LDO如何實現(xiàn)輸出過載保護？
2023/3/16 11:39:52??????點擊：
線性穩(wěn)壓源（LDO）在電路中的應用可謂是司空見慣，由于效率低，所以輸入輸出壓差不能過大，輸出電流也不能太大，否則就容易過流引起高溫燒毀的。那么，LDO是如何實現(xiàn)過流保護的呢？
本文將用一個基本串聯(lián)調整穩(wěn)壓電源，簡單說明一下LDO的電流折回保護原理，從而實現(xiàn)過流保護機制。
如下圖所示，這是一種常用的達林頓對管Q1和Q2組成的穩(wěn)壓電源。將輸入電壓經過調整后，產生負載電壓Vout，其中反饋網絡R1和R2對輸出Vout采樣，將反饋量送入誤差放大器就，并和基準源Vref比較，從而調整達林頓對管Q1和Q2的開啟，使得輸出電壓穩(wěn)定：
如果負載短路，就會使得瞬間電流超過BJT的SOA區(qū)間，造成BJT的損壞，因此要對這種基本的穩(wěn)壓電源輸出端進行保護。
下圖是常規(guī)采用的短路保護，正常工作的時候Q3是不導通，此時VBE＜0.6V。
假設短路到GND的最大電流是1A，設計Rsc=0.6Ω，Ishort=VBE/Rsc。
只要負載電流超過1A，那么Q3就導通，Q1和Q2就關閉，輸出就截止。
這種短路保護電路具有一定使用價值。
在這種電路得到的輸出特性曲線，輸出電壓在短路的時候降低，運放輸出低電平，在輸出電壓從Vo降低到0的過程，輸出電流會有一段時間持續(xù)Isc，造成在此段時間內，BJT的功耗比較高。
下面討論另一種過載保護措施——電流折回保護。
這種電路設計的保護電流是Ifb，到輸出Vo短路，電壓降低的過程。只要觸發(fā)到輸出電流為Ifb的時候，Q3就會導通，運放輸出低電平，在Q1和Q2關閉的過程中，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點處電壓減去out電壓，輸出電壓out降低，就會讓Q3飽和加深，讓Q1和Q2截止的更快。此時就能讓流過Rfb的電流從Ifb過渡到降低為Isc，實現(xiàn)輸出過載保護的電流折回效果，效果如下圖所示。
然而，這種分析僅僅是一種簡單的討論，芯片內部的保護機制會更加嚴謹。
目前市場大部分LDO都采用這種電流折返保護機制，當輸出電壓為1.8V時，輸出電流的最大值和輸出Vout電壓有關系。在輸出到0.7-1.8V時，此時輸出是異常的，LDO的輸出電流限制在約為0.6A左右。當輸出電壓再進一步降低，低于0.7V的時候，電流限制作用更加明顯，輸出只能輸出0.4A。當輸出為0時，輸出電流只有200mA，起到了輸出短路的時候，保護LDO的要求；即使輸出長期處于短路的狀態(tài)，LDO內部的主要發(fā)熱器件，BJT也不會因為高溫而燒毀。
本文將用一個基本串聯(lián)調整穩(wěn)壓電源，簡單說明一下LDO的電流折回保護原理，從而實現(xiàn)過流保護機制。
如下圖所示，這是一種常用的達林頓對管Q1和Q2組成的穩(wěn)壓電源。將輸入電壓經過調整后，產生負載電壓Vout，其中反饋網絡R1和R2對輸出Vout采樣，將反饋量送入誤差放大器就，并和基準源Vref比較，從而調整達林頓對管Q1和Q2的開啟，使得輸出電壓穩(wěn)定：
Vout=Vref*（1+R2/R1）
如果負載短路，就會使得瞬間電流超過BJT的SOA區(qū)間，造成BJT的損壞，因此要對這種基本的穩(wěn)壓電源輸出端進行保護。
下圖是常規(guī)采用的短路保護，正常工作的時候Q3是不導通，此時VBE＜0.6V。
假設短路到GND的最大電流是1A，設計Rsc=0.6Ω，Ishort=VBE/Rsc。
只要負載電流超過1A，那么Q3就導通，Q1和Q2就關閉，輸出就截止。
這種短路保護電路具有一定使用價值。
在這種電路得到的輸出特性曲線，輸出電壓在短路的時候降低，運放輸出低電平，在輸出電壓從Vo降低到0的過程，輸出電流會有一段時間持續(xù)Isc，造成在此段時間內，BJT的功耗比較高。
下面討論另一種過載保護措施——電流折回保護。
這種電路設計的保護電流是Ifb，到輸出Vo短路，電壓降低的過程。只要觸發(fā)到輸出電流為Ifb的時候，Q3就會導通，運放輸出低電平，在Q1和Q2關閉的過程中，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點處電壓減去out電壓，輸出電壓out降低，就會讓Q3飽和加深，讓Q1和Q2截止的更快。此時就能讓流過Rfb的電流從Ifb過渡到降低為Isc，實現(xiàn)輸出過載保護的電流折回效果，效果如下圖所示。
然而，這種分析僅僅是一種簡單的討論，芯片內部的保護機制會更加嚴謹。
目前市場大部分LDO都采用這種電流折返保護機制，當輸出電壓為1.8V時，輸出電流的最大值和輸出Vout電壓有關系。在輸出到0.7-1.8V時，此時輸出是異常的，LDO的輸出電流限制在約為0.6A左右。當輸出電壓再進一步降低，低于0.7V的時候，電流限制作用更加明顯，輸出只能輸出0.4A。當輸出為0時，輸出電流只有200mA，起到了輸出短路的時候，保護LDO的要求；即使輸出長期處于短路的狀態(tài)，LDO內部的主要發(fā)熱器件，BJT也不會因為高溫而燒毀。
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