CN103368540A - 用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路，其主要包括：第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第三电阻、以及第四电阻。通过采用上述电路结构使得本发明所涉及的用于低压差线性稳压器的短路保护电路结构简单、可靠性高以及可使得电路本身静态功耗显著减小；同时，本短路保护电路还具有自动恢复功能，一旦脱离短路状态，低压差线性稳压器的输出能够立即恢复。

Description

用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路

技术领域

本发明涉及一种短路保护电路，特别是用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路。

背景技术

低压差线性稳压器（LDO）具有结构简单、低功耗、低噪声、封装小和外围器件少等优点，其在消费类电子产品中得到了广泛应用，如智能手机、MP3、平板电脑、数码相机、蓝牙耳机等。它能够大大降低输出场效应管的饱和电压，使得输入电压可以非常接近输出电压，而且降低了功率消耗，大大延长了电池寿命。

但是，低压差线性稳压器作为系统的电源功率器件，却一直是系统可靠性设计的薄弱环节，比如，输出短路是低压差线性稳压器比较常见的异常工作模式。当低压差线性稳压器处于短路状态时，若不能及时、准确处理，不但会导致低压差线性稳压器本身的损坏，而且还会危及到低压差线性稳压器的前级和后级电路，使得整个系统限于瘫痪，更严重时还会导致火灾和触电等安全事故。因此，完善的短路保护设计是保证低压差线性稳压器可靠性的基本要求。

目前，最主要的低压差线性稳压器和短路保护电路的结构如图1所示，图1中的输出功率管M1、误差放大器101、第一电阻R1、以及第二电阻R2组成了低压差线性稳压器，所述输出功率管M1包含电源102和电压输出106端；图1中的第三电阻R3、第二晶体管M2、第四晶体管M4、以及比较器105成组了所述低压差线性稳压器的短路保护电路。图1中的输出功率管M1的采样电流流经短路保护电路后形成采样电压，当所述低压差线性稳压器的输出电路短路时，流经所述输出功率管M1的电流会突然巨增，此时所述采样电流和采样电压也会增大，当所述采样电压大到超过基准电压103时，图1中的所述比较器105会通过一个P型场效应管M4将输出功率管M1关闭。但是，基于以上电路结构的电路保护会有以下几个缺点：1.电路结构相对复杂，即需要一个基准电路产生所述基准电压103，也需要一个所述比较器105。2.当低压差线性稳压器不处于短路状态时，该短路保护电路也在消耗功耗，这样不能满足低压差线性稳压器轻载或者空载时对低功耗的要求。3.如果电路中的所述比较器105不带锁存功能，当短路时，所述输出功率管M1会处在反复开关状态，如果所述比较器105带锁存功能，一旦短路，所述输出功率管M1可以关死，但是如果输出脱离了短路状态，只有重新上电，低压差线性稳压器才会重新启动，导致该短路保护不具备自动恢复功能。

综上所述，亟待解决的问题是，需要对现有的用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路进行改进以克服上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路，该保护电路结构简单、可靠性高以及可使静态功耗显著减小；同时，该保护电路具有自动恢复功能，一旦脱离短路状态，低压差线性稳压器的输出能够立即恢复。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路，该电路包括：第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第三电阻、以及第四电阻，其中，所述第二晶体管的第二端口与所述第四电阻的第一端口相连，所述第四电阻的第二端口与所述第五晶体管的第一端口相连，所述第五晶体管的栅极接地；所述第三电阻的第一端口与所述第二晶体管的第一端口相连，所述第三电阻的第二端口与所述第四晶体管的第一端口相连，所述第四晶体管的栅极与所述第二晶体管的第二端口相连，所述第四晶体管的第二端口与所述第五晶体管的第二端口相连；所述第三晶体管的第一端口与所述第三电阻的第一端口相连，所述第三晶体管的栅极与所述第三电阻第二端口相连，所述第三晶体管的第二端口与所述第二晶体管的栅极相连。

优选地，所述的用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路还包括：低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器包括：输出功率管、误差放大器、第一电阻、以及第二电阻，所述输出功率管的栅极分别与所述误差放大器的输出端和所述第二晶体管的栅极相连，所述输出功率管的第一端口分别与外部电源和所述第二晶体管的第一端口相连，所述输出功率管的第二端口分别与所述第一电阻的第一端口和所述第五晶体管的第二端口相连，所述第一电阻的第二端口与所述第二电阻的第一端口相连，所述第二电阻的第二端口接地；所述误差放大器的负输入端输入基准电压，正输入端与所述第一电阻的第二端口相连。

