Какие ключевые особенности имеет линейный регулятор TPS799. Как он обеспечивает высокую стабильность выходного напряжения. Для каких применений наиболее подходит TPS799. Как рассчитать тепловой режим работы регулятора.
Основные характеристики линейного регулятора TPS799
TPS799 от Texas Instruments представляет собой линейный регулятор напряжения с малым падением напряжения (LDO), обладающий рядом важных особенностей:
- Максимальный выходной ток 200 мА
- Низкий ток покоя — всего 40 мкА (типовое значение)
- Сверхнизкий уровень шума на выходе
- Высокий коэффициент подавления пульсаций источника питания (PSRR) — 66 дБ на частоте 1 кГц
- Малое падение напряжения — около 100 мВ
- Доступны версии с фиксированным и регулируемым выходным напряжением
- Диапазон выходных напряжений от 1.2 В до 6.5 В
- Высокая точность выходного напряжения — ±2% во всем диапазоне нагрузок, входных напряжений и температур
Эти характеристики делают TPS799 отличным выбором для применений, требующих стабильного и чистого питающего напряжения, особенно в портативных и радиочастотных устройствах.
Принцип работы и особенности внутренней архитектуры
TPS799 построен на основе технологии BiCMOS, сочетающей биполярные и КМОП транзисторы. Это позволяет достичь низкого тока покоя, который практически не зависит от тока нагрузки. В основе работы регулятора лежит прецизионный источник опорного напряжения 1.2 В, реализованный на основе ширины запрещенной зоны кремния.
Контур отрицательной обратной связи постоянно отслеживает выходное напряжение и корректирует его при изменениях входного напряжения или тока нагрузки. Для обеспечения устойчивости в схему введена внутренняя частотная компенсация.
Защита от пусковых токов и плавный старт
Одной из важных особенностей TPS799 является защита от больших пусковых токов при включении. Как она работает? При первом включении выходной конденсатор разряжен и представляет собой практически короткое замыкание. Это может вызвать большой бросок тока.
TPS799 реализует защиту от пускового тока при использовании вывода разрешения работы (EN). Если сначала подать питание на регулятор, а затем активировать вывод EN, выходное напряжение будет нарастать плавно. Это достигается за счет использования внешнего конденсатора, подключенного к внутреннему источнику опорного напряжения.
Такой подход обеспечивает три преимущества:
- Устраняет бросок пускового тока
- Обеспечивает плавное нарастание выходного напряжения
- Снижает уровень шума при запуске
Обеспечение высокой стабильности выходного напряжения
TPS799 обеспечивает высокую стабильность выходного напряжения благодаря нескольким факторам:
- Высокий PSRR (коэффициент подавления пульсаций источника питания) — 66 дБ на частоте 1 кГц. Это означает, что пульсации входного напряжения ослабляются примерно в 2000 раз на выходе регулятора.
- Малое падение напряжения — всего около 100 мВ. Это позволяет регулятору стабильно работать даже при небольшой разнице между входным и выходным напряжением.
- Быстрая реакция на изменения нагрузки и входного напряжения. TPS799 способен быстро компенсировать броски нагрузки и колебания входного напряжения.
- Использование выходного конденсатора с низким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением). Это улучшает переходные характеристики и стабильность.
Все эти факторы в совокупности обеспечивают высокую точность выходного напряжения — в пределах ±2% во всем диапазоне нагрузок, входных напряжений и температур.
Применение TPS799 в радиочастотных устройствах
TPS799 особенно хорошо подходит для применения в радиочастотных (РЧ) устройствах, таких как мобильные телефоны, системы Bluetooth, WiFi и другие беспроводные устройства. Почему он так хорошо подходит для этих применений?
- Сверхнизкий уровень шума на выходе. Это критически важно для РЧ схем, так как шумы в цепях питания могут серьезно ухудшить качество сигнала.
- Высокий PSRR. Это позволяет эффективно подавлять помехи от источника питания, которые могли бы проникнуть в чувствительные РЧ цепи.
- Низкий ток потребления. Это увеличивает время автономной работы портативных устройств.
- Малые габариты корпуса. TPS799 доступен в миниатюрных корпусах BGA, SOT и SON, что позволяет экономить место на печатной плате.
