CN111338421B - 可恒限流切换的二总线供电线性稳压器及双模式稳压电路 - Google Patents

可恒限流切换的二总线供电线性稳压器及双模式稳压电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了可恒限流切换的二总线供电线性稳压器及双模式稳压电路；一种可恒限流切换的二总线供电线性稳压器，包括预降压电路、限流电路、双模式稳压电路和带隙基准电路；其特征在于：预降压电路的输出端同时连接到限流电路的电源端与双模式稳压电路的电源端；限流电路的电流偏置输入端连接带隙基准电路的偏置电流输出二端，限流电路的电流开关控制端接收来自外部控制器的开关控制信号，限流电路的启动电流输出端连接双模式稳压电路的启动电流输入端，限流电路的限流输出端连接双模式稳压电路的限流输入端；双模式稳压电路的电压基准输入端连接带隙基准电路的电压基准输出端；可广泛应用于消防，仪表，传感器，工业控制等领域。

Description

可恒限流切换的二总线供电线性稳压器及双模式稳压电路
技术领域
本发明涉及稳压器，特别是涉及可恒限流切换的二总线供电线性稳压器及双模式稳压电路。
背景技术
二总线是一种将供电线与信号线合二为一的结构，相对于四线系统两根供电线路两根通讯线路，实现了信号和供电共用一个总线的技术。二总线节省了施工和线缆成本，给现场施工和后期维护带来了极大的便利，在消防，仪表，传感器，工业控制领域广泛的应用。如在消防二总线中，一方面探测器向控制器回复数据是通过回码电流实现，即向总线拉电流，控制器检测到该电流，完成回码；另一方面，总线通过发送带编码信息的高电平、中电平和低电平信号，将信息发送给探测器。所以，二总线区别于传统的供电线，二总线上并不是稳定的直流电压，且包含编码信息、供电电流和回码电流。而探测器内部需要通过稳压电路，将高压总线电源转到5V电压域，再给内部核心电路供电。
传统的线性稳压电路如附图1所示，通过误差放大器输出误差电压，调整调整管栅压对输出电压进行调节。这样有许多缺点，首先传统结构在高电平、中电平和低电平信号供电时，不能保证输出电压稳定，单级降压结构电源抑制能力较差，而由于带息基准电路、调整管、误差放大器均与总线直接相连，总线跳变信号将通过带隙基准、调整管、误差放大器耦合到输出端，对输出产生较大干扰；此外，传统的稳压结构从总线抽取的电流完全由负载决定，所以无法限制总线被抽取的电流大小，当探测器数量较多时，总线就会被抽取较大的电流形成背景电流，当背景电流与通信回码电流相当时，会严重影响总线通信功能，只能增大探测器回码电流减轻总线背景电流对回码的影响，回码电流需到上百毫安量级，增加了系统的功耗，并且由于总线的寄生电阻作用，大回码电流会在总线产生压降，如此会限制报警系统的规模、总线上探测器的数量以及布线长度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种可恒限流切换的二总线供电线性稳压器及双模式稳压电路。
为了解决上述技术问题，本发明的第一个技术方案是：一种可恒限流切换的二总线供电线性稳压器，包括预降压电路、限流电路、双模式稳压电路和带隙基准电路；其特征在于：
预降压电路的输出端同时连接到限流电路的电源端与双模式稳压电路的电源端；限流电路的电流偏置输入端连接带隙基准电路的偏置电流输出二端，限流电路的电流开关控制端接收来自外部控制器的开关控制信号，限流电路的启动电流输出端连接双模式稳压电路的启动电流输入端，限流电路的限流输出端连接双模式稳压电路的限流输入端；双模式稳压电路的电压基准输入端连接带隙基准电路的电压基准输出端，双模式稳压电路的电流偏置输入端连接带隙基准电路的偏置电流输出一端，双模式稳压电路的模式控制端接收来自外部控制器的模式控制信号，双模式稳压电路的电压输出端连接带隙基准电路的电源端。
所述预降压电路将交流总线电压进行整流和降压处理，输出到限流电路与双模式稳压电路；预降压电路通过内部整流电路将交流总线电压整流为稳定的直流电压，并经过内部限压电路将高压直流电压降为较低电压，并通过VP端口输出。
所述限流电路受外部控制器的开关控制信号的控制，输出启动电流到双模式稳压电路，以控制双模式稳压电路启动，并通过拷贝所述带隙基准电路的电流，限制双模式稳压电路向负载供电的电流；以控制总线上的背景电流。
所述双模式稳压电路接收来自外部控制器的模式控制信号，控制该二总线供电线性稳压器在恒流和限流模式之间进行切换；接收所述限流电路的启动电流信号和限制电流信号，同时接收所述带隙基准电路提供的偏置电流和基准电压，输出稳定电压到负载和为所述带隙基准电路提供工作电压。
所述带隙基准电路用于为双模式稳压电路提供基准电压和偏置电流，同时为所述限流电路提供电流信号。
