一种带新型限流保护电路的负电源LDO的制作方法

本实用新型涉及一种线性稳压器，具体地说，涉及一种带新型限流保护电路的负电源LDO，属于电子技术领域。

背景技术：

近年来，我国机电产品进出口批次、数额逐年增加，社会对安全项目重视程度日益提高，机电设备的自动化程度也越来越高，对检测结果准确度要求也越来越高，相应的检测设备的技术也在日益提高，检测设备更加追求便携和检测结果的精确，所以在一些检测设备的电路设计中也经常会用到LDO。

LDO全称Low Drop Out，是指低压差线性的稳压器，输出电流不是很大(如3A以内)而且输入输出压差也不大(如3.3V转2.5V等)就可以使用LDO的稳压器，它具有体积小、低压差、低噪声、高PSRR(电源波纹抑制比)、低静态电流(Iq)和低成本的特点。工作效率一般在60～75％之间。

LDO的工作原理是：通过负反馈调整输出电流Iout使得输出电压Vout保持不变。系统加电，如果输入电压处于高电平时，电路开始启动，偏置电路为整个电路提供偏置电压Vbias，基准电压Vref也快速建立，输出随着输入不断上升，当输出即将达到规定值时，由反馈网络得到的输出反馈电压也接近于基准电压Vref值，此时误差放大器将输出反馈电压和基准电压Vref之间的误差小信号进行放大，再经调整管放大到输出电压Vout，从而形成负反馈，保证了输出电压Vout稳定在规定值上。

LDO的典型应用有：

1、在交流电源电压或负载变化时稳定输出电压，抑制波纹电压，消除电源产生的交流噪声(波纹电压是指直流中的交流分量，在检验检疫局的机电设备检测过程中，检测设备或装置的输出电压对检测结果的正确性影响很大，所以波纹电压给检测结果带来的影响不可忽略)。

2、在电池组输出端介入低压差线性稳压器，保证蓄电池组输出恒定电压。

3、在开关性稳压器输出端介入低压差线性稳压器，就可以实现有源滤波，而且也可大大提高输出电压的稳压精度，同时电源系统的效率也不会明显降低。

LDO具有结构简单、功耗低、使用方便等优点，常被用于电源管理电路中，由于LDO要提供较大的输出电流，为了保证输出电流可控，将LDO的最大输出电流限制在一定范围内，需要设计限流保护电路。现有技术中虽然有限流保护功能较好的限流保护电路，但电路结构复杂，静态功耗较大。

实用新型的内容

本实用新型的目的是为了克服上述缺点而设计提供了一种带有结构简单、静态功耗低的新型限流保护电路的负电源LDO，提高了LDO的能效。

本实用新型解决的技术问题采用的技术方案为：

所述的一种带新型限流保护电路的负电源LDO，包括反馈电阻、调整管、误差放大器和限流保护电路；

调整管为MOS管M6，误差放大器包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4和MOS管M5；

基准电压Vref端与MOS管M2的栅极连接，输入电压Vin端与MOS管M6的源极连接，输出电压Vout端与MOS管M6的漏极连接，偏置电压Vbias端与MOS管M1的栅极连接；

MOS管M1的漏极与反馈电阻的一端、地连接，源极与MOS管M2的漏极、MOS管M3的漏极连接；

MOS管M2的源极与MOS管M4的漏极、MOS管M6的栅极连接；

MOS管M3的栅极与反馈电阻的非接地端连接，源极与MOS管M5的漏极、MOS管M4的栅极连接；

MOS管M4的源极与MOS管M6的源极、MOS管M5的源极连接；

MOS管M5的栅极与MOS管M5的漏极连接；

MOS管M6的漏极与反馈电阻的非接地端连接；

其特征在于：限流保护电路包括MOS管M7、MOS管M8、MOS管M9、MOS管M10和MOS管M11；

MOS管M7的漏极与MOS管M8的漏极、MOS管M1的漏极连接，栅极与MOS管M8的栅极、MOS管M1的栅极连接，源极与MOS管M10的栅极、MOS管M9的漏极连接；

MOS管M8的源极与MOS管M9的源极、MOS管M11的栅极连接；

MOS管M9的栅极与MOS管M11的源极、MOS管M6的漏极连接；

MOS管M10的漏极与MOS管M3的漏极连接，源极与MOS管M3的源极、MOS管M11的漏极连接。

其中MOS管M2的源极、MOS管M3的源极、MOS管M10的源极和MOS管M11的源极还接地。

偏置电压Vbias由外部偏置电路提供。

其中，优选方式如下：

反馈电阻包括相互串联的电阻R1和电阻R2；

电阻R1的一端接地、另一端通过电阻R2与输出电压Vout端连接，电阻R1和电阻R2的公共端与MOS管M3的栅极连接。

电阻R1和电阻R2取值为M欧姆级。

MOS管M6的漏极通过电容Cc与MOS管M6的栅极连接。

基准电压Vref端为2阶补偿的负带隙基准源，大小为-1.3V。

MOS管M6的漏极与输出电压Vout端之间设置有采样电阻Rcl。

MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M7、MOS管M8、MOS管M10和MOS管M11为MMOS管，MOS管M4、MOS管M5、MOS管M6和MOS管M9为NMOS管。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型所述的一种带新型限流保护电路的负电源LDO，其限流保护电路部分结构简单、功耗微小、性能优良，具有很稳定的保护功能。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1当第三MOS管截止后的结构示意图；

