专利名称：短路保护电路的制作方法
短路〗呆护电路
背景技术：
在许多电路中，尤其在放大器中，需要使用短路保护限制输出 驱动，以防止输出器件短^各或者失控运行时变得过热。理想地，短
i 各4呆护不应该影响电^各其它正常可运^f于以或者其参凄t性能。临到电 路的短路保护开始出现之前，通常造成在输入端观察到失调电压
(offset voltage )。
广义上，该说明书公开了失调电压降低了的短路保护。
图1是示出在采用短路保护的电路中的负载电流与失调电压的 曲线图100。实线表示在传统短路保护电路中观察到的关系。虚线 表示理想的情况，即直到负载电流达到阈值(IT)为止都没有观察 到失调。在It，理想的保护电^各随后突然导通，这祐:一见为失调电压
的瞬变。
图2示出用于实现短^"保护的传统电路200。在电if各200中，Q。ut
驱动输出电流。随着输出电流增大，Rsense上的压降也增大。当输出 电流增大至一定量(Ip参见图l)时，R^se上的压降将造成Qs^e 开始导通并且窃耳又一部分由电流源210提供的Q。ut的基才及电流。然 而，Qsense是逐渐导通，而不是突然导通(即，不是数字导通/截止)。 换言之，电路200的可运行以方式为Qsense提早导通，以使得在输
出电流达到短^各阈值(IT,参见图l)的时间点时它可以完全导通。
在Ii和lT之间的中间阶段期间，Q。ut仍然能够提供所期望的电流，但 是Qser^已经开始窃取其一部分基极电流，并且在输入级(未示出)观察到逐渐增大的失调电压。通过图l中的实线示出该岁文果。在高 精度的应用中，不期望发生这种类型的柔和改变。
发明内容
提供该发明内容从而以简单的形式介绍许多构思，这些构思将 在以下具体实施方式
部分估文进一步描述。该发明内容不是为了标识 出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也是为了限制所要求 保护的主题的范围。
本文描述了尤其是用于短路保护的技术。该技术涉及基于输出 电流感测电流，并且作为响应产生电流感测信号。该才支术还涉及纟爰 冲该电流感测4言号。该^支术还涉及当该津命出电流超过阈Y直时限制该 $#出电;克。
因此，本发明提供用于具有减小的在输入端观察到的失调电压 的短路保护的方法和电路。与逐渐导通并在一些情形下过早导通的 传统短路保护相反，本发明的实施例实现短鴻"沐护电^各的突然激 活。这允许放大器等将其输出器件的能力最大化，而不会由于短路 保护电^各的逐渐激活导致浪费其一些能力。
包含在说明书中形成该说明书的 一部分的附图示出了本发明
的实施例，并且与描述一起用于"i兌明本发明的原理
图l是示出在采用短路保护的传统电路中和在理想情况下的负 载电流与偏置电压的曲线图。
图2示出用于实现短路保护的传统电路。图3示出根据本发明各种实施例的短路保护电路的框图
图5示出根据本发明各种实施例的示例性緩冲电路c
图6示出根据本发明各种实施例的替代短路保护电路,
图7示出根据本发明各种实施例的另一个替代短鴻"呆护电路<
的流程图。
图9示出根据本发明各种实施例的基于输出电流产生电流感测 信号的流程图。
具体实施例方式
现在，将详细参照本发明的优选实施例，在附图中示出本发明 的实例。虽然将结合优选实施例描述本发明，《旦是将理解的是，这 些实施例不是为了将本发明限于这些实施例。相反，本发明意图覆 盖可以包括在权利要求限定的本发明主旨和范围内的替换形式、修 改和等同方式。此外，在对本发明的详细描述中，阐述了许多具体
细节，以提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域的普通技术 人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下来实践 本发明。在有的情况下，没有详细描述公知的方法、程序、组件和 电路，以避免不必要地模糊本发明。
