Линейные стабилизаторы напряжения | Основы электроакустики
Линейные стабилизаторы напряжения
Выходное напряжение на выходе фильтра обычно имеет значительные пульсации, так как емкости конденсаторов не могут быть выбраны бесконечно большими. Кроме того, выходное напряжение таких схем сильно зависит от колебаний напряжения сети и изменения нагрузки. Для уменьшения влияния этих факторов обычно используют стабилизаторы напряжения.
Стабилизатор напряжения (СН) – это устройство, поддерживающее с определенной точностью неизменным напряжение на нагрузке. Обычно СН представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования напряжения, в которой выходное напряжение поддерживается равным или пропорциональным стабильному опорному напряжению, создаваемому специальным источником опорного напряжения (ИОН). Стабилизаторы такого типа, называемые компенсационными, содержат регулирующий элемент (биполярный или полевой транзистор), включаемый последовательно или параллельно нагрузке.
Регулирующий элемент может работать в активном (непрерывном) режиме, в этом случае стабилизатор называется линейным или с непрерывным регулированием, а также в ключевом режиме. В этом случае стабилизатор называется ключевым или импульсным.
Линейные стабилизаторы делятся на параметрические и компенсационные. Параметрические стабилизаторы являются простейшими устройствами, в которых малые изменения выходного напряжения достигаются за счет применения электронных приборов, характеризующихся ярко выраженной нелинейностью вольт-амперной характеристики. Схема и принцип действия такого стабилизатора рассматривались в главе 4.
Параметрические стабилизаторы применяются в основном для построения источников опорного напряжения (ИОН). Так как стабильность ИОН определяет качество компенсационных стабилизаторов, то к стабилитронам применяются особые требования по стабильности характеристик. Чтобы повысить коэффициент стабилизации, применяют температурно-компенсиро-ванные двух- и трехвыводные стабилитронные интегральные микросхемы.
Такие ИМС имеют в своем составе транзисторы, операционные усилители и обладают весьма стабильными характеристиками. На рис.17.2, а показана схема источника опорного напряжения TL431С (отечественный аналог – 142ЕН19). Это недорогой источник опорного напряжения на «программируемом стабилитроне», его схема включения показана на рис.17.2, б.
Рис.17.2. ИМС ИОН (а) и схема ее включения (б)
«Стабилитрон» включается, когда управляющее напряжение достигает 2,75 В («стабилитрон» собран из биполярных транзисторов). Этот прибор по управляющему входу потребляет то всего лишь в несколько микроампер и имеет малый температурный коэффициент выходного напряжения. При указанных в схеме параметрах на выходе получается стабилизированное напряжение 10 В.
Компенсационные стабилизаторы (рис.17.3) представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования. Характерными элементами компенсационного стабилизатора является ИОН, элемент сравнения и усиления (ЭСУ) и регулирующий элемент (РЭ).
Рис.17.3. Структурная схема компенсационного стабилизатора
Напряжение на выходе стабилизатора или некоторая часть этого напряжения сравнивается с эталонным напряжением. В зависимости от их соотношения ЭСУ вырабатывает сигнал для РЭ, изменяющий режим его работы таким образом, чтобы напряжение на выходе стабилизатора оставалось практически постоянным.
Чаще всего РЭ включают последовательно с нагрузкой. В этом случае стабилизатор называют последовательным. В случае включения РЭ параллельно нагрузке стабилизатор называют параллельным.
Простейшим последовательным стабилизатором (рис.17.4) напряжения является эмиттерный повторитель, база транзистора которого подключена к источнику опорного напряжения. В схеме опорное напряжение получается с помощью параметрического стабилизатора на стабилитроне VD и резисторе R.
Рис.17.4. Простейший компенсационный стабилизатор напряжения
За чет отрицательной обратной связи по напряжению выходное напряжение стабилизатора устанавливается равным величине UВЫХ = UОПОРН – UБЭ.
Схема работает следующим образом. Возьмем для примера, что входное напряжение увеличилось. В первый момент выходное напряжение также будет увеличиваться, управляющее напряжение транзистора UБЭ = UОПОРН – UВЫХ уменьшается, транзистор подзапирается, сопротивление коллектор-эмиттер его увеличивается, а выходное напряжение уменьшается, компенсируя изменение входного сигнала. В данной схеме транзистор совмещает в себе функции ЭСУ и РЭ. Для улучшения параметров схемы дополнительно включают усилитель сигнала рассогласования (рис.17.5).
Рис.17.5. Стабилизатор напряжения с усилителем на ОУ
Недостатком таких схем является критичность к короткому замыканию (КЗ) на выходе. В случае короткого замыкания рассеиваемая на транзисторе мощность превысит допустимую и транзистор выйдет из строя. Для защиты схемы от КЗ используется принцип, который поясняется схемой, приведенной на рис.
17.6.
Рис.17.6. Стабилизатор с защитой от короткого замыкания
Для защиты от КЗ в схему дополнительно введены резистор R3 и транзистор VT2. Если произойдет недопустимое увеличение тока, то падение напряжения на R3 превысит величину, равную приблизительно 0,6 В, транзистор VТ2 откроется и предотвратит дальнейшее увеличение базового тока транзистора VT1.
В настоящее время стабилизаторы напряжения выпускаются в виде интегральных микросхем. Наиболее известная серия отечественных ИМС компенсационных линейных стабилизаторов – серия К142ЕН. В эту серию входят стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением, с регулируемым выходным напряжением и двухполярным и входным и выходным напряжением.
