原创 内置线性稳压器电源无法启动的故障案例

线性稳压器IC和外围元器件通过焊接安装在PCB（印刷电路板）上。量产时是通过自动设备来管理焊接温度和时间的，因此通常不会出现问题。但是在试制或返工等情况下，会使用电烙铁进行手工焊接，这时可能会损坏IC和外围元器件，导致电源电路无法启动（不工作）。

• 电烙铁温度：380℃以下
• 焊接时间：4秒以下（每个引脚）

但是，如果超过该条件值，IC可能会因封装开裂或内部键合线脱落等问题而损坏。另外，如果是不建议使用电烙铁进行安装的封装，在试制时不得不使用电烙铁的情况下，损坏风险会增加，因此需要在短时间内进行精心焊接，当电路不能正常启动（工作）时，可以怀疑IC是否受损。

此外，不仅IC会因手工焊接而受损，电阻器和陶瓷电容器等构成外围电路的表面贴装元器件也有同样的可能性。每种元器件的技术规格书等资料中会提供手工焊接的推荐条件，应按照这些条件进行焊接。条件示例如下。

• 电烙铁头的温度：350℃
• 焊接时间：4s Max
• 次数：1次
• 功率：20W Max

* 0603（0201）、0602（01005）尺寸的产品除外

基本上，元器件的尺寸越小，用电烙铁焊接时越容易受损。特别是1005（0402）尺寸以下的元器件容易受到外部应力的影响，引脚电极可能会因过热或来自电烙铁头的外力而剥落，从而导致开路故障。尤其是重复使用同一产品时容易发生这种问题。引脚电极的剥落很难通过肉眼进行判别。如果通过分压电阻设置的输出电压没有正常工作，或者出现异常波形，可以怀疑是外围元器件受损。

内置折返式限流电路的线性稳压器IC，在IC启动前输出端被施加恒流负载时，可能会出现无法启动的问题。

图1是电流折返特性示例。当IC的输出处于过负载状态、输出电流达到限值时，通过使输出电流限制线性降低的方式来降低输出电压，将IC的功耗保持在限制范围内，从而实现保护。

由于折返式电流限制功能在启动时也起作用，因此IC的启动将遵循其折返特性。首先，我们使用图1和图2来介绍输出负载为正常的电阻或电容时的启动时序。图2为电路的启动波形，其中稳压器输出端连接了100μF的电容器，以及5V时流过500mA的输出（负载）电流的电阻负载。两个图中的（A）～（E）分别表示相同的时间点。

在供给VCC之前的时间点，输出电压和输出电流均为零。IC从被供给VCC的（A）时间点开始启动，输出开始上升。由于输出端连接着100μF的输出电容器，所以输出电流因电容器充电而急剧增加。这种电流被称为“浪涌电流”，如果不加以限制，可能会导致瞬间流过极限大电流。在该示例中，如图所示，电流被限制在300mA左右。

之后，输出电流沿折返曲线呈线性增加，并逐渐对输出电容器进行充电，输出电压也随之沿折返曲线上升，并按照（B）点、（C）点、（D）点推移。

在（D）点，输出电容器的充电基本完成，输出电压达到设定值，输出电流也进入稳定状态。

在（E）点，输出电压充分上升并达到稳定状态，输出电流达到正常负载500mA。

这样，具有折返式限流电路的线性稳压器从零点开始，沿着折返曲线启动。如果负载是电阻或电容，在启动时可能会受到电流限制，但只要有电流提供给输出端，输出电压就一定会上升。

接下来，我们来介绍一下恒流负载的情况。如果在IC启动前对输出施加恒流负载，那么电流会流过IC输出引脚和接地之间的二极管，就会产生正向电压，所以输出引脚电压为-1VF（约-0.7V）。该二极管是IC内置的ESD保护二极管或结构上存在的寄生二极管（图3）。

例如，假设恒流负载为500mA。图4中的（A）点是IC开始启动的点，如前所述，由于恒流负载，输出电压为负。当IC启动时，输出电流开始流动，但由于输出电压为-0.7V，因此供电电流小于0V时的供电电流，在本例中约为200mA。由于负载是500mA的恒流负载，所以输出电压仅凭200mA的供电电流无法上升，在（B）点处于锁存状态，输出电压无法上升，即发生启动故障。

如果在IC已经完成启动并且输出电压已达到设定电压的状态下连接恒流负载，就可以继续运行。这是因为IC已经处于稳定状态，在本例中则可以充分提供500mA的电流。但是，一旦输出短路（变为0V），就会回到图4中的（A）点，所以会处于前述的在启动前施加恒流负载时发生的状态，同样会出现启动故障。

作为这种故障的对策，可以选用启动时IC能够提供的输出电流值大于恒流负载值的IC。

然而，对于具有折返式限流电路的线性稳压器而言，由于其特性，在0V输出时可以供给的电流值被设置得很小，在很多情况下并不能保证电流值。因此，如果要在启动前施加恒流负载的条件下使用时，可使用过电流保护电路具有电流下垂特性的线性稳压器来解决这个问题。如图5所示，电流下垂型特性在0V输出时可供给的电流值接近于最大输出电流，因此即使有恒流负载也能正常启动。

虽然与处理启动故障并没有直接关系，但是还是要提醒一下：如果恒流负载使IC的输出引脚和接地之间的ESD保护二极管或寄生二极管中流过电流，可能会导致元器件劣化或损坏。要想防止这种情况，可以在输出引脚和接地之间连接肖特基势垒二极管（参见图6）。

图1显示了与线性稳压器输出端连接的某电路模块的电路电流特性。该电路的设计初衷是在被施加1.8V以上的电源电压时会工作，但实际上在电路稳定工作之前的0.7V附近会流过大电流。如果尚未对低于工作电压的电路工作进行充分验证，这种情况是可能会发生的，并且由于电路不稳定或意外动作，电源和接地之间可能会出现直通电流。

图2表示将有直通电流的电路模块连接到“案例2：恒流负载导致的启动故障”中提到的内置折返式限流电路的线性稳压器输出端后的情况。这是将图1的XY轴反置后的特性叠加在电流折返特性（黄绿色曲线）上的示意图。

电路模块从A点开始启动，当电源电压（线性稳压器IC的输出）达到约0.7V时，突然开始流入直通电流，如图1所示，需要流过约800mA的电流（C点）。但是，由于线性稳压器IC的折返限流特性，电流在B点被限制。因无法提供所需的电流，所以输出电压不会上升，出现启动故障。

实际上，受启动时的噪声和寄生元件的影响，很多情况下最终会启动起来，因此只有在量产时发现众多产品中有不启动的个体时，才会注意到设计或评估过程中的缺陷。因此，要想防患于未然，就需要对线性稳压器的供电电路模块的电流特性进行实测，确认没有过大的峰值电流。