Was sind Regulatoren mit niedrigem Dropout und wie funktionieren sie?

Low-Dropout-Regulatoren (LDOs) sind grundlegende Komponenten in der modernen Elektronik, insbesondere wenn Stromeffizienz, geringe Rauschen und Spannungsstabilität erforderlich sind.Im Gegensatz zu Schaltregulatoren arbeiten LDOs ohne hochfrequentes Schalten, perfekt für rauschempfindliche Anwendungen wie HF-Module, Audioschaltungen und batteriebetriebene Geräte.In diesem Artikel wird untersucht, wie die LDOS -Funktionen, ihre interne Struktur, verschiedene Topologien und praktische Überlegungen bei der Auswahl des richtigen Regulierungsartyps für Ihr System ausgewählt werden.

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Überblick

Regulatoren mit niedrigem Dropout oder LDOs sind eine Art von Art von Linearspannungsregler Entwickelt, um eine konstante Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten, auch wenn die Eingangsspannung nur geringfügig höher ist als der Ausgang.Im Gegensatz zu Schaltregulatoren verlassen sich LDOs nicht auf Hochfrequenzschaltungen.Dies bietet ihnen einen großen Vorteil in empfindlichen Schaltkreisen, bei denen elektrisches Geräusch minimiert werden muss.

LDOs sind besonders effektiv in batteriebetriebene Geräte.Beispielsweise kann eine Lithium-Ionen-Batterie von 4,2 V auf 2,7 V sinken, wenn sie entlassen.Selbst während dieses Abfalls kann ein LDO dem System konsequent 2,5 V zur Verfügung stellen.Dies macht LDOs ideal für Anwendungen, bei denen die Eingangsspannung unterschiedlich ist, die Ausgangsstabilität jedoch schwerwiegend ist, z. B. in HF -Modulen oder digitalen Kommunikationssystemen.

Komponenten in einem LDO -Regler

Ein typisches LDO enthält mehrere wichtige Teile, die zusammenarbeiten, um die Spannung zu regulieren:

• A Spannungsreferenz (v_Ref) Das liefert eine stabile Grundlinie.

• A Spannungsteiler bestehen aus zwei Widerständen (R1 und R2), die die Ausgangsspannung für Rückkopplungen abkalben.

• Ein Fehlerverstärker Das vergleicht die skalierte Rückkopplungsspannung mit der Referenz.

• A Pass Transistor, normalerweise ein PMOS -Gerät, das den Strom an den Ausgang anpasst.

So behält das System eine stabile Spannung bei:

Abbildung 2. Verbesserungsmodus PMOS LDO

Der Fehlerverstärker überwacht ständig die Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung aus dem Ausgang.Wenn die Ausgangsspannung driftet, passt der Verstärker das Gate des PMOS -Pass -Transistors an, um ihn zu korrigieren.Diese Einstellung hält die Ausgangsspannung stabil, selbst wenn sich die Last ändert oder die Eingangsspannung schwankt.

Die Regulierungsbehörden unterscheiden sich auf der Grundlage der Tropfenspannung

Spannungsregulatoren werden häufig dadurch klassifiziert, wie viel Spannung sie zwischen Eingang und Ausgang benötigen, um eine stabile Regulierung aufrechtzuerhalten.Diese Anforderung wird als Ausfallspannung bezeichnet - ein gefährlicher Faktor bei der Gestaltung von Schaltkreisen mit begrenzter Kopffreiheit zwischen Versorgung und Leistung.

Standard lineare Regulierungsbehörden

Herkömmliche lineare Regulatoren verwenden normalerweise einen einzelnen NPN -Transistor als Passelement.In diesem Setup benötigt der Regler einen ziemlich großen Spannungsunterschied, häufig um 2 V, zwischen Eingang und Ausgang, um ordnungsgemäß zu funktionieren.Dieser relativ hohe Ausfall macht sie weniger geeignet für Systeme mit niedrigem Volt oder batteriebetriebenen Systemen, bei denen jede Volt-Zählung erspart wird.

Quasi-Low-Dropout (quasi-ldo) Regulierungsbehörden

Abbildung 3. Quasi-Ldo-Schaltung

Quasi-Ldo-Designs reduzieren die Ausfallspannung mit einer Darlington-Paarkonfiguration für das Passelement.Diese Struktur basiert immer noch auf NPN-Transistoren, aber durch das Stapeln von zwei erzielt der Regler einen niedrigeren Ausfall, normalerweise rund 1 V. Dieser Wert stammt aus der Summe der Basis-Emitter-Spannung und der Sättigungsspannung der beteiligten Transistoren.Es ist ein Effizienzschritt vorwärts, obwohl es immer noch nicht ideal für den ultra-niedrigen Spannungsbetrieb ist.

