Меню

Ldo с низким падением напряжения

TPS74x01 – семейство LDO-стабилизаторов с низким падением напряжения

У классических линейных стабилизаторов требуемая минимальная разница между входным и выходным напряжением обычно составляет не менее 1,5…2,5 В. Этот порог напрямую влияет на КПД преобразователя. Например, для нормальной работы популярного 5 В-стабилизатора 7805 (КР142ЕН5А) требуется, чтобы напряжение на его входе не опускалось ниже 7,5 В. Т.е. разница между входным и выходным напряжением была не менее 2,5 В. Это напряжение фактически «теряется» впустую в виде рассеивания бесполезной мощности на самом стабилизаторе. Поэтому с целью снижения таких потерь в свое время были разработаны линейные стабилизаторы с низким падением напряжения — Linear LDO (Low Dropout) Regulator. Дальнейшее повышение экономичности обеспечивается снижением тока потребления самого стабилизатора.

Рис. 1. LDO-стабилизаторы компании Texas Instruments

Среди большого числа производителей LDO-стабилизаторов компания Texas Instruments выделяется весьма обширным перечнем изделий этого вида: около 700 наименований (рис. 1). Среди них большую часть (около 600 наименований) занимают одноканальные стабилизаторы, а список наименований двухканальных стабилизаторов достигает 70. Остальную часть этого перечня занимают контроллеры LDO-стабилизаторов высокой мощности (в предлагаемой статье они не рассматриваются). На сегодняшний момент инженерам компании Texas Instruments удалось достичь минимальной разницы между входным и выходным напряжением LDO-стабилизатора в 30 мВ при сохранении высокого выходного тока до 3 А.

Весь список одноканальных стабилизаторов условно можно разделить на четыре группы:

  • фиксированное выходное напряжение (Fixed) — около 330 наименований;
  • регулируемое выходное напряжение (Adjustable) — около 80 наименований;
  • программируемые стабилизаторы со встроенной EEPROM-памятью — около 50 наименований;
  • вход включения/выключения с активным низким уровнем — около 200 наименований.

Список двухканальных стабилизаторов условно можно разделить на шесть групп:

  • фиксированное выходное напряжение (Fixed) — 18 наименований;
  • регулируемое выходное напряжение (Adjustable) — 12 наименований;
  • вход включения/выключения с активным низким уровнем — 38 наименований;
  • цепь плавного запуска — 19 наименований;
  • низкий уровень собственного выходного шума — 46 наименований;
  • выход PG (Power Good) — 30 наименований.

Семейство TPS74x01

Долгие годы применение линейных стабилизаторов с высоким выходным током более 1 А и низким выходным напряжением было накладно по той простой причине, что минимальное падение напряжения на таком стабилизаторе зачастую было сравнимо с выходным напряжением, а иногда и превышало его. Это отрицательно влияло на экономичность и надежность устройства.

Мощные линейные стабилизаторы с высоким выходным током более 1 А в большинстве своем строятся на основе p-канального полевого транзистора (p-MOSFET), что накладывает ограничение на минимальную разницу между входным и выходным напряжением: эта разница должна составлять 2,5…2,7 В. Это обусловлено относительно высоким сопротивлением канала RСИ транзистора. В связи с этим высокая рассеиваемая мощность на самом транзисторе уже не позволяет размещать его внутри компактного кристалла с сохранением прежней надежности стабилизатора.

В то же время n-канальные полевые транзисторы (n-MOSFET) имеют намного меньшее сопротивление канала, чем p-канальные полевые транзисторы, при том же рабочем токе IСИ. Однако применение таких транзисторов связано с другой проблемой: для нормальной работы n-канального полевого транзистора в составе линейного стабилизатора необходимо, чтобы напряжение UЗИ было не менее 1 В. Этот факт стал причиной разработки и появления нового семейства TPS74x01 — LDO-стабилизаторов с двойным питанием на основе n-канального полевого транзистора.

Как было сказано выше, для нормальной работы TPS74x01 необходимы два источника положительного питания (рис. 2): BIAS — слаботочный, предназначенный для работы в качестве опорного источника, управляющего встроенным силовым n-MOSFET транзистором, и IN — основной регулируемый источник. Поскольку питание внутренней схемы стабилизатора осуществляется от BIAS-источника, напряжение которого как минимум на 1 В выше регулируемого напряжения IN, то становится возможной работа стабилизатора при очень низком входном напряжении от 0,8 В. Необходимо отметить, что это минимальное входное напряжение ограничено только выходным напряжением и падением напряжения на встроенном силовом транзисторе.

Рис. 2. Структурная схема LDO-стабилизаторов семейства TPS74x01

Например, очевидна выгода применения стабилизатора из семейства TPS74x01 в паре с микросхемой FPGA с напряжением питания 1,2 В и потребляемым током до 3 А. В этом случае на стабилизаторе будет рассеиваться не более 0,9 Вт, что позволяет достигнуть КПД в 80% (при основном входном напряжении IN = 1,5 В и опорном BIAS = 3,3 В). Разумеется, LDO-стабилизатор TPS74x01 может быть использован и в качестве обычного линейного стабилизатора: для этого достаточно на оба входа IN и BIAS подать общее напряжение питания, что, конечно же, лишает его основного преимущества как стабилизатора со сверхнизким падением напряжения.