本发明提出一种恒流、限流可切换二总线供电线性稳压器，采用两级降压，并对带隙基准电路采用自供电方式，即带隙基准采用稳压器输出供电，对电源上方波跳变有较强的抑制能力，输出电源抑制比高，该稳压器从总线向负载取电具有恒流与限流双模式，并且可通过控制端关闭总线取电通路，对总线取电电流进行管理。通过该发明，可有效减小回码电流的大小，增总线上加探测器的数量和双总线布线长度，并使输出电压具有较小的总线干扰。
根据本发明所述的可恒限流切换的二总线供电线性稳压器的优选方案，所述限流电路包括分压电路、参考电流镜拷贝电路、启动电流镜拷贝电路、钳位管、电流镜开关电路和限流电流镜。
所述分压电路将预降压电路的输出电压进行分压后，为钳位管提供栅极电压。
当电路处于上电过程中，启动电流镜拷贝电路为限流电流镜提供输入电流；并同时为双模式稳压电路提供启动电流；当双模式稳压电路的输出电压达到带隙基准电路工作电压后，参考电流镜拷贝电路接收带隙基准电路输出的偏置电流，关闭启动电流镜拷贝电路，并为限流电流镜提供输入电流；当限流电路的电流开关控制端接收到来自外部控制器的开关控制信号时，关闭限流电流镜。
根据本发明所述的可恒限流切换的二总线供电线性稳压器的优选方案，所述分压电路由第一、第二分压电阻构成，参考电流镜拷贝电路包括NMOS管NM21、NM22、NM23、NM24，启动电流镜拷贝电路包括NMOS管NM25、NM26、NM27，钳位管NM28，电流镜开关电路包括NMOS管NM29、R23、PM22，限流电流镜包括PMOS管PM21、PM23。
预降压电路的输出端接第一分压电阻R21的正端、PMOS管PM21的源极、电阻R23的正端、PMOS管PM22的源极、PMOS管PM23的源极，电阻R21的负端接NMOS管NM28的栅极、电阻R22的正端，电阻R22的负端接NMOS管NM26的栅漏、NMOS管NM27的栅极、NMOS管NM25的栅极、NMOS管NM24的漏极，NMOS管NM26源极接地，NMOS管NM27的漏极为ISTA电阻RT输出端，NMOS管NM27源极接地，NMOS管NM24源极接地，PMOS管PM21的栅漏接PMOS管PM22的漏极、PMOS管PM23的栅极、NMOS管NM28的漏极，NMOS管NM28的源极接NMOS管NM25的漏极、NMOS管NM23的漏极，NMOS管NM25的源极接地，NMOS管NM23的源极接地，电阻R23的负端接PMOS管PM22的栅极、NMOS管NM29的漏极，NMOS管NM29的栅极接控制端口SW，NMOS管NM29的源极接NMOS管NM22的漏极，NMOS管NM22的源极接地，PMOS管PM23的漏极接输出端口ILIM，NMOS管NM21的栅漏接电流输入端口IB2、NMOS管NM22的栅极、NMOS管NM23的栅极、NMOS管NM24的栅极，NMOS管NM21的源极接地。
根据本发明所述的可恒限流切换的二总线供电线性稳压器的优选方案，所述双模式稳压电路包括储能电容、恒流模式调整管，恒流限流切换管，恒流模式启动辅助管，限流模式调整管和限流模式调整驱动管。
预降压电路的输出端通过偏置电阻接限流模式调整管的栅极，限流模式调整管的栅极通过电阻接启动电流输出端和限流模式调整驱动管的漏极；限流模式调整驱动管的源极接地，限流模式调整驱动管的栅极接误差放大器的输出端以及恒流模式调整管的栅极。
限流模式调整管的源极接限流电路的限流输出端，限流模式调整管的漏极接输出端、恒流模式调整管的源极和储能电容的正极板，储能电容负极板接地。
恒流模式调整管的漏极接恒流限流切换管的漏极，恒流限流切换管的栅极接模式控制端，恒流限流切换管的源极接恒流模式启动辅助管的栅极、漏极，恒流模式启动辅助管的源极接地。
根据本发明所述的可恒限流切换的二总线供电线性稳压器的优选方案，所述双模式稳压电路还包括采样电阻串、电流镜和误差放大器。
电流镜为误差放大器提供电流源，电流镜由带隙基准电路提供偏置电流；误差放大器为电流型放大器，采样电阻串将双模式稳压电路的输出电压分压后输出到误差放大器的差分输入端，误差放大器将分压后的电压与所述带隙基准电路提供的基准电压进行比较，输出放大的误差电压到限流模式调整驱动管的栅极以及恒流模式调整管的栅极。
当双模式稳压电路为限流模式时，限流模式调整管到地通路被恒流限流切换管切断；误差放大器输出信号到限流模式调整管的栅极，以驱动限流模式调整管，当负载电流大于限流电路限流值IMAX时，流过限流模式调整管的电流为限流电路限流值IMAX，电流差值部分由储能电容提供；当双模式稳压电路为恒流模式时，限流模式调整管到地通路接通，总线供电电流为恒流。
根据本发明所述的可恒限流切换的二总线供电线性稳压器的优选方案，所述预降压电路包括第一储能电容、第一限流电阻、限压PMOS管串、限压PMOS管，钳位NMOS管。
在总线电压为高电平时，对第一储能电容充电；限压PMOS管串与第一限流电阻串联连接，连接节点与连接限压PMOS管的栅极连接，限压PMOS管的漏极接地，限压PMOS管的源极与钳位NMOS管的栅极连接，并通过第二限流电阻接第一储能电容的正极；钳位NMOS管的漏极通过第三限流电阻接第一储能电容的正极，钳位NMOS管的源极为预降压电路的输出端。