ИМС стабилизаторов имеют всего три внешних вывода (вход, выход и общий) и настраивается изготовителем на нужное фиксированное напряжение.
На рис. 17.7 показано, как легко сделать стабилизатор, например на 5 В с применением одной из этих схем.
Рис.17.7. Стабилизатор на ИМС К142ЕН5
Конденсатор, поставленный параллельно выходу, улучшает переходные процессы и удерживает полное выходное сопротивление на низком уровне при высоких частотах. ИМС стабилизаторов выпускаются в пластмассовых и металлических корпусах, как и транзисторы. На рис. 17.8 приведена схема блока питания с ИМС стабилизатора напряжения.
Рис.17.8. Блок питания на ИМС стабилизатора напряжения
В тех случаях, когда через нагрузку необходимо пропускать ток, превышающий предельно допустимые значения интегральных стабилизаторов, микросхему дополняют внешними регулирующими транзисторами (рис.17.9).
ИМС стабилизаторов, как правило, снабжены внутренней защитой от повреждений в случае перегрева или чрезмерного тока нагрузки (ИМС не «сгорает», а выключается). Кроме того, предусмотрена защита прибора при выходе его из области безопасной работы за счет уменьшения предельно возможного выходного тока при увеличении разности входного и выходного напряжений.
Рис.17.9. ИМС стабилизатора с внешним транзистором
ИМС стабилизаторов дешевы, удобны в использовании, имеют широкую номенклатуру. Такое разнообразие схем дает возможность разработчикам не «изобретать» самостоятельно схемы стабилизаторов, а выбирать готовые по каталогам фирм-производителей.
Основной недостаток линейных СН – малый коэффициент полезного действия. КПД схемы зависит от соотношения входного UВХ и выходного UВЫХ . Для большинства линейных стабилизаторов значение КПД невелико и не превышает 50%, однако известны схемные решения, увеличивающие КПД до 90%. Особенно невыгодно применение линейных СН в случае большой разницы входного и выходного напряжения, отметим также, что все линейные СН являются понижающими, то есть UВЫХ для них всегда ниже UВХ.
| Склад #03011 | нет на складе | срок поставки 15-25 дней |
| Склад #0205 | 316 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0206 | 714 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0208 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0306 | нет на складе | срок поставки 7-10 дней | Склад #0231 | нет на складе | срок поставки 30-40 дней | Склад #0214 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | «> в наличии на 2 складах
| Склад #0327 | 660 шт. в наличии | срок поставки 5-7 дней | Склад #0202 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0301 | 3516 шт. в наличии | срок поставки 5-7 дней |
| Склад #0205 | 4440 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0206 | 66 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0204 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | Склад #0208 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #02301 | нет на складе | срок поставки 30-40 дней | Склад #0214 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | Склад #02252 | нет на складе | срок поставки 15-25 дней | «> в наличии на 4 складах
| Склад #0327 | 4 шт. в наличии | срок поставки 5-7 дней | Склад #0202 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #03011 | нет на складе | срок поставки 15-25 дней | Склад #0205 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0206 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #02301 | срок поставки 30-40 дней | Склад #0214 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | «> в наличии на 1 складеСклад #0202 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0205 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0206 | 2423 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0208 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0214 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | «> в наличии на 1 складеСклад #0202 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0205 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0206 | 3020 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0204 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | Склад #0208 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0212 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | Склад #02301 | нет на складе | срок поставки 30-40 дней | Склад #0214 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | «> в наличии на 1 складеСклад #0202 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0206 | 76 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0208 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #02302 | нет на складе | Склад #0202 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0206 | 449 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0208 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0231 | нет на складе | срок поставки 30-40 дней | Склад #0214 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | «> в наличии на 1 складеСклад #0202 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #03011 | нет на складе | срок поставки 15-25 дней |
| Склад #0205 | 2945 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0206 | 2992 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #02301 | нет на складе | срок поставки 30-40 дней | «> в наличии на 2 складахСклад #0202 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0205 | 1315 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0206 | 10000 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0208 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0214 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | «> в наличии на 2 складахСклад #03011 | нет на складе | срок поставки 15-25 дней | Склад #0201 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0206 | 1767 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0204 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | Склад #0208 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #02301 | нет на складе | срок поставки 30-40 дней | «> в наличии на 1 складеСклад #0202 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0205 | 4544 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0206 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0208 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | «> в наличии на 1 складе
| Склад #0327 | 66 шт. в наличии | срок поставки 5-7 дней | Склад #0202 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #03011 | нет на складе | срок поставки 15-25 дней | Склад #0205 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0206 | 186 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0204 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | Склад #0208 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0231 | нет на складе | срок поставки 30-40 дней | «> в наличии на 2 складах
| Склад #0202 | 141 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0205 | 2363 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0206 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0204 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | Склад #0208 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0212 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | Склад #02301 | нет на складе | срок поставки 30-40 дней | «> в наличии на 2 складахСклад #0202 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #03011 | нет на складе | срок поставки 15-25 дней | Склад #0205 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0206 | 63 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0208 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0212 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | Склад #0234 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | Склад #02301 | нет на складе | срок поставки 30-40 дней | «> в наличии на 1 складе
| Склад #0202 | 245 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #03011 | нет на складе | срок поставки 15-25 дней | Склад #0206 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0208 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #02301 | нет на складе | срок поставки 30-40 дней | «> в наличии на 1 складеСклад #0202 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0205 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0206 | 83 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | «> в наличии на 1 складеСклад #0202 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0205 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0206 | 3951 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0214 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | «> в наличии на 1 складеСклад #0202 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0205 | 8330 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0206 | 111 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #0214 | нет на складе | срок поставки 20-30 дней | «> в наличии на 2 складахСклад #0202 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0205 | 400 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0206 | 195 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #02302 | нет на складе | срок поставки 30-40 дней | «> в наличии на 2 складахСклад #0202 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней |
| Склад #0206 | 98 шт. в наличии | срок поставки 40-60 дней | Склад #0209 | нет на складе | срок поставки 40-60 дней | Склад #02301 | нет на складе | срок поставки 30-40 дней | «> в наличии на 1 складе
Линейные регуляторы с малым падением напряжения (LDO)
Линейные регуляторы и регуляторы с малым падением напряжения (LDO) — это простой и недорогой способ обеспечить регулируемое выходное напряжение, которое питается от более высокого входного напряжения в различных приложениях. Наш обширный ассортимент поможет вам справиться практически с любой задачей проектирования регуляторов, от питания чувствительных аналоговых систем до продления срока службы батарей. Наши решения включают в себя первый в отрасли интеллектуальный линейный стабилизатор переменного/постоянного тока, а также множество функций, таких как низкий уровень шума, широкий диапазон входного напряжения (В IN ), небольшой размер корпуса и низкий ток покоя (I Q ).
