LDO линейный стабилизатор напряжения с низким падением
Аббревиатура LDO применительно к стабилизаторам или регуляторам напряжения расшифровывается как: “low drop out” или по-русски низкое падение на выходе. И это означает что чтобы получить требуемое напряжение на выходе стабилизатора входное напряжение должно не превышать выходное. Например в широко распространенном LDO стабилизаторе LM1117 для нормального функционирования стабилизатора достаточно падения в 1,2В.
Что позволяет сделать применение стабилизаторов с низким падением напряжения?
Например:
- максимально снизить нижнюю границу диапазона работы устройства при питании от аккумуляторных батарей,
- увеличить КПД блока питания в составе которого он трудиться,
- обойтись без громоздких индуктивностей при фильтрации пульсаций напряжения (активный фильтр).
Как я уже писал, LM1117 считается стабилизатором с низким падением напряжения, с величиной этого самого падения в 1,2В. Я подумал, зачем такое относительно большое напряжение терять, ведь это удвоенное напряжение на p-n переходе транзистора из кремния? Почему бы не использовать полевой транзистор: в открытом состоянии канал полевого транзистора представляем собой лишь небольшое активное сопротивление.
Погуглив я нашел схемы где регулирование осуществляется полевым транзистором с n-каналом включенным в положительный провод питания. Вот только эти схемы требовали дополнительного источника питания, для управления затвором. Чтобы открыть полевой транзистор, на его затвор нужно было приложить напряжение на несколько Вольт выше напряжения на истоке, а значит и на выходе.
А вот почему бы не использовать p-канальный транзистор, он открывается отрицательным напряжением, которое у нас уже есть. И я нарисовал схему LDO использующую регулируемый стабилитрон TL431:
Эту схему я пока не собирал, возможно потребуются дополнительные RC-цепочки для предотвращения самовозбуждения схемы. Все таки TL431 склонна к самовозбуждению.
До применения полевого транзистора у меня были мысли использования биполярного p-n-p транзистора в качестве регулятора, в таком случае минимальное падение на стабилизаторе составило бы 0,6 В, что конечно поменьше чем 1,2 В.
Вот пара схем с биполярным транзистором.
Ещё я нагуглил на англоязычном форуме схему p-n-p транзистором, ту схему даже смоделировали и анализ частотной характеристики показал устойчивость схемы.
Если силовой биполярный транзистор заменить на полевой, то получим такую схему:
- R1 — 68 кОм;
- R2 — 10 кОм;
- R3 — 1 кОм;
- R4,R5 — 4,7 кОм;
- R6 — 10 кОм;
- VD1 — BZX84C6V2L;
- VT1 — AO3401;
- VT2,VT3 — 2N5550;
При указанных в перечне значениях VD1, R5, R6 напряжение на выходе стабилизатора составит 6 В.
18 thoughts on “ LDO линейный стабилизатор напряжения с низким падением ”
Автор молодец, он работает, а мы камешки подбрасываем )
Вот зачем, к примеру, полевиком стабилизацию наводить? И сложней и дороже. Если только токовая нагрузка стабильна, да и то жалковато. Но если экономичность электроэнергии поперед всего… ну, тогда да.
Но тогда надо большие падения экономить, чтоб экономического эффекта добиться. И не только по разнице напряжений, но и по потребляемому нагрузкой току. Но решение красивое, и интересное, как минимум.
Линейный стабилизатор с ультранизким падением напряжения я увидел в планшете Samsung Galaxy Tab P1000. Стабилизатор использовался для питания тачскрина напряжением 2,8 В при этом сам получал питание от литий-ионного аккумулятора, напряжение которого могло изменятся от 3.0 В до 4,2 В. Получалось что минимальное падение было всего 0,2 В.
Почему разработчики не поставили импульсный стабилизатор? Возможно было дорого городить импульсник ради питания тачскрина или таким образом избегали помех по питанию.
Я так и не нашел никакой информации по этому стабилизатору кроме его наименованию: IC-MULTI REG и номеру: 1203-006476.
Если учесть что планшеты и телефоны не включаются уже при 3,6-3,45 . То падение все-таки от 0,6в для работы тачскрина
есть хороший стабилизатор HT7333 ток минимальный.
Есть вопрос по последней схеме. Зачем нужен резистор R4? Источник опорного напряжения питается от входного напряжения, а напряжение на коллекторе VT3 появится по любому после включения. С ион в правой части схемы и с биполярным транзистором в качестве регулирующего R4 потребовался бы однозначно, а здесь он зачем?
