《電子技術應用》
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一种基于电流比较的LDO折返式限流保护电路
电子技术应用
张耕瑜，李现坤，黄朝轩，肖培磊
中国电子科技集团公司第五十八研究所
摘要： 针对低压差线性稳压器（LDO）可能出现的过载、短路问题，基于180 nm BCD工艺，设计了一种基于电流比较的折返式限流保护电路。通过添加监测信号，有效避免了折返式限流电路中容易出现的“闩锁”问题。仿真结果表明，在达到过流限时，输出电流减小至200 mA，输出电压减小约400 mV后开始折返，LDO的输出电流和输出电压均下降。结果表明，该电路在完成限流保护功能的同时大大降低了系统过流状态下的系统功耗。
中圖分類號：TN433 文獻標志碼：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折返式限流保護電路[J]. 電子技術應用，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)展和進步，集成電路芯片中器件的特征尺寸逐漸縮小，對各類電子產品的性能要求越來越高，在同等面積芯片上需要集成的MOS管及各類電子元器件的數(shù)量不斷增加。在此背景下，諸多電子設備對電源管理芯片的功耗提出了更高的要求。目前市場上的電源管理類芯片產品主要有：開關型穩(wěn)壓器（DC-DC）、電荷泵（Charge Pump）以及低壓差線性穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator，LDO)。LDO因其噪聲小、電路結構簡單、易于集成、可靠性高、體積小、功耗低[1]、成本低廉等優(yōu)勢而獲得廣泛的應用。

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

目前，LDO電路實現(xiàn)限流保護功能常采用的方式分為兩種。(1)電壓比較方式：通過采樣電阻將采樣負載電流轉化為一個與負載電流相關的電壓信號[6]，與所設置的閾值進行比較，控制限流保護電路的開啟與關閉，進而調節(jié)功率管的導通特性[7,8]。(2)電流比較方式：通過采樣管將采樣負載電流與基準電流作比較，利用其輸出電壓信號控制功率管的柵端電位，進而進行調節(jié)。

在此基礎上，又分為兩種限流模式[9-10]：恒定限流（Constant Current Limit）保護和折返式限流（Foldback Current Limit）保護。恒定限流保護電路在產生過載或短路時，輸出電流會維持在IMAX，而輸出電壓將會減小至IMAXRLOAD[11]。然而，如果過載或短路情況時間較長，長時間處于限流狀態(tài)，功率管持續(xù)流經大電流，會使芯片溫度升高，增加了整個系統(tǒng)的功耗，甚至會燒毀功率管而使芯片無法工作；折返式限流保護電路在過載或短路時會降低過流限[12]，系統(tǒng)功耗得以減小，芯片溫度也不會明顯升高，避免了功率管燒毀的風險，但可能會引起閂鎖，電路無法正常啟動。

本文基于180 nm BCD工藝，設計了一種基于電流比較、結構簡單的折返式限流保護電路，該電路在過流時，能大大降低過流狀態(tài)下的系統(tǒng)功耗，保護功率管。并且通過添加基準監(jiān)測信號，使電路中的恒定式限流保護電路先啟動，折返電流電路后啟動，有效避免了折返式限流電路中容易出現(xiàn)的“閂鎖”問題。


本文詳細內容請下載：

http://www.ihrv.cn/resource/share/2000006802


作者信息：

張耕瑜，李現(xiàn)坤，黃朝軒，肖培磊

（中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫 204135）


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