恒流負(fù)載導(dǎo)致的啟動(dòng)故障

內(nèi)置折返式限流電路的線性穩(wěn)壓器IC，在IC啟動(dòng)前輸出端被施加恒流負(fù)載時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)法啟動(dòng)的問(wèn)題。

本文的關(guān)鍵要點(diǎn)

?內(nèi)置折返式限流電路的線性穩(wěn)壓器在啟動(dòng)前被施加恒流負(fù)載時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)法啟動(dòng)的故障。

?內(nèi)置折返式限流電路的線性穩(wěn)壓器的這種故障可以通過(guò)使用具有電流下垂特性的過(guò)電流保護(hù)電路的線性穩(wěn)壓器來(lái)解決。

?如果因恒流負(fù)載而使電流流過(guò)在IC的輸出引腳和接地之間的ESD保護(hù)二極管或寄生二極管，則IC可能會(huì)劣化甚至損壞，因此需要在IC的輸出引腳和接地之間連接肖特基勢(shì)壘二極管來(lái)進(jìn)行保護(hù)。

內(nèi)置折返式限流電路的線性穩(wěn)壓器IC，在IC啟動(dòng)前輸出端被施加恒流負(fù)載時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)法啟動(dòng)的問(wèn)題。

正常負(fù)載（電阻、電容）時(shí)的啟動(dòng)時(shí)序

圖1是電流折返特性示例。當(dāng)IC的輸出處于過(guò)負(fù)載狀態(tài)、輸出電流達(dá)到限值時(shí)，通過(guò)使輸出電流限制線性降低的方式來(lái)降低輸出電壓，將IC的功耗保持在限制范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

由于折返式電流限制功能在啟動(dòng)時(shí)也起作用，因此IC的啟動(dòng)將遵循其折返特性。首先，我們使用圖1和圖2來(lái)介紹輸出負(fù)載為正常的電阻或電容時(shí)的啟動(dòng)時(shí)序。圖2為電路的啟動(dòng)波形，其中穩(wěn)壓器輸出端連接了100μF的電容器，以及5V時(shí)流過(guò)500mA的輸出（負(fù)載）電流的電阻負(fù)載。兩個(gè)圖中的（A）～（E）分別表示相同的時(shí)間點(diǎn)。

圖1. 電流折返特性示例

圖2. 啟動(dòng)波形示例

VCC＝12V、VOUT＝5V、COUT＝100μF、IOUT＝500mA

在供給VCC之前的時(shí)間點(diǎn)，輸出電壓和輸出電流均為零。IC從被供給VCC的（A）時(shí)間點(diǎn)開(kāi)始啟動(dòng)，輸出開(kāi)始上升。由于輸出端連接著100μF的輸出電容器，所以輸出電流因電容器充電而急劇增加。這種電流被稱(chēng)為“浪涌電流”，如果不加以限制，可能會(huì)導(dǎo)致瞬間流過(guò)極限大電流。在該示例中，如圖所示，電流被限制在300mA左右。

之后，輸出電流沿折返曲線呈線性增加，并逐漸對(duì)輸出電容器進(jìn)行充電，輸出電壓也隨之沿折返曲線上升，并按照（B）點(diǎn)、（C）點(diǎn)、（D）點(diǎn)推移。

在（D）點(diǎn)，輸出電容器的充電基本完成，輸出電壓達(dá)到設(shè)定值，輸出電流也進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。

在（E）點(diǎn)，輸出電壓充分上升并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，輸出電流達(dá)到正常負(fù)載500mA。

這樣，具有折返式限流電路的線性穩(wěn)壓器從零點(diǎn)開(kāi)始，沿著折返曲線啟動(dòng)。如果負(fù)載是電阻或電容，在啟動(dòng)時(shí)可能會(huì)受到電流限制，但只要有電流提供給輸出端，輸出電壓就一定會(huì)上升。

恒流負(fù)載的情況

接下來(lái)，我們來(lái)介紹一下恒流負(fù)載的情況。如果在IC啟動(dòng)前對(duì)輸出施加恒流負(fù)載，那么電流會(huì)流過(guò)IC輸出引腳和接地之間的二極管，就會(huì)產(chǎn)生正向電壓，所以輸出引腳電壓為-1VF（約-0.7V）。該二極管是IC內(nèi)置的ESD保護(hù)二極管或結(jié)構(gòu)上存在的寄生二極管（圖3）。

圖3. 如果在啟動(dòng)前被施加了恒流負(fù)載，則在內(nèi)部二極管中會(huì)產(chǎn)生VF，輸出引腳電壓變?yōu)?1VF。

圖4. 啟動(dòng)前施加恒流負(fù)載時(shí)

例如，假設(shè)恒流負(fù)載為500mA。圖4中的（A）點(diǎn)是IC開(kāi)始啟動(dòng)的點(diǎn)，如前所述，由于恒流負(fù)載，輸出電壓為負(fù)。當(dāng)IC啟動(dòng)時(shí)，輸出電流開(kāi)始流動(dòng)，但由于輸出電壓為-0.7V，因此供電電流小于0V時(shí)的供電電流，在本例中約為200mA。由于負(fù)載是500mA的恒流負(fù)載，所以輸出電壓僅憑200mA的供電電流無(wú)法上升，在（B）點(diǎn)處于鎖存狀態(tài)，輸出電壓無(wú)法上升，即發(fā)生啟動(dòng)故障。

如果在IC已經(jīng)完成啟動(dòng)并且輸出電壓已達(dá)到設(shè)定電壓的狀態(tài)下連接恒流負(fù)載，就可以繼續(xù)運(yùn)行。這是因?yàn)镮C已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，在本例中則可以充分提供500mA的電流。但是，一旦輸出短路（變?yōu)?V），就會(huì)回到圖4中的（A）點(diǎn)，所以會(huì)處于前述的在啟動(dòng)前施加恒流負(fù)載時(shí)發(fā)生的狀態(tài)，同樣會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)故障。

作為這種故障的對(duì)策，可以選用啟動(dòng)時(shí)IC能夠提供的輸出電流值大于恒流負(fù)載值的IC。

然而，對(duì)于具有折返式限流電路的線性穩(wěn)壓器而言，由于其特性，在0V輸出時(shí)可以供給的電流值被設(shè)置得很小，在很多情況下并不能保證電流值。因此，如果要在啟動(dòng)前施加恒流負(fù)載的條件下使用時(shí)，可使用過(guò)電流保護(hù)電路具有電流下垂特性的線性穩(wěn)壓器來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。如圖5所示，電流下垂型特性在0V輸出時(shí)可供給的電流值接近于最大輸出電流，因此即使有恒流負(fù)載也能正常啟動(dòng)。

圖5. 過(guò)電流保護(hù)電路的電流下垂特性示例

圖6. 輸出引腳的反向電壓保護(hù)

雖然與處理啟動(dòng)故障并沒(méi)有直接關(guān)系，但是還是要提醒一下：如果恒流負(fù)載使IC的輸出引腳和接地之間的ESD保護(hù)二極管或寄生二極管中流過(guò)電流，可能會(huì)導(dǎo)致元器件劣化或損壞。要想防止這種情況，可以在輸出引腳和接地之間連接肖特基勢(shì)壘二極管（參見(jiàn)圖6）。