CN109119982B - 一种具有负温度系数的带反接保护的双向高压限流电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有负温度系数的带反接保护的双向高压限流电路，通过检测电路模块一和检测电路模块二检测两个反接串联的高压MOS功率管通过的电流，并自动判断电流的方向，通过闭环的方式对MOS功率管栅极电压进行调整，以达到双向限流的功能，其中功率管的个数可根据具体外部电路的电流大小灵活调整；通过负温度系数的片上金属电阻作为电流采样传感器，并通过高压差分放大电路模块一和放大电路模块二对传感器上的电压进行放大，然后通过一个选通电路，根据检测电路传入信号进行选择性传输输出电压，最后驱动电路将选通电路传输过来的电压传输到MOS管的栅极端，能够在温度发生变化时进行限制电流的调整控制，能够有效防止功率管烧毁。
Description
技术领域
本发明电池充放电保护领域，尤其是指一种双向高压限流电路。
背景技术
目前，随着我国电子电路技术的成熟，许多用电设备在电路设计时需要考虑加入蓄能断电保护电路，电路中应具备充电放电电路的切换功能，同时需要设计双向限流的电路来进行电路保护。在现有技术中，通过在电路正向和反相独立的设计两个限流器，来实现双向限流的功能，这就无疑增大了电路设计的成本。现在一般电路中的限流器都是采用功率管，但功率管过载承受能力较弱，如果没有及时的进行限流的调整，当工作在大负载电流时，功率管的源漏端压差过大，功率管容易烧坏。
并且大多数电路在工作时，功率管都是正温度系数或者常温度系数，自身会随着电路工作时间的增加造成内部温度升高，导致功率管的阻抗增大，功率管的功耗变大，自身发热更加严重，容易造成电路内部升温过快而来不及进行过温保护，导致功率管和整个电路烧毁。所以电路稳定可靠地工作时，电路通过的电流大小应该随着电路内部温度变化进行及时调整。
除此之外，在使用过程中，电路还会经常出现输入端和输出端接反的情况。一旦出现反接情况，会在输出结构中通过很大的电流，从而导致功率管甚至整个电路的烧毁。目前解决此类情况的方法为采用二极管的单向导电特性来进行反接保护，这种方法虽然简单可靠，但缺点却很多，一旦电路出现反接时，电路关闭输出电压，需要正确接入输入输出后重启电路才能够正常工作，这就增大电路的复杂性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种具有负温度系数的带反接保护的双向高压限流电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有负温度系数的带反接保护的双向高压限流电路，包括采样电阻R1，采样电阻R2，N沟道增强型MOS管M1-M4，放大电路模块一，驱动电路模块，放大电路模块二，检测电路模块一，选通电路模块，检测电路模块二，VIN输入端口和VOUT输出端口，所述VIN输入端口为所述双向高压限流电路连接外接电路的输入端，所述VOUT输出端口为所述双向高压限流电路连接外接电路的输出端；
所述采样电阻R1的一端与VIN输入端连接，采样电阻R1的另一端与放大电路模块一反相输入端以及N沟道增强型MOS管M1的漏极端均连接；放大电路模块一的正相输入端、检测电路模块一的输入端和N沟道增强型MOS管M2的漏极端和VIN输入端连接，采样电阻R1本身具有负温度系数，根据温度的变化调整自身的阻值，主要作用为采样正向电流。
所述采样电阻R2的一端与N沟道增强型MOS管M3的漏极及放大电路模块二正相输入端连接；所述采样电阻R2的另一端与VOUT输出端、放大电路模块二反相输入端、N沟道增强型MOS管M4的漏极端和检测电路模块二输入端连接，采样电阻R2本身具有负温度系数，根据温度的变化调整自身的阻值，主要作用为采样反向电流。
所述N沟道增强型MOS管M1源极端分别连接N沟道增强型MOS管M2-M4的源极端，N沟道增强型MOS管M1栅极端连接N沟道增强型MOS管M2-M4的栅极端；
所述N沟道增强型MOS管M2的栅极端连接驱动电路的输出端；
