LDO电源无法启动的故障案例_电流_稳压器

・当通过手工焊接将IC和外围元器件安装到电路板上时，须要遵守每个元器件的手工焊接推举条件。

・当元器件采取表面贴装形式，且元器件尺寸越小时，就越随意马虎被手工焊接时的热和机器应力破坏。

LDO和三端稳压器等线性稳压器，因其设计大略且价格低廉而被广泛用于各种运用中，只假如电子电路的设计职员，该当都用过这类电源IC。
然而，在某些利用办法、利用条件和负载条件下，可能会发生无法启动的问题。
在“内置线性稳压器的电源无法启动的故障案例”系列中，将会先容在利用线性稳压器IC的电源电路中发生电源无法启动的案例。

线性稳压器IC和外围元器件通过焊接安装在PCB（印刷电路板）上。
量产时是通过自动设备来管理焊接温度和韶光的，因此常日不会涌现问题。
但是在试制或返工等情形下，会利用电烙铁进行手工焊接，这时可能会破坏IC和外围元器件，导致电源电路无法启动（不事情）。

IC的安装条件在产品官网的干系产品页面下“封装和质量数据”中的“安装规范”中会供应（例：ROHM官网链接）。
对付可以利用电烙铁手工焊接的封装，供应了推举焊接条件，须要按照这些条件进行焊接。
条件示例如下。

但是，如果超过该条件值，IC可能会因封装开裂或内部键合线脱落等问题而破坏。
其余，如果是不建议利用电烙铁进行安装的封装，在试制时不得不该用电烙铁的情形下，破坏风险会增加，因此须要在短韶光内进行精心焊接，当电路不能正常启动（事情）时，可以疑惑IC是否受损。

此外，不仅IC会因手工焊接而受损，电阻器和陶瓷电容器等构成外围电路的表面贴装元器件也有同样的可能性。
每种元器件的技能规格书等资料中会供应手工焊接的推举条件，应按照这些条件进行焊接。
条件示例如下。

0603（0201）、0602（01005）尺寸的产品除外

基本上，元器件的尺寸越小，用电烙铁焊接时越随意马虎受损。
特殊是1005（0402）尺寸以下的元器件随意马虎受到外部应力的影响，引脚电极可能会因过热或来自电烙铁头的外力而剥落，从而导致开路故障。
尤其是重复利用同一产品时随意马虎发生这种问题。
引脚电极的剥落很难通过肉眼进行判别。
如果通过分压电阻设置的输出电压没有正常事情，或者涌现非常波形，可以疑惑是外围元器件受损。

・内置折返式限流电路的线性稳压器在启动前被施加恒流负载时，可能会涌现无法启动的故障。

・内置折返式限流电路的线性稳压器的这种故障可以通过利用具有电流下垂特性的过电流保护电路的线性稳压器来办理。

・如果因恒流负载而使电流流过在IC的输出引脚和接地之间的ESD保护二极管或寄生二极管，则IC可能会劣化乃至破坏，因此须要在IC的输出引脚和接地之间连接肖特基势垒二极管来进行保护。

内置折返式限流电路的线性稳压器IC，在IC启动前输出端被施加恒流负载时，可能会涌现无法启动的问题。

图1是电流折返特性示例。
当IC的输出处于过负载状态、输出电流达到限值时，通过使输出电流限定线性降落的办法来降落输出电压，将IC的功耗保持在限定范围内，从而实现保护。

由于折返式电流限定功能在启动时也起浸染，因此IC的启动将遵照其折返特性。
首先，我们利用图1和图2来先容输出负载为正常的电阻或电容时的启动时序。
图2为电路的启动波形，个中稳压器输出端连接了100μF的电容器，以及5V时流过500mA的输出（负载）电流的电阻负载。
两个图中的（A）～（E）分别表示相同的韶光点。

图1. 电流折返特性示例

图2. 启动波形示例

VCC＝12V、VOUT＝5V、COUT＝100μF、IOUT＝500mA

在供给VCC之前的韶光点，输出电压和输出电流均为零。
IC从被供给VCC的（A）韶光点开始启动，输出开始上升。
由于输出端连接着100μF的输出电容器，以是输出电流因电容器充电而急剧增加。
这种电流被称为“浪涌电流”，如果不加以限定，可能会导致瞬间流过极限大电流。
在该示例中，如图所示，电流被限定在300mA旁边。

