专利名称：带打嗝模式过流保护功能的稳压电路的制作方法
技术领域：
本发明属于电子电路技术领域，涉及模拟集成电路，特别是一种带打嗝模式过流保护功能的稳压电路，可用于电源管理类系统中。
背景技术：
目前稳压电路类芯片的趋势是尽量将功率分立器件集成到芯片内部，这就意味着芯片内部的功耗将变的更大，特别是当发生过载甚至短路时，功率管上长时间的通过大电流，有可能导致电路过热而烧毁。稳压电路中过流保护方式包括最大电流限制、折返式电流限制和打嗝模式过流保护。最大电流限制是指当负载大于设定最大值时将输出电流限定在这一最大值处，而输出电压因此下降。考虑到正常的负载瞬态，限流阈值一般要大于正常最大带载值。当输出严重过流或是短路时，芯片承受的功耗远大于正常带载，功率管会因温度过高而缩短其对大电流承受能力，从而影响系统的可靠性。折返式电流限制是指输出电流达到最大值后，随着输出电压下降，过流时的限制阈值也下降。因此，折返式限流能减小持续过流时的平均电流，降低过流时的能量损耗和功率器件上的热应力。但折返式电流限制最大的缺点在于它并不具有完全的自恢复能力，其过流阈值降低效果和过载移除时的恢复能力存在着折中关系，过载移除时，带载启动，电路有可能进入闩锁状态。打嗝模式过流保护是指当检测到输出过流时，电源转换器关闭，电路强制进入休眠模式，当休眠时间结束，通过软启动电路重启电源转换器，若过载仍未移除，则上述过程重复进行。打嗝模式英文为hiccup mode，该模式能减小持续过流时的输出平均电流，降低过流时芯片功耗，并且具有完全的自恢复能力，能解决上述两种过流保护的缺点。但现有的打嗝模式过流保护功能，采用模拟电路实现，设计复杂且需要外接电容用来定时控制，不易完全集成，增加了应用的成本；而且在软启动阶段，由于输出电流持续为高，稳压电路仍然存在着一定的损坏风险。
发明内容
本发明的目的在于避免上述现有技术的不足，提供一种可完全集成在芯片内部的带打嗝模式过流保护功能的稳压电路，以减少电路的应用成本，同时在持续过流时降低软启动阶段的输出电流，进一步提高稳压电路的可靠性。为实现上述目的，本发明的稳压电路包括打嗝模式控制电路、软启动电路，误差放大器EA，限流电路、反馈电阻R1A2和调节电路；误差放大器EA的输入端与软启动电路输出的软启动信号Vs连接，误差放大器EA的输出端和限流电路的输出端分别与调节电路连接， 以稳定输出电压和限制最大的输出电流；打嗝模式控制电路与软启动电路相连，用于在持续过流时，重复使能软启动电路，使稳压电路工作于打嗝模式；其特征在于打嗝模式控制电路和限流电路的输入端连接有折返式限流电路，用于检测输出电压状态，并在过流时降低限流阈值Vth ；所述的软启动电路，包括计数器Jl和数模转换电路DAC，计数器Jl连接到数模转化电路DAC，用于产生阶梯状上升的软启动信号Vs ；所述的打嗝模式控制电路，包括四部分数字电路持续过流检测电路31、休眠时间电路32、过载移除检测电路33和控制电路34，控制电路34的两个输入端分别接持续过流检测电路31的输出信号k3和过载移除检测电路33的输出信号k4，用于在检测到输出过载时，使软启动信号\电压清零，电路进入休眠模式；休眠时间电路32的输出信号kl连接到持续过流检测电路31和过载移除检测电路33的输入端，用于控制休眠的时间。