Еще два вопроса которые и раньше не давали покоя, и напомнили о себе в ходе прочтения публикации.
1. Для чего нужны транзисторные фильтры по питанию, когда можно сделать стабилизатор? Стабилизатор точно так же подавит пульсации, попутно поддерживая напряжение стабильным. Какие такие преимущества есть у фильтров перед стабилизаторами?
2. Любопытно, существуют ли в природе биполярные кремниевые транзисторы с падением напряжения на переходе менее 0,6 вольта? Есть же диоды Шоттки с минимальным падением на переходе. Почему бы не быть биполярным транзисторам сделанным по схожему с диодами Шоттки принципу?
Через R4 идет основной стабильный ток со стабилизированного выхода, R1 тут только для запуска. Конечно можно уменьшить номинал R1, а R4 выкинуть, но тогда с изменением входного напряжения будет сильно меняться ток через стабилитрон и следовательно напряжение на нем.
1. Падение напряжения на активном фильтре небольшое следовательно не нужно мощное охлаждение. А вот стабилизатор обязан срезать не только пульсацию но и весь излишек, а излишек бывает очень не маленький.
Кроме того есть применение где не нужно стабильное напряжение, например тот же УМЗЧ.
2. Если кратко то работа диода Шоттки основана на выпрямляющем контакте металл-полупроводник. А биполярный транзистор работает благодаря неосновным носителям заряда. Грубо говоря запихиваем в базу основные носители, а они попадая в область коллектора становятся неосновными и снижают его сопротивления
Теперь все понятно с R4. Оригинальное решение запуска и стабилизации тока через стабилитрон ?
И с фильтром тоже ясно, борьба за КПД.
Обиделся насчет УМЗЧ. Там стабилизация необязательна (хоть и желательна для HiFi) лишь для выходного каскада. Поэтому, как правило, питание разных каскадов осуществляется разными источниками, и, некоторые каскады, запитаны не только стабилизированным, но и фильтрованным питанием. Полностью лишают стабилизации, обычно, лишь оконечник сабвуфера, ему она точно не нужна.
Просьба к автору объяснить, почему не использует конденсаторы для дополнительной фильтрации.
Вдруг запитывается устройство, которое генерирует вч помеху. Или по входу пройдет помеха.
И еще есть вопрос если убрать R1 , то я предполагаю запуск будет.
Да, конечно, конденсаторы нужны. Просто они не показаны на схеме. Как кашу маслом не испортишь, так и стабилизатор напряжения входными и выходными конденсаторами. Ну за редким исключением.
В первой схеме R1 необходим, чтобы VT1 хоть когда-то закрывался.
А в последней R1 нужен для первоначального запуска: пока нет напряжения на выходе — закрыт VT2, а пока он закрыт, то и VT1 закрыт, а пока VT1 закрыт, то нет напряжения на выходе. Замкнутый круг.
Кашу маслом не испортишь — если оно не машинное. По моему, как раз для низких падений напряжений они (конденсаторы) зачастую излишни. А генерирующие устройство, чем бы не запитывалось, фильтрует ее (помеху) сама… по крайней мере обязана это делать (и для себя в том числе), да и фильтры имеет посерьезнее и порасчитанее питающевого устройства., которое еще и неизвестно будет каким. Ну а дополнительно втулить пару кондеров — это уже та каша, которой, в принципе, не жалко… некоторым.
Подскажите какое падение напряжение или минимальное входное напряжение на КР1170ЕН6?
У стабилизатора КР1170ЕН6 есть аналог — LM2931 (Texas Instruments), так вот на аналог в документации пишут менее 0,6 В при выходном токе 100 мА и 0,2 В при 10 мА.
Скорее всего и у КР1170ЕН6 будет тоже самое.
Самая первая схема — неверная. Катод TL431 через базо-эмиттерный переход биполярного транзистора накоротко замыкается на шину питания. Должен быть ещё резистор.