简要地说，本发明的实施例涉及当短路保护电路导通时产生失 调电压突变的方法和电^各。总地来"i兌，这通过纟爰冲电;克感测电3各来实现，以使得在短路保护电路逐渐导通的同时不影响整体电路的正
常运转。
图3示出根据本发明各种实施例的短路保护电路300的框图。在 一个实施例中，短路保护电路300形成放大器的一部分。然而，应 该理解的是，实施例不只限于方文大器。可以i人识到，；改大器通常包 括输入级(未示出)、短^各保护电路(例如，短^各保护电路300)和 车lr出级(例如，1#出级340)。在一个实施例中，短路^f呆护电3各300 包括用于产生输出电流的输出级340。短路保护电路300还可以包括 电流感测电3各320 。电流感测电i 各320可运行以直4妾或间4妾地(例如， ^昔助与输出电流成比例的另 一 电流)感测输出电流。电流感测电^各
320还可运行以基于所感测的电流产生电流感测信号。
短路保护电路300还包括与电流感测电^各320连接的緩冲电3各 310。纟爰沖电^各310可运^亍以纟爰冲由电流感测电路320产生的电流感
测信号，并且当输出电流超过阈值时限制输出电流。这与不-爰沖电 流感测信号并由此导致过早限制输出电流的传统电路相反。
在一个实施例中，短路保护电路300还可以包括连接在输出级 340和电流感测电^各320之间的电流复制电^各330。电流复制电^各330 可运^f亍以产生与丰俞出电流成比例的电流(下文中的"比例电流")。 在一个实施例中，电;充复制电^各330包含电纟危4竟(current mirror )。 然而，应该^人识到，可以通过别的许多方式实J见电流复制电^各330。
在一个实施例中，短路保护电路300还可以包括与緩沖电路310 和输出级340连接的偏置电路350。偏置电^各350可运4亍以控制输出 级340，并基于从緩沖电路310接收的控制信号而限制输出级的输出电流。^各保护电路400可以包括緩冲电路410、电流感测电^各420、电流复 制电3各430 、输出级440和偏置电^各450。输出乡及440可运4亍以产生#T
出电流。在一个实施例中，输出级450包括llT出器件，例如输出晶
体管Q。m。
电流复制电路430可运行以产生与输出电流成比例的复制电 流。应该iU只到，可以省略电流复制电i 各430,以及可以直4妄测量 输出电流。在一个实施例中，电流复制电路430可以包4舌电流4竟(晶
体管Q2和Q3 )。电流复制电路430还可以包括感测转移晶体管Qxfer， 该感测转移晶体管Qxfer用于向电流镜提供输出电流的副本。因此，
Qxfe向Q^是供^T出电流的副本。然后通过Q2《竟〗象该电流。应该i人识 到，Q2产生的电流的大小可以与输出电流不同，只要它^f呆持与ilr出 电流成比例:就可以。
电流感测电3各420可运4亍以感测该比例电Wu,并且基于该比例 电流产生电流感测信号(IQsense)。例如，在一个实施例中，Q2向电
流感测电^各420冲是供比例电流。然后，通过Rsense将比例电流转换成
电压(Vsense)。因此，随着输出电流增大，通过Q2的比例电流也增
大，这造成V^se增大。如果输出电流持续增大，它将最终达到阔值， 其具有对应值V，se。选择R^se以使得在输出电流处于阈值时，Vsense 一使Q^se变成完全工作。
如上所述，QseMe逐渐导通而不是突然导通。在一个实施例中， 逐渐导通的QseMe的影响被緩沖电路410减弱。緩沖电路410可运行以 緩冲在Q國e逐渐导通时由Qsense产生的I(J画e。当Q薩e完全工作时， 那么緩冲电路410可配置以使得输出电流受到限制。在一个实施例
