Что такое ldo стабилизатор

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?

Источник

LDO-стабилизаторы Diodes Incorporated

В настоящее время практически каждый 32-бит микроконтроллер имеет в своем составе 12-бит АЦП, реже 14-бит АЦП последовательного приближения. Входная шкала этих АЦП, как правило, варьируется в пределах 2,048–2,5 В. Следовательно, величина младшего значащего разряда (МЗР) 12-бит АЦП находится в диапазоне 0,5–0,6 мВ, а для 14-бит АЦП – в диапазоне 0,125–0,15 мВ. Эти значения и задают требования к построению сигнального тракта для приложений с использованием 12-бит АЦП.

Создание шины питания для таких приложений не является очень сложной задачей, но и тривиальной ее тоже не назовешь. Выходное напряжение DC/DC-преобразователей содержат высокочастотные шумы и пульсации, которые неизбежно через шину питания «пролезают» в сигнальные цепи и с учетом наложения частот при аналогово-цифровом преобразовании могут превратиться в низкочастотную помеху.

Рис. 1. LDO-стабилизатор устанавливается между выходом DC/DC-преобразователя и нагрузкой

Чтобы очистить шину питания от высокочастотных пульсаций, применяются линейные стабилизаторы напряжения с минимально допустимым падением напряжения на них – LDO-стабилизаторы. Они устанавливаются между выходом DC/DC-преобразователя и нагрузкой, как показано на рисунке 1. Их производят немало компаний. В этой статье мы рассмотрим изделия компании Diodes Incorporated. LDO-стабилизаторы этой компании находятся среди лидеров по показателю цена/характеристики. Поскольку в производственную линейку компании входят более 80 компонентов, невозможно рассмотреть все их подробно в рамках небольшого обзора. Мы перечислим только значения основных параметров в общем виде, не указывая их конкретный тип:

​

Рис. 2. Функциональная схема AP2127

Поскольку принцип функционирования LDO-стабилизаторов хорошо известен, мы не будем повторяться, а лишь приведем для примера функциональную схему одного из LDO-стабилизатора, чтобы пояснить особенности этих компонентов компании Diodes Incorporated. На рисунке 2 показана функциональная схема AP2127, на рисунке 3 – схема включения этого стабилизатора. На обоих рисунках показана модификация с регулируемым напряжением. Если используется стабилизатор с фиксированным напряжением, резисторный делитель R1–R2, служащий для формирования напряжения обратной связи, устанавливается в корпус микросхемы. Пользователи не имеют к нему доступ.

Рис. 3. Схема включения AP2127

Рис. 4. Схема включения AP2127 с опережающей обратной связью по напряжению

LDO-стабилизаторы Diodes не предъявляют повышенных требований к выходному конденсатору COUT (см. рис. 3), но все же перед тем как его выбрать, следует убедиться, что эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора (ESR) обеспечит стабильность регулирования. На рисунке 5 представлена зона безопасной работы стабилизатора AP2127 в функции ESR выходного конденсатора. Если производитель конденсатора не приводит значения ESR в документации, лучше выбрать другой конденсатор.

Рис. 5. Зона безопасной работы стабилизатора AP2127 в функции ESR выходного конденсатора

Одним из назначений LDO является уменьшение пульсаций напряжения на шине питания. Поскольку коэффициент PSRR ослабления пульсаций зависит от их частоты, следует обратить внимание при выборе стабилизатора на эти зависимости. На рисунках 6 и 7 показаны зависимости PSRR от частоты стабилизаторов AP2127 и AP2022, соответственно. Как видно из этих рисунков, в диапазоне частот примерно до 80 кГц стабилизатор AP2022 выигрывает у AP2127, а при более высоких частотах выигрыш уже не стороне AP2127.

Рис. 6. Зависимости PSRR от частоты стабилизатора AP2127

Рис. 7. Зависимости PSRR от частоты стабилизатора AP2022

Чтобы пользователи смогли оценить стабилизаторы, выпускаемые Diodes Incorporated, мы приведем сводную таблицу с их основными параметрами для некоторых типичных представителей производственной линейки компании. Как видно из таблицы, выбор достаточно велик для приложений с 12- и даже 14-бит АЦП. Возможность переключить стабилизатор в режим пониженного энергопотребления с током 0,01 мкА позволяет использовать стабилизаторы AP2125, AP2202 и AP2204 в приложениях с батарейным питанием.

