Cinq détails de conception du régulateur de tension linéaire

Résumé : Régulateur de tension linéaire(LDO)Ça a l'air simple.,Mais dans de nombreux cas,LDOLa performance de.Cet article explore5Situation,Y compris le démarrage、Courant statique près de la différence de tension minimale、Réponse transitoire à la charge、PSRREt le bruit,Et protection des entrées.Comprendre cela aide à améliorer la sélection et le débogage des produits.

Introduction
Lors de la recherche d'un régulateur de tension linéaire,Face à un nombre illimité de modèles de produits,L'outil de recherche de paramètres peut réduire la sélection à quelques - uns,Ça a l'air très simple..Quelle tension de sortie est nécessaire？Quel est le courant de charge?？Quelle est la plage de tension d'entrée à supporter？Sous quelle pression différentielle le le pressuriseur doit - il fonctionner?？Quelle est la tension d'entrée maximale？Dimensions de l'emballage et des éléments extérieurs？Ensuite, les détails..Et si la charge est très sensible aux fluctuations de puissance？Peut nécessiter un bruit de sortie très faible et un bruit de sortie très élevéPSRR.Si la conception est alimentée par batterie,Les exigences en matière de courant statique seront également très strictes..
Maintenant,Vous avez réduit la portée à des appareils qui répondent à des applications spécifiques.Mais ce n'est pas fini..Avant la décision finale,Ci - dessous5Il y a plusieurs facteurs à prendre en considération..

• Comment démarrer le pressuriseur？
• Près de la pression différentielle minimale,Le courant statique reste - t - il très faible?？
• Pour la charge réelle,Au lieu des données d'essai du manuel de données,Quelle est la réponse transitoire de la charge du dispositif?？
• LDOLes ondulations de sortie dépendent principalementPSRR,Ou principalement parLDOLe bruit de sortie détermine？
• Quels sont les paramètres de l'état d'arrêt du dispositif?？
Pourquoi ces questions sont - elles si importantes?？En application pratique, Certaines performances du régulateur de tension linéaire peuvent vous faire vous sentir étrange , Un temps supplémentaire est nécessaire pour diagnostiquer la défaillance de la carte de circuit , Il faut même le redessiner. .
Paire de notes pour cette application LDO Les points ci - dessus sont expliqués . J'espère que cela vous aidera à choisir et à concevoir votre régulateur de tension linéaire .
1.Démarrage
La plupart des régulateurs de tension sont équipés d'entrées activées , Pour contrôler l'alimentation ou l'arrêt du régulateur de tension ,Pour économiser de l'énergie. Les régulateurs de tension avec entrée activée ont généralement également une fonction de démarrage souple . Un démarrage souple empêche la surcharge de la puissance d'entrée lorsque le régulateur est allumé . Le démarrage en douceur est généralement effectué de l'une des deux façons suivantes: .
Démarrage en douceur actuel
La première méthode est le démarrage en douceur du courant . La plupart des régulateurs de tension ont des limites de courant ; Le démarrage en douceur du courant est lent ou progressif jusqu'à cette limite de courant . Comme la capacité de sortie est beaucoup plus faible que le courant de charge maximal , Le démarrage en douceur provoque une augmentation lente de la tension de sortie . L'avantage du démarrage en douceur actuel est que le courant d'entrée du régulateur augmente régulièrement , Le courant transitoire de démarrage de la charge n'est pas transmis à l'entrée .
Lorsque la charge est activée , Vous remarquerez peut - être un point où la pente de la tension de sortie change soudainement de direction. . Ceci est dû au fait que le circuit de charge est ouvert et qu'il tente de démarrer le fonctionnement avec le régulateur de tension à courant limité. . Si le courant de charge dépasse le courant de démarrage souple , La charge elle - même entrera dans un état de sous - tension , Provoque une réinitialisation . Avec le courant de charge allumé et éteint , Ce cycle se poursuit . Enfin, le courant de démarrage souple atteint un niveau suffisamment élevé , Capable de supporter l'alimentation en charge ,Réinitialisation de la libération, Réveil normal du circuit de charge .
