1. Мікропотужні LDO-стабілізатори
2. Малошумливі стабілізатори з високим коефіцієнтом придушення пульсацій напруги
3. Стабілізатори з наднизьким падінням напруги
4. потужні стабілізатори
5. мініатюрні стабілізатори
6. Стандартні LDO-стабілізатори
7. Висновок
8. література
9. Про компанію ST Microelectronics

Збільшити термін служби комплекту батарей або заряду акумулятора, просто додавши в схему лінійні стабілізатори напруги? Збільшити стабільність напруги і зменшити пульсації після імпульсного перетворювача практично без зниження ККД блоку живлення? Це реально, якщо використовувати сучасні мікропотужні LDO-стабілізатори від STMicroelectronics з малим падінням напруги виробництва.

Тривалий час розробникам електронної апаратури були доступні тільки класичні стабілізатори (наприклад, LD1117 або стабілізатори серій 78xx / 79xx) з мінімальним падінням на регулюючому елементі від 0,8 В і вище. Пов'язано це було з тим, що в якості регулюючого елемента застосовувався npn-транзистор, включений за схемою із загальним колектором. Для того, щоб відкрити такий транзистор до насичення, необхідне додаткове джерело живлення, напруга якого перевищує вхідну напругу. Однак розвиток технологій не стоїть на місці, і з появою потужних і компактних p-канальних польових транзисторів їх теж почали використовувати в стабілізаторах напруги, включаючи по схемі із загальним витоком. Така схема дозволяє при необхідності повністю відкрити транзистор, і падіння напруги на його перехід фактично буде залежати тільки від опору каналу і струму навантаження. Так з'явився стабілізатор LDO (Low DropOut).

Слід враховувати, що мінімальне падіння на каналі транзистора LDO-стабілізатора практично лінійно залежить від протікає через нього струму, так як канал фактично є електрично регульованим резистором з деяким мінімальним опором. Тому при зменшенні вихідного струму це напруга теж пропорційно зменшується до певної межі, зазвичай рівного 10 ... 50 мВ. Лідерами ж слід визнати мікросхеми LD3985 і LDS3985 , У яких мінімальне падіння напруги становить всього 0,4 мВ. Якщо падіння напруги - одне з ключових вимог до стабілізатора, то слід придивитися до стабілізаторів з великим запасом по струму, так як у них з-за меншого опору каналу регулюючого транзистора може бути набагато менше падіння напруги на тому ж струмі навантаження.

Унікальна можливість LDO - його здатність практично без погіршення сумарного ККД блоку живлення стабілізувати напругу, згладжувати викиди і зменшувати шум на шині харчування для високочутливих приладів, таких як радіоприймачі, модулі GPS, аудіо, АЦП з високою роздільною здатністю, генератори VCO, [1]. Наприклад, для живлення схеми напругою 3,3 В ми вибрали LDO з мінімальним падінням 150 мВ і понижуючий імпульсний стабілізатор з пульсаціями на виході амплітудою 50 мВ (верхня крива на малюнку 1). Вихідна напруга імпульсного стабілізатора можна приблизно оцінити за формулою:

UІмп ≥ UНагр. + UDrop + 1 / 2ΔUІмп + 100 ... 200 мВ,

де UІмп - вихідна напруга імпульсного стабілізатора, UНагр. - вихідна напруга лінійного стабілізатора (напруга живлення навантаження), ΔUІмп - амплітуда пульсацій напруги на виході імпульсного стабілізатора. Тому виберемо його рівним 3,6 В. У результаті ККД погіршиться всього на 8%, однак при цьому значно зменшаться пульсації напруги. Коефіцієнт придушення пульсацій напруги живлення (SVR) визначається за формулою:

SVR = 20Log * (ΔUIN / ΔUOUT)

При типовому коефіцієнті близько 50 дБ пульсації послаблюються приблизно в 330 разів. Тобто амплітуда пульсацій на виході нашого джерела живлення зменшиться до сотень мікровольт (потрібно ще враховувати шум самого LDO, зазвичай він становить десятки мкВ / В) - такий результат практично недосяжний для більшості імпульсних перетворювачів без додаткового стабілізатора або багатоланкових LC-фільтрів на виході. Найкращі характеристики стабілізації забезпечують мікросхеми LDLN015 , LD59015 і мікросхеми серії LD39xxx - у LDLN015 шум не перевищує 10 мкВ / В, а коефіцієнт SVR доходить до 90 дБ.

