CN110096088B - 一种ldo的多集成保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种LDO的多集成保护电路，与基本LDO电路相接构成，其包括一体集成相接的输入电源VDD检测模组、温度检测模组、电流检测模组和保护模组，其中输入电源VDD检测模组输出电流Is1，电流检测模组对应基本LDO电路输出电流Is2，温度检测模组输出电流Iptc，三个模组的输出电流接入加法器，所述保护模组接设于各个检测模组输出电流、输入电源VDD和基本LDO电路的功率管MP的栅极之间对基本LDO电路限流保护。应用本发明的多集成保护电路设计，引入PTC电流产生电路，将电流检测、温度检测和输入电压检测融合于LDO的一体保护中，可靠提升了LDO的限流性能，并缩短了自身输出IL的恢复时间。

Description

一种LDO的多集成保护电路
技术领域
本发明涉及一种低压差线性稳压器保护电路设计，尤其涉及一种针对此类稳压器集成电流限制、功率限制和温度监控多功能一体的保护电路。
背景技术
在高精度系统设计中，不仅要求电源具有较高的初始精度高精度，而且要求该电压能够对电源上的中高频噪声有较强的抑制作用。尤其在视频监控和通讯系统等领域，对电源电压的要求更加苛刻。低压差线性稳压器作为常用的电压转化模块，在高精度系统中具有非常普遍的应用。其电路构成包括基准电压Vref产生模块、误差放大器AMP、功率管MP和分压电阻R1、R2。其常规接线方式如图1中右下角所示。
然而，这个LDO的正常运行需要温度和过流等多方面的保护，以避免芯片过流烧损。传统此类温度保护是独立的，只有达到过温点才可以起到保护作用，而这有可能当温点设置偏差导致在没有达到保护点之前，由于功耗过大导致芯片烧坏，或者温度保护迟滞过小，没有及时降温，也会导致功耗大、瞬间快速升温，导致芯片烧坏。
另一方面，过流保护也是独立的，在达到预设的电流保护点才开始保护，这期间有可能发生过热而未达到过温点而烧坏芯片，尤其是高压输入电路，如最高电源电压为40V，这样瞬时功率（P=V*I）就会很大，容易烧坏芯片。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的旨在提出一种LDO的多集成保护电路，综合温度检测、电流检测、输入电压检测于一体的全面保护。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案为，一种LDO的多集成保护电路，与基本LDO电路相接构成，其特征在于包括一体集成相接的输入电源VDD检测模组、温度检测模组、电流检测模组和保护模组，其中输入电源VDD检测模组输出电流Is1，电流检测模组对应基本LDO电路输出电流Is2，温度检测模组输出电流Iptc，三个模组的输出电流接入加法器，所述保护模组接设于各个检测模组输出电流、输入电源VDD和基本LDO电路的功率管MP的栅极之间对基本LDO电路限流保护。
进一步地，所述保护模组由电阻Rc1、Rc2、运放AMP1、比较器CMP和PMOS管MC1、MC2相接构成，其中电阻Rc2、Rc1串接于加法器输出与接地之间；比较器CMP的正极接入基准电压Vref2、负极接入电阻Rc1、Rc2的总偏置端，且比较器CMP的输出端接PMOS管MC2的栅极；运放AMP1的正极接入基准电压Vref1、负极接入电阻Rc1的偏置端，且运放AMP1的输出端接PMOS管MC1的栅极；PMOS管MC2的源极与输入电源VDD相接，PMOS管MC1的源极与PMOS管MC2的漏极相接，PMOS管MC1的漏极与功率管MP的栅极相接。
进一步地，所述输入电源VDD检测模组由电阻R0和共栅相接的PMOS管M1、M2构成，且PMOS管M1、M2共源相接于输入电源VDD，PMOS管M1的栅极、漏极共连并串接电阻R0接地，PMOS管M2的漏极输出电流Is1。
进一步地，所述温度检测模组为具有正温度系数的电流产生电路，且温度检测模组的一端接入输入电源VDD、另一端接入加法器。
进一步地，所述电流检测模组设有电流检测的PMOS管MS，所述PMOS管MS与功率管MP共栅相接，PMOS管MS的源极接入输入电源VDD，且PMOS管MS的漏极输出电流Is2。
