CN102074942A - 一种过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公告了一种用于稳压器的过流保护电路，该电路包括放大器AMP1、放大器AMP2、上拉管M1、采样管M2、NMOS管M8和电阻R_s；同时，所述过流保护电路还包括一降低关断功耗的单元电路，该降低关断功耗的单元电路的端口一接功率管M_p的栅极，端口二接功率管的漏极。本发明所述保护电路不仅可以精确采样输出电流，为电路提供可靠的过流保护，且系统的过流关断功耗较小，减少了不必要的功耗损失。

Description

一种过流保护电路

技术领域

本发明涉及一种模拟集成电路，特别的涉及一种对电路起保护作用的模拟集成电路。

背景技术

由于VLSI的不断发展，电源芯片的集成得到了迅猛的发展，并广泛应用于各种设备中，尤其是便携式电子产品中。

低压差线性稳压器(LDO)是电源IC中的一个重要分支，和DC/DC变换器相比，它具有纹波小、成本低和静态电流小及无需电感的优点，是便携式产品的首选供电系统之一。

对于供电系统而言，由于各种不当的使用，都会造成电源系统的受损，尤其是对于片上系统更是严重，电源的损毁直接导致整个芯片的崩溃。因此，在电源的保护功能中，一般都需要过流保护电路，以防止在电源短路时工作电流过大而损坏电源以及负载。所以，过流保护电路的性能的好坏直接整个电源的可靠性。过流保护的目的是为了把输出电流限制在一个固定的范围内，在输出短路或过载时对整个系统或负载进行保护。然而，目前比较常用的过流保护电路都存在一些诸如可靠性较低、过流关断功耗较大等问题，限制了其应用范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题是解决现有技术中过流保护电路的可靠性较低，过流关断功耗较大的问题，为解决该技术问题，本发明提出了一种用于稳压器的过流保护电路，该电路包括放大器AMP1、放大器AMP2、上拉管M1、采样管M2、NMOS管M8和电阻R_s；其中，采样管M2、NMOS管M8及电阻R_s串联于电源和地之间，与功率管M_p支路并联；采样管M2与功率管M_p镜像连接，放大器AMP2的正端和负端分别接采样管M2和功率管M_p的漏极，放大器AMP2的输出端接NMOS管M8的栅极，而NMOS管M8的源极接放大器AMP1的负端，放大器AMP1的正端接参考电压V_ref、输出端接上拉管M1的栅极，上拉管M1的源漏极分别接电源和镜像连接的采样管M2和功率管M_p的栅极。

本发明的一有益效果表现在：本发明不仅可以为电路提供过流保护，保证电路在出现过流情况时，能迅速保护电路不受损害，同时，本发明所述电路结构在采样管M2的漏极增加了负反馈回路，从而保证了采样管M2对输出电流的精确采样，大大提高了过流保护的可靠性。

本发明的另一发明目的为降低保护电路将电路关断时的关断功耗，为解决该技术问题，本发明在上述过流保护电路中还包括一降低关断功耗的单元电路，该降低关断功耗的单元电路的端口一接功率管M_p的栅极，端口二接功率管的漏极。

所述降低关断功耗的单元电路包括PMOS管M3、M4、M5，NMOS管M6和M7，电阻R3和R4，其中PMOS管M4、PMOS管M5、NMOS管M6和电阻R4串联于电源和地之间，且NMOS管M6的栅漏极相连；PMOS管M3连接于PMOS管M4的栅极和电源之间，且PMOS管M3的栅极经电阻R3与电源相连；NMOS管M7连接于PMOS管M3的栅极和PMOS管M5的栅极之间，且栅极与NMOS管M6的栅极相连；且PMOS管M4的栅极为该降低关断功耗的单元电路的端口一，PMOS管M5的栅极为该降低关断功耗的单元电路的端口二。

