CN104536507B - 折返式限流电路及具有该折返式限流电路的线性稳压源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种折返式限流电路及具有该折返式限流电路的线性稳压源，所述折返式限流电路用于在通过功率晶体管提供给负载的输出电流过流时，对所述输出电流进行限流，其中，所述折返式限流电路至少包括：复制电流和限流信号产生模块，限流阈值控制反馈模块，以及多阈值运算放大模块。本发明的折返式限流电路，在原有的常流限流模式的基础上增加一个环路控制，在外部负载增大发生过流的时候，在外部负载增大发生过流的时候，通过检测并控制输出电压的变化，来限制功率晶体管的输出能力，形成正反馈的控制环路，从而控制输出电流起到折返的效果，且输出电流的折返点易于精确控制，同时不会浪费较多功耗。

Description

折返式限流电路及具有该折返式限流电路的线性稳压源

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，特别是涉及一种折返式限流电路及具有该折返式限流电路的线性稳压源。

背景技术

随着半导体技术的快速发展，半导体集成电路的系统集成度越来越高，系统功耗越来越大，因此目前的片上电源的负载也要求越来越高。较大的负载电流不仅对电路主环路设计提出了较高的挑战，而且对电源限流环路的设计也提出了更高的要求。

目前芯片SOC(System On Chip)系统中较为常用的电源是低压差线性稳压源(LDO，Low Dropout Regulator)，如下简称线性稳压源或LDO，线性稳压器通常需要有限流保护电路，以防止因负载短路或者过载对稳压器造成永久性的损坏。限流保护通常有常流限流式和折返式限流两种类型。常流限流式是指当电源模块的负载过大，电路进入限流模式的时候，电源的限流控制系统将输出电流限定在额定限流值的最大值，同时伴随着输出电压的降低；该方法的缺点是发生限流后，虽然电源的输出电流没有继续增大，但是其输出的电流仍然维持在所能承受的最大值，此时的稳压器内部损失的功耗达到最大，较大的芯片损耗电流会导致芯片发热，甚至烧毁芯片。针对常流限流式电路的这一缺点，另一种限流模式被提出来：折返式限流模式。折返式限流模式是指在当电源发生过载进入限流模式的时候，输出电压降低的同时也伴随着输出电流的降低，这是和常流式限流模式最大的区别。因此，其最大优点是当过流情况发生时，电源流过的电流会逐渐减小，消耗在功率管能量也逐渐减小，这大大降低了芯片的功耗，从而更加有效的保证了芯片在限流模式时的工作安全。

现有的用于LDO的折返式限流电路结构目前也有一些，例如，由Jianping Guo和Ka NangLeung提出的《A Fold-Back Current-Limit Circuit with Load-Insensitive Quiescent Current forCMOS Low Dropout Regulator》(IEEE International Symposium on Circuits and Systems，2009)中的LDO限流结构。该结构主要由常流限流电路和折返限流电路两部分组成，其中常流限流电路主要由上电流源和下电流源组成，当未发生限流的时候，上电流源电流大于下电流源额定电流。因此，限流开关管的栅极为高电平，限流开关管关闭；当发生限流的时候，上电流源流过的电流大于下电流源额定电流，限流开关管栅极拉低，限流开关管打开，并将功率晶体管的栅源电压拉低，从而达到限制功率晶体管输出电流能力的目的。当外部电压下降的时候，采样电阻上的压降增大，另一限流开关管打开，使得功率晶体管的栅源电压进一步拉低，降低了输出电流的额定限流值，从而起到折返的效果。然而，该结构虽然能够起到限流时电流折返的效果，但是由于限流开关管工艺偏差的影响，该结构并不能精确控制折返点，这不利于限制电流的作用。

此外，中国专利(CN101118450A)公开了一种用于线性稳压源的折返式限流电路，其结构采用了一种电流控制电流源和采样电阻的方法得到限流后电流折返的效果。但是这种设计中利用电流控制电流源消耗了一部分电流用于限流，这增加了功率损耗，降低了LDO的效率；同时采样电阻放置在大电流的功率通路，这使得LDO的低压差作用受到了一定的影响，同时在采样电阻上流过大电流也浪费了很大的功耗。

