Корисник:Иванкнезевиц

Увод

ЛДО стабилизатори нуде високе перформанце уз ниске потрошње батерије. Обично се користе импулсни регулатори и регулатора са континуираном регулацијом (линеарни). Импулсни регулатори морају бити појачани или смањени. Они нуде високу ефикасност, али исто тако наступају сметње на излазу са импулсниом учестаношћу, и из тог разлога, мање су погодна за напајање осјетљивих кола на импулсне склопове (кристални осцилатор, итд.). Линијски регулатори су увијек радили уз мали напон и подијељени на обичне стабилизаторе и стабилизаторе с малим губицима (ЛДО). Обични регулатори имају ниску ефикасност због губитака у пасс (регулаторном-контролном) елементу, те се ријетко користе у батеријама за напајење. Пројекат ЛДО стабилизатора се развио одавно и добро је познат. ЛДО регулатори разликују се по врсти проводних елемената, структуре кристала, који озбиљно утичу на њихове основне параметре. Из тог разлога, избор ЛДО-а за батерије за напајање – није тривијалан задатак. ЛДО регулатори – то су линијски регулатори са минималним падом напона у регулаторним елементима са максималном ефикасношћу. До данас не постоји јасна разлика између ЛДО и обичнних стабилизатора. Уз претпоставку пада напона, стабилизатори са излазном струјом до 10 А условна граница између двије групе могла бити одржана на 500 мВ, тј. стабилизатор са напоном на регулаторним елементима са више од 500 мВ - више није ЛДО регулатор. За обичне линеарне стабилизирајуће вриједности пад напона на пасс елементу обично прелази 1,5 V.

ЛДО стабилизатори и њихови главни параметри

Типичан модел ЛДО стабилизатор је представљен је на слици 1. Стабилизатор се састоји од четири главна елемента: Волтаге Референце(ИОН) , проводни елемент, ОП (операциони појачавач) и резистивни дјељиоци.

Проводни елементи (ПЕ)

Постоји пет врста проводних елемената. Кључна компонента било ког стабилизатора, на многе начине дефинише своје параметре, стабилизатори су обично подијељени у групе зависно од врсте ПЕ. У пракси, најчешће кориштени типови проводних пет елемената су (слика 2.)

Да би се осигурало глатко функционирање стабилизатора са ПЕ шеме Дарлингтоновог спој (слика 2а), разлика у напон на улаз и излаз треба бити најмање 1,6 V, док је за ЛДО-ову вриједност не смије прелазити 500 мВ.

$V_{\mathrm {DO} }=V_{\mathrm {0SAT} }+2V_{BE}=1,6\cdots 2,6V$

За спој НПН ПЕ (слика 2б) напон-базе НПН транзистора мора увијек бити већи него на одашиљачу. У великим границама улазних и излазних напона није проблем. Међутим, када је вриједност улазних и излазних напона повећава, напон је разлика између минималне вриједности, и мора бити најмање 0,9 V.

$V_{\mathrm {DO} }=V_{\mathrm {CESAT} }+V_{\mathrm {BE} }>=0,9V\!\$

Вазна предност стабилизатора са ПНП транзистором (слика 2ц) – минимални пад напона у поређењу са било којом другом семом.

$V_{\mathrm {DO} }=V_{\mathrm {CESAT} }=200\cdots 400mV$

Ако користите транзистор са високим појачањем, мозе се смањити напон од 150 мВ до 100 мВ. Међутим, у таквим семама кроз оптерећења тече нулта струја базе, и дио је статичка струја, ненаметљива ефикасност стабилизатора.

$I_{\mathrm {q} }=I_{\mathrm {drv} }+I_{\mathrm {bias} }=0,8\cdots 2,6mA$

Стабилизатор са п-каналним МОСФЕТ-овима (слика 2д) имају минимални пад нопона између свих ПЕ, вриједност која ће зависити од отпорности транзистора, и долази до оптерећења од:

$V_{\mathrm {DO} }=I_{\mathrm {0} }R_{\mathrm {ON} }=35\cdots 350mV$

Стабилизатори за скуп н-каналних МОСФЕТ-ова (слика 2д) осигуравају минимални пад напона, али њихов нормалан пад захтјева додатни извор одступања, која се обично изводи на прекидачком кондезатору. Стабилизатори са транзисторима п-типа (ПНП и п-МОСФЕТ) имају најбоље карактеристике пада напона, али угавном осјетљиве параметре излаза кондезатора (оутлет цонденсер). Стабилизатори са транзисторима н-типа (НПН и н-МОСФЕТ и н-ДМОС) су врло отпорни, могу радити са било којим кондезатором на излазу, али нпн стабилизатори имају непожељан пад напона, док н-МОСФЕТ захтијева додатни мјењање проводних трансистора. Обично то повећање DC/DC конвертује преспајање кондезатора. Осим компликоване шеме, ствара се додатни извор шума пребацивањем на излаз стабилизатора. Данас је већина ЛДО регулатора широко примјењује с једним п-МОС елеменатом.

