【導讀】用電流損耗更低的RS-485收發(fā)器替代舊器件，結果卻發(fā)生故障，是什么原因呢？這是因為為收發(fā)器總線側供電的線性穩(wěn)壓器有一個特殊要求，需要最小負載電流才能正常工作。否則，穩(wěn)壓器將無法正常穩(wěn)壓，輸出電壓會超出范圍。
問：我換了一個更新更好的器件，電流損耗更低，結果發(fā)生故障，新器件差點兒燒毀。如何解釋這一現(xiàn)象？
答：線性穩(wěn)壓器是相當簡單的器件，并沒有太多挑戰(zhàn)。盡管如此，偶爾還是會遇到麻煩。
我當現(xiàn)場應用工程師時，有時客戶會請我推薦合適的器件來替換某個供應商供貨的器件。在很多情況下，更換器件的決定是由客戶的生產和采購團隊做出的，原來的電路設計師可能并不知曉。決策過程相當簡單：替代器件應當具有相同的功能、封裝和引腳配置，以及與被替代器件同等甚至更好的電氣規(guī)格。只要滿足所有這些要求，就可向元器件工程師提供必要的比較數(shù)據，然后將新的元器件添加到物料清單中，作為元器件備選方案。做完這些，就算大功告成了。但是事實上，使用舊器件正常工作的產品在替換為備選件后，在生產線上開始出現(xiàn)故障。哪里出錯了呢？
我曾參與這樣一個案例，我們遵循上述流程，在客戶設計中，將我們的隔離式RS-485收發(fā)器作為除一個供應商器件之外的另一可選器件。兩個器件形狀、尺寸和功能兼容，而我們的器件具有更好的電氣規(guī)格。客戶隨后向我們下了訂購大量此器件的訂單，看起來沒有任何理由出錯。然而，客戶報告說，新的RS-485收發(fā)器在生產測試臺上開始出現(xiàn)故障。由于設計沒有任何別的改變，所以一定是新器件的問題。
經過進一步調查，我們發(fā)現(xiàn)為收發(fā)器總線側供電的線性穩(wěn)壓器未按預期穩(wěn)壓至5V，而是上升到更高的電壓。我們不得不仔細檢查、比較舊收發(fā)器和替換器件的數(shù)據手冊，以及線性穩(wěn)壓器的數(shù)據手冊，以確定哪里出了錯。
“更好”只是一個定性術語，具體取決于所討論的參數(shù)。例如，涉及到速度、CMRR、PSRR時，越高越好；涉及到失調電壓、漂移時，越低越好。即使不具備工程專業(yè)知識的人，也知道功耗總是越低越好。真的是這樣嗎？在這個特殊案例中，并非如此。舊收發(fā)器閑置狀態(tài)下在總線側消耗15mA（典型值）電流，而新器件僅消耗2mA（最大值）。毫無疑問，新器件在數(shù)據上看起來更好。不幸的是，線性穩(wěn)壓器似乎失常了。
正如本文開頭提到的，線性穩(wěn)壓器相當簡單，并沒有太多要求。然而，它卻有一個特殊要求，即需要最小負載電流才能正常工作。如果這一需求沒有被滿足，穩(wěn)壓器將無法正常穩(wěn)壓，輸出電壓會超出范圍。如果穩(wěn)壓器的輸入電壓遠高于期望的輸出電壓，情況將變得更差。
許多現(xiàn)代線性穩(wěn)壓器在設計中特別注意了這個問題，因而不會產生故障。一些舊器件（如本案的客戶設計所用的器件）沒有考慮此點，因此在系統(tǒng)設計時需要額外的預防措施。某些情況下，可調輸出LDO的反饋電阻網絡負責最小負載電流。但是，如果決定大幅提高電阻，而同時要保持相同比值，很可能無意中闖禍。還有另外一種情況，即由LDO供電的器件在正常工作期間可滿足負載要求，而在待機狀態(tài)下則不行。這些都是需要注意的潛在缺陷，因此請務必仔細閱讀LDO數(shù)據手冊。如果有最小負載電流要求，通常會以某種形式體現(xiàn)出來。下面是幾個示例：
圖1：數(shù)據手冊中的最小負載電流實例。
圖2：左邊線路圖：采用舊器件的穩(wěn)壓器正常工作（滿足最小負載電流要求）；右邊線路圖：采用新器件的穩(wěn)壓器不穩(wěn)定（負載電流不足）。
現(xiàn)在回到我們的故事——一旦了解了問題產生的根本原因，修復就相當簡單。我們要做的就是在調節(jié)器輸出端加一個泄放電阻，以消耗最小負載電流。雖然不理智的客戶很容易將問題簡單地歸咎于我們的器件，但本例中的客戶看到了積極的一面，很高興能從這一案例中學到新技術。
圖3：增加一個泄放電阻滿足最小負載電流要求后，問題解決了。
有如童話中的完美結局，雖然歷經挫折，但最終每個人都過上了幸福快樂的生活。
本文轉載自電子技術設計，作者：Abhinay Patil，ADI公司。
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