CN115864342A - 过电流保护电路、放大器和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及过电流保护电路、放大器和电子设备，该过电流保护电路包括第一控制单元、第一开单元和第二控制单元，第一控制单元用于对第一开关单元进行开关控制，第一控制单元的第一端用于输入基准控制电压，第一控制单元的第三端与第一开关单元的控制端电性连接；第一开关单元用于对放大器的输出电流进行控制，第一开关单元的第一端用于放大器的输出级，第二控制单元用于对第一开关单元进行开关控制，第二控制单元的第一端用于输入电源电压，第二控制单元的第二端用于与第一开关单元的控制端电性连接，第二控制单元的第三端用于与第一开关单元的第一端电性连接，上述过电流保护电路降低了对电路中的IC芯片的损害程度。

Description

过电流保护电路、放大器和电子设备

技术领域

本申请涉及电路保护技术领域，具体涉及一种过电流保护电路、放大器和电子设备。

背景技术

对于过电流保护而言，若采用闭回路保护方式，当整个电路启动后，闭回路电路架构复杂，启动速度慢，以至于来不及限制回路电流而导致产生较高的电流峰值，而较高的电流峰值则会造成IC芯片的烧毁。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种过电流保护电路、放大器和电子设备，能够降低回路电流产生的电流峰值，减小对IC芯片的影响。

一种过电流保护电路，应用于放大器，过电流保护电路包括：

第一控制单元，用于对第一开关单元进行开关控制，第一控制单元的第一端用于输入基准控制电压，第一控制单元的第二端用于输入电源电压，第一控制单元的第三端与第一开关单元的控制端电性连接；

第一开关单元用于对放大器的输出电流进行控制，第一开关单元的第一端用作放大器的输出级，第一开关单元的第二端用于输入电源电压；

第二控制单元，用于对第一开关单元进行开关控制，第二控制单元的第一端用于输入电源电压，第二控制单元的第二端用于与第一开关单元的控制端电性连接，第二控制单元的第三端用于与第一开关单元的第一端电性连接，第二控制单元的启动速度低于第一控制单元的启动速度；

第一开关单元用于在放大器的输出电流变化时，对应调节自身对应的控制端电压，第一开关单元的控制端电压的调节方向与放大器的输出电流变化方向相反；

第一控制单元用于当第一开关单元的控制端电压变化值超过预设电压变化阈值时，控制第一开关单元的控制端电压大于或等于第一预设电压阈值；

第二控制单元用于在自身启动后，控制第一开关单元的控制端电压稳定至第二预设电压阈值，第二预设电压阈值大于第一预设电压阈值。

在一个实施例中，第二控制单元包括电流感应子单元、电压调节子单元和基准电压子单元；

电流感应子单元的第一端与第一开关单元的控制端电性连接，电流感应子单元的第二端用于与第一开关单元的第一端电性连接，电流感应子单元的第三端接入电源电压，电流感应子单元的第四端与电压调节子单元的第一端电性连接；

电压调节子单元的第二端与第一开关单元的控制端电性连接，电压调节子单元的第三端接地，电压调节子单元的第四端与基准电压子单元的第一端电性连接；

基准电压子单元的第二端接入电源电压，基准电压子单元的第三端接地，基准电压子单元用于提供基准电压至电压调节子单元；

电流感应子单元用于当放大器的输出电流变化时，输出对应的变化检测信号至电压调节子单元；

电压调节子单元用于根据变化检测信号输出调节信号至第一开关单元的控制端以对第一开关单元的控制端的电压进行调节。

在一个实施例中，电流感应子单元包括第一PMOS开关管和第一上拉电阻，第一PMOS开关管的源极通过第一上拉电阻接入电源电压，第一PMOS开关管的栅极与第一开关单元的控制端电性连接，第一PMOS开关管的漏极与第一开关单元的第一端电性连接。

