（微电子学与固体电子学专业论文）ldo线性降压变换器的研究.pdf

摘要 摘要 电源管理电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标、能 构成高效率电源等优点，具有广阔的市场前景。本文所设计的电路主要用于那些 基于平台( 数字信号处理器( d s p ) 、超低功率微控制器、以及任何其它低功率处 理器) 的设计。一般应用包括p d a 、m p 3 播放器、数码相机、无线电话与数据 网络、仪器等。日前，电源管理集成电路市场大部分被国外产品占据，研究开发 国内的电源管理电路产品，能夺回巨大的市场。因此，开展本项目的研究具有特 别重要的意义。 本文设计了一种l d 0 ( 低压降) 线性降压变换器，它采用0 6 微米c m o s ? 艺设计，有较宽的输入电压范围( 2 5 v 一5 v ) ，输出电压为1 8 v ，在典型负载电 流( 8 0 0 m a ) 情况下，压降仅为2 1 7 m v 。该电路主要用作后级电路( 如c p u 、 d s p 等) 的电源电压。另外，设计了过热保护电路和限流电路，保证电路安全 工作。同时，e r r o rf l a g 功能可提示后级应用电路电源电压的状况。基于以上技 术优势，该单片电源管理i c 具有优越的高效率、低功耗的特点，同时外围电路 简单，大大的降低了成本，同时系统对负载的调整能力很强，芯片能够在各种工 作条件下稳定工作。 在本文中，作者首先阐述了l # 0 线性降压变换器的基本原理，给出理论依据。 然后根据功能需要进行了电路的总体结构设计。再对电路的所有子模块电路进行 了详细分析，借助设计软件c a d e n c e 、h s p i c e 对子模块电路进行了完整的设计和 模拟仿真，给出了合理的电路数据，各子模块电路的电特性参数均达到或优于设 计所需指标。最后，对整体电路进行了联合仿真，模拟结果表明该电路完成了设 计功能、达到了预先制定的设计指标。 关键词：l d o 降压变换器电源管理线性基准源 a b s t r a c t t h ep o w e r m a n a g e m e n ti c ( i n t e g r a t e dc i r c u i t ) h a st h em a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha s h i g hi n t e g r i t y ，h i g hp r i c er a t i o ，t h em o s ts i m p l eo u t e rc i r c l ec i r c u i t ，t h eb e s tc a p a b i l i t y ， t h e h i g h - e f f i c i e n c yp o w e rs u p p l ye t c s o ，i th a st h ev a s tm a r k e tf o r e g r o u n d t h e c i r c u i td e s i g n e di nt h i s p a p e ru s e sf o rt h o s es y s t e m ：d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ( d s p ) ， u l t r al o wp o w e rm i c r o c o n t r o l l e r ，a n d a n yo t h e rl o wp o w e rp r o c e s s o r t h eg e n e r a l a p p l i c a t i o ni n c l u d e st h ep d a ，m p 3 ，d c ，r a d i o t e l e p h o n ya n dt h en e t w o r ko fd a t a b a s e ， i n s t r u m e n te t c a tp r e s e n t ，m a n ya b o a r dc o m p a n i e ss t i l lm o s t l yo c c u p yt h em a r k e to f p o w e rm a