所述NMOS管M7和NMOS管M6的宽长比成比例。

本发明增加一降低关断功耗的单元电路的有益效果表现在：当过流发生时，输出电流随着输出电压的降低而降低，从而大大的降低了系统的过流关断功耗，减少了不必要的功耗损失。

附图说明

图1是本发明一种具体实施方式中低压差线性稳压器的原理示意图；

图2是本发明一种具体实施方式的电路结构图；

图3是本发明另一具体实施方式的电路结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的一种具体实施方式进行详细说明。

如图1所示为低压差线性稳压器的原理示意图，包括误差放大器EA、功率管M_p，以及电阻R1和电阻R2组成的电阻反馈网络。其中，误差放大器EA的负端接基准电压V_ref，正端接电阻反馈网络的一端，误差放大器EA的输出接功率管的栅极，功率管的源极接电源，漏极为输出V_out，电路工作过程中，若输出电压由于负载或电源的变化而下降，那么电阻网络的分压也下降，即误差放大器的正端电位下降。由于误差放大器的负端电位为基准电压V_ref，则误差放大器的输出电压也下降，则功率管M_p提供的电流更大，使输出电压上升，形成负反馈，稳定输出电压。

实施方式一

如图2所示为本发明一种具体实施方式的电路结构图，该电路结构包括放大器AMP1、放大器AMP2、上拉管M1、采样管M2、NMOS管M8和电阻R_s；其中，采样管M2、NMOS管M8及电阻R_s串联于电源和地之间，与功率管M_p支路并联；采样管M2与功率管M_p镜像连接，放大器AMP2的正端和负端分别接采样管M2和功率管M_p的漏极，放大器AMP2的输出端接NMOS管M8的栅极，而NMOS管M8的源极接放大器AMP1的负端，放大器AMP1的正端接参考电压V_ref、输出端接上拉管M1的栅极，上拉管M1的源漏极分别接电源和功率管M_p的栅极。

根据如图2所示电路，采样管M2的漏电流I2反映了功率管M_p上的输出电流I_out的变化情况，当输出电流I_out在正常范围时，则镜像电流I2也在正常范围，电阻R_S上的分压V_RS也较小：V_RS＜V_ref，从而使放大器AMP1输出高电平，上拉管M1关断，对功率管M_p电路没有影响；当电路中出现过流时，即输出电流I_out较大，则镜像电流I2增大，电阻R_s上分压V_RS大于参考电压V_ref时，放大器AMP1输出低电平，上拉管M1导通，将输出电流I_out限制在一个定值，达到过流保护的目的。

为保证对输出电流I_out的精确采样，提高过流保护电路的可靠性，本具体实施方式利用运算放大器的虚短虚断的特性，在采样管M2的漏极构成一个负反馈电路，该负反馈电路由NMOS管M8和放大器AMP2构成，根据运算放大器的虚短虚断的特性可知：

V1≈V_out                    (1)

当V_out降低时，电压V1也跟随V_out而降低，反之亦然。从而可以保证采样管M2和功率管M_p的三端电压相等，即采样管M2可以精确的采样功率管M_p的电流，提高过流保护的可靠性。

本具体实施方式所述电路结构不仅可以为电路提供过流保护，保证电路在出现过流情况时，能迅速保护电路不受损害，同时，本实施方式所述电路结构在采样管M2的漏极增加了负反馈回路，从而保证了采样管M2对输出电流I_out的精确采样，大大提高了过流保护的可靠性。

实施方式二

为降低电路的关断功耗，本具体实施方式在实施方式一的基础上增加了一个降低关断功耗的单元电路，该单元电路包括PMOS管M3、M4、M5，NMOS管M6和M7，电阻R3和R4，其中PMOS管M4、PMOS管M5、NMOS管M6和电阻R4串联于电源和地之间，且NMOS管M6的栅漏极相连；PMOS管M3连接于PMOS管M4的栅极和电源之间，且PMOS管M3的栅极经电阻R3与电源相连；NMOS管M7连接于PMOS管M3的栅极和PMOS管M5的栅极之间，且栅极与NMOS管M6的栅极相连；另外PMOS管M4的栅极为该降低关断功耗的单元电路的端口一，该端口一接功率管M_p的栅极；PMOS管M5的栅极为该降低关断功耗的单元电路的端口二，该端口二接功率管M_p的漏极。

