一种具有输出短路保护的高压LDO稳压器的制作方法

本发明涉及稳压器领域，具体涉及一种具有输出短路保护的高压ldo稳压器。

背景技术：

1、高压ldo稳压器是一类专门适配宽范围高输入电压场景的低压差线性稳压器，它在常规ldo的基础上大幅提升了自身的输入耐压上限，普通ldo的输入电压通常只能支持十几伏，而高压ldo的输入耐压普遍可以做到几十伏甚至上百伏，部分工业级车规级型号还能承受更高的瞬态电压冲击，避免在输入电压大幅波动时出现芯片击穿损坏的问题。其同样依靠内部的负反馈闭环机制，通过误差放大器实时对比输出采样电压与基准电压的差值，动态调节内部调整管的导通状态，把波动的高压输入转换成稳定的低压输出，同时保留了传统ldo输出纹波极低、无开关噪声、电源抑制比高、外围电路简单的优势。

2、高压ldo稳压器多通过采样输出电流与固定阈值比较来控制功率管，在恒流限流模式下功率管承受巨大的电压应力与功耗容易引发热失效、锁存关断或打嗝模式需要外部复位或重新上电、采样精度差、高温或上电时易误触发等问题。常规处理采用钳位方案防止闩锁或抑制高温漂移，但是钳位方案的钳位目标是误触发信号本身，而非直接钳位功率管栅极的下拉幅度来限制峰值电流，无法达到限制电流峰值的目的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有输出短路保护的高压ldo稳压器，旨在改善现有钳位方案的钳位目标是误触发信号本身，而非直接钳位功率管栅极的下拉幅度来限制峰值电流，无法限制电流峰值的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种具有输出短路保护的高压ldo稳压器，包括预稳压模块、基准模块、使能模块、上电复位模块、过温保护模块、短路保护模块、误差放大器u0、高压mos管hp100、高压mos管hn100和电阻r100、电阻r101、电阻r102；

4、外部电源vin输入至预稳压模块、短路保护模块和电阻r100的一端，所述预稳压模块输出vdd至基准模块、过温保护模块、上电复位模块和误差放大器u0的电源输入端；

5、所述预稳压模块的输出端和上电复位模块的输出端分别输出偏置电压vng和控制信号por_set至使能模块，所述使能模块输出使能信号enl和使能信号enlb至预稳压模块，所述预稳压模块输出使能信号enh至短路保护模块；所述基准模块分别输出基准电压vref和基准电压vref1至过温保护模块和误差放大器u0的反相输入端；所述过温保护模块输出偏置电压bias2至高压mos管hn100的栅极，所述过温保护模块输出偏置电压bias1和电压otp至短路保护模块，所述短路保护模块的输出端与高压mos管hp100的栅极和高压mos管hn100的漏极电性连接；

6、所述电阻r100的另一端与高压mos管hp100的源极电性连接，所述高压mos管hp100的漏极与电阻r101的一端电性连接，并作为输出端out与外部连接；所述电阻r101的另一端与误差放大器u0的同向输入端和电阻r102的一端电性连接，所述误差放大器u0的输出端与高压mos管hn100的源极电性连接；所述电阻r102的另一端接地。

7、进一步地，所述预稳压模块包括mos管p0、mos管p1、mos管p2、mos管p3、mos管p4、mos管p5、mos管p6、mos管p7、mos管n0、mos管n3、mos管n4、mos管hp1、mos管hp2、mos管hp3、mos管hp4、mos管hn1、mos管hn2、mos管hn3、mos管hn4、电阻r0、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4和电容c0；

8、外部电源vin输入至电阻r0的一端、mos管p1的源极、mos管p1的源极、mos管p2的源极、mos管p3的源极、mos管p4的源极、mos管p5的源极、mos管p6的源极、mos管p7的源极、mos管hp4的源极、电容c0的一端和电阻r4的一端；所述使能信号enlb输入至mos管hn2的栅极，使能信号enl输入至mos管hn3的栅极，外部in1信号输入至mos管p0的栅极；