在一个实施例中，电压调节子单元包括第二PMOS开关管和栅极电压控制子单元，第二PMOS开关管的源极接入电源电压，第二PMOS开关管的栅极与栅极电压控制子单元的第一端电性连接，第二PMOS开关管的漏极与第一开关单元的控制端电性连接，栅极电压控制子单元的第二端与第一PMOS开关管的源极电性连接，栅极电压控制子单元的第三端接地，栅极电压控制子单元的第四端与基准电压子单元的第一端电性连接。

在一个实施例中，栅极电压控制子单元包括第三PMOS开关管和第一电流源，第三PMOS开关管的源极与第一PMOS开关管的源极电性连接，第三PMOS开关管的栅极与基准电压子单元的第一端电性连接，第三PMOS开关管的漏极通过第一电流源接地。

在一个实施例中，基准电压子单元包括第二上拉电阻、第四PMOS开关管和第二电流源，第二上拉电阻的一端接入电源电压，第二上拉电阻的另一端与第四PMOS开关管的源极电性连接，第四PMOS开关管的栅极与第三PMOS开关管的栅极电性连接，第四PMOS开关管的漏极通过第二电流源接地。

在一个实施例中，第一控制单元采用NMOS开关管，第一控制单元的第一端为NMOS开关管的栅极，第一控制单元的第二端为NMOS开关管的漏极，第一控制单元的第三端为NMOS开关管的源极。

在一个实施例中，第一开关单元采用PMOS开关管。

此外，还提供一种放大器，设置有上述过电流保护电路。

此外，还提供一种电子设备，设置有上述放大器。

上述过电流保护电路，应用于放大器，该过电流保护电路包括第一控制单元、第一开单元和第二控制单元，第一控制单元用于对第一开关单元进行开关控制，第一控制单元的第一端用于输入基准控制电压，第一控制单元的第二端用于输入电源电压，第一控制单元的第三端与第一开关单元的控制端电性连接；第一开关单元用于对放大器的输出电流进行控制，第一开关单元的第一端用于放大器的输出级，第一开关单元的第二端用于输入电源电压；第二控制单元用于对第一开关单元进行开关控制，第二控制单元的第一端用于输入电源电压，第二控制单元的第二端用于与第一开关单元的控制端电性连接，第二控制单元的第三端用于与第一开关单元的第一端电性连接，第二控制单元的启动速度低于第一控制单元的启动速度，第一开关单元用于在放大器的输出电流变化时，对应调节自身对应的控制端电压，第一开关单元的控制端电压的调节方向与放大器的输出电流变化方向相反，第一控制单元用于当第一开关单元的控制端电压变化值超过预设电压变化阈值时，控制第一开关单元的控制端电压大于或者等于第一预设电压阈值，第二控制单元用于在自身启动后，控制第一开关单元的控制端电压稳定至第二预设电压阈值，第二预设电压阈值大于第一预设电压阈值，其中，当放大器的输出电流变大时，第一开关单元的第一端的输出电流变大，第一开关单元对应降低自身对应的控制端电压，当第一开关单元的控制端电压降低超过预设电压变化阈值时，由于第二控制单元的启动速度低于第一控制单元的启动速度，第一控制单元首先启动，控制第一开关单元的控制端电压大于或等于第一预设电压阈值以使对应的控制端电压下降不至于过快，此时放大器的输出电流的电流峰值不至于上升过快且电流峰值被限制在某一电流峰值以内，降低对电路中的IC芯片的损害程度，此外，当第二控制单元在自身启动后，进一步控制第一开关单元的控制端电压稳定至第二预设电压阈值，由于第二预设电压阈值大于第一预设电压阈值，此时第一开关单元的第一端的输出电流（即对应放大器的输出电流）进一步变小，最终使得放大器的输出电流稳定在小于上述电流峰值的某一电流值，上述过电流保护电路从整体上使得放大器的输出电流达到分布集中的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种过电流保护电路的电路结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种过电流保护电路中第五PMOS开关管的漏极输出电流变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。

