Меню

Что такое ldo регулятор



LDO линейный стабилизатор напряжения с низким падением

Аббревиатура LDO применительно к стабилизаторам или регуляторам напряжения расшифровывается как: “low drop out” или по-русски низкое падение на выходе. И это означает что чтобы получить требуемое напряжение на выходе стабилизатора входное напряжение должно не превышать выходное. Например в широко распространенном LDO стабилизаторе LM1117 для нормального функционирования стабилизатора достаточно падения в 1,2В.

Что позволяет сделать применение стабилизаторов с низким падением напряжения?
Например:

ldo-combi

  • максимально снизить нижнюю границу диапазона работы устройства при питании от аккумуляторных батарей,
  • увеличить КПД блока питания в составе которого он трудиться,
  • обойтись без громоздких индуктивностей при фильтрации пульсаций напряжения (активный фильтр).

Как я уже писал, LM1117 считается стабилизатором с низким падением напряжения, с величиной этого самого падения в 1,2В. Я подумал, зачем такое относительно большое напряжение терять, ведь это удвоенное напряжение на p-n переходе транзистора из кремния? Почему бы не использовать полевой транзистор: в открытом состоянии канал полевого транзистора представляем собой лишь небольшое активное сопротивление.
Погуглив я нашел схемы где регулирование осуществляется полевым транзистором с n-каналом включенным в положительный провод питания. Вот только эти схемы требовали дополнительного источника питания, для управления затвором. Чтобы открыть полевой транзистор, на его затвор нужно было приложить напряжение на несколько Вольт выше напряжения на истоке, а значит и на выходе.
А вот почему бы не использовать p-канальный транзистор, он открывается отрицательным напряжением, которое у нас уже есть. И я нарисовал схему LDO использующую регулируемый стабилитрон TL431:

ldo-with-tl431

Эту схему я пока не собирал, возможно потребуются дополнительные RC-цепочки для предотвращения самовозбуждения схемы. Все таки TL431 склонна к самовозбуждению.

До применения полевого транзистора у меня были мысли использования биполярного p-n-p транзистора в качестве регулятора, в таком случае минимальное падение на стабилизаторе составило бы 0,6 В, что конечно поменьше чем 1,2 В.

Вот пара схем с биполярным транзистором.

ldo_bip_tl431

Ещё я нагуглил на англоязычном форуме схему p-n-p транзистором, ту схему даже смоделировали и анализ частотной характеристики показал устойчивость схемы.
Если силовой биполярный транзистор заменить на полевой, то получим такую схему:

ldo-dif-tr

  • R1 — 68 кОм;
  • R2 — 10 кОм;
  • R3 — 1 кОм;
  • R4,R5 — 4,7 кОм;
  • R6 — 10 кОм;
  • VD1 — BZX84C6V2L;
  • VT1 — AO3401;
  • VT2,VT3 — 2N5550;

При указанных в перечне значениях VD1, R5, R6 напряжение на выходе стабилизатора составит 6 В.

18 thoughts on “ LDO линейный стабилизатор напряжения с низким падением ”

Автор молодец, он работает, а мы камешки подбрасываем )
Вот зачем, к примеру, полевиком стабилизацию наводить? И сложней и дороже. Если только токовая нагрузка стабильна, да и то жалковато. Но если экономичность электроэнергии поперед всего… ну, тогда да.
Но тогда надо большие падения экономить, чтоб экономического эффекта добиться. И не только по разнице напряжений, но и по потребляемому нагрузкой току. Но решение красивое, и интересное, как минимум.

Линейный стабилизатор с ультранизким падением напряжения я увидел в планшете Samsung Galaxy Tab P1000. Стабилизатор использовался для питания тачскрина напряжением 2,8 В при этом сам получал питание от литий-ионного аккумулятора, напряжение которого могло изменятся от 3.0 В до 4,2 В. Получалось что минимальное падение было всего 0,2 В.
Почему разработчики не поставили импульсный стабилизатор? Возможно было дорого городить импульсник ради питания тачскрина или таким образом избегали помех по питанию.
Я так и не нашел никакой информации по этому стабилизатору кроме его наименованию: IC-MULTI REG и номеру: 1203-006476.

Если учесть что планшеты и телефоны не включаются уже при 3,6-3,45 . То падение все-таки от 0,6в для работы тачскрина

есть хороший стабилизатор HT7333 ток минимальный.

Есть вопрос по последней схеме. Зачем нужен резистор R4? Источник опорного напряжения питается от входного напряжения, а напряжение на коллекторе VT3 появится по любому после включения. С ион в правой части схемы и с биполярным транзистором в качестве регулирующего R4 потребовался бы однозначно, а здесь он зачем?

