用于LDO的短路电流保护装置和方法、LDO与流程

用于ldo的短路电流保护装置和方法、ldo
技术领域
1.本公开涉及电子电路控制领域，具体地，涉及一种用于ldo的短路电流保护装置和方法、ldo。


背景技术：

2.低压差线性稳压器(low dropout regulator，ldo)使用在其饱和区域内运行的晶体管或场效应管，从输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。ldo具有微功耗，通常具有极低的自有噪声和较高的电源抑制比。
3.短路电流是在电路中某一节点与地线之间发生非正常连接(即短路)时电路中流过的电流，其值可远远大于额定电流。当发生短路时，通常产生较大热量，严重时会导致器件烧毁。
4.在ldo的使用过程中，若其输出端由于故障被短路到地线，则会导致短路电流从电源端流到地线端，导致电路的烧毁。


技术实现要素：

5.本公开的目的是提供一种可靠、实用的用于ldo的短路电流保护装置和方法、ldo。
6.为了实现上述目的，本公开提供一种用于ldo的短路电流保护装置，所述ldo包括比较放大器和开关电路，所述开关电路连接在所述比较放大器的输出端与电源之间，所述装置包括：
7.监控模块，与所述比较放大器的输出端连接，用于若所述比较放大器的输出端的电压小于预定的第一电压阈值，则控制输出大于预定的第二电压阈值的监控电压；
8.触发模块，与所述监控模块的输出端连接，并与所述开关电路的使能端连接，用于若所述监控电压大于所述预定的第二电压阈值，则向所述开关电路的使能端输出用于触发所述开关电路打开的触发信号，以使所述比较放大器的输出端与电源导通，所述ldo关断。
9.可选地，所述ldo还包括第一晶体管，所述第一晶体管的栅极连接所述比较放大器的输出端，所述监控模块包括第二晶体管和输出电阻，所述第二晶体管的栅极连接所述比较放大器的输出端，所述第二晶体管的源极连接电源，所述第二晶体管的漏极通过所述输出电阻连接地线，所述第二晶体管的漏极输出所述监控电压。
10.可选地，所述ldo还包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一晶体管的漏极依次通过所述第一分压电阻和所述第二分压电阻连接地线，所述比较放大器的反相输入端连接在所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间，所述比较放大器的同相输入端作为所述ldo的输入端，所述第一晶体管的源极接电源。
11.可选地，所述触发模块包括或门电路，所述或门电路的一个输入端连接所述监控模块的输出端，所述或门电路的输出端输出所述触发信号。
12.可选地，所述触发模块还包括非门电路，所述或门电路的输出端连接所述非门电路的输入端，所述非门电路的输出端为所述触发模块的输出端，所述或门电路通过所述非
门电路输出所述触发信号。
13.可选地，所述第二晶体管与所述第一晶体管为同一类型的晶体管。
14.可选地，所述第二晶体管为mos场效应晶体管。
15.可选地，所述第二晶体管和所述第一晶体管为p型mos场效应晶体管，所述触发信号为低电平信号。
16.本公开还提供一种用于低压差线性稳压器ldo的短路电流保护方法，所述ldo包括比较放大器和开关电路，所述开关电路连接在所述比较放大器的输出端与电源之间，所述方法包括：
17.若所述比较放大器的输出端的电压小于预定的第一电压阈值，则利用监控模块控制输出大于预定的第二电压阈值的监控电压；
18.若所述监控电压大于所述预定的第二电压阈值，则利用触发模块向所述开关电路的使能端输出用于触发所述开关电路打开的触发信号，以使所述比较放大器的输出端与电源导通，所述ldo关断。
19.可选地，若所述比较放大器的输出端的电压小于预定的第一电压阈值，则利用监控模块控制输出大于预定的第二电压阈值的监控电压，包括：
20.若所述比较放大器的输出端的电压小于预定的第一电压阈值，利用第二晶体管输出大于预定电流阈值的电流；
21.若所述第二晶体管输出大于所述预定电流阈值的电流，利用与所述第二晶体管连接的输出电阻输出大于预定的第二电压阈值的监控电压，