Выбор по входному напряжению
Выберите рекомендуемые LDO
Технические ресурсы
Электронная книгаЭлектронная книга
Основы LDO (Rev. A)
Прочтите об основах работы с LDO, включая отсев, тепловыделение, I Q , PSRR и шумовые характеристики. Узнайте, как предотвратить обратный ток и почему емкость конденсатора не равна его емкости.
документ-pdfAcrobat ПДФ
Руководство по выборуРуководство по выбору
Регуляторы с малым падением напряжения Краткое справочное руководство (версия P)
В этом кратком справочном руководстве вы найдете наши самые популярные LDO и линейные регуляторы напряжения для любого применения, включая промышленное, автомобильное, персональную электронику и коммуникационное оборудование. .
документ-pdfAcrobat PDF
Примечание по применениюЗамечания по применению
Тематический указатель замечаний по применению TI LDO (Rev. F)
Коллекция наших замечаний по применению LDO, разбитых по темам, с краткими аннотациями по каждой из них, чтобы помочь вам быстро найти наиболее важную информацию о приложении.
документ-pdfAcrobat ПДФ
Откройте для себя рекомендуемые приложения
Интеллектуальные измерения
Регуляторы с малым падением напряжения (LDO) и низким уровнем шума, высоким коэффициентом подавления напряжения питания (PSRR) позволяют сенсорным нагрузкам достигать максимальной производительности без ущерба для срока службы интеллектуальных счетчиков.
Тяговый инвертор
Преобразование энергии, хранящейся в аккумуляторе, в мгновенную мощность многофазного переменного тока для тяговых приводов с высокоточными LDO с высоким PSRR, соответствующими квалификационным испытаниям AEC-Q100.
Медицинская визуализация
Обеспечьте чистые, устойчивые направляющие для аналоговых интерфейсов, программируемых вентильных матриц (FPGA) и процессоров цифровых сигналов с нашими высокоточными LDO с высоким PSRR.
Носимая электроника
Создавайте носимую медицинскую и персональную электронику, которая максимизирует время работы от батареи с низким током покоя (IQ) в корпусах размером с микросхему.
Трансмиссия HEV-EV
Обеспечьте чистоту рельсов при зарядке электромобилей с помощью LDO AEC-Q100.
Регуляторы с малым падением напряжения (LDO) и низким уровнем шума, высоким коэффициентом отклонения источника питания (PSRR) позволяют сенсорным нагрузкам достигать максимальной производительности без ущерба для срока службы интеллектуальных счетчиков.
LDO повышают точность измерений и снижают уровень шума и энергопотребления в счетчиках газа, электричества, тепла и воды. Наши LDO с малым током в режиме ожидания и низким уровнем шума позволяют увеличить время работы от батареи при сохранении низких переходных характеристик.
Рекомендуемые ресурсы
ЭТАЛОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
- TIDA-00839 – Магнитное обнаружение вскрытия с помощью маломощных датчиков Холла Эталонный проект
- TIDA-010008 — Эталонный проект на основе TVS с плоскими зажимами для защиты от переходных процессов для сетевых приложений
ПРОДУКТЫ
- TPS709 – 150 мА, 30 В, сверхнизкий IQ, регулятор напряжения с малым падением напряжения, защитой от обратного тока и активацией
- TLV740P — регулятор с малым падением напряжения (LDO) на 300 мА и обратным ограничением тока
- TLV704 — стабилизатор напряжения 150 мА, 24 В, ультранизкий IQ и малый падение напряжения (LDO)
Преобразование энергии, хранящейся в аккумуляторе, в мгновенную мощность многофазного переменного тока для тяговых приводов с высокоточными LDO с высоким PSRR, соответствующими квалификационным испытаниям AEC-Q100.
Разработка эффективных трансмиссий с широким диапазоном напряжений и низким энергопотреблением LDO. Поддерживайте чистоту рельсов с высоким PSRR и высокой температурной точностью без ущерба для безопасности или производительности.