中，緩冲电路410通过使发送到输出级的偏置电流减小来实现这个目的。
11图5示出根据本发明各种实施例的示例性緩冲电^各410。在緩冲 电路410的一个实施例中，晶体管Mn。、 Mw和MN2向援沖电路41(^是
供偏置电流。具体地来说，Mw镜像将用于Qp2的M^处的偏置电流， Mno4竟像用于Qpq、 Qp1、 qn。和Qw的MN2处的偏置电流。在正常运行
期间，lQsense为O。然而，如上所述，随着该短路保护电路400的输出 电流接近阈值，Qsense开始导通。当这种情况发生时，Q^se开始从緩 沖电路410 "窃取"电流lQsense。这样导致通过Qp。和Qp的集电极电 流增大。因此，Qn和Qw的集电极电压增大，其导致Qp2的基极-发 射极电压减小，转而减小通过Qp2的集电极电流。由于Mn,具有固定 电流，因此Qp2的集电极电流减小导致偏置中不平衡。这种不平衡导
致緩沖电路410的输出电压减小。緩沖电路410的输出电压的这种改
变发生得非常快，这与V^se的变化形成对照，V^se的变化平緩得多。 因此，通过緩冲电路410緩沖Vsense和lQsense的平緩变化，乂人而将它们 转变成緩沖电路410输出的突变。
再次参照图4，短路保护电路400还可以包括用于控制输出级 440的偏置电-各450 。偏置电^各450还可运行以基于从纟爰沖电^各4104妄 收的控制信号(例如，输出电压)来限制输出电流。在一个实施例 中，偏置电路450包括电流源Ibias，用于产生用于该输出级的第一偏 置电流，以及第一晶体管M，，用于产生用于该输出级的第二偏置电 流。偏置电路450还可以包括第二晶体管M2，第二晶体管M2被连接 成从緩冲电路410接收控制信号。因此，当緩冲电路410的控制信号 (输出)降低时，通过Q,的电流和由此通过Mi的电流减小，这导致 Q。ut的基极电流减小，由此限制输出电流。
可以对电3各400进行修改以获得类似的结果。例如，图6示出根 据本发明各种实施例的替代短路保护电路600。在短路保护电路600
中，Qsense在Q!的基极从该緩沖电路410的输出吸取或"窃取"IQsense,
而不是乂人该纟爰冲电3各内部。这转而造成通过Qi的电流减小。此夕卜，应该认识到，可以实现根本没有緩沖电路410的短路保护电路600。 例如，可以去除緩沖电路410,并且Q!的基极可以直接连接到之前 与纟爰冲电3各410的非反相(noninverting )输入端连4妄的偏置。
图7示出根据本发明各种实施例的另 一个替代短路保护电路
"700。在短路保护电路700中，Qsense从偏置信号吸耳又或"窃取，，IQsense, 该偏置信号连接到緩冲电路410的非反相输入端。因此，当Qse^导
通时，开始反转(upset)緩沖电3各410的偏置，最终造成其输出电 压减小。
图8示出根据本发明各种实施例的减小短路保护电路的失调的 流程图800。块810涉及基于输出电流产生电流感测信号。要认识到， 这可以以多种方式来进4亍。例如，在一个实施例中，直4妻测量llT出 电流。在另一个实施例中，借助比例电流间接测量输出电流。图9 示出根据本发明实施例的基于输出电流产生电流感测信号的流程 图810。块812涉及基于输出电流产生比例电流。例如，可以通过4吏 用电流4竟来实现。块814涉及将该比例电流转4奂成对应电压。例如， 可以通过^f吏该比例电流通过电阻元件以产生该对应电压来实现。块 816涉及基于该电压来产生电流感测4言号。例一o,可以通过向晶体 管的输入端施加该电压来实现。
