CT1控制，CT1为高，那么PM8管中无电流，CT1为低，那么PM8管中有电流，PM10管和PM5管类似。PM5管、PM8管和PM10管支路就是为了根据具体需要来调制比较电流的大小，在实际设计中，还可以多增加几条支路电流。

PM11管的电流流过NM6管，该电流再镜像到NM5管中，流过NM5管的电流和PM6管、PM8管、PM10管的电流比较。如果流过PM13管的电流大了，那么流过PM11管的电流也变大，那么最终流过NM5管的电流就变大，PM12管的栅极电压就会变低，然后就将PM13管的栅极拉高，使得流过PM13管的电流变小，达到限流的目的。整个关断过程中不需要消耗额外的功耗，由于只是采用两路小电流做比较，然后给出比较结果从而来控制PM12管，因此过流关断功耗小，转换效率高。电容C1是稳定性电容。

所述的核心保护电路，运算放大器，用于钳位A点和VOUT的电压，使得两者电压一致，保证采用电流的准确性，即保证流过PM11管的电流和PM13管的电流成比例，例如PM13管中的电流是10mA，尺寸是10000um/0.18um，那么设置PM11管的MOS管尺寸1um/0.18um，流过PM11管的电流就是1uA。让A点和VOUT点电压一致，那么PM11管和PM13管，三端电压就是一致的，就能尽可能的保证两者电流是10000倍的关系。采用运放，虽然电路较复杂，但是能更好的钳位A点和VOUT端的电压，使得两者电压一致。

所述自检电路由PM14管、NM7管、NM8管、电阻R2和电阻R3构成；VOUT端下方的PM14管和电阻R2、R3，是核心保护电路的自检，就是正常状态下，可以通过外部电压控制CT3和CT4，NM7管导通，VOUT端的负载减小，流过PM13管的电流突然增加，测试过流保护电路是否正常开启限流，同时也是为了调整找到PM8管、PM10管的电流应该设置多少，找到一个精确的匹配电流，来调整CT1、CT2和CT5的默认值。CT4也是同样原理，为了进一步校准电流和测试自检功能。在实际设计过程中，自检电路可以设计更多开关更多控制项，从而可以达到更加精确的自检和调整比较电流。自检电路和三条支流电路的调整，组合成一个自校验和自调整***，因此整体可靠性高，精确度也可以较高。

虽然本发明利用具体的实施例进行说明，但是对实施例的说明并不限制本发明的范围。本领域内的熟练技术人员通过参考本发明的说明，在不背离本发明的精神和范围的情况下，容易进行各种修改或者可以对实施例进行组合。

Claims

1.一种带自检的过流保护电路，其特征在于，包括：一偏置电路，提供偏置电压和偏置电流；一核心保护电路，利用运算放大器虚短虚断原理，大大提高了对输出电流的采样精度，从而提高了电路的可靠性；一自检电路，检测所述核心保护电路是否正常开启。

2.如权利要求1所述的一种带自检的过流保护电路，其特征在于，所述偏置电路由第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第三NMOS管NM3、第四NMOS管NM4和第一电阻R1构成；PM1管的源极和PM3管的源极接输入电压VIN，PM1管的栅极和PM3管的栅极接GND，PM1管的漏级和PM2管的源极相连接，PM3管的漏级和PM4管的源极相连接，PM2管的栅极与PM4管的栅极、PM2管的漏极、NM2管的漏极和NM2管的栅极相连接；NM2管的源极与NM1管的漏极相连；PM4管的漏极与NM4管的栅极和NM4管的漏极相连接；NM4管的源极与NM1管的栅极、NM3管的栅极和NM3管的漏极相连接；NM1管的源极连接电阻R1的一端；电阻R1的另一端和NM3管的源极都接地。

3.如权利要求1所述的一种带自检的过流保护电路，其特征在于，所述核心保护电路由第五PMOS管PM5、第六PMOS管PM6、第七PMOS管PM7、第八PMOS管PM8、第九PMOS管PM9、第十PMOS管PM10、第十一PMOS管PM11、第十二PMOS管PM12、第十三PMOS管PM13、第五NMOS管NM5、第六NMOS管NM6、第九NMOS管NM9、第一电容C1和一运算放大器构成；PM5管的源极、PM7管的源极、PM9管的源极、PM11管的源极、PM12管的源极和PM13管的源极都连接到输入电压VIN；PM5管的栅极接输入控制信号CT5，PM5管的漏极连接PM6管的源极；PM6管的栅极与PM2管的栅极、PM8管的栅极和PM10管的栅极相连接；PM6管的漏极与PM8管的漏极、PM10管的漏极、NM5管的漏极和PM12管的栅极相连接；PM7管的栅极连接输入控制信号CT1；PM7管的漏极连接PM8管的源极；PM9管的栅极连接输入控制信号CT2；PM9管的漏极连接PM10管的源极；PM11管的栅极与PM12管的漏极、PM13管的栅极和电容C1的一端相连接；PM11管的漏极连接运算放大器的同相输入端和NM9管的漏极，其节点标注为A；PM13管的漏极连接电容C1的另一端和运算放大器的反相输入端，其节点作为输出端VOUT；运算放大器的输出端连接NM9管的栅极；NM9管的源极与NM5管的栅极、NM6管的栅极和NM6管的漏极相连接；NM5管的源极和NM6管的源极都接地。

4.如利要求2所述的偏置电路，其特征在于PM1管和PM3管的栅极接地，可以提高电流镜像的准确性，减小偏置电流和偏置电压的误差。

5.如权利要求3所述的核心保护电路，其特征在于有三个支路电流，分别是流过PM6的电流、流过PM8的电流和流过PM10的电流，该三支路电流可以根据测试结果调整是采用其中的一路电流，还是两路电流还是三路电流，该支路电流分别受输入控制电压CT5、CT1和CT3的控制；该三条支流的电流关系是1：2：4，最终组合出来的电流是偏置电流的1-7倍可调，使得比较电流有较大的调整范围，也就能更加精确的来判断电路是否过流，是否需要启动保护。

6.如权利要求1所述的一种带自检的过流保护电路，其特征在于，所述自检电路由第十四PMOS管PM14、第七NMOS管NM7、第八NMOS管NM8、第二电阻R2和第三电阻R3构成；PM14管的源极连接节点VOUT；PM14管的栅极连接PM14管的漏极、NM7管的漏极和电阻R2的一端；NM7管的栅极连接输入控制信号CT3；NM7管的源极连接NM8管的漏极、电阻R2的另一端和电阻R3的一端；NM8管的栅极连接输入控制信号CT4；电阻R3另一端和NM8管的源极都接地。