CN112379718A - 线性稳压器、电子设备及线性稳压器折返限流的方法 - Google Patents

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CN112379718A CN202011331205.XA CN202011331205A CN112379718A CN 112379718 A CN112379718 A CN 112379718A CN 202011331205 A CN202011331205 A CN 202011331205A CN 112379718 A CN112379718 A CN 112379718A
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刘珍超
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Wuxi Aiwei Integrated Circuit Technology Co Ltd
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Wuxi Aiwei Integrated Circuit Technology Co Ltd
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    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
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Abstract

本申请公开一种线性稳压器、电子设备及线性稳压器的折返限流方法，所述线性稳压器包括误差放大模块，用于对参考电压和采样电压进行误差放大，并输出误差放大信号，所述采样电压采样自线性稳压器的输出电压；输出模块，连接至误差放大模块的输出端，用于根据误差放大信号输出所述输出电压，采样电压采样自输出电压；折返限流模块，连接至误差放大模块的输出端以及输出电压的输出端，用于根据输出电压向误差放大模块的输出端施加限流信号，以调整误差放大信号，将负载电流限制在限流阈值以下。

Description

线性稳压器、电子设备及线性稳压器折返限流的方法
技术领域
本申请涉及电源电路技术领域，具体涉及一种线性稳压器、电子设备及线性稳压器折返限流的方法。
背景技术
限流电路是电源产品中很重要的一个保护模块，可以起到过流保护的作用。很多具有较大输出驱动能力的产品中都有过流保护的需求，具有限流电路，例如开关电源(DC-DC)、线性稳压电源(LDO)、带限流的负载开关(LOAD SWITCH)等。
带限流功能的电路能够减少限流情况下自身产生的功率，但减少的幅度有限，当该功率大于热耗散功率时，就存在热损伤的风险，尤其在输出发生短路的时候，输入电源端至输出端有较大的功率到地，在没有热保护模块的情况下，电源产品非常容易热损伤。
发明内容
鉴于此，本申请提供一种线性稳压器、电子设备及线性稳压器折返限流的方法。
本申请提供的一种线性稳压器，包括：
误差放大模块，用于对参考电压和采样电压进行误差放大，并输出误差放大信号，所述采样电压采样自线性稳压器的输出电压；
输出模块，连接至所述误差放大模块的输出端，包括功率管，所述输出模块用于根据所述误差放大信号输出所述输出电压；
折返限流模块，连接至所述误差放大模块的输出端以及所述输出模块的输出端，用于根据所述负载电流和所述输出电压向所述误差放大模块的输出端施加限流信号，以减小流经所述功率管的源漏电流，包括：
在所述负载电流大于预设电流时，提供第一限流信号，以将所述源漏电流限制在第一限流阈值以下；在所述源漏电流被限制在第一限流阈值以下，且所述输出电压小于等于预设电压时，继续提供第二限流信号，以将所述源漏电流限制在第二限流阈值以下，且所述第一限流阈值大于所述第二限流阈值。
可选的，所述折返限流模块包括：
采样子模块，连接至所述输出模块的输出端，用于获取采样电流，所述采样电流采样自所述负载电流；
调整子模块，连接至所述采样子模块，并连接至所述误差放大模块的输出端和所述输出模块的输出端，用于在所述输出电压和采样电流的控制下向所述误差放大模块的输出端输出对应的第一限流信号或第二限流信号。
可选的，所述调整子模块包括：
分流单元，一端连接至所述采样子模块，用于根据输出电压对所述采样电流进行分流，以改变流入至所述调整单元的调节电流的大小；
调整单元，一端连接至所述误差放大模块的输出端，一端连接至所述采样子模块，用于根据所述调节电流的大小，向所述误差放大模块的输出端输出对应的所述第一限流信号或第二限流信号。
可选的，所述调整单元包括：
第一电阻，连接于所述采样子模块的输出端和地之间，用于将流入至所述调整单元的调节电流转换为控制电压；
