论文部分内容阅读
随着各种高科技产品的广泛应用,USB作为连接高科技产品的桥梁其重要作用不言而喻。为了保护所连接的产品免受异常故障带来的损坏,因此通常有专门的保护类芯片对其实施保护。这类保护类芯片既符合USB电源管理规范,又有其不可替代的其他保护功能。鉴于此广阔的应用场景,对响应速度快、功耗低的电子熔断器类的保护芯片进行研究设计很有必要。电子熔断器跟实际应用息息相关的指标有：导通阻抗、限流值以及响应速度、可外接负载的寄生电容的范围。导通阻抗值要满足负载在额定工作电流下的工作电压范围,该值的设定遵循USB电源管理规范,要保证负载的供电电压大于4.85V；限流值一般设定在额定工作电流的150%,本设计选定限流值为750mA,响应速度要在lus内；可外接负载的寄生电容负载和熔断器的软启动时间相关,综合考虑负载电容的充电时间以及所用工艺MOSFET的安全工作区SOA图,软启动时间选择为4毫秒。过流保护电路采用RDSON采样和SENSEFETs两种方式结合,预比较电路采用RDSON采样,比较器是一个失调且带有迟滞的比较器,采用改变差分对管的尺寸、电流镜负载的尺寸和分流的方式可以达到需要的失调,其中预比较器的电流门限是501mA,迟滞258mA。后级采样电路为SENSEFETs采样,采用一个正反馈的比较器强制采样管的漏端电压跟随输出电压的变化提高采样的精度,后级比较器采用单边延时的设计加快负载出现异常时的响应速度,5us的延时设计使功率管不会因频繁开启而折损寿命,后级采样电路的电流门限是750mA,响应时间为937ns。对做为电气开关的MOSFET进行建模,分析开关导通阶段和关断阶段驱动电流对寄生电容的影响,为驱动电路选择合适的驱动电流,选择合适的软启动时间。该驱动电路能够在1.1V的低压下正常工作,巧妙的运用一个NPN管实现了电路内部的过压保护和迟滞功能,在启动过程输出电压缓慢上升无大的瞬间电流出现,电路简单且响应速度快,安全可靠。在0.5um BCD工艺下,对驱动电路和过流保护电路进行级联仿真,仿真表明：开关管的导通阻抗约为300毫欧；该电子熔断器能够在外接负载的寄生电容在1uF—90uF之间有效的抑制浪涌电流的大小；在外接负载出现短路的情况时,电子熔断器能够有效地保护供电系统,使供电电源的电流限制在过流保护电路的门限值750mA以内,有效地保护了供电系统和负载系统。