一种LDO的多集成保护电路的制作方法

本发明涉及一种低压差线性稳压器保护电路设计，尤其涉及一种针对此类稳压器集成电流限制、功率限制和温度监控多功能一体的保护电路。

背景技术：

在高精度系统设计中，不仅要求电源具有较高的初始精度高精度，而且要求该电压能够对电源上的中高频噪声有较强的抑制作用。尤其在视频监控和通讯系统等领域，对电源电压的要求更加苛刻。低压差线性稳压器作为常用的电压转化模块，在高精度系统中具有非常普遍的应用。其电路构成包括基准电压vref产生模块、误差放大器amp、功率管mp和分压电阻r1、r2。其常规接线方式如图1中右下角所示。

然而，这个ldo的正常运行需要温度和过流等多方面的保护，以避免芯片过流烧损。传统此类温度保护是独立的，只有达到过温点才可以起到保护作用，而这有可能当温点设置偏差导致在没有达到保护点之前，由于功耗过大导致芯片烧坏，或者温度保护迟滞过小，没有及时降温，也会导致功耗大、瞬间快速升温，导致芯片烧坏。

另一方面，过流保护也是独立的，在达到预设的电流保护点才开始保护，这期间有可能发生过热而未达到过温点而烧坏芯片，尤其是高压输入电路，如最高电源电压为40v，这样瞬时功率（p=v*i）就会很大，容易烧坏芯片。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的旨在提出一种ldo的多集成保护电路，综合温度检测、电流检测、输入电压检测于一体的全面保护。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案为，一种ldo的多集成保护电路，与基本ldo电路相接构成，其特征在于包括一体集成相接的输入电源vdd检测模组、温度检测模组、电流检测模组和保护模组，其中输入电源vdd检测模组输出电流is1，电流检测模组对应基本ldo电路输出电流is2，温度检测模组输出电流iptc，三个模组的输出电流接入加法器，所述保护模组接设于各个检测模组输出电流、输入电源vdd和基本ldo电路的功率管mp的栅极之间对基本ldo电路限流保护。

进一步地，所述保护模组由电阻rc1、rc2、运放amp1、比较器cmp和pmos管mc1、mc2相接构成，其中电阻rc2、rc1串接于加法器输出与接地之间；比较器cmp的正极接入基准电压vref2、负极接入电阻rc1、rc2的总偏置端，且比较器cmp的输出端接pmos管mc2的栅极；运放amp1的正极接入基准电压vref1、负极接入电阻rc1的偏置端，且运放amp1的输出端接pmos管mc1的栅极；pmos管mc2的源极与输入电源vdd相接，pmos管mc1的源极与pmos管mc2的漏极相接，pmos管mc1的漏极与功率管mp的栅极相接。

进一步地，所述输入电源vdd检测模组由电阻r0和共栅相接的pmos管m1、m2构成，且pmos管m1、m2共源相接于输入电源vdd，pmos管m1的栅极、漏极共连并串接电阻r0接地，pmos管m2的漏极输出电流is1。

进一步地，所述温度检测模组为具有正温度系数的电流产生电路，且温度检测模组的一端接入输入电源vdd、另一端接入加法器。

进一步地，所述电流检测模组设有电流检测的pmos管ms，所述pmos管ms与功率管mp共栅相接，pmos管ms的源极接入输入电源vdd，且pmos管ms的漏极输出电流is2。

应用本发明的多集成保护电路设计，具备突出的实质性特点和显著的进步性：该电路引入ptc电流产生电路，将电流检测、温度检测和输入电压检测融合于ldo的一体保护中，可靠提升了ldo的限流性能，并缩短了自身输出il的恢复时间。

附图说明

图1是本发明ldo的多集成保护电路的接线示意图。

图2是未加入iptc电流的保护电路的仿真结果示意图。

图3是加入iptc后电流的保护电路的仿真结果示意图。

具体实施方式

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。

本发明设计者针对现有技术ldo保护电路多方面的不足进行了综合分析，结合自身经验和创造性劳动，致力于对该电路提供全方位保护，创新提出了一种ldo的多集成保护电路，在传统的温度保护和电流保护的基础上，加入检查输入电压的功能，综合各项检测于一体的保护电路，使得ldo性能发挥更稳定、优越。

为便于更具象化地理解，如图1所示，该ldo的多集成保护电路的接线示意图。在基本ldo电路的基础上将针对各种检测的电子元器件一体集成相接组合，根据功能模块化划分可以包括输入电源vdd检测模组、温度检测模组、电流检测模组和保护模组四个主要部分。虽然该多集成保护电路的检测方向是多元化的，但技术创新体现于归结到电路设计时转化为电流信号的处理。其中输入电源vdd检测模组输出电流is1，电流检测模组对应基本ldo电路输出电流is2，温度检测模组输出电流iptc，三个模组的输出电流各自体现和反应了特定检测方向的参数性能，而作为保护需要将三者接入加法器进一步地协同处理，保护模组接设于各个检测模组输出电流、输入电源vdd和基本ldo电路的功率管mp的栅极之间对基本ldo电路限流保护。