所述N沟道增强型MOS管M4栅极端连接驱动电路模块的输出端，所述N沟道增强型MOS管M1-M4作为功率管，通过调整栅极上通过的电压对源漏通过的电流进行限制。
所述放大电路模块一的输出端连接选通电路模块输入端一，放大电路模块一内部电路由跨阻放大器组成，放大电路模块一将通过采样电阻R1的采样电流转化为对应的采样电压，并将采样电压进行放大。
所述放大电路模块二的输出端连接所述选通电路模块输入端二，内部电路由跨阻放大器组成，将通过采样电阻R1的采样电流转化成对应的采样电压，并将采样电压进行放大。
所述检测电路模块一的输出端连接选通电路的输入端三，主要作用检测采样电阻R1上是否有正向电流通过。
所述检测电路模块二的输出端连接所述选通电路的输入端四，主要作用检测采样电阻R2上是否有反向电流通过。
所述选通电路模块的输出端连接驱动电路模块的输入端，选通电路模块输入端一输入放大电路模块一输出的采样电压，选通电路模块输入端二输入放大电路模块二输出的采样电压，选通电路模块输入端三输入检测电路模块一检测到的R1上是否有正向电流通过的信号，选通电路模块输入端四输入检测电路模块一检测到的R2上是否有反相电流通过的信号，当采样电阻R1上有正向电流通过时，选通电路模块通过输入端口三接收信号，在选通电路模块的电路内部选择通过输入端口一传入的放大电压通过选通电路的输出端输出；当采样电阻R2上有反相电流通过时，选通电路模块通过输入端四接收信号，在电路内部选择通过输入端二传入的放大电压通过选通电路的输出端输出。
所述驱动电路模块的输入端连接选通电路模块的输出端，驱动电路模块的输出端连接N沟道增强型MOS管M1-M4的栅极端，将选通电路模块传输的放大采样电压转化成内部驱动电压，输出到功率管M1-M4的栅极。
结合图1所示，所述具有负温度系数的带反接保护的双向高压限流电路的工作机制为：如果双向高压限流电路正向导通，N沟道增强型MOS功率管M1导通，通过N沟道增强型MOS功率管M1的正向电流为I1，检测电路模块一检测到采样电阻R1端有电流通过，同时放大电路模块一通过放大流经具有负温度系数的采样电阻R1的采样电流，将放大后的电流传入选通电路模块中，选通电路模块内部通过接收检测电路模块一传入的信号，选择输入端一传入的电流通过内部电路转换成电压从选通电路模块输出端传入驱动电路模块的输入端，通过驱动电路模块结合内部的驱动电压输出到N沟道增强型MOS管M1、M3的栅极端，实现对M1、M3栅压的调整，对通过功率管M1、M3的正向电流进行限制，从而对电路起到限流保护作用；如果N沟道增强型功率管M3导通，通过M3的反向电流为I2，检测电路模块二检测到采样电阻R2端有电流通过，同时放大电路模块二通过放大流经具有负温度系数的采样电阻R2的采样电流，将放大后的电流传入选通电路模块中，选通电路模块内部通过接收检测电路模块二传入的信号，选择输入端二传入的电流通过内部电路转换成电压，从选通电路模块输出端传入驱动电路模块的输入端，通过驱动电路模块结合内部的驱动电压输出到N沟道增强型MOS管M3、M4的栅极端，实现对M3、M4栅压的调整，对通过功率管M3、M4的反向电流进行限制，从而对电路起到限流保护作用。
本发明的有益效果在于：
所述具有负温度系数的带反接保护的双向高压限流电路通过检测电路模块一和检测电路模块二检测两个反接串联的高压功率N沟道增强型MOS功率管M1，M3通过的电流，并自动判断电流的方向，通过闭环的方式对N沟道增强型MOS功率管M1-M4栅极电压进行及时调整，以达到双向限流的功能，其中功率管的个数可根据使用本电路的具体外部电路的电流大小灵活调整。
所述具有负温度系数的带反接保护的双向高压限流电路通过负温度系数的片上金属电阻R1和R2作为电流采样传感器，并通过高压差分放大电路模块一和放大电路模块二对传感器上的电压进行放大，然后通过一个选通电路，根据检测电路传入信号进行选择性传输输出电压，最后驱动电路将选通电路传输过来的电压传输到N沟道增强型MOS管M1-M4的栅极端，从而能够在温度发生变化时进行限制电流的调整控制，能够有效防止功率管烧毁。