限压PMOS管串由若干个采用二极管连接方式的PMOS管构成；限压PMOS管串的负极接地，第一限流电阻连接第一储能电容的正极。
本发明的第二个技术方案是，一种构成可恒限流切换的二总线供电线性稳压器的双模式稳压电路，所述双模式稳压电路包括储能电容、恒流模式调整管，恒流限流切换管，恒流模式启动辅助管，限流模式调整管和限流模式调整驱动管。
预降压电路的输出端通过偏置电阻接限流模式调整管的栅极，限流模式调整管的栅极通过电阻接启动电流输出端和限流模式调整驱动管的漏极；限流模式调整驱动管的源极接地，限流模式调整驱动管的栅极接误差放大器的输出端以及恒流模式调整管的栅极。
限流模式调整管的源极接限流电路的限流输出端，限流模式调整管的漏极接输出端、恒流模式调整管的源极和储能电容的正极板，储能电容负极板接地。
恒流模式调整管的漏极接恒流限流切换管的漏极，恒流限流切换管的栅极接模式控制端，恒流限流切换管的源极接恒流模式启动辅助管的栅极、漏极，恒流模式启动辅助管的源极接地。
根据本发明所述的一种构成可恒限流切换的二总线供电线性稳压器的双模式稳压电路的优选方案，所述双模式稳压电路还包括采样电阻串、电流镜和误差放大器。
电流镜为误差放大器提供电流源，电流镜由带隙基准电路提供偏置电流；误差放大器为电流型放大器，采样电阻串R31、R32将双模式稳压电路的输出电压分压后输出到误差放大器的差分输入端，误差放大器将分压后的电压与所述带隙基准电路提供的基准电压进行比较，输出放大的误差电压到限流模式调整驱动管的栅极以及恒流模式调整管的栅极。
当双模式稳压电路为限流模式时，限流模式调整管到地通路被恒流限流切换管切断；误差放大器输出信号到限流模式调整管的栅极，以驱动限流模式调整管，当负载电流大于限流电路限流值IMAX时，流过限流模式调整管的电流为限流电路限流值IMAX，电流差值部分由储能电容提供；当双模式稳压电路为恒流模式时，限流模式调整管到地通路接通，总线供电电流为恒流。
本发明所述的可恒限流切换的二总线供电线性稳压器及双模式稳压电路的有益效果是：增加了第一级降压整流电路，并对误差放大器、带隙基准电路采用自供电方式，对电源上方波跳变有较强的抑制能力，输出电源抑制比高；通过限流电路，与双模式稳压电路配合，使其总线取电方式具恒流与限流双模式，恒流模式总线背景电流波动最小，限流模式稳压器功耗最低，并且均可通过控制端关闭限流电路的电流开关，将总线取电电流对回码电流的干扰降低到最低。通过该发明，可有效减小所需回码电流的大小，增加双总线的探测器数量和布线长度，并使输出电压具有较小的总线干扰；本发明可广泛应用在消防，仪表，传感器，工业控制等领域。
附图说明
图1是传统二总线线性稳压器结构原理图。
图2是本发明所述的可恒限流切换的二总线供电线性稳压器的电路结构框图。
图3是本发明所述的预降压电路的电路原理图。
图4是本发明所述的限流电路的电路原理图。
图5是本发明所述的双模式稳压电路的电路原理图。
图6是本发明所述的稳压器上电输出曲线。
图7是本发明所述的预降压电路的功能仿真曲线。
图8是本发明所述的限流电路中电流开关的功能仿真曲线。
图9是本发明所述的恒流模式负载瞬变仿真曲线。
图10是本发明所述的限流模式负载瞬变仿真曲线。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
参见图1至图5，一种可恒限流切换的二总线供电线性稳压器，包括预降压电路1、限流电路2、双模式稳压电路3和带隙基准电路4。
预降压电路1的输出端VP同时连接到限流电路2的电源端与双模式稳压电路3的电源端；限流电路2的电流偏置输入端IB2连接带隙基准电路4的偏置电流输出二端，限流电路2的电流开关控制端SW接收来自外部控制器的开关控制信号，限流电路2的启动电流输出端ISTART连接双模式稳压电路3的启动电流输入端，限流电路2的限流输出端ILIM连接双模式稳压电路3的限流输入端；双模式稳压电路3的电压基准输入端VB连接带隙基准电路4的电压基准输出端，双模式稳压电路3的电流偏置输入端IB1连接带隙基准电路4的偏置电流输出一端，双模式稳压电路3的模式控制端CTR接收来自外部控制器的模式控制信号，双模式稳压电路3的电压输出端AVDD连接带隙基准电路4的电源端。
所述预降压电路1将交流总线电压进行整流和降压处理，输出到限流电路2与双模式稳压电路3；预降压电路通过内部整流电路将交流总线电压整流为稳定的直流电压，并经过内部限压电路将高压直流电压降为较低电压，并通过VP端口输出。
所述限流电路2受外部控制器的开关控制信号的控制，输出启动电流到双模式稳压电路3，以控制双模式稳压电路3启动，并通过拷贝所述带隙基准电路4的电流，限制双模式稳压电路3向负载供电的电流；以控制总线上的背景电流。
所述双模式稳压电路3接收来自外部控制器的模式控制信号，控制该二总线供电线性稳压器在恒流和限流模式之间进行切换；接收所述限流电路2的启动电流信号和限制电流信号，同时接收所述带隙基准电路4提供的偏置电流和基准电压，输出稳定电压到负载和为所述带隙基准电路4提供工作电压。
