适用于宽输入电压范围LDO电路的限流电路

本发明属于半导体集成电路，更具体地说，涉及一种适用于宽输入电压范围ldo电路的限流电路。

背景技术：

1、当ldo工作在压降区时，运放第二级(驱动管所在支路)的电流非常大，这就造成ldo压降区电流比稳定输出时要大，特别是在空载状态下，这一电流显得尤为突出。而一些便携类产品以及长期待机产品对静态功耗的要求非常苛刻，ldo压降区静态功耗较大的问题给电路带来了不可忽视的影响。因此需要设计电路对该支路的电流进行限制，同时考虑到ldo在汽车电子、医疗设备、工业电子以及通信基站等领域的应用，该限流电路必须可以工作在高压环境下。

2、现有技术大多采用电流镜镜像的方法实现压降区限流，但其限流值为固定值，虽然压降区电流得到限制，但仍然会有尖峰。同时采用低压工艺设计，电路存在被击穿的风险，可靠性较低，而采用耐高压器件来设计，耐高压器件一般性能不如低器件，并且往往需要更大面积。因此，需要能够在满足可靠性的前提下限流电路仅部分采用高压管，就能很好的减少ldo的面积，节省成本，并发挥工艺的优势。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种适用于宽输入电压范围ldo电路的限流电路，可以有效减小ldo压降区电流，可以在高压区工作，同时采用高压管和低压管共同使用的方法保证可靠性的前提下减小了芯片面积。

2、为了解决上述技术问题至少之一，根据本发明的一方面，提供了一种适用于宽输入电压范围ldo电路的限流电路，包括：具有宽输入电压范围的ldo反馈控制环路和耐高压限流电路。

3、所述具有宽输入电压范围的ldo反馈控制环路包括误差放大器、驱动管n1、高低压隔离管hn1、电流采样管hp1、ldo的功率管和反馈电阻r1、r2。

4、所述误差放大器的同相输入端连接基准电压vref，误差放大器的反向输入端连接反馈电阻r1和r2的一端，所述误差放大器的输出端连接驱动管的栅极，所述驱动管的漏极与高低压隔离管的源级连接，所述高低压隔离管的漏极与电流采样管的栅极、漏极和ldo功率管的栅极连接，所述ldo功率管的漏极与反馈电阻r2的另一端连接，反馈电阻r1的另一端连接地端。

5、所述耐高压限流电路包括采样电阻r3、电流比较器、偏置电路、高低压隔离电路和限流管n2；偏置电路为高低压隔离电路和电流比较器提供偏置，高低压隔离电路使电流比较器可以工作在高压环境下。

6、进一步地，所述电流比较器包括比较管hp2、hp3、偏置管n5和偏置管n6，所述比较管hp2的栅极与漏极连接，所述偏置管n5和偏置管n6的栅极相连，源级分别接地。

7、进一步地，所述高低压隔离电路包括齐纳二极管z1、齐纳二极管z2、高低压隔离管hp4、高低压隔离管hn3、高低压隔离管hn4、高低压隔离管hn2和偏置管n4。所述齐纳二极管z1的正极、所述高低压隔离管hn2的漏级和所述高低压隔离管hp4的栅极连接，所述高低压隔离管hn2的源级与n4的漏极连接，所述高低压隔离管hp4的漏极与齐纳二极管z2的正极连接，所述偏置管n4的源级接地。

8、进一步地，所述偏置电路包括电流源ib和偏置管n3，所述偏置管n3的栅极、漏极和电流源ib连接，偏置管n3的源级接地。

9、所述采样电阻r3的一端与比较管hp3的源级连接，作为为采样信号，所述高低压隔离管hp4的源极和漏极分别与比较管hp2的栅极和比较管hp3的栅极连接，所述高压低隔离管hn3的漏极和源级分别与比较管hp2的漏极和n5的漏极连接，所述高压低隔离管hn4的漏极和源级分别与比较管hp3的漏极和n6的漏极连接，所述限流管n2的栅极与n6的漏极连接，所述偏置管n3的栅极与n4、n5和n6的栅极连接。

10、所述耐高压限流电路中的hp3的源极与具有宽输入电压范围的ldo反馈控制环路中hp1的源级连接，所述耐高压限流电路中的n2的漏极与具有宽输入电压范围的ldo反馈控制环路中n1的源级连接，所述耐高压限流电路中hp2的源极与具有宽输入电压范围的ldo反馈控制环路中的输出vout连接；输入vin连接至所述齐纳二极管z1的负极、齐纳二极管z2的负极、采样电阻r3的另一端和所述ldo功率管的源级连接输入电压vin；所述电流源ib、高低压隔离管hn2的栅极、高低压隔离管hn3的栅极、高低压隔离管hn4的栅极、高低压隔离管hn1的栅极和所述误差放大器的电源电压连接vin的分压vdd；所述分压vdd为低压输入信号。