Однак у LDO теж є недоліки, один з яких - схильність до самозбудження, причому не тільки при дуже великому ESR вихідного конденсатора (або його занадто маленькою ємності), але і при занадто низькому ESR. Пов'язана ця особливість з тим, що каскад із загальним емітером (загальним витоком) має високий вихідний імпеданс, тому на частотній характеристиці стабілізатора з'являється додатковий низькочастотний полюс (його частота залежить від опору навантаження і ємності вихідного конденсатора). В результаті вже на частотах в десятки кілогерц зрушення фази може перевищити 180 ° і негативний зворотний зв'язок перетворюється в позитивну [2]. Для вирішення такої проблеми в частотну характеристику необхідно додати нуль, і найпростіший спосіб зробити це - збільшити послідовний опір (ESR) вихідного конденсатора: це практично не збільшує пульсації вихідної напруги, але є запорукою стабільності всієї схеми. Причому ємність і ESR конденсатора повинні бути в строго окреслених межах. Вони вказуються індивідуально для кожного LDO-стабілізатора. На жаль, але стандартний підхід «чим більше ємність і чим нижче ESR вихідних конденсаторів - тим краще», який можна застосовувати до класичних лінійним і імпульсним стабілізаторів, тут не працює.

Залежно від компонентів внутрішньої коректує схеми, LDO-стабілізатори можна умовно розділити на три групи:

• стабілізатори, розраховані на роботу з танталовими або електролітичними конденсаторами - їм потрібно конденсатор з ESR 0,5 ... 10 Ом і більше;
• стабілізатори, розраховані на роботу з танталовими конденсаторами (ESR 0,3 ... 5 Ом);
• стабілізатори, розраховані на роботу з керамічними конденсаторами - вони зберігають стабільність при ESR вихідного конденсатора від 0,005 до 1 Ом.

Для високочастотних і / або потужнострумових цифрових схем рекомендується ставити фільтруючі керамічні конденсатори ємністю 0,1 ... 1 мкФ біля кожної мікросхеми, і вони теж можуть порушити стабільність LDO-стабілізатора. Щоб цього не відбувалося, рекомендується збільшувати довжину і зменшувати товщину доріжок від стабілізатора до навантаження (тим самим збільшувати індуктивність доріжок), ставити в розрив ланцюга харчування дроселі або резистори, а також вибирати LDO-стабілізатори, компенсувати під низький ESR навантаження [3].

Є ще один спосіб збільшити стабільність перетворювача - використовувати як регулюючий n-канальний транзистор, включений за схемою із загальним стоком. Така схема є стабільною практично при будь-яких характеристиках вихідного конденсатора, і навіть взагалі без конденсатора (так звані capless-стабілізатори). Однак для її коректної роботи необхідний внутрішній умножитель напруги, який буде підвищувати вхідна напруга для можливості відмикання регулюючого транзистора до насичення. За такою схемою виготовлений LDCL015 - завдяки більш низькому опору каналу n-канальних транзисторів тієї ж площі вдалося значно знизити падіння напруги, однак через постійно працює умножителя різко зріс споживаний мікросхемою струм в активному режимі. Але, на думку автора, за такими стабілізаторами - майбутнє LDO, тому проблема підвищеного енергоспоживання напевно скоро вирішиться.

Ще кілька особливостей LDO пов'язані зі специфікою використовуваного в якості регулюючого елемента MOSFET-транзистора - з його значною ємністю затвора і з вбудованим паразитних обратносмещенного діодом. Так, при різкому проваллі напруги харчування (наприклад, коротке замикання на вході стабілізатора) і значної ємності вихідних конденсаторів вихідна напруга тече через діод на вхід і, теоретично, стабілізатор може вийти з ладу через нічим не обмеженого зворотного струму. Особливо це критично для потужних стабілізаторів, які працюють зі струмами в кілька ампер, тому в деяких стабілізаторах (наприклад, LD39200) вбудована спеціальна схема захисту від зворотного струму.

