CN116207726A - 一种适用于低压差线性稳压器的限流保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于低压差线性稳压器的限流保护电路。低压差线性稳压器包括功率管，功率管的第一极连接低压差线性稳压器的输出端，限流保护电路包括：钳位驱动模块、采样模块和比较模块；采样模块连接功率管的栅极和低压差线性稳压器的输出端，采样模块采集低压差线性稳压器的输出电流；比较模块接入采样模块的输出电流和预设参考信号，比较模块输出控制信号至钳位驱动模块，控制信号包括限流开启信号或关闭信号；钳位驱动模块连接于低压差线性稳压器的环路电路并与功率管的栅极连接，钳位驱动模块根据接收到的限流开启信号限制流过功率管的电流。功率管被钳位驱动模块钳制的电流不受输出电压影响，比较模块作为限流开关降低了限流阈值。

Description

一种适用于低压差线性稳压器的限流保护电路

技术领域

本发明涉及低压差线性稳压器技术领域，尤其涉及一种适用于低压差线性稳压器的限流保护电路。

背景技术

低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator,LDO）以其成本低、输出纹波抑制特性好、静态电流小等优势广泛应用于各种供电场景。它的可靠性离不开各种模块的协同工作，其中限流保护是一个非常重要的功能，可以在输出过载和短路时限制芯片功率，保护芯片不因过热而损坏。

目前，适用于LDO的限流保护电路中，传统限流保护方式可以达到保护芯片的目的。但对于短时间过载就恢复正常的负载，该限流保护电路无法实现精确返回，造成系统反复启动，而且为避免误触发，限流阈值较高。

发明内容

本发明提供了一种适用于低压差线性稳压器的限流保护电路，以解决现有技术中限流保护电路造成系统反复启动以及限流阈值较高的问题。

根据本发明的一方面，提供了一种适用于低压差线性稳压器的限流保护电路，所述低压差线性稳压器包括功率管，所述功率管的第一极连接所述低压差线性稳压器的输出端，所述限流保护电路包括：钳位驱动模块、采样模块和比较模块；

所述采样模块连接所述功率管的栅极和所述低压差线性稳压器的输出端，所述采样模块用于采集所述低压差线性稳压器的输出电流；

所述比较模块的第一输入端连接所述采样模块的输出端，所述比较模块的第二输入端接入预设参考信号，所述比较模块的输出端连接所述钳位驱动模块的控制端，所述比较模块用于根据所述采样模块输出的信号和所述预设参考信号输出控制信号至所述钳位驱动模块，所述控制信号包括限流开启信号或关闭信号；

所述钳位驱动模块连接于所述低压差线性稳压器的环路电路，并与所述功率管的栅极连接，所述钳位驱动模块用于接收到所述限流开启信号时，限制流过所述功率管的电流。

可选的，所述钳位驱动模块还包括第一输入端和第一输出端，所述钳位驱动模块的第一输入端连接所述低压差线性稳压器的环路电路，所述钳位驱动模块的第一输出端连接所述功率管的栅极；所述钳位驱动模块包括第一开关、第二开关、第一电流源、第二电流源、第三电流源、第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管；所述第一开关和所述第二开关接入所述钳位驱动模块控制端的控制信号，并根据所述钳位驱动模块控制端的控制信号导通或关断；所述第一开关的一端连接所述第一电流源的正极，所述第一电流源的负极接地，所述第一开关的另一端连接所述第二电流源的正极、所述第二开关的一端和所述第一MOS管的漏极，所述第二电流源的负极接地，所述第一MOS管的栅极连接所述钳位驱动模块的第一输入端，所述第一MOS管的源极连接所述第三电流源的负极，所述第三电流源的正极连接第一电源和所述第二MOS管的源极，所述第二MOS管的栅极连接所述第一MOS管的源极、所述第二MOS管的漏极、所述第三MOS管的漏极和所述钳位驱动模块的第一输出端，所述第二开关的另一端连接所述第三MOS管的栅极，所述第三MOS管的源极接地。