Основни параметри ЛДО стабилизатора

Као основни параметар ЛДО стабилизатора узећемо н-МОС елемент. У пракси, се овај стабилизатор ријетко користи али његова шема је погодна за анализу.

Пад напона (Волтаге дроп ИОН)

Минимални разлика у напону на улазу и излазу, гдје је други могући режим стабилизације. Улазни напон линијског регулатора, у контрасту са већим пулсом увијек виси излаз. Слика 3. приказује излазне карактеристике стабилизатора са н-МОС елементом. Графикон (Слика 3.) су у три подручја - подручје засићења, у којем је јединица дјелује као извор струје, активни режим, гдје транзистор понаша као отпорник напона и закочење.

Претпоставимо да, из било којег разлога, тренутног оптерећења промјена $I_{\mathrm {d1} }$ до $I_{\mathrm {d2} }$ (слика 3). Повећана могућност да ће довести до повећања напона. Да бисте вратили номинални напон мирне радне тацке, стабилизатор напона премјешта из $P_{0}P_{2}$, који ће довести до повећаног пада напона на елементу на $V_{\mathrm {GS2} }$ и обновити номинални напон $V_{0}$ на излазу стабилизатора. При сниженом улазних напона мирна радна тачка се сели од $P_{0}P_{1}$, у непосредној близини активног подручја. На граници између омске области и подручја засићења има неке критичне тачке $V_{\mathrm {DO} }$, испод којих је стабилизатор искључен и елемент улази у активан режим. У овом подручју, излазни напон $V_{\mathrm {O} }$ зависи сходно напону $V_{\mathrm {I} }$. На тај начин $V_{\mathrm {DO} }=I_{\mathrm {L} }R_{\mathrm {ON} }$ гдје је $R_{\mathrm {ON} }$ - вриједност отпора пасс елемента. Као примјер, на слици 4. показује излазна карактеристика 3,3-волтног ТПС76333 ЛДО стабилизатора Теxас Инструменс-а (ТИ).

Статичка струја

Статучка струја дефинише као разлика између струје у улазу и излазу стабилизатора, па је $I_{\mathrm {q} }=I_{\mathrm {I} }-I_{\mathrm {0} }$. Како би повећали ефикасност стабилизатора жели се смањити максималан износ разлике струје у улазу и излазу. Статичка струја зависи од шеме стабилизатора, компоненти и температуре. Генерално, статичка струја – је сума струја Волтаге Референце $I_{\mathrm {a} }$ (слика 1.), струје кроз отпорник $I_{\mathrm {s} }$ , стује ОП-а $I_{\mathrm {r} }$, и струја кроз проводни елемент $I_{\mathrm {DRV} }$ (ако се не тече кроз оптерећења). За биполарне трансисторе статичка струја зависи од тренутног излаза (који расте с повећањем оптерећења-струја). За МОСФЕТ струјни ток практично не зависе од оптерећења, већ напона уређаја. Главни допринос од стране струјног помака има ИОН, резистивни дјељиоци и грешке на појачалу. Ради економичности шеме обично се користити ЛДО са МОСФЕТом. Слика 5.

Ефикасност стабилизатора

Ефикасност ЛДО стабилизатора дефинисана је статичким шоком и разликом улазних и излазних напона:

$Efikasnost=\left({I_{0}V_{0} \over \left(I_{0}+I_{\mathrm {q} }\right)V_{\mathrm {I} }}\right)100\%$

За повећање ефикасности и смањењем тренутног мировања смањује се пад напона на транзистору. С друге стране, већа продуктивност, мање расута моћ трансистора, од:

$P={V_{\mathrm {I} }-V_{\mathrm {0} } \over V_{\mathrm {0} }}$. Према томе, струја мирује и пад напона, и представља важан параметар ЛДО стабилизера.

