帶有動(dòng)態(tài)生成追蹤參考電壓的限流負(fù)載開關(guān)的制作方法

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>發(fā)電;變電;配電裝置的制造技術(shù)

專利名稱：帶有動(dòng)態(tài)生成追蹤參考電壓的限流負(fù)載開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及電源領(lǐng)域，確切地說，本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)一種保護(hù)電源及/或其負(fù)
載的負(fù)載開關(guān)。
背景技術(shù)：
在電力電子學(xué)領(lǐng)域，負(fù)載開關(guān)一般是在負(fù)載上耦合一個(gè)電源，用于連接或斷開電源與負(fù)載。只要設(shè)計(jì)得當(dāng)，負(fù)載開關(guān)就能夠保護(hù)電源和負(fù)載免受故障影響，其功能示例如下電源和負(fù)載間受控于外部信號(hào)的可控功率開關(guān)
欠電壓鎖死通過斜率控制減小涌入負(fù)載電流來調(diào)節(jié)負(fù)載電壓上升速率，以避免CMOS器件閂鎖等故障影響；這在技術(shù)上也被稱為軟啟動(dòng)。
負(fù)載限流，以避免短路時(shí)對(duì)硬件造成損傷。
負(fù)載功率的熱保護(hù)，以避免硬件過熱。如圖1A所示，原有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)l用于耦合外部電源Vss6和外部負(fù)載8。此時(shí)，外部負(fù)載8與電阻負(fù)載Rload和電容負(fù)載Cload并聯(lián)。那么，原有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)l保持在負(fù)載電壓Vload下，將負(fù)載電流Iload傳送給外部負(fù)載8。一個(gè)帶有低導(dǎo)通電阻Rdson的功率場(chǎng)效應(yīng)管(FET)M12，即一個(gè)P-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PM0S) 場(chǎng)效應(yīng)管(FET)，用作連接或斷開外部電源Vss6與外部負(fù)載8的通路電晶體。因此，當(dāng)需要從外部電源Vss6上斷開外部負(fù)載8時(shí)，功率場(chǎng)效應(yīng)管FET M12將被完全關(guān)閉。
原有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS) 1以一個(gè)帶有預(yù)置的固定參考電壓VR的反饋回路12將負(fù)載電流Iload限制在一個(gè)可預(yù)設(shè)的最大值Imax內(nèi)。這個(gè)固定的參考電壓VR同一個(gè)可預(yù)設(shè)的電流反射鏡16—同產(chǎn)生。正常運(yùn)行時(shí)，功率場(chǎng)效應(yīng)管(FET)M12完全開通，將負(fù)載電流Iload從外部電源Vss6傳送至外部負(fù)載8上。與此同時(shí)，作為負(fù)載電流Iload 一部分的感應(yīng)電流Is，流經(jīng)感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M24和感應(yīng)電阻器Rsense，并在感應(yīng)電阻器 Rsense上產(chǎn)生感應(yīng)電壓Vs。反饋回路12中有一個(gè)輸出端為10c的限流放大器IO，帶動(dòng)功率場(chǎng)效應(yīng)管FET M12和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M24的共功率柵極3b，以此控制它們各自的導(dǎo)通電阻。限流放大器10的第一個(gè)輸入端10a和第二個(gè)輸入端10b，分別連接固定參考電壓VR 和感應(yīng)電壓Vs。正常運(yùn)行時(shí)，感應(yīng)電流Is很小，對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電壓Vs小于固定參考電壓VR，因此反饋回路12保持開路(限流放大器輸出端10c進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài))。但是，當(dāng)外部負(fù)載 8短接時(shí)，負(fù)載電流Iload隨感應(yīng)電流Is急劇上升，導(dǎo)致感應(yīng)電壓Vs上升。當(dāng)感應(yīng)電壓Vs 達(dá)到固定參考電壓VR時(shí)，反饋回路12通過限流放大器10關(guān)閉，并連續(xù)控制功率場(chǎng)效應(yīng)管 FET M12和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M24的共功率柵極3b，以使感應(yīng)電壓Vs與固定參考電壓VR 保持一致，而且對(duì)應(yīng)的負(fù)載電流Iload限制在可預(yù)設(shè)的最大值Imax內(nèi)。原有技術(shù)的限流負(fù) 載開關(guān)(CLLS) 1的另一特點(diǎn)就是，它包括輸出端和限流放大器IO輸出端并聯(lián)的一個(gè)軟啟動(dòng) 控制電路18，以控制功率場(chǎng)效應(yīng)管FET M12和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M24的共功率柵極3b在
5啟動(dòng)時(shí)控制負(fù)載電壓Vload的斜率。軟啟動(dòng)后，共功率柵極3b被拉低，以致于功率場(chǎng)效應(yīng)管FET M12完全打開，并在帶有低導(dǎo)通電壓Rdson的線性區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，由于在開關(guān)電路的軟啟動(dòng)時(shí)，限流放大器輸出端10c仍保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)，因此軟啟動(dòng)控制電路18與反饋電路12之間沒有功能串?dāng)_。為了避免過多的繁瑣細(xì)節(jié)，軟啟動(dòng)控制電路18的內(nèi)部電路本文不再贅述。接下來詳細(xì)介紹一下原有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS) 1的子系統(tǒng)層。功率場(chǎng)效應(yīng)管FET M12是帶有低導(dǎo)通電阻Rdson的連接或斷開外部電源Vss6與外部負(fù)載8的主通路電晶體。功率場(chǎng)效應(yīng)管源端2a(Sl)與外部電源Vss6相連，共電源漏極3c(D)與外部負(fù)載8的負(fù)載電壓Vload相連。感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M2 4，此例中即P通道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管PM0S FET，是作為電流感應(yīng)晶體管，它可以與功率場(chǎng)效應(yīng)管FET Ml 2制作于同一半導(dǎo)體芯片上，作為半導(dǎo)體芯片上的一小部分并按如下典型示例選擇場(chǎng)效應(yīng)管溝道寬度與溝道長(zhǎng)度的比值(W/L)，: RATIOI = Is/Ipower = 0. 001 …(A)其中，RATIOI " W/L(感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M24)/W/L (功率場(chǎng)效應(yīng)管FET M12)