可选的，所述钳位驱动模块还包括第二输入端、第三输入端和第二输出端，所述钳位驱动模块的第二输入端和所述第三输入端均连接所述低压差线性稳压器的环路电路，所述钳位驱动模块的第二输出端连接所述功率管的栅极；所述钳位驱动模块包括误差放大器、第四电流源、第五电流源、第六电流源、第四MOS管、第二电阻模块和第三开关；所述第三开关接入所述钳位驱动模块控制端的控制信号，所述误差放大器的正向输入端连接所述钳位驱动模块的第二输入端，所述误差放大器的负向输入端连接所述钳位驱动模块的第三输入端，所述误差放大器的输出端连接所述第四MOS管的栅极和所述第二电阻模块的一端，所述第二电阻模块的另一端连接所述第四MOS管的漏极、第四电流源的正极和所述钳位驱动模块的第二输出端，所述第四MOS管的源极连接第一电源，所述第四电流源的负极接地，所述第三开关的一端连接所述第五电流源的正极，所述第三开关的另一端连接所述第六电流源的正极和所述误差放大器，所述第五电流源的负极和所述第六电流源的负极均接地。

可选的，所述采样模块包括第一输入端和第二输入端，所述采样模块的第一输入端连接所述功率管的栅极，所述采样模块的第二输入端连接所述低压差线性稳压器的输出端，所述功率管的栅极电压为控制电压，所述低压差线性稳压器的输出端的电压为输出电压，所述采样模块根据所述控制电压和所述输出电压得到采样电流。

可选的，所述采样模块包括第五MOS管、第六MOS管和第一运算放大器；所述第五MOS管的栅极连接所述采样模块的第一输入端，所述第五MOS管的源极连接第一电源，所述第五MOS管的漏极连接所述第一运算放大器的负向输入端和所述第六MOS管的源极，所述第一运算放大器的正向输入端连接所述采样模块的第二输入端，所述第一运算放大器的输出端连接所述第六MOS管的栅极，所述第六MOS管的漏极连接所述采样模块的输出端。

可选的，所述比较模块包括比较器和第一电阻模块；所述比较器的负向输入端连接所述比较模块的第一输入端，所述比较器的正向输入端连接所述比较模块的第二输入端，所述比较器的输出端连接所述比较模块的输出端，所述第一电阻模块的一端连接所述比较器的负向输入端，所述第一电阻模块的另一端接地。

可选的，所述比较器包括迟滞比较器。

根据本发明的另一方面，提供了一种低压差线性稳压器，包括环路电路和所述限流保护电路；所述环路电路包括放大模块和输出电路模块，所述输出电路模块包括所述功率管，所述钳位驱动模块连接在所述放大模块和所述输出电路模块之间。

可选的，所述输出电路模块还包括第三电阻模块、第四电阻模块、第五电阻模块和第一电容；所述功率管的栅极连接所述钳位驱动模块的输出端，所述功率管的源极连接第一电源，所述功率管的漏极连接所述第三电阻模块的一端、第四电阻模块的一端、和第一电容的一端，所述功率管的漏极作为所述低压差线性稳压器的输出端，所述第三电阻模块的另一端连接所述第五电阻模块的一端，所述第四电阻模块的另一端、第五电阻模块的另一端和所述第一电容的另一端均接地。

根据本发明的另一方面，提供了一种限流保护方法，所述方法由所述限流保护电路执行，所述方法包括：

所述采样模块通过采集所述功率管的电流；

所述比较模块用于在所述功率管的电流过流时输出所述限流开启信号；

所述钳位驱动模块接收到所述限流开启信号时，限制流过所述功率管的电流；

在所述功率管的电流恢复至正常的工作电流，以及所述功率管的输出电压恢复至正常电压之前，所述钳位驱动模块对所述功率管持续进行限流。

本发明实施例的技术方案，提供了一种适用于低压差线性稳压器的限流保护电路。低压差线性稳压器包括功率管，功率管的第一极连接低压差线性稳压器的输出端，限流保护电路包括：钳位驱动模块、采样模块和比较模块；采样模块连接功率管的栅极和低压差线性稳压器的输出端，采样模块采集低压差线性稳压器的输出电流；比较模块接入采样模块的输出电流和预设参考信号，比较模块输出控制信号至钳位驱动模块，控制信号包括限流开启信号或关闭信号；钳位驱动模块连接于低压差线性稳压器的环路电路并与功率管的栅极连接，钳位驱动模块根据接收到的限流开启信号限制流过功率管的电流，钳位驱动模块输出的钳位电压与钳位驱动模块的结构相关，不受输出电压的影响，比较模块作为限流开关将输入端的限流阈值和输出端的限流路径进行分离，通过设置比较模块的限流阈值实现限流阈值较低的目的，对于短时间过载就恢复正常的情况，待输出电压恢复至正常电压后，钳位驱动模块根据接收到的比较模块输出的关闭信号恢复初始控制方式，低压差线性稳压器及时准确地返回正常工作状态。解决了现有技术中限流保护电路造成系统反复启动以及限流阈值较高的问题。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是相关技术中的一种用于LDO的传统限流保护电路与LDO环路电路连接的电路图；

