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一种适用于推挽输出级ldo的电流限制电路 Download PDF

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Abstract

一种适用于推挽输出级LDO的电流限制电路,属于电子电路技术领域。第一采样管MNP1,SNS的栅极和源极与上功率管MNP1的栅极和源极相连,其漏极连接第一采样电阻RSNS1后再连接上功率管MNP1漏极;第二采样管MNP2,SNS的栅极和源极与下功率管MNP2的栅极和源极相连,其漏极连接第二采样电阻RSNS2后再连接下功率管MNP2漏极;第一采样管MNP1,SNS采样上功率管MNP1电流,流过第一采样电阻RSNS1产生压降;第二采样管MNP2,SNS采样下功率管MNP2电流,流过第二采样电阻RSNS2产生压降;产生上功率管过电流控制信号CL_T和下功率管控制信号CL_B返回推挽输出级LDO电路中与该LDO电路自身的负反馈环路共同作用,将输出电流稳定在设定的电流值,保护功率管不因电流过大而损坏;且不使用比较器,同时实现了电流的检测与保护作用。

Description

一种适用于推挽输出级LDO的电流限制电路
技术领域
本发明属于电子电路技术领域,具体涉及到一种适用于推挽输出级LDO的电流限制电路。
背景技术
以推挽输出为输出级的低压线线性稳压器LDO广泛应用于驱动双倍速率同步动态随机存储器DDR内存芯片。如图1所示为采用新型供电方式的DDR内存芯片,可以很好的降低功耗。其中电源电压VTT由带推挽输出级的LDO驱动,提高驱动级输出摆率,在瞬态切换时,为功率管的栅极电容提供极大的充电电流,提高功率级对负载的响应速度。同时,流过功率管的电流需要在安全范围内以保证功率管不会因为电流过大而损坏。
传统的过流保护一般会使用采样电阻或者采样管,使用采样电阻的话,会将采样电阻的电压经过处理与基准电压比较,产生相应的过流信号;使用采样管的话,会将采样出来的电流直接与基准电流比较或者转化成电压后与基准电压比较再产生相应的过流信号。再利用过流信号进行后续的保护处理。传统的方式多会用到比较器,电路比较复杂,而且过流信号产生后的电路设计也增加了设计成本。
发明内容
本发明的目的为设计一种适用于推挽输出LDO的电流限制电路,控制功率管电流在安全范围内以保证功率管不会因电流过大而损坏,同时该电流限电路以带隙基准电路为核心,利用带隙基准的结构,简化了电路结构,不使用比较器,并且将过流保护和电流限做在了一起,同时实现了电流的检测与保护作用。
本发明的技术方案为:
一种适用于推挽输出级LDO的电流限制电路,所述推挽输出级LDO中的推挽输出级包括上功率管MNP1和下功率管MNP2
所述适用于推挽输出级LDO的电流限制电路包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一采样电阻RSNS1、第二采样电阻RSNS2、第一采样管MNP1_SNS和第二采样管MNP2_SNS
第一采样管MNP1_SNS的栅极和源极分别连接所述推挽输出级中上功率管MNP1的栅极和源极,其漏极通过第一采样电阻RSNS1后连接所述上功率管MNP1的漏极;第二采样管MNP2_SNS的栅极和源极分别连接所述推挽输出级中的下功率管MNP2的栅极和源极,其漏极通过第二采样电阻RSNS2后连接所述下功率管MNP2的漏极;
第一三极管Q1的基极和集电极互连并连接第二三极管Q2的基极和第一PMOS管MP1的漏极,第一电阻R1接在第一三极管Q1的发射极和所述上功率管MNP1的漏极之间,第二电阻R2接在第二三极管Q2的发射极和第一采样管MNP1_SNS的漏极之间,第二三极管Q2的集电极和第二PMOS管MP2的漏极连接并输出上功率管过电流控制信号CL_T;
第三三极管Q3的基极和集电极互连并连接第四三极管Q4的基极和第三PMOS管MP3的漏极,第三电阻R3接在第三三极管Q3的发射极和所述下功率管MNP2的漏极之间,第四电阻R4接在第四三极管Q4的发射极和第二采样管MNP2_SNS的漏极之间,第四三极管Q4的集电极和第四PMOS管MP4的漏极连接并输出下功率管过电流控制信号CL_B;
第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4的源极互连,其栅极也互连并连接基准偏置电流源。
本发明的有益效果为:本发明提供的电路输出上功率管过电流控制信号CL_T和下功率管过电流控制信号CL_B至推挽输出的LDO电路,控制上功率管MNP1和下功率管MNP2的电流在安全范围内,以保证上功率管MNP1和下功率管MNP2不会因电流过大而损坏;同时该电流限制电路以带隙基准电路为核心,利用带隙基准的结构,简化了电路结构,不使用比较器,并且将过流保护和电流限做在了一起,同时实现了电流的检测与保护作用。
