專(zhuān)利名稱：一種限流短路保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及電源管理集成電路領(lǐng)域，尤其是適用于電源管理集成電路的限流短 路保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，便攜式電子設(shè)備(如手機(jī)，PDA, MP3等)主要靠鋰電池經(jīng)過(guò)低壓降線性電壓 調(diào)節(jié)器(LDO)和開(kāi)關(guān)式直流調(diào)節(jié)器(DCDC)供電。這些電源轉(zhuǎn)換器中均采用了功率管。電 源轉(zhuǎn)換器的質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)該是以安全性、可靠性為第一原則。然而，DC-DC、 LDO等電 源管理芯片在應(yīng)用時(shí)，可能會(huì)因?yàn)閼?yīng)用錯(cuò)誤或者別的意外事故導(dǎo)置輸出端短路，這樣就 會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的電流，足夠燒毀芯片。所以，在電氣技術(shù)指標(biāo)滿足正常使用要求的條 件下，為使電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)故陣情況下安全可靠地工作，必須設(shè)計(jì)多種保護(hù)電路， 比如防浪涌的軟啟動(dòng)，欠壓、過(guò)熱、過(guò)流短路、缺相等保護(hù)電路。
目前，比較常用的限流短路保護(hù)電路主要是連續(xù)檢測(cè)負(fù)載電流的大小，如果檢測(cè)值 出現(xiàn)很大的異常，系統(tǒng)就認(rèn)為過(guò)m/短路，產(chǎn)生過(guò)流/短路關(guān)閉信號(hào)。下面簡(jiǎn)單講述幾種 常見(jiàn)的典型的已有限流短路保護(hù)電路
A.采用精密電阻方案
如圖1所示,該方案使用一個(gè)外掛的精密電阻Rsense與功率管MPl串聯(lián)，通過(guò)測(cè)量 精密電阻兩端的電壓來(lái)檢溯功率管的電流。圖中Vgate是來(lái)自芯片對(duì)功率管的控制信號(hào)， VCC是輸入電源，VSS是模擬地。它的工作原理如下電阻Rsense是一個(gè)阻值很小的 精密電阻，例如0.2Q,當(dāng)電流流經(jīng)電阻Rsense到功率管MP1時(shí)，在Rsense兩端的壓降 為
由于運(yùn)放的虛短效應(yīng)，其輸入端電壓保持相等(電路中取Rl等于R2),因而R2
兩端的電壓等于VRsense。從而可以得到流經(jīng)R2的電流與Isense成正比，同樣可以得到 與Isense成正比的電壓Vsense,其大小為
Vsense^3^e鵬豐&鵬 (2) 及2 、 乂
而在集成電路里R3/R2的相對(duì)比例是比較容易做精確的。從以上分析得到的Vsense 實(shí)現(xiàn)了對(duì)功率管輸出電流的檢測(cè),因而可以通過(guò)Vsense與一個(gè)基準(zhǔn)電壓VREF進(jìn)行比較 來(lái)做限流/短路保護(hù)電路。如圖2,—般COMP是一個(gè)遲滯比較器，COMPJ)UT輸出的 高低電平用來(lái)判斷是否過(guò)3fe/短路。
B. 采用功率管自身內(nèi)阻方案
和上面的方法類(lèi)似，如圖3所示，直接使用功率管自身的電阻來(lái)檢測(cè)其電流。假 設(shè)功率管電阻為RwiM,電阻Rl等于R2，則可以得到
Vse,駒""〃灘 (3) 及2
i =-J- (4)
功率管MP1的內(nèi)阻隨電源電壓或其柵源電壓變化，如上式(4),因而通過(guò)這種方案 檢測(cè)到的電流不是很精確。
C. 釆用與功率管匹配的小管方案
如圖4所示，此電路采用與功率管MP1匹配的小管MP2來(lái)檢測(cè)電流。電路中Vgate是
誤差放大器的輸出端，VFB是LDO反饋給誤差放大器的電壓。取
<formula>formula see original document page 5</formula>
由于運(yùn)放的鉗位作用，電壓VA等于VB,于是可以得到
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Kw鵬=苴柳A (8)
