利用MOSFET的导通电阻的过热保护感应的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种为过热保护使用功率ＭＯＳＦＥＴ导通电阻Ｒｄｓ＿ｏｎ的电源控制器。该脉宽调制控制器的ＭＯＳＦＥＴ导通电阻Ｒｄｓ＿ｏｎ感应温度，该温度与预定温度阈值相比较，其中当感应温度超过了预定温度阈值时该脉宽调制控制器检测到过热条件。脉宽调制控制器包括具有第一端和第二端的Ｒｐ电阻；电压比较器电路，该电压比较器电路具有第一输入端、第二输入端、和输出端，该电压比较器电路的第一输入端连接到Ｒｐ电阻的第二端；和ＭＯＳＦＥＴ，该ＭＯＳＦＥＴ在其处于ＯＮ状态时具有导通电阻Ｒｄｓ＿ｏｎ，该Ｒｄｓ＿ｏｎ具有第一端和第二端，该Ｒｄｓ＿ｏｎ的第二端连接到该电压比较器电路的第二输入端，该Ｒｄｓ＿ｏｎ感应温度值，并且该Ｒｄｓ＿ｏｎ的值根据温度值的变化波动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及电源，更具体而言涉及在电源中用于过热保护的控制器。
技术介绍
由于新设计要求具有更高处理器功率和更多功能，同时要求提供一种检测可能发生的过热状态的机制，所以便携式和桌面式电子设备的电源已经受到越来越多的关注和设计考虑。作为一种提高功率转换效率的技术，被称为脉宽调制(PWM)功率变换器的电源已经被广泛应用于不同的电子产品中。脉宽调制控制器生成带有可变通断(on-to-off)比的方波。调制有可变通断比的脉宽能将大小可变的功率传递到负载，这将有效地减少了总功率的消耗，并提供了一种将功率传递到负载的有效技术。一种典型地使用脉宽调制控制器的传统功率变换器是一种DC-DC变换器，该变换器具有可调的降压(step-down)电路，能为供给直流低压总线，例如，3.3V、5V、和12V的总线进行同步整流。这种DC-DC变换器通过使用现有的开关设备来防止负载过流的状态，消除了对分立式电流敏感电阻器的需要。但是，已知的温度保护电路为了提供这种功能，需要使用一个分立组件。因此，存在一种为电源提供过热保护的需要，同时要将为电路增加更多特征的成本最小化，并且要将电路板的空间尺寸保持相对紧凑。
技术实现思路
本专利技术提供了一种为过热保护使用功率型MOSFET导通电阻Rds_on的电源控制器。参数，导通电阻Rds_on，被用作由温度决定的变量，该变量致使脉宽调制控制器在MOSFET过热时断开。脉宽调制控制器的MOSFET导通电阻Rds_on感应温度，该温度与预定温度阈值相比较，其中脉宽调制控制器在感应的温度超过预定温度阈值时检测到一过热状态。广义而言，本专利技术提供了一种用于过热保护的脉宽调制控制器，该控制器包括具有第一端和第二端的Rp电阻；电压比较器电路，该电压比较器电路具有第一输入端、第二输入端、和输出端，该电压比较器电路的第一输入端与Rp电阻的第二端相连；和MOSFET，该MOSFET在处于ON状态时具有导通电阻Rds_on，该Rds_on具有第一端和第二端，Rds_on的第二端与电压比较器电路的第二输入端相连，该Rds_on感应温度值并且该Rds_on的值随着温度值的变化波动；其中Rp电阻是与Rds_on的最大允许温度相关的预定值，电压比较器电路比较跨接在Rds_on的第一压降Vb和跨接在Rp电阻的第二压降Vc，当流经MOSFET Rds_on的电流Io等于或大于阈值电流Ip时，若第二压降Vc比第一压降Vb大，则电压比较器电路生成过热输出信号。有利地，本专利技术为电源控制器提供了附加功能而产生很少或不需要额外的成本。此外，本专利技术也显著减少了提供温度感应组件所需的电路板空间大小。通过以下说明、所附权利要求和附图，本专利技术的这些和其它实施方式、特征、方面和优点将变得更容易理解。附图说明图1是一个简化框图，说明了依照本专利技术的用于过热保护的脉宽调制控制器。图2A是一个电路图，说明了依照本专利技术的电路中MOSFET的符号；图2B是电路图，说明了依照本专利技术当MOSFET转换成ON时MOSFET的等效电路；图2C是电路图，说明了依照本专利技术当MOSFET转换成OFF时MOSFET的等效电路。