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品類,。由于該類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)接并通過大電流（目前的LDMOS 管已經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之一,。
利用片上二極管正向壓降的負溫度特性來監(jiān)測芯片的熱狀態(tài)，進而控制功率LDMOS 管的開關是一種可行的安全設計方法,。但是由于硅片存在熱惰性,，故不能做到即時控制。該方法更適宜作安全設計的第二道防線,。
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(jiān)測流經LDMOS 管的大電流或LDMOS 管的漏極電壓,，以實時監(jiān)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)一個小電阻用于檢測源極電流，如圖1（a）所示,；（二）是通過檢測電路監(jiān)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：（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 管的管壓降進一步增大,，功率處理能力變弱,；（3）電阻上流過大電流，消耗了不必要的能量,，降低了開關電源的轉換效率,。
串聯(lián)電阻檢測電流圖1（b）直接檢測漏端電壓" border="0" hspace="0" jquery1313396868343="1" src="http://files.chinaaet.com/images/20110817/2a9591d9-fea3-47f7-ba2d-54789c908667.jpg" style="filter: ; width: 450px; height: 381px; cursor: hand" />
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（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 是否過流的設計思想是在LDMOS 管導通時，通過采樣電路檢測LDMOS 漏端電壓,，經比較,，過流比較器輸出一個低電平過流信號以關閉LDMOS 管；而在LDMOS 管截止期間,，采樣電路不工作,，同時為了提高可靠性將比較器窗口電平適度拉高。
圖2 是實現上述功能的電路框架圖,，由過流比較模塊,、控制邏輯等組成。
過流保護電路框架" border="0" hspace="0" jquery1313396868343="2" src="http://files.chinaaet.com/images/20110817/00e2df3c-66bf-441d-b3b1-61305f810b3c.jpg" style="filter: ; width: 450px; height: 355px; cursor: hand" />
圖2 過流保護電路框架
2 電路設計
圖9 控制邏輯電路的仿真
閉環(huán)控制電路的整體仿真
如圖10 所示,，圖3 電路和外接LDMOS 形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng),。仿真結果如圖11 所示：在沒有發(fā)生過流時，柵極電壓的占空比最大,；有過流發(fā)生時,，過流信號OverCurrent 將柵極電壓強制設置為低電平，關斷LDMOS,，從而達到了過流保護效果,。
圖10 閉環(huán)總體仿真原理圖
圖11 閉環(huán)總體仿真波形
3 結論
本文闡述了幾種過流檢測方法，分析了每種方法的優(yōu)缺點,。設計了一款閉環(huán)控制型的過流保護電路,，它采用直接檢測LDMOS 管漏端電壓的方法，可以克服采用電阻檢測時消耗能量,，芯片容易發(fā)熱的缺點,，同時提高了開關電源DC/DC 的能量轉換效率。另外,，采取有比采樣電路設計,，克服了工藝偏差的影響，提高了采樣精度,。
基于3μm高壓BCD 工藝,，我們在Cadence 設計環(huán)境中利用電路模擬器Spectre 對該控制電路進行了分模塊和整體模塊的仿真，結果表明該電路可以較好地實現實時過流保護功能,。