DC-DC｜應用篇
使用線性穩壓器的電源設計要點 線性穩壓器IC的軟啟動
2026.02.18
線性穩壓器IC的軟啟動
在輸入電源導通（啟動）時，透過在一定時間內逐步提升輸出電壓，可以抑制為輸出電容充電時流過的突波電流的最大值，這就是採用軟啟動的主要目的。
BDxxIC0系列的軟啟動上升時間在IC內部固定為800μs（typ.），無法從外部調整上升時間。如下圖所示，軟啟動時間TSS的定義是：以EN從Low轉為High的導通時刻為起點，直至輸出電壓達到規定值的95%所需的時間。軟啟動時間偏差參考值為最小400μs、標準800μs、最大1200μs。軟啟動時間與輸出電壓無關。另外啟動時間可能會因輸入電源電壓、EN訊號的上升時間以及輸出電容的容值而有所不同，詳情請參閱“電源導通時的時序”一文。
線性穩壓器電源導通時的時序
對於BDxxIC0系列，VCC和EN的啟動（施加電壓）時序沒有先後要求，但啟動時間會因VCC和EN的上升時間以及輸出電容的容值而有所不同。下面分別介紹四種條件下的啟動特性。
- ・按照先VCC後EN的順序導通時
- ・按照先EN後VCC的順序導通時
- ・VCC和EN同時導通時
- ・輸出電容的容量較大時
按照先VCC後EN的順序導通時
左圖為VCC上升後，EN快速導通時的啟動特性。VOUT透過軟啟動功能平緩上升。如“軟啟動”中所述，軟啟動時間TSS的定義是：以EN從Low轉為High的導通時刻為起點，直至輸出電壓達到規定值的95%所需的時間。
中間圖為EN達到高電平的時間短於軟啟動時間時的啟動特性。從EN電壓超過閾值的時刻軟啟動開始工作，輸出電壓按照設定的軟啟動時間上升。
最後右圖為EN達到高電平的時間長於軟啟動時間時的啟動特性。從EN電壓超過閾值的時刻軟啟動電路開始工作，輸出電壓按照設定的軟啟動時間上升。
無論哪種情況，軟啟動都是從EN電壓超過閾值的時刻開始，基本不受EN電壓達到高電平的時間點影響。當EN電壓快速變化時，可以認為EN電壓上升到超過閾值直至達到高電平的時間非常短。
按照先EN後VCC的順序導通時
左圖為EN上升後，VCC快速導通時的啟動特性。軟啟動電路從VCC上升的時刻開始工作，輸出電壓按照設定的軟啟動時間平緩上升。
中間圖為VCC達到電源電壓的時間短於軟啟動時間時的啟動特性。軟啟動電路從VCC超過約1.2V的時刻開始工作，輸出電壓按照設定的軟啟動時間上升。
右圖為VCC達到電源電壓的時間長於軟啟動時間時的啟動特性。從VCC超過約1.2V的時刻起軟啟動電路開始工作，輸出電壓開始上升。但由於VCC電壓上升速度比軟啟動的電壓上升速度慢，因此輸出電壓VOUT的上升會受到VCC電壓值的限制。由此，啟動時間（輸出電壓達到設定值的時間）將超過軟啟動時間而變長。
無論哪種情況，當VCC超過1.2V時，輸出都會開始軟啟動，但請注意，若VCC未能達到超過“輸出設定電壓+工作所需的輸入輸出電壓差”的電壓，輸出將無法達到設定的電壓值。
VCC和EN同時導通時
左圖為VCC和EN同時快速導通時的啟動特性。軟啟動電路從VCC和EN上升的時刻開始工作，輸出電壓按照設定的軟啟動時間上升。
中間圖為VCC和EN上升時間短於軟啟動時間時的啟動特性。軟啟動電路從EN電壓超過閾值的時刻開始工作，輸出電壓按照設定的軟啟動時間上升。
右圖為VCC和EN上升時間長於軟啟動時間時的啟動特性。從EN電壓超過閾值的時刻起軟啟動電路開始工作，輸出開始上升。但由於VCC電壓上升速度比軟啟動的電壓上升速度慢，因此輸出電壓的上升會受到VCC電壓值的限制。故啟動時間（輸出電壓達到設定值所需的時間）將超過軟啟動時間而變長。