n a g e m e n ti c i th a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c et or e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t o f d o m e s t i cp o w e rm a n a g e m e n ti c a n di th a sm u c hg r e a ti m p o r t a n c et or e q u i r es u c h a b i gm a r k e t t h e r e f o r e ，i ti s o fg r e a ti m p o r t a n c et os t u d yt h el d o l i n e a rr e g u l a t o r c i r c u i t t h eo b j e c to ft h i sp a p e ri st od e s i g nal o wd r o p o u tv o l t a g e ( l d o ) l i n e a rb u c k r e g u l a t o r i ta d o p t0 6 u n lc m o s t e c h n o l o g y ，w h i c hh a st h ew i d ei n p u tv o l t a g e r a n g e ( 2 5 v 一5 v 1 t h eo u t p u tv o l t a g ei s 1 8vw h e nt h el o a dc u r r e n ti s8 0 0m a ，t h e d r o p o u tv o l t a g ei so n l y2 1 7 m v t h i sc i r c u i ti sp r i m a r i l yu s e dt op o w e rs u p p l yo f t h e c i r c u i ts u c ha sc p u ，d s pe t c i na d d i t i o n ，i ta l s od e s i g n st h et h e r m a ls h u t d o w na n d c u r r e n tl i m i ts u b - b l o c k ，w h i c hg u a r a n t e et h ee l e c t r i cc i r c u i tw o r k i n gi ns a f eo p e r a t i o n a r e a ( s o a ) a t t h es a m et i m e ，t h ee r r o rf l a gf u n c t i o nc a ng e n e r a t eas i g n a lt h a t p r e s e n t st h ep o w e rs u p p l ys t a t u so f t h e b e h i n dc i r c u i t s d u r i n gc i r c u i td e s i g n i n g ，t h eb a s i ct h e o r yo f l d ol i n e a rb u c k r e g u l a t o ri sg i v e n f i r s t t h e nt h e g e n e r a l s t r u c t u r eo ft h ei ci s d e s i g n e d b a s e do ni t s f u n c t i o n r e q u i r e m e n t a n dt h e nd e s i g n s t h es u b b l o c kc i r c u i t si nd e t a i l s a p p l y i n gc a d e n c ea n d h s p i c e ，s i m u l a t i o n s o ft h es u b - b l o c kc i r c u i t sa n dw h o l ec h i p ，a n d g i v i n g t h e r e