Рекомендуемые ресурсы
ЭТАЛОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
- PMP23223 — интеллектуальный изолированный драйвер затвора с эталонной конструкцией источника питания смещения
- TIDA-020014 — Эталонный проект силового каскада тягового инвертора HEV/EV с 3 типами решений для питания смещения IGBT/SiC
ПРОДУКТЫ
- TPS7B84-Q1 – Автомобильный линейный регулятор с малым падением напряжения (LDO) 150 мА, 40 В, с активацией и быстрой переходной характеристикой
- TPS7B86-Q1 — Автомобильный линейный регулятор 500 мА, 40 В, ультранизкий IQ, малый падение напряжения (LDO) с хорошим питанием
- TPS7B4253-Q1 — автомобильный 300 мА, без аккумулятора (40 В), регулируемый регулятор напряжения с малым падением напряжения и отслеживанием напряжения
Обеспечьте чистые, устойчивые направляющие для аналоговых интерфейсов, программируемых вентильных матриц (FPGA) и процессоров цифровых сигналов с помощью наших высокоточных LDO с высоким PSRR.
LDOс высоким PSRR и низким уровнем шума позволяют добиться точных и чистых линий в цепях сигналов медицинской визуализации, таких как преобразователи, часы и ПЛИС, путем генерации чистого сигнала постоянного тока, который предотвращает компрометацию источника питания чувствительных к шуму нагрузок. Устройства с низким термическим сопротивлением также важны в медицинских приложениях, учитывая сочетание высокого входного напряжения и большого тока.
Рекомендуемые ресурсы
ЭТАЛОННЫЕ ПРОЕКТЫ
- TIDA-01352 — 400 Вт, непрерывный, масштабируемый, от ±2,5 до ±150 В, программируемый эталонный проект источника питания ультразвука
- TIDA-01458 – Эталонный проект источника питания с низким уровнем шума и фиксированным падением напряжения от ±2,5 до ±12 В на 3 А для ультразвукового импульсного генератора непрерывного излучения
ПРОДУКЦИЯ
- TPS7A57 – 5-А, малошумящий, высокоточный регулятор напряжения с низким входным напряжением и малым падением напряжения (LDO)
- TPS7A94 — 1-A, сверхнизкий уровень шума, сверхвысокий PSRR, ВЧ-регулятор напряжения
- TPS7A39 — 150 мА, 33 В, малошумящий, двухканальный положительный и отрицательный регулятор напряжения с малым падением напряжения, с высоким PSRR
ИНСТРУМЕНТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ
- PARALLEL-LDO-CALC – Калькулятор параллельных вычислений с малым падением напряжения (LDO)
Создайте носимую медицинскую и персональную электронику, которая максимизирует время работы от батареи с низким током покоя (IQ) в корпусах на основе микросхем.
Наши маломощные стабилизаторы с малым падением напряжения обеспечивают увеличенный срок службы батарей в корпусе размером с микросхему для медицинской и коммерческой носимой электроники. Устройства с низким IQ минимизируют энергопотребление, когда носимые устройства находятся в режиме ожидания, без ущерба для производительности.
Избранные ресурсы
ЭТАЛОННЫЕ ПРОЕКТЫ
- TIDA-00373 — Контроль подсветки и интеллектуального освещения с помощью датчика окружающего света и датчика приближения Эталонный проект
- TIDA-050007 — Эталонный проект со сверхнизким энергопотреблением в режиме ожидания для батареи беспроводных наушников
- PMP21884 — Крошечный источник питания постоянного/постоянного тока со сверхнизким IQ и эталонным дизайном для зарядки аккумулятора для носимых устройств
ПРОДУКТЫ
- TPS7A02 – 200-мА, nanopower-IQ (25 нА), регулятор напряжения с малым падением напряжения (LDO) с включением
- TPS7A20 — сверхмалошумящий линейный регулятор с низким IQ и малым падением напряжения (LDO) на 300 мА и высоким PSRR
- TPS7A13 — 300 мА, низкое входное и выходное напряжение, регулятор напряжения со сверхмалым падением напряжения (LDO)
Поддерживайте чистоту рельсов при зарядке электромобилей с помощью LDO AEC-Q100.
В однофазных бортовых зарядных устройствах переменного тока 400 В и преобразователях постоянного тока высокого напряжения в низкое в гибридных и электрических транспортных средствах используются недорогие LDO с низким уровнем шума для поддержания стабильных шин напряжения.
