一种带锁存功能的过流保护电路的制作方法

本发明涉及一种过流保护电路，特别涉及一种带锁存功能的过流保护电路。

背景技术：

1、在现有电子系统中，过流保护电路被广泛应用于电源管理、电机驱动及各类功率控制场景中，其主要作用是在负载发生短路、过载或异常电流冲击时，及时切断或限制电流，从而保护功率器件及系统整体的可靠性与安全性。

2、现有技术中，常见的过流保护实现方案主要包括以下几类：

3、第一类为保险丝或自恢复保险丝（ptc）方案。该类方案通过材料的热效应实现过流后的熔断或限流，其结构简单、成本较低，但其响应速度依赖热积累过程，无法实现快速电气保护，且保护精度较低，一旦动作后恢复时间较长，难以满足现代电子系统对快速响应的要求。

4、第二类为基于采样电阻配合运算放大器或比较器的检测方案。该方案通过在负载回路中串联采样电阻，将电流转换为电压信号，并通过运算放大器或比较器进行阈值判断，在检测到过流信号后控制功率mos管关断。该方案检测精度较高，响应速度较快，但其结构通常依赖外部模拟放大或比较器芯片，使得系统成本增加，电路复杂度提高，同时在小型化及低成本应用场景中存在一定限制。

5、第三类为基于mos管导通电阻（rds(on)）的自检测方案。该方案利用功率mos管自身导通电阻进行电流估算，通过检测压降实现过流判断。该方式结构简单，但由于mos管导通电阻受温度、工艺及批次差异影响较大，导致检测精度较低且一致性较差，难以满足高可靠性系统的需求。

6、第四类为基于专用电流检测芯片或电子保险丝（efuse）的方案。该类方案功能较为完善，通常集成过流检测、短路保护及自动恢复功能，但其依赖专用芯片，成本较高，同时设计灵活性较差，对供应链依赖程度较高，不利于低成本及可定制化应用场景。

7、第五类为基于恒流源限制的保护方案。该方案通过在电路中串联恒流源，使电流维持在设定范围内，从而实现过流抑制。然而该方式在过流状态下会产生较大功率损耗，器件长期工作在限流状态时容易导致发热严重甚至损坏，同时其适用范围受限，难以用于大电流或高效率要求的系统。

8、综上所述，现有技术在过流保护领域虽然在响应速度、检测精度或功能集成方面各具优势，但普遍存在结构复杂、成本较高、温度稳定性不足或难以实现快速可靠锁存保护等问题。

技术实现思路

1、本发明涉及一种带锁存功能的过流保护电路，用于解决上述现有技术的问题。

2、本发明一种带锁存功能的过流保护电路，其中，包括：功率开关单元、采样单元、过流检测单元、锁存控制单元以及耦合电路；所述采样单元用于检测流经负载的电流，并在采样电阻上形成与电流对应的检测电压；所述过流检测单元用于在所述检测电压超过预设阈值时导通，并在过流解除过程中由导通状态恢复至截止状态；所述功率开关单元用于在过流检测单元导通时被关断，并在锁存控制单元作用下保持关断状态；所述锁存控制单元用于在过流检测单元由导通状态恢复至截止状态的瞬态过程中，响应由所述耦合电路产生的电位变化而导通，并通过其导通路径维持功率开关单元控制节点的电位状态；所述耦合电路用于将过流检测单元状态变化所引起的电位变化耦合至锁存控制单元；所述锁存控制单元与功率开关单元控制节点之间形成维持通路，使功率开关单元在过流解除后仍保持关断状态。

3、根据本发明的电路的一实施例，其中，所述功率开关单元为p-mos管；其中p-mos管的源极连接采样电阻的下端，漏极连接负载，栅极连接过流检测单元及锁存控制单元的输出节点；其中p-mos管在栅极电位低于源极电位时导通，在栅极电位接近源极电位时截止。

4、根据本发明的电路的一实施例，其中，所述过流检测单元包括过流检测晶体管，其中过流检测晶体管的基极连接采样电阻与过流检测晶体管之间的采样节点，发射极连接电源输入端，集电极连接功率开关单元栅极控制节点，其中过流检测晶体管在检测到过流时导通，使栅极控制节点电位上升，并且在过流解除过程中由导通状态恢复至截止状态，从而引起栅极控制节点电位发生瞬态变化。