當(dāng)通過感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M2 4的電壓與功率場(chǎng)效應(yīng)管FET Ml 2相等時(shí)，RATIOI的值由方程(A)給出。當(dāng)通過上述兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的電壓不相等時(shí)，RATIOI會(huì)有變化，稍后給出。無論場(chǎng)效應(yīng)管是處在飽和區(qū)還是處在線性區(qū)域，場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻比RATIOR被修正為RATIOR = Ron (功率場(chǎng)效應(yīng)管FET M12) /Ron (感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M2 4)=常數(shù) 與方程(A) —致，RATIOR的值可設(shè)置為0. 001。為了在保持電源效率的同時(shí)感測(cè)電流，一般要遵循下式 RATIOI << 1 其中，Ipower " Iload。因此RATIOI的值一般在下述范圍中選取
RATIOI的取值范圍一般從0. 0001到0. 1。實(shí)際上，功率場(chǎng)效應(yīng)管FET Ml 2和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M2 4是互相連接在一個(gè)分裂源中，這個(gè)分裂源中有共功率柵極3b和共功率漏極3c，以及一個(gè)獨(dú)立的感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管源極4a。由方程(A)可知，當(dāng)感應(yīng)電流Is流經(jīng)連接感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管源極4a和外部電源Vss6間的感應(yīng)電阻器Rsense時(shí)，在感應(yīng)電阻器Rsense上產(chǎn)生感應(yīng)電壓Vs，因此可以通過感應(yīng)電流Is來間接獲得負(fù)載電流Iload。作為反饋回路12的一部分，感應(yīng)電壓Vs饋電至限流放大器10的第二輸入端10b。作為反饋回路12的另一部分，預(yù)置的固定參考電壓VR和VR-發(fā)生器14共同發(fā)電，并饋電至限流放大器10的第一輸入端10a。在VR-發(fā)生器內(nèi)部，固定參考電壓VR是在參考電壓電阻Rref上產(chǎn)生的，參考電壓電阻Rref連接在外部電源Vss6和輸出電流=16的預(yù)置的電流反射鏡16的電流輸出節(jié)點(diǎn)之間。輸出電流16為場(chǎng)效應(yīng)管FET M6的漏電流，場(chǎng)效應(yīng)管FET M6是對(duì)偶電流反射鏡(FET M5和FET M6)的一部分，其中FET M5載有電源16a，提供
恒定電流 14 = Iset 其中Iset為可預(yù)置的電流，同一個(gè)外接電流設(shè)置電阻器Rset—同設(shè)置。最終，通過電流反射鏡流經(jīng)輸出電流16(16 = 14 = Iset)，產(chǎn)生固定參考電壓VR;當(dāng)外部負(fù)載8短接，即Vs > VR時(shí)，Iset將使反饋回路12把負(fù)載電流Iload限制在可預(yù)置的最大值Imax之下。圖IB為感應(yīng)電流Is、電源電流Ipower，以及一些與負(fù)載電阻Rload相對(duì)的原有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)l的其他內(nèi)部信號(hào)的示例圖。另外，圖中還標(biāo)出了感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管 FET M24的輸出電阻(Ro2)。由方程(A)可知，實(shí)際上Ipower與負(fù)載電流Iload相等，因此可以用來代表Iload。本例中
Imax = 2. 8Amp (安培)
VR = 43mV (毫伏) 由此可知，當(dāng)Rload很大(> 4. 20hm)時(shí)，Iload保持在Imax以下(A區(qū)右邊)。其中功率場(chǎng)效應(yīng)管FET Ml 2接近完全開通，它的共功率柵極3b被拉低至低電位。當(dāng)Rload 持續(xù)降低時(shí)，Iload持續(xù)升高。當(dāng)Iload最終被反饋回路12拉低，并控制在Imax以下，即 Rload < 2. 70hm(B區(qū))時(shí)，一直存在一個(gè)2. 70hm < Rload < 4. 20hm的反常區(qū)，在此區(qū)域， Iload將發(fā)生一個(gè)不可接受的高轉(zhuǎn)換，超出Imax50(A區(qū)左邊)。這種情況下，轉(zhuǎn)換的Iload 過調(diào)量50相當(dāng)于比Imax(2. 8安培)高出4. 4安培，在反饋回路12關(guān)閉之前，轉(zhuǎn)換電流 Iload將限制在Imax以下(B區(qū))。因此，有必要找到發(fā)生這種轉(zhuǎn)換的Iload過調(diào)量50的原因，然后通過對(duì)原有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)l進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚齺斫档瓦^調(diào)量。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明了一種現(xiàn)有的帶有動(dòng)態(tài)生成追蹤參考電壓VRdt的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)，包括一對(duì)用于橋接外部電源Vss和外部負(fù)載的功率場(chǎng)效應(yīng)管和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管。限流負(fù)載開關(guān) (CLLS)在外部負(fù)載上產(chǎn)生負(fù)載電壓Vload，并自動(dòng)將因此產(chǎn)生的負(fù)載電流Iload限制在可預(yù)置的最大值Imax以下。上述的一對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管相互連接在一個(gè)帶有共功率柵極和共低端端子的分裂電流結(jié)構(gòu)上，而且它們的尺寸設(shè)計(jì)是為了滿足器件電流Ipo恥r和Is保持一致的電流比RATIO工=Is/Ipower << 1。功率場(chǎng)效應(yīng)管的高端端子與Vss相連，而感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管的高端端子通過一個(gè)串聯(lián)的感應(yīng)電阻Rsense，與Vss耦合，在感應(yīng)電阻兩端產(chǎn)生感應(yīng) 電壓Vs = Is承Rsense。 —個(gè)限流放大器其第一輸入端與VRdt相連，第二輸入端與Rsense的低端相連，輸出端與共功率柵極相連，因此當(dāng)Vs趨向超過VRdt時(shí)，可通過感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET關(guān)閉反饋回路，并將Vs限制在VRdt以下。 —個(gè)VRdt_產(chǎn)生電路，以產(chǎn)生VRdt， VRdt_產(chǎn)生器還耦合到Vload上，因此，當(dāng)Iload 趨于超過Imax，導(dǎo)致感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET從它的線性區(qū)域轉(zhuǎn)換到飽和區(qū)時(shí)，所述的VRdt-產(chǎn) 生器能夠通過并發(fā)水平轉(zhuǎn)換，充分補(bǔ)償由于感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管的運(yùn)行轉(zhuǎn)換使RATIO工發(fā)生改變所帶來的不良影響，自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)VRdt ;如果沒有VRdt的自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，RATI0工的變化將導(dǎo)致 Iload過度轉(zhuǎn)換超過Imax。在更具體的實(shí)施方案中，VRdt產(chǎn)生器包括 —種串聯(lián)高端追蹤電阻器、追蹤場(chǎng)效應(yīng)管以及低端分支點(diǎn)的追蹤有源偏置網(wǎng)絡(luò)。此網(wǎng)絡(luò)橋接Vss和Vload，同時(shí)流通來自Vss的追蹤偏置電流，并從Vload中獲取追蹤耦合電流。由于高端追蹤電阻器的低端與限流放大器的第一輸入端相連，其高端上的電壓降與 VRdt相等。高端追蹤電阻器的設(shè)計(jì)滿足當(dāng)追蹤偏置電流等于可預(yù)置的電流Iset，感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管在飽和區(qū)工作時(shí)，所對(duì)應(yīng)的VRdt*為