Благодаря этим особенностям, TPS799 может обеспечить чистое и стабильное питание для чувствительных РЧ компонентов, таких как усилители, смесители и синтезаторы частоты.
Расчет теплового режима работы TPS799
При проектировании устройства с использованием TPS799 важно учитывать тепловой режим работы регулятора. Как правильно его рассчитать?
- Рассчитайте мощность, рассеиваемую на регуляторе: P = (Vвх — Vвых) * Iнагрузки
- Найдите в технической документации значение теплового сопротивления переход-окружающая среда (RØJA) для используемого корпуса.
- Рассчитайте повышение температуры регулятора: ΔT = P * RØJA
- Добавьте максимальную ожидаемую температуру окружающей среды: Tмакс = Tокр.макс + ΔT
- Убедитесь, что Tмакс не превышает максимально допустимую температуру 125°C.
Если расчетная температура превышает допустимую, рассмотрите следующие варианты:
- Использование корпуса с лучшим тепловым сопротивлением
- Уменьшение входного напряжения
- Использование радиатора или улучшение теплоотвода
- Выбор регулятора с большим допустимым током
Выбор внешних компонентов для TPS799
Правильный выбор внешних компонентов критически важен для оптимальной работы TPS799. Каковы основные рекомендации?
- Входной конденсатор: рекомендуется использовать керамический конденсатор емкостью 1-10 мкФ. Он помогает подавлять высокочастотные помехи от источника питания.
- Выходной конденсатор: TPS799 стабилен с керамическим конденсатором низкого ESR емкостью от 2 мкФ. Больший номинал улучшит переходные характеристики.
- Конденсатор NR (для версий с фиксированным напряжением): подключение конденсатора 10-100 нФ к выводу NR улучшает подавление шума и PSRR.
- Резисторы обратной связи (для регулируемой версии): используйте прецизионные резисторы с низким температурным коэффициентом для установки выходного напряжения.
При разводке печатной платы размещайте конденсаторы максимально близко к выводам регулятора. Это минимизирует паразитные индуктивности и улучшает стабильность работы.
Сравнение TPS799 с другими линейными регуляторами
Как TPS799 соотносится с другими популярными линейными регуляторами? Давайте сравним его с некоторыми аналогами:
- По сравнению с классическим LM317, TPS799 имеет значительно меньшее падение напряжения и более низкий ток покоя.
- В отличие от LM1117, TPS799 обеспечивает лучшее подавление шума и более высокий PSRR, что делает его предпочтительным для чувствительных аналоговых и РЧ схем.
- По сравнению с AMS1117, TPS799 имеет меньший выходной ток, но значительно лучшие шумовые характеристики и PSRR.
Основными преимуществами TPS799 являются сверхнизкий уровень шума, высокий PSRR и очень низкий ток покоя. Это делает его идеальным выбором для портативных устройств и чувствительных аналоговых схем, где критически важны чистота питания и энергоэффективность.
Обзор технического описания: Texas Instruments TPS799 Линейный регулятор напряжения с малым падением напряжения
Для просмотра этой страницы убедитесь, что в вашем браузере включен JavaScript.
При проектировании электронных схем вы обнаружите, что тратите огромное количество времени на просмотр спецификаций для всех различных…
John Teel
4 года назад
При проектировании электронных схем вы тратите огромное количество времени просмотр спецификаций для всех различных электронных компонентов. Умение читать таблицы данных является важным навыком для любого, кто хочет проектировать электронные схемы.
В этом первом обзоре технических данных (блог + видео) я собираюсь просмотреть технические данные относительно простого электронного компонента: линейного регулятора напряжения.
Эта статья была первоначально опубликована на PredictableDesigns.com, где пересекаются электроника и предпринимательство.
Загрузите их бесплатную шпаргалку 15 шагов по разработке вашего нового электронного оборудования .
Как бы просто это ни звучало, техническое описание регулятора напряжения может быть довольно сложным. Техническое описание, которое я рассмотрю в этом видео (TPS799 от Texas Instruments) занимает 42 страницы!
По мере усложнения компонента, например микроконтроллера или микропроцессора, таблица данных может занимать сотни страниц.
