CN102915069B - 低压差线性稳压器的过流保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低压差线性稳压器的过流保护电路，其包括第一迟滞比较器、第二迟滞比较器、钳位二极管、第一开关管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻；第一开关管的栅极与第二迟滞比较器相连接，漏极与功率管的栅极相连接，钳位二极管连接功率管的栅极与第一迟滞比较器，第一迟滞比较器与第二电阻相连接，第二电阻与功率管的漏极相连接，第三电阻连接第二电阻与地，第二迟滞比较器与第四电阻相连接，第四电阻与输出端相连接，第五电阻连接第四电阻与地，第一电阻连接功率管的漏极与输出端，第六电阻连接第一开关管的源极与栅极。本发明的过流保护电路可以在LDO过流时，降低功率管上的电流，避免功率管损坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于低压差线中的过流保护电路。
背景技术
LDO（Low Dropout Voltage Regulator：低压差线性稳压器）是线性稳压源的一种，它具有体积小、噪声小、输出波纹低、无电磁干扰且设计简单、外围原件少等优点。
当LDO处于过载或者输出短路的工作状态时，过大的负载电流不仅浪费巨大的功耗，而且极有可能损坏电路。为了防止这种情况的发生，确保整个系统安全稳定地工作，LDO芯片中都集成过流保护电路。
发明内容
本发明的目的是提供一种在LDO系统过流时，降低功率管上的电流，避免在过流保护阶段功率管上因长时间的大电流而损坏的过流保护电路。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种低压差线性稳压器的过流保护电路，与低压差线性稳压器相连接并对其进行过流保护，所述的低压差线性稳压器包括与电源相连接的电压参考源、反相输入端与所述的电压参考源相连接的误差放大器、与所述的误差放大器的输出端相连接的电压缓冲电路、栅极与所述的电压缓冲电路相连接的功率管、连接于所述的功率管的漏极与所述的误差放大器的同相输入端之间的电阻反馈网络，所述的功率管的源极、所述的电压缓冲电路、所述的误差放大器分别与所述的电源相连接，所述的功率管的漏极与所述的低压差线性稳压器的输出端相连接，所述的低压差线性稳压器的输出端上连接有负载，所述的低压差线性稳压器的过流保护电路与所述的功率管的栅极相连接，其包括第一迟滞比较器、第二迟滞比较器、钳位二极管、第一开关管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻；
所述的第一开关管的栅极与所述的第二迟滞比较器的输出端相连接，所述的第一开关管的源极与所述的电源相连接，所述的第一开关管的漏极与所述的功率管的栅极相连接，所述的钳位二极管的负极与所述的功率管的栅极相连接，所述的钳位二极管的正极与所述的第一迟滞比较器的输出端相连接，所述的第一迟滞比较器的输入端与所述的第二电阻的第一端相连接，所述的第二电阻的第二端与所述的功率管的漏极相连接，所述的第三电阻连接于所述的第二电阻的第一端与地之间，所述的第二迟滞比较器的输入端与所述的第四电阻的第一端相连接，所述的第四电阻的第二端与所述的低压差线性稳压器的输出端相连接，所述的第五电阻连接于所述的第四电阻的第一端与地之间，所述的第一电阻连接于所述的功率管的漏极与所述的低压差线性稳压器的输出端之间，所述的第六电阻连接于所述的第一开关管的源极与栅极之间；
所述的第一迟滞比较器和所述的第二迟滞比较器产生不同的阈值门限电压。
优选的，所述的第一迟滞比较器和所述的第二迟滞比较器的电路结构相同而元件参数不同。
优选的，所述的第一迟滞比较器的阈值门限电压分别为V1+和V1-，且V 1+>V1-；所述的第二迟滞比较器的阈值门限电压分别为V2+和V2-，且V2+>V2-；V1->V2+。
优选的，其还包括负载与电压探测电路；所述的负载与电压探测电路包括第三迟滞比较器、第四迟滞比较器、异或门电路、反相器、第二开关管、第三开关管；
所述的第三迟滞比较器的输入端和所述的第四迟滞比较器的输入端分别与所述的低压差线性稳压器的输出端相连接，所述的第三迟滞比较器的输出端和所述的第四迟滞比较器的输出端分别与所述的异或门电路的两个输入端相连接，所述的反相器的输入端与所述的异或门电路的输出端相连接，所述的第三开关管的漏极与所述的第一迟滞比较器的输出端相连接，所述的第三开关管的源极接地，所述的第二开关管的源极与电源相连接，所述的第二开关管的漏极与所述的第二迟滞比较器的输出端相连接。
优选的，所述的第三迟滞比较器和所述的第四迟滞比较器的电路结构相同而元件参数不同。