22.其中，所述监控模块包括所述第二晶体管和所述输出电阻，所述第二晶体管的栅极连接所述比较放大器的输出端，所述第二晶体管的源极连接电源，所述第二晶体管的漏极通过所述输出电阻连接地线，所述第二晶体管的漏极输出所述监控电压。
23.可选地，若所述监控电压大于所述预定的第二电压阈值，则利用触发模块向所述开关电路的使能端输出用于触发所述开关电路打开的触发信号，包括：
24.利用或门电路接收所述监控电压；
25.若所述监控电压大于所述预定的第二电压阈值，则利用所述或门电路向所述开关电路的使能端输出用于触发所述开关电路打开的触发信号。
26.其中，所述触发模块包括所述或门电路，所述或门电路的一个输入端连接所述监控模块的输出端，所述或门电路的输出端输出所述触发信号。
27.可选地，若所述监控电压大于所述预定的第二电压阈值，则利用所述或门电路向所述开关电路的使能端输出用于触发所述开关电路打开的触发信号，包括：
28.若所述监控电压大于所述预定的第二电压阈值，则利用所述或门电路输出触发中间信号；
29.利用非门电路接收所述触发中间信号，并根据所述触发中间信号向所述开关电路的使能端输出用于触发所述开关电路打开的触发信号。
30.其中，所述触发模块还包括所述非门电路，所述或门电路的输出端连接所述非门电路的输入端，所述非门电路的输出端为所述触发模块的输出端，所述或门电路通过所述非门电路输出所述触发信号。
31.本公开还提供一种ldo，包括本公开提供的上述短路电流保护装置。
32.由于ldo的输出端与地线发生短路时，会拉低比较放大器的输出端的电压，通过上述技术方案，利用监控模块和触发模块，在ldo的比较放大器的输出端的电压小于预定的第一电压阈值时，控制输出大于预定的第二电压阈值的监控电压，并输出用于触发开关电路打开的触发信号，以使比较放大器的输出端与电源导通，ldo关断。这样，当ldo的输出端与地线发生短路时，能够把ldo关断，避免电路组件受到损伤，并且，本方案的电路简单，反应速度快，实用性好。
33.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
34.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
35.图1是一示例性实施例提供的ldo的结构示意图；
36.图2是一示例性实施例提供的用于ldo的短路电流保护装置的结构框图；
37.图3是一示例性实施例提供的用于ldo的短路电流保护装置的电路示意图；
38.图4是另一示例性实施例提供的用于ldo的短路电流保护装置的电路示意图；
39.图5是一示例性实施例提供的用于ldo的短路电流保护方法的流程图。
具体实施方式
40.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
41.图1是一示例性实施例提供的ldo的结构示意图。如图1所示，ldo可以包括比较放大器m0、第一晶体管m1、开关电路ms、第一分压电阻r1和第二分压电阻r2。其中，输入电压vi连接到比较放大器m0的同相输入端v+，比较放大器的同相输入端作为ldo的输入端。比较放大器m0的反相输入端v-连接在第一分压电阻r1和第二分压电阻r2之间。第一晶体管m1的栅极g连接比较放大器m0的输出端。第一晶体管m1的源极s连接电源vdd。第一晶体管m1的漏极d依次通过第一分压电阻r1和第二分压电阻r2连接地线。第一分压电阻r1和第二分压电阻r2之间的取样电压加在比较放大器m0的反相输入端v-。第一晶体管m1的漏极d作为ldo的输出端，输出电压vo。
42.在ldo工作时，比较放大器m0将加在同相输入端的输入电压vi与第一分压电阻r1和第二分压电阻r2之间的取样电压相比较，两者的差值经放大后，控制第一晶体管m1的压降，从而稳定输出电压vo。第一晶体管m1为串联调整管。
43.当输出电压vo降低时，输入电压vi与取样电压的差值增加，比较放大器m0输出的驱动电流增加，第一晶体管m1压降减小，从而使输出电压vo升高。相反，若输出电压vo超过所需要的设定值，比较放大器m0输出的前驱动电流减小，从而使输出电压vo降低。
44.开关电路ms连接在比较放大器m0的输出端与电源vdd之间。在正常情况下，开关电路ms关闭，在必要时，可以触发开关电路ms的使能端，使开关电路ms打开，从而使比较放大器m0的输出端与电源vdd导通，ldo关断。
