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1.前言

在大多数低压降稳压器 (LDO) 中,电流就像单行道——方向错误,可能会出现重大问题!反向电流是电流从V流OUTV IN,而不是从V INV OUT。该电流通常穿过 LDO 的体二极管而不是正常的导电通道,并且有可能导致长期可靠性问题甚至损坏器件。

2.LDO简介

LDO 包含三个主要组件(见图 1):带隙基准、误差放大器和传输场效应晶体管 (FET)。在典型应用中,通路 FET 像任何普通 FET 一样在源极和漏极之间传导电流。用于创建 FET 主体的掺杂区域(称为体)与源极相连;这减少了阈值电压的变化量。

1:LDO 功能框图

将体与源连接在一起的一个缺点是在 FET 中形成寄生体二极管,如图 2 所示。这种寄生二极管称为体二极管。在这种配置中,当输出超过输入电压加上寄生二极管的 V FB时,体二极管可以开启。通过该二极管的反向电流会因器件发热、电迁移或闩锁事件而导致器件损坏。

2:p 沟道金属氧化物半导体 (PMOS) FET 的横截面图

在设计 LDO 时,重要的是要考虑反向电流以及如何防止它。在这篇文章中,我将介绍两种在应用级防止反向电流的方法和在集成电路 (IC) 设计过程中的两种方法。

有四种常见的防止反向电流流动的方法,两种在应用层面,两种在设计阶段。

3.使用肖特基二极管

如图 3 所示,当输出电压超过输入电压时,在 OUT 到 IN 之间使用肖特基二极管将防止 LDO 中的体二极管导通。我们必须使用肖特基二极管,因为它们的正向电压较低。传统二极管的正向电压比肖特基二极管高得多。在正常工作期间,肖特基二极管是反向偏置的,不会传导任何电流。这种方法的另一个优点是在输出和输入之间放置肖特基二极管时 LDO 的压降不会增加。

3:使用肖特基二极管防止反向电流

4. LDO 前使用二极管

如图 4 所示,这种方法在 LDO 前面使用一个二极管来防止电流回流到电源中。这是防止反向电流的有效方法,但它也增加了保持 LDO 不出现压降所需的必要输入电压。当输入电源断开的瞬间 如果LDO的输入电压的下降速度远低于LDO的输出下降速度的时候 如果没有这个二极管的话 很可能会出现输出的电压高于输入电压 这样有可能造成损坏LDO,加了这个二极管就可以保证就算输入大于输出也只能大于一个二极管的压降0.7V 一般这个电压还不至于损坏LDO在反向电流条件下,放置在 LDO 电源上的二极管变为反向偏置,并且不允许任何电流流动。此方法类似于下一个方法。

4:在 LDO 之前使用二极管防止反向电流

5.使用第二个 FET

旨在阻止反向电流流动的 LDO 通常使用第二个 FET 来帮助防止反向电流流动。两个 FET 的源极背靠背放置,如图 5 所示,使体二极管彼此面对。现在,当检测到反向电流情况时,其中一个晶体管将关闭,电流无法流过背对背二极管。

这种方法的最大缺点之一是使用这种架构时压差基本上加倍。为了降低压差,我们必须增加金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 的尺寸,从而增加整体解决方案的尺寸。TI 的TPS7B7702-Q1 等汽车 LDO使用这种方法来防止反向电流流动。

5:背对背 FET 以防止反向电流

6.将大部分 MOSFET 连接到 GND

这种方法是实现反向电流的最不常用的方法,但仍然非常有效,因为它消除了 MOSFET 的体二极管。这种方法将 MOSFET 的大部分连接到 GND,消除了导致寄生体二极管的源极连接。TI 的TPS7A37使用这种方法来实现反向电流保护。一个优点是将大部分 MOSFET 连接到 GND 不会增加 LDO 的压降。

6:将大部分 FET 连接到 GND

7.结论

我们的应用需要反向电流保护时,请寻找提供所需电平的 LDO 拓扑。如果具有反向电流保护的 LDO 不能满足所有系统要求,请考虑使用二极管实现反向电流保护。



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