一种低成本LDO限流电路的制作方法

一种低成本ldo限流电路
技术领域
1.本发明属于电源电路技术领域，具体涉及一种低成本ldo限流电路。


背景技术：

2.在集成电路设计领域中，低压差线性稳压器（ldo）因其低功耗、低噪声和结构简单而广泛应用于各类芯片中的内部低压供电电路。ldo的负载电流大小对其输出电源信号的电压有直接影响，而作为芯片内部电源，其负载能力往往又有限，所以对ldo的负载电流进行限制是非常有必要的。相较于传统的ldo限流电路（如图1所示）要么精度不高、温度漂移较大，要么性能达标了而成本较高，本发明则提供了一种兼顾较高的限流精度、低温漂、低功耗、低成本的ldo限流电路。
3.传统ldo限流电路如图1所示，包括由运放amp1、功率管n11、分压电阻r11和r12组成的ldo电路，三极管q11和采样电阻r13组成的限流电路。r13的阻值为rs，当负载电流在采样电阻上形成的压降iload*rs大于三极管q11的开启电压vbeon时，q11将导通下拉，使n11的vgs减小从而达到限流的目的。这种限流电路的结构虽然简单，但是采样电阻上压降有数百毫伏，同等限流电流的条件下功耗较大；限流电流阈值为（vbeon/rs），其中vbeon会随工艺波动产生较大的变化，因而精度较低、温漂较大。