之后，输出电流沿折返曲线呈线性增加，并逐渐对输出电容器进行充电，输出电压也随之沿折返曲线上升，并按照（B）点、（C）点、（D）点推移。

在（D）点，输出电容器的充电基本完成，输出电压达到设定值，输出电流也进入稳定状态。

在（E）点，输出电压充分上升并达到稳定状态，输出电流达到正常负载500mA。

这样，具有折返式限流电路的线性稳压器从零点开始，沿着折返曲线启动。
如果负载是电阻或电容，在启动时可能会受到电流限定，但只要有电流供应给输出端，输出电压就一定会上升。

接下来，我们来先容一下恒流负载的情形。
如果在IC启动前对输出施加恒流负载，那么电流会流过IC输出引脚和接地之间的二极管，就会产生正向电压，以是输出引脚电压为-1VF（约-0.7V）。
该二极管是IC内置的ESD保护二极管或构造上存在的寄生二极管（图3）。

图3. 如果在启动前被施加了恒流负载，则在内部二极管中会产生VF，输出引脚电压变为-1VF。

图4. 启动前施加恒流负载时

例如，假设恒流负载为500mA。
图4中的（A）点是IC开始启动的点，如前所述，由于恒流负载，输出电压为负。
当IC启动时，输出电流开始流动，但由于输出电压为-0.7V，因此供电电流小于0V时的供电电流，在本例中约为200mA。
由于负载是500mA的恒流负载，以是输出电压仅凭200mA的供电电流无法上升，在（B）点处于锁存状态，输出电压无法上升，即发生启动故障。

如果在IC已经完成启动并且输出电压已达到设定电压的状态下连接恒流负载，就可以连续运行。
这是由于IC已经处于稳定状态，在本例中则可以充分供应500mA的电流。
但是，一旦输出短路（变为0V），就会回到图4中的（A）点，以是会处于前述的在启动前施加恒流负载时发生的状态，同样会涌现启动故障。

作为这种故障的对策，可以选用启动时IC能够供应的输出电流值大于恒流负载值的IC。

然而，对付具有折返式限流电路的线性稳压器而言，由于其特性，在0V输出时可以供给的电流值被设置得很小，在很多情形下并不能担保电流值。
因此，如果要在启动前施加恒流负载的条件下利用时，可利用过电流保护电路具有电流下垂特性的线性稳压器来办理这个问题。
如图5所示，电流下垂型特性在0V输出时可供给的电流值靠近于最大输出电流，因此纵然有恒流负载也能正常启动。

图图5. 过电流保护电路的电流下垂特性示例

图6. 输出引脚的反向电压保护

虽然与处理启动故障并没有直接关系，但是还是要提醒一下：如果恒流负载使IC的输出引脚和接地之间的ESD保护二极管或寄生二极管中流过电流，可能会导致元器件劣化或破坏。
要想防止这种情形，可以在输出引脚和接地之间连接肖特基势垒二极管（拜会图6）。

・在由内置折返式限流电路的线性稳压器供电的电路模块中，流过较大的峰值电流（如直通电流）时，可能会发生启动故障。

・为了防止直通电流导致的故障发生，须要在设计和评估阶段通过实测来确认供电的电路模块中没有过大的峰值电流。

图1显示了与线性稳压器输出端连接的某电路模块的电路电流特性。
该电路的设计初衷是在被施加1.8V以上的电源电压时会事情，但实际上在电路稳定事情之前的0.7V附近会流过大电流。
如果尚未对低于事情电压的电路事情进行充分验证，这种情形是可能会发生的，并且由于电路不稳定或意外动作，电源和接地之间可能会涌现直通电流。

图1. 某电路模块的电路电流特性

图2. 为有直通电流的电路模块供电和折返式限流

图2表示将有直通电流的电路模块连接到“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后的情形。
这是将图1的XY轴反置后的特性叠加在电流折返特性（黄绿色曲线）上的示意图。

电路模块从A点开始启动，当电源电压（线性稳压器IC的输出）达到约0.7V时，溘然开始流入直通电流，如图1所示，须要流过约800mA的电流（C点）。
但是，由于线性稳压器IC的折返限流特性，电流在B点被限定。
因无法供应所需的电流，以是输出电压不会上升，涌现启动故障。

