CN110262607B - 带电流限制的稳压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种稳压器，其包括：差分输入级OP、限流电路、功率输出管MP1、分压电路和输出电容。所述分压电路的分压输出端输出反馈电压，所述功率输出管MP1的源极与电源端VDD相连，其漏极与所述电压输出端VO相连。所述差分输入级OP的第一输入端与参考电压Ref相连，第二输入端与所述分压输出端相连，其输出端与所述功率输出管MP1的栅极。所述限流电路的输入端与所述电压输出端VO相连，其输出端与所述功率输出管的栅极相连，其用于在所述电压输出端VO的电压低于目标电压时通过控制所述功率输出管MP1的栅极使得所述功率输出管MP1上流过的电流随着所述电压输出端VO的电压的变化而变化。这样，可以进行电流限制，从而可以防止所述稳压器过热。

Description

带电流限制的稳压器
【技术领域】
本发明属于电路设计领域，具体涉及一种带电流限制的稳压器。
【背景技术】
稳压器一般需要电流限制电路，防止负载过大，导致稳压器损坏。通常稳压器的电流限制为恒定的电流限制方式。当负载过大，超过电流限制时，输出电压会下降，这样如果对于恒定电流限制电路来说，在稳压器上消耗的功率会增加，因为稳压器上消耗的功率等于(VIN-VOUT).Ilimit，其中VIN为输入电压的电压值，VOUT为输出电压值，Ilimit为设定的电流限制值。当VOUT减小，(VIN-VOUT)将增加，因此(VIN-VOUT).Ilimit也增加，这样导致稳压器上的发热会变大，容易损坏电路。
因此，有必要提供一种带电流限制的稳压器。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种稳压器，其可以带电流限制，从而可以防止所述稳压器过热。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种稳压器，其包括：差分输入级OP、限流电路、功率输出管MP1、分压电路和输出电容，所述分压电路连接于电压输出端VO和接地端之间，其分压输出端输出反馈电压，所述功率输出管MP1的源极与电源端VDD相连，其漏极与所述电压输出端VO相连，所述差分输入级OP的第一输入端与参考电压Ref相连，所述差分输入级OP的第二输入端与所述分压输出端相连，所述差分输入级OP的输出端与所述功率输出管MP1的栅极，所述限流电路的输入端与所述电压输出端VO相连，所述限流电路的输出端与所述功率输出管的栅极相连，所述限流电路110用于在所述电压输出端VO的电压低于目标电压时通过控制所述功率输出管MP1的栅极使得所述功率输出管MP1上流过的电流随着所述电压输出端VO的电压的变化而变化。
与现有技术相比，本发明中的稳压器带有限流电路，可以进行电流限制，从而可以防止所述稳压器过热。
本发明还有一些特点和优点将在下面的附图以及实例的实施方式中阐述。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明中的稳压器在一个实施例中的电路原理图；
图2描述了图1中的稳压器的输出电压和输出电流的关系；
图3描述了现有技术中的稳压器的输出电压和输出电流的关系。。
【具体实施方式】
本发明的详细描述主要通过程序、步骤、逻辑块、过程或其他象征性的描述来直接或间接地模拟本发明技术方案的运作。为透彻的理解本发明，在接下来的描述中陈述了很多特定细节。而在没有这些特定细节时，本发明则可能仍可实现。所属领域内的技术人员使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员有效的介绍他们的工作本质。换句话说，为避免混淆本发明的目的，由于熟知的方法和程序已经容易理解，因此它们并未被详细描述。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
