Стабилизатор напряжения с низким падением напряжения: LDO-преобразователи с низким током собственного потребления и малым падением напряжения

Стабилизатор с малым падением — подавление пульсаций напряжения

Одним из важнейших свойств стабилизаторов питания является наименьшее допускаемое напряжение между выходом и входом стабилизатора при наибольшем нагрузочном токе. Он выдает информацию, при какой наименьшей разности напряжений параметры прибора находятся в нормальном состоянии.

Стабилизатор с малым падением

Одним способом повышения КПД линейной настройки является снижение до наименьшего значения падения напряжения регулировочного элемента. Это особенно важно для миниатюрных регуляторов, на которых каждые вспомогательные 50 милливольт падения преобразуются в несколько сотен милливатт теплоты со сложным рассеиванием в небольшом корпусе устройства.

Поэтому для подключения подобных схем многие фирмы предлагают проектировщикам микросхемы с малым падением до 100 милливольт. Хорошие параметры имеет микросхема ST 1L 08 при токовой нагрузке до 0,8 А наименьшее падение на транзисторе имеется около 70 милливольт.

Из заводских стабилизаторов можно отметить те, у которых при снижении нагрузочного тока до наименьшего значения падение снижается до 0,4 милливольта. Для уменьшения шума такие микросхемы снабжены вспомогательным буферным усилителем с клеммой для подключения наружного фильтра емкостью до 0,01 мкФ. К такому фильтру предъявляются наименьшие требования: величина емкости должна быть от 2,2 до 22 мкФ.

Особое внимание необходимо обратить на микросхему LD CL 015. При хороших свойствах и низком падении напряжения это один из стабилизаторов, работающих без конденсаторного фильтра. Это достигается схемой операционного усилителя с запасом по фазе. Однако для улучшения параметров и уменьшения шума на выходе целесообразно установить на выходе и входе прибора емкости около 0,1 мкФ.

Прибор с падением до 0,05 вольт

При подключении разной аппаратуры от аккумуляторов, чаще всего есть необходимость выравнивать напряжение и расходуемый ток. Например, для образования лазера видеопроигрывателя или фонарика на светодиодах. Для решения такой задачи на производстве уже спроектировано несколько микросхем в виде драйверов. Они представляют собой низковольтный преобразователь напряжения с внутренним стабилизатором. Новой разработкой является микросхема LТ 130 8А.

Не снижая преимущества таких драйверов, нужно заметить, что в большом областном городе нет таких микросхем. Можно заказать по высокой стоимости, около 10 евро. Поэтому есть дешевая простая и эффективная схема прибора из одного радио журнала.

Коэффициент стабилизации такого устройства равен 10000. Напряжение на выходе настраиваем сопротивлением 2,4 килома от 2 до 8 вольт. При величине питания на входе ниже выхода, настроечный транзистор открыт, и снижение питания равно нескольким мВ. Если входное напряжение выше выходного, то на стабилитроне оно равно 0,05 вольт. Это становится возможным для питания лазерных и светодиодов от пальчиковых батареек. Даже, меняя нагрузочный ток в интервале от 0 до 0,5 ампера, выходное напряжение изменится только на 1 мВ.

Для такого простого стабилизатора плату не обязательно травить, а можно вырезать специальным ножом. Оно изготавливается из сломанных полотен по железу, затачивается на шлифовальном круге. Затем ручку обматывают для удобства пользования.

Таким резаком можно процарапать дорожки на медной плате.

Плату чистим шлифшкуркой, лудим, припаиваем детали и все готово.

На фотографиях видно, что нет необходимости в травлении платы и ее сверлении.

Такой способ всегда применяется для производства маленьких простых схем. Нет необходимости оснащать радиатором охлаждения мощный транзистор. Он из-за небольшого падения напряжения не нагревается. При настройке обязательно необходимо подключить слабую нагрузку на выход.

Устройство выравнивания питания с малым падением

Наиболее важным свойством обладает стабилизатор с малым падением питания, так же как и на микросхемах, наименее допустимая разность потенциалов выхода и входа при наибольшей токовой нагрузке. Он определяет, при какой наименьшей разности напряжений между выходом и входом все свойства прибора находятся в норме.

  • У наиболее распространенных стабилизаторов, выполненных на микросхемах серии М78 наименьшее допускаемое напряжение равно 2 вольта при силе тока 1 ампер.
  • Прибор на микросхеме с минимальным напряжением на входе должен выдавать напряжение 7 вольт на выходе. При амплитуде импульсов на выходе прибора доходит до 1 вольта, то величина входного наименьшего напряжения увеличивается до 8 вольт.
  • С учетом нестабильности напряжения сети в интервале 10% увеличивается до 8,8 вольт.

В итоге КПД прибора не превзойдет 57%, при значительном токе на выходе микросхема сильно нагреется.

Применение микросхем с низким падением

Хорошим выходом из ситуации является использование таких сборок, как КР 1158 ЕН, или LМ 10 84.

Работа прибора на микросхеме заключается в следующем:

  • Малых значений напряжения можно достичь, применяя для регулировки мощный полевик.
  • Транзистор работает в положительной линии.
  • Использование стабилизатора с n-каналом предполагается по испытаниям: такие полупроводники не склонны к самовозбуждению.
  • Сопротивление открытой цепи ниже, по сравнению с p-канальным.
  • Транзистором управляет параллельный стабилизатор.
  • Для открытия полевого транзистора, напряжение на затворе доводят на 2,5 вольта выше истока.

Такой вспомогательный источник необходим, если у него напряжение на выходе выше напряжения стока полевого транзистора на это значение.

СТАБИЛИЗАТОР С МАЛЫМ ПАДЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ

   Регулируемый стабилизатор с низким падением напряжения — зачем он нужен? Конечно запитывая усилитель от мостового выпрямителя и трансформатора, или зарядное устройство для авто, можно смело «пожертвовать» несколькими вольт, или даже десятком. Но в радиосхемах с батареечным питанием, либо тех, что берут питание от USB — будет на счету каждый милливольт. И вот тут очень пригодится новая разработка — микросхема MIC2941.

Область применения

  • Питание схем от аккумуляторной батареи
  • Сотовые телефоны
  • Ноутбуки и карманные компьютеры
  • Сканеры штрих-кода
  • Автомобильная электроника
  • DC-DC модули
  • Опорное напряжение в устройствах
  • Линейные низковольтные блоки питания

Электрическая схема стабилизатора low dropout

Второй вариант схемы

   Эта схема представляет из себя low drop регулируемый блок питания с очень малым падением напряжения на нём. Конечно существует множество других конструкций для регулируемых источников питания, но микросхема MIC2941 имеет ряд преимуществ.

   В зависимости от режима работы падение всего 40 — 400 мВ (сравните с 1, 25 — 2 В на LM317). Это означает, что вы можете использовать более широкий диапазон выходных напряжений (в том числе формирование стандартных для некоторых цифровых схем 3.3 В от столь же низкого 3.7 В напряжения (например, 3-х AA или литий-ионный аккумулятор). Обратите внимание, что микросхемы серии MIC2940 работают с фиксированным напряжением выхода, а MIC2941 можно плавно регулировать.

Таблица напряжений MIC294х

Возможности схемы на MIC2941

  • Защита от короткого замыкания и от перегрева.
  • Входной диод для защиты цепи от отрицательного напряжения или переменного тока.
  • Два индикаторных светодиода для высокого и низкого напряжения.
  • Выходной переключатель, чтобы выбрать 3,3 В или 5 В.
  • На плате потенциометр для регулировки напряжения от 1,25 В до максимального входного напряжения (20V max).
  • Высокая точность поддержания выходного напряжения
  • Гарантированный ток выхода 1.25 A.
  • Очень низкий температурный коэффициент
  • Вход микросхемы может выдержать от -20 до +60 В.
  • Логически управляемый электронный выключатель.
  • И, конечно, малое падение напряжения — от 40 мВ.

Originally posted 2019-06-11 12:52:09. Republished by Blog Post Promoter

Стабилизатор с малым минимальным падением напряжения

Один из важных параметров последовательных стабилизаторов напряжения (в том числе и микросхемных) — минимально допустимое напряжение между входом и выходом стабилизатора (ΔUмин) при максимальном токе нагрузки. Он показывает, при какой минимальной разности входного (Uвх) и выходного (Uвых) напряжений все параметры стабилизатора находятся в пределах нормы. К сожалению, не все радиолюбители обращают на него внимание, обычно их интересуют только выходное напряжение и максимальный выходной ток. Между тем этот параметр оказывает существенное влияние как на качество выходного напряжения, так и на КПД стабилизатора.
Например, у широко распространенных микросхемных стабилизаторов серии 1_М78хх (хх — число, равное напряжению стабилизации в вольтах) минимально допустимое напряжение дUмин= 2 В при токе 1 А. На практике это означает, что для стабилизатора на микросхеме LM7805 (Uвых = 5 В) напряжение Uвхмин должно быть не менее 7 В. Если амплитуда пульсаций на выходе выпрямителя достигает 1 В, то значение Uвхмин повышается до 8 В, а с учетом нестабильности сетевого напряжения в пределах ±10 % возрастает до 8,8 В. В результате КПД стабилизатора не превысит 57 %, а при большом выходном токе микросхема будет сильно нагреваться.
Возможный выход из положения — применение так называемых Low Dropout (с низким падением напряжения) микросхемных стабилизаторов, например, серии КР1158ЕНхх (ΔUмин = 0,6 В при токе 0,5 А) или LM1084 (Uмин= 1,3 В при токе 5 А). Но еще меньших значений Uмин можно добиться, если в качестве регулирующего элемента использовать мощный полевой транзистор. Именно о таком устройстве и пойдет речь далее.

Рис. 1


Схема предлагаемого стабилизатора показана на рис. 1. Полевой транзистор VT1 включен в плюсовую линию питания. Применение прибора с п-каналом обусловлено результатами проведенных автором испытаний: оказалось, что такие транзисторы менее склонны к самовозбуждению и к тому же, как правило, сопротивление открытого канала у них меньше, чем у р-канальных. Управляет транзистором VT1 параллельный стабилизатор напряжения DA1. Для того чтобы полевой транзистор открылся, напряжение на его затворе должно быть как минимум на 2,5 В больше, чем на истоке. Поэтому необходим дополнительный источник с выходным напряжением, превышающим напряжение на стоке полевого транзистора именно на эту величину.
Такой источник — повышающий преобразователь напряжения — собран на микросхеме DD1. Логические элементы DD1.1, DD1.2 использованы в генераторе импульсов с частотой следования около 30 кГц, DD1.3, DD1.4 — буферные; диоды VD1, VD2 и конденсаторы СЗ, С4 образуют выпрямитель с удвоением напряжения, резистор R2 и конденсатор С5 — сглаживающий фильтр.

Конденсаторы С6, С7 обеспечивают устойчивую работу устройства. Выходное напряжение (его минимальное значение 2,5 В) устанавливают подстроеч-ным резистором R4.
Лабораторные испытания макета устройства показали, что при токе нагрузки 3 А и снижении входного напряжения с 7 до 5,05 В выходное уменьшается с 5 до 4,95 В. Иными словами, при указанном токе минимальное падение напряжения ΔUмин не превышает 0,1 В. Это позволяет более полно использовать возможности первичного источника питания (выпрямителя) и повысить КПД стабилизатора напряжения.

Рис. 2


Детали устройства монтируют на печатной плате (рис. 2) из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5…2 мм. Постоянные резисторы — Р1-4, МЛТ, подстроечный — СПЗ-19а, конденсаторы С2, С6, С7 — керамические К10-17, остальные — оксидные импортные, например, серии ТК фирмы Jamicon. В стабилизаторе с выходным напряжением 3…6 В следует применять полевой транзистор с напряжением открывания не более 2,5 В. У таких транзисторов фирмы International Rectifier в маркировке, как правило, присутствует   буква   L   (см.   справочный листок «Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier» в «Радио», 2001, № 5, с. 45). При токе нагрузки более 1,5…2 А необходимо использовать транзистор с сопротивлением открытого канала не более 0,02… 0,03 Ом.
Во избежание перегрева полевой транзистор закрепляют на тепло-отводе, к нему же через изолирующую прокладку можно приклеить плату. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 3.

Рис. 3


Выходное напряжение стабилизатора можно повысить, однако не следует забывать, что максимальное напряжение питания микросхемы К561ЛА7- 15 В, а предельное значение напряжения затвор-исток полевого транзистора в большинстве случаев не превышает 20 В.

Рис. 4

Поэтому в подобном случае следует применить повышающий преобразователь, собранный по иной схеме (на элементной базе, допускающей более высокое напряжение питания), и ограничить напряжение на затворе полевого транзистора, подключив параллельно конденсатору С5 стабилитрон с соответствующим напряжением стабилизации. Если стабилизатор предполагается встроить в источник питания с понижающим трансформатором, то преобразователь напряжения (микросхему DD1, диоды VD1, VD2, резистор R1 и конденсаторы С2, СЗ) можно исключить, а «основной» выпрямитель на диодном мосте VD5 (рис. 4) дополнить удвоителем напряжения на диодах VD3, VD4 и конденсаторе С9 (нумерация элементов продолжает начатую на рис. 1).

Автор: И. Нечаев, г. Москва

Стабилизаторы напряжения с низким падением между входом и выходом с приемкой «5»

Существенно улучшить энергетические и массогабаритные показатели источников питания возможно путем использования микросхем непрерывных стабилизаторов напряжения

с низким напряжением между входом и выходом.