Избранные ресурсы
ЭТАЛОННЫЕ ПРОЕКТЫ
- TIDA-020030 — эталонная конструкция изолированного драйвера затвора SiC/IGBT с термодиодом и чувствительным полевым транзистором
- TIDA-020014 — Эталонный проект силового каскада тягового инвертора HEV/EV с 3 типами решений для питания смещения IGBT/SiC
- PMP30473 — Эталонный проект вспомогательного источника питания с двумя выходами с низким уровнем шума
ПРОДУКТЫ
- TPS7B84-Q1 – Автомобильный линейный регулятор с малым падением напряжения (LDO) 150 мА, 40 В, с активацией и быстрой переходной характеристикой
- TPS7B81-Q1 — автомобильный 150 мА, без аккумулятора (40 В), сверхнизкий IQ, регулятор напряжения с малым падением напряжения и включением
Ресурсы для проектирования и разработки
Инструмент моделирования
PSpice® for TI инструмент проектирования и моделирования
PSpice® for TI — это среда проектирования и моделирования, помогающая оценить функциональность аналоговых схем. В этом полнофункциональном пакете для проектирования и моделирования используется модуль аналогового анализа от Cadence®. Доступный бесплатно PSpice для TI включает в себя одну из крупнейших библиотек моделей в (…)
Оценочная плата
Универсальный модуль оценки линейного стабилизатора напряжения LDO для корпусов DBV, DRB, DRV и DQN
Оценочный модуль MULTIPKGLDOEVM-823 (EVM) помогает оценить работу и производительность нескольких распространенных комплектов линейных регуляторов для возможного использования в схемах. Эта конкретная конфигурация EVM имеет посадочное место DRB, DRV, DQN и DBV, которое вы можете паять, и (…)
Оценочная плата
Универсальный модуль оценки линейных стабилизаторов напряжения LDO для корпусов DCY, DDA и KVU
Многокомпонентный оценочный модуль с малым падением напряжения (LDO) MLTLDO2EVM-037 (EVM) позволяет инженерам-проектировщикам оценить работу и производительность нескольких распространенных блоков линейных регуляторов для возможного использования в своих собственных схемах. Эта конфигурация EVM содержит DDA, 3-контактный и 5-контактный КВУ, (…)
Что такое линейный регулятор (регулятор LDO)? | Дизайн поддерживает
Основные сведения об ИС управления питанием, том. 2:
Линейный регулятор LDO-регулятор Фиксированное напряжение Выходной ток Выходной драйвер Резистор обратной связи Опорное напряжение Усилитель ошибки
Цепь отрицательной обратной связи Падение напряжения
Введение
В предыдущем томе этой серии мы кратко объяснили вам, где и как в мире используются ИС управления питанием. На этой странице мы расскажем об одном типе регулятора напряжения, называемом линейным регулятором.
Вы помните, что существует два типа регуляторов напряжения: линейный и импульсный?
Регуляторы линейного типа можно далее разделить на два типа: последовательный тип, в котором транзистор вставляется в качестве переменного резистора последовательно между входом и нагрузкой *1 , и шунтирующий тип, в котором транзистор вставляется параллельно с нагрузка. В этой лекции мы сосредоточимся исключительно на линейном регуляторе последовательного типа, так как этот тип используется чаще, чем шунтирующий, применение которого весьма ограничено. Теперь приступим.
Содержимое
- Линейные регуляторы
- Структура схемы линейного регулятора
- Работа линейных регуляторов
- Регуляторы LDO
- Падение напряжения и выходного тока
- Заключение
Линейные регуляторы
Простейшие регуляторы называются 3-контактными регуляторами, которые выдают стабильное фиксированное напряжение, просто вставляя входной конденсатор (CIN) между контактами VIN и GND и выходной конденсатор (COUT) между VOUT и контакты заземления.
Тогда как эти регуляторы могут выдавать стабильное фиксированное напряжение?
Мы опишем, какие компоненты содержат линейные регуляторы и как они выдают фиксированное напряжение.
На рисунке 1 ниже показана краткая иллюстрация структуры схемы линейного регулятора.
Схема управления контролирует Vout и регулирует значение сопротивления переменного резистора так, чтобы линейный регулятор мог генерировать фиксированное выходное напряжение.
Рис. 1. Упрощенная внутренняя структура линейного регулятора
На рисунке показано, что схема управления контролирует выходное напряжение и регулирует значение сопротивления переменного резистора, чтобы ИС могла выводить установленное фиксированное напряжение. Например, если входное напряжение (VIN) фиксировано, линейный регулятор может поддерживать стабильное выходное напряжение, поддерживая фиксированное соотношение между значением переменного сопротивления и значением сопротивления нагрузки в соответствии со скоростью изменения значения сопротивления нагрузки. Входное напряжение делится на два резистора, поэтому линейные стабилизаторы генерируют более низкое выходное напряжение, чем их входное напряжение. Разница между более высоким входным напряжением и более низким выходным напряжением будет выделять тепло, которое называется отходящим теплом. Ток, протекающий внутри нагрузочного резистора, поступает на переменный резистор, где потребляется электричество с выделением некоторого количества тепла.
Эти взаимосвязи показаны на рис. 2. Например, в случае тока нагрузки 100 мА регулятор на входе 5 В и на выходе 2 В потребляет 0,3 Вт из 0,5 Вт входной электроэнергии внутри в виде тепла.
Линейный регулятор потребляет часть входной мощности и преобразует ее в тепло для создания фиксированного выходного напряжения.
Рис. 2. Изображение работы линейного регулятора
Структура схемы линейного регулятора
Линейные регуляторы состоят из четырех основных компонентов: транзистора выходного драйвера, блока опорного напряжения, резистора обратной связи и усилителя ошибки. На рис. 3 показана базовая структура типичного линейного регулятора.
Рис. 3. Базовая структура линейного регулятора
Роли каждого компонента следующие:
1. Транзистор выходного драйвера
Рис. 3 представляет собой пример линейного регулятора, построенного на МОП-транзисторе. Этот транзистор эквивалентен переменному резистору, показанному на рисунке 1.
Как показано на рисунке 2, где ток нагрузки и входной ток равны 100 мА, вывод VIN подает весь ток, протекающий через управляющий транзистор и вывод VOUT. к нагрузке. Линейные регуляторы поддерживают фиксированное выходное напряжение, регулируя сопротивление управляющего транзистора с помощью схемы управления (показанной на рисунке 1), состоящей из резистора обратной связи, блока опорного напряжения и усилителя ошибки.
