一种LDO过流保护电路的制作方法

一种ldo过流保护电路
技术领域
1.本发明属于集成电路设计技术领域，尤其涉及一种ldo过流保护电路。


背景技术：

2.与开关电源相比，线性稳压器(low dropout regulators,ldo)具有更好的瞬态响应，更低的噪声，更精简的电路结构以及更低的成本，在移动电源设备中备受青睐。过流保护电路作为ldo电路中非常重要的一环，可以防止过载、输出短路对其的损害，使ldo工作在安全区。
3.目前，针对ldo过流保护主要有两种模式：恒定过流保护与折返式过流保护。恒定过流限结构更为简单，但功耗较大，长时间工作，大电流可能烧毁功率管。折返式过流结构在输出下降时降低过流限，避免了可能引起的风险，但可能引起ldo闩锁，无法启动负载。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种ldo过流保护电路，与传统过流限结构相比，可降低功耗，保护功率管不被烧毁；与传统折返式相比，可以通过调节外部电阻方便地调节过流限与折返点电压，从而避免闩锁。
5.本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种ldo过流保护电路，包括：过流保护结构和电流折返结构；其中，所述过流保护结构和所述电流折返结构相连接；所述过流保护结构通过电流镜构成的环路箝位最大输出电流，所述电流折返结构采用误差放大器构成的负反馈环路产生与输出电压成比例的电流折返输出电流，通过调节电流折返结构的外部电阻能够调节过流限与折返点电压，从而避免稳压器产生闩锁。
6.上述ldo过流保护电路中，所述过流保护结构包括晶体管mp1、晶体管mp2、晶体管mp3、晶体管mp6、晶体管mn1和晶体管mn2；其中，所述晶体管mp1的栅极连接至所述晶体管mp6的漏极，所述晶体管mp1的源极连接至电压vin；所述晶体管mp1的漏极连接至晶体管mp2的源极；所述晶体管mp2的栅极连接至电压vout；所述晶体管mp2的源极连接至晶体管mpi的漏极；所述晶体管mp2的漏极连接至晶体管mn1的栅极和漏极以及所述晶体管mn2的棚极；所述晶体管mp3的栅极连接至电压vb；所述晶体管mp3的源极连接至电压vin；所述晶体管mp3的漏极连接至晶体管mp6的栅极、晶体管mn2的漏极；所述晶体管mp6的栅极连接至晶体管mp3的漏极；所述晶体管mp6的源极连接至电压vin；所述晶体管mp6的漏极连接至晶体管mp1的栅极；所述晶体管mn1的栅极与漏极相连，并连接至所述晶体管mn2的栅极；所述晶体管mn1的源极连接至地vss；所述晶体管mn2的源极连接至地vss；所述晶体管mn2的漏极连接至晶体管mp6的栅极、晶体管mp3的漏极。
7.上述ldo过流保护电路中，所述电流折返结构包括晶体管mp4、晶体管mp5、晶体管mn3、电阻r1、电阻r2和误差放大器ea；其中，所述晶体管mp4的栅极连接至晶体管mp5的棚极和漏极；所述晶体管mp4的源极连接至电压vin；所述晶体管mp4的漏极连接至晶体管mp6的栅极、晶体管mp3的漏极；所述晶体管mp4的源极连接至电压vin；所述晶体管mp5的栅极与漏
极相连，并连接至所述晶体管mp4的栅极、晶体管mn3的漏极；所述晶体管mp5的源极连接至电压vin；所述晶体管mn3的栅极连接至所述误差放大器ea的输出端；所述晶体管mn3的源极连接至电阻r2；所述晶体管mn3的漏极连接至晶体管mp5的栅极和漏极；所述误差放大器ea的正输入端连接至电压vout；所述误差放大器ea的负输入端连接至电阻r1、电阻r2；所述误差放大器ea的输出端连接至晶体管mn3的栅极；电阻r1的一端连接至电阻r2、误差放大器ea的负输入端；电阻r1的另一端连接至地vss；电阻r2的一端连接至晶体管mn3的源极；电阻r2的另一端连接至电阻r1、误差放大器ea的负输入端。
