專利名稱：一種用于線性穩(wěn)壓器及低壓差線性穩(wěn)壓器的限流電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種限流電路，尤其是一種用于線性穩(wěn)壓器及低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)的限流電路。
背景技術(shù)：
線性穩(wěn)壓器及低壓降(LDO)線性穩(wěn)壓器電路用于從某個(gè)較高的、有噪聲的電壓源產(chǎn)生一個(gè)干凈的、穩(wěn)定的輸出電壓。線性穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓對(duì)輸入電壓或負(fù)載的變化反應(yīng)迅速，輸出電壓的紋波與噪聲較低，電路架構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，價(jià)格低廉。近年來(lái)低壓差線性穩(wěn)壓器因?yàn)檗D(zhuǎn)化效率的提升，加上其體積，低噪聲的特性，成為小功率降壓與穩(wěn)壓器的主流。在各式由電池供應(yīng)電源的便攜式系統(tǒng)以及通訊相關(guān)的電子產(chǎn)品上，比如移動(dòng)電話、PDA、照相機(jī)等均被大量的使用。低壓差(LDO)線性穩(wěn)壓器已經(jīng)為電源管理系統(tǒng)不可或缺的組件，在較低電壓，較小功率的電壓轉(zhuǎn)化場(chǎng)合，低壓差(LDO)線性穩(wěn)壓器是相當(dāng)經(jīng)濟(jì)的選擇，在未來(lái)便攜式電子產(chǎn)品蓬勃發(fā)展的時(shí)代，其需求量將有增無(wú)減。
在線性穩(wěn)壓器及低壓差(LDO)線性穩(wěn)壓器的應(yīng)用中，如果穩(wěn)壓器器件自身不具有保護(hù)電路，非常容易導(dǎo)致穩(wěn)壓器在過(guò)溫或輸出短路等極端工作環(huán)境下?lián)p壞。傳統(tǒng)的雙極線性穩(wěn)壓器中，多采用連接在電源和通路元件基極之間的二極管進(jìn)行限流，這種方法并不適用于采用CMOS工藝的低壓差線性穩(wěn)壓器中。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明利用反饋控制的原理提出了一種限流電路，該電路通過(guò)在線性穩(wěn)壓器或低壓差線性穩(wěn)壓器的控制環(huán)路之內(nèi)，增加了一個(gè)用于限流的輔助環(huán)路將流過(guò)通路元件的輸出電流鎖定坐在最大允許輸出電流值。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為，一種用于線性穩(wěn)壓器及低壓差線性穩(wěn)壓器的限流電路，所述電路包括
誤差放大器，為線性穩(wěn)壓器或低壓差線性穩(wěn)壓器的控制環(huán)路提供高的開(kāi)環(huán)增益；通路元件，其輸入端連接所述誤差放大器輸出端；輸出電流采樣電路，其輸入端連接所述通路元件的輸出端，用于采樣所述通路元件中的電流后輸出采樣電流；電流設(shè)定電路，用于預(yù)設(shè)所述通路元件的最大允許輸出電流值；限流環(huán)路放大器，其輸入端連接所述電流設(shè)定電路的輸出端和所述輸出電流采樣電路的輸出端，用于放大所述采樣電流和所述最大允許輸出電流的差值，產(chǎn)生一誤差信號(hào)。
比較好的是，所述電路進(jìn)一步包括放大器第二級(jí)，其輸入端連接所述限流環(huán)路放大器的輸出端，其輸出端連接至所述通路元件的輸入端，用于調(diào)整所述誤差信號(hào)；其中，所述電流采樣電路、限流環(huán)路放大器、放大器第二級(jí)與所述通路元件形成限流環(huán)路，所述通路元件通過(guò)所述限流環(huán)路的作用將電流鎖定在最大允許輸出電流上。
比較好的是，所述電路進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)緩沖級(jí)，其輸入端連接至所述誤差放大器的輸出端，其輸出端連接至所述通路元件的輸入端，用于隔離所述誤差放大器的輸出阻抗和所述通路元件的柵寄生電容；其中，所述放大器第二級(jí)的輸出端連接至所述驅(qū)動(dòng)緩沖級(jí)的輸入端，所述輸出電流采樣電路、限流環(huán)路放大器、放大器第二級(jí)、通路元件與所述驅(qū)動(dòng)緩沖器形成限流環(huán)路，將所述通路元件電流鎖定在最大允許輸出電流上。