Для низковольтной аппаратуры специального
применения предназначены разработанные ОАО
«НПП «ЭлТом» микросхемы 142ЕР3У, 1303ЕН1.8П,
1303ЕН2.5П, 1303ЕН3.3П, 1303ЕН5П, существенно
превосходящие по своим техническим характеристикам типичные микросхемы предыдущего поколения,
что следует из сравнительных таблиц (табл. 1 и 2).

Таблица 1. Основные параметры для микросхем 142ЕН1 и 142ЕР3У

Тип микросхем Параметр
Uвх min, В Uвх max, В Uвых min, В
Uвых max, В
Uпд min, В Iвых max, мА КU, %/В КI, %/А
142ЕН1 5 30 3 12 150 0,1 4,5
142ЕР3У 2,5 16 2 8 0,4 200 0,015 3

Таблица 2. Основные параметры для микросхем 142ЕН5А и 1303ЕН5П1

Тип микросхем Параметр
Uвх min, В Uвх max, В Uвых, В Uпд min
, В
Iвых max, A КU, %/В КI, %/A
142ЕН5А 7,5 15 5±0,1 2,5 3 0,05 1,0
1303ЕН5П1 5 16 5±0,15 0,6 5 0,05 0,5

Микросхемы 142ЕР3У имеют универсальное применение и обеспечивают регулировку стабилизированного напряжения в диапазоне 2–8 В при выходном токе до 200 мА. Стабилизирующие свойства
микросхем сохраняются при снижении напряжения
(мВ) между входом и выходом до величины

Uвх/вых(min) = 50 +1,5×Iвых,

то есть не превышающей 400 мВ при предельнодопустимом выходном токе.

Рекомендуемая схема включения микросхемы
142ЕР3У приведена на рис. 1. Особенностью микросхемы является питание усилителя рассогласования

и источника опорного напряжения стабилизированным выходным напряжением с помощью отдельного вывода 5. Такое включение позволяет компенсировать падение напряжения на выводах микросхемы
и соединительных проводниках и обеспечить нестабильность по входному напряжению и выходному
току не хуже 0,015%/В и 3%/А.

Температурный уход выходного напряжения менее
0,01%/ °С в диапазоне рабочих температур –60…+125 °С.
Экономичность микросхемы обеспечивается малым током собственного потребления, составляющим 1–2 мА,
а также возможностью ее перевода в дежурный режим
с током потребления 10–20 мкА путем соединения вывода 1 с общей шиной.

При необходимости увеличения выходного тока
свыше 200 мА к микросхеме 142ЕР3У можно подключить во входную цепь работающий в режиме
усилителя мощности дискретный р-n-р-транзистор
или к выходу n-p-n-транзистор — аналогично схемам усилителей мощности, рассмотренным
в технической литературе [1, 2]. Кроме того,
микросхемы 142ЕР3У очень эффективно работают в схемах стабилизации тока в нагрузке,
обеспечивая выходное динамическое сопротивление при выходном токе 10 мА до 100 кОм
и 10 кОм при выходном токе до 100 мА.

Таблица 3. Электрические параметры микросхем 142ЕР3У

Наименование параметра,
единица измерения
Норма параметра 142ЕР3У Режим измерения Температура среды, °С
Не менее Не более
Опорное напряжение Uоп, В 1,22 1,26 Uвх = 2,7 В, Uвых = 2,2 В, Iвых = 1 мА 25
1,21 1,27 –60…+125
Ток потребления, Iпот мА 3 Uвх = 8 В, Uвых = 7,5 В, Iвых = 200 мА 25
Нестабильность опорного напряжения
по напряжению КUоп, %/В
0,015 Uвх1 = 2,7 В, Uвх2 = 16 В, Uвых = 2,2 В, Iвых = 1 мА 25
  0,03 –60…+125
Нестабильность опорного
напряжения по току КIоп, %/А
3 Uвх = 2,7 В, Uвых = 2,2 В,
Iвых1 = 1 мА, Iвых2 = 200 мА
25
  5 –60…+125
Температурный коэффициент
опорного напряжения αUоп, %/°С
0,01 Uвх = 2,7 В, Uвых = 2,2 В, Iвых = 1 мА –60…+125

Высокая надежность 142ЕР3У и источников
питания на ее основе обеспечиваются защитой
от превышения выходного тока свыше 500 мА,
возможностью работы на короткозамкнутую
нагрузку, устойчивостью к переполюсовке
входного и выходного напряжения, а также защитой от перегрева кристалла свыше +160 °С.
Основные электрические параметры микросхемы 142ЕР3У приведены в табл. 3 и на рис. 2.
Микросхемы устойчивы к самовозбуждению
при подключении конденсаторов малой емкости (существенно меньшей, чем обычно
используемые в стабилизаторах с малым падением напряжения). Микросхемы 142ЕР3У
выпускаются в малогабаритных металлокерамических корпусах Н02.8-2В, позволяющих
рассеивать мощность не менее 0,2 Вт при температуре окружающей среды до +125 °С.

Для питания низковольтных микропроцессорных узлов с большим током потребления
предназначена серия стабилизаторов напряжения 1303ЕН-ХХ с фиксированными выходны-
ми напряжениями 1,8; 2,5; 3,3 и 5,0 В с точностью его подгонки около 1%. Эти стабилизаторы обеспечивают ток в нагрузке до 5 А во всем
рабочем диапазоне температуры среды (–60…
+125 °С) при напряжении между входом и выходом всего 0,6 В. Уменьшение выходного тока
этих микросхем при эксплуатации позволяет
пропорционального снизить минимальное падение напряжения между входом и выходом.
Микросхемы характеризуются очень высокими
показателями стабильности, типовые значения
которых равны 0,01%/В и 0,1%/А. В серии 1303
достаточно четко выражена особенность всех
стабилизаторов с малым падением напряжения,
заключающаяся в зависимости тока потребления от выходного тока, которую необходимо
учитывать при определении выделяющейся
в микросхеме мощности. Обычное значение
тока, протекающего через нулевой вывод микросхемы, равно 1% от выходного.

Для предотвращения самовозбуждения
микросхем рекомендуется использовать сочетание керамических и танталовых конденсаторов (рис. 3).

Микросхемы серии 1303 выпускаются в корпусах КТ-28А, представляющих собой металлокерамический аналог распространенного
корпуса ТО-220. Типовое значение теплового
сопротивления кристалл-корпус составляет
5–6 °С/Вт, что позволяет рассеивать мощность
около 5 Вт при установке микросхем на теплоотводящий радиатор с температурой +125 °С.

Таблица 4. Электрические параметры микросхем серии 1303

Параметры
и режим измерения
Норма параметра Температура
среды, °С
1303ЕН1.8П 1303ЕН2.5П 1303ЕН3.3П 1303ЕН5П
не
менее
не
более
не
менее
не
более
не
менее
не
более
не
менее
не
более
Выходное напряжение Uвых, В 1,75 1,85 2,43 2,57 3,2 3,4 4,85 5,15 25
Uвх = Uвых+1 В,
Iвых = 10 мА
1,73 1,87 2,4 2,6 3,15 3,45 4,77 5,23 –60…+125
Ток потребления Iпот, мА
Uвх = Uвых+1 В,
Iвых = 5 А
85 85 85 85 25
Нестабильность по напряжению
КUвых, %/В
0,05 0,05 0,05 0,05 25
Uвх1 = Uвых+1 В,
Uвх2 = 16 В,
Iвых = 10 мА
0,1 0,1   0,1 0,1 –60…+125
Нестабильность по току КIвых, %/А 0,5 0,5   0,5 0,5 25
Uвх = Uвых+1 В,
Iвых1 = 10 мА,
Iвых2 = 5 А
1 1 1 1 –60…+125
Температурный коэффициент
выходного напряжения αUвых, %/ °С
Uвх = Uвых+1 В,
Iвых = 10 мА
0,01 0,01 0,01 0,01 –60…+125

Устойчивость микросхем серии 1303 к аварийным режимам работы обеспечивается встроенными защитами от превышения выходного
тока и перегрева кристалла свыше +150 °С, переполюсовки напряжения между входом и выходом, а также блокировкой выхода при увеличении входного напряжения выше 17 В. Основные
электрические параметры микросхем серии 1303
представлены в табл. 4 и на рис.4.

Литература

  1. Микросхемы для линейных источников
    питания. М.: Додека. 1995.
  2. Технический отчет по ОКР «Кубера-ку»
    ОАО «НПП «ЭлТом». Томилино. 2009.

СТАБИЛИЗАТОР С НИЗКИМ ПАДЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ

При питании различной аппаратуры от батареек, часто возникает необходимость стабилизировать напряжение и потребляемый ток. Например при создании DVD лазера (смотрите статью на сайте) или светодиодного фонарика. Для этих целей, промышленность уже разработала несколько так называемых микросхем – драйверов, представляющих собой преобразователь низковольтного напряжения со встроенным стабилизатором. Последняя разработка – микросхема LT1308A.

Нисколько не уменьшая достоинства этих драйверов, хочу заметить, что даже в нашем крупном областном центре, такие микросхемы не достанешь. Только под заказ и по цене от 10 уе. Поэтому предлагаю простую, дешёвую но эффективную схему стабилизатора, из радиоаматора 4 2007.

Коэффициент стабилизации около 10000, выходное напряжение выставляем резистором 2.4 к* в пределах 2 – 8 В. При напряжении на входе меньше чем на выходе, регулирующий транзистор полностью открыт, и падение напряжения составляет несколько милливольт. Когда напряжение входа превышает выходное – падение на стабилизаторе составляет всего 0.05 В! Это делает возможным питание свето- и лазерных диодов от двух – трёх пальчиковых батареек. Тем более, что меняя ток нагрузки в пределах 0 – 0.5 А, Uвых меняется лишь на 1 милливольт. Плату для такого простого девайса можно не травить, а вырезать резаком. Для тех, кто не знает, объясню: берём сломанное полотно от ножовки по металлу и затачиваем на наждаке. Далее для удобства держания в руке, обматываем толстым проводом.

Теперь этим инструментом просто процарапываем с усилием медь, как дорожки.

Зачищаем наждачкой, залуживаем, паяем детали, и готово.

Как видите, не надо ничего травить и сверлить. Этот метод, всегда используется мной для изготовления небольших, простых схем. Мощный транзистор снабжать радиатором не обязательно – из-за малого падения напряжения он почти не греется. Когда будете настраивать – обязательно подключите к выходу небольшую нагрузку, на холостом ходу стабилизатор может не запуститься. Вопросы пишите на ФОРУМ.

LDO-стабилизаторы напряжения

Тип Краткое описание I вых. А U пд. мин., В U вх., В U вых., В Рабочая t,
°С
Рекомендуемый
корпус
29T50K/51K
LDO стабилизатор напряжения с быстрым включением
0.1
0.48
30
1.5-5.0
-40 +125
TO-92, SO-8
2905K LDO стабилизатор напряжения с защитой от перенапряжения
0.05  
0.5
-12÷+30  
3.5
-40 +125
TO-92
MIC5213K LDO стабилизатор напряжения
0.08
0.3
-20÷+16
2.5÷5.0
-40 +125
SC-70-5
LP2950K/51K LDO стабилизатор напряжения 0.1
0.38
30
1.5÷5.0
-40 +125
TO-92
LP2950MK
LDO стабилизатор напряжения
0.1
0.38
30
1.5÷5.0
-40 +125
TO-92
78L05MK
Стабилизатор положительного напряжения
0.1
0.17
40
5.0÷24
-40 +125
SOT-92
5205MK Малошумящий LDO стабилизатор напряжения
0.15
0.165
-20÷+16
1.5÷12
-40 +125 
SOT-23-5
2985K
LDO стабилизатор напряжения
0.15
0.2
16
2.5÷6.1
-40 +125
SOT-23-5
L48xxK LDO стабилизатор напряжения 0.4 0.42 -20÷+26 2.0÷15 -55 +125 TO-220
4275K LDO стабилизатор напряжения 0.45 0.25  -42÷+45 5.0  -40 +150 TO-220, TO-263, TO-252
1117M3K  LDO стабилизатор положительного напряжения 1.0 1.2 20 1.2÷5.0, Adj.
-40 +125 SOT-223, TO-252, TO-220, TO-263, SOT-89
MIC2940K Линейный LDO стабилизатор напряжения с высокой точностью 1.0   0.4 -20÷+26 1.5÷5.0; Adj. -40 +125 TO-220, TO-263
HV2940К Линейный LDO стабилизатор напряжения с высокой точностью 1.0 
0.4
-20÷+60
1.5÷5.0; Adj.
-40 +125
TO-220, TO-263
2954K Линейный LDO стабилизатор напряжения 0.25 0.06 ÷0.47
-20÷+30
2.5; 3.3; 5.0
-40 +125
TO-220, TO-263, TO-92
9076K LDO стабилизатор напряжения
0.15
0.2
5.35÷40
3.3; 5.0
-40 +125
SO-8; TO-263
MIC3910xMK LDO стабилизатор напряжения 1.0 0.41 -20÷+16 1.5÷5.0; Adj. -40 +125 SOT-223, SO-8
1086M1 LDO стабилизатор положительного напряжения 1.5 1.3 15 1.5÷5.0; Adj. -40 +125 SOT223, TO252
2915xMK LDO стабилизатор напряжения с высоким током и высокой точностью 1.5 0.35 -20÷+26   1.5÷5.0; Adj.
-40 +125 TO-220, TO-263
78xxM1K Стабилизатор положительного напряжения 1.5   2.0  35÷40  5.0÷24 0 +125   ТО-220, ТО-263
317MK   Стабилизатор напряжения с настраиваемым диапазоном выходного напряжения 1.5   2.0   40 1.2÷37 0 +125 ТО-220
1085M1K LDO стабилизатор положительного напряжения 3.0 1.3 15 1.5÷5.0; Adj. -40 +125 TO-220, TO-263, TO-252   
3930xMK LDO стабилизатор напряжения 3.0 0.385 -20÷+16 1.5÷5.0; Adj. -40 +125   TO-220, TO-263  
AMS1084MMK LDO стабилизатор положительного напряжения 5.0 1.3 15   1.5÷5.0; Adj. -40 +125 TO-220, TO-263, TO-252  
MIC3950xК LDO стабилизатор напряжения 5.0 0.4 -20÷+16 1.8÷5.0; Adj. -40 +125 TO-220, TO-263  

TPS73601DBVR Линейный стабилизатор с малым падением напряжения (LDO) TI

описание

LDO с одним выходом, 400 мА, регулируемое напряжение (от 1,2 до 5,5 В), без конденсатора, низкий уровень шума, защита от обратного тока
Линейные стабилизаторы с малым падением напряжения (LDO) серии TPS736xx используют новую топологию: передающий элемент NMOS в конфигурации повторителя напряжения. С выходными конденсаторами с низким ESR эта топология очень стабильна и может работать даже без конденсаторов. Он также обеспечивает высокую обратную блокировку (низкий обратный ток) и ток заземления, который остается практически неизменным при всех значениях выходного тока.