图2是相关技术中传统限流保护电路的限流工作波形图；

图3是本发明实施例提供的一种适用于低压差线性稳压器的限流保护电路的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种钳位驱动模块的电路图；

图5是本发明实施例提供的限流保护电路的限流工作波形图；

图6是本发明实施例提供的另一种钳位驱动模块的电路图；

图7是本发明实施例提供的采样模块的电路图；

图8是本发明实施例提供的比较模块的电路图；

图9是本发明实施例提供的一种限流保护方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

LDO广泛应用于各种供电场景，LDO中的限流保护电路具有限制LDO功率管输出功率的作用，避免功率管在LDO输出过载或短路时由于温度过高而损坏。本实施例中的LDO适用于高速大电流的应用场景，图1是相关技术中的一种用于LDO的传统限流保护电路与LDO环路电路连接的电路图，图2是相关技术中传统限流保护电路的限流工作波形图。如图1所示，LDO环路电路101与传统限流保护电路102连接，对于高速大电流的应用场景，LDO需要有较快的压摆率，因而此类LDO中通常带有驱动级BUF，LDO环路电路101还包括放大器AMP、功率管Mp、第一保护电阻Rb1、第二保护电阻Rb2、滤波电容CL和负载电阻RL。功率管Mp的源极输入第一电源V_IN，功率管Mp的栅极电压为V_G，功率管Mp的漏极电压为LDO的输出电压V_OUT。第一保护电阻Rb1和第二保护电阻Rb连接点的电压作为LDO环路电路的反馈电压V_FB，放大器AMP根据输入端的反馈电压V_FB和参考电压V_REF输出电压信号至驱动级BUF。传统限流保护电路102为传统限流保护电路，采样MOS管M_P1采样与功率管Mp电流等比例的电流，经过电流镜像后与基准电流源IREF的电流IREF比较，电流镜分别是M_N1和M_N2构成的第一电流镜和M_P3和M_P4构成的第二电流镜。当基准电流I_REF大于采样电流时，限流控制电压V_CON为高电平并反相控制PMOS管M_P2的栅极为高电平，PMOS管M_P2关断；相反当基准电流I_REF小于采样电流时，限流控制电压V_CON降低从而使PMOS管M_P2打开，限制功率管Mp的栅极电压V_G电压的下降以达到限流的目的。

如图2所示，当负载电流I_LOAD在限制阈值I_CL附近时，t2时间段内触发限流。传统限流电路会出现限流电路与LDO环路电路交替工作的状况。原因是此时LDO环路电路的压摆能力较强，功率管Mp流过的电流I_D会振荡超出正常的负载范围I_OUT,nom，这将导致功率管Mp的功率过高且难以准确返回正常工作状态。同时由于限流控制电压V_CON既是控制信号又是限流的判断信号，所以实际应用中需要设置限制阈值I_CL远高于正常的负载范围以防止误触发。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种适用于低压差线性稳压器的限流保护电路。图3是本发明实施例提供的一种适用于低压差线性稳压器的限流保护电路的结构示意图，如图3所示，低压差线性稳压器包括功率管Mp，功率管Mp的第一极连接低压差线性稳压器的输出端，限流保护电路包括：钳位驱动模块310、采样模块320和比较模块330；采样模块320连接功率管Mp的栅极和低压差线性稳压器的输出端，采样模块320用于采集低压差线性稳压器的输出电流；比较模块330的第一输入端a1连接采样模块320的输出端b1，比较模块330的第二输入端a2接入预设参考信号，比较模块330的输出端b2连接钳位驱动模块310的控制端a3，比较模块330用于根据采样模块320输出的信号和预设参考信号输出控制信号至钳位驱动模块310，控制信号包括限流开启信号或关闭信号；钳位驱动模块310连接于低压差线性稳压器的环路电路，并与功率管Mp的栅极连接，钳位驱动模块310用于接收到限流开启信号时，限制流过功率管Mp的电流。

