一种应用于超低功耗LDO的折回电流保护电路制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于超低功耗LDO的折回电流保护电路，可以在瞬态高负载电流或LDO短路时进行保护。该电流限制是一种恒流限制+电流折回方案。在折回电压(V

【技术实现步骤摘要】
一种应用于超低功耗LDO的折回电流保护电路


[0001]本专利技术属于电力电子
，涉及应用于超低功耗LDO的折回电流保护电路，能够支持在超低功耗的应用场景下工作。

技术介绍

[0002]随着消费类电子产品的不断发展，对电路的低功耗的特性要求也愈发强烈，也就对电源的自身功耗高提出了比较高的要求，以进一步延长电池寿命。LDO作为目前市面上普遍采用的电源种类之一，对比开关电源表现出更精简的电路结构、更好的瞬态响应、更低的噪声以及更低的成本。为了保证超低功耗的应用环境，即使在压降模式也能保持低IQ消耗，为了防止过载、输出短路对LDO的损害，LDO需要过流保护电路来限制负载过大情况下的工作电流。而在低功耗的应用的方面。
[0003]现有LDO中的过流保护模式主要有两种机制，分别是恒定电流保护与电流折回保护。恒定电流保护结构相比折回式结构更为简单，但消耗了大量功率，并且长时间工作下的大电流可能烧毁功率管。传统折回式过流保护结构在输出下降时降低输出电流，从而避免了可能引起的风险，但可能引起LDO闩锁现象，无法启动负载。相比较而言，将恒定电流保护与折回式电流保护结合的方案，在输出电流箝位至最大值之后保持，在输出电压小于折回点后再折回输出电流，避免了传统折回式结构可能引起的LDO闩锁现象。本结构可以根据具体性能指标和负载要求调节相应的输出最大电流I
CL
与折回电压V
FOLDBACK
，不能适应不同负载情况下的LDO。并且加入了使能电路，控制限流电路的开启，以节省LDO的静态功耗。/>
技术实现思路

