一种可自调整的过流保护电路
阅读说明：本技术 一种可自调整的过流保护电路 (Self-adjustable over-current protection circuit ) 是由 刘玉山 仝刚 张梁堂 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：一种可自调整的过流保护电路包括供电电源,N型场效应管MN1、MN2、MN3、MN4、MN5、MN6,P型场效应管MP1、MP2、MP3、MP4、MP5,电阻R1、R2、R3、R4、寄生电阻Rsen和负载LOAD；所述N型场效应管MN1和MN2为电流镜结构,P型场效应管MP2、MP3、MP4同样为电流镜结构,N型场效应管MN3和MN4接成电流镜结构。R4跨接在P型场效应管MP5和N型场效应管MN5组成的反相器的输入和输出两端,用于设定反相器的直流工作点,使其工作于线性区域,该反相器的输出为OCP过流输出控制信号。本发明专利在芯片应用于高电压条件时,减小芯片过流点,而当芯片应用于低电压条件时,增大芯片的过流点,从而在安全可靠的前提下最大限度的发挥电源管理芯片的性能。(A self-adjustable over-current protection circuit comprises a power supply, N-type field effect transistors MN1, MN2, MN3, MN4, MN5 and MN6, P-type field effect transistors MP1, MP2, MP3, MP4 and MP5, resistors R1, R2, R3 and R4, a parasitic resistor Rsen and a LOAD LOAD; the N-type field effect transistors MN1 and MN2 are in current mirror structures, the P-type field effect transistors MP2, MP3 and MP4 are also in current mirror structures, and the N-type field effect transistors MN3 and MN4 are connected into a current mirror structure. R4 is connected across the input and output ends of the inverter composed of P-type FET MP5 and N-type FET MN5, and is used to set the DC operating point of the inverter to make it work in the linear region, and the output of the inverter is the OCP overcurrent output control signal. When the chip is applied to a high voltage condition, the overcurrent point of the chip is reduced, and when the chip is applied to a low voltage condition, the overcurrent point of the chip is increased, so that the performance of the power management chip is exerted to the maximum extent on the premise of safety and reliability.)
技术领域
本发明涉及一种过流保护电路，特别提供一种可自调整的过流保护电路。
背景技术
过流保护电路是电源管理芯片中常见的保护电路，其功能是当芯片负载出现短路或者过载时，关断芯片的输出，起到保护电源芯片自身和整体系统的安全可靠。
随着电子产品应用的越来越广，电子产品的工作电压范围也越来越宽。而传统的过流保护电路的过流点为一个恒定值，即不管芯片的供电电压，其过流保护的触发电流不变。所以恒定过流值的设定会带来如下两个问题：1、当过流值设置较高时，芯片如果工作于低工作电压条件，芯片能正常响应过流的状况，而当芯片工作在高电压的情况下，由于功耗较大，可能会烧坏芯片；2、当过流值设置较低时，芯片如果工作于高工作电压和低工作电压条件下，芯片均能正常响应过流的状况，但是限制了芯片的电流输出能力。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种可根据芯片供电电压的大小自调整的过流保护电路。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种可自调整的过流保护电路，包括供电电源，N型场效应管MN1、MN2、MN3、MN4、MN5、MN6，P型场效应管MP1、MP2、MP3、MP4、MP5，电阻R1、R2、R3、R4、寄生电阻Rsen和负载LOAD；所述供电电源包括主电源VCC和稳定电源VDD，所述主电源VCC跟随供电电压的变化，所述稳定电源VDD 为从主电源VCC调整后的稳定电源，为芯片内部功能模块供电；所述电阻R1、R2串联于主电源VCC和地线间；所述P型场效应管MP1的栅极连接于电阻R1、R2之间，漏极连接稳定电源VDD，源极连接N型场效应管MN1后接地；所述N型场效应管MN1和MN2接成电流镜结构，所述N型场效应管MN1的栅极与漏极两端相连，所述N型场效应管MN2的漏极连接P型场效应管MP2后接稳定电源VDD；所述P型场效应管MP2、MP3和MP4接成电流镜结构，所述P型场效应管MP2的栅极与源极两端相连，所述P型场效应管MP3的源极连接N型场效应管MN3的漏极；所述N型场效应管MN3和MN4接成电流镜结构，所述N型场效应管MN3的栅极与漏极两端相连，源极连接电阻R3后接地，衬底连接N型场效应管MN4的源极，所述N型场效应管MN4的漏极连接P型场效应管MP4的源极；所述P型场效应管MP5和N型场效应管MN5组成一个反相器，其输入端连接于N型场效应管MN4与P型场效应管MP4之间，输出端输出OCP过流输出控制信号；所述电阻R4跨接在所述反相器的输入和输出两端；所述P型场效应管MP5的漏极与P型场效应管MP2、MP3、MP4的漏极相连，所述N型场效应管MN5的源极接地；所述N型场效应管MN6为输出功率管，其源极通过寄生电阻Rsen接地，同时连接N型场效应管MN4的源极，衬底接地，漏极连接负载LOAD到主电源VCC，栅极连接GATE信号。
