CN110069092A - Ldo电路装置及ldo电路的过流保护电路 - Google Patents

Ldo电路装置及ldo电路的过流保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及LDO电路装置及LDO电路的过流保护电路,涉及半导体集成电路,通过在LDO电路中增加过流保护电路,对LDO电路的输出电流信号进行处理,当LDO电路的输出电流信号增大时,通过过流保护电路调整使LDO电路中功率开关管的门极驱动信号的电压增大,使LDO电路中功率开关管的电流能力下降,限制其输出电流继续增加,通过反馈调节,最终使LDO的输出电流达到稳定值,从而达到过流保护的目的,提高LDO电路的可靠性和稳定性,增加其应用环境范围。

Description

LDO电路装置及LDO电路的过流保护电路
技术领域
本发明涉及半导体集成电路,尤其涉及一种LDO电路装置及LDO电路的过流保护电路。
背景技术
LDO(low dropout regulator)是指低压差线性稳压器,是一种集成电路稳压器,相对于传统的线性稳压器来说的,它通常具有极低的自有噪声和较高的电源抑制比PSRR(Power Supply Rejection Ratio)。LDO是一个自耗很低的微型片上系统,因其诸多优点得到广泛应用。
LDO电路中大功率开关管在工作中可能会因过流而使管内能量聚集,易引起雪崩并损坏器件,因此在实际应用中过流保护一直是影响功率器件可靠、稳定运行的关键之处。然,目前市场上常见的LDO不具备过流保护功能,一旦电流过大,将对LDO电路中器件甚至整个系统造成不可逆的结果。由此可见,提出一种用于LDO电路的过流保护结构,对LDO的输出电流进行适当的控制,以避免由此带来的电路失效等问题,对于提高LDO电路可靠性以及增加LDO在其他工作环境中的应用可起到非常大的帮助作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LDO电路装置,以达到LDO电路过流保护的目的,提高LDO电路的可靠性和稳定性,增加其应用环境范围。
本发明提供的LDO电路装置,包括:LDO电路,包括第一P型功率开关管PM1,第一P型功率开关管PM1的源端S连接一直流电压源VDD,第一P型功率开关管PM1的漏端D连接由第一电阻R1和第一电阻R2构成的串联结构的一端,第一电阻R1和第一电阻R2构成的串联结构的另一端接地,第一电阻R1和第一电阻R2的共节点P连接第一误差放大器的第一输入端,以向第一误差放大器的第一输入端输入一反馈电压信号VFB,第一误差放大器的第二输入端接收一参考电压VREF,第一误差放大器的输出端输出第一P型功率开关管PM1的门极G的驱动信号Vgate1;以及过流保护模块,包括第二P型功率开关管PM2,第二P型功率开关管PM2的源端S连接所述直流电压源VDD,第二P型功率开关管PM2的漏端D连接第二误差放大器的第一输入端,并连接第一N型功率开关管NM1的漏端D,第一N型功率开关管NM1的源端S通过第三电阻R3接地,第二误差放大器的第二输入端接收第一P型功率开关管PM1的漏端D的输出电压VOUT,第二误差放大器的输出端输出第一N型功率开关管NM1的门极G的驱动信号Vgate2,并第二P型功率开关管PM2的门极G连接第一P型功率开关管PM1的门极G以接收所述驱动信号Vgate1;第二N型功率开关管NM2和第三P型功率开关管PM3,第二N型功率开关管NM2的漏端D连接所述直流电压源VDD,并连接第三P型功率开关管PM3的门极G,以输出第三P型功率开关管PM3门极G的驱动信号Vgate3,第二N型功率开关管NM2的源端S接地,第二N型功率开关管NM2的门极G连接第一N型功率开关管NM1的源端S,接收第一N型功率开关管NM1源端S输出的门极驱动信号Vgate4,另第三P型功率开关管PM3的源端S连接所述直流电压源VDD,第三P型功率开关管PM3的漏端D连接第一P型功率开关管PM1的门极G和第二P型功率开关管PM2的门极G。