Мал. 1. Пульсації на вході (верхній графік) і виході LDO-стабілізатора

Через значну ємності затвора погіршується здатність транзистора швидко реагувати на різкі зміни струму навантаження. У підсумку, при зменшенні струму навантаження вихідна напруга стабілізатора по інерції підвищується (до тих пір, поки вбудований операційний підсилювач не зможе трохи закрити транзистор), а при збільшенні струму - вихідна напруга злегка просідає (нижня крива на малюнку 1). Збільшити навантажувальну здатність стабілізатора можна за допомогою збільшення потужності виходу вбудованого операційного підсилювача, однак слідом за цим збільшується споживаний стабілізатором струм. Тому розробнику доводиться вибирати: або використовувати в схемі сверхмаломощние стабілізатори (наприклад, серій STLQ або ST715 з споживаним струмом в одиниці мікроампер, але з дуже високою інерційністю і великими осіданнями напруги при різких змінах струму навантаження), або стабілізатори середнього і високого швидкодії, але зі споживанням до сотень мікроампер. В якості альтернативи існують стабілізатори з режимами економії енергії (наприклад, LD39130S ), Які при зменшенні струму навантаження автоматично перемикаються в мікропотужний режим. Аналогічно працюють багато сучасних мікроконтролери (наприклад, родин STM8 і STM32) - у останніх є два вбудованих LDO-стабілізатора, один з яких працює в Мікропотужні, а другий - в активному режимі, що забезпечує високу енергоефективність у всіх режимах роботи і в усьому діапазоні напруги харчування.

Мал. 2. Типова схема включення LDO-стабілізатора

Всі розглянуті в цій статті стабілізатори для своєї роботи вимагають мінімум зовнішніх компонентів - всього два конденсатора, причому вхідний конденсатор ємністю мінімум 1 мкф обов'язковий для більшості мікросхем, і тільки для регульованих версій ще необхідний дільник з двох резисторів (малюнок 2). Всі мікросхеми мають захист від перевантаження і перегріву, здатні працювати в діапазоні температур -40 ... 125 ° С. Багато мікросхеми мають вхід включення Enable: споживаний струм в режимі «Виключено» зазвичай не перевищує одиниць ... сотень наноампер. Основні електричні характеристики стабілізаторів вказані в таблиці 1.

