[发明专利]一种过流保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及功率集成电路设计技术，尤其涉及一种宽输入范围高压集成过流保护电路。

背景技术

随着家电、便携电子设备的迅猛发展，使得电源管理芯片成为集成电路的大宗产品。该类芯片中内部集成或需要外部连接功率管，通常为横向双扩散金属氧化物半导体功率管，简称为LDMOS管。实际应用中LDMOS管通常需要直接和高压相连并通过大电流，因此如何保证芯片和LDMOS管的安全工作是芯片设计的重点之一。尤其是中大功率应用领域，如果电源管理芯片在过流的情况下缺乏保护，很容易造成电源的损坏甚至爆炸，这样轻则器件损坏烧毁芯片，重则危及人生安全。此外，过流保护还可以提高芯片的可靠性与稳定性。

在芯片设计中，过流保护通常是通过检测功率管的过流电流（超过设定值的电流），向逻辑控制单元输入触发信号，由逻辑控制单元控制功率管关断。一般采取如下两种方案：（一）在LDMOS管源极到地之间串联一个电阻，通过检测电阻上的压降来检测流过功率LDMOS管的电流；（二）通过检测电路监控LDMOS管的漏端电压来直接检测流过功率LDMOS管的电流。这两种方案都容易受到功率管开启瞬间尖峰电流的影响，容易产生误动作。前一种方案还有以下缺点：（1）由于工艺存在离散性，电阻值很难做到精确（误差在20%左右）；（2）源极串入电阻后，使原本导通电阻很大的LDMOS管的管压降进一步增大，功率处理能力变弱；（3）电阻上流过大电流，造成能量损耗，降低了开关电源系统的转换效率。第二种方案中不需要采样电阻，直接检测LDMOS管的漏极电压，但应用环境受到限制。如Buck（降压式DC-DC转换器）电路中，LDMOS管漏极电压随输入电压变化而变化，且可能为高压。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术的过流保护电路的缺点，提供一种过流保护电路，提高过流保护电路的性能。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，一种过流保护电路，包括电流采样电路、参考电压产生电路、电压比较器和逻辑控制单元，其中：

所述电流采样电路用于对流经功率管的电流进行采样，并将采样电流转换为采样电压输入电压比较器；

所述参考电压产生电路用于产生预设的参考电压，为电压比较器提供比较的基准电压；

所述电压比较器与逻辑控制单元连接，用于当逻辑控制单元输出的栅控制信号使功率管开启时，对所述采样电压和参考电压进行比较，经过延时处理后在采样电压大于参考电压时，向逻辑控制单元输出过流指示信号；

所述逻辑控制单元，用于产生启动电压比较器的启动信号，并根据过流指示信号输出控制功率管开关的栅控制信号，当栅控制信号控制功率管开启则电压比较器启动进入工作状态，当栅控制信号控制功率管关断则电压比较器关闭退出工作状态。

本发明的技术方案中，电压比较器具有延时处理能力，可以避开尖峰电流的影响，提高过流采集数据的可靠性，避免产生误动作。

具体的，所述功率管与过流保护电路集成在同一芯片中。

这种方案是适合单片电源管理芯片的一种方案，过流保护电路与功率管集成在同一芯片中，电路参数兼容性指标容易得到满足，电路性能更有保障。

进一步的，所述电流采样电路通过采集所述功率管的镜像电流得到采样电压。

本方案的电流采样电路可以通过一个小功率管镜像主功率管电流再串联一个小电阻来实现。

或者，所述过流保护电路为单片集成电路，所述功率管为外置器件，通过外部线路与所述过流保护电路和逻辑控制单元连接。

这种结构形式可以采用功率更大的功率管或组合功率管，有利于提高电源系统的功率。分离配置的功率管也更方便散热。

进一步的，所述电压比较器包括第一比较器、第二比较器和延时电路，其中：

所述第一比较器用于当逻辑控制单元输出的信号开启功率管时，对所述采样电压和参考电压进行比较，得到第一级指示信号；

所述第二比较器根据延时电路输出的延时信号，对第一级指示信号进行处理，输出过流指示信号；

所述延时电路用于功率管开启时，延时第二比较器的工作，避免功率管开启瞬间的尖峰电流对过流保护电路的影响。

电压比较器采用两级结构的方案，第一比较器实时检测功率管电流，第二比较器经过一定延时后才对检测数据进行处理，既能够保证电流检测的实时性，又能够避免功率管导通瞬间尖峰电流的干扰。

具体的，所述过流指示信号为数字信号。

采用数字信号输出，可以提高信号的抗干扰能力，也便于与逻辑控制单元兼容。