LDO (düşük bırakma regülatörü), geleneksel bir lineer regülatöre göre düşük bırakmalı lineer regülatör anlamına gelir. LDO, yeni nesil entegre devre regülatörüdür.Üç terminalli regülatör ile arasındaki en büyük fark, LDO’nun çok düşük öz tüketime sahip minyatür bir çip sistemidir. LDO düşük bırakmalı lineer regülatörün yapısı, esas olarak bir başlangıç devresi, bir sabit akım kaynağı önyargı birimi, bir etkinleştirme devresi, ayarlama bileşenleri, bir referans kaynağı, bir hata amplifikatörü, bir geri besleme direnci ağı ve bir koruma devresi içerir.
LDO, genellikle son derece düşük kendi kendine gürültü ve yüksek güç kaynağı reddetme oranına (PSRRfGüç Kaynağı Reddetme Oranı) sahip olan mikro güçlü, düşük bırakmalı bir doğrusal regülatördür. LDO, yeni nesil entegre devre voltaj regülatörüdür, üç terminalli voltaj regülatörü ile uyumludur
En büyük fark, LDO’nun çok düşük öz tüketimi olan küçük bir yonga üzerinde sistem (SoC) olmasıdır. Mevcut ana kanal kontrolü için kullanılabilir.Çip, MOSFET gibi çok düşük on-line direnç, Schottky diyot, örnekleme direnci ve voltaj bölücü direnci ile donanım devrelerini entegre eder ve aşırı akım koruması, aşırı sıcaklık koruması ve hassas referansa sahiptir. Kaynak, diferansiyel yükselteç, gecikme ve diğer işlevler. PG, her çıkış durumunun kendi kendini kontrol etme ve güvenli güç kaynağını geciktirme işlevlerine sahip yeni nesil bir LDO’dur.Ayrıca Power Good, yani “iyi güç kaynağı veya kararlı güç kaynağı: LDO düşük bırakmalı doğrusal regülatörün yapısı temel olarak başlatma devresi, sabit akım içerir Kaynak önyargı birimi, marka
Enerji devreleri, ayar bileşenleri, referans kaynakları, hata yükselticileri, geri besleme direnç ağları ve koruma devreleri vb. Temel çalışma prensibi şu şekildedir: Sisteme güç verildiğinde, etkinleştirme pimi yüksek bir seviyedeyse devre başlamaya başlar, sabit akım kaynağı devresi tüm devreye ön gerilim sağlar, referans kaynak voltajı hızla kurulur ve giriş ile çıkış yükselmeye devam eder. Belirtilen değere ulaşmak üzereyken, geri besleme ağı tarafından elde edilen çıkış geri besleme voltajı da referans voltaj değerine yakındır.Bu anda, hata amplifikatörü çıkış geri besleme voltajı ile referans voltajı arasındaki küçük hata sinyalini yükseltir ve ardından regülatör tüpü tarafından çıkışa yükseltir. Böylelikle çıkış voltajının belirlenen değerde sabit kalmasını sağlamak için negatif geri besleme oluşturulur Benzer şekilde giriş voltajı değişirse veya çıkış akımı değişirse bu kapalı döngü çıkış voltajını değiştirmez, yani: Vout = (Rl + R2) / R2 XVref Gerçek Düşük bırakmalı doğrusal regülatör ayrıca yük kısa devre koruması, aşırı voltaj kapatma gibi özelliklere sahiptir.
Kapatma, termal kapatma, ters bağlantı koruması vb. Gibi diğer işlevler.
