CN107066019A - 一种负压输出型低压差线性稳压器的过流保护电路 - Google Patents

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    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
    • G05F1/569—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection

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Abstract

本发明提出了一种负压输出型低压差线性稳压器的过流保护电路，属于电源管理芯片的保护电路，包括：输出电流采样电阻、电流限制放大器(LIMIT AMP)和折返限流保护电路(LIMIT FOLDBACK)，所述输出电流采样电阻是一个多晶电阻，采样部分输出电流，其上压降为VSNS；所述电流限制放大器(LIMIT AMP)是比较输出电流采样电阻上的压降VSNS和根据电流限制阈值设定的电压阈值VTH，从而判断电流限制放大器(LIMIT AMP)的工作状态；所述折返限电路(LIMIT FOLDBACK)是当输入至输出的电压差超过8V时，通过折返限流电路(LIMIT FOLDBACK)减小电压限制阈值，维持功率管在所有正向输入‑输出电压下，均工作在安全工作区域。本发明在有效地限制输出电流大小的同时，能够很好地减小电路在全工作电压范围内发生限流时的功耗，有效地保护了功率管等器件，并且不会使得从过流状态恢复到正常工作状态需要很长的时间。

Description

一种负压输出型低压差线性稳压器的过流保护电路
技术领域
本发明涉及电源管理领域，特别是涉及一种线性稳压器的过流保护电路。
背景技术
随着便携式电子产品的发展与普及，电源管理芯片越来越重要，相对于开关电源DC/DC而言，线性稳压器具有很低的输出噪声、纹波和快速的瞬态响应，能够满足模拟电路对低噪声、低成本、响应快速的电源电压的要求。
在实际线性稳压器的设计中，还会在电路中加入保护电路，包括过温保护电路、过压保护电路、过流保护电路等。保护电流能够有效地保护线性稳压器正常工作，避免过温、过流等对芯片造成损坏。
传统过流保护电路大多是恒定限流电路，这种电路会将过流时的输出电流限制在刚好发生过流的时候，若电路输入电压继续增大，而输出电流被限制在一个恒定的值，这样将造成很大的功耗，而且容易损坏功率管。还有一种过流保护电路是过流后直接将功率管关断，这种电路的缺点是从过流状态恢复到正常工作状态需要很长的时间。因此，现在大多数线性稳压器都采用折返电流限制电路，这样既不会有很大的功耗，也不会使得从过流状态恢复到正常工作状态需要很长的时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种负压输出型低压差线性稳压器的过流保护电路，可以提高过流保护阈值点的精度并随着输入输出电压差值的增大而减小电流限制阈值的大小。
一种负压输出型低压差线性稳压器的过流保护电路，其特征在包括以下内容；输出电流采样电阻、电流限制放大器(LIMIT AMP)和折返限流保护电路(LIMIT FOLDBACK)，所述输出电流采样电阻是一个多晶电阻，采样部分输出电流，其上压降为VSNS；所述电流限制放大器(LIMIT AMP)是比较输出电流采样电阻上的压降VSNS和根据电流限制阈值设定的电压阈值VTH，从而判断电流限制放大器(LIMIT AMP)的工作状态；所述折返限电路(LIMITFOLDBACK)是当输入至输出的电压差超过8V时，通过折返限流电路(LIMIT FOLDBACK)减小电压限制阈值，维持功率管在所有正向输入-输出电压下，均工作在安全工作区域。
发明的创造性在于为了达到改变电压阈值VTH大小实现折返限流目的，将线性稳压器的输出电压反馈到折返电流保护电路中，当输出电压与输入电压达到一定值后，电路中的齐纳二极管D2被反向击穿，随着输入输出电压差值的继续增大，流过D2的电流持续增加，当R13上的压降大于Q8的开启电压VBE后，流过D2的电流会以更快的速度增加，直到R15上的压降大于Q9的开启电压VBE，Q9开始导通，从而改变流过Q1的电流，改变了电压阈值VTH，达到折返限流的目的。
附图说明
图1为过流保护电路结构示意图。
图2位本发明的过流保护电路原理图。
具体实现方式
为了更加清楚地阐述本发明的技术方案，结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
如图2所示的过流保护电路，包括输出电流采样电阻、电流限制放大器(LIMITAMP)和折返限流保护电路(LIMIT FOLDBACK)。
