Меню

Что такое ldo регулятор напряжения



LDO-стабилизаторы Diodes Incorporated

В настоящее время практически каждый 32-бит микроконтроллер имеет в своем составе 12-бит АЦП, реже 14-бит АЦП последовательного приближения. Входная шкала этих АЦП, как правило, варьируется в пределах 2,048–2,5 В. Следовательно, величина младшего значащего разряда (МЗР) 12-бит АЦП находится в диапазоне 0,5–0,6 мВ, а для 14-бит АЦП – в диапазоне 0,125–0,15 мВ. Эти значения и задают требования к построению сигнального тракта для приложений с использованием 12-бит АЦП.

Создание шины питания для таких приложений не является очень сложной задачей, но и тривиальной ее тоже не назовешь. Выходное напряжение DC/DC-преобразователей содержат высокочастотные шумы и пульсации, которые неизбежно через шину питания «пролезают» в сигнальные цепи и с учетом наложения частот при аналогово-цифровом преобразовании могут превратиться в низкочастотную помеху.

Рис. 1. LDO-стабилизатор устанавливается между выходом DC/DC-преобразователя и нагрузкой

Чтобы очистить шину питания от высокочастотных пульсаций, применяются линейные стабилизаторы напряжения с минимально допустимым падением напряжения на них – LDO-стабилизаторы. Они устанавливаются между выходом DC/DC-преобразователя и нагрузкой, как показано на рисунке 1. Их производят немало компаний. В этой статье мы рассмотрим изделия компании Diodes Incorporated. LDO-стабилизаторы этой компании находятся среди лидеров по показателю цена/характеристики. Поскольку в производственную линейку компании входят более 80 компонентов, невозможно рассмотреть все их подробно в рамках небольшого обзора. Мы перечислим только значения основных параметров в общем виде, не указывая их конкретный тип:

  • диапазон входного напряжения: 2…40 В;
  • регулируемое или фиксированное выходное напряжение: 0,8–5,0 В;
  • выходной ток (макс.): 150–3000 мА;
  • ток собственного потребления: 0,25–6000 мкА;
  • ток потребления в режиме останова: 0,01–0,1 мкА;
  • минимально допустимое падение напряжения: 0,055– 1 В;
  • диапазон рабочей температуры: –40…85 и –40…125°С.

Рис. 2. Функциональная схема AP2127

Поскольку принцип функционирования LDO-стабилизаторов хорошо известен, мы не будем повторяться, а лишь приведем для примера функциональную схему одного из LDO-стабилизатора, чтобы пояснить особенности этих компонентов компании Diodes Incorporated. На рисунке 2 показана функциональная схема AP2127, на рисунке 3 – схема включения этого стабилизатора. На обоих рисунках показана модификация с регулируемым напряжением. Если используется стабилизатор с фиксированным напряжением, резисторный делитель R1–R2, служащий для формирования напряжения обратной связи, устанавливается в корпус микросхемы. Пользователи не имеют к нему доступ.

Рис. 3. Схема включения AP2127

Заметим, что использование модификации с регулируемым выходным напряжением предоставляет дополнительные возможности. На рисунке 4 показано, как с помощью конденсатора Cf вводится опережающая обратная связь по напряжению. При резком нарастании входного напряжения соответствующее нарастание выходного напряжения через конденсатор Cf , который шунтирует резистор R1, поступает на усилитель ошибки регулятора, и возникший сигнал рассогласования предотвращает дальнейшей рост выходного напряжения. Другими словами, конденсатор Cf преобразует П-регулятор в ПД-регулятор. LDO-стабилизаторы довольно просты в использовании, но для их корректного применения необходимо учесть ряд особенностей.

Рис. 4. Схема включения AP2127 с опережающей обратной связью по напряжению

LDO-стабилизаторы Diodes не предъявляют повышенных требований к выходному конденсатору COUT (см. рис. 3), но все же перед тем как его выбрать, следует убедиться, что эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора (ESR) обеспечит стабильность регулирования. На рисунке 5 представлена зона безопасной работы стабилизатора AP2127 в функции ESR выходного конденсатора. Если производитель конденсатора не приводит значения ESR в документации, лучше выбрать другой конденсатор.