輸出電容的容量較大時
當輸出電容的容量增大時，啟動時的充電電流也會增加。雖然這會根據輸出電壓和過流保護電路的限制值而變化，但當輸出電容容量在數μF到數百μF的前半段範圍內時，即使充電電流發生變化，軟啟動時間也會保持恒定進行啟動。當輸出電容容量達到數百μF前半段以上時，由於充電電流增大會導致過流保護電路工作，此時充電電流會受到過流保護電路的限制。因此，如下面的左圖所示，啟動時間會超過軟啟動時間而變長。在此條件下，隨著輸出電容容量的增加，啟動時間也會變長。
下面的右圖展示了因過流保護電路導致電流受限狀態中途時啟動，待電容充電至一定程度後，充電電流減少，使過流保護解除，並恢復至正常工作狀態。像這樣輸出的啟動時間會因輸出電容的容量而變化，因此當增大輸出電容容量時，請在實際工作條件下確認啟動時間。
線性穩壓器電源關斷時的時序
對於BDxxIC0系列，輸出電壓的下降時間會因VCC和EN的關斷順序而有所不同。下面介紹三種條件下的差異。
- ・按照先EN後VCC的順序關斷時
- ・按照先VCC後EN的順序關斷時
- ・VCC和EN同時導關斷時
按照先EN後VCC的順序關斷時
左圖為EN快速關斷時的輸出VOUT的關斷特性。當EN關斷時，輸出電晶體關閉，因此從輸入端到輸出端的電荷供應中斷。輸出電容的電荷透過負載放電，輸出電壓下降。放電路徑除了負載之外，還有回饋電阻（輸出電壓設定電阻）。輸出電壓完全下降後，將VCC關斷。負載為純電阻時的輸出電壓下降時間可透過以下公式計算：
\(T_{OFF} = -C_O \cdot R_L \cdot \ln\left(\frac{V_C}{V_O}\right) \, [sec]\)
CO：輸出電容[F]
RL：負載電阻[Ω]
VO：輸出電壓[V]
VC：最終下降電壓[V]
右圖為EN平緩關斷時的輸出關斷特性。在EN電壓低於閾值的時刻，輸出電晶體關斷，輸出電壓下降。輸出電壓的下降時間同樣可以用前面的公式計算。
按照先VCC後EN的順序關斷時
左圖為VCC快速關斷時的電源關斷特性。當VCC快速關斷時，輸入電壓和輸出電壓的電位發生反轉，輸出電容的電荷會透過輸出電晶體的Body Diode（寄生二極體）向輸入側放電。因此輸出電壓會跟隨輸入電壓快速下降，待VCC降至0V時，只剩下Body Diode的正向電壓（約0.5V），下降變得平緩，之後電壓按負載電阻的時間常數繼續下降。
中間圖為VCC平緩關斷時的電源關斷特性。當VCC下降至輸入電壓和輸出電壓的電位發生反轉的點時，輸出電容的電荷會透過輸出電晶體的Body Diode（寄生二極體）向輸入側放電。因此輸出電壓會跟隨輸入電壓快速下降，待VCC降至0V時，只剩下Body Diode的正向電壓（約0.5V），下降變得更加平緩，之後電壓按負載電阻的時間常數繼續下降。
右圖為VCC平緩關斷過程中EN快速關斷時的電源關斷特性。當VCC下降至輸入電壓和輸出電壓的電位發生反轉的點時，輸出電容的電荷會透過輸出電晶體的Body Diode（寄生二極體）向輸入側放電。因此輸出電壓會跟隨輸入電壓快速下降，如果在VCC電壓下降時EN快速關斷，輸出電晶體將關斷，但由於輸入電壓與輸出電壓的電位已發生反轉，輸出電壓將繼續跟隨輸入電壓下降。但負載電流的電流值越大，下降越快。待VCC降至0V後，只留下Body Diode的正向電壓（約0.5V），下降變得更加平緩，之後電壓按負載電阻的時間常數繼續下降。
VCC和EN同時關斷時