优选的，所述的电阻反馈网络包括串连于所述的功率管的漏极与地之间的第一反馈电阻和第二反馈电阻，所述的第一反馈电阻和所述的第二反馈电阻的共同端与所述的误差放大器的同相输入端相连接。
优选的，所述的负载包括连接于所述的低压差线性稳压器的输出端与地之间的负载电容和负载电阻。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的过流保护电路可以在LDO系统过流时，极大地降低功率管上的电流，避免功率管因长时间的大电流而损坏。且当LDO的负载逐渐恢复到正常值时，该过流保护电路能够迅速关闭而使LDO快速恢复正常工作状态。
附图说明
附图1为低压差线性稳压器的系统框图。
附图2为本发明的低压差线性稳压器的过流保护电路的电路图。
附图3为本发明的低压差线性稳压器的过流保护电路的迟滞比较器的电路图。
附图4为本发明的低压差线性稳压器的过流保护电路的迟滞比较器的输入输出示意图。
附图5为本发明的低压差线性稳压器的过流保护电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：参见附图1所示。
一种低压差线性稳压器的过流保护电路Over Current Protecting，与低压差线性稳压器相连接并对其进行过流保护。
低压差线性稳压器包括与电源VDD相连接的电压参考源Voltagereference、反相输入端与电压参考源Voltage reference相连接的误差放大器Error amplifier、与误差放大器Error amplifier的输出端相连接的电压缓冲电路Voltage buffer、栅极与电压缓冲电路Voltage buffer相连接的功率管Q0、连接于功率管Q0的漏极与误差放大器Error amplifier的同相输入端之间的电阻反馈网络。功率管Q0的源极、电压缓冲电路Voltage buffer、误差放大器Erroramplifier分别与电源VDD相连接，功率管Q0的漏极与低压差线性稳压器的输出端相连接，低压差线性稳压器的输出端上连接有负载。电阻反馈网络包括串连于功率管Q0的漏极与地之间的第一反馈电阻Rf1和第二反馈电阻Rf2，第一反馈电阻Rf1和第二反馈电阻Rf2的共同端与误差放大器Error amplifier的同相输入端相连接。负载包括连接于低压差线性稳压器的输出端与地之间的负载电容CL和负载电阻RL。
参见附图2所示。低压差线性稳压器的过流保护电路Over CurrentProtecting与功率管Q0的栅极相连接，其包括第一迟滞比较器、第二迟滞比较器、钳位二极管diode、第一开关管Q 1、第一电阻R0、第二电阻R1、第三电阻R2、第四电阻R3、第五电阻R4、第六电阻R5。
第一开关管Q1的栅极与第二迟滞比较器的输出端相连接，第一开关管Q1的源极与电源VDD相连接，第一开关管Q1的漏极与功率管Q0的栅极相连接，钳位二极管diode的负极与功率管Q0的栅极相连接，钳位二极管diode的正极与第一迟滞比较器的输出端相连接，第一迟滞比较器的输入端与第二电阻R1的第一端相连接，第二电阻R1的第二端与功率管Q0的漏极相连接，第三电阻R2连接于第二电阻R1的第一端与地之间，第二迟滞比较器的输入端与第四电阻R3的第一端相连接，第四电阻R3的第二端与低压差线性稳压器的输出端相连接，第五电阻R4连接于第四电阻R3的第一端与地之间，第一电阻R0连接于功率管Q0的漏极与低压差线性稳压器的输出端之间，第六电阻R5连接于第一开关管Q1的源极与栅极之间。
第一迟滞比较器和第二迟滞比较器产生不同的阈值门限电压。第一迟滞比较器的阈值门限电压分别为V1+和V1-，且V1+>V1-；第二迟滞比较器的阈值门限电压分别为V2+和V2-，且V2+>V2-；V1->V2+。上述第一迟滞比较器和第二迟滞比较器的电路结构相同而元件参数不同。参见附图3所示。第一迟滞电压比较器和第二迟滞比较器中包含有第七电阻R6、第八电阻R7和第九电阻R8，上述三个电阻的大小不同，以产生不同的阈值门限电压。上述电路中，INV为反相器。
参见附图4所示，当迟滞比较器的输入电压大于阈值门限电压V+时，迟滞比较器输出高电平；当迟滞比较器的输入电压小于阈值门限电压V-时，迟滞比较器输出低电平。
上述过流保护电路的工作原理如下。设定低压差线性稳压器在正常状态下的输出OUT的电压为V0，设定功率管Q0上的负载电流为I0。
（1）当LDO的负载电阻RL减小，即负载电流I0逐渐增加，在此阶段有：
如果
则第一迟滞比较器输出低电平。钳位二极管diode截止。同时，
第二迟滞比较器输出高电平。过流保护电路不工作。
