一種新型過流保護(hù)電路設(shè)計(jì)
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包含過流保護(hù)電路的LDO整體框圖如圖2所示，虛線左邊是LDO 主體電路，包括誤差放大器、功率管、負(fù)載電阻以及分壓電阻。虛線右邊部分為電流保護(hù)電路，主要作用是感應(yīng)并檢測負(fù)載電流是否超過限制電流，然后通過控制功率管來決定是否使LDO 中斷運(yùn)行，包括電流感應(yīng)電路和控制電路。傳統(tǒng)的過流保護(hù)電路只采用圖2 中實(shí)框Ⅱ所示的“中斷”模式（不包括虛框），對于任何負(fù)載過流情況，不論持續(xù)作用時間如何，都使LDO 中斷工作；本文在傳統(tǒng)的“中斷”模式基礎(chǔ)上，增加了“屏蔽”模式（如圖2 中虛框Ⅰ），能有效屏蔽希望LDO不中斷工作的過流信號，使LDO更高效運(yùn)行，同時保留“中斷”模式，保證LDO 安全工作。
圖2 帶過流保護(hù)電路的 LDO 框圖
3 “屏蔽”模式電路實(shí)現(xiàn)
圖3 是改進(jìn)前后的過流保護(hù)電路圖。不加虛框部分是傳統(tǒng)的“中斷”模式過流保護(hù)電路，由電流感應(yīng)電路、比較電路以及輸出級電路組成。電流感應(yīng)電路采樣功率管電流。采樣得到的電流和限制電流ILIMIT 分別轉(zhuǎn)化為比較器的兩輸入端電壓VSENSE 和VLIMIT 并進(jìn)行比較，得到VCO。VCO作用于輸出級電路以控制功率管柵極電壓。如果負(fù)載過流，過流保護(hù)電路使得功率管柵極電壓PG 為高電平，強(qiáng)行使LDO中斷。
圖3 改進(jìn)后的電流保護(hù)電路圖
如果我們在電路中加入圖3 虛框A 區(qū)所示的電路結(jié)構(gòu)，電路將變?yōu)?ldquo;屏蔽”模式電流保護(hù)。屏蔽電路由延時電路、或非門構(gòu)成。比較器甲輸出的信號VB1 經(jīng)過延時后得到VB2，VB1 和VB2 進(jìn)行或非運(yùn)算再經(jīng)過一次反向后得到屏蔽電路的輸出信號VBOUT。
由于邏輯或運(yùn)算只能使同時為1 的兩個信號保持不變，因此，可以通過或非門和反相器消除掉延遲時間內(nèi)的脈沖信號。在過流保護(hù)電路中增加屏蔽電路，則可屏蔽掉延遲時間內(nèi)的過流信號，但如果負(fù)載電流太大，可能瞬間燒毀功率管，因此需要相應(yīng)的關(guān)斷電路。當(dāng)負(fù)載電流超過最大限制電流IMAX 時，過流保護(hù)電路能不經(jīng)過延遲直接關(guān)斷LDO。
圖3 虛框B 區(qū)電路能解決屏蔽時間內(nèi)大電流可能導(dǎo)致功率管瞬間燒毀的問題，當(dāng)延遲時間內(nèi)出現(xiàn)很大過流信號時，能及時關(guān)斷功率管，保證系統(tǒng)安全。關(guān)斷電路由比較器乙和NMOS 開關(guān)管M1 組成。
當(dāng)過流信號超過最大限制電流I MAX（此時VSE NSE>
VMAX）時，比較器乙輸出VCOUT 為高電平導(dǎo)致開關(guān)管M1 導(dǎo)通，使得VCO 強(qiáng)行為低電平而不受屏蔽電路影響并同步關(guān)斷LDO，保證功率管安全。當(dāng)過流電流不是太大時，比較器輸出電壓VCOUT 為低，開關(guān)管M1 不導(dǎo)通，不影響屏蔽電路工作。
圖3 所示的改進(jìn)電流保護(hù)電路能夠?qū)崿F(xiàn)圖1（b）所期望的“屏蔽”區(qū)工作模式。負(fù)載電流過流最大持續(xù)作用時間tMAX 和最大過流幅值IMAX 即為“屏蔽”區(qū)的時間和幅值邊界。實(shí)際應(yīng)用中，功率管能承受的熱功耗和擊穿電流是有限的。最大持續(xù)作用時間tMAX 由功率管能承受的熱功耗和散熱性能決定，而功率管的最大擊穿電流確定了過流的最大幅值IMAX。
對于特定的應(yīng)用需要，通過設(shè)定合理的屏蔽時間與最大過流幅值，能使LDO 更高效地運(yùn)行。
“屏蔽”模式的邏輯關(guān)系如圖4 所示，其中VB1和VCOUT 分別為比較器甲和乙的輸出信號，VB1 經(jīng)過一個延遲時間后輸出信號為VB2，屏蔽電路輸出電壓為VBOUT，VCO為屏蔽電路的輸出端。VB1、VB2和VBOUT的波形反應(yīng)了屏蔽電路的邏輯關(guān)系，只有當(dāng)VB1 和VB2 同時為高電平，VBOUT 才為低電平，否則VBOUT 一直為高電平，因此屏蔽電路屏蔽了延遲時間內(nèi)的脈沖信號，保持寬脈沖信號；VCOUT為使能端，只要VCOUT為高電平，VCO 立即變?yōu)榈碗娖健?/span>
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