2 konsept
LDO, regüle edilmiş bir çıkış voltajı üretmek için aşırı voltajı uygulamanın giriş voltajından çıkarmak için doğrusal bölgesinde çalışan bir transistör veya FET kullanan lineer bir regülatördür. Sözde düşme voltajı, giriş voltajı ile çıkış voltajını nominal değerinin 100 mV’si içinde tutmak için regülatör tarafından gereken çıkış voltajı arasındaki farkın minimum değerini ifade eder. Pozitif çıkış voltajına sahip LDO (düşük bırakma) regülatörleri genellikle güç transistörlerini (transfer cihazları olarak da bilinir) PNPO olarak kullanırlar Bu transistör doygunluğa izin verir, bu nedenle regülatör çok düşük, genellikle yaklaşık 200 mV; Buna karşılık, NPN kompozit güç transistörlerini kullanan geleneksel bir doğrusal regülatörün voltaj düşüşü yaklaşık 2V’dur. Negatif çıkış LDO, iletim cihazı olarak NPN kullanır ve çalışma modu, pozitif çıkış LDO’lu PNP cihazınınkine benzer.
Daha yeni gelişmeler, en düşük düşüş voltajını sağlayabilen MOS güç transistörlerini kullanıyor. Güç MOS ile, regülatördeki tek voltaj düşüşü, güç kaynağı cihazının yük akımının AÇIK direncinden kaynaklanır. Yük küçükse, bu yöntemle üretilen voltaj düşüşü yalnızca onlarca milivolttur.
DC ・ DC, DC’den (DC’ye) DC’ye (farklı DC güç değerlerinin dönüştürülmesi) anlamına gelir.Bu tanımı karşıladığı sürece, LDO dahil bir DC ・ DC dönüştürücü olarak adlandırılabilir. Ancak genel söz, DC’yi (DC’yi) anahtarlayarak DC’ye dönüştüren cihaza DC-DCo denir.
LDO, düşük bırakma anlamına gelir Bu bir tanımdır: Düşük bırakmalı (LDO) lineer regülatörlerin maliyeti düşük, gürültüsü düşük ve statik akımlıdır.Bunlar olağanüstü avantajlarıdır. Ayrıca birkaç harici bileşen, genellikle yalnızca bir veya iki baypas kapasitör gerektirir. Yeni LDO lineer regülatör aşağıdaki göstergeleri elde edebilir: çıkış gürültüsü 30UV, PSRR 60dB, hareketsiz akım 6uA (TI’nin TPS78001’i lq = 0.5uA’ya ulaşır) ve voltaj düşüşü sadece 100mV’dir (TI kitlesel olarak üretilen LDO O.lmV olarak adlandırılır) . LDO doğrusal regülatörünün performansının bu seviyeye ulaşmasının ana nedeni, geçiş transistörünün bir P-kanallı MOSFET olması, sıradan doğrusal regülatörün ise bir PNP transistörü kullanmasıdır. P-kanallı MOSFET voltaj tahriklidir ve akım gerektirmez, bu nedenle cihazın kendisi tarafından tüketilen akım büyük ölçüde azalır; Öte yandan, PNP kristallerini önlemek için PNP transistörleri kullanan devrelerde Gövde tüpü doymuş bir duruma girer ve çıkış kapasitesini azaltır Giriş ve çıkış arasındaki voltaj düşüşü çok düşük olamaz ve P-kanalı MOSFET üzerindeki voltaj düşüşü, çıkış akımı ile açık direncin ürününe kabaca eşittir. MOSFET’in açık direnci çok küçük olduğu için, üzerindeki voltaj düşüşü çok düşüktür.
Giriş voltajı çıkış voltajına çok yakınsa, yüksek verimlilik elde etmek için bir LDO regülatörü kullanmak en iyisidir. Bu nedenle, LDO regülatörleri çoğunlukla lityum iyon pil voltajını 3V çıkış voltajına dönüştüren uygulamalarda kullanılır. Pilin enerjisinin son% 10’u kullanılmasa da, LDO regülatörü pilin çalışma süresinin daha uzun ve gürültünün düşük olmasını sağlayabilir.
Giriş voltajı çıkış voltajına çok yakın değilse, DCDC’yi değiştirmeyi düşünmek gerekir, çünkü yukarıdaki prensipten LDO’nun giriş akımı temelde çıkış akımına eşittir Voltaj düşüşü çok büyükse LDO’da tüketilecektir. Enerji çok büyük ve verimlilik yüksek değil.
