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检测LDMOS漏端电压判断是否过流方案
发布时间:2015-10-01 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]摘要：本文介绍采用直接检测LDMOS 漏端电压来判断其是否过流的设计方案，给出了电路结构。通过电路分析，并利用BCD 高压工艺，在cadence 环境下进行电路仿真验证。结果证明：该方法能够快速、实时地实现过流保护功能，相比其它方法，在功耗、效率、工艺兼容性、成本等方面均有很大提高，可以直接应用于电源控制芯变压器与电感器设计片中的安全保护设计。
1 引言
由于电源适配器芯片中内嵌集成或需要外部连接功率LDMOS 管，应用中的LDMOS 管又需要直工字电感器接和高压相联接并通过大电流(目前的LDMOS 管已经能耐受数百乃至近千伏的高压)。因此，如何保障芯片和LDMOS 管的安全工作是芯片设计的重点之一。
利用片上二极管正向压降的负温度特性来监测芯片的热状态，进而控制功率LDMOS 管的开关是一种可行的安全设计方法。但是由于硅片存在热惰性，故不能做到即时控制。该方法更适宜作安全设计的第二道防线。
从芯片设计看，要确保适配器芯片使用的安全性，比较好的方法应该是直接监测流经LDMOS 管的大电流或LDMOS 管的漏极电压，以实时监控芯片的工作状态。一般采取两种方案：(一)在功率MOS 管源端对地串联一个小电阻用于检测源极电流，如图1(a)所示;(二)插件电感是通过检测电路监控LDMOS 的漏端电压，如图1(b)所示。前一种方案至少有以下缺点：(1)由于工艺存在离散性，电阻值很难做到精确(误差在20%左右);(2)源极串入电阻后，使原本导通电阻很大的LDMOS 管的管压降进一步增大，功率处理能力变弱;(3)电阻上流过大电流，消耗了不必要的能量，降低了开关电源的转换效率。
图1(a)串联电阻检测电流图1(b)直接检测漏端电压
而采用后一种方案，因为利用了集成电路的特点(电压采样电路的电阻比精度很容易做到1%)，电路处理并不太复杂。重要的是LDMOS 管没有源极串联电阻，可减少能量损耗，不影响LDMOS 管的功率处理能力，提高了电源转换效率。
直接检测漏端电压判断LDMOS 是否过流的设计思想是在LDMOS 管导通时，通过采样电路检测LDMOS 漏端电压，经比较，过流比较器输出一个低电平过流信号以关闭LDMOS 管;而在LDMOS 管截止期间，采样电路不工作，同时为了提高可靠性将比较器窗口电平适度拉高。
图2 是实现上述功能的电路框架图，由过流比较模块、控制逻辑等组成。
图2 过流保护电路框架
2 电路设计
2.1 过流比较模块
过流电感厂家比较模块主要由前沿消隐Leadedge、采样电路Sample、比较电压产生器ToCompare 和过流比较器Comparator 等组成，如图3 所示。
前沿消隐电路由于存在片上寄生或外接电容和电感的影响，在LDMOS 管开启的瞬间，会在LDMOS 管漏极输出端出现尖峰电压，可能造成过流误判。必须增设前沿消隐电路，即对LDMOS 管栅控电压产生一个时间延迟，使在LDMOS 管开启的瞬间将过流比较器闭锁，等到尖峰通过后，再对LDMOS 管漏极信号进行采样测量和过流判断，从而消除漏电压尖峰的影响。如图3 所示，我们在其中加入一个偏置在固定电压V(BIASN)的NMOS 管，它相当于一个固定电流源，以限制电容放电的时间。
图3 过流比较模块电路图
合理设计相关的器件参数可以控制延迟时间的大小。
采样电路用开关控制电路实现对LDMOS 漏端的周期性电压采样，其中分压电路可采用大阻值有比电路结构。根据集成电路的特点，电阻比值的误差很容易被控制在1%范围之内。
当LDMOS 的栅电压V (GATE) 为高，即LDMOS 管导通时，使图3 中的采样开关管M10(具有较高耐压和较低导通电阻特性)也导通，同时开始采集LDMOS 管的饱和漏极电压;而当LDMOS 管的栅电压V(GATE)为低，即LDMOS 管关闭时(非过流现象)，采样电路则不工作。电感生产
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