а нибудет нифига работать . вернее будет я делал нечто похожее только на п-канале и компараторе всето оно вроде как работает но есть подводный камень в выходном напряжении присуствует пулсация в форме пилы пик пик 150мв примерно но это какбы еще фигбы с ним но вот что творится на входе это полный колапс пульсация до 800мв доходит и никакие конденсаторы эту дрянь не убирают . так что да согласен идея шикарная но увы ?
cам ищу схему подобного стабилизатора с низким падением но увы пока ничего не нашел
На N канале делать стабилизацию в виде «повторителя» напряжения я бы не стал. Если биполяр грубо говоря это резистор, управляемый током базы, то MOS полевой транзистор таки источник тока, управляемый напряжением, И что бы оно пропустило большой ток ему нужно приличное напряжение затвор-подложка индуцирующее канал проводимости. Поэтому «повторитель» катит, только если как раз нужно попутное ограничение тока. А если нужен источник напряжения с минимальным внутренним сопротивлением, то для «+» в классической неизвращённой схеме линейника используем P-канал (как тут приводилось на схемах).
Возможно ли использовать последнюю схему для стабилизации 3,3 вольта, при входном напряжении от 3,6 до 4,2 вольт?
Источник
Стабилизатор с малым падением напряжения
Одним из важнейших свойств стабилизаторов питания является наименьшее допускаемое напряжение между выходом и входом стабилизатора при наибольшем нагрузочном токе. Он выдает информацию, при какой наименьшей разности напряжений параметры прибора находятся в нормальном состоянии.
Стабилизатор с малым падением
Одним способом повышения КПД линейной настройки является снижение до наименьшего значения падения напряжения регулировочного элемента. Это особенно важно для миниатюрных регуляторов, на которых каждые вспомогательные 50 милливольт падения преобразуются в несколько сотен милливатт теплоты со сложным рассеиванием в небольшом корпусе устройства.
Поэтому для подключения подобных схем многие фирмы предлагают проектировщикам микросхемы с малым падением до 100 милливольт. Хорошие параметры имеет микросхема ST 1L 08 при токовой нагрузке до 0,8 А наименьшее падение на транзисторе имеется около 70 милливольт.
Из заводских стабилизаторов можно отметить те, у которых при снижении нагрузочного тока до наименьшего значения падение снижается до 0,4 милливольта. Для уменьшения шума такие микросхемы снабжены вспомогательным буферным усилителем с клеммой для подключения наружного фильтра емкостью до 0,01 мкФ. К такому фильтру предъявляются наименьшие требования: величина емкости должна быть от 2,2 до 22 мкФ.
Особое внимание необходимо обратить на микросхему LD CL 015. При хороших свойствах и низком падении напряжения это один из стабилизаторов, работающих без конденсаторного фильтра. Это достигается схемой операционного усилителя с запасом по фазе. Однако для улучшения параметров и уменьшения шума на выходе целесообразно установить на выходе и входе прибора емкости около 0,1 мкФ.
Прибор с падением до 0,05 вольт
При подключении разной аппаратуры от аккумуляторов, чаще всего есть необходимость выравнивать напряжение и расходуемый ток. Например, для образования лазера видеопроигрывателя или фонарика на светодиодах. Для решения такой задачи на производстве уже спроектировано несколько микросхем в виде драйверов. Они представляют собой низковольтный преобразователь напряжения с внутренним стабилизатором. Новой разработкой является микросхема LТ 130 8А.
Не снижая преимущества таких драйверов, нужно заметить, что в большом областном городе нет таких микросхем. Можно заказать по высокой стоимости, около 10 евро. Поэтому есть дешевая простая и эффективная схема прибора из одного радио журнала.
Коэффициент стабилизации такого устройства равен 10000. Напряжение на выходе настраиваем сопротивлением 2,4 килома от 2 до 8 вольт. При величине питания на входе ниже выхода, настроечный транзистор открыт, и снижение питания равно нескольким мВ. Если входное напряжение выше выходного, то на стабилитроне оно равно 0,05 вольт. Это становится возможным для питания лазерных и светодиодов от пальчиковых батареек. Даже, меняя нагрузочный ток в интервале от 0 до 0,5 ампера, выходное напряжение изменится только на 1 мВ.
Для такого простого стабилизатора плату не обязательно травить, а можно вырезать специальным ножом. Оно изготавливается из сломанных полотен по железу, затачивается на шлифовальном круге. Затем ручку обматывают для удобства пользования.
Таким резаком можно процарапать дорожки на медной плате.
Плату чистим шлифшкуркой, лудим, припаиваем детали и все готово.
На фотографиях видно, что нет необходимости в травлении платы и ее сверлении.
Такой способ всегда применяется для производства маленьких простых схем. Нет необходимости оснащать радиатором охлаждения мощный транзистор. Он из-за небольшого падения напряжения не нагревается. При настройке обязательно необходимо подключить слабую нагрузку на выход.
