Стабилизатор напряжения на микросхеме ADP3301

Популярные линейные интегральные стабилизаторы напряжения, например, серий 78Lxx, 78LRxx, 78Mxx, при максимальном выходном токе требуют, чтобы входное напряжение было, по крайней мере, на 1,5…2,5 В больше выходного. Если требуется стабилизатор с меньшей разностью напряжения, можно применить микросхемы серий 78Rxx, L88Rxx, 1117-xxx (0,2…1,5 В) или серии ADP3301-xx (0,1…0,2 В).

Основа стабилизатора (рис. 1) — микросхема ADP3301AR-5. Она, как и другие из этой серии, представляет собой линейный стабилизатор напряжения. Выпускаются эти микросхемы в корпусе SO-8 (SOIC-8) и на несколько фиксированных выходных напряжений: 2,7; 3; 3,2; 3,3 и 5 В. Максимальное входное напряжение — 16 В, максимальная рассеиваемая мощность — 0,4 Вт, максимальный выходной ток — 0,1 А.

Рис. 1. Микросхема ADP3301AR-5

 

Важная особенность микросхемы — наличие входа управления (вывод 5), подавая на него напряжение, можно включать и выключать стабилизатор. Нижняя граница напряжения включения и выключения определяется соотношением сопротивления резисторов R1 и R2. Для указанных на схеме сопротивлений напряжение включения — 4,85, выключения — 4,7 В. Эта функция может быть полезной, если питание осуществляется от аккумуляторной батареи. Она не позволит избежать глубокого разряда батареи или некорректной работы подключённого к выходу стабилизатора устройства. Конденсаторы С1, С2, C3 обеспечивают устойчивую работу стабилизатора.

На транзисторе VT1, стабилитроне VD2 и резисторах R3, R4 собран узел, отключающий стабилизатор при повышенном входном напряжении. Такая возможность позволит избежать перегрева микросхемы и её повреждения. Для указанных на схеме номиналах стабилизатор выключается при входном напряжении 12,2 В и более.

Диод VD1 совместно с плавкой вставкой FU1 защищает стабилизатор и подключённую к нему нагрузку от неправильной полярности питающего напряжения. Если такая ситуация исключена, этот диод можно не устанавливать. Диоды VD3, VD4 защищают микросхему в случае, если к выходу стабилизатора VD3 U1GU44 например, заряженный конденсатор, аккумуляторная батарея. Если стабилизатор будет встроен в какое-либо устройство и такая ситуация исключена, эти диоды можно также не устанавливать. При подключении стабилизатора непосредственно к выпрямителю ёмкость конденсатора на его выходе должна быть такой, чтобы пульсации выпрямленного напряжения не превышали нескольких десятков милливольт. Возможно, для этого потребуется установить конденсатор C1 ёмкостью 1000 мкФ.

У изготовленного экземпляра стабилизатора минимальное напряжение вход-выход было 123 мВ (при токе нагрузки 0,1 А), 30 мВ (при токе нагрузки 0,01 А) и 9 мВ (при токе нагрузки 1 мА). Собственный потребляемый ток покоя стабилизатора при входном напряжении 7,2 В — около 200 мкА. Потребляемый ток при входном напряжении 9 В составил 4,7 мА, а при входном напряжении 19 В — 6,2 мА. Ток короткого замыкания — около 230 мА.

Все элементы (кроме плавкой вставки) размещены на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита размерами 21×31 мм (рис. 2, вход — справа). Она была изготовлена под имеющиеся в наличии детали менее чем за пять минут без эскиза и без предварительной разметки, с помощью ручной фрезы с диаметром наконечника 0,5 мм, вращающейся на скорости около 10000 об/мин. Печатные проводники можно также вырезать с помощью резака, предварительно нанеся на плату их рисунок. Если на момент сборки устройства уже известны условия его эксплуатации, размеры платы можно будет уменьшить за счёт отказа от защитных диодов и применения конденсаторов с меньшими размерами.