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述。

实施例1：

如图1～2所示，一种带新型限流保护电路的负电源LDO，包括反馈电阻、调整管、误差放大器和限流保护电路100；

调整管为MOS管M6，误差放大器包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4和MOS管M5；

基准电压Vref端与MOS管M2的栅极连接，输入电压Vin端与MOS管M6的源极连接，输出电压Vout端与MOS管M6的漏极连接，偏置电压Vbias端与MOS管M1的栅极连接；

MOS管M1的漏极与反馈电阻的一端、地连接，源极与MOS管M2的漏极、MOS管M3的漏极连接；

MOS管M2的源极与MOS管M4的漏极、MOS管M6的栅极连接；

MOS管M3的栅极与反馈电阻的非接地端连接，源极与MOS管M5的漏极、MOS管M4的栅极连接；

MOS管M4的源极与MOS管M6的源极、MOS管M5的源极连接；

MOS管M5的栅极与MOS管M5的漏极连接；

MOS管M6的漏极与反馈电阻的非接地端连接；

其特征在于：限流保护电路100包括MOS管M7、MOS管M8、MOS管M9、MOS管M10和MOS管M11；

MOS管M7的漏极与MOS管M8的漏极、MOS管M1的漏极连接，栅极与MOS管M8的栅极、MOS管M1的栅极连接，源极与MOS管M10的栅极、MOS管M9的漏极连接；

MOS管M8的源极与MOS管M9的源极、MOS管M11的栅极连接；

MOS管M9的栅极与MOS管M11的源极、MOS管M6的漏极连接；

MOS管M10的漏极与MOS管M3的漏极连接，源极与MOS管M3的源极、MOS管M11的漏极连接。

其中MOS管M2的源极、MOS管M3的源极、MOS管M10的源极和MOS管M11的源极还接地。

偏置电压Vbias由外部偏置电路提供。

反馈电阻包括相互串联的电阻R1和电阻R2；

电阻R1的一端接地、另一端通过电阻R2与输出电压Vout端连接，电阻R1和电阻R2的公共端与MOS管M3的栅极连接。

电阻R1和电阻R2取值为M欧姆级。

MOS管M6的漏极通过电容Cc与MOS管M6的栅极连接。

基准电压Vref端为2阶补偿的负带隙基准源，大小为-1.3V。

MOS管M6的漏极与输出电压Vout端之间设置有采样电阻Rcl。

MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M7、MOS管M8、MOS管M10和MOS管M11为MMOS管，MOS管M4、MOS管M5、MOS管M6和MOS管M9为NMOS管。

本实用新型的工作方式具体说明如下：

通过设计电阻R1和电阻R2的比值使得负电源LDO电路精确输出-5V的输出电压Vout。电路连接有负载电阻RL。

本实施例中将负电源LDO的最大输出电流Iout限制在25mA左右，如图1中限流保护电路100由5个MOS管构成，未工作时，只有MOS管M8导通，静态电流约200nA，其余4个MOS管截止，所以限流保护电路100的静态电流仅约200nA。

采样电阻Rcl对输出电流Iout进行采样，结合MOS管M11的阈值电压，合理选择采样电阻Rcl的阻值，可以设置最大负载电流Iout的值。当Iout大于临界值(本文约为25mA)，MOS管M9导通，限流保护电路100开始工作。由于电阻R1和电阻R2均为M欧姆级，通过采样电阻Rcl的电流Icl和Iout(即RL的负载电流)相等。

如果没有限流保护电路100，Iout＝-5/RL(A)，当负载电阻RL过小，则Iout会很大，可能将电路烧毁。所以下面分析在RL阻值不同时电路的工作情况。

(1)RL较大，Iout<25mA。

采样电阻Rcl上电压VRcl＝Icl(th)Rcl，小于MOS管M9的阈值电压Vth_(M9)限流保护电路100不工作，LDO正常输出-5V。

(2)RL阻值临界，Iout≈25mA。

此时，MOS管M9刚好开启，通过Rcl的电流Icl为阈值电流Icl(th)：

Icl(th)＝Vth_(M9)/Rcl≈25mA

MOS管M9开启后在环路负反馈的作用下将MOS管M10栅极电压Vg_(M10)拉低，Vg_(M10)≈Vref＝-1.3V，这时MOS管M3截止，MOS管M10取代MOS管M3形成一个新的环路，如图2所示，由于存在衬偏效应，MOS管M11阈值电压Vth_(M11)为：

这时，Vth_(M11)>Vth_(M9)，MOS管M3依然截止。

(3)RL从临界值一直减小到0。

由于环路负反馈，VRcl＝Vth_(M9)保持不变，Vg_(M10)保持稳定，Icl＝Icl(th)，保护电路起到了限流作用。Vout≈-RL Icl逐渐升高，随着衬偏效应减弱，Vth_(M11)减小。当负载电阻RL接近0时，MOS管M11开启，MOS管M10截止，形成一个新的环路，这时Icl为I'cl(th):

I'_cl(th)＝V_th(M11)/R_cl≈I_cl(th)＝25mA

MOS管M11的作用是：如果没有MOS管M11，当负载电阻RL＝0，MOS管M9工作在线性区时，由于有负反馈，Vg_(M10)≈Vref＝-1.3V，MOS管M9漏极电压约为-1.3V，VRcl≈-1.3V，Icl＝1.3/Rcl，Iout约为Icl(th)的1.6倍，所以MOS管M11不可缺少。

通过以上描述分析可知，在负载电阻RL从临界值减小到0的过程中，负电源LDO输出电流Iout一直限制在约25mA范围内，因此限流保护电路100起到了保护作用。

同时经过对该电路进行了仿真验证，证明该限流保护电路100对负电源LDO保护作用良好。