Стабилизација излаза

Нестабилности оптерећења показује како промијенити напон зависно од промјене струје (типична вриједност овог параметра је 0,8%). Могућност за потпору ЛДО-а излазни напон зависно од промјене струје је дефинирано као:

${dV_{0} \over dI_{0}}={1 \over b_{\mathrm {ga} }}{R_{\mathrm {1} }+R_{\mathrm {2} } \over R_{\mathrm {2} }}$

Ови параметри не зависе од фреквенције, одређени су увеђањем када је повратна спрега коло система. А нарочито неугодна искуства - скоковит корак промјене излаза струје (слика 6).

Стабилизација улаза

Стабилизација улаза одређује природу промјене у излазном напону зависно од измјене на улазну (типична вриједност овог параметра је мање од 1%)

${dV_{0} \over dV_{\mathrm {I} }}={1 \over R_{\mathrm {DS} }+R_{\mathrm {L} }}{R_{\mathrm {1} }+R_{\mathrm {2} } \over GR_{\mathrm {2} }}$

Гдје је: $G=b_{\mathrm {ga} }$ појачање када је петља повратне спреге, $R_{\mathrm {DS} }$ - еквивалентна отпорност између извора и дрејна транзистора, $R_{\mathrm {L} }$ - отпорност на оптерећењу. Као и у претходном случају, стабилизација излаза не зависи о учесталости и дефинисе се параметрима од еквивалентног кола за директну струју. У природи понашања излазног напона када се промијени улазни корак је приказано на Слици 7.

Динамичка нестабилност

Типично, стабилизовани максимални напон (слика 8), зависи од капацитета и ЕСР кондензатора на излазу и капацитета филтера на кондензатору:

${dV_{\mathrm {trmax} }}={I_{\mathrm {0max} } \over C_{\mathrm {0} }+C_{\mathrm {b} }}dt_{1}+{dV_{\mathrm {ESR} }}$

гдје је: $dt_{1}$ - скуп ОУ у затвореној повратној спрези , $dV_{\mathrm {ESR} }$ пропорционалан ЕСР-у. Тренутна карактеристика ЛДО стабилизатора је приказано на Слици. 8. Корак промјене струје на 90 мА изазива краткорочне пригушене осцилације излазни напон са највећом амплитудом од 120 мВ.

${dV_{\mathrm {trmax} }}={90mA \over 4,7uF+0}+1+{dV_{\mathrm {ESR} }=19mV+101mV=120mV}$

Дакле, овим обрасцом израчунава се $dV_{\mathrm {ESR} }$ и добија се за 101 мВ промјењен излазни напон. То је важно запажање, што показује да је у ЛДО излазну капацитивност не треба укључивати стално, али обично уз процјену вриједности ЕСР.

Типичне вриједности ЕСР је у распону од 0.2 до 9 охма за кондензатор капацитета 4.7 µФ промјенљивом струјом од 0 до 250 мА. ЛДО се може користити као електролит тантала или електролит алуминијума, или као вишеслојни керамички кондензатор.

Карактеристике улазног напона

Способност ЛДО-а је да се одупире краткорочним промјенама улазног напона одјеђена вриједности ПСРР (Поwер Супплy Рејецтион Ратио), једнак третман флуктуације напона на излазу и улазу, $PSRR={V_{\mathrm {0ripple} } \over V_{\mathrm {Iripple} }}$ као „жубор“ кроз фреквенцијски опсег. ПСРР – је битна карактеристика ЛДО-а, утврђује могућност кориштења у комбинацији снаге капацитивности за потискивање шума на излазу импулсног регулатора. Радна фреквенција (пребацивање фреквенције) од стабилизатора је обично у распону од 100 кХз до 1 МХз. У најгорем случају (највише тачке на графу Слика 9.) - гдје је $R_{\mathrm {ESR} }$ велико и филтар кондензатора $C_{\mathrm {v} }$ је мали.

Шум на излазу стабилизатора

На константној струји излаза и мањак пулсације напона стабилизатор генерално има "сумове" у распону од 10 Хз до 100 кХз, генерисући на излазу напон од 50 до 500 мВ. Постоје посебне врсте ЛДО стабилизатора за осјетљиве склопове (као што је напон генератора), ниво сума спушта и до 20м$V_{\mathrm {eff} }$

Споменице и захвалнице

100 измена

10%