Рис. 5. Зона безопасной работы стабилизатора AP2127 в функции ESR выходного конденсатора

Одним из назначений LDO является уменьшение пульсаций напряжения на шине питания. Поскольку коэффициент PSRR ослабления пульсаций зависит от их частоты, следует обратить внимание при выборе стабилизатора на эти зависимости. На рисунках 6 и 7 показаны зависимости PSRR от частоты стабилизаторов AP2127 и AP2022, соответственно. Как видно из этих рисунков, в диапазоне частот примерно до 80 кГц стабилизатор AP2022 выигрывает у AP2127, а при более высоких частотах выигрыш уже не стороне AP2127.

Читайте также:  Установка конденсатора большего напряжения

Рис. 6. Зависимости PSRR от частоты стабилизатора AP2127

Рис. 7. Зависимости PSRR от частоты стабилизатора AP2022

Чтобы пользователи смогли оценить стабилизаторы, выпускаемые Diodes Incorporated, мы приведем сводную таблицу с их основными параметрами для некоторых типичных представителей производственной линейки компании. Как видно из таблицы, выбор достаточно велик для приложений с 12- и даже 14-бит АЦП. Возможность переключить стабилизатор в режим пониженного энергопотребления с током 0,01 мкА позволяет использовать стабилизаторы AP2125, AP2202 и AP2204 в приложениях с батарейным питанием.

Обратим внимание на сбалансированность параметров инженерной лаконичности разработки. В LDO предусмотрены все необходимые функции (защита по току, тепловая защита, режим пониженного энергопотребления), и нет ничего лишнего. Подобный подход позволяет максимально снизить стоимость регуляторов, но при этом обеспечить очень хорошие параметры для рассматриваемых приложений с 12- и 14-бит АЦП.

Например, в качестве проходного ключа используются только p-канальные полевые транзисторы, хотя сопротивление канала у них выше, чем у n-канальных аналогов. Дело в том, что напряжение затвора p-канального транзистора должно быть меньше напряжения истока, что всегда выполняется, т.к. входное напряжение это и есть напряжение истока. При использовании в качестве проходного элемента n-канального транзистора напряжение затвора должно быть больше напряжения истока. Для реализации этого решения в кристалл стабилизатора придется дополнительно встроить зарядовый насос, что увеличит стоимость устройства. По этой причине в компании отказались от такой идеи.

Глядя на таблицу с параметрами, можно сказать, что есть стабилизаторы с лучшими параметрами. Например, можно использовать LDO-регулятор LT3042 компании Analog Devices с шумом 0,8 мкВ (СКЗ) в диапазоне 10 Гц…100 кГц, PSRR = 70 дБ на частоте 1 МГц. Отличный регулятор, очень хорошо подойдет для приложения, где величина входного сигнала составляет не более нескольких микровольт. Но для приложений, о которых идет речь в нашей статье, его использование бессмысленно. И 12-, и 14-бит АЦП не «увидят» разницу между этим регулятором и любым другим LDO из приведенной выше таблицы и точность измерения не повысится. А стоимость LDO-стабилизатора может измениться в 100 раз больше, но при этом параметры системы не улучшатся!

Наименование регулятораВходное напряжение, ВВыходной ток (макс.), мАШум в полосе 10 Гц…100 кГцPSRR, дБ на частоте 1 кГцЛинейная регулировочная характеристикаНагрузочная регулировочная характеристикаТок потребления в режиме останова, мкАТип проходного транзистораКорпус AP2114 2,5–6 1000 30 мкВ (СКЗ) 68 0,02% ∙ V 0,2% 60* pMOS SOT-223, TO-252-2, TO-252-2, TO-252-2,TO-263-3, SOIC-8, PSOP-8 AP2120 2–6 100 15 мкВ (СКЗ) 65 4 мВ 12 мВ 60* pMOS SOT-23, SOT-89, TO-92 AP2125 до 6 300 50 мкВ (СКЗ) 70 1 мВ 6 мВ 0,01 pMOS SOT-23-3, SOT-23-5 AP2127 2,5–6 300 60 мкВ (СКЗ) 68 0,5 мВ 4 мВ 0,1 pMOS SOT-23-3, SOT-23-5, SOT–89 AP2202 2,5–13,2 150 260 нВ/√Гц 75 при 100 Гц 0,004% ∙ V 0,02% 0,01 биполярный p-n-p SOT-23-5, SOT–89 AP2204 2,6–24 200 30 мкВ 60 0,05% 0,5% 0,01 биполярный p-n-p SOT-23-5, SOT–89, PSOP-8 AP7313 2–6 150 нет данных 65 при 100 Гц 0,01% ∙ V ±0,6% 65* pMOS SOT-23, SOT-23R

Полный ассортимент продукции Diodes Incorporated, поставляемый Промэлектроникой, в том числе линейные стабилизаторы.