VRdt* = IsetX高端追蹤電阻 Iload與可預(yù)置的Imax相等，通過Iload的反饋回路，將Vs局限在VRdt*以下。當(dāng)Rload連續(xù)下降時(shí)，VRdt會(huì)逼近VRdt氣但不超過VRdt*。低端分支點(diǎn)進(jìn)一步流通第一偏置電流第一偏置電流=追蹤偏置電流+追蹤耦合電流 —個(gè)固定電流有源偏置網(wǎng)絡(luò)，與一個(gè)高端固定電流偏置電阻器和一個(gè)在飽和區(qū)接通的固定電流偏置場(chǎng)效應(yīng)管串聯(lián)，固定電流有源偏置網(wǎng)絡(luò)與Vss相連接，以流通第二偏置電流第二偏置電流=I set
因此 a)當(dāng)感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管在飽和區(qū)工作時(shí)，低端分支點(diǎn)的電勢(shì)將追蹤場(chǎng)效應(yīng)管置于飽和區(qū)，與固定電流偏置場(chǎng)效應(yīng)管一同形成電流鏡。這使追蹤偏置電流與I set相等，VRdt與VRdt* 相等，因此將對(duì)應(yīng)的Iload限制在Imax以下。 b)當(dāng)感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管在線性區(qū)域工作時(shí)，低端分支點(diǎn)的電勢(shì)將追蹤場(chǎng)效應(yīng)管置于線性區(qū)域，并且追蹤偏置電流減小到Iset以下，使得VRdt小于VRdt*，因此Iload超過Imax的情況就可避免。在更具體的實(shí)施方案中，為了從Vload中引出追蹤耦合電流，追蹤有源偏置網(wǎng)絡(luò)
還包括無源電阻耦合網(wǎng)絡(luò)，無源電阻耦合網(wǎng)絡(luò)能夠橋接追蹤場(chǎng)效應(yīng)管的低端和Vload的低
端，而且擁有串聯(lián)在低端分支點(diǎn)上的第一耦合電阻器和第二耦合電阻器。在一首選的實(shí)施方案中，對(duì)于選擇的最大化區(qū)域，當(dāng)確定追蹤有源偏置網(wǎng)絡(luò)的電
路元件的尺寸，以保證VRdt并發(fā)電位轉(zhuǎn)換充分補(bǔ)償RATI0工的改變時(shí)，要在1. 2XIset到
5XIset的范圍內(nèi)設(shè)置第一偏置電流。在一個(gè)更佳的實(shí)施方案中，將第一偏置電流設(shè)置在了
2XIset左右。在更具體的實(shí)施方案中，VRdt-產(chǎn)生器包括一個(gè)可預(yù)置的雙電流源，橋接低端分支點(diǎn)和固定電流有源偏置網(wǎng)絡(luò)低端接地，因此使得第一偏置電流和第二偏置電流接地。
在更具體的實(shí)施方案中，可預(yù)置的雙電流源包括一個(gè)三支路電流鏡和
配置產(chǎn)生可預(yù)置電流Iset的第一電流支路配置將第一偏置電流流通至2X Iset鏡射電位的第二電流支路
配置將第二偏置電流流通至Iset鏡射電位的第三電流支路在更具體的實(shí)施方案中，之所以設(shè)計(jì)限流放大器，是由于當(dāng)Vs小于VRdt時(shí)，限流放大器的輸出進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，斷開反饋回路，因此確保限流負(fù)載開關(guān)免受來自于其他已關(guān) 閉的反饋回路不必要的無關(guān)干擾。在另一實(shí)施方案中，限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)還包括軟啟動(dòng)控制電路，控制共功率柵極，因此實(shí)現(xiàn)在啟動(dòng)時(shí)控制負(fù)載電壓Vload斜率的目的。軟啟動(dòng)控制電路的輸出端與限流放大器的輸出端并聯(lián)。在更具體的實(shí)施方案中，功率場(chǎng)效應(yīng)管和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管可以是P-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PM0S)器件，也可以是N-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NM0S)器件。
首先要說明，RATI0工要在0. 0001到0. 1的范圍內(nèi)選取。
在本說明的備忘中，還專為本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步闡明有關(guān)本發(fā)明的各種情況和說明。

為了更加詳細(xì)地介紹本發(fā)明的各種實(shí)施方案，特提交附圖以作參考。但附圖僅用作說明，不能以此限定本發(fā)明的范圍。圖1A表示用于在外部負(fù)載上耦合外部電源的原有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS);
圖IB為電源電流Ipower加上原有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)的一些其他外部信號(hào)，隨負(fù)載電阻Rload的變化關(guān)系圖；圖1C和圖ID分別表示原有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)的控制電路部分，在兩個(gè) 獨(dú)立工作區(qū)域內(nèi)的工作狀態(tài)；圖IE和圖IF分別表示感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓隨原有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS) 的負(fù)載電阻Rload的變化關(guān)系圖；圖2A表示現(xiàn)有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)，用于在外部負(fù)載上耦合一個(gè)外部電源；圖2B為電源電流Ipower加上現(xiàn)有發(fā)明限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)與負(fù)載電阻Rload 之間的變化關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
本說明和所含附圖僅為本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)目前的最佳實(shí)施方案，以及一些典型的可選組件和/或備選實(shí)施方案。本說明和附圖旨在舉例說明，并不能以此限定本發(fā)明的范圍。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能夠輕松識(shí)別依本發(fā)明所作的變化、修改及替換。這些變化、修改及替換仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍。圖1C表示在A工作區(qū)內(nèi)，原有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)l的控制電路部分，簡(jiǎn) 化后的工作狀態(tài)。圖1D表示B區(qū)內(nèi)，原有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)l的控制電路部分，簡(jiǎn)化后的工作狀態(tài)。相對(duì)應(yīng)地，圖IE和圖IF分別表示感應(yīng)電流Is和感應(yīng)電壓Vs隨原有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS) 1的負(fù)載電阻Rload的變化情況?？刂齐娐凡糠职ǚ至言垂?率場(chǎng)效應(yīng)管FETM12和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M24，以及反饋回路12。從圖1C至圖1F，以下示例
