一個高可靠性的短路保護電路設計及其應用
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
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(xiàn)短路保護。
當P功率管關斷后，ID0=O，晶體管Vcon將截止，此時比較器Vinp輸入端電壓Vmin_OD取決于晶體管VM2、VM3、VM4組成的網(wǎng)絡，只要保證Vmin_OD大于Vinm電壓(Vinm=VOUT=O)，P功率管將一直處于關閉狀態(tài)。
接下來將分析VM2、VM3和VM4組成的網(wǎng)絡如何確保Vmin_OD大于0。分析電路可知，VM2、VM3工作在飽和區(qū)，VM4工作在線性區(qū)，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。當短路排除后，流過VM5的電流將對RC網(wǎng)絡充電，過t秒后Vinm(0UT)端電壓將大于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是系統(tǒng)規(guī)定的最大負載電流。要使系統(tǒng)能正常啟動，IDM5必須滿足IDM5>VOUT／RL，因此合理選取參數(shù)，就能正常啟動。
2 仿真結(jié)果與討論
基于TSMC O．18μm CMOS工藝，仿真結(jié)果如圖2～圖3所示。仿真結(jié)果表明輸出短路時，輸出電流為O，P功率管被關斷，實現(xiàn)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(jié)果表明當輸出發(fā)生短路時(即負載為0)，輸出電流被限制在最大電流值，這樣功率MOS管會消耗大量功耗，將加快器件的老化。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/180077.htm
圖3(b)所示曲線的仿真條件與圖3(a)的條件一樣。仿真結(jié)果表明當輸出發(fā)生短路時(即負載為0)，輸出電流被限制為O，即功率MOS管被完全關斷，同時表明系統(tǒng)具有自動恢復的特點，即負載短路消除后，系統(tǒng)恢復正常工作。
3 結(jié)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(fā)生時系統(tǒng)損失的功耗。同時該電路具有以下特點：高可靠性、自動恢復，即使地平面存在大量噪聲，當短路發(fā)生時，穩(wěn)壓器的功率管截止，實現(xiàn)保護，而短路一旦消除，穩(wěn)壓器的輸出將自動恢復到正常狀態(tài)，有效地保護系統(tǒng)。在藍牙功率放大器電源管理電路中得到了很好應用。
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