一文详解线性稳压器IC的软启动

线性稳压器IC的软启动

在输入电源导通（启动）时，通过在一定时间内逐步提升输出电压，可以抑制为输出电容器充电时流过的浪涌电流的最大值，这就是采用软启动的主要目的。

BDxxIC0系列的软启动上升时间在IC内部固定为800μs（typ.），无法从外部调整上升时间。如下图所示，软启动时间TSS的定义是：以EN从Low转为High的导通时刻为起点，直至输出电压达到规定值的95%所需的时间。软启动时间偏差参考值为最小400μs、标准800μs、最大1200μs。软启动时间与输出电压无关。另外，启动时间可能会因输入电源电压、EN信号的上升时间以及输出电容器的容值而有所不同，详情请参阅“电源导通时的时序”一文。

线性稳压器电源导通时的时序

对于BDxxIC0系列，VCC和EN的启动（施加电压）时序没有先后要求，但启动时间会因VCC和EN的上升时间以及输出电容器的容值而有所不同。下面分别介绍四种条件下的启动特性。

·按照先VCC后EN的顺序导通时

·按照先EN后VCC的顺序导通时

·(V_{CC}、）和EN同时导通时

·输出电容器的容量较大时

按照先VCC后EN的顺序导通时

左图为、VCC上升后，EN快速导通时的启动特性。VOUT通过软启动功能平缓上升。如“软启动”中所述，软启动时间TSS的定义是：以EN从Low转为High的导通时刻为起点，直至输出电压达到规定值的95%所需的时间。

中间图为EN达到高电平的时间短于软启动时间时的启动特性。从EN电压超过阈值的时刻软启动开始工作，输出电压按照设定的软启动时间上升。

最后右图为EN达到高电平的时间长于软启动时间时的启动特性。从EN电压超过阈值的时刻软启动电路开始工作，输出电压按照设定的软启动时间上升。

无论哪种情况，软启动都是从EN电压超过阈值的时刻开始，基本不受EN电压达到高电平的时间点影响。当EN电压快速变化时，可以认为EN电压上升到超过阈值直至达到高电平的时间非常短。

按照先EN后VCC的顺序导通时

左图为EN上升后，VCC快速导通时的启动特性。软启动电路从VCC上升的时刻开始工作，输出电压按照设定的软启动时间平缓上升。

中间图为VCC达到电源电压的时间短于软启动时间时的启动特性。软启动电路从VCC超过约1.2V的时刻开始工作，输出电压按照设定的软启动时间上升。

右图为VCC达到电源电压的时间长于软启动时间时的启动特性。从VCC超过约1.2V的时刻起软启动电路开始工作，输出电压开始上升。但由于VCC电压上升速度比软启动的电压上升速度慢，因此输出电压VOUT的上升会受到VCC电压值的限制。由此，启动时间（输出电压达到设定值的时间）将超过软启动时间而变长。

无论哪种情况，当VCC超过1.2V时，输出都会开始软启动，但请注意，若VCC未能达到超过“输出设定电压+工作所需的输入输出电压差”的电压，输出将无法达到设定的电压值。

VCC和EN同时导通时

左图为VCC和EN同时快速导通时的启动特性。软启动电路从VCC和EN上升的时刻开始工作，输出电压按照设定的软启动时间上升。

中间图为VCC和EN上升时间短于软启动时间时的启动特性。软启动电路从EN电压超过阈值的时刻开始工作，输出电压按照设定的软启动时间上升。

右图为VCC和EN上升时间长于软启动时间时的启动特性。从EN电压超过阈值的时刻起软启动电路开始工作，输出开始上升。但由于VCC电压上升速度比软启动的电压上升速度慢，因此输出电压的上升会受到VCC电压值的限制。由此，启动时间（输出电压达到设定值所需的时间）将超过软启动时间而变长。

输出电容器的容量较大时

当输出电容器的容量增大时，启动时的充电电流也会增加。虽然这会根据输出电压和过流保护电路的限制值而变化，但当输出电容容量在数μF到数百μF的前半段范围内时，即使充电电流发生变化，软启动时间也会保持恒定进行启动。当输出电容容量达到数百μF前半段以上时，由于充电电流增大会导致过流保护电路工作，此时充电电流会受到过流保护电路的限制。因此，如下面的左图所示，启动时间会超过软启动时间而变长。在此条件下，随着输出电容容量的增加，启动时间也会变长。

下面的右图展示了因过流保护电路导致电流受限状态中途时启动，待电容充电至一定程度后充电电流减少使过流保护解除，并恢复至正常工作状态。像这样输出的启动时间会因输出电容器的容量而变化，因此当增大输出电容容量时，请在实际工作条件下确认启动时间。

