一种充电接口过流关断保护电路的制作方法

本发明属于集成电路设计技术领域，尤其涉及过流关断保护电路。

背景技术：

便携式电子设备日益普及逐渐成为生活中的必需品，其充电配件产品也迅速发展，例如各种usb、type-c接口充电产品，因此充电时如何有效保护充电和被充电的设备，是本发明解决的一个问题。

在传统电路技术领域，过流保护电路是指在负载电流超过阈值电流情况下，对负载及整个电路进行有效保护的一种电路。一种传统过流保护方法是采用可恢复保险丝，当电流超过可恢复保险丝的最大承受电流时，保险丝熔断，断开电流通路，短路故障去除后保险丝恢复，闭合电流通路。这种采用可恢复保险丝的过流保护措施由于保险丝熔断时间长，保护可靠性相对较弱，同时不便于调节过流保护阈值点。另外一种常用的过流保护是采取打嗝保护的方式，即当电流超过阈值保护点时，通过采样-----比较----开关断开(toff延迟断开时间)-------采样------比较-------开关闭合循环的模式进行保护，这种方法对负载有一定的保护能力，但是如果短路故障一直未排除，则打嗝保护一直进行，会对负载进行不断冲击，同时电流开关不断动作，器件的温度累积升高导致可靠性变低甚至烧坏。因此，为了解决上述两种传统过流保护方法的上述不足，本发明提供一种负载过流时，电路立即关断电流通路，并锁定开关为断开状态，只有当故障移除后开关才闭合，负载恢复正常充电工作。

技术实现要素：

为了解决上述过流保护技术的不足，发明了一种锁死关断与恢复电路，本发明结构简单、便于实现、能够有效保护负载和电流通路上的各个器件，保障设备的安全性和可靠性。

本发明公开的具体方案为：

一种充电接口过流关断保护电路，所述保护电路包括：电流检测电路、控制电路、锁死关断与恢复电路、电流开关、基准电路，其特征在于：

所述电流检测电路，用于对充电接口输出电流进行采样检测，并转换成电压信号反馈到比较控制电路；

所述控制电路，用于控制负载电流开关状态，负载电流小于设定阈值时，控制电流开关闭合，正常充电；当负载电流超过设定阈值时，控制电流开关断开，且只有当过流故障消除后，控制电路才控制电流开关闭合，恢复充电；

所述锁死关断与恢复电路，用于负载过流时，给控制电路提供一个锁定信号，锁定电流开关断开状态，避免电流开关反复通断而遭受过流冲击；而当过流故障消除后，给比较控制电路提供一个恢复信号，切换电流开关状态，恢复正常充电；

所述电流开关，用于执行负载充电的开与关动作，当正常充电时开关闭合，当过流时开关断开；

所述基准电路，用于给控制电路的比较器提供一个精准参考电压；同时基准电路提供一个精准电流用来实现过流保护阈值电流。

进一步地，所述电流检测电路为串联在电流开关nmos晶体管与地之间的采样电阻rs，流过采样电阻rs的电流乘以电阻rs转换成电压，此电压信号最终叠加反馈到上述控制电路比较器的负输入端“-”。

进一步地，所述控制电路为比较器comp，比较器的输出信号控制电流开关状态，比较器的正输入端“+”接参考阈值电压vth，比较器的负输入端“-”接锁死关断与恢复电路的输出信号vs。

进一步地，所述锁死关断与恢复电路由电阻r1、r2、rs和电流源iref组成，电阻r1与电阻r2和采样电阻rs形成串联电路，且可以调节电阻r2大小来调节过流保护阈值电流，电阻r1的正端“+”连接负载的输出端，电阻r1的负端“-”与电阻r2正端“+”相连，r2负端“-”连接rs正端“+”，电流源iref的电流输出端连接r2电阻正端“+”，电阻r1的负端“-”引出一个电压信号vs为锁死关断与恢复信号，vs输入到比较器的负输入端“-”。

进一步地，所述电流开关为负载电流通路上的nmos电流开关，nmos晶体管的漏端d连接负载的输出端，nmos的源端s连接上述采样电阻rs的正端“+”，开关的控制端nmos的栅极g连接上述比较器的输出端，为了增强nmos开关的电流导通能力，降低其导通电阻，尽可能的将nmos管的宽长比尺寸设计大。

进一步地，所述基准电路，主要提供参考电压和参考电流，参考电压vth连接上述比较器的正输入端“+”，参考电流iref的输出端连接电阻r2正端“+”。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

