一种新型过流保护电路设计

图4 “屏蔽”电路逻辑关系图

　　4 电路仿真结果

　　将上述设计原理应用于输入电压为5V、输出电压3.3V、最大输出电流500mA、限制电流ILIMIT 800mA的LDO，使用CSMC 0.5 μm BiCMOS 工艺Cadencespectre 仿真工具，分别对改进前后的过流保护电路进行仿真。根据功率管特定的需要，设定延时电路延迟时间tMAX 为20 μ s，最大幅值电流IMAX 为3A。

　　图5 中（a）曲线表示负载电流幅值和作用时间的关系，ILIMIT 和IMAX 分别为限制电流和最大幅值电流。图5 中（b）、（c）和（d）曲线分别为采用传统“中断”模式、“屏蔽”模式以及“屏蔽+ 中断”模式过流保护电路后LDO 的输出电压波形。

　　图5（b）表示“中断”模式在所有过流情况时都会关断LDO。图5（c）的“屏蔽”模式能屏蔽tMAX内的过流信号，但同时也屏蔽了过流幅值超过IMAX的电流信号，只有在过流持续作用时间大于tMAX 时，LDO 才被关断。图5（d）的“屏蔽+ 中断”模式下，电路只在过流信号持续作用时间小于tMAX 而且幅值不超过IMAX 时屏蔽掉过流信号，对于其他超过ILIMIT的过流信号，都将中断LDO 运行。通过比较图5 的（b）、（c）和（d）曲线可以得到，相对于图5（b）的“中断”模式，图5（d）的“屏蔽+ 中断”模式扩大了工作区范围，又比图5（c）的“屏蔽”模式保护电路更安全。传统屏蔽电路都会在过流之后关断LDO，我们希望在某些短时且小幅度过流信号下LDO 仍能正常运行。结果表明，设计后的过流保护电路能达到预期效果，保证系统更高效安全地运行。

图5 LDO 整体电路的瞬态响应

　　5 结论

　　在传统的只采取“中断”模式的过流保护电路基础上，本文提出了一种新型过流保护电路设计方案，通过增加“屏蔽”模式，能有效屏蔽在设定最大过流幅值IMAX 和最大持续作用时间tMAX 内的过流信号，而不影响其他过流情况的关断。通过CSMC0.5μm BiCMOS工艺、Cadence spectre仿真，结果表明，改进后的过流保护电路能有效屏蔽过流幅值和持续作用时间在设定范围内的过流信号，增加了正常工作区的范围，使LDO更高效运行，同时保留“中断”模式，保证LDO 安全工作。