所述带隙基准电路4用于为双模式稳压电路3提供基准电压和偏置电流，同时为所述限流电路2提供电流信号。
本发明的工作原理是：高压总线电压输入到预降压电路LNP端口，由于二总线既为供电线又为数据通信线，其电压包含交流成分，有高、中、低电平，预降压电路通过内部整流电路结构将交流总线电压整流为稳定的直流电压，并经过限压电路结构将高压直流电压降为较低电压，并通过VP端口输出。该电路为第一级降压整流电路，可提供一定电源抑制能力，并使用最高耐压MOS管，可有效滤除总线上电压尖峰与浪涌，有效保护后级电路的安全。
限流电路为线性稳压器提供充电限制功能。由于芯片向总线的回码是通过回电流的方式完成，而芯片内部控制电路消耗瞬时电流是跳变的，限流电路通过限制总线向芯片的充电电流来控制总线上的背景电流，以保证通信的稳定。该限流电路内部为PMOS组成的电流镜，可以精确拷贝带隙基准提供的电流基准，实现精确限流。带有电流开关控制，在芯片回码时提供一个控制端，可以通过该端口关闭电流镜，切断总线向芯片的供电，此时可以将回码时总线的背景电流降低至最小，但需储能电容可保证内部电路正常工作的时长范围内。此外，在电路刚上电后，AVDD电压很低，带隙基准不工作，此时限流电路可提供启动电流，输入到该单元电流镜并打开双模式稳压电路的调整管，以消除上电时的异常兼并态，保证电路可靠启动。
在具体实施例中，所述限流电路2包括分压电路、参考电流镜拷贝电路、启动电流镜拷贝电路、钳位管NM28、电流镜开关电路和限流电流镜。
所述分压电路将预降压电路1的输出电压进行分压后，为钳位管NM28提供栅极电压。
当电路处于上电过程中，启动电流镜拷贝电路为限流电流镜提供输入电流；并同时为双模式稳压电路提供启动电流；当双模式稳压电路3的输出电压达到带隙基准电路4工作电压后，参考电流镜拷贝电路接收带隙基准电路4输出的偏置电流，关闭启动电流镜拷贝电路，并为限流电流镜提供输入电流；当限流电路2的电流开关控制端SW接收到来自外部控制器的开关控制信号时，关闭限流电流镜。
所述分压电路由第一、第二分压电阻R21、R22构成，参考电流镜拷贝电路包括NMOS管NM21、NM22、NM23、NM24，启动电流镜拷贝电路包括NMOS管NM25、NM26、NM27，钳位管NM28，电流镜开关电路包括NMOS管NM29、R23、PM22，限流电流镜包括PMOS管PM21、PM23。
预降压电路1的输出端VP接第一分压电阻R21的正端、PMOS管PM21的源极、电阻R23的正端、PMOS管PM22的源极、PMOS管PM23的源极，电阻R21的负端接NMOS管NM28的栅极、电阻R22的正端，电阻R22的负端接NMOS管NM26的栅漏、NMOS管NM27的栅极、NMOS管NM25的栅极、NMOS管NM24的漏极，NMOS管NM26源极接地，NMOS管NM27的漏极为ISTA电阻RT输出端，NMOS管NM27源极接地，NMOS管NM24源极接地，PMOS管PM21的栅漏接PMOS管PM22的漏极、PMOS管PM23的栅极、NMOS管NM28的漏极，NMOS管NM28的源极接NMOS管NM25的漏极、NMOS管NM23的漏极，NMOS管NM25的源极接地，NMOS管NM23的源极接地，电阻R23的负端接PMOS管PM22的栅极、NMOS管NM29的漏极，NMOS管NM29的栅极接控制端口SW，NMOS管NM29的源极接NMOS管NM22的漏极，NMOS管NM22的源极接地，PMOS管PM23的漏极接输出端口ILIM，NMOS管NM21的栅漏接电流输入端口IB2、NMOS管NM22的栅极、NMOS管NM23的栅极、NMOS管NM24的栅极，NMOS管NM21的源极接地。
所述双模式稳压电路包括储能电容C31、恒流模式调整管PM38，恒流限流切换管NM38，恒流模式启动辅助管NM37，限流模式调整管PM31和限流模式调整驱动管NM39。
预降压电路的输出端通过偏置电阻R33接限流模式调整管PM31的栅极，限流模式调整管PM31的栅极通过电阻R34接启动电流输出端ISTART和限流模式调整驱动管NM39的漏极；限流模式调整驱动管NM39的源极接地，限流模式调整驱动管NM39的栅极接误差放大器的输出端以及恒流模式调整管PM38的栅极。
限流模式调整管PM31的源极接限流电路2的限流输出端ILIM，限流模式调整管PM31的漏极接输出端AVDD、恒流模式调整管PM38的源极和储能电容C31的正极板，储能电容C31负极板接地。
恒流模式调整管PM38的漏极接恒流限流切换管NM38的漏极，恒流限流切换管NM38的栅极接模式控制端CTR，恒流限流切换管NM38的源极接恒流模式启动辅助管NM37的栅极、漏极，恒流模式启动辅助管NM37的源极接地。