9、所述电阻r0的另一端与mos管n0的漏极和mos管hn1的栅极电性连接；所述mos管p1的栅极、漏极均与mos管p2的栅极、mos管p5的栅极、mos管p6的栅极、mos管p7的栅极和电阻r2的一端电性连接，所述电阻r2的另一端与mos管hn1的漏极、mos管hp1的栅极、mos管hp2的栅极和mos管hp3的栅极电性连接，所述mos管hn1的源极与电阻r1的一端和mos管n0的栅极电性连接；

10、所述mos管p2的漏极与mos管hp1的源极、mos管p3的漏极和mos管p4的栅极电性连接，所述mos管hp1的漏极与mos管hn2的漏极电性连接；

11、所述mos管p3的栅极与mos管p4的漏极、mos管p5的漏极和mos管hp2的源极电性连接，并作为输出端输出使能信号enh至短路保护模块，所述mos管hp2的漏极与mos管hn3的漏极电性连接；

12、所述mos管p6的漏极与mos管hp3的源极电性连接，所述mos管hp3的漏极与mos管hn4的栅极、mos管n3的栅极、漏极和mos管n4的栅极电性连接，并作为输出端输出偏置电压vng至使能模块；mos管p7的漏极与电阻r3的一端、mos管n2的源极、mos管hp4的栅极和mos管hn4的漏极电性连接，所述mos管hn4的源极与mos管n4的漏极和mos管p0的漏极电性连接；

13、所述电容c0的另一端与电阻r3的另一端和mos管n2的栅极电性连接，所述mos管n2的漏极与电阻r4的另一端电性连接；所述mos管hp2的漏极与mos管p0的源极电性连接，并输出vdd至基准模块、过温保护模块、上电复位模块和误差放大器u0的电源输入端；

14、所述mos管n0的源极、mos管hn2的源极、mos管hn3的源极、mos管n3的源极、mos管n4的源极和电阻r1的另一端均接地。

15、进一步地，所述基准模块包括mos管p8、mos管p9、mos管p10、三极管q5、三极管q6、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r5、电阻r6、电阻r7和电容c1；

16、所述预稳压模块输出vdd至电阻r8的一端、电阻r5的一端、电阻r6的一端和电阻r7的一端；

17、所述电阻r8的另一端与电阻r1的一端、三极管q5的基极和三极管q6的基极电性连接，并作为输出端输出基准电压vref至过温保护模块，所述电阻r9的另一端与电阻r10的一端电性连接，并作为输出端输出基准电压vref1至误差放大器u0的反相输入端；

18、电阻r5的另一端与mos管p8的源极电性连接，所述mos管p8的栅极和漏极均与三极管q5的集电极、mos管p1的栅极和mos管p2的栅极电性连接，三极管q5的发射极与电阻r11的一端电性连接，所述电阻r11的另一端与三极管q6的发射极和电阻r12的一端电性连接；

19、所述电阻r6的另一端与mos管p9的源极电性连接，所述mos管p1的漏极与三极管q6的集电极和电容c1的一端电性连接，并作为输出端out1与外部电性连接；所述电阻r7的另一端与mos管p10的源极电性连接，所述mos管p10的漏极输出电流ptat至过温保护模块；

20、所述电阻r10的另一端、电阻r12的另一端和电容c1的另一端均接地。

21、进一步地，满足一下条件式：

22、（w/l）p8：（w/l）p9=1:1，

23、其中，（w/l）p8和（w/l）p9分别为mos管p8和mos管p9的宽长比；

24、所述电阻r5、电阻r6和电阻r7的阻值相等。

25、进一步地，所述过温保护模块包括三极管q0、三极管q1、三极管q2、三极管q3、三极管q4、mos管p11、mos管p12、mos管p13、mos管p14、mos管p15、mos管p16、mos管p17、mos管p18、mos管p19、mos管n5、mos管n6、mos管n7、mos管n8、mos管n9、mos管n10、mos管n11、mos管n12、mos管n13、mos管n14、mos管n15、mos管hp5、mos管hp6、mos管hp7、mos管hp8、mos管hp9、mos管hp10、mos管hn5、mos管hn6、mos管hn7、mos管hn8、mos管hn9、mos管hn10和电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16；

