《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種基于電流比較的LDO折返式限流保護(hù)電路
電子技術(shù)應(yīng)用
張耕瑜，李現(xiàn)坤，黃朝軒，肖培磊
中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所
摘要： 針對(duì)低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器（LDO）可能出現(xiàn)的過(guò)載、短路問(wèn)題，基于180 nm BCD工藝，設(shè)計(jì)了一種基于電流比較的折返式限流保護(hù)電路。通過(guò)添加監(jiān)測(cè)信號(hào)，有效避免了折返式限流電路中容易出現(xiàn)的“閂鎖”問(wèn)題。仿真結(jié)果表明，在達(dá)到過(guò)流限時(shí)，輸出電流減小至200 mA，輸出電壓減小約400 mV后開(kāi)始折返，LDO的輸出電流和輸出電壓均下降。結(jié)果表明，該電路在完成限流保護(hù)功能的同時(shí)大大降低了系統(tǒng)過(guò)流狀態(tài)下的系統(tǒng)功耗。
關(guān)鍵詞： LDO 限流保護(hù) 折返式 閂鎖
中圖分類(lèi)號(hào)：TN433 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256605
中文引用格式： 張耕瑜，李現(xiàn)坤，黃朝軒，等. 一種基于電流比較的LDO折返式限流保護(hù)電路[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(10)：32-35.
英文引用格式： Zhang Gengyu，Li Xiankun，Huang Chaoxuan，et al. A current comparison-based foldback current limiting protection circuit for LDO[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(10)：32-35.
A current comparison-based foldback current limiting protection circuit for LDO
Zhang Gengyu，Li Xiankun，Huang Chaoxuan，Xiao Peilei
The 58th Research Institute of China Electronics Technology Group
Abstract： Aiming at the problem of potential overload and short-circuit issues in low-dropout linear regulators(LDO), the article designed a foldback current limit circuit in a 180 nm BCD process. By incorporating a reference establishment signal, the proposed design effectively prevents latch-up issues commonly encountered in conventional foldback current limit circuits. Simulation results demonstrate that when reaching current limit thresholds, the output current reduces to 200 mA and the output voltage decreases by approximately 400 mV before initiating foldback operation, with both LDO output current and voltage subsequently decreasing. The findings indicate that this circuit successfully achieves current limit protection while significantly reducing system power consumption under overcurrent conditions.
Key words : low dropout regulator；current limit protection；foldback；latch-up

引言

隨著集成電路工藝的發(fā)展和進(jìn)步，集成電路芯片中器件的特征尺寸逐漸縮小，對(duì)各類(lèi)電子產(chǎn)品的性能要求越來(lái)越高，在同等面積芯片上需要集成的MOS管及各類(lèi)電子元器件的數(shù)量不斷增加。在此背景下，諸多電子設(shè)備對(duì)電源管理芯片的功耗提出了更高的要求。目前市場(chǎng)上的電源管理類(lèi)芯片產(chǎn)品主要有：開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器（DC-DC）、電荷泵（Charge Pump）以及低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator，LDO)。LDO因其噪聲小、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于集成、可靠性高、體積小、功耗低[1]、成本低廉等優(yōu)勢(shì)而獲得廣泛的應(yīng)用。

LDO的性能直接影響著整個(gè)電子產(chǎn)品的精度、穩(wěn)定性和可靠性[2]。在使用LDO的過(guò)程中如果輸出電流過(guò)載甚至短路，會(huì)有過(guò)大的電流從功率晶體管流過(guò)，功率管源漏兩端的電壓也會(huì)處于最大值[3]（因?yàn)閂OUT接地，所以加在功率管源漏端的電壓為VIN），功率管很容易超過(guò)其安全工作區(qū)域甚至燒毀進(jìn)而使芯片無(wú)法工作。因此，LDO電路一般都需要添加限流保護(hù)電路，防止電路的過(guò)載、輸出短路[4]，使得功率管工作在安全區(qū)[5]。

目前，LDO電路實(shí)現(xiàn)限流保護(hù)功能常采用的方式分為兩種。(1)電壓比較方式：通過(guò)采樣電阻將采樣負(fù)載電流轉(zhuǎn)化為一個(gè)與負(fù)載電流相關(guān)的電壓信號(hào)[6]，與所設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，控制限流保護(hù)電路的開(kāi)啟與關(guān)閉，進(jìn)而調(diào)節(jié)功率管的導(dǎo)通特性[7,8]。(2)電流比較方式：通過(guò)采樣管將采樣負(fù)載電流與基準(zhǔn)電流作比較，利用其輸出電壓信號(hào)控制功率管的柵端電位，進(jìn)而進(jìn)行調(diào)節(jié)。

在此基礎(chǔ)上，又分為兩種限流模式[9-10]：恒定限流（Constant Current Limit）保護(hù)和折返式限流（Foldback Current Limit）保護(hù)。恒定限流保護(hù)電路在產(chǎn)生過(guò)載或短路時(shí)，輸出電流會(huì)維持在IMAX，而輸出電壓將會(huì)減小至IMAXRLOAD[11]。然而，如果過(guò)載或短路情況時(shí)間較長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間處于限流狀態(tài)，功率管持續(xù)流經(jīng)大電流，會(huì)使芯片溫度升高，增加了整個(gè)系統(tǒng)的功耗，甚至?xí)龤Чβ使芏剐酒瑹o(wú)法工作；折返式限流保護(hù)電路在過(guò)載或短路時(shí)會(huì)降低過(guò)流限[12]，系統(tǒng)功耗得以減小，芯片溫度也不會(huì)明顯升高，避免了功率管燒毀的風(fēng)險(xiǎn)，但可能會(huì)引起閂鎖，電路無(wú)法正常啟動(dòng)。

本文基于180 nm BCD工藝，設(shè)計(jì)了一種基于電流比較、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的折返式限流保護(hù)電路，該電路在過(guò)流時(shí)，能大大降低過(guò)流狀態(tài)下的系統(tǒng)功耗，保護(hù)功率管。并且通過(guò)添加基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)信號(hào)，使電路中的恒定式限流保護(hù)電路先啟動(dòng)，折返電流電路后啟動(dòng)，有效避免了折返式限流電路中容易出現(xiàn)的“閂鎖”問(wèn)題。


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作者信息：

張耕瑜，李現(xiàn)坤，黃朝軒，肖培磊

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所，江蘇 無(wú)錫 204135）


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