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 I_LIMIT, LDO быстро ограничивает выходной ток до I_LIMIT. Из-за высокого тока нагрузки температура LDO постепенно повышается. Как только достигается температура защиты LDO, выходной ток LDO немедленно отключается. Судя по кривой зависимости выходного напряжения от выходного тока, это напоминает «кирпичную стену», препятствующую дальнейшему увеличению тока. Например, в техническом описании TPS7A16 указано, что пороговое значение ограничения тока по принципу «кирпичной стены» составляет 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 хода 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 хода и получают от него выгоду, 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 как 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), уменьшаются как IOUT, так и рассеиваемая мощность. Это немного усложняет работу неомических устройств, которые потребляют постоянный ток и могут вызвать состояние фиксации, при котором питаемое устройство продолжает уменьшать V._ВНЕ и LDO продолжает снижать I_ВНЕ.

3. Отключение при перегрузке по току

В отличие от ограничения тока по принципу "кирпичной стены" и ограничения тока по принципу "свертывания", защита от перегрузки по току использует быстрый внутренний механизм отключения. Внутренняя структура LDO включает в себя токовое зеркало для измерения тока и компаратор для обеспечения быстрого отключения выхода от перегрузки по току. Когда выходной ток LDO достигает тока 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 "свертывания". Если на выходе LDO имеется большая емкостная нагрузка, на выходе LDO возникнет большой пусковой ток, который потенциально может вызвать срабатывание защиты от перегрузки по току, препятствуя его нормальному запуску. В этом случае не следует выбирать LDO с защитой от перегрузки по току.

• Предыдущий пост

  Трехосевой датчик Холла: ключевое решение для точного измерения углов в современных технологиях.

• Следующий пост

  Анализ основных преимуществ и областей применения систем определения ориентации и курса.