一种应用于LDO的可编程电流限电路设计

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1、一种应用于LDO的可编程电流限电路设计提出了一种应用于线性稳压器(LDO)的可编程电流限电路，可实现调整管电流的精准采样。根据输入一输出压差和负载电流的不同工作情况，通过调节片外的限流电阻來改变电流限值的大小。基于TSMC0.25pmBCDI艺进行设计，采用H-spice进行仿真验证。仿真结果表明，LDO在2V-5.5V的输入电压、1.2V~5V的输出电压范围内，实现了故大3A带载能力的输出，该可编程电流限电路可将电流限值在0.2A〜4.5A内编程。引言随着便携式电子产品的流行，低压差线性稳压器(LDO)和开关型电压调整器得到越来越广泛的应用。开关型电压调整器的效率很高，通常

2、可达到90%以上⑴。但是，山于开关型调整器需要用到电感，导致它难以集成、成本增加，还引入了电磁干扰(EMI),而且开关型调整器的输出纹波和噪声比较大，不适用于对输出电压耍求比较严格的场合。与开关型电压调整器相比，LDO的优点在于输出电压的纹波和噪声小，而JL占用的芯片血积也比开关型电压调整器小［2］。LDO的保护电路也是在设计中需要考虑的问题。本文设计了可编程电流限保护电路，可编程电流限可以将过流时LDO的负载电流限制在-淀范围内，避免过长时间的大电流对电路中的功率管造成损坏⑶。传统结构的限流保护电路会存在--些弊端，当LDO工作在输入输出压差较大的情况下，若电流限值较大，将

3、頁接导致功率管因长期工作在大负载条件下而烧毁芯片。在实际应用屮，用來保护LDO不被过高电流损坏的高性能过流保护电路同样是稳压器性能的主耍指标Z—［4］。本文针对宽范圉输入一输岀的大功率LDO线性稳压器限流阈值无法可调的缺点，在传统限流保护电路的基础上进一步改进，提出了一种可编程电流限电路，该电路采用TSMC0.25pmBCDJ1艺实现了可编程电流限值的调节，具有结构简单、实用方便、电流可精准釆样的特点。J传统限流保护电路分析LDO线性稳压器的传统限流保护电路结构如图1所示［5］。图中，功率管P1、误差放大器EA和反馈电阻网络构成LDO线性稳压器的反馈环路，EA的反向端为带隙基

4、准输出的参考电压VREF,同向端为经过反馈网络电阻的反馈电压VFB,输出电压根据电阻R1和R2进行调节⑹。IOLT二IREfXI+0・仏・5(1)其中，AEA为误差放大器的闭环增益，API为功率管P1的闭环增益，B为限流保护的工作原理为：采样管P2管按照比例镜像功率管P1的电流，如式(2)。镜像电流IP2经过电阻R3转化为电压比较器A1的反向端V1,与固定电压V2进行比较来控制开关管P3的导通或者关断，从而控制功率管P1的栅端电压。当流过功率筲的电流IP1较小时，V1W2,比较器A1输出高电平，P3管截止，LDO的输出正常；随着流过功率管P1的电流逐渐增人，使得V1>V2,导

5、通开关管P3,钳位功率管P1的栅极电压，从而限制输出电流。传统的限流保护电路存在较多缺点，该传统结构需要将电流转化为电压再比较，H前国内工艺厂商的电阻粘•度较低且会占用较大的版图面积，较低的电阻精度直接影响限流值大小，从而导致电路匸作在大功率下烧毁或者限制最大输出电流而导致LDO无法正常工作，且针对电流采样并不精准。本文提出的可编程电流限保护电路针对传统限流保护电路电流采样不精准和屯流限阈值无法调节等缺点，本文在传统限流保护电路结构的基础上设计了可编程电流限保护电路。本设计的LDO最大带载能力为3A,该电流限电路可实现对功率管的精准采样，并通过改变片外电阻的大小(8kQ~70

6、kQ)來调整电流限值(0.2A~4.5A),具体电路如图2所•■/JlO采样管P0管根据MOS管尺寸比例关系镜像功率管P1管的输出电流，得到式(3)：(3)P4~P6管和M1-M4管为串联结构电流镜，串联PMOS管的作用是为了减小版图制作过程中的复杂度和削弱管子的沟道长度调制效应，通过增加MOS管的L值来减小沟道长度调制系数［7］,从而实现了高PSRR。同时，代替传统结构的电压比较器使两个电流直接进行比较，实现对P2管的漏端即功率管栅端电压的控制。当ICS大于IPCL吋，M3和M4管工作在线性区，A点电压小于VTHN,导通P2管，使得功率管的栅极电压钳位为VCC,功率管被强制

7、关断从而输出电流变小，起到了限流保护的作用［8］；当IPCL大于ICS,P3和P4管工作在线性区，A点电压大于VCC-IVTHPI,P2管处于截止状态，LDO正常工作。其中，电阻RPCL为可编程电流限的芯片外接电阻，通过外设大小来改变电流限的值，其范围为8kQ〜160kQ.VREF为内部基准电压产生的0.6V电压，VOUT为LDO的输出电压，VFB为LDO的反馈电压，P0为LDO的调整管，P1为少P0管宽长比比例为1：54000的采样管，此比例即式(3)中的CSR为5400。运算放大器AMP1的同相端为