a s o n a b l ee l e c t r i cc i r c u i td a t a t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h ei ch a sa c h i e v e dt h e i r f u n c t i o no b j e c ta n dn u m e r i c o b j e c t k e y w o r d s ：l d o ，b u c kr e g u l a t o r , p o w e rm a n a g e m e n t ，l i n e a r , v o l t a g e r e f e r e n c e i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：玺勤日期：? 绰牛月2 7 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 翌塑 导师签名丝 日期：2 一垆年牛月2 7 日 第一章引言 第一章引言 随着计算、通信、多媒体技术走向融合的趋势以及集成电路的集成水平按摩 尔法则不断提高，我们看到越来越多的功能被集成到芯片、印刷电路板和电子器 件中。例如，新型的智能电话不仅是蜂窝电话，还兼具p d a 、数码相机、m p 3 播放器和g p s 功能于一身，使用户可以随时随地方便地进行通信、工作和娱乐 活动。尽管器件的体积不断缩小，包含的功能模块或子系统却不断增多。消耗的 功率在成倍增长，每个模块都需要专门的稳压器供电，因此刑电源管理的要求更 加复杂和严格，讲究高效率、高性能和小尺寸。i 】j 本文设计的l d o 线性降压变换器属于电源管理电路的一种，其较低的输入 输出压差使电池具有更高的使用效率。众多便携应用的设计者将从新器件所具有 的高效率、高集成度、小巧外形以及设计灵活性方面大大获益，也可为使用电池 供电的系统提供完整、高效而又经济的电源解决方案。系统处于关断模式时，超 低的静态电流可降低电路功耗。宽裕的输入电压范围( 2 5 v - s v ) p a 及变换器与 l d o 之间相互独立的工作方式为多种应用提供了设计灵活性。 本章将简要介绍电源管理电路的发展现状、分类及其应用。 1 1 电源管理电路的发展现状及其分类 电源及电源管理i c 市场在过去几年中得到了快速的发展，从1 9 9 8 年到2 0 0 0 年，半导体工业冲向新的高度，合并与收购、新品开发及公司发展速度都达到 1 0 0 的水平。电源与电源管理i c 市场在1 9 9 8 年市为2 8 亿美元。到2 0 0 0 年底则 达到5 1 亿美元以上，年平均复合增长率达3 5 。但2 0 0 1 年增长率出现巨幅下降。 电源管理i c 市场在1 9 9 9 年和2 0 0 0 年期间出现了一系列翻天覆地的合并和 收购。这种浪潮在2 0 0 1 年有所减缓，但仍可能在2 0 0 2 年继续下去。v i s h a y 于 2 0 0 1 年8 月宣布收购g e n e r a l 半导体公司，出价5 3 8 9 亿美元，外加2 2 9 4 亿 美元的假设债务。g e n e r a l 半导体最近发表了一系列电源管理i c 新产品线。包 括l d 0 和电压调节器。该收购将给v i s h a y 带来更宽广的分立电子元器件产品线， 并提高在电源管理i c 上的研发力量。扯1 m a x i m 集成产品公司于2 0 0 1 年4 月1 1 日以2 5 亿美元收购了达拉斯半导体 公司。达拉斯半导体生产全面的电量显示和保护用电池管理i c 。此次收购扩大 第一章引言 了m a x j m 电池管理i c 的产品线。快捷半导体公司于2 0 0 1 年3 月以大约3 3 8 亿 美元收购了i n t e r s i l 的功率分立器件业务。此次收购体现了快捷公司集中发展 电源管理i c 和分离元器件的策略。 电源及电源管理i c 的某些应用市场预计在未来5 年内将以1 6 1 9 的速度增 长。电脑和电信，预计将呈现长期增长。【3 】 从以上的信息中，我们不难看出市场对电源管理i c 的极大需求，同时我们 也可以感到在此领域中存在的激烈竞争。 当今，电子产品已普及到工作与生活的各个方面，其性能价格比愈来愈高， 功能愈来愈强，供电的电源电路在整机电路中是相当重要的。