图3是一个电路图，说明了依照本专利技术的用于过热保护的脉宽调制控制器的第一实施方式，该脉宽调制控制器使用上侧Q1 MOSFETRds_on，而下侧Q2 MOSFET处于OFF状态。图4是一个电路图，说明了依照本专利技术的用于过热保护的脉宽调制控制器的第二实施方式，该脉宽调制控制器使用下侧Q2 MOSFETRds_on，而上侧MOSFET处于OFF状态。图5是一个电路图，说明了依照本专利技术的应用单一放大器的用于过热保护的脉宽调制控制器的第三实施方式。图6是一个流程图，说明了依照本专利技术，在第一实施方式所述的通过使用上侧Q1 MOSFET导通电阻Rds_on作为温度感应元件来在电源中提供过热保护的过程。图7是一个流程图，说明了依照本专利技术，在第二实施方式所述的通过使用下侧Q2 MOSFET导通电阻Rds_on作为温度感应元件来在电源中提供过热保护的过程。图8是一个原理图，说明了依照本专利技术的非隔离式DC-DC降压变换器。图9是一个原理图，说明了依照本专利技术利用脉宽调制控制器的示例性设计实现的降压变换器。附图中使用附图标记或名称来表示其中的特定组件、方面或特征，其中在一个以上附图中的相同的附图标记表示其中所示的相同组件、方面或特征。具体实施例方式参考图1，显示了一个说明用于过热保护的脉宽调制控制器100的简化框图。该脉宽调制控制器包括MOSFET Q1 110、Rp电阻120、和控制器130，其中MOSFET 110具有漏极端子111、栅极端子112和源极端子113。在负载电流恒定的条件下，跨接在MOSFET 110的，漏极端子111和源极端子113之间的压降是导通电阻Rds_on的函数。导通电阻，Rds_on的值将作为温度的函数发生变化。以另一种方式表达，该导通电阻Rds_on参数是由温度决定的变量。节点a 114和节点b 115之间的分段示出了跨接漏极端子111和源极端子113的压降。图2B中显示了当功率MOSFET 110转换成ON(即，开关闭合)时图1所示的MOSFET Q1 110的等效电路。如图2B中所示，110可以用电阻，Rds_on 200来表示。也就是说，节点a 114和节点b 115之间的分段实际上变成导通电阻Rds_on 200。该Rds_on 200的电阻值通常是一个很小的数目。MOSFET Q1 110中的导通电阻Rds_on 200可以既提供过流保护功能又提供过热保护功能。图2C显示了当MOSFET110变成OFF(即，开关打开)时MOSFET 110的等效电路，由带有打开的开关202的Rds_on 200来表示。图3是一个电路图，示出了通过使用上侧Q1 MOSFET Rds_on而下侧Q2 MOSFET处于OFF状态的，用于过热保护的脉宽调制控制器400的第一实施方式。控制器400包括上侧Q1 MOSFET导通电阻Rds_on 310、Rp电阻320、恒定电流源330、电压输入端VIN340、电压比较器350、三极管360、电感器370、电容器380、负载390、下侧Q2 MOSFET 410、接地415、二极管D 420，和接地425。由于上侧Q1MOSFET导通电阻Rds_on 310的值随温度变化波动，所以控制器400通过使用上侧Q1 MOSFET导通电阻Rds_on 310作为温度感应装置来提供过热保护。过热保护特征是上侧Q1 MOSFET导通电阻Rds_on 310和Rp电阻320，和它们各自的电流，Io 375和Ip1之间的相互作用的函数，其中若假设电压比较器350是一个理想的电压比较器，其非反相端和反相端具有无限的输入阻抗的情况下，Ip1＝Iocs，且其中Ip代表Io的阈值电流。当电流Io 375等于或大于预定电流阈值Ip时若节点325上的压降Vc大于节点305上的Vb，则脉宽调制控制器400触发一个过热保护信号。Ip的阈值根据以下参数确定Rp、Iocs、和Rds_on。这些参数当中，参数Rds_on作为温度的函数变化。温度波动将影响Ip的设定点。