2. Резистор обратной связи
Резистор обратной связи (RFB) назван в честь его роли в делении выходного напряжения с помощью двух резисторов (R1 и R2) и возвращении разделенного напряжения в усилитель ошибки. Разделенное напряжение называется напряжением обратной связи (VFB). Нижний индекс «FB» представляет собой обратную связь. Резистор обратной связи определяет фиксированный уровень выходного напряжения линейного регулятора, а уровень выходного напряжения определяется отношением сопротивлений R1 и R2.
Диапазон выходного напряжения определяется продуктами, и в пределах указанного диапазона выходное напряжение может быть получено путем регулировки с помощью лазерной подгонки отношения сопротивлений R1 и R2 каждого кристалла пластины на всей пластине, изготовленной в процессе производства.
Кроме того, некоторые линейные регуляторы имеют вывод VFB для подключения оптимального внешнего резистора обратной связи, что позволяет пользователям гибко устанавливать выходное напряжение.
3. Блок опорного напряжения
Существует несколько методов создания блока опорного напряжения, и большинство из них обеспечивает уровень выходного напряжения около 1 В.
Традиционный метод, используемый для единицы эталонного напряжения, называется эталоном ширины запрещенной зоны (BGR). Хотя этот метод имеет хорошие характеристики, его ток питания и структура схемы обычно больше, поскольку в нем используется напряжение между базой и эмиттером биполярного транзистора. 1,25 В — обычно используемый уровень выходного напряжения для BGR.
Вместо BGR в большем количестве электронного оборудования используется блок опорного напряжения на основе CMOS. Эталонный блок на основе КМОП использует разницу между пороговыми напряжениями двух МОП-транзисторов в качестве опорного напряжения. Он имеет небольшой размер схемы и чрезвычайно низкий ток питания. Его уровень выходного напряжения составляет примерно от 0,6 до 1,0 В. Он изображен на рисунке 3 символом батареи.
Блоки опорного напряжения могут поддерживать определенный уровень напряжения, несмотря на колебания входного напряжения или изменения температуры окружающей среды. Благодаря блоку опорного напряжения, поддерживающему определенный уровень опорного напряжения, линейные регуляторы могут выдавать фиксированное напряжение.
4. Усилитель ошибки
Усилитель ошибки — это разновидность операционного усилителя, который усиливает разность напряжений между двумя входными клеммами (положительной и отрицательной) и выдает усиленное напряжение.
Внутри линейного регулятора положительный вывод получает напряжение обратной связи, а отрицательный вывод получает опорное напряжение. Ошибка между двумя напряжениями усиливается внутри операционного усилителя, и усиленное напряжение выводится на переменный резистор. Вот почему компонент называется усилителем ошибки.
Таким образом, линейные регуляторы включают цепь отрицательной обратной связи, которая состоит из четырех компонентов, упомянутых выше, и обеспечивают постоянное выходное напряжение за счет управления отрицательной обратной связью *2 . Управление с отрицательной обратной связью сравнивает напряжение обратной связи с опорным напряжением и регулирует сопротивление транзистора выходного драйвера так, чтобы разница стала равной нулю.
Соответственно, в нормальном состоянии VREF и VFB остаются равными.
Связь может быть представлена следующим уравнением:
VFB = VREF … [1]
VFB = VOUT × R2 / (R1 + R2) … [2]
Включить уравнение [1] для VFB в уравнение [2]:
VREF = VOUT × R2 / (R1 + R2) … [3]
∴ VOUT = VREF × (R1 + R2) / R2
Это уравнение не учитывает ни входное напряжение, ни ток нагрузки (сопротивление нагрузки). ). Это означает, что выходное напряжение определяется просто опорным напряжением и отношением сопротивлений напряжения обратной связи в нормальном состоянии.
Согласно этому уравнению также можно сказать, что опорное напряжение (VREF) является ключевым компонентом, определяющим характеристики линейного регулятора.
Также не имеет значения вариабельность значений сопротивлений, т.к. выходное напряжение определяется отношением сопротивлений R1 и R2. Поскольку резисторы изготавливаются и размещаются на довольно малой площади внутри полупроводниковой микросхемы, соотношение сопротивлений становится очень точным.
Тогда как линейные регуляторы управляют сопротивлением управляющего транзистора, чтобы обеспечить стабильное выходное напряжение, даже когда ток нагрузки (сопротивление нагрузки) или входное напряжение колеблются?
Механизм можно объяснить с точки зрения сопротивления выходного драйвера во включенном состоянии и коэффициента сопротивления выходной нагрузки.
Возьмем пример линейного регулятора, технические характеристики которого следующие: опорное напряжение 1 В, одинаковое сопротивление между R1 и R2 и выходное напряжение 2 В. В случае входа 5 В и тока нагрузки 200 Ом. Ом, регулятор регулирует сопротивление своего выходного драйвера до 300 Ом. Другими словами, регулятор управляет соотношением между сопротивлением включения драйвера и сопротивлением нагрузки, чтобы разделить выходное напряжение на 3:2.
- Случай колебания тока нагрузки
Как насчет случая, когда сопротивление нагрузки изменяется с 200 до 20 Ом? Регулятор регулирует сопротивление выходного драйвера в диапазоне от 300 Ом до 30 Ом, чтобы поддерживать соотношение сопротивлений на уровне 3:2 и выдавать предварительно установленное напряжение 2 В.
