本发明涉及集成电路中驱动，特别涉及一种应用于开关功率器件的过流保护电路及其栅极驱动器。
背景技术：
1、栅极驱动器是电力电子系统中的核心器件，其主要作用是将控制器信号转换为高电压、高电流驱动信号，实现对开关功率器件(如mosfet)导通和关断的控制，可广泛应用于电机驱动，开关电源等场景。相较于p沟道mosfet，n沟道mosfet具有更低的导通电阻和热耗散功率，因此，n沟道mosfet栅极驱动器的应用日益显著。
2、为防止负载短路或发生异常时电流过大，进而导致n沟道mosfet发生烧毁，通常在高压电源和n沟道mosfet的漏极之间串联小功率电阻，如图1所示，通过检测功率电阻rs上的压降实现对mosfet电流的监控，当电阻上压降超过预设电压时，检测电路发出控制信号，控制栅极驱动电路关断mosfet，从而实现mosfet过流保护，提高系统可靠性。一般过流保护电路由额外的高精度高增益运放芯片实现，通过放大功率电阻上压降，输出控制信号控制栅极驱动电路实现过流保护；部分栅极驱动器集成了过流保护电路，但其过流点不可调整，需要通过调整外部串联的功率电阻阻值实现开关功率器件过流点调节，当需要设置的开关功率器件过流点较低时，则需要增大功率电阻的阻值，导致功率电阻上功耗占比升高，电源转换效率降低。
技术实现思路
1、针对传统栅极驱动器需要额外高精度高增益运放芯片实现开关功率器件过流保护，以及只能通过增大功率电阻阻值的方式降低开关功率器件过流保护点的问题，本发明提出了一种应用于开关功率器件的过流保护电路及其栅极驱动器，通过集成内置过流点和外置可编程过流点两种功能，简化了栅极驱动器应用线路结构，提高了栅极驱动器应用灵活度，避免了采用阻值较大功率电阻来降低开关功率器件过流点，提升了电源转换效率。
2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
3、在本发明的第一方面，本发明提供了一种应用于开关功率器件的过流保护电路，包括过流点调节电路、偏置电流产生电路和过流比较器；所述过流点调节电路一端设置有外置端口，在所述过流点调节电路工作在内置过流点模式时，所述外置端口悬空，在所述过流点调节电路工作在外置可编程过流点模式时，所述外置端口连接可调电阻一端，所述可调电阻另一端接地；所述过流点调节电路另一端连接偏置电流产生电路一端，所述偏置电流产生电路另一端连接过流比较器一端，其中，所述过流比较器用于输入开关功率器件电流在功率电阻上的压降信号，输出用于控制栅极驱动电路的过流关断信号vcl。
4、进一步的，所述过流点调节电路包括比较器、nmos管mn1、mn2和电流源ib；比较器同相输入端接内部参考电压vref，反相输入端接外置端口，外置端口电压为vset(ext)，同时连接mn2管的源极和电流源ib的一端，电流源ib的另一端接内部供电电源vdd，比较器同相输出端接mn2管栅极，反相输出端接mn1管栅极，mn1管源极与mn2管漏极短接，输出选择信号vset，mn1管漏极接内部内置过流点偏置电压vset(in)。
5、进一步的，在所述过流点调节电路工作在内置过流点模式时，所述外置端口悬空，电流源ib将比较器反相输入端口电压充高至vdd，比较器反相输出端输出为高电平，同相输出端输出为低电平，mn1管打开，mn2管关断，所述过流点调节电路输出的选择信号vset为内置过流点偏置电压vset(in)。
6、进一步的，在所述过流点调节电路工作在外置可编程过流点模式时，所述外置端口连接可调电阻一端，所述外置端口电压由电流源ib与所述可调电阻阻值的乘积确定，所述外置端口电压小于内部参考电压vref，比较器反相输出端输出为低电平，同相输出端输出为高电平，mn1管关断，mn2管打开，所述过流点调节电路输出的选择信号vset为外置端口电压vset(ext)。