Рис. 2. Элементы и их размещение на на односторонней печатной плате

 

Диоды U1GU44 можно заменить любыми из серий 1N400х, КД208, КД243, КД247. Замена стабилитрона TZMC-11 — стабилитрон BZV55C-11, 1N4741A, 2С211Ц. Вместо транзистора BC547 подойдёт любой из серии КТ3130. Если нет ограничений по высоте монтажа, не обязательно применять миниатюрный транзистор, можно установить обычный в корпусе ТО-92 (КТ-26), TO-96S, например, из серий КТ3102, 2SC3311, 2SC2785, 2SC3199, SS9014. Конденсаторы C1, C3 — танталовые для поверхностного монтажа, учтите, что у большинства из них полоса обозначает плюсовой вывод, если явно не указано иное. Конденсатор C2 и резисторы — для поверхностного монтажа типоразмеров 0805, 1206. Для возможной доработки устройства на плате (рис. 2) установлены две КЗ-перемычки (R00 и 0) для поверхностного монтажа (на схеме не показаны).

При работе микросхемы без теплоотвода максимальная рассеиваемая мощность не должна превышать 0,4 Вт. Если на неё с помощью теплопроводящего клея установить медную или латунную П-образную пластину площадью 3…4 см², мощность увеличится до 1 Вт. Учтите, что по опыту автора в продаже часто встречается бракованный или просроченный (загустевший) теплопроводный клей.

Подборкой резистора R2 устанавливают минимальное напряжение, при котором стабилизатор должен включаться. Чем меньше сопротивление этого резистора, тем больше напряжение. Максимальное напряжение выключения устанавливают, подбирая резистор R4. Применив микросхему из этой серии с другим напряжением стабилизации, можно получить стабилизатор на требуемое напряжение. 

Автор: А. Бутов, с. Курба Ярославской обл.

Микросхемы стабилизаторов напряжения

Выберите категорию:

Все Диоды, диодные мосты импорт Диоды, диодные мосты отечественные » Диоды со склада » Диодные мосты. Тиристоры, симисторы, модули тиристорные Стабилитроны Вставки плавкие керамика Вставки плавкие стекло Конденсаторы » Конденсаторы электролитические. »» Конденсаторы электролитические 1 мкф »» Конденсаторы электролитические 2,2 мкф »» Конденсаторы электролитические 10 мкФ »» Конденсаторы электролитические 22 мкФ »» Конденсаторы электролитические 47 мкф »» Конденсаторы электролитические 100 мкф »» Конденсаторы электролитические 220 мкФ »» Конденсаторы электролитические 470 мкФ »» Конденсаторы электролитические 1000 мкФ »» Конденсаторы электролитические 2200 мкФ »» Конденсаторы электролитические 3300 мкФ »» Конденсаторы электролитические 4700 мкф »» Конденсатор электролитический 4,7 мкФ » Конденсаторы пленочные » Конденсаторы керамические » Конденсаторы металлобумажные.

» Чип конденсаторы керамические Варисторы, терморезисторы, кварцы, предохранители самовостаналивающиеся Резисторы » Резисторы постоянные »» Резисторы пленочные »»» Резисторы пленочные 0,125 Вт »»» Резисторы пленочные 0,5 Вт »»» Резисторы пленочные 1 Вт »»» Резисторы пленочные 2 Вт »»» Резисторы пленочные 0,25 Вт »» Резисторы углеродистые »» Резисторы проволочные »» Чип резисторы »»» ЧИП резисторы 0805 »»» Чип резисторы 1206 »»» Чип резисторы 0603 »» Резисторы цементные мощные »» Наборы резисторов » Резисторы переменные регулировочные » Резисторы переменные подстроечные Разъемы,тумблера, индикаторы,дисплеи Автоматические выключатели, реле, контакторы » Реле » Автоматические выключатели отечественные » Контакторы.