反馈管，漏极连接所述误差放大模块的输出端，源极接地，栅极连接至所述第一电阻与所述采样子模块；
所述反馈管用于根据不同的控制电压提供第一限流信号或第二限流信号，下拉所述误差放大信号。
可选的，所述分流单元包括：
分流子单元，连接至所述采样子模块，用于对所述采样子模块输出的采样电流分流，以改变流入至所述调整单元的调节电流的大小；
开关子单元，连接于所述采样子模块与所述分流子单元之间，且一端连接至所述输出模块的输出端，用于根据所述输出电压控制所述分流子单元与所述采样子模块之间的断开和连通状态，包括：
在所述输出电压大于所述预设电流时，所述开关子单元导通，将所述分流子单元连通至所述采样子模块，以及，在所述输出电压小于等于预设电压，并大于等于第三预设值时，所述开关子单元断路，将所述分流子单元和所述采样子模块之间的连接断开。
可选的，所述分流子单元包括：第一电流源，具有连接至所述采样子模块的第一端，以及接地的第二端，且所述第一电流源提供的电流的方向为从所述第二端流向所述第一端。
可选的，所述开关子单元包括：
开关晶体管，源极连接至所述采样子模块，漏极接地；
开关控制电路，包括：
第二电阻，一端连接至所述输出模块的输出端；
第二电流源，第一端连接至所述第一电阻，第二端接地；
所述第二电流源与所述第一电阻的连接点作为输出端，连接到所述开关晶体管的栅极，所述第二电流源的电流方向为从所述第二端流向所述第一端；
所述开关控制电路用于在所述输出电压小于等于所述预设电压，且大于等于所述第三预设值时提供关断电平，关断所述开关晶体管。
可选的，所述采样子模块包括：
镜像电流单元，用于获取所述负载电流，且所述镜像电流单元包括栅极相互连接的所述功率管以及镜像电流管，且所述功率管以及镜像电流管的源极均接收输入电压；
电流采样单元，具有两个输入端，分别连接至所述镜像电流管的漏极，以及所述功率管的漏极，用于获取所述负载电流，并输出所述采样电流。
可选的，所述电流采样单元包括：
第一PMOS管和第二PMOS管，通过栅极相互连接，源极分别作为所述采样子模块的两个输入端，分别连接至所述功率管的漏极以及所述镜像电流管的漏极，所述第一PMOS管的漏极和栅极相连接；
第一NMOS管和第二NMOS管，通过栅极相互连接，漏极分别连接至所述第一PMOS管和第二PMOS管的漏极，源极均接地，且第二NMOS管的源极和栅极相连接；
电流采集管，栅极与所述第一PMOS管的栅极相连接，源极连接至所述镜像电流管的漏极，漏极连接至所述调整子模块和分流单元，用于向所述调整子模块和分流单元输出所述采样电流。
可选的，所述输出模块还包括：负缓冲模块，连接于所述误差放大模块的输出端与所述功率管的栅极之间，并设置在所述误差放大模块的输出端与折返限流模块的连接点之后，用于对被调整后的误差放大信号做反相放大；所述功率管的漏极作为所述输出模块的输出端，并通过串联的两个电阻接地，从所述两个电阻的连接点输出所述采样电压。
可选的，所述输出模块还包括：
电压采样单元，包括第一采样电阻和第二采样电阻，其中所述第一采样电阻的第一端连接至所述功率管的漏极，第二端连接至所述第二采样电阻的第一端，所述第二采样电阻的第二端接地，所述采样电压从所述第一采样电阻以及第二采样电阻的连接点输出。
本申请还提供了一种线性稳压器折返限流的方法，所述线性稳压器通过功率管输出一输出电压以驱动外接负载，包括以下步骤：
提供参考电压，并对所述参考电压和采样电压进行误差放大，获取误差放大信号，所述误差放大信号用于调整所述输出电压，所述采样电压采样自所述输出电压；
在所述负载电流大于预设电流时，向所述误差放大信号的输出端提供第一限流信号，以将所述功率管的源漏极之间的源漏电流流调整至第一限流阈值以下；
在所述源漏电流调整至第一限流阈值以下，且所述输出电压小于等于预设电压时，向所述误差放大信号提供第二限流信号，进一步将所述源漏电流调整至第二限流阈值以下；
所述第一限流阈值大于第二限流阈值。
可选的，所述第一限流信号和所述第二限流信号的提供方法包括：
获取所述负载电流和所述输出电压，并对所述负载电流进行采样，获取采样电流；
在所述负载电流大于预设电流时，对所述采样电流进行分流，并根据分流后剩余的采样电流输出所述第一限流信号；
在所述输出电压小于等于预设电压时，停止分流，根据所述采样电流输出所述第二限流信号。
可选的，所述第一限流信号和所述第二限流信号为提供至所述误差放大模块输出端与地之间的下拉电流。
本申请还提供了一种电子设备，包括所述的线性稳压器。