ПРИМЕЧАНИЕ. Это длинная и очень подробная статья, поэтому вот ее бесплатная версия в формате PDF для удобства чтения и использования в будущем.
TPS799 представляет собой линейный стабилизатор напряжения с током покоя 200 мА, сверхнизким уровнем шума, высоким PSRR и малым падением напряжения. Это определенно много, и в этом обзоре я подробно расскажу, что все это значит.
Давайте начнем с разбивки заголовка таблицы данных TPS799 « TPS799, 200 мА, низкий ток покоя, сверхмалошумящий линейный регулятор с высоким PSRR и малым падением напряжения».
200 мА
200 мА в названии означает, какой ток нагрузки может обеспечить регулятор. Гарантируется, что он сможет подавать такое количество тока нагрузки при любых условиях (температура, входное напряжение, колебания между частями и т. д.).
Как и большинство линейных регуляторов, TPS799 встроена схема ограничения тока, которая вызывает падение выходного напряжения при превышении этого предела.
Низкий ток покоя
Ток покоя — это ток, потребляемый самим компонентом. Вы увидите, что этот ток указан как ток покоя, ток заземления или ток питания. Все это в основном количество тока, которое сам компонент будет использовать при выполнении намеченной функции.
На первой странице таблицы данных вы можете видеть, что этот стабилизатор имеет типичный ток покоя всего 40 мкА, что довольно мало для линейного регулятора.
Существуют линейные стабилизаторы, потребляющие гораздо меньший ток, даже меньше микроампера тока покоя. Но у них не будет производительности, близкой к TPS799.
Сверхнизкий уровень шума
Далее в заголовке стоит «сверхнизкий уровень шума». Шум, с точки зрения электричества, отличается от того, что непрофессионал назвал бы слышимым шумом, который представляет собой просто колебания воздуха.
Электрический шум может означать много разных вещей в зависимости от типа цепи и применения, о которых вы говорите. Для линейного регулятора это относится к физическому шуму. Это шум на фундаментальном, физическом уровне, который создается различными компонентами и цепями.
Например, резистор является пассивным компонентом, но с ним связан шум, называемый тепловым шумом. Чем выше температура, тем больше шума, создаваемого резистором. 799 — это линейный регулятор, ориентированный на создание низкого уровня шума на выходе.
High-PSRR
PSRR означает коэффициент отклонения источника питания. Высокий PSRR означает, что регулятор имеет высокую степень подавления любых непреднамеренных пульсаций переменного тока на входе.
Если высокочастотный сигнал переменного тока непреднамеренно связан с входным напряжением, регулятор с высоким PSRR отклонит его и сохранит выходное напряжение чистым и стабильным.
PSRR аналогичен другой спецификации, называемой линейным переходным процессом. Переходный процесс в линии — это когда вы увеличиваете входное напряжение. «Ступенька» относится к быстрому переходу от одного напряжения к другому. Например, если входное напряжение должно быстро измениться с 4 В до 5 В, это будет шаг в 1 В.
Для идеального регулятора это не окажет никакого влияния на выходное напряжение, пока нижняя точка (4 В выше) ступени остается выше минимального входного напряжения, требуемого регулятором.
Ни один регулятор не идеален, и они будут передавать часть этого переходного процесса на выход, но он будет сильно ослаблен. Почти во всех случаях регулятор с высоким PSRR также будет демонстрировать хорошие переходные характеристики линии.
Low-Dropout
Далее идет low-dropout.
Дропаут для регулятора — это то, насколько близко могут быть вход и выход, чтобы части по-прежнему регулировали напряжение.
Если у вас пятивольтовый вход и 3,3-вольтовый выход, то у вас падение напряжения на регуляторе 1,7 вольта. Этого напряжения достаточно для работы большинства регуляторов.
Допустим, у вас вдруг есть входное напряжение 3,7 вольта от литий-ионного аккумулятора, и вы хотите выдать его как регулируемое 3,3. У вас на входе 3,7, на выходе 3,3. Это всего лишь разница в 400 мВ между входом и выходом.
Если эта разница ниже заданного напряжения отключения для стабилизатора, то регулятор больше не действует как регулятор. По сути, это небольшой резистор между входом и выходом.
