CN114793060A - 线性稳压器和电源管理芯片 - Google Patents

Abstract

本公开涉及电力电子领域，提供了一种具有短路保护的线性稳压器和电源管理芯片，利用短路限流模块在该线性稳压器正常工作期间根据短路判断电压对输出电压的检测生成短路指示信号，在该短路指示信号为无效状态期间控制功率管的压降，以提供当前的输出电压，以及在该短路指示信号为有效状态期间钳位控制输出电流为预设的短路电流；并利用启动保护模块在该线性稳压器启动期间，控制短路限流模块生成无效状态的短路指示信号，以及在该线性稳压器启动完成进入正常工作期间，控制该短路限流模块生成有效状态的短路指示信号。由此可以实现该线性稳压器满载启动，并且在其启动后，能有效降低短路功耗，实现保护芯片的同时，提高了芯片的可靠性。

Description

线性稳压器和电源管理芯片

技术领域

本公开涉及电力电子领域，具体涉及一种具有短路保护的线性稳压器和电源管理芯片。

背景技术

线性稳压器(例如低压差线性稳压器，low dropout regulator，简称LDO)由于具有着成本低、噪音小、静态电流小等优点，而被广泛应用于电源管理等应用系统中。在集成了线性稳压器的电源管理芯片中，由于线性稳压器要提供比较大的电流。现有的低压差线性稳压器(LDO)100的结构如图1所示，包括：误差放大器EA，功率管Mp1和第一电阻Rf1与第二电阻Rf2组成的电阻反馈网络。输出电压Vout驱动负载电流Iout和负载电容Cout。稳态的输出电压：

Vout0＝Vref*(Rf1+Rf2)/Rf1 (1)

一般功率管Mp1因为低压差的原因，尺寸都较大，可以提供很大的电流能力，为了安全起见，电路都需要加入电流限制模块(Current Limit)，限制Mp1的电流能力为一定的值(Ilimit)。为了保证能输出额定负载电流(Iout0)，Ilimit需要比Iout0大。

而当输出短路时，线性稳压器的输出端直接接地，过大的电流流过线性稳压器100的功率管Mp1，芯片承受的压差为电源电压Vdd，功率管Mp1上的功率损耗为线性稳压器100的电源电压Vdd与输出电压Vout的差值与限制电流的乘积：Ilimit*Vdd，比如Ilimit为1A，Vdd＝10V，则输出功率为10W。如此大的功率，可能导致整个电源管理芯片的损坏，因此在线性稳压器100中通常还需要有短路限流模块(Short Current Limit)，以防止负载短路时造成线性稳压器100和电源管理芯片的损坏。

现有技术中，常用的线性稳压器的短路保护方法是：在检测到线性稳压器的输出电压低于一定值时，将输出电流限制为小于一个值较低的短路限制电流，从而避免流过功率管的电流过大而造成功率管的烧坏，实现了对线性稳压器的短路保护。参考图2，在图1所示线性稳压器的基础上公开了一种改进型的线性稳压器200，其通过在误差放大器EA和功率管Mp1之间新增了电流限制模块210和短路限流模块220，为了减小功耗，短路电流(Ishort)设计的比额定电流Iout0小，比如为0.05A，这样短路后的功率仅为0.05A*10V＝0.5W，从而起到了保护作用。

采用现有技术中图2所示的这种短路保护方法来实现线性稳压器的短路保护时，其输出电压Vout的启动过程如下：

由于负载电容Cout初始没有电荷，输出电压是从初始0V开始启动，经过第一电阻Rf1和第二电阻Rf2分压，误差放大器EA的正输入端也为0V，比负输入端的基准电压Vref小，因此误差放大器EA输出为低，也就是功率管Mp1的栅极为低，Mp1打开，为负载电容Cout充电，输出电压升高，直到上升到稳态的输出电压。