本发明实施例中，以低压差线性稳压器的功率管Mp为P型MOS管为例进行说明，功率管Mp的第一极为漏极。钳位驱动模块310是在限流保护电路开启限流时提供钳位电压的模块。采样模块320是采集和监测低压差线性稳压器功率管输出电流的模块。比较模块330通过比较采样模块320输出的采样信号和预设参考信号输出控制钳位驱动模块310的控制信号，例如，采样信号为电流信号，比较模块330将采样的电流信号转换为电压信号，预设参考信号为电压信号vcop，比较模块330输出的控制信号为V_CMP，低压差线性稳压器的输出端的电压为V_OUT，功率管Mp的栅极电压为V_G。

采样模块320通过采集流经功率管的电流信号，并将采集的功率管的电流信号传递到比较模块330，比较模块330将采样模块320采集的电流信号转化为电压信号并与预设参考信号比较，当采样模块320采集的电压信号大于预设参考信号时，比较模块330输出的控制信号为限流开启信号，钳位驱动模块310根据接收到的比较模块330输出的限流开启信号对功率管Mp的栅极电压V_G进行钳制，且钳位驱动模块310的结构影响钳位电压值，限制流过功率管Mp的电流。当采样模块320采集的电压信号不大于预设参考信号时，比较模块330输出的控制信号为关闭信号，钳位驱动模块310根据接收到的比较模块330输出的关闭信号恢复初始控制方式，即功率管Mp被低压差线性稳压器的环路电路控制，低压差线性稳压器退出限流保护模式。

本实施例技术方案提供了一种适用于低压差线性稳压器的限流保护电路，低压差线性稳压器包括功率管，功率管的第一极连接低压差线性稳压器的输出端，限流保护电路包括：钳位驱动模块、采样模块和比较模块；采样模块连接功率管的栅极和低压差线性稳压器的输出端，采样模块采集低压差线性稳压器的输出电流；比较模块接入采样模块的输出电流和预设参考信号，比较模块输出控制信号至钳位驱动模块，控制信号包括限流开启信号或关闭信号；钳位驱动模块连接于低压差线性稳压器的环路电路并与功率管的栅极连接，钳位驱动模块根据接收到的限流开启信号限制流过功率管的电流，钳位驱动模块310输出的钳位电压与钳位驱动模块310的结构相关，不受输出电压的影响，比较模块作为限流开关将输入端的限流阈值和输出端的限流路径进行分离，通过设置比较模块的限流阈值实现限流阈值较低的目的，对于短时间过载就恢复正常的情况，待输出电压恢复至正常电压后，钳位驱动模块310根据接收到的比较模块330输出的关闭信号恢复初始控制方式，低压差线性稳压器及时准确地返回正常工作状态。解决了现有技术中限流保护电路造成系统反复启动以及限流阈值较高的问题。

上述实施例对限流保护电路的结构进行了介绍，下面对限流保护电路的各个模块进行详细描述。

图4是本发明实施例提供的一种钳位驱动模块的电路图，图5是本发明实施例提供的限流保护电路的限流工作波形图。如图4所示，钳位驱动模块310还包括第一输入端和第一输出端，钳位驱动模块310的第一输入端连接低压差线性稳压器的环路电路，所述钳位驱动模块310的第一输出端连接功率管Mp的栅极；钳位驱动模块310包括第一开关S1、第二开关S2、第一电流源I_REF1、第二电流源I_REF2、第三电流源I_REF3、第一MOS管M1、第二MOS管M2和第三MOS管M3；第一开关S1和第二开关S2接入钳位驱动模块310控制端a3的控制信号，并根据钳位驱动模块310控制端a3的控制信号导通或关断；第一开关S1的一端连接第一电流源I_REF1的正极，第一电流源I_REF1的负极接地，第一开关S1的另一端连接第二电流源I_REF2的正极、第二开关S2的一端和第一MOS管M1的漏极，第二电流源I_REF2的负极接地，第一MOS管M1的栅极连接钳位驱动模块310的第一输入端，第一MOS管M1的源极连接第三电流源I_REF3的负极，第三电流源I_REF3的正极连接第一电源V_IN和第二MOS管M2的源极，第二MOS管M2的栅极连接第一MOS管M1的源极、第二MOS管M2的漏极、第三MOS管M3的漏极和钳位驱动模块310的第一输出端，第二开关S2的另一端连接第三MOS管M3的栅极，第三MOS管M3的源极接地。