再次参照图8，块820涉及緩冲电流感测信号。在一个实施例中， 这通过从緩冲电路"窃取，，电流感测信号来实现。块830涉及当该 输出电流超过阈值时限制该输出电流。在一个实施例中，这通过减 小该緩沖电路的输出电压来实现，其由此导致输出电流对应减小。
因此，这些实施例提供了用于短路保护的方法和电路，该短路 保护具有在输入端7见察到的减小的失调电压。与逐渐导通并在一些
情况下过早导通的传统短鴻"隊护相反，本发明实施例实现了短踪^f呆护电路的突然激活。这样允许放大器等能够将其输出器件的能力最 大化，而不会由于短路保护电路的逐渐激活而丧失其一些能力。
广义上，本文描述的是特别用于短路保护的技术。该技术涉及
基于llr出电流感测电流以及作为响应产生电流感测4言号。该4支术还
涉及緩冲电流感测信号。该技术还涉及当该输出电流超过阈值时限
制i亥车lr出电;危。
提供之前对所公开实施例的描述，以使得本领域的任何技术人 员能够制造或使用本发明。对这些实施例的各种修改形式对于本领 域的冲支术人员来i兌将是容易明白的，并且在不脱离本发明的精神和 范围的情况下，本文限定的一力殳原理可以应用于其它实施例。因此， 不是要将本发明限制为本文所示出的实施例，而是与本发明所公开 的原理和新颖特征一致的最广范围。
权利要求
1.一种短路保护电路，包括电流感测电路，所述电流感测电路用于感测比例电流，并且基于所述比例电流产生电流感测信号，其中，所述比例电流与由输出级产生的输出电流成比例；以及缓冲电路，所述缓冲电路与所述电流感测电路连接，其中，所述缓冲电路可运行以缓冲所述电流感测信号，并且当所述输出电流超过阈值时使得所述输出电流受到限制。
2. 根据权利要求1所述的短路保护电路，其中，所述电流感测电 路包括电阻元件，所述电阻元4牛用于将所述比例电流转:换成对 应电压；以及晶体管，所述晶体管与所述电阻元件和所述緩沖电路连 4妄，其中，所述晶体管可运^t以基于所述电压产生所述电流感测信号。
3. 根据权利要求2所述的短路保护电路，其中，所述晶体管从所 述纟爰沖电S各吸取电流。
4. 根据权利要求3所述的短路保护电路，其中，所述输出电流不 响应所述晶体管初始导通而变化。
5. 根据权利要求1所述的短路保护电路，还包括电流复制电^各，所述电流复制电^各与所述输出级和所述 电流感测电路连接，其中，所述电流复制电路可运行以产生所 述比例电 流。
6. 根据权利要求5所述的短路保护电路，其中，所述电流复制电 路包括电流镜。
7. 根据权利要求6所述的短路保护电路，其中，所述电流复制电 ^各包括感测转移晶体管，所述感测转移晶体管用于向所述电流 4竟才是供所述输出电流的副本。
8. 根据权利要求1所述的短路保护电路，还包括偏置电^各，所述偏置电3各与所述IC沖电3各和所述输出电 路连接，其中，所述偏置电路可运行以控制所述输出级，以及 其中，所述偏置电路进一步可运行以基于从所述緩冲电路接收 的控制信号限制所述输出电流。
9. 根据权利要求8所述的短路保护电路，其中，所述偏置电路包 括第 一 晶体管，所述第 一 晶体管被连接成接收所述控制信 号；以及第二晶体管，所述第二晶体管与所述第一晶体管连接， 并且可运4亍以乂人输入级4妄收输入信号，其中，所述第二晶体管 进 一 步可运^亍以产生用于所述#T出级的偏置电流。
10. —种减小短路保护电3各中的失调的方法，包括基于输出电流产生电流感测信号；纟爰沖所述电流感测信号；以及当所述输出电流超过阈值时，限制所述输出电流。
11. 才艮据4又利要求10所述的方法，其中，所述产生所述电流感测 信号包括基于所述输出电流产生比例电流，其中，所述比例电流与所述丰俞出电流成比例；将所述比例电流转换成对应电压；以及 基于所述电压产生所述电流感测信号。
12. 根据权利要求10所述的方法，其中，所述电流感测信号是电 流，并且所述纟爰冲包4舌从緩冲电路窃取所述电流感测信号，其中，当所述电流 感测信号超过某个特定量时，所述緩沖电^^减小緩沖输出电压。