（2）LDO的负载电阻RL继续减小，当负载电流I0增加到设定的保护电流值的临界状态Imax时，如果第一迟滞比较器输出高电平，钳位二极管diode导通，对功率管Q0的栅压进行钳位，功率管Q0的输出电流被钳位到一个很大的值。此时有：
第二迟滞比较器输出高电平。
如果LDO的负载电阻RL继续减小，则LDO的输出OUT的电压逐渐减小而小于V0。
（3）当LDO的输出OUT的电压随负载电阻RL减小到某一值Vx时，
第二迟滞比较器输出低电平，第二迟滞比较器的输出电流在第六电阻R5上产生压降。当该压降增加到使第一开关管Q1开启后，功率管Q0的栅压被拉高，功率管Q0上的钳位电流迅速降低，被钳位在较小的电流Ic上。因为Ic<<I0，因此提高了功率管Q0在过流期间的可靠性，避免长时间的大电流流过功率管Q0而将其烧毁。
（4）退出过流保护阶段：过流保护后，如果负载电阻RL逐渐增加，首先第二迟滞比较器发生翻转而输出高电平，接着第一迟滞比较器发生翻转输出低电平，钳位二极管diode截止。最终该过流保护电路使LDO退出过流保护状态，LDO正常工作，其输出OUT的电压恢复到V0。
当LDO的负载电阻RL逐渐增加至正常值范围，但由于功率管Q0上电流Ic较小，因此其输出电压仍然很低，LDO仍处于保护状态而不能正常工作，直到负载电阻RL增加至远远超过正常值大小才能使LDO正常工作。
设LDO的临界负载阻值为RLm。如果RL<RLm，则发生过流保护。过流保护的最终钳位电流为Ic，即功率管Q0的电流被钳位在Ic。Imax为过流保护发生时的临界电流，且Ic<<Imax。
在上述过流保护电路的基础上，增加了由第三迟滞比较器、第四迟滞比较器、异或门电路、反相器、第二开关管Q2、第三开关管Q3组成的负载与电压探测电路。
参见附图5所示。第三迟滞比较器的输入端和第四迟滞比较器的输入端分别与低压差线性稳压器的输出端相连接，第三迟滞比较器的输出端和第四迟滞比较器的输出端分别与异或门电路的两个输入端相连接，反相器的输入端与异或门电路的输出端相连接，第三开关管Q3的漏极与第一迟滞比较器的输出端相连接，第三开关管Q3的源极接地，第二开关管Q2的源极与电源相连接，第二开关管Q2的漏极与第二迟滞比较器的输出端相连接。
第三迟滞比较器和第四迟滞比较器同样采用相同的电路结构而元件参数不同。
上述负载与电压探测电路使LDO的过流保护电路具有快速恢复特性，即一旦负载电阻RL恢复到正常范围的最小值RLm时，即使LDO的输出电压很低，过流保护电路也可以迅速关闭，使输出OUT电压迅速恢复到V0。
第三迟滞比较器的阈值门限电压分别为Va+和Va-，Va+=Ic*RLm，Va-≈0。第四迟滞比较器的阈值门限电压分别为Vb+和Vb-，Vb+=0.95*V0，Vb-≈0。第三迟滞比较器和第四迟滞比较器的电路结构与第一迟滞比较器和第二迟滞比较器的结构相同，参见附图3所示，其差别在于第七电阻R6、第八电阻R7、第九电阻R8的大小不同，以产生不同的阈值门限电压。
该电路的工作原理如下。
（1）LDO处于过流保护状态时：当负载电阻RL逐渐增加至RLm，第三迟滞比较器和第四迟滞比较器探测到LDO正常工作的最小负载阻值。即当0.95*V0>OUT>Ic*RLm，异或门电路的输出a输出高电平，拉低第一迟滞比较器的输出Vcz1，钳位二极管diode截止。反相器的输出b输出低电平，拉高第二迟滞比较器的输出Vcz2，第一开关管Q1截止。因此，过流保护电路停止工作，LDO恢复正常工作。
（2）当LDO恢复正常工作后，LDO的输出OUT为V0，异或门电路的输出a输出低电平，第三开关管Q3截止；反相器的输出b输出高电平，第二开关管Q2截止，过流保护电路不工作且恢复到准备状态。
（3）当负载电阻RL逐渐减小至过流时，由于第三迟滞比较器的阈值门限电压Va-和第四迟滞比较器的阈值门限电压Vb-设置的非常低，近似为0，保证第二开关管Q2和第三开关管Q3截止，因此不影响过流保护电路的正常工作。
上述改进的过流保护电路，当LDO的负载逐渐增加恢复到正常值大小时，其能够迅速关闭，使LDO恢复正常工作，因此该LDO的过流保护电路具有快速恢复的功能。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低压差线性稳压器的过流保护电路，与低压差线性稳压器相连接并对其进行过流保护，所述的低压差线性稳压器包括与电源相连接的电压参考源、反相输入端与所述的电压参考源相连接的误差放大器、与所述的误差放大器的输出端相连接的电压缓冲电路、栅极与所述的电压缓冲电路相连接的功率管、连接于所述的功率管的漏极与所述的误差放大器的同相输入端之间的电阻反馈网络，所述的功率管的源极、所述的电压缓冲电路、所述的误差放大器分别与所述的电源相连接，所述的功率管的漏极与所述的低压差线性稳压器的输出端相连接，所述的低压差线性稳压器的输出端上连接有负载，其特征在于：所述的低压差线性稳压器的过流保护电路与所述的功率管的栅极相连接，其包括第一迟滞比较器、第二迟滞比较器、钳位二极管、第一开关管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻；