附图说明
图1为双倍速率同步动态随机存储器DDR供电模型;
图2为采用推挽输出级的LDO电路拓扑图;
图3为本发明提供的一种适用于推挽输出级LDO的电流限制电路;
图4为本发明提供的电流限制电路的工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详细描述本发明。
如图2所示为采用推挽输出的LDO电路拓扑图,主要分为两部分:误差放大器(Error Amplifier)和功率输出级(power stage)。误差放大器的输入级采用全差分输入,并将产生的差分输出信号传至功率输出级的输入。图2所示的LDO电路包括误差放大器EA,第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、电容Co、上功率管NMP1和下功率管MNP2,输出级中上功率管MNP1和下功率管MNP2形成推挽输出结构,误差放大器EA的正向输入端连接基准电压Vref,其负向输入端连接所述LDO的输出端,误差放大器EA的第一输出端连接第一MNOS管MN1的栅极,其第二输出端连接第四NMOS管MN4的栅极;第五PMOS管MP5的栅极连接上功率管过电流控制信号CT_L,其源极接电源电压VDD,第二NMOS管MN2的栅漏短接并连接第三NMOS管MN3的栅极和第五PMOS管MP5的漏极,第三NMOS管MN3的漏极连接第一NMOS管MN1的源极并连接上功率管MNP1的栅极,第二NMOS管MN2和第三NMOS管MN3的源极接地,第一NMOS管MN1的漏极接电源电压VDD,上功率管MNP1的漏极接输入信号VIN;第六PMOS管MP6的栅极接下功率管过电流控制信号,其源极接电源电压VDD,第六NMOS管MN6的栅漏短接并连接第五NMOS管MN5的栅极和第六PMOS管MP6的漏极,第四NMOS管MN4的源极连接第五NMOS管MN5的漏极并连接下功率管MNP2的栅极,第五NMOS管MN5和第六NMOS管MN6的源极接地,第四NMOS管MN4的漏极接电源电压VDD,上功率管MNP1的漏极连接下功率管MNP2的漏极并作为LDO的输出端输出DDR的电源电压VTT,电容Co接在LDO的输出端和地之间。正常情况下,DDR的电源电压VTT被箝位到基准电压Vref。
如图3所示为本发明提供的适用于推挽输出LDO的电流限制电路图,包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一采样电阻RSNS1、第二采样电阻RSNS2、第一采样管MNP1_SNS和第二采样管MNP2_SNS,第一采样管MNP1_SNS的栅极和源极分别连接图2中推挽输出级中上功率管MNP1的栅极和源极,其漏极通过第一采样电阻RSNS1后连接所述上功率管MNP1的漏极;第二采样管MNP2_SNS的栅极和源极分别连接图2中推挽输出级中的下功率管MNP2的栅极和源极,其漏极通过第二采样电阻RSNS2后连接所述下功率管MNP2的漏极;第一三极管Q1的基极和集电极互连并连接第二三极管Q2的基极和第一PMOS管MP1的漏极,第一电阻R1接在第一三极管Q1的发射极和所述上功率管MNP1的漏极之间,第二电阻R2接在第二三极管Q2的发射极和第一采样管MNP1_SNS的漏极之间,第二三极管Q2的集电极和第二PMOS管MP2的漏极连接并输出上功率管过电流控制信号CL_T;第三三极管Q3的基极和集电极互连并连接第四三极管Q4的基极和第三PMOS管MP3的漏极,第三电阻R3接在第三三极管Q3的发射极和所述下功率管MNP2的漏极之间,第四电阻R4接在第四三极管Q4的发射极和第二采样管MNP2_SNS的漏极之间,第四三极管Q4的集电极和第四PMOS管MP4的漏极连接并输出下功率管过电流控制信号CL_B;第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4的源极互连,其栅极也互连并连接基准偏置电流源,即图4中的Ib,第一电阻R1的阻值等于第二电阻R2的阻值,第三电阻R3的阻值等于第四电阻R4的阻值。该电路以带隙基准电路为核心,采样流过上功率管MNP1和下功率管MNP2的电流,当发生过流时,稳定上功率管MNP1和下功率管MNP2的电流在安全范围内。
第一采样管MNP1,SNS采样上功率管MNP1的电流,第二采样管MNP2,SNS采样下功率管MNP2的电流。第一采样管MNP1,SNS的栅极和源极与上功率管MNP1的栅极和源极相连,第一采样管MNP1,SNS漏极连接第一采样电阻RSNS1后再连接上功率管MNP1漏极;第二采样管MNP2,SNS的栅极和源极与下功率管MNP2的栅极和源极相连,第二采样管MNP2,SNS漏极连接第二采样电阻RSNS2后再连接下功率管MNP2漏极。第一采样管MNP1,SNS采样上功率管MNP1电流,流过第一采样电阻RSNS1产生压降;第二采样管MNP2,SNS采样下功率管MNP2电流,流过第二采样电阻RSNS2产生压降。