而启动时，短路限流模块220会认为初始的0V是短路状态，会限制Mp1的电流为Ishort。若负载电流此时为额定电流Iout0，由于Ishort<Iout0，Mp1提供的电流完全被负载电流吸收，没有多余的电流为Cout充电，因此输出电压无法启动，即无法实现满载启动。若去掉短路限流模块220，或者增大短路电流值，就都增大了短路时的芯片功耗，过大的短路功耗容易致使电源管理芯片内的温度升高，增大了短路烧毁的风险，或者当温度升到一定值时，可能会触发电源管理芯片内部的热保护模块，而将整个电源管理芯片的各路电路均关断，影响芯片的正常工作。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开提供了一种具有短路保护的线性稳压器和电源管理芯片，可以实现线性稳压器的满载启动，并且在其启动后，能有效降低短路功耗，避免芯片受损，在实现保护芯片的同时，提高了芯片的可靠性。

一方面本公开提供了一种具有短路保护的线性稳压器，其具有连接在电压输入端与电压输出端之间的功率管和电压反馈环路，该电压反馈环路通过对电压输出端的输出采样控制前述功率管的导通关断，以提供输出电流，负载电容根据该输出电流提供输出电压，其中，前述的线性稳压器还包括：

电流限制模块，该电流限制模块用于在前述的线性稳压器正常工作期间钳位控制前述输出电流的大小；

短路限流模块，用于在前述的线性稳压器正常工作期间根据短路判断电压对前述输出电压的检测生成短路指示信号，在前述短路指示信号为无效状态期间控制前述功率管的压降，以提供当前的输出电压，以及在前述短路指示信号为有效状态期间钳位控制前述输出电流为预设的短路电流；

启动保护模块，与前述的短路限流模块连接，用于在该线性稳压器启动期间，控制前述的短路限流模块生成无效状态的短路指示信号，以及在该线性稳压器启动完成进入正常工作期间，控制该短路限流模块生成有效状态的短路指示信号。

优选地，前述启动保护模块包括：

第一反相器，用于对前述的输入电压进行检测，响应于该输入电压小于预设的翻转阈值电压，该第一反相器输出高电平的第一控制电压，或者响应于该输入电压大于前述的翻转阈值电压，该第一反相器输出低电平的第一控制电压；

延迟单元，与前述的第一反相器的输出端连接，用于根据前述的第一控制电压生成第二控制电压，

并且，前述延迟单元的延时时间大于前述输出电压的启动时间。

优选地，前述的短路限流模块包括：

第一比较器，该第一比较器的同相输入端接入前述的短路判断电压，反相输入端接入前述的输出电压，输出端提供比较信号。

优选地，前述的线性稳压器还包括：

逻辑与门，输入端分别连接前述第一比较器的输出端和前述延迟单元的输出端，输出端连接前述的电流限制模块，用以提供前述的短路指示信号。

优选地，前述的线性稳压器在启动期间，前述的第二控制电压维持低电平状态，且前述的短路指示信号维持为低电平状态，该低电平状态用以表征该短路指示信号的无效状态；

前述的线性稳压器在正常工作期间，前述的第二控制电压维持高电平状态，响应于前述的输出电压小于前述的短路判断电压，该短路指示信号为高电平状态，该高电平状态用以表征该短路指示信号的有效状态。