Устройство выравнивания питания с малым падением
Наиболее важным свойством обладает стабилизатор с малым падением питания, так же как и на микросхемах, наименее допустимая разность потенциалов выхода и входа при наибольшей токовой нагрузке. Он определяет, при какой наименьшей разности напряжений между выходом и входом все свойства прибора находятся в норме.
- У наиболее распространенных стабилизаторов, выполненных на микросхемах серии М78 наименьшее допускаемое напряжение равно 2 вольта при силе тока 1 ампер.
- Прибор на микросхеме с минимальным напряжением на входе должен выдавать напряжение 7 вольт на выходе. При амплитуде импульсов на выходе прибора доходит до 1 вольта, то величина входного наименьшего напряжения увеличивается до 8 вольт.
- С учетом нестабильности напряжения сети в интервале 10% увеличивается до 8,8 вольт.
В итоге КПД прибора не превзойдет 57%, при значительном токе на выходе микросхема сильно нагреется.
Применение микросхем с низким падением
Хорошим выходом из ситуации является использование таких сборок, как КР 1158 ЕН, или LМ 10 84.
Работа прибора на микросхеме заключается в следующем:
- Малых значений напряжения можно достичь, применяя для регулировки мощный полевик.
- Транзистор работает в положительной линии.
- Использование стабилизатора с n-каналом предполагается по испытаниям: такие полупроводники не склонны к самовозбуждению.
- Сопротивление открытой цепи ниже, по сравнению с p-канальным.
- Транзистором управляет параллельный стабилизатор.
- Для открытия полевого транзистора, напряжение на затворе доводят на 2,5 вольта выше истока.
Такой вспомогательный источник необходим, если у него напряжение на выходе выше напряжения стока полевого транзистора на это значение.
Источник
Стабилизатор с низким падением напряжения
Всем здравствуйте. В эпоху дешевых стабилизаторов напряжения создание транзисторного стабилизатора кажется недоразумением. Однако оказывается, что иногда необходимо стабилизировать напряжение с наименьшей возможной разностью напряжений между входом и выходом схемы. Наиболее распространенные стабилизаторы требуют достаточно приличной разности напряжений более 2В между входом и выходом.
Конечно, и в наше время производятся стабилизаторы с небольшим значением разности напряжений, но, как всегда, компоненты, которые используются реже, всегда дороже и менее распространены. То же самое относится и к стабилизаторам, хитрость к регуляторам с небольшим падением напряжения заключается в использовании последовательного транзистора типа pnp.
В классических стабилизаторах эмиттер транзистора серии NPN подключен к выходу стабилизатора. Такая система требует напряжения смещения базы последовательного транзистора выше, чем выходное напряжение (U + 0,6 -0,75В). Следовательно, для управления транзистором необходим определенный запас напряжения. Вместе все падения напряжения дают значение около 2В.
Эта проблема устраняется при использовании последовательного pnp-транзистора. В этом случае базовое напряжение меньше выходного напряжения. Поэтому в этих системах минимальное падение напряжения сравнимо с напряжением насыщения транзистора и составляет примерно 0,2 -0,4В.
Аналогичные предположения были сделаны в простом транзисторном стабилизаторе, показанном на рисунке в тексте статьи.
Транзистор T3 типа pnp позволяет достичь минимального падения напряжения 300 мВ при выходном токе 500 мА. Схема также имеет усилитель ошибки, выполненный на транзисторах T1 и T2. Падение напряжения на база-эмиттер Т2 используется в качестве опорного напряжения. Его стабильность не очень высокая и составляет -2,3 мВ /С. Однако это не так важно.
Конденсатор С1 обеспечивает стабильность устройства. Точное значение выходного напряжения можно регулировать в довольно широком диапазоне с помощью потенциометра P1. Схема показанного стабилизатора идеально подходит для питания от батареи. Ток потребления этого простого стабилизатора не превышает 1 мА без нагрузки. С увеличением выходного тока ток, потребляемый стабилизатором, также увеличивается, главным образом, из-за тока базы транзистора T3.
Во время работы стабилизатора следует соблюдать осторожность при коротких замыканиях, поскольку схема не имеет защиты. Когда выход замыкается на землю, транзистор T3 немедленно выходит из строя. При потреблении более высоких токов необходимо использовать небольшой радиатор. Всем спасибо.
Источник