[0004]针对现有的LDO恒定过流保护方案可能引起功率过大问题，单一的折回电流保护的闩锁，以及常规电流保护电路功耗过大问题，本专利技术提出一种应用于超低功耗的LDO的折回电流保护电路，可以应用于超低功耗LDO过流保护场景下，实现对不同负载情况下LDO过流保护的目的。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种应用于超低功耗LDO的折回电流保护电路，其特征在于，当LDO的输出电流大于或等于设定的基准电流时，所述电流比较电路会将LDO中功率管的栅极钳位为一个固定电压；此时输出电流恒定，为所述最大输出电流I
CL
，即完成恒定电流限制；其中，设定的基准电流由外部偏置电流IBIAS产生，电流比较电路完成电流的比较并控制LDO中功率管的栅极；LDO的折回电流保护电路中输出电压采样电路采样输出电压，当所述LDO的输出电压低于折回电压时，所述LDO的输出电流跟随所述低压差线性压器的输出电压的下降而下降，直到所述LDO的输出电流下降到所述短路电流I
SC
，此时所述输出电压采样电路的输出电流与所述LDO的输出电压成比例下降；其中，所述输出电压采样电路的功能主要是用于采样所述LDO的输出电压，折回电
压V
FOLDBACK
由电压转电流电路产生。所述一种应用于超低功耗LDO的折回电流保护电路主要组成部分包括：使能电路、电流采样电路、电压转电流电路、输出电压采样电路和电流比较电路。
[0007]所述使能电路的功能为，在LDO正常工作时，检测LDO的输出电流，当因为负载变化或误接导致输出电流超过设定的电流阈值时，输出一个使能信号以启动电流采样和电流比较电路；使能电路在输出电流正常时，使能电路关闭电流采样和电流比较电路以减小LDO的静态功耗，达到低功耗的要求。其中，所述使能电路由一个与LDO中功率管成比例的采样管1(MS1)，电流镜，施密特触发器和反相器构成，采样管1采样输出电流与电流镜中的电流比较，触发施密特触发器的翻转，经过反相器整形提高驱动能力后控制各个开关，完成使能电路的工作。其中，采样管1的漏极与电流镜的漏极和施密特触发器的输入相连，施密特触发器的输出与反相器输出相连，后由反相器输出使能信号。其中电流镜的偏置电压由电压转电流电路产生。
[0008]所述电压转电流电路的功能主要是用产生偏置电流和折回电压，其主要由运放，两个可调电阻，一个NMOS管和电流镜构成，运放正端连接折回电压一，负端连接电阻，两个电阻串联分压产生折回电压，通过二极管形式的PMOS产生偏置电压，通过控制可调电阻可以提高折回电压的精度。其中，其中运放的正端连接参考电压VREF1，负端连接MN18管的源端，MP10的栅漏短接后与MN18的漏端连接，R1与MN18的源端相连，R1和R2串联分压产生输出电压采样电路的折回电压VFOLDBACK。
[0009]所述输出电压采样电路的功能主要是用于采样所述LDO的输出电压，所述输出电压采样电路包括比较器、一个电阻和一个电容构成的RC低通滤波器；输出电压通过低通滤波器后连接比较器的一端，比较器的另一端连接折回电压，比较器的输出为一个偏置电压。其中，输出电压采样电路，输出电压通过R3和C1构成的低通滤波器与电压比较器的一端相连，电压比较器的另一端与VFOLDBACK相连。电压比较器的输出为VBP，调整电流采样模块电路中的电流镜的输出电流。
[0010]所述输出电压采样电路的功能主要是用于采样所述LDO的输出电压，所述输出电压采样电路包括比较器、一个电阻和一个电容构成的RC低通滤波器；输出电压通过低通滤波器后连接比较器的一端，比较器的另一端连接折回电压，比较器的输出为一个偏置电压。其中，输出电压采样电路，输出电压通过R3和C1构成的低通滤波器与电压比较器的一端相连，电压比较器的另一端与VFOLDBACK相连。电压比较器的输出为VBP，调整电流采样模块电路中的电流镜的输出电流。
[0011]所述电流比较电路的功能主要用于将所述输出电流采样电路的输出电流与基准电流和所述输出电压采样电路的输出电流之和进行比较，并根据比较结果控制LDO中功率管的栅极；其中，电流比较电路，MN8
‑
MN12电流镜的输出电流I1作为一路基准电流分别连接MP4和MP5的漏端，主要作用是完成恒定电流限制的功能；M13
‑
14电流镜拷贝输出电压采样电路的输出电压VBN,其输出电流随着输出电压的下降而上升，ISENSE和IREF比较后通过MN19将LDO中功率管的栅极逐渐关断。
[0012]具体的，所述所述使能电路包括使能电路，其中，功率管MP和采样管MS1的栅极相连，采样管MS1的漏极与电流镜的漏极和施密特触发器的输入相连，施密特触发器的输出与反相器输出相连，后由反相器输出使能信号。其中电流镜由MN1和MN2构成，MN1和MN2的栅极相连，偏置电压VBN1,该偏置电压由电压转电流电路给出。MN2的源端与开关管MN7的漏端相连，在使能信号给出的同时，关掉这一路电流镜来减小功耗。
[0013]具体的，所述电压转电流电路，其中运放的正端连接参考电压VREF1，负端连接MN18管的源端，MP10的栅漏短接后与MN18的漏端连接，R1与MN18的源端相连，R1和R2串联分压产生输出电压采样电路的折回电压VFOLDBACK。
[0014]具体的，所述输出电压采样电路，其中输出电压通过R3和C1构成的低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于超低功耗LDO的折回电流保护电路，其特征在于，主要组成部分包括：使能电路、电流采样电路、电压转电流电路、输出电压采样电路和电流比较电路；当LDO的输出电流大于或等于设定的基准电流时，所述电流比较电路会将LDO中功率管的栅极钳位为一个固定电压；此时输出电流恒定，为所述最大输出电流I
CL
，即完成恒定电流限制；所述设定的基准电流由外部偏置电流IBIAS产生，电流比较电路完成电流的比较并控制LDO中功率管的栅极；LDO的折回电流保护电路中输出电压采样电路采样输出电压，当所述低压差线性稳压器的输出电压低于折回电压时，所述低压差线性稳压器的输出电流跟随所述低压差线性压器的输出电压的下降而下降，直到所述低压差线性稳压器的输出电流下降到所述短路电流I
SC
，此时所述输出电压采样电路的输出电流与所述低压差线性稳压器的输出电压成比例下降；其中，所述输出电压采样电路的功能主要是用于采样所述低压差线性稳压器的输出电压，折回电压V
FOLDBACK
由电压转电流电路产生。2.如权利要求1所述一种应用于超低功耗LDO的折回电流保护电路，其特征在于，所述使能电路的功能为，在LDO正常工作时，检测LDO的输出电流，当因为负载变化或误接导致输出电流超过设定的电流阈值时，输出一个使能信号以启动电流采样和电流比较电路；使能电路在输出电流正常时，使能电路关闭电流采样和电流比较电路以减小LDO的静态功耗，达到低功耗的要求；其中，所述使能电路由一个与LDO中功率管成比例的采样管1(MS1)、电流镜、施密特触发器和反相器构成，采样管1采样输出电流与电流镜中的电流比较，触发施密特触发器的翻转，经过反相器整形提高驱动能力后控制各个开关，完成使能电路的工作；其中，采样管1的漏极与电流镜的漏极和施密特触发器的输入相连，施密特触发器的输出与反相器输出相连，后由反相器输出使能信号，其中电流镜的偏置电压由电压转电流电路产生。3.如权利要求1或2中任一一种应用于超低功耗LDO的折回电流保护电路，其特征在于，所述输出电流采样电路的功能主要是用于采样所述低压差线性稳压器的输出电流，获得与所述低压差线性稳压器的输出电流成比例的电流信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宗徽，冯捷，
申请(专利权)人：上海先积集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：