附图说明
图1为本发明的具有负温度系数的带反接保护的双向高压限流示意电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种具有负温度系数的带反接保护的双向高压限流电路，包括采样电阻R1，采样电阻R2，N沟道增强型MOS管M1-M4，放大电路模块一，驱动电路模块，放大电路模块二，检测电路模块一，选通电路模块，检测电路模块二，VIN输入端口和VOUT输出端口，所述VIN输入端口为所述双向高压限流电路连接外接电路的输入端，所述VOUT输出端口为所述双向高压限流电路连接外接电路的输出端；
所述采样电阻R1的一端与VIN输入端连接，采样电阻R1的另一端与放大电路模块一反相输入端以及N沟道增强型MOS管M1的漏极端均连接；放大电路模块一的正相输入端、检测电路模块一的输入端和N沟道增强型MOS管M2的漏极端和VIN输入端连接，采样电阻R1本身具有负温度系数，根据温度的变化调整自身的阻值，主要作用为采样正向电流。
所述采样电阻R2的一端与N沟道增强型MOS管M3的漏极及放大电路模块二正相输入端连接；所述采样电阻R2的另一端与VOUT输出端、放大电路模块二反相输入端、N沟道增强型MOS管M4的漏极端和检测电路模块二输入端连接，采样电阻R2本身具有负温度系数，根据温度的变化调整自身的阻值，主要作用为采样反向电流。
所述N沟道增强型MOS管M1源极端分别连接N沟道增强型MOS管M2-M4的源极端，N沟道增强型MOS管M1栅极端连接N沟道增强型MOS管M2-M4的栅极端；
所述N沟道增强型MOS管M2的栅极端连接驱动电路的输出端；
所述N沟道增强型MOS管M4栅极端连接驱动电路模块的输出端，所述N沟道增强型MOS管M1-M4作为功率管，通过调整栅极上通过的电压对源漏通过的电流进行限制。
所述放大电路模块一的输出端连接选通电路模块输入端一(9)，放大电路模块一内部电路由跨阻放大器组成，放大电路模块一将通过采样电阻R1的采样电流转化为对应的采样电压，并将采样电压进行放大。
所述放大电路模块二的输出端连接所述选通电路模块输入端二(12)，内部电路由跨阻放大器组成，将通过采样电阻R1的采样电流转化成对应的采样电压，并将采样电压进行放大。
所述检测电路模块一的输出端连接选通电路的输入端三(10)，主要作用检测采样电阻R1上是否有正向电流通过。
所述检测电路模块二的输出端连接所述选通电路的输入端四(11)，主要作用检测采样电阻R2上是否有反向电流通过。
所述选通电路模块的输出端连接驱动电路模块的输入端，选通电路模块输入端一(9)输入放大电路模块一输出的采样电压，选通电路模块输入端二(12)输入放大电路模块二输出的采样电压，选通电路模块输入端三(10)输入检测电路模块一检测到的R1上是否有正向电流通过的信号，选通电路模块输入端四(11)输入检测电路模块一检测到的R2上是否有反相电流通过的信号，当采样电阻R1上有正向电流通过时，选通电路模块通过输入端口三(10)接收信号，在选通电路模块的电路内部选择通过输入端口一传入的放大电压通过选通电路的输出端输出；当采样电阻R2上有反相电流通过时，选通电路模块通过输入端四(11)接收信号，在电路内部选择通过输入端二传入的放大电压通过选通电路的输出端输出。
所述驱动电路模块的输入端连接选通电路模块的输出端，驱动电路模块的输出端连接N沟道增强型MOS管M1-M4的栅极端，将选通电路模块传输的放大采样电压转化成内部驱动电压，输出到功率管M1-M4的栅极。
