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线性稳压器的启动特性

以下将介绍线性稳压器电源(VIN)开启时的启动特性及关闭时的特性。当线性稳压器的电源在开启与关闭时，其工作特性会受VIN的瞬态变化及输出电容的静电容量等因素影响而变化。由于这些特性往往会对负载设备产生影响，因此在工作性能评估中，它们是必不可少的检查项目。

线性稳压器的启动特性

下图为VIN阶跃导通时的启动波形示意图。当VIN上升时，线性稳压器的电路随即启动。当输出电容的静电容量较小(大致为数十μF以下)时，启动时的浪涌电流通常不会达到触发输出过流保护电路的阈值，因此过流保护功能不会启动，也不会受到电流限制。在这种情况下，输出电压不受输出电容静电容量的影响，而是由IC内部基准电压的上升时间决定。

接下来是同样在VIN阶跃导通条件下、但输出电容静电容量较大(大概为数百μF以上)时的启动波形示例。由于启动时输出电容充电产生的浪涌电流较大，从而触发过流保护并导致电流被限制。因此，输出电容的充电电流会受到限制，而且输出电容静电容量越大，启动(达到设定值)时间就越长。

下表中列出了输出电容静电容量与输出电压启动时间的关系。需强调的是，这是BA1117系列的一个示例，实际特性会因线性稳压器的类型及电路条件而有所不同。核心要点是输出电容静电容量越大，启动时间越长;输出设定电压越高，启动耗时也越长。

最后是当VIN缓慢导通且输出电容静电容量较小时的启动波形示例。在BA1117系列中，当VIN超过约1V时，电路开始工作，输出电压随之开始上升。值得注意的是，即使输出电容较大时，电路启动的VIN电压仍保持不变，此时输出电压的上升波形与前文所述“VIN阶跃导通且输出电容值较大时”的情况类似。当VIN缓慢上升时，能够清晰观测到VIN达到启动起始电压的完整时间过程;而当VIN阶跃导通时，由于电压会瞬间超过该阈值，电路看似呈现无延迟的立即启动状态。

线性稳压器的关断特性

下图为VIN阶跃关断时输出电压波形的示意图。当VIN阶跃关断时，由于输出端输出电容残留的电荷作用，输入-输出电压会出现反转(输出电压高于输入电压)，此时输出电容的电荷会通过IC内部寄生元件向输入侧泄放。因此，输出电压会随着输入电压的下降而急剧降低，当VIN降至0V时，输出电压将维持在寄生元件导通电压(约0.7V)，下降速度趋于平缓。此后，电压会以负载电阻的时间常数持续下降。对于纯阻性负载，输出电压的下降时间可通过下式表示：

CO：输出电容 [F] RL：负载电阻[Ω] VO：输出电压[V] VC：最终下降电压[V]

下图为VIN缓慢关断时的波形示意图。当VIN电压下降至输入-输出电压发生反转的临界点时，输出电容电荷会通过IC内部的寄生元件向输入侧泄放。因此，输出电压会随着输入电压的下降而同步降低，当VIN降至0V时，输出电压会维持寄生元件的导通电压(约0.7V)，下降速度进一步放缓。此后，电压将以负载电阻的时间常数持续下降。该过程与VIN阶跃关断时的情形一样，但由于关断过程较为平缓，输出电压的下降趋势也相对平缓。

若要求VIN断开后输出电压迅速归零，则需增设强制泄放输出电容电荷的放电电路。

线性稳压器的浪涌电流

无论是否涉及BA1117系列，通常在接入输入电源且输出开始建立(启动)时，会因输出电容充电产生浪涌电流。此时即使输出电流值超出推荐工作范围的最大值，由于内置过流保护(OCP：Over Current Protection)电路将实施电流限制，故不影响正常工作(关于过流保护另文说明)。

但需注意，需要确保该电流所影响的结温TJ不超过150℃。短时过流所影响的结温TJ可通过瞬态热阻ZTH估算。

瞬态热阻是一种具有时间参数的热阻。严格而言，TJ在通电的时间点开始上升(发热)，经过一定时间后趋于稳定。常规热阻θJA，是稳态下的温升(发热量)与功耗的比值;而瞬态热阻则是通电后特定时刻的温升与该时刻功耗的比值。以下是利用瞬态热阻计算TJ的公式，该公式是将含有θJA的计算公式中的θJA替换成ZTH得到的。

