深入探究 LDO 的砖墙限流与过流关断保护机制
出处:网络 发布于:2025-06-26 15:50:56
LDO 的主要功能是通过调节输出电压,确保负载在不同电流需求下都能稳定工作。然而,当负载电流超出设计范围时,例如出现短路或过载的情况,过大的电流可能会导致芯片过热,甚至造成芯片损坏。为了解决这一问题,过流保护机制应运而生,其主要目的是限制输出电流,从而保护 LDO 及其负载。LDO 有两种典型的过流保护机制,分别是砖墙限流(Brick - Wall Current Limiting)和过流关断保护。接下来,我们将深入剖析这两种机制,探讨如何在电路设计中实现可靠的过流保护。
机制 1:砖墙限流
砖墙限流,从名称上就可以看出,它是一种 “硬性” 截止机制。当输出电流超过预设的限流值 I_LIMIT 时,LDO 会迅速将输出电流限制在 I_LIMIT。由于此时负载电流比较大,LDO 的温度会逐渐上升。当温度触发 LDO 的保护温度后,LDO 的输出会立马关断。从输出电压 - 输出电流曲线来看,这就类似一道 “砖墙” 阻挡电流继续增加。以 TPS7A16 为例,其数据手册显示,该型号的砖墙限流阈值在 105mA(典型值)。从输出电压 - 负载电流曲线可知,当负载电流超过 I_LIMIT,并触发 LDO 温度保护后,输出电压会急剧下降。这种机制通常是通过内部电流和温度保护电路来实现的。LDO 的内部结构包含一个电流镜用于检测电流,当检测到的电流超过设定的参考电流时,限流触发。随着 LDO 温度上升,到达保护温度点后,功率会关闭,从而切断输出。砖墙限流的特点是可以容忍短时过载,在短时过载的情况下较为安全,但如果持续过载,热量不断积累就会触发热关断。
与砖墙限流不同,过流关断保护的内部结构采用快速关断的方式。LDO 的内部结构包含一个电流镜检测电流和比较器,以此来实现过流快速关断输出。当 LDO 输出电流达到过流保护电流时,LDO 会直接关断输出。所以,相比砖墙限流,过流关断的电流阈值保护速度更快。不过,当 LDO 输出后级负载有大的容性负载时,LDO 输出瞬间会产生较大的 inrush 电流,这可能会触发 LDO 的过流关断,从而导致 LDO 无法正常启动。在这种情况下,选择采用砖墙限流机制的 LDO 会更为合适。
综上所述,在进行电路设计时,工程师需要根据具体的应用场景和需求,合理选择 LDO 的过流保护机制,以确保电路的安全和稳定运行。例如,在一些对短时过载有一定容忍度的场景中,可以优先考虑砖墙限流机制;而在需要快速响应过流情况的场景下,过流关断保护可能更为合适。同时,还需要结合其他因素,如负载特性、环境温度等,进行综合考量,以实现可靠的过流保护。
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