45.图2是一示例性实施例提供的用于ldo的短路电流保护装置的结构框图。如图2所示，用于ldo的短路电流保护装置100可以包括监控模块11和触发模块12。
46.监控模块11与ldo 10连接，具体地，与比较放大器m0的输出端连接。监控模块11用于若比较放大器m0的输出端的电压小于预定的第一电压阈值，则控制输出大于预定的第二电压阈值的监控电压。
47.触发模块12与监控模块11的输出端连接，并与ldo 10连接，具体地，与开关电路ms的使能端连接。触发模块12用于若监控电压大于预定的第二电压阈值，则向开关电路ms的使能端输出用于触发开关电路ms打开的触发信号，以使比较放大器m0的输出端与电源导通，ldo关断。
48.在ldo 10正常运行时，比较放大器m0的输出端的电压vg应该是大于预定的第一电压阈值。当ldo 10的输出端与地线发生短路时，会拉低比较放大器m0的输出端的电压vg。若比较放大器m0的输出端的电压小于第一电压阈值，则可以认为ldo 10的输出端与地线发生了短路。其中，第一电压阈值可以根据试验得出。
49.在ldo 10中的比较放大器m0的输出端的电压vg大于预定的第一电压阈值(此时，ldo正常运行)时，监控模块11可以控制输出小于预定的第二电压阈值的监控电压。在比较放大器m0的输出端的电压vg小于第一电压阈值的情况下，监控模块11可以控制监控电压增大至大于第二电压阈值。当监控电压增大至大于第二电压阈值，就可以生成触发信号。
50.该触发信号可以为数字信号。也就是，当监控电压小于预定的第二电压阈值时，可以生成一数字信号(例如，低电平信号)，当监控电压大于预定的第二电压阈值时，可以生成另一数字信号(例如，高电平信号)。例如，在正常情况下，触发模块的输出可以为低电平信号，并不能触发开关电路ms打开。当监控电压大于预定的第二电压阈值时，触发模块可以生成并输出高电平的触发信号，该触发信号输入开关电路ms的使能端，就能够触发开关电路ms打开。
51.开关电路ms打开后，比较放大器m0的输出端与电源vdd导通，比较放大器m0的输出端的电压vg被拉到vdd，ldo 10关断。此时，需要把短路的原因解除，这样重新上电以后ldo 10才能回到正常运行的状态。否则，如果不解除短路的故障，即使重新上电，仍然会触发开关电路ms打开，ldo再次关断。
52.通过上述技术方案，利用监控模块和触发模块，在ldo的比较放大器的输出端的电压小于预定的第一电压阈值时，控制输出大于预定的第二电压阈值的监控电压，并输出用于触发开关电路打开的触发信号，以使比较放大器的输出端与电源导通，ldo关断。这样，当ldo的输出端与地线发生短路时，能够把ldo关断，避免电路组件受到损伤，并且，本方案的电路简单，反应速度快，实用性好。
53.图3是一示例性实施例提供的用于ldo的短路电流保护装置的电路示意图。在图3的实施例中，监控模块11可以包括第二晶体管m2和输出电阻ra。其中，第二晶体管m2的栅极g连接比较放大器m0的输出端，第二晶体管m2的源极s连接电源vdd，第二晶体管m2的漏极d通过输出电阻ra连接地线，第二晶体管m2的漏极d输出监控电压。
54.在正常情况下，第二晶体管m2中流经的电流较小，输出电阻ra上的电压vm小于于第二电压阈值。
55.当ldo 10的输出端与地线发生短路时，比较放大器m0的输出端的电压vg会减小至小于第一电压阈值，此时，第二晶体管m2会产生极大的电流，该电流落在输出电阻ra上后，使第二晶体管m2的漏极d处的电压vm(监控电压)增大，并大于第二电压阈值。之后，触发模
块12再根据该监控电压生成触发信号。
56.该实施例中，监控模块11中采用了晶体管和电阻，使得在ldo 10的输出端短路时生成大于第二电压阈值的监控电压，电路简单，响应速度快，不易出错。
57.第二晶体管m2与第一晶体管m1可以为同一类型的晶体管，二者都可以为金属-氧化物半导体(metal-oxide-semiconductor，mos)场效应晶体管例如，p型mos场效应晶体管。二者也可以选用同一型号的器件。当二者选用同一型号的器件时，可以减轻采购的工作量，减轻设计难度，减少备用器件的种类。在图3的实施例中，第一晶体管m1和第二晶体管m2为p型mos场效应晶体管，开关电路ms为n型mos场效应晶体管。