TPS736xx использует передовую технологию BiCMOS для обеспечения высокой точности, обеспечивая при этом чрезвычайно низкое падение напряжения и низкий ток заземления. Когда он не включен, потребление тока составляет менее 1 мкА, что очень подходит для портативных приложений. Очень низкий выходной шум (30 мкВ среднеквадр., 0,1 мкФНШ) очень подходит для питания ГУН. Эти устройства защищены тепловым отключением и ограничением тока обратной связи.

характерная черта

FAE:13723714318
Нет выходной емкости или любое значение стабильно
или тип конденсатора
Диапазон входного напряжения составляет от 1,7 В до 5,5 В.
Сверхнизкое падение напряжения: 75 мВ (типичное значение)
Отличная переходная реакция на нагрузку или
Дополнительного выходного конденсатора нет.
Новая топология NMOS может обеспечить низкую обратную утечку
Текущий низкий уровень шума: типичное значение 30 мкВ среднеквадр. (от 10 Гц до 100 кГц)
0,5% от линии начальной точности, общая точность нагрузки и линии составляет 1% температуры
Максимальный IQ в режиме выключения менее 1 мкА.
Тепловое отключение и заданная защита от ограничения минимального / максимального тока
Обеспечивает несколько версий выходного напряжения
Фиксированное выходное напряжение составляет от 1,20 до 5,0 В.
Регулируемый выходной диапазон от 1,20 В до 5,5 В.
Доступен настраиваемый вывод

заявление

Портативное оборудование / оборудование с батарейным питанием
Последующий надзор за импульсным источником питания
ГУН и другие чувствительные к шуму схемы
DSP, регулировка точки загрузки FPGA,
ASIC и микропроцессор
C2000 является товарным знаком Texas Instruments.

Обзор

Линейные стабилизаторы с малым падением напряжения серии TPS736xx могут работать и поддерживать входное напряжение до 1,7 В.
Выходное напряжение составляет всего 1,2 В, обеспечивая ток нагрузки до 500 мА. Этот линейный регулятор использует
Передающий элемент NMOS со встроенной накачкой заряда 4 МГц, который может обеспечивать дифференциальное напряжение менее 200 мВ при
Ток полной нагрузки. Эта уникальная архитектура также позволяет стабильно регулировать различные выходные конденсаторы. в
Фактически, устройства серии TPS736xx не требуют никаких выходных конденсаторов для обеспечения стабильности. выросла
нечувствителен к значению и типу выходной емкости, что делает эту серию линейных регуляторов идеальным выбором.
обеспечивает питание нагрузок, эффективная емкость которых неизвестна.
Устройства серии TPS736xx также имеют контакты шумоподавления (NR) для дальнейшего снижения энергопотребления.
Выходной шум. TPS73615 имеет конденсатор шумоподавления 0,01 мкФ, подключенный от вывода NR к GND.
Выходной шум может составлять всего 12,75 мкВ (среднеквадратичное значение). Серия TPS736xx имеет малошумящий выход, который очень подходит для питания ГУН или любой другой чувствительной к шуму нагрузки.

Введение — Что такое LDO? Что такое линейный регулятор?

・Что такое LDO (регулятор напряжения с малым падением напряжения)?

Регулятор LDO представляет собой линейный регулятор, который может работать при очень низкой разности потенциалов между входным и выходным напряжением.

Линейный регулятор — это тип микросхемы источника питания, которая может выводить постоянное напряжение из входного напряжения и используется в различных электронных устройствах. Поскольку регулятор LDO может работать при низкой разности потенциалов между входным и выходным напряжением, использование регулятора LDO поможет контролировать накопление тепла и обеспечит эффективное использование энергии.

Ниже приводится простое описание основных функций и функций линейного регулятора, а также способов его использования.

Линейный регулятор Таблица выбора

1. Основная роль линейного регулятора

В электронных устройствах линейный регулятор создает необходимое напряжение для последующих систем в основном за счет питания от аккумулятора. Линейный регулятор может выводить более низкое устойчивое напряжение из входного напряжения.

*Микроконтроллер (MCU)… Процессор для управления электронными устройствами.Микроконтроллер работает по входным сигналам как мозг электронных устройств.

 

 Линейный регулятор, длинные продавцы

2. Особенности линейного регулятора

Понимание особенностей линейного регулятора необходимо для его правильного использования. Его репрезентативные особенности описаны ниже.

Способен выдавать постоянное напряжение (= малошумящее напряжение)

Линейный регулятор может выдавать требуемое устойчивое напряжение без влияния изменений * входного напряжения.Выходное напряжение линейного регулятора с низким уровнем шума делает его идеально подходящим для питания модулей датчиков или других устройств, чувствительных к шуму. (*Изменения, находящиеся в пределах диапазона рабочего напряжения линейного регулятора)

Требуется несколько внешних компонентов

Для микросхем

обычно требуются внешние компоненты (такие как резисторы или конденсаторы).
Для линейного регулятора требуется не более двух внешних компонентов: входной конденсатор и выходной конденсатор. Небольшое количество необходимых внешних компонентов упрощает конструкцию внешних компонентов и схемы источника питания, обеспечивая простую конфигурацию схемы источника питания.

Когда разность потенциалов между входным и выходным напряжением велика, тепловыделение также увеличивается

Когда разница между входным и выходным напряжением (разница потенциалов между входным и выходным напряжением) велика, накопление тепла становится проблемой.
→Подробное описание см. в разделе «Что такое потери тепла?»
По этой причине линейный регулятор лучше всего подходит для маломощных приложений.

 

3. Случаи, требующие использования линейного регулятора

Так когда следует использовать линейный регулятор? Ниже приведены типичные случаи.

・При низком рабочем напряжении последующих систем

Линейный регулятор способен обеспечить идеальное напряжение для последующих систем, если его напряжение питания выше, чем рабочее напряжение последующих систем.

・Если требуется постоянный источник питания

Микроконтроллерам, датчикам и другим компонентам

обычно требуется постоянное напряжение для нормальной работы, и здесь на помощь приходит линейный регулятор.

Нередки случаи, когда внешние факторы или отдельный компонент электронного устройства вызывают колебания напряжения или генерируют шум.Это факторы, которые препятствуют нормальной работе микроконтроллеров, датчиков или других компонентов и могут привести к их отказу в худшем случае.

Использование линейного стабилизатора на входе компонентов, которым требуется постоянное напряжение или которые чувствительны к помехам, обеспечит постоянную и безопасную работу при постоянном напряжении.

3 серии репрезентативных регуляторов LDO

Принцип действия и конфигурация линейного регулятора

Внедрение линейного регулятора ABLIC

Регуляторы с малым падением напряжения

: что такое регулятор напряжения?

Есть приложения, в которых вам может понадобиться определенное напряжение, но у вас есть только более высокое напряжение для работы.Например, возможно, вы хотели бы питать микроконтроллер на 3,3 В от батареи LiPo на 3,7 В, которая может быть ближе к 4 В или даже выше при полной зарядке. Вместо того, чтобы просто подключить его, чтобы посмотреть, что произойдет (как правило, плохая идея), регулятор с малым падением напряжения (LDO) вырабатывает постоянное выходное напряжение в переменном диапазоне входного напряжения.

Учебное пособие по регулятору с малым падением напряжения

Что делает LDO особенными? Что ж, стандартные регуляторы напряжения могут требовать до двух вольт разницы между входным напряжением и более низким регулируемым выходным напряжением.Однако LDO могут работать с напряжениями, намного более близкими друг к другу. Это важное отличие известно как запас по высоте или отсев. По сути, отсев — это минимальное напряжение, необходимое на регуляторе для поддержания постоянного регулирования напряжения. Таким образом, максимальное падение напряжения является одной из наиболее важных характеристик для такого устройства.

Пример батареи LDO

Например, найденное здесь устройство MCP1700-3302E/TO имеет максимальное падение напряжения 0,35 В при максимальном выходном токе 250 мА.Этот LDO настроен на фиксированное выходное напряжение 3,3 В с диапазоном входного напряжения от 2,3 В до 6 В. Подумайте, нужно ли вам питать 3,3-вольтовую цепь напряжением 3,7-вольтовой батареи LiPo. Это дает вам выходное напряжение 3,7–3,3 В = 0,4 В запаса. Для этого приложения будет достаточно номинального напряжения падения 0,35 В.

Если, однако, напряжение батареи падает ниже 3,65 В, что обеспечивает расстояние между входом и выходом меньше требуемого 0,35 В, LDO больше не сможет поддерживать выходной уровень 3,3 В. В этот момент он входит в режим отсева, где:

В ВЫХ (отключение) = В ВХОД — В DO

Итак, если выход батареи был 3.6 В с падением напряжения 0,35 В, тогда выходное напряжение будет 3,25 В, а не 3,3 В, как вы ожидаете. Здесь вам понадобится LDO с меньшим рейтингом отсева. К счастью, LDO могут работать в диапазоне 100 мВ или даже ниже.

Регулятор с малым падением напряжения 3,3 В: поддержание напряжения

Приведенный выше пример на самом деле является наихудшим сценарием. Почему? Падение 0,35 В соответствует максимальному уровню тока 250 мА, и это значение уменьшается с уровнем тока. Таким образом, если ток достаточно низкий, этот LDO все еще может работать правильно.Возьмите типичную производительность, приведенную на стр. 7, рис. 2-12 таблицы данных MPC1700. При работе с током 125 мА при 25ºC (77ºF) обычное падение напряжения составляет менее 0,1 В, что находится в пределах уровня падения, необходимого для поддержания напряжения 3,3 В.

Обратите внимание, что температура, а также входное напряжение могут влиять на минимальное сопротивление отключения. В режиме LDO входное напряжение приводит к меньшему спаду, а более высокая температура соответствует большему спаду.

Энергоэффективность LDO

При использовании LDO последним соображением является энергоэффективность.Здесь потери мощности (P потери ) выделяются в виде тепла. Это выражается уравнением:

P потеря = I x (V в – V из )

Таким образом, независимо от номинала падения, при использовании LDO потери пропорциональны разнице между входным и выходным напряжением. Из-за этого эти устройства наиболее подходят там, где разница между входным и выходным напряжениями невелика, и/или общая мощность относительно незначительна.

В других ситуациях можно рассмотреть возможность использования понижающего преобразователя или другого метода понижения уровня напряжения. Вторым вариантом будет использование стабилитрона, как обсуждалось здесь.

Настройка цепи LDO

Как указано в таблице данных MCP1700, указанной ранее, эта серия LDO имеет три контакта: V IN, V OUT, и GND. В то время как можно просто подключить входное напряжение к V IN и заземлить к GND, и ожидать правильного напряжения на V OUT , типичная схема приложения рекомендует конденсатор емкостью 1 мкФ для стабильности как на входных, так и на выходных контактах напряжения.Отрицательные концы обоих подключены к GND. Схема в действии показана ниже с MCP1700-3302E/TO LDO, который выдает 3,0 В постоянного тока:

Когда заземление цепи измеряется относительно крайнего правого (V OUT ) плеча, оно дает 3,0 вольта, как и ожидалось. Это может быть, например, уместно, если вы хотите заменить схему, которая обычно принимает входные данные от двух 1,5-вольтовых элементов AAA, на LiPo и может использоваться в самых разных приложениях.

Версии этого конкретного LDO доступны в широком диапазоне фиксированных уровней, от 1.от 2 до 5 В и даже могут быть настроены при необходимости. Буквенное обозначение «TO» означает комплект для сквозных отверстий TO-92, но они также доступны в вариантах DFN-6, SOT-89 и SOT-23.

Конечно, MCP1700 LDO — это лишь один из многих фиксированных регуляторов с малым падением напряжения, которые есть у Arrow. Фактически, на странице продукта указано более 27 000 деталей. В дополнение к фиксированным регуляторам также доступны регулируемые регуляторы. При необходимости их можно настроить на определенный уровень выходного сигнала. Каким бы ни был ваш проект, вы почти наверняка найдете то, что соответствует вашим потребностям!

