Перейти к содержанию

Ограничение тока с обратным наклоном (foldback)

Обычное ограничение тока держит постоянный ток при любой перегрузке, и при коротком замыкании на регулирующем транзисторе падает всё входное напряжение. Ограничение с обратным наклоном уменьшает ток по мере падения выходного напряжения и снижает нагрев. Разбираем на примере LDO TI TLV755P.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Ограничение тока с обратным наклоном (foldback current limit) — защита, при которой допустимый выходной ток не остаётся постоянным при перегрузке, а уменьшается по мере падения выходного напряжения. При полном коротком замыкании ток оказывается меньше порога перегрузки. На графике «выходное напряжение — ток» характеристика загибается назад, отсюда название.

Зачем

У линейного стабилизатора (LDO) при коротком замыкании на регулирующем транзисторе падает всё входное напряжение, и он рассеивает VIN · I. При обычном («кирпичная стена») ограничении тока этот ток равен порогу перегрузки — самому большому току. Foldback уменьшает его как раз тогда, когда напряжение на транзисторе наибольшее.

Пример: TI TLV755P

ПараметрЗначениеУсловия
ICL, ограничение тока560–865 мА, тип. 720 мАвыход на 10 % ниже номинала (VOUT > 1,5 В) или на 0,2 В ниже (VOUT ≤ 1,5 В)
ISC, ток КЗ355 мА тип.VOUT = 0

У старшей модели TLV757P на 1 А соотношение похожее: ограничение 1,55 А, ток КЗ 755 мА.

Схема гибридная: до 0,4 · VOUT(nom) действует обычное ограничение, ниже ток спадает к ISC. При входе 5 В и коротком замыкании транзистор рассеивает (5 − 0) · 0,355 ≈ 1,8 Вт вместо 3,6 Вт при постоянном токе 720 мА. Если тепла всё равно слишком много, срабатывает тепловая защита около 165 °C, и стабилизатор циклически выключается и включается, пока замыкание не устранят.

Подводные камни

  • Пуск на нагрузку постоянного тока. Пока выход низкий, ток ограничен меньшим значением. Нагрузка, которая потребляет постоянный ток независимо от напряжения, может не дать выходу подняться. TI советует включать такую нагрузку после выхода стабилизатора на режим.
  • Отрицательное напряжение на выходе при включении даёт тот же эффект.
  • Индуктивность на выходе — TI предупреждает, что лишняя индуктивность заставляет ограничение колебаться.

Импульсные преобразователи для той же цели чаще используют икотный режим. Выбор стабилизаторов — в разделе LDO.

Частые вопросы

Чем foldback-ограничение лучше обычного?

Меньшим нагревом при коротком замыкании. При обычном ограничении на уровне 720 мА и входе 5 В регулирующий транзистор LDO рассеивает при КЗ около 3,6 Вт. У TLV755P при замкнутом выходе ток падает до 355 мА, и рассеяние — около 1,8 Вт, вдвое меньше. Но и эти 1,8 Вт микросхема рассеивает, пока не сработает тепловая защита, после чего, по TI, она циклически выключается и включается, пока КЗ не устранят.

Почему LDO с foldback может не запуститься?

Пока выход ниже порога, допустимый ток снижен. Если нагрузка потребляет постоянный ток, больший тока короткого замыкания, — например, другой стабилизатор или источник тока, — выход застревает на низком напряжении. TI для TLV755P прямо советует отключать такую нагрузку, пока выход не поднимется до номинала.

Где ещё применяют ограничение с обратным наклоном?

В линейных стабилизаторах и в драйверах интерфейсов: например, у приёмопередатчиков RS-485 MAX481–MAX491 ограничение с обратным наклоном на выходе драйвера защищает от КЗ на шине вместе с тепловой защитой. Цель везде одна: при коротком замыкании снизить мощность в регулирующем элементе. Импульсные преобразователи нередко решают ту же задачу икотным режимом — периодическим отключением и повторным пуском.

Источники

  1. Texas Instruments. TLV755P 500-mA, Low-IQ, Small-Size, Low-Dropout Voltage Regulator, SBVS320D (November 2017, revised September 2024) — Features и разд. 1: внутреннее ограничение тока с обратным наклоном снижает рассеяние при коротком замыкании; табл. 5.5: ICL 560/720/865 мА (мин./тип./макс.) при VOUT = 0,9 · VOUT(nom) для 1,5 В < VOUT ≤ 4,5 В и при VOUT = VOUT(nom) − 0,2 В для VOUT ≤ 1,5 В, ISC 355 мА при VOUT = 0 В; разд. 6.3.3: гибридная схема — «кирпичная стена» до снижения выхода ниже 0,4 · VOUT(nom), затем ток уменьшается по мере приближения выхода к нулю; в ограничении выход не стабилизирован и равен произведению тока на сопротивление нагрузки; при КЗ транзистор рассеивает (VIN − VOUT) · ISC до срабатывания тепловой защиты, затем устройство циклически включается; при пуске на нагрузку постоянного тока или при отрицательном выходе ток нагрузки может превысить ограничение, и выход не поднимется до номинала — нагрузку постоянного тока отключают до выхода на режим; лишняя индуктивность вызывает колебания ограничения тока; разд. 6.3.4: тепловая защита около 165 °C, возврат около 155 °C
  2. Texas Instruments. TLV757P 1-A, Low-IQ, Small-Size, Low-Dropout Voltage Regulator, SBVS322C (October 2017, revised March 2024) — Features: ограничение тока с обратным наклоном; табл. электрических характеристик: ICL 1,2/1,55/1,78 А (мин./тип./макс.), ISC 755 мА при VOUT = 0 В; разд. 6.3.3: та же гибридная схема, что у TLV755P, — при КЗ ток снижается до ISC
  3. Analog Devices (Maxim). MAX1487/MAX481/MAX483/MAX485/MAX487–MAX491 Low-Power, Slew-Rate-Limited RS-485/RS-422 Transceivers, 19-0122 Rev 10 (9/14) — Driver Output Protection: чрезмерный ток и рассеяние при КЗ или конфликте на шине предотвращают два механизма — ограничение тока с обратным наклоном на выходном каскаде, защищающее от КЗ во всём диапазоне синфазных напряжений, и тепловая защита, переводящая выходы драйвера в третье состояние

Нашли ошибку?

Смотрите также