根据MOS管的特性，可得NMOS管M7的栅极电压为：

$V_{G7}=V_{G6}=\sqrt{\frac{2\×I_5}{{\mathrm{\μ}}_n{C}_{\mathrm{ox}}{\left(\frac{W}{L}\right)}_{M6}}}+V_{\mathrm{TH}6}+I_5\×R_4---\left(2\right)$

从而可得NMOS管M7的栅源电压为：

$V_{\mathrm{GS}7}=V_{\mathrm{GS}7}-V_{\mathrm{out}}=\sqrt{\frac{2\×I_5}{{\mathrm{\μ}}_n{C}_{\mathrm{ox}}{\left(\frac{W}{L}\right)}_{M6}}}+V_{\mathrm{TH}6}+I_5\×R_4-V_{\mathrm{out}}---\left(3\right)$

其工作原理如下：

正常工作情况下，NMOS管M7的栅源电压V_GS7＜V_TH7，则此时NMOS管M7管截止，且该支路的电流为零，则上拉管M3的栅极电压为高电平，PMOS管M3截止。此时，保护电路不起作用。

当过流发生时，如实施方式一所述的过流保护处于过流保护工作状态，把输出电流限制在一个定值。但随着输出电压Vout的降低，由式(3)可知，当Vout降到一定值时，V_GS7＞V_TH7，则此时M7管导通，有电流流过电阻R3，则PMOS管M3的栅极电压变低，使得PMOS管M3导通，把功率管Mp的栅极电位进一步拉高，从而使流过Mp的电流进一步减小，达到降低关断功耗的目的。

本具体实施方式所述电路当过流发生时，输出电流随着输出电压的降低而降低，从而大大的降低了系统的过流关断功耗，减少了不必要的功耗损失。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种过流保护电路，其特征在于，该电路包括放大器AMP1、放大器AMP2、上拉管M1、采样管M2、NMOS管M8和电阻R_s；其中，采样管M2、NMOS管M8及电阻R_s串联于电源和地之间，与功率管M_p支路并联；采样管M2与功率管M_p镜像连接，放大器AMP2的正端和负端分别接采样管M2和功率管M_p的漏极，放大器AMP2的输出端接NMOS管M8的栅极，而NMOS管M8的源极接放大器AMP1的负端，放大器AMP1的正端接参考电压V_ref、输出端接上拉管M1的栅极，上拉管M1的源漏极分别接电源和功率管M_p的栅极。

2.根据权利要求1所述一种过流保护电路，其特征在于，该电路中还包括一降低关断功耗的单元电路，该降低关断功耗的单元电路的端口一接功率管M_p的栅极，端口二接功率管的漏极。

3.根据权利要求2所述的一种过流保护电路，其特征在于，所述降低关断功耗的单元电路包括PMOS管M3、M4、M5，NMOS管M6和M7，电阻R3和R4，其中PMOS管M4、PMOS管M5、NMOS管M6和电阻R4串联于电源和地之间，且NMOS管M6的栅漏极相连；PMOS管M3连接于PMOS管M4的栅极和电源之间，且PMOS管M3的栅极经电阻R3与电源相连；NMOS管M7连接于PMOS管M3的栅极和PMOS管M5的栅极之间，且栅极与NMOS管M6的栅极相连；且PMOS管M4的栅极为该降低关断功耗的单元电路的端口一，PMOS管M5的栅极为该降低关断功耗的单元电路的端口二。

4.根据权利要求3所述的一种过流保护电路，其特征在于，所述NMOS管M7和NMOS管M6的宽长比成比例。

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