优选地，前述的延迟单元包括：

第一晶体管，该第一晶体管的控制端连接前述第一反相器的输出端，接入前述第一控制电压，第二端接地；

串联连接在前述电压输入端与地之间的第一电流源和第一电容，且该第一电流源与第一电容之间的连接节点与前述第一晶体管的第一端连接；

第二反相器，输入端连接前述第一电流源与第一电容之间的连接节点；

第三反相器，输入端连接前述第二反相器的输出端，输出端用以提供前述的第二控制电压。

优选地，前述的电流限制模块包括：

串联连接在前述电压输入端与地之间的第二晶体管和第三晶体管，该第二晶体管的控制端连接前述功率管的控制端，且该第三晶体管的第一端与其自身的控制端连接；

串联连接在前述电压输入端与地之间的第二电流源和第四晶体管，该第四晶体管的控制端与前述第三晶体管的控制端连接；

并联连接在前述第二电流源两端的第五晶体管和第三电流源，该第五晶体管的控制端连接前述逻辑与门的输出端，用以接入前述的短路指示信号；

第六晶体管，该第六晶体管的第一端连接前述的电压输入端，第二端连接前述功率管的控制端，控制端连接在前述第二电流源与第四晶体管的连接节点。

优选地，前述功率管和前述第二晶体管的宽长比为M：1，且前述第三晶体管和前述第四晶体管的宽长比为N：1，

其中，M和N的其中任一为大于0的正实数。

优选地，前述的电压反馈环路包括：

串联连接在前述的电压输出端与地之间的第一电阻和第二电阻，且该第一电阻与第二电阻的连接节点用于提供反馈电压；

误差放大器，该误差放大器的负输入端接入预设的基准电压，正输入端接入前述的反馈电压，输出端连接前述功率管的控制端，用以提供开关控制信号，该开关控制信号用以控制该功率管的导通关断，以调节前述负载电容提供的输出电压。

优选地，前述的功率管、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管的其中任一为金属氧化物半导体场效应晶体管。

优选地，前述的第一晶体管、第三晶体管和第四晶体管均为N型金属氧化物半导体场效应晶体管，且前述的功率管、第二晶体管、第五晶体管和第六晶体管均为P型金属氧化物半导体场效应晶体管。

另一方面本公开还提供了一种电源管理芯片，其包括：如前所述的线性稳压器。

本公开的有益效果是：本公开提供了一种具有短路保护的线性稳压器和电源管理芯片，该线性稳压器具有连接在电压输入端与电压输出端之间的功率管和电压反馈环路，该电压反馈环路通过对电压输出端的输出采样控制前述功率管的导通关断，以提供输出电流，负载电容根据该输出电流提供输出电压，其中，该线性稳压器还包括：电流限制模块，该电流限制模块用于在该线性稳压器正常工作期间钳位控制前述输出电流的大小；短路限流模块，用于在该线性稳压器正常工作期间根据短路判断电压对前述输出电压的检测生成短路指示信号，在前述短路指示信号为无效状态期间控制前述功率管的压降，以提供当前的输出电压，以及在前述短路指示信号为有效状态期间钳位控制前述输出电流为预设的短路电流；启动保护模块，用于在该线性稳压器启动期间，控制前述的短路限流模块生成无效状态的短路指示信号，以及在该线性稳压器启动完成进入正常工作期间，控制该短路限流模块生成有效状态的短路指示信号。以此可以实现线性稳压器的满载启动，并且在其启动后，通过对输出电压的检测快速判断该线性稳压器是否处于短路状态，并响应于检测到的短路，钳位控制输出电流到预设的短路电流，以此能有效降低短路功耗，避免芯片功能受损，在实现保护芯片的同时，提高了芯片的可靠性。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出现有技公开的一种线性稳压器的结构示意图；

图2示出现有技公开的在图1所示方案基础上改进的一种线性稳压器的结构示意图；

图3示出本公开实施例提供的一种线性稳压器的结构示意图；

图4示出图3所示线性稳压器中启动保护模块的结构示意图；

图5示出图3所示线性稳压器中各个模块的电路结构示意图；

图6示出图3所示线性稳压器中部分信号的工作时序图。

具体实施方式

为了便于理解本公开，下面将参照相关附图对本公开进行更全面的描述。附图中给出了本公开的较佳实施例。但是，本公开可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本公开内容的理解更加透彻全面。

应当理解，在以下的描述中，“电路”可包括单个或多个组合的硬件电路、可编程电路、状态机电路和/或能存储由可编程电路执行的指令的元件。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开。

下面，参照附图对本公开进行详细说明。

图3示出本公开实施例提供的一种线性稳压器的结构示意图，图4示出图3所示线性稳压器中启动保护模块的结构示意图，图5示出图3所示线性稳压器中各个模块的电路结构示意图。

参考图3～图5，一方面本公开实施例提供了一种具有短路保护的线性稳压器300，其具有连接在电压输入端与电压输出端之间的功率管Mp1和电压反馈环路，该电压反馈环路通过对电压输出端的输出采样控制前述功率管Mp1的导通关断，以提供输出电流Iout，负载电容Cout根据该输出电流Iout提供输出电压Vout，其中，该线性稳压器300至少还包括：电流限制模块310、短路限流模块320和启动保护模块330，