26、外部电源vin输入至mos管p11的源极、mos管p13的源极、mos管p14的源极、mos管p15的源极、mos管p16的源极、mos管p17的源极、mos管p18的源极、mos管p19的源极、mos管hp8的源极、电阻r16的一端；所述预稳压模块输出vdd至电阻r13的一端，所述基准模块输出基准电压vref至电阻r14的一端，所述基准模块输出电流ptat至mos管n5的栅极、漏极、mos管n6的栅极和mos管n7的栅极；

27、所述mos管p11的栅极和漏极均与mos管p12的源极电性连接，所述mos管p12的栅极、漏极均与mos管hp5的栅极、mos管hp6的栅极、mos管hp7的栅极、mos管hp9的栅极、mos管hp10的栅极和mos管hn5的漏极电性连接，所述电阻r13的另一端与mos管hn5的栅极、mos管hn6的栅极、mos管hn7的栅极、mos管hn8的栅极和mos管hn9的栅极电性连接，所述mos管hn5的源极与mos管n6的漏极电性连接；所述电阻r14的另一端与三极管q0的基极电性连接；

28、mos管p13的栅极与mos管p14的栅极、mos管p15的栅极、mos管p18的栅极、mos管p19的栅极、mos管hp5的漏极和mos管hn6的漏极电性连接，并作为输出端输出偏置电压bias1至短路保护模块；所述mos管p13的漏极与mos管hp5的源极电性连接，所述mos管hn6的源极与mos管n7的漏极电性连接；

29、所述mos管p14的漏极与mos管hp6的源极电性连接，所述mos管hp6的漏极与mos管n8的栅极、漏极、mos管n10的栅极、mos管n11的栅极和mos管n12的栅极电性连接；

30、所述mos管p15的漏极与mos管hn7的漏极、mos管p16的栅极和mos管p17的栅极电性连接，所述mos管hn7的源极与三极管q0的集电极电性连接，所述三极管q0的发射极与三极管q1的基极和集电极电性连接，所述三极管q1的发射极与三极管q2的基极和集电极电性连接，所述三极管q2的发射极与三极管q3的基极和集电极电性连接，所述三极管q3的发射极与电阻r15的一端电性连接，所述电阻r15的另一端与三极管q4的基极、集电极和三极管n9的漏极电性连接；

31、所述mos管p15的漏极与mos管hp7的源极电性连接，所述mos管hp7的漏极与三极管n9的栅极和mos管n10的漏极电性连接；所述mos管p17的漏极与mos管hp8的栅极和mos管hn8的漏极电性连接，所述mos管hn8的源极与mos管n11的漏极电性连接；所述mos管hp8的漏极与mos管hn9的漏极电性连接，并作为输出端输出电压otp至短路保护模块，所述mos管hn9的源极与mos管n12的漏极电性连接；

32、所述mos管p18的漏极与mos管hp9的源极电性连接，所述mos管hp9的漏极与mos管n13的栅极、漏极和mos管n14的栅极电性连接，并作为输出端输出vg至外部；所述mos管p19的漏极与mos管hp10的源极电性连接，所述mos管hp10的漏极与mos管n15的漏极和mos管hn10的栅极电性连接，并作为输出端输出偏置电压bias2至高压mos管hn100的栅极；所述电阻r16的另一端与mos管hn10的漏极电性连接，所述mos管hn10的源极与mos管n15的栅极和mos管n14的漏极电性连接；

33、所述mos管n5的源极、mos管n6的源极、mos管n7的源极、mos管n8的源极、mos管n9的源极、mos管n10的源极、mos管n11的源极、mos管n12的源极、mos管n13的源极、mos管n14的源极和三极管q4的发射极均接地。

34、进一步地，所述使能模块包括施密特触发器u100、反相器u101、反相器u102、反相器u105、与非门u103、与非门u104和mos管n21；

35、所述预稳压模块的输出端输出偏置电压vng至mos管n21的栅极，所述mos管n21的漏极与施密特触发器u100的输入端电性连接，所述反相器u101和反相器u102依次串联在施密特触发器u100的输出端和与非门u103的第一输入端之间，所述mos管n21的源极和与非门u103的第二输入端均接地；

36、所述与非门的输出端和与非门u104的第一输入端电性连接，所述上电复位模块的输出端控制信号por_set至与非门u104的第二输入端，所述与非门u104的输出端与反相器u105的输入端电性连接，并作为输出端输出使能信号enl至预稳压模块，所述反相器u105的输出端输出使能信号enlb至预稳压模块。

