LDO стабилизаторы напряжения

Стабилизаторы напряжения являются важнейшими блоками устройств телекоммуникации. В настоящее время для стабилизации постоянного напряжения получили распространение компенсационные и импульсные стабилизаторы. У каждого из этих типов стабилизаторов есть свои преимущества и недостатки и только совместное их применение позволяет получить напряжение питания с требуемым КПД, уровнем пульсации и допустимым уровнем шума.

Неоспоримым преимуществом импульсных стабилизаторов напряжения (DC/DC преобразователей) является их высокий коэффициент полезного действия. Кроме того, эти стабилизаторы позволяют как понижать, так и повышать входное напряжение. Они позволяют получать отрицательное напряжение из положительного входного напряжения. Основным недостатком импульсных стабилизаторов напряжения является высокий уровень помех на его выходе. Кроме того, импульсные стабилизаторы обычно используют в своем составе индуктивности. Пример схемы импульсного стабилизатора, повышающего напряжение гальванического источника питания до +5 В, приведен на рисунке 1.

Схема DC-DC преобразователя
Рисунок 1. Схема повышающего импульсного стабилизатора напряжения

Компенсационные стабилизаторы обладают низким уровнем помех и достаточно низким уровнем шума. Однако эти стабилизаторы имеют низкий КПД, так как ток на входе и на выходе этого вида стабилизаторов практически одинаков. Мощность на регулирующем элементе этого стабилизатора рассеивается в виде тепла. Первые виды компенсационных стабилизаторов обладали достаточно большим минимальным падением напряжения, необходимым для правильной работы стабилизатора. Так, разность напряжений на входе микросхемы 7805 или КР142ЕН5 и ее выходом должна была быть не менее 2,5 вольт.

В настоящее время разработаны стабилизаторы напряжения с низким падением напряжения (LDO). Они позволяют без проблем получить необходимое напряжение из более высокого исходного напряжения. Сейчас без LDO стабилизаторов невозможно представить работу GPS приемников, смартфонов, радиостанций или спутниковых систем связи. Достижение высоких эксплуатационных параметров усилителей радиочастоты (LNA), опорных генераторов, синтезаторов частот или смесителей требует тщательного подхода к разработке систем питания телекоммуникационных устройств.

В современных телекоммуникационных системах обычно применяется широкий набор аналоговых и цифровых микросхем. Для своей работы они требуют применения различных источников питания. Часто предъявляются высокие требования к уровню пульсаций, шумов и других паразитных колебаний на выходе источника питания. Соответственно необходимо уделять особое внимание при выборе конкретной схемы стабилизатора напряжения. На рисунке 2 приведено классическое последовательное включение импульсного и компенсационного LDO стабилизатора напряжения.

Последовательное соединение импульсного и компенсационного стабилизатора
Рисунок 2. Схема последовательного включения импульсного и LDO стабилизатора

При таком соединении стабилизаторов высокий КПД схемы питания обеспечивается применением импульсного стабилизатора (DC/DC преобразователя), а LDO стабилизатор уменьшает уровень шумов и помех. Компенсационный стабилизатор напряжения с низким падением напряжения можно выполнить либо на МОП транзисторах, либо при использовании биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером. Схема LDO стабилизатора с регулирующим МОП транзистором приведена на рисунке 3

Схема компенсационного стабилизатора с МДП транзистором
Рисунок 3. Схема LDO стабилизатора с регулирующим МОП транзистором

Такие схемы широко использует фирма Texas Instruments. Следует отметить, что в этом случае и усилитель ошибки, сравнивающий выходное напряжение стабилизатора с опорным, тоже выполняется на МОП транзисторах. В качестве примера LDO стабилизатора, ввыполненного на биполярном транзисторе на рисунке 4 приведена схема компенсационного стабилизатора фирмы Analog Devises LT3045.

Схема компенсационного стабилизатора с биполярным транзистором
Рисунок 4. Схема LDO стабилизатора с регулирующим биполярным транзистором

В этой схеме на транзисторе происходит падение напряжение между коллектором и эмиттером. Оно редко бывает больше 0,2 В. В стабилизаторах типа 7805 падение напряжения определялось падением напряжения на двух эмиттерных переходах и выходном каскаде усилителя ошибки, что составляло значение порядка двух вольт.

Обратите внимание, что источник опорного напряжения в этой схеме представляет собой сопротивление, на которое подаётся ток с выхода стабилизатора тока 100 мкА. Это позволяет избавиться от шумов, которые возникают при пробое p-n перехода стабилитрона. Кроме того, такое решение позволяет уменьшить ток потребления источника опорного напряжения.

Так как LDO стабилизаторы охвачены отрицательной обратной связью, то при их применении следует позаботиться о стабильности работы устройства. Для обеспечения стабильности работы в широком диапазоне частот на выходе должен применяться керамический конденсатор большой емкости с малым эквивалентным сопротивлением и индуктивностью. В качестве примера на рисунке 5 приведена зависимость коэффициента подавления пульсаций от частоты для микросхемы LT3045.

График коэффициента подавления пульсаций на выходе LDO стабилизатора
Рисунок 5. График коэффициента подавления пульсаций на выходе LDO стабилизатора

Дата последнего обновления файла 20.12.2020

Литература:

  1. Н. Головенко Применение LDO-регуляторов и источников опорного напряжения электронные компоненты №11 2018
  2. Amit P. Pate, Steve Knoth "Noise Sensitive Applications Want Ultralow Noise LDO Regulators" Linear Technology Corporation
  3. Wilson Fwu, Aaron Paxton, Jose Gonzalez Torres "LDO Basics" Texas Instruments
  4. url: https://training.ti.com/back-ldo-basics "Back to the LDO basics"
  5. LDO Regulator Stability Using Ceramic Output Capacitors
  6. LDO noise examined in detail
  7. Understanding power supply ripple rejection in linear regulators
  8. url: https://www.compel.ru/lib/54695 "Стандартные линейные и LDO-стабилизаторы ON Semiconductor"

Вместе со статьей "LDO стабилизаторы" читают:

Особенности кварцевой стабилизации частоты генераторов
http://digteh.ru/WLL/KvGen.php

Опорные генераторы
http://digteh.ru/WLL/XO/

Опорные кварцевые генераторы с температурной компенсацией ухода частоты TCXO
http://digteh.ru/SxemSovrTKU/gen/tcxo/

Термостатированные кварцевые опорные генераторы
http://digteh.ru/SxemSovrTKU/gen/ocxo/

Генераторы управляемые напряжением (ГУН)
http://digteh.ru/SxemSovrTKU/gen/vco/




Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2020

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс
Поиск по сайту сервисом ГУГЛ
Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором более 88 научных и научно-методических работ, в том числе 18 книг.

Top.Mail.Ru


Яндекс.Метрика