具体来看，上述基本ldo电路由基准电压vref产生模块、误差放大器amp、功率管mp和分压电阻r1、r2构成，且il为ldo的负载电流。

上述保护模组由电阻rc1、rc2、运放amp1、比较器cmp和pmos管mc1、mc2相接构成，其中电阻rc2、rc1串接于加法器输出与接地之间；比较器cmp的正极接入基准电压vref2、负极接入电阻rc1、rc2的总偏置端，且比较器cmp的输出端接pmos管mc2的栅极；运放amp1的正极接入基准电压vref1、负极接入电阻rc1的偏置端，且运放amp1的输出端接pmos管mc1的栅极；pmos管mc2的源极与输入电源vdd相接，pmos管mc1的源极与pmos管mc2的漏极相接，pmos管mc1的漏极与功率管mp的栅极相接。其中vrefl和vref2为基准电压，可以用基准电流和电阻产生，需要满足vref2>vref1。

上述输入电源vdd检测模组由电阻r0和共栅相接的pmos管m1、m2构成，且pmos管m1、m2共源相接于输入电源vdd，pmos管m1的栅极、漏极共连并串接电阻r0接地，pmos管m2的漏极输出电流is1=，其中vsgm1为pmos管m1的源极栅极电压差，k为pmos管m1、m2的尺寸比，随vdd增大，is1也逐渐增大。

上述温度检测模组为具有正温度系数的电流产生电路，即可以是任何能够产生与温度成正比的电流iptc的电路。随着芯片温度的升高，iptc电流也逐渐增大，且温度检测模组的一端接入输入电源vdd、另一端接入加法器。

上述电流检测模组设有电流检测的pmos管ms，且pmos管ms与ldo的功率管mp共栅相接，pmos管ms的源极接入输入电源vdd，而负载电流il都要流过功率管mp，因此pmos管ms的漏极输出电流is2=il/n，n为pmos管ms与功率管mp的尺寸比，随着负载电流il的增大，is2也逐渐增大。

将各个模组的输出接入加法器，并结合前述保护模组对ldo工作状态全方位检测并提供可靠保护。具体实现方式介绍如下。

将电流is1，is2和iptc之和流过电阻rc1，产生电压vc1=rc1*（is1+is2+iptc），同时产生电压vc2=（rc1+rc2）*（is1+is2+iptc）。

ldo正常工作模式下，vrefl＞vc1，vref2＞vc2。运放amp1的输出即pmos管mc1的栅端电压vgc1为vdd，pmos管mc1关断；比较器cmp的输出即pmos管mc2的栅端电压vgc2为vdd，pmos管mc2关断，功率管mp正常开启；当发生过流时，随着负载电流il，温度和输入电压的变化，vc1缓缓增大到接近vref1，直到两者相等。此时vgc1＜vdd，pmos管mc1管开启，由于pmos管mc1与pmos管mc2形式上串联，此时pmos管mc2关断，限流作用将被挂起。而当负载电流il继续增大，直到vc2=vref2，比较器cmp翻转，pmos管mc2打开，限流保护开始起作用，vgp升高，功率管mp的导通能力变弱，负载电流il下降。

传统的电流保护通常会使负载电流il降低到零，致使ldo的恢复时间过长。而本发明该多集成保护电路由于运放amp1和pmos管mc1的存在，vgp被限制始终小于vdd，功率管mp不会被完全关断，由此保证了负载电流il不会到零，ldo不会从零恢复正常工作，继而实现缩短了恢复时间。

如图2所示未加入iptc电流的保护电路的仿真结果示意图，纵坐标为ldo的输出vout，横坐标为负载电流il（iload）。可见，随着电源电压vdd的升高，负载电流il（电流保护点）在减小，这样就保证了功率p=v*i在较小的值，防止芯片发热烧损。

如图3所示加入iptc电流之后保护电路的仿真结果示意图。同样可见，随着温度的上升，电流的保护点也将进一步减小，进而进一步保证了芯片的安全。

综上结合图示的实施例详述，应用本发明的多集成保护电路设计，具备突出的实质性特点和显著的进步性：该电路引入ptc电流产生电路，将电流检测、温度检测和输入电压检测融合于ldo的一体保护中，可靠提升了ldo的限流性能，并缩短了自身输出il的恢复时间。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内进行修改或者等同变换，均应包含在本发明的保护范围之内。