專利名稱：一種產(chǎn)生遲滯窗口的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生遲滯窗口的電路，該電路適用于過溫、過流等 保護電路中。
背景技術(shù)：
目前便攜式電子設(shè)備(如手機，PDA, MP3等)主要靠鋰電池經(jīng)過低 壓降線性電壓調(diào)節(jié)器(LD0)和開關(guān)式直流調(diào)節(jié)器(DCDC)供電，這些電源 轉(zhuǎn)換器中均采用功率管。電源轉(zhuǎn)換器的質(zhì)量指標應(yīng)該是以安全性、可靠 性為第一原則。在電氣技術(shù)指標滿足正常使用要求的條件下，為使電源 在惡劣環(huán)境及突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，必須設(shè)計多種保護電 路，比如防浪涌的軟啟動、欠壓、過溫、過流等保護電路。例如，隨著 S0C芯片集成功能和規(guī)模的不斷增加以及便攜式應(yīng)用的迅猛發(fā)展，芯片 的功能越來越多，功耗越來越大，導(dǎo)致芯片工作的溫度也越來越高。但 是芯片過高的溫度會大大降低其可靠性，甚至直接導(dǎo)致芯片產(chǎn)生熱故 障。所以，過溫保護電路對于電源管理芯片顯得尤其重要。過溫保護電路就是持續(xù)檢測芯片溫度，如果溫度超過設(shè)上限(),將產(chǎn)生關(guān)斷信號，如果溫度下降至允許值(r。")，將產(chǎn)生開啟信號，工作原理如圖1所示。很顯然，為了防止熱振蕩，7，。#和？; 應(yīng)設(shè)置一定的遲滯窗口，而 目前都是采用遲滯比較器來產(chǎn)生一個溫度遲滯窗口 。圖2a是一個通用比較器電路符號，該比較器可以比較兩個輸入模擬 信號并由此產(chǎn)生一個二進制輸出的電路。圖2b是這個比較器的輸出曲 線，當(dāng)正、負輸入之差為正時，比較器的輸出為高電平(V加)；為負時，比較器輸出為低電平(V化)。而圖3a是一個遲滯比較器，其輸入閾值是 輸入(或輸出)電平的函數(shù)。尤其是當(dāng)輸入經(jīng)過閾值輸出會改變，同時， 輸入閾值也會隨之降低，所以在比較器的輸出又一次改變狀態(tài)之前必須 回到上一閾值。以上改變可以清晰的顯示在圖3b所示的輸出曲線中輸 入從負值開始并向正值變化時，輸出不變，直到輸入達到正向轉(zhuǎn)折點乂 1>+ 時，比較器的輸出才開始改變； 一旦輸出變高，實際轉(zhuǎn)折點被改變；當(dāng) 輸入向負值方向減小時，輸出不變；直到輸入達到負向轉(zhuǎn)折點V,時， 比較器的輸出才開始改變。調(diào)節(jié)圖3所示遲滯比較器電路中負載管M3和 M4相對M6和M7的尺寸比例，就可以調(diào)節(jié)得到遲滯窗口的大小，即圖3(b)中V脅—Vtrp-的大小。圖4是一個目前很常見的利用遲滯比較器產(chǎn)生溫度遲滯窗口過溫保 護電路。支路l-3是帶隙基準(Bandgap)電路，VREF是這個電路得到的 與溫度無關(guān)的電壓，^厲是這個電路得到的與溫度成正比的電流。如果 兩個雙極性晶體管在不相等的電流密度下，那么它們的基極-發(fā)射極電壓的差值就與絕對溫度成正比，-丄PVln"，其中n表示兩個雙極性晶體管發(fā)射極面積的比值，^h"表示l支路和2支路的兩PNP管的基極-發(fā)射極電壓的差值，是正溫度系數(shù)。MP1和MP2鏡像這個與溫度成正比的電〉充^PL471 o^4 = /層*7 3 (l),^五 (2) 從表達式(l) 、 (2)可以看出比較器輸入電壓VA是一個正溫度系數(shù)電壓，VB是一個負溫度系數(shù)電壓。正常應(yīng)用溫度條件下ra〉M,遲滯比較器的輸出VOUT為高電位；隨著溫度的上升，VB變小，VA變大，直到某一個溫度臨界值7;, ra<M,遲滯比較器的輸出VOUT為低電位。這個