僅為舉例說明 RAT叫=0. 001 定義如下表示方法，以便詳細(xì)說明A區(qū) Rol =功率場(chǎng)效應(yīng)管FET M12的漏源電阻 Ro2 =感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M24的漏源電阻 Ron =功率場(chǎng)效應(yīng)管FET M12的線性電阻(Rdsonl) Rsense =感應(yīng)電阻 Isl =當(dāng)Vs < VR1時(shí)的感應(yīng)電流 Ids =漏源電流 Vgs =柵源電壓 Vsl =當(dāng)I load < Imax時(shí)的感應(yīng)電壓
9
VR1 =當(dāng)Iload接近Imax時(shí)，要觸發(fā)限流放大器10(閉合反饋回路12)所需的參考電壓 A區(qū)內(nèi)(圖1C，圖IE的右側(cè)以及圖IF)，原有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS) 1在正常
工作狀態(tài)下運(yùn)行 Vsl = Isl*Rsense < VR1 反饋回路12保持開路共功率柵極3b被拉低(例如，這可以通過軟啟動(dòng)圖1A的控制回路18來實(shí)現(xiàn))
功率場(chǎng)效應(yīng)管FET M12和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M24均是在線性區(qū)域被完全開通和工作的。 Iload " Ipower = Vss/(Ron+Rload) (1) Isl = {Rol/[Rol+(Ro2+Rsense)]}*Iload = {Ron/[Ron+(1000*Ron+Rsense)]}*I
load (2) 同樣地，定義如下表示方法，以便詳細(xì)說明B區(qū) Rol 二功率場(chǎng)效應(yīng)管FET Ml 2的漏源電阻 Ro2 =感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M2 4的漏源電阻 Rsense =感應(yīng)電阻 Is2 =當(dāng)Iload = Imax時(shí)的感應(yīng)電流 Ids =漏源電流 Vgs =柵源電壓 Vs2 =當(dāng)Iload = Imax時(shí)的感應(yīng)電壓 VR2 =當(dāng)反饋回路12關(guān)閉時(shí)，要將Iload保持在Imax水平所需的參考電壓
B區(qū)內(nèi)(圖1D、圖IE的左側(cè)以及圖IF)，隨著反饋回路12的關(guān)閉，原有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS) 1在限流狀態(tài)下工作，而且
Vs2 = Is2*Rsense = VR2 感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M24的Vgs受反饋回路12的控制，并將Iload限制在Imax以下。每當(dāng)Rload在B區(qū)內(nèi)變化時(shí)，反饋回路12會(huì)對(duì)感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M24的Vgs進(jìn)行
相應(yīng)的調(diào)整，并將Iload維持在Imax的水平上。 Iload " Ipower = Vss/(Rol+Rload) (3) Ro2 = 1000*Rol Iload = (Rol+Ro2+Rsense)*Is2/Rol " 1000*Is2 (4)
(假設(shè)Rsense < < Rol < < Ro2) Is2 " (1/1000)*Iload = Imax/1000 (5) 通過上述各種不同的方程式，可以計(jì)算出感應(yīng)電流Is與感應(yīng)電壓Vs隨原有技術(shù) 的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS) 1的負(fù)載電阻Rload的變化關(guān)系，變化圖像見圖1E和圖1F。從圖IE 中，可以看出，感應(yīng)電路在A區(qū)和B區(qū)(Isl和Is2)之間是不連續(xù)的。這種不連續(xù)是由于，在A區(qū)，當(dāng)感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M2完全開通，而且其漏源電阻Ro2相當(dāng)小時(shí)，感應(yīng)電阻Rsense 的值可以和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M24的導(dǎo)通電阻(Ron2 = 1000Ron)相比擬。然而在B區(qū)，感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M2工作在飽和區(qū)，因此其漏源電阻Ro2很大，感應(yīng)電阻Rs不可忽略。因此正如方程(2)、方程(5)以及圖IB所示，A區(qū)和B區(qū)的RATI0工是不同的。這就使得要關(guān)閉反饋回路12，以便將Iload限制在Imax以下，A區(qū)內(nèi)所需的參考電壓VR1要小于在B區(qū)內(nèi) 所需的參考電壓VR2。但是，原有技術(shù)的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)l電路，對(duì)于反饋回路12僅有一個(gè)固定參考電壓VR。因此，正如之前在圖IB中所述，在2. 70hm < Rload < 4. 20hm的反常區(qū)內(nèi)，Iload會(huì)發(fā)生一個(gè)超出Imax50的不可接受的高轉(zhuǎn)換。在本例中，Iload轉(zhuǎn)換過調(diào) 量50高達(dá)4. 4安培，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Imax (2. 8安培)。在此反常區(qū)內(nèi)，當(dāng)負(fù)載電阻Rload降低， Iload首次達(dá)到Imax (A點(diǎn)，2. 8安培)時(shí)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓Vs (C點(diǎn)，30毫伏)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于固定參考電壓VR(B點(diǎn)，43毫伏)。因此，反饋回路12仍然保持開路狀態(tài)。Rload必須進(jìn)一步降低，直到感應(yīng)電壓Vs最終達(dá)到固定參考電壓VR(D點(diǎn)，42毫伏)，才能閉合反饋回路，并使功率場(chǎng)效應(yīng)管FET M12和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M24進(jìn)入飽和區(qū)(B區(qū))，然后把Iload降至當(dāng)前的Imax。為解決上述由于感應(yīng)電流不連續(xù)引起的轉(zhuǎn)換Iload超出問題，本發(fā)明提出了一種用于在外部負(fù)載8上耦合外部電源Vss6的限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)101，如圖2A所示。