内置线性稳压器的电源无法启动的故障案例 案例4:直通电流导致的启动故障②

本文的关键要点

・当作为负载的电路模块在电源电压上升时和下降时电流存在显著差异时,可能会发生启动故障。

・需要充分评估折返式限流电路的特性和输出电流(负载)的特性。

案例4:直通电流导致的启动故障②

这种故障类似于“案例3:直通电流导致的启动故障①”,多发生于电路模块的电路电流在电源电压上升时和下降时明显不同的情况。图1为电路电流示例。

リニアレギュレータに接続する回路の回路電流が電源立ち上がり時(赤矢印)と立ち下がり時(青矢印)で異なる例

图1.电源电压上升时(红色箭头)和下降时(蓝色箭头)电路电流不同的示例

リニアレギュレータによる貫通電流がある回路ブロックへの給電とフォールドバック電流制限

图2. 为有直通电流的电路模块供电和折返式限流

图2表示将该电路模块与“案例2:恒流负载导致的启动故障”中提到的内置折返式限流电路的线性稳压器输出端相连接时的电压上升(图1中的红色箭头)情况。由于工作从Ⓐ点开始,然后向Ⓑ点和Ⓒ点移动并正常启动,所以看起来启动方面并没有什么问题。

下面,我们设想一种情况:当线性稳压器启动时,流过浪涌电流为输出电容器和电路模块中的多个电容器充电。图3为设想的电源配置图。图4是启动波形。针对图1所示的电压下降时流过很大直通电流的电路模块,我们先来讲解一下与不流过这种直通电流的电路模块连接时的情况。

リニアレギュレータ。想定される電源構成図

图3.设想的电源配置图

リニアレギュレータに立ち下がり時に大きな貫通電流が流れない回路ブロックを接続した場合の起動波形

图4.与电压下降时不流过较大直通电流的电路模块连接时的启动波形

当线性稳压器的输入VIN上升时,输出VOUT也会随之上升。当VOUT上升到1.8V时,所连接的电路模块开始工作。当线性稳压器的VOUT开始上升时,浪涌电流会流过包括与VOUT相连的输出电容器在内的多个电容器(图4中的ⓐ点)。这时,线性稳压器的输出电流IOUT增加,折返式限流电路工作,因此VOUT会暂时下降到0.6V(图4中的ⓑ点),但为了能够在对电容器完成充电后供给所需的IOUT,输出电压会开始再次上升,并最终达到设定电压(ⓒ点)。在所连接的电路模块中的电流在图1所示的电源电压下降时不增加的情况下,就能像这样正常启动。

接下来,我们再来讲解一下当与电源电压下降时电路电流会大幅增加的电路模块相连接时,线性稳压器的启动工作。同样,我们设想需要对包括输出电容器在内的多个电容器进行充电。图5是在电流折返曲线上叠加了这种情况下线性稳压器工作后的曲线图,图6是其工作波形。

リニアレギュレータに立ち下がり時に大きな貫通電流が流れる回路ブロックを接続した場合の起動とフォールドバック電流制限

图5.与电压下降时流过较大直通电流的电路模块连接时的启动波形和折返式限流

リニアレギュレータに立ち下がり時に大きな貫通電流が流れる回路ブロックを接続した場合の動作波形(起動しない。)

图6.与电压下降时流过较大直通电流的电路模块连接时的工作波形(不启动)

线性稳压器从Ⓐ点开始工作,当VOUT达到1.8V时,电路模块开始工作。当线性稳压器的VOUT开始上升时,浪涌电流会流过包括与VOUT相连的输出电容器在内的多个电容器,线性稳压器的输出电流IOUT会增加,并且在Ⓑ点开始折返式限流工作。

这会导致VOUT折返至Ⓒ点(约0.6V)。在这个电压下,电路模块如图1所示需要大约800mA的电流(Ⓓ点),但折返式限流电路将电流限制在了500mA,所以在Ⓒ点(约0.6V),VOUT无法上升,处于锁存状态而无法启动。

综上所述,我们需要认识到,如果与线性稳压器的输出端相连的电路模块的电路电流特性表现出相对于电源电压没有单纯地增加,或者上升时和下降时的电流之间存在较大差异,那么即使在试制时可以正常工作,其实潜在着当折返式限流电路的特性和浪涌电流值之间未能很好地取得平衡时发生启动故障的风险。

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