通過(guò)以上分析，可以得到與功率管MPl電流成正比的電壓Vsence，.從而可以將其用 來(lái)做限流或短路保護(hù)電路的監(jiān)測(cè)端，再與一個(gè)帶隙基準(zhǔn)電壓比較，就可以組成完整的限 流或者短路保護(hù)電路，此電路檢測(cè)電流的精度比精密電阻的方案低，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較 復(fù)雜，功耗較大。
現(xiàn)有的以上幾種方案的基本思想就是先得到一個(gè)可以監(jiān)控輸出電流大小的監(jiān)控電 壓Vsence,再將其與一個(gè)基準(zhǔn)電壓作比較以判斷是否過(guò)術(shù)短路。這樣的方案由于需要放 大器，遲滯比較器以及一個(gè)基準(zhǔn)電壓VREF等，電路普遍顯得復(fù)雜，功耗普遍太大使得 電流效率大大降低；而且電路(如LDO, Charger等)在正常工作時(shí)，這個(gè)限流/短路保 護(hù)電路永遠(yuǎn)處于連續(xù)檢測(cè)比較的工作狀態(tài)，大大的浪費(fèi)了功耗，尤其在電路(如LDO) 負(fù)載電流為O或者負(fù)載電流較小時(shí)，這種過(guò)多的功耗將大大減小系統(tǒng)的效率。而A方案更 是需要外掛一個(gè)的難于集成的精密電阻，增加了系統(tǒng)成本，降低了系統(tǒng)的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種限流短路保護(hù)電路，該電路低功耗，適用于電源管理集 成電路。
'為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案包括一種限流短路保護(hù)電路，該 電路包括場(chǎng)效應(yīng)管MO、場(chǎng)效應(yīng)管M1、場(chǎng)效應(yīng)管M2、場(chǎng)效應(yīng)管M3、場(chǎng)效應(yīng)管M4、功 率管MP1、功率管MP2及電阻R3，所述場(chǎng)效應(yīng)管M0、場(chǎng)效應(yīng)管M1、場(chǎng)效應(yīng)管M2組 成的電流鏡等比例鏡像電路，所述場(chǎng)效應(yīng)管M0、場(chǎng)效應(yīng)管M1、場(chǎng)效應(yīng)管M2的源極均 與地連接，場(chǎng)效應(yīng)管M1、場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極分別與場(chǎng)效應(yīng)管M3、場(chǎng)效應(yīng)管M4的漏 極相連，場(chǎng)效應(yīng)管M3、場(chǎng)效應(yīng)管M4組成鏡像電路，電阻R3的一端與場(chǎng)效應(yīng)管M3的 源極及功率管MP1的源極相連，電阻R3的另一端與場(chǎng)效應(yīng)管M4的源極及功率管MP2 的.源極相連。
該電路還包括電阻R1、電阻R2及電容C0，電阻R2—端接地，另一端與電阻R1 相連，電阻R1的另一端與電容C0—端相連后共同連接功率管MP1、功率管MP2的漏 極，電容CO的另一端接地。
所述功率管MP2與功率管MP1的寬長(zhǎng)比為1: N。
所述場(chǎng)效應(yīng)管M3、場(chǎng)效應(yīng)管M4鏡像比例為K。
所述電阻R3是百歐姆級(jí)別的多晶電阻。
所述場(chǎng)效應(yīng)管MO、場(chǎng)效應(yīng)管Ml、場(chǎng)效應(yīng)管M2電流鏡等比例鏡像偏置電流為Ibias, 偏置電流Ibias使場(chǎng)效應(yīng)管M4柵電壓處于固定值，當(dāng)電路處于正常負(fù)載電流時(shí)，場(chǎng)效 應(yīng)管M4處于線性工作區(qū)當(dāng)負(fù)載電流過(guò)大或短路時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管M4處于飽和工作區(qū)。
