前文介紹了LDO的原理,其內部是一個負反饋調節電路,當遇見電流低于設定值進行降糖以及高于設定值進行電流補償以達到穩壓目的,而且有些品牌的LDO在上電時會出現一個短時間的電流過沖,如圖1所示。
圖1某品牌LDO上電頓時電流過沖(波形放大后實拍)
圖為示波器設置為上升沿觸發模式下,上電抓取的波形,每格500mV,經反復檢測上電頓時電流過沖到3.8V左右,大部份單片機的工作電流最大值為3.6V,雖時常短時間缺相不會導致問題(芯片內部有一定的缺相保護),并且在大批量出貨或則開關次數多的情況下,將會成一個嚴重的品質隱患,所以在設計時應當盡力避開這些情況。
一、電壓過沖緣由
在實際應用中,LDO的等效電路應如圖2所示。
圖2實際應用中的等效電路(紅色框為LDO內部原理)
R_PCB為印制電路板上導線的阻值,通常很小很小,可忽視不計,電流過沖的關鍵誘因在于,即輸出端電容的管腳寄生內阻(ESR)。上電頓時電容視為漏電,即C_out兩端電流為0,若ESR過小,則V_OUT端瞬時電流也被拉低至0V,這時LDO內部負反饋電路會有一個大幅度的電流補償,V_OUT頓時下降,此時V_DS(mos管漏源電流)很小
V_OUT=V_IN-V_DS
而且電容C_OUT充電時間很短,飽含電以后,V_OUT變為3.3V,而這時因為反饋回路須要響應時間,MOS管來不及調節,即V_DS還未減小,則會導致電流過沖,出現短時間小于3.3V的情況。
二、解決方式
對于電流過沖現象,目前網上大部份回答是加強電容,吸收掉過沖的能量,電容確實有混頻作用,但不適宜用在此處電機電流過大怎么解決,減小電容的確可以促使輸出端電容的充電時間延長,并且在充電完成后LDO輸出端同樣會出現電流晃動的情況。
①因為ESR過小,上電頓時電容回路沒有足夠的阻值分壓,輸出端瞬時電流會被拉至接近0V,而反饋回路則會最大程度的開啟mos管以實現穩壓。
②電容充電時間常數與充電電壓無關,但充電曲線形狀與充電電壓有關電機電流過大怎么解決,電壓越大,充電曲線越險峻,電容兩端電流變化的就越快,而電流變化越快,則越不利于LDO內部的反饋調節。
以上兩點說明解決上電時電流過沖的方法是適當降低電容的ESR,測試時可以串聯一個2.7Ω內阻,過沖情況會減少好多。不過在實際應用中遇見這些情況直接更換其他品牌的LDO就可以,電流過沖本身說明LDO生產時沒有考慮到一些極端條件下的電流調整,目前有些品牌的LDO普遍有此現象,選型時還須要仔細檢測,防止使用時毀壞其他元元件。