Echte Aufsichtsbehörden mit niedrigem Dropout (LDO)

Echte LDOs verfolgen einen anderen Ansatz.Anstelle von NPNs verwenden sie einen gesättigten PNP- oder PMOS -Transistor als Passvorrichtung.Diese Komponenten ermöglichen es, wenn der Strom beim Einschalten mit weniger Widerstand fließen kann, sodass Tropfenspannungen von nur 100 mV bis 200 mV ermöglichen.Dies macht sie für Systeme gut geeignet, bei denen die Versorgungsspannung nahe an der gewünschten Leistung liegt, wie in der modernen tragbaren Elektronik.

Kompromisse in der LDO-Leistung

Während echte LDOs in der Leistung mit niedrigem Eintauchen überzeugt sind, sind einige Kompromisse miteinander verbunden.Einer der bemerkenswertesten ist ein höherer Bodenstrom, der die Gesamtleistungseffizienz verringern kann, insbesondere in Szenarien mit niedrigen Lasten.Darüber hinaus können LDOs empfindlicher gegenüber den Eigenschaften ihres Ausgangskondensators sein.Für den stabilen Betrieb muss der Kondensator sorgfältig mit ordnungsgemäßem ESR (Equivalent Series Resistenz) und dem Wert der Rückkopplungsschleife des Reglers ausgewählt werden.Wenn nicht, kann der Regulator nicht vorhersehbar schwingen oder sich verhalten.

Auswählen des richtigen Spannungsreglers für Ihre Anwendung

Die Auswahl des am besten geeigneten Spannungsreglers, insbesondere eines LDO, muss mehrere wichtige Konstruktionsüberlegungen ausbalancieren.Jeder Faktor beeinflusst, wie gut der Regler unter Bedingungen funktioniert, insbesondere wenn die Spannung oder Lastniveaus schwanken.

• Betrachten Sie zunächst den Eingangsspannungsbereich.In batteriebetriebenen Systemen ist dies riskant, da die Versorgungsspannung im Laufe der Zeit fällt.Der Regler muss weiterhin eine konsistente Ausgabe liefern, auch wenn der Eingang dem gewünschten Ausgangsniveau nahe kommt.Stellen Sie sicher, dass die von Ihnen ausgewählte LDO diese Situation ohne die Regulierung bewältigen kann.

• Betrachten Sie als nächstes die Ausgangsspannung, die für Ihre Last erforderlich ist.Dies setzt die Grundlinie für den Auftrag der Regulierungsbehörde und beeinflusst direkt andere Faktoren wie die Abbrecherspannung.Der maximale Laststrom ist gleich wichtig.Ihr Regulierungsbehörde muss die Spitzenstromnachfrage ohne Überhitzung oder Ausfall der Regulierung unterstützen.

• Die Abbrecherspannung ist eine weitere erforderliche Überlegung.Es definiert, wie nahe der Eingang an die Ausgabe gelangen kann und gleichzeitig eine stabile Spannung beibehält.Wenn Ihr System effizient in der Nähe der unteren Grenze des Angebots wie dem Ende des Entladungszyklus einer Batterie laufen muss, möchten Sie einen Regler mit einer sehr niedrigen Ausfallspannung.

• Übersehen Sie auch keinen ruhenden Strom.Dies ist der Strom, den der Regulierungsbehörde zum Betrieb verbraucht, auch wenn die Last leicht ist.In Systemen mit geringer Leistung oder immer auf Systeme kann ein hoher Ruhestrom Ihr Energiebudget schneller als erwartet entladen.

• Die thermische Leistung ist ebenfalls Teil der Gleichung.Spannungsregulatoren wandeln überschüssige Eingangsspannung in Wärme um, so

• Für batteriebetriebene Geräte passen LDOs normalerweise am besten.Sie können die stabile Ausgabe beibehalten, wenn sich die Batteriespannung abnimmt, was zur Verlängerung der Betriebszeit beiträgt.Wenn Sie jedoch mit einer stabilen Eingabe wie einer behobenen Wechselstromquelle arbeiten und die Abbrecherspannung kein wichtiges Problem ist, ist ein linearer Standardregler möglicherweise effizienter und kostengünstiger.

• Viele LDOs sind auch integrierte Funktionen ausgestattet, mit denen Ihr Design optimiert und die Zuverlässigkeit steigern kann.Dies kann das Herunterfahren von Pins umfassen, um die Stromversorgung in den Leerlaufzeiten zu reduzieren, Power-Fail-Indikatoren zu Problemen mit Eingabeproblemen oder die Strombegrenzung, um vor Kurzschaltungen oder Überlastungsbedingungen zu schützen.