更进一步的,第一误差放大器的第一端为反向输入端,第一误差放大器的第二端为正向输入端。
更进一步的,第一误差放大器为运算放大器。
更进一步的,第二误差放大器的第一端为正向输入端,第二误差放大器的第二端为反向输入端。
更进一步的,第二误差放大器为运算放大器。
更进一步的,第二N型功率开关管NM2的漏端D通过第四电阻R4连接所述直流电压源VDD。
更进一步的,所述第一P型功率开关管PM1、所述第二P型功率开关管PM2和所述第三P型功率开关管PM3为PMOS。
更进一步的,所述第一N型功率开关管NM1和所述第二N型功率开关管NM2为NMOS。
更进一步的,所述LDO电路装置集成在一半导体衬底中。
本发明还提供一种LDO电路的过流保护电路,所述LDO电路包括第一P型功率开关管PM1,第一P型功率开关管PM1的源端S连接一直流电压源VDD,第一P型功率开关管PM1的漏端D接地,第一P型功率开关管PM1门极G接收驱动信号Vgate1,包括:第二P型功率开关管PM2,第二P型功率开关管PM2的源端S连接所述直流电压源VDD,第二P型功率开关管PM2的漏端D连接第二误差放大器的第一输入端,并连接第一N型功率开关管NM1的漏端D,第一N型功率开关管NM1的源端S通过第三电阻R3接地,第二误差放大器的第二输入端接收第一P型功率开关管PM1的漏端D的输出电压VOUT,第二误差放大器的输出端输出第一N型功率开关管NM1的门极G的驱动信号Vgate2,并第二P型功率开关管PM2的门极G连接第一P型功率开关管PM1的门极G以接收所述驱动信号Vgate1;第二N型功率开关管NM2和第三P型功率开关管PM3,第二N型功率开关管NM2的漏端D连接所述直流电压源VDD,并连接第三P型功率开关管PM3的门极G,以输出第三P型功率开关管PM3门极G的驱动信号Vgate3,第二N型功率开关管NM2的源端S接地,第二N型功率开关管NM2的门极G连接第一N型功率开关管NM1的源端S,接收第一N型功率开关管NM1源端S输出的门极驱动信号Vgate4,另第三P型功率开关管PM3的源端S连接所述直流电压源VDD,第三P型功率开关管PM3的漏端D连接第一P型功率开关管PM1的门极G和第二P型功率开关管PM2的门极G。
更进一步的,第一误差放大器的第一端为反向输入端,第一误差放大器的第二端为正向输入端。
更进一步的,第一误差放大器为运算放大器。
更进一步的,第二误差放大器的第一端为正向输入端,第二误差放大器的第二端为反向输入端。
更进一步的,第二误差放大器为运算放大器。
更进一步的,第二N型功率开关管NM2的漏端D通过第四电阻R4连接所述直流电压源VDD。
更进一步的,所述第一P型功率开关管PM1、所述第二P型功率开关管PM2和所述第三P型功率开关管PM3为PMOS。
更进一步的,所述第一N型功率开关管NM1和所述第二N型功率开关管NM2为NMOS。
更进一步的,所述LDO电路的过流保护电路集成在一半导体衬底中。
本发明提供的LDO电路装置及LDO电路的过流保护电路,通过在LDO电路中增加过流保护电路,对LDO电路的输出电流信号进行处理,当LDO电路的输出电流信号增大时,通过过流保护电路调整使LDO电路中功率开关管的门极驱动信号的电压增大,使LDO电路中功率开关管的电流能力下降,限制其输出电流继续增加,通过反馈调节,最终使LDO的输出电流达到稳定值,从而达到过流保护的目的,提高LDO电路的可靠性和稳定性,增加其应用环境范围。
附图说明
图1为本发明一实施例的LDO电路装置的示意图。
图2为对图1所示的LDO电路装置的仿真结果示意图。
图3为本发明一实施例的LDO电路的过流保护电路的示意图。
对附图中所用到的标记解释如下:
