用于boost芯片的新型限流电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种用于BOOST芯片的新型限流电路，包括：采样电流端连接电流电压转换电路输入端，电流电压转换电路输出端分别连接比较器正极和增益调整电路输入端，增益调整电路偏置电流输出端连接比较器电流输入端，门限电压输出端分别连接比较器负极输入端和增益调整电路输入端。电流电压转换电路其功能在该电流达到规定值时，快速输出关断功率管的信号。采用限制比较器输入电压的范围，解决比较器因工作在大信号模式引起传输延时过大的问题。通过增加比较器的偏置电流，消除功率MOS管关断过程中出现的正反馈。增益调整电路，电路反应速度快、工作稳定、限流精度符合要求。
【专利说明】
用于BOOST芯片的新型限流电路
技术领域
[0001] 本实用新型涉及电子电路领域，尤其涉及一种用于BOOST芯片的新型限流电路。
【背景技术】
[0002] 目前，集成电路制造工艺的发展越来越快，便携式电子设备的应用越来越广泛，这 些为电源尤其是开关电源的发展提供了机遇与挑战。怎样降低基准电压的温度系数，怎样 减小基准电压的噪声，怎样提高限流电路的采样精度也越来越受到关注，因为这些性能对 开关电源的性能有着极大的影响。
[0003] 在BOOST芯片中限流电路可以检测功率MOS管的电流，防止功率MOS管因电流过高 损坏，还可以防止电感饱和。
[0004] 传统的限流电路如图1所示，在振荡器的一个周期内，采样电流Isamp通过RS转化为 电压VA，当VA超过比较器的门限电压VTH(LX中的电流达到限流值）时，比较器输出翻转信 号，该信号通过PWM电路关断功率MOS管和比较器，实现限流功能。在振荡器的下一个周期， 功率MOS管和比较器再次被打开，限流电路重新起作用。这种电路存在两个问题:一是A点电 压变化速度慢，造成比较器延时较大;二是在振荡器的一个周期内功率MOS管被关断后，采 样电流的减少，VA降低，VA反馈到比较器输入端，导致比较器再次翻转，又使功率MOS管导 通，引起正反馈。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种用 于BOOST芯片的新型限流电路。
[0006] 为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种用于BOOST芯片的新型 限流电路，包括:采样电流端连接电流电压转换电路输入端，电流电压转换电路输出端分别 连接比较器正极和增益调整电路输入端，增益调整电路偏置电流输出端连接比较器电流输 入端，门限电压输出端分别连接比较器负极输入端和增益调整电路输入端。
[0007] 上述技术方案的有益效果为:本实用新型的电流电压转换电路其功能在该电流达 到规定值时，快速输出关断功率管的信号。采用限制比较器输入电压的范围，解决比较器因 工作在大信号模式引起传输延时过大的问题。通过增加比较器的偏置电流，消除功率MOS管 关断过程中出现的正反馈。增益调整电路，电路反应速度快、工作稳定、限流精度符合要求。
[0008] 所述的用于BOOST芯片的新型限流电路，优选的，所述电流电压转换电路包括：
[0009] 第一偏置电流输入端分别连接第一 NPN三极管集电极和基极，第一 NPN三极管发射 极分别连接采样电流输入端和采样电阻一端，采样电阻另一端接地，第二偏置电流输入端 分别连接饱和电阻一端和比较器正极，饱和电阻另一端连接第二NPN三极管集电极，第二 NPN三极管基极连接第一三极管基极，第二NPN三极管发射极接地。
[0010] 上述技术方案的有益效果为:运用转换电路把采样后的电流转化一个快速变化的 电压信号输出给比较器。
[0011] 所述的用于BOOST芯片的新型限流电路，优选的，所述增益调整电路包括：
[0012] 比较器正极分别连接第二PNP三极管发射极和第五NPN三极管集电极，第五NPN三 极管发射极连接第四电阻一端，第四电阻另一端分别连接第四偏置电流输出端和接地，第 二PNP三极管集电极分别连接第五NPN三极管基极和第四偏置电流输出端，第二PNP三极管 基极分别连接第二电阻一端和第一 PNP三极管集电极，第二电阻另一端分别连接第五偏置 电流输出端和第一 PNP三极管基极，第一 PNP三极管发射极分别连接门限电压端和第三NPN 三极管发射极，第三NPN三极管集电极分别连接第一电阻一端和第四NPN三极管基极，第一 电阻另一端分别连接第三偏置电流输入端和第三NPN三极管基极，第四NPN三极管发射极连 接比较器正极，第四NPN三极管集电极连接第三电阻一端，第三电阻另一端连接第三偏置电 流输入端。
[0013] 上述技术方案的有益效果为:运用增益调整电路对比较器输入电压的范围进行了 限制，并且在达到限流值前后，通过调节比较器的偏置电流改变了比较器的灵敏度，从而有 效的避免了正反馈的发生。