LDO -Regulierungsbehörden Topologien und ihre Auswirkungen auf die Leistung

Die interne Struktur eines LDO, insbesondere der als PASS -Element verwendete Transistortyp, wird bei der Durchführung des Reglers verwendet.Unterschiedliche Topologien beeinflussen die Abbrecherspannung, Effizienz, die Stromverhandlungsfähigkeit und die Stabilität.Diese Effekte sind oft subtil, aber bei der Auswahl oder Gestaltung eines Reglers schwerwiegend.

Common Pass -Gerätekonfigurationen

Abbildung 4. Passgeräte

• Einzel -NPN -Transistor - Dieses Setup ist durch die Notwendigkeit begrenzt, den Basisstrom zu liefern.Die minimale Abbrecherspannung wird durch die Basis-Emitter-Spannung bestimmt, typischerweise etwa 0,7 V.

• Darlington NPN Paar - Das Hinzufügen eines zweiten Transistors in einer Darlington-Konfiguration erhöht den aktuellen Gewinn, führt jedoch einen zusätzlichen Basis-Emitter-Tropfen ein.Infolgedessen steigt die Abbrecherspannung auf rund 1,4 V, so dass sie für niedrigspannende Anwendungen weniger effizient ist.

• EinzelpNP -Transistor - Ein PNP -Transistor, der im Sättigungsmodus verwendet wird, kann eine niedrigere Ausfallspannung liefern.Der Strom kann im Vergleich zu NPN -Typen mit weniger Kontrollspannungsaufwand fließen, was es zu einer besseren Wahl macht, wenn engere Spannungsränder benötigt werden.

• PMOS -Transistor - PMOS-basierte LDOs erreichen die niedrigsten Abbrecherspannungen.Anstatt durch einen festen Basis-Emitter-Schwellenwert begrenzt zu werden, hängt der Spannungsabfall von der On-Resistenance (RDS (ON)) des Transistors) ab.Dadurch ermöglicht ein Ausfall von nur 100 mV oder weniger in optimierten Designs.

Auswahl zwischen bipolarem und CMOS -Designs

• Bipolare Transistorenwie NPN- und PNP -Typen sind starke Darsteller, wenn es um die Umgang mit hohen Lastströmen geht.Sie verursachen jedoch in der Regel mehr Spannungsabfall über den Regler und können bei niedrigen Differentialen mit niedrigem Eingangsausgang weniger effizient sein.

• PMOS oder gesättigte PNP -Topologien Aktivieren Sie einen viel niedrigeren Ausfall, was für Systeme mit engen Spannungsrändern besonders wichtig ist, wie batteriebetriebene Geräte, die sich dem Ende ihres Ladungszyklus nähern.Diese Konfigurationen verbessern die Effizienz, sind jedoch mit Kompromisse verbunden.Sie benötigen im Allgemeinen eine genauere Auswahl der Ausgangskondensatoren, um den stabilen Betrieb aufrechtzuerhalten.Insbesondere eine hohe Ausgangsimpedanz und Empfindlichkeit gegenüber dem Kondensator ESR (Equivalent Series Resistenz) können zu Instabilität führen, wenn sie nicht ordnungsgemäß verwaltet werden.

Berechnung des Leistungsverlusts in einem LDO -Regler

Der Gesamtstromverlust in einem LDO -Regler besteht aus zwei Hauptteilen: Die Leistung wurde über das Passelement und die Leistung der internen Steuerschaltung gesunken.Sie können diesen Verlust anhand der Formel schätzen:

Wo:

• P_D ist die Stromversorgung des LDO -Reglers

• V_IN ist die Eingangsspannung

• V_AUS ist die Ausgangsspannung

• ICH_L ist der Laststrom

• ICH_GND ist der Bodenstrom (Ruhestrom) des LDO -Reglers

Diese Gleichung liefert eine praktische Schätzung, wie viel Wärme der Regulierungsbehörde produziert und bei der thermischen Design- und Effizienzplanung hilft.

Gewährleistung der dynamischen Stabilität bei LDO -Aufsichtsbehörden

Die dynamische Stabilität eines LDO -Reglers hängt stark davon ab, wie seine interne Rückkopplungsschleife auf Änderungen der Betriebsbedingungen reagiert.Es treten häufig Stabilitätsprobleme auf, wenn sich eine plötzliche Änderung des Laststroms, wenn ein Ausgangskondensator mit ungeeigneten Eigenschaften verwendet wird oder wenn sich die Schleife aufgrund externer Einflüsse verschiebt.Das Verwalten dieser Variablen ist erforderlich, um Schwingung oder unregelmäßiges Spannungsverhalten zu verhindern.