100、LDO电路;200、过流保护模块。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明一实施例中,在于提供一种LDO电路装置。具体的,请参阅图1,图1为本发明一实施例的LDO电路装置的示意图。如图1所示,LDO电路装置包括LDO电路100和过流保护模块200,其中,LDO电路100包括第一P型功率开关管PM1,第一P型功率开关管PM1的源端S连接一直流电压源VDD,第一P型功率开关管PM1的漏端D连接由第一电阻R1和第一电阻R2构成的串联结构的一端,第一电阻R1和第一电阻R2构成的串联结构的另一端接地,第一电阻R1和第一电阻R2的共节点P连接第一误差放大器的第一输入端,以向第一误差放大器的第一输入端输入一反馈电压信号VFB,第一误差放大器的第二输入端接收一参考电压VREF,第一误差放大器的输出端输出第一P型功率开关管PM1的门极G的驱动信号Vgate1,由第一电阻R1和第一电阻R2构成的串联结构构成第一P型功率开关管PM1的漏端D的输出电压VOUT的采样电路,通过所述采样电路和第一误差放大器构成LDO电路100的负反馈环路,以调整第一P型功率开关管PM1的漏端D的输出电压VOUT,其中第一P型功率开关管PM1的漏端D的输出电压VOUT即为LDO电路100的输出电压;过流保护模块200包括第二P型功率开关管PM2,第二P型功率开关管PM2的源端S连接所述直流电压源VDD,第二P型功率开关管PM2的漏端D连接第二误差放大器的第一输入端,并连接第一N型功率开关管NM1的漏端D,第一N型功率开关管NM1的源端S通过第三电阻R3接地,第二误差放大器的第二输入端接收第一P型功率开关管PM1的漏端D的输出电压VOUT,第二误差放大器的输出端输出第一N型功率开关管NM1的门极G的驱动信号Vgate2,并第二P型功率开关管PM2的门极G连接第一P型功率开关管PM1的门极G以接收所述驱动信号Vgate1,具体的,在上述LDO电路装置制造时,第一P型功率开关管PM1、第二P型功率开关管PM2的器件尺寸(如沟道的长度和宽度)按照一定的比例设置,由于第一P型功率开关管PM1尺寸较大,与第二P型功率开关管PM2相差较大,需对第一P型功率开关管PM1、第二P型功率开关管PM2的漏端D进行嵌位,使第二P型功率开关管PM2的漏端电压与第一P型功率开关管PM1的漏端电压VOUT一致,第二误差放大器与第一N型功率开关管NM1组成反馈调节环路,当第二P型功率开关管PM2的漏端电压低于VOUT时,第二误差放大器输出的Vgate2降低,使第一N型功率开关管NM1电阻增大,从而使第二P型功率开关管PM2的漏端电压升高,进行反复调节后使第二P型功率开关管PM2的漏端电压与第一P型功率开关管PM1的漏端电压VOUT一致,并进而使第二P型功率开关管PM2的漏端电流Ilimit与第一P型功率开关管PM1的漏端输出电流(也即上述LDO电路装置的输出电流)对应,也即第二P型功率开关管PM2的漏端电流Ilimit镜像了上述LDO电路装置的输出电流;更进一步的,过流保护模块200还包括第二N型功率开关管NM2和第三P型功率开关管PM3,第二N型功率开关管NM2的漏端D连接所述直流电压源VDD,并连接第三P型功率开关管PM3的门极G,以输出第三P型功率开关管PM3门极G的驱动信号Vgate3,第二N型功率开关管NM2的源端S接地,第二N型功率开关管NM2的门极G连接第一N型功率开关管NM1的源端S,接收第一N型功率开关管NM1源端S输出的门极驱动信号Vgate4,另第三P型功率开关管PM3的源端S连接所述直流电压源VDD,第三P型功率开关管PM3的漏端D连接第一P型功率开关管PM1的门极G和第二P型功率开关管PM2的门极G,具体的,当第一P型功率开关管PM1通过的电流增大时,由第二P型功率开关管PM2镜像得到的Ilimit电流也随之增加,使第三电阻R3上压降增加,即驱动信号Vgate4电压升高,第二N型功率开关管NM2的门极驱动电压增大,第二N型功率开关管NM2逐渐导通,当第一P型功率开关管PM1通过的电流达到某一值时,第二N型功率开关管NM2导通,第三P型功率开关管PM3的门极电压拉低,即驱动信号Vgate3电压为低,第三P型功率开关管PM3导通,第三P型功率开关管PM3的D端输出电压升高,使第一P型功率开关管PM1的电流能力下降,限制其输出电流继续增加,通过反复调节,最终使LDO的输出电流达到稳定值,即LDO的限流点。
