專利名稱:過(guò)電流保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及到一種過(guò)電流保護(hù)電路,尤其涉及到一種分割了輸出 部和電流檢測(cè)部的構(gòu)造的過(guò)電流保護(hù)電路。
背景技術(shù):
電子裝置中通常內(nèi)置直流穩(wěn)定電源電路(調(diào)壓電路)。電源電路 中大多內(nèi)置有過(guò)電流保護(hù)電路,用于檢測(cè)出過(guò)電流狀態(tài)或輸出短路狀 態(tài),保護(hù)電源電路不被熱破壞等。輸入到電源電路的電壓由使用的配 件的耐壓限制上限,下限受到電源電路的工作電壓的限制。在可工作 的輸入電壓的任一范圍內(nèi)均檢測(cè)到一定電平以上的電流時(shí),需要限制 輸出的過(guò)電流保護(hù)功能。專利文獻(xiàn)1公開(kāi)了具有這種過(guò)電流保護(hù)功能的調(diào)壓電路。該調(diào)壓 電路如圖8所示,由以下構(gòu)成運(yùn)算放大器102;調(diào)壓輸入端子IOI, 向運(yùn)算放大器102的非反轉(zhuǎn)(+ )輸入端子輸入帶隙標(biāo)準(zhǔn)電壓;柵極 連接到運(yùn)算放大器102的反轉(zhuǎn)(一)輸入端子的PchMOS晶體管 PM0S3;與GND之間連接的電阻R102及與輸出端子103之間連接的 電阻R101;柵極連接到運(yùn)算放大器102的輸出端子的PchMOS晶體管 PM0S1、 PMOS2;連接到PchMOS晶體管PMOS2的漏極的輸出端子 103;源極連接到PchMOS晶體管PMOS1的漏極的PchMOS晶體管 PMOS3;柵極連接到PchMOS晶體管PMOS3的漏極的NchMOS晶體 管NMOS及GND之間連接的電阻R103;柵極和漏極分別連接到 NchMOS晶體管NMOS的漏極和PchMOS晶體管PMOS1的柵極的 PchMOS晶體管PMOS4;連接在NchMOS晶體管NMOS的漏極和電 源之間的電阻R104。根據(jù)這種調(diào)壓電路,當(dāng)輸出電流為關(guān)斷(shutdown)設(shè)定值時(shí), NchMOS晶體管NMOS通電,PchMOS晶體管PMOS4通電。因此, PchMOS晶體管PMOS2的柵極電壓上升到電源電壓電平,輸出電流被 切斷,實(shí)現(xiàn)了過(guò)電流保護(hù)功能。并且,如PMOS1和PMOS2這樣設(shè)置 多個(gè)輸出部的晶體管,分割輸出部和電流檢測(cè)部,從而盡量減少來(lái)自 電源電壓的電壓下降,因此可進(jìn)行低電源電壓工作。進(jìn)一步,通過(guò)在 電流檢測(cè)部中使用電阻,可以與輸出電流無(wú)直接關(guān)系地任意設(shè)定電阻 值。專利文獻(xiàn)l:日本特開(kāi)2001-306163號(hào)公報(bào) 發(fā)明內(nèi)容但是,圖8的調(diào)壓電路的構(gòu)成是通過(guò)NchMOS晶體管NMOS的閾 值檢測(cè)過(guò)電流。MOS晶體管的閾值存在個(gè)體差異(各產(chǎn)品之間的差異) 引起的波動(dòng),還存在溫度產(chǎn)生的變動(dòng)。因此,關(guān)斷設(shè)定值(過(guò)電流的 檢測(cè)值)可能會(huì)因個(gè)體差異和溫度而變動(dòng)。并且,因通過(guò)NchMOS晶體管NMOS的閾值檢測(cè)過(guò)電流,即使在 輸出為短路的狀態(tài)下,相當(dāng)于過(guò)電流的檢測(cè)值的電流繼續(xù)流動(dòng)。因此, 作為具有調(diào)壓電路的裝置的保護(hù)功能,未必能充分發(fā)揮。