LDO在上電時電壓過沖問題分析-KIA MOS管

通過LDO原理介紹，其內(nèi)部是一個負反饋調(diào)節(jié)電路，當遇到電壓高于設(shè)定值進行降壓以及低于設(shè)定值進行電壓補償以達到穩(wěn)壓目的，但是有些品牌的LDO在上電時會出現(xiàn)一個短時間的電壓過沖，如圖1所示。

LDO 上電電壓過沖

圖1 某品牌LDO上電瞬間電壓過沖（波形放大后實拍）

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)測量上電瞬間電壓過沖到3.8V左右，大部分單片機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（芯片內(nèi)部有一定的過壓保護），但是在大批量出貨或者開關(guān)次數(shù)多的情況下，將會成一個嚴重的品質(zhì)隱患，所以在設(shè)計時應(yīng)該竭力避免這種情況。

電壓過沖原因

在實際應(yīng)用中，LDO的等效電路應(yīng)如圖2所示。

LDO 上電電壓過沖

圖2 實際應(yīng)用中的等效電路（黃色框為LDO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，電壓過沖的關(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過小，則V_OUT端瞬時電壓也被拉低至0V，這時LDO內(nèi)部負反饋電路會有一個大幅度的電壓補償，V_OUT瞬間升高，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，充滿電之后，V_OUT變?yōu)?.3V，而這時由于反饋回路需要響應(yīng)時間，MOS管來不及調(diào)節(jié)，即V_DS還未增大，則會引起電壓過沖，出現(xiàn)短時間大于3.3V的情況。

解決方法

對于電壓過沖現(xiàn)象，目前網(wǎng)上大部分回答是加大電容，吸收掉過沖的能量，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，但是在充電完成后LDO輸出端同樣會出現(xiàn)電壓抖動的情況。

① 因為ESR過小，上電瞬間電容回路沒有足夠的電阻分壓，輸出端瞬時電壓會被拉至接近0V，而反饋回路則會最大程度的開啟mos管以實現(xiàn)穩(wěn)壓。

② 電容充電時間常數(shù)與充電電流無關(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)。

以上兩點說明解決上電時電壓過沖的方式是適當增加電容的ESR，測試時可以串聯(lián)一個2.7Ω電阻，過沖情況會減輕很多。不過在實際應(yīng)用中遇到這種情況直接更換其他品牌的LDO就可以，電壓過沖本身說明LDO生產(chǎn)時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，選型時還需要仔細測量，避免使用時損壞其他元器件。

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