11、进一步地，当所述电路工作在低压区时，齐纳二极管未被击穿，高低压隔离管hp4导通，比较管hp2和比较管hp3的栅极电压相等。

12、进一步地，当所述电路工作在高压区时，所述齐纳二极管被击穿，高低压隔离管hp4关闭，比较管hp3的栅源电压被钳位在齐纳二极管的击穿电压内，hp4起到高低压隔离作用。

13、优选的，所述电流采样管hp1、ldo的功率管、比较管hp2、比较管hp3、高低压隔离管hp4采用p型耐高压ldmos管；所述高低压隔离管hn1、高低压隔离管hn2、高低压隔离管hn3、高低压隔离管hn4采用n型耐高压ldmos管；驱动管n1、驱动管n2、偏置管n3、偏置管n4、偏置管n5、偏置管n6采用nmos管。

14、相比于现有技术，本发明至少具有如下有益效果：

15、本发明的限流电路有效降低了ldo压降区电流，得到没有尖峰且比稳定输出时小的压降区电流；本发明采用高压管和低压管共同使用的方法使电路可以工作在高压区，保证可靠性的前提下减小了芯片面积。进一步地，齐纳管z1、z2使电路在低压区不受高压器件影响，在高压区可以正常工作，高低压隔离管hn1、hn2、hn3、hn4、hp4起到承压作用，保证了电路的可靠性。

技术特征：

1.一种适用于宽输入电压范围ldo电路的限流电路，其特征在于，包括：具有宽输入电压范围的ldo反馈控制环路和耐高压限流电路；

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电流比较器，包括比较管hp2、比较管hp3、偏置管n5和偏置管n6；

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述高低压隔离电路，包括齐纳二极管z1、齐纳二极管z2、高低压隔离管hp4、高低压隔离管hn3、高低压隔离管hn4、高低压隔离管hn2和偏置管n4；

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述偏置电路，包括电流源ib和偏置管n3，所述偏置管n3的栅极、漏极和所述电流源ib连接，所述偏置管n3的源级接地。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述采样电阻r3的一端与所述比较管hp3的源级连接，所述高低压隔离管hp4的源极和漏极分别与所述比较管hp2的栅极和所述比较管hp3的栅极连接，所述高低压隔离管hn3的漏极和源级分别与比较管hp2的漏极和所述偏置管n5的漏极连接，所述高低压隔离管hn4的漏极和源级分别与所述比较管hp3的漏极和所述偏置管n6的漏极连接，所述限流管n2的栅极与所述偏置管n6的漏极连接，所述偏置管n3的栅极与所述偏置管n4、n5和n6的栅极连接。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述耐高压限流电路中的比较管hp3的源极与所述具有宽输入电压范围的ldo反馈控制环路中比较管hp1的源级连接，所述耐高压限流电路中的限流管n2的漏极与所述具有宽输入电压范围的ldo反馈控制环路中限流管n1的源级连接，所述耐高压限流电路中比较管hp2的源极与所述具有宽输入电压范围的ldo反馈控制环路中的输出vout连接；输入vin连接至所述齐纳二极管z1的负极、齐纳二极管z2的负极、采样电阻r3的另一端和所述ldo功率管的源级连接输入电压vin；所述电流源ib、高低压隔离管hn2的栅极、高低压隔离管hn3的栅极、高低压隔离管hn4的栅极、高低压隔离管hn1的栅极和所述误差放大器的电源电压连接vin的分压vdd；所述分压vdd为低压输入信号。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，当电路工作在低压区时，所述齐纳二极管z1和z2未被击穿，所述高低压隔离管hp4导通，所述比较管hp2和比较管hp3的栅极电压相等。

8.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，当电路工作在高压区时，所述齐纳二极管z1和z2被击穿，所述高低压隔离管hp4关闭，所述比较管hp3的栅源电压被钳位在齐纳二极管z1和z2的击穿电压内，所述高低压隔离管hp4起到高低压隔离作用。

9.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述电流采样管hp1、ldo的功率管、比较管hp2、比较管hp3、高低压隔离管hp4采用p型耐高压ldmos管；

技术总结
本发明公开了一种适用于宽输入电压范围LDO电路的限流电路，属于集成电路技术领域。包括：具有宽输入电压范围的LDO反馈控制环路和耐高压限流电路；所述具有宽输入电压范围的LDO反馈控制环路，包括误差放大器、驱动管N1、高低压隔离管HN1、电流采样管HP1、LDO的功率管和反馈电阻R1和R2；所述耐高压限流电路，包括采样电阻R3、电流比较器、偏置电路、高低压隔离电路和限流管N2。本发明的限流电路有效降低了LDO压降区电流，得到了没有尖峰且比稳定输出时小的压降区电流；本发明采用高压管和低压管共同使用的方法使电路可以工作在高压区，保证可靠性的前提下在一定程度上缓解了高压管带来的性能和面积劣势。

技术研发人员：夏晓娟,李孟钊,肖正浩,王培浩,蔡甜甜
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12