Пускатели магнитные. »» Контакторы.Пускатели магнитные.Импортные » Автоматические выключатели импортные Транзисторы » Транзисторы импортные » Транзисторы отечественные Микросхемы » Микросхемы импортные »» Микросхемы логические »»» Микросхемы драйверов »» Микроконтроллеры »» Микросхемы аналоговые »» Микросхемы памяти »» Микросхемы приемопередатчиков »» Микросхемы таймеров, микросхемы часов »» Микросхемы стабилизаторов напряжения »» Микросхемы АЦП .Микросхемы ЦАП » Микросхемы отчественные »» Микросхемы логические »»» Микросхемы серии К561 »»» Микросхемы серии КР 1533 »»» Микросхемы серии ЭКР 1554 »» Микросхемы памяти »» Микросхемы стабилизаторов напряжения »» Микросхемы микроконтроллеров »» Микросхемы таймеров, микросхемы часов Материалы и оборудование для пайки и электромонтажа Динамические головки, головки громкоговорителя Микрофоны,звукоизлучатели Оптоэлектроника импортная » Оптопары » Светодиоды видимого спектра » Источники питания, драйверы светодиодов Оптоэлектронные приборы отечественные FINDER. Промышленные реле,интерфейсные модули,таймеры. SIEMENS.Контакторы Siemens Sirius 3RT, автоматические выключатели Siemens Sirius 3RV ABB. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ СЕРИИ MS116, СЕРИИ MS132. WEIDMULLER. Универсальные клеммы EATON/MOELLER. Компактные щиты,автоматические выключатели, контакторы, принадлежности. AUTONICS.Решения для автоматизации. Дроссели , катушки индуктивности DC-DC преобразователи. AC-DC преобразователи. Датчики. Термостаты. WAGO. Клеммы для электромонтажных работ. Phoenix contact. Клеммы , контакты. OMRON. Реле, датчики.

Производитель:

ВсеПроизводитель 1Производитель 10Производитель 11Производитель 12Производитель 13Производитель 14Производитель 15Производитель 16Производитель 17Производитель 18Производитель 19Производитель 2Производитель 20Производитель 21Производитель 22Производитель 23Производитель 24Производитель 25Производитель 26Производитель 27Производитель 28Производитель 29Производитель 3Производитель 30Производитель 31Производитель 32Производитель 33Производитель 34Производитель 35Производитель 36Производитель 37Производитель 38Производитель 39Производитель 4Производитель 40Производитель 41Производитель 42Производитель 5Производитель 6Производитель 7Производитель 8Производитель 9

Скидка 20% при покупке от:

Вседанет

Результатов на странице:

5203550658095

Встроенные стабилизаторы напряжения – проектирование схем и автоматизация

Abstract

С увеличением плотности и сложности высокопроизводительных интегральных схем и систем, включая многоядерные микросхемы и системы на кристалле (SoC), становится трудно удовлетворить требования по подаче мощности и регулированию с помощью внешних регуляторов.

Внешние регуляторы становятся менее привлекательным выбором из-за более высоких накладных расходов и сложности, связанных с дополнительными проводами, контактами и контактными площадками. Увеличенные потери I2R затрудняют поддержание целостности различных доменов напряжения в условиях более низкого напряжения питания в небольших технологических узлах. Полностью интегрированные стабилизаторы напряжения на кристалле зарекомендовали себя как эффективное решение для смягчения проблем с подачей питания и целостностью. Два типа регуляторов считаются наиболее перспективными для реализации на кристалле: (i) регулятор с малым падением напряжения (LDO) и (ii) регулятор с переключаемым конденсатором (SC). Первая часть нашего исследования в основном была посвящена регулятору LDO. Вдохновленные недавним всплеском интереса к бесколпачковым стабилизаторам напряжения, мы представили два полностью интегрированных внешних стабилизатора напряжения без конденсаторов с малым падением напряжения. Во второй части этого предложения исследуется сложность проектирования каждого блока стабилизатора/аналоговой схемы и предлагается методология проектирования для синтеза аналоговых схем с использованием подхода, основанного на моделировании и обучении. Поскольку сложность аналоговой схемы увеличивается день ото дня, иерархический поток в основном используется для автоматизации проектирования. В этой работе мы сосредоточились в основном на уровне цепи, одном из важных шагов в потоке. Мы представили новый эффективный поток синтеза схем, основанный на методах оптимизации на основе моделирования и обучения. Предлагаемая методология состоит из двух этапов: этапа обучения и этапа оценки. Случайный лес, контролируемое обучение используется для уменьшения количества точек выборки в пространстве проектирования и количества итераций на этапе обучения. Кроме того, симметричные ограничения используются для уменьшения числа итераций в процессе определения размера. Мы представили трехэтапный процесс синтеза схемы для автоматизации проектирования аналоговой схемы. Мы использовали H-spice в качестве инструмента моделирования на этапе оценки предлагаемой методологии. Для проверки алгоритма выбраны три наиболее распространенные аналоговые схемы: однокаскадный дифференциальный усилитель, операционный усилитель на крутизне и двухкаскадный дифференциальный усилитель.

