在电子设备的电源管理领域，线性稳压器扮演着至关重要的角色。它能够为负载提供稳定的电压输出，确保设备的正常运行。而线性稳压器的启动特性、关断特性、浪涌电流以及各种保护功能等方面的性能表现，直接影响着整个电子系统的稳定性和可靠性。下面我们将详细探讨线性稳压器在不同工作状态下的特性以及相关的重要参数计算。
线性稳压器在电源（VIN）开启时，其工作特性会受到 VIN 的瞬态变化以及输出电容的静电容量等因素的显著影响。这些特性对于负载设备的正常运行至关重要，因此在对线性稳压器的工作性能进行评估时，它们是必不可少的检查项目。
当输出电容的静电容量较小时（大致为数十 μF 以下），在 VIN 阶跃导通的情况下，启动时的浪涌电流通常不会达到触发输出过流保护电路的阈值。所以，过流保护功能不会启动，也不会受到电流限制。此时，输出电压不受输出电容静电容量的影响，而是由 IC 内部基准电压的上升时间决定。
（图 1：VIN 阶跃导通且输出电容较小时的启动波形）
然而，当输出电容静电容量较大（大概为数百 μF 以上）时，同样在 VIN 阶跃导通条件下，由于启动时输出电容充电产生的浪涌电流较大，会触发过流保护并导致电流被限制。因此，输出电容的充电电流会受到限制，而且输出电容静电容量越大，启动（达到设定值）时间就越长。
（图 2：输出电容静电容量与输出电压启动时间的关系）
当 VIN 缓慢导通且输出电容静电容量较小时，以 BA1117 系列为例，当 VIN 超过约 1V 时，电路开始工作，输出电压随之开始上升。需要注意的是，即使输出电容较大时，电路启动的 VIN 电压仍保持不变，此时输出电压的上升波形与 “VIN 阶跃导通且输出电容值较大时” 的情况类似。当 VIN 缓慢上升时，能够清晰观测到 VIN 达到启动起始电压的完整时间过程；而当 VIN 阶跃导通时，由于电压会瞬间超过该阈值，电路看似呈现无延迟的立即启动状态。
（图 3：VIN 缓慢导通且输出电容较小时的启动波形）
当 VIN 阶跃关断时，由于输出端输出电容残留的电荷作用，输入 - 输出电压会出现反转（输出电压高于输入电压），此时输出电容的电荷会通过 IC 内部寄生元件向输入侧泄放。因此，输出电压会随着输入电压的下降而急剧降低，当 VIN 降至 0V 时，输出电压将维持在寄生元件导通电压（约 0.7V），下降速度趋于平缓。此后，电压会以负载电阻的时间常数持续下降。对于纯阻性负载，输出电压的下降时间可通过特定公式表示。
（图 4：VIN 阶跃关断时输出电压波形）
当 VIN 缓慢关断时，当 VIN 电压下降至输入 - 输出电压发生反转的临界点时，输出电容电荷会通过 IC 内部的寄生元件向输入侧泄放。因此，输出电压会随着输入电压的下降而同步降低，当 VIN 降至 0V 时，输出电压会维持寄生元件的导通电压（约 0.7V），下降速度进一步放缓。此后，电压将以负载电阻的时间常数持续下降。该过程与 VIN 阶跃关断时的情形类似，但由于关断过程较为平缓，输出电压的下降趋势也相对平缓。若要求 VIN 断开后输出电压迅速归零，则需增设强制泄放输出电容电荷的放电电路。
（图 5：VIN 缓慢关断时的波形）
通常在接入输入电源且输出开始建立（启动）时，会因输出电容充电产生浪涌电流。此时即使输出电流值超出推荐工作范围的值，由于内置过流保护（OCP：Over Current Protection）电路将实施电流限制，故不影响正常工作。但需要确保该电流所影响的结温 TJ 不超过 150℃。短时过流所影响的结温 TJ 可通过瞬态热阻 ZTH 估算。
瞬态热阻是一种具有时间参数的热阻。严格而言，TJ 在通电的时间点开始上升（发热），经过一定时间后趋于稳定。常规热阻 θJA 是稳态下的温升（发热量）与功耗的比值；而瞬态热阻则是通电后特定时刻的温升与该时刻功耗的比值。利用瞬态热阻计算 TJ 的公式是将含有 θJA 的计算公式中的 θJA 替换成 ZTH 得到的。
TJ = TA + ZTH×P [℃]
