ldo что это такое
Digitrode
цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Несколько фактов, которые нужно знать о стабилизаторах LDO
LDO-стабилизаторы (Linear Drop-Out regulators) представляют собой отличное средство для получения стабилизированного напряжения для питания тех или иных электронных компонентов.
Несмотря на кажущуюся простоту LDO-стабилизаторы имеют свои некоторые нюансы, несоблюдение которых может привести к неправильной работе схемы. И в данном материале мы поговорим о некоторых важных моментах использования.
Корпуса регуляторов напряжения LDO: Small Transistor Outline (SOT)
При выборе LDO широко распространен вариант корпусирования SOT. Вы можете увидеть названия корпусов, такие как SOT-223-5, SOT23-3 и SOT23.
SOT23 представляет собой 3-выводной корпус, распространенный для дискретных транзисторов и диодов. Вариант SOT23-5 используется для ИС, включая регуляторы напряжения. Большие версии – SOT223 и SOT223-5. SOT223 представляет собой 4- выводной корпус, поэтому его иногда называют «SOT223-4». SOT223-5 представляет собой 5- выводной корпус.
Технически одним выводом корпуса SOT223 является контактная площадка. Это помогает создать теплоотвод от внутреннего кремния к внешней печатной плате.
Распиновка LDO-стабилизаторов может не совпадать
Вроде как это очевидное утверждение. Однако, если вы посмотрите только на несколько LDO с похожими корпусами, вы можете быстро предположить, что распиновка одинакова для всех из них.
Можно взять, например, семь разных регуляторов LDO с напряжением 3,3 вольт и током не менее 300 мА. Из них большинство выводов будут находиться в одном и том же месте. Но это не значит, что вы можете просто взглянуть на распиновку и сказать: «Я знаю, выход – это контакт 5», а затем предположить, что все остальные линии там, где вы и ожидаете. Даже если совпадают имена или функции вывода, все равно могут быть различия.
NC, Bypass и Adjust
Сравнивая многие LDO, можно обнаружить, что на различных моделях у дополнительного вывода могут быть различные функции.
NC (No Connect) – то есть не подключен. Нет необходимости подключать вывод. Обратите особое внимание на техническое описание. Иногда разработчик микросхем говорят: «Не подключайте ни к чему, включая землю».
Bypass – байпас улучшает подавление пульсаций на выходе. Регулятор LDO, который подключает внутреннее опорное напряжение к выводу, дает вам возможность добавить крошечный конденсатор. Этот конденсатор фильтрации может улучшить реакцию регулятора. Независимо от того, что предлагают даташиты, лучше использовать только керамический конденсатор типа C0G.
Adjust – доступен только на регуляторах с регулируемым выходом. Вместо фиксированного внутреннего вида обратной связи этот вывод позволяет получить обратную связь через выходной делитель напряжения. Этот делитель устанавливает выходное напряжение для регулятора LDO. Иногда в документации рекомендуют использовать небольшой конденсатор в этой цепи, чтобы минимизировать пульсации. Следуйте их рекомендациям.
Не у всех LDO выводы Enable и Shutdown одинаково работают
На многих стабилизаторах есть вывод «enable» или «shutdown». Они определяют включение или выключение компонента. Но не у всех LDO они работают одинаково. В документации можно найти нюансы, которые наблюдаются при включении или отключении. Например, при отключении используется подтягивающий резистор на землю.
Справа показан график NCP4625 компании ON Semiconductor, на нем представлены различные кривые для VIN и VOUT, а также различные токи IOUT. Такое поведение и значения сопротивлений стоит иметь ввиду при разработке устройства с LDO.
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:
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:
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.
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:
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.
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?
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.
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.
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?
LDO-стабилизаторы напряжения ON Semi. Выбор и применение
Доминирующим направлением компании ON Semiconductor остается управление питанием (Power Management). В этой категории линейные регуляторы традиционно являются одними из самых востребованных на современном рынке полупроводниковой продукции. Особым спросом пользуются линейные стабилизаторы с малым падением напряжения LDO (Low DropOut), которых в номенклатуре ON Semiconductor насчитываются десятки типов. Основными преимуществами LDO-стабилизаторов напряжения ON Semi является их широкая номенклатура для различных приложений, высокое качество и надежность при невысоких ценах
История микросхем интегральных стабилизаторов напряжения начинается с 1967 г. С тех пор интегральные стабилизаторы напряжения являются неотъемлемой частью современной радиоэлектронной аппаратуры, характеристики которой в значительной степени определяются точностью и стабильностью питающих напряжений. Стабилизаторы с малым падением напряжения используют в качестве регулирующего элемента биполярный PNP-транзистор или полевой транзистор (одиночный либо составной). Падение напряжения в этом случае составляет десятые доли вольта, что, безусловно, расширяет область применения LDO-стабилизаторов.
В настоящее время в номенклатуре ON Semi несколько десятков типов LDO-стабилизаторов, отличающихся величиной минимального напряжения, диапазоном рабочих выходных токов и входного напряжения, числом каналов, уровнем шумов, а также наличием дополнительных функций. Каждый квартал в номенклатуре появляются новые микросхемы LDO. Целью новых разработок является: расширение номенклатуры для успешной конкуренции во всех нишах, снижение цены, а также разработка новых типов по новым технологиям для адекватной замены морально устаревших позиций.
Выпускаемые промышленностью современные LDO-стабилизаторы можно условно разделить на несколько групп в соответствии с их параметрами и областью применения:
– типовые с фиксированным и регулируемым выходным напряжением;
– экономичные (с малым статическим током);
– со сверхмалым (Ultra LDO — 200 мВ и менее) падением напряжения;
– прецизионные с точностью установки выходного напряжения выше 1%;
– быстродействующие (с быстрым откликом);
– многоканальные (сдвоенные и т.д.);
– специализированные с дополнительными сервисными функциями.
Такие сервисные устройства как схемы защиты от перегрузки по току и перегрева, а также схемы отключения нагрузки при повышении и понижении выходного напряжения стабилизатора, в настоящее время являются стандартными и используются в большинстве LDO. У стабилизаторов, предназначенных для работы в устройствах с батарейным питанием, делается защита по входу от переполюсовки и значительного превышения входного напряжения при неправильном подключении элементов питания. Ряд микросхем имеет управляющий вход On/Off (Shutdown) установки дежурного режима (Sleep Mode), в котором отключается выходное напряжение и существенно снижается ток потребления. Во многих современных типах LDO введена и защита от протекания обратного тока (Reverse Bias Protected). Этот нежелательный эффект возникает при резком падении напряжения на входе до нуля и его сохранении на выходе за счет конденсатора. В стабилизаторе с биполярными регулирующими транзисторами ток в этом случае начнет протекать через p-n-переход от выхода к входу. Защита реализована за счет введения дополнительного транзистора, который принудительно разряжает выходную емкость стабилизатора при уменьшении входного напряжения ниже порога.
Классификация LDO
По области применения LDO-стабилизаторы разделяются на универсальные (Multi-market) и стабилизаторы для приложений с расширенным температурным диапазоном (исполнение Automotive). LDO класса Automotive предназначены не только для автомобильных и транспортных приложений, но и для любых приложений с жесткими условиями эксплуатации. На рисунке 1 представлена номенклатура универсальных LDO-стабилизаторов напряжения компании ON Semiconductor.
