中心議題：

• 短路保護電路的工作原理分析
• 線性穩壓器的短路保護電路設計

yigegaokekaoxingdexianxingwenyaqitongchangxuyaoyouxianliubaohudianlu，yifangzhiyinfuzaiduanluhuozheguozaiduiwenyaqizaochengyongjiuxingdesunhuai。xianliubaohutongchangyouxianliuhezhefanshixianliu2種zhong類lei型xing。前qian者zhe是shi指zhi將jiang輸shu出chu電dian流liu限xian定ding在zai最zui大da值zhi，該gai方fang法fa最zui大da缺que點dian是shi穩wen壓ya器qi內nei部bu損sun失shi的de功gong耗hao很hen大da，而er後hou者zhe是shi指zhi在zai降jiang低di輸shu出chu電dian壓ya的de同tong時shi也ye降jiang低di了le輸shu出chu電dian流liu，其qi最zui大da優you點dian是shi當dang過guo流liu情qing況kuang發fa生sheng時shi，消xiao耗hao在zai功gong率lv管guan能neng量liang相xiang對dui較jiao小xiao，但dan在zai負fu載zai短duan路lu時shi，大da多duo數shu折zhe返fan式shi限xian流liu型xing保bao護hu電dian路lu也ye沒mei有you徹che底di關guan斷duan穩wen壓ya器qi
，依yi然ran有you電dian流liu流liu過guo，進jin而er使shi功gong率lvMOS管guan消xiao耗hao能neng量liang，加jia快kuai器qi件jian的de老lao化hua。針zhen對dui上shang述shu情qing況kuang，在zai限xian流liu型xing保bao護hu電dian路lu的de基ji礎chu上shang
，設she計ji改gai進jin了le一yi個ge短duan路lu保bao護hu電dian路lu

，確que保bao短duan路lu情qing況kuang下xia，關guan斷duan功gong率lvMOS管。本文分別定性和定量地分析了這種短路保護電路的工作過程和原理，同時給出基於TSMCO．18μm CMOS工藝的Spectra仿真結果。

1 短路保護電路的工作原理

高可靠性短路保護電路的實現電路如圖1所示
，其中VMP是線性穩壓器的功率MOS管
，R1、R2為穩壓器的反饋電阻；VMO和VMP管是電流鏡電路，VMO管以一定的比例複製功率管的電流，通過電阻R4轉化為檢測電壓；晶體管VM1完成電平移位功能，最後接入由VM8～VM12等MOS管組成的比較器的正輸入端(Vinp)
，比較器的負輸入端(Vinm)與輸出端(0UT)相連；VM13、VM14組成二極管連接形式為負載的共源級放大電路；VM14和VMp1構成電流鏡電路
；晶體管VMp1完成對功率管VMP的開關控製，正常工作時
，VMp1的柵級電位(Vcon)為高電平，不會影響係統的正常工作，短路發生時
，Vcon將為低電平
，使功率管關斷。

1．1 工作原理的定性分析
當短路發生時
，比較器的負輸入端電位(Vinm)為0 V；同時VM1管將導通，因此比較器的正輸入端電位大於0 V
，最終比較器的輸出節點電位(Vcom)為高電平，在MOS管VM13
、VM14作用下，控製信號Vcon將為低電平，最終VMP管的柵極電壓將升高，進而關斷P功率管，實現短路保護。

實現短路保護後，VM1管將關斷
；VM3和VM4組成電流鏡，晶體管VM2的作用是保證電路在短路期間(VM1管關斷)
，比較器正輸入端的電壓始終高於比較器的負輸入端電壓(即使係統存在地平麵噪聲)
，從而使Vcon電壓始終為低電平，確保電路在短路發生期間始終都能關斷P功率管，實現保護電路的高可靠性。

同時當短路發生時(即Vcon信號為低電平)，VM7管正常工作，VM5管將導通，有一定的電流流向0UT端；因此一旦短路消除(即0UT端接有負載電阻)，VM5管將對負載電容和負載電阻組成的並聯RC網絡充電
，0UT端電壓升高，Vcon信號將變為高電平，電路自動恢複正常狀態。
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1．2 工作原理的定量分析
由電路分析可知，比較器的正負輸入端關係為：

比較器輸入端的Vinp

，因此比較器輸出信號Vcon為低電平，將關斷P功率管，實現短路保護。

當P功率管關斷後
，ID0=O，晶體管Vcon將截止，此時比較器Vinp輸入端電壓Vmin_OD取決於晶體管VM2
、VM3、VM4組成的網絡
，隻要保證Vmin_OD大於Vinm電壓(Vinm=VOUT=O)
，P功率管將一直處於關閉狀態。

接下來將分析VM2、VM3和VM4組成的網絡如何確保Vmin_OD大於0。分析電路可知，VM2、VM3工作在飽和區
，VM4工作在線性區

，因此ID3>ID4，ID4=ID2。

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。

當短路排除後，流過VM5的電流將對RC網絡充電，過t秒後Vinm(0UT)端電壓將大於Vmin_OD，電路正常工作。其中充電時間為：

式中IDM5為VM5的漏電電流，RL=VOUT／Imax
，CL為負載電容
，其中Imax是係統規定的最大負載電流。要使係統能正常啟動，IDM5必須滿足IDM5>VOUT／RL，因此合理選取參數，就能正常啟動。

2 仿真結果與討論

基於TSMC O．18μm CMOS工藝
，仿真結果如圖2～圖3所示。仿真結果表明輸出短路時，輸出電流為O
，P功率管被關斷，實現短路保護。

圖3(a)所示曲線的仿真條件是輸出負載周期性地從0 Ω變化到5 Ω。仿真結果表明當輸出發生短路時(即負載為0)，輸出電流被限製在最大電流值，這樣功率MOS管會消耗大量功耗，將加快器件的老化。

圖3(b)所示曲線的仿真條件與圖3(a)的條件一樣。仿真結果表明當輸出發生短路時(即負載為0)
，輸出電流被限製為O，即功率MOS管被完全關斷
，同時表明係統具有自動恢複的特點，即負載短路消除後
，係統恢複正常工作。

3 結論

在限流電路的基礎上，設計改進一個短路保護電路，確保在短路情況下，徹底關斷功率MOS管，減少短路發生時係統損失的功耗。同時該電路具有以下特點：高可靠性、zidonghuifu
，jishidipingmiancunzaidaliangzaosheng，dangduanlufashengshi
，wenyaqidegonglvguanjiezhi
，shixianbaohu，erduanluyidanxiaochu
，wenyaqideshuchujiangzidonghuifudaozhengchangzhuangtai
，youxiaodibaohuxitong。zailanyagonglvfangdaqidianyuanguanlidianluzhongdedaolehenhaoyingyong。