本發(fā)明的一個(gè)方面涉及的過(guò)電路保護(hù)電路具有輸出端子,輸出 負(fù)荷電流;第1M0S晶體管,源極與第1電源線連接,漏極連接到輸 出端子;第2MOS晶體管,源極及柵極分別連接到第1M0S晶體管的 源極及柵極,與第1M0S晶體管為同一導(dǎo)電型;第1及第2電阻元件, 在輸出端子和第2電源線之間串聯(lián)連接;第3電阻元件,連接在第2MOS 晶體管的漏極和第2電源線之間;放大器,根據(jù)第1及第2電阻元件 的連接點(diǎn)的電位和基準(zhǔn)電位的差,控制第1及第2MOS晶體管,進(jìn)行 控制,使輸出端子的輸出電位恒定,其中具有第1比較器,將第3 電阻元件兩端之間的第1電位差與第1及第2電阻元件的連接點(diǎn)和第2電源線之間的第2電位差進(jìn)行比較,當(dāng)?shù)?電阻元件的兩端之間的第1電位差的絕對(duì)值大于第1及第2電阻元件的連接點(diǎn)和第2電源線之間 的第2電位差的絕對(duì)值時(shí),控制第1M0S晶體管,以限制負(fù)荷電流的 值,第1比較器中,差動(dòng)放大輸入級(jí)中的MOS晶體管由與第1M0S晶 體管相反的導(dǎo)電型構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明,通過(guò)將和輸出端子的電位對(duì)應(yīng)的電位與過(guò)電流檢測(cè) 用的電阻元件的電位進(jìn)行比較來(lái)進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)。因此,基本不存在 過(guò)電流的檢測(cè)值由于個(gè)體差異及溫度引起的變動(dòng),即使在輸出短路的 狀態(tài)下也不會(huì)有相當(dāng)于過(guò)電流的檢測(cè)值的電流繼續(xù)流動(dòng)。因此,可進(jìn) 行穩(wěn)定的過(guò)電流保護(hù)。
圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例涉及的過(guò)電流保護(hù)電路的構(gòu)成的 框圖。圖2是第1比較器的電路圖。 圖3是表示"7"字特性的圖。圖4是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例涉及的過(guò)電流保護(hù)電路的構(gòu)成的 框圖。圖5是第2比較器的電路圖。圖6是合成了第1及第2比較器的比較器的電路圖。 圖7是表示本發(fā)明的第3實(shí)施例涉及的過(guò)電流保護(hù)電路的構(gòu)成的 框圖。圖8是現(xiàn)有的過(guò)電流保護(hù)電路的電路圖。
具體實(shí)施方式
還可以具有第2比較器,將上述第3電阻元件兩端之間的第1電 位差和上述第1及第2電阻元件的連接點(diǎn)與上述第2電源線之間的第2 電位差進(jìn)行比較,當(dāng)上述第1電位差的絕對(duì)值大于上述第2電位差的 絕對(duì)值時(shí),控制上述第1M0S晶體管,以限制上述負(fù)荷電流的值,上述第2比較器中,差動(dòng)放大輸入級(jí)中的MOS晶體管由與上述第IMOS 晶體管相同的導(dǎo)電型構(gòu)成。還可以具有第4電阻元件,插入到上述第2MOS晶體管的漏極和 上述第3電阻元件之間,上述第2比較器替代輸入上述第1電位差, 而輸入上述第2MOS晶體管的漏極和上述第2電源線之間的電位差。本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的過(guò)電流保護(hù)電路具有輸出端子(圖1 的Vout),輸出負(fù)荷電流;第1M0S晶體管(圖1的P1),源極與第1電源線(圖1的Vdd涉及的布線)連接,漏極連接到輸出端子;第 2MOS晶體管(圖1的P2),源極及柵極分別連接到第1MOS晶體管 的源極及柵極,與第1MOS晶體管為同一導(dǎo)電型;第1及第2電阻元 件(圖1的R1、R2),在輸出端子和第2電源線之間串聯(lián)連接;第3 電阻元件(圖1的R3),連接在第2MOS晶體管的漏極和第2電源線 (圖1的GND涉及的布線)之間;放大器(圖1的Amp),根據(jù)第1 及第2電阻元件的連接點(diǎn)的電位和基準(zhǔn)電位的差,控制第1及第2MOS 晶體管,進(jìn)行控制,使輸出端子的輸出電位恒定。