7、进一步的，所述偏置电流产生电路包括运算放大器，pmos管mp1、mp2、mp3，nmos管mn3、mn4、mn5以及电阻rb1；运算放大器反相输入端连接过流调节电路输出电压vset，同相输入端连接mp1管漏极和电阻rb1的正端，电阻rb1负端接地，运算放大器输出端接mp1管的栅极，mp1管源极连接mp2管栅极和漏极，同时连接mp3管的栅极，mp2管和mp3管源极接内部供电电源vdd，mp2管和mp3管构成电流镜；mp3管漏极接mn3管漏极和栅极，同时连接mn4管和mn5管栅极，mn3管、mn4管和mn5管源极均接地，mn4管漏极产生偏置电流ib1，mn5管漏极产生偏置电流ib2，mn3管、mn4管和mn5管构成电流镜。
8、进一步的，所述过流比较器包括预处理电路、高增益比较电路和比较输出级电路，其中所述预处理电路包括三极管q1、q2，nldmos管mhn1、mhn2，电流源ib1和ib2，电阻rb2、rb3；所述高增益比较电路包括三极管q3、q4，nldmos管mhn3，pldmos管mhp1，mhp2，nmos管mn6、mn7，电流源ib3、ib4和ib5；所述比较输出级电路包括施密特触发器sm1和缓冲器buf1；q1基极接外部功率电阻正端，q2基极接外部功率电阻负端，q1和q2集电极连接高压电源vin，q1发射极连接电阻rb2正端，rb2负端连接mhn1管漏极和三极管q4基极，q2发射极连接mhn2管漏极和电阻rb3正端，mhn1管栅极与mhn2管栅极均连接内部偏置电压vb1，mhn1管源极连接偏置电流源ib1，mhn2管源极连接偏置电流源ib2，ib1和ib2由所述偏置电流产生电路产生；q3基极连接电阻rb3负端，q3集电极连接偏置电流源ib4和高压管mhp1源极，q4管集电极连接偏置电流源ib5和高压管mhp2源极，q3和q4发射极短接在一起连接高压管mhn3的漏极，mhn3管栅极连接内部偏置电压vb1，源极连接偏置电流源ib3，mhp1和mhp2栅极短接在一起连接内部偏置电压vb2，mhp1漏极连接mn6管栅极和漏极，以及mn7管栅极，mn7管漏极连接mhp2管漏极，并连接施密特触发器sm1的输入端，mn6管和mn7管源极接地；施密特触发器sm1输出端连接缓冲器buf1的输入端，缓冲器输出过流关断信号vcl。
9、在本发明的第二方面，本发明还提供了一种栅极驱动器，其包括如本发明第一方面所述的一种应用于开关功率器件的过流保护电路和栅极驱动电路，所述过流保护电路输出关断信号vcl连接栅极驱动电路；所述栅极驱动器输入端连接低压逻辑控制信号，栅极驱动器输出端输出开关功率器件栅极驱动信号vd。
10、进一步的，所述栅极驱动电路包括低压逻辑电路、电平转换电路和驱动级。
11、本发明的有益效果：
12、本发明通过集成内置过流点和外置可编程过流点两种功能，简化了栅极驱动器应用线路结构，提高了栅极驱动器应用灵活度，避免了采用阻值较大功率电阻来降低开关功率器件过流点，提升了电源转换效率。
1.一种应用于开关功率器件的过流保护电路，其特征在于，包括过流点调节电路、偏置电流产生电路和过流比较器；所述过流点调节电路一端设置有外置端口，在所述过流点调节电路工作在内置过流点模式时，所述外置端口悬空，在所述过流点调节电路工作在外置可编程过流点模式时，所述外置端口连接可调电阻一端，所述可调电阻另一端接地；所述过流点调节电路另一端连接偏置电流产生电路一端，所述偏置电流产生电路另一端连接过流比较器一端，其中，所述过流比较器用于输入开关功率器件电流在功率电阻上的压降信号，输出用于控制栅极驱动器的过流关断信号vcl。
2.根据权利要求1所述的一种应用于开关功率器件的过流保护电路，其特征在于，所述过流点调节电路包括比较器、nmos管mn1、mn2和电流源ib；比较器同相输入端接内部参考电压vref，反相输入端接外置端口，外置端口电压为vset(ext)，同时连接mn2管的源极和电流源ib的一端，电流源ib的另一端接内部供电电源vdd，比较器同相输出端接mn2管栅极，反相输出端接mn1管栅极，mn1管源极与mn2管漏极短接，输出选择信号vset，mn1管漏极接内置过流点偏置电压vset(in)。
