Pag-unawa sa mababa

Ngayon, ang mga elektronikong aparato ay lumiliit sa laki kaysa dati. Nagbibigay-daan ito sa amin na mag-pack ng mga tono ng tampok sa mga compact portable na aparato tulad ng mga smart na relo, fitness tracker, at iba pang mga naisusuot na aparato, nakakatulong din ito sa amin na mag-deploy ng malayuang mga aparato ng IoT para sa pagsubaybay sa baka, pagsubaybay sa asset atbp. Isang karaniwang bagay sa lahat ng mga portable device na ito ay ang pagpapatakbo ng baterya. At kapag ang isang aparato ay pinatatakbo ng baterya mahalaga para sa mga inhinyero ng disenyo na pumili ng mga sangkap na makatipid sa bawat milli-volt sa kanilang disenyo upang patakbuhin ang aparato nang mas mahabang oras gamit ang magagamit na juice ng baterya. Kapag ang naturang sangkap ay ang Low-Dropout Voltage Regulator (LDO). Sa artikulong ito matututunan namin ang higit pa tungkol sa LDO at kung paano pumili ng tama para sa iyong disenyo ng circuit.

Ano ang isang Regulator sa electronics?

Ang isang regulator ay isang aparato o isang mahusay na dinisenyong mekanismo na kumokontrol sa isang bagay, narito ang isang bagay na karaniwang tumutukoy sa boltahe ng kasalukuyang. Mayroong dalawang uri ng mga regulator na pangunahing ginagamit sa electronics, ang una ay ang switching regulator at ang pangalawa ay ang linear regulator. Pareho silang may magkaibang arkitektura at subsystem na nagtatrabaho, ngunit hindi namin tinatalakay ang mga ito sa artikulong ito. Ngunit upang ilagay ito simple, kung ang isang regulator ay kinokontrol ang kasalukuyang output pagkatapos ito ay tinatawag na isang kasalukuyang regulator. Sa pamamagitan ng parehong aspeto, ginagamit ang mga regulator ng boltahe upang makontrol ang boltahe.

Pagkakaiba sa pagitan ng LDO at mga Linear Regulator

Ang mga linear regulator ay ang pinaka-karaniwang mga aparato na ginagamit para sa regulasyon ng supply ng kuryente at karamihan sa atin ay magiging pamilyar sa mga aparato tulad ng 7805, LM317. Ngunit, ang downside ng paggamit ng isang Linear Regulator sa mga application na pinapatakbo ng baterya ay dito ang input boltahe ng isang linear regulator ay laging kinakailangan upang maging mas mataas kaysa sa kinokontrol na boltahe ng output. Ibig sabihin, ang mga pagkakaiba sa pagitan ng mga input voltage at ang output voltage ay mataas. Samakatuwid, ang mga karaniwang linear regulator ay may ilang mga limitasyon kapag ang kinokontrol na boltahe ng output ay kinakailangan upang maging isang malapit na halaga ng input boltahe.

Paggawa ng isang LDO

Ang LDO ay bahagi ng dinastiyang linear regulator. Ngunit, hindi katulad ng normal na mga Linear regulator, sa isang LDO ang pagkakaiba sa pagitan ng input boltahe at ang output boltahe ay mas mababa. Ang pagkakaiba na ito ay tinatawag na dropout voltage. Dahil ang LDO ay may napakababang boltahe ng dropout tinawag ito bilang mga regulator ng Mababang boltahe na dropout. Maaari mong isipin ang isang LDO's isang isang linear resistor na palced sa serye na may karga upang mabawasan ang boltahe sa kinakailangang antas. Ang pagsusulong ng pagkakaroon ng isang LDO ay ang pagbagsak ng boltahe sa kabuuan nito ay magiging mas mababa kaysa sa isang risistor.

Dahil ang LDO ay nag-aalok ng mababang boltahe ng dropout sa pagitan ng pag-input at output, maaari itong gumana kahit na ang input boltahe ay malapit sa boltahe ng output. Ang drop ng boltahe sa isang LDO ay nasa pagitan ng 300mV hanggang 1.5V na maximum. Sa ilang mga LDO, ang mga pagkakaiba-iba ng boltahe ay mas mababa sa 300mV.