因此，现在亟需一种折返点易于控制，同时不会浪费较多功耗的折返式限流电路。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种折返式限流电路及具有该折返式限流电路的线性稳压源，用于解决现有技术中应用于LDO的折返式限流电路的折返点无法精确控制，且容易浪费功耗的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种折返式限流电路，用于在通过功率晶体管提供给负载的输出电流过流时，对所述输出电流进行限流，其中，所述折返式限流电路至少包括：

复制电流和限流信号产生模块，用于对所述输出电流进行复制以产生复制电流，并根据所述复制电流产生限流信号检测电压；

限流阈值控制反馈模块，用于检测提供给负载的输出电压以产生限流阈值反馈电压和误差反馈电压，并根据所述输出电压的变化，控制所述限流阈值反馈电压和所述误差反馈电压的变化；

多阈值运算放大模块，连接所述复制电流和限流信号产生模块、所述限流阈值控制反馈模块以及控制产生所述输出电压的基准电压，用于接收所述限流信号检测电压和所述限流阈值反馈电压，并以所述限流阈值反馈电压或者所述基准电压作为限流阈值输入电压，与所述限流信号检测电压进行比较，根据比较结果产生控制电压，以控制所述输出电压的变化，从而限制所述输出电流的输出。

优选地，在所述限流阈值反馈电压大于所述基准电压时，所述多阈值运算放大模块以所述基准电压作为限流阈值输入电压与所述限流信号检测电压进行比较，并在所述限流信号检测电压大于所述基准电压时，控制所述输出电压快速降低；在所述限流阈值反馈电压小于所述基准电压时，所述多阈值运算放大模块以所述限流阈值反馈电压作为限流阈值输入电压与所述限流信号检测电压进行比较，并在所述限流信号检测电压等于所述限流阈值反馈电压时，控制所述输出电压继续降低，以使所述输出电流的额定限流值随着所述输出电压的降低而逐渐减小，从而限制所述输出电流的输出。

优选地，所述复制电流和限流信号产生模块至少包括：第五PMOS晶体管和限流信号检测电阻；所述第五PMOS晶体管的栅极接入一驱动电压，所述第五PMOS晶体管的源极接入一电源电压，所述第五PMOS晶体管的漏极与所述限流信号检测电阻的一端相连，所述限流信号检测电阻的另一端接地；其中，所述限流信号检测电压为所述限流信号检测电阻两端的电压。

优选地，所述第五PMOS晶体管的个数为所述功率晶体管的个数的1/N，所述复制电流的电流值为所述输出电流的电流值的1/N，其中，N为大于等于1的自然数。

优选地，所述限流阈值控制反馈模块至少包括：第一反馈电阻，第二反馈电阻和第三反馈电阻；所述第一反馈电阻的一端与所述功率晶体管的漏极相连，所述第一反馈电阻的另一端与所述第二反馈电阻的一端相连，所述第二反馈电阻的另一端与所述第三反馈电阻的一端相连，所述第三反馈电阻的另一端接地；其中，所述限流阈值反馈电压为所述第二反馈电阻两端和所述第三反馈电阻两端的电压之和，所述误差反馈电压为所述第三反馈电阻两端的电压。

优选地，所述第一反馈电阻、所述第二反馈电阻和第三反馈电阻满足以下关系式(1)和(2)：

$\frac{R3}{R1+R2+R3}=\frac{VREF}{VOUT}---\left(1\right)$

$\frac{R2+R3}{R1+R2+R3}=\frac{VREF}{VFOLD}---\left(2\right)$

其中，R1为所述第一反馈电阻，R2为所述第二反馈电阻，R3为第三反馈电阻，VREF为所述基准电压，VOUT为所述输出电压，VFOLD为所述限流阈值反馈电压。

优选地，所述多阈值运算放大模块至少包括：第一PMOS晶体管，第二PMOS晶体管，第三PMOS晶体管，第四PMOS晶体管，第一NMOS晶体管以及第二NMOS晶体管；所述第一PMOS晶体管的源极接入一电源电压，所述第一PMOS晶体管的栅极接入一偏置电压，所述第一PMOS晶体管的漏极分别与所述第二PMOS晶体管、所述第三PMOS晶体管和所述第四PMOS晶体管的源极相连；所述第二PMOS晶体管的栅极接入所述限流信号检测电压，所述第二PMOS晶体管的漏极与所述第一NMOS晶体管的漏极相连；所述第三PMOS晶体管的栅极接入所述基准电压，所述第四PMOS晶体管的栅极接入所述限流阈值反馈电压，所述第三PMOS晶体管的漏极与所述第四PMOS晶体管的漏极相连后与所述第二NMOS晶体管的漏极相连；所述第一NMOS晶体管的漏极还与其栅极相连，所述第一NMOS晶体管的栅极还与所述第二NMOS晶体管的栅极相连，所述第一NMOS晶体管的源极与所述第二NMOS晶体管的源极共同接地；其中，所述控制电压为所述第二NMOS晶体管源、漏两端的电压。