应用本发明的多集成保护电路设计，具备突出的实质性特点和显著的进步性：该电路引入PTC电流产生电路，将电流检测、温度检测和输入电压检测融合于LDO的一体保护中，可靠提升了LDO的限流性能，并缩短了自身输出IL的恢复时间。
附图说明
图1是本发明LDO的多集成保护电路的接线示意图。
图2是未加入Iptc电流的保护电路的仿真结果示意图。
图3是加入Iptc后电流的保护电路的仿真结果示意图。
具体实施方式
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。
本发明设计者针对现有技术LDO保护电路多方面的不足进行了综合分析，结合自身经验和创造性劳动，致力于对该电路提供全方位保护，创新提出了一种LDO的多集成保护电路，在传统的温度保护和电流保护的基础上，加入检查输入电压的功能，综合各项检测于一体的保护电路，使得LDO性能发挥更稳定、优越。
为便于更具象化地理解，如图1所示，该LDO的多集成保护电路的接线示意图。在基本LDO电路的基础上将针对各种检测的电子元器件一体集成相接组合，根据功能模块化划分可以包括输入电源VDD检测模组、温度检测模组、电流检测模组和保护模组四个主要部分。虽然该多集成保护电路的检测方向是多元化的，但技术创新体现于归结到电路设计时转化为电流信号的处理。其中输入电源VDD检测模组输出电流Is1，电流检测模组对应基本LDO电路输出电流Is2，温度检测模组输出电流Iptc，三个模组的输出电流各自体现和反应了特定检测方向的参数性能，而作为保护需要将三者接入加法器进一步地协同处理，保护模组接设于各个检测模组输出电流、输入电源VDD和基本LDO电路的功率管MP的栅极之间对基本LDO电路限流保护。
具体来看，上述基本LDO电路由基准电压Vref产生模块、误差放大器AMP、功率管MP和分压电阻R1、R2构成，且IL为LDO的负载电流。
上述保护模组由电阻Rc1、Rc2、运放AMP1、比较器CMP和PMOS管MC1、MC2相接构成，其中电阻Rc2、Rc1串接于加法器输出与接地之间；比较器CMP的正极接入基准电压Vref2、负极接入电阻Rc1、Rc2的总偏置端，且比较器CMP的输出端接PMOS管MC2的栅极；运放AMP1的正极接入基准电压Vref1、负极接入电阻Rc1的偏置端，且运放AMP1的输出端接PMOS管MC1的栅极；PMOS管MC2的源极与输入电源VDD相接，PMOS管MC1的源极与PMOS管MC2的漏极相接，PMOS管MC1的漏极与功率管MP的栅极相接。其中Vrefl和Vref2为基准电压，可以用基准电流和电阻产生，需要满足Vref2>Vref1。
上述输入电源VDD检测模组由电阻R0和共栅相接的PMOS管M1、M2构成，且PMOS管M1、M2共源相接于输入电源VDD，PMOS管M1的栅极、漏极共连并串接电阻R0接地，PMOS管M2的漏极输出电流Is1=
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中VSGM1为PMOS管M1的源极栅极电压差，K为PMOS管M1、M2的尺寸比，随VDD增大，Is1也逐渐增大。
上述温度检测模组为具有正温度系数的电流产生电路，即可以是任何能够产生与温度成正比的电流Iptc的电路。随着芯片温度的升高，Iptc电流也逐渐增大，且温度检测模组的一端接入输入电源VDD、另一端接入加法器。
上述电流检测模组设有电流检测的PMOS管MS，且PMOS管MS与LDO的功率管MP共栅相接，PMOS管MS的源极接入输入电源VDD，而负载电流IL都要流过功率管MP，因此PMOS管MS的漏极输出电流Is2=IL/N，N为PMOS管MS与功率管MP的尺寸比，随着负载电流IL的增大，Is2也逐渐增大。
将各个模组的输出接入加法器，并结合前述保护模组对LDO工作状态全方位检测并提供可靠保护。具体实现方式介绍如下。
将电流Is1，Is2和Iptc之和流过电阻Rc1，产生电压Vc1= Rc1*（Is1+Is2+Iptc），同时产生电压Vc2=（Rc1+ Rc2）*（Is1+Is2+Iptc）。