Abbildung 5. Reaktion der LDO -Frequenzamplitude

Im Zentrum eines LDO -Regulierungssystems befindet sich eine Rückkopplungsschleife, die die Ausgangsspannung ruhig hält.Das Verhalten der Schleife wird durch drei primäre „Pole“ in seinem Frequenzgang geformt, die jeweils an bestimmte physikalische Eigenschaften gebunden sind:

• Der Erster Pol wird normalerweise intern fixiert und hängt vom Kompensationsnetz und der Leistung des Fehlerverstärkers ab.Dies setzt die grundlegende Reaktionsfähigkeit des Systems.

• Der zweiter Pol Formulare basierend auf dem Ausgangskondensator und der Last, die es antreibt.Wenn sich Lastbedingungen oder Kondensatorwerte ändern, verschiebt sich dieser Pol, was die Stabilität entweder unterstützen oder verletzen kann.

• A dritter Pol kann aufgrund einer parasitären Kapazität im Passelement auftreten, hauptsächlich bei höheren Frequenzen.Dieser subtile Effekt wird in kompakten oder Hochgeschwindigkeits-Designs deutlicher.

Zusammen erzeugen diese Pole ein dynamisches Gleichgewicht.Wenn sich jemand aufgrund von Änderungen in der Schaltung oder den Komponenten in den falschen Frequenzbereich bewegt, kann der Regler zu schwingen.

Um die Stabilität zu verbessern, nutzen viele Konstruktionen ein Phänomen, das als ZESR bezeichnet wird, oder die Null, die durch den äquivalenten Serienwiderstand des Ausgangskondensators eingeführt wird.Diese Null kann eine der destabilisierenden Pole ausgleichen und den Phasenrand des Systems erweitern, wodurch die reibungslose Spannungsregelung aufrechterhalten wird.Dies funktioniert jedoch nur, wenn der ESR in ein bestimmtes Fenster fällt.Wenn der Widerstand zu niedrig ist, wie bei vielen Keramikkondensatoren, verschwindet die Stabilisierung von Null und kann zu Instabilität führen.Wenn der ESR zu hoch ist, kann es zu einer übermäßigen Phasenverschiebung führen oder die Leistung auf andere Weise beeinträchtigen.

Abbildung 6. Stabilität als Funktion des Ausgangsstroms und des Lastkondensators ESR

Bei der Auswahl des richtigen Ausgangskondensators geht es nicht nur um Größe oder Kosten.Seine elektrischen Eigenschaften - insbesondere ESR - sind je nach Art, Marke des Kondensators und sogar in der Zeit, wie es im Laufe der Zeit altert oder auf Temperaturänderungen reagiert.Keramikkondensatoren sind weit verbreitet, weil sie kompakt, erschwinglich sind und hohe Kapazität bieten.Sie haben aber auch extrem niedrige ESR, was bei allen LDOs möglicherweise nicht gut funktioniert.Einige Regulierungsbehörden sind speziell so konzipiert, dass sie diese Bedingungen mit niedrigem ESR tolerieren oder kompensieren, während andere externe Widerstände oder spezifische Kondensatortypen benötigen, um stabil zu bleiben.

Analoge Geräte Anycap® LDO -Regulierungsarchitektur

Analoge Geräte haben die AnyCAP® -Familie von LDO -Regulierungsbehörden entwickelt, um das Stromversorgungsdesign zu vereinfachen und sie flexibler zu gestalten, insbesondere bei Auswahl der Ausgangskondensatoren.Herkömmliche LDOs erfordern häufig spezifische Kondensatortypen und ESR -Werte (Equivalent Series Resistance), um stabil zu bleiben.Im Gegensatz dazu bleiben AnyCAP® -Regulatoren über einen weiten Bereich von Bedingungen stabil, selbst wenn die Keramikkondensatoren von nur 0,47 uF verwendet werden.

Abbildung 7. vereinfachtes Schema des Anycap LDO -Reglers

Der Kern dieser Architektur verwendet ein optimiertes Strophensteuersystem.Anstatt die Spannungsregelung und die Referenzerzeugung in verschiedene Pfade zu trennen, werden beide innerhalb derselben Rückkopplungsschleife verwaltet.Dies vereinfacht den Gesamtkreis und verbessert die Stabilität.Die Spannungsreferenz selbst basiert auf einem "virtuellen Band-Gap" -Design, das mit einem internen PTAT-Offset (proportional zur absoluten Temperatur) und einer Diodenkompensation erstellt wurde.Dieser Ansatz liefert eine zuverlässige, temperaturstabile Referenz, ohne dass externe Komponenten erforderlich sind.