電位表征了電路是否處于過溫狀態(tài)。由于采用了遲滯比較器，因此產(chǎn)生 一個溫度遲滯窗口 ，圖4電路比較器輸出電位隨溫度的關(guān)系就如圖l所示，其中1#-乙就是溫度遲滯窗口。由上述分析可見，傳統(tǒng)的保護電路均是利用遲滯比較器產(chǎn)生遲滯窗 口的，而遲滯比較器產(chǎn)生的遲滯窗口完全依賴于遲滯比較器的結(jié)構(gòu)，即 依靠遲滯比較器負載管尺寸比例的調(diào)節(jié)，而負載管尺寸比例不易隨意調(diào) 節(jié)，導(dǎo)致傳統(tǒng)的遲滯比較器產(chǎn)生的遲滯窗口不易調(diào)節(jié)。因此現(xiàn)有的利用 遲滯比較器組成的過溫保護或過流保護電路都具有遲滯窗口不易調(diào)節(jié) 的缺陷。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新的產(chǎn)生遲滯窗口的電 路，該電路帶來了遲滯窗口在設(shè)計上靈活和便于調(diào)節(jié)的優(yōu)點。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種產(chǎn)生遲滯窗口的電路，包括一通用比較器、 一開關(guān)管、 一參考 電壓，以及由第一電阻和第二電阻串聯(lián)組成的電阻支路；所述比較器的 同相輸入端連接參考電壓，其反相輸入端連接所述電阻支路，輸入電流 流經(jīng)電阻支路和比較器的反相輸入端；所述開關(guān)管的源、漏極跨接在所 述第一電阻兩端，且漏極接比較器的反相輸入端，所述開關(guān)管的柵極連 接比較器的輸出端；當(dāng)輸入電流在正常工作狀態(tài)時，設(shè)置所述參考電壓 大于所述比較器反相輸入端電壓。所述的產(chǎn)生遲滯窗口的電路，其中所迷開關(guān)管采用NPN型場效應(yīng)管。產(chǎn)生遲滯窗口的電路，其中當(dāng)該電路用在過流保護電路中時，所 述輸入電流為與負栽電流成正比的^r測電流；當(dāng)該電i 各用在過溫保護電 路中時，所述輸入電流為隨溫度升高而增加的正溫度系數(shù)電流，且設(shè)置
所迷參考電壓為隨溫度升高而變小的負溫度系數(shù)電壓。所述的產(chǎn)生遲滯窗口的電路，其中所述參考電壓由一PNP晶體管 的BE結(jié)產(chǎn)生。一種產(chǎn)生遲滯窗口的電路，包括一通用比較器、 一開關(guān)管、 一參考 電壓、 一反相器以及由第一電阻和第二電阻串聯(lián)組成的電阻支路；所述 比較器的反相輸入端連接參考電壓，其同相輸入端連接所述電阻支路， 輸入電流流經(jīng)電阻支路和比較器的同相輸入端，所述比較器的輸出端連 接反相器的輸入端；所述開關(guān)管的源、漏極跨接在所述第一電阻兩端， 且漏極接比較器的反相輸入端，所述開關(guān)管的柵極連接反相器的輸出 端；當(dāng)輸入電流在正常工作狀態(tài)時，設(shè)置所述參考電壓大于所述比較器 同相輸入端電壓。所述的產(chǎn)生遲滯窗口的電路，其中所述開關(guān)管采用NPN型場效應(yīng)管。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明電路不再需要傳統(tǒng)方案中的遲滯比較 器，遲滯窗口的調(diào)節(jié)也不再依賴于遲滯比較器負載管比例的調(diào)節(jié)，只需 要調(diào)節(jié)電阻R3和R4的大小比例，就可以很容易且較精確的調(diào)節(jié)遲滯窗 口，這在設(shè)計中帶來了很大的設(shè)計靈活性。并且本電路可以在標準CMOS 工藝上實現(xiàn)，電路制造成本低。