- Случай колебаний входного напряжения
Тогда как насчет случая, когда входное напряжение изменяется с 5 В до 4 В? Выходное напряжение станет равным 1,6 В, если будет сохранено исходное отношение сопротивлений. Чтобы поддерживать стабильные 2 В, регулятор регулирует не только сопротивление выходного драйвера от 300 Ом до 200 Ом, но и соотношение сопротивлений от 3:2 до 1:1.
Как показано выше, линейные стабилизаторы могут обеспечивать стабильное выходное напряжение даже при колебаниях тока нагрузки или входного напряжения. Уровень выходной стабильности определяется как линейным регулированием, так и регулированием нагрузки. Ниже подробное объяснение.
Линейное регулирование (ΔV OUT /ΔV IN ): макс. 0,2%/В (V SET + 0,5 В < V IN < 5 В)
Регулирование нагрузки (ΔV OUT /ΔI OUT ): ±40 мВ (1,5 В ≤ I OUT ≤ 100 мА)
Работа линейных регуляторов
В соответствии с рисунком 4 проверим схему внутренней работы линейного регулятора при изменении сопротивления его выходной нагрузки.
Работа линейного регулятора при колебаниях нагрузки
Рис. 4. Работа линейного регулятора при колебаниях тока нагрузки
По мере уменьшения сопротивления нагрузки и увеличения тока нагрузки выходное напряжение и напряжение обратной связи уменьшаются одновременно. Выходное напряжение усилителя ошибки также уменьшается по мере того, как напряжение обратной связи становится ниже опорного напряжения, что в результате снижает сопротивление драйвера во включенном состоянии. Уменьшение сопротивления выходного драйвера в открытом состоянии в соответствии с увеличением тока нагрузки, следовательно, приводит к тому, что выходное напряжение восстанавливает свое заданное значение. При возвращении выходного напряжения к заданному значению напряжение обратной связи совпадает с опорным напряжением.
Наоборот, уменьшение тока нагрузки увеличивает выходное напряжение усилителя ошибки и сопротивления включения драйвера, поскольку повышается выходное напряжение и напряжение обратной связи. Увеличение сопротивления включения драйвера в соответствии с уменьшением тока нагрузки приводит к тому, что выходное напряжение возвращается к заданному значению.
LDO-регуляторы
Кстати, некоторые линейные регуляторы относятся к LDO-регуляторам. LDO — это сокращение от Low DropOut. Что означает «низкий отсев»?
Рисунок 5. Что означает «LDO»?
Спецификация линейного регулятора определяется как падение напряжения (VDIF). Падение напряжения относится к минимальной разнице между входным и выходным напряжениями, необходимой для того, чтобы линейные регуляторы генерировали заданное выходное напряжение в пределах допустимого диапазона *3 . Линейные стабилизаторы не смогут поддерживать установленное выходное напряжение, и выходное напряжение упадет, когда разница между входным и выходным напряжениями станет меньше, чем падение напряжения.
Возьмем в качестве примера линейный регулятор, получающий электричество от батареи. Если входное напряжение линейного регулятора превышает сумму установленного выходного напряжения и напряжения падения, регулятор может обеспечить стабильное выходное напряжение. Соответственно, чем меньше падение напряжения линейного регулятора, тем дольше становится время работы батареи.
Тогда как насчет линейного регулятора, напряжение источника которого подается от преобразователя постоянного тока? Преобразователь постоянного тока настроен на выходное напряжение, немного превышающее сумму выходного напряжения и напряжения падения линейного регулятора. В этом случае, по сравнению с использованием линейного стабилизатора с падением напряжения 0,4 В, регулятор с падением напряжения 0,2 В может вдвое уменьшить потери мощности. Короче говоря, использование регулятора с низким падением напряжения может снизить потери мощности.
Помните, что замена линейного стабилизатора на стабилизатор с падением напряжения 0,2 В не может снизить потери мощности без регулировки установленного выходного напряжения преобразователя постоянного тока в постоянный.
Это преимущество отличает линейные стабилизаторы от регуляторов с малым падением напряжения или просто стабилизаторы LDO. Однако стандартного определения LDO не существует, поэтому оно отличается от компании к компании. Поэтому во многих случаях LDO используется как краткое обозначение любых линейных регуляторов.
Напряжение отпускания и выходной ток
Случай 3,0 В выходного LDO с максимальным напряжением отпускания 0,23 В (Iвых = 150 мА)
Рисунок 6. Изображение напряжения отпускания и выходного тока состояние выхода. Например, на рис. 6 показано падение напряжения при выходном токе 150 мА. Как было сказано выше, драйверный транзистор представляет собой разновидность переменного резистора. Затем давайте подумаем о соотношении между падением напряжения и выходным током по закону Ома, рассматривая драйвер как резистор.
В этом примере минимальное значение падения напряжения составляет 0,23 В, а состояние выходного тока в этот момент составляет 0,15 А. По закону Ома сопротивление драйвера рассчитывается следующим образом:
R = V/I = 0,23/0,15 = 1,53 Ом
Этот расчет предполагает минимальное сопротивление драйвера LDO-регулятора.
Далее, исходя из этого сопротивления, рассчитаем допустимый выходной ток при разнице входного и выходного напряжения 0,1 В.
I = V/R = 0,1/1,53 = 0,0652 А
Результат расчета показывает, что для поддержания выходного напряжения 3,0 В при входном напряжении 3,1 В выходной ток этого LDO-регулятора должен быть ниже 65 мА. Это также означает, что если этот LDO-регулятор выдает 150 мА при входном напряжении 3,1 В, выходное напряжение будет 2,87 В. Это приведет к тому, что выходное напряжение будет ниже входного на 0,23 В, а установленное выходное напряжение на 0,13 В.