Für die Frequenzkompensation verwenden AnyCap® LDOs eine clevere Technik: Ein nichtinvertierender Treiber interagiert mit dem Ausgangskondensator, um einen Miller -Kompensationseffekt zu erzielen.Dies führt zur Aufteilung der Pole, eine Schlüsseltechnik, die die Pole der Rückkopplungsschleife ausbreitet und den Phasenrand verbessert, wodurch das System über einen weiten Betriebsbereich stabiler wird.

Diese internen Konstruktionsmerkmale bieten Anycap® -Regulierungsbehörden mehrere Leistungsvorteile.Sie bieten eine starke Ablehnung der Stromversorgung und helfen dabei, die Geräusche aus vorgelagerten Komponenten herauszufiltern.Niedriger ruhender Strom sorgt für einen effizienten Betrieb, selbst wenn die Last leicht ist.Schnelle transiente Reaktion bedeutet, dass die Ausgangsspannung auch bei plötzlichen Laständerungen konstant bleibt.Am wichtigsten ist, dass diese LDOs nicht von einem schmalen ESR -Bereich abhängen, um stabil zu bleiben, was Ihnen bei der Auswahl von Kondensatoren viel mehr Freiheit bietet.

Produkte wie das ADP3307 (100 mA) und ADP3331 (200 mA) haben diese Vorteile in einer Vielzahl von praktischen Anwendungen demonstriert.

Abbildung 8. Transiente Antwort von ADP1710 und ADP1711

Analoge Geräte haben das Konzept auch mit neueren CMOS-basierten LDOs wie dem erweitert ADP1710 Und ADP1711.Diese Versionen sind für kostengünstige, raumsparende Keramikkondensatoren von 1 µF oder größer optimiert.Sie tolerieren auch die ESR-Werte bis zu 500 mΩ, was sie für moderne kompakte Systeme gut geeignet ist, die eine hervorragende transiente Leistung benötigen, ohne dass spezielle oder sperrige externe Komponenten erforderlich sind.

Komponenten eines LDO-Reglers mit niedrigem Dropout (LDO)

Ein LDO -Regler besteht aus mehreren funktionellen Teilen, die zusammenarbeiten, um die Ausgangsspannung stabil zu halten, selbst wenn sich die Last- oder Eingangsspannung ändert.Jede Komponente spielt eine spezifische Rolle bei der genauen und zuverlässigen Steuerung der Ausgabe.

Spannungsreferenz

In der Mitte des Reglers steht eine Spannungsreferenz, häufig ein Bandlücken-Design, das für seine Fähigkeit ausgewählt wurde, über Temperaturänderungen hinweg stabil zu bleiben.Es legt eine konsistente Zielspannung fest, die der Rest der Schaltung als Basislinie verwendet.

Fehlerverstärker

Der Fehlerverstärker ist ein Hochverrückungskreis, der nur sehr wenig Strom verbraucht.Es vergleicht eine skalierte Version der Ausgangsspannung mit der internen Referenz.Wenn es einen Unterschied gibt, passt der Verstärker seinen Ausgang an, um ihn zu korrigieren.Diese Einstellung steuert letztendlich die Ausgangsspannung und hält sie in engen Grenzen.

Feedback -Netzwerk

Um den Ausgang genau zu vergleichen, verwendet die Schaltung einen Widerstandsteiler, der aus zwei Widerständen besteht (üblicherweise markiertes R1 und R2).Dieses Netzwerk reduziert die Ausgangsspannung auf einen Niveau, der mit dem Fehlerverstärker mit der Referenzspannung übereinstimmt.

Element passieren

Das Passelement, normalerweise ein PMOS- oder PNP -Transistor, wirkt wie ein variables Ventil zwischen Eingang und Ausgang.Es regelt, wie viel Strom an der Last basierend auf dem Signal, das es vom Fehlerverstärker empfängt, basierend auf dem Signal fließt.Dieses Element ist der Schlüssel zur Aufrechterhaltung einer stabilen Spannung, insbesondere unter unterschiedlichen Lastbedingungen.

Ausgangskondensator und ESR -Überlegungen

Der Ausgangskondensator hilft dabei, Spannungsschwankungen zu glätten, und bietet einen Puffer bei schnellen Änderungen des aktuellen Nachfrage.Seine Eigenschaften - insbesondere sein äquivalenter Serienwiderstand (ESR) - beeinflussen sich auf die Stabilität der Rückkopplungsschleife des LDO.