圖1為過溫保護電路工作原理示意圖； 圖2a為通用比較器電路符號； 圖2b為通用比較器的輸出曲線； 圖3a為遲滯比較器電路原理圖； 圖3b為遲滯比較器傳輸曲線；圖4為利用遲滯比較器產(chǎn)生溫度遲滯窗口的過溫保護電路； 圖5為本發(fā)明產(chǎn)生遲滯窗口的電路；圖6為采用本發(fā)明產(chǎn)生遲滯窗口電路的過溫保護電路；圖7為本發(fā)明過溫保護電路的溫度曲線；圖8為采用本發(fā)明電路的過溫保護電路的仿真溫度曲線；圖9為現(xiàn)有技術(shù)的過流保護電路；圖IO為本發(fā)明應(yīng)用于過流保護電路的示意圖；圖11為本發(fā)明第二種產(chǎn)生遲滯窗口的電路。
具體實施方式
下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明 本發(fā)明產(chǎn)生遲滯窗口的電路是利用電阻和開關(guān)管產(chǎn)生一個便于調(diào) 節(jié)且設(shè)計靈活的遲滯窗口。該電路如圖5所示，包括一通用比較器、一 開關(guān)管MS,開關(guān)管MS采用NPN型場效應(yīng)管， 一參考電壓V咖，以及由第 一電阻R3和第二電阻R4串聯(lián)組成的電阻支路；比較器的同相輸入端連 接參考電壓V,其反相輸入端連接R3、 R4組成的電阻支路；開關(guān)管的 源、漏極跨接在電阻R3兩端，且漏極接比較器的反相輸入端，開關(guān)管 的柵極連接比較器的輸出端。流經(jīng)節(jié)點A的輸入電流U是一個變量， 在過溫保護電路中，輸入電流Iu是與溫度成正比的電流，在過流保護電 路中，輸入電流Iin是與負栽電流成正比的4企測電流，并且當(dāng)輸入電流 Iin在正常工作狀態(tài)時，設(shè)置參考電壓V,大于比較器反相輸入端電壓， 即比較器的同相輸入端電壓大于其反相輸入端電壓，此時比較器輸出V0UT 為高電位，開關(guān)管MS導(dǎo)通，電阻R3相當(dāng)于被開關(guān)管MS旁路；當(dāng)過溫 或過載導(dǎo)致輸入電流Iin上升到第一臨界值時，比較器的反相輸入端電壓 大于其正相輸入端電壓，此時比較器反轉(zhuǎn)，其輸出V,為低電位，開關(guān) 管MS截至，電阻R3不再被開關(guān)管MS旁路而和R4串聯(lián)。為了清楚地分 析本發(fā)明電路如何在不增加功耗的前提下，利用開關(guān)管對R3、 R4兩個
電阻的選通來產(chǎn)生遲滯窗口并實現(xiàn)遲滯窗口的精確調(diào)節(jié)的，以下分別將 此電路應(yīng)用在過溫保護電路和過流保護電路中，加以詳細的殺又述。如圖6所示的過溫保護電路，支路l-3與圖4現(xiàn)有技術(shù)方案一樣。利 用帶隙基準(Bandgap)電路產(chǎn)生一個與溫度無關(guān)的基準電壓VREF， MP1 和MP2鏡像得到 一個與溫度成正比的輸入電流/PW 。支路4-5中的比較器 不再需要遲滯比較器而采用無遲滯的通用比較器代替。由于輸入電流 /p^為正溫度系數(shù)，比較器輸入電壓VA是一個正溫度系數(shù)電壓，而為了 提高過溫保護電路的敏感性，參考電壓VB是由PNP晶體管的BE結(jié)產(chǎn)生的 一個負溫度系數(shù)電壓。正常工作溫度范圍內(nèi)F^〉J^，比較器輸出V。uT為 高電位，開關(guān)管MS導(dǎo)通。