左圖為VCC的和EN同時快速關斷時的電源關斷特性。當VCC快速關斷時，輸入電壓和輸出電壓的電位發生反轉，輸出電容的電荷會透過輸出電晶體的Body Diode（寄生二極體）向輸入側放電。因此輸出電壓會跟隨輸入電壓快速下降，待VCC降至0V時，只剩下Body Diode的正向電壓（約0.5V），下降變得平緩，之後電壓按負載電阻的時間常數繼續下降。
右圖為VCC的和EN同時平緩關斷時的電源關斷特性。當VCC下降至輸入電壓和輸出電壓的電位發生反轉的點時，輸出電容的電荷會透過輸出電晶體的Body Diode（寄生二極體）向輸入側放電。因此輸出電壓會跟隨輸入電壓快速下降，待VCC降至0V時，只剩下Body Diode的正向電壓（約0.5V），下降變得更加平緩，之後電壓按負載電阻的時間常數繼續下降。
線性穩壓器IC的突波電流
下面介紹一下“軟啟動”和“電源導通時的時序”中提及的突波電流。
啟動時，會有給輸出電容充電的突波電流流過。此時即使輸出電流值超過推薦工作範圍的最大值，電流也會因過流保護（OCP）電路受到限制，因此工作沒有問題。但需要先確認接面溫度TJ不會因過電流而超過150°C。短時過電流導致的接面溫度可以透過瞬態熱阻ZTH按以下公式進行估算：
\(T_j = T_A + Z_{ΤΗ} \times P \, [℃]\)
TA：環境溫度[℃]
ZTH：從結點到環境的瞬態熱阻[°C/W]
P：IC的功耗[W]
P是IC的功耗，可以透過以下公式計算：
\(P = (V_{CC} – V_{OUT}) \cdot I_{OUT} + (V_{CC} \cdot I_{CC}) \, [W]\)
但是，IOUT≫ICC時，可以透過以下公式計算：
\(P = (V_{CC} – V_{OUT}) \cdot I_{OUT} \, [W]\)
VCC：輸入電壓[V]
VOUT：輸出電壓[V]
IOUT：輸出電流[A]
ICC：IC的電路電流[A]
在HTSOP-J8封裝中，假設TA＝60°C的環境下，2A的突波電流持續流過1ms，從下述曲線圖可知，1ms的瞬態熱阻為5℃/W。
採用瞬態熱阻估算的接面溫度TJ可透過以下公式計算。
\(T_j = T_A + Z_{TH} \cdot P\)
\( = 60^\circ\mathrm{C} + 5 \times \left(5\,\mathrm{V} – 3.3\,\mathrm{V}\right) \times 2\,\mathrm{A} = 77.0\,°C\)
接面溫度TJ低於150°C，因此沒有問題。由於像這樣1ms左右的短暫突波電流中TJ的上升很小，因此突波電流導致的溫升很少會成為問題，但請務必確認。
DC-DC
基礎篇
- 升壓型DC-DC轉換器的最大輸出電流 －前言－
- 升壓型DC-DC轉換器關斷時的工作
- 升壓電源負載短路引發的問題及其保護電路 －前言－
- 降低升壓電源輸出中的開關雜訊 －前言－
- 升壓型DC-DC轉換器的輸出漣波電壓 －前言－
- 開關穩壓器的基礎
- 輸入輸出電壓和元件常數對最大輸出電流的影響
- 線性穩壓器的基礎
- 總整理
- 電源電路的七大標配：從低雜訊型到升壓型！
- 何謂DC/DC轉換器？
設計編
評估篇
應用篇
- 使用線性穩壓器的電源設計要點
- 案例1：手工焊接導致IC和週邊元件受損
- 何謂LDO線性穩壓器的並聯
- 線性穩壓器的簡易穩定性優化方法 —前言—
- 使用通用電源IC實現電源時序控制的電路
- 使用浮接型線性穩壓器進行電源設計時的要點 —前言—
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