58.在又一实施例中，如图3所示，触发模块12可以包括或门电路m3。或门电路m3的一个输入端连接监控模块11的输出端，或门电路m3的输出端输出触发信号e。
59.在正常情况下，监控模块11输出的监控电压小于第二电压阈值，触发模块12可以控制根据小于第二电压阈值的电压生成低电平数字信号。低电平数字信号不生成触发信号e。
60.当ldo 10的输出端与地线发生短路时，监控模块11输出的监控电压大于第二电压阈值，触发模块12可以控制根据大于第二电压阈值的电压生成高电平数字信号。当生成高电平数字信号时，触发模块12可以控制输出触发信号e，来触发开关电路ms的打开。触发模块12的输出端连接开关电路ms的使能端，开关电路ms的使能端接收到该触发信号e后打开。
61.该实施例中，在触发模块12中利用了或门电路的一路输入端来接收监控电压，之后生成数字形式的触发信号。或门电路的其他输入端还可以连接到其他电路中，便于电路功能的扩展。并且，该实施例中的电路简单，响应速度快，不易出错。
62.图4是另一示例性实施例提供的用于ldo的短路电流保护装置的电路示意图。在图4的实施例中，在图3的基础上，触发模块12还可以包括非门电路m4。或门电路m3的输出端连接非门电路m4的输入端，非门电路m4的输出端为触发模块12的输出端，或门电路m3通过非门电路m4输出触发信号。
63.由于最基本线路构成的门电路存在着抗干扰性能差和不对称等缺点，为了克服这些缺点，该实施例中，在触发模块12的输出端处增加非门电路m4(反相器)能够起到缓冲作用。
64.例如，触发模块12中，或门电路m3可以在监控电压大于第二电压阈值时生成高电平数字信号，并输出至非门电路m4。非门电路m4根据该高电平信号生成低电平信号作为触发信号e，输出至开关电路ms的使能端。在图4的实施例中，第一晶体管m1、第二晶体管m2、开关电路ms均为p型mos场效应晶体管。
65.本公开还提供一种用于ldo的短路电流保护方法。ldo包括比较放大器和开关电路，开关电路连接在比较放大器的输出端与电源之间。图5是一示例性实施例提供的用于ldo的短路电流保护方法的流程图。如图5所示，所述方法包括以下步骤。
66.步骤s11，若比较放大器的输出端的电压小于预定的第一电压阈值，则利用监控模块控制输出大于预定的第二电压阈值的监控电压。
67.步骤s12，若监控电压大于预定的第二电压阈值，则利用触发模块向开关电路的使能端输出用于触发开关电路打开的触发信号，以使比较放大器的输出端与电源导通，ldo关断。
68.本公开的方法所应用的ldo为图1所示的ldo，具体的结构示意图可以为图2-图4的的实施例中所示出的ldo 10的结构示意图。参考图3和图4，ldo 10可以包括第一晶体管m1，第一晶体管m1的栅极g连接比较放大器m0的输出端。ldo 10还包括第一分压电阻r1和第二分压电阻r2，第一晶体管m1的漏极d依次通过第一分压电阻r1和第二分压电阻r2连接地线，比较放大器m0的反相输入端连接在第一分压电阻r1和第二分压电阻r2之间，比较放大器的同相输入端作为ldo 10的输入端，第一晶体管m1的源极s接电源vdd。
69.由于ldo 10的输出端(v0处)与地线发生短路时，会拉低比较放大器m0的输出端的电压vg，通过上述方法，在ldo 10的比较放大器m0的输出端的电压vg小于预定的第一电压阈值时，控制输出大于预定的第二电压阈值的监控电压，并输出用于触发开关电路打开的触发信号，以使比较放大器m0的输出端与电源导通，ldo 10关断。这样，当ldo 10的输出端与地线发生短路时，能够把ldo 10关断，避免电路组件受到损伤，并且，本方案的电路简单，反应速度快，实用性好。
70.在另一实施例中，若比较放大器的输出端的电压小于预定的第一电压阈值，则利用监控模块控制输出大于预定的第二电压阈值的监控电压的步骤(步骤s11)可以包括：
71.若比较放大器的输出端的电压小于预定的第一电压阈值，利用第二晶体管输出大于预定电流阈值的电流；若第二晶体管输出大于预定电流阈值的电流，利用与第二晶体管连接的输出电阻输出大于预定的第二电压阈值的监控电压。