Таблиця 1. Основні електричні характеристики LDO-стабілізаторів ST

Найменування Вхідний
напруга, В Вихідна
напруга, В Вих.
ток, мА Падіння
напряженія¹, мВ Потреб. ток (min), мкА SVR², дБ Шум на виходе³, мкВRMS / В Enable / Power Good Рекомендовані характеристики
вих. конденсатора Корпус Ємність, МКФ ESR, Ом LD3985 2,5 ... 6 1,22; 1,8; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 2,9; 3,0; 3,3; 4,7 150 0,4 ... 60 85 50 30 +/- 1 ... 22 0,005 ... 5 SOT23-5L, TSOT23-5L, CSP (1,57 × 1,22 мм) LDS3985 2,5 ... 6 1,5; 1,8; 2,5; 2,8; 3,0; 3,3; 5,0 300 0,4 ... 150 85 50 30 +/- 2,2 ... 22 0,005 ... 5 SOT23-5L, DFN6 (3 × 3 мм) LD39015 1,5 ... 5,5 0,8; 1,0; 1,2; 1,25; 1,5; 1,8; 2,5; 3,3 150 до 80 18 62 29 +/- 0,33 ... 22 0,15 ... 2 SOT23-5L, SOT666, CSP (1,1 × 1,1 мм) LD59015 2,4 ... 5,5 0,8; 1,2; 1,5; 1,8; 2,5; 3,0; 3,3 150 до 150 31 76 20 +/- 0,33 ... 22 005 ... 8 SOT323-5L LD39020 1,5 ... 5,5 0,8 ... 5,0 200 до 200 20 65 45 +/- 0,22 ... 22 005 ... 0,9 DFN4 (1 × 1 мм) LD39115J 1,5 ... 5,5 1,0; 1,2; 1,4; 1,5; 1,8; 2,5; 2,8; 3,0; 3,3 150 80 (100 мА) 20 67 30 +/- 1 ... 22 0,1 ... 1,8 CSP4 (0,8 × 0,8 мм) LD39130S4 1,5 ... 5,5 1,0; 1,2; 1,8; 2,5; 2,9; 3,0; 3,3; 4,1; Adj 300 до 300 55 (1) 65 (48) 38 (100) +/- 0,33 ... 22 0,1 ... 4 CSP4 (0,69х0,69 мм) / DFN6 (1,2 × 1,3 мм) LD39050 1,5 ... 5,5 2,5; 3,3; Adj 500 до 200 20 62 30 + / + 1 ... 22 0,05 ... 0,8 DFN6 (3 × 3 мм) LD39100 1,5 ... 5,5 1,2; 2,5; 3,3; Adj 1000 до 200 20 65 85 + / + 1 ... 22 0,05 ... 0,15 DFN6 (3 × 3 мм) LD39200 1,25 ... 6,0 3,3; Adj 2000 до 135 100 50 24 + / + 1 ... 22 0,05 ... 1,2 DFN6 (3 × 3 мм), DFN8 (4 × 4 мм) LDK120 1,9 ... 5,5 0,8; 1,0; 1,1; 1,2; 1,5; 1,8; 2,5; 2,8; 2,9; 3,0; 3,1; 3,2; 3,3; 3,5; Adj 200 до 150 30 55 51 +/- 1 ... 22 0 ... 10 SOT23-5L, SOT323-5L, DFN6 (1,2 × 1,3 мм) LDK130 1,9 ... 5,5 0,8; 1,1; 1,2; 1,5; 1,8; 2,5; 2,9; 3,0; 3,2; 3,3; Adj 300 до 200 30 55 51 +/- 1 ... 22 0 ... 10 SOT23-5L, SOT323-5L, DFN6 (1,2 × 1,3 мм) LDK220 2,5 ... 13,2 1,2 ... 1,8; 2,5 ... 3,3; 3,6; 4,0; 4,2; 5,0; 6,0; 8,5; 9,0; Adj 200 до 200 40 45 20 +/- 1 ... 22 0,05 ... 0,9 SOT23-5L, SOT323-5L, DFN6 (1,2 × 1,3 мм) LDLN015 2,1 ... 5,5 1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,5; 2,8; 3,0; 3,3 150 до 86 17 89 6,3 ... 9,9 +/- 0,33 ... 10 005 ... 0,6 DFN6 (2 × 2 мм) LDCL015 1,8 ... 5,5 3,3; Adj 150 до 70 120 51 40 +/- Будь-яка Будь-SOT23-5L STLQ50 2,3 ... 12 1,8; 2,5; 3,3; 5,0; Adj 50 до 350 3 30 560 - / - 0,22 ... 4,7 0 ... 10 SOT323-5L STLQ015 1,5 ... 5,5 1,2; 1,5; 1,8; 2,5; 2,8; 3,0; 3,1; 3,3 150 до 112 1 30 75 +/- 0,47 ... 10 0,056 ... 6 SOT666 ST715 2,5 ... 24 2,5; 3,3; Adj 85 до 500 4,15 45 95 - / - 0,47 ... 1 0 ... 1,5 SOT23-5L, SOT323-5L, DFN8 (3 × 3 мм)

Примітки:

1. на максимальному вихідному струмі;
2. на частоті 10 кГц;
3. в діапазоні частот від 10 Гц до 100 кГц;
4. в дужках вказані значення для режиму Green.

Мікропотужні LDO-стабілізатори

Як відомо, у багатьох схем з широким діапазоном напруги живлення при підвищенні напруги збільшується споживаний струм, тому для збільшення терміну служби комплекту батарей слід стабілізувати напругу на мінімально допустимому рівні, при якому ще не порушується робота схеми [4]. Однак при цьому потрібно враховувати струм споживання самого LDO - він повинен бути набагато нижча за ту різниці, яку ми намагаємося заощадити. Також потрібно враховувати мінімальне падіння напруги на стабілізаторі, тому що чим воно вище - тим раніше у нас сядуть батарейки. І якщо років 20 тому розробникам були доступні тільки мікросхеми сімейства КРЕН до типового споживаним струмом більше 3 мА, то зараз вибір набагато ширше.