并且,具有第1比 較器(圖1的Cmpl),將第3電阻元件兩端之間的第1電位差、和第 1及第2電阻元件的連接點(diǎn)和第2電源線之間的第2電位差進(jìn)行比較, 當(dāng)?shù)?電阻元件的兩端之間的電位差的絕對(duì)值大于第1及第2電阻元 件的連接點(diǎn)和第2電源線之間的電位差的絕對(duì)值時(shí),控制第1MOS晶 體管,以限制負(fù)荷電流的值,第1比較器中,差動(dòng)放大輸入級(jí)中的MOS 晶體管由與第1MOS晶體管相反的導(dǎo)電型構(gòu)成。在本發(fā)明的過(guò)電流保護(hù)電路中優(yōu)選還具有第2比較器(圖4的 Cmp2),將第3電阻元件兩端之間的電位差和第1及第2電阻元件的 連接點(diǎn)與第2電源線之間的電位差進(jìn)行比較,當(dāng)?shù)?電阻元件兩端之 間的電位差的絕對(duì)值大于第1及第2電阻元件的連接點(diǎn)與第2電源線 之間的電位差的絕對(duì)值時(shí),控制第1MOS晶體管,以限制負(fù)荷電流的 值,第2比較器中,差動(dòng)放大輸入級(jí)中的MOS晶體管由與第1MOS晶體管相同的導(dǎo)電型構(gòu)成。在本發(fā)明的過(guò)電流保護(hù)電路中,可還具有第4電阻元件(圖7的R5),插入到第2MOS晶體管的漏極和第3電阻元件之間,第2比較 器替代輸入第3電阻元件兩端之間的電位差,而輸入第2MOS晶體管 的漏極和第2電源線之間的電位差。以下參照附圖詳細(xì)說(shuō)明實(shí)施例。(實(shí)施例1)圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例涉及的過(guò)電流保護(hù)電路的構(gòu)成的 框圖。在圖1中,過(guò)電流保護(hù)電路具有基準(zhǔn)電壓發(fā)生器Ref、放大器 (運(yùn)算放大器)Amp、比較器Cmpl、 Nch晶體管Nl、 Pch晶體管Pl、 P2、電阻元件R1、 R2、 R3、 R4、電源端子Vdd、接地端子GND、輸 出端子Vout?;鶞?zhǔn)電壓發(fā)生器Ref使電源端子Vdd的電壓降壓,產(chǎn)生帶隙標(biāo)準(zhǔn) 電壓等基準(zhǔn)電壓,施加到放大器Amp的非反轉(zhuǎn)端子(+ )。放大器 Amp將基準(zhǔn)電壓與電阻元件Rl、 R2的連接點(diǎn)的電壓的差分放大,將 放大的電壓輸出到Nch晶體管Nl的柵極。比較器Cmpl將電阻元件 Rl、 R2的連接點(diǎn)的電壓與Pch晶體管P2的漏極及電阻元件R3的一端 的連接點(diǎn)的電壓進(jìn)行比較,根據(jù)比較結(jié)果將Nch晶體管Nl的柵極電位 降低到接地電位。Nch晶體管Nl將源極接地,將漏極通過(guò)電阻元件 R4與電源端子Vdd連接,并連接到Pch晶體管Pl、 P2各自的柵極。 Pch晶體管Pl使源極連接到電源端子Vdd,漏極連接到輸出端子Vout 和電阻元件R1的一端。電阻元件R1的另一端連接到一端接地的電阻 元件R2的另一端、放大器Amp的反轉(zhuǎn)端子(—)及比較器Cmpl的 非反轉(zhuǎn)端子(+ ) 。 Pch晶體管P2將源極連接到電源端子Vdd,漏極 連接到一端接地的電阻元件R2的另一端、及比較器Cmpl的反轉(zhuǎn)端子圖2是比較器Cmpl的電路圖。在圖2中,比較器Cmpl具有Nch 晶體管N21、 N22、 N23、 N24、 N31、 N32、 Pch晶體管P21、 P22、電 流源Is。 