比較好的是，所述電路進(jìn)一步包括當(dāng)線性穩(wěn)壓器或低壓差線性穩(wěn)壓器輸出電流不超過(guò)最大允許值時(shí)，所述限流環(huán)路放大器輸出飽和至電源，所述放大器第二級(jí)截止，限流環(huán)路處于不工作狀態(tài)。
比較好的是，所述電路進(jìn)一步包括所述通路元件為晶體管。


下面，參照附圖，對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員而言，從對(duì)發(fā)明的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。
圖1是本發(fā)明的限流電路原理框圖；圖2是本發(fā)明限流電路一較佳實(shí)施例的電路示意圖；圖3是本發(fā)明限流電路的另一較佳實(shí)施例的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參見(jiàn)附圖1所示，本發(fā)明的限流電路包括誤差放大器310、通路元件311、輸出電流采樣電路312、最大允許輸出電流設(shè)定電路313、限流環(huán)路放大器314及放大器第二級(jí)316。其中，通路元件311的輸入端與誤差放大器310的輸出端相連，其輸出端連接至輸出電流采樣電路312的輸入端，采樣電路312的輸出端和電流設(shè)定電路313的輸出端連接至限流環(huán)路放大器314的輸入端，限流環(huán)路放大器314的輸出端連接至放大器第二級(jí)316的輸入端，放大器第二級(jí)316的輸出端反饋至通路元件311的輸入端。
圖2所示為本發(fā)明的另一個(gè)框圖。第一個(gè)區(qū)別之處在于，在圖1的基礎(chǔ)上增加了驅(qū)動(dòng)緩沖器315，驅(qū)動(dòng)緩沖器315設(shè)置在誤差放大器310與通路元件311之間。第二個(gè)區(qū)別在于，放大器第二級(jí)316的輸出端反饋至驅(qū)動(dòng)緩沖器315的輸入端。在上述兩個(gè)框圖中，輸出采樣電路312、電流設(shè)定電路313和限流環(huán)路放大器314及其放大器第二級(jí)316實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通路元件311中輸出電流的大小。限流環(huán)路放大器314、放大器第二級(jí)316、驅(qū)動(dòng)緩沖級(jí)315、通路元件311，或者限流環(huán)路放大器314、放大器第二級(jí)316、通路元件311一起組成限流環(huán)路，當(dāng)流過(guò)通路元件311的輸出電流超過(guò)預(yù)設(shè)的最大允許輸出電流值時(shí)，將輸出電流鎖定在最大允許輸出電流值。
圖3是一個(gè)具體實(shí)施的電路，包括誤差放大器10、驅(qū)動(dòng)緩沖級(jí)11、通路元件14、輸出電流采樣電路20、最大允許輸出電流設(shè)定電路21和限流環(huán)路放大器12及放大器第二級(jí)13。這里的通路元件是一個(gè)通路晶體管14，輸出電流采樣電路20是由采樣晶體管15和采樣電路16組成。
下面，結(jié)合該電路圖介紹本發(fā)明的工作過(guò)程輸出電流采樣電路20采樣通路晶體管14中的電流，電流設(shè)定電路21用于預(yù)設(shè)通路晶體管14最大允許輸出電流值，限流環(huán)路放大器12將電流采樣電路20輸出的電流采樣信號(hào)與電流設(shè)定電路21輸出的最大允許輸出電流的電流差進(jìn)行放大，得到一個(gè)誤差控制信號(hào)后送入限流環(huán)路放大器第二級(jí)，即PMOS晶體管13，該P(yáng)MOS晶體管13通過(guò)調(diào)整該誤差信號(hào)，得到一個(gè)控制信號(hào)輸出到誤差放大器10的輸出端節(jié)點(diǎn)100，在輸出電流超過(guò)最大允許輸出電流值時(shí)，限制節(jié)點(diǎn)100的電壓值，進(jìn)而限制了輸出電流的大小。