Регулятор с малым падением напряжения позволяет использовать регулятор в приложениях, где вход и выход очень близки друг к другу. В большинстве случаев это наилучший вариант использования линейного регулятора.
Регулятор напряжения другого типа называется импульсным регулятором.
Импульсные регуляторы гораздо сложнее в использовании, поэтому я расскажу о них в следующем уроке.
Схема типового применения
В нижней части первой страницы вы увидите две схемы. Первая представляет собой типичную прикладную схему для версий с фиксированным выходным напряжением. Вторая схема — это схема для версии с регулируемым напряжением.
Рисунок 1 — Типовая схема применения для версий с фиксированным напряжением и версии с регулируемым напряжением.
Начнем с фиксированной версии, так как она самая простая. У вас есть три основных контакта, необходимых для регулятора: вход, выход и земля. Вам нужен конденсатор на выходе, а в идеале и на входе.
Затем у вас есть контакт включения, который в данном случае имеет активный высокий уровень. Это означает, что если контакт включения имеет высокий уровень, деталь включена. Если он низкий, деталь выключена. Наконец, есть вывод NR, который позволяет использовать дополнительный конденсатор.
Хотя NR означает шумоподавление, добавление этого конденсатора обеспечивает множество преимуществ, в том числе: снижение шума, улучшение PSRR, снижение пускового тока и устранение любых переходных выбросов выходного напряжения при запуске.
В версии с регулируемым напряжением почти то же самое, за исключением того, что теперь контакт NR отсутствует и заменен контактом обратной связи. Это позволяет использовать внешний резисторный делитель (R1 и R2) для установки выходного напряжения.
Конденсатор CFB, показанный на резисторе R1, предназначен для компенсации контура обратной связи. Для фиксированных версий все R1, R2 и CFB являются внутренними.
Недостатком регулируемой версии TPS799 является отсутствие штифта NR. Таким образом, регулируемая версия имеет значительно более низкий PSRR и более высокий выходной шум по сравнению с фиксированными версиями.
Если высокое значение PSRR и низкий уровень шума действительно критичны для вашего приложения, то вам определенно стоит использовать фиксированную версию.
Другие функции
Теперь я рассмотрю функции TPS799, выделенные на первой странице.
Рисунок 2 — Основные характеристики линейного регулятора TPS799
Регулятор с малым падением напряжения на 200 мА в соответствии с EN означает, что он имеет контакт включения, поэтому вы можете включать и выключать этот компонент.
Доступны версии с несколькими выходными напряжениями: Большинство стабилизаторов, как правило, бывают двух типов: версии с фиксированным выходным напряжением и версии с регулируемым выходным напряжением.
Используя два внешних резистора, вы можете запрограммировать регулятор на выход любого напряжения в пределах указанного диапазона. Для этого продукта оно может достигать 1,2 вольта и 6,5 вольта. Эти резисторы просто встроены в версии с фиксированным напряжением.
Причина, по которой 1,2 В является нижним пределом диапазона выходного напряжения, заключается в том, что 1,2 В — это напряжение внутреннего опорного напряжения регулятора. Затем это напряжение умножается на контур обратной связи, чтобы обеспечить предполагаемое выходное напряжение.
Например, если выходное напряжение установлено на 2,4 В, то выходное усиление равно 2x, поэтому внутреннее опорное напряжение 1,2 В на выходе удваивается.
Внутри любого регулятора находится эталон напряжения, который также называется эталоном ширины запрещенной зоны.
Напряжение запрещенной зоны является физической характеристикой самого кремния, поэтому эталоном всегда будет 1,2 В для конструкций микросхем на основе кремния.
Ключевой характеристикой эталона ширины запрещенной зоны является то, что его напряжение практически не зависит от температуры. Это важно, потому что на большинство элементов интегральной схемы сильно влияют изменения температуры.
Защита от пускового тока с EN Toggle: Пусковой ток возникает при первом включении стабилизатора, такого как линейный стабилизатор, и может быть огромное количество тока, который устремляется в часть для зарядки выходного конденсатора. Вы должны иметь в виду, что конденсатор, когда он не заряжен, по существу выглядит как короткое замыкание на землю.