如图1所示，提供一种过电流保护电路100，该过电流保护电路100应用于放大器，过电流保护电路100包括：

第一控制单元110，用于对第一开关单元120进行开关控制，第一控制单元110的第一端用于输入基准控制电压V₀，第一控制单元110的第二端用于输入电源电压Vs，第一控制单元110的第三端与第一开关单元120的控制端电性连接；

第一开关单元120用于对放大器的输出电流I_out进行控制，第一开关单元120的第一端用作放大器的输出级，第一开关单元120的第二端用于输入电源电压Vs；

第二控制单元130，用于对第一开关单元120进行开关控制，第二控制单元130的第一端用于输入电源电压Vs，第二控制单元130的第二端用于与第一开关单元120的控制端电性连接，第二控制单元130的第三端用于与第一开关单元120的第一端电性连接，第二控制单元130的启动速度低于第一控制单元110的启动速度；

第一开关单元120用于在放大器的输出电流I_out变化时，对应调节自身对应的控制端电压，第一开关单元120的控制端电压的调节方向与放大器的输出电流I_out变化方向相反；

第一控制单元110用于当第一开关单元120的控制端电压变化值超过预设电压变化阈值时，控制第一开关单元120的控制端电压稳定至第一预设电压阈值；

第二控制单元130用于在自身启动后，控制第一开关单元120的控制端电压稳定至第二预设电压阈值，第二预设电压阈值大于第一预设电压阈值。

上述过电流保护电路100，应用于放大器，过电流保护电路100包括第一控制单元110、第一开单元和第二控制单元130，当放大器的输出电流I_out变大时，第一开关单元120对应降低自身对应的控制端电压，当第一开关单元120的控制端电压降低超过预设电压变化阈值时，由于第二控制单元130的启动速度低于第一控制单元110的启动速度，第一控制单元110首先启动，控制第一开关单元120的控制端电压大于或等于第一预设电压阈值以使对应的控制端电压下降不至于过快，此时放大器的输出电流I_out的电流峰值不至于上升过快且电流峰值被限制在某一电流峰值以内，降低对电路中的IC芯片的损害程度，此外，当第二控制单元130在自身启动完成后，进一步控制第一开关单元120的控制端电压稳定至第二预设电压阈值，由于第二预设电压阈值大于第一预设电压阈值，此时第一开关单元120的第一端的输出电流（即放大器的输出电流I_out）进一步变小，最终使得放大器的输出电流I_out稳定在小于上述电流峰值的某一电流值，从整体上还使得放大器的输出电流I_out达到分布集中的效果。

在一个实施例中，如图1所示，第二控制单元130包括电流感应子单元132、电压调节子单元134和基准电压子单元136；

电流感应子单元132的第一端与第一开关单元120的控制端电性连接，电流感应子单元132的第二端用于与第一开关单元的第一端电性连接，电流感应子单元132的第三端接入电源电压Vs，电流感应子单元132的第四端与电压调节子单元134的第一端电性连接；

电压调节子单元134的第二端与第一开关单元120的控制端电性连接，电压调节子单元134的第三端接地，电压调节子单元134的第四端与基准电压子单元136的第一端电性连接；

基准电压子单元136的第二端接入电源电压Vs，基准电压子单元136的第三端接地，基准电压子单元136用于提供基准电压至电压调节子单元134；

电流感应子单元132用于当放大器的输出电流I_out变化时，输出对应的变化检测信号至电压调节子单元134；

电压调节子单元134用于根据变化检测信号输出调节信号至第一开关单元120的控制端以对第一开关单元120的控制端的电压进行调节。

本实施例中，通过电流感应子单元132、电压调节子单元134和基准电压子单元136的相互配合，使得第二控制单元130在自身启动后，能够有效的控制第一开关单元120的控制端电压稳定至第二预设电压阈值，第二预设电压阈值大于第一预设电压阈值。