上述稳压电路，其中所述的折返式限流电路，包括6个PMOS管MpMyMyMpMpM6, 4个NMOS管M7, M8、M9、M10,电流源Ieef和电阻R3 ；其中前4个PMOS管礼、M2、M3和M4的源极接电源电压，栅极相连，构成电流镜；第一 PMOS管M1管的漏极和栅极连接，并通过电流源 Ikef连接到零电平，以提供镜像电流；第二 PMOS管M2管的漏极连接到第五PMOS管M5和第六 PMOS管M6的源极，第五PMOS管M5的栅极接基准电压V2，漏极接第一 NMOS管M7的漏极，第六PMOS管M6的栅极接输出反馈电压Vfb，漏极连接到第二 NMOS管M8的漏极，第五PMOS管与第六PMOS组成差分输入对，第二 PMOS管M2作为差分对的尾电流源；第三PMOS管M3管的漏极连接到第三NMOS管M9的漏极,M9管的源极和漏极间并联有电阻民，以产生限流阈值电压Vth ；第四PMOS管M4管的漏极连接到第四NMOS管Mltl的漏极，以输出电压信号VT，并连接到打嗝模式控制电路；NMOS管M8、M9和Mltl的栅极相连，源极均连接到零电平。本发明与现有技术相比具有如下优点1)本发明由于在打嗝模式控制电路和限流电路的输入端连接有折返式限流电路， 以检测输出电压状态，并在持续过流时降低了软启动阶段的输出电流，进一步提高了系统的可靠性。2)本发明由于软启动电路和打嗝模式控制电路均采用数字电路实现，无需任何外接元件，能完全集成在稳压电路芯片内部，减少了芯片的应用成本。
图1是本发明的原理框图；图2是本发明中的折返式限流电路结构；图3是本发明中的打嗝模式控制电路和软启动电路结构；图4是本发明中的持续过流检测电路结构；图5是本发明中的休眠时间控制电路结构；图6是本发明中的过载移除检测电路结构；图7是本发明打嗝模式过流保护工作原理图。 图8是本发明打嗝模式过流保护工作原理图。
具体实施例方式以下参照附图对本发明作进一步详细描述。参照图1，本发明的稳压电路包括打嗝模式控制电路、软启动电路，误差放大器 EA，限流电路、折返式限流电路、反馈电阻I^j2和调节电路。其中软启动电路连输出的软启动信号\，连接到误差放大器EA的输入端；反馈电阻R1和&串联后连接在输出电压和零电平之间，&上的电压即为输出反馈电压Vfb ；误差放大器EA，包含三个输入信号，其正向输入信号为基准电压V1和软启动信号Vs，反向输入信号为输出反馈电压Vfb，误差放大器的输出电压由较小的正向输入信号min(V1, Vs)和输出反馈电压Vfb之间的差值决定，误差放大器的输出连接到调节电路，通过调节电路的精细调节，使输出电压维持稳定；限流电路的输入接折返式限流电路输出的电压信号Vth，输出端与调节电路相连，以根据电压Vth的值，限制输出电流最大值；打嗝模式控制电路与软启动电路相连，以在持续过流时，重复使能软启动电路，使稳压电路工作于打嗝模式；折返式限流电路的输出的信号Vt连接到打嗝模式控制电路，以把稳压电路输出状态信息传递给打嗝模式控制电路。参考图2，本发明中的折返式限流电路，包括6个PMOS管M1、M2、M3、M4、M5、M6，4个 NMOS管M7、M8、M9、M10，电流源Ieef和电阻R3 ；其中前4个PMOS管MpM2J3和M4的源极接电源电压，栅极相连，构成电流镜，它们的宽长比关系为第二PMOS管M2的宽长比是第一PMOS 管M1的宽长比的2倍；第三PMOS管M3的宽长比是第一 PMOS管M1的宽长比的η倍，η为大于1的数；第四PMOS管M4的宽长比与第一 PMOS管M1的宽长比相同。第一 PMOS管M1管的漏极和栅极连接，并通过电流源Ikef连接到零电平，以提供镜像电流；第二 PMOS管M2管的漏极连接到第五PMOS管和第六PMOS管的源极，第五PMOS管 M5的栅极接基准电压V2，漏极接第一 WOS管M7的漏极，第六PMOS管M6的栅极接输出反馈电压Vfb，漏极连接到第二 NMOS管M8的漏极，第五PMOS管M5与第六PMOS M6组成差分输入对，第二 PMOS管M2作为差分对的尾电流源；第三PMOS管M3管的漏极连接到第三NMOS管M9 的漏极,M9管的源极和漏极间并联有电阻R3,以产生限流阈值电压Vth ；第四PMOS管M4管的漏极连接到第四NMOS管Mltl的漏极，以输出电压信号VT，并连接到打嗝模式控制电路；NMOS 管M8、M9和Mltl的栅极相连，源极均连接到零电平，第三NMOS管M8的宽长比、第四NMOS管M9 的宽长比均与第二 NMOS管Mltl的宽长比相同。