当温度上升时，Ip的值变小。当温度下降时，Ip的值变大。这个特征是电源中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于过热保护的脉宽调制控制器，包括：第一ＭＯＳＦＥＴ，其在所述第一ＭＯＳＦＥＴ处于ＯＮ状态时具有导通电阻Ｒｄｓ＿ｏｎ，该Ｒｄｓ＿ｏｎ具有第一端和第二端，该Ｒｄｓ＿ｏｎ的电阻值根据温度值的改变波动；具有第一端和第二端的Ｒｐ 电阻，其中以所述ＭＯＳＦＥＴ的最大允许温度的函数计算所述Ｒｐ电阻的值；以及电压比较器电路，该电压比较器电路具有第一输入端、第二输入端、和输出端，所述电压比较器电路的所述第一输入端被连接到所述Ｒｐ电阻，所述电压比较器电路将跨接所述Ｒｄ ｓ＿ｏｎ的第一压降与跨接所述Ｒｐ电阻的第二压降相比较，当所述第二压降大于所述第一压降时所述电压比较器电路生成一个过热输出信号。

【技术特征摘要】
US 2004-8-3 10/910,8901.一种用于过热保护的脉宽调制控制器，包括第一MOSFET，其在所述第一MOSFET处于ON状态时具有导通电阻Rds_on，该Rds_on具有第一端和第二端，该Rds_on的电阻值根据温度值的改变波动；具有第一端和第二端的Rp电阻，其中以所述MOSFET的最大允许温度的函数计算所述Rp电阻的值；以及电压比较器电路，该电压比较器电路具有第一输入端、第二输入端、和输出端，所述电压比较器电路的所述第一输入端被连接到所述Rp电阻，所述电压比较器电路将跨接所述Rds_on的第一压降与跨接所述Rp电阻的第二压降相比较，当所述第二压降大于所述第一压降时所述电压比较器电路生成一个过热输出信号。2.如权利要求1所述的控制器，进一步包括被连接到所述Rp电阻的第二端的电流源，该电流源是恒定电流源。3.如权利要求1所述的控制器，进一步包括被连接到所述Rp电阻的第一端和所述Rds_on的第一端的VIN电压。4.如权利要求1所述的控制器，其中所述导通电阻Rds_on也被用于感应过流状态。5.如权利要求1所述的控制器，进一步包括被连接到所述第一MOSFET的第二MOSFET，所述第一MOSFET为所述第一MOSFET和第二MOSFET两者提供过热保护。6.如权利要求1所述的控制器，其中所述Rp电阻是根据所述Rds_on的最大允许温度、减额因子，和相应温度因子的预定值。7.一种用于过热保护的系统，包括具有第一端和第二端的Rp电阻；具有电压比较器电路的控制器，该电压比较器电路具有第一输入端、第二输入端、和输出端，所述电压比较器电路的第一输入端被连接到所述Rp电阻的第二端；和在所述MOSFET处于ON状态时具有导通电阻Rds_on的MOSFET，该Rds_on具有第一端和第二端，所述Rds_on的第二端被连接到所述电压比较器电路的第二输入端，所述Rds_on感应温度值并且所述Rds_on的值根据该温度值的变化波动。8.如权利要求7所述的系统，其中所述Rp电阻是对应于所述Rds_on的最大允许温度的预定值，所述电压比较器电路将跨接所述Rds_on的第一压降Vb与跨接所述Rp电阻的第二压降Vc相比较，当流经MOSFET Rds_on的电流等于或大于阈值电流Ip时若所述第二压降Vc大于所述第一压降Vb，则所述电压比较器电路生成过热输出信号。9.如权利要求7所述的系统，其中所述控制器包括脉宽调制控制器。10.如权利要求7所述的系统，进一步包括被连接到所述Rp电阻的第二端的电流源，Iocs，所述电流源Iocs是恒定电流源。11.如权利要求7所述的系统，进一步包括VIN电压，其被连接到所述Rp电阻的第一端和所述Rds_on的第一端之间。12.如权利要求7所述的系统，其中所述导通电阻Rds_on也被用于感应过流保护。13.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：H黄，CM杨，
申请(专利权)人：雅达电子国际有限公司，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]