本申请的线性稳压器以及线性稳压器折返限流的方法，对采样电压与参考电压进行误差放大，并输出误差放大信号以对输出电压进行调节，还通过折返限流模块，根据负载电流和输出电压，依次输出第一限流信号和第二限流信号，通过所述第一限流信号将所述源漏电流限流至第一限流阈值以下，并且在第一限流阈值基础上进一步提供所述第二限流信号，进一步将所述源漏电流限流在第二限流阈值以下，实现源漏电流的折返限流，能够有效的防止线性稳压器发生热损伤，防止所述线性稳压器因为源漏电流过大而造成热毁损，提高线性稳压器的可靠性，并且结构简单，易于实现。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例的线性稳压器的结构示意图；
图2是本申请一实施例的线性稳压器的结构示意图；
图3是本发明一实施例的折返限流模块的结构示意图；
图4是本申请一实施例的折返限流模块的电路示意图；
图5是本申请一实施例的线性稳压器折返限流的方法的效果示意图；
图6是本申请一实施例的线性稳压器折返限流的方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
请参考图1，为本发明一实施例的线性稳压器的结构示意图。
在该实施例中，提供了一种线性稳压器，包括误差放大模块101、输出模块103和折返限流模块102。
所述误差放大模块101包括两个输入端，分别用于输入参考电压VREF和采样电压VFB。所述误差放大模块101用于对所述参考电压VREF和采样电压VFB的误差进行放大，输出误差放大信号Vlimit，以调节所述输出模块103输出的输出电压VOUT。所述采样电压VFB采样自所述输出模块103输出的输出电压VOUT。
所述输出模块103连接至所述误差放大模块101的输出端。所述输出模块103包括功率管，所述功率管的源极接收输入电压，所述输入电压包括电源电压等，所述功率管的漏极用于输出所述输出电压VOUT，栅极连接至所述误差放大模块101。
所述功率管的导通电阻受栅压影响，因此可以通过调节所述功率管的栅压，来改变所述功率管的导通电阻。所述功率管的导通电阻与所述功率管的源漏电流相关，所述源漏电流又与流向外接负载的负载电流IL相关，与所述源漏电流近似相等，因此，可以通过调节所述栅压，调节所述源漏电流，从而调节所述负载电流IL以及所述输出电压VOUT。
在该实施例中，通过所述折返限流模块102提供的第一限流信号W1和第二限流信号W2调整所述误差放大信号Vlimit，从而改变所述功率管的栅压，并进一步的改变所述源漏电流、所述负载电流IL和输出电压VOUT。
具体的，所述折返限流模块102一端连接至所述误差放大模块101的输出端，另一端连接至所述输出电压VOUT的输出端，用于根据所述输出电压VOUT以及负载电流IL向所述误差放大模块101的输出端施加所述第一限流信号W1和第二限流信号W2，对所述误差放大模块101的输出端输出的误差放大信号Vlimit进行调整，从而改变所述功率管的栅压，实现对所述源漏电流限流。
在所述负载电流IL过大时，所述源漏电流也较大，所述线性稳压器存在过热的风险，此时，可以通过向所述误差放大信号Vlimit施加第一限流信号W1来增大所述功率管的栅压，对所述线性稳压器进行初次限流，降低所述功率管的源漏电流至第一限流阈值，降低所述线性稳压器的过热风险。
随着初次限流过程中源漏电流被限流，所述输出电压VOUT也跟随减小。在所述输出电压VOUT小于等于所述预设电压时，触发所述折返限流模块102的折返限流模式，对所述线性稳压器进行二次限流。
此时，所述折返限流模块102向所述误差放大信号Vlimit继续施加第二限流信号W2，以进一步增大所述功率管的栅压，从而进一步的减小所述源漏电流，将所述源漏电流降低至所述第二限流阈值，所述第二限流阈值小于所述第一限流阈值，此时，可以实现源漏电流的折返，从以进一步的降低所述线性稳压器的过热风险。
在该实施例中，可以通过合理设置所述预设电压，来保证所述折返限流模式一定会发生。在一些实施例中，可将所述预设电压设置成小于等于所述第一限流阈值对应的第一输出电压VOUT。
该实施例中，由于设置有折返限流模块102，可以实现对功率管源漏电流的限流以及折返限流，因此可以减少所述线性稳压器在限流情况下自身产生的功率，避免该功率大于热耗散功率时存在的热损伤的风险，提高芯片自身的安全性而不用加入额外的保护模块。在输出发生短路的时候，能够阻止输入电源端至输出之间有较大的功率到地，提升了所述线性稳压器的瞬态短路的过热性能表现。
请参阅图2，为本申请一实施例中所述线性稳压器的结构示意图。
在该实施例中，所述误差放大模块101的正输入端连接所述采样电压VFB，负输入端连接至一带隙基准模块209，由所述带隙基准模块209为所述误差放大模块101提供参考电压VREF，并通过一个电压采样单元211采样所述输出电压VOUT，向所述误差放大模块101的正输入端提供采样电压VFB。
所述输出模块103中的功率管MP1的源极接收所述输入电压Vin，漏极输出所述输出电压VOUT，栅极连接所述误差放大模块101的输出端。