所述双模式稳压电路还包括采样电阻串R31、R32，电流镜NM31、NM32，误差放大器PM34、PM35、NM33、NM34、NM35、NM36、PM36、PM37；采样电阻串由电阻R31、R32构成，电流镜包括NMOS管NM31、NM32，误差放大器包括PMOS管PM34、PM35、PM36、PM37和NMOS管NM33、NM34、NM35、NM36。
电流镜为误差放大器提供电流源，电流镜由带隙基准电路4提供偏置电流；误差放大器为电流型放大器，采样电阻串R31、R32将双模式稳压电路的输出电压分压后输出到误差放大器的差分输入端，误差放大器将分压后的电压与所述带隙基准电路4提供的基准电压进行比较，输出放大的误差电压到限流模式调整驱动管NM39的栅极以及恒流模式调整管PM38的栅极。
当双模式稳压电路3为限流模式时，限流模式调整管PM38到地通路被恒流限流切换管NM38切断；误差放大器输出信号到限流模式调整管NM39的栅极，以驱动限流模式调整管，当负载电流大于限流电路限流值IMAX时，流过限流模式调整管PM31的电流为限流电路限流值IMAX，电流差值部分由储能电容C31提供；当双模式稳压电路3为恒流模式时，限流模式调整管PM38到地通路接通，总线供电电流为恒流。
在具体实施例中，预降压电路输出端接电阻R33正端，电阻R33负端接电阻R34正端、D33阴极、限流模式调整管PM31栅极，电阻R34负端接启动电流ISTA RT输入端口、限流模式调整驱动管NM39漏极，限流模式调整驱动管NM39源极接地，限流模式调整驱动管NM39栅极接PMOS管PM37漏极、恒流模式调整管PM38栅极、C32上极板、NMOS管NM36漏极，限流电路的限制电流ILIM输出端接D31阳极、限流模式调整管PM31源极，D31阴极接D32阳极，D32阴极接D33阳极，限流模式调整管PM31漏极接输出端AVDD、恒流模式调整管PM38源极、PMOS管PM37源极、PMOS管PM36源极、PMOS管PM3源极、PMOS管PM32源极、电阻R31正端、C31上极板，恒流模式调整管PM38漏极接恒流限流切换管NM38漏极，恒流限流切换管NM38栅极接控制端CT R，恒流限流切换管NM38源极接恒流模式启动辅助管NM37栅漏，恒流模式启动辅助管NM37源极接地，PMOS管PM37栅极接PMOS管PM36栅漏、NMOS管NM35漏极，NMOS管NM36栅极接C32负极板、PMOS管PM35漏极、NMOS管NM34栅漏，NMOS管NM36源极接地，NMOS管NM35栅极接PMOS管PM34漏极、NMOS管NM33栅漏，NMOS管NM35源极接地，PMOS管PM3栅极接PMOS管PM32栅漏、NMOS管NM32漏极，PMOS管PM3漏极接PMOS管PM34源极、PMOS管PM35源极，PMOS管PM35栅极接端口VB，NMOS管NM34源极接地，PMOS管PM34栅极接电阻R31负端与电阻R32正端，NMOS管NM33源极接地，电阻R32负端接地，NMOS管NM32栅极接NMOS管NM31栅漏、端口IB31，NMOS管NM31源极接地。
所述预降压电路包括第一储能电容C1、第一限流电阻R1、限压PMOS管串、限压PMOS管PM6，钳位NMOS管NM1。
在总线电压为高电平时，对第一储能电容C1充电；限压PMOS管串与第一限流电阻R1串联连接，连接节点与连接限压PMOS管PM6的栅极连接，限压PMOS管PM6的漏极接地，限压PMOS管PM6的源极与钳位NMOS管NM1的栅极连接，并通过第二限流电阻R2接第一储能电容C1的正极；钳位NMOS管NM1的漏极通过第三限流电阻R3接第一储能电容C1的正极，钳位NMOS管NM1的源极为预降压电路1的输出端VP。
限压PMOS管串由若干个采用二极管连接方式的PMOS管PM1～PM5构成；限压PMOS管串的负极接地，第一限流电阻R1连接第一储能电容C1的正极。
在具体实施例中，预降压电路的防反二极管DIO1的阳极为总线高压端口输入端LNP，阴极连接限流电阻R4，R4另一端接储能电容C1，当总线电压为方波输入时，在总线电压为高电平时，对储能电容充电，R4可限制总线电压翻转时对C1的充电电流，而C1上可得到较稳定的直流高压电压HV，VHV＝VLNP-0.7V。R1为限流电阻，它一端连接到整流后高压HV，另一端连接限压PMOS管PM5的源极，以及限压PMOS管PM6的栅极。限压PMOS管串PM1、PM2、PM3、PM4、PM5为二极管连接方式，电压驱动能力较小，其尺寸相同，VGS电压也相同，其电流由R1确定。PM6的源级接限流电阻R2，以及钳位高压NMOS的栅极，PM6管选用较大尺寸高压PMOS管，具有一定电压驱动能力，电流由限流电阻R2确定。高压NMOS管的漏极连接限流电阻R3，源级输出降压后电压VP，输出电压VP＝5*VGSPM1+VGSPM6-VGSNM1。该电路能提供初步的电源抑制能力，对总线过冲与浪涌有一定对抗作用。
所述双模式稳压电路包括储能电容C31、恒流模式调整管PM38，恒流限流切换管NM38，恒流模式启动辅助管NM37，限流模式调整管PM31和限流模式调整驱动管NM39。