本实施例中，未发生限流时，比较模块330输出的控制信号控制钳位驱动模块310中的第一开关S1断开、第二开关S2闭合，钳位驱动模块310由第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3以及第二电流源I_REF2、第三电流源I_REF3构成轻载节省电流型的超级源极跟随器（Super source follow，SSF）。当比较模块330输出的控制信号为限流开启信号时，钳位驱动模块310中的第一开关S1闭合、第二开关S2断开，钳位驱动模块310由第一MOS管M1、第二MOS管M2以及第一电流源I_REF1、第二电流源I_REF2、第三电流源I_REF3构成源极跟随器，流过第二MOS管M2的电流IM2=IREF2+IREF1-IREF3，当功率管Mp与第二MOS管M2的比例为M:1时，此时流过功率管Mp的电流被钳制为M×IM2，输出电压V_OUT下降，当流过功率管的电流恢复正常负载电流时，流过第二MOS管M2的电流IM2由低压差线性稳压器的环路电路控制，等待比较模块330输出的控制信号为关闭信号时，钳位驱动模块310恢复正常SSF模式，钳位驱动模块310在SSF模式下等效为超级源跟随器，具有输入阻抗高输出阻抗低，电压放大倍数近似为1的优点。

如图5所示，在t1时间段，低压差线性稳压器处于正常工作状态，当采样模块320采样到的负载电流上升至限制阈值电流ICL时，比较模块330输出限流开启信号，钳位驱动模块310进入限流过程t2。此时的负载电流I_LOAD处于限制阈值电流I_CL附近，钳位驱动模块310限制流过功率管的电流I_D低于负载电流I_LOAD，输出电压V_OUT降低，功率管Mp的功率降低，达到保护低压差线性稳压器芯片的目的。在t3时间段，负载电流I_LOAD恢复正常的工作电流I_OUT,nom，在输出电压V_OUT恢复到正常输出电压V_OUT,nom之前，限流保护电路仍然工作，防止低压差线性稳压器环路电路快速上拉输出电压V_OUT带来的大电流，当输出电压恢复到V_OUT,nom时，钳位驱动模块310仍具有驱动能力，保证低压差线性稳压器环路电路稳定输出电压，待比较模块330输出的控制信号为关闭信号时，钳位驱动模块310恢复正常SSF模式，钳位驱动模块310等效为超级源跟随器，低压差线性稳压器处于正常工作状态。

图6是本发明实施例提供的另一种钳位驱动模块的电路图，如图6所示，钳位驱动模块310还包括第二输入端、第三输入端和第二输出端，钳位驱动模块310的第二输入端和第三输入端均连接低压差线性稳压器的环路电路，钳位驱动模块310的第二输出端连接功率管Mp的栅极；钳位驱动模块310包括误差放大器A2、第四电流源I_REF4、第五电流源_IREF5、第六电流源I_REF6、第四MOS管M4、第二电阻模块R2和第三开关S3；第三开关S3接入钳位驱动模块310控制端a3的控制信号，误差放大器A2的正向输入端连接钳位驱动模块310的第二输入端，误差放大器A2的负向输入端连接钳位驱动模块310的第三输入端，误差放大器A2的输出端连接第四MOS管M4的栅极和第二电阻模块R2的一端，第二电阻模块R2的另一端连接第四MOS管M4的漏极、第四电流源I_REF4的正极和钳位驱动模块310的第二输出端，第四MOS管M4的源极连接第一电源V_IN，第四电流源I_REF4的负极接地，第三开关S3的一端连接第五电流源I_REF5的正极，第三开关S3的另一端连接第六电流源I_REF6的正极和误差放大器A2，第五电流源I_REF5的负极和第六电流源I_REF6的负极均接地。

本实施例中，钳位驱动模块310以跨阻放大器（Trans-impedance amplifier，TIA）为驱动器，误差放大器A2将低压差线性稳压器环路电路中的放大模块AMP输出的电压转换为电流，第二电阻模块R2与第四MOS管M4将电流转为电压，共同构成钳位驱动模块310。流经第二电阻模块R2的最大电流为误差放大器A2的尾电流源，未发生限流时，第三开关S3闭合，误差放大器A2的尾电流源为第四电流源I_REF4和第五电流源I_REF5的电流之和，当比较模块330发出限流开启信号时，第三开关S3断开，误差放大器A2的尾电流源减小为第五电流源I_REF5的电流I_REF5，钳位驱动模块310限制功率管Mp栅极电压V_G下降，当负载电流恢复到正常负载电流时，此时的钳位驱动模块310具有弱驱动能力，但仍可以维持低压差线性稳压器环路电路稳定输出电压，待迟比较模块330输出的控制信号为关闭信号时，限流路径关闭，低压差线性稳压器环路电路恢复正常工作。其中，限流工作波形参考图5。

