Ldo что это такое

Что такое LDO регуляторы?

LDO регуляторы — тип линейных регуляторов напряжения, отличающихся малым падением напряжения на регулирующем элементе. Один из главных параметров — падение напряжения (dropout) VDROP, определяется как минимальное напряжение между входом и выходом стабилизатора, при котором схема стабилизации сохраняет работоспособность. В большинстве методик тестирования это напряжение измеряется при уменьшении входного напряжения VIN, когда напряжение на выходе VOUT снижается на 100 мВ относительно нормального режима работы схемы стабилизации (когда VIN = VOUT +5 В). В обычном регуляторе используется составной n-p-n транзистор, работающий в линейной области. В LDO регулирующим элементом является один p-n-p транзистор , поэтому минимальное падение напряжения на нем равно напряжению насыщения коллектор-эмиттерного перехода этого транзистора. В некоторых микросхемах LDO регуляторов используются полевые транзисторы . В любом случае напряжение VDROP зависит от тока нагрузки и температуры перехода (открытого канала). И меются несколько групп приборов в линейке LDO регуляторов , например, у National Semiconductor кроме стандартных регуляторов, pin-to-pin совместимых с серией 78хх и LM317, имеются несколько групп приборов, ориентированных на конкретные области применения.

Стабилизаторы отрицательного напряжения. Представлены двумя микросхемами LM2990 (фиксированные значения выходных напряжений: -5В; -5,2В; -12В;-15В), LM2991 (регулируемый -3…-24 В). Отличаются самым большим значением VDROP в семействе LDO регуляторов — около 0,6 В при наг рузке в 1 А.

Многоканальные. Двухканальные LM9072; LM9073; LP3986 LP2966 LP2967 LP2956, трехканальные, так называемые «Microprocessor Power Supply System (MPSS) LP2984 — оптимальное решение для схем питания микропроцессорных систем с током потребления до 600 мА. Все три канала имеют фиксированное напряжение 5В. Реализован канал питания микропроцессора — 500 мА, канал питания периферийных устройств — 100 мА и канал standby memory с током нагрузки 5 мА. Микросхема имеет вывод сброса микропроцессора. Пятиканальные «System Power Manager Regulator» — LP3927. Применяется в схемах питания переносных устройств. Реализованы два канала по 200 мА, два по 150 мА и один 100 мА.

С ультранизким падением напряжения VDROP. LP3881…83, LP3891…93, LP 2957, LP2980, LP3961…63. Применяются в многоканальных схемах питания, в случаях, когда необходим высокий КПД линейного регулятора, в устройствах с батарейным питанием. Наименьшее значение VDROP имеют микросхемы LP3881…83 — 110 мВ при токе нагрузки 1,5 А и 210 мВ при токе 3 А.

Прецизионные. Регуляторы с относительной погрешностью поддержания выходного напряжения 0,5 %. LP2980, LP2950AC, LP2951AC, LP2986A…87A, LP2952A…57A, LМ3411A.

Квази LDO (QLDO). LM1084, LM1085, LM1086, LM3480, LM3490, LM1117. Занимают промежуточное положение между классическими линейными регуляторами 78хх и LDO. Если в классическом линейном регуляторе используется составной n-p-n транзистор , то в QLDO — один n-p-n транзистор. Поэтому величина VDROP у QLDO меньше на величину падения напряжения открытого база-эмиттерного перехода и составляет около 1,2 В. Применяются для замены регуляторов серии 78хх.

С функциями контроля напряжений — LDO регуляторы, имеющие дополнительные выходы «Power Good» или «Delayed Reset» LMS5258, LP2986, LP3988, LP8358. Микросхемы с выводом «Power Good» отслеживают величину напряжения на выходе и при VOUT = (0,97-0,89)VOUT NOM на выходе «PG» с задержкой формируется сигнал логической единицы.

Контроллеры — микросхемы для реализации LDO — регуляторов с внешним биполярным или полевым транзистором. LM3411, LP2975, LM3460. Позволяют реализовать регуляторы напряжения с большими токами нагрузки.

Регуляторы напряжения (LDO).