优选地，所述的用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路中，所述输出功率管为P型场效应管。

优选地，所述的用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路中，所述第二晶体管为P型场效应管，所述第二晶体管的源极和衬底一起与所述外部电源相连；所述第三晶体管为P型场效应管，所述第三晶体管的漏极和衬底一起与所述外部电源相连；所述第四晶体管为N型场效应管，所述第四晶体管的衬底接地；所述第五晶体管为P型场效应管，所述第五晶体管的源极和衬底一起与所述第四电阻的第二端口相连，所述第五晶体管的栅极接地。

本发明的优点是，本发明用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路主要包括：第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第三电阻、以及第四电阻。通过采用上述电路结构使得本发明所涉及的用于低压差线性稳压器的短路保护电路结构简单、可靠性高以及可使得电路本身静态功耗显著减小；同时，本短路保护电路还具有自动恢复功能，一旦脱离短路状态，低压差线性稳压器的输出能够立即恢复。

附图说明

图1为现有的用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路的电路图；

图2为本发明用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路的电路图。

具体实施方式

为进一步揭示本发明的技术方案，兹结合附图详细说明本发明的实施方式：

图2为本发明用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路的电路图，图2中包含了现有的低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器包括：输出功率管M1、误差放大器201、第一电阻R1、以及第二电阻R2，所述输出功率管M1包括栅极、第一端口和第二端口，所述输出功率管M1的第二端口同时为电压输出端203，所述第一电阻R1、第二电阻R2分别包括第一端口和第二端口，所述输出功率管M1的栅极与所述误差放大器201的输出端相连，所述输出功率管M1的第一端口与外部电源202相连，所述输出功率管M1的第二端口与所述第一电阻R1的第一端口相连，所述第一电阻R1的第二端口与所述第二电阻R2的第一端口相连，所述第二电阻R2的第二端口接地；所述误差放大器201的负输入端输入基准电压200，正输入端与所述第一电阻R1的第二端口相连。

图2中还包含了本发明用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路，该短路保护电路包括：第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第三电阻R3、以及第四电阻R4，所述述第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5分别包括栅极、第一端口和第二端口，所述第三电阻R3、以及第四电阻R4分别包括第一端口和第二端口，其中,所述第二晶体管M2的栅极与所述输出功率管M1的栅极相连，所述输出功率管M1的第一端口分别与外部电源202和所述第二晶体管M2的第一端口相连,所述第二晶体管M2的第二端口与所述第四电阻R4的第一端口相连，所述第四电阻R4的第二端口与所述第五晶体管M5的第一端口相连，所述第五晶体管M5的栅极接地；所述第三电阻R3的第一端口与所述第二晶体管M2的第一端口相连，所述第三电阻R3的第二端口与所述第四晶体管M4的第一端口相连，所述第四晶体管M4的栅极与所述第二晶体管M2的第二端口相连，所述第四晶体管M4的第二端口与所述第五晶体管M5的第二端口相连；所述第三晶体管M3的第一端口与所述第三电阻R3的第一端口相连，所述第三晶体管M3的栅极与所述第三电阻R3第二端口相连，所述第三晶体管M3的第二端口与所述第二晶体管M2的栅极相连。

另外，在图2的电路中，所述输出功率管M1为P型场效应管；所述第二晶体管M2为P型场效应管，所述第二晶体管M2的源极和衬底一起与所述外部电源相连；所述第三晶体管M3为P型场效应管，所述第三晶体管M3的漏极和衬底一起与所述外部电源202相连；所述第四晶体管M4为N型场效应管，所述第四晶体管M4的衬底接地；所述第五晶体管M5为P型场效应管，所述第五晶体管M5的源极和衬底一起与所述第四电阻R4的第二端口相连，所述第五晶体管M5的栅极接地。

以下结合图2中所记载的示例，说明本发明实际工作时的动作过程：

图2中，所述P型场效应管M2用来采样所述低压差线性稳压器的输出功率管M1的电流，所述电阻R3和R4为几十千欧姆级电阻，所述N型场效应管M4和P型场效应管M5的漏极都连接到所述输出功率管M1的第二端口即图中的电压输出端203，当电路输出电压下降接近短路状态时，P型场效应管M3和N型场效应管M4才会有足够的栅源开启电压，所述P型场效应管M3用于短路时提供电流来关闭所述低压差线性稳压器的输出功率管M1。

