專利名稱：用于清除起動電流限制和短路電流限制的技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及保護電路在“熱插拔”期間免受過多的起動(開始通電)電流的影響 或在短路被設置于電路輸出上時免受短路的影響，并且更具體地說，用于利用很少的部件 和有效利用管芯區(qū)域來提供這樣的保護?！盁岵灏巍敝傅氖菍㈦娐凡迦氲接嬎銠C系統(tǒng)中或者 從計算機系統(tǒng)中移除電路，而不移除系統(tǒng)或使系統(tǒng)斷電。短路保護確保電路在短路或零歐 姆被直接設置于輸出上以接地時將能夠幸存下來。
背景技術：
在過去，在將電路插上和拔出計算機或其它這樣的電子系統(tǒng)中時，電力被斷開。這 是必要的，因為隨著電路板或模塊被插入連接器或從連接器移除，隨機地產(chǎn)生接觸和斷開 接觸可能損害電路和/或系統(tǒng)。無法控制可能的與電力、地以及信號輸入和輸出的誤連接。 還可能無意中使電路的輸出發(fā)生短路并且是破壞性的。然而，需要斷開連接以及后面重新連接電力是麻煩的，尤其在整個系統(tǒng)可能必須 被斷電(可能以設定順序)的情況下，后面的上電(可能以設定順序)，以及重建條件可 能花費太多的時間。此外，斷電或上電時的任何錯誤可能產(chǎn)生可損害電路的電力假信號 (powerglitches)禾口高電流。通電起動電流限制(保護)和短路保護可以使用相同的標準，但是本領域技術人 員也可以使用不同的標準。現(xiàn)在，把電路、存儲器、控制器等插入和拔出電子系統(tǒng)時通常并不移除電力。然而， 對于這些熱插拔，短路保護電路在這樣的系統(tǒng)中占據(jù)寶貴的管芯空間，并且通常必須位于 它們保護的系統(tǒng)的外部。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供傳輸晶體管，該傳輸晶體管將輸入電壓Vin連接到輸出電壓Vout，輸 出電壓Vout向負載(未示出)輸送電流lout。本發(fā)明利用很少的部件有效地使用管芯區(qū) 域來提供可編程的或可設置的電流限制和短路保護。例示性地，小晶體管被設置為與傳輸晶體管并聯(lián)(除控制觸點之外)，這些晶體管 典型地是FET，但是本領域技術人員也可以使用其它類型。例示性地，使用FET，兩個漏極相 連并且連接到Vin，并且它們的源極連接到Vout。傳輸FET被設計成具有低RDSon (“導通” 電阻)，而小FET被設計成具有這樣一種RDSon，其將在輸出端維持短路而不損害發(fā)明的電 路或產(chǎn)生Vin的系統(tǒng)。注意，術語“連接”在本文中被廣泛地限定以包括額外的部件，這些額外的部件可 以與“連接”是串聯(lián)或并聯(lián)，但是不影響所描述的功能。例示性地，使用比較器，一個輸入端連接到Vout并且另一個輸入端連接到參考電 壓，參考電壓可以通過控制器(未示出)設定。當在輸出端發(fā)生短路時，比較器使傳輸FET 截止并且使小FET導通。如上所述，小FET可以被設計成通過呈現(xiàn)不損害產(chǎn)生Vin的系統(tǒng)或小FET的RDSon電阻(或阻抗)來經(jīng)受住短路。到比較器的參考輸入限定了一個電壓電平，如果通過高Iout將Vout降低到低于 參考電壓電平，則比較器將觸發(fā)。此舉就象短路那樣，將使傳輸FET截止并且使小FET導通。 再次，產(chǎn)生Vin的系統(tǒng)和發(fā)明的電路得到保護。注意，在短路和高Iout起動保護情況下，在情況緩解時，Vout將回到高于參考電 壓的電平并且傳輸FET將導通而小FET將截止。本領域技術人員將明白，盡管以下具體實施方式