Démarrage en douceur de la tension
Le deuxième démarrage en douceur est une tension de sortie lente . Une augmentation lente de la tension de sortie provoque un changement monotone de la tension de sortie , Pas de transitoires de tension lorsque le circuit en aval est ouvert . Cela empêche également la charge d'entrer dans l'état de Réinitialisation plusieurs fois , Parce que la tension de sortie ne traverse le seuil de sous - tension de charge qu'une seule fois .
Le courant de surtension pendant le démarrage en douceur de la tension dépend de la tension de sortie et de la pente de variation de la tension de sortie. , Plus le courant absorbé par la charge .Typiquement, Courant de sortie nominal maximal approximatif par courant de surtension 1%à10% ( Utiliser la capacité de sortie minimale recommandée ) Pour régler la pente de la tension de sortie . Régler le courant de surtension à moins de 10%, Fournit une marge pour le courant nécessaire à la charge et à toute capacité de sortie supplémentaire . L'inconvénient est que le courant d'entrée est lié au changement de charge ,Pas de contrôle direct; L'avantage est d'éviter les réinitialisations multiples du système .
Fig.1 Comparaison entre le démarrage en douceur courant et le démarrage en douceur tension .
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Fig.1. Comparaison entre le démarrage en douceur courant et le démarrage en douceur tension
2. Courant statique et différence de tension
Si le système est alimenté par batterie , Le courant d'alimentation du régulateur de tension est très important . Le circuit de charge peut fonctionner brièvement , Puis en mode veille pendant longtemps ,Pour économiser de l'énergie.En ce moment, La durée de vie de la batterie dépend en grande partie du courant statique du régulateur de tension et de la charge. .Si c'est le cas, Le choix d'un régulateur de tension linéaire à faible courant statique doit être envisagé. .
Supposons qu'avec la consommation d'énergie de la batterie , Faire en sorte que la différence de pression entre l'entrée et la sortie soit très faible . Régulateur de tension linéaire pour le moment , Même si le courant de charge est très faible , Il est obligatoire. FETConduction, Réduire au minimum la chute de tension entre l'entrée et la sortie . Le problème potentiel de fonctionnement à basse pression différentielle est: , Sortie du régulateur d'entraînement FET Le circuit d'entraînement de porte de (Fig.2).De faire“Mode veille”Devient“ Mode de décharge rapide de la batterie ”.
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Fig.2. Pression différentielle la plus basse ,MG L'impédance d'entraînement provoque une augmentation du courant statique .
Même si c'est bien. ICConception, Il n'est pas rare non plus que le courant statique augmente dans des conditions de pression différentielle minimale . Augmentation du courant d'alimentation à faible différence de tension 2 C'est fréquent. , Certains modèles ont même augmenté 10Fois ou plus. Certains appareils EC La relation correspondante entre la différence de tension et le courant d'alimentation est donnée dans le tableau ou dans la courbe caractéristique de fonctionnement typique de la relation entre le courant statique et la tension d'entrée. .Mais plus souvent, Le manuel de données indique le courant d'alimentation sous la différence de haute tension .
Pour des applications spécifiques , Si le courant statique à basse tension différentielle est très important , Il convient de choisir LDO, Ou effectuer des mesures réelles , Déterminer si le rendement satisfait aux exigences .
3.Réponse transitoire à la charge
Pendant les changements rapides de charge , La plupart des régulateurs de tension ont la capacité de maintenir la sortie dans la plage de tension stabilisée .Lorsque la charge change,ProduitsFET L'entraînement de la porte doit changer en conséquence . Le temps nécessaire pour que l'entraînement de la porte atteigne un nouveau niveau détermine la descente transitoire ou la surtension de la tension de sortie. .