我們設(shè)計開關(guān)管\^的導(dǎo)通電阻^ &，因而 正常工作溫度范圍內(nèi)，電阻R3被開關(guān)管MS旁路，同時開關(guān)管MS的導(dǎo)通電 阻& / 4,所以有<formula>formula see original document page 9</formula> (3)<formula>formula see original document page 9</formula> (4) 正常工作溫度范圍內(nèi)F5,〉F4;隨著溫度上升，正溫度系數(shù)的/p^上升導(dǎo)致電壓VA上升，負溫度系數(shù)的電壓VB下降，當(dāng)上升到第一臨界溫度 ;#時，KB,〈F4,此時比較器翻轉(zhuǎn)，輸出電壓V。uT為低電位，這個信號表征 電路處于過溫狀況。此時比較器輸出V加T為低電位導(dǎo)致開關(guān)管MS關(guān)閉，電 阻R3不再被開關(guān)管MS旁路而和R4串聯(lián)。隨著系統(tǒng)關(guān)閉，溫度下降，此時<formula>formula see original document page 9</formula> (5)W = r腿 (6) 當(dāng)下降到第二臨界溫度L時，F(xiàn)B2>F4,比較器翻轉(zhuǎn)，輸出V,為高電 位，說明系統(tǒng)恢復(fù)到一個安全的溫度，可以重新啟動。觀察圖7所示的 本發(fā)明過溫保護電路的溫度曲線，發(fā)現(xiàn)溫度上升和溫度下降時由于開關(guān) 管MS的狀態(tài)對電壓VA起了一個決定作用。溫度上升過程中，MS—直處于
導(dǎo)通狀態(tài)，在比較器翻轉(zhuǎn)的第一臨界溫度，有i尸r力ri *= ^￡ ,7;# 民卩l(xiāng)尸7^ri = ^￡￡,7;# ( 7 )溫度下降過程中，而MS—直處于關(guān)閉狀態(tài)，在比較器翻轉(zhuǎn)的第二臨界溫 度，有= 即/p^,^^/(i 3+ig (8)根據(jù)公式(7)和(8)我們進行如下分析假設(shè)7;《7; 成立，由于/p^ 與溫度是正溫度系數(shù)的關(guān)系，所以有/Pwri ^ /P7:4r2;而與溫度是負溫 度系數(shù)的關(guān)系，所以有2，代入(7 )和(8 )式得到^j^A^^l/^+A),即^^n^厶7^2;結(jié)論與開始的假設(shè)前后 矛盾，所以有^〉L，即產(chǎn)生了大小為^-L的溫度遲滯窗口。通過以上分析，在過溫保護電路的溫度遲滯窗口設(shè)計時，不再需要 傳統(tǒng)方案中的遲滯比較器，溫度遲滯窗口的調(diào)節(jié)不再依賴于遲滯比較器 負載管比例的調(diào)節(jié)，只需要調(diào)節(jié)電阻R3和R4的大小比例，可以很容易且 較精確的調(diào)節(jié)溫度遲滯窗口，這在設(shè)計中帶來了很大的設(shè)計靈活性。圖 8所示這個電路工作的溫度曲線是一個實現(xiàn)例子。支3各1 -5在室溫下的靜 態(tài)電流為2微安(uA) ,R3-20K歐姆，R4-100K歐姆，得到的溫度遲滯窗 口為20。C。在每條支路的靜態(tài)電流一定的情況下，通過調(diào)節(jié)R3和R4的大 小，可以靈活的調(diào)節(jié)遲滯窗口的大小。本發(fā)明電路同樣可以用在過流保護電路中，用來產(chǎn)生電流遲滯窗口 。 圖9是現(xiàn)有技術(shù)典型的過流保護電路。V^是參考電壓，/^是輸出負載電流厶o4。的鏡像檢測電流值，遵守鏡像比例關(guān)系通過比較參考電壓v咖和/,^/A大小來判斷是否負載電流過大。