13. —种短鴻 f呆护电^各，包4舌电流感测电^各，所述电流感测电^各用于感测由输出级产生的llr出电〗充，并且基于所述Mr出电流产生电:;克感测^言号；以及缓沖电路，所述緩冲电路连接所述电流感测电路，其中， 所述緩沖电路可运行以緩沖所述电流感测信号，并且当所述输 出电流超过阈值时，使得所述输出电流受到限制。
14. 根据权利要求13所述的短路保护电路，其中，所述电流感测 电^各包才舌电阻元件，所述电阻元件用于将所述输出电流转换成对 应电压；以及晶体管，所述晶体管与所述电阻元件和所述緩冲电路连 *接，其中，所述晶体管可运行以基于所述电压产生所述电流感 测信号。
15. 根据权利要求14所述的短路保护电路，其中，所述晶体管/人 所述緩冲电路吸取电流。
16. 根据权利要求15所述的短路保护电路，其中，所述输出电流 不响应所述晶体管初始导通而变^:。
17. 根据权利要求13所述的短路保护电路，还包括偏置电^各，所述偏置电^各与所述ll沖电^各和所述输出电 路连接，其中，所述偏置电路可运行以控制所述输出级，其中， 所述偏置电路进一步可运行以基于从所述緩冲电路接收的控 制信号限制所述输出电流。
18. 根据权利要求17所述的短路保护电路，其中，所述偏置电路 包括第 一 晶体管，所述第 一 晶体管被连接成接收所述控制信 号；以及第二晶体管，所述第二晶体管与所述第一晶体管连接， 并且可运4亍以乂人输入级4妾收输入信号，其中，所述第二晶体管 进一步可运行以产生用于所述输出级的偏置电流。
19. 一种短路保护电路，包括电流复制电路，所述电流复制电路与输出级连接，其中， 所述电流复制电路可运行以产生比例电流，其中，所述比例电 流与由所述输出级产生的输出电流成比例；电流感测电路，所述电流感测电路包括第一晶体管，所 述电流感测电^各用于感测所述比例电流并且基于所述比例电 流产生电流感测信号；以及偏置电^各，所述偏置电^各与所述电流感测电^各连^妄，其中，所述第 一 晶体管从所述偏置电路的第二晶体管的基极吸Jf又电流感测电流，其中进一步，当所述输出电流超过阈值时，所述偏置电路可运行以使得所述输出电流受到限制，并且其中进一步，所述偏置电^各还响应所述晶体管乂人所述偏置电鴻^及耳又所述电流感测电流而^f吏得所述^r出电流受到限制。
20. 根据权利要求19所述的短路保护电路，其中，所述电流感测电^各，包4舌电阻元件，所述电阻元件用于将所述比例电流转换成对应电压，其中，所述晶体管基于所述电压可运行以产生所述电流感测^f言号。
21. 根据权利要求19所述的短路保护电路，其中，所述输出电流不响应所述晶体管初始导通而变化。
22. 根据权利要求19所述的短路保护电路，其中，所述电流复制电^各包纟舌电^^竟。
23. 根据权利要求19所述的短路保护电路，其中，所述电流复制电路包括感测转移晶体管，所述感测转移晶体管用于向所述电流镜提供所述输出电流的副本。
24. 根据权利要求19所述的短路保护电路，其中，所述偏置电鴻^包括第三晶体管，所述第三晶体管与所述第二晶体管连4^，并且可运行以从输入级接收输入信号，其中，所述第三晶体管进 一 步可运^f亍以产生用于所述#T出级的 <扁置电;充。
全文摘要
本文描述了一种特别用于短路保护的技术。该技术涉及基于输出电流感测电流，并且作为响应产生电流感测信号。该技术还涉及缓冲电流感测信号。该技术还涉及当该输出电流超过阈值时限制该输出电流。
文档编号H02H7/12GK101595634SQ200780050618
公开日2009年12月2日 申请日期2007年11月28日 优先权日2006年11月29日
发明者邱国富 申请人:国家半导体公司