预降压电路的输出端通过偏置电阻R33接限流模式调整管PM31的栅极，限流模式调整管PM31的栅极通过电阻R34接启动电流ISTART输出端和限流模式调整驱动管NM39的漏极；限流模式调整驱动管NM39的源极接地，限流模式调整驱动管NM39的栅极接误差放大器的输出端以及恒流模式调整管PM38的栅极。
限流模式调整管PM31的源极接限流电路2的限流输出端ILIM，限流输出端流出的电流为ILIM；限流模式调整管PM31的漏极接输出端AVDD、恒流模式调整管PM38的源极和储能电容C31的正极板，储能电容C31负极板接地。
恒流模式调整管PM38的漏极接恒流限流切换管NM38的漏极，恒流限流切换管NM38的栅极接模式控制端CTR，恒流限流切换管NM38的源极接恒流模式启动辅助管NM37的栅极、漏极，恒流模式启动辅助管NM37的源极接地。
所述双模式稳压电路还包括采样电阻串、电流镜、误差放大器；采样电阻串由电阻R31、R32构成，电流镜包括NMOS管NM31、NM32，误差放大器包括PMOS管PM34、PM35、PM36、PM37和NMOS管NM33、NM34、NM35、NM36。
电流镜为误差放大器提供电流源，电流镜由带隙基准电路4提供偏置电流；误差放大器为电流型放大器，采样电阻串R31、R32将双模式稳压电路的输出电压分压后输出到误差放大器的差分输入端，误差放大器将分压后的电压与所述带隙基准电路4提供的基准电压进行比较，输出放大的误差电压到限流模式调整驱动管NM39的栅极以及恒流模式调整管PM38的栅极。
当双模式稳压电路3为限流模式时，限流模式调整管PM38到地通路被恒流限流切换管NM38切断；误差放大器输出信号到限流模式调整管NM39的栅极，以驱动限流模式调整管，当负载电流大于限流电路限流值IMAX时，流过限流模式调整管PM31的电流为限流电路限流值IMAX，电流差值部分由储能电容C31提供；当双模式稳压电路3为恒流模式时，限流模式调整管PM38到地通路接通，总线供电电流为恒流。
本发明双模式稳压电路3在电路处于限流模式时，可将芯片功耗降低到最低，总线供电电流不大于限流电路设置值；而处于恒流模式时，芯片功耗升高，但总线供电电流恒定为限流电路设置值，总线电流不会有突变，背景电流跳变小。当芯片处于高功耗工作时，芯片消耗电流跳变大，为了得到干净的背景电流，可切换到恒流模式；当芯片处于休眠时，芯片消耗电流跳变小，为了降低功耗，可切换到限流模式。
在上述功能的作用下，通过切换恒流、限流两种模式，并合理配合电流开关，能有效地降低和管理二总线供电时总线上的背景电流，既能保证稳压器输出电压能满足后级电路的工作电压需求，又能保证二总线通信的稳定可靠，以适应各种极端的工作环境与应用需求。
双模式稳压电路具体实施方式为：
电流镜NM31、NM32、PM32、PM33为误差放大器提供电流源，电流镜输入管NM31电流来自带隙基准电路。误差放大器为电流型放大器，采用自供电型式，即稳压器输出给误差放大器供电，以获得卓越的电源抑制能力。R31与R32为输出电压采样电阻，将AVDD电压分压输入到误差放大器差分对管PM34的栅极，与带隙电压输入VB比较后，在误差放大器输出端PM37与NM36的漏极输出放大的误差电压。当CTR端口输入低电平时，为限流模式，此时限流调整管PM38到地通路被NM38切断。误差放大器输出输入到NM39、R33、R34组成的单级放大器，再驱动限流模式调整管PM31。在R31、R32检测AVDD电压到PM31调整流过它的电流再到调整AVDD电压，为负反馈环路，得到的AVDD电压为，此时当负载电流小于限流电路设置的限流值IMAX时，流过限流调整管PM31的电流为ILOAD，当负载电流大于限流电路限流值IMAX时，流过调整管PM31的电流为限流电路限流值IMAX，电流差值部分由储能电容C31提供。当CTR端口输入高电平时，为恒流模式，此时PM38到地通路接通，由于PM38的钳位作用，误差放大器输出在闭环作用下将上升到VAVDD-VGSPM38，该电压将高于维持NM39饱和所需的VGSNM39，NM39将进入深线性区。这时PM31管将完全打开，也将进入线性区，流过PM31的电流由上一级限流电路决定，即为所设置的限流值IMAX，此时总线供电电流恒定为限流值，设AVDD负载电流为ILOAD，调整管PM39流过的电流由于负反馈环路作用IPM39＝IMAX-ILOAD，所得到的AVDD电压由于负反馈特性也为。该稳压电路需要启动功能，在上电后AVDD电压较低，误差放大器与带隙基准电路不工作，限流电路会输入启动电流ISTART，该电流流过R33产生压差打开PM31管，稳压电路将开环工作，以IMAX电流对AVDD储能电容C31充电，直到误差放大器与带隙基准电路工作，ISTART无输出，稳压电路进入闭环工作。NM37为启动辅助管，其作用为在恒流模式启动过程中，AVDD电压如果小于其开启电压，PM38调整管不会有调节作用，避免AVDD电压锁死在异常兼并态上。储能电容C31的作用为当限流电路SW端口为高电平关闭供电通路时，或者IMAX小于ILOAD时，C31放电为负载供电。但是需注意SW控制电流持续关闭时间不能太长，且限流值IMAX需大于负载电流的平均值，以此保证AVDD电压大于负载最低工作电压。