Новые поступления LDO-стабилизаторов приведены в таблице:

Источник

Что такое LDO регуляторы?

Что такое LDO регуляторы?

LDO регуляторы — тип линейных регуляторов напряжения, отличающихся малым падением напряжения на регулирующем элементе. Один из главных параметров — падение напряжения (dropout) VDROP, определяется как минимальное напряжение между входом и выходом стабилизатора, при котором схема стабилизации сохраняет работоспособность. В большинстве методик тестирования это напряжение измеряется при уменьшении входного напряжения VIN, когда напряжение на выходе VOUT снижается на 100 мВ относительно нормального режима работы схемы стабилизации (когда VIN = VOUT +5 В). В обычном регуляторе используется составной n-p-n транзистор, работающий в линейной области. В LDO регулирующим элементом является один p-n-p транзистор , поэтому минимальное падение напряжения на нем равно напряжению насыщения коллектор-эмиттерного перехода этого транзистора. В некоторых микросхемах LDO регуляторов используются полевые транзисторы . В любом случае напряжение VDROP зависит от тока нагрузки и температуры перехода (открытого канала). И меются несколько групп приборов в линейке LDO регуляторов , например, у National Semiconductor кроме стандартных регуляторов, pin-to-pin совместимых с серией 78хх и LM317, имеются несколько групп приборов, ориентированных на конкретные области применения.

Читайте также:  Формула разброса для напряжения

Стабилизаторы отрицательного напряжения. Представлены двумя микросхемами LM2990 (фиксированные значения выходных напряжений: -5В; -5,2В; -12В;-15В), LM2991 (регулируемый -3…-24 В). Отличаются самым большим значением VDROP в семействе LDO регуляторов — около 0,6 В при наг рузке в 1 А.

Многоканальные. Двухканальные LM9072; LM9073; LP3986 LP2966 LP2967 LP2956, трехканальные, так называемые «Microprocessor Power Supply System (MPSS) LP2984 — оптимальное решение для схем питания микропроцессорных систем с током потребления до 600 мА. Все три канала имеют фиксированное напряжение 5В. Реализован канал питания микропроцессора — 500 мА, канал питания периферийных устройств — 100 мА и канал standby memory с током нагрузки 5 мА. Микросхема имеет вывод сброса микропроцессора. Пятиканальные «System Power Manager Regulator» — LP3927. Применяется в схемах питания переносных устройств. Реализованы два канала по 200 мА, два по 150 мА и один 100 мА.

С ультранизким падением напряжения VDROP. LP3881…83, LP3891…93, LP 2957, LP2980, LP3961…63. Применяются в многоканальных схемах питания, в случаях, когда необходим высокий КПД линейного регулятора, в устройствах с батарейным питанием. Наименьшее значение VDROP имеют микросхемы LP3881…83 — 110 мВ при токе нагрузки 1,5 А и 210 мВ при токе 3 А.

Прецизионные. Регуляторы с относительной погрешностью поддержания выходного напряжения 0,5 %. LP2980, LP2950AC, LP2951AC, LP2986A…87A, LP2952A…57A, LМ3411A.

Квази LDO (QLDO). LM1084, LM1085, LM1086, LM3480, LM3490, LM1117. Занимают промежуточное положение между классическими линейными регуляторами 78хх и LDO. Если в классическом линейном регуляторе используется составной n-p-n транзистор , то в QLDO — один n-p-n транзистор. Поэтому величина VDROP у QLDO меньше на величину падения напряжения открытого база-эмиттерного перехода и составляет около 1,2 В. Применяются для замены регуляторов серии 78хх.

С функциями контроля напряжений — LDO регуляторы, имеющие дополнительные выходы «Power Good» или «Delayed Reset» LMS5258, LP2986, LP3988, LP8358. Микросхемы с выводом «Power Good» отслеживают величину напряжения на выходе и при VOUT = (0,97-0,89)VOUT NOM на выходе «PG» с задержкой формируется сигнал логической единицы.

Контроллеры — микросхемы для реализации LDO — регуляторов с внешним биполярным или полевым транзистором. LM3411, LP2975, LM3460. Позволяют реализовать регуляторы напряжения с большими токами нагрузки.