當(dāng)分裂源電晶體對(duì)功率場(chǎng)效應(yīng)管FET M12和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FETM24時(shí)，反饋回路12的結(jié)構(gòu)與圖 1A十分相似，不同的是本發(fā)明限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)101利用一個(gè)動(dòng)態(tài)追蹤參考電壓產(chǎn)生器 VRdt_產(chǎn)生器114，根據(jù)轉(zhuǎn)換分裂源電晶體對(duì)(2和4)的工作區(qū)，來動(dòng)態(tài)調(diào)整參考電壓VRdt。 VRdt_產(chǎn)生器114耦合到Vload上，當(dāng)Iload趨于超出Imax，導(dǎo)致感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M24從它的線性區(qū)域運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換到它的飽和區(qū)時(shí)，通過一個(gè)并發(fā)水平轉(zhuǎn)換，以及對(duì)感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M24的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換引起RATI0工的變化所帶來的不良影響進(jìn)行充分補(bǔ)償，VRdt-產(chǎn)生器114將自發(fā)動(dòng)態(tài)調(diào)整VRdt。因此，本發(fā)明限流負(fù)載開關(guān)(CLLS) 101能夠確保Iload從線性工作區(qū) (A區(qū))平穩(wěn)轉(zhuǎn)換至飽和區(qū)(B區(qū))，消除了原有技術(shù)中Iload其他轉(zhuǎn)換的50過調(diào)量。對(duì)應(yīng) 的電源電流Ipower加上本發(fā)明限流負(fù)載開關(guān)(CLLS) 101的一些其他外部信號(hào)，與負(fù)載電阻 Rload之間的關(guān)系如圖2B所示。下面詳細(xì)介紹一下VRdt-產(chǎn)生器114的子系統(tǒng)水平類型，它包括一個(gè)串聯(lián)高端追蹤電阻器R4的追蹤有源偏置網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)追蹤場(chǎng)效應(yīng)管FET M3以及一個(gè)低端支路點(diǎn)116。所述的追蹤有源偏置網(wǎng)絡(luò)橋接外部電源Vss6以及Vload，以便從Vss6中引出追蹤偏置電流16，從Vload中引出追蹤耦合電流17。由于高端追蹤電阻器R4的低端連接在限流放大器10的第一輸入端10a上，因此R4兩端電壓為參考電壓VRdt。此外，高端追蹤電阻器的設(shè)計(jì)滿足當(dāng) 追蹤偏置電流等于可預(yù)置的電流Iset，感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管在飽和區(qū)工作時(shí)，所對(duì)應(yīng)的VRdt*為
VRdt* = IsetX高端追蹤電阻R4 通過反饋回路12將Vs限制在VRdt*以下，而且對(duì)應(yīng)的Iload小于或等于可預(yù)置的Imax。當(dāng)Rload連續(xù)下降時(shí)，VRdt逼近VR^。低端支路點(diǎn)116進(jìn)一步減小第一偏置電流 13 : 第一偏置電流13 =追蹤偏置電流16+追蹤耦合電流17 為了從Vload中引出追蹤耦合電流17，追蹤有源偏置網(wǎng)絡(luò)還包括一個(gè)無源電阻耦合網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)無源電阻耦合網(wǎng)絡(luò)的第一耦合電阻器R6和第二耦合電阻器R7串聯(lián)在低端支路點(diǎn)116上。因此，無源電阻耦合網(wǎng)絡(luò)橋接Vload與追蹤場(chǎng)效應(yīng)管FET M3的低端。
VI^-產(chǎn)生器114具有額外的固定電流有源偏置網(wǎng)絡(luò)，此網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)高端固定電流偏置電阻器R5串聯(lián)一個(gè)在飽和區(qū)接通的固定電流偏置場(chǎng)效應(yīng)管FET M4。固定電流有源偏置網(wǎng)絡(luò)與Vss6相連，以減小其中的第二偏置電流12 : R5 = R4 第二偏置電流12 = Iset 為追蹤有源偏置網(wǎng)絡(luò)與固定電流有源偏置網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)多個(gè)電路元件，是為了
a)當(dāng)感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M2 4在飽和區(qū)工作時(shí)，低端支路點(diǎn)116的電勢(shì)將追蹤場(chǎng)效應(yīng)管FET M3置于飽和區(qū)，同固定電流偏置場(chǎng)效應(yīng)管FET M4—起形成電流鏡，因此迫使追蹤偏置電流16等于Iset(Iset = 12) ， VRdt等于VR^，并將對(duì)應(yīng)的Iload限制在Imax以下。
b)當(dāng)感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M24在線性區(qū)域工作時(shí)，低端支路點(diǎn)116的電勢(shì)將追蹤效應(yīng)管FET M3置于線性區(qū)域，而且追蹤偏置電流16降低至Iset以下，這使得VRdt明顯小于 VRdt*，因此避免了 Iload轉(zhuǎn)換過調(diào)量50Imax以上。為了提供上述的多個(gè)源電流，VRdt-產(chǎn)生器114還包括可預(yù)置的雙電流源118，橋接低端支路點(diǎn)116和低端固定電流有源偏置網(wǎng)絡(luò)接地，使得第一偏置電流I3和第二偏置電流 12接地。然后，可預(yù)置的雙電流源118還包括以下三支路電流鏡配有電流源Isetl20和場(chǎng)效應(yīng)管FET M7的第一電流支路，以產(chǎn)生可預(yù)置電流14 =Iset(其值取決于外部電阻Rset，此處不再詳述) 配有場(chǎng)效應(yīng)管FET M8的第二電流支路，以便流通第一偏置電流13， 13 = 2XIset 鏡電流。配有場(chǎng)效應(yīng)管FET M9的第三電流支路，以便流通第二偏置電流12， 12 = Iset鏡電流。如圖2B所示，本發(fā)明中，除了在Rload 4. 50hm附近有一個(gè)微小的假信號(hào)之外，在Rload的整個(gè)量程范圍內(nèi)(100hm-00hm)，隨著Rload的不斷減小，Iload朝Imax(2. 8安培)逐漸漸進(jìn)式增加。另一重要特點(diǎn)是，在A區(qū)和B區(qū)之間的轉(zhuǎn)換區(qū)域AB中，Iload隨Rload 的變化關(guān)系也不再受任何超過Imax的轉(zhuǎn)換影響。由于功率場(chǎng)效應(yīng)管FET Ml 2和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M2 4的分裂源配置電流比為RATI0I = Is/Ipower = 0. 001，因此，Is隨Rload的變化關(guān)系圖像與Iload隨Rload的變化關(guān)系圖像除在轉(zhuǎn)換區(qū)域AB內(nèi)不同之外，其他區(qū)域大致相同。在轉(zhuǎn)換區(qū)域AB中，功率場(chǎng)效應(yīng)管FET Ml 2和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M24經(jīng)歷了一個(gè) 從線性到飽和狀態(tài)的劇烈轉(zhuǎn)換。