該電路還包括場(chǎng)效應(yīng)管MS3、場(chǎng)效應(yīng)管MS4、場(chǎng)效應(yīng)管MS5和場(chǎng)效應(yīng)管MOC， 場(chǎng)效應(yīng)管MS3的源極與地連接，其漏極與場(chǎng)效應(yīng)管MO的柵極相連，場(chǎng)效應(yīng)管MS4的 源極與場(chǎng)效應(yīng)管M0的漏極相連，場(chǎng)效應(yīng)管MS5的源極與場(chǎng)效應(yīng)管MOC的柵極相連， 場(chǎng)效應(yīng)管MS5的漏極連接電源VCC，場(chǎng)效應(yīng)管MOC的源極連接電源VCC。
采用上述技術(shù)方案，結(jié)合下面將要詳述的實(shí)施例，本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于本 發(fā)明的限流短路保護(hù)電路不需要外掛精密電阻并采用動(dòng)態(tài)自身調(diào)節(jié)的方法，只用了超小 的功耗就較離得精度，從而降低了設(shè)計(jì)成本，提高了電流效率，且過(guò)流短路保護(hù)電路響 應(yīng)速度快；本發(fā)明的限流短路保護(hù)電路在電源核心電路正常工作時(shí)幾乎處于關(guān)閉狀態(tài)， 幾乎不消耗電流；在電源核心電路出現(xiàn)過(guò)敵短路情況時(shí)，才消耗一定的功耗；核心電路 負(fù)載電流為O或者負(fù)載電流較小時(shí)，過(guò)流短路保護(hù)電路可以自動(dòng)關(guān)閉。
本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。


圖1為現(xiàn)有的利用精密電阻檢測(cè)電流方案的限流短路保護(hù)電路圖。
圖2為現(xiàn)有的COMP產(chǎn)生限激短路保護(hù)信號(hào)示意圖。
圖3為現(xiàn)有的利用功率管自身電阻檢測(cè)電流方案的限流短路保護(hù)電路圖。
圖4為現(xiàn)有的利用小管鏡像功率管來(lái)檢測(cè)電流方案的限流短路保護(hù)電路圖 圖5為本發(fā)明的限流短路保護(hù)電路一實(shí)施例的電路圖。 圖6為本發(fā)明的限流短路保護(hù)電路另一實(shí)施例的電路圖。
具體實(shí)施例方式
如圖5所示，為本發(fā)明的限流短路保護(hù)電路一實(shí)施例的電路圖。該限流短路保護(hù)電 路采用管場(chǎng)效應(yīng)管MO、場(chǎng)效應(yīng)管M1、場(chǎng)效應(yīng)管M2組成的電流鏡等比例鏡像偏置電流 Ibias;小功率管MP2與大功率管MP1的寬長(zhǎng)比為1: N;瘍效應(yīng)管M3、場(chǎng)效應(yīng)管M4 的鏡像比例為K;電阻R3是一個(gè)百歐姆級(jí)別的多晶(poly)電阻；VCC和VSS分別為 輸入電壓和模擬地，Vo是輸出端，Io是電流負(fù)載。
場(chǎng)效應(yīng)管M0、場(chǎng)效應(yīng)管M1、場(chǎng)效應(yīng)管M2組成的電流鏡等比例鏡像電路，場(chǎng)效應(yīng) 管M0、場(chǎng)效應(yīng)管M1、場(chǎng)效應(yīng)管M2的源極均與地連接，場(chǎng)效應(yīng)管M1、場(chǎng)效應(yīng)管M2 的漏極分別與場(chǎng)效應(yīng)管M3、場(chǎng)效應(yīng)管M4的漏極相連，場(chǎng)效應(yīng)管M3、場(chǎng)效應(yīng)管M4組 成鏡像電路，電阻R3的一端與場(chǎng)效應(yīng)管M3的源極及功率管MP1的源極相連，電阻 R3的另一端與場(chǎng)效應(yīng)管M4的源極及功率管MP2的源極相連。
偏置電流Ibias —定使得M4柵電壓^g,^4處于固定值。當(dāng)這個(gè)LDO處于正常負(fù)載 電流時(shí)，M4處于線性工作區(qū)，因而Vocp電位為高；當(dāng)負(fù)載電流過(guò)大(包括短路)時(shí)， M4處于飽和工作區(qū)，因而Vocp電位變?yōu)榈汀ocp經(jīng)過(guò)兩個(gè)反向器后可以作為過(guò)流/ 短路的判斷信號(hào)。整個(gè)過(guò)流/短路保護(hù)電路消耗3*Ibias的靜態(tài)電流。
