LDO如何實(shí)現(xiàn)輸出過(guò)載保護(hù)?
2023/3/16 11:39:52??????點(diǎn)擊:
線性穩(wěn)壓源(LDO)在電路中的應(yīng)用可謂是司空見(jiàn)慣,由于效率低,所以輸入輸出壓差不能過(guò)大,輸出電流也不能太大,否則就容易過(guò)流引起高溫?zé)龤У?。那么,LDO是如何實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)的呢?
本文將用一個(gè)基本串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源,簡(jiǎn)單說(shuō)明一下LDO的電流折回保護(hù)原理,從而實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)機(jī)制。
如下圖所示,這是一種常用的達(dá)林頓對(duì)管Q1和Q2組成的穩(wěn)壓電源。將輸入電壓經(jīng)過(guò)調(diào)整后,產(chǎn)生負(fù)載電壓Vout,其中反饋網(wǎng)絡(luò)R1和R2對(duì)輸出Vout采樣,將反饋量送入誤差放大器就,并和基準(zhǔn)源Vref比較,從而調(diào)整達(dá)林頓對(duì)管Q1和Q2的開(kāi)啟,使得輸出電壓穩(wěn)定:
如果負(fù)載短路,就會(huì)使得瞬間電流超過(guò)BJT的SOA區(qū)間,造成BJT的損壞,因此要對(duì)這種基本的穩(wěn)壓電源輸出端進(jìn)行保護(hù)。
下圖是常規(guī)采用的短路保護(hù),正常工作的時(shí)候Q3是不導(dǎo)通,此時(shí)VBE<0.6V。
假設(shè)短路到GND的最大電流是1A,設(shè)計(jì)Rsc=0.6Ω,Ishort=VBE/Rsc。
只要負(fù)載電流超過(guò)1A,那么Q3就導(dǎo)通,Q1和Q2就關(guān)閉,輸出就截止。
這種短路保護(hù)電路具有一定使用價(jià)值。
在這種電路得到的輸出特性曲線,輸出電壓在短路的時(shí)候降低,運(yùn)放輸出低電平,在輸出電壓從Vo降低到0的過(guò)程,輸出電流會(huì)有一段時(shí)間持續(xù)Isc,造成在此段時(shí)間內(nèi),BJT的功耗比較高。
下面討論另一種過(guò)載保護(hù)措施——電流折回保護(hù)。
這種電路設(shè)計(jì)的保護(hù)電流是Ifb,到輸出Vo短路,電壓降低的過(guò)程。只要觸發(fā)到輸出電流為Ifb的時(shí)候,Q3就會(huì)導(dǎo)通,運(yùn)放輸出低電平,在Q1和Q2關(guān)閉的過(guò)程中,輸出電壓也在慢慢降低,Q3基極電壓需要R3和R4分壓,那么Q3的基極電壓是圖中2點(diǎn)處電壓減去out電壓,輸出電壓out降低,就會(huì)讓Q3飽和加深,讓Q1和Q2截止的更快。此時(shí)就能讓流過(guò)Rfb的電流從Ifb過(guò)渡到降低為Isc,實(shí)現(xiàn)輸出過(guò)載保護(hù)的電流折回效果,效果如下圖所示。
然而,這種分析僅僅是一種簡(jiǎn)單的討論,芯片內(nèi)部的保護(hù)機(jī)制會(huì)更加嚴(yán)謹(jǐn)。
目前市場(chǎng)大部分LDO都采用這種電流折返保護(hù)機(jī)制,當(dāng)輸出電壓為1.8V時(shí),輸出電流的最大值和輸出Vout電壓有關(guān)系。在輸出到0.7-1.8V時(shí),此時(shí)輸出是異常的,LDO的輸出電流限制在約為0.6A左右。當(dāng)輸出電壓再進(jìn)一步降低,低于0.7V的時(shí)候,電流限制作用更加明顯,輸出只能輸出0.4A。當(dāng)輸出為0時(shí),輸出電流只有200mA,起到了輸出短路的時(shí)候,保護(hù)LDO的要求;即使輸出長(zhǎng)期處于短路的狀態(tài),LDO內(nèi)部的主要發(fā)熱器件,BJT也不會(huì)因?yàn)楦邷囟鵁龤А?/span>
