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一種高可靠性的短路保護電路設(shè)計及其應(yīng)用實例

作者: 時間:2016-12-09 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

限流保護通常有限流和折返式限流2種類型。前者是指將輸出電流限定在最大值,該方法最大缺點是穩(wěn)壓器內(nèi)部損失的功耗很大,而后者是指在降低輸出電壓的同時也降低了輸出電流,其最大優(yōu)點是當過流情況發(fā)生時,消耗在功率管能量相對較小,但在負載短路時,大多數(shù)折返式限流型保護電路也沒有徹底關(guān)斷穩(wěn)壓器,依然有電流流過,進而使功率MOS管消耗能量,加快器件的老化。針對上述情況,在限流型保護電路的基礎(chǔ)上,設(shè)計改進了一個短路保護電路,確保短路情況下,關(guān)斷功率MOS管。本文分別定性和定量地分析了這種短路保護電路的工作過程和原理,同時給出基于TSMCO.18μm CMOS工藝的Spectra仿真結(jié)果。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201612/328208.htm

  

短路保護電路的工作原理

  高可靠性短路保護電路的實現(xiàn)電路如圖1所示,其中VMP是線性穩(wěn)壓器的功率MOS管,R1、R2為穩(wěn)壓器的反饋電阻;VMO和VMP管是電流鏡電路,VMO管以一定的比例復制功率管的電流,通過電阻R4轉(zhuǎn)化為檢測電壓;晶體管VM1完成電平移位功能,最后接入由VM8~VM12等MOS管組成的比較器的正輸入端(Vinp),比較器的負輸入端(Vinm)與輸出端(0UT)相連;VM13、VM14組成二極管連接形式為負載的共源級放大電路;VM14和VMp1構(gòu)成電流鏡電路;晶體管VMp1完成對功率管VMP的開關(guān)控制,正常工作時,VMp1的級電位(Vcon)為高電平,不會影響系統(tǒng)的正常工作,短路發(fā)生時,Vcon將為低電平,使功率管關(guān)斷。

  工作原理的定性分析

  當短路發(fā)生時,比較器的負輸入端電位(Vinm)為0 V;同時VM1管將導通,因此比較器的正輸入端電位大于0 V,最終比較器的輸出節(jié)點電位(Vcom)為高電平,在MOS管VM13、VM14作用下,控制信號Vcon將為低電平,最終VMP管的柵極電壓將升高,進而關(guān)斷P功率管,實現(xiàn)短路保護。

  實現(xiàn)短路保護后,VM1管將關(guān)斷;VM3和VM4組成電流鏡,晶體管VM2的作用是保證電路在短路期間(VM1管關(guān)斷),比較器正輸入端的電壓始終高于比較器的負輸入端電壓(即使系統(tǒng)存在地平面噪聲),從而使Vcon電壓始終為低電平,確保電路在短路發(fā)生期間始終都能關(guān)斷P功率管,實現(xiàn)保護電路的高可靠性。

  同時當短路發(fā)生時(即Vcon信號為低電平),VM7管正常工作,VM5管將導通,有一定的電流流向0UT端;因此一旦短路消除(即0UT端接有負載電阻),VM5管將對負載電容和負載電阻組成的并聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)充電,0UT端電壓升高,Vcon信號將變?yōu)楦唠娖剑娐纷詣踊謴驼顟B(tài)。



關(guān)鍵詞: 短路保護電路設(shè)

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