Знакомство с линейными регуляторами напряжения с малым падением напряжения (LDO)

Ананд Виравалли и Стивен М.Nolan (Vidatronic)

РЕФЕРАТ

Линейные регуляторы напряжения являются ключевыми компонентами любой системы управления питанием, требующей стабильного источника питания без пульсаций. Подмножество линейных регуляторов напряжения представляет собой класс схем, известных как регуляторы с малым падением напряжения (LDO). В этом документе объясняются основы LDO и представлена ​​технология LDO от Vidatronic, которая устраняет многие известные недостатки схем LDO. LDO доступны как в виде автономных упакованных устройств, так и в виде ядер интеллектуальной собственности (IP), которые могут быть интегрированы в более крупную интегральную схему.В данной статье рассматриваются фундаментальные принципы этого класса схем, поэтому она применима как к автономным устройствам, так и к IP-ядрам. Есть несколько статей о LDO. В то время как некоторые из них сложны в техническом плане и требуют математического анализа, другие носят общий характер и не вдаются в подробности. Эта статья пытается найти правильный баланс, чтобы обратиться к более широкой аудитории. Обсуждаются несколько основных аспектов этих схем с намерением дать читателю простой обзор, а не углубляться в сложные детали и математические выводы.Мотивация для этой статьи состоит в том, чтобы сделать читателей удобными в теме LDO и подготовить их к усвоению более сложных тем. Ключевые электрические характеристики рассматриваются и сравниваются с IP-ядрами Vidatronic ближе к концу статьи, чтобы продемонстрировать дифференциацию, обеспечиваемую Vidatronic.

Узнайте больше на сайте vidatronic.com.

ВВЕДЕНИЕ И ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Линейный регулятор напряжения представляет собой схему, которая принимает переменное входное напряжение и обеспечивает непрерывно контролируемое, стабильное выходное напряжение постоянного тока с низким уровнем шума.Как правило, для правильной работы линейных регуляторов напряжения требуется большое падение напряжения между входом и выходом. Это требует относительно высоковольтного входного источника питания и приводит к низкой энергоэффективности. Линейный регулятор напряжения с малым падением напряжения (LDO) — это тип схемы линейного регулятора напряжения, который хорошо работает, даже когда выходное напряжение очень близко к входному напряжению, повышая его энергоэффективность.

LDO выполняют две основные функции, первой из которых, очевидно, является снижение входного напряжения питания до более низкого напряжения, необходимого для нагрузки.Второй функцией является подача источника напряжения с очень низким уровнем шума, даже при наличии шума на входе источника питания или переходных процессов в нагрузке. На самом деле, это их главное преимущество перед импульсными преобразователями, где шумоизоляция и эмиссия являются основными системными проблемами.

ОСНОВЫ РАБОТЫ СХЕМЫ

Основная концепция линейного регулятора напряжения показана на Рисунке 1.

эффективный импеданс (RLDO), подаваемый на нагрузку (RLOAD), так что избыточное напряжение сбрасывается на RLDO для поддержания требуемых уровней напряжения на нагрузке.

Во многих системах источник питания, обеспечивающий входное напряжение, значительно различается, что в приведенной выше реализации привело бы к соответствующему изменению выходного напряжения. По этой причине необходимо добавить систему управления с обратной связью, чтобы обеспечить постоянное выходное напряжение, независимое от входного линейного напряжения. Такие сети с обратной связью с обратной связью обычно регулируются с помощью фиксированного опорного напряжения, обычно обеспечиваемого опорной схемой запрещенной зоны. На рис. 2 изображена замкнутая система.

Рис. 2. Упрощенный линейный регулятор напряжения

Выходное напряжение линейного регулятора напряжения (VOUT) теперь не зависит от входного напряжения источника (VIN) и напрямую связано с опорным напряжением. Если это опорное напряжение является стабильным и чистым, выход, как правило, невосприимчив к любым изменениям линии. Если контур управления достаточно быстрый, то регулятор может также поддерживать стабильное выходное напряжение при резких переходных изменениях тока нагрузки.

Если конструкция регулятора такова, что минимальное требуемое падение напряжения на RLDO невелико (несколько сотен милливольт или меньше), то он известен как линейный регулятор напряжения с малым падением напряжения или просто LDO.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ

В дополнение к упомянутым выше основным функциям LDO могут быть включены несколько других полезных функций.

Включение/выключение

Многие LDO имеют управляющий вход для включения или выключения регулятора.Это полезно для общего энергосбережения системы, когда регулятор отключается, когда система простаивает или находится в неактивном состоянии. Может быть больше промежуточных состояний энергопотребления, таких как режим низкого энергопотребления или режим сверхнизкого энергопотребления, где выход LDO поддерживается за счет производительности системы, в зависимости от системных требований.

В устройствах с активной логикой высокий уровень логики включает регулятор, а низкий вход отключает его. IP-ядра Vidatronic LDO используют это соглашение.

Мягкий пуск, мягкое отключение

Включение питания LDO является важным событием, и необходимо следить за тем, чтобы выходное напряжение возрастало с оптимальной скоростью.Если напряжение нарастает слишком быстро, это может привести к срабатыванию ESD-клеммы на выходе и/или вызвать ток, превышающий номинальный, при попытке зарядить нагрузку. Чтобы предотвратить такие нежелательные события, которые могут привести к временному или необратимому повреждению схемы, скорость, с которой появляется выход, контролируется. Это называется плавный пуск.

IP-ядра Vidatronic обеспечивают функцию плавного пуска, обеспечивая плавный монотонный запуск. Максимальная скорость нарастания внутренне ограничена и указана в таблице электрических характеристик в техническом описании.

Аналогично, когда LDO отключен, выходное напряжение будет уменьшаться в зависимости от выходной емкости и тока нагрузки. IP-ядра Vidatronic имеют дополнительную функцию, обычно отсутствующую в большинстве LDO. Если часть будет повторно включена до того, как выходной сигнал полностью исчезнет, ​​функция скорости нарастания в IP-ядре сначала снизит выходное напряжение до нуля перед перезапуском, тем самым устраняя проблемы со сбоями запуска или немонотонностью.

Отключение при перегрузке по току/перегреву

В случае длительного воздействия условий, превышающих номинальные температуры и уровни тока нагрузки, может произойти немедленное или долговременное повреждение устройства.Для защиты от этих рисков энергосистемы обычно имеют встроенную схему защиты от перегрузки по току и перегрева. Существуют различные реализации, которые можно найти у разных производителей. Некоторые из них представляют собой простые аналоговые схемы, которые отключают устройство при достижении заданных пороговых значений и требуют устранения неисправных условий, прежде чем они смогут снова включиться. Более продвинутые реализации включают периодический опрос для проверки наличия или устранения ошибок. В случае постоянных сбоев этот опрос продолжается бесконечно.

Для IP-ядер Vidatronic в случае перегрузки по току устройство установит флаг и инициирует мягкое отключение. После того, как ток уменьшится до нуля, часть будет ждать задержки включения в несколько миллисекунд, а затем продолжит запуск с контролируемой скоростью нарастания. Эта операция будет продолжаться до тех пор, пока неисправность не исчезнет.

В случае перегрева, когда температура устройства достигает порога повышения температуры, LDO выключается с помощью процедуры мягкого отключения.Как только температура устройства упадет ниже порога падения, устройство снова перезапустится после ожидания в течение нескольких миллисекунд. Флаги не сбрасываются до тех пор, пока устройство не будет отключено, а затем снова включено.

Обнаружение пониженного и повышенного напряжения

Входные напряжения могут подвергаться внезапным скачкам напряжения, которые могут иметь катастрофические последствия, если они выходят за пределы допустимых значений. Пониженное напряжение (иногда называемое «отключением») может привести к тому, что выход LDO упадет ниже своего диапазона регулирования, что приведет к функциональному отказу нагрузки.Перенапряжение является причиной проблем с надежностью или безопасной рабочей зоной (SOA).

Обнаружение возникновения этих аномальных условий полезно для разработки пределов отказоустойчивости в системе в целом. В зависимости от области применения многие производители LDO предлагают одну или обе функции обнаружения скачков напряжения. Одной из распространенных мер реагирования на такие неправильные условия является отключение регулятора и установка флажка в системе.

Цепь, реагирующая на пониженное напряжение или падение напряжения, обычно называется блокировкой пониженного напряжения или UVLO.Если входное напряжение упадет ниже требуемого порога для поддержания регулирования IP-ядер Vidatronic, регулятор установит внутренний флаг и продолжит мягкое отключение. Чтобы устройство инициировало плавный запуск, необходимо выполнить сброс при включении питания.

Если входное напряжение превысит допустимые пределы, предупреждающий флаг от LDO предупредит администратора системы о необходимости предпринять соответствующие корректирующие действия для устранения условий источника, ответственных за возникновение этих отказов. Например, отключив основной источник питания LDO.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Существует множество электрических характеристик LDO по постоянному току, которые следует тщательно учитывать при их выборе, включая: диапазон входного напряжения, падение напряжения, токи покоя и отключения, минимальную «сбросную» нагрузку и точность регулирования.

Диапазон входного напряжения

Диапазон допустимых напряжений на входе питания LDO. Более широкие диапазоны входного напряжения позволяют использовать устройство там, где питание сильно меняется, например, в приложениях с батарейным питанием.

Напряжение отпускания

Напряжение отпускания — еще один важный параметр для LDO, как следует из названия. Это мера минимально допустимой разницы между линейным входным и выходным напряжениями, которые обеспечивает LDO при полном номинальном токе. Чем меньше это число, тем выше энергоэффективность системы. Большинство LDO имеют диапазон от 70 мВ до 500 мВ для конструкций с более высокими характеристиками, которые требуют большего запаса напряжения для достижения улучшенных показателей производительности.

Это один из параметров, который может повлиять на архитектуру схемы, выбранную для каскада подачи выходной мощности. Меньшее падение напряжения часто означает, что выходной проходной элемент p-типа, который по своей природе больше по размеру, чем соответствующий каскад n-типа для данного тока нагрузки.

IP-ядра Noise Quencher® компании Vidatronic обеспечивают падение напряжения до 40 мВ при токе 100 мА за счет использования архитектуры подкачки заряда, что обеспечивает максимально возможный уровень выходного напряжения при очень низком напряжении питания.

Ток покоя

Энергоэффективность системы, а также срок службы батареи сильно зависят от тока покоя, IQ и отключения или тока утечки, ISD. Для достижения высоких показателей производительности переменного тока обычно требуется больший IQ в диапазоне нескольких сотен мкА или нескольких мА. Кроме того, они обычно масштабируются с током нагрузки, становясь больше, когда LDO выдает полную мощность.

IP-ядра Vidatronic рассчитаны на то, чтобы поддерживать эти значения на уровне менее 100 мкА при полной нагрузке, что делает их идеальным выбором для высокопроизводительных и малошумных приложений с батарейным питанием.Токи отключения Vidatronic составляют менее 20 нА даже при максимально допустимой температуре перехода.

Минимальная «сбросная» нагрузка

Обычно для LDO требуется минимальный «спускной» ток нагрузки на выходе, чтобы оставаться стабильным. Это делается для того, чтобы устройство выходной мощности не насыщало контур внутри.

Технология Noise Quencher® компании Vidatronic устраняет необходимость минимальной нагрузки для обеспечения стабильности. LDO будет оставаться стабильным для всех условий нагрузки вплоть до максимального номинального тока.Эта функция полезна для продления срока службы батареи в приложениях с батареями и в приложениях поддержания активности CMOS RAM. Кроме того, хорошая стабильность при нулевом токе нагрузки позволяет системе продолжать работу при отключенных нагрузках, тем самым устраняя задержку и задержки в системе.

Точность выходного сигнала и регулировка нагрузки

Точность выходного напряжения измеряет точность регулирования контура обратной связи, а регулирование нагрузки указывает на способность регулятора управлять изменениями тока нагрузки.

Большинство LDO обеспечивают точность в диапазоне нескольких процентов и регулировку нагрузки в диапазоне 10–50 мВ/А. В отличие от этого, LDO Vidatronic предлагают лучшее в отрасли регулирование нагрузки < 2 мВ/А. Это, в сочетании с выдающимися динамическими характеристиками, а также лучшей в своем классе точностью выходного сигнала 1%, делает IP-ядра Vidatronic идеальными для приложений, требующих высокого уровня точности управления выходным напряжением.

ТЕПЛОВЫЕ ВОПРОСЫ

Тепловые аспекты имеют первостепенное значение в любой энергосистеме, поскольку они могут привести к необратимому повреждению устройства в случае превышения максимально допустимой температуры перехода.Схемы защиты от перегрева обычно включаются в системы, работающие со средними и высокими уровнями мощности. Например, одно из IP-ядер Vidatronic рассчитано на постоянный ток 300 мА.

Максимальная рабочая температура окружающей среды зависит от тока нагрузки и падения напряжения на устройстве. Уравнение 1 используется для расчета максимальной рассеиваемой мощности устройства в зависимости от условий нагрузки. Затем максимальная температура перехода определяется по уравнению 2, где TAMB — максимальная температура окружающей среды, а ƟjAMB — тепловое сопротивление перехода окружающей среде и определяется конкретным выбранным корпусом.

Уравнение 1

Уравнение 2

I Q выше — ток покоя, потребляемый LDO. Затем можно использовать уравнение 3 для расчета максимальной температуры перехода при заданном тепловом импедансе перехода к плате.

Уравнение 3

Эти расчеты обычно являются ключевыми для обеспечения того, чтобы система могла выдавать максимальную мощность, не вызывая тепловых проблем. Выбор правильного пакета очень важен в этом контексте.В некоторые корпуса встроен радиатор, помогающий значительно снизить тепловое сопротивление, иногда на 30-40%. Такие пакеты, однако, обычно стоят дороже и имеют больший размер, поэтому рекомендуется тщательное тепловое моделирование/моделирование, чтобы убедиться, что выбран оптимальный пакет для имеющегося применения.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Отклик линии на переходные процессы

Выходное напряжение высокопроизводительных LDO в основном не зависит от входного линейного напряжения и, как ожидается, останется таким как при постоянном токе, так и при мгновенных изменениях на линии.Из-за практических ограничений, таких как конечное усиление контура и конечная полоса пропускания контура, а также паразитные пути утечки от входа к выходу, выходное напряжение будет иметь составляющую, зависящую от входной линии, хотя и ослабленную по величине и сдвинутую по фаза. Постоянная составляющая обычно измеряется в мВ/В, а переменная составляющая отображается как затухание в децибелах (дБ).

