一種新型過流保護電路設計

　　包含過流保護電路的LDO整體框圖如圖2所示，虛線左邊是LDO 主體電路，包括誤差放大器、功率管、負載電阻以及分壓電阻。虛線右邊部分為電流保護電路，主要作用是感應并檢測負載電流是否超過限制電流，然后通過控制功率管來決定是否使LDO 中斷運行，包括電流感應電路和控制電路。傳統的過流保護電路只采用圖2 中實框Ⅱ所示的“中斷”模式（不包括虛框），對于任何負載過流情況，不論持續作用時間如何，都使LDO 中斷工作；本文在傳統的“中斷”模式基礎上，增加了“屏蔽”模式（如圖2 中虛框Ⅰ），能有效屏蔽希望LDO不中斷工作的過流信號，使LDO更高效運行，同時保留“中斷”模式，保證LDO 安全工作。

圖2 帶過流保護電路的 LDO 框圖

　　3 “屏蔽”模式電路實現

　　圖3 是改進前后的過流保護電路圖。不加虛框部分是傳統的“中斷”模式過流保護電路，由電流感應電路、比較電路以及輸出級電路組成。電流感應電路采樣功率管電流。采樣得到的電流和限制電流ILIMIT 分別轉化為比較器的兩輸入端電壓VSENSE 和VLIMIT 并進行比較，得到VCO。VCO作用于輸出級電路以控制功率管柵極電壓。如果負載過流，過流保護電路使得功率管柵極電壓PG 為高電平，強行使LDO中斷。

　圖3 改進后的電流保護電路圖

　　如果我們在電路中加入圖3 虛框A 區所示的電路結構，電路將變為“屏蔽”模式電流保護。屏蔽電路由延時電路、或非門構成。比較器甲輸出的信號VB1 經過延時后得到VB2，VB1 和VB2 進行或非運算再經過一次反向后得到屏蔽電路的輸出信號VBOUT。

　　由于邏輯或運算只能使同時為1 的兩個信號保持不變，因此，可以通過或非門和反相器消除掉延遲時間內的脈沖信號。在過流保護電路中增加屏蔽電路，則可屏蔽掉延遲時間內的過流信號，但如果負載電流太大，可能瞬間燒毀功率管，因此需要相應的關斷電路。當負載電流超過最大限制電流IMAX 時，過流保護電路能不經過延遲直接關斷LDO。

　　圖3 虛框B 區電路能解決屏蔽時間內大電流可能導致功率管瞬間燒毀的問題，當延遲時間內出現很大過流信號時，能及時關斷功率管，保證系統安全。關斷電路由比較器乙和NMOS 開關管M1 組成。

　　當過流信號超過最大限制電流I MAX（此時VSE NSE>

　　VMAX）時，比較器乙輸出VCOUT 為高電平導致開關管M1 導通，使得VCO 強行為低電平而不受屏蔽電路影響并同步關斷LDO，保證功率管安全。當過流電流不是太大時，比較器輸出電壓VCOUT 為低，開關管M1 不導通，不影響屏蔽電路工作。

　　圖3 所示的改進電流保護電路能夠實現圖1（b）所期望的“屏蔽”區工作模式。負載電流過流最大持續作用時間tMAX 和最大過流幅值IMAX 即為“屏蔽”區的時間和幅值邊界。實際應用中，功率管能承受的熱功耗和擊穿電流是有限的。最大持續作用時間tMAX 由功率管能承受的熱功耗和散熱性能決定，而功率管的最大擊穿電流確定了過流的最大幅值IMAX。

　　對于特定的應用需要，通過設定合理的屏蔽時間與最大過流幅值，能使LDO 更高效地運行。

　　“屏蔽”模式的邏輯關系如圖4 所示，其中VB1和VCOUT 分別為比較器甲和乙的輸出信號，VB1 經過一個延遲時間后輸出信號為VB2，屏蔽電路輸出電壓為VBOUT，VCO為屏蔽電路的輸出端。VB1、VB2和VBOUT的波形反應了屏蔽電路的邏輯關系，只有當VB1 和VB2 同時為高電平，VBOUT 才為低電平，否則VBOUT 一直為高電平，因此屏蔽電路屏蔽了延遲時間內的脈沖信號，保持寬脈沖信號；VCOUT為使能端，只要VCOUT為高電平，VCO 立即變為低電平。