Nch晶體管N21、 N22構(gòu)成電流反射鏡,將和電流源Is對(duì)應(yīng) 的恒定電流作為構(gòu)成差動(dòng)對(duì)的Nch晶體管N23、 N24的電流源提供。 Ncli晶體管N23、N24各自的柵極作為比較器Cmpl中的非反轉(zhuǎn)端子IN +及反轉(zhuǎn)端子IN—作用。Nch晶體管N24的漏極連接到構(gòu)成電流反射 鏡的Pch晶體管P21、 P22, Pch晶體管P22的漏極連接到構(gòu)成電流反 射鏡的Nch晶體管N31 、N32。Nch晶體管N32的漏極作為比較器Cmpl 的輸出端子OUT作用。在上述構(gòu)造的過(guò)電流保護(hù)電路中,放大器Amp的非反轉(zhuǎn)端子(+ ) 和反轉(zhuǎn)端子(一)進(jìn)行工作,變?yōu)橥娢?虛短路)。因此,電阻元 件R1、 R2的連接點(diǎn)的電壓變?yōu)榛鶞?zhǔn)電壓,輸出端子Vout的電壓相對(duì) 于基準(zhǔn)電壓變?yōu)?Rl+R2) /R2倍的電壓。該電壓從Pch晶體管Pl的 漏極通過(guò)輸出端子Vout輸出到外部。Pch晶體管Pl、 P2中,柵極及源極共同連接,流過(guò)的電流比是恒 定的。S卩,流過(guò)Pch晶體管P2的電流和流過(guò)Pch晶體管Pl的輸出電 流成比例,Pch晶體管P2作為輸出電流檢測(cè)用的晶體管作用。流過(guò)Pch 晶體管P2的電流通過(guò)電阻元件R3流向接地,使Pch晶體管P2的漏極 中產(chǎn)生輸出電流檢測(cè)用電壓。當(dāng)輸出電流的值小于過(guò)電流的檢測(cè)值時(shí),Pch晶體管P2的漏極、 即比較器Cmpl的反轉(zhuǎn)端子(一)的電壓小于電阻元件R1、 R2的連接 點(diǎn)、即比較器Cmpl的非反轉(zhuǎn)端子(+ )的電壓。這種情況下,比較器 Cmpl的輸出中,Nch晶體管N32截止,對(duì)Nch晶體管Nl的柵極的電 位不產(chǎn)生影響。另一方面,當(dāng)輸出電流的值大于過(guò)電流的檢測(cè)值時(shí),即比較器Cmpl的反轉(zhuǎn)端子(一)的電壓大于比較器Cmpl的非反轉(zhuǎn)端子(+ ) 的電壓時(shí),Nch晶體管N32導(dǎo)通,將Nch晶體管Nl的柵極電位降低 到接地電位。通過(guò)降低Nch晶體管Nl的柵極電位,流過(guò)Nch晶體管 Nl的電流減少,Pch晶體管Pl、 P2的柵極電位上升,限制了流過(guò)Pch 晶體管Pl、 P2的電流。進(jìn)一步,當(dāng)輸出端子Vout變?yōu)槎搪窢顟B(tài)時(shí),電阻元件R1、 R2的 連接點(diǎn)的電壓下降,比較器Cmpl的反轉(zhuǎn)端子(一)的電壓為較低的值, 即在較小的過(guò)電流的檢測(cè)值下,也可限制過(guò)電流。其結(jié)果是,作為輸 出的電壓電流特性,形成如圖3所示的所謂"7"字特性。根據(jù)上述工作的過(guò)電流保護(hù)電路,過(guò)電流的檢測(cè)值由于基準(zhǔn)電壓 而保持恒定。因此,基本上不產(chǎn)生過(guò)電流的檢測(cè)值由于個(gè)體差異及溫 度引起的變動(dòng),在輸出短路的狀態(tài)下,相當(dāng)于過(guò)電流的檢測(cè)值的電流 也不會(huì)流動(dòng)。并且,電源電壓變?yōu)榈蛪簳r(shí),因比較器Cmpl中的差動(dòng)輸入級(jí)由 Nch晶體管構(gòu)成,所以柵極一源極間電壓基本在恒定的水平工作。因此, 當(dāng)較大的輸出電流流過(guò)時(shí),過(guò)電流保護(hù)電路正常工作。即,在Nch晶 體管構(gòu)成的差動(dòng)輸入級(jí)中,同樣向柵極輸入回饋電壓。但是,即使源 極接近接地電位、電源電壓降低,對(duì)工作產(chǎn)生影響的柵極一源極間電 壓也是恒定的。