8.上述ldo过流保护电路中，所述误差放大器ea包括晶体管mp7、晶体管mp8、晶体管mp9、晶体管mp10、晶体管mp11、晶体管mn4、晶体管mn5、晶体管mn6和晶体管mn7；其中，所述晶体管mp7的栅极连接至电压vb3，所述晶体管mp7的源极连接至电压vin；所述晶体管mp7的漏极连接至晶体管mp8的源极、晶体管mp9的源极；所述晶体管mp8的栅极连接至电压vout；所述晶体管mp8的源极连接至晶体管mp9的源极；所述晶体管mp8的漏极连接至晶体管mn4的源极、晶体管mn6的漏极；所述晶体管mp9的栅极连接至电压vr；所述晶体管mp9的漏极连接至晶体管mn5的源极、晶体管mn7的漏极；所述晶体管mp10的栅极与漏极相连，并连接至晶体管mp11的栅极、晶体管mn4的漏极；所述晶体管mp10的原极连接至电压vin；所述晶体管mp11的栅极连接至晶体管mn4的漏极；所述晶体管mp11的源极连接至电压vin；所述晶体管mp11的漏极连接至晶体管mn5的漏极；所述晶体管mn4的栅极连接至所述晶体管mn5的栅极，并连接至电压vb；所述晶体管mn4的源极连接至晶体管mn6的漏极、晶体管mn8的漏极；所述晶体管mn5的栅极连接至电压vb2；所述晶体管mn5的源极连接至晶体管mn7的漏极；所述晶体管mn6的栅极连接至晶体管mn7的栅极，并连接至电压vb1；所述晶体管mn6的源极连接至地vss；所述晶体管mn7的栅极连接至电压vb1；所述晶体管mn7的源极连接至地vss。
9.上述ldo过流保护电路中，所述误差放大器ea为折叠式有源负载放大器。
10.上述ldo过流保护电路中，所述晶体管mp1为镜像管。
11.本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
12.(1)本发明通过镜像管mp1，跟随晶体管mp2，mp2管使mp1管漏电位跟随输出电压，实现对输出电流的精确采样；
13.(2)本发明通过晶体管mn3，电阻r1，电阻r2，误差放大器ea构成的负反馈环路产生与输出电压成比例的电流，实现输出电流折返功能；
14.(3)本发明通过晶体管mp1，mp2，mp3，mp6，mn1,mn2组成过流限保护环路，箱位最大输出电流，实现过流限保护；
15.(4)本发明通过引入基准电流iref，避免过流限对ldo的启动产生影响；
16.(5)本发明通过外部可调电阻r1，r2，实现过流限与折返点电压可调节，使得本发明能适用于各种负载场景下；
17.(6)本发明误差放大器ea选用折叠式有源负载放大器结构，保证在vout较高时过流保护折返部分不工作，节省大量功耗；
18.(7)本发明过流保护电路过流发生时，过流限环路先将输出电流箝位至一固定值，随着负载继续减小输出电压下降至折返点后，运放开始正常工作使输出电流折返，输出电流折返后，功耗下降。
附图说明
19.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
20.图1是本发明实施例提供的ldo过流保护电路的结构图；
21.图2是本发明实施例提供的误差放大器ea电路图。
具体实施方式
22.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