如圖6所示，該電路是在上述基礎(chǔ)上為了減小功耗提高電流效率的進(jìn)一步改進(jìn)。 Vbi助是一個(gè)偏置電壓，可以和核心電路共用；MP3是鏡像功率管MP1的一個(gè)小管，寬長(zhǎng) 穴寸比為l: N，其公共柵電壓Vgate由核心電路來(lái)控制(在LDO里是誤差放大器和緩沖 器)；MOC管是過(guò)M/短路保護(hù)鉗制管在圖4的基礎(chǔ)上增加的MS3到MS5是從節(jié)省靜態(tài) 功耗的角度考慮，它們?cè)诤诵碾娐穾?零負(fù)載的時(shí)候保證了過(guò)窗短路保護(hù)電路(4， 5 和6支路)的關(guān)閉MS3到MS5的柵電壓Vn和Vp由l到3支路產(chǎn)生。這樣支路l-3支路就實(shí)
現(xiàn)了對(duì)過(guò)M/保護(hù)電路的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)，以節(jié)約功耗。
支路3因?yàn)槎O管連接始終處于工作恒定，即一定的偏置電流，并且決定了MS2柵 電壓^柳的大小。MP3連續(xù)鏡像功率管MP1，寬長(zhǎng)尺寸比為l: N,在核心電路帶小/零
負(fù)載/^/M時(shí)，支路2只流過(guò)^"/ww電流，使MS1處于線性工作區(qū)，同時(shí)使得MS2的
柵電壓大大小于閾值電壓J^ 。因而支路l和2幾乎不消耗偏置電流，使得Vn處于高電位， 而SVn和Vp^制的4到6支路處于完全關(guān)閉狀態(tài)。所以當(dāng)核心電路在帶小/零負(fù)載/w/)， 的時(shí)候，保護(hù)電路只有支路3消耗偏置電流，這樣一來(lái)大大的減小了系統(tǒng)帶小/零負(fù)載時(shí) 的功耗，提髙了電流效率。
在核心電路帶的負(fù)載逐漸增加時(shí)，MP3鏡像的電流^"Jww也增加，MS1由線性
區(qū)漸漸變成飽和區(qū)，MS2的柵電壓也大于其閾值電壓。此時(shí)Vn由髙電位變成了低電位， 這個(gè)轉(zhuǎn)變直接使4到6支路打開(kāi)，使限淑短路保護(hù)處于工作狀態(tài)，以達(dá)到限流/短路保護(hù) 的目的。
在核心電路帶的負(fù)載超過(guò)既定值(比如400mA)時(shí)，M4由工作在線性區(qū)變到飽和 區(qū)，Vocp由較高的電位變低。由于Vocp變低(比如1.5V) ， MOC管導(dǎo)通， 一個(gè)較大的 電流(比如2mA)流入核心電路的緩沖器，這樣電壓Vgate電壓就嵌位了，功率管MP1 的輸出電流就嵌制在一定值。所以當(dāng)電路發(fā)生過(guò)游短路現(xiàn)象時(shí)，圖5電路一方面通過(guò)嵌 位電壓Vgate來(lái)嵌位輸出電流為一個(gè)允許值(這個(gè)值決定于設(shè)計(jì)者)， 一方面系統(tǒng)根據(jù) Vocp電位變低提示系統(tǒng)處于不正常工作狀態(tài)。
因此在發(fā)生過(guò)^/短路時(shí)，電路就處于安全狀態(tài)，而不會(huì)因?yàn)榇箅娏鞫鵁龤酒?br> 權(quán)利要求
1、一種限流短路保護(hù)電路，其特征在于包括場(chǎng)效應(yīng)管M0、場(chǎng)效應(yīng)管M1、場(chǎng)效應(yīng)管M2、場(chǎng)效應(yīng)管M3、場(chǎng)效應(yīng)管M4、功率管MP1、功率管MP2及電阻R3，所述場(chǎng)效應(yīng)管M0、場(chǎng)效應(yīng)管M1、場(chǎng)效應(yīng)管M2組成的電流鏡等比例鏡像電路，所述場(chǎng)效應(yīng)管M0、場(chǎng)效應(yīng)管M1、場(chǎng)效應(yīng)管M2的源極均與地連接，場(chǎng)效應(yīng)管M1、場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極分別與場(chǎng)效應(yīng)管M3、場(chǎng)效應(yīng)管M4的漏極相連，場(chǎng)效應(yīng)管M3、場(chǎng)效應(yīng)管M4組成鏡像電路，電阻R3的一端與場(chǎng)效應(yīng)管M3的源極及功率管MP1的源極相連，電阻R3的另一端與場(chǎng)效應(yīng)管M4的源極及功率管MP2的源極相連。