其結(jié)果是,作為保護(hù)電路不會(huì)受到較大影響,可正常 工作。(實(shí)施例2)圖4是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例涉及的過(guò)電流保護(hù)電路的構(gòu)造的 框圖。在圖4中,和圖1相同的標(biāo)號(hào)表示同一部件,省略其說(shuō)明。圖4 所示的過(guò)電流保護(hù)電路相對(duì)于圖1新追加了過(guò)電流檢測(cè)用的比較器 Cmp2。比較器Cmp2的非反轉(zhuǎn)端子(+ )、反轉(zhuǎn)端子(一)、輸出端 子分別連接到比較器Cmpl的非反轉(zhuǎn)端子(+ )、反轉(zhuǎn)端子(一)、輸出端子。并且,比較器Cmp2中,差動(dòng)輸入用晶體管由Pch晶體管構(gòu)成。圖5是比較器Cmp2的電路圖。在圖5中,比較器Cmp2具有Nch 晶體管N21a、 N12、 N31a、 N32a、 Pch晶體管Pll、 P12、 P13、 P14、 電流源Is。 Nch晶體管N21a、 N12構(gòu)成電流反射鏡,將和電流源Is對(duì) 應(yīng)的恒定電流流向構(gòu)成電流反射鏡的Pch晶體管Pll、 P12。構(gòu)成電流 反射鏡的Pch晶體管Pll、 P12返回該電流,作為構(gòu)成差動(dòng)對(duì)的Pch晶 體管P13、 P14的電流源提供。Pch晶體管P13、 P14各自的柵極作為 比較器Cmp2的反轉(zhuǎn)端子IN —及非反轉(zhuǎn)端子IN +作用。Pch晶體管P14 的漏極連接到構(gòu)成電流反射鏡的Nch晶體管N31a、 N32a。 Nch晶體管 N32a的漏極作為比較器Cmp2的輸出端子OUT作用。圖6是合成了比較器Cmpl、 Cmp2的比較器的電路圖。通過(guò)兼用 圖2所示的比較器Cmpl和圖5所示的比較器Cmp2中的共同部分,可 簡(jiǎn)化電路。即,共用圖2及圖5的電流源Is,可將圖2的Nch晶體管 N21和圖5的Nch晶體管N21a作為Nch晶體管N21b共用。并且,可 將構(gòu)成圖2的電流反射鏡的Nch晶體管N31、 N32、及構(gòu)成圖5的電流 反射鏡的Nch晶體管N31a、 N32a作為構(gòu)成電流反射鏡的Nch晶體管 N31b、 N32b共用。上述構(gòu)造的過(guò)電流保護(hù)電路和實(shí)施例1中的過(guò)電流保護(hù)電路同樣 工作。進(jìn)一步,通過(guò)將Nch晶體管的差動(dòng)輸入的比較器Cmpl和Pch 晶體管的差動(dòng)輸入的比較器Cmp2兩者作為過(guò)電流保護(hù)電路,電源電壓 從高壓到低壓均可更穩(wěn)定地工作。(實(shí)施例3)圖7是表示本發(fā)明的第3實(shí)施例涉及的過(guò)電流保護(hù)電路的構(gòu)造的 框圖。在圖7中,和圖4相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件,省略其說(shuō)明。 圖7所示的過(guò)電流保護(hù)電路相對(duì)于圖4,在Pch晶體管P2的漏極和電 阻元件R3的另一端之間插入了電阻元件R5。并且,Pch晶體管P2的漏極和電阻元件R5的連接點(diǎn)連接到比較器Cmp2的反轉(zhuǎn)端子(—)。根據(jù)這種構(gòu)造的過(guò)電流保護(hù)電路,可分別設(shè)定比較器Cmpl、Cmp2 各自的過(guò)電流檢測(cè)值(過(guò)電流保護(hù)檢測(cè)點(diǎn))。因此,通過(guò)適當(dāng)設(shè)定過(guò) 電流限制點(diǎn)可增加設(shè)計(jì)的自由度。例如,可改變作為輸出的電壓電流 特性的"7"字特性的電流限制區(qū)域的特性的形狀。以上對(duì)本發(fā)明參照實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明,但本發(fā)明不限于上述實(shí)施 例,當(dāng)然包括在本申請(qǐng)權(quán)利要求范圍內(nèi)本領(lǐng)域技術(shù)人員可獲得的各種 變形、修正。