电源电路的性能良 好与否直接影响着整个电子产品的精度、稳定性和可靠性。随着电子技术的飞速 发展，电源技术也得到了很大的发展，它从过去的不太复杂的电子电路变为今同 的具有较强功能的功能模块。电压稳定的方式，由传统的线性稳定发展到今天的 非线性稳定，电源电路也由简单变得复杂，电源技术正从过去依附其他电子设备 的状态，逐渐演变成为一个独立学科分支。【4 】 电源管理电路根据结构不同可分为以下几类：1 5 】 ( 1 ) a c d c 离线变换器：a c d c 离线变换器内含低电压控制电路及高电压开 关晶体管。 ( 2 ) 功率因数校正( p f c ) 预调器：这些i c 提供具有功率因数校正功能的电 源输入电路。 ( 3 ) 脉宽调制脉频调制( p w m p f m ) 控制器：p _ | 】m p f m 控制器为脉冲频率调 制和或脉冲宽度调制控制电路，用于驱动外部开关。p w m p f m 控制器与开关变 换器之问的区别是：控制器驱动外部开关( f e t ) ，而变换器将开关集成到内部。 ( 4 ) d c d c 变换器：它们包括升压降压变换器，以及电荷泵。 ( 5 ) 线性变换器：线性变换器包括正向和负向变换器，以及低压降l d o 变 换器。 ( 6 ) 电池充电管理i c ：包括电池充电、保护及电量显示i c ，以及可进行 电池数据通讯的“智能”电池i c 。 线性电压变换器的主要特点是功率器件工作在放大状态，具有稳定度高、可 靠性好、成本较低等优点，但有效率低、笨重、体积较大等缺点，适于中、小功 2 第一章引言 率和对电性能指标要求比较高的场合。例如在科研和教学实验室、计量室作为可 调电源或基准电源使用。近年来，多制成集成稳压模块，品种规格较多，便于使 用，价格便宜，从而受到欢迎。 根据线性电压变换器导通元件( p a s se 1 0 m e n t ) 结构的不同，线性电压变换 器可分为三类： 6 1 ( 1 ) 标准的( n p n 达林顿) 线性电压变换器； ( 2 ) 低压降( l d o ) 线性电压变换器； ( 3 ) 准l d o 线性电压变换器； 上述三类线性电压变换器最主要的差别是电压降( d r o p o u tv o l t a g e ) 的不 同。所谓电压降是指保持线性电压变换器正常工作而在变换器一k 所需的输入输出 最小电压差。线性电压变换器设计的关键之处是在最小的输入电压下，使变换器 正常工作而消耗在内部电路上的功耗尽可能少、效率更高。在上述三类线性电压 变换器中，低压降线性电压变换器所需压降最小、效率最高。而标准的( n p n 达 林顿) 线性电压变换器所需压降最大，因而其效率最低。本文设计的正是在三类 线性电压变换器中所需压降最小、效率最高的低压降( l d o ) 线性电压变换器。 1 2 线性电压变换器的应用 在几乎所有应用于电子设备的电源中，线性电压变换器是其基本的电路组成 单元。集成线性电压变换器以其使用简单、价格低廉而成为电子电路中最常用的 电子元器件。下面是线性电压变换器在电源电路中的典型应用电路。 w h o i 、一一v 。u t l o a d 上c m 己黑 一帮 了r l 上c 。 下c ：自虬 紫1 9 ks d b 隅盯鬻妒1 i ：1 。 一 g h d 了5 。3 掣3 1 3 本文的工作 g n d 图1 1 线性电压变换器的典型应用电路 本文的主要工作是设计一种l d o 线性降压变换器，具有宽的输入电压范围 3 第一章引言 ( + 2 5 v + 5 o v ) ，较低的输入输出压降，在负载电流为8 0 m a 时，线性电压变换 器上典型的电压降为1 6 m y ，负载电流达到8 0 0 m a 时，其典型电压降为2 1 7 m y 。该 低压降线性电压变换器对负载变化的反应非常灵敏，特别适用于低电压微处理 器。本设计采用0 6 微米c m o s 工艺，使得变换器工作时的输入输出压降很低。 第一章主要是在查阅文献资料的基础上对论文所涉及到的主要相关学科和 技术进行概略性的介绍，从而对我们的研究工作有一个总体的概念； 第二章对l d o 线性降压变换器进行原理分析，给出理论依据。简要叙述整 体电路的工作过程及各个模块电路的功能、工作过程； 第三章对实际电路进行结构设计，划分各个模块电路，定义主要设计指标； 第四章设计基准源、误差放大器、过温保护、限流及差错标志电路等各子 模块电路。