本发明的有益效果是：在芯片应用于高电压条件时，减小芯片过流点，而当芯片应用于低电压条件时，增大芯片的过流点，从而在安全可靠的前提下最大限度的发挥电源管理芯片的性能。
附图说明
图1为本发明结构示意图；图2为本发明电压和电流关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。
如图1所示：一种可自调整的过流保护电路，包括供电电源，N型场效应管MN1、MN2、MN3、MN4、MN5、MN6，P型场效应管MP1、MP2、MP3、MP4、MP5，电阻R1、R2、R3、R4、寄生电阻Rsen和负载LOAD；所述供电电源包括主电源VCC和稳定电源VDD，所述主电源VCC跟随供电电压的变化，所述稳定电源VDD 为从主电源VCC调整后的稳定电源，为芯片内部功能模块供电；所述电阻R1、R2串联于主电源VCC和地线间；所述P型场效应管MP1的栅极连接于电阻R1、R2之间，漏极连接稳定电源VDD，源极连接N型场效应管MN1后接地；所述N型场效应管MN1和MN2接成电流镜结构，所述N型场效应管MN1的栅极与漏极两端相连，所述N型场效应管MN2的漏极连接P型场效应管MP2后接稳定电源VDD；所述P型场效应管MP2、MP3和MP4接成电流镜结构，所述P型场效应管MP2的栅极与源极两端相连，所述P型场效应管MP3的源极连接N型场效应管MN3的漏极；所述N型场效应管MN3和MN4接成电流镜结构，所述N型场效应管MN3的栅极与漏极两端相连，源极连接电阻R3后接地，衬底连接N型场效应管MN4的源极，所述N型场效应管MN4的漏极连接P型场效应管MP4的源极；所述P型场效应管MP5和N型场效应管MN5组成一个反相器，其输入端连接于N型场效应管MN4与P型场效应管MP4之间，输出端输出OCP过流输出控制信号；所述电阻R4跨接在所述反相器的输入和输出两端；所述P型场效应管MP5的漏极与P型场效应管MP2、MP3、MP4的漏极相连，所述N型场效应管MN5的源极接地；所述N型场效应管MN6为输出功率管，其源极通过寄生电阻Rsen接地，同时连接N型场效应管MN4的源极，衬底接地，漏极连接负载LOAD到主电源VCC，栅极连接GATE信号。
所述电阻R1和R2连接成串联形式，对主电源VCC电压进行采样，R1>>R2，P型场效应管MP1的栅极电压较小，为VCC*R2/(R1+R2)，因此当满足|VDSMP1|<<2(|VGSMP1|-|VTHP|)条件时，P型场效应管MP1工作于深线性区，其漏极电流IDMP1特性趋向于跟|VGSMP1|电压呈线性的特点：
IDMP1≈up*Cox*(W/L)*(|VGSMP1|-|VTHP|)*|VDSMP1| …………………………………（1）
其中up为P型场效应管中的载流子迁移率，Cox为单位面积栅氧化层电容，W和L为P型场效应管的栅极宽和长，|VGSMP1|为P型场效应管MP1的栅源电压绝对值，|VTHP|为P型场效应管的阈值电压绝对值，|VDSMP1|为P型场效应管MP1的源漏电源绝对值。|VDSMP1|接近为恒定值，因此P型场效应管的漏电流IDMP1大小跟其栅源电压|VGSMP1|成近似线性关系。
所述N型场效应管MN1和MN2为电流镜结构，P型场效应管MP2、MP3、MP4同样为电流镜结构，N型场效应管MN3和MN4接成电流镜结构，其中N型场效应管MN3的源极接电阻R3，衬底接N型场效应管MN4的源极。R4跨接在P型场效应管MP5和N型场效应管MN5组成的反相器的输入和输出两端，用于设定反相器的直流工作点，使其工作于线性区域，该反相器的输出为OCP过流输出控制信号。N型场效应管MN6为输出功率管，其栅极受GATE信号控制开启或者关闭，源极接寄生电阻Rsen到地，漏极接负载LOAD到主电源VCC。
在实际芯片应用中，输出N型场效应管MN6流过电流很大，一般达到几个安培，因此输出功率管MN6源极到GND的寄生电阻（一般集成电路中采用金属顶层电阻）即Rsen不可忽略，芯片从该寄生电阻Rsen抽取电压（该电压能一定程度上反应功率管电流），送入N型场效应管MN4的源极，与N型场效应管MN3的源极电流在电阻R3上的压降进行比较，通过P型场效应管MP5和N型场效应管MN5组成的反相器得到OCP控制信号。当输出功率管MN6的漏极电流和寄生电阻Rsen的乘积小于N型场效应管MN3漏极电流和电阻R3的乘积时，即：
IDMN6*Rsen < IDMN3*R3 ………………………………………………………………（2）
该OCP控制信号输出为高电平，判定芯片的输出状态正常；当输出功率管MN6的漏极电流和寄生电阻Rsen的乘积大于N型场效应管MN3漏极电流和电阻R3的乘积时，即：
IDMN6*Rsen > IDMN3*R3 ………………………………………………………………（3）
该OCP控制信号输出为低电平，判定芯片的输出发生过流，该OCP控制信号通过芯片内部其他逻辑部分电路的处理，关断输出功率管MN6，确保芯片和负载的安全。
以下说明过流保护电路电压和电流关系示意，如图2所示：主电源VCC为芯片主电源，随不同的芯片应用，供电电压不同。稳定电源VDD为从主电源VCC调整后的稳定电源，一般情况下为一恒定电压，为芯片内部功能模块供电。IMP3为P型场效应管MP3的源漏电流，其值和P型场效应管MP1的源漏电流为比例关系，且该值等于N型场效应管MN3的源漏电流，反应了主电源VCC供电电压的变化。在稳定电源VDD稳定的条件下，随着主电源VCC电源电压的增大，IMP3电流减小，N型场效应管MN3的源漏电流也减小，通过N型场效应管MN6的漏极电流和寄生电阻Rsen的乘积小于N型场效应管MN3漏极电流和电阻R3的乘积关系，可以得出整体芯片的过流保护点也随着IMP3成比例变化，如图2所示。因此当主电源VCC电源电压升高时，整体芯片的过流保护点Ilimit降低；而当主电源VCC电源电压降低时，整体芯片的过流保护点Ilimit升高，从而实现了芯片随供电电压的大小自调整过流保护点的功能。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
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