[发明专利]带有动态生成追踪参考电压的限流负载开关

说明书

参照的相关申请。

技术领域

本发明主要涉及电源领域，确切地说，本发明旨在设计一种保护电源及/或其负载的负载开关。

背景技术

在电力电子学领域，负载开关一般是在负载上耦合一个电源，用于连接或断开电源与负载。只要设计得当，负载开关就能够保护电源和负载免受故障影响，其功能示例如下：

电源和负载间受控于外部信号的可控功率开关

欠电压锁死

通过斜率控制减小涌入负载电流来调节负载电压上升速率，以避免CMOS器件闩锁等故障影响；这在技术上也被称为软启动。

负载限流，以避免短路时对硬件造成损伤。

负载功率的热保护，以避免硬件过热。

如图1A所示，原有技术的限流负载开关（CLLS）1用于耦合外部电源Vss6和外部负载8。此时，外部负载8与电阻负载Rload和电容负载Cload并联。那么，原有技术的限流负载开关（CLLS）1保持在负载电压Vload下，将负载电流Iload传送给外部负载8。一个带有低导通电阻Rdson的功率场效应管（FET）M1 2，即一个P-沟道金属氧化物半导体（PMOS）场效应管（FET），用作连接或断开外部电源Vss6与外部负载8的通路电晶体。因此，当需要从外部电源Vss6上断开外部负载8时，功率场效应管FET M1 2将被完全关闭。

原有技术的限流负载开关（CLLS）1以一个带有预置的固定参考电压VR的反馈回路12将负载电流Iload限制在一个可预设的最大值Imax内。这个固定的参考电压VR同一个可预设的电流反射镜16一同产生。正常运行时，功率场效应管（FET）M1 2完全开通，将负载电流Iload从外部电源Vss6传送至外部负载8上。与此同时，作为负载电流Iload一部分的感应电流Is，流经感应场效应管FET M2 4和感应电阻器Rsense，并在感应电阻器Rsense上产生感应电压Vs。反馈回路12中有一个输出端为10c的限流放大器10，带动功率场效应管FET M1 2和感应场效应管FET M2 4的共功率栅极3b，以此控制它们各自的导通电阻。限流放大器10的第一个输入端10a和第二个输入端10b，分别连接固定参考电压VR和感应电压Vs。正常运行时，感应电流Is很小，对应的感应电压Vs小于固定参考电压VR，因此反馈回路12保持开路（限流放大器输出端10c进入高阻抗状态）。但是，当外部负载8短接时，负载电流Iload随感应电流Is急剧上升，导致感应电压Vs上升。当感应电压Vs达到固定参考电压VR时，反馈回路12通过限流放大器10关闭，并连续控制功率场效应管FET M1 2和感应场效应管FET M2 4的共功率栅极3b，以使感应电压Vs与固定参考电压VR保持一致，而且对应的负载电流Iload限制在可预设的最大值Imax内。原有技术的限流负载开关（CLLS）1的另一特点就是，它包括输出端和限流放大器10输出端并联的一个软启动控制电路18，以控制功率场效应管FET M1 2和感应场效应管FET M2 4的共功率栅极3b在启动时控制负载电压Vload的斜率。软启动后，共功率栅极3b被拉低，以致于功率场效应管FET M1 2完全打开，并在带有低导通电压Rdson的线性区域内运行。对于本领域的技术人员，由于在开关电路的软启动时，限流放大器输出端10c仍保持在高阻抗状态，因此软启动控制电路18与反馈电路12之间没有功能串扰。为了避免过多的繁琐细节，软启动控制电路18的内部电路本文不再赘述。

接下来详细介绍一下原有技术的限流负载开关（CLLS）1的子系统层。功率场效应管FET M1 2是带有低导通电阻Rdson的连接或断开外部电源Vss6与外部负载8的主通路电晶体。功率场效应管源端2a(S1)与外部电源Vss6相连，共电源漏极3c(D)与外部负载8的负载电压Vload相连。感应场效应管FET M2 4，此例中即P通道金属氧化物半导体场效应管PMOS FET，是作为电流感应晶体管，它可以与功率场效应管FET M1 2制作于同一半导体芯片上, 作为半导体芯片上的一小部分并按如下典型示例选择场效应管沟道宽度与沟道长度的比值(W/L)，：

RATIOI=Is/Ipower=0.001    …(A)

其中，RATIOI≈W/L(感应场效应管FET M2 4)/W/L(功率场效应管FET M1 2)