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  • LDO在上電時電壓過沖問題解析
    • 發(fā)布時間:2023-04-01 16:56:19
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    LDO在上電時電壓過沖問題解析
    通過LDO原理介紹,其內(nèi)部是一個負反饋調(diào)節(jié)電路,當遇到電壓高于設(shè)定值進行降壓以及低于設(shè)定值進行電壓補償以達到穩(wěn)壓目的,但是有些品牌的LDO在上電時會出現(xiàn)一個短時間的電壓過沖,如圖1所示。
    LDO 上電 電壓過沖
    圖1 某品牌LDO上電瞬間電壓過沖(波形放大后實拍)
    圖為示波器設(shè)置為上升沿觸發(fā)模式下,上電抓取的波形,每格500mV,經(jīng)反復測量上電瞬間電壓過沖到3.8V左右,大部分單片機的工作電壓最大值為3.6V,雖偶爾短時間過壓不會造成問題(芯片內(nèi)部有一定的過壓保護),但是在大批量出貨或者開關(guān)次數(shù)多的情況下,將會成一個嚴重的品質(zhì)隱患,所以在設(shè)計時應(yīng)該竭力避免這種情況。
    電壓過沖原因
    在實際應(yīng)用中,LDO的等效電路應(yīng)如圖2所示。
    LDO 上電 電壓過沖
    圖2 實際應(yīng)用中的等效電路(黃色框為LDO內(nèi)部原理)
    R_PCB為印制電路板上導線的電阻,一般很小很小,可忽略不計,電壓過沖的關(guān)鍵因素在于ESR_OUT,即輸出端電容的管腳寄生電阻(ESR)。
    上電瞬間電容視為短路,即C_out兩端電壓為0,若ESR過小,則V_OUT端瞬時電壓也被拉低至0V,這時LDO內(nèi)部負反饋電路會有一個大幅度的電壓補償,V_OUT瞬間升高,此時V_DS(mos管漏源電壓)很小
    V_OUT = V_IN - V_DS
    但是電容C_OUT充電時間很短,充滿電之后,V_OUT變?yōu)?.3V,而這時由于反饋回路需要響應(yīng)時間,MOS管來不及調(diào)節(jié),即V_DS還未增大,則會引起電壓過沖,出現(xiàn)短時間大于3.3V的情況。
    解決方法
    對于電壓過沖現(xiàn)象,目前網(wǎng)上大部分回答是加大電容,吸收掉過沖的能量,電容確實有濾波作用,但不適合用在此處,增大電容的確可以使得輸出端電容的充電時間延長,但是在充電完成后LDO輸出端同樣會出現(xiàn)電壓抖動的情況。
    ① 因為ESR過小,上電瞬間電容回路沒有足夠的電阻分壓,輸出端瞬時電壓會被拉至接近0V,而反饋回路則會最大程度的開啟mos管以實現(xiàn)穩(wěn)壓。
    ② 電容充電時間常數(shù)與充電電流無關(guān),但充電曲線形狀與充電電流有關(guān),電流越大,充電曲線越陡峭,電容兩端電壓變化的就越快,而電壓變化越快,則越不利于LDO內(nèi)部的反饋調(diào)節(jié)。
    以上兩點說明解決上電時電壓過沖的方式是適當增加電容的ESR,測試時可以串聯(lián)一個2.7Ω電阻,過沖情況會減輕很多。不過在實際應(yīng)用中遇到這種情況直接更換其他品牌的LDO就可以,電壓過沖本身說明LDO生產(chǎn)時沒有考慮到一些極端條件下的電壓調(diào)整,目前有些品牌的LDO普遍有此現(xiàn)象,選型時還需要仔細測量,避免使用時損壞其他元器件。
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