图1为本发明中的稳压器100在一个实施例中的电路原理图。如图1所示的，所述稳压器100包括差分输入级OP、限流电路110、功率输出管MP1、分压电路120和输出电容Co。
所述分压电路120连接于电压输出端VO和接地端之间，其分压输出端输出反馈电压FB。在一个实施例中，所述分压电路120包括串联的电阻R2和电阻R1，两个电阻R2和R1的中间节点为所述分压输出端。
所述功率输出管的源极与电源端VDD相连，其漏极与所述电压输出端VO相连。所述功率输出管MP1为PMOS晶体管。
所述差分输入级OP的第一输入端与参考电压Ref相连，所述差分输入级OP的第二输入端与所述分压输出端相连，所述差分输入级OP的输出端与所述功率输出管MP1的栅极。
所述限流电路110的输入端与所述电压输出端VO相连，所述限流电路110的输出端与所述功率输出管MP1的栅极相连。所述限流电路110用于在所述电压输出端VO的电压低于目标电压时输出控制信号给所述功率输出管MP1的栅极，促使所述功率输出管MP1上流过的电流随着所述电压输出端VO的电压的变化而变化。具体的，所述电压输出端VO的电压越低，所述功率输出管MP1上流过的电流也越低，两者可以成正比。
所述稳压器100包括连接与所述电压输出端VO和接地端之间的负载电阻Ro，其中负载电阻Ro可以是负载的等效电阻。所述稳压器100包括二级静电保护电路130。所述限流电路通过所述二级静电保护电路130与所述电压输出端VO相连。
所述限流电路110包括PMOS晶体管MP2、MP3、MP4、NMOS晶体管MN1、MN2、电阻R3和电阻R4。
所述晶体管MP2、MP4的源极与电源端VDD相连，所述晶体管MP4的漏极作为所述限流电路110的输出端与所述功率输出管MP1的栅极相连，所述晶体管MP2的栅极与所述功率输出管MP1的栅极相连，所述晶体管MN2的源极作为所述限流电路110的输入端通过二级静电保护电路130与所述电压输出端VO相连，所述晶体管MN2的漏极通过所述电阻R4与所述电源端VDD相连，所述晶体管MP4的栅极连接于电阻R4和所述晶体管MN2的漏极之间。
所述晶体管MN1的源极与接地端相连，其漏极与其栅极互连后通过所述电阻R3与所述晶体管MP3的漏极以及所述晶体管MN2的栅极相连，所述晶体管MP3的栅极与所述晶体管MN2的源极相连，所述晶体管MP3的源极与所述晶体管MP2的漏极相连。
所述二级静电保护电路130包括PMOS晶体管MP5和电阻R5。所述电阻R5串联于所述晶体管MN2的源极和所述电压输出端VO之间，所述晶体管MP5的源极和栅极均连接至所述电源端VDD，所述晶体管MP5的漏极与所述晶体管MN2的源极相连。
晶体管MP2设计与晶体管MP1成一定比例，晶体管MP2复制晶体管MP1的电流，两者电流之比等于两者的宽长比之比。电阻R5和晶体管MP5为二级静电保护电路130，保护晶体管MP3的栅极和晶体管MN2的源极。晶体管MN2的源极间接的连接到电压输出端VO，晶体管MP3的栅极也是间接的连接到电压输出端VO。
当电压输出端VO的电压下降时，晶体管MP3的栅极电压将变低，使得更多的电流通过晶体管MP2流到电阻R3，导致晶体管MN2的栅极电压变高，而晶体管MN2的源极接电压输出端VO，当电压输出端VO的电压下降时，会导致晶体管MN2的源极电压下降，这样晶体管MN2的漏极电流将增加，导致在电阻R4的电压降增加，因此晶体管MP4的栅极电压将下降，导致晶体管MP1的栅极电压上升，从而减小晶体管MP1的输出电流，这样就形成了减小电流限制的效果。电压输出端VO的电压越低时，图1中稳压器100的输出电流能力越小。
图2描述了根据本发明中调压器的输出电压和输出电流的关系。当测试时，逐渐将输出电流从0增加，输出电压先维持恒定值3.3V(对应图2曲线中的水平段)，当输出电流超过315mA时，输出电压下降，输出电流也随之下降，当输出电压降至0V时，输出电流为30mA(即短路电流)。
图3描述了现有技术中调压器的输出电压和输出电流的关系。当输出电流太大时，输出电压开始下降，但是输出电流被限制在恒定值(例如315mA).