При первом включении компонента выходной конденсатор не заряжается. Вы подаете входное напряжение, и вдруг регулятор думает: «О, у меня на выходе должно быть 3,3 В, а у меня 0 вольт». Таким образом, регулятор пытается быстро зарядить выходной конденсатор, подавая максимально возможный ток.
Когда выходной конденсатор зарядится и достигнет целевого выходного напряжения, этот ток исчезнет. У вас может быть огромный пусковой ток — мгновенный всплеск тока, когда вы впервые включаете регулятор, когда он заряжает выходной конденсатор.
TPS799 имеет защиту от пускового тока только в том случае, если вы сначала включите компонент, а затем переключите контакт включения.
Эта функция может быть реализована за счет использования внешнего конденсатора, подключенного к внутреннему эталону регулятора. Этот конденсатор заставляет выходное напряжение регулятора расти медленнее. Чем больше конденсатор, тем медленнее он работает.
Этот конденсатор служит трем целям: устраняет пусковой ток, обеспечивает плавное нарастание напряжения и снижает уровень шума.
Иногда, когда вы делаете полный оборот очень быстро, регулятор немного перегружается, а затем, в конце концов, за микросекунды возвращается к заданному напряжению. Но наличие этой защиты от пускового тока позволяет вам иметь гораздо более плавное увеличение выходного напряжения без каких-либо перерегулирований.
Низкий IQ: 40 мкА . Это типичный ток покоя, потребляемый TPS799. Просто имейте в виду, что это типичная спецификация, и ток покоя будет выше при более высоких температурах. Тем не менее, 40 мкА действительно очень мало для уровня производительности, который обеспечивает TPS799.
Рисунок 3 — Ток заземления в зависимости от температуры
TPS799 построен на основе технологии BiCMOS. BiCMOS — это процесс изготовления полупроводников, который включает в себя два типа транзисторов: биполярные транзисторы и транзисторы CMOS.
Вы увидите некоторые старые регуляторы, построенные с использованием только биполярных транзисторов. Но, как правило, я избегаю только биполярных стабилизаторов, потому что их большой недостаток заключается в том, что ток покоя увеличивается по мере увеличения тока нагрузки.
Однако стабилизатор BiCMOS будет иметь ток покоя, который практически не изменится в зависимости от тока нагрузки. Однако в биполярной конструкции процент тока нагрузки просто теряется в виде дополнительного тока заземления.
Высокий PSRR: 66 дБ при 1 кГц — Отклонение источника питания зависит от частоты. Все регуляторы гораздо лучше подавляют пульсации на более низких частотах, чем на более высоких.
Рисунок 4 — Зависимость PSRR от частоты для TPS799285 (Vin — Vout =1V)
Не хочу отходить от темы, но децибел — это логарифмическая шкала. 66 дБ — это примерно 2000. Это означает, что если вы подадите на вход синусоиду 1 вольт 1 кГц, то вы увидите ее на выходе, но она будет в 2000 раз меньше (с амплитудой всего полмилливольта).
Требование высокого PSRR и сверхнизкого шума становится особенно важным для радиочастотных (РЧ) цепей, поэтому TPS799 обычно используется в мобильных телефонах, беспроводных локальных сетях, Bluetooth, РЧ и т. д.
-ESR, 2 мкФ Типовая выходная емкость: Давайте начнем с того, что подразумевается под стабильностью. Линейный регулятор или любой регулятор имеет контур обратной связи.
По сути, обратная связь — это то, что позволяет линейному регулятору выдавать точный выходной сигнал, который остается постоянным даже при изменении входного напряжения и тока нагрузки.
Устройство постоянно измеряет выходной сигнал, а затем подает этот сигнал обратно в схему управления, чтобы схема могла внести необходимые корректировки для поддержания желаемого выходного напряжения.
Каждый день вы используете подобную обратную связь от ваших глаз, ушей и других органов чувств, чтобы постоянно корректировать любую задачу, которую вы выполняете.
Проблема с контуром обратной связи заключается в том, что он должен быть контуром отрицательной обратной связи. Допустим, выход пытается стать высоким, вы хотите, чтобы он возвращался через петлю обратной связи, чтобы регулятор сказал: «Выход становится высоким, мне нужно, чтобы выход работал как раз наоборот, чтобы он оставался на цели. Мне нужно снизить выходную мощность, чтобы компенсировать это». Это отрицательный отзыв.