其中，该电流限制模块310用于在前述的线性稳压器300正常工作期间钳位控制前述输出电流Iout的大小；短路限流模块320则用于在前述线性稳压器300正常工作期间根据短路判断电压Vref1对前述输出电压Vout的检测生成短路指示信号V4，在前述短路指示信号V4为无效状态期间控制前述功率管Mp1的压降，以提供当前的输出电压Vout，以及在前述短路指示信号V4为有效状态期间钳位控制前述输出电流Iout为预设的短路电流Ishort；启动保护模块330与前述的短路限流模块320连接，用于在该线性稳压器300启动期间，控制前述的短路限流模块320生成无效状态的短路指示信号V4，以及在该线性稳压器300启动完成进入正常工作期间，控制该短路限流模块320生成有效状态的短路指示信号V4。

进一步地，参考图4，前述的启动保护模块330包括：第一反相器331和延迟单元332，

其中，该第一反相器331用于对前述电压输入端接入的电源电压Vdd进行检测，响应于该电源电压Vdd小于预设的翻转阈值电压(未示出)，该第一反相器331输出高电平的第一控制电压V1，或者响应于该电源电压Vdd大于前述的翻转阈值电压，该第一反相器331输出低电平的第一控制电压V1；

该延迟单元332与前述第一反相器331的输出端连接，用于根据前述的第一控制电压V1生成第二控制电压V2，并且，该延迟单元332的延时时间t0大于前述输出电压Vout的启动时间tr，如图6所示。

进一步地，参考图5，前述的短路限流模块320至少包括第一比较器321，该第一比较器321的同相输入端接入前述的短路判断电压Vref1，反相输入端接入前述的输出电压Vout，输出端提供比较信号V3。

进一步地，前述的线性稳压器300还包括逻辑与门301，该逻辑与门301的输入端分别连接前述第一比较器321的输出端和前述延迟单元332的输出端，输出端连接前述的电流限制模块310，用以提供前述的短路指示信号V4。

进一步地，前述的线性稳压器300在启动期间，前述的第二控制电压V2维持低电平状态，且前述的短路指示信号V4维持为低电平状态，该低电平状态用以表征该短路指示信号V4的无效状态；

前述的线性稳压器300在正常工作期间，前述的第二控制电压V2维持高电平状态，响应于前述的输出电压Vout小于前述的短路判断电压Vref1，该短路指示信号V4为高电平状态，该高电平状态用以表征该短路指示信号V4的有效状态。

进一步地，前述的延迟单元332包括：晶体管Mn3、电流源I2、电容C2、第二反相器3321和第三反相器3322，

其中，该晶体管Mn3的控制端连接前述第一反相器331的输出端，接入前述第一控制电压V1，第二端接地；该电流源I2和电容C2串联连接在电压输入端与地之间，且该电流源I2和电容C2之间的连接节点与前述晶体管Mn3的第一端连接；该第二反相器3321的输入端连接前述电流源I2和电容C2之间的连接节点；该第三反相器3322的输入端连接前述第二反相器3321的输出端，输出端用以提供前述的第二控制电压V2。

在该延迟单元332中，通过电流源I2对电容C2的充电，再利用第二反相器3321和第三反相器3322的整形，实现了电源电压Vdd在上升沿的信号延迟，延迟时间为t0。

进一步地，前述的电流限制模块310包括：晶体管Mp2、晶体管Mp3、晶体管Mp4、晶体管Mn1、晶体管Mn2、电流源I0和电流源I1，

其中，该晶体管Mp2和晶体管Mn1串联连接在前述电压输入端与地之间，该晶体管Mp2的控制端连接前述功率管Mp1的控制端，且该晶体管Mn1的第一端与其自身的控制端连接；