Les transitoires rapides à pleine charge provoquent une descente transitoire dans le pire des cas . Avant de sélectionner le régulateur de tension , Toujours vérifier la réponse transitoire .Et de1% Pleine charge par rapport à la condition initiale ,De10% Le démarrage à pleine charge donne généralement de meilleurs résultats ;Parce que10% Préconcentration de la charge et 1% Comparaison du pré - décalage de charge ,ProduitsFET La tension de la porte est plus proche de sa valeur finale . La charge passe de vide à pleine charge , Il est difficile d'obtenir une meilleure réponse transitoire à la charge .
La charge de sortie minimale du régulateur de tension peut éviter les transitoires de charge élevés dans une certaine mesure. , Mais ce n'est pas une solution efficace . Lorsque le régulateur passe de la pleine charge à la charge légère , La sortie est souvent surchargée . Et le processus de récupération du pressuriseur de l'état de surtension , L'appareil est dans un état plus sensible —— La sortie pour le momentFET Pas de biais du tout .Dans cet état, Si une autre étape de charge se produit , La sortie s'effondre , Plus grave que la première fois .
S'il y a une ouverture rapide 、 Conditions d'arrêt de la charge , Il est préférable de vérifier la réponse transitoire de charge de chaque régulateur dans des conditions similaires .(Fig.3) Les performances pendant les transitoires de charge à double impulsion sont indiquées. .
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Fig.3. Chute de sortie en cas de charge transitoire à double impulsion .
4. Rapport de rejet du bruit et de la puissance (PSRR)
C'est évident., La plupart des régulateurs de tension conçus pour une sortie à faible bruit sont également excellents PSRR.Pour quelque raison que ce soit, La charge est très sensible aux ondulations de puissance .
Lors de l'utilisation du régulateur de tension de commutation ,PSRR Plus grave que le bruit de sortie .Par exemple,, L'extrémité avant d'un régulateur linéaire utilise la tension générée par le régulateur de descente comme entrée , Et la charge à la sortie est très sensible au bruit . Si l'ondulation du régulateur de descente est 50mVP-P @ 100kHz, Régulateur de tension linéaire à 100kHzEn basPSRRPour60dB, L'ondulation de sortie est 50UVP-P, Le bruit de sortie équivalent est d'environ 15uVRMS. Et le même régulateur de tension linéaire 10Hzà100kHz Le bruit total de sortie dans la bande passante peut être inférieur à 5uVRMS,Parce quePSRR Et ondulation de tension d'entrée , De telle sorte que le bruit généré par l'ondulation de sortie atteigne le bruit du régulateur lui - même 3X,Par exemple:(Fig.4)Comme indiqué.
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Fig.4. La variation de l'indice de bruit de sortie dépend principalement PSRR.
Pour des tensions de sortie plus élevées , Le bruit de sortie du régulateur linéaire peut devenir PSRRFacteurs déterminants. Ceci est dû à l'augmentation du bruit d'entrée de rétroaction après la tension partielle . Si un régulateur linéaire augmente le bruit du convertisseur 17V Conversion de la sortie en moins bruyante 16VAlimentation électrique, Ondulation inférieure à 100uV. à la fréquence de commutation PSRRPour60dB,50mVP-P Les ondulations du convertisseur Boost s'atténueront à 50uVP-P, Ou le bruit de sortie 15uVRMS.Si adopté5uVRMS Référence à faible bruit et entrée de l'amplificateur opérationnel de rétroaction , Regardons les problèmes de rétroaction. . Si l'entrée de rétroaction est ajustée à 1.25V, Le réseau de rétroaction de résistance définit la sortie à 16V, Le bruit de sortie augmentera à 5uVRMS x (16V/1.25V),C'est - à - dire:64uVRMS, Cela pourrait être la principale source de bruit .(Fig.5) Affiche une dégradation des performances acoustiques de sortie due à la sortie haute tension .