实际上，受启动时的噪声和寄生元件的影响，很多情形下终极会启动起来，因此只有在量产时创造浩瀚产品中有不启动的个体时，才会把稳到设计或评估过程中的毛病。
因此，要想防患于未然，就须要对线性稳压器的供电电路模块的电流特性进行实测，确认没有过大的峰值电流。

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

・须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。

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低落时明显不同的情形。
图1为电路电流示例。

图1.电源电压上升时（赤色箭头）和低落时（蓝色箭头）电路电流不同的示例

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审察连接时的电压上升（图1中的赤色箭头）情形。
由于事情从Ⓐ点开始，然后向Ⓑ点和Ⓒ点移动并正常启动，以是看起来启动方面并没有什么问题。

下面，我们设想一种情形：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所示的电压低落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形。

图3.设想的电源配置图

图4.与电压低落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事情。
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，折返式限流电路事情，因此VOUT会暂时低落到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，并终极达到设定电压（ⓒ点）。
在所连接的电路模块中的电流在图1所示的电源电压低落时不增加的情形下，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低落时电路电流会大幅增加的电路模块相连接时，线性稳压器的启动事情。
同样，我们设想须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形下线性稳压器事情后的曲线图，图6是其事情波形。

图5.与电压低落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

图6.与电压低落时流过较大直通电流的电路模块连接时的事情波形（不启动）

线性稳压器从Ⓐ点开始事情，当VOUT达到1.8V时，电路模块开始事情。
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Ⓑ点开始折返式限流事情。

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所示须要大约800mA的电流（Ⓓ点），但折返式限流电路将电流限定在了500mA，以是在Ⓒ点（约0.6V），VOUT无法上升，处于锁存状态而无法启动。

综上所述，我们须要认识到，如果与线性稳压器的输出审察连的电路模块的电路电流特性表现出相对付电源电压没有纯挚地增加，或者上升时和低落时的电流之间存在较大差异，那么纵然在试制时可以正常事情，实在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。

・通过正线性稳压器和负线性稳压器供应的正负电源，如果正负电源启动速率不同，启动较慢的电源会产生反向电压，从而引发启动故障。

・办理启动较慢的电源会产生反向电压故障的对策包括割断各输出间的连接路径、添加二极管以降落反向电压、在过电流保护电路中利用具有电流下垂特性的线性稳压器IC等，但无论哪种对策，都须要在实际设备上进行装机验证。

在图1所示的正负电源中，正电源和负电源启动速率不同是很常见的征象。
在这种情形下，如果在正负之间有类似RL3的负载，或由多个电路形成的意外电流路径，则先启动的电源将通过RL3从另一个电源的输出汲取电流（虚线路径)，正电压稳压器的输出被施加反向电压，从而会发生与“案例2：恒流负载导致的启动故障”类似的启动故障。

图1. 在正负电源电路中负电源先启动时的电流路径

当发生因此类缘故原由导致的启动问题时，可以考试测验以下对策：

图2. 正负电源电路的启动故障对策示例

案例6：电机负载导致的启动故障本部分的关键要点

・当电机负载时，如果启动（起动）电流超过线性稳压器的折返电流限定，可能无法启动。

・作为这种问题的对策，可以利用具备下垂特性的过电流保护电路（可输出大于电机启动电流值的电流）的线性稳压器，或利用电机驱动器IC。

电机开始旋转时的启动（起动）电流是稳态旋转时额定电流的几倍。
图1是具有折返式限流电路的线性稳压器的电流折返特性与电机启动时的特性叠加之后的曲线图。

该电动机从（A）点开始运行，随着电压的上升，启动电流也随之增加，经由（B）点和（C）点，到达（D）点以额定转速运行。
在本案例中，在（B）点，也便是当电机的启动电流（蓝色虚线）超过折返电流限定（绿色实线）时，由于无法再供应电机所需的电流，线性稳压器的输出电压无法上升至0.35V以上而处于锁存状态，从而发生启动故障。

图1. 线性稳压器电流折返特性与电机启动特性叠加曲线图

实际上，以这种程度的电流差，很多情形下是可以启动的，但当电机带载时，（C）点的启动电流峰值会变得更大，并向曲线图的右侧移动，无法启动的可能性变大。

作为这种问题的对策，可以利用具备下垂特性的过电流保护电路（可输出大于电机启动电流值的电流）的线性稳压器，或利用电机驱动器IC。