72.也就是，可以利用第二晶体管和输出电阻来实现步骤s11。参考图3，监控模块11可以包括第二晶体管m2和输出电阻ra，第二晶体管m2的栅极g连接比较放大器m0的输出端，第二晶体管m2的源极s连接电源vdd，第二晶体管m2的漏极d通过输出电阻ra连接地线，第二晶体管m2的漏极d输出监控电压。
73.当ldo 10的输出端与地线发生短路时，比较放大器m0的输出端的电压vg会减小至小于第一电压阈值，此时，第二晶体管m2会产生极大的电流(大于预定电流阈值)，该电流落在输出电阻ra上后，使第二晶体管m2的漏极d处的电压vm(监控电压)增大，并大于第二电压阈值。之后，触发模块12再根据该监控电压生成触发信号。
74.该实施例中，在步骤s11中的监控模块11中采用了晶体管和电阻，使得在ldo 10的输出端短路时生成大于第二电压阈值的监控电压，电路简单，响应速度快，不易出错。
75.在又一实施例中，若监控电压大于预定的第二电压阈值，则利用触发模块向开关电路的使能端输出用于触发开关电路打开的触发信号的步骤(步骤12)可以包括：
76.利用或门电路接收监控电压；若监控电压大于预定的第二电压阈值，则利用或门电路向开关电路的使能端输出用于触发开关电路打开的触发信号。
77.也就是，可以应用或门电路来实现步骤s12。参考图3，触发模块12可以包括或门电路m3，或门电路m3的一个输入端连接监控模块11的输出端，或门电路m3的输出端连接开关电路ms的使能端输，输出触发信号e。其中，第一晶体管m1和第二晶体管m2为p型mos场效应晶体管，开关电路ms为n型mos场效应晶体管。触发信号可以为高电平信号。
78.在正常情况下，监控模块11输出的监控电压小于第二电压阈值，触发模块12可以控制根据小于第二电压阈值的电压生成低电平数字信号。低电平数字信号不生成触发信号e。
79.当ldo 10的输出端与地线发生短路时，监控模块11输出的监控电压大于第二电压
阈值，触发模块12可以控制根据大于第二电压阈值的电压生成高电平数字信号。当生成高电平数字信号时，触发模块12可以控制输出触发信号e，来触发开关电路ms的打开。触发模块12的输出端连接开关电路ms的使能端，开关电路ms的使能端接收到该触发信号e后打开。
80.该实施例中，在触发模块12中利用了或门电路的一路输入端来接收监控电压，之后生成数字形式的触发信号。或门电路的其他输入端还可以连接到其他电路中，便于电路功能的扩展。并且，该实施例中的电路简单，响应速度快，不易出错。
81.在又一实施例中，若监控电压大于预定的第二电压阈值，则利用或门电路向开关电路的使能端输出用于触发开关电路打开的触发信号的步骤(步骤12)可以包括：
82.若监控电压大于预定的第二电压阈值，则利用或门电路输出触发中间信号；利用非门电路接收触发中间信号，并根据触发中间信号向开关电路的使能端输出用于触发开关电路打开的触发信号。
83.也就是，可以应用或门电路和非门电路来实现步骤s12。参考图4，触发模块12还包括非门电路m4，或门电路门m3的输出端连接非门电路m4的输入端，非门电路m4的输出端为触发模块12的输出端，或门电路m3通过非门电路m4输出触发信号e。非门电路m4的输出端连接开关电路ms的使能端。其中，或门电路m3向非门电路m4输出的信号为触发中间信号。
84.由于最基本线路构成的门电路存在着抗干扰性能差和不对称等缺点，为了克服这些缺点，该实施例中，在触发模块12的输出端处增加非门电路m4(反相器)能够起到缓冲作用。
85.例如，在触发模块12中，或门电路m3可以在监控电压大于第二电压阈值时生成高电平数字信号，并输出至非门电路m4。非门电路m4根据该高电平信号生成低电平信号作为触发信号e，输出至开关电路ms的使能端。在图4的实施例中，第一晶体管m1、第二晶体管m2、开关电路ms均为p型mos场效应晶体管。触发信号可以为低电平信号。
86.本公开还提供一种ldo，包括本公开提供的上述短路电流保护装置100。
87.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
88.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
89.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。