Рисунок 7 иллюстрирует зависимость между входным и выходным напряжением в виде графика.
Рисунок 7. Зависимость между падением напряжения и выходным током
В соответствии с приведенным выше расчетом, параллельное подключение транзистора драйвера может сделать этот LDO-регулятор выходным током 150 мА при 3,1 В, так как он может уменьшить вдвое сопротивление драйвера в открытом состоянии и удвоить выходной ток.
Однако, как видно из рисунка 8, фотографии схемы LDO-регулятора, большую часть площади микросхемы занимает драйвер.
Чтобы удвоить выходной ток или уменьшить вдвое падение напряжения, потребуется уменьшить сопротивление. Этого можно добиться, соорудив два транзистора драйвера параллельно в этом ограниченном пространстве.
Параллельное построение двух драйверов означает удвоение площади драйвера и площади чипа, что приводит к увеличению цены. Должен быть баланс между спецификациями регулятора и ценой.
Рис. 8. Фотография микросхемы регулятора LDO общего назначения
Заключение
В этой лекции мы объяснили механизм того, как линейный регулятор поддерживает стабильное выходное напряжение независимо от входного напряжения или колебаний тока нагрузки.
Таким образом, линейный регулятор контролирует выходное напряжение и поддерживает стабильное выходное напряжение с помощью цепи отрицательной обратной связи, которая регулирует внутреннее сопротивление драйвера во включенном состоянии. Этот механизм позволяет линейному регулятору выдавать стабильное выходное напряжение, даже когда колебания входного напряжения или тока нагрузки вызывают разрыв между выходным напряжением и заданным напряжением.
Кроме того, мы представили некоторые спецификации, которые показывают стабильность выхода линейного регулятора, такие как регулировка входа, регулировка нагрузки и падение напряжения, которое необходимо для поддержания стабильного выходного напряжения.
Эти спецификации не зависят от времени.
Далее мы объясним характеристики, зависящие от времени, ограничение рассеиваемой мощности для обеспечения стабильной работы линейных стабилизаторов, роль входных и выходных конденсаторов и т.д.
Спасибо за прочтение!
Примечания
- *1 Нагрузочное устройство — это такое устройство, которое работает со стабильным напряжением, подаваемым от ИС управления питанием и от источника питания. Здесь мы рассматриваем одно или несколько нагрузочных устройств вместе как резистор, а ток, протекающий к нагрузке, называется током нагрузки.
- *2На примере автомобиля, движущегося по поднимающемуся склону со скоростью 100 км/ч, будет легче понять управление с отрицательной обратной связью. Чтобы сохранить эту скорость, водитель нажимает на акселератор, чтобы увеличить мощность двигателя, наблюдая за спидометром. Если скорость превышает 100 км/ч, водитель снизит ее, сбавив педаль акселератора, чтобы уменьшить мощность двигателя. Также водитель увеличит скорость, если скорость упадет ниже 100 км/ч. Это также своего рода управление с отрицательной обратной связью, поскольку водитель регулирует мощность двигателя в противоположных направлениях в зависимости от скорости, которую он контролирует.
Вернемся к исходной теме. Замена следующих слов позволит вам понять управление с отрицательной обратной связью, используемое в линейном регуляторе.- мощность двигателя = выходное сопротивление драйвера во включенном состоянии
- 100 км/ч = эталонное напряжение
- спидометр = напряжение обратной связи или выходное напряжение
- драйвер = усилитель ошибки
- наклон нарастания = величина тока нагрузки
Кроме того, если угол наклона подъёма уменьшить вдвое, водитель сможет поддерживать скорость 100 км/ч, уменьшив вдвое мощность двигателя. Это то же управление, что и линейный стабилизатор для поддержания стабильного выходного напряжения: когда ток нагрузки удваивается, линейный регулятор вдвое уменьшает сопротивление выходного драйвера во включенном состоянии и удваивает мощность управления по току; когда ток нагрузки уменьшается вдвое, линейный регулятор удваивает сопротивление во включенном состоянии и вдвое уменьшает токовую мощность. - *3 Чтобы отличить падение напряжения как характеристику стабилизатора LDO от литературного значения разницы между входным и выходным напряжениями ИС, в описании используется термин «напряжение падения».
Основные сведения об ИС управления питанием
- Vol. 1
Что такое ИС управления питанием? - Том. 2
Что такое линейный регулятор (регулятор LDO)? часть 1 - Том. 3
Что такое линейный регулятор (регулятор LDO)? Часть 2 - Том. 4
Что такое линейный регулятор (регулятор LDO)? Часть 3 - Том. 5
Что такое преобразователь постоянного тока в постоянный? Часть 1 - Том. 6
Что такое преобразователь постоянного тока в постоянный? Часть 2 - Том. 7
Что такое преобразователь постоянного тока в постоянный? Часть 3 НОВЫЙ
Профиль автора
Преподаватель S (Nissinbo Micro Devices Inc.)
С тех пор, как он присоединился к компании, он долгое время занимался различными аналоговыми и цифровыми разработками, такими как логические матрицы, микрокомпьютеры, память и ИС управления питанием. . После этого он также освоил технологию испытаний составных ИС источников питания и стал специалистом по проектированию, испытаниям и обучению по своей специальности.
