1.前言

在大多數(shù)低壓降穩(wěn)壓器 (LDO) 中，電流就像單行道——方向錯(cuò)誤，可能會(huì)出現(xiàn)重大問(wèn)題！反向電流是電流從V流OUT到V IN，而不是從V IN與V OUT。該電流通常穿過(guò) LDO 的體二極管而不是正常的導(dǎo)電通道，并且有可能導(dǎo)致長(zhǎng)期可靠性問(wèn)題甚至損壞器件。

2.LDO簡(jiǎn)介

LDO 包含三個(gè)主要組件（見(jiàn)圖 1）：帶隙基準(zhǔn)、誤差放大器和傳輸場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET)。在典型應(yīng)用中，通路 FET 像任何普通 FET 一樣在源極和漏極之間傳導(dǎo)電流。用于創(chuàng)建 FET 主體的摻雜區(qū)域（稱(chēng)為體）與源極相連；這減少了閾值電壓的變化量。

圖 1：LDO 功能框圖

將體與源連接在一起的一個(gè)缺點(diǎn)是在 FET 中形成寄生體二極管，如圖 2 所示。這種寄生二極管稱(chēng)為體二極管。在這種配置中，當(dāng)輸出超過(guò)輸入電壓加上寄生二極管的 V FB時(shí)，體二極管可以開(kāi)啟。通過(guò)該二極管的反向電流會(huì)因器件發(fā)熱、電遷移或閂鎖事件而導(dǎo)致器件損壞。

圖 2：p 溝道金屬氧化物半導(dǎo)體 (PMOS) FET 的橫截面圖

在設(shè)計(jì) LDO 時(shí)，重要的是要考慮反向電流以及如何防止它。在這篇文章中，我將介紹兩種在應(yīng)用級(jí)防止反向電流的方法和在集成電路 (IC) 設(shè)計(jì)過(guò)程中的兩種方法。

有四種常見(jiàn)的防止反向電流流動(dòng)的方法，兩種在應(yīng)用層面，兩種在設(shè)計(jì)階段。

3.使用肖特基二極管

如圖 3 所示，當(dāng)輸出電壓超過(guò)輸入電壓時(shí)，在 OUT 到 IN 之間使用肖特基二極管將防止 LDO 中的體二極管導(dǎo)通。我們必須使用肖特基二極管，因?yàn)樗鼈兊恼螂妷狠^低。傳統(tǒng)二極管的正向電壓比肖特基二極管高得多。在正常工作期間，肖特基二極管是反向偏置的，不會(huì)傳導(dǎo)任何電流。這種方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在輸出和輸入之間放置肖特基二極管時(shí) LDO 的壓降不會(huì)增加。

圖 3：使用肖特基二極管防止反向電流

4.在 LDO 前使用二極管

如圖 4 所示，這種方法在 LDO 前面使用一個(gè)二極管來(lái)防止電流回流到電源中。這是防止反向電流的有效方法，但它也增加了保持 LDO 不出現(xiàn)壓降所需的必要輸入電壓。當(dāng)輸入電源斷開(kāi)的瞬間 如果LDO的輸入電壓的下降速度遠(yuǎn)低于LDO的輸出下降速度的時(shí)候 如果沒(méi)有這個(gè)二極管的話 很可能會(huì)出現(xiàn)輸出的電壓高于輸入電壓 這樣有可能造成損壞LDO，加了這個(gè)二極管就可以保證就算輸入大于輸出也只能大于一個(gè)二極管的壓降0.7V 一般這個(gè)電壓還不至于損壞LDO。在反向電流條件下，放置在 LDO 電源上的二極管變?yōu)榉聪蚱?，并且不允許任何電流流動(dòng)。此方法類(lèi)似于下一個(gè)方法。

圖 4：在 LDO 之前使用二極管防止反向電流

5.使用第二個(gè) FET

旨在阻止反向電流流動(dòng)的 LDO 通常使用第二個(gè) FET 來(lái)幫助防止反向電流流動(dòng)。兩個(gè) FET 的源極背靠背放置，如圖 5 所示，使體二極管彼此面對(duì)?，F(xiàn)在，當(dāng)檢測(cè)到反向電流情況時(shí)，其中一個(gè)晶體管將關(guān)閉，電流無(wú)法流過(guò)背對(duì)背二極管。

這種方法的最大缺點(diǎn)之一是使用這種架構(gòu)時(shí)壓差基本上加倍。為了降低壓差，我們必須增加金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 的尺寸，從而增加整體解決方案的尺寸。TI 的TPS7B7702-Q1 等汽車(chē) LDO使用這種方法來(lái)防止反向電流流動(dòng)。

圖 5：背對(duì)背 FET 以防止反向電流

6.將大部分 MOSFET 連接到 GND

這種方法是實(shí)現(xiàn)反向電流的最不常用的方法，但仍然非常有效，因?yàn)樗?/span> MOSFET 的體二極管。這種方法將 MOSFET 的大部分連接到 GND，消除了導(dǎo)致寄生體二極管的源極連接。TI 的TPS7A37使用這種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)反向電流保護(hù)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是將大部分 MOSFET 連接到 GND 不會(huì)增加 LDO 的壓降。

圖 6：將大部分 FET 連接到 GND

7.結(jié)論

當(dāng)我們的應(yīng)用需要反向電流保護(hù)時(shí)，請(qǐng)尋找提供所需電平的 LDO 拓?fù)?。如果具有反向電流保護(hù)的 LDO 不能滿足所有系統(tǒng)要求，請(qǐng)考慮使用二極管實(shí)現(xiàn)反向電流保護(hù)。