如图4为电流限制电路的工作原理图,下面以上功率管为具体实施例,当上功率管流过电流较小时,第一采样电阻RSNS1两端的电压VAB较小,此时,第一三极管Q1工作在饱和区,而第二三极管Q2基极到源极的电压VBE2无法驱动基准偏置电流Ib,所以上功率管过电流控制信号CL_T靠近电源电压。随着负载电流I的升高,第一采样电阻RSNS1两端的电压VAB变大,第二三极管Q2集电极流过基准偏置电流Ib,此时有:
VAB+I·R+VBE1=I·R+VBE2
VAB=k1·ISOURCERSNS1
其中ISOURCE为流过上功率管MNP1的电流限,VBE1为第一三极管Q1基极到源极的电压,k1为第一功率管MNP1和第一采样管MNP1_SNS的镜像比,VT为热电压,R表示第一电阻R1和第二电阻R2的阻值,同时忽略流过第一采样电阻RSNS1的电流的影响,有:
其中m为第一三极管Q1和第二三极管Q2的镜像比,Ib为基准偏置电流,Is是三极管的饱和电流。所以得到流过上功率管MNP1的电流限为:
同理得到流过下功率管MNP2的电流限为:
其中k2为下功率管MNP2对第二采样管MNP2,SNS2的镜像比,n为第三三极管Q3和第四三极管Q4的镜像比。
如图2至图4所示,本实施例中适用于推挽输出级LDO的电流限制电路将上功率管过电流控制信号CL_T和下功率管过电流控制信号CL_B传回推挽输出级的LDO。以上功率管MNP1为例,当LDO向外输出电流并发生过流,上功率管过电流控制信CL_T信号变低,第五PMOS管MP5流过电流,通过第二NMOS管MN2和第三NMOS管MN3将上功率管MNP1的栅极DR_T拉至低电压。该反馈调节作用和LDO自身的负反馈环路共同作用,最终将输出电流稳定在设定的电流值。
同理,当LDO对输出节点抽取电流,下功率管过电流控制信号CL_B较低,第六PMOS管MP6流过电流,通过第五NMOS管MN5和第六NMOS管MN6将下功率管MNP2的栅极DR_T拉至低电压。过流反馈环路和LDO自身的负反馈环路共同作用,将抽取电流稳定在设定的电流值。从而该电流限制电路能实现需要的限制电流作用,保护功率管不因电流过大而损坏。
本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理,应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种适用于推挽输出级LDO的电流限制电路,所述推挽输出级LDO中的推挽输出级包括上功率管(MNP1)和下功率管(MNP2),
其特征在于,所述适用于推挽输出级LDO的电流限制电路包括第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)、第三三极管(Q3)、第四三极管(Q4)、第一PMOS管(MP1)、第二PMOS管(MP2)、第三PMOS管(MP3)、第四PMOS管(MP4)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第一采样电阻(RSNS1)、第二采样电阻(RSNS2)、第一采样管(MNP1_SNS)和第二采样管(MNP2_SNS),
第一采样管(MNP1_SNS)的栅极和源极分别连接所述推挽输出级中上功率管(MNP1)的栅极和源极,其漏极通过第一采样电阻(RSNS1)后连接所述上功率管(MNP1)的漏极;第二采样管(MNP2_SNS)的栅极和源极分别连接所述推挽输出级中的下功率管(MNP2)的栅极和源极,其漏极通过第二采样电阻(RSNS2)后连接所述下功率管(MNP2)的漏极;
第一三极管(Q1)的基极和集电极互连并连接第二三极管(Q2)的基极和第一PMOS管(MP1)的漏极,第一电阻(R1)接在第一三极管(Q1)的发射极和所述上功率管(MNP1)的漏极之间,第二电阻(R2)接在第二三极管(Q2)的发射极和第一采样管(MNP1_SNS)的漏极之间,第二三极管(Q2)的集电极和第二PMOS管(MP2)的漏极连接并输出上功率管过电流控制信号(CL_T);
第三三极管(Q3)的基极和集电极互连并连接第四三极管(Q4)的基极和第三PMOS管(MP3)的漏极,第三电阻(R3)接在第三三极管(Q3)的发射极和所述下功率管(MNP2)的漏极之间,第四电阻(R4)接在第四三极管(Q4)的发射极和第二采样管(MNP2_SNS)的漏极之间,第四三极管(Q4)的集电极和第四PMOS管(MP4)的漏极连接并输出下功率管过电流控制信号(CL_B);
第一PMOS管(MP1)、第二PMOS管(MP2)、第三PMOS管(MP3)、第四PMOS管(MP4)的源极互连,其栅极也互连并连接基准偏置电流源。
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