當(dāng)輸出負載電流值在正常范圍內(nèi)時，VREF〉/,e ce*i 4,比較器輸出V,為高電 位；當(dāng)輸出負載電流增加，則/ 增加，直到輸出負載電流的臨界點，乂啦<4,*^，則比較器輸出V,變成低電位，這個信號表征了系統(tǒng)處于 過流狀態(tài)。為了防止電流振蕩，傳統(tǒng)的過流保護電路中采用了遲滯比較 器以產(chǎn)生一個電流遲滯窗口 ，其電流遲滯窗口通過調(diào)節(jié)遲滯比較器中負 載管尺寸比例來得到。圖10是本方案應(yīng)用在過流保護電路中。它仍然利用電阻網(wǎng)絡(luò)和開關(guān) 管產(chǎn)生電流遲滯窗口。系統(tǒng)電流負載/^^在正常范圍內(nèi)時，參考電壓VREF>4 ce*A，比較器輸出V,為高電位，開關(guān)管MS導(dǎo)通；電流負載上升到第 一 臨界值/i04D，。W時，Vref=厶證,0# * (10)電流負載大于第一臨界值/，化0^時，比較器輸出V。ut為低電位，這個信號表征系統(tǒng)處于過流狀態(tài)，此后開關(guān)管MS關(guān)閉，VREF<當(dāng) 電流負載開始下降到第二臨界值A(chǔ)歸,，時，比較器輸出V,又恢復(fù)為高電位，表征系統(tǒng)處于正常的電流負載中，此后 開關(guān)管MS導(dǎo)通，VREF>/Kwe*/ 4。根據(jù)以上分析我們可以得到電流的遲滯 窗口為J厶04Z5,OFf Ji04D,CW 、證,。"J 八根據(jù)(10 )和(11),電流的遲滯窗口為(+-^"^)* (12 )通過調(diào)節(jié)電阻R3和R4的大小比例，可以很精確很容易的得到電流遲滯窗 口 ，使得遲滯窗口的設(shè)計不依賴于遲滯比較器。本發(fā)明的電路還有如圖ll所示的改進方案，改進方案與圖所示的基 本方案不同的是，比較器的反相輸入端連接參考電壓，同相輸入端連接
所述電阻支路，同時比較器的輸出端增加了一個反向器，開關(guān)管MS的柵 極連接反相器的輸出端。當(dāng)輸入電流在正常工作狀態(tài)時，設(shè)置參考電壓 大于比較器同相輸入端電壓，此時比較器的輸出為低電位，反相器的輸出為高電位，開關(guān)管MS處于導(dǎo)通狀態(tài)，其工作原理與基本方案是相同的， 同樣是利用開關(guān)管對R3、 R4兩個電阻的選通來產(chǎn)生遲滯窗口并實現(xiàn)遲滯 窗口的精確調(diào)節(jié)的，在此不再贅述。由上述可見，本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡單，在不增加任何功耗的前提下， 利用了電阻網(wǎng)絡(luò)和一個開關(guān)管實現(xiàn)了遲滯窗口 ，使得在需要遲滯窗口的 場合可以擺脫遲滯比較器的使用，而且本發(fā)明可以使遲滯窗口大小更容 易更精確的調(diào)節(jié)；本電路可以在標準CMOS工藝上實現(xiàn)，電路制造成本低。 本發(fā)明電路特別適用于LDO、 Charger或DC-DC的過溫、過流保護電路應(yīng) 用中，同時也可以應(yīng)用在其它需要遲滯窗口的場合。