ZL6205如何解決儲能電容所致的緩慢掉電？

1.   LDO電路中電容的作用

對于需要進(jìn)行掉電保存或掉電報警功能的產(chǎn)品，利用大容量電容的儲能作用，為保存數據和系統關(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據的系統中，為了抑制電源紋波、電源干擾和負載變化，在電源端也會(huì )并接一個(gè)適當容量的電容。電容作為LDO輸出端必須的器件，那么對于普通的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為MCU保存數據提供時(shí)間又能夠做到快速掉電的呢？

圖1  某普通LDO應用電路

2.   某普通LDO應用電路

圖1為實(shí)際應用中某普通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2  某普通LDO緩慢掉電過(guò)程

3.   某普通LDO掉電測試

為了看到普通LDO的掉電過(guò)程，基于圖1的應用電路，掉電過(guò)程實(shí)測如圖2所示。圖中藍色線(xiàn)（通道1）為掉電時(shí)輸入的電壓波形，粉色線(xiàn)（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3  某MCU上電要求

4   緩慢掉電對MCU的影響

增大電容使用上面某普通LDO的確能夠為MCU保存數據提供了足夠的時(shí)間，但是MCU保存數據都是在掉電的初期進(jìn)行的，在掉電的后期，低壓區階段還在緩慢掉電對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，根據圖中可知該MCU對上電的要求有：

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。

當上面的普通LDO給該MCU供電時(shí)，要是進(jìn)行掉電又快速上電的測試，根據圖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做負載，但是當僅僅給MCU這樣的輕負載供電時(shí)，MCU一旦進(jìn)入欠壓區域，內部就會(huì )進(jìn)入保護狀態(tài)，很多外設會(huì )關(guān)閉，消耗電流會(huì )很小，對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(mǎn)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”。

圖4  ZL6205快速掉電過(guò)程

5.   ZL6205掉電測試

現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)行掉電測試。圖4實(shí)測相同的電路下ZL6205的掉電過(guò)程。其中藍色線(xiàn)（通道1）為掉電時(shí)輸入的電壓波形，粉色線(xiàn)（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為MCU保存數據提供時(shí)間，但是普通的LDO在MCU保存完數據以后，電壓很長(cháng)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”。從圖4的ZL6205掉電曲線(xiàn)可以看到，ZL6205因為在VIN>2.1V之前VOUT會(huì )跟隨VIN的電壓，這就能夠為MCU掉電初期保存數據提供時(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(cháng)短，為保存數據提供需要的時(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(mǎn)足上面MCU的上電要求而容易造成“死機”的現象?？梢哉f(shuō)是既為MCU在掉電初期保存數據提供了需要的時(shí)間，掉電后期又實(shí)現了快速掉電，為MCU再次上電提供保障。

ZL6205為什么能夠快速掉電呢？圖5是ZL6205結構框圖，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內部框圖

上面圖4的掉電波形是使用圖1的電路測試的，因為圖1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)間保存數據，同時(shí)又需要快速放電的系統。

對于上下電需要一步到位的供電系統，可以使用下圖6這樣的電路。因為ZL6205帶使能引腳，有著(zhù)相對穩定的使能電壓閾值。通過(guò)不同比例的分壓電阻可以設置芯片上電啟動(dòng)電壓值和掉電輸出關(guān)閉電壓。

圖6  ZL6205典型應用電路

假如使用EN腳使用電阻分壓設置上電使能電壓值（如上圖6，具體EN實(shí)際使能電壓詳見(jiàn)ZL6205數據手冊），上電和掉電過(guò)程就會(huì )如圖7所示，藍色為ZL6205的輸入電壓，粉色為ZL6205輸出電壓。當輸入電壓跌落到了設置的關(guān)閉電壓值，ZL6205的輸出快速掉電。當輸入電壓上升到設置的電壓值時(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(mǎn)足MCU的上電要求的。

圖7  ZL6205利用EN設置關(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。