【《过压保护电路设计案例》2200字】

过压保护电路设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u8526过压保护电路设计案例 1187171.1设计思路流程图 1282661.2分压电路的设计 128791.3过压信号产生电路的设计 396601.4过压保护电路的设计 4321941.5过压保护电路的改进 6204601.5.1改进 663171.5.2偏置电路部分 7222351.6过压保护电路的复位部分 81.1设计思路流程图图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s11过压保护电路设计流程图1.2分压电路的设计设计采用的过压信号产生机制是将外部输入电压与基准电压的差值作为二级运放放大器的输入，则二级运放的输出就可作为过压信号输入到过压保护机制中。已知基准电压为1V，外部输入电压正常是为5V，因此，为保证准确度和灵敏度需外部输入电压进行分压，再输入到两级运放电路中进行比较。关于分压电路的设计，可以通过电阻分压器的原理进行设计。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s12电阻分压如图3-2所示，R0和R1的电阻可以按比例设计，对外部输入电压分配，拟使R0和R1的阻值成比例3:1、4:1、5:1，则Vout就可以看作外部输入电压的1/4、1/5、1/6。之后Vout与基准电压VM作为二级运放的两个输入，即将VR0和R1拟采用的参数：R0，W=5μmL=41μmsegments=18R1，W=5μmL=41μmsegments=61.3过压信号产生电路的设计图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s13过压信号产生电路如图3-3所示，第一级运放是差分放大器，将电路外部的输入的电压与基准的参考电压进行比较，以提高输出增益，第二级放大器是一个共源共栅放大结构，可增加运算放大器的摆幅。此外值得一提的是，该电路中运用了4个电流镜，而电流镜能够起到复制电流的作用，使得这几个点的电流大小相同。其中对于第一级差分放大器，差动对的尾电流源是通过一个NMOS的镜像来进行偏置的，其负载电流源是通过两个PMOS镜像来配置的。电路参数的确定：根据要求：偏置电流为90μA基准电压为1V所选工艺库为0.5μmMOS有差分电路公式：漏电流与端电压：∆I跨导公式：Gm=∂∆ID∂∆Vin Gm根据已有参数和公式计算出各个MOS管的尺寸参数：（W为管的宽，L为长，Multiplier为并联的个数，NM为NMOS管，PM为PMOS管）偏置电流：NM3:W=9μmL=2μmMultiplier=1NM4:W=35μmL=2.5μmMultiplier=1差分对：NM0:W=51.5μmL=1μmMultiplier=2NM1:W=51.5μmL=1μmMultiplier=2负载：PM2:W=20.5μmL=1μmMultiplier=1PM3:W=20.5μmL=1μmMultiplier=1二级放大参数：PM1:W=2μmL=5.5μmMultiplier=1NM4:W=2μmL=5.5μmMultiplier=1PM3:W=7.5μmL=5μmMultiplier=1NM4:W=7.5μmL=5μmMultiplier=11.4过压保护电路的设计将MOS晶体管的开关特性用于设计过压保护电路的过压保护机制，若将一个NMOS管的源漏分别接到外部输入电压和地，将其栅端与二级运放的输出端连接在一起。理论上而言，可以得到因二级运放的输出由外埠输入电压与基准电压的差值控制，当外部输入电压与参考电压之间的差值超过电路允许范围的最大值时，将会有一个超过作为过压保护机制的NMOS管阈值电压的电压值输入到该NMOS管的栅端使得其导通形成外部输入电压与地之间的通路，将外部输入电压强行拉低。而当外部输入电压被拉低到正常值范围内后，再经过二级运放后所输出的电压将为一个低于作为过压保护机制的NMOS管的阈值电压的值，此时该NMOS管断开，过压保护结束。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s14保护电路如图3-4所示，外部输入电压先经过分压电路分压后作为差分二级运放的一个输入VP,当VP大于设计NM10的参数为：NM10：W=150μmL=1μmMultiplier=10图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s15MOS管参数过压保护电路的瞬间仿真结果如下：图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s16仿真结果图3-5中该NMOS管的阈值电压为884.1mV即过压保护机制的“开关电压”，但是MOS管有亚阈值特性，所以MOS管在还没有达到阈值电压的时候就导通了，过压保护开启。1.5过压保护电路的改进1.5.1改进就已知内容面言，当外部输入电压被拉低到正常值范围内后，在二级运放后作为过压保护机制输出的电压将会比开关NMOS管的阈值电压的值低，此时该NMOS管断开，过压保护结束。但当次NMOS管断开后二级运放的输出成为断路，这可能会导致电荷在vo累积，可能导致NM10重新打开使电路持续导通，甚至在电荷累积到一定程度下损坏NM10，且无法满足过压保护的需要。因此可以在运放的输出和地之间再引入一条对地通路，达到泄放栅端电荷的目的。如图所示，在运放输出端和NM10栅端间加入由NMOS管和电阻串联的对地通路。这条通路可等效于一个二极管，当过压时，该条通路导通，泄放电荷，实现过压保护的目的。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s17改进的电路1.5.2偏置电路部分设计一个自偏置电路来为电路提供偏置电流源。我们在原理的基础之上，加入由PM4和NM9和R7构成的自启动电路，使电路可以自己启动；加上管子PM8使电路电流的产生与温度无关。当电路开始工作的时候，一开始PM4和PM7是关闭的，PM7和电阻R7提供了从电源电压到地的通路，当电压升高的时候，在一定程度的时候PM4达到阈值电压，管子开启，产生电流，到右面的电路中。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s18偏置电路仿真结果如图3-9所示：图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s19偏置电路仿真结果由上图3-9所示，偏置电流为90.62μA。1.6过压保护电路的复位部分复位设计的优点：1、可在外部操作下及的关断或打开过压保护电路，防止误操作，并节省能量。2、能够清除电路之前累积电荷，使电路恢复初始状态。复位电路依然可根据NMOS管的阈值电压的开关特性来设计，如下图所示，当ENN处于高电位的时候NM6导通，将后续的过压保护电路短路，实现