Известно, что устойчивость цепи обратной связи линейного стабилизатора напрямую зависит от положения его полюсов на годографе частотной характеристики. Это положение определяется, прежде всего, сопротивлением нагрузки, емкостью выходного конденсатора и выходным током самого стабилизатора. В то же время стабилизаторы на основе n-канального полевого транзистора обладают менее критичными требованиями к внешним компонентам в силу того, что у транзисторов n-MOSFET значительно более низкое сопротивление канала RСИ, чем у p-MOSFET.

Читайте также:  Зависимость деформации от напряжения сдвига

Использование запатентованной технологии организации цепи обратной связи в семействе стабилизаторов TPS74x01 позволяет применять их в паре с выходным конденсатором значительно меньшей емкости при сохранении прежней стабильности. Например, использование TPS74x01 в стабилизаторе при VBIAS = 3,3 В, VIN = 1,8 В и VOUT = 1,5 В позволяет вовсе обойтись без выходного конденсатора (рис. 3).

Рис. 3. Осциллограммы переходных процессов напряжения на выходе стабилизатора TPS74x01 в зависимости от емкости выходного конденсатора

Рис. 4. Типовая схема включения LDO-стабилизаторов семейства TPS74x01

На рис. 4 изображена типовая схема включения TPS74x01. Выходное напряжение зависит только от сопротивлений резисторов R1 и R2 и определяется по формуле VOUT = UВЫХ = 0,8 x (1 + R1/R2). Встроенный узел мягкого запуска управляет задержкой после подачи питания при использовании всего одного внешнего конденсатора CSS. Это время задержки определяется по следующей формуле:
tSS = 0,8 x CSS/4,4 x 10-7.

Таблица 1. Основные параметры LDO-стабилизаторов семейства TPS74x01

Наиме-
нование
IВЫХ, А UПАД, мВ IПОТР, мА UВХ, В UВЫХ, В Точ-
ность,
%
CВЫХ МИН,
мкФ
Корпус
Мин. Макс. Мин. Макс.
TPS74001 0,5 30 1,0 0,8 5,5 0,8 3,6 1,5 10SON
TPS74101
TPS74201 1,5 55 3,0 3,5 1,0 20QFN, 7DDPAK
TPS74301
TPS74401 3,0 115
TPS74801 1,5 60 1,0 3,6 2,0 2,2 10SON, 20QFN
TPS74901 3,0 120 3,0 3,5 20QFN, 7DDPAK

Высокая стабильность линейных LDO-стабилизаторов семейства TPS74x01 с низкой емкостью выходного конденсатора делает их идеальными для использования в качестве линейных стабилизаторов для питания FPGA- и DSP-микросхем (разумеется, с необходимыми керамическими конденсаторами для развязки по питанию). В конечном итоге, это влияет на стоимость и надежность изделия, поскольку отпадает необходимость в использовании «громоздких» танталовых или электролитических конденсаторов, обычно размещаемых на выходе линейного стабилизатора. Наличие двойного питания позволяет резко увеличить КПД преобразователя, построенного на основе TPS74x01. Зачастую этот факт является решающим при выборе вида преобразователя (линейный или импульсный) в пользу линейного, а такое решение позволяет сократить стоимость изделия и повысить его надежность. Наличие выхода Power Good также увеличивает надежность изделия, поскольку броски питания при запуске являются «болезнью» линейных стабилизаторов. Все вышесказанное позволяет смело назвать семейство стабилизаторов TPS74x01 идеальной заменой понижающим DC/DC-преобразователям без гальванической развязки.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка —
e-mail: analog.vesti@compel.ru

Texas Instrument приобрела компанию Integrated Circuit Designs

Компания Texas Instruments сообщила о приобретении частной компании Integrated Circuit Designs (ICD), которая специализируется на разработке радиочастотных (РЧ) интегральных схем (ИС). Объединение опыта проектирования ICD с обширной номенклатурой высококачественных микроконтроллеров с возможностями аналоговой обработки и малым потреблением усилит позиции TI, как поставщика экономичных радиочастотных решений для промышленных, коммерческих и потребительских изделий.

Это приобретение, как и предшествующее приобретение Chipcon — лидирующего поставщика экономичных РЧ-трансиверов короткого радиуса действия для ZigBee-совместимых систем беспроводной связи, является очередным шагом в осуществлении стратегии TI по расширению номенклатуры экономичных РЧ ИС.

«В условиях быстрого возрастания требований к промышленным, коммерческим системам и системам бытовой автоматики, а также с увеличением масштабов применения беспроводных технологий связи короткого радиуса действия, очень важной задачей для TI является предоставление широкой номенклатуры современнных радиочастотных устройств. Используя опыт проектирования ICD, мы сможем расширить номенклатуру ИС для систем беспроводной связи и предлолжить нашим клиентам множество новых законченных решений», — сказал менеджер направления прецизионных аналоговых компонентов компании TI Дэвид Джонс.