5、根据本发明的电路的一实施例，其中，所述耦合电路包括第二电容与第五电阻，其中，第二电容连接于电源输入端与耦合节点之间，第五电阻连接于所述耦合节点与功率开关单元的漏极节点之间，所述锁存控制单元的控制端连接于所述耦合节点；所述耦合电路用于将功率开关单元关断后其漏极节点的电位变化耦合至锁存控制单元，以触发锁存控制单元进入锁存导通状态。

6、根据本发明的电路的一实施例，其中，所述锁存控制单元包括锁存控制晶体管，其中锁存控制晶体管的栅极连接第二电容与第五电阻之间的耦合节点，锁存控制晶体管的源极连接电源输入端，锁存控制晶体管的漏极连接第四电阻，第四电阻的另一端接地；其中锁存控制晶体管在过流检测单元由导通状态恢复至截止状态时，由耦合电路产生的电位变化触发导通，并通过其导通路径维持功率开关单元的控制节点电位。

7、根据本发明的电路的一实施例，其中，第四电阻连接于锁存控制晶体管与地之间，用于提供偏置参考及复位放电路径。

8、根据本发明的电路的一实施例，其中，所述第一电容连接于电源输入端与功率开关控制节点之间，用于对功率开关控制节点的电压进行瞬态耦合滤波，并在复位过程中参与功率开关控制节点的电位的衰减恢复。

9、根据本发明的电路的一实施例，其中，第三电阻连接于功率开关单元漏极与地之间，用于提供电位稳定及下拉路径。

10、根据本发明的电路的一实施例，其中，所述锁存控制单元在过流检测单元由导通状态恢复至截止状态的瞬态过程中导通，并通过其导通路径维持功率开关单元栅极控制节点电位，从而使功率开关单元在过流解除后仍保持关断状态。

11、根据本发明的电路的一实施例，其中，功率开关管为n型mos管、p型mos管或igbt；过流检测晶体管为mos管、三极管、igbt、比较器电路或电流检测芯片。

12、本发明通过采样电阻与分立晶体管构成的检测与控制结构，实现过流状态的快速检测、功率开关管的快速关断以及故障后的自锁保持，从而在降低系统成本与复杂度的同时，提高过流保护的响应速度、可靠性及抗干扰能力。

1.一种带锁存功能的过流保护电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述功率开关单元为p-mos管；

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述过流检测单元包括过流检测晶体管，其中过流检测晶体管的基极连接采样电阻与过流检测晶体管之间的采样节点，发射极连接电源输入端，集电极连接功率开关单元栅极控制节点，其中过流检测晶体管在检测到过流时导通，使栅极控制节点电位上升，并且在过流解除过程中由导通状态恢复至截止状态，从而引起栅极控制节点电位发生瞬态变化。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述耦合电路包括第二电容与第五电阻，其中，第二电容连接于电源输入端与耦合节点之间，第五电阻连接于所述耦合节点与功率开关单元的漏极节点之间，所述锁存控制单元的控制端连接于所述耦合节点；所述耦合电路用于将功率开关单元关断后其漏极节点的电位变化耦合至锁存控制单元，以触发锁存控制单元进入锁存导通状态。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述锁存控制单元包括锁存控制晶体管，其中锁存控制晶体管的栅极连接第二电容与第五电阻之间的耦合节点，锁存控制晶体管的源极连接电源输入端，锁存控制晶体管的漏极连接第四电阻，第四电阻的另一端接地；

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，第四电阻连接于锁存控制晶体管与地之间，用于提供偏置参考及复位放电路径。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一电容连接于电源输入端与功率开关控制节点之间，用于对功率开关控制节点的电压进行瞬态耦合滤波，并在复位过程中参与功率开关控制节点的电位的衰减恢复。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，第三电阻连接于功率开关单元漏极与地之间，用于提供电位稳定及下拉路径。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述锁存控制单元在过流检测单元由导通状态恢复至截止状态的瞬态过程中导通，并通过其导通路径维持功率开关单元栅极控制节点电位，从而使功率开关单元在过流解除后仍保持关断状态。

10.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，功率开关管为n型mos管、p型mos管或igbt；