L DO регуляторы — тип линейных регуляторов напряжения, отличающихся малым падением напряжения на регулирующем элементе. LDO регуляторы — тип линейных регуляторов напряжения, отличающихся малым падением напряжения на регулирующем элементе. Один из главных параметров — падение напряжения (dropout) VDROP, определяется как минимальное напряжение между входом и выходом стабилизатора, при котором схема стабилизации сохраняет работоспособность. В большинстве методик тестирования это напряжение измеряется при уменьшении входного напряжения VIN, когда напряжение на выходе VOUT снижается на 100 мВ относительно нормального режима работы схемы стабилизации (когда VIN = VOUT +5 В).

В обычном регуляторе используется составной n-p-n транзистор, работающий в линейной области. В LDO регулирующим элементом является один p-n-p транзистор, поэтому минимальное падение напряжения на нем равно напряжению насыщения коллектор-эмиттерного перехода этого транзистора. В некоторых микросхемах LDO регуляторов используются полевые транзисторы. В любом случае напряжение VDROP зависит от тока нагрузки и температуры перехода (открытого канала).

Кроме стандартных регуляторов, в линейке LDO регуляторов, например, фирмы National Semiconductor имеются несколько групп приборов, ориентированных на конкретные области применения. Есть стабилизаторы отрицательного напряжения, которые представлены двумя микросхемами LM2990 (фиксированные значения выходных напряжений: -5В; -5,2В; -12В;-15В), LM2991 (регулируемый -3…-24 В). Отличаются самым большим значением VDROP в семействе LDO регуляторов — около 0,6 В при нагрузке в 1 А.

Есть многоканальные: двухканальные (LM9072; LM9073; LP3986 LP2966 LP2967 LP2956), трехканальные (так называемые «Microprocessor Power Supply System (MPSS) LP2984).

Трехканальные являются оптимальным решением для схем питания микропроцессорных систем с током потребления до 600 мА. Все три канала имеют фиксированное напряжение 5В. Реализован канал питания микропроцессора — 500 мА, канал питания периферийных устройств — 100 мА и канал standby memory с током нагрузки 5 мА. Микросхема имеет вывод сброса микропроцессора.

Пятиканальные (например, «System Power Manager Regulator» — LP3927) применяются в схемах питания переносных устройств. Реализованы два канала по 200 мА, два по 150 мА и один 100 мА. С ультранизким падением напряжения VDROP (LP3881…83, LP3891…93, LP 2957, LP2980, LP3961…63) — применяются в многоканальных схемах питания, в случаях, когда необходим высокий КПД линейного регулятора, в устройствах с батарейным питанием. Наименьшее значение VDROP имеют микросхемы LP3881…83 — 110 мВ при токе нагрузки 1,5 А и 210 мВ при токе 3 А.

Прецизионные регуляторы с относительной погрешностью поддержания выходного напряжения 0,5% (LP2980, LP2950AC, LP2951AC, LP2986A…87A, LP2952A…57A, LМ3411A).

Квази LDO (QLDO) LM1084, LM1085, LM1086, LM3480, LM3490, LM1117. Занимают промежуточное положение между классическими линейными регуляторами 78хх и LDO. Если в классическом линейном регуляторе используется составной n-p-n транзистор , то в QLDO — один n-p-n транзистор. Поэтому величина VDROP у QLDO меньше на величину падения напряжения открытого база-эмиттерного перехода и составляет около 1,2В (применяются для замены регуляторов серии 78хх).

Регуляторы с функциями контроля напряжений — это LDO регуляторы, имеющие дополнительные выходы «Power Good» или «Delayed Reset» (LMS5258, LP2986, LP3988, LP8358). Микросхемы с выводом «Power Good» отслеживают величину напряжения на выходе и при VOUT = (0,97-0,89)VOUT NOM на выходе «PG» с задержкой формируется сигнал логической единицы.

Контроллеры — это микросхемы для реализации LDO-регуляторов с внешним биполярным или полевым транзистором (LM3411, LP2975, LM3460). Они позволяют реализовать регуляторы напряжения с большими токами нагрузки.

