Меню

Стабилизаторы ldo low dropout



Регулятор с малым падением напряжения — Low-dropout regulator

Регулятор с низким падением напряжения ( регулятор LDO ) представляет собой DC линейный регулятор напряжения , который может регулировать выходное напряжение , даже когда напряжение питания находится очень близко к выходному напряжению.

Преимущества регулятора напряжения с низким падением напряжения по сравнению с другими регуляторами постоянного тока в постоянный включают отсутствие шума переключения (поскольку переключение не происходит), меньший размер устройства (поскольку не требуются ни большие индукторы, ни трансформаторы) и большая простота конструкции (обычно состоит из эталон, усилитель и проходной элемент). Недостатком является то, что, в отличие от импульсных регуляторов , линейные регуляторы постоянного тока должны рассеивать мощность и, таким образом, нагреваться через регулирующее устройство, чтобы регулировать выходное напряжение.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Компоненты
  • 3 Регулирование
  • 4 КПД и рассеивание тепла
  • 5 Ток покоя
  • 6 Фильтрация
  • 7 Технические характеристики
    • 7.1 Коэффициент отклонения источника питания
    • 7.2 Выходной шум
    • 7.3 Регулировка нагрузки
    • 7.4 Регулирование линии
    • 7.5 Переходный ответ
  • 8 См. Также
  • 9 ссылки
  • 10 Внешние ссылки

История

Регулируемый регулятор с малым падением напряжения дебютировал 12 апреля 1977 года в статье Electronic Design под названием « Избавьтесь от стабилизаторов с фиксированной интегральной схемой ». Статья написана Робертом Добкиным , разработчиком микросхем, тогда работавшим в National Semiconductor . Из-за этого National Semiconductor претендует на звание « изобретателя LDO ». Позже Добкин покинул National Semiconductor в 1981 году и основал Linear Technology, где он был главным техническим директором.

Составные части

Основными компонентами являются силовой полевой транзистор и дифференциальный усилитель (усилитель ошибки). Один вход дифференциального усилителя контролирует долю выхода, определяемую соотношением резисторов R1 и R2. Второй вход на дифференциальный усилитель от опорного напряжения (стабильного зонного опорного ). Если выходное напряжение повышается слишком высоко относительно опорного напряжения, привод к мощности FET меняется , чтобы поддерживать выходное напряжение постоянным.

Регулирование

Регуляторы с малым падением напряжения (LDO) работают так же, как и все линейные регуляторы напряжения . Основное различие между регуляторами LDO и non-LDO заключается в их схематической топологии . Вместо топологии эмиттерного повторителя в регуляторах с низким падением напряжения используется топология с открытым коллектором или открытым стоком . В этой топологии транзистор можно легко привести к насыщению напряжениями, доступными для регулятора. Это позволяет падению напряжения от нерегулируемого напряжения до регулируемого напряжения на уровне, равном напряжению насыщения на транзисторе.

Для схемы, представленной на рисунке справа, выходное напряжение задается как:

V ИЗ знак равно ( 1 + р 1 р 2 ) V REF <\ displaystyle V _ <\ text > = \ left (1 + <\ frac > >> \ right) V _ <\ text >> <\ displaystyle V _ <\ text <OUT data-lazy-src=

Следовательно, можно рассчитать КПД следующим образом:

η знак равно п В — п ПОТЕРЯ п В <\ displaystyle \ eta = <\ frac

> — P _ <\ text >>

>>>> <\ displaystyle \ eta = <\ frac <P _ <\ text <IN data-lazy-src=

Помимо регулирования напряжения, LDO также можно использовать в качестве фильтров . Это особенно полезно, когда в системе используются переключатели , которые вносят пульсации в выходное напряжение, возникающие на частоте переключения. Если оставить в покое, эта пульсация может отрицательно повлиять на производительность генераторов , преобразователей данных и радиочастотных систем, питаемых от коммутатора. Однако любой источник питания, а не только переключатели, может содержать элементы переменного тока, которые могут быть нежелательными для конструкции.

При использовании LDO в качестве фильтра следует учитывать две характеристики: коэффициент подавления источника питания (PSRR) и выходной шум.

Характеристики

LDO характеризуется выпадающим напряжением, током покоя, регулированием нагрузки, линейным регулированием, максимальным током (который определяется размером проходного транзистора), скоростью (насколько быстро он может реагировать при изменении нагрузки), колебаниями напряжения. на выходе из-за внезапных переходных процессов в токе нагрузки, выходном конденсаторе и его эквивалентном последовательном сопротивлении. Скорость обозначается временем нарастания тока на выходе, поскольку оно изменяется от 0 мА тока нагрузки (без нагрузки) до максимального тока нагрузки. Это в основном определяется полосой пропускания усилителя ошибки. Также ожидается, что LDO обеспечит тихий и стабильный выход при любых обстоятельствах (примером возможного возмущения может быть: внезапное изменение входного напряжения или выходного тока). Анализ стабильности позволил установить некоторые показатели производительности, чтобы получить такое поведение, и включил правильное размещение полюсов и нулей. В большинстве случаев доминирующий полюс возникает на низких частотах, в то время как другие полюса и нули выталкиваются на высоких частотах.