正常工作时，输出反馈电压Vfb下高于基准电压V2,第二 PMOS管M2镜像的电流全部流经第五PMOS管M5,流经第六PMOS管M6的电流为零，相应匪OS管M8、M9和Mltl的电流为零，因此限流阈值电压Vth最高且输出信号Vt为高电平。发生过流时，输出反馈电压Vfb下降，经过第六PMOS管M6的电流增加，相应NMOS管 M8, M9和Mltl的电流增加。由于流过第三PMOS管M3的电流保持恒定，因此限流阈值电压Vth 下降。假设il为流经第五PMOS管M5的电流， 2为流经第五PMOS管M6的电流，则 1+ 2 = 2 Ieef(1) 2- 1 = gm (V2-Vfb)(2)由式(1)和⑵得 /2 = Iref + Sm(Vi-VfB)(3)过流阈值电压Vm = (n-l)lREF - Sm(V2-VFB) R(4)其中，η为第三PMOS管M3的宽长比与第一 PMOS管M1的宽长比的比例倍数；gm为差分输入对管M5、M6的跨导。
由公式(4)可得，限流阈值Vth同输出反馈电压Vfb成正比例关系。随着输出过载的增大，输出电压下降，限流值会相应降低。当反馈电压Vfb低于基准电压V2时，输出信号 Vt变由高变为低，控制打嗝模式控制电路开始工作。参考图3，本发明中的软启动电路采用数字控制方式实现，包括计数器Jl和数模转换电路DAC，计数器Jl连接到数模转化电路DAC，用于产生阶梯状上升的软启动信号Vs ；所述的计数器J1，设有CLKl时钟输入端、清零端和7位输出端DO D6 ；该CLKl 时钟输入端接控制电路；34的输出信号M ；该清零端R接控制电路34的输出信号k7，输出端DO D2均与数模转换电路DAC和控制电路34连接，输出端D3 D6均与数模转换电路 DAC、过载移除检测电路33和控制电路34连接；输出端DO为计数最低位，输出端D6为计数最高位，清零端R所接信号k7为高电平时，输出端DO D6被清零为“0000000”。所述数模转换电路DAC，将计数器Jl的7位输出信号DO D6所表示的逻辑值转变为电压信号输出，即软启动信号\。当计数器Jl的输出D6 DO为逻辑“0000000”时， 软启动信号Vs电压为零电平，随着计数的增加，软启动信号也阶梯状上升，当输出D6 DO 为逻辑“ 1111111 ”时，软启动电压上升至最大值。软启动信号Vs的电压为
权利要求
1.一种带打嗝模式过流保护功能的稳压电路，包括打嗝模式控制电路、软启动电路，误差放大器EA，限流电路、反馈电阻R1A2和调节电路；误差放大器EA的输入端与软启动电路输出的软启动信号Vs连接，误差放大器EA的输出端和限流电路的输出端分别与调节电路连接，以稳定输出电压和限制最大的输出电流；打嗝模式控制电路与软启动电路相连，用于在持续过流时，重复使能软启动电路，使稳压电路工作于打嗝模式；其特征在于打嗝模式控制电路和限流电路的输入端连接有折返式限流电路，用于检测输出电压状态，并在过流时降低限流阈值Vth ；所述软启动电路包括计数器Jl和数模转换电路DAC，计数器Jl连接到数模转化电路 DAC，用于产生阶梯状上升的软启动信号Vs ；所述的打嗝模式控制电路，包括四部分数字电路持续过流检测电路(31)、休眠时间电路(32)、过载移除检测电路(3 和控制电路(34)；控制电路(34)的两个输入端分别接持续过流检测电路(31)的输出信号k3和过载移除检测电路(3 的输出信号k4，用于在检测到输出过载时，使软启动信号Vs电压清零，电路进入休眠模式；休眠时间电路(32)的输出信号kl连接到持续过流检测电路(31)和过载移除检测电路(3 的输入端，用于控制休眠的时间。