结合图1所示，所述具有负温度系数的带反接保护的双向高压限流电路的工作机制为：如果双向高压限流电路正向导通，N沟道增强型MOS功率管M1导通，通过N沟道增强型MOS功率管M1的正向电流为I1，检测电路模块一检测到采样电阻R1端有电流通过，同时放大电路模块一通过放大流经具有负温度系数的采样电阻R1的采样电流，将放大后的电流传入选通电路模块中，选通电路模块内部通过接收检测电路模块一传入的信号，选择输入端一传入的电流通过内部电路转换成电压从选通电路模块输出端传入驱动电路模块的输入端，通过驱动电路模块结合内部的驱动电压输出到N沟道增强型MOS管M1、M3的栅极端，实现对M1、M3栅压的调整，对通过功率管M1、M3的正向电流进行限制，从而对电路起到限流保护作用；如果N沟道增强型功率管M3导通，通过M3的反向电流为I2，检测电路模块二检测到采样电阻R2端有电流通过，同时放大电路模块二通过放大流经具有负温度系数的采样电阻R2的采样电流，将放大后的电流传入选通电路模块中，选通电路模块内部通过接收检测电路模块二传入的信号，选择输入端二传入的电流通过内部电路转换成电压，从选通电路模块输出端传入驱动电路模块的输入端，通过驱动电路模块结合内部的驱动电压输出到N沟道增强型MOS管M3、M4的栅极端，实现对M3、M4栅压的调整，对通过功率管M3、M4的反向电流进行限制，从而对电路起到限流保护作用。
综上所述，本发明提出了一种具有负温度系数的带反接保护的双向高压限流电路，最终可以做到在高压电路中进行电路双向电流的限制。相对于之前的限流电路，本发明的电路加入了具有负温度系数的调节电路和反接保护的双向限流电路，进而实现对以往限流电路的进一步改进，在电路使用中更加安全可靠。
Claims (1)
1.一种具有负温度系数的带反接保护的双向高压限流电路，其特征在于：
所述的具有负温度系数的带反接保护的双向高压限流电路，包括采样电阻R1，采样电阻R2，N沟道增强型MOS管M1-M4，放大电路模块一，驱动电路模块，放大电路模块二，检测电路模块一，选通电路模块，检测电路模块二，VIN输入端口和VOUT输出端口，所述VIN输入端口为所述双向高压限流电路连接外接电路的输入端，所述VOUT输出端口为所述双向高压限流电路连接外接电路的输出端；
所述采样电阻R1的一端与VIN输入端连接，采样电阻R1的另一端与放大电路模块一反相输入端以及N沟道增强型MOS管M1的漏极端均连接；放大电路模块一的正相输入端、检测电路模块一的输入端和N沟道增强型MOS管M2的漏极端和VIN输入端连接，采样电阻R1本身具有负温度系数，根据温度的变化调整自身的阻值，主要作用为采样正向电流；
所述采样电阻R2的一端与N沟道增强型MOS管M3的漏极及放大电路模块二正相输入端连接；所述采样电阻R2的另一端与VOUT输出端、放大电路模块二反相输入端、N沟道增强型MOS管M4的漏极端和检测电路模块二输入端连接，采样电阻R2本身具有负温度系数，根据温度的变化调整自身的阻值，主要作用为采样反向电流；所述N沟道增强型MOS管M1源极端分别连接N沟道增强型MOS管M2-M4的源极端，N沟道增强型MOS管M1栅极端连接N沟道增强型MOS管M2-M4的栅极端；
所述N沟道增强型MOS管M2的栅极端连接驱动电路的输出端；
所述N沟道增强型MOS管M4栅极端连接驱动电路模块的输出端，所述N沟道增强型MOS管M1-M4作为功率管，通过调整栅极上通过的电压对源漏通过的电流进行限制；
所述放大电路模块一的输出端连接选通电路模块输入端一，放大电路模块一内部电路由跨阻放大器组成，放大电路模块一将通过采样电阻R1的采样电流转化为对应的采样电压，并将采样电压进行放大；
所述放大电路模块二的输出端连接所述选通电路模块输入端二，内部电路由跨阻放大器组成，将通过采样电阻R2的采样电流转化成对应的采样电压，并将采样电压进行放大；
所述检测电路模块一的输出端连接选通电路的输入端三，主要作用检测采样电阻R1上是否有正向电流通过；
所述检测电路模块二的输出端连接所述选通电路的输入端四，主要作用检测采样电阻R2上是否有反向电流通过；
所述选通电路模块的输出端连接驱动电路模块的输入端，选通电路模块输入端一输入放大电路模块一输出的采样电压，选通电路模块输入端二输入放大电路模块二输出的采样电压，选通电路模块输入端三输入检测电路模块一检测到的R1上是否有正向电流通过的信号，选通电路模块输入端四输入检测电路模块一检测到的R2上是否有反相电流通过的信号，当采样电阻R1上有正向电流通过时，选通电路模块通过输入端口三接收信号，在选通电路模块的电路内部选择通过输入端口一传入的放大电压通过选通电路的输出端输出；当采样电阻R2上有反相电流通过时，选通电路模块通过输入端四接收信号，在电路内部选择通过输入端二传入的放大电压通过选通电路的输出端输出；