[0014] 所述的用于BOOST芯片的新型限流电路，优选的，所述第二PNP三极管和第五NPN三 极管采用达林顿结构。
[0015] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
[0016] 本实用新型的电流电压转换电路其功能在该电流达到规定值时，快速输出关断功 率管的信号。采用限制比较器输入电压的范围，解决比较器因工作在大信号模式引起传输 延时过大的问题。通过增加比较器的偏置电流，消除功率MOS管关断过程中出现的正反馈。 增益调整电路，电路反应速度快、工作稳定、限流精度符合要求。
[0017] 运用转换电路把采样后的电流转化一个快速变化的电压信号输出给比较器。
[0018] 运用增益调整电路对比较器输入电压的范围进行了限制，并且在达到限流值前 后，通过调节比较器的偏置电流改变了比较器的灵敏度，从而有效的避免了正反馈的发生。
[0019] 本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述 中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【附图说明】
[0020] 本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将 变得明显和容易理解，其中：
[0021] 图1是现有技术示意图；
[0022] 图2是本实用新型总体示意图；
[0023] 图3是本实用新型电流电压转换电路示意图；
[0024] 图4是本实用新型增益调整电路示意图；
[0025]图5是本实用新型仿真波形图；
[0026]图6是本实用新型仿真波形图。
【具体实施方式】
[0027]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的 限制。
[0028] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"前"、 "后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底""内'"外"等指示的方位或位置关系为基于附 图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示 所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本 实用新型的限制。
[0029] 在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语"安装"、"相 连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连 通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可 以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0030] 本实用新型提出的新型的限流电路如图2所示。本实用新型提供了一种用于BOOST 芯片的新型限流电路，包括:采样电流端连接电流电压转换电路输入端，电流电压转换电路 输出端分别连接比较器正极和增益调整电路输入端，增益调整电路偏置电流输出端连接比 较器电流输入端，门限电压输出端分别连接比较器负极输入端和增益调整电路输入端。
[0031] 所述的用于BOOST芯片的新型限流电路，优选的，所述电流电压转换电路包括： [0032]第一偏置电流输入端分别连接第一 NPN三极管集电极和基极，第一 NPN三极管发射 极分别连接采样电流输入端和采样电阻一端，采样电阻另一端接地，第二偏置电流输入端 分别连接饱和电阻一端和比较器正极，饱和电阻另一端连接第二NPN三极管集电极，第二 NPN三极管基极连接第一三极管基极，第二NPN三极管发射极接地。
[0033]上述技术方案的有益效果为:运用转换电路把采样后的电流转化一个快速变化的 电压信号输出给比较器。
[0034]所述的用于BOOST芯片的新型限流电路，优选的，所述增益调整电路包括：
[0035]比较器正极分别连接第二PNP三极管发射极和第五NPN三极管集电极，第五NPN三 极管发射极连接第四电阻一端，第四电阻另一端分别连接第四偏置电流输出端和接地，第 二PNP三极管集电极分别连接第五NPN三极管基极和第四偏置电流输出端，第二PNP三极管 基极分别连接第二电阻一端和第一 PNP三极管集电极，第二电阻另一端分别连接第五偏置 电流输出端和第一 PNP三极管基极，第一 PNP三极管发射极分别连接门限电压端和第三NPN 三极管发射极，第三NPN三极管集电极分别连接第一电阻一端和第四NPN三极管基极，第一 电阻另一端分别连接第三偏置电流输入端和第三NPN三极管基极，第四NPN三极管发射极连 接比较器正极，第四NPN三极管集电极连接第三电阻一端，第三电阻另一端连接第三偏置电 流输入端。