Тогда как, если у вас положительный отзыв, то это может быть просто состояние бегства. Предположим, что выпуск увеличивается, тогда регулятор говорит: «Мне нужно увеличить выпуск».
Таким образом, выходной сигнал становится выше, а затем он снова возвращается, и контур управления говорит, что нужно подняться еще выше. У вас будет это состояние бегства.
По существу, то, что вы получите в регуляторе, если обратная связь станет положительной, будет колебанием. Внезапно ваш хороший, чистый, стабильный линейный регулятор теперь становится осциллятором. В 9В 9,9% случаев вы этого не хотите.
Очевидно, что бывают случаи, когда вам нужен осциллятор, но не на вашей линии питания. Регулятор должен быть стабильным во время работы. То, как вы это делаете, является действительно сложной темой, называемой компенсацией.
Внутри устройства есть конденсаторы и резисторы, которые обычно помогают гарантировать, что эта петля обратной связи никогда не станет положительной обратной связью. Частью необходимой компенсации является выходной конденсатор. В большинстве регуляторов на выходе должен быть конденсатор, который делает несколько вещей.
Действует как маленькая батарейка и накапливает заряд.
Давайте предположим, что вашей системе внезапно требуется быстрый всплеск тока быстрее, чем регулятор может обеспечить или отреагировать. Тогда конденсатор будет питать эту нагрузку.
Этот конденсатор также служит для стабилизации контура обратной связи регулятора.
Вы должны быть очень осторожны и следовать рекомендациям производителя конденсатора, который вы хотите использовать.
В этом случае в техническом описании TPS799 говорится, что он стабилен с конденсатором с низким ESR. ESR означает эквивалентное последовательное сопротивление. Любой конденсатор имеет последовательно включенный эквивалентный резистор, который находится внутри самого конденсатора.
Для многих старых регуляторов требуются конденсаторы (например, танталовые) с более высоким последовательным сопротивлением. Фактически они используют это ESR для компенсации петли обратной связи.
TPS799 работает с низким ESR, что позволяет использовать керамические конденсаторы. Конденсаторы с низким ESR также дадут вам лучшую переходную характеристику.
Но вам просто нужно убедиться, что регулятор будет работать стабильно с ним.
Минимальный выходной конденсатор емкостью 2 мкФ. Для некоторых продуктов потребуется 4,7 мкФ или 10 мкФ. Этот работает для 2 мкФ. Есть некоторые, которые уменьшают выходной конденсатор на 1 мкФ или даже меньше, чем микрофарад, но вам почти всегда нужен какой-то тип конденсатора на выходе.
Отличная нагрузка и реакция на переходные процессы в линии: Я уже говорил о переходных процессах в линии. Вот если вы быстро измените входное напряжение, как это повлияет на выходное напряжение?
Рисунок 5 — Переходная характеристика линии
Переходная характеристика нагрузки возникает всякий раз, когда вы выполняете шаг нагрузки. Допустим, регулятор сидит там, подавая только один миллиампер тока нагрузки. Но вдруг в системе что-то включается и регулятор должен почти мгновенно подать 200мА. Это переходная нагрузка.
Рисунок 6 — Переходная характеристика нагрузки
В идеале при переходе от 1 мА к 200 мА выходное напряжение будет оставаться идеально ровным при регулируемом напряжении.
Но ничто никогда не бывает идеальным.
На самом деле произойдет кратковременное понижение выходного напряжения до тех пор, пока контур обратной связи регулятора не успеет отреагировать.
Насколько она падает, когда вы увеличиваете нагрузку, или насколько она превышается, если вы быстро уменьшаете нагрузку, является мерой переходной реакции продукта на нагрузку.
Общая точность 2% (нагрузка, линия и температура): Это говорит о том, что независимо от тока нагрузки, входного напряжения питания или температуры выходное напряжение всегда гарантированно находится в пределах 2% от целевого напряжения.
TPS799 полностью соответствует температурному диапазону от -40 C до 125 C и предлагается в корпусах BGA, SOT и SON.
Очень низкий уровень отсева: 100 мВ: Я уже обсуждал отсев в заголовке описания. Это говорит о том, что регулятор имеет очень низкое падение напряжения всего 100 мВ (что очень мало).