Читайте также:  Стойка стабилизатора вольво xc60

Коэффициент отклонения источника питания

PSRR относится к способности LDO подавлять пульсации, которые он видит на своем входе. В рамках своего регулирования усилитель ошибки и запрещенная зона ослабляют любые всплески входного напряжения, которые отклоняются от внутреннего эталона, с которым оно сравнивается. В идеальном LDO выходное напряжение должно состоять исключительно из частоты постоянного тока. Однако усилитель ошибки ограничен в способности получать небольшие выбросы на высоких частотах. PSRR выражается следующим образом:

PSRR знак равно Δ V В 2 Δ V ИЗ 2 знак равно 10 бревно ⁡ ( Δ V В 2 Δ V ИЗ 2 ) дБ <\ displaystyle <\ text > = <\ frac <\ Delta V _ <\ text > ^ <2>> <\ Delta V _ <\ text > ^ <2>>> = 10 \ log \ left (<\ frac <\ Delta V _ <\ text > ^ <2>> <\ Delta V _ <\ text > ^ <2>>> \ right) \, <\ text <дБ >>> <\ displaystyle <\ text <PSRR data-lazy-src=

Δ V TR, MAX знак равно я ВЫХ, МАКС. C ИЗ + C BYP Δ т 1 + Δ V СОЭ <\ displaystyle \ Delta V _ <\ text > = <\ frac >> > + C _ <\ text >> > \ Delta t_ <1>+ <\ Delta V _ <\ text >>> <\ displaystyle \ Delta V _ <\ text <TR, MAX data-lazy-src=

Что такое линейный стабилизатор напряжения?

Рассмотрим основы линейных стабилизаторов напряжения в этом кратком учебном обзоре.

Электронные системы обычно получают напряжение питания, превышающее напряжение, которое требуется для схемы системы. Например, батарея 9 В может использоваться для питания усилителя, которому требуется напряжение в диапазоне от 0 до 5 В, или две последовательно соединенные батареи по 1,5 В могут обеспечивать питание для цепи, которая включает в себя цифровую логику с уровнями 1,8 В. В таких случаях нам необходимо отрегулировать подаваемое питания, используя компонент, который принимает более высокое напряжение и выдает более низкое напряжение.

Одним из наиболее распространенных способов достижения такого типа регулирования является использование линейного стабилизатора напряжения.

Рисунок 1 Схема линейного стабилизатора с фиксированным выходным напряжением Рисунок 1 – Схема линейного стабилизатора с фиксированным выходным напряжением

Как работает линейный стабилизатор напряжения?

Линейные стабилизаторы напряжения, также называемые LDO (low-dropout linear regulator) или линейными стабилизаторами с малым падением напряжения, используют транзистор, управляемый цепью отрицательной обратной связи, для создания заданного выходного напряжения, которое остается стабильным, несмотря на изменения тока нагрузки и входного напряжения.

Базовый линейный стабилизатор с фиксированным выходным напряжением представляет собой трехвыводное устройство, как показано на схеме выше. Некоторые линейные стабилизаторы позволяют регулировать выходное напряжение с помощью внешнего резистора.

Недостатки линейных регуляторов напряжения

Серьезным недостатком линейных стабилизаторов является их низкая эффективность во многих применениях. Транзистор внутри стабилизатора, который подключен между входном и выходным выводами, работает как переменное последовательное сопротивление; таким образом, высокая разность входного и выходного напряжений в сочетании с высоким током нагрузки приводят к значительному рассеиванию мощности. Ток, необходимый для работы внутренней схемы регулятора, обозначенный на схеме IGND, также способствует увеличению итогового рассеивания мощности.

Возможно, наиболее вероятный режим отказа в схемы линейного стабилизатора обусловлен еще и тепловыми, а не только электрическими факторами. Мощность, рассеиваемая микросхемой стабилизатора, приведет к повышению температуры компонентов, и без соответствующих путей, позволяющих отводить тепло от стабилизатора, температура в конечном итоге может стать достаточно высокой, чтобы серьезно ухудшить его рабочие характеристики или вызвать отключение при перегреве. Эта важная тема освещена в статье о тепловом проектировании для линейных стабилизаторов.

Применение линейных стабилизаторов напряжения

Хотя линейные стабилизаторы обычно уступают по эффективности импульсным стабилизаторам, они всё ещё широко используются по нескольким причинам. Основными преимуществами являются простота использования, низкий уровень шума на выходе и низкая стоимость. Единственными внешними компонентами, которые требуются большинству линейных стабилизаторов, являются входной и выходной конденсаторы, а требования к их емкости достаточно гибкие, чтобы сделать задачу проектирования очень простой.

Заключение

Данная статья предназначена для быстрого получения информации. Что нужно знать о линейных стабилизаторах напряжения? Дайте нам знать в комментариях ниже.

Источник