该电流源I0和晶体管Mn2串联连接在前述电压输入端与地之间，且该晶体管Mn2的控制端与前述晶体管Mn1的控制端连接；

该晶体管Mp4和电流源I1并联连接在前述电流源I0的两端，该晶体管Mp4的控制端连接前述逻辑与门301的输出端，用以接入前述的短路指示信号V4；

该晶体管Mp3的第一端连接前述的电压输入端，第二端连接前述功率管Mp1的控制端，控制端连接在前述电流源I0与晶体管Mn2的连接节点。

进一步地，前述功率管Mp1和前述晶体管Mp2的宽长比为M：1，且前述晶体管Mn1和前述晶体管Mn2的宽长比为N：1，其中，M和N的其中任一为大于0的正实数。

进一步地，前述的电压反馈环路包括：第一电阻Rf1、第二电阻Rf2和误差放大器EA，

其中，该第一电阻Rf1和第二电阻Rf2串联连接在前述电压输出端与地之间，且该第一电阻Rf1和第二电阻Rf2的连接节点用于提供反馈电压Vfb；

该误差放大器EA的负输入端接入预设的基准电压Vref，正输入端接入前述的反馈电压Vfb，输出端连接前述功率管Mp1的控制端，用以提供开关控制信号，该开关控制信号用以控制该功率管Mp1的导通关断，以调节前述负载电容Cout提供的输出电压Vout。

进一步地，前述的功率管Mp1、晶体管Mn3、晶体管Mp2、晶体管Mn1、晶体管Mn2、晶体管Mp4和晶体管Mp3的其中任一为金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal OxideSemiconductor Filed Effect Transistor MOSFET，简称为MOS管)。

更进一步地，前述的晶体管Mn3、晶体管Mn1和晶体管Mn2均为N型MOS管，且前述的功率管Mp1、晶体管Mp2、晶体管Mp4和晶体管Mp3均为P型MOS管。下面将以此为基础对该线性稳压器300的结构和工作原理进行描述，但是本发明实施例不限于此。本领域技术人员可以根据实际需要将前述的功率管Mp1、晶体管Mn3、晶体管Mp2、晶体管Mn1、晶体管Mn2、晶体管Mp4和晶体管Mp3设置为不同类型的晶体管，并适应性地调整相关电路以实现本发明的替代实施例。

参考图2，一般功率管Mp1因为低压差的原因，尺寸都较大，可以提供很大的电流能力，为了安全起见，电路都需要加入电流限制模块(Current Limit)210，以限制功率管Mp1的电流能力为一定的值(假定限制电流为Ilimit)，为了保证能输出额定负载电流(Iout0)，限制电流Ilimit需要比额定负载电流Iout0设置的值要大。

当输出电压Vout误操作与地短接在一起时，芯片承受的压差为电源电压Vdd，此时芯片的功率为Ilimit*Vdd，例如当限制电流Ilimit为1A，电源电压Vdd＝10V，则功率为10W。如此大的功率，芯片是很容易烧毁的，因此需要加入短路限流模块(Short Current Limit)220。为了减小功耗，短路电流(Ishort)设计的值会比额定负载电流Iout0的值要小，比如为0.05A，这样短路后的功率仅为0.05A*10V＝0.5W，从而起到了保护作用。

但这样线性稳压器200(或芯片)的输出电压Vout在启动时，由于负载电容Cout初始没有电荷，输出电压Vout是从初始0V开始启动，经过第一电阻Rf1和第二电阻Rf2的分压节点提供反馈电压，误差放大器EA的正输入端也为0V，比负输入端接入的基准电压Vref小，因此误差放大器EA输出为低，也就是功率管Mp1的栅极为低，Mp1打开，为负载电容Cout充电，输出电压Vout升高，直到上升到稳态的输出电压Vout。

而在启动期间，短路限流模块220会认为初始的0V是短路状态，会限制功率管Mp1的电流为短路电流Ishort。若输出电流此时为额定负载电流Iout0，由于Ishort<Iout0，所以功率管Mp1提供的电流完全被负载电流吸收，而没有多余的电流为负载电容Cout充电，因此输出电压Vout无法实现满载启动。

而本公开实施例提供的一种具有短路保护的线性稳压器300，增加启动保护模块330对短路限流模块320进行控制，并配合以逻辑与门301的逻辑控制，能在该线性稳压器300启动期间，控制前述的短路限流模块320生成无效状态的短路指示信号V4，以及在该线性稳压器300启动完成进入正常工作期间，控制该短路限流模块320生成有效状态的短路指示信号V4，以此可以实现线性稳压器的满载启动，并且在其输出电压Vout启动后，通过对输出电压Vout的检测快速判断该线性稳压器300是否处于短路状态，并响应于检测到的短路，钳位控制输出电流Iout到预设的短路电流Ishort，以此有效降低短路功耗，避免芯片受损，在实现保护芯片的同时，提高了芯片的可靠性。