具体的,可参阅图2,图2为对图1所示的LDO电路装置的仿真结果示意图,如图2所示,如图2所示,当输出负载电流Iload(即第一P型功率开关管PM1的漏端输出电流)持续增加时,LDO的输出电压先维持其输出电压Vout,随负载电流增加到某一值时,VOUT开始下降,当VOUT下降到其正常工作电压的-10%(可根据LDO的设计需求而定)时的电流值,输出负载电流Iload不再增加,即为限流点。此时,,LDO的输出电流不随施加的负载电流的增加而增加,达到过流保护的功能。
在本发明另一实施例中,还提供一种LDO电路的过流保护电路。具体的,请参阅图3,图3为本发明一实施例的LDO电路的过流保护电路的示意图。如图3所示,LDO电路包括第一P型功率开关管PM1,第一P型功率开关管PM1的源端S连接一直流电压源VDD,第一P型功率开关管PM1的漏端D接地,第一P型功率开关管PM1门极G接收驱动信号Vgate1,本发明提供的过流保护电路包括第二P型功率开关管PM2,第二P型功率开关管PM2的源端S连接所述直流电压源VDD,第二P型功率开关管PM2的漏端D连接第二误差放大器的第一输入端,并连接第一N型功率开关管NM1的漏端D,第一N型功率开关管NM1的源端S通过第三电阻R3接地,第二误差放大器的第二输入端接收第一P型功率开关管PM1的漏端D的输出电压VOUT,第二误差放大器的输出端输出第一N型功率开关管NM1的门极G的驱动信号Vgate2,并第二P型功率开关管PM2的门极G连接第一P型功率开关管PM1的门极G以接收所述驱动信号Vgate1,具体的,在上述LDO电路和过流保护电路制造时,第一P型功率开关管PM1、第二P型功率开关管PM2的器件尺寸(如沟道的长度和宽度)按照一定的比例设置,由于第一P型功率开关管PM1尺寸较大,与第二P型功率开关管PM2相差较大,需对第一P型功率开关管PM1、第二P型功率开关管PM2的漏端D进行嵌位,使第二P型功率开关管PM2的漏端电压与第一P型功率开关管PM1的漏端电压VOUT一致,第二误差放大器与第一N型功率开关管NM1组成反馈调节环路,当第二P型功率开关管PM2的漏端电压低于VOUT时,第二误差放大器输出的Vgate2降低,使第一N型功率开关管NM1电阻增大,从而使第二P型功率开关管PM2的漏端电压升高,进行反复调节后使第二P型功率开关管PM2的漏端电压与第一P型功率开关管PM1的漏端电压VOUT一致,并进而使第二P型功率开关管PM2的漏端电流Ilimit与第一P型功率开关管PM1的漏端输出电流(也即上述LDO电路装置的输出电流)对应,也即第二P型功率开关管PM2的漏端电流Ilimit镜像了上述LDO电路装置的输出电流;更进一步的,过流保护电路还包括第二N型功率开关管NM2和第三P型功率开关管PM3,第二N型功率开关管NM2的漏端D通过第四电阻R4连接所述直流电压源VDD,并连接第三P型功率开关管PM3的门极G,以输出第三P型功率开关管PM3门极G的驱动信号Vgate3,第二N型功率开关管NM2的源端S接地,第二N型功率开关管NM2的门极G连接第一N型功率开关管NM1的源端S,接收第一N型功率开关管NM1源端S输出的门极驱动信号Vgate4,另第三P型功率开关管PM3的源端S连接所述直流电压源VDD,第三P型功率开关管PM3的漏端D连接第一P型功率开关管PM1的门极G和第二P型功率开关管PM2的门极G,具体的,当第一P型功率开关管PM1通过的电流增大时,由第二P型功率开关管PM2镜像得到的Ilimit电流也随之增加,使第三电阻R3上压降增加,即驱动信号Vgate4电压升高,第二N型功率开关管NM2的门极驱动电压增大,第二N型功率开关管NM2逐渐导通,当第一P型功率开关管PM1通过的电流达到某一值时,第二N型功率开关管NM2导通,第三P型功率开关管PM3的门极电压拉低,即驱动信号Vgate3电压为低,第三P型功率开关管PM3导通,第三P型功率开关管PM3的D端输出电压升高,使第一P型功率开关管PM1的电流能力下降,限制其输出电流继续增加,通过反复调节,最终使LDO的输出电流达到稳定值,即LDO的限流点。