Lors de la recherche d'un régulateur de tension linéaire , Si une charge sensible au bruit est alimentée , En général, il faut tenir compte à la fois du bruit de sortie ,Il faut aussi y réfléchir.PSRR.
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Fig.5. Dégradation des performances sonores due à la sortie haute tension .
5.Protection des entrées
Le régulateur de sortie du régulateur de tension linéaire contient principalement des diodes corporelles , La Diode empêche une sortie supérieure à l'entrée 0.7VCi - dessus.Dans la plupart des cas, La Diode n'est pas un problème , Mais ça peut causer des problèmes dans deux cas. .
Protection contre la tension inverse dans certains cas , La tension d'entrée peut être inversée , Provoque une inversion de polarité ,Comme le placement9V Les deux contacts métalliques de la batterie . Bien que les connecteurs empêchent la batterie de se connecter en permanence , Mais il y a quelques secondes ou plus de tension inverse lorsque l'utilisateur change la batterie .
La protection contre la tension inverse permet une tension de broche d'entrée inférieure au potentiel au sol , Ne pas absorber de courant significatif .Pour ce faire, La sortie doit être effectuée par un interrupteur série FET La Diode du corps est déconnectée . La plupart des régulateurs de tension comprennent des diodes , Empêcher toute tension de broche inférieure au potentiel au sol , Empêcher la décharge électrostatique des broches ,C'est - à - dire:ESD. Pour la protection contre la tension inverse , L'effet de la diode doit également être éliminé. , Et prendre différents dispositifs de protection ,Voir(Fig.6).
MAX1725 Est un dispositif de protection contre la tension inverse , L'entrée admissible est inférieure au potentiel au sol 12V, N'absorbe pas un courant important .
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Fig.6. Protection contre la tension inverse .
Protection contre le courant inverse la protection contre le courant inverse des régulateurs linéaires est facilement confondue avec la protection contre la tension inverse. . Bien que les effets soient similaires , Sont des sorties bloquées FET Conduction de courant inverse de la diode corporelle , Mais la méthode de contrôle est complètement différente .(Fig.7) Le principe de fonctionnement de la protection contre le courant inverse est indiqué. .
Pour les cas de charge Capacitive élevée ,Par exemple, Circuit audio avec de nombreux condensateurs de débogage d'alimentation distribuée , Alimentation par régulateur linéaire . On suppose également que ce régulateur linéaire est alimenté par un convertisseur de descente à courant élevé , En état d'arrêt , Le convertisseur court - circuite sa sortie au sol . Il n'est pas surprenant que nous découvrions , Lors du premier événement d'arrêt , Comme le réseau de condensateurs de charge est simultanément déchargé à travers la diode corporelle du régulateur linéaire , Le régulateur de tension linéaire peut être endommagé .
Régulateur de tension linéaire avec protection contre le courant inverse lorsque la tension d'entrée tombe en dessous de la tension de sortie , Déconnecter la diode du corps , Ce problème peut être évité . Si la tension de sortie est dans la plage de stabilisation avant ,ProduitsFETÇa va marcher, Avant de déclencher le circuit de protection , Il y aura une petite quantité de courant inverse .Attention!, La protection contre le courant inverse élimine simplement le courant de la sortie à l'entrée , Mais le courant n'est pas bloqué lorsque la tension de la broche d'entrée est inférieure au potentiel au sol , Comme la protection contre la tension inverse .MAX8902 Est un dispositif de protection contre le courant inverse , L'inversion de courant qui bloque la capacité de charge lorsque l'entrée est court - circuitée au sol .
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Fig.7. Protection contre le courant inverse .
Résumé
Nous avons discuté ci - dessus de quelques cas particuliers de régulateurs linéaires , Ces problèmes peuvent ne pas être détectés dans le manuel de données ou la recherche de paramètres . Il est parfois difficile de déterminer ce qui se passe avec chaque régulateur linéaire , Mais comprendre les problèmes potentiels vous donne l'avantage de trouver le bon appareil .