當(dāng)Ipower/Is的比值在轉(zhuǎn)換區(qū)域AB內(nèi)仍然劇烈變化(從 1700到1100之間)時(shí)，VRdt-產(chǎn)生器114動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)追蹤參考電壓VRdt，通過一個(gè)并發(fā)水平轉(zhuǎn)換，充分補(bǔ)償RATI0I發(fā)生改變所帶來的不良影響，這就使得本發(fā)明中Iload隨Rload的變化關(guān)系也不再受任何超過Imax的轉(zhuǎn)換影響。參考圖中，在A區(qū)內(nèi)，感應(yīng)電壓Vs隨Rload 的變化關(guān)系在VRdt之下，這說明反饋回路12開路。然而，在B區(qū)內(nèi)，感應(yīng)電壓Vs隨Rload 的變化關(guān)系略微超過VRdt，這說明反饋回路12已閉合(圖2B中，B區(qū)內(nèi)，Vs和VRdt之間的差異，可看作是電流放大器10中輸入偏置的結(jié)果)。另一參考圖中，Ro2(感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管 FET M24的漏源電阻)隨Rload的變化關(guān)系在A區(qū)(線性區(qū)域)內(nèi)的值很小，但在B區(qū)(飽和區(qū))內(nèi)卻迅速增加?；诒景l(fā)明限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)101中的以下數(shù)字電路設(shè)計(jì)參數(shù)，繪出圖2B以作參考功率場(chǎng)效應(yīng)管FET Ml 2Rdson = 20毫歐
感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET M2 4Rdson = 20歐
追蹤場(chǎng)效應(yīng)管FET M3 Rdson = 40千歐
12
Rsense = 16歐
R4 = R5 = 4. 5千歐
R6二50千歐
R7二25千歐
Iset = 12 = 10微安
13 = 2*Iset = 20微安
Vss = 12伏
Imax = 2. 8安培
Cload = 1 u F 對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路基礎(chǔ)上，還可通過調(diào)整上述限流負(fù) 載開關(guān)CLLS的數(shù)字電路設(shè)計(jì)參數(shù)，例如改變不同的Vss和Imax的值等，達(dá)到其他設(shè)計(jì)任務(wù) 要求。隨著可用的電路模擬工具不斷開發(fā)，在它們的輔助下，這些電路設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)整將越來越快捷。總之，在限流反饋回路中，通過利用所述的動(dòng)態(tài)生成追蹤參考電壓，負(fù)載開關(guān)能夠保證在整個(gè)負(fù)載電阻范圍內(nèi)，負(fù)載電流被局限在預(yù)置的限流水平上。盡管，本發(fā)明闡述的是功率場(chǎng)效應(yīng)管FET和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET互相連接在一個(gè)分裂源結(jié)構(gòu)上，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明還有更廣泛的應(yīng)用，比如功率場(chǎng)效應(yīng)管FET和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET，同一個(gè)共功率柵極和共低端端子一起，互相連接在一個(gè)分裂源結(jié)構(gòu)上。同樣地，本發(fā)明闡述的是場(chǎng)效應(yīng)管FET和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET均為P-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)結(jié)構(gòu)，對(duì)于本領(lǐng) 域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明中的場(chǎng)效應(yīng)管FET和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET也可以是N-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)結(jié)構(gòu)。另外，盡管VRdt-產(chǎn)生器114將第一偏置電流I3設(shè)置在I3二 2XIset鏡電流水位上，但是為了最大化追蹤有源偏置網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)選擇區(qū)域，以保證VRdt并行發(fā)生電位轉(zhuǎn)換充分補(bǔ)償RATIO工的變化，利用電路模擬，第一偏置電流13的設(shè)置，可以通過舉例法，而不是通過局限法，在從1. 2X Iset到5X Iset的更廣泛范圍內(nèi)設(shè)置。
通過說明和圖示，我們給出了參考具體裝置的多個(gè)典型示例。其實(shí)只要稍加試驗(yàn)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員就能實(shí)現(xiàn)其他示例的應(yīng)用，將本發(fā)明應(yīng)用到多個(gè)其他結(jié)構(gòu)中。因此，鑒于本專利文件，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅僅局限于之前提到地具體典型示例，而是在以下的權(quán)利要求中限定?；跈?quán)利要求的同等含義和范圍內(nèi)，所做出的任何以及所有的修改，都將被認(rèn)為仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
帶有動(dòng)態(tài)生成追蹤參考電壓VRdt的限流負(fù)載開關(guān)CLLS包括一對(duì)功率場(chǎng)效應(yīng)管和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管，相互連接在帶有共功率柵極和共低端端子的分裂電流結(jié)構(gòu)上，橋接一個(gè)外部電源Vss和一個(gè)外部負(fù)載，產(chǎn)生負(fù)載電壓Vload，而且當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)飽和時(shí)，自動(dòng)將產(chǎn)生的負(fù)載電流Iload限制在可預(yù)置的最大值Imax，選擇場(chǎng)效應(yīng)管FET對(duì)的尺寸使得它們各自流出的器件電流Ipower和Is保持電流比RATIOI＝Is/Ipower＜＜1，感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET高端端子通過一個(gè)感應(yīng)電阻器Rsense與Vss耦合，在電阻器兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓Vs＝Is×Rsense；一個(gè)限流放大器，其第一輸入端與動(dòng)態(tài)追蹤參考電壓VRdt相連，其第二輸入端與Rsense的低端相連，其輸出端與共功率柵極相連，因此通過感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET形成一反饋回路，當(dāng)Vs趨向超過VRdt時(shí)，將Vs限制在VRdt以下；以及一個(gè)VRdt-產(chǎn)生電路，以產(chǎn)生VRdt，VRdt-產(chǎn)生器還耦合到Vload上，因此，當(dāng)Iload趨于超過Imax，導(dǎo)致感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管FET從它的線性區(qū)域轉(zhuǎn)換到飽和區(qū)時(shí)，所述的VRdt-產(chǎn)生器能夠通過一并行發(fā)生電位轉(zhuǎn)換，充分補(bǔ)償由于感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管的運(yùn)行轉(zhuǎn)換使RATIOI發(fā)生改變所帶來的不良影響，自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)VRdt；如果沒有VRdt的自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，RATIOI的變化將導(dǎo)致Iload過度轉(zhuǎn)換而超出Imax。