Mecanismo de proteção contra sobrecorrente LDO

Os reguladores LDO regulam sua tensão de saída para garantir uma operação estável sob diferentes demandas de corrente de carga. No entanto, quando a corrente de carga excede a faixa projetada, como em um curto-circuito ou sobrecarga, o excesso de corrente pode causar superaquecimento ou até mesmo danos ao chip. Para solucionar esse problema, surgiram mecanismos de proteção contra sobrecorrente para limitar a corrente de saída e proteger tanto o LDO quanto a sua carga. Os LDOs normalmente possuem dois mecanismos de proteção contra sobrecorrente: limitação de corrente por barreira de potencial e desligamento por sobrecorrente.

1. Limitação de corrente tipo "parede de tijolos"

Como o próprio nome sugere, a limitação de corrente por barreira (brick-wall) é um mecanismo de corte "rígido". Quando a corrente de saída excede o limite de corrente predefinido, I_LIMIT, o LDO limita rapidamente a corrente de saída a I_LIMIT. Devido à alta corrente de carga, a temperatura do LDO aumenta gradualmente. Assim que a temperatura de proteção do LDO é atingida, a saída do LDO é imediatamente desligada. Observando a curva de tensão de saída versus corrente de saída, isso se assemelha a uma "barreira" que impede o aumento adicional da corrente. Por exemplo, a folha de dados do TPS7A16 indica que seu limite de corrente por barreira é de 105 mA (típico).

Como pode ser observado na curva de tensão de saída versus corrente de carga na figura acima, quando a corrente de carga excede I_LIMIT e aciona a proteção térmica do LDO, a tensão de saída cai drasticamente. Esse mecanismo é tipicamente implementado por meio de um circuito interno de detecção de corrente combinado com um circuito de proteção térmica. A estrutura interna do LDO inclui um espelho de corrente para detectar a corrente. Quando a corrente detectada excede a corrente de referência definida, o limite de corrente é acionado, a temperatura do LDO aumenta e, ao atingir a temperatura de proteção, o transistor de potência é desligado, interrompendo a saída.

Isso indica que a limitação de corrente por barreira de transferência é mais segura durante sobrecargas de curta duração. Sua característica principal é a capacidade de tolerar sobrecargas momentâneas, mas, caso a sobrecarga persista, o acúmulo de calor acionará o desligamento térmico.

2. Limite de corrente de retração

A limitação de corrente por retração é muito semelhante à limitação padrão por limite superior. No entanto, seu principal objetivo é limitar a dissipação total de potência. Isso significa que, à medida que VOUT diminui e VIN permanece estável, o limite de corrente de saída é reduzido linearmente para manter o transistor de saída dentro de um limite seguro de dissipação de potência. Dispositivos como o TLV717P incorporam e se beneficiam da limitação de corrente por retração, pois são encapsulados principalmente em embalagens ultracompactas com maior resistência térmica. O comportamento do limite de corrente de saída do TLV717P é mostrado na Figura 3. Como pode ser visto, como VIN é especificado em VOUT + 0,5V, a dissipação de potência máxima permitida a 25°C é de 150mW. Após o limite de corrente ser excedido e VOUT começar a diminuir (assumindo que RLOAD seja constante), tanto IOUT quanto a dissipação de potência diminuem. Isso adiciona uma pequena complexidade a dispositivos não ôhmicos que consomem corrente constante e podem acionar um estado travado, no qual o dispositivo energizado continua a reduzir V_FORA e o LDO continua a reduzir I_FORA.

3. Desligamento por sobrecorrente

Ao contrário da limitação de corrente por barreira e da limitação de corrente por retração, a proteção contra sobrecorrente utiliza um mecanismo de desligamento interno rápido. A estrutura interna do LDO incorpora um espelho de corrente para detectar a corrente e um comparador para permitir o desligamento rápido da saída em caso de sobrecorrente. Quando a corrente de saída do LDO atinge a corrente de proteção contra sobrecorrente, o LDO desliga diretamente. Portanto, a proteção por limite de corrente é mais rápida do que a limitação de corrente por barreira e a limitação de corrente por retração. Se a saída do LDO tiver uma grande carga capacitiva, ela experimentará uma grande corrente de pico, podendo acionar o desligamento por sobrecorrente do LDO e impedindo sua inicialização correta. Nesse caso, um LDO com desligamento por sobrecorrente não deve ser selecionado.

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