具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)通路晶體管14中流過(guò)的電流小于最大允許輸出電流時(shí)，節(jié)點(diǎn)160的電壓大于節(jié)點(diǎn)170的電壓。限流環(huán)路放大器12是一個(gè)很大增益的運(yùn)算放大器，當(dāng)正相輸入端160電壓大于反相輸入端170的電壓時(shí)，輸出節(jié)點(diǎn)130將飽和至電源。當(dāng)節(jié)點(diǎn)130電壓接近于電源電壓時(shí)，PMOS晶體管構(gòu)成的放大器第二級(jí)13截止，這時(shí)用于限流的輔助環(huán)路處于不工作狀態(tài)，限流輔助電路也不影響線性穩(wěn)壓器控制環(huán)路的正常工作。
當(dāng)流過(guò)通路晶體管14中的電流漸漸接近最大允許輸出電流時(shí)，節(jié)點(diǎn)160的電壓漸漸降低并接近節(jié)點(diǎn)170的電壓。限流環(huán)路放大器12的輸出節(jié)點(diǎn)130的電壓也漸漸降低，從而PMOS晶體管構(gòu)成的放大器第二級(jí)13漸漸進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)線性穩(wěn)壓器的輸出電流達(dá)到最大允許輸出電流時(shí)，線性穩(wěn)壓器的控制環(huán)路的增益會(huì)變得很低，失去對(duì)輸出電壓的控制能力。這時(shí)輔助的限流環(huán)路將啟動(dòng)，代替線性穩(wěn)壓器的控制環(huán)路，控制流過(guò)通路晶體管14中的電流值。一旦通路晶體管14中的輸出電流達(dá)到或超過(guò)最大允許輸出電流時(shí)，限流環(huán)路放大器12的輸出節(jié)點(diǎn)130的電壓降低，PMOS晶體管構(gòu)成的放大器第二級(jí)13開(kāi)啟，限流環(huán)路放大器12進(jìn)入工作狀態(tài)，環(huán)路負(fù)反饋控制便會(huì)起作用，進(jìn)而將通路晶體管14的輸出電流鎖定在最大允許輸出電流值上。
限流環(huán)路通過(guò)放大節(jié)點(diǎn)160和節(jié)點(diǎn)170的電壓差，得到一個(gè)誤差信號(hào)。在圖3所示的方案中，來(lái)自限流環(huán)路放大器12的誤差信號(hào)通過(guò)放大器第二級(jí)13被進(jìn)一步放大，在節(jié)點(diǎn)100產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)。該控制信號(hào)被傳遞到驅(qū)動(dòng)緩沖級(jí)11。驅(qū)動(dòng)緩沖級(jí)11的增益為1，可以無(wú)失真的將控制信號(hào)傳遞至通路晶體管14的柵極。環(huán)路通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)該控制信號(hào)，將流過(guò)通路晶體管14中的電流鎖定在最大允許電流值。當(dāng)通路晶體管14中的電流超過(guò)最大允許輸出電流時(shí)，節(jié)點(diǎn)130的電壓將會(huì)降低，節(jié)點(diǎn)100的電壓會(huì)變高，進(jìn)而通路晶體管14的柵極電壓也會(huì)變高。那么通路晶體管14的柵源電壓會(huì)變小，流過(guò)通路晶體管14的電流會(huì)變小，通過(guò)環(huán)路的作用，電流會(huì)被鎖定在最大允許輸出電流上。在圖1描述的電路方案中，來(lái)自限流環(huán)路放大器的誤差信號(hào)被放大器第二級(jí)進(jìn)一步放大，直接在通路晶體管14的柵極產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，用來(lái)控制流過(guò)通路晶體管14中的電流?？刂频脑砗蛨D3描述的電路方案是一致的。
