Механизм защиты LDO от сверхтока
14 августа 2025
`LDO` регулирует выходное напряжение, чтобы обеспечивать стабильную работу при изменяющемся токе нагрузки. Однако когда ток нагрузки превышает расчетный диапазон, например при коротком замыкании или перегрузке, избыточный ток может вызвать перегрев микросхемы и даже ее повреждение. Именно для этого применяются механизмы защиты от сверхтока, которые ограничивают выходной ток и защищают как сам `LDO`, так и нагрузку. Обычно в `LDO` используются два основных механизма защиты от сверхтока: ограничение тока по типу `brick-wall` и отключение по сверхтоку.
1. Ограничение тока по типу «brick-wall»
Как следует из названия, ограничение тока по типу `brick-wall` является жестким механизмом отсечки. Когда выходной ток превышает заданный предел `I_LIMIT`, `LDO` быстро ограничивает его на уровне `I_LIMIT`. Из-за большого тока нагрузки температура `LDO` постепенно повышается. Как только достигается температура срабатывания защиты, выход `LDO` немедленно отключается. На кривой зависимости выходного напряжения от выходного тока это выглядит как «кирпичная стена», которая не позволяет току расти дальше. Например, в документации на `TPS7A16` указано, что типовой порог ограничения тока по схеме `brick-wall` составляет `105 мА`.
Как видно из приведенной выше зависимости выходного напряжения от тока нагрузки, когда ток нагрузки превышает `I_LIMIT` и срабатывает температурная защита `LDO`, выходное напряжение резко падает. Обычно этот механизм реализуется за счет внутренней схемы измерения тока в сочетании со схемой термозащиты. Во внутренней структуре `LDO` используется токовое зеркало для контроля тока. Когда измеренный ток превышает установленный опорный ток, срабатывает ограничение, температура `LDO` растет, и при достижении температуры защиты силовой транзистор отключается, разрывая выход.
Это означает, что ограничение `brick-wall` безопаснее при кратковременной перегрузке. Его особенность в том, что оно допускает кратковременное превышение нагрузки, но если перегрузка сохраняется, накопление тепла все равно вызовет тепловое отключение.
2. Ограничение тока с обратным спадом
Ограничение тока с обратным спадом очень похоже на обычное ограничение по верхнему пределу. Однако его основная цель состоит в ограничении общей рассеиваемой мощности. Это означает, что при снижении `VOUT` и стабильном `VIN` предел выходного тока линейно уменьшается, чтобы удерживать выходной транзистор в безопасной области по рассеиваемой мощности. Такие устройства, как `TLV717P`, используют и выигрывают от `foldback current limiting`, поскольку обычно выпускаются в ультрамалых корпусах с более высоким тепловым сопротивлением. Поведение ограничения выходного тока у `TLV717P` показано на рисунке 3. Как видно, поскольку `VIN` задан как `VOUT + 0.5 В`, максимально допустимая рассеиваемая мощность при `25°C` составляет `150 мВт`. После превышения порога ограничения и начала падения `VOUT` (при условии постоянного `RLOAD`) и `IOUT`, и рассеиваемая мощность уменьшаются. Для неомических устройств с почти постоянным потребляемым током это создает дополнительную сложность и может вызвать защелкнутое состояние, при котором питаемое устройство продолжает снижать `VOUT`, а `LDO` продолжает уменьшать `IOUT`.
3. Отключение по сверхтоку
В отличие от ограничения `brick-wall` и `foldback current limiting`, защита с отключением по сверхтоку использует быстродействующий внутренний механизм выключения. Во внутренней структуре `LDO` применяется токовое зеркало для измерения тока и компаратор для реализации быстрого отключения выхода при сверхтоке. Когда выходной ток `LDO` достигает порога защиты, стабилизатор отключается напрямую. Поэтому защита по токовому порогу работает быстрее, чем `brick-wall` и `foldback`. Если на выходе `LDO` присутствует большая емкостная нагрузка, то при запуске возникает значительный бросок тока, который может вызвать отключение по сверхтоку и не дать `LDO` запуститься корректно. В этом случае не следует выбирать `LDO` с защитой по отключению от сверхтока.