37、进一步地，所述上电复位模块包括mos管p20、mos管p21、mos管p22、mos管p23、mos管p24、mos管p25、mos管p26、mos管p27、mos管p28、mos管n16、mos管n17、mos管n18、mos管n19、mos管n20、电容c2、电容c3和电阻r17；

38、所述预稳压模块输出vdd至mos管p20的源极、mos管p21的源极、mos管p22的源极、mos管p23的源极、mos管p24的源极、mos管p25的源极、mos管p26的源极、mos管p27的源极、mos管p28的源极；

39、所述mos管p20的栅极、漏极均与mos管n16的栅极和mos管p21的漏极电性连接，所述mos管p21的栅极与mos管p22的栅极和mos管n16的漏极电性连接；所述mos管p22的漏极与电阻r17的一端、电容c2的一端、mos管p23的漏极、mos管p24的栅极和mos管n17的栅极电性连接；所述mos管p23的栅极与mos管p24的漏极、mos管n17的漏极、mos管p25的栅极和mos管n18的栅极电性连接；所述mos管p25的漏极和mos管n18的漏极均与mos管p26的漏极、电容c3的一端、mos管p27的栅极和mos管n19的栅极电性连接；所述mos管p27的漏极与mos管p26的栅极、mos管n19的漏极、mos管p28的栅极和mos管n20的栅极电性连接，所述mos管p28的漏极和mos管n20的漏极电性连接，并作为输出端输出控制信号por_set至使能模块；

40、所述mos管n16的源极、mos管n17的源极、mos管n18的源极、mos管n19的源极、mos管n20的源极、电阻r17的另一端和电容c2的另一端、电容c3的另一端均接地。

41、进一步地，所述短路保护模块包括mos管p29、mos管p30、mos管p31、mos管p32、mos管p33、mos管p34和二极管d0；

42、外部电源vin输入至mos管p29的源极、mos管p30的源极、mos管p31的源极、mos管p32的源极、二极管d0的负极；所述预稳压模块输出使能信号enh至mos管p29的栅极；所述过温保护模块输出电压otp至mos管p30的栅极；所述过温保护模块输出偏置电压bias1至mos管p31的栅极；

43、所述mos管p32的栅极、漏极均与mos管p33的源极电性连接，所述mos管p33的栅极、漏极均与mos管p34的源极电性连接；

44、所述mos管p29的漏极与mos管p30的漏极、mos管p31的漏极、mos管p34的栅极、漏极和二极管d0的整机电性连接，并作为输出端与高压mos管hp100的栅极和高压mos管hn100的漏极电性连接。

45、进一步地，所述误差放大器u0包括mos管p35、mos管p36、mos管p37、mos管p39、mos管n21、mos管n22、mos管n23、mos管n24；

46、所述预稳压模块输出vdd至mos管p35的源极、mos管p36的源极、mos管p37的源极、mos管p39的源极，所述基准模块分别输出基准电压vref1至mos管n21的栅极，所述电阻r101的另一端与mos管n22的栅极电性连接，外部信号vg输入至mos管n23的栅极和mos管n24的栅极；

47、所述mos管p35的栅极、漏极均与mos管p36的栅极和mos管n21的漏极电性连接，所述mos管n21的源极与mos管n23的漏极和mos管n22的源极电性连接；所述mos管p36的漏极与mos管p37的栅极、漏极、mos管p38的栅极和mos管n22的漏极电性连接；所述mos管p38的漏极与mos管n24的漏极电性连接，并作为输出端与高压mos管hn100的源极电性连接；

48、所述mos管n23的源极和mos管n24的源极均接地。

49、采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：

50、预稳压模块建立内部电源后，依次驱动上电复位模块、使能模块、带隙基准与误差放大器u0，避免启动过程中的时序竞争；过温保护模块与短路保护模块共用功率管栅极控制节点，当芯片温度超过阈值或输出发生短路时，均通过同一控制路径限制或关断功率管，避免保护动作冲突；短路保护模块通过钳位功率管栅极下拉幅度抑制输出峰值浪涌电流，同时功率管在短路全程保持导通状态，故障解除后自动恢复。