將參考說明性實施例、附圖和使 用方法進行，但是本發(fā)明不意圖被限制于這些實施例和使用方法。相反，本發(fā)明具有寬的范 圍并且意圖被限定為如所附的權利要求中闡述的。


本發(fā)明以下描述引用附圖，其中圖1是具體實現(xiàn)本發(fā)明的示意性框圖。
具體實施例方式圖1示出了本發(fā)明的一個實施例。這里，傳輸FET 2被設置在Vin和Vout之間， 并且小FET 4被設置為與傳輸FET并聯(lián)。傳輸FET和小FET共享共同的漏極和源極連接， 但是柵極是分開的。在該實施例中，晶體管是NMOS類型，但是在某些應用中也可以使用其 它類型和極性。為了短路保護，比較器8感測Vout與參考電壓REF的關系。在短路發(fā)生在負載 處時，Vout變?yōu)榧s零電壓，徹底低于REF。比較器輸出變高，使小FET 4導通，由于小FET 4 的高RDSon( “導通”電阻)，其將短路電流限制到非破壞性的電平。小FET的尺寸確定其 RDSon，并且它可以被設計成足夠高以限制提供到短路的電流。同時，比較器的高輸出也驅 動邏輯門6的一個輸入。邏輯門6的輸入上的高電平將傳輸FET 2的柵極驅動為低，使傳 輸FET 2截止。對于通電起動電流，進行類似的操作。起初，Vout在零伏或零伏附近。在接通電力 時，由于參考電壓Ref通常被較輕地負載，所以參考電壓Ref將比Vin上升得更快。在該狀 態(tài)中，隨著Vin上升，通過高比較器輸出將小FET 4偏置為導通，該高比較器輸出還經(jīng)由邏 輯門6將傳輸FET 2偏置為截止。隨著Vout (隨著未示出的負載電容充電慢慢地)上升， 它將達到且超過Ref電壓。小FET被截止而傳輸FET被導通，其中Vin將負載電容器充電 到Vin電壓。通電起動電流被限制。在電路開始通電之后，本發(fā)明檢測和并保護電路免受短路傷害。如果檢測到短路， 例示性地，小FET將被導通而傳輸FET將被截止。在消除短路時，上述的通電起動操作再次工作。如果期望單獨的檢測電平以區(qū)分起動檢測電平與短路保護電平，則具有另一參考 電壓的另一比較器可以被使用并且邏輯上與小FET柵極驅動進行“ORed(或運算)”。在電力被施加之后并且沒有短路的正常操作期間，小FET截止，傳輸FET導通，并 且發(fā)明的電路充當標準熱插拔控制器。在該條件中，在圖1中，比較器的輸出是低，并且如 果GATE信號是高，則邏輯門6的輸出將是高，從而將傳輸FET 2驅動為導通。在該條件中，在檢測到短路時，比較器的輸出將能夠使傳輸FET截止。比較器輸出將變高，使傳輸FET 2 截止并且使小FET 4導通。例示性地，GATE信號充當使能信號，該使能信號允許比較器控 制傳輸FET。邏輯門6通過邏輯方程OUT =AB來表征，其中A是比較器8的輸出，B是GATE 信號?！癘UT”驅動傳輸FET 2的柵極，并且在OUT是高的時候，傳輸FET 2導通。因此，傳 輸FET 2導通的唯一條件是比較器8的輸出(A)是低并且GATE信號(B)是高。信號B變 低或者A變高將使傳輸FET 2截止。由于比較器用于短路和通電起動電流，所以在任一條件發(fā)生時，傳輸FET 2被截 止而小FET 4被導通。在短路被消除時，Vout將升到REF之上并且恢復正常操作。正常的 情況是，在比較器的輸出是低的時候，傳輸FET 2被導通而小FET 4被截止(再次假設GATE 信號是高)。圖1的電路允許控制器(未示出)設定REF電壓電平以編程本發(fā)明的該實施例。 