Ang imaheng nasa itaas ay nagpapakita ng isang simpleng pagtatayo ng LDO kung saan dinisenyo ang isang closed-loop system. Ang isang boltahe ng sanggunian ay nilikha mula sa boltahe ng pag-input at pinakain sa isang kaugalian na amplifier. Ang boltahe ng output ay nadama ng isang divider ng boltahe at muling pinakain sa input pin ng kaugalian na amplifier. Nakasalalay sa dalawang halagang ito, ang output mula sa sanggunian boltahe at output mula sa divider ng boltahe, ang amplifier ay gumagawa ng output. Kinokontrol ng output na ito ang variable risistor. Samakatuwid, ang sinumang halaga ng dalawang ito ay maaaring baguhin ang output ng amplifier. Dito kinakailangan ang sanggunian ng boltahe upang maging matatag upang tumpak na maunawaan ang iba pa. Kapag ang boltahe ng sanggunian ay matatag, ang isang maliit na pagkakaiba-iba ng output boltahe ay sumasalamin sa pag-input ng kaugalian na amplifier sa pamamagitan ng risistor divider.Kinokontrol ng amplifier ang variable resistor upang magbigay ng isang matatag na output. Sa kabilang banda, ang sanggunian ng boltahe ay hindi nakasalalay sa boltahe ng pag-input at nagbibigay ng matatag na sanggunian sa kabila ng pagkakaiba-iba ng amplifier na ginagawa itong immune sa mga pansamantalang pagbabago at gumagawa din ngoutput boltahe malaya sa input boltahe. Ang variable na risistor na ipinakita dito ay normal na papalitan ng isang mabisang MOSFET o JFET sa pagbuo ng aktuall. Ang mga bipolar transistor ay hindi ginagamit sa mga LDO dahil sa labis na kinakailangan ng kasalukuyang at pagbuo ng init na hahantong sa mahinang kahusayan.

Mga parameter na isasaalang-alang habang pinipili ang iyong LDO

Pangunahing tampok

Dahil ito ay isang mahalagang aparato upang matiyak ang tamang paghahatid ng kuryente sa pagkarga, ang unang pangunahing tampok ay ang regulasyon ng pag-load at ang matatag na output. Mahalaga ang wastong regulasyon ng pag-load sa kasalukuyang pagbabago. Kapag ang pagtaas ng karga o pagbawas ay kasalukuyang pagkonsumo ang output boltahe mula sa regulator ay hindi dapat magbagu-bago. Ang pagbabagu-bago ng output boltahe ay sinusukat sa saklaw ng mV bawat ampere ng kasalukuyang at tinawag bilang mga katumpakan. Ang kawastuhan ng boltahe ng output ng isang LDO ay mula sa 5mV hanggang 50mV na saklaw, ilang porsyento ng boltahe ng output.

Mga Tampok sa Kaligtasan at Proteksyon

Nag-aalok ang LDO ng mga pangunahing tampok sa kaligtasan sa pamamagitan ng pagtiyak sa tamang paghahatid ng kuryente sa kabuuan ng output. Tumatanggap ang mga tampok sa kaligtasan gamit ang circuit ng proteksyon sa buong input at output. Ang mga circuit ng proteksyon ay Under-voltage Protection (UVLO), Over-voltage Protection (OVLO), proteksyon ng Surge, output proteksyon ng short-circuit at thermal protection.

Sa ilang mga sitwasyon, ang input boltahe na ibinigay sa regulator ay maaaring mahulog nang makabuluhang mababa o tumaas sa mataas na halaga. Nagreresulta ito sa hindi wastong boltahe at kasalukuyang output mula sa LDO na makakasira sa aming karga. Kung ang input boltahe sa kabuuan ng LDO ay lampas sa mga limitasyon, ang proteksyon ng UVLO at OVLO ay pinalitaw upang maprotektahan ang LDO at ang pagkarga. Ang mas mababang limitasyon para sa UVLO at ang maximum na mga limitasyon ng input boltahe ay maaaring itakda gamit ang mga simpleng divider ng boltahe.

