CN113434002B - 一种具有钳位限流功能的高压ldo电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种具有钳位限流功能的高压LDO电路，用于解决传统高压LDO面积过大、性能不高、输出驱动管栅源电压过高易损坏以及LDO的输出限流问题。本发明包括3个NMOS管M1～M3，4个电阻R1～R4、电容C1、4个稳压二极管D1～D4和误差放大器AMP；在输入端通过三个稳压二极管串联将输入高电压降至一个低压范围，可采用更低耐压器件设计电路，其输出驱动管的栅极和源极接入稳压二极管采用其稳压电压值达到限制输出电流的目的。提高驱动能力的同时减少光罩层，电路简单并且可降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术，具体的说是涉及一种具有钳位限流功能的高压LDO电路。
背景技术
LDO(低压差线性稳压器)是电源管理中的核心模块，能够实现电压转换，输出稳定的电源电压。随着集成电路规模的发展，电子设备的体积和重量越来越小，这对电源电路的小型化提出了越来越高的要求。如果能够很好地减小LDO的面积，就能有效地减小芯片的面积。这样不仅符合了电源电路小型化的要求，同时也很好地控制了芯片成本。
LDO的基本结构包括：反馈电阻网络、输出驱动管和误差放大器。为了满足高压应用中对工作电压的需求，通常需要采用高压MOS器件构建模拟电路，而高压器件的性能一般不如低压器件，且往往需要较大的芯片面积，进而设计的高压LDO电路的面积也就会过大。同时，输出驱动管作为LDO拓扑结构中的一个重要组成部分，其栅源电压如果过大的话，大到超过其额定耐压值，输出驱动管就会被击穿而损坏。而输出驱动管的栅源耐压，一般取决于栅氧化层的厚度。栅氧越厚，栅源耐压越高，同时驱动管的电流驱动能力则会降低。这样为了克服这个问题，一般会采用厚栅氧功率器件来保证足够的驱动管栅源耐压，而厚栅氧功率器件的电流驱动能力较低且成本较高。因此便需要设计一种输出驱动管的保护电路来限制栅源电压的大小，进而可以采用驱动性能更优的薄栅氧功率器件作为输出驱动管。
LDO在为负载供电时，若发生输出短路或负载电流过大的情况，LDO稳压器可能会损坏。特别是在短路情况下，LDO存在过大的电流从输出驱动管流过，进而可能烧毁输出驱动管。因此需要设计一种用于LDO稳压的限流电路，能在过载或短路情况下及时将输出电流限制在驱动管可承受的范围内。
发明内容
为了解决上述传统高压LDO面积过大、性能不高、输出驱动管栅源电压过高易损坏以及LDO的输出限流问题，本发明提出了一种具有钳位限流功能的高压LDO电路。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明包括第一NMOS管M1、第二NMOS管M2、第三NMOS管M3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、第三稳压二极管D3、第四稳压二极管D4和误差放大器AMP；其中，
第一NMOS管M1的漏极和第一电阻R1连接为输入端VIN；输入端VIN依次通过第一电阻R1、第二电阻R2接第一稳压二极管D1的反向端和第二NMOS管M2的栅极；输入端VIN通过第一电阻R1连接第一NMOS管M1的栅极；
第一稳压二极管D1的正向端与第二稳压二极管D2的反向端连接；第二稳压二极管D2的正向端与第三稳压二极管D3的反向端连接；第三稳压二极管D3的正向端接地GND；
第一NMOS管M1的源极、第二NMOS管M2的漏极和第三NMOS管M3的漏极连接为第三NMOS管M3的供电端VinH；
第二NMOS管M2的源极连接误差放大器AMP的供电端VHC；误差放大器AMP的正向输入端接基准电压VREF；误差放大器AMP的反向输入端通过第四电阻R4接地GND；误差放大器AMP的反向输入端通过第一电容C1与第四稳压二极管D4的正向端连接为输出端Vout；
误差放大器AMP的输出端和第四稳压二极管D4的反向端接第三NMOS管M3的栅极；第三NMOS管M3的源极接第四稳压二极管D4的正向端，同时还依次通过第三电阻R3、第四电阻R4接地GND。
本发明的有益效果：
1.在输入端通过三个稳压二极管串联将输入高电压降至一个低压范围，可采用更低耐压器件设计电路，利于实现优化电路性能，减少版图面积。
2.输出驱动管M3采用稳压二极管钳位保护栅源耐压同时实现限流目的，相比采用厚栅氧功率器件可提高驱动能力的同时减少光罩层，电路简单并且可降低成本。
