专利名称：一种高精度低端电流限制电路的制作方法
技术领域：
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种高精度低端电流限制电路。
背景技术：
随着开关电源向高效率、低功耗的方向发展，出现了众多技术来提高转换器的转换效率，其中同步整流技术采用低导通电阻的功率MOSFET取代整流二极管，大大提高了转换器的转换效率，但这种技术带来了新的问题:在轻载的情况下，如果不对同步整流管的电流加以限制，就会有电流从同步整流管的漏极流入地，出现负向电感电流。这样不仅会导致电感电流纹波过大，造成功率损失；而且会在死区时间内产生流向电源的电流，对电源造成冲击。这就要求能够精确地检测同步整流管的反向电流，及时判断并关闭同步整流管，从而提高系统的转换效率。现有的同步管反向电流限制电路有如下两种:一、电阻检测方式，即在续流支路上串联小阻值的检测电阻，通过检测电阻上的压降来判断同步整流管上的反向电流是否过大，该方式存在如下的问题:首先引入检测电阻造成额外的功耗，其次检测电阻阻值需要很小，导致检测到的信号微弱且易受工艺和温度的影响，从而使检测电路精度较低；二、镜像电流方式，即通过镜像作用将同步整流管的电流精确复制出来，此方式避免了在主电流通路中直接添加器件造成的额外功耗，但是需要利用运算放大器来处理复制出来的电流，且对运放的增益和失调等性能的要求较高，从而增加了电路的复杂度。
发明内容
本发明针对目前在电流限制电路中引入检测电阻带来的功耗过大、精度较低或者通过镜像作用复制电流造成的结构复杂等问题，提出了一种高精度低端电流限制电路。采用本发明所提供的电流限制电路，一方面无需引入检测电阻，可避免额外的功耗，且不受温度、工艺等外界影响，从而提高了电路的精度；另一方面无需复制同步整流管的电流，简化了电路。本发明的技术方案是:一种高精度低端电流限制电路，如图1所示，包括一个NMOS管Ml，两个NLDMOS管NLDl和NLD2，一个同步整流管POWER M0SFET，两个恒流源Il和12，还有一个比较器Al，其中:NMOS管Ml的漏极和栅极连接于比较器Al的反向输入端，源极和衬底耦接至接地
占.
第一 NLDMOS管NLDl的漏极接比较器Al的正向输入端，栅极用于接收输入信号LS_D，源极和衬底耦接至接地点；第二 NLDMOS管NLD2的漏极接外接节点SW，栅极用于接收输入信号LS_D，源极和衬底接于比较器Al的反向输入端；同步整流管POWER MOSFET的漏极接外接节点SW，栅极用于接收输入信号LS_D，源极和衬底耦接至接地点；第一恒流源Il的正向端接外部电源VDD，负向端接第一 NLDMOS管NLDl的漏极；第二恒流源12的正向端接外部电源VDD，负向端接所述NMOS管Ml的漏极；所述比较器Al的正向输入端接第一 NLDMOS管NLDl的漏极，负向输入端接NMOS管Ml的漏极,输出端输出控制信号Vctrl。本发明的有益效果:本发明提供的高精度低端电流限电路，由于电路中所用的器件数目较少，有效地减小了芯片面积，而且该电流限电路不需要额外的电阻，可以完全片上集成，提高了系统集成度；其次，由于电路不受温度、工艺等外界因素的影响，因此该电流限电路可以精确限制同步整流管的电流，提高了系统的精度，可广泛应用于模拟或数模混合集成电路中。
图1为本发明提供的电流限制电路结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的阐述。一种高精度低端电流限制电路，如图1所示，包括一个NMOS管Ml，两个NLDMOS管NLDl和NLD2，一个同步整流管POWER M0SFET，两个恒流源Il和12，还有一个比较器Al，其中:NMOS管Ml的漏极和栅极连接于比较器Al的反向输入端，源极和衬底耦接至接地
占.