Мал. 3. Внутрішня схема типового LDO-стабілізатора (STLQ015)

Для роботи в Мікропотужні режимі найкраще підходить STLQ015 - унікальний стабілізатор зі споживанням близько 1 мкА (до 2,4 мкА при максимальному струмі навантаження) і падінням напруги менше 112 мВ. При цьому його вихідна напруга у всьому робочому діапазоні змінюється не більше, ніж на 3 ... 5%. Схема стабілізатора - найпростіша (рисунок 3), без будь-яких додаткових опцій. Трохи вище енергоспоживання у STLQ50 . Ця мікросхема здатна працювати при вхідній напрузі до 12 В. А ST715 , При споживаної струмі 4,5 мкА і порівняно невисокій вартості, здатна витримувати вхідну напругу до 26 В. Мікросхеми виготовляються в корпусах середніх розмірів і ідеально підходять для пристроїв з батарейним харчуванням - при струмі навантаження не більше одиниць мікроампер навіть маленька батарейка CR2032 в пристрої з STLQ015 буде працювати десятки років!

мікросхема STLQ015 має вхід включення EN - стабілізатор включається при напрузі на цьому вході вище 0,7 В. Однак через витоки в каналі регулюючого транзистора при роботі мікросхеми без навантаження, в вимкненому стані вихідна напруга може трохи підвищуватися. При наявності навантаження на виході (струм порядку одиниць ... сотень нА і більше) цього ефекту вдається уникнути.

STLQ015 стійка при ємності вихідного конденсатора 0,47 ... 10 мкФ (ESR 0,056 ... 6 Ом), STLQ50 - 0,22 ... 4,7 мкФ (ESR 0 ... 10 Ом), ST715 - 0,47 ... 1 мкФ (ESR 0 ... 1,5 Ом). Ємність вхідного конденсатора повинна бути не менше 1 мкФ (0,1 мкФ для ST715). При видаленні стабілізатора на відстань більше 5 ... 10 см від джерела живлення ємність вхідного конденсатора рекомендується приймати значно більшу.

Окремо слід згадати мікросхему LD39130S - унікальний стабілізатор з автоматичним перемиканням в мікропотужний режим Green при зниженні струму навантаження (рисунок 4). На малих токах ( «сплячий режим», струм навантаження менше 1 ... 2 мА) мікросхема працює в економічному режимі (Green) з типовим споживаним струмом близько 1 мкА. Як тільки струм навантаження перевищить 10 мА ( «пробудження» системи), мікросхема переходить в нормальний режим зі споживанням від 55 мкА і досить високими динамічними характеристиками. Завдяки цій опції мікросхема незамінна для пристроїв з автономним живленням, які періодично «прокидаються» і в активному режимі вимагають підвищеної стабільності напруги живлення.

Мал. 4. Внутрішня схема LD39130S

Мікросхема оснащена функцією плавного старту до типового часом включення близько 100 мкс і здатна видавати в навантаження до 300 мА з автоматичним обмеженням струму на рівні 50 мА при короткому замиканні. Стабілізатор випускається в четирехвиводном сверхминиатюрном корпусі типу CSP з відключається функцією режиму Green і в шестівиводном корпусі типу DFN6 з висновком для примусового відключення цього режиму. Ємність вихідного конденсатора може бути в межах 0,33 ... 22 мкФ (рекомендується 1 мкФ), його ESR - 0,1 ... 4 Ом.

Малошумливі стабілізатори з високим коефіцієнтом придушення пульсацій напруги

Для деяких пристроїв є критичним не тільки падіння напруги на каналі стабілізатора, але і амплітуда шуму і вібрацій в ланцюгах харчування. І якщо раніше для зниження пульсацій доводилося встановлювати на виході стабілізатора смугові LC-фільтри, то зараз в більшості випадків досить просто вибрати більш малошумящий LDO-стабілізатор з високим коефіцієнтом SVR.

Один з кращих в своєму класі - LDLN015 . При порівняно невеликому споживаної струмі (17 мкА) амплітуда шумів на його виході дорівнює приблизно 6,3 мкВ / В, при збільшенні струму навантаження до 150 мА вона збільшується до 9,9 мкВ / В. SVR на частотот до 10 кГц перевищує 85 дБ при будь-якому струмі навантаження - досягти таких показників вдалося за допомогою додаткового RC-фільтра і буферного підсилювача (рисунок 5). Завдяки використанню досить потужного регулюючого транзистора мінімальне падіння на його каналі не перевищує 86 (максимум - 150) мВ на максимальному струмі навантаження і, при зменшенні струму до 50 мА, знижується приблизно до 35 мВ. Мікросхема зберігає стабільність при ємності вихідного конденсатора в межах 0,33 ... 10 мкФ з ESR в межах 0,05 ... 0,6 Ом або 4,7 мкФ з ESR 0 ... 0,6 Ом, рекомендується конденсатор ємністю 0,47 мкФ.