在一具体的实施方式中，该线性稳压器300中功率管Mp1和晶体管Mp2组成一电流镜，晶体管Mp2镜像流经功率管Mp1的电流，然后通过晶体管Mn1与晶体管Mn2的电流镜像，再与基准电流源I0提供的电流做比较，通过控制晶体管Mp3的栅极，进而反馈回功率管Mp1的栅极，而该短路限流模块320中第一比较器321的负端接入输出电压Vout，正端接入短路判断电压Vref1，输出的比较信号V3通过与第二控制电压V2的逻辑控制提供有效或无效状态的短路指示信号V4到晶体管Mp4的栅极。

进一步地，第二控制电压V2与短路限流模块320中第一比较器321输出的比较信号V3做逻辑与：当电源电压Vdd上升后，第二控制电压V2延时上升，当第二控制电压V2为低电平时，逻辑与门301输出为低电平，即晶体管Mp4导通，实现上电时，限制输出电流Iout为限制电流：Ilimit＝(I0+I1)*M*N，使得输出电流Iout在启动期间基本保持恒定、输出电压Vout能够平稳地上升，避免出现过高的过冲电压。

当第二控制电压V2转为高电平后，逻辑与门301输出的短路指示信号V4由短路限流模块320控制，仍保留了原有的短路保护。

具体的，结合图6，该线性稳压器300在启动期间，t1时刻以前电源电压Vdd初始为低电平状态，而后在t1时刻转为高电平状态，该启动保护模块330中的第一反相器331输出的第一控制电压V1在t1时刻由低电平翻转到高电平，将此第一控制电压V1通过反向的延时(Delay)单元332，延时一定时间t0，得到高电平的第二控制电压V2。

在该延时时间t0(启动)期间，第二控制电压V2为低电平时，通过逻辑与门301逻辑控制该短路限流模块320不起作用(前述的第二控制电压V2维持低电平状态，且前述的短路指示信号V4维持为低电平状态，该低电平状态用以表征该短路指示信号V4的无效状态)，从而限制了功率管Mp1的输出电流为(I0+I1)*M*N，其中，M是功率管Mp1与晶体管Mp2的宽长比；N是晶体管Mn1与晶体管Mn2的宽长比，且M和N为大于0的正实数。

即最大电流由电流限制模块310控制。在此时间里，即使在t2时刻输出带满载，由于负载电流小于限制电流Ilimit，因此输出电压Vout正常启动。故在此延时时间t0只要大于输出电压Vout的启动时间tr，就实现了满载启动的效果。

经过延时时间t0后来到t3时刻后该线性稳压器300完成启动进入正常工作期间，第二控制电压V2维持在高电平状态，再利用逻辑与门301的逻辑控制打开短路限流模块320(前述的第二控制电压V2维持高电平状态，响应于前述的输出电压Vout小于前述的短路判断电压Vref1，该短路指示信号V4为高电平状态，该高电平状态用以表征该短路指示信号V4的有效状态)，这样，该短路限流模块320能根据短路判断电压Vref1对前述输出电压Vout的检测生成短路指示信号V4，当前述输出电压Vout大于短路判断电压Vref1时，输出的比较信号V3为低电平，此时的逻辑与门301控制生成的短路指示信号V4为无效的低电平状态，晶体管Mp4导通，将电流源I1与电流源I0并联，此时的限制电流为：

Ilimit＝(I0+I1)*M*N (1)

当前述输出电压Vout小于短路判断电压Vref1时，即判断出输出电压Vout短路，输出高电平的比较信号，此时的逻辑与门301控制生成的短路指示信号V4为有效的高电平状态，晶体管Mp4关断，此时的短路电流为：

Ishort＝I0*M*N (2)

从而起到限制负载电流为短路电流Ishort，且该短路电流Ishort小于限制电流Ilimit的功能，使得该线性稳压器300在短路期间既能实现自身的保护，又不影响其集成电路芯片中其它电路的正常工作。