采用本发明方法设计的过流关断保护电路在过流发生时进行锁定关断，从而更佳有效保护负载；采用本发明方法设计的过流关断保护电路，可以通过调节电阻值r2，方便设置过流保护阈值电流；采用本发明方法设计的过流关断保护电路，过流故障去除后能有效恢复到正常充电状态；采用本发明方法设计的过流关断保护电路能够有效消除传统打嗝保护对负载和开关管的冲击；采用本发明方法设计的过流关断保护电路结构简单，采用标准的cmos电子器件，能够有效节省芯片面积和成本。

附图说明

图1为本发明的一种过流关断保护电路的基本结构示意图。

图2为本发明的一种过流关断保护电路的实施案例示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明公开的充电接口过流关断保护电路的具体实施方式做详细说明，而非用以限制本发明的范围。

如图1及图2所示，本发明的一种过流关断保护电路包括：电流检测电路、控制电路、锁死关断与恢复电路、电流开关、基准电路。

其中，所述电流检测电路为串联在电流开关nmos晶体管与地之间的采样电阻rs，流过采样电阻rs的电流乘以电阻rs转换成电压，此电压信号最终叠加反馈到上述控制电路比较器的负输入端“-”。所述控制电路为比较器comp，比较器的输出信号控制电流开关状态，比较器的正输入端“+”接参考阈值电压vth，比较器的负输入端“-”接锁死关断与恢复电路的输出信号vs。所述锁死关断与恢复电路由电阻r1、r2、rs和电流源iref组成，电阻r1与电阻r2和采样电阻rs形成串联电路，且可以调节电阻r2大小来调节过流保护阈值电流，电阻r1的正端“+”连接负载的输出端，电阻r1的负端“-”与电阻r2正端“+”相连，r2负端“-”连接rs正端“+”，电流源iref的电流输出端连接r2电阻正端“+”，电阻r1的负端“-”引出一个电压信号vs为锁死关断与恢复信号，vs输入到比较器的负输入端“-”。所述电流开关为负载电流通路上的nmos电流开关，nmos晶体管的漏端d连接负载的输出端，nmos的源端s连接上述采样电阻rs的正端“+”，开关的控制端nmos的栅极g连接上述比较器的输出端，为了增强nmos开关的电流导通能力，降低其导通电阻，尽可能的将nmos管的宽长比尺寸设计大。所述基准电路，主要提供参考电压和参考电流，参考电压vth连接上述比较器的正输入端“+”，参考电流iref的输出端连接电阻r2正端“+”。

本发明还涉及过流关断保护方法，所述方法包括以下步骤：

所述电流采样电路，一端与电流开关连接，另外一端接地，主要用于对负载上的电流进行采样处理，并根据电流和电压的线性关系，输出采样电流的采样电压，采样电压再反馈到比较器的“-”输入端；如图2所示，采样电阻rs串联在电流开关与地之间。所述采样电阻采用低阻值电阻，通常为毫欧级，目的是减小采样功耗和电压损耗；

所述受控电流开关，如图2所示，受控电流开关串联在负载和所述采样电阻之间。作为一种优选方式，所述受控电流开关可以是nmos开关管等，nmos开关管的漏极连接负载，源极连接采样电阻，栅极连接比较器的输出，不过本领域的技术人员应该理解，受控电流开关并非以nmos开关管为限，事实上，其他类型的开关也是可行的，例如npn开关管。

所述锁定电路包括第1电阻r1，第2电阻r2以及上述采样电阻rs。第1电阻一端连接上述受控电流开关nmos的漏极，第1电阻的另外一端串联连接第2电阻，第2电阻串联连接上述采样电阻，同时，从第1电阻与第2电阻串联连接处引出锁定电压信号线，所述锁定电压信号线输入到比较器的负输入端。

所述基准电路，本发明不限各种实现基准电压和基准电流的各种方法和具体电压和电流值，基准电压主要给比较器提供一个比较电压，而基准电流通过r2和rs电阻流入地。

所述比较电路，用于对电流采样电路输出的采样电压(电流采样电路输出的采样电压通过第r2电阻反馈到比较器的“-”输入端)与参考电压(参考电压连接比较器的“+”输入端vth)进行比较，当输出采样电压大于参考电压时，比较器输出高电平开关控制信号，控制开关断开，达到对整个电路进行断路保护。另外当过流开关断开后，负载与电流开关通路断开，负载转为与锁定支路串联，由于锁定支路上串联电阻值和比较大，开关上电流为零。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，在上述说明书的描述中提到的数值及数值范围并不用于限制本发明，只是为本发明提供优选的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。