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的引腳保護
2026.02.18
根據使用條件和環境的不同，需要對線性穩壓器IC的引腳進行保護。本文將介紹六種可能的情況及相應的保護電路示例。
線性穩壓器IC的引腳保護
如果在IC引腳上施加反向電壓或過電壓，可能會導致輸出電壓無法上升，甚至損壞IC。在下列情況可能發生時，建議採取適當的引腳保護措施：
- 1. 輸入輸出電壓條件反轉時→反向電流Bypass
- 2. 輸出負載為電感負載時→輸出端的反向電壓保護
- 3. 輸入極性可能反接時→輸入端的反向電壓保護
- 4. 需要熱插拔時→熱插拔保護措施（輸入端的突波保護）
- 5. 不同電源間存在負載時→反向電流Bypass
- 6. 正負電源（雙電源）→輸出端的反向電壓保護
1. 輸入輸出電壓條件反轉時→反向電流Bypass
在輸出電容容量較大的電路中，如果輸入電源關斷後輸出電容仍有電荷殘留，或輸入電源下降速度非常快時，可能會出現輸出電壓高於輸入輸出電壓的反轉狀態。在這種情況下，反向電流會透過IC中的寄生元件從輸出端流向輸入端。由於寄生元件不是為了工作而配置的，因此可能導致元件劣化或損壞。
作為對策，為防止反向電流流經IC內部，需在外部連接反向電流Bypass二極體（下圖左側）。然而當採用輸入線路開路進行關斷的方式（下圖右側）時，反向電流值僅為IC的偏置電流，數值特別小，不會導致寄生元件劣化或損壞，因此不需要使用Bypass 二極體。
Bypass二極體需要比IC內部的寄生元件更早導通。MOSFET型線性穩壓器中，其內部寄生元件的導通電壓約為0.6V，因此需要選擇正向電壓VF低於此值的Bypass二極體。
反向額定電壓應選擇高於所用輸入輸出電壓差的產品（降額80%以下）。正向額定電流應選擇大於反向電流值的產品（降額50%以下）。考慮到這些條件，推薦使用整流二極體或蕭特基二極體。
但是通常蕭特基二極體的反向電流較大，故應選擇該值較小的產品。如果反向電流較大，即使透過EN引腳關閉輸出，仍會有較多二極體的漏電流（反向電流）從輸入端流向輸出端，因此需要選擇反向電流值較小（大約為1μA以下）的產品。
2. 輸出負載為電感負載時→輸出端的反向電壓保護
當輸出負載為電感負載時，在輸出電壓關斷瞬間，電感負載中蓄積的能量會釋放到接地端。IC的輸出引腳與GND引腳之間有內部靜電防護二極體，大電流流經該二極體時可能會導致IC損壞。為防止這種情況，需在靜電防護二極體上並聯蕭特基二極體（D1）（見下圖）。
另外當IC輸出引腳與負載透過較長導線連接時，導線的電感可能成為電感負載。請使用示波器觀察波形，查看輸出關斷時是否產生了瞬態反向電壓。
此外當負載為馬達時，馬達的反電動勢會導致同樣的電流流過，因此需要配置二極體。
3. 輸入極性可能反接時→輸入端的反向電壓保護
將電源連接到輸入端時，如果不小心將正負極反接，會有大電流流過IC輸入引腳和GND引腳之間的靜電防護二極體，可能導致IC損壞（見“輸入反接時的電流路徑”）。防反接的最簡單方法是將蕭特基二極體或整流二極體與電源串聯連接，如以下“防反接措施1”所示。
在正確連接狀態下，二極體的正向電壓VF會有電壓降，產生VF×IO的功率損耗，因此不適用於輸入電源為電池的情況。蕭特基二極體的VF比整流二極體更低，因此損耗相對更小。二極體會發熱，因此需選擇具有足夠容許損耗裕量的產品。反接時雖然會有二極體的反向電流流過，但數值很小。
接下來介紹二極體與電源並聯連接的措施（防反接措施2）。由於需要比IC內部的靜電防護二極體更早導通，因此需使用VF更低的蕭特基二極體。在正確連接狀態下，其工作與無二極體時相同。反接時電源的全部電流會持續流向二極體，產生嚴重發熱，如果輸入電源的電流容量很大，會導致損壞。該電路是為了保護電路免受短暫疏忽性反接的影響，或以前端電源已配備過電流保護電路為前提的。
若想在此保護電路中進一步提高安全性，可以如“防反接措施3”所示，在電源上串聯保險絲。雖然保險絲需要維護，但它能更可靠地保護電路。
接下來介紹的“防反接措施4”是採用P-ch MOSFET與電源串聯連接的方法。MOSFET汲極和源極之間的二極體是體二極體（寄生元件）。在正確連接狀態下，P-ch MOSFET導通，此時的電壓降為MOSFET的導通電阻與輸出電流IO的乘積，它比“防反接措施1”中的二極體引起的電壓降更小，因此功率損耗更低。反接時MOSFET不會導通，因此無電流透過。如果超過MOSFET閘極和源極間（已考慮額降）的額定電壓，請如“防反接措施5”所示，在閘極和源極之間透過電阻分壓，來降低閘極和源極之間的電壓。
4. 需要熱插拔時→熱插拔保護措施（輸入端的突波保護）
在供電側（輸入）電源開啟的情況下將線路連接到IC的輸入端時，由於線路電感分量與連接插頭的金屬接觸會產生脈衝波形。若該突波電壓超過IC的絕對最大額定值，可能導致IC損壞。為防止突波電壓施加到IC的輸入引腳，可採用TVS（Transient Voltage Suppressor）二極體（下圖D1）來吸收突波以實現保護。
5. 不同電源間存在負載時→反向電流Bypass
當不同電源之間存在負載時，每個電源的上升和下降時序不一樣，因此電流會透過負載流入另一個電源的輸出端。此時，IC的輸入和輸出之間會產生反向電壓，因此需要反向電流Bypass二極體（下圖D1和D2）。
6. 正負電源（雙電源）→輸出端的反向電壓保護
在如下所示的正負電源中，各電源的上升速度存在差異。當正負電源間存在負載時，先行上升的電源會透過負載從另一個的輸出端汲取電流，從而導致反向電壓施加到輸出端。為防止IC損壞及輸出電壓無法上升，需要在輸出端與GND之間連接VF更低的蕭特基二極體（D1和D2），以實現輸出端的反向電壓保護。
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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