ZL6205如何解決儲(chǔ)能電容所致的緩慢掉電?

摘要：您有關(guān)注過(guò)LDO掉電過(guò)程嗎?您有了解過(guò)有的LDO為什么會(huì)掉電緩慢嗎?您注意到了MCU的上電要求了嗎?今天實(shí)測(cè)一款普通LDO與ZL6205的掉電過(guò)程并且告訴您ZL6205是如何保障MCU可靠上電的。

1. LDO電路中電容的作用

對(duì)于需要進(jìn)行掉電保存或掉電報(bào)警功能的產(chǎn)品，利用大容量電容的儲(chǔ)能作用，為保存數(shù)據(jù)和系統(tǒng)關(guān)閉提供時(shí)間，往往是很多工程師的選擇。而在不需要掉電保存數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，為了抑制電源紋波、電源干擾和負(fù)載變化，在電源端也會(huì)并接一個(gè)適當(dāng)容量的電容。電容作為L(zhǎng)DO輸出端必須的器件，那么對(duì)于普通的LDO這么多的電容可能會(huì)產(chǎn)生什么影響呢?而帶掉電快速放電功能的ZL6205又是怎么做到既能保證電容能夠?yàn)镸CU保存數(shù)據(jù)提供時(shí)間又能夠做到快速掉電的呢?

2. 某普通LDO應(yīng)用電路

圖1為實(shí)際應(yīng)用中某普通LDO電路，該電路輸入輸出端均有較大的電容連接。該LDO是一個(gè)普通的LDO，在上下電過(guò)程中基本可以看成是輸出跟隨輸入的。當(dāng)LDO輸入端掉電，輸出端電容的殘存電荷得不到快速釋放時(shí)，會(huì)造成LDO輸出端掉電緩慢。

圖1 某普通LDO應(yīng)用電路

3. 某普通LDO掉電測(cè)試

為了看到普通LDO的掉電過(guò)程，基于圖1的應(yīng)用電路，掉電過(guò)程實(shí)測(cè)如圖2所示。圖中藍(lán)色線(通道1)為掉電時(shí)輸入的電壓波形，粉色線(通道2)為掉電時(shí)輸出電壓波形。圖中可以看到該LDO在沒(méi)有其他額外的電流泄放電路輔助時(shí)，輸出電壓經(jīng)過(guò)2s的緩慢掉電，輸出端電壓值只跌落到300mV。

圖2 某普通LDO緩慢掉電過(guò)程

4. 緩慢掉電對(duì)MCU的影響

增大電容使用上面某普通LDO的確能夠?yàn)镸CU保存數(shù)據(jù)提供了足夠的時(shí)間，但是MCU保存數(shù)據(jù)都是在掉電的初期進(jìn)行的，在掉電的后期，低壓區(qū)階段還在緩慢掉電對(duì)MCU又會(huì)產(chǎn)生什么影響呢?

我們都知道MCU都有一定的上電時(shí)序要求，例如圖3為某MCU的上電要求，根據(jù)圖中可知該MCU對(duì)上電的要求有：

1、上電前的電壓VI需要低于200mV至少12us;

2、上電時(shí)間tr不能超過(guò)為500ms。

圖3 某MCU上電要求

當(dāng)上面的普通LDO給該MCU供電時(shí)，要是進(jìn)行掉電又快速上電的測(cè)試，根據(jù)圖2可知，該LDO經(jīng)過(guò)2s的掉電，電壓依然會(huì)維持到300mV左右，即使接入MCU做負(fù)載，但是當(dāng)僅僅給MCU這樣的輕負(fù)載供電時(shí)，MCU一旦進(jìn)入欠壓區(qū)域，內(nèi)部就會(huì)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，很多外設(shè)會(huì)關(guān)閉，消耗電流會(huì)很小，對(duì)LDO的掉電過(guò)程影響極為有限。所以該普通的LDO給該MCU供電在掉電后需要做快速再次啟動(dòng)上電時(shí)就會(huì)不滿足要求1：上電前的電壓VI需要低于200mV至少12us。這樣該MCU有可能會(huì)“死機(jī)”。