2.根据权利要求书1所述的过稳压电路，其特征在于所述的折返式限流电路，包括6 个 PMOS 管 M1、M2、M3、M4、M5、M6，4 个 NMOS 管 M7、M8、M9、M10，电流源 Ikef 和电阻 R3 ；其中前 4 个 PMOS管ΜρΜ2、Μ3和M4的源极接电源电压，栅极相连，构成电流镜；第一 PMOS管M1管的漏极和栅极连接，并通过电流源Ikef连接到零电平，以提供镜像电流；第二PM0S管M2管的漏极连接到第五PMOS管M5和第六PMOS管M6的源极，第五PMOS管M5的栅极接基准电压V2，漏极接第一 NMOS管M7的漏极，第六PMOS管M6的栅极接输出反馈电压Vfb，漏极连接到第二 NMOS 管M8的漏极，第五PMOS管与第六PMOS组成差分输入对，第二 PMOS管M2作为差分对的尾电流源；第三PMOS管M3管的漏极连接到第三NMOS管M9的漏极,M9管的源极和漏极间并联有电阻R3,以产生限流阈值电压Vth ；第四PMOS管M4管的漏极连接到第四NMOS管Mltl的漏极， 以输出电压信号VT，并连接到打嗝模式控制电路；NMOS管M8、M9和Mltl的栅极相连，源极均连接到零电平。
3.根据权利要求书1所述的稳压电路，其特征在于所述的计数器Jl，设有CLKl时钟输入端、清零端和7位输出端DO D6 ；该CLKl时钟输入端接控制电路(34)的输出信号M ； 该清零端R接控制电路(34)的输出信号k7，输出端DO D2均与数模转换电路DAC和控制电路(34)连接，输出端D3 D6均与数模转换电路DAC、过载移除检测电路(33)和控制电路(34)连接；输出端DO为计数最低位，输出端D6为计数最高位，清零端R所接信号k7为高电平时，输出端DO D6被清零为“0000000”。
4.根据权利要求书1所述的稳压电路，其特征在于所述的持续过流检测电路(31)，包括第一与门(41)、计数器J2和第一 D触发器02)；所述计数器J2，设有CLK2时钟输入端，置位端S2和输出端Y2，该CLK2时钟输入端与第一与门Gl)的输出端相连，计数器J2的置位端S2接折返式限流电路的输出信号Vt，输出端Y2与第一 D触发器02)的CLK时钟输入端相连；所述第一与门Gl)设有两个输入端，并分别接控制电路的输出信号k2和时钟信号 CLK,以在信号k2为逻辑为1时，向计数器J2提供计数时钟；所述第一 D该触发器0 的D输入端接逻辑高电平VDD，清零端R接休眠时间电路 (32)的输出信号kl，Q输出端输出的信号k3连接到控制电路04)。
5.根据权利要求书1所述的稳压电路，其特征在于所述的休眠时间电路(32)，包括第二与门(51)、计数器J3和第一或非门(52)；所述计数器J3，设有CLK3时钟输入端，置位端S3和输出端TO，该CLK3时钟输入端与第二与门(51)的输出端相连，该置位端S3接第一或非门(5 的输出信号kl;所述第二与门(51)设有两个输入端，并分别接控制电路的输出信号k5和时钟信号 CLK,以在信号k5为逻辑高的情况下，为计数器J3提供计数时钟；所述第一或非门(52)设有两个输入端，并分别与使能信号EN和计数器J3的输出端TO 连接。
