一种输出过压检测电路的制作方法

1.本发明涉及模拟集成电路技术领域，具体涉及一种输出过压检测电路。


背景技术：

2.在开关电源芯片如boost转换器中，通常需要增加输出过压检测电路来进行过压保护，然而传统的输出过压检测电路，使用大面积电阻来进行输出电压采样，再将采样电压与基准电压通过比较器输出比较结果，这导致了较大的静态功耗和占用面积，特别是输出电压在十几伏以上的高压时，需要使用更大面积的电阻才能减小采样电路功耗，并且在输出电压远低于过压检测值时，电路存在较大的静态电流，这降低了开关电源的转换效率。


技术实现要素：

3.本发明提出了一种输出过压检测电路；能够用于输出电压在十几伏以上的输出过压检测，并且在输出电压较低时几乎不产生功耗，同时占用面积小，可灵活调节过压检测阈值，可有效的解决上述技术问题。
4.本发明通过以下技术方案实现：一种输出过压检测电路，所述的电路包括：高电压导通电路和阈值检测电路；所述高电压导通电路的输入端接检测电压，输出端接阈值检测电路；所述的高电压导通电路包括稳压二极管和带源极负反馈的共栅级电路；所述高电压导通电路使用稳压二极管产生低压环境，并使用带源极负反馈的共栅级电路进行采样，输出与检测电压大小相关的比较电压；所述阈值检测电路包括正反馈环路，用于设定导通阈值，所述正反馈环路的输入端接所述高电压导通电路的输出端，其输出端经过两个级联的反相器后，输出过压检测结果。
5.进一步的，所述的稳压二极管承担较大的压降，所述的带源极负反馈的共栅级电路包括低压pmos管p1和电阻r1；当检测电压低于稳压二极管的稳压值时，高电压导通电路和阈值检测电路的功耗接近于0。
6.进一步的，所述的正反馈环路采用两个共源级电路首尾相连构成。
7.进一步的，所述的两个共源级电路包括由n1管、电阻r2和电阻r4构成电阻负载的nmos共源级电路；和由p2管、电阻r5和电阻r3构成电阻负载的pmos共源级电路。
8.进一步的，当所述阈值检测电路的输入端电平低于设定的正反馈环路导通阈值时，阈值检测电路关闭且不消耗功耗，输出高电平；当所述阈值检测电路的输入端电平高于设定的正反馈环路导通阈值时，阈值检测电路开启且输出低电平。
9.进一步的，更改所述正反馈环路的电阻大小，可以调节正反馈环路导通阈值，进而调节过压检测阈值。
10.进一步的，所述正反馈环路的电阻由阱电阻和poly电阻构成，通过调整阱电阻和poly电阻的比例来使正反馈环路的电阻具有温度系数，其温度系数大小等于mos管阈值电
压的温度系数，从而使过压检测阈值不受温度的影响。
11.有益效果本发明提出的一种输出过压检测电路，与传统的现有技术相比较，其具有以下有益效果：（1）本技术方案采用的高电压导通电路和阈值检测电路，使电路在检测电压未达到过压检测阈值时具有超低功耗，同时避免了使用大面积的分压电阻。
12.（2）本技术方案在正反馈环路中使用了阱电阻和poly电阻以实现具有特定温度系数的电阻，从而能够保证过压检测阈值不受温度影响；并且更改电阻大小可以自由调节过压检测阈值，配合上稳压二极管的数目变化，可以设定任意的过压检测阈值。
13.（3）本技术方案利用稳压二极管的导通特性，使大部分压降降落在稳压二极管上，从而能够使用性能较好的低压器件进行电路设计，提高了电路性能；并且增加稳压二极管数目可以实现更高电压下的过压检测。
14.（4）本技术方案利用正反馈环路来提高阈值检测电路的灵敏度，从而能够在未使用比较器的情况下进行输出过压检测，简化了电路结构，减小了器件面积。
附图说明
15.图1为本发明的整体电路示意框图。
16.图2为本发明实例的具体电路连接示意图。
17.图3为图2电路中不同电源电压下过压检测阈值的仿真结果。
18.图4为图2电路的输出随输入检测电压变化的时序仿真结果。
19.附图标记说明：100、200：输出过压检测电路，101、201：电源电压vdd，105、205：高电压导通电路，106、206：阈值检测电路，107、207：正反馈环路，102、202：检测电压，104、204：与检测电压大小相关的比较电压，103、203：过压检测结果。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
21.实施例：如图1-与2所示，一种输出过压检测电路，所述的电路包括：高电压导通电路和阈值检测电路。图2为本发明提出的输出过压保护电路200的具体结构示意图，包括高电压导通电路205、阈值检测电路206。
22.具体地，高电压导通电路205包括稳压二极管d1、d2和带源极负反馈的共栅级电路。稳压二极管d1、d2用于承担较大的压降，从而可以在带源极负反馈的共栅级电路中使用低压pmos管p1；同时在检测电压201低于稳压二极管的稳压值时，高电压导通电路205和阈值检测电路206的功耗接近于0。
23.电阻r1和p1管构成带源极负反馈的共栅级电路，能够防止高电压导通电路的电流增加得太大，同时提供一个受输入电压影响较小的等效跨导gm：
