折返式限流电路及具有该折返式限流电路的线性稳压源制造技术

技术编号:11319996 阅读:122 留言:0更新日期:2015-04-22 09:23
本发明专利技术提供一种折返式限流电路及具有该折返式限流电路的线性稳压源,所述折返式限流电路用于在通过功率晶体管提供给负载的输出电流过流时,对所述输出电流进行限流,其中,所述折返式限流电路至少包括:复制电流和限流信号产生模块,限流阈值控制反馈模块,以及多阈值运算放大模块。本发明专利技术的折返式限流电路,在原有的常流限流模式的基础上增加一个环路控制,在外部负载增大发生过流的时候,在外部负载增大发生过流的时候,通过检测并控制输出电压的变化,来限制功率晶体管的输出能力,形成正反馈的控制环路,从而控制输出电流起到折返的效果,且输出电流的折返点易于精确控制,同时不会浪费较多功耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路
,特别是涉及一种折返式限流电路及具有该 折返式限流电路的线性稳压源。
技术介绍
随着半导体技术的快速发展,半导体集成电路的系统集成度越来越高,系统功耗 越来越大,因此目前的片上电源的负载也要求越来越高。较大的负载电流不仅对电路主环 路设计提出了较高的挑战,而且对电源限流环路的设计也提出了更高的要求。 目前芯片SOC(System On Chip)系统中较为常用的电源是低压差线性稳压源 (LDO, Low Dropout Regulator),如下简称线性稳压源或LD0,线性稳压器通常需要有限流 保护电路,以防止因负载短路或者过载对稳压器造成永久性的损坏。限流保护通常有常流 限流式和折返式限流两种类型。常流限流式是指当电源模块的负载过大,电路进入限流模 式的时候,电源的限流控制系统将输出电流限定在额定限流值的最大值,同时伴随着输出 电压的降低;该方法的缺点是发生限流后,虽然电源的输出电流没有继续增大,但是其输出 的电流仍然维持在所能承受的最大值,此时的稳压器内部损失的功耗达到最大,较大的芯 片损耗电流会导致芯片发热,甚至烧毁芯片。针对常流限流式电路的这一缺点,另一种限流 模式被提出来:折返式限流模式。折返式限流模式是指在当电源发生过载进入限流模式的 时候,输出电压降低的同时也伴随着输出电流的降低,这是和常流式限流模式最大的区别。 因此,其最大优点是当过流情况发生时,电源流过的电流会逐渐减小,消耗在功率管能量也 逐渐减小,这大大降低了芯片的功耗,从而更加有效的保证了芯片在限流模式时的工作安 全。 现有的用于LD0的折返式限流电路结构目前也有一些,例如,由Jianping Guo和 Ka Nang Leung 提出的《A Fold-Back Current-Limit Circuit with Load-Insensitive Quiescent Current for CMOS Low Dropout Regulator)) (IEEE International Symposium on Circuits and Systems,2009)中的LDO限流结构。该结构主要由常流限流电路和折返 限流电路两部分组成,其中常流限流电路主要由上电流源和下电流源组成,当未发生限流 的时候,上电流源电流大于下电流源额定电流。因此,限流开关管的栅极为高电平,限流开 关管关闭;当发生限流的时候,上电流源流过的电流大于下电流源额定电流,限流开关管栅 极拉低,限流开关管打开,并将功率晶体管的栅源电压拉低,从而达到限制功率晶体管输出 电流能力的目的。当外部电压下降的时候,采样电阻上的压降增大,另一限流开关管打开, 使得功率晶体管的栅源电压进一步拉低,降低了输出电流的额定限流值,从而起到折返的 效果。然而,该结构虽然能够起到限流时电流折返的效果,但是由于限流开关管工艺偏差的 影响,该结构并不能精确控制折返点,这不利于限制电流的作用。 此外,中国专利(CN101118450A)公开了一种用于线性稳压源的折返式限流电路, 其结构采用了一种电流控制电流源和采样电阻的方法得到限流后电流折返的效果。但是这 种设计中利用电流控制电流源消耗了一部分电流用于限流,这增加了功率损耗,降低了 LD0 的效率;同时采样电阻放置在大电流的功率通路,这使得LDO的低压差作用受到了一定的 影响,同时在采样电阻上流过大电流也浪费了很大的功耗。 因此,现在亟需一种折返点易于控制,同时不会浪费较多功耗的折返式限流电路。