一種新型過流保護電路設(shè)計
圖4 “屏蔽”電路邏輯關(guān)系圖
4 電路仿真結(jié)果
將上述設(shè)計原理應(yīng)用于輸入電壓為5V、輸出電壓3.3V、最大輸出電流500mA、限制電流ILIMIT 800mA的LDO,使用CSMC 0.5 μm BiCMOS 工藝Cadencespectre 仿真工具,分別對改進前后的過流保護電路進行仿真。根據(jù)功率管特定的需要,設(shè)定延時電路延遲時間tMAX 為20 μ s,最大幅值電流IMAX 為3A。
圖5 中(a)曲線表示負載電流幅值和作用時間的關(guān)系,ILIMIT 和IMAX 分別為限制電流和最大幅值電流。圖5 中(b)、(c)和(d)曲線分別為采用傳統(tǒng)“中斷”模式、“屏蔽”模式以及“屏蔽+ 中斷”模式過流保護電路后LDO 的輸出電壓波形。
圖5(b)表示“中斷”模式在所有過流情況時都會關(guān)斷LDO。圖5(c)的“屏蔽”模式能屏蔽tMAX內(nèi)的過流信號,但同時也屏蔽了過流幅值超過IMAX的電流信號,只有在過流持續(xù)作用時間大于tMAX 時,LDO 才被關(guān)斷。圖5(d)的“屏蔽+ 中斷”模式下,電路只在過流信號持續(xù)作用時間小于tMAX 而且幅值不超過IMAX 時屏蔽掉過流信號,對于其他超過ILIMIT的過流信號,都將中斷LDO 運行。通過比較圖5 的(b)、(c)和(d)曲線可以得到,相對于圖5(b)的“中斷”模式,圖5(d)的“屏蔽+ 中斷”模式擴大了工作區(qū)范圍,又比圖5(c)的“屏蔽”模式保護電路更安全。傳統(tǒng)屏蔽電路都會在過流之后關(guān)斷LDO,我們希望在某些短時且小幅度過流信號下LDO 仍能正常運行。結(jié)果表明,設(shè)計后的過流保護電路能達到預(yù)期效果,保證系統(tǒng)更高效安全地運行。
圖5 LDO 整體電路的瞬態(tài)響應(yīng)
5 結(jié)論
在傳統(tǒng)的只采取“中斷”模式的過流保護電路基礎(chǔ)上,本文提出了一種新型過流保護電路設(shè)計方案,通過增加“屏蔽”模式,能有效屏蔽在設(shè)定最大過流幅值IMAX 和最大持續(xù)作用時間tMAX 內(nèi)的過流信號,而不影響其他過流情況的關(guān)斷。通過CSMC0.5μm BiCMOS工藝、Cadence spectre仿真,結(jié)果表明,改進后的過流保護電路能有效屏蔽過流幅值和持續(xù)作用時間在設(shè)定范圍內(nèi)的過流信號,增加了正常工作區(qū)的范圍,使LDO更高效運行,同時保留“中斷”模式,保證LDO 安全工作。
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