3.根据权利要求2所述的一种应用于开关功率器件的过流保护电路，其特征在于，在所述过流点调节电路工作在内置过流点模式时，所述外置端口悬空，电流源ib将比较器反相输入端口电压充高至vdd，比较器反相输出端输出为高电平，同相输出端输出为低电平，mn1管打开，mn2管关断，所述过流点调节电路输出的选择信号vset为内置过流点偏置电压vset(in)。
4.根据权利要求2所述的一种应用于开关功率器件的过流保护电路，其特征在于，在所述过流点调节电路工作在外置可编程过流点模式时，所述外置端口连接可调电阻一端，所述外置端口电压由电流源ib与所述可调电阻阻值的乘积确定，所述外置端口电压小于内部参考电压vref，比较器反相输出端输出为低电平，同相输出端输出为高电平，mn1管关断，mn2管打开，所述过流点调节电路输出的选择信号vset为外置端口电压vset(ext)。
5.根据权利要求1所述的一种应用于开关功率器件的过流保护电路，其特征在于，所述偏置电流产生电路包括运算放大器，pmos管mp1、mp2、mp3，nmos管mn3、mn4、mn5以及电阻rb1；运算放大器反相输入端连接过流调节电路输出电压vset，同相输入端连接mp1管漏极和电阻rb1的正端，电阻rb1负端接地，运算放大器输出端接mp1管的栅极，mp1管源极连接mp2管栅极和漏极，同时连接mp3管的栅极，mp2管和mp3管源极接内部供电电源vdd，mp2管和mp3管构成电流镜；mp3管漏极接mn3管漏极和栅极，同时连接mn4管和mn5管栅极，mn3管、mn4管和mn5管源极均接地，mn4管漏极产生偏置电流ib1，mn5管漏极产生偏置电流ib2，mn3管、mn4管和mn5管构成电流镜。
6.根据权利要求1所述的一种应用于开关功率器件的过流保护电路，其特征在于，所述过流比较器包括预处理电路、高增益比较电路和比较输出级电路，其中所述预处理电路包括三极管q1、q2，nldmos管mhn1、mhn2，电流源ib1和ib2，电阻rb2、rb3；所述高增益比较电路包括三极管q3、q4，nldmos管mhn3，pldmos管mhp1，mhp2，nmos管mn6、mn7，电流源ib3、ib4和ib5；所述比较输出级电路包括施密特触发器sm1和缓冲器buf1；q1基极接外部功率电阻正端，q2基极接外部功率电阻负端，q1和q2集电极连接高压电源vin，q1发射极连接电阻rb2正端，rb2负端连接mhn1管漏极和三极管q4基极，q2发射极连接mhn2管漏极和电阻rb3正端，mhn1管栅极与mhn2管栅极均连接内部偏置电压vb1，mhn1管源极连接偏置电流源ib1，mhn2管源极连接偏置电流源ib2，ib1和ib2由所述偏置电流产生电路产生；q3基极连接电阻rb3负端，q3集电极连接偏置电流源ib4和高压管mhp1源极，q4管集电极连接偏置电流源ib5和高压管mhp2源极，q3和q4发射极短接在一起连接高压管mhn3的漏极，mhn3管栅极连接内部偏置电压vb1，源极连接偏置电流源ib3，mhp1和mhp2栅极短接在一起连接内部偏置电压vb2，mhp1漏极连接mn6管栅极和漏极，以及mn7管栅极，mn7管漏极连接mhp2管漏极，并连接施密特触发器sm1的输入端，mn6管和mn7管源极接地；施密特触发器sm1输出端连接缓冲器buf1的输入端，缓冲器输出过流关断信号vcl。
7.一种栅极驱动器，其包括如权利要求1～6任一所述的一种应用于开关功率器件的过流保护电路和栅极驱动电路，其特征在于，所述过流保护电路输出关断信号vcl连接栅极驱动电路；所述栅极驱动器输入端连接低压逻辑控制信号，栅极驱动器输出端输出开关功率器件栅极驱动信号vd。
8.根据权利要求7所述的一种栅极驱动器，其特征在于，所述栅极驱动电路包括低压逻辑电路、电平转换电路和驱动级。