Ang circuit ng proteksyon ng Surge ay nag- aalok ng mga kaligtasan sa sakit sa LDO mula sa mga transient at mga boltahe na pagtaas ng boltahe o spike. Ito rin ay isang karagdagang tampok na inaalok ng iba't ibang mga LDO. Ang proteksyon ng maikling circuit ay isang uri ng labis na proteksyon. Kung ang pag-load ay pinapaikli ang tampok na proteksyon ng maikling circuit ng isang LDO na ididiskonekta ang pagkarga mula sa input ng power supply. Gumagana ang proteksyon ng thermal kapag nag-init ang LDO. Sa panahon ng pagpapatakbo ng pag-init, pinipigilan ng thermal protection circuit ang LDO mula sa pagtatrabaho upang maiwasan ang anumang karagdagang pinsala dito.

Karagdagang Mga Tampok

Ang mga LDO ay maaaring magkaroon ng dalawang karagdagang antas ng control level ng lohika upang makipag-usap sa isang input ng microcontroller. Paganahin ang pin na madalas na tinukoy bilang EN at ito ay isang input pin ng LDO. Maaaring baguhin ng isang simpleng microcontroller ang estado ng EN pin ng isang LDO upang paganahin o huwag paganahin ang output ng kuryente. Ito ay isang madaling gamiting tampok kapag ang mga pag-load ay kailangang i-on o i-off para sa mga layunin ng aplikasyon.

Ang Power Good pin ay isang output pin mula sa LDO. Ang pin na ito ay maaari ding maiugnay sa isang yunit ng microcontroller upang magbigay ng isang mababa o mataas na lohika depende sa kundisyon ng kuryente. Batay sa estado ng mahusay na pin, ang yunit ng microcontroller ay maaaring makakuha ng impormasyon tungkol sa katayuan ng kuryente sa buong LDO.

Mga limitasyon ng LDO

Bagaman nag-aalok ang LDO ng tamang output sa mababang boltahe ng dropout, mayroon pa rin itong ilang mga limitasyon. Ang pangunahing limitasyon ng LDO ay ang kahusayan. Totoo na ang LDO ay mas mahusay kaysa sa karaniwang mga linear regulator sa mga tuntunin ng pagwawaldas ng enerhiya at kahusayan ngunit ito ay pa rin isang mahinang pagpipilian para sa portable na operasyon na nauugnay sa baterya kung saan ang kahusayan ay ang pangunahing pag-aalala. Ang kahusayan ay magiging mahirap kahit na ang input boltahe ay mas mataas kaysa sa output boltahe. Tataas ang pagwawaldas ng init kapag mas mataas ang pagbagsak ng boltahe. Ang labis na enerhiya ng basura na binago bilang init at nangangailangan ng isang heatsink, nagresulta sa tumaas na lugar ng PCB pati na rin ang pagkakaroon ng gastos sa sangkap. Para sa mas mahusay na kahusayan, ang paglipat ng mga regulator ay ang pinakamahusay na pagpipilian kaysa sa mga linear regulator lalo na ang mga LDO.

Dapat ba akong gumamit ng LDO para sa aking susunod na disenyo?

Tulad ng pag-aalok ng mga LDO ng napakababang boltahe ng dropout, mabuting pumili lamang ng isang LDO kapag ang nais na boltahe ng output ay malapit sa magagamit na boltahe ng pag-input. Sa ibaba ang mga katanungan ay maaaring makatulong sa iyo na matukoy kung ang disenyo ng iyong circuit ay talagang nangangailangan ng isang LDO

Ang nais na boltahe ng output ay malapit sa magagamit na boltahe ng pag-input? Kung oo, magkano? Mahusay na gamitin ang LDO kung ang pagkakaiba sa pagitan ng Input boltahe at output boltahe ay mas mababa sa 300mV
Ang 50-60% ba ng kahusayan ay tinanggap para sa nais na aplikasyon?
Kailangan ng mababang lakas ng ingay sa ingay?
Kung ang gastos ay isang problema at simple, mas mababang bilang ng bahagi, kailangan ng solusyon sa pag-save ng puwang.
Ito ay magiging masyadong mahal at napakalaking upang magdagdag ng isang switching circuit?

Kung sinagot mo ang "YES" para sa lahat ng katanungan sa itaas, kung gayon ang LDO ay maaaring isang mahusay na pagpipilian. Ngunit, ano ang magiging pagtutukoy ng LDO? Kaya, depende ito sa mga parameter sa ibaba.