TJ=TA+ZTH×P[℃]

TA：环境温度 [℃] ZTH：结点到环境的瞬态热阻 [℃/W] P：IC功耗 [W]

P为IC功耗，可通过下式计算。需注意：该计算公式适用于类似BA1117的无接地引脚的浮动工作类型;对于带接地引脚的类型，公式中的IADJ项需改为IIN-IOUT。有关带接地引脚的类型将另行撰文说明。

P=(VIN–VOUT)×IOUT+(VIN×IADJ)[W]

VIN：输入电压 [V] VOUT：输出电压 [V] IOUT：输出电流 [A] IADJ：ADJ引脚电流 [A]

当IADJ ≪ IOUT时，可通过下式计算。

P=(VIN–VOUT)×IOUT[W]

为演示计算过程，现设定以下条件：在TO252-3封装中，环境温度TA=60℃，1.5A的浪涌电流持续1ms。由右侧图表可知，1ms时的瞬态热阻为2.7℃/W。输入电压VIN=5V，输出电压VOUT=3.3V。将这些数值代入前面给出的结温TJ计算公式进行计算。

TJ=60℃+2.7×(5V–3.3V)×1.5A=66.9℃

因为TJ低于150℃，所以该条件下不存在问题。

由此可知，当浪涌电流持续时间仅1ms左右时，由于芯片温度(TJ)上升幅度很小，浪涌电流引起的温升通常不会构成问题。

线性稳压器的过流保护(OCP)

下面介绍针对前一节提及的过流保护功能。

当IC的输出端对地短路时，用于防止因过电流导致IC损坏的功能即为过流保护电路，其英文缩写为OCP(Over Current Protection)。关于该保护功能，需要理解的重要一点是它是为防止IC损坏而设计的，并非用于保护负载(如受电设备等)、电路及装置。若以保护电路或装置为目的，则需以使用保险丝或其他电流限制器件为前提。

BA1117系列的过流保护特性为如下图所示的下垂特性。A点是过流保护触发点，其对应的输出电流约为1.7A(标准值)。虽然过流保护功能被触发时输出电流下限存在差异，但绝不会低于1A的输出电流保证值。当检测到过流时，限流电路立即动作，使输出电流维持恒定，同时输出电压近乎垂直下降至B点。此后，只要过流状态持续，便会维持此状态。换言之，若输出短路由负载导致，负载无法得到保护。当过流状态解除后，输出电压会自动恢复。

在输出电流超过1A的保证值、但未达到过流保护触发点(标准值1.7A)期间，线性稳压器虽能工作，但电气特性将不受保证(参照技术规格书的规格值保证条件)。此外，无论输出电流大小如何，若持续工作时超过允许损耗(绝对最大额定值1.2W，TO252-3封装)，过热保护电路将启动并关闭输出。

线性稳压器的过热保护(TSD)

与过流保护一样，下面介绍线性稳压器的代表性保护功能——过热保护。

过热保护(TSD：Thermal Shutdown)的作用是，当输出短路或功率损耗增加导致IC芯片温度超过绝对最大额定值时，保护IC免受过热损伤。需特别注意，该保护功能并非用于替代负载和装置的过热保护。

BA1117系列的过热保护电路在检测到芯片温度(结温)超过约155℃(参考值)时，将关断线性稳压器输出并切断电流，以降低芯片温度。当芯片温度降至约150℃(参考值)时，输出重新开启并恢复电流供应。在芯片温度异常升高原因消除前，输出会反复开启和关断。在此状态下，IC虽不会立即损坏，但长期反复动作会导致IC老化甚至损坏，应避免该情况的发生。

线性稳压器的等效电路

最后介绍线性稳压器的等效电路。

下图所示为BA1117系列的等效电路。通过等效电路可大致了解各引脚之间的内部连接关系，以及输出级与输入级电路的基本结构。尽管实际电路更为复杂，且因IC结构而存在寄生元件等，但等效电路对于理解器件的工作特性与表现具有重要作用。

BA1117作为压降为1V～1.2V(标准值)的LDO，其特性源于输出级采用了NPN晶体管与PNP晶体管的达林顿连接结构。此外，通过等效电路也可大致理解过流保护电路和过热保护电路的工作原理。尽管这部分并非必须研究的内容，但可作为深化理解的参考资料。