前面提供了對(duì)較佳實(shí)施例的描述，以使本領(lǐng)域內(nèi)的任何技術(shù)人員可使用或利用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的各種修改對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的，可把這里所述的總的原理應(yīng)用到其他實(shí)施例而不使用創(chuàng)造性。因而，本發(fā)明將不限于這里所示的實(shí)施例，而應(yīng)依據(jù)符合這里所揭示的原理和新特征的最寬范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于線性穩(wěn)壓器及低壓差線性穩(wěn)壓器的限流電路，所述電路包括誤差放大器，為線性穩(wěn)壓器或低壓差線性穩(wěn)壓器的控制環(huán)路提供高的開(kāi)環(huán)增益；通路元件，其輸入端連接所述誤差放大器輸出端；輸出電流采樣電路，其輸入端連接所述通路元件的輸出端，用于采樣所述通路元件中的電流后輸出采樣電流；電流設(shè)定電路，用于預(yù)設(shè)所述通路元件的最大允許輸出電流值；限流環(huán)路放大器，其輸入端連接所述電流設(shè)定電路的輸出端和所述輸出電流采樣電路的輸出端，用于放大所述采樣電流和所述最大允許輸出電流的差值，產(chǎn)生一誤差信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于線性穩(wěn)壓器及低壓差線性穩(wěn)壓器的限流電路，其特征在于，所述電路進(jìn)一步包括放大器第二級(jí)，其輸入端連接所述限流環(huán)路放大器的輸出端，其輸出端連接至所述通路元件的輸入端，用于調(diào)整所述誤差信號(hào)；其中，所述電流采樣電路、限流環(huán)路放大器、放大器第二級(jí)與所述通路元件形成限流環(huán)路，所述通路元件通過(guò)所述限流環(huán)路的作用將電流鎖定在最大允許輸出電流上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于線性穩(wěn)壓器及低壓差線性穩(wěn)壓器的限流電路，其特征在于，所述電路進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)緩沖級(jí)，其輸入端連接至所述誤差放大器的輸出端，其輸出端連接至所述通路元件的輸入端，用于隔離所述誤差放大器的輸出阻抗和所述通路元件的柵寄生電容；其中，所述放大器第二級(jí)的輸出端連接至所述驅(qū)動(dòng)緩沖級(jí)的輸入端，所述輸出電流采樣電路、限流環(huán)路放大器、放大器第二級(jí)、通路元件與所述驅(qū)動(dòng)緩沖器形成限流環(huán)路，將所述通路元件電流鎖定在最大允許輸出電流上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于線性穩(wěn)壓器及低壓差線性穩(wěn)壓器的限流電路，其特征在于，所述電路進(jìn)一步包括當(dāng)線性穩(wěn)壓器或低壓差線性穩(wěn)壓器輸出電流不超過(guò)最大允許值時(shí)，所述限流環(huán)路放大器輸出飽和至電源，所述放大器第二級(jí)截止，限流環(huán)路處于不工作狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于線性穩(wěn)壓器及低壓差線性穩(wěn)壓器的限流電路，其特征在于，所述電路進(jìn)一步包括所述通路元件為晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于線性穩(wěn)壓器及低壓差線性穩(wěn)壓器的限流電路，包括誤差放大器，為線性穩(wěn)壓器或低壓差線性穩(wěn)壓器的控制環(huán)路提供高的開(kāi)環(huán)增益，通路元件，其輸入端連接在誤差放大器的輸出端；輸出電流采樣電路，其輸入端連接通路元件的輸出端，用于采樣通路元件中的電流后，輸出采樣電流；電流設(shè)定電路，其輸入端連接輸出電流采樣電路的輸出端，用于預(yù)設(shè)通路元件最大允許輸出電流值；限流環(huán)路放大器，其輸入端連接電流設(shè)定電路的輸出端，用于放大采樣電流和最大允許輸出電流的差值，產(chǎn)生一誤差信號(hào)；其中，限流環(huán)路放大器的輸出端與通路元件的輸入端連接形成限流環(huán)路，通路元件通過(guò)環(huán)路的作用將電流鎖定在最大允許輸出電流上。
文檔編號(hào)G05F1/10GK1851602SQ20061002644
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月11日
發(fā)明者王磊, 劉晨 申請(qǐng)人:華潤(rùn)矽威科技(上海)有限公司