實際上，可以根據(jù)設計者的決定改變設定。另外，控制器可以將GATE信號驅動為低，以使傳 輸FET 2截止。小FET可以僅稍微小于傳輸FET的尺寸，例如為傳輸FET的尺寸的60%，但典型 地，小FET的尺寸是傳輸FET的尺寸的約1 %。例如，傳輸FET的RDSon可以是約0. 1歐姆， 而小FET的RDSon可以是約10歐姆。尺寸決定了短路電流電平和所傳輸?shù)某掷m(xù)通電起動 電流的電平。應當理解，上述實施例在本文中被給出作為實例并且其許多變型和替代是可能 的。因此，應當寬廣地將本發(fā)明視為僅如以下所附權利要求中闡述的限定。
權利要求
1.一種限制電流和短路保護的電路，該電路包括傳輸晶體管，限定第一輸入端、第一輸出端和第一控制端，其中輸入端連接到輸入電 壓，第一輸出端將輸出電流輸送到負載；第二晶體管，限定第二輸入端、第二輸出端和第二控制端，其中第一輸入端與第二輸入 端連接在一起，第一輸出端與第二輸出端連接在一起，并且其中第二晶體管小于傳輸晶體 管；參考電壓端；比較器，該比較器的一個輸入端連接到第一和第二輸出端，該比較器的第二輸入端連 接到參考電壓端，并且比較器具有驅動所述第二控制端的比較輸出端；邏輯門，該邏輯門的一個輸入端連接到所述比較輸出端，其中邏輯門輸出端驅動第一 控制端，其中在第一輸出端和第二輸出端在比參考電壓端低的電壓時，所述比較輸出端使 第二晶體管導通并且使傳輸晶體管截止。
2.根據(jù)權利要求1的電路，其中邏輯門至少限定一個雙輸入邏輯功能，其中一個門輸 入端連接到所述比較輸出端并且第二門輸入端連接到控制信號，其中控制信號能使比較輸 出端導通第一晶體管。
3.根據(jù)權利要求1的電路，其中傳輸晶體管和第二晶體管是η型FET。
4.根據(jù)權利要求1的電路，其中第二晶體管的導通電阻大于傳輸晶體管的導通電阻。
5.根據(jù)權利要求1的電路，其中所述參考電壓端限定一個值，其中該值限定一個具體 的輸出電壓，其中，在所述輸出電壓低于該具體的輸出電壓時，電路使傳輸晶體管截止并且 使第二晶體管導通。
6.根據(jù)權利要求1的電路，其中，當在負載處發(fā)生短路時，電路使傳輸晶體管截止并且使第二晶體管導通。
7.根據(jù)權利要求1的電路，其中，當?shù)谝缓偷诙敵龆顺跏嘉挥诒葏⒖茧妷憾说偷碾?壓時，比較輸出端首先使第二晶體管導通并且使傳輸晶體管截止；但是當?shù)谝缓偷诙敵?端回到高于參考電壓端的值時，比較輸出端使傳輸晶體管導通并且使第二晶體管截止。
8.根據(jù)權利要求1的電路，其中比較器由輸入電壓供電。
9.一種用于保護系統(tǒng)以免受過量的輸出電流過高的方法，該方法包括步驟使輸出電流傳輸通過傳輸晶體管；設定輸出電壓電平，該輸出電壓電平與過量的輸出電流電平相關；感測超過所設定的輸出電壓電平的輸出電壓電平；以及作為響應，使傳輸晶體管截止并且使第二晶體管導通。
全文摘要
一種防止高通電起動電流和短路的電路。該電路具有傳輸晶體管和并聯(lián)的小晶體管。比較器感測何時輸出電壓超過參考電壓并且使傳輸晶體管截止以及使并聯(lián)的小晶體管導通。并聯(lián)的小晶體管具有較高的導通電阻使得短路或起動電流不損害電子器件。在短路或起動電流條件被消除時，比較器感測該條件并且返回到正常操作，其中傳輸晶體管導通并且并聯(lián)的小晶體管截止。
文檔編號H03K17/082GK102047519SQ200980120041
公開日2011年5月4日 申請日期2009年4月6日 優(yōu)先權日2008年4月9日
發(fā)明者詹姆斯·加勒特 申請人:快捷半導體有限公司