附图说明
图1为本发明提出的一种具有钳位限流功能的高压LDO电路实现示意图。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明的技术方案：
本发明的一种具有钳位限流功能的高压LDO电路，如图1所示，包括：3个NMOS管M1、M2、M3、4个电阻R1、R2、R3、R4、电容C1、4个稳压二极管D1、D2、D3、D4和误差放大器AMP；其中，
第一NMOS管M1的漏极和第一电阻R1连接为输入端VIN；输入端VIN依次通过第一电阻R1、第二电阻R2接第一稳压二极管D1的反向端和第二NMOS管M2的栅极；输入端VIN通过第一电阻R1连接第一NMOS管M1的栅极；
第一稳压二极管D1的正向端与第二稳压二极管D2的反向端连接；第二稳压二极管D2的正向端与第三稳压二极管D3的反向端连接；第三稳压二极管D3的正向端接地GND；
第一NMOS管M1的源极、第二NMOS管M2的漏极和第三NMOS管M3的漏极连接为第三NMOS管M3的供电端VinH，该第三NMOS管M3作为输出驱动管。
第二NMOS管M2的源极连接误差放大器AMP的供电端VHC；误差放大器AMP的正向输入端接基准电压VREF；误差放大器AMP的反向输入端通过R4接地GND；误差放大器AMP的反向输入端通过电容C1与第四稳压二极管D4的正向端连接为输出端Vout；
误差放大器AMP的输出端和第四稳压二极管D4的反向端接第三NMOS管M3的栅极；第三NMOS管M3的源极接第三稳压二极管D4的正向端，同时还依次通过第三电阻R3、第四电阻R4接地GND。
本发明的工作原理为：
在输入端通过三个稳压二极管串联将输入高电压降至一个低压范围，由第一NMOS管M1和第二NMOS管M2输出VinH和VHC分别给后级驱动管M3和误差放大器AMP供电；输出驱动管采用稳压二极管D4的稳压特性，钳位输出驱动管M3的栅源电压，从而保护输出驱动管栅源耐压的同时达到输出限流的目的。相比采用厚栅氧功率器件可提高驱动能力的同时减少光罩层，电路简单并且可降低成本。该电路最终输入电压VIN可达100V，输出电压可达11V，输出电流为50mA。
以上描述仅是本发明的最佳实例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的技术人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (1)
1.一种具有钳位限流功能的高压LDO电路，其特征在于，包括第一NMOS管M1、第二NMOS管M2、第三NMOS管M3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、第三稳压二极管D3、第四稳压二极管D4和误差放大器AMP；其中，第一NMOS管M1的漏极和第一电阻R1一端连接为输入端VIN；输入端VIN依次通过第一电阻R1、第二电阻R2接第一稳压二极管D1的反向端和第二NMOS管M2的栅极；第一电阻R1的另一端连接第一NMOS管M1的栅极；第一稳压二极管D1的正向端与第二稳压二极管D2的反向端连接；第二稳压二极管D2的正向端与第三稳压二极管D3的反向端连接；第三稳压二极管D3的正向端接地GND；第一NMOS管M1的源极、第二NMOS管M2的漏极和第三NMOS管M3的漏极连接为第三NMOS管M3的供电端VinH；第二NMOS管M2的源极连接误差放大器AMP的供电端VHC；误差放大器AMP的正向输入端接基准电压VREF；误差放大器AMP的反向输入端通过第四电阻R4接地GND；误差放大器AMP的反向输入端通过第一电容C1与第四稳压二极管D4的正向端连接为输出端Vout；误差放大器AMP的输出端和第四稳压二极管D4的反向端接第三NMOS管M3的栅极；第三NMOS管M3的源极接第四稳压二极管D4的正向端，同时还依次通过第三电阻R3、第四电阻R4接地GND；所述LDO电路的输入端通过三个稳压二极管串联将输入高电压降至一个低压范围，由第一NMOS管M1和第二NMOS管M2输出VinH和VHC分别给后级驱动管M3和误差放大器AMP供所述LDO电路最终输入端VIN的电压为100V，输出端Vout的电压为11V，输出电流为50mA。
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