LDO линейный стабилизатор напряжения с низким падением

ldo-combi

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:

максимально снизить нижнюю границу диапазона работы устройства при питании от аккумуляторных батарей,
увеличить КПД блока питания в составе которого он трудиться,
обойтись без громоздких индуктивностей при фильтрации пульсаций напряжения (активный фильтр).

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:

ldo-with-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.

ldo_bip_tl431

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:

ldo-dif-tr

R1 — 68 кОм;
R2 — 10 кОм;
R3 — 1 кОм;
R4,R5 — 4,7 кОм;
R6 — 10 кОм;
VD1 — BZX84C6V2L;
VT1 — AO3401;
VT2,VT3 — 2N5550;

При указанных в перечне значениях VD1, R5, R6 напряжение на выходе стабилизатора составит 6 В.

Запись опубликована 07.06.2016 автором в рубрике Силовая электроника.

19 thoughts on “ LDO линейный стабилизатор напряжения с низким падением ”

Greg

admin Автор записи 10.06.2016 в 21:50 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.

Павел20.07.2018 в 16:58 Если учесть что планшеты и телефоны не включаются уже при 3,6-3,45 . То падение все-таки от 0,6в для работы тачскрина

admin Автор записи 10.06.2016 в 22:13 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

Root11.06.2016 в 15:01 Теперь все понятно с R4. Оригинальное решение запуска и стабилизации тока через стабилитрон ��
И с фильтром тоже ясно, борьба за КПД.

admin Автор записи 11.07.2016 в 10:17 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.

admin Автор записи 05.02.2017 в 16:18 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.

Ден19.08.2019 в 13:44 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).

Борис13.06.2019 в 14:36 Нет

В этой статье объясняется принцип и разница между DC-DC и LDO.

Основная причина, по которой линейные регуляторы могут достигать этих характеристик, заключается в том, что внутренний проход Транзистор использует P-канальные полевые транзисторы, а не обычные PNP-транзисторы в линейных стабилизаторах. P-канальные полевые транзисторы не требуют управления базовым током, поэтому ток питания самого устройства значительно снижается. С другой стороны, в структуре с использованием PNP-транзистора, чтобы предотвратить переход PNP-транзистора в состояние насыщения и снижение выходной способности, большой вход-выход напряжение разница должна быть гарантирована. Разность напряжений P-канального полевого транзистора примерно равна произведению выходного тока на его сопротивление в открытом состоянии, а чрезвычайно малое сопротивление в открытом состоянии делает падение напряжения очень низким.

Я ДЕЛАЮ:

Линейные стабилизаторы с малым падением напряжения, поэтому название подразумевает линейные стабилизаторы, могут использоваться только в понижающих устройствах, то есть выходное напряжение должно быть меньше входного напряжения.

Достоинства: хорошая стабильность, быстрая реакция на нагрузку, малая пульсация на выходе.
Недостатки: Низкий КПД, разность напряжений между входом и выходом не должна быть слишком большой, а нагрузка не должна быть слишком большой. В настоящее время самый большой LDO — 5А, но есть много ограничений, чтобы обеспечить выход 5А.

постоянный/постоянный ток:

Постоянное напряжение преобразуется в постоянное напряжение. Строго говоря, LDO также является разновидностью DC/DC, но в настоящее время многопальцевый импульсный источник питания постоянного/постоянного тока имеет множество топологических структур, таких как buck, boost и так далее.

Преимущества: Высокий КПД, широкий диапазон входного напряжения.
Недостатки: Реакция на нагрузку хуже, чем у LDO, а пульсации на выходе больше, чем у LDO.

Итак, в чем разница между DC/DC и LDO?

DC/DC Преобразователь Обычно состоит из управляющей микросхемы, полюсной катушки, диода, триода и конденсатор. Преобразователь постоянного/постоянного тока представляет собой преобразователь напряжения, который эффективно выдает фиксированное напряжение после преобразования входного напряжения. Преобразователи постоянного тока в постоянный ток делятся на три категории: повышающие преобразователи постоянного тока в постоянный ток, понижающие преобразователи постоянного тока в постоянный ток и повышающе-понижающие преобразователи постоянного тока в постоянный ток.

В зависимости от требований могут использоваться три типа элементов управления:

• ШИМ-управление имеет высокий КПД и хорошие пульсации и шумы выходного напряжения;
• Тип управления PFM имеет преимущество низкого энергопотребления, даже если он используется в течение длительного времени, особенно при небольшой нагрузке;
• Тип преобразования PWM/PFM Управление PFM осуществляется при малых нагрузках и автоматически переключается на управление PWM при больших нагрузках.

В настоящее время преобразователи постоянного тока широко используются в мобильных телефонах, MP3, цифровых камерах, портативных медиаплеерах и других продуктах.

Краткое описание принципа DC-DC

На самом деле, внутренняя часть заключается в том, чтобы сначала преобразовать источник питания постоянного тока в источник переменного тока, который обычно представляет собой самовозбуждающиеся колебания. схема, такой дискретный компоненты такие как катушки индуктивности требуются снаружи. Затем на выходе он фильтруется интегралом, а затем возвращается к источнику питания постоянного тока. Поскольку источник питания переменного тока генерируется, его можно легко повышать и понижать. Два преобразования неизбежно приведут к потерям, и это проблема повышения эффективности DC-DC, над изучением которой все усердно работают.

По сравнению

DCtoDC включает повышающие (повышающие), понижающие (понижающие), повышающие/понижающие (повышающие/понижающие) и инвертирующие структуры с высокой эффективностью, высоким выходным током, низким током покоя и т. д. С улучшением интеграция, многие Периферийная схема нового преобразователя постоянного тока нуждается только в Индуктор и конденсатор фильтра, но выходная пульсация и шум переключения этого типа контроллера мощности относительно высоки, а стоимость относительно высока.

Выдающимися преимуществами линейных стабилизаторов LDO с малым падением напряжения являются самая низкая стоимость, самый низкий уровень шума и самый низкий ток покоя. Он также имеет несколько периферийных компонентов, обычно только один или два байпаса. Конденсаторы. Новый LDO может достигать следующих показателей: выходной шум 30 мкВ, 60 дБ в секунду, ток покоя 6 мкА и падение напряжения 100 мВ.

Краткое описание принципа LDO

Основная причина, по которой линейные регуляторы могут достигать таких характеристик, заключается в том, что во внутреннем проходном транзисторе используются полевые транзисторы с P-каналом, а не обычные PNP-транзисторы в линейных регуляторах. P-канальные полевые транзисторы не требуют управления базовым током, поэтому ток питания самого устройства значительно снижается. С другой стороны, в структуре, использующей PNP-транзистор, чтобы предотвратить переход PNP-транзистора в состояние насыщения и снижение выходной мощности, должна быть гарантирована большая разница входного и выходного напряжения. Разность напряжений P-канального полевого транзистора примерно равна произведению выходного тока на его сопротивление в открытом состоянии, а чрезвычайно малое сопротивление в открытом состоянии делает падение напряжения очень низким.

Когда входное напряжение и выходное напряжение в системе близки, LDO является лучшим выбором и может обеспечить высокую эффективность. Поэтому LDO в основном используются в приложениях, которые преобразуют напряжение литий-ионной батареи в напряжение 3 В. Несмотря на то, что 10% конечной энергии разряда батареи не используется, LDO все же могут обеспечить длительный срок службы батареи в конструкции с низким уровнем шума.

Будь то портативный Электронный При питании устройства от сети переменного тока после выпрямления (или адаптера переменного тока) или от аккумуляторной батареи напряжение источника питания в процессе эксплуатации будет изменяться в широких пределах. Например, когда один литий-ионный аккумулятор полностью заряжен, напряжение составляет 4.2 В, а напряжение после разрядки составляет 2.3 В, что сильно варьируется.