其中，TA 为环境温度 [℃]，ZTH 为结点到环境的瞬态热阻 [℃/W]，P 为 IC 功耗 [W]。
P 为 IC 功耗，对于类似 BA1117 的无接地引脚的浮动工作类型，可通过公式 P = (VIN – VOUT)×IOUT + (VIN×IADJ) [W] 计算。当 IADJ ? IOUT 时，可简化为 P = (VIN – VOUT)×IOUT [W]。
为了演示计算过程，现设定以下条件：在 TO252 - 3 封装中，环境温度 TA = 60℃，1.5A 的浪涌电流持续 1ms。由相关图表可知，1ms 时的瞬态热阻为 2.7℃/W。输入电压 VIN = 5V，输出电压 VOUT = 3.3V。将这些数值代入公式计算可得：
TJ = 60℃ + 2.7×(5V – 3.3V)×1.5A = 66.9℃
因为 TJ 低于 150℃，所以在该条件下不存在问题。由此可知，当浪涌电流持续时间仅 1ms 左右时，由于芯片温度（TJ）上升幅度很小，浪涌电流引起的温升通常不会构成问题。
（图 6：瞬态热阻相关图表）
过流保护电路（OCP：Over Current Protection）的作用是，当 IC 的输出端对地短路时，防止因过电流导致 IC 损坏。需要明确的是，该保护功能是为防止 IC 损坏而设计的，并非用于保护负载（如受电设备等）、电路及装置。若以保护电路或装置为目的，则需以使用保险丝或其他电流限制器件为前提。
BA1117 系列的过流保护特性呈现为下垂特性。A 点是过流保护触发点，其对应的输出电流约为 1.7A（标准值）。虽然过流保护功能被触发时输出电流下限存在差异，但绝不会低于 1A 的输出电流保证值。当检测到过流时，限流电路立即动作，使输出电流维持恒定，同时输出电压近乎垂直下降至 B 点。此后，只要过流状态持续，便会维持此状态。这意味着，若输出短路由负载导致，负载无法得到保护。当过流状态解除后，输出电压会自动恢复。
在输出电流超过 1A 的保证值、但未达到过流保护触发点（标准值 1.7A）期间，线性稳压器虽能工作，但电气特性将不受保证（参照技术规格书的规格值保证条件）。此外，无论输出电流大小如何，若持续工作时超过允许损耗（额定值 1.2W，TO252 - 3 封装），过热保护电路将启动并关闭输出。
（图 7：BA1117 系列的过流保护特性）
过热保护（TSD：Thermal Shutdown）的作用是，当输出短路或功率损耗增加导致 IC 芯片温度超过额定值时，保护 IC 免受过热损伤。需要特别注意的是，该保护功能并非用于替代负载和装置的过热保护。
BA1117 系列的过热保护电路在检测到芯片温度（结温）超过约 155℃（参考值）时，将关断线性稳压器输出并切断电流，以降低芯片温度。当芯片温度降至约 150℃（参考值）时，输出重新开启并恢复电流供应。在芯片温度异常升高原因消除前，输出会反复开启和关断。在此状态下，IC 虽不会立即损坏，但长期反复动作会导致 IC 老化甚至损坏，应避免该情况的发生。
（图 8：BA1117 系列的过热保护特性）
通过 BA1117 系列的等效电路，可大致了解各引脚之间的内部连接关系，以及输出级与输入级电路的基本结构。尽管实际电路更为复杂，且因 IC 结构而存在寄生元件等，但等效电路对于理解器件的工作特性与表现具有重要作用。
BA1117 作为压降为 1V～1.2V（标准值）的 LDO，其特性源于输出级采用了 NPN 晶体管与 PNP 晶体管的达林顿连接结构。此外，通过等效电路也可大致理解过流保护电路和过热保护电路的工作原理。尽管这部分并非必须研究的内容，但可作为深化理解的参考资料。
（图 9：BA1117 系列的等效电路）
综上所述，深入了解线性稳压器的启动特性、关断特性、浪涌电流以及各种保护功能等方面的知识，对于电子工程师在设计和应用线性稳压器时具有重要的指导意义。只有充分考虑这些因素，才能确保电子系统的稳定运行和可靠性。