[0036]上述技术方案的有益效果为:运用增益调整电路对比较器输入电压的范围进行了 限制，并且在达到限流值前后，通过调节比较器的偏置电流改变了比较器的灵敏度，从而有 效的避免了正反馈的发生。
[0037] 所述的用于BOOST芯片的新型限流电路，优选的，所述第二PNP三极管和第五NPN三 极管采用达林顿结构。
[0038]为了使比较器输入电压信号的变化速度更快，在传统限流电路的基础上增加了 I-V(电流电压)转换电路。I-V转换电路把采样电流在RS上生成的变化速度小的电压信号转换 成变化速度很快的电压信号，输出给比较器。
[0039] 为了避免限流以后，由于VA的降低，比较器波动，增加了增益调整电路。增益调整 电路可以在功率MOS管的电流达到限流值以后，通过增加比较器的偏置电流，减小比较器的 增益，降低灵敏度，增加比较器抗干扰能力，避免正反馈发生。另外，由于I-V转换电路生成 的B点电压范围过大，比较器工作在大信号模式，出现摆率限制，而限流电路中比较器供出 或吸入电流的能力有限，会造成比较器延时过大。因此增益调整电路同时对B点的电压范围 进行限制，使比较器工作在小信号模式，减小延时。
[0040] UI-V转换电路(电流电压转换电路）
[0041 ]转换电路如图3所不，其中Isamp是由米样电路所得到的电流、Il和12是偏置电流、Rs 是一个精密的金属电阻相当于图1中的Rs，QNl和QN2是NPN型三极管，QN2采用共射接法，作 为开关管使用。采样电流通过电阻Rs转化为电压。在BOOST芯片中随着采样电流Isamp的增加， A点电位升高，QNl与QN2的基极电位升高。随着基极电位的升高，QN2由截至状态迅速经过放 大状态进入到饱和状态，B点电位迅速降低；当采样电流Isamp降低时，变化过程相反。通过调 节采样电流Isamp或电阻Rs，当达到限流值时，QN2基极电位随着A点电位增加，B点的电位迅速 降低。电阻RO的作用是加速QN2进入饱和区，提高B点电压下降的速度。为了确保QN2在开始 时是截止的，可以通过k = Ml/M2>l设定Vbe(QN2)>Vbe(QNl)，其中M1、M2是QNl和QN2的并联 个数。
[0042] 1、运用转换电路把采样后的电流转化一个快速变化的电压信号输出给比较器。
[0043] 2、运用增益调整电路对比较器输入电压的范围进行了限制，并且在达到限流值前 后，通过调节比较器的偏置电流改变了比较器的灵敏度，从而有效的避免了正反馈的发生。
[0044] 2、增益调整电路
[0045] 增益调整电路如图4所示，其中13、14和15为偏置电流;Vth是比较器的门限电压， 由基准电路提供。
[0046] 由图4可知：
[0047] VB = Vc-Vbe(QN4) (1)
[0048] Vdc< RiI3 (2)
[0049] VDC最大不超过三极管QN3集电极的最大正向导通电压，最大正向导通电压约为 0.7V。所以：
[0050] VDc<min(Ril3,0.7V) (3)
[0051] VD = VTH+Vbe(QN3) (4)
[0052] Vbe(QN4) * Vbe(QN3) (5)
[0053] 由（D一（5)可得：
[0054] Vb 2 VTH+Vbe(QN3广l3Rl~Vbe(QN4) * Vt『I3Ri综上可得：
[0055] Vb >min(VTH-I3Ri,Vth-0.7V) (6)
[0056] 同理对于B、E、F点的电压分析可得：
[0057] Vb < min(VTH+l5R2, Vth+0.7V) (7)
[0058] 由（6) (7)式可得： (8)
[0060]由（8)式可知，通过设置中的Rl和R2可限制VB的范围，限制的最大范围为Vth土 0.7V〇
[0061 ]在功率MOS管的电流达到限流值后，随着B点电位的迅速降低，Vbe(QM)迅速增加， Ib(QN4)随之增加很多。而：
[0062] Vc = Vce(QN3)+VTH (9)
[0063] QN3处在饱和状态，Vce(QN3)几 乎不变，因此C点电位不变，又根据(4)式可知D点电位 不变，由此Ic(QN3)和IRl不变。
[0064] 又由图4可知：
[0065] Ic= Ib(QN4) + Ic(QN3)~lRl (10)
[0066] 因此Ic的变化主要由Ib(QN4)决定。由前面分析可知在功率MOS管的电流达到限流值 后Ib(QN 4)增加，Ic也随之增加。在限流电路中，1。通过电流镜输出给比较器，作为比较器的偏 置电流。比较器的增益与偏置电流成反比（AVal/IDl/2，ID为比较器的偏置电流）。限流电 路检测到功率MOS管中的电流超过限流值，B点电位低于比较器门限电压Vth(比较器翻转） 后，I。增加，比较器偏置电流随之增加，比较器增益降低，灵敏度随之减小，比较器抗干扰能 力增加，从而避免正反馈发生。
