Схема LDO:основы, принцип работы и применение

Вы разрабатываете стратегию регулирования мощности для своей печатной платы? Или вы работаете над созданием собственного блока питания для своей платы? Если да, жизненно важно подумать о том, как лучше всего контролировать мощность, которую вы отправляете на свои компоненты. И это применимо, особенно если вы имеете дело с высокоскоростными цифровыми системами. Итак, имеет ли значение источник питания? Независимо от того, питаетесь ли вы от сети или от аккумулятора, уместно контролировать входную мощность до наилучшего уровня для вашей системы. Например, если вы используете питание от батареи, схема LDO будет идеальной. И это потому, что линейный регулятор обеспечивает адекватное напряжение. Кроме того, он предлагает более низкое постоянное напряжение по сравнению с входным напряжением.

Тем не менее, мы поговорим больше о LDO, выделив его элементы, принципы работы, области применения и многое другое.

Начнем!

Что такое LDO?

LDO — это аббревиатура, означающая Low Dropout. Вы также можете назвать его линейным регулятором насыщения или низкими потерями. И он работает при низкой PD (разнице потенциалов) между входным и выходным напряжением питания.

Регулятор LDO может воспринимать только входные напряжения, которые немного больше, чем предпочтительное выходное напряжение. А все потому, что устройство представляет собой понижающий DC-DC преобразователь с переменным входным напряжением. Таким образом, падение напряжения относится к наименьшему расхождению между входным и предпочтительным выходным напряжением или входом источника питания.

Кроме того, несмотря на низкую энергоэффективность устройства, оно может стабильно работать с низким падением напряжения ~1 В. Линейный регулятор напряжения также может обеспечивать различные уровни напряжения со стабильным и постоянным выходным сигналом.

Кроме того, выходное напряжение LDO не зависит от разряда батареи, температуры, потерь мощности и импеданса нагрузки. Например, ваш литий-ионный аккумулятор имеет диапазон входного напряжения от 2,7 В до 4,2 В. 2,7 В означает полностью разряженную батарею, а 4,7 В — полностью заряженную. Таким образом, если напряжение вашей батареи упадет ниже 3 В, LDO может поддерживать выходное напряжение на уровне 2,5 В.

Каковы элементы регулятора LDO?

Элементы или ключевые компоненты LDO включают:

Усилитель ошибок

Усилитель ошибки на принципиальной схеме

Источник:Викисклад

Если вы планируете проектировать усилитель ошибки LDO, очень важно потреблять минимально возможный ток. Почему? Потому что емкость затвора проходного транзистора велика. Следовательно, выходное сопротивление усилителя должно быть очень низким.

Также усилитель ошибки имеет два входа. Первый — это когда делитель напряжения уменьшает выходное напряжение. Затем следует опорное напряжение. Таким образом, когда он закончит сравнение обоих входов, усилитель ошибки изменит сопротивление проходного элемента.

Передать элемент

Передать элемент в схему

Источник:Викисклад

Усилитель ошибки управляет проходным элементом внутри контура обратной связи. А проходной элемент помогает подавать напряжение в нагрузку со входа. Кроме того, вы можете использовать NMOS и PMOS в качестве элементов передачи.

Если вы внимательно посмотрите на схему, то заметите, что V_o(s) подключиться к V_1(s) . Кроме того, транзистору PMOS требуется минимальное напряжение для правильной регулировки, и он остается влажным.

И наименьшее напряжение сток-исток V_2(s) отвечает за подачу наименьшего напряжения. Но важно отметить, что проходной элемент PMOS не идеален для устройств с очень низким напряжением.

Кроме того, вы можете получить низкое падение напряжения, выходное и входное напряжение с транзистором NMOS. Преимущество LDO на основе проходных элементов (NMOS) заключается в том, что выход регулятора находится в истоке транзистора. Кроме того, NMOS входит в конфигурацию исходного повторителя.

Опорное напряжение

Этот элемент относится к начальной точке любого регулятора, поскольку он устанавливает рабочую точку усилителя ошибки. Кроме того, вы можете использовать источник опорного напряжения с запрещенной зоной, поскольку он позволяет работать при низком напряжении питания.

Выходной конденсатор

Мощный выходной конденсатор

Источник:Викисклад

В случае переходных процессов нагрузки выходной конденсатор позволяет LDO перемещать ток внутри нагрузки, и включается усилитель ошибки.

Кроме того, ESR конденсатора играет огромную роль, поскольку ограничивает поток напряжения, поступающий в нагрузку от конденсатора. Таким образом, если вы работаете с конденсатором емкостью 1 мкФ с диапазоном ESR (от 10 до 300 мОм), вы можете использовать следующие типы конденсаторов:

• Танталовые конденсаторы с низким ESR
• Керамические конденсаторы
• Полимерные электролитические конденсаторы

Отзыв

Этот элемент помогает уменьшить выходное напряжение. Кроме того, он позволяет сравнивать опорное и выходное напряжение с помощью усилителя ошибки.

Особенности LDO

1. Регулятор с низким уровнем шума может выдавать стабильное напряжение. И делает это без влияния изменения входного напряжения. Итак, LDO отлично подходит для подачи напряжения на устройства, склонные к шуму.
2. Для устройства требуются некоторые внешние компоненты (резисторы или конденсаторы).
3. LDO имеет функцию ограничения тока, которая защищает системы от перегрева.
4. LDO имеет схему выходного разряда, которая помогает быстро разрядить и понизить напряжение на выходных клеммах вблизи заземления микросхемы.
5. Устройство имеет функцию отключения при перегреве, что помогает избежать разрушения и порчи.