另一方面本公开还提供了一种电源管理芯片，其包括：如前所示实施例中所述的线性稳压器300。

综上所述，本公开实施例提供了一种具有短路保护的线性稳压器300和集成有该线性稳压器300的电源管理芯片，该线性稳压器300具有连接在电压输入端与电压输出端之间的功率管Mp1和电压反馈环路，该电压反馈环路通过对电压输出端的输出采样控制功率管Mp1的导通关断，以提供输出电流Iout，负载电容Cout根据该输出电流Iout提供输出电压Vout，其中，该线性稳压器300还包括：电流限制模块310，该电流限制模块310用于在该线性稳压器300正常工作期间钳位控制前述输出电流Iout的大小；短路限流模块320，用于在该线性稳压器300正常工作期间根据短路判断电压Vref1对前述输出电压Vout的检测生成短路指示信号V4，在该短路指示信号V4为无效状态期间控制前述功率管Mp1的压降，以提供当前的输出电压Vout，以及在前述短路指示信号V4为有效状态期间钳位控制前述输出电流Iout为预设的短路电流Ishort；启动保护模块330，用于在该线性稳压器300启动期间，控制前述的短路限流模块320生成无效状态的短路指示信号V4，以及在该线性稳压器300启动完成进入正常工作期间，控制该短路限流模块320生成有效状态的短路指示信号V4。以此可以实现线性稳压器300的满载启动，并且在其输出电压Vout启动后，通过对输出电压Vout的检测快速判断该线性稳压器300是否处于短路状态，并响应于检测到的短路，钳位控制输出电流Iout到预设的短路电流Ishort，以此能有效降低短路功耗，避免芯片功能受损，在实现保护芯片的同时，提高了芯片的可靠性。

应当说明的是，尽管在本文中，将器件说明为某种N沟道或P沟道器件、或者某种N型或者P型掺杂区域，然而本领域的普通技术人员可以理解，根据本发明，互补器件也是可以实现的。本领域的普通技术人员可以理解，导电类型是指导电发生的机制，例如通过空穴或者电子导电，因此导电类型不涉及掺杂浓度而涉及掺杂类型，例如P型或者N型。本领域普通技术人员可以理解，本文中使用的与电路运行相关的词语“期间”、“当”和“当……时”不是表示在启动动作开始时立即发生的动作的严格术语，而是在其与启动动作所发起的反应动作(reaction)之间可能存在一些小的但是合理的一个或多个延迟，例如各种传输延迟等。本文中使用词语“大约”或者“基本上”意指要素值(element)具有预期接近所声明的值或位置的参数。然而，如本领域所周知的，总是存在微小的偏差使得该值或位置难以严格为所声明的值。本领域已恰当的确定了，至少百分之十(10％)(对于半导体掺杂浓度，至少百分之二十(20％))的偏差是偏离所描述的准确的理想目标的合理偏差。当结合信号状态使用时，信号的实际电压值或逻辑状态(例如“1”或“0”)取决于使用正逻辑还是负逻辑。

此外，还需要说明，在本文中的诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本公开所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本公开的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种具有短路保护的线性稳压器，其具有连接在电压输入端与电压输出端之间的功率管和电压反馈环路，所述电压反馈环路通过对所述电压输出端的输出采样控制所述功率管的导通关断，以提供输出电流，负载电容根据所述输出电流提供输出电压，其中，所述线性稳压器还包括：

电流限制模块，所述电流限制模块用于在所述线性稳压器正常工作期间钳位控制所述输出电流的大小；

短路限流模块，用于在所述线性稳压器正常工作期间根据短路判断电压对所述输出电压的检测生成短路指示信号，在所述短路指示信号为无效状态期间控制所述功率管的压降，以提供当前的输出电压，以及在所述短路指示信号为有效状态期间钳位控制所述输出电流为预设的短路电流；

启动保护模块，与所述短路限流模块连接，用于在所述线性稳压器启动期间，控制所述短路限流模块生成无效状态的短路指示信号，以及在所述线性稳压器启动完成进入正常工作期间，控制所述短路限流模块生成有效状态的短路指示信号。