本发明中的“连接”、“相连”或“相接”等表示电性连接的词语都表示电性的间接或直接连接。上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (5)

1.一种稳压器，其特征在于，其包括：差分输入级OP、限流电路、功率输出管MP1、分压电路和输出电容，
所述分压电路连接于电压输出端VO和接地端之间，其分压输出端输出反馈电压，
所述功率输出管MP1的源极与电源端VDD相连，其漏极与所述电压输出端VO相连，所述差分输入级OP的第一输入端与参考电压Ref相连，所述差分输入级OP的第二输入端与所述分压输出端相连，所述差分输入级OP的输出端与所述功率输出管MP1的栅极相连，
所述限流电路的输入端与所述电压输出端VO相连，所述限流电路的输出端与所述功率输出管的栅极相连，所述限流电路用于在所述电压输出端VO的电压低于目标电压时通过控制所述功率输出管MP1的栅极使得所述功率输出管MP1上流过的电流随着所述电压输出端VO的电压的变化而变化，
所述稳压器包括二级静电保护电路，所述限流电路通过所述二级静电保护电路与所述电压输出端VO相连，
所述限流电路包括PMOS晶体管MP2、MP3、MP4、NMOS晶体管MN1、MN2、电阻R3和电阻R4，
所述晶体管MP2、MP4的源极与电源端VDD相连，所述晶体管MP4的漏极作为所述限流电路的输出端与所述功率输出管MP1的栅极相连，所述晶体管MP2的栅极与所述功率输出管MP1的栅极相连，
所述晶体管MN2的源极作为所述限流电路的输入端通过二级静电保护电路与所述电压输出端VO相连，所述晶体管MN2的漏极通过所述电阻R4与所述电源端VDD相连，所述晶体管MP4的栅极连接于电阻R4和所述晶体管MN2的漏极之间，
所述晶体管MN1的源极与接地端相连，其漏极与其栅极互连后通过所述电阻R3与所述晶体管MP3的漏极以及所述晶体管MN2的栅极相连，所述晶体管MP3的栅极与所述晶体管MN2的源极相连，所述晶体管MP3的源极与所述晶体管MP2的漏极相连，
所述二级静电保护电路包括PMOS晶体管MP5和电阻R5，所述电阻R5串联于所述晶体管MN2的源极和所述电压输出端VO之间，所述晶体管MP5的源极和栅极均连接至所述电源端VDD，所述晶体管MP5的漏极与所述晶体管MN2的源极相连。
2.根据权利要求1所述的稳压器，其特征在于，所述分压电路包括串联的电阻R2和电阻R1，两个电阻R2和R1的中间节点为所述分压输出端，所述功率输出管MP1为PMOS晶体管。
3.根据权利要求1所述的稳压器，其特征在于，所述稳压器包括连接于所述电压输出端VO和接地端之间的负载电阻。
4.根据权利要求1所述的稳压器，其特征在于，晶体管MP2与晶体管MP1成一定比例，晶体管MP2复制晶体管MP1的电流，两者电流之比等于两者的宽长比之比。
5.根据权利要求4所述的稳压器，其特征在于，当电压输出端VO的电压下降时，晶体管MP3的栅极电压将变低，使得更多的电流通过晶体管MP2流到电阻R3，导致晶体管MN2的栅极电压变高，而晶体管MN2的源极接电压输出端VO，当电压输出端VO的电压下降时，会导致晶体管MN2的源极电压下降，这样晶体管MN2的漏极电流将增加，导致在电阻R4的电压降增加，因此晶体管MP4的栅极电压将下降，导致晶体管MP1的栅极电压上升，从而减小晶体管MP1的输出电流。
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