设计出各子模块实际线路图，进行原理分析，给出仿真结果； 第五章采用电路仿真软件h s p i c e 进行整体电路的仿真分析，根据指标要求 进行电路的优化和元器件参数的调整，使各子模块电路与整体电路的电特性参数 达到设计要求； 第六章总结该电路的设计工作。 4 第二章l do 线性降压变换器的基本理论 第二章l d 0 线性降压变换器的基本理论 线性电压变换器电路技术比较成熟，已有大量集成化的电压变换器模块产 品，使得线性稳压电源电路更为简洁，使用更为方便。电压变换器的调整管工作 在线性放大状态，为了保证输出电压有足够的稳定范围，调整管上必须有一定余 量的电压降，这就使得整个线性电压变换器的功耗比较大、工作效率较低。为了 减小线性电压变换器的功耗，提高其工作效率，从而设计了低压降( l d 0 ) 线性 电压变换器。本章首先分析l d 0 线性降压变换器的工作原理，然后介绍与之相关 自，j 些基本概念。 2 1 工作原理 电压变换器是一个恒压源，它能够随着负载电阻的改变而改变自身内阻，从 而输出一个恒定的电压值。【7 】 r j n r l o a d 图2 一l 恒压源 恒压源( 图2 - - i ) 的内阻必须远小于外电路负载( r 。 1 ，即g o 。zp 名。，肛，这样输出电压就和输 入无关，实现了支持多种输入电压的功能。 另一方面l d o 芯片的p a s se l e m e n t 是一个大功率管“6 1 ，存在着很大的寄生 电容，因此，还必须有足够大的电流，来驱动这个功率管。e r r o ra m p l i f i e r 之 所以设计为跨导运放就是为了可以提供这样一个足够大的电流，跨导增益g 。正 是反映了运放将输入电压转换为电流的能力：假设q ，为差分对的小信号跨导， 为电流镜将差分输出电流放大的倍数，k 为运放的偏置电流，则整个运放的 跨导增益为： g 。= m 瓯= 聊2 尉镕 ( 4 玛) 运放以c a s c o d e 结构作为输出级也正是为了提高输出阻抗，增加运放的增 第四章ld0 线性降压变换器的子模块设计 益，所以合理地设置偏置电流、调节m o s 管的宽长比是设计运放的关键。 图4 1 1 是通过仿真所得的跨导运放的直流特性图：( 测试方法：通过两输 入端输入比较信号从而得到高增益的c o n t r o l 信号) 、_ 瞳 匝勰 图4 1 1 跨导运放的d c 分析 b ) 限流输出o v e r i 对e r r o ra i l i p li f i e r 的影响 当芯片的外接负载太小而导致流过功率管的电流过大时，c u r r e n tl i m i t 输 出低电平的o v e r i 信号至e r r o ra m p l i f i e r ，如线路图4 - - 8 所示，0 v e r i 通过 控制p 4 1 来调整c o n t r o l 的电压，进而限制和调整流过功率管的电流以防止功 率管损坏。 c ) s h u t d o w ni n p u t 如图4 - - 8 所示，n 2 4 、n 3 1 和n 3 0 构成了本模块的使能控制部分。当s d 2 l 时，3 个m o s 管均对地产生通路，令电流镜和运放无法工作，同时s d 也将影响 c u r r e n tl i m i t 的输出o v e r i ， c o n t r o l 始终为高电平，功率管不开启；当 s d = o 时，n 2 4 、n 3 1 和n 3 0 截止，不对电路产生任何影响。 三l 兰l 童_ ! ! q 垡丝堕压銮垫墨盟王垡些堡盐 4 2 保护电路单元 42 1 过热保护模块( t h e r m a is h u t d o w n ) 图4 1 2t h e r m a ls h u t d o w n 整体线路图 4 21 1 功能概述 本l d o 芯片正常工作的结温范围是一3 0 0 c + 1 2 5 0 c ，最高工作温度( 关断 温度) 为+ 1 6 5 。c 。 为了防止芯片在过高温度下工作而导致损坏，t h e r m a ls h u l d o w n 模块的设 计必须满足：1 、当芯片温度超过+ 1 6 5 。c 时，保护电路自动将功率通路切断，直 至温度返回安全工作区内。