Как работает LDO?

Схема регулятора напряжения LDO

Основными компонентами LDO являются источник опорного напряжения, проходной элемент и усилитель ошибки. А проходным элементом является либо P-канальный полевой транзистор, либо N-канальный. Итак, он начинается с подачи входного напряжения на проходной элемент (N-канальный транзистор).

Затем транзистор работает в линейной области, чтобы уменьшить входное напряжение. Этот процесс продолжается до тех пор, пока входное напряжение не достигнет предпочтительного выходного напряжения. В этот момент усилитель ошибки распознает результирующее выходное напряжение. После этого усилитель ошибки сравнит два параметра (выходное и опорное напряжение).

Кроме того, усилитель ошибки изменит затвор полевого транзистора на правильную рабочую точку. Следовательно, это помогает обеспечить точное напряжение на выходе. Следовательно, усилитель ошибки будет регулировать полевой транзистор, чтобы иметь постоянное выходное напряжение при изменении входного напряжения.

Что происходит, когда рабочие условия находятся в стационарном состоянии? Ну, LDO будет действовать как простой резистор. Кроме того, вы можете включить или выключить регулятор с помощью его вывода Enable. Эта функция помогает пользователям избежать использования батареи, когда LDO не используется.

Когда вы используете LDO?

1. Если у вас широкий диапазон входного напряжения, LDO идеально подходит. Тем не менее, важно рассмотреть возможность получения стабильного выходного напряжения от источника питания. Кроме того, вам не нужно будет настраивать сигнал ШИМ в контуре обратной связи. И это потому, что компонентам не нужна обратная связь с переключающим элементом.
2. Вы можете использовать LDO, когда вам нужно, чтобы ваша система имела постоянную выходную мощность независимо от падения входного напряжения.
3. LDO также полезен для уменьшения выходного напряжения, чтобы оно соответствовало предпочтительному выходному напряжению.

Другие расширенные схемы LDO

Усовершенствованный LDO предназначен для обеспечения выбираемого пользователем опорного напряжения. Эта функция делает устройство программируемым.

Как правило, LDO может заземлять высокие частоты. А все благодаря шунтирующему конденсатору по диагонали к выходу. Но схемотехники больше внимания уделяют фильтрации на выходе многоступенчатого регулятора. К сожалению, они не фокусируются на входной фильтрации.

Следовательно, вы можете усилить LDO с помощью фильтров электромагнитных помех. Таким образом, ваше устройство будет соответствовать требованиям EMC/CISPR. Интересно, что эта функция имеет решающее значение для создания высших гармоник с помощью импульсных стабилизаторов.

Кроме того, вы также можете добавить другие необходимые аспекты для улучшения распределения питания в вашей системе (аналоговые и цифровые).

Важные параметры для выбора LDO

Вот важные параметры, которые следует учитывать перед выбором LDO:

Регламент нагрузки

Этот параметр относится к способности схемы поддерживать определенное выходное напряжение при различных условиях нагрузки.

Регламент нагрузки =∆Vвых/ ∆Iвых

Ток покоя

Покой – это состояние покоя. Следовательно, ток покоя — это когда система потребляет ток в режиме ожидания. Кроме того, это происходит только тогда, когда аккумулятор подключается к вашему устройству.

Переходный отклик

Переходная характеристика описывает максимально допустимую разность выходного напряжения при ступенчатом изменении тока нагрузки. Вы также можете вызвать реакцию на шаг линии. И этот параметр является функцией следующего:

Максимальный ток нагрузки (I_{out max} )

ESR выходного конденсатора

Значение выходного конденсатора (C_out )

Байпасный конденсатор (C_b )

Уравнение переходной характеристики:

∆Vtr, max =(Iвых, max / Cвых + Cb) ∆t1 + ∆VESR

Регулирование линии

Линейное регулирование — это способность схемы поддерживать определенное выходное напряжение при другом входном напряжении. И вы можете выразить это как:

Регулирование линии =∆Vвых / ∆Vвх

PSRR (коэффициент отклонения источника питания)

PSSR LDO — это когда устройство может отказаться от элементов переменного тока. Хорошим примером элементов переменного тока являются пульсации напряжения. Таким образом, вы можете выразить это уравнением ниже:

PSRR (дБ) =20 log (Vripple (вход)/ Vripple (выход))

Применение схемы LDO

Вы можете использовать схему LDO в следующих приложениях:

• Высокоэффективные линейные блоки питания
• Компьютеры
• Пострегулятор SMPS и модули постоянного/постоянного тока
• Беспроводная и проводная связь
• Автомобильное приложение
• Устройства с питанием от батареи.
• Регламент VPP/PCMCIA VCC
• Промышленное применение
• Цифровое ядро

Заключительные слова

Схема LDO играет важную роль в электронной промышленности. В конце концов, большинству источников питания требуется линейный стабилизатор для получения предпочтительного напряжения. Таким образом, устройство идеально подходит для проектов, требующих постоянной выходной мощности вне зависимости от падения входного напряжения.

Кроме того, вы можете обратиться к принципиальной схеме, чтобы понять основные компоненты. Что вы думаете о регуляторах LDO? Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации.