CN108776502A - 一种ldo线性稳压器的防倒灌保护电路 - Google Patents

一种ldo线性稳压器的防倒灌保护电路 Download PDF

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Abstract

一种LDO线性稳压器的防倒灌保护电路，在现有LDO基础上，设置防倒灌电路和防倒灌NMOS管，防倒灌电路连接在输入端VIN、输出端VOUT和功率PMOS管的衬底之间，防倒灌NMOS管的漏、源极连接在反馈分压电阻与接地端之间，防倒灌电路比较VIN电位与VOUT电位，使功率PMOS管的衬底切换选择连接VIN与VOUT之间的最高电位，打破功率PMOS管MP的衬底Bo与漏极之间固定寄生的二极管效应，防倒灌电路输出逻辑信号连接防倒灌NMOS管的栅极，使输出VOUT与输入VIN之间就不会存在因为功率PMOS管的寄生正偏置二极管效应产生的倒灌电流现象，有效防止损耗及功率PMOS管的损坏。

Description

一种LDO线性稳压器的防倒灌保护电路
技术领域
本发明涉LDO线性稳压器，尤其是一种LDO线性稳压器的防倒灌保护电路。
背景技术
LDO线性稳压器由于具备结构简单、成本低廉、低噪声、低功耗及较小封装尺寸能突出优点，在便携式电子设备中得到了广泛的运用。
传统LDO如图1所示，外围元器件由输入电容CIN，输出电容COUT，负载电阻RL组成，芯片内部包括使能控制电路EN、基准电压VR产生电路、误差放大器EA、限流电路CurrentLimit和反馈电阻RF1、RF2。LDO工作原理是：输入使能EN信号控制整体电路是否工作，输出电压经反馈电阻RF1、RF2分压采样输入误差放大器EA的反向端，与误差放大器EA的同相端基准电压VR比较误差放大后输出与限流电路Current Limit输出同时控制调节功率PMOS管MP的栅极电位，调节控制使FB电位与基准VR相等，同时控制输出电流不超出限定值，防止PMOS功率管损坏同时，控制输出电压VOUT。
传统型LDO的功率PMOS源极与衬底连接VIN方式如图1所示，功率PMOS管MP衬底与漏极之间寄生体二极管Dio负向端连接VIN，正向端连接VOUT，由于传统型LDO应用与降压情况，一般情况VIN大于VOUT，功率PMOS管衬底与漏极之间寄生体二极管Dio处于反向偏置，不影响LDO的正常工作，但随着集成电路的高速发展和LDO广泛应用，负载端存在多电源供电选择，使VOUT电位大于LDO供电电源VIN电位和在应用中存在VIN短接到地或悬空情况，使得功率PMOS管衬底与漏之间寄生体二极管Dio处于正向偏置，损耗电流同时可能造成功率PMOS管MP永久性损坏，这时就存在LDO功率PMOS管MP防倒灌问题需要解决。
发明内容
为解决传统LDO无防倒灌的问题，本发明提供一种LDO线性稳压器的防倒灌保护电路，提高LDO应用可靠性，防止在LDO各种应用情况下的损坏。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种LDO线性稳压器的防倒灌保护电路，LDO线性稳压器包括外围元器件输入电容CIN，输出电容COUT及负载电阻RL，芯片内部包括使能控制电路EN、基准电压VR、误差放大器EA、限流电路Current Limit、功率PMOS管MP以及反馈电阻RF1和RF2，LDO线性稳压器的输出VOUT经反馈电阻RF1、RF2分压后得到采样电压FB连接至误差放大器EA的反向输入端，误差放大器EA的同相输入端连接基准电压VR，限流电路Current Limit的输入连接功率PMOS管MP的漏极，误差放大器EA的输出pg与限流电路Current Limit的输出同时连接功率PMOS管MP的栅极，以控制调节功率PMOS管MP的栅极电位，使采样电压FB的电位与基准电压VR的电位相等，从而控制LDO线性稳压器的输出VOUT；
其特征在于：设置防倒灌电路Reverse Pro和防倒灌NMOS管MN，防止输出端VOUT电流倒灌至输入端VIN端；防倒灌电路Reverse Pro连接在LDO线性稳压器的输入端VIN即功率PMOS管MP的源极、输出端VOUT即功率PMOS管MP的漏极和功率PMOS管MP的衬底Bo之间，防倒灌NMOS管MN的漏、源极连接在反馈电阻RF2与接地端之间，防倒灌电路Reverse Pro比较输入端VIN电位与输出端VOUT电位，使功率PMOS管MP的衬底Bo切换选择连接VIN与VOUT之间的最高电位，打破功率PMOS管MP的衬底Bo与漏极之间固定寄生的二极管效应，防倒灌电路Reverse Pro的输出逻辑信号V_control连接防倒灌NMOS管MN的栅极，控制除使能控制电路EN及反馈电阻RF1和RF2构成的反馈电路之外的其它芯片内部电路在输出VOUT的电位大于输入VIN的电位时关闭，使输出VOUT与输入VIN之间就不会存在因为功率PMOS管MP的寄生正偏置二极管效应产生的倒灌电流现象，有效防止损耗及功率PMOS管MP的损坏。
所述防倒灌电路Reverse Pro电路包括NMOS管N1、N2、N3、N5、N6、ND0和ND4，PMOS管P1、P2、P3、P4、P5和P6；NMOS管N1的源极和衬底、NMOS管N2的源极和衬底、NMOS管N3的源极和衬底、NMOS管N6的源极和衬底以及NMOS管ND4的栅极、源极和衬底均接地，NMOS管N1的栅极和漏极连接NMOS管N2的栅极和NMOS管N3的栅极以及NMOS管ND0的源极和栅极，NMOS管ND0的衬底接地，NMOS管ND0的漏极连接PMOS管P1的源极和衬底并连接LDO线性稳压器的输出VOUT，PMOS管P1的漏极和栅极连接NMOS管N2的漏极和PMOS管P2的栅极，PMOS管P2的源极和衬底连接LDO线性稳压器的输入VIN，PMOS管P2的漏极连接NMOS管N3的漏极、NMOS管N5的栅极以及PMOS管P3的栅极，PMOS管P3的源极和衬底连接PMOS管P4的源极和衬底并连接PMOS管MP的衬底Bo，PMOS管P3的漏极连接NMOS管N5的漏极、PMOS管P4的栅极和NMOS管N6的栅极以及PMOS管P6的栅极，NMOS管N5的源极连接NMOS管ND4的漏极，NMOS管N5的衬底连接NMOS管ND4的源极和衬底并接地，PMOS管P4的漏极连接NMOS管N6的漏极和PMOS管P5的栅极并作为防倒灌电路Reverse Pro的输出逻辑信号V_control，PMOS管P5的衬底和源极连接PMOS管P6的衬低和源极并连接功率PMOS管MP的衬底Bo，PMOS管P5的漏极连接LDO线性稳压器的输出VOUT即功率PMOS管MP的漏极，PMOS管P6的漏极连接LDO线性稳压器的输入VIN即功率PMOS管MP的源极。
所述NMOS管ND0和ND4为耗尽型NMOS管。
本发明具有如下优点及有益效果：解除了LDO功率PMOS管MP在VOUT与VIN端固定寄生的正向二极管影响，防止VOUT电流倒灌VIN端，有效提高LDO应用可靠性，防止PMOS管MP的损坏。
附图说明
图1是现有技术LDO线性稳压器；
图2是本发明带有防倒灌功能的LDO线性稳压器；
图3图2防倒灌功能电路等效图；
图4图2中防倒灌电路的一种实施电路。
具体实施方式
如图2所示，本发明在图1现有技术基础上，设置了防倒灌电路Reverse Pro和防倒灌NMOS管MN，防止输出端VOUT电流倒灌至输入端VIN端。防倒灌电路Reverse Pro连接在LDO线性稳压器的输入端VIN即功率PMOS管MP的源极、输出端VOUT即功率PMOS管MP的漏极和功率PMOS管MP的衬底Bo之间，防倒灌NMOS管MN的漏、源极连接在反馈电阻RF2与接地端之间，防倒灌电路Reverse Pro比较输入端VIN电位与输出端VOUT电位，使功率PMOS管MP的衬底Bo电位切换选择连接VIN与VOUT之间的最高电位，打破功率PMOS管MP的衬底Bo与漏极之间固定寄生的二极管效应，防倒灌电路Reverse Pro的输出逻辑信号V_control连接防倒灌NMOS管MN的栅极，控制除使能控制电路EN及反馈电阻RF1和RF2构成的反馈电路之外的其它芯片内部电路在输出VOUT的电位大于输入VIN的电位时关闭，使输出VOUT与输入VIN之间就不会存在因为功率PMOS管MP的寄生正偏置二极管效应产生的倒灌电流现象，有效防止损耗及功率PMOS管MP的损坏。
图3是防倒灌电路(Reverse Pro)的等效图，工作原理为：输出逻辑信号V_control控制功率PMOS管MP的衬底Bo选择VIN与VOUT中最高电位，Bo＝MAX{VIN，VOUT}，当VIN>VOUT时，Bo＝VIN，此时功率PMOS管MP的体寄生二极管为Dio2处于反偏置状态，不影响LDO正常工作；当VIN<VOUT时，此时功率PMOS管MP的体寄生二极管为Dio1同样处于反偏置状态，此时功率PMOS管MP关断，VOUT与VIN之间就不会存在因为寄生正偏置二极管效应产生的倒灌电流现象，可有效防止损耗及功率PMOS管MP损坏。
图4是图2的一种实施电路。防倒灌电路Reverse Pro电路包括NMOS管N1、N2、N3、N5、N6、ND0和ND4，PMOS管P1、P2、P3、P4、P5和P6；NMOS管N1的源极和衬底、NMOS管N2的源极和衬底、NMOS管N3的源极和衬底、NMOS管N6的源极和衬底以及NMOS管ND4的栅极、源极和衬底均接地，NMOS管N1的栅极和漏极连接NMOS管N2的栅极和NMOS管N3的栅极以及NMOS管ND0的源极和栅极，NMOS管ND0的衬底接地，NMOS管ND0的漏极连接PMOS管P1的源极和衬底并连接LDO线性稳压器的输出VOUT，PMOS管P1的漏极和栅极连接NMOS管N2的漏极和PMOS管P2的栅极，PMOS管P2的源极和衬底连接LDO线性稳压器的输入VIN，PMOS管P2的漏极连接NMOS管N3的漏极、NMOS管N5的栅极以及PMOS管P3的栅极，PMOS管P3的源极和衬底连接PMOS管P4的源极和衬底并连接PMOS管MP的衬底Bo，PMOS管P3的漏极连接NMOS管N5的漏极、PMOS管P4的栅极和NMOS管N6的栅极以及PMOS管P6的栅极，NMOS管N5的源极连接NMOS管ND4的漏极，NMOS管N5的衬底连接NMOS管ND4的源极和衬底并接地，PMOS管P4的漏极连接NMOS管N6的漏极和PMOS管P5的栅极并作为防倒灌电路Reverse Pro的输出逻辑信号V_control，PMOS管P5的衬底和源极连接PMOS管P6的衬低和源极并连接功率PMOS管MP的衬底Bo，PMOS管P5的漏极连接LDO线性稳压器的输出VOUT即功率PMOS管MP的漏极，PMOS管P6的漏极连接LDO线性稳压器的输入VIN即功率PMOS管MP的源极。防倒灌NMOS管MN的漏极连接反馈电阻RF2与RF1的非串联端，NMOS管MN的源极和衬底接地，NMOS管MN的栅极连接V_control。
耗尽型NMOS管ND0提供偏置电流给PMOS管P1、P2和NMOS管N2、N3组成的比较电路，LDO的输出VOUT电位与输入VIN电位通过PMOS管P1、P2和NMOS管N1、N3组成比较电路进行比较，当VOUT>VIN时，V_vontrol输出低信号，控制PMOS管P5导通，PMOS管P6关断，功率PMOS管MP衬底电位Bo与VOUT相等，当VOUT<VIN时，V_vontrol输出高信号，控制PMOS管P5关断，PMOS管P6导通，功率PMOS管MP衬底电位Bo与VIN相等。

Claims (3)

1.一种LDO线性稳压器的防倒灌保护电路，LDO线性稳压器包括外围元器件输入电容CIN，输出电容COUT及负载电阻RL，芯片内部包括使能控制电路EN、基准电压VR、误差放大器EA、限流电路Current Limit、功率PMOS管MP以及反馈电阻RF1和RF2，LDO线性稳压器的输出VOUT经反馈电阻RF1、RF2分压后得到采样电压FB连接至误差放大器EA的反向输入端，误差放大器EA的同相输入端连接基准电压VR，限流电路Current Limit的输入连接功率PMOS管MP的漏极，误差放大器EA的输出pg与限流电路Current Limit的输出同时连接功率PMOS管MP的栅极，以控制调节功率PMOS管MP的栅极电位，使采样电压FB的电位与基准电压VR的电位相等，从而控制LDO线性稳压器的输出VOUT；
其特征在于：设置防倒灌电路Reverse Pro和防倒灌NMOS管MN，防止输出端VOUT电流倒灌至输入端VIN端；防倒灌电路Reverse Pro连接在LDO线性稳压器的输入端VIN即功率PMOS管MP的源极、输出端VOUT即功率PMOS管MP的漏极和功率PMOS管MP的衬底Bo之间，防倒灌NMOS管MN的漏、源极连接在反馈电阻RF2与接地端之间，防倒灌电路Reverse Pro比较输入端VIN电位与输出端VOUT电位，使功率PMOS管MP的衬底Bo切换选择连接VIN与VOUT之间的最高电位，打破功率PMOS管MP的衬底Bo与漏极之间固定寄生的二极管效应，防倒灌电路Reverse Pro的输出逻辑信号V_control连接防倒灌NMOS管MN的栅极，控制除使能控制电路EN及反馈电阻RF1和RF2构成的反馈电路之外的其它芯片内部电路在输出VOUT的电位大于输入VIN的电位时关闭，使输出VOUT与输入VIN之间就不会存在因为功率PMOS管MP的寄生正偏置二极管效应产生的倒灌电流现象，有效防止损耗及功率PMOS管MP的损坏。
2.根据权利要求1所述的LDO线性稳压器的防倒灌保护电路，其特征在于：所述防倒灌电路Reverse Pro电路包括NMOS管N1、N2、N3、N5、N6、ND0和ND4，PMOS管P1、P2、P3、P4、P5和P6；NMOS管N1的源极和衬底、NMOS管N2的源极和衬底、NMOS管N3的源极和衬底、NMOS管N6的源极和衬底以及NMOS管ND4的栅极、源极和衬底均接地，NMOS管N1的栅极和漏极连接NMOS管N2的栅极和NMOS管N3的栅极以及NMOS管ND0的源极和栅极，NMOS管ND0的衬底接地，NMOS管ND0的漏极连接PMOS管P1的源极和衬底并连接LDO线性稳压器的输出VOUT，PMOS管P1的漏极和栅极连接NMOS管N2的漏极和PMOS管P2的栅极，PMOS管P2的源极和衬底连接LDO线性稳压器的输入VIN，PMOS管P2的漏极连接NMOS管N3的漏极、NMOS管N5的栅极以及PMOS管P3的栅极，PMOS管P3的源极和衬底连接PMOS管P4的源极和衬底并连接PMOS管MP的衬底Bo，PMOS管P3的漏极连接NMOS管N5的漏极、PMOS管P4的栅极和NMOS管N6的栅极以及PMOS管P6的栅极，NMOS管N5的源极连接NMOS管ND4的漏极，NMOS管N5的衬底连接NMOS管ND4的源极和衬底并接地，PMOS管P4的漏极连接NMOS管N6的漏极和PMOS管P5的栅极并作为防倒灌电路ReversePro的输出逻辑信号V_control，PMOS管P5的衬底和源极连接PMOS管P6的衬低和源极并连接功率PMOS管MP的衬底Bo，PMOS管P5的漏极连接LDO线性稳压器的输出VOUT即功率PMOS管MP的漏极，PMOS管P6的漏极连接LDO线性稳压器的输入VIN即功率PMOS管MP的源极。
3.根据权利要求2所述的LDO线性稳压器的防倒灌保护电路，其特征在于：所述NMOS管ND0和ND4为耗尽型NMOS管。
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