所述的第一开关管的栅极与所述的第二迟滞比较器的输出端相连接，所述的第一开关管的源极与所述的电源相连接，所述的第一开关管的漏极与所述的功率管的栅极相连接，所述的钳位二极管的负极与所述的功率管的栅极相连接，所述的钳位二极管的正极与所述的第一迟滞比较器的输出端相连接，所述的第一迟滞比较器的输入端与所述的第二电阻的第一端相连接，所述的第二电阻的第二端与所述的功率管的漏极相连接，所述的第三电阻连接于所述的第二电阻的第一端与地之间，所述的第二迟滞比较器的输入端与所述的第四电阻的第一端相连接，所述的第四电阻的第二端与所述的低压差线性稳压器的输出端相连接，所述的第五电阻连接于所述的第四电阻的第一端与地之间，所述的第一电阻连接于所述的功率管的漏极与所述的低压差线性稳压器的输出端之间，所述的第六电阻连接于所述的第一开关管的源极与栅极之间；
所述的第一迟滞比较器和所述的第二迟滞比较器产生不同的阈值门限电压。
2.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器的过流保护电路，其特征在于：所述的第一迟滞比较器和所述的第二迟滞比较器的电路结构相同而元件参数不同。
3.根据权利要求1或2所述的低压差线性稳压器的过流保护电路，其特征在于：所述的第一迟滞比较器的阈值门限电压分别为V1+和V1-，且V1+>V1-；所述的第二迟滞比较器的阈值门限电压分别为V2+和V2-，且V2+>V2-；V1->V2+。
4.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器的过流保护电路，其特征在于：其还包括探测电路；所述的探测电路包括第三迟滞比较器、第四迟滞比较器、异或门电路、反相器、第二开关管、第三开关管；
所述的第三迟滞比较器的输入端和所述的第四迟滞比较器的输入端分别与所述的低压差线性稳压器的输出端相连接，所述的第三迟滞比较器的输出端和所述的第四迟滞比较器的输出端分别与所述的异或门电路的两个输入端相连接，所述的反相器的输入端与所述的异或门电路的输出端相连接，所述的第三开关管的漏极与所述的第一迟滞比较器的输出端相连接，所述的第三开关管的源极接地，所述的第二开关管的源极与电源相连接，所述的第二开关管的漏极与所述的第二迟滞比较器的输出端相连接。
5.根据权利要求4所述的低压差线性稳压器的过流保护电路，其特征在于：所述的第三迟滞比较器和所述的第四迟滞比较器的电路结构相同而元件参数不同。
6.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器的过流保护电路，其特征在于：所述的电阻反馈网络包括串连于所述的功率管的漏极与地之间的第一反馈电阻和第二反馈电阻，所述的第一反馈电阻和所述的第二反馈电阻的共同端与所述的误差放大器的同相输入端相连接。
7.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器的过流保护电路，其特征在于：所述的负载包括连接于所述的低压差线性稳压器的输出端与地之间的负载电容和负载电阻。
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| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180813 Address after: 233030 2016 Tang He road, Bengbu, Anhui Patentee after: Huadong Photoelectric Integrated Device Research Institute Address before: 215163 No. 89 Longshan Road, hi tech Zone, Suzhou, Jiangsu Patentee before: China North Industries Group Corporation No.214 Research Institute Suzhou R&D Center |
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| TR01 | Transfer of patent right |