2.根据权利要求1所述的线性稳压器，其中，所述启动保护模块包括：

第一反相器，用于对所述输入电压进行检测，响应于所述输入电压小于预设的翻转阈值电压，所述第一反相器输出高电平的第一控制电压，或者响应于所述输入电压大于所述翻转阈值电压，所述第一反相器输出低电平的第一控制电压；

延迟单元，与所述第一反相器的输出端连接，用于根据所述第一控制电压生成第二控制电压，

并且，所述延迟单元的延时时间大于所述输出电压的启动时间。

3.根据权利要求2所述的线性稳压器，其中，所述短路限流模块包括：

第一比较器，所述第一比较器的同相输入端接入所述短路判断电压，反相输入端接入所述输出电压，输出端提供比较信号。

4.根据权利要求3所述的线性稳压器，其中，还包括：

逻辑与门，输入端分别连接所述第一比较器的输出端和所述延迟单元的输出端，输出端连接所述电流限制模块，用以提供所述短路指示信号。

5.根据权利要求4所述的线性稳压器，其中，所述线性稳压器在启动期间，所述第二控制电压维持低电平状态，且所述短路指示信号维持为低电平状态，该低电平状态用以表征所述短路指示信号的无效状态；

所述线性稳压器在正常工作期间，所述第二控制电压维持高电平状态，响应于所述输出电压小于所述短路判断电压，所述短路指示信号为高电平状态，该高电平状态用以表征所述短路指示信号的有效状态。

6.根据权利要求4所述的线性稳压器，其中，所述延迟单元包括：

第一晶体管，所述第一晶体管的控制端连接所述第一反相器的输出端，接入所述第一控制电压，第二端接地；

串联连接在所述电压输入端与地之间的第一电流源和第一电容，且所述第一电流源与所述第一电容之间的连接节点与所述第一晶体管的第一端连接；

第二反相器，输入端连接所述第一电流源与所述第一电容之间的连接节点；

第三反相器，输入端连接所述第二反相器的输出端，输出端用以提供所述第二控制电压。

7.根据权利要求6所述的线性稳压器，其中，所述电流限制模块包括：

串联连接在所述电压输入端与地之间的第二晶体管和第三晶体管，所述第二晶体管的控制端连接所述功率管的控制端，且所述第三晶体管的第一端与其自身的控制端连接；

串联连接在所述电压输入端与地之间的第二电流源和第四晶体管，所述第四晶体管的控制端与所述第三晶体管的控制端连接；

并联连接在所述第二电流源两端的第五晶体管和第三电流源，所述第五晶体管的控制端连接所述逻辑与门的输出端，用以接入所述短路指示信号；

第六晶体管，所述第六晶体管的第一端连接所述电压输入端，第二端连接所述功率管的控制端，控制端连接在所述第二电流源与所述第四晶体管的连接节点。

8.根据权利要求7所述的线性稳压器，其中，所述功率管和所述第二晶体管的宽长比为M：1，且所述第三晶体管和所述第四晶体管的宽长比为N：1，

其中，M和N的其中任一为大于0的正实数。

9.根据权利要求1所述的线性稳压器，其中，所述电压反馈环路包括：

串联连接在所述电压输出端与地之间的第一电阻和第二电阻，且所述第一电阻与所述第二电阻的连接节点用于提供反馈电压；

误差放大器，所述误差放大器的负输入端接入预设的基准电压，正输入端接入所述反馈电压，输出端连接所述功率管的控制端，用以提供开关控制信号，该开关控制信号用以控制所述功率管的导通关断，以调节所述负载电容提供的所述输出电压。

10.根据权利要求8所述的线性稳压器，其中，所述功率管、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管的其中任一为金属氧化物半导体场效应晶体管。

11.根据权利要求8所述的线性稳压器，其中，所述第一晶体管、第三晶体管和第四晶体管均为N型金属氧化物半导体场效应晶体管，且所述功率管、第二晶体管、第五晶体管和第六晶体管均为P型金属氧化物半导体场效应晶体管。

12.一种电源管理芯片，包括：

如权利要求1～11中任一项所述的线性稳压器。

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