《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
中國電子科技集團公司第五十八研究所
摘要： 針對低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）可能出現(xiàn)的過載、短路問題，基于180 nm BCD工藝，設(shè)計了一種基于電流比較的折返式限流保護電路。通過添加監(jiān)測信號，有效避免了折返式限流電路中容易出現(xiàn)的“閂鎖”問題。仿真結(jié)果表明，在達到過流限時，輸出電流減小至200 mA，輸出電壓減小約400 mV后開始折返，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功能的同時大大降低了系統(tǒng)過流狀態(tài)下的系統(tǒng)功耗。
關(guān)鍵詞： LDO 限流保護 折返式 閂鎖
中圖分類號：TN433 文獻標(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(chǎn)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(shè)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(chǎn)品主要有：開關(guān)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(jié)構(gòu)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(yīng)用。

LDO的性能直接影響著整個電子產(chǎn)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(fù)載電流轉(zhuǎn)化為一個與負(fù)載電流相關(guān)的電壓信號[6]，與所設(shè)置的閾值進行比較，控制限流保護電路的開啟與關(guān)閉，進而調(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控制功率管的柵端電位，進而進行調(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）保護和折返式限流（Foldback Current Limit）保護。恒定限流保護電路在產(chǎn)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(jīng)大電流，會使芯片溫度升高，增加了整個系統(tǒng)的功耗，甚至?xí)龤Чβ使芏剐酒瑹o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(fēng)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(shè)計了一種基于電流比較、結(jié)構(gòu)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(zhǔn)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。


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http://ccf-cncc2011.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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