其中，gm为p1管的跨导：其中，为mos管p型载流子迁移率，cox为mos 管单位栅氧电容，为p1管的宽长比，为输入电压，vz为稳压二极管的稳压值，vthp为pmos管的阈值电压。
24.在设计中，p1管选择较大的宽长比，且r1在几百kω量级，使》》1，gm可近似为：得到阈值检测电路206关闭时，与检测电压201大小相关的比较电压204：将电压信号204输出至阈值检测电路206。
25.阈值检测电路206中，n2管和电阻r3用于产生迟滞，仿真检测电路的输出结果反复跳变；n1管、p2管、电阻r2、r4和r5构成正反馈环路207；阈值检测电路206在检测电压未过压时，输出高电平；在检测电压过压时，输出低电平。
26.正反馈环路207本质为两个共源级电路首尾相连构成，其中，n1管、电阻r2和电阻r4构成电阻负载的nmos共源级电路；p2管、电阻r5和电阻r3构成电阻负载的pmos共源级电路。
27.当高电压导通电路205生成的比较电压204（vc）小于n1管的阈值电压vthn时，n1管关闭，n1管源极电压为vdd；当比较电压204（vc）大于n1管的阈值电压vthn时，n1管导通。忽略沟长调制效应，n1管的电流为：其中，为mos管n型载流子迁移率，为n1管的宽长比，vc为比较电压，vthn为nmos管的阈值电压。
28.当n1管的电流在电阻r4上的压降大于p2管的阈值电压时，p2管导通，正反馈环路开启:通过设置电阻r4的大小，可以使n1管导通后经过一个小的检测电压变化即可使p2管导通。
29.由于vdd也能作为正反馈环路的输入，因此将电阻r5设置为较小的电阻值，使正反馈环路增益不会太大，避免正反馈环路被vdd触发开启，使n1管源极电压一直为低电平。
30.正反馈环路207导通后，在正反馈的作用下，比较电压204（vc）增加微小的电压也会使n1管漏极电压快速下降，直到n1管进入深线性区，n1管漏极变为低电平，经过两个反相器将n1管漏极的信号进行整形后，阈值检测电路206输出低电平，表示检测电压过压。
31.因此，过压检测阈值对应正反馈环路刚好导通，结合上述式子可求得为：由于过压检测阈值vh的表达式中，vthp、vthn，和vz均受温度影响，所以设计电阻r4由阱电阻和poly电阻构成，通过调整阱电阻和poly电阻的比例来使r4有特定的的温度系数，可以使过压检测阈值不受温度变化影响。同时vh的值理论上与电源电压vdd无关。
32.实际上由于mos管的亚阈值导通特性，过压检测阈值vh与计算结果会有一定的偏差，可以通过调整电阻r2的值进行修正。同时，对于沟长调制效应，也可以通过增大mos管的沟道长度l以减小沟长调制效应，使vh的值几乎不受电源电压变化影响。
33.在检测电压未过压时，阈值检测电路206输出端为高电平，n2管导通，n1管栅极电压为电阻r2上的电压降；在检测电压过压时，阈值检测电路206输出端为低电平，n2管关闭，n1管栅极电压为电阻r2和r3上的电压降，于是引入了迟滞；更改电阻r6的大小可以改变迟滞范围的大小。
34.本发明的输出过压检测电路工作过程为：当检测电压低于2vz vthp时，所有电路支路均关闭；当电压高于2vz vthp后，高电压导通电路开始工作，其他电路保持关闭；随着电压进一步升高，p1管流过的电流增大，使得电阻r2上的电压204增大，当电压204增大至vthn时，n1管导通。当电压继续增大，流过n1管的电流也增大，当电阻r4上的压降增大至vthp时，p2管开启，此时正反馈环路完全开启。
35.正反馈环路开启后，当检测电压增大时，n1管栅极电压增大，n1管电流增大，使p2管栅极电压减小；进一步地，p2管栅极电压的减小使p2管电流增大，使n1管栅极电压增大；于是该正反馈使n1管电流不断增大，电阻r4和r5的压降不断增大，n1管漏端电压下降，当n1管漏端电压减小到使n1管进入线性区后，正反馈系数开始减小，最终n1管进入深线性区后，正反馈系数变为0，n1管的电流停止增加，p2管的电流也停止增加，不会出现电流过大而损坏晶体管的情况；此时n1管的漏极为低电平，电路输出低电平，指示输出电压过压。同时n2管从开启状态进入关闭状态，电阻r3接入电路中，进一步稳定了正反馈环路的状态。
36.当检测电压下降后，n1管的栅极电压开始下降，使p2管栅极电压上升，于是流过p2管的电流减小，进一步导致了n1管栅极电压的下降和p2管栅极电压的上升。当检测电压下降至p2管关闭时，正反馈环路关闭，n2栅极变为高电平，电路输出高电平，指示输出电压正常。
37.本发明采用hgbcd0.35μm工艺实现。如图3所示，vdd在3v到5v变化时，输出过压检测电路的过压检测阈值变化为17.77v到18.04v，具有一定的电源抑制能力。如图4所示，瞬态仿真显示，输出过压检测电路的高电平阈值为18v，低电平阈值为16.8v，迟滞宽度为1.2v，该迟滞宽度可根据需要来调节。
38.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。