2 、电路必须避免在关断温度附近产生热振荡，过热 保护电路设计了温度滞回功能，滞画温度是1 0 。c 。如果电路发生热关断，那么 温度要降低到+ 1 5 5 。c ，电路才会消除热关断状态。 4 2 1 2 等效架构原理分析 如图4 1 3 所示，t h e r m a ls h u t d o w n 模块主要由电流镜组和一个两级比较 器构成。基准源模块的输出信号p 毛刖、。：通过这个电流镜组为两级比较器提 供直流偏置。比较器的负向端连接一个能随温度变化的电压信号，而正向端是不 随温度和电源电压变化的基准电压p 毛。当负向端的电压随温度的上升而下降到 与正向端电压p k r 相等时，比较器达到平衡状态，促使输出信号o v e r t 由低电 平向高电平变化，进而依次控制基准源模块和误差放大器模块e a ，最终达到关 断功率管的目的。下面就比较器、基准电压、电流镜组三个主体部分以及滞回等 功能单元来阐述t h e r m a ls h u t d o w n 的基本原理。 2 7 第四章l d0 线性降压变换器的子模块设计 图4 1 3t h e r m a ls h u t d o w n 等效架构图 4 212 实际线路图原理分析 a ) 两级比较器 p m o s 功草管 v 叮 图4 1 4 两级比较器 两级比较器的基本原理将在4 3 1 3 节中详细分析，此处从略。正如大多数 t h e r m a 】s h u t d o w n 电路原理一样，本电路的过热保护模块也采用比较器的形式 来获取“过热，标志信号。比较器的负向端通过连接具有负温度系数特性的三极 管q 3 来感应温度的变化，其两端电压随温度的下降而上升1 7 1 ，可由： e = l n ( 4 - - 1 0 ) 得知一定温度下的t 8 点的电压。同时当，为常数时，求对温度的偏导： 等= 鲁k 丢州。一i 1 拶a , a 丁a r，。 一 。即。 uliu_ 釜巴兰 ! ! ! 垡：些竖垦奎垫兰塑三茎鉴堡生 可得温度系数a p 麓a r ( m v 。c ) 。我们在实际仿真过程中对温度扫描，得 到巧。= 。的波形： b ) 基准电压巧。， l - r 9 图4 1 5t 8 点电压随温度变化波形 图4 一1 6 基准端( 比较器正向输入端) 基准电压的获得可以有很多种方法，这里所谓的基准至少应包括两个方面： 一方面电压不随温度的变化而变化，另一方面不受电源变化的影响。 陈随温度变化：l 我们利用晶体管的负温度特性和电阻的正温度特性相抵消的原理来获得基 准电压。 博】。假设流过r 4 的电流为，流过晶体管q 4 的电流为l 。考虑到电 第四章ld0 线性降压变换器的子模块设计 路功耗等各方面因素的影响，偏置电流的数量级般为1 0 ，而同时电阻的阻值 也不能过高，因此由v = i r 确定的巧的电压只能很小，无法开启晶体管q 4 ，所以 在常温下，几乎为零，l 近似等于。，这时只有电阻的正温度系数起作用， 可随温度的上升而呈上升的趋势，不能起到基准的作用。当温度达到一定高度 时，晶体管的阈值电压降低，2 逐渐增大，负温度特性日益明显，此时电阻的正 温度系数可与晶体管的负温度系数抵消，使。能维持一个相对固定的值( 如图 4 1 7 所示) 。 图4 一1 7 典型条件下基准电压曲线 雨季西蘸厦耍研丽 山 巧m - = + ( 月5 + r 7 ) ( 4 1 2 ) 可知只要不受电源变化的影响，就可获得一个不随电源电压变化而变化的 基准电压。是由基准源模块的输出电流。通过电流镜组镜像得到的偏置电 流，己知该电流是不受温度和电源变化影响的，若要，i 完全镜像。，关键就在 于设计一个合理的电流镜组，使之满足需要。下面分析电流镜组的设计。【1 9 】 3 0 笙些芏 ：! ! 垡生壁昼奎垫堡塑王篓垫堡盐 c ) 电流镜组 图4 一1 8 电流镜组 如上图，流过m n l 4 的电流为基准电流厶“r ，m n l 5 与m n l 4 共源共栅，即两 者有相同的，从 1 5 _ 孥( 1 + 。 l 1 4 “一1 3 ) “一1 4 ) 可以判断，只需要两者具有相同的宽长比和a 。，就能得到相同的电流值， 因本芯片具有很大的电源输入范围，所以p k 也必将会有较大的变化范围，故应 选择一个合适的沟道长度l ，尽量减小沟道长度调制效应，使五l ，这样m n l 5 就能完全镜像m n l 4 的电流【2 0 】。