Обратим внимание на сбалансированность параметров инженерной лаконичности разработки. В LDO предусмотрены все необходимые функции (защита по току, тепловая защита, режим пониженного энергопотребления), и нет ничего лишнего. Подобный подход позволяет максимально снизить стоимость регуляторов, но при этом обеспечить очень хорошие параметры для рассматриваемых приложений с 12- и 14-бит АЦП.

Например, в качестве проходного ключа используются только p-канальные полевые транзисторы, хотя сопротивление канала у них выше, чем у n-канальных аналогов. Дело в том, что напряжение затвора p-канального транзистора должно быть меньше напряжения истока, что всегда выполняется, т.к. входное напряжение это и есть напряжение истока. При использовании в качестве проходного элемента n-канального транзистора напряжение затвора должно быть больше напряжения истока. Для реализации этого решения в кристалл стабилизатора придется дополнительно встроить зарядовый насос, что увеличит стоимость устройства. По этой причине в компании отказались от такой идеи.

Глядя на таблицу с параметрами, можно сказать, что есть стабилизаторы с лучшими параметрами. Например, можно использовать LDO-регулятор LT3042 компании Analog Devices с шумом 0,8 мкВ (СКЗ) в диапазоне 10 Гц…100 кГц, PSRR = 70 дБ на частоте 1 МГц. Отличный регулятор, очень хорошо подойдет для приложения, где величина входного сигнала составляет не более нескольких микровольт. Но для приложений, о которых идет речь в нашей статье, его использование бессмысленно. И 12-, и 14-бит АЦП не «увидят» разницу между этим регулятором и любым другим LDO из приведенной выше таблицы и точность измерения не повысится. А стоимость LDO-стабилизатора может измениться в 100 раз больше, но при этом параметры системы не улучшатся!

Полный ассортимент продукции Diodes Incorporated, поставляемый Промэлектроникой, в том числе линейные стабилизаторы.

Новые поступления LDO-стабилизаторов приведены в таблице:

Источник

Стандартные линейные и LDO-стабилизаторы ON Semiconductor

Стандартные линейные стабилизаторы общего применения

Этот тип непрерывных стабилизаторов имеет довольно большое падение напряжения вход/выход для гарантированного обеспечения постоянного напряжения на выходе. Значение выходного напряжения находится в пределах 1,1…2,7 В. К этому параметру необходимо относиться очень внимательно, так как допустимое падение напряжения сильно зависит от выходного тока, поэтому желательно предварительно изучить графики зависимости этого параметра от тока нагрузки. Если есть возможность и выбор, то для достижения лучшей стабилизации нужно стараться выбирать прибор с запасом по току. В большинстве случаев такой подход обеспечивает лучшие характеристики стабилизации. Однако злоупотреблять таким методом нежелательно, так как коэффициент усиления схемы обратной связи для коррекции ошибки выходного напряжения может оказаться существенно меньше при меньших выходных токах. Если качество стабилизации при низких падениях напряжения вход/выход недостаточное, то приходится делать выбор среди LDO-стабилизаторов. Однако, последние имеют значительно большую цену по сравнению с обычными стабилизаторами. Этим и объясняется мирное сосуществование этих двух типов непрерывных регуляторов напряжения. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Основные параметры популярных линейных стабилизаторов со стандартным падением напряжения сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Параметры популярных линейных стабилизаторов со стандартным падением напряжения ON Semiconductor

Максимальное выходное напряжение стабилизации среди приборов, представленных в таблице 1, составляет 24 В. Стабилизаторы с регулируемым выходом позволяют выбрать произвольное значение выходного напряжения. Регулируемые стабилизаторы незаменимы, когда требуется сформировать нестандартное значение выходного напряжения или осуществить компенсацию потерь на проводах для подключения нагрузки. Серии с отрицательным выходным напряжением часто используются для создания отрицательного плеча источника питания с двумя полярностями. Как показывает практика, регулируемые стабилизаторы почти всегда бывают на складе у поставщиков электронных компонентов. Конечно, стабилизаторы с фиксированным напряжением удобнее (не нужно устанавливать дополнительные резисторы для задания уровня выходного напряжения), но во многих случаях для повышения стабильности поставок разработчики выбирают именно регулируемые стабилизаторы. Выбор популярного корпуса дополнительно облегчает поиск и поставку нужных полупроводниковых приборов. Наглядное представление о сериях непрерывных стабилизаторов широкого применения со стандартным падением напряжения дает рисунок 1.