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的限流負(fù)載開關(guān)，其中的VRdt-產(chǎn)生器還包括一個(gè)追蹤有源偏置網(wǎng)絡(luò)，與高端追蹤電阻器、追蹤場(chǎng)效應(yīng)管以及低端分支點(diǎn)串聯(lián)，此網(wǎng)絡(luò)橋接Vss和Vload，同時(shí)流通來自Vss的追蹤偏置電流，并從Vload中獲取追蹤耦合電流；由于其低端與限流放大器的第一輸入端相連，高端追蹤電阻器上的電壓降與所述的VRdt相等；高端追蹤電阻器的設(shè)計(jì)滿足當(dāng)追蹤偏置電流等于一可預(yù)置的電流Iset且感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管在飽和區(qū)工作時(shí)，所對(duì)應(yīng)的VRdt*為VRdt* = IsetX高端追蹤電阻阻值其在Iload與可預(yù)置的Imax相等時(shí)，通過Iload的反饋回路，將Vs局限在VR^以下，上述的低端分支點(diǎn)進(jìn)一步流通第一偏置電流第一偏置電流=追蹤偏置電流+追蹤耦合電流以及一個(gè)固定電流有源偏置網(wǎng)絡(luò)，與一個(gè)高端固定電流偏置電阻器和一個(gè)在飽和區(qū)接通的固定電流偏置場(chǎng)效應(yīng)管串聯(lián)，固定電流有源偏置網(wǎng)絡(luò)與Vss相連接，以流通第二偏置電流第二偏置電流=Iset因此a) 當(dāng)感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管在飽和區(qū)工作時(shí)，低端分支點(diǎn)的電勢(shì)將追蹤場(chǎng)效應(yīng)管置于飽和區(qū)，與固定電流偏置場(chǎng)效應(yīng)管形成電流鏡，這就使得追蹤偏置電流與I set相等，VRdt與VRdt*相等，因此將對(duì)應(yīng)的Iload限制在Imax ;b) 當(dāng)感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管在線性區(qū)域工作時(shí)，低端分支點(diǎn)的電勢(shì)將追蹤場(chǎng)效應(yīng)管置于線性區(qū)域，并且追蹤偏置電流減小到Iset以下，使得VRdt小于VRdt*，因此避免Iload過度轉(zhuǎn)換而超過Imax的情況。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的限流負(fù)載開關(guān)，為了從Vload中引出追蹤耦合電流，追蹤有源偏置網(wǎng)絡(luò)還包括一無源電阻耦合網(wǎng)絡(luò)，擁有串聯(lián)在低端分支點(diǎn)上的第一耦合電阻器和第二耦合電阻器，橋接追蹤場(chǎng)效應(yīng)管的低端和Vload的低端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的限流負(fù)載開關(guān)，為在選定追蹤有源偏置網(wǎng)絡(luò)的電路元件的尺寸以保證一VRdt電位轉(zhuǎn)換能并行發(fā)生且充分補(bǔ)償RATI0工的改變時(shí)有最大的選擇范圍，所述第一偏置電流設(shè)置在1. 2XIset到5XIset的范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的限流負(fù)載開關(guān)，其中所述的第一偏置電流設(shè)置在2X Iset左右。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的限流負(fù)載開關(guān)，其中的VRdt-產(chǎn)生器還包括一個(gè)可預(yù)置的雙電流源，橋接低端分支點(diǎn)和固定電流有源偏置網(wǎng)絡(luò)低端接地，因此流通第一偏置電流和第二偏置電流接地。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的限流負(fù)載開關(guān)，其中可預(yù)置的雙電流源包括一個(gè)三支路電流鏡配置產(chǎn)生可預(yù)置電流Iset的第一電流支路配置流通鏡電流水平在1. 2 X Iset到5 X Iset范圍內(nèi)的第一偏置電流的第二電流支路，以及配置流通鏡電流水平為Iset第二偏置電流的第三電流支路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的限流負(fù)載開關(guān)，其中的第二電流支路進(jìn)一步設(shè)置以鏡電流水平1.2XIset流通第一偏置電流。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的限流負(fù)載開關(guān)，其中當(dāng)Vs小于VRdt時(shí)，限流放大器的輸出端進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，斷開反饋回路，因此確保限流負(fù)載開關(guān)免受來自于其他閉合反饋回路不良的無關(guān)干擾。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的限流負(fù)載開關(guān)，其中還包括一個(gè)軟啟動(dòng)控制電路，其輸出端與限流放大器的輸出端并聯(lián)，以便控制共功率柵極，因此達(dá)到在啟動(dòng)時(shí)控制負(fù)載電壓Vload 斜率的目的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的限流負(fù)載開關(guān)，其中所述的功率場(chǎng)效應(yīng)管和所述的感應(yīng)場(chǎng) 效應(yīng)管均為P-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)器件，而且功率場(chǎng)效應(yīng)管和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管的高端為源極，低端為漏極。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的限流負(fù)載開關(guān)，其中所述的功率場(chǎng)效應(yīng)管和所述的感應(yīng)場(chǎng) 效應(yīng)管均為N-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)器件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的限流負(fù)載開關(guān)，其中所述的RATI0工要在0. 0001到0. 1的范圍選取。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的限流負(fù)載開關(guān)，其中所述的限流放大器的第一輸入端為其正輸入，所述的限流放大器的第二輸入端為其負(fù)輸入。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的限流負(fù)載開關(guān)，其中所述的限流放大器的第一輸入端為其負(fù)輸入，所述的限流放大器的第二輸入端為其正輸入。