本实施例中，针对不同的钳位驱动模块310，可以采用相对应的不同方式实现钳位驱动模块310的下拉能力，与传统限流保护相比，限流值不受输出电压变化影响，可以实现在比较低且准确的限流保护阈值下进行限流，同时对于输出过载一定时间内就恢复正常输出范围的负载，可以及时准确的返回正常的电路工作状态，避免系统尤其是启动过程复杂的系统的反复重启。

图7是本发明实施例提供的采样模块的电路图，如图7所示，采样模块320包括第一输入端a61和第二输入端a62，采样模块320的第一输入端a61连接功率管Mp的栅极，采样模块320的第二输入端a62连接低压差线性稳压器的输出端，功率管Mp的栅极电压为控制电压V_G，低压差线性稳压器的输出端的电压为输出电压V_OUT，采样模块320根据控制电压V_G和输出电压V_OUT得到采样电流。其中，采样模块320采样功率管Mp的等比例小电流。

继续参考图7，采样模块320包括第五MOS管M5、第六MOS管M6和第一运算放大器A1；第五MOS管M5的栅极连接采样模块320的第一输入端a61，第五MOS管M5的源极连接第一电源VIN，第五MOS管M5的漏极连接第一运算放大器A1的负向输入端和第六MOS管M6的源极，第一运算放大器A1的正向输入端连接采样模块320的第二输入端a62，第一运算放大器A1的输出端连接第六MOS管M6的栅极，第六MOS管M6的漏极连接采样模块320的输出端b1。根据第一运算放大器A1的虚短特性，第一运算放大器A1的正向输入端与负向输入端的电压相等，因此，与第一运算放大器A1负向连接的第五MOS管M5漏极的电压为输出电压V_OUT，此时，第五MOS管M5相当于功率管Mp，流过第五MOS管M5的电流与功率管Mp的电流相等，采样模块320采集功率管Mp的等比例小电流，使得采样电流更加精准。

图8是本发明实施例提供的比较模块的电路图，如图8所示，限流保护电路还包括比较模块330，比较模块330包括比较器CMP和第一电阻模块R1；比较器CMP的负向输入端连接比较模块330的第一输入端a1，比较器CMP的正向输入端连接比较模块330的第二输入端a2，比较器CMP的输出端连接比较模块330的输出端b2，第一电阻模块R1的一端连接比较器CMP的负向输入端，第一电阻模块R1的另一端接地。其中，比较器CMP包括任意类型的迟滞比较器。比较器CMP用于判断功率管Mp的电流是否过流并发出相应的控制信号VCMP，钳位驱动模块310根据接收到的控制信号VCMP控制第一开关S1、第二开关S2或第三开关S3的闭合或断开。比较器CMP采用迟滞比较器，比较器CMP作为限流开关将输入端的限流阈值和输出端的限流路径进行分离，比较器CMP可以设置限流阈值，不同于传统的限流保护方式中V_CON既是控制信号又是限流的判断信号，因此，限流保护电路通过设置比较模块330使得限流保护阈值低且精确。

本实施例中的限流保护电路适用于高速大电流低压差线性稳压器，其中钳位驱动模块310通过下拉功率管栅极电压V_G的方式限流，对于短时间过载就恢复正常输出范围的负载，可以及时准确的返回正常的电路工作状态，避免系统尤其是启动过程复杂的系统的反复重启，由于钳位驱动模块310输出的钳位电压为固定值，限流值不受输出电压变化影响，同时可实现限流阈值较低的目的。

本发明实施例提供了一种低压差线性稳压器，低压差线性稳压器包括环路电路和限流保护电路；环路电路包括放大模块和输出电路模块，输出电路模块包括功率管Mp，钳位驱动模块310连接在放大模块和输出电路模块之间。输出电路模块还包括第一保护电阻Rb1、第二保护电阻Rb2、滤波电容CL和负载电阻RL；功率管Mp的栅极连接钳位驱动模块310的输出端，功率管Mp的源极连接第一电源V_IN，功率管Mp的漏极连接第一保护电阻Rb1的一端、负载电阻RL的一端、和滤波电容CL的一端，功率管Mp的漏极作为低压差线性稳压器的输出端，第一保护电阻Rb1的另一端连接第二保护电阻Rb2的一端，负载电阻RL的另一端、第二保护电阻Rb2的另一端和滤波电容CL的另一端均接地。