在一个实施例中，如图1所示，电流感应子单元132包括第一PMOS开关管P1和第一上拉电阻R1，第一PMOS开关管P1的源极通过第一上拉电阻R1接入电源电压Vs，第一PMOS开关管P1的栅极与第一开关单元120的控制端电性连接，第一PMOS开关管P1的漏极与第一开关单元120的第一端电性连接。

在一个实施例中，如图1所示，电压调节子单元134包括第二PMOS开关管P2和栅极电压控制子单元138，第二PMOS开关管P2的源极接入电源电压Vs，第二PMOS开关管P2的栅极与栅极电压控制子单元138的第一端电性连接，第二PMOS开关管P2的漏极与第一开关单元120的控制端电性连接，栅极电压控制子单元138的第二端与第一PMOS开关管P1的源极电性连接，栅极电压控制子单元138的第三端接地，栅极电压控制子单元138的第四端与基准电压子单元136的第一端电性连接。

本实施例中，通过栅极电压控制子单元138对第二PMOS开关管P2的栅极电压进行调节，进而通过控制第二PMOS开关管P2导通以对第一开关单元120的控制端电压进行调节控制。

在一个实施例中，如图1所示，栅极电压控制子单元138包括第三PMOS开关管P3和第一电流源I_A1，第三PMOS开关管P3的源极与第一PMOS开关管P1的源极电性连接，第三PMOS开关管P3的栅极与基准电压子单元136的第一端电性连接，第三PMOS开关管P3的漏极通过第一电流源I_A1接地。

本实施例中，通过第三PMOS开关管P3、第一电流源I_A1和第一上拉电阻R1构成通路，利用R1产生的跨压以对第三PMOS开关管P3的电流进行调节，进而对第三PMOS开关管P2的栅极电压进行调节。

在一个实施例中，基准电压子单元136包括第二上拉电阻R2、第四PMOS开关管P4和第二电流源I_A2，第二上拉电阻R2的一端接入电源电压Vs，第二上拉电阻R2的另一端与第四PMOS开关管P4的源极电性连接，第四PMOS开关管P4的栅极与第三PMOS开关管P3的栅极电性连接，第四PMOS开关管P4的漏极通过第二电流源I_A2接地。

在一个实施例中，第一控制单元110采用NMOS开关管N1，第一控制单元110的第一端为NMOS开关管N1的栅极，第一控制单元110的第二端为NMOS开关管N1的漏极，第一控制单元110的第三端为NMOS开关管N1的源极。

在一个实施例中，第一开关单元120采用PMOS开关管，为第五PMOS开关管P5。

在一个实施例中，如图1所示，过电流保护电路100包括第一控制单元110、第一开关单元120和第二控制单元130，第一开关单元120采用PMOS开关管，为第五PMOS开关管P5，第一控制单元110采用NMOS开关管N1，第二控制单元130包括电流感应子单元132、电压调节子单元134和基准电压子单元136，电流感应子单元132包括第一PMOS开关管P1和第一上拉电阻R1，电压调节子单元134包括第二PMOS开关管P2和栅极电压控制子单元138，栅极电压控制子单元138包括第三PMOS开关管P3和第一电流源I_A1，基准电压子单元136包括第二上拉电阻R2、第四PMOS开关管P4和第二电流源I_A2，下边说明过电流保护电路100的工作过程。

其中，由于第一开关单元120的第一端用作放大器的输出级，因此，当放大器的输出电流I_out变大时，第五PMOS开关管P5的漏极电流增大，此时第五PMOS开关管P5的栅极电压(以下均以V_G5表示)自然急剧下降，当V_G5下降到某一数值时，NMOS开关管N1的栅极电压与V_G5之间的电压差值大于NMOS开关管N1的开启电压阈值（以下用V_thN1表示），NMOS开关管N1导通，第一控制单元110启动，控制第五PMOS开关管P5的栅极电压大于或等于第一预设电压阈值（这里可以理解为基准控制电压V₀与V_thN1之差），以使对应的控制端电压下降不至于过快，此时放大器的输出电流I_out的电流峰值不至于上升过快且电流峰值被限制在某一电流峰值以内，降低对电路中的IC芯片的损害程度。

此外，当第二控制单元130在自身启动完成后，进一步控制第一开关单元120的控制端电压稳定至第二预设电压阈值，由于第二预设电压阈值大于第一预设电压阈值，此时第一开关单元120的第一端（第五PMOS开关管P5的漏极）的输出电流进一步变小，最终使得放大器的输出电流I_out稳定在小于上述电流峰值的某一电流值，从整体上还使得放大器的输出电流I_out达到分布集中的效果。

其中，第三PMOS开关管P3的栅极电压V_G3为Vs-R₂I_A2+V_GS4，其中V_GS4为第四PMOS开关管的栅源电压，在电路设计上，会让第三PMOS开关管P3导通条件下的流过电流大于I_A1，此时第二PMOS开关管P2的栅极电压会被拉高而关断，即正常条件下第二PMOS开关管P2处于关断状态。

进一步地，当第五PMOS开关管P5的漏极输出电流变大时（即放大器的输出电流I_out变大），第五PMOS开关管P5的栅极电压下降，第一PMOS开关管P1由于和第五PMOS开关管P5的栅极相同，此时第一PMOS开关管P1的源漏电流变大，第一上拉电阻R1的压降增大，R1*(I_sns+I₁)变大，第三PMOS开关管P3的栅源电压差值变小，第三PMOS开关管P3的流过电流变小，第二PMOS开关管P2的栅极电压对应降低而导通，从而使得第二PMOS开关管P2的导通电流流向第五PMOS开关管P5的栅极，使得第五PMOS开关管P5的栅极电压不再继续下降，以避免第五PMOS开关管P5的漏极输出电流变大，从而使得第五PMOS开关管P5的漏极输出电流最终到达某一电流稳态值，此时第五PMOS开关管P5的栅极电压稳定至第二预设电压阈值。

如图2所示，t=t₁时，NMOS开关管N1导通，第五PMOS开关管P5的栅极电压被限制不超过第一预设电压阈值，此时第五PMOS开关管P5的漏极输出电流（即放大器的输出电流I_out）的峰值被限制不超过I₂，进一步，当第二控制单元130在自身启动完成后，在t=t₂时刻之后，第五PMOS开关管P5的漏极输出电流最终到达某一电流稳态值I₁。

此外，还提供一种放大器，设置有上述过电流保护电路100。

在一个实施例中，该放大器为误差放大器或者线性稳压器。

此外，还提供一种电子设备，设置有上述放大器。

即，以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

另外，对于特性相同或相似的结构元件，本申请可采用相同或者不相同的标号进行标识。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，“例如”一词是用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“例如”的任何一个实施例不一定被解释为比其它实施例更加优选或更加具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，本申请给出了以上描述。在以上描述中，为了解释的目的而列出了各个细节。

应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实施例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

Claims (10)

1.一种过电流保护电路，其特征在于，应用于放大器，所述过电流保护电路包括：

第一控制单元，用于对第一开关单元进行开关控制，所述第一控制单元的第一端用于输入基准控制电压，所述第一控制单元的第二端用于输入电源电压，所述第一控制单元的第三端与所述第一开关单元的控制端电性连接；

所述第一开关单元用于对所述放大器的输出电流进行控制，所述第一开关单元的第一端用作放大器的输出级，所述第一开关单元的第二端用于输入所述电源电压；

第二控制单元，用于对所述第一开关单元进行开关控制，所述第二控制单元的第一端用于输入所述电源电压，所述第二控制单元的第二端用于与所述第一开关单元的控制端电性连接，所述第二控制单元的第三端用于与所述第一开关单元的第一端电性连接，所述第二控制单元的启动速度低于所述第一控制单元的启动速度；

所述第一开关单元用于在所述放大器的输出电流变化时，对应调节自身对应的控制端电压，所述第一开关单元的控制端电压的调节方向与所述放大器的输出电流变化方向相反；

所述第一控制单元用于当所述第一开关单元的控制端电压变化值超过预设电压变化阈值时，控制所述第一开关单元的控制端电压大于或等于第一预设电压阈值；

所述第二控制单元用于在自身启动后，控制所述第一开关单元的控制端电压稳定至第二预设电压阈值，所述第二预设电压阈值大于所述第一预设电压阈值。

2.根据权利要求1所述的过电流保护电路，其特征在于，所述第二控制单元包括电流感应子单元、电压调节子单元和基准电压子单元；

所述电流感应子单元的第一端与所述第一开关单元的控制端电性连接，所述电流感应子单元的第二端用于与所述第一开关单元的第一端电性连接，所述电流感应子单元的第三端接入所述电源电压，所述电流感应子单元的第四端与所述电压调节子单元的第一端电性连接；

所述电压调节子单元的第二端与所述第一开关单元的控制端电性连接，所述电压调节子单元的第三端接地，所述电压调节子单元的第四端与所述基准电压子单元的第一端电性连接；

所述基准电压子单元的第二端接入所述电源电压，所述基准电压子单元的第三端接地，所述基准电压子单元用于提供基准电压至所述电压调节子单元；

所述电流感应子单元用于当所述放大器的输出电流变化时，输出对应的变化检测信号至所述电压调节子单元；

所述电压调节子单元用于根据所述变化检测信号输出调节信号至所述第一开关单元的控制端以对所述第一开关单元的控制端的电压进行调节。

3.根据权利要求2所述的过电流保护电路，其特征在于，所述电流感应子单元包括第一PMOS开关管和第一上拉电阻，所述第一PMOS开关管的源极通过所述第一上拉电阻接入所述电源电压，所述第一PMOS开关管的栅极与所述第一开关单元的控制端电性连接，所述第一PMOS开关管的漏极与所述第一开关单元的第一端电性连接。

4.根据权利要求3所述的过电流保护电路，其特征在于，所述电压调节子单元包括第二PMOS开关管和栅极电压控制子单元，所述第二PMOS开关管的源极接入所述电源电压，所述第二PMOS开关管的栅极与所述栅极电压控制子单元的第一端电性连接，所述第二PMOS开关管的漏极与所述第一开关单元的控制端电性连接，所述栅极电压控制子单元的第二端与所述第一PMOS开关管的源极电性连接，所述栅极电压控制子单元的第三端接地，所述栅极电压控制子单元的第四端与所述基准电压子单元的第一端电性连接。

5.根据权利要求4所述的过电流保护电路，其特征在于，所述栅极电压控制子单元包括第三PMOS开关管和第一电流源，所述第三PMOS开关管的源极与所述第一PMOS开关管的源极电性连接，所述第三PMOS开关管的栅极与所述基准电压子单元的第一端电性连接，所述第三PMOS开关管的漏极通过所述第一电流源接地。

6.根据权利要求5所述的过电流保护电路，其特征在于，所述基准电压子单元包括第二上拉电阻、第四PMOS开关管和第二电流源，所述第二上拉电阻的一端接入所述电源电压，所述第二上拉电阻的另一端与所述第四PMOS开关管的源极电性连接，所述第四PMOS开关管的栅极与所述第三PMOS开关管的栅极电性连接，所述第四PMOS开关管的漏极通过所述第二电流源接地。

7.根据权利要求1所述的过电流保护电路，其特征在于，所述第一控制单元采用NMOS开关管，所述第一控制单元的第一端为所述NMOS开关管的栅极，所述第一控制单元的第二端为所述NMOS开关管的漏极，所述第一控制单元的第三端为所述NMOS开关管的源极。

8.根据权利要求1所述的过电流保护电路，其特征在于，所述第一开关单元采用PMOS开关管。

9.一种放大器，其特征在于，设置有权利要求1至8中任一项所述的过电流保护电路。

10.一种电子设备，其特征在于，设置有权利要求9所述的放大器。

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