Переходная характеристика нагрузки

В идеальном случае выход LDO также не зависит от тока нагрузки.Однако из-за конечного выходного импеданса регулятора с обратной связью выходное напряжение будет немного меняться из-за изменений нагрузки. Постоянная составляющая — это просто линия нагрузки, измеренная на выходе, в то время как переходная часть является функцией выходной емкости, имеющейся в точке нагрузки, и полосы пропускания усилителя с обратной связью, а также скорости изменения тока нагрузки. Обычно это измеряется в мВ/А, при этом нагрузка изменяется от минимальной до максимальной в виде ступенчатой ​​функции.Также будет сильная зависимость от того, как входная линия питается от регулятора, при этом индуктивность и развязка входной сети питания (PDN) играют ключевую роль в выходе регулятора. Необходимо позаботиться о том, чтобы любой резонанс корпуса находился далеко за пределами интересующей полосы частот.

Выходной шум

Интегральный выходной шум регулятора обычно определяется шумом опорного входа, коэффициентом усиления регулятора с обратной связью и шумом входного каскада усилителя ошибки.В то время как эталонный шум можно ограничить по полосе, поместив соответствующую функцию фильтра перед регулятором, шум входного каскада усилителя будет усиливаться за счет усиления с обратной связью и появится на выходе. В зависимости от типа компонентов и архитектуры, используемых во входном каскаде, основными шумовыми компонентами будут дробовой шум, мерцающий шум и/или тепловой шум. Они должны быть заложены в бюджет и спроектированы в соответствии с заданными характеристиками шума.

Коэффициент ослабления источника питания (линейная регулировка)

Коэффициент подавления источника питания (PSRR) является ключевым параметром при проектировании LDO и часто используется для сравнения конкурирующих устройств.По сути, PSRR является мерой того, насколько изменяется выходное напряжение при заданном возмущении на входе. В идеале выход должен быть независим от входа, но из-за практических ограничений это не так, и некоторая часть этого возмущения будет «просачиваться» на выход. Подавление на 20 дБ означает 10-кратное ослабление линейного шума по сравнению с тем, что видно на выходе. Для большинства LDO это быстро падает с более высокими частотами из-за характеристик контура управления. На частотах 10 МГц и более большинство LDO будут иметь почти нулевое подавление или, в лучшем случае, несколько дБ.

Архитектура ядра Vidatronic без заглушек обеспечивает конечному пользователю самый агрессивный из доступных PSRR, поскольку он может достигать 40 дБ на частотах до 10 МГц. Это улучшенное затухание дополнительно снижает потребность в небольших высокочастотных развязывающих конденсаторах, которые обычно используются в приложениях, чувствительных к шуму, и делает IP-ядро Vidatronic идеальным выбором для этих приложений.

КОМПЕНСАЦИЯ КОНТУРА

Как и в любой системе управления с обратной связью, контур обратной связи LDO должен иметь частотную компенсацию, чтобы выходное напряжение было стабильным.Требуется тщательный анализ различных полюсов и нулей петлевого фильтра, и этот анализ, как правило, является наиболее сложной частью проектирования LDO, требующей значительного времени проектирования.

Предыдущие решения

Одним из распространенных подходов к частотной компенсации контуров LDO является использование очень большого конденсатора на выходе LDO. Такие LDO называются регуляторами с компенсацией выхода. Точные значения конденсатора зависят от нескольких факторов, таких как ток нагрузки, доступный запас и другие.Типичные значения находятся в диапазоне от сотен нФ до нескольких мкФ. Эти конденсаторы помогают с источником или поглощением импульсных токов из-за быстрых изменений нагрузки. Основными недостатками таких систем являются дополнительные затраты на эти внешние конденсаторы и дополнительное место на печатной плате для их установки. Для типичных систем Интернета вещей (IoT) и других подобных приложений требуется несколько LDO. Конденсатор для каждого выхода LDO очень быстро станет запредельным.

Другим фактором является то, что диапазон требуемых значений для нагрузочных конденсаторов обычно составляет несколько десятилетий или более, в зависимости от схемы.Нецелесообразно разрабатывать собственные ядра LDO, которые работают для каждого приложения, хотя часто желательно повторно использовать существующее ядро ​​для разных приложений. Разработка схемы частотной компенсации, которая может поддерживать такой широкий диапазон выходных конденсаторов, является чрезвычайно сложным требованием. Традиционные решения таких проблем приводят к перепроектированию с точки зрения площади кремния и дополнительных схем, которые неизменно передаются конечному пользователю в качестве дополнительных затрат и размеров.

Решение Vidatronic

Vidatronic предлагает уникальное решение таких проблем.В LDO Vidatronic используется новая схема определения нагрузки, которая позволяет LDO определять величину емкостной нагрузки, которую регулятор видит на выходе, и автоматически настраиваться на наиболее стабильную схему внутренней компенсации. Эта «калибровка» выполняется один раз при запуске, а затем выполняется. Преимущество этого двойное:

  • LDO Vidatronic НЕ требуют внешнего конденсатора для обеспечения стабильности! Запатентованная технология Vidatronic Noise Quencher® обеспечивает хорошую переходную характеристику даже при быстрых переходных процессах нагрузки БЕЗ необходимости использования внешнего конденсатора.
  • LDO Vidatronic АВТОМАТИЧЕСКИ регулируют внутреннюю компенсацию, чтобы она была стабильной, если заказчик решит установить внешний конденсатор по особым причинам (например, для достижения очень высокого подавления шума).

VIDATRONIC TECHNOLOGY

Функциональные характеристики

Noise Quencher® LDO компании Vidatronic представляет собой IP-ядро линейного стабилизатора напряжения с малым током покоя и низким падением напряжения, которое может обеспечить непрерывный выходной ток до 1 А.Используя технологию Noise Quencher® от Vidatronic, регулятор способен выдерживать переходные процессы очень высокой нагрузки с очень малыми отклонениями выходного сигнала, обеспечивая при этом превосходный PSRR даже на высоких частотах, и все это без необходимости использования внешнего выходного конденсатора. Простая блок-схема показана ниже на рисунке 3.

Рисунок 3: Упрощенная блок-схема шумоподавителя Vidatronic IP

. для обеспечения лучших в своем классе характеристик переходных процессов как в аналоговых, так и в цифровых приложениях без использования выходной емкости.Используя технологию Noise Quencher® от Vidatronic, конструкции Vidatronic способны выдерживать переходные процессы нагрузки до 150 мА/мкс с отклонением выходного напряжения менее 45 мВ без внешних выходных конденсаторов. Эта запатентованная технология дает возможность уменьшить общую площадь платы решения примерно на 25 %, что делает это решение оптимальным для смартфонов и других приложений, где площадь платы имеет большое значение, таких как носимая электроника и приложения IoT. Для все более требовательных приложений конструкции Vidatronic могут поддерживать выходные конденсаторы емкостью до 10 мкФ и при этом оставаться безусловно стабильными.

Для оптимальной стабильности LDO компания Vidatronic использует собственную запатентованную технологию в конструкциях Noise Quencher® компании Vidatronic, которая определяет емкость на выходе LDO при запуске и автоматически настраивает внутреннюю компенсационную схему для оптимальной настройки. Используя эту технологию, IP-ядра Vidatronic LDO обеспечивают безусловную стабильность при выходных конденсаторах нагрузки от 0 до 10 мкФ, диапазон, который охватывает несколько десятилетий. Эта функция обеспечивает максимальную гибкость для конечного пользователя в зависимости от области применения, позволяя эффективно использовать одно и то же IP-ядро в различных проектах.

СООБРАЖЕНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ

LDO используются в широком спектре приложений управления питанием во многих областях. Как правило, они недороги, имеют небольшие размеры и обеспечивают стабильное и относительно свободное от пульсаций выходное напряжение для питания цепей приложений.

LDO часто используются в сочетании со специализированными интегральными схемами (ASIC) и системами на кристалле (SoC), для которых требуется несколько чистых низковольтных источников питания.

IP-ядра LDO от Vidatronic предназначены для интеграции ASIC и SoC как для приложений с микропитанием, таких как продукты Интернета вещей (IoT), так и для приложений с батарейным питанием, таких как мобильные и портативные устройства.Портфолио Vidatronic IP также расширяется, чтобы обеспечить возможности более высокого напряжения и более высокого тока, используемые в приложениях с настенным питанием, таких как промышленные системы.

Соображения относительно выходного конденсатора

Как правило, многие LDO требуют установки большого внешнего конденсатора рядом с выходом LDO по нескольким причинам, таким как стабильность контура, улучшение переходной характеристики и снижение шумовой полосы пропускания. Емкость этого конденсатора колеблется от нескольких нФ до нескольких мкФ, иногда даже больше.Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) этого конденсатора, если оно размещено из соображений стабильности контура, очень важно, поскольку оно может повлиять на стабильность контура, если оно слишком высокое.

Тип конденсатора является еще одним важным фактором. Хотя электролитические конденсаторы, как правило, имеют большие значения емкости, они также больше, а их диэлектрические характеристики хуже. Керамические конденсаторы рекомендуются для приложений LDO по сравнению с электролитическими конденсаторами, причем диэлектрики X5R или X7R предпочтительнее из-за их превосходных тепловых характеристик и характеристик смещения постоянного тока по сравнению с диэлектриками Y5V и Z5U.Еще одним соображением будет размер посадочного места, такой как 0201, 0402, 0603 и т. д., и его необходимо выбирать в зависимости от доступного места на плате и электрических свойств результирующих конденсаторов.

Упаковка

Здесь стоит упомянуть, что выбор упаковки (например, CSP или QFP и т. д.) является еще одним важным аспектом, так как это в конечном итоге ограничивает конечную производительность регулятора из-за паразитных элементов RLC, присутствующих в упаковка. Подробная электрическая и тепловая модель пакета необходима для успешного проектирования, так как эти эффекты необходимо учитывать в процессе проектирования, чтобы впоследствии избежать неприятных сюрпризов.Упаковка и температурные аспекты более подробно описаны в последующих разделах этой статьи, чтобы убедить читателя в их важности.

LDO поставляются в различных типах корпусов, таких как SOT, QFP/QFP, USP (сверхмалый корпус) и CSP (корпус в масштабе микросхемы). Существуют различные компромиссы, связанные с пакетами с точки зрения электрических характеристик, тепловых характеристик, размера и стоимости. Например, корпуса CSP имеют наименьшее паразитное сопротивление и минимальную индуктивность на печатной плате, но их тепловые характеристики не так хороши по сравнению со стандартными корпусами с проволочным соединением.Кроме того, в наши дни они бывают с несколькими вариантами шага, например, от 0,5 мм до даже 0,3 мм. Хотя малый шаг действительно помогает значительно уменьшить размер решения, они также требуют более сложных процессов сборки для их монтажа на печатных платах. Перед выбором окончательного пакета рекомендуется тщательно изучить эти факторы.

Электростатический разряд (ESD)

В зависимости от размеров устройства и внутренней архитектуры могут потребоваться первичные и вторичные защитные структуры для выхода LDO и других схем.Необходимо позаботиться о том, чтобы электрические ВАХ этих структур и их механизмов запуска были синхронизированы с переходными процессами, которые можно ожидать на этих выводах во время операций устройства, таких как включение питания, выключение и другие подобные динамические события. Типичными требованиями являются модель человеческого тела 2K V (HBM), в то время как для конкретных приложений могут потребоваться гораздо более высокие уровни защиты, как в спецификациях серии IEC 61000-4 Международной электротехнической комиссии.

Анализ моделирования LDO

Тщательный анализ моделирования часто требуется для обеспечения успешного продукта.В дополнение к некоторым обычным симуляциям функций и производительности, которые выполняются и документируются в подробной матрице соответствия спецификациям (SCM), рекомендуется уделить особое внимание сценариям конечного использования, которые потенциально могут нарушить работу LDO. Полезно составить список всех соображений системного уровня, чтобы понять, что может пойти не так. Наращивание маржи и определение методов снижения рисков имеют большое значение для повышения доходности производства. Некоторые из критических моделей производительности включают PSRR и регулирование переходной нагрузки, поскольку они зависят от нескольких эффектов переменного тока, которые могут возникать из-за паразитных элементов.На рис. 4 показана типичная форма сигнала PSRR для IP-ядер Vidatronic LDO, тогда как на рис. 5 и 6 показаны измеренные переходные характеристики линии и нагрузки соответственно.

Рисунок 4: PSRR VS Частота без какого-либо выходного конденсатора

Рисунок 5: линия переходной без какого-либо выходного конденсатора

Рисунок 6: Переходник нагрузки без какого-либо выходного конденсатора

Как видно из приведенных выше рисунков, переходная стабилизация линии составляет всего несколько мВ для шага 1 В на линейном входе.Кроме того, линейное регулирование или PSRR составляет 40 дБ даже на частотах до 10 МГц без внешнего конденсатора. Переходные отклонения нагрузки ограничены в пределах 40 мВ для шага полной нагрузки. Большинству конкурирующих устройств требуется большой выходной конденсатор в диапазоне мкФ для достижения аналогичных показателей производительности.

ВЫБОР ПРАВИЛЬНОГО LDO

До сих пор мы видели несколько параметров, которые определяют производительность LDO; однако в различных приложениях одним спецификациям уделяется большее внимание, чем другим.Например, IoT/мобильные приложения отдают приоритет току покоя и выключения, поскольку они питаются от батареи и имеют длительные периоды простоя/выключения во время работы системы.

