一種用于線性穩(wěn)壓器的限流電路

一種用于線性穩(wěn)壓器的限流電路1弓1言目前伴隨著便攜移動設(shè)備的快速發(fā)展，電源芯片得到更廣泛的應用，LDO芯片即是一種重要的電源芯片。但在發(fā)生輸出短路或負載電流過大的情況，LDO穩(wěn)壓器可能會損壞，特別是在短路情況下，LDO存在過大的電流從調(diào)整管通過，進而可能燒壞調(diào)整管致使芯片無法工作。因此需要設(shè)計一種用于LDO穩(wěn)壓器的限流電路，能在過載或短路情況下及時關(guān)閉電源系統(tǒng)。2電路結(jié)構(gòu)這種限流電路的主要結(jié)構(gòu)包括：電流采樣電路、電流比較電路和基準源電路。如圖1所示，它將從LDO輸出電路得到的采樣電流，與基準電流（鏡像于基準源）作比較。根據(jù)實際需要，設(shè)定當輸出驅(qū)動電流大于100mA時，采樣電流大于基準電流，比較器翻轉(zhuǎn)輸出低電平，經(jīng)反相器整形后得到邏輯0,由此LDO被關(guān)閉，從而實現(xiàn)限流功能。2.1電流采樣電路如圖1所示，電流采樣電路包括MP5、MP4、MP3、MN2和MN1。因為MP5和MP6均工作在飽和區(qū)，為了使MP5更好地等比例鏡像LDO的調(diào)整管（PMOS驅(qū)動管）MP6的電流，特使用MN1、MN2、MP3和MP4組成自偏置的鏡像陣列，以保證VX=VY,Vds_p5=Vds_p6。所以根據(jù)飽和區(qū)電流公式得到，NiI_p5=NiIs=NiIsi=I_p6。為使M3電流與Is更好的匹配，根據(jù)經(jīng)驗值并考慮功耗因素，特意將MNi、MN2和M3的過飽和電壓提高到0.3V。聿2K"聿2K"圖1電流采樣電路與電流比較電路2.2電流比較電路電流比較電路由電壓比較器A1,若干電阻和MOS管構(gòu)成。參考圖2可知，電流比較電路的左半部分將電流轉(zhuǎn)化為電壓，而A1比較兩者電壓差給出判斷電壓Vc。

“qUinJ圖2比較器A1電路因為Ml,M2和M3均工作在飽和區(qū)，有Is=N2xIs2=N2xIl=N2xIR1。VA=VDD-VB=VDD-由此可得：Vsgl-IRlxRi;Vsg2-IR2xR2Vd=VA-VB二Y螟一\1+3xR2-IHxHl=為了簡便計算，設(shè)當Vd=0時，公式（i）中前一個括號和后一個括號分別為零，inKii\\?那么整理后得到L' ，代入輸出電流Io和基準電流Ir后得到：\1x^2xMxl\1x^2xMxlr(iL(2)MvQoo■維庫當Io=100mA時，Vd=0，比較器Ai翻轉(zhuǎn)，LDO關(guān)閉。設(shè)定Ni=200，N2=4，M=4，Ir=i0uA，得到M1和M2的寬長比之比和Ri與R2的電阻之比。那么利用PMOS的飽和區(qū)電流公式可得Mi與M2的具體尺寸。為使此時電壓比較器Ai性能更佳，設(shè)定VB為VDD的一半，可求出R2阻值，再根據(jù)公式（2）得到的電阻比例，便可得到Ri阻值。另外，為使限流電路能應用在較復雜的電源條件下，當電荷泵充當電源時，該電路設(shè)計一方面提高Ai的PSRR，另一方面如上所述，利用Mi、M2管和電阻Ri、R2,降低電源VDD的抖動對Ai輸入端的影響。在輸出端加入退耦電容Cde，以防止高頻干擾產(chǎn)生誤判斷。為提高PSRR參數(shù)，Ai選擇跨導放大電路，并且增大PMOS的溝道長度。同時為抑制噪聲干擾，在尾電流一定的條件下，增大輸入差分對的寬長比。利用Hspice仿真得到比較器Ai的幅頻曲線和PSRR，如圖3所示。

圖3比較器Ai的幅頻曲線和PSRR曲線由此可知，這種比較器低頻增益為6odb,PSRR約為i6odb,當頻率為1M時增益大于40db，而PSRR大于8odb，所以比較器能夠滿足限流性能要求。2.3基準源基準源電路采用倍乘基準自偏置電路。圖4中NMOS采用共源共柵結(jié)構(gòu)，用以降低電源波動對基準電流的影響。

因為溝道調(diào)制效應對長溝道器件影響比對短溝道器件影響小，因而在設(shè)計基準源及其相關(guān)電流鏡時，MOS管的溝道長度為最小尺寸的15倍。同時利用dummy管和差指MOS管等版圖技術(shù)，來進一步保證鏡像過程中的電流匹配。3性能參數(shù)和結(jié)果將以上設(shè)計的限流電路嵌入某穩(wěn)壓芯片（內(nèi)含電荷泵電路）中，實現(xiàn)流片量產(chǎn)（CMOS工藝）。當VDD=3V時，通過測量量產(chǎn)芯片得到輸出電流極限數(shù)據(jù)。統(tǒng)計