一種低導(dǎo)通損耗的USB 電源開關(guān)的設(shè)計(jì)方案

　　在VPUMP 電壓升高到VIN + VT 以后， MN3 隔離V3到電源的通路， 保證V3 的電荷由MP3 全部充入柵電容。這樣， C1 和C2 相互給柵電容充電， 若干個(gè)時(shí)鐘周期后， 電荷泵輸出電壓接近兩倍電源電壓。

　　在電荷泵輸出電壓升高的過程中， 功率管提供的負(fù)載電流逐漸上升， 避免在容性負(fù)載上引起浪涌電流（ inrush current ） .

　　圖3 改進(jìn)后的電荷泵

　　4 過流保護(hù)電路設(shè)計(jì)

　　當(dāng)出現(xiàn)過載和短路故障時(shí)， 負(fù)載電流達(dá)到數(shù)安培， 需要精確的限流電路為功率管和輸入電源提供保護(hù)。對(duì)于MOS 器件， 只有工作在飽和區(qū)時(shí)的電流容易控制。限流就是通過反饋負(fù)載電壓， 調(diào)節(jié)電荷泵輸出電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖4 是限流電路的原理圖。

　　圖4 限流電路原理圖

　　N 型功率管NHV 的源與P 型限流管MP6 的柵相接， N 型功率管NHV 的柵與P 型限流管MP6的源相接。從而達(dá)到控制功率管柵源壓降的目的。

　　當(dāng)負(fù)載電流超過1A 時(shí)， 電流限信號(hào)（ VLIMIT ） 為高電平， MN7 導(dǎo)通， 柵電荷經(jīng)MP6 流向地， 柵電壓減小， 功率管工作在飽和區(qū)。C1、C2 為電荷泵電容值，在一個(gè)時(shí)鐘周期T 內(nèi)， 由電荷泵充入的柵電荷為：

　　當(dāng)功率管柵壓穩(wěn)定時(shí)， 電荷泵充入的柵電荷等于限流管放掉的柵電荷。限流管泄放電流為：

　　由

　　得功率管和限流管的電流關(guān)系：

　　式中， VTP 和VTN 分別是P 型管和N 型管閾值電壓， M 為N 型功率管的并聯(lián)數(shù)。

　　通過設(shè)置NHV 和MP6 寬長(zhǎng)比、功率管的并聯(lián)個(gè)數(shù)、電荷泵的時(shí)鐘周期以及電荷泵的電容值， 就可以確定功率管的電流。當(dāng)負(fù)載恢復(fù)正常后， 電流限信號(hào)（ V LIMIT ） 為低電平， MN7 截止， 電荷泵正常工作， 為功率管提供2 倍于電源的柵驅(qū)動(dòng)電壓。這種過流保護(hù)電路通過MP6 泄放功率管的柵電荷， 易實(shí)現(xiàn)限流功能， 適用于N 型功率管的電源開關(guān)。