限流电路制造技术

技术编号:10645565 阅读:161 留言:0更新日期:2014-11-12 19:01
本文披露了一种限制电源电路的输出电流的限流电路。该限流电路包括电流感应模块(20),用来感应功率晶体管(Mp1)的输出电流(Iload)并产生与功率晶体管(Mp1)的输出电流(Iload)成比例的感应电流(IM1);与所述电流感应模块(20)耦合的第一限流模块(30),用于在所述功率晶体管(Mp1)的输出电流(Iload)的变化超过第一预定电流强度时,基于所述感应电流(IM1)产生第一限制电流;和与所述第一限流模块(30)和所述功率晶体管(Mp1)耦合的转换模块(50),用于至少基于所述第一限制电流对所述功率晶体管(Mp1)的栅极电压进行控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及电子电路,尤其是涉及限流电路
技术介绍
电源电路通常会包括高边功率MOS晶体管(high side power MOS transistor)和低边功率MOS晶体管(low side power MOS transistor)。高边功率MOS晶体管可以耦连在用于接收电源电压的电源端和用于向外部负载提供电源电压的输出端之间。低边MOS晶体管可以耦合在所述输出端和用于接收参考电压的参考端之间,其中参考电压低于电源电压。这两种功率MOS晶体管可以被开启或关闭,从而有选择的将电源电压提供给外部负载。电感外部负载需要稳定的输出来避免振荡。因此,在限流电路被广泛的用于限制电源电路的输出电流。图1所示为现有的限流电路。如图1所示,高边功率PMOS晶体管Mp1耦合在电源电压VINHSD和用于向外部负载提供电源电压的输出节点HSD之间。电流源Ib1和电阻R2串联耦合在电源电压和地之间。电流源Ib1提供的电流由电阻R1(未示出)和带隙基准电压VBG来确定。R2和Ib1彼此耦合所在的节点G1处的电压经由电阻R3施加在Mp1的栅极。另外,PNP双极晶体管Q4与二极管D1以串联方式耦合,并作为一个整体与第二电阻R2并联,其中,Q4的发射极耦合到VINHSD。具有第一支路和第二支路的电流镜耦合在电源电压VINHSD和地电平之间。第一支路具有串联耦合的电阻R4、PNP双极晶体管Q1和电流源Ib3,其中R4耦合在VINHSD和Q1的发射极之间,Ib3耦合在Q1的集电极和地电平之间。第二支路具有串联耦合的PNP双极晶体管Q2和电流源Ib2,其中Q2的发射极与VINHSD耦合,Ib2与地电平耦合。Q1和Q2的基极与Q2的集电极耦合在一起。R4还耦合在电源电压VINHSD和PMOS高边功率晶体管Mp1的源极之间。Q4的基极耦合到Q1的集电极。特别的,Ib2提供的电流与Ib3提供的电流相同。晶体管Q1和Q2的电流增益比是N∶1,其中N是不小于1的整数。工作时,电阻R4可以作为电流检测电阻,用于检测流经高边功率PMOS晶体管Mp1的输出电流。输出电流的改变会造成电阻R4上压降的改变,继而会通过电流镜和双极晶体管Q4影响节点G1处的电压。因此,高边功率PMOS晶体管Mp1的栅极-源极电压就会被调整,从而相应地对Mp1的输出电流进行限制。因此,上述对高边功率PMOS晶体管Mp1供应的输出电流的限制可以表示为Iload=VTR4lnN.]]>图1中的限流电路是高增益回路,被用来在输出突然出现峰值时对Mp1的输出电流进行调节。然而,这样一种构造会有稳定性问题,因为限流电路可能会将输出电流下拉为负,引起振荡。因此,以串联方式耦合的电阻R5和电容C1组成的支路被用来进行补偿,其中R5耦合到VINHSD,C1耦合到Q4的基极。但是,补偿会降低限流过程的反应速度。图2所示为另一个现有的限流电路。与图1中的限流电路略为不同的是,图2的限流电路中包含电阻R5和电容C1的补偿支路的位置由双极晶体管Q3所替代,其中Q3和Q4的基极与Q3的集电极耦合到Q1的集电极。Q3和Q4的电流增益比是M∶1,其中M是不小于1的整数。图2中的限流电路是低增益回路,其稳定性比图1中的限流电路要好,但是反应速度相对较慢。上面两个现有的限流电路都采用R4作为电流检测电阻来检测功率晶体管的输出电流的改变。为了确保限流电路的可靠性,电阻R4上的压降应当是几十毫伏的量级。但是,为了通过SPU测试(short-to-plus-unpowered)(通常大于100安培),电阻R4的阻抗可能只有2毫欧左右。因此,在这样的条件下,当输出电流被限制在1安培左右时,电阻R4不能产生适当的压降来避免可靠性问题。另外,使用R4来检测输出电流的改变可能会增加电源电路工作时的导通阻抗。图3所示为另一个现有的限流电路。如图3所示,该限流电路包括由高边功率PMOS晶体管Mp1和PMOS晶体管M2构成的电流镜,该电流镜的电流增益由这两个晶体管的宽长比(W/L)所决定,例如,Mp1的宽长比可以是M2的K倍。M2的栅极和漏极与电流源Ib耦合在一起。因此,功率PMOS晶体管Mp1的栅极的电压由电流源Ib以及Mp1和M2的宽长比来确定。这样,流经高边功率PMOS晶体管Mp1的输出电流可以被限制在Iload=IbK。即使图3中的限流电路可能准确的限制功率晶体管的输出电流,但是在该向外部负载供电时该限流电路的导通阻抗很高,因而功率消耗较大。
