恒流負(fù)載導(dǎo)致的啟動故障

內(nèi)置折返式限流電路的線性穩(wěn)壓器IC，在IC啟動前輸出端被施加恒流負(fù)載時，可能會出現(xiàn)無法啟動的問題。

本文的關(guān)鍵要點

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

?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使用具有電流下垂特性的過電流保護(hù)電路的線性穩(wěn)壓器來解決。

?如果因恒流負(fù)載而使電流流過在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壘二極管來進(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啟動前輸出端被施加恒流負(fù)載時，可能會出現(xiàn)無法啟動的問題。

正常負(fù)載（電阻、電容）時的啟動時序

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

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

圖1. 電流折返特性示例

圖2. 啟動波形示例

VCC＝12V、VOUT＝5V、COUT＝100μF、IOUT＝500mA

在供給VCC之前的時間點，輸出電壓和輸出電流均為零。IC從被供給VCC的（A）時間點開始啟動，輸出開始上升。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。這種電流被稱為“浪涌電流”，如果不加以限制，可能會導(dǎo)致瞬間流過極限大電流。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、（C）點、（D）點推移。

在（D）點，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，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)壓器從零點開始，沿著折返曲線啟動。如果負(fù)載是電阻或電容，在啟動時可能會受到電流限制，但只要有電流提供給輸出端，輸出電壓就一定會上升。

恒流負(fù)載的情況

接下來，我們來介紹一下恒流負(fù)載的情況。如果在IC啟動前對輸出施加恒流負(fù)載，那么電流會流過IC輸出引腳和接地之間的二極管，就會產(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. 如果在啟動前被施加了恒流負(fù)載，則在內(nèi)部二極管中會產(chǎn)生VF，輸出引腳電壓變?yōu)?1VF。

圖4. 啟動前施加恒流負(fù)載時

例如，假設(shè)恒流負(fù)載為500mA。圖4中的（A）點是IC開始啟動的點，如前所述，由于恒流負(fù)載，輸出電壓為負(fù)。當(dāng)IC啟動時，輸出電流開始流動，但由于輸出電壓為-0.7V，因此供電電流小于0V時的供電電流，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的供電電流無法上升，在（B）點處于鎖存狀態(tài)，輸出電壓無法上升，即發(fā)生啟動故障。

如果在IC已經(jīng)完成啟動并且輸出電壓已達(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)運行。這是因為IC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），就會回到圖4中的（A）點，所以會處于前述的在啟動前施加恒流負(fù)載時發(fā)生的狀態(tài)，同樣會出現(xiàn)啟動故障。

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

然而，對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，如果要在啟動前施加恒流負(fù)載的條件下使用時，可使用過電流保護(hù)電路具有電流下垂特性的線性穩(wěn)壓器來解決這個問題。如圖5所示，電流下垂型特性在0V輸出時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。

圖5. 過電流保護(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)

雖然與處理啟動故障并沒有直接關(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電流，可能會導(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壘二極管（參見圖6）。