第一 NLDMOS管NLDl的漏极接比较器Al的正向输入端，栅极用于接收输入信号LS_D，源极和衬底耦接至接地点；第二 NLDMOS管NLD2的漏极接外接节点SW，栅极用于接收输入信号LS_D，源极和衬底接于比较器Al的反向输入端；同步整流管POWER MOSFET的漏极接外接节点SW，栅极用于接收输入信号LS_D，源极和衬底耦接至接地点；第一恒流源Il的正向端接外部电源VDD，负向端接第一 NLDMOS管NLDl的漏极；第二恒流源12的正向端接外部电源VDD，负向端接所述NMOS管Ml的漏极；所述比较器Al的正向输入端接第一 NLDMOS管NLDl的漏极，负向输入端接NMOS管Ml的漏极,输出端输出控制信号Vctrl。分别从以下两个方面阐述本发明的要点。1.本发明的高精度低端电流限电路的工作原理说明:LS_D信号为控制同步整流管POWER MOSFET开启或关断的信号，由开关电源的控制模块输出。当LS_D为高电压时，同步整流管POWER MOSFET开启，当LS_D为低电压时，同步整流管POWER MOSFET关断。当输入信号LS_D为低时，NMOS管Ml开启，为V2设置一个初始值，此时V1>V2，限流电路的输出不影响同步整流管POWER MOSFET的工作状态。其中，NMOS管Ml管的作用是在同步整流管POWER MOSFET关断的时候保持后续的电路工作状态，为下个周期的快速恢复做好准备。当输入信号LS_D为高时，第一 NLDMOS管NLD1、第二 NLDMOS管NLD2和同步整流管POWER MOSFET都开启，则比较器Al的反向输入端电压V2被拉低，且低于NMOS管Ml的阈值电压，此时NMOS管Ml关闭，第二恒流源12将通过第二 NLDMOS管NLD2流向SW端。设流过同步整流管POWER MOSFET的反向电流为13，则有V2=I2Ron(NLD2) -I3Ron(powEE MOSFET) (1)在式(1)中，Rw)为第二 NLDMOS管NLD2管工作在线性区时的导通电阻，它的值与第二 NLDMOS管NLD2的尺寸有关，Ron(POffEE M0SFET)为同步整流管POWER MOSFET管工作在线性区时的导通电阻，它的值与同步整流管POWER MOSFET的尺寸有关。由式(1)可以看出，同步整流管POWER MOSFET的反向电流增加时，比较器Al的反向输入端V2的电位将会升高，当V2增加到V2>V1时，比较器Al的输出信号Vctrl将会翻转，显示同步整流管POWER MOSFET的电流超过了设计的限定值，进而通过控制模块控制LS_D的高低，实现电路的限流功能。2.同步整流管POWER MOSFET反向电流的设定说明。如图1所不，比较器Al正向输入端Vl的电压可由第一恒流源Il和第一 NLDMOS管NLDl得到V=IIRon(NLDi) (2)其中，Ron(NLD1)为第一 NLDMOS管NLDl工作在线性区时的导通电阻，它的值与第一NLDMOS管NLDl的尺寸大小有关。则当同步整流管POWER MOSFET的反向电流达到限定值时有V1=V2,由式(I)和式(2)可以得到I1 Ron (NLD1) =I2 Ron (NLD2) _ I3 Ron (POWER MOS FET)(3)则可通过式(3)求得
权利要求
1.一种高精度低端电流限制电路，包括一个NMOS管(M1)，两个NLDMOS管(NLD1和NLD2)，一个同步整流管(POWER MOSFET)，两个恒流源(II和12)，还有一个比较器(Al)，其中: NMOS管(Ml)的漏极和栅极连接于比较器(Al)的反向输入端，源极和衬底耦接至接地占.第一NLDMOS管(NLDl)的漏极接比较器(Al)的正向输入端，栅极用于接收输入信号LS_D，源极和衬底耦接至接地点； 第二 NLDMOS管(NLD2)的漏极接外接节点SW，栅极用于接收输入信号LS_D，源极和衬底接于比较器(Al)的反向输入端； 同步整流管(POWER M0SFET)的漏极接外接节点SW，栅极用于接收输入信号LS_D，源极和衬底耦接至接地点； 第一恒流源(Il)的正向端接外部电源VDD，负向端接第一 NLDMOS管(NLDl)的漏极；第二恒流源(12)的正向端接外部电源VDD，负向端接所述NMOS管(Ml)的漏极；比较器(Al)的正向输入端接第一 NLDMOS管(NLDl)的漏极，负向输入端接所述NMOS管(Ml)的漏极,输出端输出控制信号Vctrl。
全文摘要
一种高精度低端电流限制电路，属于集成电路技术领域。包括一个NMOS管M1，两个NLDMOS管NLD1和NLD2，一个同步整流管POWER MOSFET，两个恒流源I1和I2，还有一个比较器A1。通过比较器正、负输入端电压的比较来确定第三NLDMOS晶体管的电流是否超过设计的限定值，进而控制输入信号的高低，实现电路的限流功能。一方面由于所用器件数目较少，有效的减少了芯片面积，且无需引入额外的电阻，可以全部片上集成，提高了系统集成度；另一方面由于电路不受温度、工艺等外界因素的影响，因此该电流限电路可以精确限制同步整流管的电流，提高了系统的精度，可广泛应用于模拟或数模混合集成电路中。
文档编号H02M1/32GK103117647SQ20131002838
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者周泽坤, 程洁, 代高强, 石跃, 明鑫, 王卓, 张波 申请人:电子科技大学