Мал. 5. Внутрішня схема малошумящего стабілізатора LDLN015

LD59015 при немного гіршіх характеристиках пред'являє набагато Менш жорсткі вимоги до віхідного конденсатору - его ESR может буті 0,05 ... 8 Ом. На Відміну Від других малошумлівіх стабілізаторів, цею НЕ містіть проміжного фільтра и Додатковий підсілювача. LD39015 при набагато менших спожіваної струмі має подібні характеристики и практично нульовий Падіння напруги на каналі при малих токах НАВАНТАЖЕННЯ. Для цього стабілізатора ESR вихідного конденсатора повинен бути в межах 0,15 ... 2 Ом.

Стабілізатори з наднизьким падінням напруги

Мал. 6. LDO-стабілізатори з наднизьким падінням напруги

Єдиний спосіб збільшити ККД лінійного регулятора - це зменшити до мінімуму падіння напруги на каналі регулюючого елемента. Особливо критично це для мініатюрних потужних регуляторів, де кожні додаткові 50 мВ падіння напруги перетворюються в сотні мВт тепла, що виділяється, яке досить складно розсіювати в компактному корпусі сучасних пристроїв. Тому для харчування таких схем компанія STMicroelectronics пропонує розробникам мікросхеми з падінням напруги менше 100 мВ.

Найкращі характеристики має недавно анонсована ST1L08 - при струмі навантаження до 800 мА мінімальне падіння на каналі її транзистора складає всього 70 мВ (рисунок 6)! З серійному виробництві стабілізаторів варто відзначити LD3985 и LDS3985 , У яких при зменшенні струму навантаження до найнижчого значення мінімальне падіння зменшується до 0,4 мВ. Для зниження шумів ці мікросхеми мають додатковий буферний підсилювач з висновком для підключення зовнішнього фільтруючого конденсатора (рисунок 7) ємністю 0,01 МКФ. Вимоги до вихідного фільтруючого конденсатора мінімальні - його ємність повинна бути 1 (2,2 для LDS3985 ) ... 22 МКФ, а ESR - від 0,005 до 5 Ом.

Мал. 7. Внутрішня схема LD3985 і LDS3985

На окрему увагу заслуговує мікросхема LDCL015 - при непоганих характеристиках і наднизькому падінні напруги (до 70 мВ на максимальному струмі і до 50 мВ при струмі 100 мА) це один з небагатьох LDO-стабілізаторів, здатних працювати взагалі без вхідного і вихідного конденсаторів! Досягти цього вдалося, використовуючи схему на операційному підсилювачі з достатнім запасом по фазі при будь-якої ємності вихідного конденсатора. Але для поліпшення динамічних характеристик і зниження вихідного шуму рекомендується поставити на вході і виході стабілізатора конденсатори ємністю від 0,1 мкФ (оптимально - 1 мкФ) з будь-яким ESR.

потужні стабілізатори

Деякі пристрої (приймачі, ехолоти, модулі GSM, схеми з FPGA) потребують досить потужному і в той же час малошумні джерелі живлення, тому для їх харчування, якщо потрібна висока енергоефективність, зазвичай використовують імпульсний перетворювач з потужним LDO-стабілізатором на виході. З огляду на зазвичай невелике падіння напруги на каналі такого стабілізатора, навіть мініатюрна мікросхема в корпусі DFN розміром 3х3 мм здатна без перегріву якісно стабілізувати напругу при струмі до декількох ампер.

