[发明专利]一种具有内部限流电路的电源开关

说明书

技术领域：

本发明广泛地涉及功率电路，特别是采用控制电路来限制电源开关中的电流，更具体地说，本发明涉及一个高侧开关的限流和防止开关短路。 

背景技术：

在集成电路中，控制电路经常与电源电路集成在一起，用于防止开关元件上有过大的电流，电压，温度等。两个传统的限流电路是“经典”功率MOS电路和电流镜电路。 

参照图1，“经典”功率MOS电路10有一个MOS场效应管12，一个电流检测电阻（R_S），一个具有固定增益（A_I）的放大器16，一个比较器（18），一个低通滤波器20和一个触发器22，如图所示。 

由于开关电路10位于负载24下方，接地端26上方，所以经典电路10是一个“低侧”电源开关。R_S承载整个负载电流I_L和感应电流。R_S通常有一个小型的检测电阻，以尽量减少R_S整个检测电阻的功率消耗。电压由放大器16放大，并输入到比较器18，以便它和参考电压V_CL进行比较。V_CL是限流电压，它在知道R_S的电阻时被选中，以对应特定的限流阈值，这样，当R_S两端的电压大于或等于V_CL时，限流电路10切断即将流进场效应管12的电流。当R_S两端的电压大于或等于V_CL时，比较器18输出一个信号34，触发器22与之响应。在本例中，触发器22是一个Q触发器。因此，如果比较器18的输出信号为高电平，则Q的输出为低电平，反相器36反转关断场效应管开关12的Q。 

开关12输出的信号由低通滤波器20在扩增前过滤，以过滤掉任何虚假的电流峰值，该峰值在来自负载24的二极管（图中未示出）是反向偏置时出现。该二极管不会在瞬间关闭，因此虚假电流峰值产生，就像是最初二极管运行成短路一样。如果峰值信号不被过滤，那么，比较器18可能输出不正确的比较结果。 

因为电路图1的构造简单，所以它有几个缺点：R_S上有大量的功率消耗；在内部完全限流的电路上，R_S的温度系数T_C需要加以说明，因为R_S的电阻随温度的变化而变化；一个低通滤波器20或同类设备是必要的，以防止虚假限制在外部钳位二极管的恢复时间内触发。 

此外，由于传统的二极管的反向恢复时间通常覆盖一个超过一个数量级（例如，25纳秒至350纳秒）的范围内，在电流模式操作下，可达到的最小脉冲宽度是有限的，以适应二极管恢复时间差。（二极管）恢复的时间越长，开着的可 控最小持续时间就越受限制。因此，电路10被减缓，因为脉冲宽度必须足够大以容纳二极管的恢复时间，因此，电路不能很好地适用于高速电路。 

参照图如图2所示，传统感应场效应管或电流镜电路50具有平行的两个MOS场效应管52和53，如图所示。第一MOS场效应管52叫做功率场效应管（电源开关），因为它大于所述第二MOS场效应管53，即感应场效应管。 

场效应管52，53具有相同的特性，因为它们是在相同的硅晶片上制造的。由于开关电路在负载64下方，接地端66上方，则电流镜电路50是一个低侧电源开关。与经典电路10不同的是，电流镜电路50不测量通过电源开关52的电流。相反，负载电流I_L在较低的水平被镜像通过感应场效应管53。感应场效应管53上的电流I_S远小于感应场效应管52中的电流I_P。然而，由于两个场效应管52，53具有基本相同的特性，所以这些设备是彼此成比例的。如果感应场效应管中的电流I_S已知,则在功率场效应管52中的电流I_P就可以确定了，因为这两个电流I_P，I_S是彼此相关的。使用感应场效应管53降低了R_S消耗的功率量，因为，虽然感应场效应管53模拟功率场效应管的电流I_P，但是在电流的大小大幅度小于功率场效应管的电流I_P时（例如，I_S是I_P的0.05％），它这样做。因此，R_S只承载大约负载64的总功率的1/10000至1/2000。这是因为在感应场效应管53明显小于功率场效应管52。