Читайте также:  Как создать регулятор громкости

Еще два вопроса которые и раньше не давали покоя, и напомнили о себе в ходе прочтения публикации.
1. Для чего нужны транзисторные фильтры по питанию, когда можно сделать стабилизатор? Стабилизатор точно так же подавит пульсации, попутно поддерживая напряжение стабильным. Какие такие преимущества есть у фильтров перед стабилизаторами?
2. Любопытно, существуют ли в природе биполярные кремниевые транзисторы с падением напряжения на переходе менее 0,6 вольта? Есть же диоды Шоттки с минимальным падением на переходе. Почему бы не быть биполярным транзисторам сделанным по схожему с диодами Шоттки принципу?

Через R4 идет основной стабильный ток со стабилизированного выхода, R1 тут только для запуска. Конечно можно уменьшить номинал R1, а R4 выкинуть, но тогда с изменением входного напряжения будет сильно меняться ток через стабилитрон и следовательно напряжение на нем.

1. Падение напряжения на активном фильтре небольшое следовательно не нужно мощное охлаждение. А вот стабилизатор обязан срезать не только пульсацию но и весь излишек, а излишек бывает очень не маленький.
Кроме того есть применение где не нужно стабильное напряжение, например тот же УМЗЧ.

2. Если кратко то работа диода Шоттки основана на выпрямляющем контакте металл-полупроводник. А биполярный транзистор работает благодаря неосновным носителям заряда. Грубо говоря запихиваем в базу основные носители, а они попадая в область коллектора становятся неосновными и снижают его сопротивления

Теперь все понятно с R4. Оригинальное решение запуска и стабилизации тока через стабилитрон 🙂
И с фильтром тоже ясно, борьба за КПД.

Обиделся насчет УМЗЧ. Там стабилизация необязательна (хоть и желательна для HiFi) лишь для выходного каскада. Поэтому, как правило, питание разных каскадов осуществляется разными источниками, и, некоторые каскады, запитаны не только стабилизированным, но и фильтрованным питанием. Полностью лишают стабилизации, обычно, лишь оконечник сабвуфера, ему она точно не нужна.

Просьба к автору объяснить, почему не использует конденсаторы для дополнительной фильтрации.
Вдруг запитывается устройство, которое генерирует вч помеху. Или по входу пройдет помеха.
И еще есть вопрос если убрать R1 , то я предполагаю запуск будет.

Да, конечно, конденсаторы нужны. Просто они не показаны на схеме. Как кашу маслом не испортишь, так и стабилизатор напряжения входными и выходными конденсаторами. Ну за редким исключением.
В первой схеме R1 необходим, чтобы VT1 хоть когда-то закрывался.
А в последней R1 нужен для первоначального запуска: пока нет напряжения на выходе — закрыт VT2, а пока он закрыт, то и VT1 закрыт, а пока VT1 закрыт, то нет напряжения на выходе. Замкнутый круг.

Кашу маслом не испортишь — если оно не машинное. По моему, как раз для низких падений напряжений они (конденсаторы) зачастую излишни. А генерирующие устройство, чем бы не запитывалось, фильтрует ее (помеху) сама… по крайней мере обязана это делать (и для себя в том числе), да и фильтры имеет посерьезнее и порасчитанее питающевого устройства., которое еще и неизвестно будет каким. Ну а дополнительно втулить пару кондеров — это уже та каша, которой, в принципе, не жалко… некоторым.

Подскажите какое падение напряжение или минимальное входное напряжение на КР1170ЕН6?

У стабилизатора КР1170ЕН6 есть аналог — LM2931 (Texas Instruments), так вот на аналог в документации пишут менее 0,6 В при выходном токе 100 мА и 0,2 В при 10 мА.
Скорее всего и у КР1170ЕН6 будет тоже самое.

Самая первая схема — неверная. Катод TL431 через базо-эмиттерный переход биполярного транзистора накоротко замыкается на шину питания. Должен быть ещё резистор.

а нибудет нифига работать . вернее будет я делал нечто похожее только на п-канале и компараторе всето оно вроде как работает но есть подводный камень в выходном напряжении присуствует пулсация в форме пилы пик пик 150мв примерно но это какбы еще фигбы с ним но вот что творится на входе это полный колапс пульсация до 800мв доходит и никакие конденсаторы эту дрянь не убирают . так что да согласен идея шикарная но увы 🙂
cам ищу схему подобного стабилизатора с низким падением но увы пока ничего не нашел

Читайте также:  Регулятор давления арт 85 вес

На N канале делать стабилизацию в виде «повторителя» напряжения я бы не стал. Если биполяр грубо говоря это резистор, управляемый током базы, то MOS полевой транзистор таки источник тока, управляемый напряжением, И что бы оно пропустило большой ток ему нужно приличное напряжение затвор-подложка индуцирующее канал проводимости. Поэтому «повторитель» катит, только если как раз нужно попутное ограничение тока. А если нужен источник напряжения с минимальным внутренним сопротивлением, то для «+» в классической неизвращённой схеме линейника используем P-канал (как тут приводилось на схемах).

Возможно ли использовать последнюю схему для стабилизации 3,3 вольта, при входном напряжении от 3,6 до 4,2 вольт?

Источник

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.

Читайте также:  Характеристики регуляторов теплого пола

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.

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