Инструмент разработан на Python, и мы использовали технологию 0.6um. Мы также проверили оптимизированный результат в Cadence Virtuoso.

Содержание

Введение — Встроенная система подачи питания — Основы встроенного регулятора напряжения — Проектирование LDO в технологии 45 Нм — Проектирование LDO в технологии — Автоматизация аналогового проектирования — Предлагаемая методология аналогового проектирования — — Энергоэффективная схема управления питанием на основе FDSOI и FINFET с использованием транзистора сохранения данных — Заключение и будущая работа

Степень

Кандидат наук. (доктор философских наук)

Встроенная линейная регулировка мощности на кристалле

Sunvir Gujral
Onyx Semiconductor Solutions Corp.

 
ИС для регулирования и управления питанием стали одним из самых быстрорастущих сегментов электронной промышленности, в основном благодаря распространению портативных электронных устройств, таких как сотовые телефоны, MP3-плееры, КПК и игровые устройства. машины. Это привело к увеличению спроса на более высокие уровни интеграции, чтобы уменьшить требования к пространству на плате и снизить стоимость материалов.
 
Требования к низкой стоимости, длительному сроку службы батареи и малым размерам на этом рынке меняют требования и спецификации для таких встроенных функций питания. Как правило, импульсные или линейные регуляторы используются для подачи регулируемого напряжения и мощности на различные части высокоинтегрированных устройств. Большое количество устройств управления питанием от таких производителей, как Maxim, Analog Devices и National Semiconductor, свидетельствует о том, что требования к питанию каждого приложения уникальны и требуют индивидуальных решений.
 
Одно из первых решений, которое необходимо принять, заключается в том, требуется ли для конкретного приложения линейный или импульсный регулятор. Есть причины использовать любой тип регулятора в портативных устройствах, хотя в целом широко распространено мнение, что регулятор импульсного типа будет демонстрировать более высокую эффективность и, следовательно, является лучшим решением для портативных устройств. Тем не менее, низкие шумовые характеристики, меньшие размеры и сложность линейных регуляторов делают их идеальными кандидатами для многих приложений, особенно там, где разница Vin-Vout невелика. Для приложений с очень низким энергопотреблением линейные стабилизаторы на самом деле предпочтительнее, даже если эффективность низкая, не только из-за более низкой стоимости и сложности, но также из-за того, что их токи покоя ниже, чем у переключателей.
 
Регуляторы с малым падением напряжения
Из-за меньшего вклада шума линейные стабилизаторы LDO с малым падением напряжения предпочтительны для питания многих частей типичного сотового телефона. Усилитель мощности обычно должен обеспечивать понижающее и повышающее напряжение и питаться от одноэлементной литий-ионной батареи с рабочим диапазоном 3–4,2 В. Регулятор DC-DC лучше всего подходит для изменения напряжения смещения коллектора УМ, чтобы повысить эффективность УМ, когда он не работает на полную мощность.
 
LDO, однако, очень подходят для питания основной полосы частот, RF, TCXO, RTC и звуковых секций типичной телефонной трубки. Они также используются для питания белых светодиодов для подсветки в других портативных устройствах. Каждое из этих приложений имеет различные требования, которым традиционно удовлетворяли микросхемы стабилизаторов вне кристалла. Сохранение регуляторов вне микросхемы не только увеличивает стоимость спецификации, но и снижает надежность системы, требует ценного места на плате и предъявляет более строгие требования к регулятору из-за потерь на самой печатной плате.
 
Управление температурным режимом
Присущие линейным регуляторам тепловые проблемы не позволяют использовать их на кристалле для приложений с высокой мощностью. При работе вблизи точки отключения тепловыделение не является такой серьезной проблемой, но, поскольку в устройствах с батарейным питанием наблюдается значительное падение напряжения с течением времени, это условие не может быть гарантировано. Новые корпуса и монтаж на поверхность могут способствовать дальнейшему рассеиванию тепла, но обычно эти опции недоступны для устройств со встроенными регуляторами.
 