Die Kondensatorauswahl ist hier sehr wichtig.Zu den gemeinsamen Entscheidungen gehören Keramik-, Low-ESR-Tantal- oder Polymer-Elektrolytkondensatoren.Für typische LDO -Konstruktionen unter Verwendung eines 1 & mgr ;f -Ausgangskondensators unterstützt ein ESR im Bereich von 10 mΩ bis 300 mΩ normalerweise den stabilen Betrieb.Wenn der ESR zu niedrig oder zu hoch ist, kann der Regler instabil werden. Daher ist es wichtig, dem Kondensatortyp mit dem Entschädigungsdesign des LDO zu entsprechen.

Leistungsparameter von LDO -Aufsichtsbehörden

Bei der Bewertung, wie gut ein LDO unter Bedingungen funktioniert, bieten mehrere Parameter nützliches Bewusstsein.Diese Faktoren ermitteln, wie effizient und zuverlässig der Regler unter verschiedenen Lasten, Lieferbedingungen und Rauschumgebungen arbeitet.

Ruhender Strom (IQ)

Der Ruhezustand ist die Menge an Strom, die der LDO für seine interne Schaltung verwendet, wenn der Laststrom sehr niedrig oder sogar Null ist.In batteriebetriebenen Systemen, bei denen die Stromeinsparung riskant ist, kann die Auswahl eines LDO mit geringem Ruhezustand die Akkulaufzeit erheblich verlängern.

Netzteils Abstoßungsverhältnis (PSRR)

PSRR misst, wie effektiv der Regler den Ausgang aus Rauschen oder Ripple auf der Eingangsversorgung isoliert.Ein höheres PSRR bedeutet eine bessere Filterung und eine stabilere Ausgabe, auch wenn der Eingang laut ist.

Es wird normalerweise in Dezibel (DB) ausgedrückt und unter Verwendung dieser Formel berechnet:

Dies zeigt, wie viel die Eingangsripple reduziert wird, bevor sie die Ausgabe erreicht.

Lastregulierung

Die Lastregulation zeigt, wie stark sich die Ausgangsspannung verändert, wenn sich der Laststrom ändert.Idealerweise möchten Sie, dass die Ausgabe so stabil wie möglich bleibt, selbst wenn der durch die Last gezogene Strom zunimmt oder abnimmt.

Es wird gemessen als:

Niedrigere Werte spiegeln unter dynamischer Belastung eine engere Spannungsregelung wider.

Linienregulierung

Die Leitungsregelung gibt an, wie empfindlich die Ausgangsspannung gegenüber Variationen in der Eingangsspannung ist.Ein guter LDO hält die Ausgabe konsistent, auch wenn die Versorgung schwankt.

Dies wird berechnet als:

Wiederum sind kleinere Werte eine bessere Leistung.

Vorübergehende Reaktion

Die transiente Antwort beschreibt, wie schnell und genau die Ausgangsspannung reagiert, wenn sich der Laststrom plötzlich ändert, beispielsweise wenn ein Prozessor aus dem Schlaf oder einem Sensor aktiviert.

Die maximal erwartete Spannungsabweichung während einer solchen Änderung kann geschätzt werden mit:

Wo:

• ΔV_{Tr, Max} ist die maximale Spannungsabweichung während eines Lastübergangs

• ICH_{Raus, max} ist die maximale Änderung des Laststroms

• C_AUS ist der Ausgangskondensator

• C_B ist eine zusätzliche Massenkapazität

• Δt₁ ist die Dauer des Transienten

• ΔV_Esr ist der Spannungsabfall, der durch den Kondensator -Serien Widerstand (ESR) verursacht wird

Je schneller der LDO aus dem Lastschritt und je kleiner der Ausgangsdip oder Spike ist, desto besser seine vorübergehende Leistung.

Vor- und Nachteile von niedrigen Ausfallregulierungsbehörden

LDO -Regulierungsbehörden bieten mehrere eindeutige Vorteile, insbesondere in Anwendungen, die Einfachheit und geringe Rauschen erfordern.Wie bei jeder Machtverwaltungsmethode sind sie jedoch mit einigen Kompromissen ausgestattet, die während des Entwurfsprozesses berücksichtigt werden müssen.

Profis

Eine der größten Stärken von LDOs ist ihre Fähigkeit, eine sehr saubere Ausgangsspannung mit minimaler Ripple zu erzeugen.Dies macht sie zu einer hervorragenden Wahl in Systemen, bei denen elektrische Rauschen die Leistung beeinflussen kann, wie z. B. analoge Signalketten oder HF -Schaltungen.

LDOs sind auch physisch kompakt und unkompliziert implementieren.Ihr Design erfordert weniger externe Komponenten als die Schaltregulatoren, was das Gesamtlayout vereinfacht und die Entwicklungszeit beschleunigt.