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明所述的產(chǎn)生遲滯窗口的電路，上述針對較佳 實施例的描述過于具體，并不能因此而理解為對本發(fā)明專利保護范圍的 限制，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā) 明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所 附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種產(chǎn)生遲滯窗口的電路，其特征在于包括一通用比較器、一開關(guān)管、一參考電壓，以及由第一電阻和第二電阻串聯(lián)組成的電阻支路；所述比較器的同相輸入端連接參考電壓，其反相輸入端連接所述電阻支路，輸入電流流經(jīng)電阻支路和比較器的反相輸入端；所述開關(guān)管的源、漏極跨接在所述第一電阻兩端，且漏極接比較器的反相輸入端，所述開關(guān)管的柵極連接比較器的輸出端；當(dāng)輸入電流在正常工作狀態(tài)時，設(shè)置所述參考電壓大于所述比較器反相輸入端電壓。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生遲滯窗口的電路，其特征在于所 述開關(guān)管采用NPN型場效應(yīng)管。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的產(chǎn)生遲滯窗口的電路，其特征在于當(dāng) 該電路用在過流保護電路中時，所述輸入電流為與負載電流成正比的檢 測電流；當(dāng)該電路用在過溫保護電路中時，所述輸入電流為隨溫度升高 而增加的正溫度系數(shù)電流，且設(shè)置所述參考電壓為隨溫度升高而變小的 負溫度系數(shù)電壓。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的產(chǎn)生遲滯窗口的電路，其特征在于所 述參考電壓由一 PNP晶體管的BE結(jié)產(chǎn)生。
5、 一種產(chǎn)生遲滯窗口的電路，其特征在于包括一通用比較器、 一開關(guān)管、 一參考電壓、 一反相器以及由第一電阻和第二電阻串聯(lián)組成 的電阻支路；所述比較器的反相輸入端連接參考電壓，其同相輸入端連 接所述電阻支路，輸入電流流經(jīng)電阻支路和比較器的同相輸入端，所述 比較器的輸出端連接反相器的輸入端；所述開關(guān)管的源、漏極跨接在所 述第一電阻兩端，且漏極接比較器的反相輸入端，所述開關(guān)管的柵極連 接反相器的輸出端；當(dāng)輸入電流在正常工作狀態(tài)時，設(shè)置所述參考電壓 大于所迷比4交器同相輸入端電壓。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的產(chǎn)生遲滯窗口的電路，其特征在于所 述開關(guān)管采用NPN型場效應(yīng)管。
全文摘要
一種產(chǎn)生遲滯窗口的電路，包括一通用比較器、一開關(guān)管、一參考電壓，以及由電阻R3和電阻R4串聯(lián)組成的電阻支路；比較器的同相輸入端連接參考電壓，其反相輸入端連接電阻支路，輸入電流流經(jīng)電阻支路和比較器的反相輸入端；開關(guān)管的源、漏極跨接在電阻R3兩端，且漏極接比較器的反相輸入端，開關(guān)管的柵極連接比較器的輸出端；當(dāng)輸入電流在正常工作狀態(tài)時，設(shè)置所述參考電壓大于所述比較器反相輸入端電壓。本發(fā)明是利用開關(guān)管對R3、R4兩個電阻的選通來產(chǎn)生遲滯窗口并實現(xiàn)遲滯窗口的精確調(diào)節(jié)，帶來了很大的設(shè)計靈活性。
文檔編號H02H3/08GK101165984SQ20061006325
公開日2008年4月23日 申請日期2006年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月20日
發(fā)明者佳 余, 軍 劉, 劉堅斌 申請人:深圳安凱微電子技術(shù)有限公司