Для других применений, таких как питание радиочастотных цепей, таких как ГУН, смесители и системы ФАПЧ, требуется очень низкий уровень шума в интересующих полосах частот и низкий PSRR на более высоких частотах, так как это напрямую приводит к дрожанию канала и интермодуляционным (IM) искажениям.

Третьим устройствам, предназначенным для миниатюрных устройств, таких как носимые устройства, требуется небольшая площадь, поскольку в этих приложениях пространство на печатной плате имеет большое значение.

LDO, которые используются для питания высокоскоростных нагрузок, таких как кэш-память и ядра микропроцессоров, требуют очень малых переходных спадов при большом переключении нагрузки di/dt и могут работать с более высокой мощностью покоя. Другие LDO, которые используются для питания высокоскоростных цифровых нагрузок, требуют очень высокой точности уставки напряжения для максимизации рабочей частоты при сохранении минимально возможного энергопотребления. Требуемая точность для таких применений находится в диапазоне 10 мВ при изменении схемы.

Таким образом, не существует универсального подхода к выбору правильного LDO для рассматриваемого приложения. Эта тема освещена в другом официальном документе Vidatronic: «Руководство по выбору лучшего LDO для вашего приложения».

Мы оставляем читателю сводку показателей электрических характеристик IP-ядра Noise Quencher® компании Vidatronic.

Это также подходящий момент для представления IP-ядра Power Quencher™ от Vidatronic, которое обеспечивает чрезвычайно низкое энергопотребление в состоянии покоя в ядре регулятора, обеспечивая при этом превосходные аналоговые характеристики.Это достижимо без использования внешних конденсаторов и идеально подходит для приложений IoT, где важны как низкое энергопотребление, так и размер решения. В приведенной ниже примерной таблице выделены основные функции этого решения, чтобы дать читателям представление о показателях электрических характеристик.

Таким образом, с помощью технологий Noise Quencher® и Power Quencher™ компания Vidatronic стремится предоставить дифференцированные решения, охватывающие широкий спектр приложений в нескольких конечных системах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ / РЕЗЮМЕ

Этот информационный документ предназначен для ознакомления читателя с основными концепциями и техническими параметрами LDO. Основные операции, интересующие особенности и ключевые электрические характеристики, используемые для сравнения конструкций, объясняются простыми словами, не прибегая к сложному математическому анализу. На этом фоне были представлены и продемонстрированы технологии Vidatronic LDO, чтобы подчеркнуть уникальную дифференциацию, которую эти технологии привносят на рынок, что ставит технологии Vidatronic LDO на уровень, явно превосходящий по производительности.

ССЫЛКИ

  1. https://www.torexsemi.com/technical-support/application-note/basic-knowledge-of-ldo/overview/
  2. http://electronicdesign.com/power/low- dropout-ldo-linear-regulators
  3. https://www.baldengineer.com/regulator-basics.html

ГЛОССАРИЙ

  • AC: переменный ток
  • ASIC: специализированная интегральная схема
      9 CSP
        9 Scale Package
      • DC: постоянный ток
      • ESD: электростатический разряд
      • ESR: эквивалентное последовательное сопротивление
      • HBM: модель человеческого тела
      • IEC: Международная электротехническая комиссия
      • IP: интеллектуальная собственность
      • 9IM
      • IoT: Интернет вещей
      • LDO: Линейный регулятор напряжения с малым падением напряжения
      • PDN: Сеть подачи питания
      • PCB: Печатная плата
      • PSRR: Отказ блока питания
      • QFP: Quad Flat Package
      • SCM: Матрица соответствия спецификациям
      • SOA: Зона безопасной работы
      • SoC: Система на кристалле
      • USP: Сверхмалый корпус
      • UVLO: Блокировка при пониженном напряжении

        9.

        vidatronic.com

        Если вы хотите загрузить копию этого документа, нажмите здесь

        Регуляторы с малым падением напряжения (LDO) — Diodes Incorporated

        Рекомендуемые товары

          Малогабаритные LDO | LDO с высоким PSRR | LDO с низким IQ | LDO с широким входным напряжением | Сильноточные LDO | Автомобильные LDO

         

        Малогабаритные LDO:  Малый форм-фактор

        Электронная миниатюризация в настоящее время является распространенным явлением, требующим наличия компонентов размером с микросхему или почти размером с микросхему для соответствия требованиям к размеру и плотности.Малогабаритные LDO компании Diodes решают эту сложную задачу и обеспечивают такое же высокое качество работы, занимая при этом как можно меньше места.

        Номер детали Описание Размер упаковки (мм) Лист данных Варианты заказа
        AP7350 150 мА, ультранизкий I Q в сверхмалом размере 0,64 мм x 0,64 мм WLCSP X2-WLB0606-4 (0,64×0,64) Скачать Купить сейчас
        AP7340 150 мА, точность 1 %, малошумящий LDO X2-DFN1010-4 (1×1) Скачать Купить сейчас
        AP7341 300 мА, низкий I Q для радиочастотного применения X2-DFN1010-4 (1×1) Скачать Купить сейчас
        AP7346 Двойной 130 мА, высокоточный предел тока X2-DFN1212-6 (1.2×1,2) Скачать Купить сейчас
        AP7342 Двойной 150 мА, высокий PSRR, малошумящий LDO X2-DFN1212-6 (1,2×1,2) Скачать Купить сейчас
        AP7344 Двойной 300 мА, высокий PSRR LDO X2-DFN1612-8 (1,6×1,2) Скачать Купить сейчас
        AP7348 Quad 300 мА, высокий PSRR LDO X2-DFN1612-8 (1,6×1,2) Скачать Купить сейчас
        AP7353 250 мА, высокий PSRR, малошумящий LDO с включением WLB0707-4 (0.7 В 0,7) Скачать Купить сейчас

         

        LDO с высоким PSRR: очистите ваш блок питания

        LDO с высоким PSRR легко питают любую систему в неблагоприятных условиях электропитания. Они обеспечивают высокое подавление шума источника питания, обеспечивая чистое питание постоянного тока для обеспечения надежности системы.

         

         

        Low I Q LDO: экономия энергии

        С каждым днем ​​в нашу повседневную жизнь входит все больше и больше продуктов с батарейным питанием.LDO с низким IQ могут помочь продлить срок службы батарей этих важных устройств. Сохранение энергии — задача современных электронных устройств, и за счет минимизации тока покоя LDO наши продукты помогают достичь низкого энергопотребления в режиме ожидания в различных приложениях.

         

         

        LDO с широким входным напряжением

        LDO с широким входным напряжением на диодах, до 40 вольт, обеспечивают простые и экономичные решения для питания микроконтроллеров, встроенных систем, датчиков и других активных компонентов при работе с высоким напряжением. Окружающая среда.Высокая точность и функции ограничения тока делают любую конструкцию более надежной и надежной.

         

        Номер детали Описание VIN Макс. (В) Лист данных Варианты заказа
        AP2205 200 мА, высокая точность, высокое подавление пульсаций, низкое падение напряжения, низкий уровень шума, ограничение тока и сверхнизкий ток покоя 24 Скачать Купить сейчас
        AP7370 Высокая точность 300 мА, низкое падение напряжения, ограничение тока, защита от обратного тока и сверхнизкий ток покоя 18 Скачать Купить сейчас
        AP7380 150 мА, сверхнизкий I Q , точность +/-1% LDO с ограничением тока и включением 24 Скачать Купить сейчас
        AP7383 150 мА, сверхнизкий I Q , низкое падение напряжения с превосходным регулированием сети/нагрузки 30 Скачать Купить сейчас
        AP7381 150мА, низкое я к , с функцией предохранения от короткого тока 40 Скачать Купить сейчас
        AP7384 50 мА, низкий I Q , с превосходным регулированием линии/нагрузки 40 Скачать Купить сейчас

         

        Сильноточные LDO: большая нагрузка, избегайте шума переключения

        Шум переключения может угрожать производительности во многих приложениях.Наши сильноточные LDO до 3 А обеспечивают чистую, точную и эффективную мощность для тяжелых и чувствительных нагрузок. Дополнительные LDO с высоким PSRR устраняют пульсации, обеспечивают высокую точность выходного сигнала (макс. 1%) и обеспечивают низкое падение напряжения 330 мВ и ниже.

         

        Автомобильные LDO-резисторы: соответствуют стандарту AEC-Q100 с классом температур 1 (от -40C до +125C) для автомобильных приложений, таких как источники питания точки нагрузки в ADAS, радиочастотной связи, камерах и информационно-развлекательных системах.Продукты доступны с функцией выходного разряда или без нее.

        Технические документы:

        Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации

        Регулятор с малым падением напряжения (LDO)

        В этом уроке мы узнаем об одной из важных концепций для любого разработчика аппаратного обеспечения/системы: регулятор с малым падением напряжения или LDO. Мы увидим, что такое LDO, поймем, как работает регулятор напряжения с малым падением напряжения, важные характеристики LDO, а также несколько параметров.

        Введение

        Размеры современных электронных устройств постоянно уменьшаются. Но показатели эффективности батареи меняются настолько сильно, что это является фактором, расширяющим границы систем управления питанием.

        Технические разработки в области производства полупроводников привели к архитектуре SoC или System on Chip, в которой аналоговая, цифровая и радиочастотная подсистемы интегрированы в один кремниевый кристалл. Это означает, что разные блоки системы имеют разные требования к электропитанию.

        Система управления питанием (PMIC) содержит несколько цепей питания, таких как импульсный регулятор, преобразователь постоянного тока, линейный регулятор напряжения и LDO. В этом уроке мы сосредоточимся на LDO.

        Читать ТИПЫ РЕГУЛЯТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

        Что такое LDO?

        Регулятор с малым падением напряжения или просто LDO-регулятор является неотъемлемой частью системы управления питанием, особенно в устройствах с батарейным питанием. LDO могут обеспечивать несколько уровней напряжения с постоянным и стабильным выходом.Выходное напряжение LDO не зависит от импеданса нагрузки, изменений входных напряжений (разряд батареи) и температуры.

        Регулятор

        LDO или регулятор с малым падением напряжения — это тип линейного регулятора напряжения, который может работать при очень низкой разности потенциалов между входом и выходом. Например, типичная литий-ионная батарея имеет диапазон от 4,2 В при полной зарядке до 2,7 В при полностью разряженной. Даже когда напряжение батареи ниже 3 В, LDO все еще может поддерживать желаемое значение 2.5 В на выходе.

        Краткое примечание о линейных регуляторах напряжения

        Возможно, вы видели/использовали несколько интегральных схем линейного регулятора напряжения в своей схеме. Если вы новичок или любитель электроники, то вы должны были встретить знаменитую серию стабилизаторов напряжения 78XX, например, 7805 или 7812. Это примеры линейных регуляторов напряжения.

        Линейный регулятор напряжения — это устройство или схема с переменным входным напряжением и постоянным, постоянно контролируемым выходным напряжением постоянного тока с низким уровнем шума.Постоянное выходное напряжение регулятора напряжения является результатом постоянной регулировки его внутреннего сопротивления в зависимости от изменения сопротивления нагрузки.

        Выходное напряжение этого простого регулятора постоянного напряжения определяется следующим уравнением:

        Если какая-либо нагрузка отсутствует, т.е. R НАГРУЗКА = ∞, выходное напряжение максимально и равно входному на регуляторе напряжения. При наличии нагрузки выходное напряжение будет меньше максимально возможного значения.Разница между максимальным выходным напряжением и выходным напряжением с нагрузкой называется ошибкой выходного напряжения, представленной E VO .

        Эта ошибка обычно представлена ​​в виде процентной разницы между максимальным выходным напряжением и выходным напряжением с нагрузкой.

        С точки зрения входных и нагрузочных сопротивлений, процент ошибки определяется как:

        Нам нужно минимизировать эту ошибку, а для этого нам нужно ввести обратную связь.Цепь обратной связи воспринимает изменения, происходящие в нагрузке, и регулирует переменное внутреннее сопротивление так, чтобы отношение внутреннего сопротивления к сопротивлению нагрузки оставалось постоянным.

        Исходя из приведенного выше предположения, мы можем сказать, что внутреннее сопротивление следует за сопротивлением нагрузки «линейным» образом.

        Общие сведения о регуляторе с малым падением напряжения

        Мы можем разделить линейные регуляторы напряжения на два типа: стандартные или базовые регуляторы напряжения и регуляторы с малым падением напряжения.Основное различие между ними заключается в величине падения напряжения и типе используемого проходного элемента.

        Падение напряжения, также известное как величина запаса, представляет собой минимальное напряжение на стабилизаторе для надлежащего регулирования. Выходное напряжение равно разнице между входным напряжением и падением напряжения на проходном элементе.

        В случае стандартных линейных регуляторов проходным элементом является пара Дарлингтона NPN или PNP. В современных конструкциях они были заменены полевыми МОП-транзисторами.

        Что касается регуляторов с малым падением напряжения, то падение напряжения на проходном элементе обычно очень мало, чтобы регулятор мог правильно регулировать входное напряжение.

        На следующем рисунке показана классическая компоновка регулятора напряжения с малым падением напряжения. Он состоит из проходного элемента, усилителя ошибки и резисторной цепи обратной связи.

        Сеть резистивной обратной связи, состоящая из делителя напряжения, обеспечивает масштабированное выходное напряжение, равное опорному напряжению.Усилитель ошибки постоянно сравнивает опорное напряжение и напряжение обратной связи (обеспечиваемое делителем напряжения).