Zusätzlich die Geräuscharmerkmal mit niedrigem Ausgangsrauschen von LDOs macht sie gut für Präzisionselektronik, Sensoren und Audio- oder Kommunikationssysteme geeignet, bei denen eine stabile Spannung schwerwiegend ist.

Nachteile

Trotz ihrer Vorteile sind LDOs im Allgemeinen Weniger effizient als das SchaltenreglerS, besonders wenn es eine große Lücke zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung gibt.Diese Ineffizienz wird deutlicher, wenn höhere Lastströme beteiligt sind.

Wenn der Spannungsunterschied zwischen Eingang und Ausgang zunimmt, wird mehr Strom geht als Hitze verloren.Wenn der Regulator einen hohen Strom unterstützen muss, während sie eine erhebliche Spannung fallen lassen, wird das thermische Management zu einem zentralen Anliegen.Sie müssen die Wärmeableitung durch geeignete Komponentengrößen-, Wärme- oder Layout -Strategien berücksichtigen.

LDO -Regulierungsbehörden üblicherweise verwendet

LDOs finden sich in einer Vielzahl von Elektronik, die häufig wegen ihrer Fähigkeit ausgewählt wurden, eine saubere, stabile Spannung mit minimaler Komplexität zu liefern.Die folgenden Anwendungen belegen, wo sie den größten Wert bringen.

Stromversorgung kompakter und batteriebetriebener Geräte

Abbildung 9. Stromversorgung von kompakten und batteriebetriebenen Geräten

In Mobiltelefone, Smartwatches und andere tragbare TechnologienLDOs liefern effizient niedrige Spannungsleistung, während der Gesamtkreis gering bleibt.Ihr geringer Ruhestrom hilft auch dabei, die in diesen Anwendungen verwendete Akkulaufzeit zu verlängern.

Unterstützung von Umgebungen mit niedriger Nutzung

Abbildung 10. Umgebungen mit niedriger Nutzung unterstützen

LDOs sind besonders effektiv in HF- und Kommunikationssysteme Wenn auch eine geringfügige Spannungsripple die Signalintegrität stören kann.Sie werden auch häufig in analogen Signalketten wie Audiosystemen oder Sensorschnittstellen verwendet, in denen eine konsistente Leistung mit geringer Noise zur genauen Leistung verwendet wird.

Nachregulierung nach dem Umschalten der Konverter

Abbildung 11. DC-DC-Schaltwandler

In vielen Power -Architekturen wird nach a ein LDO hinzugefügt DC-DC-Schaltwandler.Dieses Setup hilft dabei, hochfrequente Ripple herauszufiltern, die vom Konverter zurückgelassen werden und eine viel sauberere Versorgung für empfindliche nachgeschaltete Komponenten bietet.

Verbraucher und tragbare Elektronik

Abbildung 12. Verbraucher und tragbare Elektronik

Aus Tablets zu tragbaren Medienspieler, LDOs tragen dazu bei, eine stabile Spannung in Geräten aufrechtzuerhalten, die den Zustand ständig ändern, vom Leerlauf in den aktiven Modus und gleichzeitig kompakte Layouts unterstützen.

Automobil- und Industriesysteme

Abbildung 13. Automobil- und Industriesysteme

Hochspannungs-LDOs werden häufig in verwendet Fahrzeuge und industrielle Kontrolleinheiten, wo Eingangsspannungen stark variieren können.Diese Aufsichtsbehörden werden für ihre Robustheit und ihre Fähigkeit geschätzt, über breite Temperatur- und Spannungsbereiche hinweg zu arbeiten.

Kernkraft für digitale ICs

Abbildung 14. Kernleistung für digitale ICs

LDOs werden häufig zur Versorgung verwendet Kernspannungen für Mikrocontroller, FPGAs und andere digitale Logikkomponenten .In diesen Fällen ist eine enge Spannungsregelung der Schlüssel zur Gewährleistung des ordnungsgemäßen Logikbetriebs und zur Reduzierung des Risikos von Signalzeitpunktfehlern.

Abschluss

Die LDO-Regulierungsbehörden bieten eine saubere, kompakte und zuverlässige Lösung für die Spannungsregulierung, insbesondere in Umgebungen mit niedriger Spannung, niedrig aufeinander.Durch das Verständnis ihrer Betriebsprinzipien, des Verhaltens auf Komponentenebene und den Kompromisse mit unterschiedlichen Topologien können Sie fundierte Entscheidungen treffen, um Leistung, Effizienz und Stabilität auszugleichen.Unabhängig davon, ob tragbare Elektronik mit Strom versorgt oder Ripple in der Nachregulierungsphase gefiltert wird, bleiben LDOs ein aktives Bestandteil der Energieverwaltungslandschaft.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Was sind die Überlegungen für LDO?