23.一种具有限流和折返功能的ldo过流保护电路，如图1所示，左半部分为过流保护结构：mp1管为镜像管；mp2管使mp1管漏电位跟随输出电压，实现对输出电流的精确采样。右半部分为带外部可调电阻的折返式保护结构，mn3管、折叠式误差放大器ea与外部可调电阻r1、r2组成负反馈环路，在环路开启时将输出电压转换为比例电流从而折返输出电流值。
24.左半部分过流限部分通过电流镜构成的环路箝位最大输出电流，右半部分折返部分采用误差放大器构成的负反馈环路产生与输出电压成比例的电流折返输出电流。可以通过调节外部电阻方便地调节过流限与折返点电压，从而避免稳压器产生闩锁。
25.具体的，过流限部分由晶体管mp1,mp2，mp3，mp6，mn1，mn2组成。
26.其中，晶体管mp1的栅极连接至晶体管mp6的漏极，mp1的源极连接至电压vin；mp1的漏极连接至晶体管mp2的源极。晶体管mp2的栅极连接至电压vout；mp2的源极连接至晶体管mpi的漏极；mp2的漏极连接至晶体管mn1的栅极和漏极以及mn2的棚极。晶体管mp3的栅极连接至电压vb；mp3的源极连接至电压vin；mp3的漏极连接至晶体管mp6的栅极、晶体管mp4的最极、晶体管mn2的漏极。晶体管mp6的栅极连接至晶体管mp3的漏极晶体管mp4的漏极、晶体管mn2的漏极；mp6的源极连接至电压vin；mp6的漏极连接至晶体管mp1的栅极。晶体管mn1的栅极与漏极相连，并连接至晶体管mn2的栅极；mn1的源极连接至地vss。晶体管mn2的栅极连接至晶体管mn1的栅极和漏极；mn2的源极连接至地vss；mn2的漏极连接至晶体管mp6的栅极、mp3的漏极、mp4的漏极。
27.电流折返部分由晶体管mp4，mp5，mn3，电阻r1，电阻r2；误差放大器ea组成。
28.其中，晶体管mp4的栅极连接至晶体管mp5的棚极和漏极；mp4的源极连接至电压vin；mp4的漏极连接至晶体管mp6的栅极、晶体管mp3的漏极晶体管mn2的漏极；mp4的源极连接至电压vin。晶体管mp5的栅极与漏极相连，并连接至mp4的栅极、晶体管mn3的漏极；mp5的源极连接至电压vin。晶体管mn3的栅极连接至误差放大器ea的输出端；mn3的源极连接至电阻r2；mn3的漏极连接至晶体管mp5的栅极和漏极。误差放大器ea的正输入端连接至电压vout；ea的负输入端连接至电阻r1、电阻r2；ea的输出端连接至晶体管mn3的栅极。电阻r1的一端连接至电阻r2、误差放大器ea的负输入端；电阻r1的另一端连接至地vss。电阻r2的一端连接至晶体管mn3的源极；电阻r2的另一端连接至电阻r1、误差放大器ea的负输入端。
29.如图2所示，误差放大器ea由晶体管mp7，mp8，mp9,mp10.mp11；n4，mn5，mn6，mn7组成。
30.其中，晶体管mp7的栅极连接至电压vb3，mp7的源极连接至电压vin；mp7的漏极连接至晶体管mp8的源极、晶体管mp9的源极。晶体管mp8的栅极连接至电压vout；mp8的源极连接至晶体管mp7的漏极晶体管mp9的源极；mp8的漏极连接至晶体管mn4的源极、mn6的漏极。晶体管mp9的栅极连接至电压vr；mp9的源极连接至晶体管mp7的漏极、晶体管mp8的源极；mp9的漏极连接至晶体管mn5的源极，mn7的漏极。晶体管mp10的栅极与漏极相连，并连接至晶体管mp11的栅极、晶体管mn4的漏极；mp10的原极连接至电压vin。晶体管mp11的栅极连接至晶体管mp10的栅极和漏极、晶体管mn4的漏极；mp11的源极连接至电压vin；mp11的漏极连接至晶体管mn5的漏极。晶体管mn4的栅极连接至晶体管mn5的栅极，并连接至电压vb；mn4的源极连接至晶体管mn6的漏极、晶体管mn8的漏极；mn4的漏极连接至晶体管mp10的栅极与漏极。晶体管mn5的栅极连接至晶体管mn4的栅极，并连接至电压vb2；mn5的源极连接至晶体管mp9的漏极、晶体管mn7的漏极。晶体管mn6的栅极连接至晶体管mn7的栅极，并连接至电压vb1；mn6的源极连接至vss；mn6的漏极连接至mn4的源极、晶体管mp8的漏极。晶体管mn7的栅极连接至晶体管mn6的栅极，并连接至电压vb1；mn7的源极连接至vss；mn7的漏极连接至mn5的源极、晶体管mp9的漏极。
