關於LDO在上電時電壓過衝問題的原因分析

2021-09-26 22:53:07 字數 1258 閱讀 8296

前文介紹了ldo的原理,其內部是乙個負反饋調節電路,當遇到電壓高於設定值進行降壓以及低於設定值進行電壓補償以達到穩壓目的,但是有些品牌的ldo在上電時會出現乙個短時間的電壓過衝,如圖1所示。

圖1 某品牌ldo上電瞬間電壓過衝(波形放大後實拍)

圖為示波器設定為上公升沿觸發模式下,上電抓取的波形,每格500mv,經反覆測量上電瞬間電壓過衝到3.8v左右,大部分微控制器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(晶元內部有一定的過壓保護),但是在大批量出貨或者開關次數多的情況下,將會成乙個嚴重的品質隱患,所以在設計時應該竭力避免這種情況。

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(黃色框為ldo內部原理)

r_pcb為印製電路板上導線的電阻,一般很小很小,可忽略不計,電壓過衝的關鍵因素在於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內部負反饋電路會有乙個大幅度的電壓補償,v_out瞬間公升高,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,充滿電之後,v_out變為3.3v,而這時由於反饋迴路需要響應時間,mos管來不及調節,即v_ds還未增大,則會引起電壓過衝,出現短時間大於3.3v的情況。

對於電壓過衝現象,目前網上大部分回答是加大電容,吸收掉過衝的能量,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,但是在充電完成後ldo輸出端同樣會出現電壓抖動的情況。

① 因為esr過小,上電瞬間電容迴路沒有足夠的電阻分壓,輸出端瞬時電壓會被拉至接近0v,而反饋迴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流無關,但充電曲線形狀與充電電流有關,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,則越不利於ldo內部的反饋調節。

以上兩點說明解決上電時電壓過衝的方式是適當增加電容的esr,測試時可以串聯乙個2.7ω電阻,過衝情況會減輕很多。不過在實際應用中遇到這種情況直接更換其他品牌的ldo就可以,電壓過衝本身說明ldo生產時沒有考慮到一些極端條件下的電壓調整,目前有些品牌的ldo普遍有此現象,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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