线性稳压器电源关断时的时序

对于BDxxIC0系列，输出电压的下降时间会因VCC和EN的关断顺序而有所不同。下面介绍三种条件下的差异。

按照先EN后VCC的顺序关断时

按照先VCC后EN的顺序关断时

VCC和EN同时导关断时

按照先EN后VCC的顺序关断时

左图为EN快速关断时的输出VOUT的关断特性。当EN关断时，输出晶体管关闭，因此从输入端到输出端的电荷供应中断。输出电容器的电荷通过负载放电，输出电压下降。放电路径除了负载之外，还有反馈电阻（输出电压设定电阻）。输出电压完全下降后，将VCC关断。负载为纯电阻时的输出电压下降时间可通过以下公式计算：

TOFF=−CO⋅RL⋅ln(VCVO)[sec]

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]

右图为EN平缓关断时的输出关断特性。在EN电压低于阈值的时刻，输出晶体管关断，输出电压下降。输出电压的下降时间同样可以用前面的公式计算。

按照先VCC后EN的顺序关断时

左图为VCC快速关断时的电源关断特性。当VCC快速关断时，输入电压和输出电压的电位发生反转，输出电容器的电荷会通过输出晶体管的体二极管（寄生二极管）向输入侧放电。因此，输出电压会跟随输入电压快速下降，待VCC降至0V时，只剩下体二极管的正向电压（约0.5V），下降变得平缓，之后电压按负载电阻的时间常数继续下降。

中间图为VCC平缓关断时的电源关断特性。当VCC下降至输入电压和输出电压的电位发生反转的点时，输出电容器的电荷会通过输出晶体管的体二极管（寄生二极管）向输入侧放电。因此，输出电压会跟随输入电压快速下降，待VCC降至0V时，只剩下体二极管的正向电压（约0.5V），下降变得更加平缓，之后电压按负载电阻的时间常数继续下降。

右图为VCC平缓关断过程中EN快速关断时的电源关断特性。当VCC下降至输入电压和输出电压的电位发生反转的点时，输出电容的电荷会通过输出晶体管的体二极管（寄生二极管）向输入侧放电。因此，输出电压会跟随输入电压快速下降，如果在VCC电压下降时EN快速关断，输出晶体管将关断，但由于输入电压与输出电压的电位已发生反转，输出电压将继续跟随输入电压下降。但负载电流的电流值越大，下降越快。待VCC降至0V后，只留下体二极管的正向电压（约0.5V），下降变得更加平缓，之后电压按负载电阻的时间常数继续下降。

VCC和EN同时关断时

左图为VCC的和EN同时快速关断时的电源关断特性。当VCC快速关断时，输入电压和输出电压的电位发生反转，输出电容器的电荷会通过输出晶体管的体二极管（寄生二极管）向输入侧放电。因此，输出电压会跟随输入电压快速下降，待VCC降至0V时，只剩下体二极管的正向电压（约0.5V），下降变得平缓，之后电压按负载电阻的时间常数继续下降。

右图为VCC的和EN同时平缓关断时的电源关断特性。当VCC下降至输入电压和输出电压的电位发生反转的点时，输出电容器的电荷会通过输出晶体管的体二极管（寄生二极管）向输入侧放电。因此，输出电压会跟随输入电压快速下降，待VCC降至0V时，只剩下体二极管的正向电压（约0.5V），下降变得更加平缓，之后电压按负载电阻的时间常数继续下降。

线性稳压器IC的浪涌电流

下面介绍一下“软启动”和“电源导通时的时序”中提及的浪涌电流。

启动时，会有给输出电容器充电的浪涌电流流过。此时，即使输出电流值超过推荐工作范围的最大值，电流也会因过流保护（OCP）电路受到限制，因此工作没有问题。但需要先确认结温TJ不会因过电流而超过150°C。短时过电流导致的结温可以通过瞬态热阻ZTH按以下公式进行估算：

Tj=TA+ZTH×P[℃]

TA：环境温度[℃]

ZTH：从结点到环境的瞬态热阻[°C/W]

P：IC的功耗[W]

P是IC的功耗，可以通过以下公式计算：

P=(VCC–VOUT)⋅IOUT+(VCC⋅ICC)[W]

但是，IOUT≫ICC时，可以通过以下公式计算：

P=(VCC–VOUT)⋅IOUT[W]

VCC：输入电压[V]

VOUT：输出电压[V]

IOUT：输出电流[A]

ICC：IC的电路电流[A]

在HTSOP-J8封装中，假设TA＝60°C的环境下，2A的浪涌电流持续流过1ms，从下述曲线图可知，1ms的瞬态热阻为5℃/W。

采用瞬态热阻估算的结温TJ可通过下式计算。

Tj=TA+ZTH⋅P=60∘C+5×(5V–3.3V)×2A=77.0°C

结温TJ低于150°C，因此没有问题。由于像这样1ms左右的短暂浪涌电流中TJ的上升很小，因此浪涌电流导致的温升很少会成为问题，但请务必确认。