技术实现要素：

4.为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种低成本ldo限流电路，电路包括ldo电路模块，偏置电路模块，以及限流电路模块，ldo电路模块包括一运算放大器、一功率管及一组分压电阻，运算放大器的输出端连接功率管，功率管连接分压电阻，偏置电路模块包括一组mos管，mos管依次相连，限流电路模块包括一组三极管和一金属采样电阻，偏置电路模块的输出端连接ldo电路模块和限流电路模块的输入端，限流电路模块的输出端连接ldo电路模块的输入端，偏置电路为ldo电路和限流电路提供偏置，限流电路为ldo电路提供过流限流的功能。
5.作为本发明的一种改进，ldo电路模块中分压电阻包括分压电阻r21和分压电阻r22，运算放大器amp2的输出端连接功率管n21的栅端，功率管n21的源端连接分压电阻r22的一端，分压电阻r22的另一端连接分压电阻r21的一端和运算放大器amp2的负输入端，分压电阻r21的另一端接地。
6.作为本发明的一种改进，偏置电路模块中mos管包括mos管p21、mos管p22 及mos管p23，mos管p21、mos管p22 及mos管p23的栅端相连，mos管p21的栅端与漏端相连，mos管p21、mos管p22 及mos管p23的源端相连并接电源vdd，mos管p22的漏端接运算放大器amp2的输出端，功率管n21的漏端连接mos管p23的源端，amp2的正输入端接vref，mos管p21的漏端输出偏置电流ibias。
7.作为本发明的一种改进，限流电路模块中三极管包括三极管q21和三极管q22，三极管q21的基极连接三极管q22的基极，三极管q21的集电极连接运算放大器amp2的输出端，
金属采样电阻r23的一端连接三极管q22的发射极和功率管n21的源端，金属采样电阻r23的另一端连接三极管q21的发射极和分压电阻r22的一端，三极管q22的集电极连接mos管p23的漏端，三极管q22的集电极与基极相连。
8.作为本发明的一种改进，当负载电流iload1达到限流阈值时得出下式：vbe21=vbe22 iload1*rm； 其中rm为金属采样电阻r23的阻值，vbe21为三极管q21的eb结压降，vbe22为三极管q22的eb结压降，得出：iload1=( vbe21-vbe22)/rm=δvbe/rm；偏置电路模块中mos管p22和mos管p23的宽长比之比为n：1，三极管q21和三极管q22的集电极电流比为n：1，由三极管的电流公式得出下式：δvbe=(k*t/q)*ln(n)，其中k为玻尔兹曼常数k=1.381
×
10-23 j／k，t为温度，q为电子的电荷量，q=1.602
×
10-19
c；得出：iload1=[(k*t/q)*ln(n)]/rm，其中分子项为正温度系数，而金属电阻的阻值rm也是正温度系数，当负载电流iload1超过限流阈值时，三极管q21将下拉导通，使功率管n21的vgs减小，从而达到限流的目的。
[0009]
基于上述技术方案，iload1数值上为δvbe/rm，而δvbe是正温度系数的，为了使得iload为零温漂或者低温漂，那么rm也需要是正温度系数的，本方案可以通过金属电阻的温漂来抵消一部分δvbe的温漂，从而使限流阈值的温漂减小。此外，金属采样电阻r23上的压降通常仅为几十毫伏，限流电路的整体功耗较小，而金属采样电阻r23作为金属电阻（且用互联金属做采样电阻方便集成），可以在绘制版图时，叠放在其他器件上，不会占用额外的芯片面积，降低了成本。
[0010]
作为本发明的一种改进，ldo电路模块中运算放大器amp3的输出端连接功率管p31的栅端，功率管p31的漏端连接分压电阻r32的一端，分压电阻r32的另一端连接分压电阻r31的一端及运算放大器amp3的正输入端，分压电阻r31的另一端接地，amp2的负输入端接vref。
[0011]
作为本发明的一种改进，限流电路模块中三极管包括三极管q31、三极管q32及三极管q33，三极管q31和三极管q32的基极相连，三极管q31的基极与集电极相连，三极管q32的集电极连接三极管q33的基极，金属采样电阻r33的一端连接三极管q32的发射极、三极管q33的集电极和电源vdd，金属采样电阻r33的另一端连接三极管q31、三极管q32发射极以及功率管p31的源端。
[0012]
基于上述技术方案，pnp管的放大倍数较低，因此在本方案中在三极管q32之后添加了npn管q33，这样能提高限流电路的相应速度。
[0013]
作为本发明的一种改进，偏置电路模块中mos管包括mos管n31、mos管n32及mos管n33，mos管n31、mos管n32及mos管n33的栅端相连，mos管n32的漏端连接三极管q31的集电极，mos管n33的漏端连接三极管q32的集电极和三极管q33的基极，mos管n31、mos管n32及mos管n33的源端相连并接分压电阻r31和地，mos管n31的漏端接ibias。
[0014]
作为本发明的一种改进，当负载电流iload2达到限流阈值时如下式：iload2=[(k*t/q)*ln(n)]/rn；其中rn为金属采样电阻r33的阻值，偏置电路模块中mos管n33和mos管n32的宽长比之比为n：1。
[0015]
作为本发明的一种改进，当iload超过限流阈值时，三极管q33将导通上拉，使功率
管p31的vgs（栅源电压）减小从而达到限流的目的。
[0016]