所述驱动电路模块的输入端连接选通电路模块的输出端，驱动电路模块的输出端连接N沟道增强型MOS管M1-M4的栅极端，将选通电路模块传输的放大采样电压转化成内部驱动电压，输出到功率管M1-M4的栅极；
所述具有负温度系数的带反接保护的双向高压限流电路的工作机制为：如果双向高压限流电路正向导通，N沟道增强型MOS功率管M1导通，通过N沟道增强型MOS功率管M1的正向电流为I1，检测电路模块一检测到采样电阻R1端有电流通过，同时放大电路模块一通过放大流经具有负温度系数的采样电阻R1的采样电流，将放大后的电流传入选通电路模块中，选通电路模块内部通过接收检测电路模块一传入的信号，选择输入端一传入的电流通过内部电路转换成电压从选通电路模块输出端传入驱动电路模块的输入端，通过驱动电路模块结合内部的驱动电压输出到N沟道增强型MOS管M1、M3的栅极端，实现对M1、M3栅压的调整，对通过功率管M1、M3的正向电流进行限制，从而对电路起到限流保护作用；如果N沟道增强型功率管M3导通，通过M3的反向电流为I2，检测电路模块二检测到采样电阻R2端有电流通过，同时放大电路模块二通过放大流经具有负温度系数的采样电阻R2的采样电流，将放大后的电流传入选通电路模块中，选通电路模块内部通过接收检测电路模块二传入的信号，选择输入端二传入的电流通过内部电路转换成电压，从选通电路模块输出端传入驱动电路模块的输入端，通过驱动电路模块结合内部的驱动电压输出到N沟道增强型MOS管M3、M4的栅极端，实现对M3、M4栅压的调整，对通过功率管M3、M4的反向电流进行限制，从而对电路起到限流保护作用。
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: B201, zero one square, Xi'an Software Park, 72 Keji 2nd Road, high tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province, 710000 Applicant after: Tuoer Microelectronics Co.,Ltd. Address before: B201, zero one square, Xi'an Software Park, 72 Keji 2nd Road, high tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province, 710000 Applicant before: Xi'an Tuoer Microelectronics Co.,Ltd. Address after: B201, zero one square, Xi'an Software Park, 72 Keji 2nd Road, high tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province, 710000 Applicant after: Xi'an Tuoer Microelectronics Co.,Ltd. Address before: B201, zero one square, Xi'an Software Park, 72 Keji 2nd Road, high tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province, 710000 Applicant before: XI'AN TUOER MICROELECTRONICS Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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