本实施例中，采样模块320采样功率管等比例的小电流，通过比较模块330输出控制信号V_CMP，即限流开启信号或关闭信号。当比较模块330输出限流开启信号时，钳位驱动模块310下拉电压从而钳制功率管的栅极，限制流过功率管的电流，此时流过功率管的电流固定为I_CL。当输出电压V_OUT改变时，由于钳位驱动模块310的钳制作用，限流值不会改变。当负载电流低于限流值时，钳位驱动模块310仍具有弱的驱动能力，所以低压差线性稳压器仍然可以正常工作，并维持输出电压的稳定。当比较模块330输出关闭信号时，限流路径关闭，低压差线性稳压器环路电路正常工作。将限流保护电路应用于低压差线性稳压器，对于短时间过载就恢复正常输出范围的负载，可以及时准确的返回正常的电路工作状态，避免系统的反复重启，限流值不受输出电压变化影响，可实现限流阈值较低，确保低压差线性稳压器的安全工作。

本发明实施例提供了一种限流保护的方法，图9是本发明实施例提供的一种限流保护方法的流程图，如图9所示，限流保护方法包括：

S910、采样模块320通过采集所述功率管的电流；

S920、比较模块330用于在功率管Mp的电流过流时输出限流开启信号；

S930、钳位驱动模块310接收到限流开启信号时，限制流过功率管Mp的电流；

S940、在功率管Mp的电流恢复至正常的工作电流，以及功率管Mp的输出电压恢复至正常电压之前，钳位驱动模块310对功率管Mp持续进行限流。

本实施例提供的一种限流保护方法可以由上述实施例中的限流保护电路执行。限流保护电路通过的采样模块320采样功率管等比例的小电流，通过比较模块330输出控制信号，通过钳位驱动模块310下拉电压从而钳制功率管的栅极，限制流过功率管的电流。实现了限流值不受输出电压变化影响，限流阈值较低的目的。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于低压差线性稳压器的限流保护电路，其特征在于，所述低压差线性稳压器包括功率管，所述功率管的第一极连接所述低压差线性稳压器的输出端，所述限流保护电路包括：钳位驱动模块、采样模块和比较模块；

所述采样模块连接所述功率管的栅极和所述低压差线性稳压器的输出端，所述采样模块用于采集所述低压差线性稳压器的输出电流；

所述比较模块的第一输入端连接所述采样模块的输出端，所述比较模块的第二输入端接入预设参考信号，所述比较模块的输出端连接所述钳位驱动模块的控制端，所述比较模块用于根据所述采样模块输出的信号和所述预设参考信号输出控制信号至所述钳位驱动模块，所述控制信号包括限流开启信号或关闭信号；

所述钳位驱动模块连接于所述低压差线性稳压器的环路电路，并与所述功率管的栅极连接，所述钳位驱动模块用于接收到所述限流开启信号时，限制流过所述功率管的电流。

2.根据权利要求1所述的适用于低压差线性稳压器的限流保护电路，其特征在于，所述钳位驱动模块还包括第一输入端和第一输出端，所述钳位驱动模块的第一输入端连接所述低压差线性稳压器的环路电路，所述钳位驱动模块的第一输出端连接所述功率管的栅极；

所述钳位驱动模块包括第一开关、第二开关、第一电流源、第二电流源、第三电流源、第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管；所述第一开关和所述第二开关接入所述钳位驱动模块控制端的控制信号，并根据所述钳位驱动模块控制端的控制信号导通或关断；所述第一开关的一端连接所述第一电流源的正极，所述第一电流源的负极接地，所述第一开关的另一端连接所述第二电流源的正极、所述第二开关的一端和所述第一MOS管的漏极，所述第二电流源的负极接地，所述第一MOS管的栅极连接所述钳位驱动模块的第一输入端，所述第一MOS管的源极连接所述第三电流源的负极，所述第三电流源的正极连接第一电源和所述第二MOS管的源极，所述第二MOS管的栅极连接所述第一MOS管的源极、所述第二MOS管的漏极、所述第三MOS管的漏极和所述钳位驱动模块的第一输出端，所述第二开关的另一端连接所述第三MOS管的栅极，所述第三MOS管的源极接地。

