低压差线性稳压器 (LDO) 会调节输出电压,以确保在不同的负载电流需求下稳定运行。然而,当负载电流超过设计范围时,例如发生短路或过载时,过大的电流会导致芯片过热甚至损坏。为了解决这个问题,过流保护机制应运而生,用于限制输出电流,从而保护 LDO 及其负载。LDO 通常具有两种过流保护机制:限流和过流关断。
1. 砖墙式限流
顾名思义,砖墙式限流是一种“硬性”截止机制。当输出电流超过预设电流限制值 I_LIMIT 时,
LDO会迅速将输出电流限制在I_LIMIT。由于负载电流较高,LDO的温度会逐渐升高。一旦LDO的温度保护被触发,LDO的输出将立即关闭。输出电压-电流曲线呈“砖墙”状,阻止电流进一步增加。例如,TPS7A16的数据手册中列出的“砖墙”电流限制阈值为105mA(典型值)。

从上图的输出电压-负载电流曲线可以看出,当负载电流超过 I_LIMIT 并触发 LDO 温度保护时,输出电压会急剧下降。这种机制通常是通过内部电流检测电路与温度保护电路相结合来实现的。LDO 的内部结构包含一个用于检测电流的电流镜。当检测到的电流超过设定的参考电流时,电流限制电路被触发,LDO 温度升高,当达到保护温度时,功率晶体管关断,从而切断输出。

这表明,在短期过载情况下,砖墙式限流更为安全。其特点是能够承受短期过载,但如果过载持续存在,热量积累将触发热关断。
2. 折返电流限制
折返式限流与标准上限限流非常相似。然而,其主要目的是限制总功耗。这意味着,当输出电压 VOUT 降低而输入电压 VIN 保持稳定时,输出电流限制会线性降低,以使输出晶体管的功耗保持在安全范围内。TLV717P 等器件采用折返式限流并受益于此,因为它们主要封装在具有更高热阻的超小型封装中。TLV717P 的输出电流限制特性如图 3 所示。可以看出,由于 VIN 的设定值为 VOUT + 0.5V,因此在 25°C 下的最大允许功耗为 150mW。当电流超过限制且 VOUT 开始下降时(假设负载电阻 RLOAD 保持不变),输出电流 IOUT 和功耗都会下降。这给消耗恒定电流的非欧姆器件带来了一些复杂性,并可能触发锁存状态,在该状态下,受电器件会持续降低 VOUT,而 LDO 会持续降低 IOUT。

3. 过电流关断
与砖墙式限流和折返式限流不同,过流关断保护采用快速内部关断机制。LDO 的内部结构包含一个电流镜用于检测电流,以及一个比较器来实现快速过流输出关断。当 LDO 输出电流达到过流保护阈值时,LDO 会立即关断。因此,电流阈值保护比砖墙式限流和折返式限流速度更快。如果 LDO 输出端连接大容性负载,则 LDO 输出端会经历较大的浪涌电流,这可能会触发 LDO 的过流关断机制,导致其无法正常启动。在这种情况下,不应选择具有过流关断功能的 LDO。