Рис. 1. Линейные стабилизаторы ON Semiconductor со стандартным падением напряжения
вход/выход

LDO-стабилизаторы для широкого применения

LDO-стабилизаторы имеют гораздо меньшее падение напряжения между входом и выходом. При этом обеспечиваются высокие параметры стабильности и точности выходного напряжения. Этот тип регуляторов в большинстве случаев используется для относительно низких выходных напряжений по сравнению со стабилизаторами со стандартным падением напряжения. Максимальное выходное напряжение для стабилизаторов с низким падением напряжения обычно не превышает 12 В. Это и понятно, так как для более высоких напряжений целесообразно применять обычные регуляторы, цена которых существенно ниже.

LDO-стабилизаторы ON Semiconductor можно разделить на несколько типов:

Упростить выбор LDO-стабилизатора для широкого применения читателю помогут рисунки 2 и 3. Основные параметры и функциональные особенности самых популярных регуляторов с низким падением напряжения ON Semiconductor сведены в таблицу 2.

Рис. 2. LDO-стабилизаторы ON Semiconductor с фиксированным выходным напряжением

Рис. 3. LDO-стабилизаторы ON Semiconductor с регулировкой выходного напряжения и с несколькими выходами

Таблица 2. Параметры самых популярных LDO-стабилизаторов ON Semiconductor

Как видно из рисунков 2 и 3, выбор стабилизаторов с низким падением напряжения гораздо шире. Причем некоторые серии этих регуляторов обладают расширенными функциональными возможностями (наличие дополнительных входов управления и выходов для управления внешними устройствами). Большой интерес вызывают стабилизаторы с ультранизким собственным потреблением. Например, микросхемы серий MC78LCxx и MC78FCxx имеют собственный ток потребления всего около 1,1 мкА. Однако этот ток довольно сильно зависит от температуры окружающей среды и не очень сильно — от входного напряжения стабилизаторов. Типовые зависимости этих параметров для микросхем MC78LC30 в корпусах SOT23-5 и SOT-89 показаны на рисунке 4.

Рис. 4. Типовые зависимости собственного тока потребления LDO-стабилизаторов MC78LC30 от входного напряжения и температуры для корпусов SOT23-5 и SOT-89

Линейные стабилизаторы для автомобильных приложений

Отдельным разделом ON Semiconductor выделяет линейные стабилизаторы для автомобильных приложений.

Быстро сориентироваться при выборе стабилизатора для автомобильных приложений можно с помощью рисунка 5.

Рис. 5. Основные параметры и дополнительные функции линейных стабилизаторов ON Semiconductor для автомобильных приложений

Диапазон выходных токов стабилизаторов с расширенным диапазоном рабочих температур находится в пределах от 70 мА до 1,5 А. Некоторые из этих микросхем заменяют популярные серии стандартных стабилизаторов, выпускаемые другими известными производителями аналогичной продукции. В этом случае получается простая замена уже проверенной схемы, но для жестких условий эксплуатации. Отпадает необходимость в изменении печатной платы и дополнительном макетировании новой схемы питания. Точность выходных напряжений стабилизаторов этой группы в большинстве случаев составляет ±2 или ±4 процента во всем диапазоне рабочих температур.

Для предотвращения перегрева при коротком замыкании в некоторых стабилизаторах схема защиты обеспечивает значительное уменьшение выходного тока при коротком замыкании. Это проиллюстрировано на рисунке 6.

Рис. 6. Схемы защиты линейных стабилизаторов от короткого замыкания с ограничением на уровне максимального тока и с уменьшением выходного тока

На левой части рисунка 6 приведена структура схемы с ограничением тока при коротком замыкании на уровне максимального значения. Рассеиваемая мощность на проходном транзисторе в этом случае будет максимальна. В средней части рисунка 6 приведена схема с уменьшением выходного тока при коротком замыкании выхода, а на графике приведена характеристика при срабатывании защиты в этом случае. Такой облегченный режим при коротком замыкании обеспечивается с помощью генератора тока и дополнительных диодов. Понятно, что рассеиваемая мощность на регулирующем транзисторе при коротком замыкании теперь будет существенно ниже.

На главной странице сайта ON Semiconductor http://www.onsemi.com/ представлены ссылки на основные разделы продукции этого производителя. В скобках рядом с каждым названием раздела указано количество компонентов для соответствующей продукции, но самое большое число расположено в скобках рядом с линейными стабилизаторами. Таким образом, линейные регуляторы — одно из основных направлений в производстве полупроводников компании ON Semiconductor.

Ответственный за направление в КОМПЭЛе — Валерий Куликов

Источник