[发明专利]一种功率开关管的过流检测电路和方法

说明书

技术领域

本发明涉及电流检测技术，尤其涉及一种功率开关管的过流检测电路和方法。

背景技术

功率开关管即功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOS)，其导通和关断特性通常用于实现开关电源、开关放大器、电荷泵等的信号和能量的高效率转换。功率MOS管在导通时，通常有较大的电流流过，如果流过的电路超过了该功率MOS管的承受极限，该功率MOS管可能会发生永久性损坏。因此，为了保证功率MOS管的可靠性，必须对流过功率MOS管的电流进行连续检测，并且能够在流过的电流过大时对功率MOS管进行过流保护。

图1给出了N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOS)作为功率开关管的过流检测电路。如图1所示，NMOS N1作为功率开关管，与NMOS N2的尺寸比例为N∶1，NMOS N1与NMOS N2为共栅-共漏连接，栅极均连接第一偏置电压CP1，漏极均连接输入电压Vin，NMOS N1的源极连接放大器A1的负输入端，NMOS N2的源极连接所述放大器A1的正输入端和NMOS N3的漏极，放大器A1的输出端连接NMOS N3的栅极，NMOS N3与NMOS N4共栅共源连接，源极均接地，NMOS N4的漏极连接电阻R1和比较器OP1的负输入端，电阻R1的一端连接NMOS N4的漏极，另一端连接输入电压Vin，电阻R2的一端连接比较器OP1的正输入端和参考电流源Q1，另一端连接输入电压Vin，比较器OP1的供电端连接输入电压Vin，输出信号为OCP。

图1所示的过流检测电路在工作时，由于放大器A1的连接为负反馈连接，放大器A1的虚短效应使自身正、负输入端的电压相等，NMOS N2对流过NMOSN1的电流进行采样，流过NMOS N2的电流为流过NMOS N1的电流的1/N，NMOS N3上流过的电流为流过NMOS N2的电流，NMOS N4对NMOS N3进行电流镜像，得到流过自身的电流为Is，电阻R1上的压降为R1*Is，电阻R2上的压降为R2*Ir，所述Ir为参考电流源Q1提供的电流，当流过NMOS N1的电流较小时，流过NMOS N2的电流也较小，R1*Is＜R2*Ir，比较器OP1的输出信号OCP为低电平，表示NMOS N1没有过流；当流过NMOS N1的电流达到过流保护的阈值时，R1*Is＞R2*Ir，比较器OP1的输出信号OCP为高电平，表示NMOS N1已经过流。

图1所示的过流检测电路中，输入电压Vin一般为高压，各器件均需考虑耐高压的情况，并且通过电流镜像得到流过NMOS N4的电流Is会有较大误差，降低了过流检测的精度。

另外，图1中的放大器A1所采用的结构一般为图2所示的放大器的结构，NMOS N21的栅极为负输入端，NMOS N21的源极连接NMOS N22的源极，并对地连接电流源Q21，NMOS N21的漏极连接P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOS)P21的漏极和栅极、以及PMOS P22的栅极，PMOS P21与PMOSP22共源共栅连接，构成电流镜像电路，NMOS N22的栅极为正输入端，NMOSN22的漏极连接PMOS P22的漏极和PMOS P23的栅极，PMOS P23的漏极为输出端，对地连接电流源Q22。图2所示的放大器在正、负输入端的电压与电源电压接近或相等时，NMOS N21的漏极和源极电压非常接近，使NMOS N21工作在线性区，降低了放大器的增益。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明的主要目的在于提供一种功率开关管的过流检测电路和方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供的一种功率开关管的过流检测电路，该过流检测电路包括：采样电路和比较电路；其中，

采样电路，配置为利用采样金属氧化物半导体场效应晶体管(MOS)和放大器对功率开关管进行电流采样，将采样电流转换为采样电压传输到比较电路，并通过串接钳位MOS管对所述放大器的输出端电路和比较电路的工作电压进行钳位；

比较电路，配置为比较采样电压与参考电压的大小，输出过流检测结果。

本发明提供的一种功率开关管的过流检测方法，该方法包括：

采样电路利用采样MOS管和放大器对功率开关管进行电流采样，将采样电流转换为采样电压传输到比较电路，并通过串接钳位MOS管对所述放大器的输出端电路和比较电路的工作电压进行钳位；

所述比较电路比较采样电压与参考电压的大小，输出过流检测结果。