DC-DC dönüştürücüler arasında boost, buck, boost / buck ve ters devreler bulunur. DC-DC dönüştürücülerin avantajları yüksek verimlilik ve büyük çıktıdır
Mevcut ve hareketsiz akım küçüktür. Entegrasyondaki artışla birlikte, birçok yeni DC-DC dönüştürücü yalnızca birkaç harici indüktör ve filtre kapasitörüne ihtiyaç duyar. Bununla birlikte, bu tip güç kontrol cihazının çıkış titreşimi ve anahtarlama gürültüsü nispeten yüksektir ve maliyeti nispeten yüksektir.
Son yıllarda, yarı iletken teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, yüzeye monte indüktörlerin, kapasitörlerin ve son derece entegre güç kontrol yongalarının maliyeti sürekli olarak azaltıldı ve boyut küçüldükçe küçüldü. Çok fazla güç üretebilen küçük bir açık dirence sahip bir MOSFET’in ortaya çıkması nedeniyle, harici yüksek güçlü FET gerekmez. Örneğin, 3V’luk bir giriş voltajı için, çip üzerindeki NFET kullanılarak bir 5V / 2A çıkış elde edilebilir. İkinci olarak, küçük ve orta güç uygulamaları için düşük maliyetli küçük paketler kullanılabilir. Ek olarak, anahtarlama frekansı 1MHz’e yükseltilirse, maliyet düşürülebilir ve daha küçük indüktörler ve kapasitörler kullanılabilir. Bazı yeni cihazlar ayrıca yumuşak başlatma, akım sınırı, PFM veya PWM modu seçimi gibi birçok yeni işlev ekler.
Genel olarak, yükseltme için DCDC seçilmeli ve düşürme için DCDC veya LDO maliyet, verimlilik, gürültü ve performans açısından karşılaştırılmalıdır.
3 çalışma prensibi
Sağdaki şekilde gösterildiği gibi, devre bir dizi regülatör VT, örnekleme dirençleri R1 ve R2 ve bir karşılaştırma amplifikatörü A’dan oluşur.
Örnekleme voltajı, amplifikatör A’nın ters çevirmeyen giriş terminaline uygulanır ve ters çevirici giriş terminaline uygulanan referans voltajı Uref ile karşılaştırılır.İki arasındaki fark amplifikatör A tarafından güçlendirildikten sonra, seri regülatörün voltaj düşüşü, çıkış voltajını stabilize etmek için kontrol edilir. Çıkış voltajı Uout azaldığında, referans voltajı ile örnekleme voltajı arasındaki fark artar, karşılaştırma amplifikatöründen gelen sürücü akım çıkışı artar ve seri regülatör tüpünün voltaj düşüşü azalır, böylece çıkış voltajı artar. Aksine, çıkış voltajı Uout gerekli ayar değerini aşarsa, karşılaştırma amplifikatörü tarafından ön sürücü akım çıkışı azalır, böylece çıkış voltajı azalır. Güç kaynağı işlemi sırasında, çıkış voltajı düzeltmesi sürekli olarak gerçekleştirilir ve ayarlama süresi yalnızca karşılaştırıcı amplifikatörün ve çıkış transistör döngüsünün yanıt hızı ile sınırlıdır.
Gerçek doğrusal regülatörün ayrıca yük kısa devre koruması, aşırı gerilim kapatma, aşırı ısınma kapatma, ters bağlantı koruması gibi birçok başka işlevi olması gerektiği ve seri regülatörün MOSFET’i de kullanabileceği unutulmamalıdır.
4 dört element
Diferansiyel basınç düşüşü, gürültü, güç kaynağı reddetme oranı (PSRR), hareketsiz akım lq, bunlar LDO’nun dört temel verisidir.
Ürün tasarımcısı, dört unsurla birlikte elektrik performansı üzerindeki ürün yükünün gereksinimlerine göre LDO’yu seçer.