5. ZL6205掉電測(cè)試

現(xiàn)在使用引腳封裝兼容的ZL6205直接替換上面圖1的普通LDO，然后在相同的電源下進(jìn)行掉電測(cè)試。圖4實(shí)測(cè)相同的電路下ZL6205的掉電過(guò)程。其中藍(lán)色線(通道1)為掉電時(shí)輸入的電壓波形，粉色線(通道2)為掉電時(shí)輸出電壓波形。

上面說(shuō)到某普通LDO在大電容的電路中也能夠?yàn)镸CU保存數(shù)據(jù)提供時(shí)間，但是普通的LDO在MCU保存完數(shù)據(jù)以后，電壓很長(zhǎng)時(shí)間都不能跌落到0V，容易造成MCU在再次啟動(dòng)時(shí)“死機(jī)”。從圖4的ZL6205掉電曲線可以看到，ZL6205因?yàn)樵赩IN>2.1V之前VOUT會(huì)跟隨VIN的電壓，這就能夠?yàn)镸CU掉電初期保存數(shù)據(jù)提供時(shí)間，只要改變輸入電容的大小就能控制這個(gè)跟隨階段的時(shí)間長(zhǎng)短，為保存數(shù)據(jù)提供需要的時(shí)間。在VIN≤2.1V后，ZL6205的電壓就會(huì)快速跌落到0V，這樣就能避免不滿足上面MCU的上電要求而容易造成“死機(jī)”的現(xiàn)象。可以說(shuō)是既為MCU在掉電初期保存數(shù)據(jù)提供了需要的時(shí)間，掉電后期又實(shí)現(xiàn)了快速掉電，為MCU再次上電提供保障。

圖4 ZL6205快速掉電過(guò)程

ZL6205為什么能夠快速掉電呢?圖5是ZL6205結(jié)構(gòu)框圖，ZL6205在輸入欠壓或者EN禁能時(shí)會(huì)把輸出關(guān)閉，這樣即使輸入端掉電很緩慢也不會(huì)影響輸出快速掉電，并且ZL6205在輸出關(guān)閉后會(huì)立刻啟動(dòng)內(nèi)部掉電快速放電電路使輸出端電容的殘存電荷得到快速釋放，加速電壓跌落。

圖5 ZL6205內(nèi)部框圖

上面圖4的掉電波形是使用圖1的電路測(cè)試的，因?yàn)閳D1的LDO使能腳EN直接接到VIN，所以會(huì)有一段輸出跟隨輸入電壓的過(guò)程。這種電路非常適合MCU在掉電時(shí)需要時(shí)間保存數(shù)據(jù)，同時(shí)又需要快速放電的系統(tǒng)。

對(duì)于上下電需要一步到位的供電系統(tǒng)，可以使用下圖6這樣的電路。因?yàn)閆L6205帶使能引腳，有著相對(duì)穩(wěn)定的使能電壓閾值。通過(guò)不同比例的分壓電阻可以設(shè)置芯片上電啟動(dòng)電壓值和掉電輸出關(guān)閉電壓。

圖6 ZL6205典型應(yīng)用電路

假如使用EN腳使用電阻分壓設(shè)置上電使能電壓值(如上圖6，具體EN實(shí)際使能電壓詳見(jiàn)ZL6205數(shù)據(jù)手冊(cè))，上電和掉電過(guò)程就會(huì)如圖7所示，藍(lán)色為ZL6205的輸入電壓，粉色為ZL6205輸出電壓。當(dāng)輸入電壓跌落到了設(shè)置的關(guān)閉電壓值，ZL6205的輸出快速掉電。當(dāng)輸入電壓上升到設(shè)置的電壓值時(shí)，ZL6205快速啟動(dòng)。上下電過(guò)程中，輸出都沒(méi)有跟隨輸入的階段，掉電和上電都是一步到位，這樣的上下電速度是完全滿足MCU的上電要求的。

圖7 ZL6205利用EN設(shè)置關(guān)閉與開(kāi)啟點(diǎn)

除了ZL6205，ZLG還有兼容1117封裝的ZL6105系列LDO，它同時(shí)具有ZL6205這樣的快速上下電的特點(diǎn)，此外，還有超低功耗的ZL6201(靜態(tài)電流低至1.6μA)，特別適合用于電池供電場(chǎng)合。