具体地，当所述低压差线性稳压器处于正常工作状态时，即使输出电流增大，导致所述P型场效应管M2处于开启状态，但是由于外部电源202的电压与输出电压端203之间的压差较小，本短路保护电路中的所述N型场效应管M4和P型场效应管M5仍然无法开启，本短路保护电路不会工作，并且此时，本短路保护电路的每个支路都处于截止状态，所以几乎不消耗功耗。当所述低压差线性稳压器负载突然出现短路，其所述输出功率管M1上的电流会急剧增大，本短路保护电路中的所述P型场效应管M2中的采样电流会随着所述输出功率管M1中电流的增大而等比例增大，所述P型场效应管M2中的电流（用I1表示）流经所述第四电阻R4，由于电压输出短路以及所述P型场效应管M5的漏级连接电压输出，导致所述P型场效应管M5就有足够的栅源电压而导通，此时所述N型场效应管M4的栅源电压为V1＝I1*R4（式中V1表示栅源电压，I1表示流经所述P型场效应管M2的电流，R4表示所述第四电阻R4的电阻值），当所述N型场效应管M4的栅源电压的上升至一定值时，所述N型场效应管M4管开启，此时，假设流经所述N型场效应管M4的电流为I2，所述P型场效应管M3的栅源电压为V2=I2*R3（式中V2表示栅源电压，I2表示流经所述N型场效应管M4的电流，R3表示所述第三电阻R3的电阻值），随着所述N型场效应管M4管的栅源电压逐渐增大，I2也在增大，当V2大于所述P型场效应管M3的开启电压后，所述P型场效应管M3开启。由于所述P型场效应管M3的漏级连接到所述输出功率管M1的栅极，当所述P型场效应管M3上的电流逐渐增大时会导致所述P型场效应管M1的栅源电压减小，从而逐渐关闭所述P型场效应管M1即输出功率管M1。最终，当低压差线性稳压器完全处于短路状态时，本短路保护电路不会出现将输出功率管M1完全关闭而处于锁死状态，此时所述输出功率管M1上仍会保留约10mA左右的输出电流，这样一旦输出脱离短路保护状态，本短路保护电路能够自动恢复初始状态，不再影响低压差线性稳压器的正常工作，同时其自身此时也几乎不消耗功耗。

以上通过对所列实施方式的介绍，阐述了本发明的基本构思和基本原理。但本发明绝不限于上述所列实施方式，凡是基于本发明的技术方案所作的等同变化、改进及故意变劣等行为，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路，其特征在于，该电路包括：第二晶体管（M2）、第三晶体管（M3）、第四晶体管（M4）、第五晶体管（M5）、第三电阻（R3）、以及第四电阻（R4），其中，所述第二晶体管（M2）的第二端口与所述第四电阻（R4）的第一端口相连，所述第四电阻（R4）的第二端口与所述第五晶体管（M5）的第一端口相连，所述第五晶体管（M5）的栅极接地；所述第三电阻（R3）的第一端口与所述第二晶体管（M2）的第一端口相连，所述第三电阻（R3）的第二端口与所述第四晶体管（M4）的第一端口相连，所述第四晶体管（M4）的栅极与所述第二晶体管（M2）的第二端口相连，所述第四晶体管（M4）的第二端口与所述第五晶体管（M5）的第二端口相连；所述第三晶体管（M3）的第一端口与所述第三电阻（R3）的第一端口相连，所述第三晶体管（M3）的栅极与所述第三电阻（R3）第二端口相连，所述第三晶体管（M3）的第二端口与所述第二晶体管（M2）的栅极相连。

2.根据权利要求1所述的用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路，其特征在于，该电路还包括：低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器包括：输出功率管（M1）、误差放大器（201）、第一电阻（R1）、以及第二电阻（R2），所述输出功率管（M1）的栅极分别与所述误差放大器（201）的输出端和所述第二晶体管（M2）的栅极相连，所述输出功率管（M1）的第一端口分别与外部电源（202）和所述第二晶体管（M2）的第一端口相连，所述输出功率管（M1）的第二端口分别与所述第一电阻（R1）的第一端口和所述第五晶体管（M5）的第二端口相连，所述第一电阻（R1）的第二端口与所述第二电阻（R2）的第一端口相连，所述第二电阻（R2）的第二端口接地；所述误差放大器（201）的负输入端输入基准电压（200），正输入端与所述第一电阻（R1）的第二端口相连。

3.根据权利要求2所述的用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路，其特征在于，所述输出功率管（M1）为P型场效应管。

4.根据权利要求1或2所述的用于低压差线性稳压器的能够自动恢复的短路保护电路，其特征在于，所述第二晶体管（M2）为P型场效应管，所述第二晶体管（M2）的源极和衬底一起与所述外部电源（202）相连；所述第三晶体管（M3）为P型场效应管，所述第三晶体管（M3）的漏极和衬底一起与所述外部电源（202）相连；所述第四晶体管（M4）为N型场效应管，所述第四晶体管（M4）的衬底接地；所述第五晶体管（M5）为P型场效应管，所述第五晶体管（M5）的源极和衬底一起与所述第四电阻（R4）的第二端口相连，所述第五晶体管（M5）的栅极接地。

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