На выходное напряжение различных выпрямителей влияет не только изменение напряжения сети, но и изменение нагрузки. Чтобы обеспечить стабильность напряжения питания, практически все электронные устройства питаются от стабилизатора напряжения. Небольшому и точному электронному оборудованию также требуется очень чистый источник питания, без пульсаций и шума, чтобы не влиять на нормальную работу электронного оборудования. Чтобы удовлетворить требования точного электронного оборудования, линейный регулятор следует добавить на вход источника питания, чтобы обеспечить постоянное напряжение источника питания и активную фильтрацию шума.

01 Основной принцип LDO

Базовая схема линейного регулятора с малым падением напряжения (LDO) показана на рис. 1-1. Схема состоит из последовательного стабилизатора VT (транзистор PNP, Примечание: в практических приложениях здесь обычно используются полевые транзисторы P-канала), выборочных резисторов R1 и R2 и усилителя-компаратора А.

Рисунок 1-1 Принципиальная схема линейного регулятора с малым падением напряжения

Напряжение выборки Uin добавляется к неинвертирующему входу компаратора A и сравнивается с опорным напряжением Uref (Uout*R2/(R1+R2)), добавляемым к инвертирующему входу. После того, как разница между ними будет усилена усилителем A, Uout = (U+-U-)*ANote A

Итак, в чем разница между DC/DC и LDO?

Преобразователь постоянного тока в постоянный обычно состоит из микросхемы управления, полюсной катушки, диода, триода и конденсатора. Преобразователь постоянного тока в постоянный представляет собой преобразователь напряжения, который эффективно выдает фиксированное напряжение после преобразования входного напряжения. Преобразователи постоянного тока в постоянный делятся на три категории: повышающие преобразователи постоянного тока в постоянный, понижающие преобразователи постоянного тока в постоянный и повышающе-понижающие преобразователи постоянного тока в постоянный.

В зависимости от требований могут использоваться три типа элементов управления:

Краткое описание принципа DC-DC

Фактически, внутренняя часть должна сначала преобразовать источник питания постоянного тока в источник переменного тока, который обычно представляет собой колебательный контур с автовозбуждением, поэтому снаружи требуются дискретные компоненты, такие как катушки индуктивности. Затем на выходе он фильтруется интегралом, а затем возвращается к источнику питания постоянного тока. Поскольку источник питания переменного тока генерируется, его можно легко повышать и понижать. Два преобразования неизбежно приведут к потерям, и это проблема повышения эффективности DC-DC, над изучением которой все усердно работают.

Выдающимися преимуществами линейных стабилизаторов LDO с малым падением напряжения являются самая низкая стоимость, самый низкий уровень шума и самый низкий ток покоя. Он также имеет несколько периферийных компонентов, обычно только один или два обходных конденсатора. Новый LDO может достигать следующих показателей: выходной шум 30 мкВ, 60 дБ в секунду, ток покоя 6 мкА и падение напряжения 100 мВ.

Независимо от того, питается ли портативное электронное устройство от сети переменного тока после выпрямления (или адаптера переменного тока) или от аккумуляторной батареи, напряжение источника питания будет варьироваться в широком диапазоне во время работы. Например, когда один литий-ионный аккумулятор полностью заряжен, напряжение составляет 4.2 В, а напряжение после разрядки составляет 2.3 В, что сильно варьируется.

На выходное напряжение различных выпрямителей влияет не только изменение напряжения сети, но и изменение нагрузки. Для обеспечения стабильности напряжения питания практически все электронные устройства питаются от стабилизатора напряжения. Небольшое и точное электронное оборудование также требует очень чистого источника питания, без пульсаций и шумов, чтобы не влиять на нормальную работу электронного оборудования. Чтобы соответствовать требованиям прецизионного электронного оборудования, на входе источника питания должен быть добавлен линейный регулятор, чтобы обеспечить постоянное напряжение питания и добиться активной фильтрации помех.

01 Основной принцип LDO

Рисунок 1-1 Принципиальная схема линейного регулятора с малым падением напряжения

Ldo что это такое

Что такое LDO регуляторы?

Регуляторы напряжения (LDO).

LDO линейный стабилизатор напряжения с низким падением

В этой статье объясняется принцип и разница между DC-DC и LDO.

Добавить комментарий Отменить ответ