限流比較電路的製作方法
2023-10-23 10:56:12 6
專利名稱：限流比較電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種集成電路所用的電流比較電路，具體是指開關電源中一種寬輸入電壓限流比較結構。
背景技術：
目前，一個理想的電源系統，除了具備高電氣性能指標和高安全性外，還應有應對來自外界的惡劣條件和自身發生的故障的能力，能對電源提供即時保護以免電源的不必要損壞，影響整個電子系統的正常工作。保護電路實際上就是通過器件或電路結構對晶片內部的某些參數指標進行檢測，再通過邏輯電路關斷功率管或調節功率管的導通時間以達到保護晶片和外部電路的目的。它包括過溫保護，過壓保護，過流保護，欠壓檢測等。而功率管是電源管理晶片的核心器件，它是一個高功率的開關器件，由於DC-DC電路存在的缺點， 必然要求對其進行保護，其中，過流保護即是其不可或缺的一部分。本發明涉及的是電流型降壓(BUCK)DC-DC變換器的過流保護電路中的電流檢測部分。所謂的電流檢測既是檢測對應電流之路的電流大小是否與電路設計所需電流大小相符，如有不符，檢測電路將會通過邏輯電路控制功率管的關斷或導通時間以達到保護晶片內部和外部擴展電路的功能。傳統的限流比較器是在被檢測電流通路與地之間串聯一個檢測電阻I smse，如圖二所示。電流流經Rsmse產生檢測電壓Vsmse，然後與基準產生的電壓Vref進行比較。比較器輸出信號將通過晶片內部邏輯控制開關電路進行開啟或關斷操作。Vref= IsenseXRsense現有結構的缺點在於在寬輸入電壓範圍模式下限流閾值隨輸入電壓變化。
發明內容
本發明需解決的問題是提供一種限流比較電路，其可以克服現有電流檢測比較電路存在的問題，實現低功耗、寬輸入電壓的電流檢測比較。為解決以上技術問題，本發明提供了一種限流比較電路，包括電流檢測比較電路、 偏置電路和輸出級，其特徵在於電流檢測比較電路的兩個比較支路中的場效應管MPl和場效應管MNl工作在飽和區作為尾電流源，將兩個比較支路的工作電流穩定在10微安。本發明的有益效果在於在普通電流比較結構的基礎上克服原有結構在寬輸入電壓範圍模式下限流閾值隨輸入電壓變化的缺點。該結構利用功率管將兩個比較支路的電流穩定住，從而不影響電壓比較同時獲得準確的限流閾值。
圖1為從輸入高壓到內部供電低壓的轉化電路模塊圖；圖2為目前公知的簡單電流比較電路的結構圖；圖3為本發明實施例所述寬輸入電壓範圍的限流比較電路結構圖。
具體實施例方式如圖1所示，一種典型的限流比較電路結構模型，限流檢測電路與開關控制電路及驅動電路構成迴路，除此之外還有基準產生的輸出電壓為各模塊供電以及開關控制電路所驅動的負載電路。如圖2所示，所述的電流檢測比較電路包括PNP管Ql、Q2、Q3、Q4，匪OS管MNl、MN2， PMOS管MP1。其中PNP管Ql的發射極與基準產生比較電流輸出端連接，Ql的集電極與 PNP管Q3的發射極連接；PNP管Q2的發射極與採樣電流輸出端Isense連接，Q2的基極與集電極短接並與PNP管Ql的基極和PNP管Q4的發射極連接；PNP管Q3的集電極與PMOS管 MPl的源極連接；PNP管Q4的基極與集電極短接並與PNP管Q3的基極和NMOS管麗1的漏極連接；NMOS管MNl與PMOS管MPl的柵極均接VDD ；PMOS管MPl漏極與NMOS管MN2的漏極以及輸出級NMOS管麗3的柵極連接；NMOS管麗1的源極接地；NMOS管麗2的柵極與偏置電路中的NMOS管MN4的柵極連接，麗2的源極接地。所述的偏置電路包括匪OS管MN4、MN5, PMOS管MP3、MP4。其中匪OS管MN4的源極接地，MN4的柵極與漏極短接並與PMOS管MP3的漏極和電流檢測比較電路中NMOS管麗2 的柵極連接；NMOS管麗5的源極與偏置電流輸入端I_BIAS連接，麗5的柵極與使能端EN_ ABLE連接；PMOS管MP4的柵極與漏極短接並與NMOS管麗5的漏極和輸出級中PMOS管MP2、 MP3的柵極連接，MP4的源極接VDD ；PMOS管MP3的源極接VDD。所述的輸出級包括匪OS管麗3和PMOS管MP2。