權(quán)利要求
1.一種過(guò)電流保護(hù)電路,具有輸出端子,輸出負(fù)荷電流;第1MOS晶體管,源極與第1電源線連接,漏極連接到輸出端子;第2MOS晶體管,源極及柵極分別連接到上述第1MOS晶體管的源極及柵極,與上述第1MOS晶體管為同一導(dǎo)電型;第1及第2電阻元件,在上述輸出端子和第2電源線之間串聯(lián)連接;第3電阻元件,連接在上述第2MOS晶體管的漏極和上述第2電源線之間;放大器,根據(jù)上述第1及第2電阻元件的連接點(diǎn)的電位和基準(zhǔn)電位的差,控制上述第1及第2MOS晶體管,使上述輸出端子的輸出電位恒定地進(jìn)行控制,該過(guò)電流保護(hù)電路的特征在于具有第1比較器,將上述第3電阻元件兩端之間的第1電位差與上述第1及第2電阻元件的連接點(diǎn)和上述第2電源線之間的第2電位差進(jìn)行比較,當(dāng)上述第1電位差的絕對(duì)值大于上述第2電位差的絕對(duì)值時(shí),控制上述第1MOS晶體管,以限制負(fù)荷電流的值,上述第1比較器中,差動(dòng)放大輸入級(jí)中的MOS晶體管由與上述第1MOS晶體管相反的導(dǎo)電型構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)電流保護(hù)電路,其特征在于, 還具有第2比較器,比較上述第1電位差和上述第2電位差,當(dāng)上述第1電位差的絕對(duì)值大于上述第2電位差的絕對(duì)值時(shí),控制上述 第1MOS晶體管,以限制上述負(fù)荷電流的值,上述第2比較器中,差動(dòng)放大輸入級(jí)中的MOS晶體管由與上述第 1MOS晶體管相同的導(dǎo)電型構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的過(guò)電流保護(hù)電路,其特征在于,還具有第4電阻元件,插入到上述第2MOS晶體管的漏極和上述 第3電阻元件之間,上述第2比較器替代輸入上述第1電位差,而輸入上述第2MOS 晶體管的漏極和上述第2電源線之間的電位差。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種過(guò)電流保護(hù)電路,本發(fā)明的課題在于進(jìn)行穩(wěn)定的過(guò)電流保護(hù),具有Pch晶體管(以下簡(jiǎn)稱為PTr)P1,源極與電源線連接,漏極與輸出負(fù)荷電流的輸出端子Vout連接;PTrP2,源極及柵極分別與PTrP1的源極及柵極連接;電阻元件R1、R2,在輸出端子Vout和接地之間串聯(lián)連接;電阻元件R3,連接在PTrP2的漏極和接地之間;放大器Amp,根據(jù)電阻元件R1、R2的連接點(diǎn)的電位和基準(zhǔn)電位的差,控制PTrP1、P2,使輸出端子Vout的輸出電位恒定地進(jìn)行控制;其中,比較器Cmp1中,差動(dòng)放大輸入級(jí)由Nch晶體管構(gòu)成,將電阻元件R3的兩端之間的電位差與電阻元件R1、R2的連接點(diǎn)和接地之間的電位差進(jìn)行比較,當(dāng)前者大時(shí),控制PTrP1,以限制負(fù)荷電流的值。
文檔編號(hào)G05F1/10GK101329588SQ20081009493
公開(kāi)日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月1日
發(fā)明者土居一德, 川島伸治 申請(qǐng)人:恩益禧電子股份有限公司