ICD была основана в 1995 году для предоставления консалтинговых услуг в области проектирования аналоговых ИС и ИС со смешанными сигналами. ICD основана в Элликот-Сити штата Мэриленд и имеет штат из 16 сотрудников. Условия сделки не раскрываются.

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.

Читайте также:  Управление светодиодным индикатором напряжения

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

Наимено-
вание
Выхо-
дной ток, А
Выход и величина выходного напряжения, B Точ-
ность
(%)
Падение
напря-
жения
вход-
выход
(типо-
вое), В
Макси-
мальное
входное
напря-
жение,
В
Корпус(а)
Поло-
житель-
ный
Отри-
цатель-
ный
Регу-
лиру-
емый
3,3 5,0 5,2 6,0 8,0 9,0 12,0 15,0 18,0 20,0 24,0 SO-
8
DP
AK
D2
PAK
SOT-
223
TO-
92
TO-
220
MC78LxxA
0,1 5,0 1,7
при
40 мА
30; 35; 40*
MC79LxxA
0,1 5,0 -30; -35; -40*
LM317Lxx
0,1 4,0 1,9
при
100 мА
Uвх — Uвых = 40
MC78Mxx
0,5 4,0 1,9
при
500 мA
35; 40*
MC78MxxA
0,5 2,0
MC79Mxx 0,5 4,0 1,1
при
500 мА
-35
LM317Mxx
0,5 4,0 2,1
при
500 мА
Uвх — Uвых = 40
LM317MxxA
0,5 2,0
MC78xx
1,0 4.0 2,0
при
500 мА
35; 40*
MC78xxA
1,0 2,0
MC79xx
1,0 4,0 2,0
при
1 А
-35; -40*
MC79xxA
1,0 2,0
LM317
1,5 4,0 2,25
при
1,5 А
Uвх — Uвых = 40
LM337
1,5 4,0 2,2
при
1,5 А
Uвх — Uвых = 40
LM323
3,0 4,0 2,0
при
3,0 А
20
LM323A
3,0 2,0 2,0
при
3,0 А
20
LM350
3,0 4,0 2,7
при
3,0 А
Uвх — Uвых = 35
* Максимальное входное напряжение зависит от величины конкретного выходного стабилизированного напряжения
(см. документацию).

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:

  • LDO-стабилизаторы для широкого применения с фиксированным выходным напряжением;
  • LDO-стабилизаторы для широкого применения с регулировкой выходного напряжения;
  • LDO-стабилизаторы для широкого применения с несколькими выходами;
  • LDO-стабилизаторы для автомобильных приложений (эти регуляторы производитель выделяет в отдельный раздел, так как они предназначены для жестких условий эксплуатации).

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

Наимено-
вание
Выхо-
дной
ток, А
Выход и выходное напряжение, B Точ-
ность
(%)
Паде-
ние напря-
жения
вход-
выход
(типо-
вое), В
Мини-
маль-
ное
входное напря-
жение,
В
Макси-
маль-
ное
вход-
ное напря-
жение,
В
Корпус(а) Свой-
ства
Регу-
лиру-
емый
1,5 1,8 2,5 2,7 2,8 3,0 3,3 4,0 5,0 12,0 SOT
-23
SOT
-89
SO
-8
SO
-16
DIP
-8
Mic-
ro8
DP
AK
D2P
AK
SOT-
223
TO-
92
TO-
220
MC78LCxx 0,08 3,0 1,0 при 80 мА 2,5 12 Ultra Low Iq* = 1,1 мкА (тип.)
LM2931/A 0,1 5,0/3,8 0,16 при 100 мА 40 Низкое падение напряжения «вход-выход»
LM2931C/AC 0,1 5,0/2,0
LP2950C/AC 0,1 1,0/0,5 0,38 при 100 мА 30 Ultra Low Iq* = 75 мкА (тип.)
LP2951C/AC 0,1
MC78FCxx 0,12 2,5 0,5 при 40 мА 2,0 10 Ultra Low Iq* = 1,1 мкА (тип.)
MC78PCxx 0,15 2,0 0,2 при 100 мА 8.0 Наличие входа Enable
MC33269 0,8 1,0 1,1 при 800 мА 20 Высокая точность
NCP1117 1 1,0 1,07 при 800 мА 2,7 20 Высокая точность
Ultra Low Iq* — очень низкий собственный ток потребления.
Читайте также:  Испытание повышенным напряжением защитных средств

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.

Эта продукция в первую очередь отличается расширенным диапазоном рабочих температур (-40…125°С или даже -40…150°С), а также наличием дополнительных функций:

  • защитой от включения с обратной полярностью;
  • защитой от перегрева кристалла;
  • ограничением максимального тока или защитой от короткого замыкания;
  • защитой от перенапряжений по входу;
  • защитой на входе стабилизаторов от коротких импульсов напряжения (выбросов);
  • наличием входов Enable (вход разрешения) и выхода RESET для подачи этого сигнала на вход микроконтроллера;
  • некоторые стабилизаторы имеют встроенный монитор питания (супервизор) и/или Watchdog таймер.

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

Adblock
detector