如何为LDO选择反向电流保护二极管 干货共享

小夏 科技 更新 2024-02-22

当LDO的输入和输出电压反转时,反向电流从输出引脚流向输入引脚,进入IC芯片。 反电流保护二极管通常连接到IC的外部,以防止损坏IC。 本应用笔记解释了是否需要保护二极管以及如何选择反向电流保护二极管的指南。 1.表1中列出了关于二极管是否需要保护的指南,用于说明是否需要保护二极管的具体情况。 另外,请注意,指南因输出晶体管的类型而异。 有关每个项目的详情,请参阅表中的参考资料。

table 1.关于是否需要保护二极管的决策表。

2.保护电路的选择 保护电路有两种类型:在LDO的输入侧插入二极管以阻断反向电流的方法(图1),以及在输入和输出之间放置二极管以旁路反向电流的方法(图2)。 表2列出了每种保护电路的优缺点,因此请使用适合您应用的电路。

table 2.保护电路类型的优缺点。

3.二极管选择 表3列出了前面描述的2种保护电路中使用的二极管类型以及对电气特性的要求。

table 3.对二极管的类型和电气特性的要求。

3-1.反向电流阻断电路的情况 关于二极管的种类,虽然可以使用整流二极管、肖特基势垒二极管、快速恢复二极管和开关二极管,但由于电气特性和成本的原因,一般使用肖特基势垒二极管或整流二极管。 开关二极管也可用于高达 100mA 的低电流应用。 也可以使用快速恢复二极管,但这种使用会有一些过高的性能。 当输入和输出之间有足够的压降电压余量时,可以使用整流二极管。 如果没有电压降余量,则使用具有低正向电压的肖特基势垒二极管,但请注意,反向电流在高温下呈指数增长。

3-2.在反向电流旁路电路的情况下,使用具有低正向电压的肖特基势垒二极管,因为旁路二极管必须比IC内部的寄生元件导通(导通)。 肖特基势垒二极管的反向电流IR很大,随着温度的升高,电流呈指数级增加,有些产品会达到几十毫安。

图 3 是具有关断开关功能的 LDO 示例,即使 LDO 的输出被关断,施加的输入电压仍然存在,二极管的反向电流 IR 会导致电流流向负载。

因此,可能会发生后备电路的故障。 此外,由于在正常工作期间漏电流总是从输入端流向输出端,电压调节特性可能会变差。 综上所述,要选择反向电流IR低的产品。 推荐的肖特基势垒二极管如表4所示。 ldo in cin gnd cout vout vin ir en out shutdown rload figure 3.即使LDO输出关闭,电流也会通过二极管的反向电流IR流向负载。

如何选择LDO反向电流保护二极管。

4.输出晶体管形式LDO有两种类型的输出晶体管,双极晶体管和MOSFET,每种晶体管都有不同的名称。 ROHM的双极产品以“BA”开头,MOSFET产品以“BD”、“BU”和“BH”开头。

4-1.双极性图5是双极性LDO的框图,从输出侧看输入侧,硅晶圆的制造结构上可能有一个PN结作为寄生二极管。 寄生二极管不是设计为电路,电流的流动可能会对设备造成损坏或电路故障。 因此,采取措施防止双极性反向电流的流动是很重要的。

figure 5.双极性LDO框图,以带输出的PNP晶体管为例。

4-2.MOSFET类型 图6是MOSFET型LDO的框图,其中输出MOSFET中有一个体二极管,反向电流流过该二极管。 图7是P沟道MOSFET的横截面图,其中体二极管作为寄生元件,位于漏极和栅极衬底之间的PN结中。 该体二极管与输出晶体管的器件尺寸相同,因此它允许一定量的电流流过。 vref + in out body diode

figure 6.MOSFET型LDO的框图,输出是P沟道MOSFET的一个例子。

figure 7.P沟道MOSFET的横截面图。

5.案例指南。

根据每种情况,确定是否需要二极管保护。

5-1.这是电源下降时输入侧电压突然下降的常见例子,LDO前置放大器中电源电路的电压迅速下降,输入和输出之间的电压由于连接到LDO输出侧的电容器上的残余电荷而暂时反转, 反向电流反向流动。图8显示了输入侧电压快速下降时的电路,图9显示了输入和输出电压与反向电流之间的关系。 该反向电流流动的时间是输出电容器放电结束之前的暂时现象。 反向电流的值和时间因电路而异,因为电源的阻抗从前端电源下降、输出侧电容器的总电荷和负载电流。 ldo in out gnd cin cout vin vout r

figure 8.输入侧电压迅速下降时的电路。

figure 9.输入侧电压快速下降时的输入/输出电压和反向电流。

基本上,反向电压为 0在6V以上需要保护二极管,但当满足以下所有条件时就不需要了。 不需要二极管(全部满足) - 反向电流的峰值必须低于数据表推荐工作范围内规定的最大输出电流。 - 请勿频繁打开和关闭电源。 - 最终产品对可靠性和安全性的要求不高。

5-2.当总是有反向电流流动时 由于电源是由多个系统电路组成的,当LDO电源断电时,总会出现反向电流从其他电路模块流出的情况,或者在产品出厂检查过程中,通过对其他电源的LDO输出施加电压, 有一种情况是,反向电流流向LDO,无论电流值如何,都需要保护二极管。

5-3.当输入开路时,电路图如图10所示,输入和输出电压之间的关系如图11所示。 当电源下降时输入开路时,输入和输出电压没有差异,因此不会产生反向电流。 因此,不需要保护二极管。

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