[0067] 为了降低因为QPl的发射极从基准模块抽取电流引起的对基准模块的影响，QP2和 QN5采用达林顿结构。采用达林顿结构可以减小QP2的基极电流，从而QPl的集电极电流减 小，QPl发射极的电流随之减少，降低了 QPl的发射极从基准中抽取的电流。电流源I4作用是 降低0P2的集电极电压使QP2工作在放大区，确保等效PNP管能够正常工作。
[0068] 2仿真结果与分析
[0069] 在0.6μπι BiCMOS工艺下采用Hspice软件对电路进行仿真验证，温度为25°C，电源 电压为3.3V，比较器门限电压VTH=1.25V。
[0070]仿真结果如图5和图6所示。
[0071]图5是Ic、Va、Vb随采样电流Isamp的变化波形图。
[0072]由图5可知，该电路能够把缓慢变化的A点电压信号在B点转换为快速变化的电压 信号。在达到限流值时，B点电压随采样电流的变化率约为1.85V/mA。限流电路在检测到功 率MOS管的电流达到限流值，比较器输出信号翻转后，IC增加。根据实际需要，比较器的偏置 电流的变化幅度可以通过改变电流镜中MOS的宽长比进行调节。
[0073]仿真可知通过设置Rl和R2能够准确限制Vb的电压范围，使比较器工作在小信号模 式。当Vb比较器工作在大信号模式时延时为5.3ns，而当Vb受限制比较器工作在小信号模式 时传输延时仅2.6ns。
[0074] 图6功率MOS管中的电流(限流值为250mA)
[0075] 由图6可知，限流值为250mA时，在振荡器的一个周期（Ius)内，该电路能够准确限 流且能有效避免正反馈的发生。
[0076] 上述实用新型所使用的软件程序为本领域技术人员所熟知的。
[0077]在本说明书的描述中，参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示 例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表 述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在 任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0078]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解： 在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换 和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1. 一种用于BOOST芯片的新型限流电路，其特征在于，包括:采样电流端连接电流电压 转换电路输入端，电流电压转换电路输出端分别连接比较器正极和增益调整电路输入端， 增益调整电路偏置电流输出端连接比较器电流输入端，门限电压输出端分别连接比较器负 极输入端和增益调整电路输入端。2. 根据权利要求1所述的用于BOOST芯片的新型限流电路，其特征在于，所述电流电压 转换电路包括： 第一偏置电流输入端分别连接第一 NPN三极管集电极和基极，第一 NPN三极管发射极分 别连接采样电流输入端和采样电阻一端，采样电阻另一端接地，第二偏置电流输入端分别 连接饱和电阻一端和比较器正极，饱和电阻另一端连接第二NPN三极管集电极，第二NPN三 极管基极连接第一三极管基极，第二NPN三极管发射极接地。3. 根据权利要求1所述的用于BOOST芯片的新型限流电路，其特征在于，所述增益调整 电路包括： 比较器正极分别连接第二PNP三极管发射极和第五NPN三极管集电极，第五NPN三极管 发射极连接第四电阻一端，第四电阻另一端分别连接第四偏置电流输出端和接地，第二PNP 三极管集电极分别连接第五NPN三极管基极和第四偏置电流输出端，第二PNP三极管基极分 别连接第二电阻一端和第一 PNP三极管集电极，第二电阻另一端分别连接第五偏置电流输 出端和第一 PNP三极管基极，第一 PNP三极管发射极分别连接门限电压端和第三NPN三极管 发射极，第三NPN三极管集电极分别连接第一电阻一端和第四NPN三极管基极，第一电阻另 一端分别连接第三偏置电流输入端和第三NPN三极管基极，第四NPN三极管发射极连接比较 器正极，第四NPN三极管集电极连接第三电阻一端，第三电阻另一端连接第三偏置电流输入 端。4. 根据权利要求3所述的用于BOOST芯片的新型限流电路，其特征在于，所述第二PNP三 极管和第五NPN三极管采用达林顿结构。
【文档编号】H02H9/04GK205544229SQ201620273849
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】刘小洋, 严飞华
【申请人】重庆理工大学