[發(fā)明專(zhuān)利]短路保護(hù)結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310230700.5
• 申請(qǐng)日: 2013-06-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103346537A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶平;李海松;莊華龍;易揚(yáng)波
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蘇州博創(chuàng)集成電路設(shè)計(jì)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02H7/20
• 分類(lèi)號(hào): H02H7/20;H02H3/08;H01L27/02
• 代理公司: 南京蘇科專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 王玉國(guó);陳忠輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及適合于電源管理集成電路的短路保護(hù)結(jié)構(gòu)，屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源芯片結(jié)構(gòu)如圖1所示，由控制電路1和輸出級(jí)晶體管2組成?？刂齐娐?采樣電阻Rs1上的電壓Vs1，以及系統(tǒng)級(jí)反饋Vfb，通過(guò)內(nèi)部環(huán)路算法控制輸出級(jí)晶體管2開(kāi)通時(shí)間長(zhǎng)度以及占空比，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定的電壓電流輸出。無(wú)論輸出級(jí)晶體管2與控制電路1集成或不集成在一芯片中，采樣電阻Rs1通常是不與芯片集成到一起的，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)更穩(wěn)定的采樣電流，因?yàn)樾酒庵秒娮璧臏囟忍匦院蜕a(chǎn)批次穩(wěn)定性要明顯優(yōu)于內(nèi)置電阻。然而當(dāng)采樣電阻Rs1不與控制電路1或輸出級(jí)晶體管2集成在一起時(shí)，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中引入的采樣電阻Rs1的短路問(wèn)題就變得不可避免，短路的原因可能是焊錫連條、電阻損壞、PCB連條、芯片管腳短路等。

當(dāng)Rs1短路后，阻值變得非常小，Vs1無(wú)法達(dá)到內(nèi)部比較器基準(zhǔn)電壓Vref1，控制電路對(duì)輸出級(jí)晶體管過(guò)流保護(hù)(OCP)失效，輸出級(jí)晶體管將會(huì)以最大占空比工作，并且晶體管會(huì)工作在飽和區(qū)(高Vds和大Ids)，超出自身安全工作區(qū)范圍，最終造成輸出級(jí)晶體管損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)損壞。采樣電阻短路時(shí)傳統(tǒng)無(wú)短路保護(hù)電路波形如圖2所示。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種高可靠性、系統(tǒng)成本低的開(kāi)關(guān)電源用短路保護(hù)結(jié)構(gòu)，避免輸出級(jí)功率管電流采樣電阻短路時(shí)損壞系統(tǒng)或芯片。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

短路保護(hù)結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是：包括第一晶體管、第二晶體管、控制電路、第一晶體管電流采樣電阻和第二晶體管電流采樣電阻，其中控制電路控制第一晶體管和第二晶體管的開(kāi)關(guān)時(shí)間長(zhǎng)度及占空比，第二晶體管采樣第一晶體管的電流，所述第一晶體管的漏端連接第二晶體管的漏端，所述第一晶體管的源端接一采樣電阻，所述第二晶體管的源端接另一采樣電阻，所述第一晶體管的柵端連接第二晶體管的柵端并與控制電路的驅(qū)動(dòng)級(jí)連接，所述第一晶體管和第二晶體管均為高壓晶體管，第二晶體管的尺寸小于第一晶體管尺寸。

進(jìn)一步地，上述的短路保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述第二晶體管及第二晶體管電流采樣電阻與控制電路相集成。

更進(jìn)一步地，上述的短路保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述第一晶體管電流采樣電阻與控制電路相獨(dú)立。

更進(jìn)一步地，上述的短路保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述第一晶體管與控制電路相集成，第一晶體管為縱向高壓晶體管或橫向高壓晶體管。

更進(jìn)一步地，上述的短路保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述第一晶體管與控制電路相集成，第一晶體管為縱向高壓晶體管，第一晶體管與第二晶體管集成在同一硅片上，其結(jié)構(gòu)相同以得到固定的K因子。

更進(jìn)一步地，上述的短路保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述第一晶體管與第二晶體管之間設(shè)有隔離結(jié)構(gòu)。

更進(jìn)一步地，上述的短路保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述第一晶體管與控制電路相集成，第一晶體管為橫向高壓晶體管，第一晶體管與第二晶體管集成在同一硅片上，其結(jié)構(gòu)相同以得到固定的K因子。

再進(jìn)一步地，上述的短路保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述第一晶體管與控制電路相獨(dú)立，第一晶體管為縱向高壓晶體管或橫向高壓晶體管。

再進(jìn)一步地，上述的短路保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述第一晶體管與控制電路相獨(dú)立，第一晶體管為縱向高壓晶體管，第二晶體管為橫向耐壓結(jié)構(gòu)。

再進(jìn)一步地，上述的短路保護(hù)結(jié)構(gòu)，所述第一晶體管與控制電路相獨(dú)立，第一晶體管為橫向高壓晶體管，第二晶體管為橫向耐壓結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在：

①在電源系統(tǒng)中能夠有效保護(hù)輸出級(jí)晶體管，避免由于電流采樣電阻短路造成的芯片或系統(tǒng)元器件損壞；輸出級(jí)晶體管電流采樣電阻短路后，采樣晶體管電流采樣電阻上會(huì)檢測(cè)到短路信號(hào)，使芯片鎖死，同時(shí)由于采樣晶體管電流采樣電阻集成在芯片內(nèi)部，不會(huì)發(fā)生短路；這樣最終實(shí)現(xiàn)對(duì)AC-DC芯片的采樣電阻短路保護(hù)功能，從而提升芯片的可靠性，降低芯片系統(tǒng)失效率；

②采用該技術(shù)的電源芯片生產(chǎn)失效率低，產(chǎn)品可靠性顯著提高；

③保護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，采用該技術(shù)的電源芯片用于電源系統(tǒng)，不需要增加額外的系統(tǒng)元器件，既可實(shí)現(xiàn)采樣電阻短路保護(hù)，成本優(yōu)勢(shì)明顯。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1：背景技術(shù)開(kāi)關(guān)電源芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：背景技術(shù)采樣電阻短路時(shí)無(wú)短路保護(hù)波形圖；

圖3：是本發(fā)明短路保護(hù)結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖4：本發(fā)明短路保護(hù)結(jié)構(gòu)正常工作時(shí)波形圖；

圖5：本發(fā)明短路保護(hù)結(jié)構(gòu)短路工作時(shí)波形圖；