LDO在上電時(shí)電壓過(guò)沖問(wèn)題分析-KIA MOS管

通過(guò)LDO原理介紹，其內(nèi)部是一個(gè)負(fù)反饋調(diào)節(jié)電路，當(dāng)遇到電壓高于設(shè)定值進(jìn)行降壓以及低于設(shè)定值進(jìn)行電壓補(bǔ)償以達(dá)到穩(wěn)壓目的，但是有些品牌的LDO在上電時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)短時(shí)間的電壓過(guò)沖，如圖1所示。

圖1 某品牌LDO上電瞬間電壓過(guò)沖（波形放大后實(shí)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(fù)測(cè)量上電瞬間電壓過(guò)沖到3.8V左右，大部分單片機(jī)的工作電壓最大值為3.6V，雖偶爾短時(shí)間過(guò)壓不會(huì)造成問(wèn)題（芯片內(nèi)部有一定的過(guò)壓保護(hù)），但是在大批量出貨或者開關(guān)次數(shù)多的情況下，將會(huì)成一個(gè)嚴(yán)重的品質(zhì)隱患，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該竭力避免這種情況。

電壓過(guò)沖原因

在實(shí)際應(yīng)用中，LDO的等效電路應(yīng)如圖2所示。

圖2 實(shí)際應(yīng)用中的等效電路（黃色框?yàn)長(zhǎng)DO內(nèi)部原理）

R_PCB為印制電路板上導(dǎo)線的電阻，一般很小很小，可忽略不計(jì)，電壓過(guò)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(guò)小，則V_OUT端瞬時(shí)電壓也被拉低至0V，這時(shí)LDO內(nèi)部負(fù)反饋電路會(huì)有一個(gè)大幅度的電壓補(bǔ)償，V_OUT瞬間升高，此時(shí)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(shí)間很短，充滿電之后，V_OUT變?yōu)?.3V，而這時(shí)由于反饋回路需要響應(yīng)時(shí)間，MOS管來(lái)不及調(diào)節(jié)，即V_DS還未增大，則會(huì)引起電壓過(guò)沖，出現(xiàn)短時(shí)間大于3.3V的情況。

解決方法

對(duì)于電壓過(guò)沖現(xiàn)象，目前網(wǎng)上大部分回答是加大電容，吸收掉過(guò)沖的能量，電容確實(shí)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(shí)間延長(zhǎng)，但是在充電完成后LDO輸出端同樣會(huì)出現(xiàn)電壓抖動(dòng)的情況。

① 因?yàn)镋SR過(guò)小，上電瞬間電容回路沒有足夠的電阻分壓，輸出端瞬時(shí)電壓會(huì)被拉至接近0V，而反饋回路則會(huì)最大程度的開啟mos管以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。

② 電容充電時(shí)間常數(shù)與充電電流無(wú)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(diǎn)說(shuō)明解決上電時(shí)電壓過(guò)沖的方式是適當(dāng)增加電容的ESR，測(cè)試時(shí)可以串聯(lián)一個(gè)2.7Ω電阻，過(guò)沖情況會(huì)減輕很多。不過(guò)在實(shí)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(guò)沖本身說(shuō)明LDO生產(chǎn)時(shí)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(shí)還需要仔細(xì)測(cè)量，避免使用時(shí)損壞其他元器件。

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