LDO正常工作模式下，Vrefl＞Vc1，Vref2＞Vc2。运放AMP1的输出即PMOS管MC1的栅端电压Vgc1为VDD，PMOS管MC1关断；比较器CMP的输出即PMOS管MC2的栅端电压Vgc2为VDD，PMOS管MC2关断，功率管MP正常开启；当发生过流时，随着负载电流IL，温度和输入电压的变化，Vc1缓缓增大到接近Vref1，直到两者相等。此时Vgc1＜VDD，PMOS管MC1管开启，由于PMOS管MC1与PMOS管MC2形式上串联，此时PMOS管MC2关断，限流作用将被挂起。而当负载电流IL继续增大，直到Vc2=Vref2，比较器CMP翻转，PMOS管MC2打开，限流保护开始起作用，Vgp升高，功率管MP的导通能力变弱，负载电流IL下降。
传统的电流保护通常会使负载电流IL降低到零，致使LDO的恢复时间过长。而本发明该多集成保护电路由于运放AMP1和PMOS管MC1的存在，Vgp被限制始终小于VDD，功率管MP不会被完全关断，由此保证了负载电流IL不会到零，LDO不会从零恢复正常工作，继而实现缩短了恢复时间。
如图2所示未加入Iptc电流的保护电路的仿真结果示意图，纵坐标为LDO的输出VOUT，横坐标为负载电流IL（ILOAD）。可见，随着电源电压VDD的升高，负载电流IL（电流保护点）在减小，这样就保证了功率P=V*I在较小的值，防止芯片发热烧损。
如图3所示加入Iptc电流之后保护电路的仿真结果示意图。同样可见，随着温度的上升，电流的保护点也将进一步减小，进而进一步保证了芯片的安全。
综上结合图示的实施例详述，应用本发明的多集成保护电路设计，具备突出的实质性特点和显著的进步性：该电路引入PTC电流产生电路，将电流检测、温度检测和输入电压检测融合于LDO的一体保护中，可靠提升了LDO的限流性能，并缩短了自身输出IL的恢复时间。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内进行修改或者等同变换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种LDO的多集成保护电路，与基本LDO电路相接构成，其特征在于包括一体集成相接的输入电源VDD检测模组、温度检测模组、电流检测模组和保护模组，其中输入电源VDD检测模组输出电流Is1，电流检测模组对应基本LDO电路输出电流Is2，温度检测模组输出电流Iptc，三个模组的输出电流接入加法器，所述保护模组由电阻Rc1、Rc2、运放AMP1、比较器CMP和PMOS管MC1、MC2相接构成，且保护模组接设于各个检测模组输出电流、输入电源VDD和基本LDO电路的功率管MP的栅极之间对基本LDO电路限流保护，其中电阻Rc2、Rc1串接于加法器输出与接地之间；比较器CMP的正极接入基准电压Vref2、负极接入电阻Rc1、Rc2的总偏置端，且比较器CMP的输出端接PMOS管MC2的栅极；运放AMP1的正极接入基准电压Vref1、负极接入电阻Rc1的偏置端，且运放AMP1的输出端接PMOS管MC1的栅极；PMOS管MC2的源极与输入电源VDD相接，PMOS管MC1的源极与PMOS管MC2的漏极相接，PMOS管MC1的漏极与功率管MP的栅极相接。
2.根据权利要求1所述LDO的多集成保护电路，其特征在于：所述输入电源VDD检测模组由电阻R0和共栅相接的PMOS管M1、M2构成，且PMOS管M1、M2共源相接于输入电源VDD，PMOS管M1的栅极、漏极共连并串接电阻R0接地，PMOS管M2的漏极输出电流Is1。
3.根据权利要求1所述LDO的多集成保护电路，其特征在于：所述温度检测模组为具有正温度系数的电流产生电路，且温度检测模组的一端接入输入电源VDD、另一端接入加法器。
4.根据权利要求1所述LDO的多集成保护电路，其特征在于：所述电流检测模组设有电流检测的PMOS管MS，所述PMOS管MS与功率管MP共栅相接，PMOS管MS的源极接入输入电源VDD，且PMOS管MS的漏极输出电流Is2。
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