在本发明一实施例中,第一误差放大器的第一端为反向输入端,第一误差放大器的第二端为正向输入端。更具体的,在本发明一实施例中,第一误差放大器为运算放大器。
在本发明一实施例中,第二误差放大器的第一端为正向输入端,第二误差放大器的第二端为反向输入端。更具体的,在本发明一实施例中,第二误差放大器为运算放大器。
在本发明一实施例中,第二N型功率开关管NM2的漏端D通过第四电阻R4连接所述直流电压源VDD。
在本发明一实施例中,所述第一P型功率开关管PM1、所述第二P型功率开关管PM2和所述第三P型功率开关管PM3为PMOS。
在本发明一实施例中,所述第一N型功率开关管NM1和所述第二N型功率开关管NM2为NMOS。
在本发明一实施例中,上述LDO电路装置和LDO电路的过流保护电路集成在一半导体衬底中。
综上所述,通过在LDO电路中增加过流保护电路,对LDO电路的输出电流信号进行处理,当LDO电路的输出电流信号增大时,通过过流保护电路调整使LDO电路中功率开关管的门极驱动信号的电压增大,使LDO电路中功率开关管的电流能力下降,限制其输出电流继续增加,通过反馈调节,最终使LDO的输出电流达到稳定值,从而达到过流保护的目的,提高LDO电路的可靠性和稳定性,增加其应用环境范围。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (18)

1.一种LDO电路装置,其特征在于,包括:
LDO电路,包括第一P型功率开关管PM1,第一P型功率开关管PM1的源端S连接一直流电压源VDD,第一P型功率开关管PM1的漏端D连接由第一电阻R1和第一电阻R2构成的串联结构的一端,第一电阻R1和第一电阻R2构成的串联结构的另一端接地,第一电阻R1和第一电阻R2的共节点P连接第一误差放大器的第一输入端,以向第一误差放大器的第一输入端输入一反馈电压信号VFB,第一误差放大器的第二输入端接收一参考电压VREF,第一误差放大器的输出端输出第一P型功率开关管PM1的门极G的驱动信号Vgate1;以及
过流保护模块,包括第二P型功率开关管PM2,第二P型功率开关管PM2的源端S连接所述直流电压源VDD,第二P型功率开关管PM2的漏端D连接第二误差放大器的第一输入端,并连接第一N型功率开关管NM1的漏端D,第一N型功率开关管NM1的源端S通过第三电阻R3接地,第二误差放大器的第二输入端接收第一P型功率开关管PM1的漏端D的输出电压VOUT,第二误差放大器的输出端输出第一N型功率开关管NM1的门极G的驱动信号Vgate2,并第二P型功率开关管PM2的门极G连接第一P型功率开关管PM1的门极G以接收所述驱动信号Vgate1;第二N型功率开关管NM2和第三P型功率开关管PM3,第二N型功率开关管NM2的漏端D连接所述直流电压源VDD,并连接第三P型功率开关管PM3的门极G,以输出第三P型功率开关管PM3门极G的驱动信号Vgate3,第二N型功率开关管NM2的源端S接地,第二N型功率开关管NM2的门极G连接第一N型功率开关管NM1的源端S,接收第一N型功率开关管NM1源端S输出的门极驱动信号Vgate4,另第三P型功率开关管PM3的源端S连接所述直流电压源VDD,第三P型功率开关管PM3的漏端D连接第一P型功率开关管PM1的门极G和第二P型功率开关管PM2的门极G。
