线性稳压器和电源管理芯片制造技术

本公开涉及电力电子领域，提供了一种具有短路保护的线性稳压器和电源管理芯片，利用短路限流模块在该线性稳压器正常工作期间根据短路判断电压对输出电压的检测生成短路指示信号，在该短路指示信号为无效状态期间控制功率管的压降，以提供当前的输出电压，以及在该短路指示信号为有效状态期间钳位控制输出电流为预设的短路电流；并利用启动保护模块在该线性稳压器启动期间，控制短路限流模块生成无效状态的短路指示信号，以及在该线性稳压器启动完成进入正常工作期间，控制该短路限流模块生成有效状态的短路指示信号。由此可以实现该线性稳压器满载启动，并且在其启动后，能有效降低短路功耗，实现保护芯片的同时，提高了芯片的可靠性。片的可靠性。片的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
线性稳压器和电源管理芯片


[0001]本公开涉及电力电子领域，具体涉及一种具有短路保护的线性稳压器和电源管理芯片。

技术介绍

[0002]线性稳压器(例如低压差线性稳压器，low dropout regulator，简称LDO)由于具有着成本低、噪音小、静态电流小等优点，而被广泛应用于电源管理等应用系统中。在集成了线性稳压器的电源管理芯片中，由于线性稳压器要提供比较大的电流。现有的低压差线性稳压器(LDO)100的结构如图1所示，包括：误差放大器EA，功率管Mp1和第一电阻Rf1与第二电阻Rf2组成的电阻反馈网络。输出电压Vout驱动负载电流Iout和负载电容Cout。稳态的输出电压：
[0003]Vout0＝Vref*(Rf1+Rf2)/Rf1
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(1)
[0004]一般功率管Mp1因为低压差的原因，尺寸都较大，可以提供很大的电流能力，为了安全起见，电路都需要加入电流限制模块(Current Limit)，限制Mp1的电流能力为一定的值(Ilimit)。为了保证能输出额定负载电流(Iout0)，Ilimit需要比Iout0大。
[0005]而当输出短路时，线性稳压器的输出端直接接地，过大的电流流过线性稳压器100的功率管Mp1，芯片承受的压差为电源电压Vdd，功率管Mp1上的功率损耗为线性稳压器100的电源电压Vdd与输出电压Vout的差值与限制电流的乘积：Ilimit*Vdd，比如Ilimit为1A，Vdd＝10V，则输出功率为10W。如此大的功率，可能导致整个电源管理芯片的损坏，因此在线性稳压器100中通常还需要有短路限流模块(Short Current Limit)，以防止负载短路时造成线性稳压器100和电源管理芯片的损坏。
[0006]现有技术中，常用的线性稳压器的短路保护方法是：在检测到线性稳压器的输出电压低于一定值时，将输出电流限制为小于一个值较低的短路限制电流，从而避免流过功率管的电流过大而造成功率管的烧坏，实现了对线性稳压器的短路保护。参考图2，在图1所示线性稳压器的基础上公开了一种改进型的线性稳压器200，其通过在误差放大器EA和功率管Mp1之间新增了电流限制模块210和短路限流模块220，为了减小功耗，短路电流(Ishort)设计的比额定电流Iout0小，比如为0.05A，这样短路后的功率仅为0.05A*10V＝0.5W，从而起到了保护作用。
[0007]采用现有技术中图2所示的这种短路保护方法来实现线性稳压器的短路保护时，其输出电压Vout的启动过程如下：
[0008]由于负载电容Cout初始没有电荷，输出电压是从初始0V开始启动，经过第一电阻Rf1和第二电阻Rf2分压，误差放大器EA的正输入端也为0V，比负输入端的基准电压Vref小，因此误差放大器EA输出为低，也就是功率管Mp1的栅极为低，Mp1打开，为负载电容Cout充电，输出电压升高，直到上升到稳态的输出电压。
[0009]而启动时，短路限流模块220会认为初始的0V是短路状态，会限制Mp1的电流为Ishort。若负载电流此时为额定电流Iout0，由于Ishort<Iout0，Mp1提供的电流完全被负载
电流吸收，没有多余的电流为Cout充电，因此输出电压无法启动，即无法实现满载启动。若去掉短路限流模块220，或者增大短路电流值，就都增大了短路时的芯片功耗，过大的短路功耗容易致使电源管理芯片内的温度升高，增大了短路烧毁的风险，或者当温度升到一定值时，可能会触发电源管理芯片内部的热保护模块，而将整个电源管理芯片的各路电路均关断，影响芯片的正常工作。

