【導(dǎo)讀】用電流損耗更低的RS-485收發(fā)器替代舊器件，結(jié)果卻發(fā)生故障，是什么原因呢？這是因?yàn)闉槭瞻l(fā)器總線側(cè)供電的線性穩(wěn)壓器有一個(gè)特殊要求，需要最小負(fù)載電流才能正常工作。否則，穩(wěn)壓器將無(wú)法正常穩(wěn)壓，輸出電壓會(huì)超出范圍。
問(wèn)：我換了一個(gè)更新更好的器件，電流損耗更低，結(jié)果發(fā)生故障，新器件差點(diǎn)兒燒毀。如何解釋這一現(xiàn)象？
答：線性穩(wěn)壓器是相當(dāng)簡(jiǎn)單的器件，并沒(méi)有太多挑戰(zhàn)。盡管如此，偶爾還是會(huì)遇到麻煩。
我當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師時(shí)，有時(shí)客戶會(huì)請(qǐng)我推薦合適的器件來(lái)替換某個(gè)供應(yīng)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(chǎn)和采購(gòu)團(tuán)隊(duì)做出的，原來(lái)的電路設(shè)計(jì)師可能并不知曉。決策過(guò)程相當(dāng)簡(jiǎn)單：替代器件應(yīng)當(dāng)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(jù)，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(shí)上，使用舊器件正常工作的產(chǎn)品在替換為備選件后，在生產(chǎn)線上開始出現(xiàn)故障。哪里出錯(cuò)了呢？
我曾參與這樣一個(gè)案例，我們遵循上述流程，在客戶設(shè)計(jì)中，將我們的隔離式RS-485收發(fā)器作為除一個(gè)供應(yīng)商器件之外的另一可選器件。兩個(gè)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?？蛻綦S后向我們下了訂購(gòu)大量此器件的訂單，看起來(lái)沒(méi)有任何理由出錯(cuò)。然而，客戶報(bào)告說(shuō)，新的RS-485收發(fā)器在生產(chǎn)測(cè)試臺(tái)上開始出現(xiàn)故障。由于設(shè)計(jì)沒(méi)有任何別的改變，所以一定是新器件的問(wèn)題。
經(jīng)過(guò)進(jìn)一步調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)為收發(fā)器總線側(cè)供電的線性穩(wěn)壓器未按預(yù)期穩(wěn)壓至5V，而是上升到更高的電壓。我們不得不仔細(xì)檢查、比較舊收發(fā)器和替換器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)，以及線性穩(wěn)壓器的數(shù)據(jù)手冊(cè)，以確定哪里出了錯(cuò)。
“更好”只是一個(gè)定性術(shù)語(yǔ)，具體取決于所討論的參數(shù)。例如，涉及到速度、CMRR、PSRR時(shí)，越高越好；涉及到失調(diào)電壓、漂移時(shí)，越低越好。即使不具備工程專業(yè)知識(shí)的人，也知道功耗總是越低越好。真的是這樣嗎？在這個(gè)特殊案例中，并非如此。舊收發(fā)器閑置狀態(tài)下在總線側(cè)消耗15mA（典型值）電流，而新器件僅消耗2mA（最大值）。毫無(wú)疑問(wèn)，新器件在數(shù)據(jù)上看起來(lái)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(dāng)簡(jiǎn)單，并沒(méi)有太多要求。然而，它卻有一個(gè)特殊要求，即需要最小負(fù)載電流才能正常工作。如果這一需求沒(méi)有被滿足，穩(wěn)壓器將無(wú)法正常穩(wěn)壓，輸出電壓會(huì)超出范圍。如果穩(wěn)壓器的輸入電壓遠(yuǎn)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(shè)計(jì)中特別注意了這個(gè)問(wèn)題，因而不會(huì)產(chǎn)生故障。一些舊器件（如本案的客戶設(shè)計(jì)所用的器件）沒(méi)有考慮此點(diǎn)，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要額外的預(yù)防措施。某些情況下，可調(diào)輸出LDO的反饋電阻網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)最小負(fù)載電流。但是，如果決定大幅提高電阻，而同時(shí)要保持相同比值，很可能無(wú)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(fù)載要求，而在待機(jī)狀態(tài)下則不行。這些都是需要注意的潛在缺陷，因此請(qǐng)務(wù)必仔細(xì)閱讀LDO數(shù)據(jù)手冊(cè)。如果有最小負(fù)載電流要求，通常會(huì)以某種形式體現(xiàn)出來(lái)。下面是幾個(gè)示例：
圖1：數(shù)據(jù)手冊(cè)中的最小負(fù)載電流實(shí)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(fù)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(fù)載電流不足）。
現(xiàn)在回到我們的故事——一旦了解了問(wèn)題產(chǎn)生的根本原因，修復(fù)就相當(dāng)簡(jiǎn)單。我們要做的就是在調(diào)節(jié)器輸出端加一個(gè)泄放電阻，以消耗最小負(fù)載電流。雖然不理智的客戶很容易將問(wèn)題簡(jiǎn)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(xué)到新技術(shù)。
圖3：增加一個(gè)泄放電阻滿足最小負(fù)載電流要求后，問(wèn)題解決了。
有如童話中的完美結(jié)局，雖然歷經(jīng)挫折，但最終每個(gè)人都過(guò)上了幸福快樂(lè)的生活。
本文轉(zhuǎn)載自電子技術(shù)設(shè)計(jì)，作者：Abhinay Patil，ADI公司。
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