现结合仿真曲线来描述本发明的功能与特性：
附图6为上电稳压器的上电输出AVDD的建立曲线，在0～4ms时间内为启动电流提供限流电路输入，待电压上升到1.7V后，带隙基准电路工作，限流电路输入变为带隙基准提供，AVDD电压继续上升到5V后，保持稳定，上电结束。
附图7为预降压电路的功能仿真曲线，图中LNP电压为方波输入，模拟二总线的发码阶段，结果预降压电路的整流与降压，其输出VP为一条稳定的曲线，以供后级稳压电路使用。
附图8为电流开关功能仿真曲线，当需要将总线背景电流降低至最小时，SW控制端置高，如图中所示，此时限流电路输出电流降低到最小，图中标出为5uA，此时总线LNP输出电流由于预降压电路电容滤波作用，持续降低。此外由于切断了AVDD的充电通路，AVDD电压有所降低。
附图9为恒流模式负载瞬变仿真曲线，限流IMAX＝1mA，当负载电流ILOAD有较大电流脉冲时6.5mA，限流电路输出保持恒定为IMAX，LNP输出电流保持恒定为IMAX，AVDD供电不足电流靠储能电容提供，AVDD电压有略微波动。
附图10为限流模式负载瞬变仿真曲线，限流IMAX＝1mA，当负载电流小于限流值时，LNP供电电流与负载电流相当，当负载电流ILOAD有较大电流脉冲时(6.5mA)，限流电路输出被限制为设定值IMAX，LNP输出电流逐渐上升，但其最大值小于限流电路设置值IMAX，总线供电不足电流靠储能电容提供，AVDD电压有略微波动。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种可恒限流切换的二总线供电线性稳压器，包括预降压电路(1)、限流电路(2)、双模式稳压电路(3)和带隙基准电路(4)；其特征在于：
预降压电路(1)的输出端(VP)同时连接到限流电路(2)的电源端与双模式稳压电路(3)的电源端；限流电路(2)的电流偏置输入端(IB2)连接带隙基准电路(4)的偏置电流输出二端，限流电路(2)的电流开关控制端(SW)接收来自外部控制器的开关控制信号，限流电路(2)的启动电流输出端连接双模式稳压电路(3)的启动电流输入端，限流电路(2)的限流输出端连接双模式稳压电路(3)的限流输入端；双模式稳压电路(3)的电压基准输入端(VB)连接带隙基准电路(4)的电压基准输出端，双模式稳压电路(3)的电流偏置输入端(IB1)连接带隙基准电路(4)的偏置电流输出一端，双模式稳压电路(3)的模式控制端(CTR)接收来自外部控制器的模式控制信号，双模式稳压电路(3)的电压输出端(AVDD)连接带隙基准电路(4)的电源端；
所述预降压电路(1)将交流总线电压进行整流和降压处理，输出到限流电路(2)与双模式稳压电路(3)；
所述限流电路(2)受外部控制器的开关控制信号的控制，输出启动电流到双模式稳压电路(3)，以控制双模式稳压电路(3)启动，并通过拷贝所述带隙基准电路(4)的电流，限制双模式稳压电路(3)向负载供电的电流，以控制总线上的背景电流；
所述双模式稳压电路(3)接收来自外部控制器的模式控制信号，控制该二总线供电线性稳压器在恒流和限流模式之间进行切换；接收所述限流电路(2)的启动电流信号和限制电流信号，同时接收所述带隙基准电路(4)提供的偏置电流和基准电压，输出稳定电压到负载和为所述带隙基准电路(4)提供工作电压；
所述带隙基准电路(4)用于为双模式稳压电路(3)提供基准电压和偏置电流，同时为所述限流电路(2)提供电流信号。
2.根据权利要求1所述的可恒限流切换的二总线供电线性稳压器，其特征在于：所述限流电路(2)包括分压电路、参考电流镜拷贝电路、启动电流镜拷贝电路、钳位管(NM28)、电流镜开关电路和限流电流镜；
所述分压电路将预降压电路(1)的输出电压进行分压后，为钳位管(NM28)提供栅极电压；
当电路处于上电过程中，启动电流镜拷贝电路为限流电流镜提供输入电流；并同时为双模式稳压电路提供启动电流；当双模式稳压电路(3)的输出电压达到带隙基准电路(4)工作电压后，参考电流镜拷贝电路接收带隙基准电路(4)输出的偏置电流，关闭启动电流镜拷贝电路，并为限流电流镜提供输入电流；当限流电路(2)的电流开关控制端(SW)接收到来自外部控制器的开关控制信号时，关闭限流电流镜。
3.根据权利要求2所述的可恒限流切换的二总线供电线性稳压器，其特征在于：所述分压电路由第一、第二分压电阻(R21、R22)构成，参考电流镜拷贝电路包括NMOS管NM21、NM22、NM23、NM24，启动电流镜拷贝电路包括NMOS管NM25、NM26、NM27，电流镜开关电路包括NMOS管NM29、R23、PM22，限流电流镜包括PMOS管PM21、PM23；