6.根据权利要求书1所述的稳压电路，其特征在于所述的过载移除检测电路(33)，包括第一与非门(61)、第一或门(62)、三输入或门(63)和第二 D触发器(64)；所述三输入或门(6 的第一个输入端接第一与非门(61)的输出端，第二个输入端接第一或门(6 的输出端，第三个输入端接折返式限流电流电路的输出信号Vt，三输出或门 (63)的输出与第二 D触发器(64)的CLK时钟输入端相连；所述第一与非门(61)设有两个输入端，并分别与计数器Jl的输出端D6和Jl的输出端D5连接；所述第一或门(62)设有两个输入端，并分别与计数器Jl的输出端D4和Jl的输出端 D3连接；所述第二 D触发器(64)的D输入端接逻辑高电平VDD，清零端R接休眠时间电路(32) 的输出信号kl，Q输出端输出的信号k4连接到控制电路(34)。
7.根据权利要求书1所述的稳压电路，其特征在于所述的控制电路(34)，包括第二与非门(71)、第三与非门(72)、三输入与非门(73)、三输入或非门(74)、第二或门(75)、第三或门(76)和第四或非门(77)；所述三输入或非门(74)的第一个输入端接第二与非门(71)的输出端，第二个输入端接第三与非门m的输出端，第三个输出端接三输入与非门(7 的输出端，三输入或非门 (74)的输出端输出信号k2 ；所述第二与非门(71)设有两个输入端，两个输入端分别与计数器Jl的输出端DO和输出端Dl连接；所述第三与非门(7 设有两个输入端，并分别与计数器Jl的输出端D2和输出端D3 连接；所述三输入与非门(7 的第一个输入端接计数器Jl的输出端D4，第二个输入端接Jl 的输出端D5，第三个输入端接Jl的输出端D6 ；所述第二或门(7 设有两个输入端和一个输出端，两个输入端分别接信号k2和时钟信号CLK，输出端输出的信号M，连接到计数器Jl的CLKl时钟输入端，以作为软启动电路的计数时钟；所述第三或门(76)设有两个输入端和一个输出端，两个输入端分别接信号k3和信号 k4，输出端输出的信号k5连接到第二与门(51)的一个输入端；所述第四或门(77)设有两个输入端和一个输出端，两个输入端分别接信号k5和使能信号EN，输出端输出的信号k7连接到计数器Jl的清零端R，以作为软启动电路的使能信号。
8.根据权利要求书2所述的过稳压电路，其特征在于所述的PMOS管MpM2、M3和M4,它们的宽长比关系如下第二 PMOS管M2的宽长比是第一 PMOS管M1的宽长比的2倍；第三PMOS管M3的宽长比是第一 PMOS管M1的宽长比的η倍，η为大于1的数；第四PMOS管M4的宽长比与第一 PMOS管M1的宽长比相同。
全文摘要
本发明公开了一种带打嗝模式过流保护功能的稳压电路，主要解决现有技术的打嗝模式过流保护功能不易集成和在持续过流时软启动阶段电流偏大的问题。本发明包括打嗝模式控制电路、软启动电路，误差放大器电路，限流电路、反馈电阻和调节电路；该打嗝模式控制电路包括持续过流检测电路、休眠时间电路、过载移除检测电路和控制电路，以检测到持续过流时，控制软启动电路重复启动，使电路工作在打嗝模式；打嗝模式控制电路和限流电路的输入端连接有折返式限流电路，以检测输出电压状态，并降低持续过流时软启动阶段的电流。本发明的稳压电路可靠性高，打嗝模式过流保护功能能完全集成在芯片内部，可应用于各种电源管理系统中。
文档编号G05F1/56GK102566640SQ20111044281
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月24日 优先权日2011年12月24日
发明者周波, 李演明, 来新泉, 来音, 毛翔宇 申请人:西安启芯微电子有限公司