Одні з кращих в цій галузі - LD39050 (Струм навантаження до 0,5 А), LD39100 (До 1 А) і LD39200 (до 2 А) (рисунок 6). При значенні падіння напруги менше 200 мВ вони мають чудові характеристики - придушення пульсацій на критичних для потужних пристроїв частотах до 1 кГц досягає 70 дБ, а шум на виході не перевищує 100 мкв (для LD39200 при струмі навантаження 10 мА - всього 24 мкв, мікросхема має проміжний RC-фільтр). Мікросхеми мають значний запас по струму - у LD39050 обмеження струму відбувається на рівні 0,8 А, у LD39100 - 2,5 А, а у LD39200 - 3,5 А. Це дозволяє схемою витримувати короткочасні значні перевантаження. На додаток до перерахованого LD39200 має захист від зворотного потоку - коли вихідна напруга з якої-небудь причини вище вхідного і ток починає текти через паразитний діод регулюючого транзистора, мікросхема переходить в режим обмеження струму. А в вимкненому стані, при нульовому рівні на вході Enable, і якщо вихідна напруга більше нуля, LD39200 розряджає вихідні конденсатори невеликим струмом порядку декількох мікроампер.

Всі мікросхеми мають вихід Power Good для інформування керівника мікроконтролера - як тільки напруга на виході перевищить 0,92 * VOUT - транзистор на цьому виході закривається і зовнішня підтяжка встановлює високий логічний рівень. Відкриється транзистор тільки після того, як вихідна напруга знизиться приблизно до 0,80 * VOUT, згенерувавши тим самим переривання для мікроконтролера. Вихід є відкритий колектор, напруга підтяжки - до 7 В, рекомендований опір резистора підтяжки - 100 ... 1000 кОм.

Як і всі потужні LDO-стабілізатори, ці мікросхеми висувають підвищені вимоги до трасуванні друкованої плати - вхідний і вихідний конденсатори повинні бути розташовані не далі 10 мм від висновків мікросхем. Для поліпшення тепловідводу необхідно передбачити під центральним контактом мікросхеми полігон максимально можливої ​​ширини, який через перехідні отвори з'єднується із суцільною землею на нижньому шарі.

Для стабільної роботи мікросхем необхідний вихідний конденсатор ємністю 1 ... 22 мкФ, його ESR для LD39050 повинен бути в межах 0,05 ... 0,8 Ом, для LD39100 - 0,05 ... 0,15 Ом. LD39200 менш вимоглива - їй достатньо конденсатора з ESR 0,05 ... 1,2 Ом. Рекомендується використовувати вхідний і вихідний конденсатори ємністю 1 мкФ, максимальна ємність вхідного конденсатора не обмежена.

мініатюрні стабілізатори

Глобальна мініатюризація пристроїв висуває нові вимоги до стабілізаторів, і LDO виробництва компанії STMicroelectronics гідно їх витримують - на ринку представлені стабілізатори в корпусах STAMP і CSP розміром від 0,47х0,47 мм (менше макового зерна), і в пластиковому корпусі DFN розміром від 1х1 мм (рисунок 8). Тільки завдяки переходу на такі корпусу промисловість змогла зменшити сучасні мобільні пристрої до дійсно мобільних розмірів.

Мал. 8. Надмініатюрні LDO-стабілізатори

Найменші розміри має стабілізатор LDBL20 в запатентованому компанією корпусі STAMP - при розмірах всього 0,47х0,47 мм він здатний видавати в навантаження струм до 200 мА! Малошумящий стабілізатор LD39115J виготовлений в трохи більшому корпусі і при споживаної струмі 20 ... 35 мкА (в залежності від вихідного струму) здатний видавати в навантаження до 150 мА з лінійною залежністю мінімального падіння напруги практично від нуля до 80 мВ при струмі 0 ... 100 мА. При цьому, коли струм навантаження змінюється від 1 до 100 мА (тривалість фронтів струму дорівнює 5 мкс), просадка вихідної напруги не перевищує 40 мВ ( «пік-пік») - досить непоганий результат для такого стабілізатора. Мікросхема стабільна при ємності вихідного конденсатора 1 ... 22 мкФ з ESR в межах 0,1 ... 1,8 Ом.

стабілізатор LD39020 має вбудований проміжний RC-фільтр на виході джерела опорного напруги, тому забезпечує чудове придушення пульсацій напруги живлення: на частотах до 1 кГц коефіцієнт SVR перевищує 70 дБ для струму навантаження 0 ... 100 мА, а на частотах до 10 кГц - перевищує 60 дБ для струму 0 ... 200 мА. Мікросхема випускається як зі стандартною похибкою установки вихідної напруги ± 2% ( LD39020 ) Так і з підвищеною до ± 0,5% (LD39020А) при температурі 25 ° С і струмі навантаження 1 мА. Опціонально може мати вбудований транзистор з опором каналу 100 Ом для розряду вихідних конденсаторів при нульовому рівні на вході Enable ( LD39020D , LD39020AD). Незважаючи на мініатюрні розміри корпусу (всього 1х1 мм), його будова досить зручне навіть для ручного монтажу.

