механизм защиты от перегрузки по току LDO

Линейные стабилизаторы напряжения (LDO) регулируют выходное напряжение для обеспечения стабильной работы при изменяющихся значениях тока нагрузки. Однако, когда ток нагрузки превышает расчетный диапазон, например, при коротком замыкании или перегрузке, чрезмерный ток может привести к перегреву микросхемы или даже к ее повреждению. Для решения этой проблемы были разработаны механизмы защиты от перегрузки по току, которые ограничивают выходной ток и защищают как LDO, так и его нагрузку. LDO обычно имеют два механизма защиты от перегрузки по току: ограничение тока по принципу «кирпичной стены» и отключение по току.

1. Ограничение тока с помощью кирпичной стены

Как следует из названия, ограничение тока по принципу «кирпичной стены» — это механизм «жесткого» отключения. Когда выходной ток превышает заданный предел тока, I_LIMIT,

LDO быстро ограничивает выходной ток до I_LIMIT. Из-за высокого тока нагрузки температура LDO постепенно повышается. Как только срабатывает защитная температура LDO, выходной ток LDO немедленно отключается. Кривая выходного напряжения-тока напоминает «кирпичную стену», препятствующую дальнейшему увеличению тока. Например, в техническом описании TPS7A16 указан порог ограничения тока на уровне 105 мА (типичное значение).

Как видно из графика зависимости выходного напряжения от тока нагрузки на рисунке выше, когда ток нагрузки превышает I_LIMIT и срабатывает защита LDO от перегрева, выходное напряжение резко падает. Этот механизм обычно реализуется с помощью внутренней схемы измерения тока в сочетании со схемой защиты от перегрева. Внутренняя структура LDO включает в себя токовое зеркало для определения тока. Когда измеренный ток превышает установленный опорный ток, срабатывает ограничение тока, температура LDO повышается, и когда она достигает температуры защиты, силовой транзистор выключается, отключая выход.

Это указывает на то, что ограничение тока по принципу "кирпичной стены" безопаснее при кратковременных перегрузках. Его особенность заключается в том, что он может выдерживать кратковременные перегрузки, но если перегрузка длится долго, накопление тепла приведет к срабатыванию тепловой защиты.

2. Ограничение тока обратной связи

Ограничение тока с помощью механизма обратного вычитания очень похоже на стандартное ограничение верхнего предела. Однако его основная цель — ограничение общей рассеиваемой мощности. Это означает, что по мере уменьшения VOUT и стабилизации VIN, ограничение выходного тока линейно уменьшается, чтобы выходной транзистор оставался в пределах безопасного предела рассеиваемой мощности. Такие устройства, как TLV717P, используют механизм обратного вычитания тока, поскольку они в основном размещаются в сверхмалых корпусах с более высоким тепловым сопротивлением. Поведение ограничения выходного тока TLV717P показано на рисунке 3. Как видно, поскольку VIN задан на уровне VOUT + 0,5 В, максимально допустимая рассеиваемая мощность при 25 °C составляет 150 мВт. После превышения предела тока и начала уменьшения VOUT (при условии постоянного RLOAD), как IOUT, так и рассеиваемая мощность уменьшаются. Это вносит некоторую сложность в работу неомических устройств, потребляющих постоянный ток и способных вызывать состояние фиксации, при котором питаемое устройство продолжает уменьшать VOUT, а LDO продолжает уменьшать IOUT.

3. Защита от перегрузки по току

В отличие от ограничения тока по принципу "кирпичной стены" и ограничения тока по принципу "складной кривой", защита от перегрузки по току использует быстрый внутренний механизм отключения. Внутренняя структура LDO включает в себя токовое зеркало для измерения тока и компаратор для быстрого отключения выхода от перегрузки по току. Когда выходной ток LDO достигает уровня защиты от перегрузки по току, LDO немедленно отключается. Таким образом, защита по пороговому току работает быстрее, чем ограничение тока по принципу "кирпичной стены" и ограничение тока по принципу "складной кривой". Если выход LDO нагружен большой емкостной нагрузкой, на выходе LDO возникнет большой пусковой ток, который потенциально может активировать механизм отключения от перегрузки по току и помешать его правильному запуску. В этой ситуации не следует выбирать LDO с защитой от перегрузки по току.

• Предыдущий пост

  Использование инерциальных измерительных блоков (IMU) на основе туманных электростанций (FOG) в передовых оборонных технологиях — это решение, недостижимое с помощью MEMS-технологий.

• Следующий пост

  Применение и решение 3D-электронного компаса в дополненной/виртуальной реальности