本文將用一個(gè)基本串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源,簡(jiǎn)單說(shuō)明一下LDO的電流折回保護(hù)原理,從而實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)機(jī)制。
如下圖所示,這是一種常用的達(dá)林頓對(duì)管Q1和Q2組成的穩(wěn)壓電源。將輸入電壓經(jīng)過(guò)調(diào)整后,產(chǎn)生負(fù)載電壓Vout,其中反饋網(wǎng)絡(luò)R1和R2對(duì)輸出Vout采樣,將反饋量送入誤差放大器就,并和基準(zhǔn)源Vref比較,從而調(diào)整達(dá)林頓對(duì)管Q1和Q2的開(kāi)啟,使得輸出電壓穩(wěn)定:
Vout=Vref*(1+R2/R1)
如果負(fù)載短路,就會(huì)使得瞬間電流超過(guò)BJT的SOA區(qū)間,造成BJT的損壞,因此要對(duì)這種基本的穩(wěn)壓電源輸出端進(jìn)行保護(hù)。
下圖是常規(guī)采用的短路保護(hù),正常工作的時(shí)候Q3是不導(dǎo)通,此時(shí)VBE<0.6V。
假設(shè)短路到GND的最大電流是1A,設(shè)計(jì)Rsc=0.6Ω,Ishort=VBE/Rsc。
只要負(fù)載電流超過(guò)1A,那么Q3就導(dǎo)通,Q1和Q2就關(guān)閉,輸出就截止。
這種短路保護(hù)電路具有一定使用價(jià)值。
在這種電路得到的輸出特性曲線,輸出電壓在短路的時(shí)候降低,運(yùn)放輸出低電平,在輸出電壓從Vo降低到0的過(guò)程,輸出電流會(huì)有一段時(shí)間持續(xù)Isc,造成在此段時(shí)間內(nèi),BJT的功耗比較高。
下面討論另一種過(guò)載保護(hù)措施——電流折回保護(hù)。
這種電路設(shè)計(jì)的保護(hù)電流是Ifb,到輸出Vo短路,電壓降低的過(guò)程。只要觸發(fā)到輸出電流為Ifb的時(shí)候,Q3就會(huì)導(dǎo)通,運(yùn)放輸出低電平,在Q1和Q2關(guān)閉的過(guò)程中,輸出電壓也在慢慢降低,Q3基極電壓需要R3和R4分壓,那么Q3的基極電壓是圖中2點(diǎn)處電壓減去out電壓,輸出電壓out降低,就會(huì)讓Q3飽和加深,讓Q1和Q2截止的更快。此時(shí)就能讓流過(guò)Rfb的電流從Ifb過(guò)渡到降低為Isc,實(shí)現(xiàn)輸出過(guò)載保護(hù)的電流折回效果,效果如下圖所示。
然而,這種分析僅僅是一種簡(jiǎn)單的討論,芯片內(nèi)部的保護(hù)機(jī)制會(huì)更加嚴(yán)謹(jǐn)。
目前市場(chǎng)大部分LDO都采用這種電流折返保護(hù)機(jī)制,當(dāng)輸出電壓為1.8V時(shí),輸出電流的最大值和輸出Vout電壓有關(guān)系。在輸出到0.7-1.8V時(shí),此時(shí)輸出是異常的,LDO的輸出電流限制在約為0.6A左右。當(dāng)輸出電壓再進(jìn)一步降低,低于0.7V的時(shí)候,電流限制作用更加明顯,輸出只能輸出0.4A。當(dāng)輸出為0時(shí),輸出電流只有200mA,起到了輸出短路的時(shí)候,保護(hù)LDO的要求;即使輸出長(zhǎng)期處于短路的狀態(tài),LDO內(nèi)部的主要發(fā)熱器件,BJT也不會(huì)因?yàn)楦邷囟鵁龤А?/span>
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