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　一個(gè)高可靠性的線性穩(wěn)壓器通常須要有限流保護(hù)電路，以避免因負(fù)載短路或者過(guò)載對(duì)穩(wěn)壓器造成永恒性的破壞,。限流保護(hù)通常有限流和折返式限流2品種型,。前者是指將輸出電流限定在最大值，該方式最大毛病是穩(wěn)壓器內(nèi)部喪失的功耗很大,，而后者是指在下降輸出電壓的同時(shí)也下降了輸出電流,，其最大長(zhǎng)處是當(dāng)過(guò)流情形發(fā)生時(shí)，消費(fèi)在功率管能量絕對(duì)較小,，但在負(fù)載短路時(shí),，大多數(shù)折返式限流型保護(hù)電路也不徹底關(guān)斷穩(wěn)壓器，仍然有電流流過(guò)，進(jìn)而使功率MOS管耗費(fèi)能量,，加快器件的老化,。針對(duì)上述情形，在限流型保護(hù)電路的基本上,，設(shè)計(jì)改良了一個(gè)短路保護(hù)電路,，確保短路情況下，關(guān)斷功率MOS管,。本文分辨定性和定量地分析了這種短路保護(hù)電路的工作進(jìn)程和原理,，同時(shí)給出基于TSMCO.18μm CMOS工藝的Spectra仿真結(jié)果。

　　1 短路掩護(hù)電路的工作原理

　　高牢靠性短路維護(hù)電路的實(shí)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管是電流鏡電路可控硅電源,，VMO管以必定的比例復(fù)制功率管的電流，通過(guò)電阻R4轉(zhuǎn)化為檢測(cè)電壓;晶體管VM1實(shí)現(xiàn)電平移位功效,，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(fù)輸入端(Vinm)與輸出端(0UT)相連;VM13、VM14組成二極管銜接情勢(shì)為負(fù)載的共源級(jí)放大電路;VM14跟VMp1形成電流鏡電路;晶體管VMp1實(shí)現(xiàn)對(duì)功率管VMP的開關(guān)把持,，正常工作時(shí)高壓電源,，VMp1的柵級(jí)電位(Vcon)為高電平，不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作,，短路產(chǎn)生時(shí),，Vcon將為低電平，使功率管關(guān)斷,。

　　1.1 工作原理的定性分析

　　當(dāng)短路發(fā)生時(shí),，比較器的負(fù)輸入端電位(Vinm)為0 V;同時(shí)VM1管將導(dǎo)通，因此比較器的正輸入端電位大于0 V,，終極比較器的輸出節(jié)點(diǎn)電位(Vcom)為高電平,，在MOS管VM13、VM14作用下,，節(jié)制信號(hào)Vcon將為低電平,，終極VMP管的柵極電壓將升高，進(jìn)而關(guān)斷P功率管,，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù),。

　　實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)后，VM1管將關(guān)斷;VM3和VM4組成電流鏡,，晶體管VM2的作用是保障電路在短路期間(VM1管關(guān)斷),，比較器正輸入真?zhèn)�電壓始終高于比較器的負(fù)輸入端電壓(即便系統(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(shí)現(xiàn)保護(hù)電路的高牢靠性,。

　　同時(shí)當(dāng)短路產(chǎn)生時(shí)(即Vcon信號(hào)為低電平)，VM7管畸形工作,，VM5管將導(dǎo)通,，有必定的電流流向0UT端;因而一旦短路打消(即0UT端接有負(fù)載電阻)，VM5管將對(duì)負(fù)載電容跟負(fù)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(hào)將變?yōu)楦唠娖剑�電路主�?dòng)恢復(fù)畸形狀況,。

　　1.2 工作原理的定量剖析

　　由電路剖析可知,，比擬器的正負(fù)輸入端關(guān)聯(lián)為：

　　因此選取

，即可得到Vinp>0,。本文VM3的寬長(zhǎng)比為VM2的寬長(zhǎng)比的10倍,，Vmin_OD=2.6 mV。

　　當(dāng)短路消除后,，流過(guò)VM5的電流將對(duì)RC網(wǎng)絡(luò)充電,，過(guò)t秒后Vinm(0UT)端電壓將大于Vmin_OD，電路正常工作,。其中充電時(shí)光為：

　　式中IDM5為VM5的漏電電流,，RL=VOUT/Imax，CL為負(fù)載電容,，其中Imax是體系劃定的最大負(fù)載電流,。要使體系能正常啟動(dòng)，IDM5必需滿意IDM5>VOUT/RL,，因而公道選取參數(shù),，就能正常啟動(dòng)。
2 仿真成果與探討

　　基于TSMC O.18μm CMOS工藝,，仿真結(jié)果如圖2～圖3所示,。仿真結(jié)果表明輸出短路時(shí)，輸出電流為O,，P功率管被關(guān)斷,，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。

　　比較器輸入真?zhèn)�Vinp,，因此比較器輸出信號(hào)Vcon為低電平,，將關(guān)斷P功率管，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù),。

　　當(dāng)P功率管關(guān)斷后,，ID0=O,，晶體管Vcon將截止，此時(shí)比較器Vinp輸入端電壓Vmin_OD取決于晶體管VM2,、VM3,、VM4組成的網(wǎng)絡(luò)，只有保證Vmin_OD大于Vinm電壓(Vinm=VOUT=O),，P功率管將始終處于封閉狀況,。

　　接下來(lái)將分析VM2、VM3和VM4組成的網(wǎng)絡(luò)如何確保Vmin_OD大于0,。分析電路可知,，VM2、VM3工作在飽和區(qū),，VM4工作在線性區(qū),，因此ID3>ID4，ID4=ID2,。

　　圖3(a)所示曲線的仿真前提是輸出負(fù)載周期性地從0 Ω變更到5 Ω,。仿真成果表明當(dāng)輸動(dòng)身生短路時(shí)(即負(fù)載為0)，輸出電流被限度在最大電流值,，這樣功率MOS管會(huì)耗費(fèi)大批功耗,，將加快器件的老化大功率開關(guān)電源,。

　　圖3(b)所示曲線的仿真條件與圖3(a)的前提一樣,。仿真結(jié)果表明當(dāng)輸動(dòng)身生短路時(shí)(即負(fù)載為0)，輸出電流被制約為O,，即功率MOS管被完整關(guān)斷,，同時(shí)表明系統(tǒng)存在主動(dòng)恢復(fù)的特色，即負(fù)載短路排除后,，系統(tǒng)恢復(fù)正常工作,。

　　3 論斷

　　在限流電路的基本上，設(shè)計(jì)改良一個(gè)短路保護(hù)電路,，確保在短路情況下,，徹底關(guān)斷功率MOS管，減少短路發(fā)生時(shí)系統(tǒng)喪失的功耗,。同時(shí)該電路具備以下特色：高可靠性,、自動(dòng)恢復(fù)，即便地平面存在大批噪聲,，當(dāng)短路發(fā)生時(shí),，穩(wěn)壓器的功率管截止，實(shí)現(xiàn)保護(hù),，而短路一旦清除,，穩(wěn)壓器的輸出將自動(dòng)恢復(fù)到正常狀態(tài),，有效地保護(hù)系統(tǒng)。在藍(lán)牙功率放大器電源治理電路中得到了很好利用,。

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