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　一個高可靠性的線性穩(wěn)壓器通常須要有限流保護(hù)電路，以避免因負(fù)載短路或者過載對穩(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也下降了輸出電流，其最大長處是當(dāng)過流情形發(fā)生時，消費在功率管能量絕對較小，但在負(fù)載短路時，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，進(jìn)而使功率MOS管耗費能量，加快器件的老化。針對上述情形，在限流型保護(hù)電路的基本上，設(shè)計改良了一個短路保護(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，通過電阻R4轉(zhuǎn)化為檢測電壓;晶體管VM1實現(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為負(fù)載的共源級放大電路;VM14跟VMp1形成電流鏡電路;晶體管VMp1實現(xiàn)對功率管VMP的開關(guān)把持，正常工作時高壓電源，VMp1的柵級電位(Vcon)為高電平，不會影響系統(tǒng)的正常工作，短路產(chǎn)生時，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，比較器的負(fù)輸入端電位(Vinm)為0 V;同時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)點電位(Vcom)為高電平，在MOS管VM13、VM14作用下，節(jié)制信號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，實現(xiàn)短路保護(hù)。

　　實現(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，實現(xiàn)保護(hù)電路的高牢靠性。

　　同時當(dāng)短路產(chǎn)生時(即Vcon信號為低電平)，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信號將變?yōu)楦唠娖剑�電路主動恢�?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的寬長比為VM2的寬長比的10倍，Vmin_OD=2.6 mV。

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

　　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，IDM5必需滿意IDM5>VOUT/RL，因而公道選取參數(shù)，就能正常啟動。
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，輸出電流為O，P功率管被關(guān)斷，實現(xiàn)短路保護(hù)。

　　比較器輸入真?zhèn)�Vinp，因此比較器輸出信號Vcon為低電平，將關(guān)斷P功率管，實現(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)輸動身生短路時(即負(fù)載為0)，輸出電流被限度在最大電流值，這樣功率MOS管會耗費大批功耗，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)輸動身生短路時(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，同時表明系統(tǒng)存在主動恢復(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)計改良一個短路保護(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)生時系統(tǒng)喪失的功耗。同時該電路具備以下特色：高可靠性、自動恢復(fù)，即便地平面存在大批噪聲，當(dāng)短路發(fā)生時，穩(wěn)壓器的功率管截止，實現(xiàn)保護(hù)，而短路一旦清除，穩(wěn)壓器的輸出將自動恢復(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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