        Затем он усиливает разницу, и выходной сигнал будет управлять проходным элементом (MOSFET), чтобы поддерживать выходное напряжение на желаемом уровне.

        Элементы регулятора LDO

        Давайте не будем подробно рассматривать все элементы регулятора с малым падением напряжения.

        Опорное напряжение

        Это начальная точка любого регулятора, поскольку она устанавливает рабочую точку усилителя ошибки.Обычно используется опорное напряжение запрещенного типа, так как оно позволяет работать при низких напряжениях питания.

        Усилитель ошибки

        Основным требованием к конструкции усилителя ошибки является то, что он должен потреблять как можно меньше тока. Выходное сопротивление усилителя должно быть как можно меньше, так как емкость затвора проходного транзистора будет большой.

        Выходное напряжение, уменьшенное сетью делителя напряжения, является одним входом усилителя ошибки, а другим входом является опорное напряжение.После сравнения усилитель ошибки регулирует сопротивление проходного элемента.

        Обратная связь

        Обратная связь резистивного делителя напряжения отвечает за уменьшение выходного напряжения и позволяет усилителю ошибки сравнивать его с опорным напряжением.

        Проходной элемент

        Проходной элемент в LDO отвечает за передачу тока от входа к нагрузке и управляется усилителем ошибки в контуре обратной связи. МОП-транзисторы (как PMOS, так и NMOS) обычно используются в качестве проходных элементов.

        На следующем изображении показана типичная схема LDO с проходным элементом PMOS.

        V GS проходного элемента PMOS привязан к V dd . Минимальное напряжение, необходимое PMOS-транзистору для поддержания насыщения и правильной регулировки, определяется минимальным напряжением истока стока V ds . Проходной элемент PMOS не подходит для приложений с очень низким напряжением.

        NMOS Pass Element на основе LDO показан на следующем рисунке. Преимущество NMOS заключается в том, что он находится в конфигурации истокового повторителя, а выход регулятора находится в истоке транзистора.

        Схема, использующая транзистор NMOS, обычно большая и сложная, но можно добиться низкого входного, выходного и падения напряжения.

        Выходной конденсатор

        Выходной конденсатор является важным компонентом LDO-регулятора, поскольку он обеспечивает немедленную подачу тока на нагрузку во время переходных процессов, пока не будет готов усилитель ошибки.

        ESR или эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора очень важно, поскольку оно ограничивает ток, протекающий от конденсатора к нагрузке.Следовательно, для конденсатора 1 мкФ с ESR в диапазоне от 10 мОм до 300 мОм возможные типы конденсаторов:

        • Керамические конденсаторы
        • Полимерные электролитические конденсаторы
        • Танталовые конденсаторы с низким ESR

        Параметры LDO

        Теперь давайте взглянем на некоторые важные устойчивые и переходные параметры регулятора напряжения с малым падением напряжения.

        Падение напряжения

        Разница между входным и выходным напряжениями регулятора называется падением напряжения регулятора.Если входное напряжение приближается к выходному, регулятор перестает работать.

        Ток покоя

        Разница между входным током и выходным током называется током покоя или током заземления. В маломощных системах низкий ток покоя обеспечивает максимальную эффективность.

        Эффективность

        Эффективность регулятора LDO зависит от тока покоя и входного/выходного напряжения. Эффективность дается:

        Минимизируя падение напряжения, а также ток покоя, можно повысить эффективность LDO.

        Переходная характеристика

        Максимальное изменение выходного напряжения для шага тока нагрузки или шага входного напряжения. Переходная характеристика зависит от выходного конденсатора и его ESR (эквивалентного последовательного сопротивления).

        Линейный регламент

        Линейное регулирование — это способность регулятора поддерживать желаемое выходное напряжение при изменении входного напряжения.

        Регулирование нагрузки

        Если потребность в токе нагрузки увеличивается, то за подачу тока отвечает выходной конденсатор.В результате выходное напряжение изменяется, что воспринимается цепью обратной связи.

        Чтобы компенсировать это, усилитель ошибки пропускает больший ток через проходной транзистор. Регулирование нагрузки — это способность регулятора поддерживать желаемое выходное напряжение, несмотря на изменение тока нагрузки.

        регуляторов с малым падением напряжения | designnews.com

        Регуляторы

        с малым падением напряжения (LDO) играют очень важную роль в управлении питанием интегральной схемы.В результате тщательное проектирование и выбор схем LDO приобретают решающее значение. В этой статье обсуждаются важные характеристики и конструктивные аспекты регуляторов с малым падением напряжения и их практическая реализация.

        Как диктует тенденция развития интегральных схем, напряжение питания снижается день ото дня. Кроме того, усовершенствованные системы на кристаллах (SoC) используют более низкое напряжение питания, поскольку размер элементов процессов изготовления CMOS постоянно уменьшается. Поэтому, чтобы удовлетворить потребность в современных электронных устройствах с батарейным питанием, растет спрос на высокорегулируемые малошумящие источники питания для интегральных схем.

        Связанный: 3 совета по быстрому прототипированию с помощью Raspberry Pi Pico

        Одним из идеальных кандидатов на роль малошумящих стабилизаторов постоянного напряжения являются стабилизаторы с малым падением напряжения (LDO). Они имеют небольшие размеры, генерируют низкий уровень шума и идеально подходят для использования в качестве регуляторов точки нагрузки (POL), которые размещаются рядом с целевой схемой на микросхеме.

        Эти регуляторы проще и проще в реализации, чем импульсные преобразователи. Преимущества LDO перед обычными линейными стабилизаторами, помимо низкого уровня шума и компактности, заключаются в том, что они имеют низкое падение напряжения, высокую стабильность выходного напряжения и малое рассеивание мощности.

        Связанный: 5 встроенных технологий, которые необходимо освоить в 2022 году

        Упомянутое ранее падение напряжения представляет собой разницу между входным и выходным напряжением. LDO имеют низкое падение напряжения и, следовательно, более эффективны, чем обычные линейные стабилизаторы. Однако линейные стабилизаторы, такие как LDO, должны рассеивать мощность, и в результате они не так эффективны, как импульсные стабилизаторы. Но из-за низкого падения напряжения рассеиваемая мощность в LDO значительно меньше.

        LDO

        чаще всего используются в устройствах с батарейным питанием.Например, если LDO на 2,8 В подключен к батарее на 4,2 В (когда она полностью заряжена), а падение напряжения LDO составляет около 200 мВ, то LDO может поддерживать выходное напряжение 2,8 В в идеале, даже когда напряжение батареи падает. до 3В. В некоторых случаях LDO используются для пострегулирования или фильтрации. Их можно подключить на выходе высокоэффективного регулятора для обеспечения фильтрации помех.

        Изображение предоставлено Даршилом Пателем

        Работа регулятора LDO довольно проста. Как правило, обычные LDO состоят из источника опорного напряжения, усилителя ошибки, схемы измерения напряжения, в основном реализованной делителем напряжения, и проходного транзистора PMOS.

        Проходной транзистор управляется усилителем ошибки, который сравнивает опорное напряжение и напряжение обратной связи с выхода и усиливает разницу. Если напряжение обратной связи выше опорного напряжения, затвор PMOS становится высоким, пропуская меньший ток и, в свою очередь, уменьшая выходное напряжение.

        Для данной схемы выходное напряжение определяется как:

        Чтобы лучше понять, как спроектировать или выбрать каждую ступень регулятора LDO, необходимо ознакомиться с некоторыми важными спецификациями или характеристиками LDO и узнать, как на них влияют некоторые стадии конструкции LDO.

        Ток покоя

        Ток покоя ( I Q ) относится к току, потребляемому LDO, когда он активен. Это ток, протекающий через клемму заземления. Поэтому он также известен как ток заземления или I gnd . Ток покоя является очень важным параметром LDO, поскольку схема CMOS в основном работает при низкой нагрузке.

        Чтобы понять, насколько сильно I Q   влияет на эффективность LDO, рассмотрим 2.Батарея 3 В питает схему 1,8 В с током потребления 2 мкА через LDO с током покоя 1 мкА. Это означает, что даже если к LDO не подключена нагрузка, через внутреннюю схему будет протекать ток величиной 1 мкА, и некоторая мощность будет рассеиваться.

        Расчет полной мощности, рассеиваемой LDO, прост. Это дается как:

        Подставляя значения, мы видим, что I Q   составляет около 69 процентов от общей рассеиваемой мощности.Поэтому для низких нагрузок I Q становится решающим параметром конструкции. I Q зависит от усилителя ошибки и цепи обратной связи. Для снижения I Q необходимо уменьшить ток потребления усилителя ошибки. Кроме того, мы должны сделать цепь обратной связи с высоким сопротивлением, чтобы обеспечить протекание меньшего тока через клемму заземления.

        В дополнение к этому мы также можем наблюдать, что чем ниже падение напряжения (Vout-Vin), тем ниже будет рассеиваемая мощность.Но когда падение напряжения слишком мало, оно приводит внутренние цепи в состояние насыщения, что приводит к увеличению тока покоя.

        Потребность в снижении тока покоя также можно увидеть по уравнению эффективности:

        Где I IN = I OUT + I Q

        В большинстве случаев выходное и входное напряжение заданы заранее. Следовательно, уравнение эффективности сводится к текущей эффективности.

        Таким образом, для достижения максимальной эффективности I Q должно быть минимальным. Но есть компромисс. Снижение тока покоя также снизит скорость LDO. Внутренним узлам LDO требуется достаточное количество тока для зарядки паразитных емкостей при возникновении переходных процессов.

        Понижение I Q  приведет к медленной зарядке этих конденсаторов и, в свою очередь, к увеличению времени отклика. Более подробная информация о скорости LDO содержится в характеристиках переходного процесса.

        PSRR (Коэффициент отклонения источника питания)

        Во многих случаях LDO используются для подавления пульсаций напряжения питания. Эти приложения требуют, чтобы способность LDO подавлять пульсации напряжения была высокой. PSRR — это способность LDO подавлять пульсации входного напряжения. Выражается как:

        PSRR LDO в идеале должен быть очень высоким для всех частот. Чтобы оптимизировать LDO для высокого PSRR, необходимо понять, какие факторы определяют PSRR.

        На приведенном выше рисунке видно, что напряжение затвора PMOS изменяется при изменении входного напряжения. Это изменение связано с тем, что PMOS пытается поддерживать постоянную разницу напряжений. Поэтому пульсации напряжения питания ослабляются в соответствии с соотношением выходного сопротивления LDO и выходного сопротивления PMOS.

        Из приведенного выше выражения видно, что выходное сопротивление должно быть уменьшено для достижения высокого значения PSRR. Также можно показать, что отрицательная обратная связь в регуляторе эффективно снижает выходной импеданс.

        Изображение предоставлено Даршилом Пателем

        Рассмотрим контур обратной связи, как показано на рисунке выше. Выходное сопротивление можно получить, вычислив В Т / I Т .

        Поскольку коэффициент усиления усилителя ошибки очень велик, порядка 100 дБ, выходное сопротивление обычно мало для более низких частот. Но для высоких частот усиление уменьшается, что, в свою очередь, снижает PSRR.

        Существуют различные методы улучшения PSRR на высоких частотах.Одним из простых способов является увеличение выходной емкости. Чтобы увидеть влияние высокой выходной емкости на PSRR, мы подставим значение выходного импеданса как 1/sCout в предыдущее уравнение.

        Таким образом, мы можем представить себе, что большой выходной конденсатор поддерживает высокое значение PSRR даже на высоких частотах. Но большой конденсатор также может замедлить время отклика LDO. Поэтому, чтобы избежать использования большого конденсатора, на выходе можно использовать RC-фильтр. Но этот метод увеличивает падение напряжения LDO из-за последовательного резистора.

        Существуют более сложные методы улучшения PSRR LDO, например, добавление схемы подкачки заряда. Но сложность и рассеиваемая мощность таких LDO очень высоки.

        Регулирование нагрузки и линейное регулирование

        Регулирование нагрузки — это способность LDO поддерживать стабильное выходное напряжение при различных условиях нагрузки.

        Как правило, изменения для наихудшего случая рассчитываются, когда выходной ток изменяется от 0 до максимума.

        Линейное регулирование, с другой стороны, представляет собой способность LDO поддерживать стабильное выходное напряжение при изменении входного напряжения.

        Несложно понять, что для улучшения регулирования линии коэффициент усиления без обратной связи усилителя ошибки должен быть очень высоким.

        Переходная характеристика

        Во время работы, если нагрузка LDO изменяется мгновенно, его рабочий ток быстро изменяется, что вызывает ступенчатое изменение тока нагрузки LDO.В идеале напряжение LDO должно оставаться постоянным при любых условиях. Однако есть некоторая задержка из-за ограниченной скорости работы LDO. Когда нагрузка изменяется, отрицательная обратная связь начинает замечать изменение нагрузки. Но в то же время напряжение сток-исток на проходном транзисторе PMOS мгновенно изменяется, вызывая резкое увеличение выходного напряжения.

        Напряжение на выходе во время переходных процессов зависит от выходного сопротивления и изменения выходного тока. Обратная связь не может немедленно отслеживать изменение тока и уменьшать выходной импеданс.Добавление большого выходного конденсатора значительно снизит выходное сопротивление, тем самым улучшив переходную характеристику.

        Но, как известно, большой конденсатор снижает быстродействие LDO. Есть еще одна характеристика, тесно связанная со скоростью, а именно время установки. Это время, необходимое LDO для установления выходного напряжения. На время настройки существенно влияет увеличение внутренних конденсаторов.

        Изображение предоставлено Darshil Patel

        Изменение выходного напряжения LDO при изменении тока нагрузки от 0 мА до 220 мА.