所述电压采样单元211包括第一采样电阻RF1以及第二采样电阻RF2，且所述第一采样电阻RF1的第一端连接至所述功率管MP1的漏极，第二端连接至所述第二采样电阻RF2的第一端，所述第二采样电阻RF2的第二端接地。所述采样电压VFB从所述第一采样电阻RF1以及第二采样电阻RF2的连接点输出。
在这里需要注意的是，所述电压采样单元211所在的线路对所述源漏电流有分流的作用，但所述电压采样单元211所在线路流经的电流很小，几乎可以忽略不计，所以认为源漏电流近似等于所述负载电流IL。
在该实施例中，所述输出模块103还包括滤波单元212，所述滤波单元212一端连接所述输出电压VOUT的输出端，另一端接地，且所述滤波单元212包括由滤波电阻Resr和电容CL所构成的RC滤波电路，所述滤波电阻Resr和电容CL依次连接，并通过所述滤波电阻Resr的第一端连接至所述功率管MP1的漏极，通过所述电容CL的下极板接地。
所述RC滤波电路可以对所述输出电压VOUT进行高频噪声的滤波，提高输出电压VOUT的信噪比，从而提高输出电压VOUT的稳定性。
所述输出模块103还包括负缓冲模块210，设置在所述误差放大模块101以及功率管的栅极之间，并设置在所述误差放大模块101的输出端与所述折返限流模块102的连接点之后。所述负缓冲模块210用于对误差放大信号Vlimit做反相放大，输出对应的控制电压Pgate给所述功率管MP1的栅极，从而改变所述功率管MP1的源漏极之间的等效电阻，控制所述源漏电流和输出电压VOUT。
请参阅图3，为图2所述的实施例中所述折返限流模块102的结构示意图。
在该实施例中，所述折返限流模块102包括相互连接的采样子模块202和调整子模块201。
所述采样子模块202用于采样所述负载电流IL，从而获取所述采样电流Is。
所述调整子模块201包括分流单元204和调整单元203，连接至所述采样子模块202以及所述输出电压VOUT的输出端，以分别获取所述输出电压VOUT和采样电流Is。所述调整子模块201还连接至所述误差放大模块101的输出端，用于根据所述输出电压VOUT和采样电流Is向所述误差放大模块101(此处可参阅图2)的输出端输出对应的第一限流信号W1或第二限流信号W2。
所述采样子模块202包括镜像电流单元206和电流采样单元205，所述电流采样单元205与所述分流单元204以及调整单元203相连接，所述镜像电流单元206包括功率管以及镜像电流管，所述电流采样单元205连接至所述镜像电流管以及所述输出电压VOUT的输出端，以获取所述负载电流IL，并输出所述采样电流Is。所述采样电流Is的大小与所述负载电流IL的大小相对应，由所述采样子模块的电路结构、器件尺寸来确定。
需要注意的是，这里的镜像电流管是通过采集所述功率管的源漏电流，来获取所述负载电流IL，利用了负载电流IL为源漏电流的分流，与源漏电流近似相等的原理。
所述分流单元204连接至所述电流采样单元205以及所述输出电压VOUT的输出端，用于根据输出电压VOUT的大小对所述采样电流Is进行分流，以改变流入至所述调整单元203的调节电流Id的大小。所述调整单元203一端连接至所述分流单元204，另一端连接至所述误差放大模块101的输出端，用于根据所述调节电流Id向所述误差放大模块101的输出端输出对应的所述第一限流信号W1或第二限流信号W2。
在该实施例中，所述分流单元204包括分流子单元和开关子单元，其中所述分流子单元连接至所述采样子模块202，用于对所述采样子模块202输出的采样电流Is分流，以改变流入至所述调整单元203的调整电流Id的大小；所述开关子单元连接于所述电流采样单元205与所述分流子单元之间，并连接至所述输出电压VOUT的输出端，用于根据所述输出电压VOUT控制所述分流子单元208与所述电流采样单元205之间的连接线路的通断状态。
在初次限流过程中，所述输出电压VOUT大于所述预设电压，所述开关子单元导通，所述分流子单元连通至所述电流采样单元205，对所述电流采样单元205获取到的采样电流Is分流，所述调整单元203根据分流后获取到的调节电流Id输出第一限流信号W1，以下拉所述误差放大信号，进而增大所述功率管的栅极电压，减小功率管的源漏极之间的源漏电流至第一限流阈值。
在初次限流模式中，所述输出电压VOUT随着源漏电流的减小也逐渐减小，当所述输出电压VOUT小于等于预设电压时，进入二次限流模式。此时，所述开关子单元断路，将所述分流子单元和所述电流采样单元205之间的连接断开，所述分流子单元不再对所述采样电流Is分流，此时，流入至所述调整单元203的所述调节电流Id与采样电流Is相等，所述调整单元203根据所述调节电流Id输出第二限流信号W2，以进一步下拉所述误差放大信号，减小功率管的源漏极之间的源漏电流至第二限流阈值。
请同时参阅图2至图4，其中图4为图3所述实施例中所述折返限流模块102的电路示意图。