Источник

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Несколько фактов, которые нужно знать о стабилизаторах LDO

LDO-стабилизаторы (Linear Drop-Out regulators) представляют собой отличное средство для получения стабилизированного напряжения для питания тех или иных электронных компонентов.

Читайте также:  Напряжение при растяжении обозначение

LDO

Несмотря на кажущуюся простоту LDO-стабилизаторы имеют свои некоторые нюансы, несоблюдение которых может привести к неправильной работе схемы. И в данном материале мы поговорим о некоторых важных моментах использования.

Корпуса регуляторов напряжения LDO: Small Transistor Outline (SOT)

При выборе LDO широко распространен вариант корпусирования SOT. Вы можете увидеть названия корпусов, такие как SOT-223-5, SOT23-3 и SOT23.

Корпуса LDO

SOT23 представляет собой 3-выводной корпус, распространенный для дискретных транзисторов и диодов. Вариант SOT23-5 используется для ИС, включая регуляторы напряжения. Большие версии – SOT223 и SOT223-5. SOT223 представляет собой 4- выводной корпус, поэтому его иногда называют «SOT223-4». SOT223-5 представляет собой 5- выводной корпус.

Технически одним выводом корпуса SOT223 является контактная площадка. Это помогает создать теплоотвод от внутреннего кремния к внешней печатной плате.

Распиновка LDO-стабилизаторов может не совпадать

Вроде как это очевидное утверждение. Однако, если вы посмотрите только на несколько LDO с похожими корпусами, вы можете быстро предположить, что распиновка одинакова для всех из них.

Можно взять, например, семь разных регуляторов LDO с напряжением 3,3 вольт и током не менее 300 мА. Из них большинство выводов будут находиться в одном и том же месте. Но это не значит, что вы можете просто взглянуть на распиновку и сказать: «Я знаю, выход – это контакт 5», а затем предположить, что все остальные линии там, где вы и ожидаете. Даже если совпадают имена или функции вывода, все равно могут быть различия.

NC, Bypass и Adjust

Сравнивая многие LDO, можно обнаружить, что на различных моделях у дополнительного вывода могут быть различные функции.

NC (No Connect) – то есть не подключен. Нет необходимости подключать вывод. Обратите особое внимание на техническое описание. Иногда разработчик микросхем говорят: «Не подключайте ни к чему, включая землю».

Bypass – байпас улучшает подавление пульсаций на выходе. Регулятор LDO, который подключает внутреннее опорное напряжение к выводу, дает вам возможность добавить крошечный конденсатор. Этот конденсатор фильтрации может улучшить реакцию регулятора. Независимо от того, что предлагают даташиты, лучше использовать только керамический конденсатор типа C0G.

Adjust – доступен только на регуляторах с регулируемым выходом. Вместо фиксированного внутреннего вида обратной связи этот вывод позволяет получить обратную связь через выходной делитель напряжения. Этот делитель устанавливает выходное напряжение для регулятора LDO. Иногда в документации рекомендуют использовать небольшой конденсатор в этой цепи, чтобы минимизировать пульсации. Следуйте их рекомендациям.

Не у всех LDO выводы Enable и Shutdown одинаково работают

На многих стабилизаторах есть вывод «enable» или «shutdown». Они определяют включение или выключение компонента. Но не у всех LDO они работают одинаково. В документации можно найти нюансы, которые наблюдаются при включении или отключении. Например, при отключении используется подтягивающий резистор на землю.

LDO

Этот путь разряжает выходной конденсатор (конденсаторы). Различные таблицы даташитов называют значение этого резистора по-разному. Техническое описание либо даст вам значение для этого резистора, который, по-видимому, находится в диапазоне 25-150 Ом, или просто предоставляет графики. Левый рисунок ниже — наиболее распространенный вид. Если вы знаете, как выглядят графики зарядки и разрядки конденсаторов, это выглядит довольно знакомо. Однако кривые RC зависят как от величины сопротивления, так и от емкости. Таким образом, ваше выходное напряжение, подключенная нагрузка и размер конденсатора влияют на кривую.

LDO

Справа показан график NCP4625 компании ON Semiconductor, на нем представлены различные кривые для VIN и VOUT, а также различные токи IOUT. Такое поведение и значения сопротивлений стоит иметь ввиду при разработке устройства с LDO.

Источник