技术实现思路
因为有上面陈述的问题,需要一种限流电路,用于精确地限制功率晶体管的输出电流,并具有更高的稳定性和响应速度,同时不增加电源电路的导通阻抗。在本申请的一个实施例中,提供了一种限制功率晶体管的输出电流的电路,包括:电流感应模块(20),用来感应功率晶体管(Mp1)的输出电流(Iload)并产生与功率晶体管(Mp1)的输出电流(Iload)成比例的感应电流(IM1);与所述电流感应模块(20)耦合的第一限流模块(30),用于在所述功率晶体管(Mp1)的输出电流(Iload)的变化超过第一预定电流强度时,基于所述感应电流(IM1)产生第一限制电流;以及与所述第一限流模块(30)和所述功率晶体管(Mp1)耦合的转换模块(50),用于至少基于所述第一限制电流对所述功率晶体管(Mp1)的栅极电压进行控制。特别的,所述电路进一步包括与所述电流感应模块(20)耦合的第二限流模块(40),用来在所述功率晶体管(Mp1)的输出电流(Iload)的变化超过第二预定的电流强度时,基于所述感应电流产生第二限制电流;其中所述转换模块(50)与所述第二限流模块(40)耦合,用来至少基于所述第一和/或第二限制电流控制所述功率晶体管(Mp1)的栅极电压;其中所述第二预定电流强度高于所述第一预定电流强度。特别的,所述第一和第二限流模块(30,40)经由第一电流镜(60)与所述电流感应模块(20)耦合,所述第一电流镜(60)包括用来接收所述感应电流(IM1)的输入支路、与所述第一限流模块(30)耦合的第一输出支路和与所述第二限流模块(40)耦合的第二输出支路。特别的,所述转换模块(50)包括串联耦合的第一电阻(R2)和第一电流源(Iref1),所述功率晶体管(Mp1)的栅极耦合在所述第一电阻(R2)和所述第一电本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种限制功率晶体管的输出电流的电路,包括:电流感应模块(20),用来感应功率晶体管(Mp1)的输出电流(Iload)并产生与功率晶体管(Mp1)的输出电流(Iload)成比例的感应电流(IM1);与所述电流感应模块(20)耦合的第一限流模块(30),用于在所述功率晶体管(Mp1)的输出电流(Iload)的变化超过第一预定电流强度时,基于所述感应电流(IM1)产生第一限制电流;和与所述第一限流模块(30)和所述功率晶体管(Mp1)耦合的转换模块(50),用于至少基于所述第一限制电流对所述功率晶体管(Mp1)的栅极电压进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种限制功率晶体管的输出电流的电路,包括:
电流感应模块(20),用来感应功率晶体管(Mp1)的输出电流
(Iload)并产生与功率晶体管(Mp1)的输出电流(Iload)成比例的感
应电流(IM1);
与所述电流感应模块(20)耦合的第一限流模块(30),用于在
所述功率晶体管(Mp1)的输出电流(Iload)的变化超过第一预定电
流强度时,基于所述感应电流(IM1)产生第一限制电流;和
与所述第一限流模块(30)和所述功率晶体管(Mp1)耦合的转
换模块(50),用于至少基于所述第一限制电流对所述功率晶体管
(Mp1)的栅极电压进行控制。
2.如权利要求1所述的电路,进一步包括与所述电流感应模
块(20)耦合的第二限流模块(40),用来在所述功率晶体管(Mp1)
的输出电流(Iload)的变化超过第二预定的电流强度时,基于所述感
应电流产生第二限制电流;
其中所述转换模块(50)与所述第二限流模块(40)耦合,用来
至少基于所述第一和/或第二限制电流控制所述功率晶体管(Mp1)
的栅极电压;
其中所述第二预定电流强度高于所述第一预定电流强度。
3.如权利要求2所述的电路,其中所述第一和第二限流模块
(30,40)经由第一电流镜(60)与所述电流感应模块(20)耦合,
所述第一电流镜(60)包括用来接收所述感应电流(IM1)的输入支
路、与所述第一限流模块(30)耦合的第一输出支路和与所述第二
限流模块(40)耦合的第二输出支路。
4.如权利要求1所述的电路,其中所述转换模块(50)包括
串联耦合的第一电阻(R2)和第一电流源(Iref1),所述功率晶体管
(Mp1)的栅极耦合在所述第一电阻(R2)和所述第一电流源(Iref1)
耦合在一起的节点之处;
其中所述第一限流模块(30)包括
第二电流镜,包括与所述第一电流镜(60)的第一输出支路
耦合的输入支路,与所述第一电阻(R2)并联耦合的输出支路,
以及
与所述第二电流镜的输入支路并联耦合的第二电流源(Iref3);
其中所述第一预定电流强度至少由所述第二电流源(Iref3)来确
定。
5.如权利要求2所述的电路,其中所述第二限流模块(40)
包括与所述第一电流镜(60)的第二输出支路耦合的输入支路,和

【专利技术属性】
技术研发人员:曾妮
申请(专利权)人:意法半导体研发深圳有限公司
类型:发明
国别省市:广东;44

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