在该实施例中，所述镜像电流单元206包括栅极相互连接的功率管MP1以及镜像电流管MP2，所述功率管MP1以及所述镜像电流管MP2的源极均接收所述输入电压Vin。
所述电流采样单元205包括栅极相互连接的第一PMOS管MP3和第二PMOS管MP4，所述第一PMOS管MP3连接至所述功率管MP1的漏极，以对所述负载电压VOUT对应的负载电流IL进行采样，所述第二PMOS管MP4的源极连接至所述镜像电流管MP2的漏极，且所述第一PMOS管MP3的漏极和栅极相连接。
所述电流采样单元205还包括栅极相互连接的第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2，所述第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2的漏极分别连接至所述第一PMOS管MP3和第二PMOS管MP4的漏极，所述第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2的源极均接地，且第二NMOS管MN2的源极和栅极相连接。
所述电流采样单元205还包括电流采集管MP5，所述电流采集管MP5的栅极与所述第一PMOS管MP3的栅极相连接，所述电流采集管MP5的源极连接至所述镜像电流管MP2的漏极，所述电流采集管MP5的漏极连接至所述调整子模块201和分流单元204，用于将采样电流Is输往所述调整子模块201。
在该实施例中，所述功率管MP1与所述镜像电流管MP2的尺寸比为K:1，K>0，所述第一PMOS管MP3、第二PMOS管MP4、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2以及电流采集管MP5与所述镜像电流管MP2的尺寸相同。所述MOS管的尺寸的比值影响流入至各个MOS管的电流，流经至所述功率管MP1与镜像电流管MP2的电流的比值为K：1。
在该实施例中，当流经所述功率管MP1的电流为负载电流IL时，流经所述镜像电流管MP2的电流为负载电流IL的1/K，流经所述电流采集管MP5的采样电流Is为负载电流IL的1/2K。
在一些其他的实施例中，也可根据需要调整所述功率管MP1和镜像电流管MP2之间的尺寸比、第一PMOS管MP3、第二PMOS管MP4之间的尺寸比、第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2之间的尺寸比。
所述分流子单元包括：第一电流源I1，第一端连接至所述电流采集管MP5的漏极，第二端接地，且所述第一电流源I1的电流方向为从所述第二端流向所述第一端。
所述开关晶体管MN3的漏极连接至所述电流采集管MP5的漏极，所述开关晶体管MN3的源极接地，栅极连接至一开关控制电路401。
所述开关控制电路401包括第二电阻R2和第二电流源I2，其中所述第二电阻R2一端连接至所述输出电压VOUT的输出端，另一端连接至所述第二电流源I2的第一端，所述第二电流源I2的第二端接地，所述第二电流源I2的电流方向为从该第二电流源I2的第二端流向第一端。所述第二电流源I2与所述第二电阻R2的连接点作为输出端，连接到所述开关晶体管MN3的栅极，用于控制所述开关晶体管MN3的导通和关断。
所述调整单元203包括第一电阻R1和反馈管MN4，其中第一电阻R1连接于所述采样子模块202的输出端和地之间，为所述反馈管MN4提供栅压，所述反馈管MN4的漏极连接所述误差放大模块101(请参阅图2)的输出端，源极接地，栅极连接至所述第一电阻R1与所述采样子模块202的连接点。
在所述输出电压VOUT大于所述预设电压时，所述开关晶体管MN3导通，所述第一电流源I1接入电路，对所述采样电流Is进行分流，获取调节电流Id即流经第一电阻R1的电流，此时，由于所述第一电流源I1提供的电流I1的方向与所述采样电流Is流入至所述分流子单元时的电流方向相反，因此，所述调节电流Id为(Is－I1)，所述反馈管MN4的栅压Vgate为Id与所述第一电阻R1的乘积，具体的：
Figure BDA0002795875450000121
其中，Vgate为所述反馈管MN4的栅压Vgate，Is为采样电流Is，IL为所述负载电流IL，K为尺寸比例，I1为所述第一电流源提供的电流，R1为第一电阻R1的阻值。
在所述栅压Vgate大于所述反馈管MN4的导通阈值Vth时，所述反馈管MN4导通，给所述误差放大信号Vlimit提供第一限流信号W1，否则所述反馈管MN4关断，不提供所述第一限流信号W1。