Таким образом, если входное напряжение как минимум на 100 мВ выше выходного напряжения (и выше минимально допустимого входного напряжения), регулятор не будет находиться в режиме отключения. Он будет продолжать работать как линейный регулятор.
Рисунок 7 — Напряжение отпускания в зависимости от тока нагрузки при нескольких температурах для TPS799285
Линейные стабилизаторы с малым падением напряжения (LDO) настолько распространены сейчас, что вы действительно услышите, как люди называют их стабилизаторами LDO или просто иногда просто регуляторами. Я ДЕЛАЮ.
Помните, что если вход и выход расположены слишком близко друг к другу, то линейный регулятор переходит в режим отключения, что означает, что весь регулятор в этой точке может быть упрощен до очень маленького резистора между входом и выходом.
В этот момент вывод будет отслеживать ввод. Это означает, что коэффициент отклонения вашего источника питания будет почти нулевым!
В режиме отсева, если вы качаете вход, выход будет колебаться так же сильно, потому что между ними, по сути, просто резистор.
Если вы сделаете линейный переходный процесс на входном напряжении в режиме отключения, вы увидите тот же линейный переходный процесс на выходном напряжении, потому что, опять же, между ними есть только небольшой резистор и вообще нет подавления.
Рассеивание тепла
При проектировании любой силовой цепи очень важно учитывать рассеивание тепла, особенно для линейных регуляторов. Линейные регуляторы ужасно неэффективны во многих приложениях. Это означает, что чип может сильно нагреваться.
Вы должны быть осторожны с линейным стабилизатором, особенно если вы работаете с входным напряжением, которое намного выше, чем выходное напряжение.
Например, предположим, что у вас есть установка TPS799 с входным напряжением 6,5 В и выходным напряжением 1,2 В, которая должна обеспечивать 200 мА. Чтобы рассчитать рассеиваемую мощность линейного регулятора, просто умножьте выходной ток на разницу между входным и выходным напряжением.
PD = (Vin — Vout) x Ioutput
Таким образом, для этого примера это означает, что мощность, рассеиваемая регулятором, составляет (6,5 В — 1,2 В) * 0,2 А = 1,06 Вт.
Теперь нужно рассчитать, насколько сильно будет греться регулятор при рассеивании такого количества мощности. Если рассеиваемая мощность приводит к тому, что температура регулятора превышает максимальную заданную температуру 125°C, то это слишком большая мощность для этого регулятора. Если он становится достаточно горячим, обычно около 150 ° C, внутри чипа есть схема отключения от перегрева, которая отключает его.
Рисунок 8 — Тепловая информация для TPS799
Чтобы выполнить этот расчет, вам нужно найти раздел тепловой информации в техническом описании и найти рейтинг, называемый Тепловое сопротивление переход-окружающая среда или RØJA (произносится как R-тета). -JA), который указывается в °C/Вт.
Это тепловое сопротивление определяется упаковкой регулятора. TPS799 доступен в трех упаковках, поэтому показано тепловое сопротивление для каждой из них. Вы можете видеть, что корпус SON намного лучше, чем корпус BGA, в отношении рассеиваемой мощности.
Предположим, мы используем пакет SON.
Термическое сопротивление корпуса SON составляет 74,2 °C/Вт. Это означает, что при рассеивании 1,06 Вт корпус SON нагреется примерно до 79 °C. Но тогда вы должны добавить температуру окружающего воздуха.
Если принять температуру окружающей среды за комнатную, то температура регулятора будет 25 °C + 79 °C = 104 °C. Это ниже максимальной указанной температуры 125 °C, поэтому это приемлемо.
Однако, если вы хотите использовать конструкцию при температуре окружающей среды 50 °C, температура регулятора будет составлять 50 °C + 79°С = 129 °С. Это превышает максимальную указанную температуру. При расчете максимально допустимого рассеивания тепла важно использовать максимальную температуру окружающей среды.
Заключение
Линейный регулятор TPS799 от Texas Instruments является идеальным выбором для приложений, требующих исключительно чистого напряжения питания, таких как радиочастотные приложения.
Он обеспечивает высокий PSRR и сверхнизкий уровень шума при очень малом потреблении тока покоя.