其中匪OS管麗3的源極接地，MN3 的柵極與電流檢測比較電路的PMOS管MPl的漏極、NMOS管麗2的漏極連接，麗3的漏極與 PMOS管MP2的漏極連接並連接該模塊的輸出控制端CUR_LIMIT ；PMOS管MP2的源極接VDD。本發明的工作原理是首先，使整個模塊處於工作狀態，邏輯控制信號EN_ABLE置一，麗5的柵電壓為高電平，此時麗5導通，通過偏置電路給電流檢測比較電路和輸出級提供偏置電壓。其次，基準產生比較電流輸出端電壓與採樣電流輸出端電壓Vsense進行比較來控制CUR_LIMIT的輸出，Vsense的電壓越低，功率管漏端的電流越大。雙極性電晶體Q2 二極體形式連接，採樣端電壓與Q2基極電壓相差一個導通電壓。 若Vsense的電壓大於Vref的電壓，則Vref的電壓與Ql基極電壓小於導通電壓，Ql截止。若 Vsense電壓小於Vref的電壓，則Vref電壓與Ql基極電壓大於導通電壓，Ql導通。若Ql導通，則控制麗3柵極電壓的支路上有較大電流，使大寬長比的MPl進入飽和區，其源極電壓比VDD大。而由於其大寬長比，Vds很小，則其漏端電壓也接近VDD，足以開啟麗3。而麗3的較大寬長比驅使它進入線性區以和MP2的飽和電流匹配，使輸出 LIMIT為低，過流信號有效。若Ql截止，則麗3關斷，輸出為高。具體實例應用如圖3，其中DRV端給功率MOS管提供驅動柵信號，Vsense端為檢測漏電流轉化成的電壓信號，端為過流比較基準電壓。具體工作過程功率開關管MO管子個數為N，由前級的DRIVER(驅動級)輸出控制開啟關斷。電流採樣管Ml的Ves與功率開關管POWER MOS相同。其管子個數為1個，這樣其與POWER MOS的寬長比為1 N，所以電流採樣比例為1 N。因為功率管作為開關使用，其開啟時工作在深線性區，並且VGS = VDEV-VOUT(1. 2. 5-1)Vds = Vin-Vout(1. 2. 5-2)所以其漏電流
權利要求
1.一種限流比較電路，包括電流檢測比較電路、偏置電路和輸出級，其特徵在於電流檢測比較電路的兩個比較支路中的場效應管MPl和場效應管MNl工作在飽和區作為尾電流源，將兩個比較支路的工作電流穩定在10微安。
2.如權利要求1所述的限流比較電路，其特徵在於所述的電流檢測比較電路包括PNP 場效應管Q1、Q2、Q3、Q4，NMOS場效應管MN1、MN2，PMOS場效應管MPl ；PNP場效應管Q1、Q2、 Q3、Q4組成電壓比較電路；PMOS場效應管MP1、NMOS場效應管麗1作為兩個比較支路的尾電流源，提供恆定的10微安工作電流。
3.如權利要求2所述的限流比較電路，其特徵在於所述的偏置電路包括NMOS管MN4、 MN5，PMOS管MP3、MP4 ；其中NMOS管MN4的源極接地，NMOS管MN4的柵極與漏極短接並與 PMOS管MP3的漏極和電流檢測比較電路中NMOS管麗2的柵極連接；NMOS管麗5的源極與偏置電流輸入端I_BIAS連接，MN5的柵極與使能端EN_ABLE連接；當使能EN_ABLE有效時， 偏置電路給比較電路提供10微安的偏置電流。
4.如權利要求2所述的限流比較電路，其特徵在於所述的輸出級包括NMOS管麗3和 PMOS管MP2 ；其中NMOS管MN3的源極接地，NMOS管MN3的柵極與電流檢測比較電路的PMOS 管MPl的漏極、NMOS管麗2的漏極連接，NMOS管麗3的漏極與PMOS管MP2的漏極連接並連接該模塊的輸出控制端⑶R_LIMIT。
全文摘要
本發明公開了一種限流比較電路，包括電流檢測比較電路、偏置電路和輸出級，其特徵在於電流檢測比較電路的兩個比較支路中的場效應管MP1和場效應管MN1工作在飽和區作為尾電流源，將兩個比較支路的工作電流穩定在10微安。本發明在普通電流比較結構的基礎上克服原有結構在寬輸入電壓範圍模式下限流閾值隨輸入電壓變化的缺點。該結構利用功率管將兩個比較支路的電流穩定住，從而不影響電壓比較的同時獲得準確的限流閾值。
文檔編號H02M1/32GK102594109SQ20111000119
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月5日 優先權日2011年1月5日
發明者葛佳樂 申請人:上海華虹集成電路有限責任公司