在进入初次限流模式后，所述输出电压VOUT也会跟随所述源漏电流减小，在所述输出电压VOUT小于等于所述预设电压时，进入二次限流模式。此时，所述开关晶体管MN3关断，切断所述第一电流源I1与电流采样单元205(此处请参阅图3)的连接，停止对所述采样电流Is的分流。此时，所述反馈管MN4的栅压Vgate为R1·I s，在所述反馈管MN4的栅压Vgate大于所述反馈管MN4的导通阈值Vth时，可以保持折返，直至所述反馈管MN4的栅压Vgate的栅压小于所述导通阈值Vth。
由于初次限流模式所述反馈管MN4的栅压Vgate小于折返限流模式下所述反馈管MN4的栅压Vgate，因此初次限流模式下所述反馈管MN4的导通电阻小于折返限流模式下所述反馈管MN4的导通电阻，初次限流模式下输出至所述负缓冲模块210的误差放大信号Vlimit大于折返限流模式下输出至所述负缓冲模块210的误差放大信号Vlimit，初次限流模式下所述负缓冲模块210输出的控制电压Pgate小于折返限流模式下所述负缓冲模块210输出的控制电压Pgate，初次限流模式下所述功率管MP1的源漏电流大于折返限流模式下所述功率管MP1的源漏电流。
在该实施例中，所述线性稳压器在所述负载电流IL大于预设电流时能够限制所述功率管MP1的源漏电流，使其工作在第一限流阈值以下，并在所述输出电压VOUT小于等于所述预设电压时进一步限制所述功率管MP1的源漏电流，使其工作在第二限流阈值以下，能够在所述源漏电流过大时调整所述源漏电流，防止所述线性稳压器因为源漏电流过大而造成热毁损，结构简单，易于实现，有效降低线性稳压器在限流状态下的产热，防止线性稳压器发生热损伤。
并且，所述线性稳压器采用晶体管、电流源等就能够实现，在所述误差放大模块101的输出端之后，根据所述输出电压VOUT和负载电流IL进行初次限流，以及在初次限流的基础上进行折返限流，电路简单可靠，面积小，用于实现折返限流的器件尺寸也较小，节点电阻较低，便于进行主环路的限流补偿。
请参阅图5，为本申请一实施例中在折返限流模块控制下输出电压VOUT和负载电流IL的曲线示意图。
该实施例中，在所述线性稳压器的工作工程中，随着负载电流IL的增大，由于负载对输出电压的调整，输出电压VOUT从初始值3.300V逐渐降低至3.295V，在负载电流IL增大至所述预设电流后，进入初次限流模式，所述源漏电流、负载电流IL均被限制至第一限流阈值以下，即500mA以下。
在初次限流模式下输出电压VOUT降低，在降低至小于预设电压2.500V后，进入折返限流模式，直至所述源漏电流被限制至第二限流阈值，即300mA。此时负载电流IL若想要继续增大，则只能通过减小外接负载的等效电阻来实现，因此所述外接负载的等效电阻会变小，为负载电流IL的倒数。由于所述输出电压VOUT等于源漏电流与外接负载的乘积，在所述负载电流IL想要增大到的电流值远大于源漏电流的限流值的情况下，所述输出电压VOUT趋近于0。
现有技术中仅存在单次的限流，在输出电流IL增大至预设电流以上时，源漏电流停滞在限流点固定不变，此时输入电压Vin至输出端仍有较大的功率到地，在没有热保护模块的情况下，仍然非常容易发生热损伤。而本发明中在单次的限流基础上，设置折返限流模式，因此能够进一步的对源漏电流进行限流，使所述源漏电流在一定电压下被限制在300mA附近，在过流时，线性稳压器的热功率更低，即使没有装配热保护模块，也能达到更高的安全需求。
本申请的实施例还提供了一种线性稳压器折返限流的方法。
请参阅图6，为本申请一实施例的线性稳压器折返限流的方法的步骤流程示意图。
在该实施例中，所述线性稳压器通过功率管输出一输出电压以驱动外接负载，包括以下步骤：
步骤S101：提供参考电压，并对参考电压VREF和采样电压VFB进行误差放大，获取误差放大信号Vlimit，所述误差放大信号Vlimit用于调整所述输出电压VOUT，所述采样电压VFB采样自所述输出电压VOUT。
在该实施例中，请参阅图2，采用带隙基准模块209提供所述参考电压。并且，使用误差放大模块101对所述参考电压VREF和采样电压VFB进行误差放大，输出误差放大信号Vlimit调整所述输出电压VOUT，所述误差放大信号Vlimit可以用来调节所述源漏电流，使所述输出电压VOUT保持稳定。
步骤S102：在所述负载电流IL大于所述预设电流时，向所述误差放大信号Vlimit提供第一限流信号W1，以将所述功率管的源漏极之间的源漏电流调整至第一限流阈值以下。
在该实施例中，采用折返限流模块102来根据输出电压VOUT和负载电流IL生成限流信号，所述折返限流模块102连接至所述误差放大模块101的输出端以及所述输出电压VOUT的输出端，用于根据所述输出电压VOUT以及负载电流IL向所述误差放大模块101的输出端施加限流信号，以调整所述误差放大信号Vlimit，将所述源漏电流限制在限流阈值以下。
步骤S103：在所述输出电压VOUT小于等于所述预设电压时，向所述误差放大信号Vlimit提供第二限流信号W2，进一步将所述源漏电流调整至第二限流阈值以下。
在该实施例中，所述第一限流阈值大于所述第二限流阈值。