技术实现思路

[0010]为了解决上述技术问题，本公开提供了一种具有短路保护的线性稳压器和电源管理芯片，可以实现线性稳压器的满载启动，并且在其启动后，能有效降低短路功耗，避免芯片受损，在实现保护芯片的同时，提高了芯片的可靠性。
[0011]一方面本公开提供了一种具有短路保护的线性稳压器，其具有连接在电压输入端与电压输出端之间的功率管和电压反馈环路，该电压反馈环路通过对电压输出端的输出采样控制前述功率管的导通关断，以提供输出电流，负载电容根据该输出电流提供输出电压，其中，前述的线性稳压器还包括：
[0012]电流限制模块，该电流限制模块用于在前述的线性稳压器正常工作期间钳位控制前述输出电流的大小；
[0013]短路限流模块，用于在前述的线性稳压器正常工作期间根据短路判断电压对前述输出电压的检测生成短路指示信号，在前述短路指示信号为无效状态期间控制前述功率管的压降，以提供当前的输出电压，以及在前述短路指示信号为有效状态期间钳位控制前述输出电流为预设的短路电流；
[0014]启动保护模块，与前述的短路限流模块连接，用于在该线性稳压器启动期间，控制前述的短路限流模块生成无效状态的短路指示信号，以及在该线性稳压器启动完成进入正常工作期间，控制该短路限流模块生成有效状态的短路指示信号。
[0015]优选地，前述启动保护模块包括：
[0016]第一反相器，用于对前述的输入电压进行检测，响应于该输入电压小于预设的翻转阈值电压，该第一反相器输出高电平的第一控制电压，或者响应于该输入电压大于前述的翻转阈值电压，该第一反相器输出低电平的第一控制电压；
[0017]延迟单元，与前述的第一反相器的输出端连接，用于根据前述的第一控制电压生成第二控制电压，
[0018]并且，前述延迟单元的延时时间大于前述输出电压的启动时间。
[0019]优选地，前述的短路限流模块包括：
[0020]第一比较器，该第一比较器的同相输入端接入前述的短路判断电压，反相输入端接入前述的输出电压，输出端提供比较信号。
[0021]优选地，前述的线性稳压器还包括：
[0022]逻辑与门，输入端分别连接前述第一比较器的输出端和前述延迟单元的输出端，输出端连接前述的电流限制模块，用以提供前述的短路指示信号。
[0023]优选地，前述的线性稳压器在启动期间，前述的第二控制电压维持低电平状态，且前述的短路指示信号维持为低电平状态，该低电平状态用以表征该短路指示信号的无效状态；
[0024]前述的线性稳压器在正常工作期间，前述的第二控制电压维持高电平状态，响应于前述的输出电压小于前述的短路判断电压，该短路指示信号为高电平状态，该高电平状态用以表征该短路指示信号的有效状态。
[0025]优选地，前述的延迟单元包括：
[0026]第一晶体管，该第一晶体管的控制端连接前述第一反相器的输出端，接入前述第一控制电压，第二端接地；
[0027]串联连接在前述电压输入端与地之间的第一电流源和第一电容，且该第一电流源与第一电容之间的连接节点与前述第一晶体管的第一端连接；
[0028]第二反相器，输入端连接前述第一电流源与第一电容之间的连接节点；
[0029]第三反相器，输入端连接前述第二反相器的输出端，输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有短路保护的线性稳压器，其具有连接在电压输入端与电压输出端之间的功率管和电压反馈环路，所述电压反馈环路通过对所述电压输出端的输出采样控制所述功率管的导通关断，以提供输出电流，负载电容根据所述输出电流提供输出电压，其中，所述线性稳压器还包括：电流限制模块，所述电流限制模块用于在所述线性稳压器正常工作期间钳位控制所述输出电流的大小；短路限流模块，用于在所述线性稳压器正常工作期间根据短路判断电压对所述输出电压的检测生成短路指示信号，在所述短路指示信号为无效状态期间控制所述功率管的压降，以提供当前的输出电压，以及在所述短路指示信号为有效状态期间钳位控制所述输出电流为预设的短路电流；启动保护模块，与所述短路限流模块连接，用于在所述线性稳压器启动期间，控制所述短路限流模块生成无效状态的短路指示信号，以及在所述线性稳压器启动完成进入正常工作期间，控制所述短路限流模块生成有效状态的短路指示信号。2.根据权利要求1所述的线性稳压器，其中，所述启动保护模块包括：第一反相器，用于对所述输入电压进行检测，响应于所述输入电压小于预设的翻转阈值电压，所述第一反相器输出高电平的第一控制电压，或者响应于所述输入电压大于所述翻转阈值电压，所述第一反相器输出低电平的第一控制电压；延迟单元，与所述第一反相器的输出端连接，用于根据所述第一控制电压生成第二控制电压，并且，所述延迟单元的延时时间大于所述输出电压的启动时间。3.根据权利要求2所述的线性稳压器，其中，所述短路限流模块包括：第一比较器，所述第一比较器的同相输入端接入所述短路判断电压，反相输入端接入所述输出电压，输出端提供比较信号。4.根据权利要求3所述的线性稳压器，其中，还包括：逻辑与门，输入端分别连接所述第一比较器的输出端和所述延迟单元的输出端，输出端连接所述电流限制模块，用以提供所述短路指示信号。5.根据权利要求4所述的线性稳压器，其中，所述线性稳压器在启动期间，所述第二控制电压维持低电平状态，且所述短路指示信号维持为低电平状态，该低电平状态用以表征所述短路指示信号的无效状态；所述线性稳压器在正常工作期间，所述第二控制电压维持高电平状态，响应于所述输出电压小于所述短路判断电压，所述短路指示信号为高电平状态，该高电平状态用以表征所述短路指示信号的有效状态。6.根据权利要求4所述的线性稳压器，其中，所述延迟单元包括：第一晶体管，...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁莹莹，
申请(专利权)人：圣邦微电子北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：