電源控制芯片中的過(guò)流保護設計

　摘要：本文介紹采用直接檢測LDMOS 漏端電壓來(lái)判斷其是否過(guò)流的設計方案，給出了電路結構。通過(guò)電路分析，并利用BCD 高壓工藝，在cadence 環(huán)境下進(jìn)行電路仿真驗證。結果證明：該方法能夠快速、實(shí)時(shí)地實(shí)現過(guò)流保護功能，相比其它方法，在功耗、效率、工藝兼容性、成本等方面均有很大提高，可以直接應用于電源控制芯片中的安全保護設計。

　　1 引言

　　家電、便攜電子設備和手持電器的迅猛發(fā)展，已使電源適配器芯片成為集成電路的大宗產(chǎn)品類(lèi)。由于該類(lèi)芯片中內嵌集成或需要外部連接功率LDMOS 管，應用中的LDMOS 管又需要直接和高壓相聯(lián)接并通過(guò)大電流（目前的LDMOS 管已經(jīng)能耐受數百乃至近千伏的高壓）。因此，如何保障芯片和LDMOS 管的安全工作是芯片設計的重點(diǎn)之一。

　　利用片上二極管正向壓降的負溫度特性來(lái)監測芯片的熱狀態(tài)，進(jìn)而控制功率LDMOS 管的開(kāi)關(guān)是一種可行的安全設計方法。但是由于硅片存在熱惰性，故不能做到即時(shí)控制。該方法更適宜作安全設計的第二道防線(xiàn)。

　　從芯片設計看，要確保適配器芯片使用的安全性，比較好的方法應該是直接監測流經(jīng)LDMOS 管的大電流或LDMOS 管的漏極電壓，以實(shí)時(shí)監控芯片的工作狀態(tài)。一般采取兩種方案：（一）在功率MOS 管源端對地串聯(lián)一個(gè)小電阻用于檢測源極電流，如圖1（a）所示；（二）是通過(guò)檢測電路監控LDMOS 的漏端電壓，如圖1（b）所示。前一種方案至少有以下缺點(diǎn)：（1）由于工藝存在離散性，電阻值很難做到精確（誤差在20%左右）；（2）源極串入電阻后，使原本導通電阻很大的LDMOS 管的管壓降進(jìn)一步增大，功率處理能力變弱；（3）電阻上流過(guò)大電流，消耗了不必要的能量，降低了開(kāi)關(guān)電源的轉換效率。

圖1（a）串聯(lián)電阻檢測電流圖1（b）直接檢測漏端電壓

　　而采用后一種方案，因為利用了集成電路的特點(diǎn)（電壓采樣電路的電阻比精度很容易做到1%），電路處理并不太復雜。重要的是LDMOS 管沒(méi)有源極串聯(lián)電阻，可減少能量損耗，不影響LDMOS 管的功率處理能力，提高了電源轉換效率。

　　直接檢測漏端電壓判斷LDMOS 是否過(guò)流的設計思想是在LDMOS 管導通時(shí)，通過(guò)采樣電路檢測LDMOS 漏端電壓，經(jīng)比較，過(guò)流比較器輸出一個(gè)低電平過(guò)流信號以關(guān)閉LDMOS 管；而在LDMOS 管截止期間，采樣電路不工作，同時(shí)為了提高可靠性將比較器窗口電平適度拉高。