Ємність вихідного конденсатора для LD39020 повинна бути в межах 0,22 ... 22 мкФ (рекомендується по 1 мкФ для вхідного і вихідного), його ESR повинен бути 0,05 ... 0,9 Ом.

Також до розряду мініатюрних можна віднести розглянутий раніше енергоефективний стабілізатор LD39130 - мікросхема має версію LD39130SJ в корпусі CSP розміром 0,69х0,69 мм.

Стандартні LDO-стабілізатори

Іноді до стабілізатора не пред'являється ніяких особливих вимог - підійде практично будь-яка мікросхема з малим падінням напруги, і тоді розробник просто сортує за ціною список варіантів. Розглянемо сімейства недорогих стабілізаторів виробництва компанії STMicroelectronics, які здатні на рівних конкурувати з пропозиціями від інших виробників.

LDK120 и LDK130 - недорогі LDO-стабілізатори 200 і 300 мА відповідно (рисунок 9), з падінням напруги до 100 мВ при струмі навантаження 100 мА і з досить непоганими іншими характеристиками. За допомогою опціонального фільтруючого конденсатора можна значно поліпшити електричні характеристики мікросхеми - зменшити амплітуду вихідного шуму з приблизно 150 до 51 мкВ / В і збільшити придушення пульсацій напруги живлення з 35 ... 30 дБ до 55 ... 50 дБ (на частотах 10 ... 100 кГц). Однак усіх цих переваг позбавлена ​​версія мікросхеми з нефіксованим вихідним напругою, так як вона не має входу для підключення фільтруючого конденсатора. Мікросхеми випускаються як в мініатюрних корпусах типу DFN6, так і у відповідних для ручної пайки корпусах SOT23-5L і SOT323-5L, і для нормальної роботи їм досить вхідного конденсатора ємністю від 1 мкФ і більше і вихідного - ємністю 1 ... 22 мкФ з ESR практично від нуля до 10 Ом.

Мал. 9. Внутрішня схема LDK120 і LDK130

LDK220 - малошумящий стабілізатор 200 мА з максимальним вхідною напругою до 13,2 В. Один з небагатьох порівняно високовольтних LDO-стабілізаторів, що мають версію в мініатюрному корпусі розміром 1,2х1,3 мм. Ємність вихідного конденсатора повинна бути в межах 1 ... 22 мкФ, його ESR - 0,05 ... 0,9 Ом, причому при ємності від 4,7 мкФ його ESR може бути дорівнює практично нулю.

Висновок

LDO-стабілізатори міцно зайняли своє місце під сонцем, витіснивши з низьковольтних схем класичні лінійні стабілізатори. Тільки з їх допомогою можна з мінімальними витратами збільшити термін служби батарей мініатюрного пристрою, одночасно забезпечивши його компоненти стабілізованою харчуванням. Компанія STMicroelectronics не зупиняється на досягнутому і анонсує нові мікросхеми з ще кращими характеристиками.

література

1. Сергій Крівандіно. Шуми в лінійних стабілізаторах, їх джерела і методи зменшення .// Новини електроніки №4 / 2006.
2. AN-одна тисяча сто сорок вісім Linear Regulators: Theory of Operation and Compensation. Application Report
3. AN-тисяча чотиреста вісімдесят два LDO Regulator Stability Using Ceramic Output Capacitors. Application Report
4. Michael Day. Using power solutions to extend battery life in MSP430 applications .

Отримання технічної інформації , замовлення зразків , замовлення і доставка .

Про компанію ST Microelectronics

Компанія STMicroelectronics є №1 виробником електроніки в Європі. Компоненти ST широко представлені в оточуючих нас споживчих товарах - від iPhone до автомобілів різних марок. Лідери індустріального ринку вибирають компоненти ST за їх надійність і видатні технічні параметри. У компанії ST працює 48 000 співробітників в 35 країнах. Виробничі потужності розташовані в 12 країнах світу. Понад 11 тисяч співробітників зайняті дослідженнями і розробками - інноваційне лідерство ... читати далі