2、 如權(quán)利要求1所述的限流短路保護(hù)電路，其特征在于還包括電阻R1、電阻R2及 電容C0，電阻R2—端接地，另一端與電阻R1相連，電阻R1的另一端與電容C0—端 相連后共同連接功率管MP1、功率管MP2的漏極，電容C0的另一端接地。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的限流短路保護(hù)電路，其特征在于所述功率管MP2與功率 管MP1的寬長(zhǎng)比為1: N。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的限流短路保護(hù)電路，其特征在于所述場(chǎng)效應(yīng)管M3、場(chǎng)效 應(yīng)管M4鏡像比例為K。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的限流短路保護(hù)電路，其特征在于所述電阻R3是百歐姆級(jí) 別的多晶電阻。
6、 如權(quán)利要求1或2所述的限流短路保護(hù)電路，其特征在于所述場(chǎng)效應(yīng)管MO、場(chǎng)效 應(yīng)管Ml、場(chǎng)效應(yīng)管M2電流鏡等比例鏡像偏置電流為Ibias，偏置電流Ibi肪使場(chǎng)效應(yīng)管 M4柵電壓處于固定值，當(dāng)電路處于正常負(fù)載電流時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管M4處于線性工作區(qū) 當(dāng)負(fù)載電流過(guò)大或短路時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管M4處于飽和工作區(qū)。
7、 如權(quán)利要求1或2所述的限流短路保護(hù)電路，其特征在于還包括場(chǎng)效應(yīng)管MS3、 場(chǎng)效應(yīng)管MS4、場(chǎng)效應(yīng)管MS5和場(chǎng)效應(yīng)管MOC，場(chǎng)效應(yīng)管MS3的源極與地連接，其漏極與場(chǎng)效應(yīng)管MO的柵極相連，場(chǎng)效應(yīng)管MS4的源極與場(chǎng)效應(yīng)管MO的漏極相連，場(chǎng) 效應(yīng)管MS5的源極與場(chǎng)效應(yīng)管MOC的柵極相連,場(chǎng)效應(yīng)管MS5的漏極連接電源VCC, 楊效應(yīng)管MOC的源極連接電源VCC。
8、 如權(quán)利要求7所述的限流短路保護(hù)電路，其特征在于所述場(chǎng)效應(yīng)管MS3到MS5 的柵電壓Vn和Vp由1到3支路產(chǎn)生。
9、 如權(quán)利要求8所述的限流短路保護(hù)電路，其特征在于所述場(chǎng)效應(yīng)管MOC是過(guò)流/ 短路保護(hù)鉗制管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種限流短路保護(hù)電路，包括場(chǎng)效應(yīng)管M0、場(chǎng)效應(yīng)管M1、場(chǎng)效應(yīng)管M2、場(chǎng)效應(yīng)管M3、場(chǎng)效應(yīng)管M4、功率管MP1、功率管MP2及電阻R3，所述場(chǎng)效應(yīng)管M0、場(chǎng)效應(yīng)管M1、場(chǎng)效應(yīng)管M2組成的電流鏡等比例鏡像電路，所述場(chǎng)效應(yīng)管M0、場(chǎng)效應(yīng)管M1、場(chǎng)效應(yīng)管M2的源極均與地連接，場(chǎng)效應(yīng)管M1、場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極分別與場(chǎng)效應(yīng)管M3、場(chǎng)效應(yīng)管M4的漏極相連，場(chǎng)效應(yīng)管M3、場(chǎng)效應(yīng)管M4組成鏡像電路，電阻R3的一端與場(chǎng)效應(yīng)管M3的源極及功率管MP1的源極相連，電阻R3的另一端與場(chǎng)效應(yīng)管M4的源極及功率管MP2的源極相連。該限流短路保護(hù)電路低功耗，適用于電源管理集成電路。
文檔編號(hào)H02H3/08GK101165983SQ200610063149
公開(kāi)日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者佳 余, 軍 劉, 劉堅(jiān)斌 申請(qǐng)人:深圳安凱微電子技術(shù)有限公司