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点,本专利技术的目的在于提供一种折返式限流电路及具 有该折返式限流电路的线性稳压源,用于解决现有技术中应用于LD0的折返式限流电路的 折返点无法精确控制,且容易浪费功耗的问题。 为实现上述目的及其他相关目的,本专利技术提供一种折返式限流电路,用于在通过 功率晶体管提供给负载的输出电流过流时,对所述输出电流进行限流,其中,所述折返式限 流电路至少包括: 复制电流和限流信号产生模块,用于对所述输出电流进行复制以产生复制电流, 并根据所述复制电流产生限流信号检测电压; 限流阈值控制反馈模块,用于检测提供给负载的输出电压以产生限流阈值反馈电 压和误差反馈电压,并根据所述输出电压的变化,控制所述限流阈值反馈电压和所述误差 反馈电压的变化; 多阈值运算放大模块,连接所述复制电流和限流信号产生模块、所述限流阈值控 制反馈模块以及控制产生所述输出电压的基准电压,用于接收所述限流信号检测电压和所 述限流阈值反馈电压,并以所述限流阈值反馈电压或者所述基准电压作为限流阈值输入电 压,与所述限流信号检测电压进行比较,根据比较结果产生控制电压,以控制所述输出电压 的变化,从而限制所述输出电流的输出。 优选地,在所述限流阈值反馈电压大于所述基准电压时,所述多阈值运算放大模 块以所述基准电压作为限流阈值输入电压与所述限流信号检测电压进行比较,并在所述限 流信号检测电压大于所述基准电压时,控制所述输出电压快速降低;在所述限流阈值反馈 电压小于所述基准电压时,所述多阈值运算放大模块以所述限流阈值反馈电压作为限流阈 值输入电压与所述限流信号检测电压进行比较,并在所述限流信号检测电压等于所述限流 阈值反馈电压时,控制所述输出电压继续降低,以使所述输出电流的额定限流值随着所述 输出电压的降低而逐渐减小,从而限制所述输出电流的输出。 优选地,所述复制电流和限流信号产生模块至少包括:第五PM0S晶体管和限流信 号检测电阻;所述第五PM0S晶体管的栅极接入一驱动电压,所述第五PM0S晶体管的源极接 入一电源电压,所述第五PM0S晶体管的漏极与所述限流信号检测电阻的一端相连,所述限 流信号检测电阻的另一端接地;其中,所述限流信号检测电压为所述限流信号检测电阻两 端的电压。 优选地,所述第五PM0S晶体管的个数为所述功率晶体管的个数的1/N,所述复制 电流的电流值为所述输出电流的电流值的1/N,其中,N为大于等于1的自然数。 优选地,所述限流阈值控制反馈模块至少包括:第一反馈电阻,第二反馈电阻和第 三反馈电阻;所述第一反馈电阻的一端与所述功率晶体管的漏极相连,所述第一反馈电阻 的另一端与所述第二反馈电阻的一端相连,所述第二反馈电阻的另一端与所述第三反馈电 阻的一端相连,所述第三反馈电阻的另一端接地;其中,所述限流阈值反馈电压为所述第二 反馈电阻两端和所述第三反馈电阻两端的电压之和,所述误差反馈电压为所述第三反馈电 阻两端的电压。 优选地,所述第一反馈电阻、所述第二反馈电阻和第三反馈电阻满足以下关系式 ⑴和⑵:当前第1页1 2 本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种折返式限流电路,用于在通过功率晶体管提供给负载的输出电流过流时,对所述输出电流进行限流,其特征在于,所述折返式限流电路至少包括:复制电流和限流信号产生模块,用于对所述输出电流进行复制以产生复制电流,并根据所述复制电流产生限流信号检测电压;限流阈值控制反馈模块,用于检测提供给负载的输出电压以产生限流阈值反馈电压和误差反馈电压,并根据所述输出电压的变化,控制所述限流阈值反馈电压和所述误差反馈电压的变化;多阈值运算放大模块,连接所述复制电流和限流信号产生模块、所述限流阈值控制反馈模块以及控制产生所述输出电压的基准电压,用于接收所述限流信号检测电压和所述限流阈值反馈电压,并以所述限流阈值反馈电压或者所述基准电压作为限流阈值输入电压,与所述限流信号检测电压进行比较,根据比较结果产生控制电压,以控制所述输出电压的变化,从而限制所述输出电流的输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:王胜磊张武全陈立新
申请(专利权)人:芯原微电子上海有限公司芯原微电子北京有限公司芯原微电子成都有限公司芯原股份有限公司
类型:发明
国别省市:上海;31

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