如图2部分2电路由偏置电压Vb提供的零温电流，很好的避免了受温度的影响造成的电压阈值变化。于是Q2、Q3集电极的电流大小为IB，Q1的发射极面积是Q2发射极面积的两倍，所以Q1集电极电流大小为2IB。Q4和Q5组成电流镜，电阻R1和电阻R2起到限制晶体管基极电流，从而提高电流镜精度的作用。Q6是一个helper结构，减小了由于有限的β而造成的电流镜精度损失的问题。在Q5、Q4、Q2、Q3构成一个负反馈环路中，存在三个极点，分别在Q4的发射极，Q6的发射极以及Q5的集电极，显然从Q5的集电极看进去的电阻大约为gm5ro3//ro5，这就使得该极点离前面两个极点的位置较远，由于R4的阻值很小，Q4发射极处的极点大于Q6发射极出的极点，但是由于Q5的米勒效应和会使得Q6发射极出的电容较大，从而两个极点的位置会靠的比较近，产生稳定性问题，通过添加补偿网络，包括补偿电容C1和去右半平面零点电阻R3，保证了电路的稳定性。
流过电阻R4上的电流为3IB，而流过电阻R6上的电流为IB，使得Q4发射极电压VTH大于Q5的发射极电压，即VBE4小于VBE5，而Q5和Q4的集电极电流却是相等的，这样将拉低VCE5的大小，并使Q5进入饱和区，Q7不导通，电流限制功能未打开。随着输出电流的增大，采样电阻上的压降VSNS逐渐增大，当增大到VBE4等于VBE5的时候，Q5从饱和区进入放大区，VCE5也逐渐增大，使Q7导通，电流限制功能启动，使得误差放大器(EA)输出减小，从而达到减小输出电流的目的。
如图2部分3电路，当输入和输出的电压差值未超过D2的反向击穿电压时，该部分电路几乎没有电路流过。一旦输入输出电压差达到7-8V,D2被击穿，电路开始有电流流过。随着输入输出电压差值的继续增大，流过D2的电流持续增加，当R13上的压降大于Q8的开启电压VBE后，流过D2的电流会以更快的速度增加，直到R15上的压降大于Q9的开启电压VBE，Q9开始导通，从而改变流过Q1的电流，改变了电压阈值VTH，达到折返限流的目的。此外，通过调整R13和R16的大小可以调整折返电流发生时电压阈值下降的速度，Q10的基极连接到功率管的基极形成了一个负反馈，使得流过D2的电流不会随着输入输出电压差的增大而无限制的增大，最终使得电压阈值稳定在一个恒定的值。
以上所述，仅是本发明较佳的实现方式，，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以对以上发明技术方案做出许多可能的的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种过流保护电路，集成在电源管理芯片中，对芯片进行电流检测和过流保护，其特征在于，包括：输出电流采样电阻、电流限制放大器(LIMIT AMP)和折返限流保护电路(LIMIT FOLDBACK)，所述输出电流采样电阻是一个多晶电阻，采样部分输出电流，其上压降为VSNS；所述电流限制放大器(LIMIT AMP)是比较输出电流采样电阻上的压降VSNS和根据电流限制阈值设定的电压阈值VTH，从而判断电流限制放大器(LIMIT AMP)的工作状态；所述折返限电路(LIMIT FOLDBACK)是当输入至输出的电压差超过8V时，通过折返限流电路(LIMITFOLDBACK)减小电压限制阈值，维持功率管在所有正向输入-输出电压下，均工作在安全工作区域。
2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述输出采样电阻包括一个多晶采样电阻R6，一端连到Q1的发射级，另一端连接到功率管的发射级。
3.根据权利要求所述的过流保护电路，其特征在于，所述电流限制放大器(LIMIT AMP)包括偏置电压、四个NPN管、三个PNP管、九个电阻、一个电容和一个齐纳二极管，偏置电压Vb为Q1、Q2和Q3提供偏置电流，Q1的发射极连接到电阻R8的一端，R8的另一端连接到GND，Q1的集电极连接到Q4的发射级和电阻R4的一端；Q2的发射级连接到电阻R9的一端，R9的另一端接到GND，Q2的集电极连接到Q6的基极、Q4的集电极；Q3的发射级连接到电阻R10，集电极连接Q7的基极、Q5的集电极和电阻R3的一端；Q6的集电极连接到D1的阴极，发射极连接到电阻R5，基极连接到Q2的集电极、Q4的集电极；Q4的集电极连接到Q6的基极、Q2的集电极，发射极连接到Q1的集电极、电阻R4，基极连接电阻R3，R3的另一端连接R2，由R2连接到C1，C1连接R3；Q5的集电极连接Q3的集电极、Q2的基极和电阻R3，基极连接电容C1、电阻R2，发射极连接电阻R6；Q7的集电极连接误差放大器的输出端，基极连接Q3的集电极、Q5的集电极和电阻R3，发射极连接电阻R6。齐纳二极管D1连接Q6的集电极。
4.根据权利要求所述的过流保护电路，其特征在于，所述折返限流电路(LIMITFOLDBACK)包括三个NPN管，两个齐纳二极管，六个电阻，其中，Q8集电极连接到电阻R11、电阻R12，基极连接电阻R12、电阻R13，发射极连接电阻R13、电阻R14；Q9集电极连接齐纳二极管D3的阴极，基极连接齐纳二极管D2的阳极、电阻R15，发射极连接电阻R16；Q10的集电极连接电阻R15、电阻E16，基极连接输出功率管的基极驱动，发射极连接IN端口；齐纳二极管D2阳极连接Q9的基极、电阻R15，阴极连接到电阻R14；齐纳二极管D3阳极连接Q1的发射级、电阻R8，阴极连接Q9的集电极。
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