Встроенная интеграция
Следующий вопрос, на который необходимо ответить, — куда интегрировать встроенные регуляторы. Как правило, регулятор должен быть встроен в тот же чип, который необходимо поставить. Это требует, чтобы регуляторы были доступны в той же технологии процесса, что и приложение. Если бы мы ограничили наше обсуждение высокоинтегрированными радиоприемниками и приемопередатчиками на технологиях RFCMOS 0,18 мкм, все линейные регуляторы можно было бы интегрировать в кристалл с использованием полевых транзисторов 3,3 В, доступных в процессе с двумя затворами. LDO могут быть полностью интегрированы в стандартные процессы с единственным внешним компонентом, являющимся дополнительным байпасным конденсатором 10-100 нФ для фильтрации нижних частот эталонного выхода для приложений с очень низким уровнем шума.
 
Требования к каждой из секций телефонной трубки приведены в Таблице 1.
   
Таблица 1. Требования к стабилизатору напряжения для типичной телефонной трубки IQ (UA) — NO LOAD NOWE
(UVRMS при 10 Гц — 100 кГц) PSRR BB Digital 1,8 500-600 50-100-100-100-

09

44 500-600 50-100-100-100-100- 500-600 50- 500-600 500-600. 0044 <35 н.з. н.з. BB Analog 2.4-3 200-600 50-100 <100 50 >60dB at 217Hz RF Circuits 2.6-3 200 100-200 н.з. 50
TCXO 2,6-3 200 5-10 н.з. 30 >65 дБ при 217 Гц Цепь часов реального времени 2,5-3 н.з. 1 <10
45DB Audio 2,5-3 200 300-500 N.C.C.
>60 дБ

 
Использование LDO для снижения энергопотребления микросхемы
Одним из часто используемых методов снижения общего энергопотребления является выборочное отключение участков цепи, когда они не нужны. Использование LDO с выводом отключения с цифровым управлением позволяет использовать LDO в качестве переключателя питания. Этот метод работает лучше, чем использование переключателя p-FET с логическим управлением, поскольку сопротивление полевого транзистора во включенном состоянии должно быть достаточно низким, чтобы поддерживать питание нагрузки выше минимального заданного уровня. При низком напряжении питания это становится еще большей проблемой. Такие полевые транзисторы с низким сопротивлением также недоступны в стандартных процессах, требующих использования переключателей вне кристалла. Это увеличивает количество контактов, пространство на плате и сложность. Блок LDO с программируемым отключением, такой как OY6100 от Onyx Semiconductor, делает все функции регулируемого источника напряжения доступными для разработчика SoC вместе с функциональностью переключателя low Ron для выборочного включения секций микросхемы для снижения энергопотребления.
 
Поскольку в микросхему можно интегрировать ряд LDO, управление питанием можно осуществлять на более точном уровне для дальнейшего снижения энергопотребления. Кроме того, используя LDO с несколькими предустановленными или программируемыми выходными напряжениями, напряжение питания может быть снижено до некритических областей устройства по мере необходимости.
 
Резюме

Регулирование напряжения на кристалле будет играть все более важную роль в портативных приложениях, движимых неустанным стремлением снизить затраты и увеличить срок службы батареи. Как видно из Таблицы 2, основные поставщики полупроводников уже интегрируют регулирование напряжения в свои конструкции.
 

Table 2 – Survey of devices with integrated regulators

Manufacturer	Device	Function
RF Micro Devices	SiW1712	Bluetooth radio modem
Silicon Labs	Si470x	Одночиповый FM-тюнер
Microchip	PIC16HV540	8-битный микроконтроллер
Agere	ET1011	Gig-E transceiver
ST Microelectronics	STB6000	Single-chip satellite tuner

 
Integrated regulation and power-management will become even more prevalent in offerings from semiconductor supplier по мере того, как проверенные кремниевые IP-блоки, содержащие блоки регуляторов, становятся более широко доступными.