相对于现有技术，本发明的有益效果为：1）本方案采用δvbe作为电压阈值，减少了工艺波动带来的误差，提高了ldo限流阈值的精度，且较于传统的限流电路功耗更低，有较高的限流精度和较低的功耗；2）本方案采用正温度系数的金属电阻作为采样电阻，补偿了电压阈值的温度系数，得到了低温漂的限流阈值，不占用额外的芯片面积，具有低温漂、低成本的优点；3）本方案能兼顾较高的限流精度、低温漂、低功耗和低成本的特点，适用于各类芯片的中低压ldo电源电路，提高毫安级的限流保护。
附图说明
[0017]
图1为传统ldo限流电路。
[0018]
图2为nmos管作为调整管时的ldo限流电路。
[0019]
图3为pmos管作为调整管时的ldo限流电路。
具体实施方式
[0020]
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0021]
实施例：一种低成本ldo限流电路，电路包括ldo电路模块，偏置电路模块，以及限流电路模块，ldo电路模块包括一运算放大器、一功率管及一组分压电阻，运算放大器的输出端连接功率管，功率管连接分压电阻，偏置电路模块包括一组mos管，mos管依次相连，限流电路模块包括一组三极管和一金属采样电阻，偏置电路模块的输出端连接ldo电路模块和限流电路模块的输入端，限流电路模块的输出端连接ldo电路模块的输入端，偏置电路为ldo电路和限流电路提供偏置，限流电路为ldo电路提供过流限流的功能。
[0022]
如图1所示，ldo电路模块中分压电阻包括分压电阻r21和分压电阻r22，运算放大器amp2的输出端连接功率管n21的栅端，功率管n21的源端连接分压电阻r22的一端，分压电阻r22的另一端连接分压电阻r21的一端和运算放大器amp2的负输入端。偏置电路模块中mos管包括mos管p21、mos管p22 及mos管p23，mos管p21、mos管p22 及mos管p23的栅端相连，mos管p21的栅端与漏端相连，mos管p21、mos管p22 及mos管p23的源端相连并接电源vdd，mos管p22的漏端接运算放大器amp2的输出端，功率管n21的漏端连接mos管p23的源端。限流电路模块中三极管包括三极管q21和三极管q22，三极管q21的基极连接三极管q22的基极，三极管q21的集电极连接运算放大器amp2的输出端，金属采样电阻r23的一端连接三极管q22的发射极和功率管n21的源端，金属采样电阻r23的另一端连接三极管q21的发射极和分压电阻r22的一端，三极管q22的集电极连接mos管p23的漏端，三极管q22的集电极与基极相连。
[0023]
当负载电流iload1达到限流阈值时得出下式：vbe21=vbe22 iload1*rm；其中rm为金属采样电阻r23的阻值，vbe21为三极管q21的eb结压降，vbe22为三极管q22的eb结压降，得出：iload1=( vbe21-vbe22)/rm=δvbe/rm；偏置电路模块中mos管p22和mos管p23的宽长比之比为n：1，三极管q21和三极管
q22的集电极电流比为n：1，由三极管的电流公式得出下式：δvbe=(k*t/q)*ln(n)，其中k为玻尔兹曼常数k=1.381
×
10-23 j／k，t为温度，q为电子的电荷量，q=1.602
×
10-19
c；得出：iload1=[(k*t/q)*ln(n)]/rm，其中分子项为正温度系数，而金属电阻的阻值rm也是正温度系数，当负载电流iload1超过限流阈值时，三极管q21将下拉导通，使功率管n21的vgs（栅源电压）减小，从而达到限流的目的。iload1数值上为δvbe/rm，而δvbe是正温度系数的，为了使得iload为零温漂或者低温漂，那么rm也需要是正温度系数的，本方案可以通过金属电阻的温漂来抵消一部分δvbe的温漂，从而使限流阈值的温漂减小。此外，金属采样电阻r23上的压降通常仅为几十毫伏，限流电路的整体功耗较小，而金属采样电阻r23作为金属电阻，可以在绘制版图时，叠放在其他器件上，不会占用额外的芯片面积，降低了成本。
[0024]
如图2所示，ldo电路模块中运算放大器amp3的输出端连接功率管p31的栅端，功率管p31的漏端连接分压电阻r32的一端，分压电阻r32的另一端连接分压电阻r31的一端及运算放大器amp3的正输入端，分压电阻r31的另一端接地。限流电路模块中三极管包括三极管q31、三极管q32及三极管q33，三极管q31和三极管q32的基极相连，三极管q31的基极与集电极相连，三极管q32的集电极连接三极管q33的基极，金属采样电阻r33的一端连接三极管q32的发射极、三极管q33的集电极和电源vdd，金属采样电阻r33的另一端连接三极管q31、三极管q32发射极以及功率管p31的源端。pnp管的放大倍数交底，因此在本方案中在三极管q32之后添加了npn管q33，这样能提高限流电路的相应速度。偏置电路模块中mos管包括mos管n31、mos管n32及mos管n33，mos管n31、mos管n32及mos管n33的栅端相连，mos管n32的漏端连接三极管q31的集电极，mos管n33的漏端连接三极管q32的集电极和三极管q33的基极，mos管n31、mos管n32及mos管n33的源端相连并接分压电阻r31和地。
[0025]
当负载电流iload2达到限流阈值时如下式：iload2=[(k*t/q)*ln(n)]/rn；其中rn为金属采样电阻r33的阻值，偏置电路模块中mos管n33和mos管n32的宽长比之比为n：1。当负载电流iload2超过限流阈值时，三极管q33将导通上拉，使功率管p31的vgs减小从而达到限流的目的。
[0026]
需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。