        Изображение предоставлено Darshil Patel

        Настройка переходной формы волны LDO.

        Таким образом, в результате этого компромисса между скоростью и производительностью разработчики стремятся реализовать усилитель ошибки с высокой скоростью нарастания, чтобы сократить время настройки.

        Как мы видим, существует множество конструктивных аспектов реализации регулятора CMOS LDO. Кроме того, помимо тщательного выбора I Q напряжения падения, выходного импеданса и конструкции усилителя ошибки, существует множество других аспектов, касающихся стабильности.Нестабильные или минимально стабильные LDO могут столкнуться с колебаниями, поэтому очень важно компенсировать частотную характеристику LDO.

        В заключение следует отметить, что LDO являются сердцем схемы управления питанием CMOS, и их тщательное проектирование очень важно, если вы хотите добиться низкого энергопотребления и надежной подачи питания.

        Даршил Патель — увлеченный инженер-электрик. Его основные интересы связаны с проектированием аналоговых схем и физикой твердого тела.

        Схема, работа и ее применение

        В настоящее время размеры современных электронных компонентов и устройств уменьшаются.Тем не менее, эффективность батареи меняется очень сильно, поэтому это фактор, который расширяет границы систем управления питанием. В производстве полупроводников техническое развитие привело к архитектуре системы на кристалле (SoC), где подсистемы, такие как аналоговые, цифровые и радиочастотные, встроены в конкретный кремниевый кристалл, что означает, что разные системные блоки используют разные источники питания. В системе управления питанием используются различные схемы электропитания, такие как преобразователь постоянного тока в постоянный, линейный регулятор напряжения, импульсный регулятор и регулятор с малым падением напряжения или LDO.В этой статье обсуждается обзор регуляторов с малым падением напряжения.


        Что такое регулятор с малым падением напряжения?

        Термин LDO расшифровывается как «Регулятор с малым падением напряжения» и представляет собой экономичный и простой регулятор напряжения. Основная функция этого регулятора заключается в получении регулируемого напряжения вывода из высокого входного напряжения.
        Главной особенностью этого регулятора является его способность включать чрезвычайно низкое падение напряжения на нем всякий раз, когда обеспечивается регулируемое выходное напряжение. Таким образом, это позволяет использовать регулятор в приложениях с критически важными по мощности батареями везде, где входное напряжение батареи близко к необходимому регулируемому напряжению o/p.

        Регулятор напряжения с малым падением напряжения

        Регулятор напряжения с малым падением напряжения использует переменный вход для обеспечения стабильного, постоянно контролируемого постоянного напряжения o/p с низким уровнем шума. Это линейный регулятор напряжения, который имеет небольшое падение напряжения на входе, а также на выходе, который работает, даже когда напряжение o/p очень близко к напряжению i/p, в отличие от линейного регулятора напряжения, которому требуется огромное падение напряжения. между входом и выходом, чтобы функционировать должным образом. По сравнению с другими стабилизаторами напряжения, такими как линейный тип, этот регулятор напряжения не имеет шума при переключении и имеет меньший размер устройства.

        Основные функции регулятора напряжения с малым падением напряжения включают в себя; он регулирует подачу входного напряжения в направлении требуемого напряжения на всей нагрузке. Следующей функцией является подача чрезвычайно малошумящего напряжения o/p при наличии шума в источнике питания i/p. Итак, наиболее часто используемые LDO-регуляторы — это AMS1117, RT9193 и MIC29302.

        Краткое примечание о линейных регуляторах напряжения

        Внутрисхемная конструкция, используются различные типы линейных регуляторов напряжения, например 7805, в противном случае 7812.Это один вид схемы или устройства с переменным входным напряжением, а также стабильным, постоянно контролируемым постоянным напряжением o/p с низким уровнем шума.

        Схема линейного регулятора напряжения

        Стабильное выходное напряжение регулятора является результатом непрерывного изменения его внутреннего сопротивления по сравнению с изменениями сопротивления нагрузки.

        Выходное напряжение простого регулятора постоянного напряжения можно определить с помощью следующего уравнения:

        Vвых = В IN X R НАГРУЗКА /R НАГРУЗКА +R IN

        В IN X(1/1+ R IN /R НАГРУЗКА )

        Если никакой нагрузки нет, то напряжение o/p является самым высоким и эквивалентно i/p на регуляторе.Когда нагрузка присутствует, напряжение o/p будет низким по сравнению с максимально достижимым значением. Таким образом, основное несоответствие между максимальным выходным напряжением и выходным напряжением на нагрузке известно как ошибка выходного напряжения, которая обозначается через EVO.

        Обычно эта ошибка выходного напряжения обозначается процентным несоответствием между максимальным выходным напряжением и выходным напряжением через нагрузку.

        E VO = (V OUT-MAX – V OUT-MAX / V OUT-MAX ) X 100

        Процент погрешности с точки зрения i/p, а также сопротивления нагрузки может быть задан как

        E VO = R IN /R IN +R НАГРУЗКА

        Эта ошибка должна быть уменьшена, поэтому необходима обратная связь.Таким образом, цепь обратной связи используется для обнаружения изменений, происходящих в нагрузке, и регулирует изменяемое внутреннее сопротивление так, чтобы отношение внутреннего сопротивления к сопротивлению нагрузки оставалось постоянным.

        Теория регулятора с малым падением напряжения

        LDO — это LDO с малым падением напряжения, и он может работать при низком разбросе потенциала как на входе, так и на выходе. Иногда его называют линейным регулятором с малыми потерями, иначе — линейным регулятором типа насыщения. Как правило, самое низкое напряжение, при котором регулятор напряжения может стабильно работать, составляет менее 1 В.

        Падение напряжения

        В линейном регуляторе транзистор расположен между VIN и VO, и наименьшая разность потенциалов, необходимая для обеспечения стабильной работы транзистора, называется падением напряжения. Как только несоответствие напряжения между входом и выходом падает ниже напряжения отключения, транзистор не может поддерживать постоянную работу, и напряжение o/p уменьшается.

        Таким образом, как для регуляторов, таких как линейные стабилизаторы, так и для регуляторов с малым падением напряжения, можно установить минимальное необходимое входное напряжение, чтобы обеспечить процесс.В этом случае VO + Dropout Voltage является минимальным рабочим напряжением. Когда напряжение i/p ниже минимального рабочего напряжения, напряжение o/p не будет постоянным.

        Структура LDO

        На изображении ниже показана базовая блок-схема для LDO. Основными компонентами LDO являются опорное напряжение, дифференциальный усилитель (усилитель ошибки) и проходной элемент (полевой транзистор).

        Блок-схема регулятора с малым падением напряжения

        Блок-схема LDO показана ниже, и основными компонентами, используемыми в ней, являются усилитель ошибки (дифференциальный усилитель), опорное напряжение и полевой транзистор (полевой транзистор).

        Положительный вход дифференциального усилителя проверяет деление выходного сигнала, измеренного через долю резисторов, таких как R1 и R2, тогда как i/p на отрицательном выводе усилителя может быть получено от постоянного источника опорного напряжения.

        Регулятор с малым падением напряжения в рабочем состоянии

        Работа регулятора LDO аналогична работе обычного линейного стабилизатора напряжения, но он включает в себя три основных компонента, таких как проходной элемент, источник опорного напряжения и усилитель ошибки. Обычно проходной элемент представляет собой P-канальный и N-канальный полевой транзистор, однако его также называют PNP или NPN.На следующей схеме LDO входное напряжение подается на проходной элемент, такой как N-канальный полевой транзистор.

        Работа этого полевого транзистора может выполняться в линейной области, чтобы уменьшить входное напряжение ниже необходимого выходного напряжения.

        Ошибка Усилитель или дифференциальный усилитель определяет выходное напряжение, сравнивая его с опорным напряжением. Таким образом, этот тип усилителя изменяет клемму затвора полевого транзистора в сторону подходящего рабочего конца, чтобы убедиться, что o/p находится на точном напряжении.Как только входное напряжение изменяется, дифференциальный усилитель заменяет полевой транзистор, чтобы поддерживать стабильное выходное напряжение. В стационарных рабочих условиях этот тип регулятора работает как простой резистор.

        Некоторые типы регуляторов LDO существуют в версиях с фиксированным и изменяемым выходным напряжением для регулирования выходного напряжения в зависимости от необходимости. Эти регуляторы также включают контакт включения, используемый для управления регулятором, чтобы он помогал разработчикам управлять регулятором, чтобы можно было предотвратить использование батареи, когда она не используется.

        Элементы регулятора LDO

        Основные элементы регулятора с малым падением напряжения в основном включают следующее.

        Опорное напряжение

        В любом регуляторе напряжения опорное напряжение является начальной точкой, поскольку оно находится на рабочем конце дифференциального усилителя. Как правило, можно использовать источник опорного напряжения с запрещенной зоной, поскольку он позволяет работать при низком напряжении питания.

        Дифференциальный усилитель/усилитель ошибки

        Основным требованием к конструкции усилителя ошибки является то, что он должен потреблять как можно меньше тока.Выходное сопротивление усилителя должно быть как можно меньше, так как емкость затвора проходного транзистора будет большой.

        Напряжение o/p, которое выравнивается через сеть делителя напряжения, является одним входом усилителя ошибки, тогда как другой вход может быть опорным напряжением. Так вот, напротив, этот усилитель регулирует сопротивление проходного элемента.

        Обратная связь

        Обратная связь делителя по резистивному напряжению надежна для уменьшения выходного напряжения и позволяет оценивать его через опорное напряжение с помощью дифференциального усилителя.

        Проходной элемент

        В LDO проходной элемент отвечает за передачу тока от входа к нагрузке и управляется через дифференциальный усилитель в контуре обратной связи. Как правило, полевые МОП-транзисторы используются как проходные элементы.

        Выходной конденсатор

        В LDO это важный компонент, поскольку он обеспечивает мгновенную подачу тока к нагрузке во время переходных процессов нагрузки до тех пор, пока дифференциальный усилитель не будет готов.

        Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) конденсатора чрезвычайно важно, поскольку оно останавливает протекание тока от конденсатора к нагрузке.Следовательно, для конденсатора (1 мкФ) с эквивалентным последовательным сопротивлением в диапазоне от 10 мОм до 300 мОм допустимыми типами конденсаторов являются керамические, полимерные электролитические и танталовые с низким ESR.

        Параметры LDO

        Различные параметры LDO обсуждаются ниже.

        Ток покоя

        Состояние покоя может быть определено как состояние, иначе фаза бездействия. Таким образом, этот ток может потребляться по всей системе в режиме ожидания, когда горит свет, в противном случае нагрузка не подключена.

        Оба тока, такие как покой и отключение, являются разными терминами. Ток покоя — это ток, потребляемый всей системой, когда свет, в противном случае, не подключена нагрузка, тогда как ток отключения — это ток, потребляемый после того, как устройство деактивировано, однако батарея все еще связана с устройством.

        PSRR (Коэффициент ослабления источника питания)

        Коэффициент подавления источника питания (PSRR) можно определить как способность LDO подавлять элементы переменного тока, такие как пульсации напряжения.PSRR можно выразить следующей формулой:

        PSRR (дБ) = 20 log (Vripple (вход)/Vripple (выход))

        Регулирование нагрузки

        Этот тип регулирования может быть определен как способность схемы поддерживать определенное выходное напряжение ниже меняющихся условий нагрузки. Таким образом, это регулирование нагрузки может быть выражено как

        Регулирование нагрузки = ∆Vвых/ ∆Iвых

        Линейный регламент

        Регулирование линии можно определить как способность схемы поддерживать определенное выходное напряжение путем изменения входного напряжения.Это можно выразить следующим образом.

        Регулирование нагрузки = ∆Vout / ∆Vin

        Переходная характеристика

        Переходная характеристика может быть определена как максимально допустимая разность напряжений o/p для ступенчатого изменения тока нагрузки. Его также можно назвать откликом на линейный шаг. Это функция значения выходного конденсатора (Cout), ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) конденсатора o/p, Cb (шунтирующий конденсатор) и максимальный ток нагрузки (Iout, max). Самая высокая переходная разность напряжений может быть выражена следующим образом.

        ∆Vtr, max = (Iout, max / Cout + Cb) ∆t1 + ∆VESR

        Особенности LDO

        Основные функции LDO в основном включают следующее.

        • Блокировка пониженного напряжения
        • Ограничение тока
        • TSD (тепловое отключение)
        • Выходной разряд

        Преимущества и недостатки

        LDO или регулятор с малым падением напряжения представляет собой линейный регулятор напряжения постоянного тока. Этот тип регулятора используется для регулирования напряжения o/p, даже если напряжение питания очень близко к напряжению o/p.

        По сравнению с регуляторами постоянного тока в постоянный этот тип стабилизатора имеет много преимуществ, таких как отсутствие шума при переключении, небольшой размер устройства и большая простота конструкции. Недостатком этого регулятора является то, что линейные регуляторы постоянного тока, в отличие от импульсных стабилизаторов, должны рассеивать мощность через регулирующее устройство для управления выходным напряжением.

        Приложения

        Основные приложения LDO в основном включают следующее.

        • Сотовые телефоны
        • Линейные источники питания с высокой эффективностью
        • Карманные компьютеры, ноутбуки и ноутбуки
        • Модули постоянного/постоянного тока и пострегулятор SMPS
        • Оборудование с питанием от батареи
        • Персональная электроника или бытовая электроника
        • Регулирование или коммутация VPP и PCMCIA VCC
        • LDO, такие как Low-Noise и High-PSRR, используются для беспроводной и проводной связи.

0 comments on “Стабилизатор напряжения с низким падением напряжения: LDO-преобразователи с низким током собственного потребления и малым падением напряжения

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.