优选地，所述多阈值运算放大模块还包括：补偿电容；所述补偿电容的一端与所述第二PMOS晶体管的栅极相连，所述补偿电容的另一端与所述第二NMOS晶体管的漏极相连。

本发明提供一种线性稳压源，其中，所述线性稳压源至少包括：

功率晶体管，用于在接收到驱动电压后向负载提供输出电流；

如上所述的折返式限流电路，连接于所述功率晶体管，用于在所述输出电流过流时，对所述输出电流进行限流。

优选地，所述线性稳压源还包括：

基准电压电流产生电路，连接于所述折返式限流电路，用于产生基准电压，并向所述折返式限流电路提供偏置电压；

误差放大电路，连接于所述基准电压电流产生电路、所述折返式限流电路，用于接收所述基准电压电流产生电路产生的基准电压和所述折返式限流电路产生的误差反馈电压，并将所述基准电压与所述误差反馈电压进行比较，以产生误差放大电压；

输出缓冲级电路，连接于所述误差放大电路、所述折返式限流电路和所述功率晶体管，用于接收所述误差放大电路产生的误差放大电压和所述折返式限流电路产生的控制电压，并将所述误差放大电压与所述控制电压进行比较，以产生驱动电压，从而根据所述驱动电压的变化控制所述功率晶体管，以限制所述输出电流的输出。

如上所述，本发明的折返式限流电路及具有该折返式限流电路的线性稳压源，具有以下有益效果：

本发明的折返式限流电路，在原有的常流限流模式的基础上增加一个环路控制，在外部负载增大发生过流的时候，在外部负载增大发生过流的时候，通过检测并控制输出电压的变化，来限制功率晶体管的输出能力，形成正反馈的控制环路，从而控制输出电流起到折返的效果，且输出电流的折返点易于精确控制，同时不会浪费较多功耗。

本发明的线性稳压源，采用上述折返式限流电路，实现了额定限流值以及折返点可调的输出电流限流作用。

附图说明

图1显示为本发明第一实施例的折返式限流电路的模块示意框图。

图2显示为本发明第一实施例的折返式限流电路的电路图。

图3显示为本发明第一实施例的折返式限流电路中多阈值运算放大模块的电路图。

图4显示为本发明第二实施例的线性稳压源的示意图。

图5显示为本发明第二实施例的线性稳压源的折返效果IV曲线图。

元件标号说明

10 折返式限流电路

11 复制电流和限流信号产生模块

12 限流阈值控制反馈模块

13 多阈值运算放大模块

20 基准电压电流产生电路

30 误差放大电路

40 输出缓冲级电路

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1和图2，本发明的第一实施例涉及一种折返式限流电路，用于在通过功率晶体管MP0提供给负载的输出电流IOUT过流时，对所述输出电流IOUT进行限流。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1和图2所示，本实施例的折返式限流电路10至少包括：复制电流和限流信号产生模块11，限流阈值控制反馈模块12，以及多阈值运算放大模块13。

对于复制电流和限流信号产生模块11，其用于对输出电流IOUT进行复制以产生复制电流ICOPY，并根据复制电流ICOPY产生限流信号检测电压VSEN。

对于限流阈值控制反馈模块12，其用于检测提供给负载的输出电压VOUT以产生限流阈值反馈电压和误差反馈电压，并根据输出电压VOUT的变化，控制限流阈值反馈电压VFOLD和误差反馈电压VFB的变化。

对于多阈值运算放大模块13，其连接复制电流和限流信号产生模块11、限流阈值控制反馈模块12以及控制产生输出电压VOUT的基准电压VREF，用于接收限流信号检测电压VSEN和限流阈值反馈电压VFOLD，并以限流阈值反馈电压VFOLD或者基准电压VREF作为限流阈值输入电压，与限流信号检测电压VSEN进行比较，根据比较结果产生控制电压VOUT2，以控制输出电压VOUT的变化，从而限制输出电流IOUT的输出。

其中，在限流阈值反馈电压VFOLD大于基准电压VREF时，多阈值运算放大模块13以基准电压VREF作为限流阈值输入电压与限流信号检测电压VSEN进行比较，并在限流信号检测电压VSEN大于基准电压VREF时，控制输出电压VOUT快速降低；在限流阈值反馈电压VFOLD小于基准电压VREF时，多阈值运算放大模块13以限流阈值反馈电压VFOLD作为限流阈值输入电压与限流信号检测电压VSEN进行比较，并在限流信号检测电压VSEN等于限流阈值反馈电压VFOLD时，控制输出电压VOUT继续降低，以使输出电流IOUT的额定限流值随着输出电压VOUT的降低而逐渐减小，从而限制输出电流IOUT的输出。

请继续参阅图2，在本实施例中，复制电流和限流信号产生模块11至少包括：第五PMOS晶体管MP5和限流信号检测电阻R4；第五PMOS晶体管MP5的栅极接入一驱动电压PDRV，第五PMOS晶体管MP5的源极接入一电源电压VCC，第五PMOS晶体管MP5的漏极与限流信号检测电阻R4的一端相连，限流信号检测电阻R4的另一端接地；其中，限流信号检测电压VSEN为限流信号检测电阻R4两端的电压。

另外，第五PMOS晶体管MP5的个数M为功率晶体管的个数的1/N，第五PMOS晶体管MP5起到精确复制输出电流IOUT的作用，复制电流ICOPY的电流值为输出电流IOUT的电流值的1/N，其中，N为大于等于1的自然数。通过第五PMOS晶体管MP5产生的复制电流ICOPY流过限流信号检测电阻R4，并在限流信号检测电阻R4两端产生限流信号检测电压VSEN，该电压是用于判断电路是否发生过流的标志。

在本实施例中，限流阈值控制反馈模块12至少包括：第一反馈电阻R1，第二反馈电阻R2和第三反馈电阻R3；第一反馈电阻R1的一端与功率晶体管MP0的漏极相连，第一反馈电阻R1的另一端与第二反馈电阻R2的一端相连，第二反馈电阻R2的另一端与第三反馈电阻R3的一端相连，第三反馈电阻R3的另一端接地；其中，限流阈值反馈电压VFOLD为第二反馈电阻R2两端和第三反馈电阻R3两端的电压之和，误差反馈电压VFB为第三反馈电阻R3两端的电压。

同时，第一反馈电阻R1、第二反馈电阻R2和第三反馈电阻R3满足以下关系式(1)和(2)：

$\frac{R3}{R1+R2+R3}=\frac{VREF}{VOUT}---\left(1\right)$

$\frac{R2+R3}{R1+R2+R3}=\frac{VREF}{VFOLD}---\left(2\right)$

此外，功率晶体管MP0的源极接入电源电压VCC，功率晶体管MP0的栅极接入驱动电压PDRV。

在本实施例中，多阈值运算放大模块13采用多阈值运算放大器A3，如图3所示，其至少包括：第一PMOS晶体管MP1，第二PMOS晶体管MP2，第三PMOS晶体管MP3，第四PMOS晶体管MP4，第一NMOS晶体管MN1以及第二NMOS晶体管MN2；第一PMOS晶体管MP1的源极接入电源电压VCC，第一PMOS晶体管MP1的栅极接入一偏置电压VB，第一PMOS晶体管MP1的漏极分别与第二PMOS晶体管MP2、第三PMOS晶体管MP3和第四PMOS晶体管MP4的源极相连；第二PMOS晶体管MP2的栅极接入限流信号检测电压VSEN，第二PMOS晶体管MP2的漏极与第一NMOS晶体管MN1的漏极相连；第三PMOS晶体管MP3的栅极接入基准电压VREF，第四PMOS晶体管MP4的栅极接入限流阈值反馈电压VFOLD，第三PMOS晶体管MP3的漏极与第四PMOS晶体管MP4的漏极相连后与第二NMOS晶体管MN2的漏极相连；第一NMOS晶体管MN1的漏极还与其栅极相连，第一NMOS晶体管MN1的栅极还与第二NMOS晶体管MN2的栅极相连，第一NMOS晶体管MN1的源极与第二NMOS晶体管MN2的源极共同接地；其中，控制电压VOUT2为第二NMOS晶体管MN2源、漏两端的电压。

其中，第一PMOS晶体管MP1为电流源，用于提供多阈值运算放大器A3正常工作所需要的工作电流。而第二PMOS晶体管MP2、第三PMOS晶体管MP3和第四PMOS晶体管MP4均是多阈值运算放大器A3的电压输入端管。第二PMOS晶体管MP2为多阈值运算放大器A3的负电压输入端，输入限流信号检测电压VSEN；第三PMOS晶体管MP3和第四PMOS晶体管MP4为多阈值运算放大器A3的两个正电压输入端，分别输入基准电压VREF和限流阈值反馈电压VFOLD；且第二PMOS晶体管MP2与第三PMOS晶体管MP3的尺寸一致，第四PMOS晶体管MP4的尺寸可以和第三PMOS晶体管MP3的尺寸一致，也可以不一致。

在输出电流IOUT在额定限流值内时，限流阈值反馈电压VFOLD要高于基准电压VREF。对于多阈值运算放大器A3来说，通常以其中一个正电压输入端输入的较小电压作为限流阈值输入电压，与负电压输入端输入的限流信号检测电压VSEN进行比较。

此外，多阈值运算放大模块13还包括：补偿电容Cc；补偿电容Cc的一端与第二PMOS晶体管MP2的栅极相连，补偿电容Cc的另一端与第二NMOS晶体管MN2的漏极相连。该补偿电容Cc主要起到补偿整个限流环路的AC小信号环路的作用。

采用本实施例的折返式限流电路10，当负载在额定负载范围内的时候，复制电流和限流信号产生模块11中的复制电流ICOPY没有达到限流发生的额定限流值，因此，限流信号检测电压VSEN也没有达到基准电压VREF，此时，输出电压VOUT为预定提供给负载的输出值。当负载达到或大于额定限流值(即输出电流IOUT过流)的时候，限流信号检测电压VSEN首先达到基准电压VREF，此时由于限流阈值反馈电压VFOLD仍然大于基准电压VREF，基准电压VREF为多阈值运算放大器A3的阈值，与限流信号检测电压VSEN进行比较；多阈值运算放大器A3根据比较结果会输出控制电压VOUT2，来限制通过功率晶体管MP0提供给负载的输出电流IOUT继续增大，同时由于输出电流IOUT无法增大，输出电压VOUT将快速减小。当输出电压VOUT减小到使得限流阈值反馈电压VFOLD小于基准电压VREF时，限流阈值反馈电压VFOLD将取代基准电压VREF作为多阈值运算放大器A3的阈值；整个环路将使得限流信号检测电压VSEN等于限流阈值反馈电压VFOLD，这将使得输出电流IOUT的额定限流值最大值减小。减小的输出电流IOUT将加速限流阈值反馈电压VFOLD的下降，这是一个正反馈，使输出电流IOUT的限流额定值随着输出电压VOUT的下降也逐渐减小，从而起到折返的效果，限制了输出电流IOUT的输出，且能够精确控制折返点。

因此，本实施例的折返式限流电路10，在原有的常流限流模式的基础上增加一个环路控制，在外部负载增大发生过流的时候，通过检测并环路控制输出电压的变化，来限制功率晶体管的输出能力，从而起到输出电流折返的效果，且输出电流的折返点易于精确控制，同时不会浪费较多功耗。

本发明第二实施例涉及一种线性稳压源，如图4所示，线性稳压源至少包括：功率晶体管MP0，以及本发明第一实施例所涉及的折返式限流电路10。

对于功率晶体管MP0，其用于在接收到驱动电压PDRV后向负载提供输出电流IOUT。

对于第一实施例所涉及的折返式限流电路10，其连接于功率晶体管MP0，用于在输出电流IOUT过流时，对输出电流IOUT进行限流。

其中，第一实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。

本实施例中的线性稳压源还包括：基准电压VREF电流产生电路，误差放大电路30，以及输出缓冲级电路40。

对于基准电压电流产生电路20，其连接于折返式限流电路10，用于产生基准电压VREF，并向折返式限流电路10提供偏置电压VB。

对于误差放大电路30，其连接于基准电压电流产生电路20、折返式限流电路10，用于接收基准电压电流产生电路20产生的基准电压VREF和折返式限流电路10产生的误差反馈电压VFB，并将基准电压VREF与误差反馈电压VFB进行比较，以产生误差放大电压VOUT1。

对于输出缓冲级电路40，其连接于误差放大电路30、折返式限流电路10和功率晶体管MP0，用于接收误差放大电路30产生的误差放大电压和折返式限流电路10产生的控制电压VOUT2，并将误差放大电压与控制电压VOUT2进行比较，以产生驱动电压PDRV，从而根据驱动电压PDRV的变化控制功率晶体管MP0，以限制输出电流IOUT的输出。

如图4所示，在本实施例中，误差放大电路30采用误差放大器A1，误差放大器A1的负电压输入端接入基准电压VREF，误差放大器A1的正电压输入端接入误差反馈电压VFB，误差放大器A1的输出端输出误差放大电压VOUT1。而输出缓冲级电路40采用输出缓冲器A2，输出缓冲器A2的负电压输入端接入误差放大电压VOUT1，输出缓冲器A2的正电压输入端接入控制电压VOUT2，输出缓冲器A2的输出端输出驱动电压PDRV。

本实施例的线性稳压源，应用本发明第一实施例的折返式限流电路10，可以实现额定限流值以及折返点可调的输出电流限流作用。对本实施例的线性稳压源进行电路仿真，其结果如图5所示，该图为负载变化时，本实施例的线性稳压源的折返效果IV曲线图，横坐标为电流值，纵坐标为电压值。从图5中可以看出，在输出电流IOUT没有超出额定限流值的时候，线性稳压源的输出电压VOUT维持在8V；而当线性稳压源的输出电流IOUT增大到一定值以后，线性稳压源的输出电压VOUT迅速下降；当线性稳压源的输出电压VOUT降到一定电压(折返点)以后，线性稳压源的输出电流IOUT也随着输出电压VOUT进一步降低。通过图5可以清晰显示出本实施例的线性稳压源通过第一实施例所涉及的折返式限流电路10，起到了预定的折返效果，且无需采用电流控制电流源或者采用电阻等元件，不会浪费功耗。

综上所述，本发明的折返式限流电路，在原有的常流限流模式的基础上增加一个环路控制，在外部负载增大发生过流的时候，在外部负载增大发生过流的时候，通过检测并控制输出电压的变化，来限制功率晶体管的输出能力，形成正反馈的控制环路，从而控制输出电流起到折返的效果，且输出电流的折返点易于精确控制，同时不会浪费较多功耗。

本发明的线性稳压源，采用上述折返式限流电路，实现了额定限流值以及折返点可调的输出电流限流作用。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种折返式限流电路，用于在通过功率晶体管提供给负载的输出电流过流时，对所述输出电流进行限流，其特征在于，所述折返式限流电路至少包括：

复制电流和限流信号产生模块，用于对所述输出电流进行复制以产生复制电流，并根据所述复制电流产生限流信号检测电压；

限流阈值控制反馈模块，用于检测提供给负载的输出电压以产生限流阈值反馈电压和误差反馈电压，并根据所述输出电压的变化，控制所述限流阈值反馈电压和所述误差反馈电压的变化；

多阈值运算放大模块，连接所述复制电流和限流信号产生模块、所述限流阈值控制反馈模块以及控制产生所述输出电压的基准电压，用于接收所述限流信号检测电压和所述限流阈值反馈电压，并以所述限流阈值反馈电压或者所述基准电压作为限流阈值输入电压，与所述限流信号检测电压进行比较，根据比较结果产生控制电压，以控制所述输出电压的变化，从而限制所述输出电流的输出；

在所述限流阈值反馈电压大于所述基准电压时，所述多阈值运算放大模块以所述基准电压作为限流阈值输入电压与所述限流信号检测电压进行比较，并在所述限流信号检测电压大于所述基准电压时，控制所述输出电压快速降低；在所述限流阈值反馈电压小于所述基准电压时，所述多阈值运算放大模块以所述限流阈值反馈电压作为限流阈值输入电压与所述限流信号检测电压进行比较，并在所述限流信号检测电压等于所述限流阈值反馈电压时，控制所述输出电压继续降低，以使所述输出电流的额定限流值随着所述输出电压的降低而逐渐减小，从而限制所述输出电流的输出。

2.根据权利要求1所述的折返式限流电路，其特征在于，所述复制电流和限流信号产生模块至少包括：第五PMOS晶体管和限流信号检测电阻；所述第五PMOS晶体管的栅极接入一驱动电压，所述第五PMOS晶体管的源极接入一电源电压，所述第五PMOS晶体管的漏极与所述限流信号检测电阻的一端相连，所述限流信号检测电阻的另一端接地；其中，所述限流信号检测电压为所述限流信号检测电阻两端的电压。

3.根据权利要求2所述的折返式限流电路，其特征在于，所述第五PMOS晶体管的个数为所述功率晶体管的个数的1/N，所述复制电流的电流值为所述输出电流的电流值的1/N，其中，N为大于等于1的自然数。

4.根据权利要求1所述的折返式限流电路，其特征在于，所述限流阈值控制反馈模块至少包括：第一反馈电阻，第二反馈电阻和第三反馈电阻；所述第一反馈电阻的一端与所述功率晶体管的漏极相连，所述第一反馈电阻的另一端与所述第二反馈电阻的一端相连，所述第二反馈电阻的另一端与所述第三反馈电阻的一端相连，所述第三反馈电阻的另一端接地；其中，所述限流阈值反馈电压为所述第二反馈电阻两端和所述第三反馈电阻两端的电压之和，所述误差反馈电压为所述第三反馈电阻两端的电压。

5.根据权利要求4所述的折返式限流电路，其特征在于，所述第一反馈电阻、所述第二反馈电阻和第三反馈电阻满足以下关系式(1)和(2)：

$\frac{R3}{R1+R2+R3}=\frac{VREF}{VOUT}---\left(1\right)$

$\frac{R2+R3}{R1+R2+R3}=\frac{VREF}{VFOLD}---\left(2\right)$

其中，R1为所述第一反馈电阻，R2为所述第二反馈电阻，R3为第三反馈电阻，VREF为所述基准电压，VOUT为所述输出电压，VFOLD为所述限流阈值反馈电压。

6.根据权利要求1所述的折返式限流电路，其特征在于，所述多阈值运算放大模块至少包括：第一PMOS晶体管，第二PMOS晶体管，第三PMOS晶体管，第四PMOS晶体管，第一NMOS晶体管以及第二NMOS晶体管；所述第一PMOS晶体管的源极接入一电源电压，所述第一PMOS晶体管的栅极接入一偏置电压，所述第一PMOS晶体管的漏极分别与所述第二PMOS晶体管、所述第三PMOS晶体管和所述第四PMOS晶体管的源极相连；所述第二PMOS晶体管的栅极接入所述限流信号检测电压，所述第二PMOS晶体管的漏极与所述第一NMOS晶体管的漏极相连；所述第三PMOS晶体管的栅极接入所述基准电压，所述第四PMOS晶体管的栅极接入所述限流阈值反馈电压，所述第三PMOS晶体管的漏极与所述第四PMOS晶体管的漏极相连后与所述第二NMOS晶体管的漏极相连；所述第一NMOS晶体管的漏极还与其栅极相连，所述第一NMOS晶体管的栅极还与所述第二NMOS晶体管的栅极相连，所述第一NMOS晶体管的源极与所述第二NMOS晶体管的源极共同接地；其中，所述控制电压为所述第二NMOS晶体管源、漏两端的电压。

7.根据权利要求6所述的折返式限流电路，其特征在于，所述多阈值运算放大模块还包括：补偿电容；所述补偿电容的一端与所述第二PMOS晶体管的栅极相连，所述补偿电容的另一端与所述第二NMOS晶体管的漏极相连。

8.一种线性稳压源，其特征在于，所述线性稳压源至少包括：

功率晶体管，用于在接收到驱动电压后向负载提供输出电流；

如权利要求1-7任一项所述的折返式限流电路，连接于所述功率晶体管，用于在所述输出电流过流时，对所述输出电流进行限流。

9.根据权利要求8所述的线性稳压源，其特征在于，所述线性稳压源还包括：

基准电压电流产生电路，连接于所述折返式限流电路，用于产生基准电压，并向所述折返式限流电路提供偏置电压；

误差放大电路，连接于所述基准电压电流产生电路、所述折返式限流电路，用于接收所述基准电压电流产生电路产生的基准电压和所述折返式限流电路产生的误差反馈电压，并将所述基准电压与所述误差反馈电压进行比较，以产生误差放大电压；

输出缓冲级电路，连接于所述误差放大电路、所述折返式限流电路和所述功率晶体管，用于接收所述误差放大电路产生的误差放大电压和所述折返式限流电路产生的控制电压，并将所述误差放大电压与所述控制电压进行比较，以产生驱动电压，从而根据所述驱动电压的变化控制所述功率晶体管，以限制所述输出电流的输出。