16. —種改進(jìn)限流負(fù)載開關(guān)(CLLS)的方法，包括一對(duì)功率場(chǎng)效應(yīng)管和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管，相互連接在帶有共功率柵極的分裂電流結(jié)構(gòu)上，橋接一個(gè)外部電源Vss和一個(gè)外部負(fù)載，產(chǎn)生負(fù)載電壓Vload，并將產(chǎn)生的負(fù)載電流Iload 限制在可預(yù)置的最大值Imax以下，功率場(chǎng)效應(yīng)管和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管分別使得它們各自的電流Ipower和Is保持電流比RATIO工=Is/Ipower << 1，功率場(chǎng)效應(yīng)管的高端端子連接到 Vss上，而感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管的高端端子通過一個(gè)串聯(lián)的感應(yīng)電阻器Rsense與Vss耦合，在電阻器兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓Vs = IsXRsense ;還有一個(gè)限流放大器，其第一輸入端與預(yù)設(shè)的固定參考電壓VRfx相連，其第二輸入端與 Rsense的低端相連，其輸出端與共功率柵極相連，因此當(dāng)Vs趨向超過VRfx時(shí)，可通過感應(yīng) 場(chǎng)效應(yīng)管閉合反饋回路，并將Vs限制在VRfx以下，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電流為Iload = Imax，此方法包括用動(dòng)態(tài)追蹤參考電壓VRdt代替固定參考電壓VRfx，因此當(dāng)Iload趨于超過Imax，導(dǎo)致感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管從它的線性區(qū)域轉(zhuǎn)換至飽和區(qū)時(shí)，可以通過并行發(fā)生電位轉(zhuǎn)換自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié) VRdt，充分補(bǔ)償由感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)換引起RATIO/變化所帶來的不良影響，；如果沒有對(duì)VRdt 的自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，RATI0工的變化將導(dǎo)致Iload過度轉(zhuǎn)換超出Imax。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中用動(dòng)態(tài)追蹤參考電壓VRdt代替VRfx還包括一個(gè)追蹤有源偏置網(wǎng)絡(luò)，與高端追蹤電阻器、追蹤場(chǎng)效應(yīng)管以及低端分支點(diǎn)串聯(lián)，此網(wǎng)絡(luò)橋接Vss和Vload，同時(shí)流通來自Vss的追蹤偏置電流，并從Vload中獲取追蹤耦合電流；由于高端追蹤電阻器的低端還與限流放大器的第一輸入端相連，所以其高端追蹤電阻器上的電壓降與上述的VRdt相等；其高端追蹤電阻器的設(shè)計(jì)滿足當(dāng)追蹤偏置電流等于可預(yù)置的電流Iset，感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管在飽和區(qū)工作時(shí)，所對(duì)應(yīng)的VRdt*為 VRdt* = IsetX高端追蹤電阻阻值其在Iload與可預(yù)置的Imax相等時(shí)，通過Iload的反饋回路，將Vs局限在VR^以下，上述的低端分支點(diǎn)進(jìn)一步流通第一偏置電流第一偏置電流=追蹤偏置電流+追蹤耦合電流以及一個(gè)固定電流有源偏置網(wǎng)絡(luò)，與一個(gè)高端固定電流偏置電阻器和一個(gè)在飽和區(qū)接通的固定電流偏置場(chǎng)效應(yīng)管串聯(lián)，固定電流有源偏置網(wǎng)絡(luò)與Vss相連接，以流通第二偏置電流第二偏置電流=I set因此a) 當(dāng)感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管在飽和區(qū)工作時(shí)，低端分支點(diǎn)的電勢(shì)將追蹤場(chǎng)效應(yīng)管置于飽和區(qū)，與固定電流偏置場(chǎng)效應(yīng)管形成電流鏡，這就使得追蹤偏置電流與Iset相等，VRdt與VR^相等，因此將對(duì)應(yīng)的Iload限制在Imax ;b) 當(dāng)感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管在線性區(qū)域工作時(shí)，低端分支點(diǎn)的電勢(shì)將追蹤場(chǎng)效應(yīng)管置于線性區(qū) 域，并且追蹤偏置電流減小到Iset以下，使得VRdt小于VRdt*，因此避免Iload過度轉(zhuǎn)換而超過Imax的情況。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，為了從Vload中引出追蹤耦合電流，追蹤有源偏置網(wǎng)絡(luò)還需包含一個(gè)無源電阻耦合網(wǎng)絡(luò)，具有一個(gè)第一耦合電阻器和一個(gè)第二耦合電阻器串聯(lián)在低端分支點(diǎn)，橋接Vload與追蹤場(chǎng)效應(yīng)管的低端。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中用動(dòng)態(tài)追蹤參考電壓VRdt代替VI^還包括，用一個(gè)可預(yù)置的雙電流源橋接低端分支點(diǎn)和固定電流有源偏置網(wǎng)絡(luò)的低端接地，以此流通第一偏置電流和第二偏置電流接地。
全文摘要
提出了一種橋接電源Vss和負(fù)載，帶有由VRdt-產(chǎn)生器動(dòng)態(tài)生成的參考電壓VRdt的限流負(fù)載開關(guān)。它包括互相連接在分裂電流結(jié)構(gòu)上的一對(duì)功率場(chǎng)效應(yīng)管和感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管。此場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)產(chǎn)生負(fù)載電壓，并把負(fù)載電流Iload限制在預(yù)置的最大值Imax以下。場(chǎng)效應(yīng)管FET對(duì)使得它們各自的電流Ipower和Is保持電流比RATIOI＝Is/Ipower＜＜1，感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管高端端子通過一個(gè)感應(yīng)電阻器Rsense與Vss耦合，在電阻器兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓Vs＝Is×Rsense。限流放大器的輸入端與VRdt和Vs相連，輸出端控制場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)關(guān)閉限流反饋回路。VRdt-產(chǎn)生器在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)VRdt的同時(shí)，補(bǔ)償由于感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管的運(yùn)行轉(zhuǎn)換使RATIOI發(fā)生改變所帶來的不良影響，因此避免了Iload過度轉(zhuǎn)換而超過Imax的情況。
文檔編號(hào)H02H9/02GK101728822SQ20091020603
公開日2010年6月9日申請(qǐng)日期2009年10月9日優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者伍志文, 張艾倫, 鄭偉強(qiáng), 韋志南申請(qǐng)人:萬國(guó)半導(dǎo)體有限公司

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