2.根据权利要求1所述的LDO电路装置,其特征在于,第一误差放大器的第一端为反向输入端,第一误差放大器的第二端为正向输入端。
3.根据权利要求2所述的LDO电路装置,其特征在于,第一误差放大器为运算放大器。
4.根据权利要求1所述的LDO电路装置,其特征在于,第二误差放大器的第一端为正向输入端,第二误差放大器的第二端为反向输入端。
5.根据权利要求4所述的LDO电路装置,其特征在于,第二误差放大器为运算放大器。
6.根据权利要求1所述的LDO电路装置,其特征在于,第二N型功率开关管NM2的漏端D通过第四电阻R4连接所述直流电压源VDD。
7.根据权利要求1所述的LDO电路装置,其特征在于,所述第一P型功率开关管PM1、所述第二P型功率开关管PM2和所述第三P型功率开关管PM3为PMOS。
8.根据权利要求1所述的LDO电路装置,其特征在于,所述第一N型功率开关管NM1和所述第二N型功率开关管NM2为NMOS。
9.根据权利要求1所述的LDO电路装置,其特征在于,所述LDO电路装置集成在一半导体衬底中。
10.一种LDO电路的过流保护电路,所述LDO电路包括第一P型功率开关管PM1,第一P型功率开关管PM1的源端S连接一直流电压源VDD,第一P型功率开关管PM1的漏端D接地,第一P型功率开关管PM1门极G接收驱动信号Vgate1,其特征在于,包括:第二P型功率开关管PM2,第二P型功率开关管PM2的源端S连接所述直流电压源VDD,第二P型功率开关管PM2的漏端D连接第二误差放大器的第一输入端,并连接第一N型功率开关管NM1的漏端D,第一N型功率开关管NM1的源端S通过第三电阻R3接地,第二误差放大器的第二输入端接收第一P型功率开关管PM1的漏端D的输出电压VOUT,第二误差放大器的输出端输出第一N型功率开关管NM1的门极G的驱动信号Vgate2,并第二P型功率开关管PM2的门极G连接第一P型功率开关管PM1的门极G以接收所述驱动信号Vgate1;第二N型功率开关管NM2和第三P型功率开关管PM3,第二N型功率开关管NM2的漏端D连接所述直流电压源VDD,并连接第三P型功率开关管PM3的门极G,以输出第三P型功率开关管PM3门极G的驱动信号Vgate3,第二N型功率开关管NM2的源端S接地,第二N型功率开关管NM2的门极G连接第一N型功率开关管NM1的源端S,接收第一N型功率开关管NM1源端S输出的门极驱动信号Vgate4,另第三P型功率开关管PM3的源端S连接所述直流电压源VDD,第三P型功率开关管PM3的漏端D连接第一P型功率开关管PM1的门极G和第二P型功率开关管PM2的门极G。
11.根据权利要求10所述的LDO电路的过流保护电路,其特征在于,第一误差放大器的第一端为反向输入端,第一误差放大器的第二端为正向输入端。
12.根据权利要求11所述的LDO电路的过流保护电路,其特征在于,第一误差放大器为运算放大器。
13.根据权利要求10所述的LDO电路的过流保护电路,其特征在于,第二误差放大器的第一端为正向输入端,第二误差放大器的第二端为反向输入端。
14.根据权利要求13所述的LDO电路的过流保护电路,其特征在于,第二误差放大器为运算放大器。
15.根据权利要求10所述的LDO电路的过流保护电路,其特征在于,第二N型功率开关管NM2的漏端D通过第四电阻R4连接所述直流电压源VDD。
16.根据权利要求10所述的LDO电路的过流保护电路,其特征在于,所述第一P型功率开关管PM1、所述第二P型功率开关管PM2和所述第三P型功率开关管PM3为PMOS。
17.根据权利要求10所述的LDO电路的过流保护电路,其特征在于,所述第一N型功率开关管NM1和所述第二N型功率开关管NM2为NMOS。
18.根据权利要求10所述的LDO电路的过流保护电路,其特征在于,所述LDO电路的过流保护电路集成在一半导体衬底中。
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