在该实施例中，所述第一限流信号W1和所述第二限流信号W2的提供方法包括：获取所述负载电流IL和所述输出电压VOUT，并对所述负载电流IL进行采样，获取采样电流Is；在所述输出电压VOUT大于预设电流时，对所述采样电流Is进行分流，并根据分流后剩余的调节电流Id输出所述第一限流信号W1；在所述输出电压VOUT小于等于预设电压时，停止分流，根据所述采样电流Is输出所述第二限流信号W2。
在该实施例中，所述第一限流信号W1和所述第二限流信号W2为提供至所述误差放大模块的输出端与地之间的下拉电流。
该实施例中的方法能够根据负载电流IL和输出电压VOUT输出第一限流信号W1或第二限流信号W2，以对所述误差放大信号Vlimit进行调整，从而在所述源漏电流过大时调整所述源漏电流，结构简单，易于实现。并且，由于能够通过第二限流信号W2将所述源漏电流限流至第二限流阈值以下，因此本申请除了限流之外，还能实现源漏电流的折返，进一步有效防止线性稳压器发生热损伤。
本申请还提供了一种电子设备，包括所述的线性稳压器。
所述电子设备由于具有所述线性稳压器，所述线性稳压器如图1至图4所述，对采样电压VFB与参考电压VREF进行误差放大，并输出误差放大信号Vlimit以对输出电压VOUT进行调节。所述电子设备还使用一个折返限流模块102，利用限流后输出电压VOUT的下降，使得所述折返限流模块102能够根据负载电流IL和输出电压VOUT依次输出所述第一限流信号W1和第二限流信号W2，以对所述误差放大信号Vlimit在两次调整，从而在所述负载电流IL过大时，在初次限流模式的基础上进一步进行折返限流，进一步减小所述源漏电流，实现源漏电流的折返限流。本申请的电子设备能够有效的防止线性稳压器发生热损伤，防止所述线性稳压器因为源漏电流过大而造成热毁损，提高线性稳压器的可靠性，并且结构简单，易于实现。
本申请的线性稳压器、电子设备以及线性稳压器折返限流的方法根据负载电流IL和输出电压VOUT依次输出第一限流信号W1和第二限流信号W2，让所述源漏电流在初次限流模式的基础上进一步进行折返限流，以进一步减小限流状态下的源漏电压，防止线性稳压器所在的电路板或者设备过热，影响所述电路板的性能。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (15)

1.一种具有折返限流功能的线性稳压器，其特征在于，包括：
误差放大模块，用于对参考电压和采样电压进行误差放大，并输出误差放大信号，所述采样电压采样自线性稳压器的输出电压；
输出模块，连接至所述误差放大模块的输出端，包括功率管，用于根据所述误差放大信号输出所述输出电压；
折返限流模块，连接至所述误差放大模块的输出端以及所述输出模块的输出端，用于根据所述负载电流和所述输出电压向所述误差放大模块的输出端施加限流信号，以减小流经所述功率管的源漏电流，包括：
在所述负载电流大于预设电流时，提供第一限流信号，以将所述源漏电流限制在第一限流阈值以下；在所述源漏电流被限制在第一限流阈值以下，且所述输出电压小于等于预设电压时，继续提供第二限流信号，以将所述源漏电流限制在第二限流阈值以下，且所述第一限流阈值大于所述第二限流阈值。
2.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，所述折返限流模块包括：
采样子模块，连接至所述输出模块的输出端，用于获取采样电流，所述采样电流采样自所述负载电流；
调整子模块，连接至所述采样子模块，并连接至所述误差放大模块的输出端和所述输出模块的输出端，用于在所述输出电压和采样电流的控制下向所述误差放大模块的输出端输出对应的第一限流信号或第二限流信号。
3.根据权利要求2所述的线性稳压器，其特征在于，所述调整子模块包括：
分流单元，一端连接至所述采样子模块，用于根据所述输出电压对所述采样电流进行分流，以改变流入至所述调整单元的调节电流的大小；
调整单元，一端连接至所述误差放大模块的输出端，一端连接至所述采样子模块，用于根据所述调节电流的大小，向所述误差放大模块的输出端输出对应的所述第一限流信号或第二限流信号。
4.根据权利要求3所述的线性稳压器，其特征在于，所述调整单元包括：
第一电阻，连接于所述采样子模块的输出端和地之间，用于将流入至所述调整单元的调节电流转换为控制电压；
反馈管，漏极连接所述误差放大模块的输出端，源极接地，栅极连接至所述第一电阻与所述采样子模块；
所述反馈管用于根据不同的控制电压提供第一限流信号或第二限流信号，下拉所述误差放大信号。
5.根据权利要求3所述的线性稳压器，其特征在于，所述分流单元包括：
分流子单元，连接至所述采样子模块，用于对所述采样子模块输出的采样电流分流，以改变流入至所述调整单元的调节电流的大小；