预降压电路(1)的输出端(VP)接第一分压电阻R21的正端、PMOS管PM21的源极、电阻R23的正端、PMOS管PM22的源极、PMOS管PM23的源极，电阻R21的负端接NMOS管NM28的栅极、电阻R22的正端，电阻R22的负端接NMOS管NM26的栅漏、NMOS管NM27的栅极、NMOS管NM25的栅极、NMOS管NM24的漏极，NMOS管NM26源极接地，NMOS管NM27的漏极为启动电流ISTA RT输出端，NMOS管NM27源极接地，NMOS管NM24源极接地，PMOS管PM21的栅漏接PMOS管PM22的漏极、PMOS管PM23的栅极、NMOS管NM28的漏极，NMOS管NM28的源极接NMOS管NM25的漏极、NMOS管NM23的漏极，NMOS管NM25的源极接地，NMOS管NM23的源极接地，电阻R23的负端接PMOS管PM22的栅极、NMOS管NM29的漏极，NMOS管NM29的栅极接控制端口SW，NMOS管NM29的源极接NMOS管NM22的漏极，NMOS管NM22的源极接地，PMOS管PM23的漏极接输出端口ILIM，NMOS管NM21的栅漏接电流输入端口IB2、NMOS管NM22的栅极、NMOS管NM23的栅极、NMOS管NM24的栅极，NMOS管NM21的源极接地。
4.根据权利要求1所述的可恒限流切换的二总线供电线性稳压器，其特征在于：所述双模式稳压电路包括储能电容(C31)、恒流模式调整管(PM38)，恒流限流切换管(NM38)，恒流模式启动辅助管(NM37)，限流模式调整管(PM31)和限流模式调整驱动管(NM39)；
预降压电路的输出端通过偏置电阻(R33)接限流模式调整管(PM31)的栅极，限流模式调整管(PM31)的栅极通过电阻(R34)接启动电流ISTART输出端和限流模式调整驱动管(NM39)的漏极；限流模式调整驱动管(NM39)的源极接地，限流模式调整驱动管(NM39)的栅极接误差放大器的输出端以及恒流模式调整管(PM38)的栅极；
限流模式调整管(PM31)的源极接限流电路(2)的限流输出端(ILIM)，限流模式调整管(PM31)的漏极接输出端(AVDD)、恒流模式调整管(PM38)的源极和储能电容(C31)的正极板，储能电容(C31)负极板接地；
恒流模式调整管(PM38)的漏极接恒流限流切换管(NM38)的漏极，恒流限流切换管(NM38)的栅极接模式控制端(CTR)，恒流限流切换管(NM38)的源极接恒流模式启动辅助管(NM37)的栅极、漏极，恒流模式启动辅助管(NM37)的源极接地。
5.根据权利要求1所述的可恒限流切换的二总线供电线性稳压器，其特征在于：所述预降压电路包括第一储能电容(C1)、第一限流电阻(R1)、限压PMOS管串、限压PMOS管(PM6)，钳位NMOS管(NM1)；
在总线电压为高电平时，对第一储能电容(C1)充电；限压PMOS管串与第一限流电阻(R1)串联连接，连接节点与连接限压PMOS管(PM6)的栅极连接，限压PMOS管(PM6)的漏极接地，限压PMOS管(PM6)的源极与钳位NMOS管(NM1)的栅极连接，并通过第二限流电阻(R2)接第一储能电容(C1)的正极；钳位NMOS管(NM1)的漏极通过第三限流电阻(R3)接第一储能电容(C1)的正极，钳位NMOS管(NM1)的源极为预降压电路(1)的输出端(VP)；
限压PMOS管串由若干个采用二极管连接方式的PMOS管构成；限压PMOS管串的负极接地，第一限流电阻(R1)连接第一储能电容(C1)的正极。
6.一种构成可恒限流切换的二总线供电线性稳压器的双模式稳压电路，其特征在于：所述双模式稳压电路包括储能电容(C31)、恒流模式调整管(PM38)，恒流限流切换管(NM38)，恒流模式启动辅助管(NM37)，限流模式调整管(PM31)和限流模式调整驱动管(NM39)；
预降压电路的输出端通过偏置电阻(R33)接限流模式调整管(PM31)的栅极，限流模式调整管(PM31)的栅极通过电阻(R34)接启动电流输出端(ISTART)和限流模式调整驱动管(NM39)的漏极；限流模式调整驱动管(NM39)的源极接地，限流模式调整驱动管(NM39)的栅极接误差放大器的输出端以及恒流模式调整管(PM38)的栅极；
限流模式调整管(PM31)的源极接限流电路(2)的限流输出端(ILIM)，限流模式调整管(PM31)的漏极接输出端(AVDD)、恒流模式调整管(PM38)的源极和储能电容(C31)的正极板，储能电容(C31)负极板接地；
恒流模式调整管(PM38)的漏极接恒流限流切换管(NM38)的漏极，恒流限流切换管(NM38)的栅极接模式控制端(CTR)，恒流限流切换管(NM38)的源极接恒流模式启动辅助管(NM37)的栅极、漏极，恒流模式启动辅助管(NM37)的源极接地。
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