一种新型过流保护电路设计

图1 过流保护原理图

　　包含过流保护电路的LDO整体框图如图2所示，虚线左边是LDO 主体电路，包括误差放大器、功率管、负电感传感器载电阻以及分压电阻。虚线右边部分为电流保护电路，主要作用是感应并检测负载电流是否超过限制电流，然后通过控制功率管来决定是否使LDO 中断运行，包括电流感应电路和控制电路。传统的过流保护电路只采用图2 中实框Ⅱ所示的“中断”模式（不包括虚框），对于任何负载过流情况，不论持续作用时间如何，都使LDO 中断工作；本文在传统的“中断”模式基础上，增加了“屏蔽”模式（如图2 中虚框Ⅰ），能有效屏蔽希望LDO不中断工作的过流信号，使LDO更高效运行，同时保留“中断”模式，保证LDO 安全工作。

图2 带过流保护电路的 LDO 框图

　　3 “屏蔽”模式电路实现

　　图3 是改进前后的过流保护电路图。不加虚框部分是传统的“中断”模式过流保护电路，由电流感应电路、比较电路以及输出级电路组成。电流感应电路采样功率管电流。采样得到的电流和限制电流ILIMIT 分别转化为比较器的两输入端电压VSENSE 和VLIMIT 并进行比较，得到VCO。VCO作用于输出级电路以控制功率管栅极电压。如果负载过流，过流保护电路使得功率管栅极电压PG 为高电平，强行使LDO中断。

　图3 改进后的电流保护电路图

　　如果我们在电电感器生产大电流电感路中加入图3 虚框A 区所示的电路结构，电路将变为“屏蔽”模式电流保护。屏蔽电路由延时电路、或非门构成。比较器甲输出的信号VB1 经过延时后得到VB2，VB1 和VB2 进行或非运算再经过一次反向后得到屏蔽电路的输出信号VBOUT。

　　由于逻辑或运算只能使同时为1 的两个信号保持不变，因此，可以通过或非门和反相器消除掉延迟时间内的脉冲信号。在过流保护电路中增加屏蔽电路，则可屏蔽掉延迟时间内的过流信号，但如果负载电流太大，可能瞬间烧毁功率管，因此需要相应的关断电路。当负载电流超过最大限制电流IMAX 时，过流保护电路能不经过延迟直接关断LDO。

　　图3 虚框B 区电路能解决屏蔽时间内大电流可能导致功率管瞬间烧毁的问题，当延迟时间内出现很大过流信号时，能及时关断功率管，保证系统安全。关断电路由比较器乙和NMOS 开关管M1 组成。

　　当过流信号超过最大限制电流I MAX（此时VSE NSE>

　　VMAX）时，比较器乙输出VCOUT 为高电平导致开关管M1 导通，使得VCO 强行为低电平而不受屏蔽电路影响并同步关断LDO，保证功率管安全。当过流电流不是太大时，比较器输出电压VCOUT 为低，开关管M1 不导通，不影响屏蔽电路工作。

　　图3 所贴片电感示的改进电流保护电路能够实现图1（b）所期望的“屏蔽”区工作模式。负载电流过流最大持续作用时间tMAX 和最大过流幅值IMAX 即为“屏蔽”区的时间和幅值边界。实际应用中，功率管能承受的热功耗和击穿电流是有限的。最大持续作用时间tMAX 由功率管能承受的热功耗和散热性能决定，而功率管的最大击穿电流确定了过流的最大幅值IMAX。

　　对于特定的应用需要，通过设定合理的屏蔽时间与最大过流幅值，能使LDO 更高效地运行。

　　“屏蔽”模式的逻辑关系如图4 所示，其中VB1和VCOUT 分别为比较器甲和乙的输出信号，VB1 经过一个延迟时间后输出信号为VB2，屏蔽电路输出电压为VBOUT，VCO为屏蔽电路的输出端。VB1、VB2和VBOUT的波形反应了屏蔽电路的逻辑关系，只有当VB1 和VB2 同时为高电平，VBOUT 才为低电平，否则VBOUT 一直为高电平，因此屏蔽电路屏蔽了延迟时间内的脉冲信号，贴片电感保持宽脉冲信号；VCOUT为使能端，只要VCOUT为高电平，VCO 立即变为低电平。

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