同理，为m p 2 5 ，m p 2 6 ，m p 2 7 ，m p 3 0 ，m p 3 1 选择合 理的w 和l 也能达到上述效果，继而使流过电阻r 5 的电流，1 不随电源电压变化 ( 见式4 1 2 ) ，也即巧。，不随电源电压变化。达到基准的目的。 d ) 滞回功能 本芯片具有温度滞回功能，当电路的工作温度高于1 6 5 。c ( 典型情况下) 后， t h e r m a ls h u t d o w n 模块输出高电平的数字信号o v e r t ，控制基准源和误差放大 器，从而使功率管关断，直至芯片温度降低至1 5 5 。c 后，电路才重新开始工作。 兄+ 0户 一 s 肜一工一2 1 1 0 和 第四章 ld0 线性降压变换器的子模块设计 这其中就实现了一个大约1 0 0 c 的滞回功能。 如图4 一1 6 所示，m n 2 1 是控制这个滞回功能的关键，当温度达到1 6 5 。c 后， 瓦点的电压经过倒相器反馈至m n 2 1 ，从而使。r 有一个上升的突变，因此芯片 温度必须下降到低于l5 5 。c 后才能令两级比较器重新达到平衡状态，因此只要适 当地控制r 7 的阻值也就相应地控制了这个芯片的温度滞回范围。当电路又重新 恢复到正常工作状态后，比较器的输出再次翻转为低电平，关断m n 2 1 管，降低 巧。周而复始。 滞回功能仿真结果如下图：( 仿真条件：输入电压为2 8 v ，输出电压为1 8 v 时，温度在一4 0 0 c + 图4 1 9 滞回曲线 e ) s h u t d o w ni n p u t ( s d ) 从t h e r m a ls h u t d o w n 整体线路图可以看到，使能电路由n 1 3 、n 1 6 、n 1 8 构 成，s d 为使能信号，且高电平有效。当s d 信号为低电平，n 1 3 、n 1 6 、n 1 8 都处 于截止状态，电路正常工作，不受影响。当s d 信号有效时，n 1 3 、n 1 6 、n 1 8 开 启，t 4 、t 6 、t 2 对地产生通路，t h e r m a ls h u t d o w n 模块的电流镜组、比较器均 失效，达到使能控制的作用。 3 2 第四章ld0 线性降压变换器的子模块设计 42 2 电流限制模块( c urr e n tl i m i t ) 图4 - - 2 0c u r r e n tl i m i t 整体线路图 422 1 功能概述 在本芯片中，功率管正常工作时，允许通过的最大负载电流是8 0 0 m a 。为保 证功率管在电路超载或短路时不会烧毁，需要设计一个限流电路，通过控制功率 管的栅电压达到控制输出电流的目的2 ”。一旦输出电流超过额定值( 8 0 0 m a ) ，限 流电路将提高功率管( p m o s 管) 的栅电压，使输出电压降低，从而使输出电流 降到额定值。 42 2 2 等效架构原理分析 图4 - - 2 1 限流电路等效架构图 如图4 - - 2 1 所示，限流电路的主体部分有电压比较器( c 1 ) 、负反馈回路( p m o s 管p 5 3 ，p 4 1 ) 以及s e n s e 电阻r 8 和晶体管q 5 。 限流电路的主要功能是：p 5 3 对p o 进行电流采样，i d ( i 】5 ，) 反映了，叩0 ) ，限 3 3 第四章 ld o 线性降压变换器的子模块设计 制住( ) 就限制住了，d ( p o ) 。，d ( ) 过大时( 即如( p o ) t 【m a x ) ) ， 2 p r 艇 0 v e r i 降低，通过p 4 1 使c o n t r o l 电压升高，结果使，哪s s ) 降低形成负反馈， 限制住j 删m ) ，从而限制住d c 尸d ) ，使i d ( ) 0 ) = ( m ) ；( ) 处于正常范围内时( 即 ，删，。) i l ( ) ) ，2 y r l f l ， o v e r i 不影响c o n t r o l 信号。由图4 2 1 我们 还可以看出选择不同大小的s e n s e 电阻r 8 ，就可以得到不同的i r ( m a x ) 。 4 22 3 实际线路图原理分析 实际的限流电路模块主要有两部分组成：一级比较器，电流采样电路。下面 主要就这两部分以及限流电路的限流原理进行