[发明专利]一种DC/DC转换器的电流限制电路

说明书

技术领域

本发明属于集成电路设计技术领域，具体涉及一种DC/DC转换器的电流限制电路。

背景技术

在中小功率DC/DC转换器中，特别是应用于以太网供电PoE（Power over Ethernet）系统中的DC/DC转换器，当负载发生过载、短路等异常情况时，流过DC/DC转换器的负载电流会远大于正常工作时的电流，长时间工作在这种大电流状态下会导致功率管等功率器件或者以太网电缆线产生过热而烧坏，甚至损坏整个系统。所以对DC/DC转换器，需要电流限制电路对负载电流设定一个电流阈值，在系统出现负载过载、短路等异常情况时限制流过负载的电流在此限流点上不让其继续增大，从而对系统进行保护。

电流限制电路的限流点通常是根据负载电流的变化范围和功率管等功率器件的安全工作区域而设定。在以太网供电系统中，传输的功率水平决定了限流点，在对应的IEEE802.3af或者IEEE802.3at等标准中通常有明确的指定，而以太网电缆线对发热的敏感性要求系统的限流点很精确。

传统的电流限制电路是通过在电流通路中串联一个采样电阻来对DC/DC转换器的负载电流进行检测，检测得到的电压信号与晶体管的阈值电压进行比较，对负载电路中的功率管的导通程度进行控制，从而实现电流限制，具体电路原理如图1所示。在该电路中，虚线框内电路部分为电流限制电路，主要包括检测电阻R1、功率管M1和MOS管M2，图中的功率管M1用于限制DC/DC转换器的负载电流I₀，采样电阻R1用于对负载电流I₀进行检测，通过MOS管M2调节功率管M1的栅端电压控制其导通程度来实现电流限制。正常工作时，负载电流I₀比较小，采样电阻R1两端的电压比较小，不足够打开M2，此时功率管M1栅端保持高电平，电流正常地流通。当负载发生过载或者短路等异常情况时，负载电流I₀变大，采样电阻R1两端的电压也变大，当电压增大到M2管的阈值电压以上时，M2开启，拉低功率管M1的栅端电压，从而控制功率管M1的导通程度，把电流限制在设置的限流点上，不让其继续增大。

以上所述的电流限制电路的限流点近似表达式为I_CL=V_th/R1；其中，V_th为M2的阈值电压，且通常为0.7V左右，比较大，电路工作在限流状态时R1的功耗会很大。同时，V_th和电阻R1的阻值随工艺角的变化很大，电阻R1通常是用多晶硅电阻来实现，具有正的温度系数，而V_th为负的温度系数，从以上表达式可以看出，电流限制电路的限流点很不精确，会在不同工艺角和温度变化时出现很大的变化。

为了减小电流限制电路的功耗，在相同的电流水平下，应该减小采样电阻的电压，也即减小被比较的基准电压。而为了实现高精度的电流限制，要求所用的采样电阻和被比较的基准电压很精确，同时需要使用高精度运放对很小的检测电压和基准电压进行差值放大。在温度变化时，根据采样电阻的温度系数，被比较的基准电压应该跟随电阻阻值的变化而变化，这样能实现高精度的电流限制。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种DC/DC转换器的电流限制电路，精度高，功耗小。

一种DC/DC转换器的电流限制电路，包括：

功率开关管，用于控制DC/DC转换器负载电流的大小；所述的功率开关管的输入端与DC/DC转换器相连，输出端连接有采样电阻，所述的采样电阻的另一端接地；

参考电流产生电路，用于产生参考电流信号；

电流电压转换电路，用于将所述的参考电流信号转换为基准电压信号，同时采集所述的采样电阻的电压，并将该电压转换为检测电压信号；

运算放大电路，用于对所述的基准电压信号和检测电压信号进行差值放大，并输出开关控制信号以控制所述的功率开关管。

优选地，所述的采样电阻的阻值为0.08Ω；采样电阻阻值越小，电流限制电路的功耗就越低，对应的基准电压也需要越小，其精度也越难做到很高，同时所用的运放也越难对检测电压和基准电压进行精确的差值放大；故该阻值是根据对限流点、功耗要求、电阻实现的便利性等因素进行权衡折中后的最优值。