开关子单元，连接于所述采样子模块与所述分流子单元之间，且一端连接至所述输出模块的输出端，用于根据所述输出电压控制所述分流子单元与所述采样子模块之间的断开和连通状态，包括：
在所述输出电压大于所述预设电流时，所述开关子单元导通，将所述分流子单元连通至所述采样子模块，以及，在所述输出电压小于等于预设电压，并大于等于第三预设值时，所述开关子单元断路，将所述分流子单元和所述采样子模块之间的连接断开。
6.根据权利要求5所述的线性稳压器，其特征在于，所述分流子单元包括：第一电流源，具有连接至所述采样子模块的第一端，以及接地的第二端，且所述第一电流源提供的电流的方向为从所述第二端流向所述第一端。
7.根据权利要求5所述的线性稳压器，其特征在于，所述开关子单元包括：
开关晶体管，源极连接至所述采样子模块，漏极接地；
开关控制电路，包括：
第二电阻，一端连接至所述输出模块的输出端；
第二电流源，第一端连接至所述第一电阻，第二端接地；
所述第二电流源与所述第一电阻的连接点作为输出端，连接到所述开关晶体管的栅极，所述第二电流源的电流方向为从所述第二端流向所述第一端；
所述开关控制电路用于在所述输出电压小于等于所述预设电压，且大于等于所述第三预设值时提供关断电平，关断所述开关晶体管。
8.根据权利要求2所述的线性稳压器，其特征在于，所述采样子模块包括：
镜像电流单元，用于获取所述负载电流，且所述镜像电流单元包括栅极相互连接的所述功率管以及镜像电流管，且所述功率管以及镜像电流管的源极均接收输入电压；
电流采样单元，具有两个输入端，分别连接至所述镜像电流管的漏极，以及所述功率管的漏极，用于获取所述负载电流，并输出所述采样电流。
9.根据权利要求8所述的线性稳压器，其特征在于，所述电流采样单元包括：
第一PMOS管和第二PMOS管，通过栅极相互连接，源极分别作为所述采样子模块的两个输入端，分别连接至所述功率管的漏极以及所述镜像电流管的漏极，所述第一PMOS管的漏极和栅极相连接；
第一NMOS管和第二NMOS管，通过栅极相互连接，漏极分别连接至所述第一PMOS管和第二PMOS管的漏极，源极均接地，且第二NMOS管的源极和栅极相连接；
电流采集管，栅极与所述第一PMOS管的栅极相连接，源极连接至所述镜像电流管的漏极，漏极连接至所述调整子模块和分流单元，用于向所述调整子模块和分流单元输出所述采样电流。
10.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，所述输出模块还包括：负缓冲模块，连接于所述误差放大模块的输出端与所述功率管的栅极之间，并设置在所述误差放大模块的输出端与折返限流模块的连接点之后，至少用于对被调整后的误差放大信号做反相放大；所述功率管的漏极作为所述输出模块的输出端，并通过串联的两个电阻接地，从所述两个电阻的连接点输出所述采样电压。
11.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，所述输出模块还包括：
电压采样单元，包括第一采样电阻和第二采样电阻，其中所述第一采样电阻的第一端连接至所述功率管的漏极，第二端连接至所述第二采样电阻的第一端，所述第二采样电阻的第二端接地，所述采样电压从所述第一采样电阻以及第二采样电阻的连接点输出。
12.一种线性稳压器折返限流的方法，其特征在于，所述线性稳压器通过功率管输出一输出电压以驱动外接负载，包括以下步骤：
提供参考电压，并对所述参考电压和采样电压进行误差放大，获取误差放大信号，所述误差放大信号用于调整所述输出电压，所述采样电压采样自所述输出电压；
在所述负载电流大于预设电流时，向所述误差放大信号的输出端提供第一限流信号，以将所述功率管的源漏极之间的源漏电流调整至第一限流阈值以下；
在所述源漏电流调整至第一限流阈值以下，且所述输出电压小于等于预设电压时，向所述误差放大信号提供第二限流信号，进一步将所述源漏电流调整至第二限流阈值以下；
所述第一限流阈值大于第二限流阈值。
13.根据权利要求12所述的线性稳压器折返限流的方法，其特征在于，所述第一限流信号和所述第二限流信号的提供方法包括：
获取所述负载电流和所述输出电压，并对所述负载电流进行采样，获取采样电流；
在所述负载电流大于预设电流时，对所述采样电流进行分流，并根据分流后剩余的采样电流输出所述第一限流信号；
在所述输出电压小于等于预设电压时，停止分流，根据所述采样电流输出所述第二限流信号。
14.根据权利要求12所述的线性稳压器折返限流的方法，其特征在于，所述第一限流信号和所述第二限流信号为提供至所述误差放大模块输出端与地之间的下拉电流。
15.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至11中任一项所述的线性稳压器。
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