Boltahe ng Output.
Minimum at Maximum na Boltahe ng pag-input.
Kasalukuyang output.
Pakete ng mga LDO.
Ang gastos at kakayahang magamit.
Paganahin at Huwag paganahin ang pagpipilian ay kinakailangan o hindi.
Karagdagang mga pagpipilian sa proteksyon ay kinakailangan para sa aplikasyon. Tulad ng Over kasalukuyang proteksyon, UVLO, at OVLO, atbp.

Mga sikat na LDO sa merkado

Ang bawat solong tagagawa ng IC na kagaya ng Texas Instruments, Linear Technology atbp din ay may ilang mga solusyon para sa LDO. Ang Texas Instruments ay may malawak na hanay ng mga LDO depende sa iba`t ibang mga pangangailangan sa disenyo, ipinapakita sa tsart sa ibaba ang napakalaking koleksyon ng LDO na may malawak na hanay ng kasalukuyang output at boltahe ng pag-input.

Katulad nito, ang teknolohiyang Linear, mula sa mga aparatong Analog ay mayroon ding mataas na pagganap na Mababang Mga Dropout Regulator.

LDO - Halimbawa ng Disenyo

Hinahayaan nating isaalang-alang ang isang praktikal na kaso kung saan ang LDO ay magiging sapilitan. Ipagpalagay na ang isang mababang gastos, simple, solusyon sa pag-save ng puwang ay kinakailangan para sa pag-convert ng 3.7V lithium baterya output sa isang matatag na mapagkukunan na 3.3V 500mA na may maikling kasalukuyang limitasyon at thermal protection. Ang solusyon sa kuryente ay kailangang maiugnay sa isang microcontroller upang paganahin o huwag paganahin ang ilang pag-load at ang kahusayan ay maaaring 50-60%. Dahil kailangan namin ng isang simple at murang solusyon sa gastos maaari naming mapasyahan ang mga disenyo ng switching regulator.

Ang isang baterya ng lithium ay maaaring magbigay ng 4.2V sa panahon ng buong kondisyon ng pagsingil at 3.2V sa ganap na walang laman na kondisyon. Samakatuwid, ang LDO ay maaaring kontrolin upang idiskonekta ang pagkarga sa mababang boltahe na sitwasyon sa pamamagitan ng pagdama ng input boltahe ng LDO ng yunit ng microcontroller.

Upang mabuo ang kailangan namin, 3.3V output boltahe, 500mA ng kasalukuyang, Paganahin ang pagpipilian ng pin, mababang bilang ng mga bahagi, sa paligid ng 300-400 mV dropout kinakailangan, output maikling proteksyon ng circuit kasama ang tampok na thermal shutdown, para sa application na ito ang aking personal na pagpipilian ng LDO ay MCP1825 - 3.3V naayos na boltahe regulator ng microchip.

Ang buong listahan ng tampok ay maaaring makita sa imahe sa ibaba, na kinuha mula sa datasheet -

Nasa ibaba ang circuit diagram ng MCP1825 kasama ang pin-out. Ang eskematiko ay ibinibigay din sa datasheet, sa gayon sa pamamagitan lamang ng pagkonekta ng ilang mga panlabas na sangkap tulad ng risistor at kapasitor maaari naming madaling gamitin ang aming LDO upang makontrol ang kinakailangang boltahe na may minimum na boltahe dorp.

LDO - Mga alituntunin sa disenyo ng PCB

Kapag na-deicide mo ang LDO at nasubukan ito upang gumana para sa iyong disenyo, maaari kang magpatuloy sa pagdidisenyo ng PCB para sa iyong circuit. Ang mga sumusunod ay ang ilang mga tip na dapat mong tandaan habang nagdidisenyo ng isang PCB para sa mga bahagi ng LDO.

Kung ginamit ang SMD package, mahalaga na magbigay ng wastong lugar ng tanso sa mga PCB dahil ang mga LDO ay nag- iisa.
Ang kapal ng tanso ay isang pangunahing nag-aambag sa operasyon na walang kaguluhan. 2 Oz (70um) tanso kapal ay magiging isang mahusay na pagpipilian.
Ang C1 at C2 ay kailangang mas malapit hangga't maaari sa MCP1825.
Ang makapal na eroplano sa lupa ay kinakailangan para sa mga isyu na nauugnay sa ingay.
Gumamit ng Vias para sa wastong pagwawaldas ng init sa mga PCB na may dalawang panig.