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LDO如何实现输出过载保护

返回列表来源:壹芯微 发布日期 2023-02-24 浏览:-

线性稳压源(LDO)在电路中的应用可谓是司空见惯,由于效率低,所以输入输出压差不能过大,输出电流也不能太大,否则就容易过流引起高温烧毁的。那么,LDO是如何实现过流保护的呢?

本文将用一个基本串联调整稳压电源,简单说明一下LDO的电流折回保护原理,从而实现过流保护机制。

如下图所示,这是一种常用的达林顿对管Q1和Q2组成的稳压电源。将输入电压经过调整后,产生负载电压Vout,其中反馈网络R1和R2对输出Vout采样,将反馈量送入误差放大器就,并和基准源Vref比较,从而调整达林顿对管Q1和Q2的开启,使得输出电压稳定:

Vout=Vref*(1+R2/R1)
21.jpg

如果负载短路,就会使得瞬间电流超过BJT的SOA区间,造成BJT的损坏,因此要对这种基本的稳压电源输出端进行保护。

下图是常规采用的短路保护,正常工作的时候Q3是不导通,此时VBE<0.6V。

假设短路到GND的最大电流是1A,设计Rsc=0.6Ω,Ishort=VBE/Rsc。

只要负载电流超过1A,那么Q3就导通,Q1和Q2就关闭,输出就截止。

这种短路保护电路具有一定使用价值。
22.jpg

在这种电路得到的输出特性曲线,输出电压在短路的时候降低,运放输出低电平,在输出电压从Vo降低到0的过程,输出电流会有一段时间持续Isc,造成在此段时间内,BJT的功耗比较高。
23.jpg

下面讨论另一种过载保护措施——电流折回保护。
24.jpg

这种电路设计的保护电流是Ifb,到输出Vo短路,电压降低的过程。只要触发到输出电流为Ifb的时候,Q3就会导通,运放输出低电平,在Q1和Q2关闭的过程中,输出电压也在慢慢降低,Q3基极电压需要R3和R4分压,那么Q3的基极电压是图中2点处电压减去out电压,输出电压out降低,就会让Q3饱和加深,让Q1和Q2截止的更快。此时就能让流过Rfb的电流从Ifb过渡到降低为Isc,实现输出过载保护的电流折回效果,效果如下图所示。
25.png

然而,这种分析仅仅是一种简单的讨论,芯片内部的保护机制会更加严谨。

目前市场大部分LDO都采用这种电流折返保护机制,当输出电压为1.8V时,输出电流的最大值和输出Vout电压有关系。在输出到0.7-1.8V时,此时输出是异常的,LDO的输出电流限制在约为0.6A左右。当输出电压再进一步降低,低于0.7V的时候,电流限制作用更加明显,输出只能输出0.4A。当输出为0时,输出电流只有200mA,起到了输出短路的时候,保护LDO的要求;即使输出长期处于短路的状态,LDO内部的主要发热器件,BJT也不会因为高温而烧毁。
26.jpg

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