31.本发明提供一种同时具有限流和折返功能的ldo过流保护电路，通过调节外部电阻可以方便地确定过流限以及折返点电压，从而满足不同过流保护要求和负载需求。如图1所示，
32.左半部分为过流保护结构：mp1管为镜像管；mp2管使mp1管漏电位跟随输出电压，实现对输出电流的精确采样。右半部分为带外部可调电阻的折返式保护结构，mn3管、误差放大器ea与外部可调电阻r1、r2组成负反馈环路，在环路开启时将输出电压转换为比例电流从而折返输出电流值。
33.具体的，过流环支路电流由n管和p管中较小电流所决定。当输出电流小于箝位电流时，mp3、mp4管工作在线性区，vcon电位拉高至vin使mp6管关断，过流限不影响ldo正常工作。当输出电流达到箝位电流时，n管和p管都工作在饱和区，输出电流由两股p管支路电流之和决定。
34.为了实现输出电流折返功能，利用输出电流箝位后输出电压下降的特性，使mp4管支路电流与输出电压成比例以拉低过流限。引入了基准电流iref，避免过流限对ldo的启动产生影响。
35.折返式结构中的ea放大器如图2所示，为了保证在vout较高时过流保护折返部分不工作，采用折叠式有源负载放大器，当输出电压vout>vgs，mp8 vov，mp7时运放关断。ldo正常工作时压降一般足够小，此时ea放大器不工作，运放输出电位为高电位(电源电位)，支路电流由mn3、r1、r2确定，输出电流的最大值被箝位在恒定值。
36.当输出电流被箝位，输出负载继续下降时输出电压线性下降，直至输出电压下降到折返点电压后运放开始正常工作。输出折返点电压由运放箝位时的过流限所决定。功率管两端的漏源电压，即输入电压与输出电压的差值随着输出电压的下降而增大，然而其漏电流一直减小。功率管功耗会随负载的减小而降低，即输出电流折返后功耗下降。
37.因此，通过上述实施方式，改进的外部可调、带限流的折返式ldo过流保护电路与
传统恒定过流限结构相比，过流后节省了大量功耗、避免了功率管由于热量过大而烧毁；与传统折返式过流结构相比，避免了过流曲线与负载线相交而引起的闩锁现象；通过调节外部电阻，可以方便地调节过流限与折返点电压，使这种过流限结构能应用于各种负载场景下。
38.本发明通过镜像管mp1，跟随晶体管mp2，mp2管使mp1管漏电位跟随输出电压，实现对输出电流的精确采样；本发明通过晶体管mn3，电阻r1，电阻r2，误差放大器ea构成的负反馈环路产生与输出电压成比例的电流，实现输出电流折返功能；本发明通过晶体管mp1，mp2，mp3，mp6，mn1,mn2组成过流限保护环路，箱位最大输出电流，实现过流限保护；本发明通过引入基准电流iref，避免过流限对ldo的启动产生影响；本发明通过外部可调电阻r1，r2，实现过流限与折返点电压可调节，使得本发明能适用于各种负载场景下；本发明误差放大器ea选用折叠式有源负载放大器结构，保证在vout较高时过流保护折返部分不工作，节省大量功耗；本发明过流保护电路过流发生时，过流限环路先将输出电流箝位至一固定值，随着负载继续减小输出电压下降至折返点后，运放开始正常工作使输出电流折返，输出电流折返后，功耗下降。
39.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。