Cep telefonlarında kullanılan LDO’lar mümkün olan en küçük gürültüyü (dalgalanma) gerektirir. RF içermeyen taşınabilir ürünler, düşük durgun akıma sahip LDO’lar gerektirir.
5 çalışma koşulları
Vin> = Vdrop + Vouto
Ek olarak, genellikle iki harici kapasitör gereklidir: Cin ve Cout ve tutma kapasitörleri veya MLCC genellikle kullanılır.
Not: LDO bir voltaj regülatörüdür.
6 uygulama
LDO’nun uygulanması çok basittir.Çoğu LDO’nun kararlı bir şekilde çalışması için yalnızca giriş ucuna ve çıkış ucuna bir kapasitör bağlaması gerekir. LDO uygulamasında diferansiyel basınç, hareketsiz akım, PSRR vb. Gibi önemli parametrelerin dikkate alınması gerekir. Pille çalışan bir sistemde, olası en düşük voltaj düşüşüne sahip bir LDO seçilmelidir, böylece pil sisteme NCP600, NCP629 vb. Gibi daha uzun süre güç sağlayabilir.
Hareketsiz akım lq, çipin kendisi tarafından tüketilen akımı ifade eden Iquiescent’in kısaltmasıdır. Bazı düşük güçlü uygulamalarda, mümkün olduğunca küçük bir lq değerine sahip bir LDO seçilmelidir. Düşük güçlü bir sistem tasarlarken, bazı mühendisler yalnızca MCU’nun kendisi tarafından tüketilen akımı dikkate alır ve güç yongasında tüketilen akımı göz ardı eder, böylece tüm sistemin bekleme güç tüketimi standardı karşılayamaz. Düşük güçlü sistemlerde bazı mühendisler gördüm. MCU’ya güç sağlamak için 78L05’i seçin, veri sayfasını kontrol edin, 78L05 hareketsiz akımın düşük güç tüketimi uygulamaları için uygun olmayan 1mA olduğunu, NCP583’ün seçilmesi gerektiğini vb. Öğrenebiliriz.
Radyo frekansı, ses, ADC dönüşümü gibi uygulamalarda, PSRR (güç dalgalanma reddi oranı) çok önemli bir parametredir ve LDO’nun anti-gürültü yeteneğini yansıtır.PSRR değeri ne kadar yüksekse, LDO çıkış dalgalanması o kadar düşük olur. LDO’nun bazı önemli özellikleri ve uygulama talimatları aşağıda listelenmiştir.
Farklı voltaj çıkış seviyelerinin uygulama alanları
Gerilim çıkış seviyesi Uygulama alanı
1.25V ARM9, FPGA, DSP vb.
1.8VSDRAM, DDR RAM vb.
2.5 VMCU, DDR RAM, vb.
3.0 MCU, Nor Flash, Nand Flash, diğer çeşitli arayüz cihazları vb.
LDO özellikleri ve uygulama yönü
Ultra düşük dalgalanma, yüksek hassasiyetli veri toplama
Düşük düşüşlü pil güç kaynağı
Elde taşınabilir cihazlar gibi düşük durgun akım ve düşük güç tüketimi durumları
Gerilim izleme Gömülü sistem güç yönetimi
Sıfırlama kontrolü Endüstriyel kontrol
Birden çok güç kaynağı gerektiren yerleşik sistemler için çok kanallı çıktı
7 uygulama örneği
Buck regülatörünün yüksek anahtarlama frekansı, küçük çok katmanlı harici bileşenlerin kullanımına izin verir ve kart alanını en aza indirir. MODE pini yüksek olarak ayarlandığında, buck regülatörü zorunlu PWM modunda çalışır. MODE pini düşük olarak ayarlandığında, yük nominal değer civarında olduğunda buck regülatörü PWM modunda çalışır. Yük akımı önceden belirlenen eşikten düşük olduğunda, regülatör güç tasarrufu modunda çalışır (PSM hafif yük verimliliğini artırır).