Stellen Sie bei der Auswahl oder Verwendung eines LDO sicher, dass die Eingangsspannung knapp über dem Ausgang liegt - dies ist die Tropfenspannung.Der LDO muss den Laststrom ohne Überhitzung bewältigen. Berechnen Sie also den Stromverlust mit (vin - vout) × iload und sorgen Sie für ausreichend PCB -Kupfer für die Wärmeableitung.Überprüfen Sie den Geräuschpegel des LDO, insbesondere in empfindlichen Schaltungen, und beachten Sie, dass Modelle mit niedrigem Rang möglicherweise bestimmte Kondensatoren zur Stabilität benötigen.Überprüfen Sie außerdem das Datenblatt für das Verhältnis der Stromversorgungsabstoßung (PSRR) und die Leistung während des Start- oder Laständerungen.

2. Was ist die maximale Effizienz von LDO?

Die höchste Effizienz, die ein LDO erreichen kann, ist, wenn die Eingangs- und Ausgangsspannungen sehr nahe beieinander liegen.Theoretisch wird der Effizienz berechnet, indem die Ausgangsspannung durch die Eingangsspannung geteilt und sich mit 100 multipliziert.In den meisten Situationen, insbesondere wenn der Eingang viel höher ist als der Ausgang, sinkt die Effizienz.Zum Beispiel verschwendet die Umwandlung von 5 Volt in 3,3 Volt bei einem halben Ampere mehr als 30% der Stromversorgung als Wärme.Aus diesem Grund werden LDOs im Allgemeinen nicht für hocheffiziente Bedürfnisse verwendet-sie werden stattdessen für ihr niedriges Geräusch und ihr einfaches Design ausgewählt.

3. Was sind die Anforderungen für LDO?

Damit ein LDO ordnungsgemäß funktioniert, muss die Eingangsspannung immer höher sein als die Ausgangsspannung durch mindestens die Tropfenspannung.Wenn dies nicht der Fall ist, reguliert der LDO nicht richtig.Sie müssen außerdem den richtigen Typ und den Wert des Ausgangskondensators verwenden-normalerweise einen keramischen Kondensator mit niedrigem ESR zwischen 1 und 10 Mikrofaraden-in der Nähe des Ausgangsstiftes des Reglers.Dies hält die Ausgangsspannung stabil und vermeidet Schwingungen.Wenn sich Ihr Gerät schnell ändert, wie ein drahtloser Chip ein- und ausgeschaltet, benötigen Sie auch eine gute transiente Reaktion vom LDO oder fügen Sie mehr Ausgangskapazität hinzu.

4. Wie ist die Genauigkeit der LDO -Ausgangsspannung?

LDOs können sehr genau sein und in der Regel die Ausgangsspannung innerhalb von ± 1% des Zielwerts bei Raumtemperatur und unter ohne Last aufrechterhalten.Wenn Sie jedoch Änderungen des Temperatur- und Laststroms berücksichtigen, kann die Genauigkeit je nach Teil bis zu ± 2% oder sogar ± 3% variieren.Beispielsweise kann ein 3,3 -V -LDO mit einer Genauigkeit von ± 2% unter extremen Bedingungen zwischen 3,23 V und 3,37 V ausgeben.Diese Präzision ist normalerweise akzeptabel, um digitale ICs, Sensoren oder analoge Schaltungen zu lohnen. Wenn jedoch eine engere Genauigkeit benötigt wird, sollte ein LDO mit niedriger Toleranz ausgewählt werden.

5. Wie viel verdient ein LDO?

Ein LDO macht keine Leistung - es reguliert sie einfach, indem er die zusätzliche Spannung vom Eingang zum Ausgang abgelegt hat. Dadurch wird diese zusätzliche Spannung in Wärme umgewandelt.Wenn beispielsweise ein LDO 5 Volt auf 3,3 Volt bei einem Strom von 0,5 Ampere sinkt, liefert es 1,65 Watt für die Last, verschwendet aber auch etwa 0,85 Watt als Wärme.Aus diesem Grund ist die Effizienz im Vergleich zu Schaltregulatoren niedriger.Wenn sich Ihre Frage auf die Kosten bezieht, kann eine typische LDO-Regulierungsbehörde nur fünf Cent in Großmassen kosten oder bis zu zwei Dollar für Hochleistungs- oder Präzisionsversionen bis zu rund zwei Dollar gilt.