3.根据权利要求1所述的适用于低压差线性稳压器的限流保护电路，其特征在于，所述钳位驱动模块还包括第二输入端、第三输入端和第二输出端，所述钳位驱动模块的第二输入端和所述第三输入端均连接所述低压差线性稳压器的环路电路，所述钳位驱动模块的第二输出端连接所述功率管的栅极；

所述钳位驱动模块包括误差放大器、第四电流源、第五电流源、第六电流源、第四MOS管、第二电阻模块和第三开关；所述第三开关接入所述钳位驱动模块控制端的控制信号，所述误差放大器的正向输入端连接所述钳位驱动模块的第二输入端，所述误差放大器的负向输入端连接所述钳位驱动模块的第三输入端，所述误差放大器的输出端连接所述第四MOS管的栅极和所述第二电阻模块的一端，所述第二电阻模块的另一端连接所述第四MOS管的漏极、第四电流源的正极和所述钳位驱动模块的第二输出端，所述第四MOS管的源极连接第一电源，所述第四电流源的负极接地，所述第三开关的一端连接所述第五电流源的正极，所述第三开关的另一端连接所述第六电流源的正极和所述误差放大器，所述第五电流源的负极和所述第六电流源的负极均接地。

4.根据权利要求1所述的适用于低压差线性稳压器的限流保护电路，其特征在于，所述采样模块包括第一输入端和第二输入端，所述采样模块的第一输入端连接所述功率管的栅极，所述采样模块的第二输入端连接所述低压差线性稳压器的输出端，所述功率管的栅极电压为控制电压，所述低压差线性稳压器的输出端的电压为输出电压，所述采样模块根据所述控制电压和所述输出电压得到采样电流。

5.根据权利要求4所述的适用于低压差线性稳压器的限流保护电路，其特征在于，所述采样模块包括第五MOS管、第六MOS管和第一运算放大器；所述第五MOS管的栅极连接所述采样模块的第一输入端，所述第五MOS管的源极连接第一电源，所述第五MOS管的漏极连接所述第一运算放大器的负向输入端和所述第六MOS管的源极，所述第一运算放大器的正向输入端连接所述采样模块的第二输入端，所述第一运算放大器的输出端连接所述第六MOS管的栅极，所述第六MOS管的漏极连接所述采样模块的输出端。

6.根据权利要求1所述的适用于低压差线性稳压器的限流保护电路，其特征在于，所述比较模块包括比较器和第一电阻模块；所述比较器的负向输入端连接所述比较模块的第一输入端，所述比较器的正向输入端连接所述比较模块的第二输入端，所述比较器的输出端连接所述比较模块的输出端，所述第一电阻模块的一端连接所述比较器的负向输入端，所述第一电阻模块的另一端接地。

7.根据权利要求6所述的适用于低压差线性稳压器的限流保护电路，其特征在于，所述比较器包括迟滞比较器。

8.一种低压差线性稳压器，其特征在于，包括环路电路和权利要求1-7任一项所述的限流保护电路；所述环路电路包括放大模块和输出电路模块，所述输出电路模块包括所述功率管，所述钳位驱动模块连接在所述放大模块和所述输出电路模块之间。

9.根据权利要求8所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述输出电路模块还包括第三电阻模块、第四电阻模块、第五电阻模块和第一电容；所述功率管的栅极连接所述钳位驱动模块的输出端，所述功率管的源极连接第一电源，所述功率管的漏极连接所述第三电阻模块的一端、第四电阻模块的一端、和第一电容的一端，所述功率管的漏极作为所述低压差线性稳压器的输出端，所述第三电阻模块的另一端连接所述第五电阻模块的一端，所述第四电阻模块的另一端、第五电阻模块的另一端和所述第一电容的另一端均接地。

10.一种限流保护方法，其特征在于，由所述权利要求1-7任一项所述的限流保护电路执行，所述方法包括：

所述采样模块通过采集所述功率管的电流；

所述比较模块用于在所述功率管的电流过流时输出所述限流开启信号；

所述钳位驱动模块接收到所述限流开启信号时，限制流过所述功率管的电流；

在所述功率管的电流恢复至正常的工作电流，以及所述功率管的输出电压恢复至正常电压之前，所述钳位驱动模块对所述功率管持续进行限流。

Images