Як вибрати найкращий регулятор напруги для моєї схеми?

Стів Сандлер відповідає на запитання читача про вибір правильного регулятора напруги.

ПИТАННЯ: На сьогоднішній день на ринку існує так багато різних регуляторів напруги. Як вибрати той, який буде корисним для моєї схеми?

ВІДПОВІДЬ: Ого, це складне питання, але також і гарне. Я постараюся з усіх сил відповісти коротко. Цифри заслуг зазвичай використовуються для прийняття таких рішень, оскільки вони забезпечують кількісне порівняння. Нехтуючи вартістю на даний момент, слід взяти до уваги сім важливих показників.

ФІКСОВАНО АБО РЕГУЛЮЄМО
Регулятори напруги доступні з фіксованою або регульованою вихідною напругою. Якщо вам не потрібно обрізати вихідну напругу або регулювати її до нестандартної напруги, тоді стаціонарний регулятор напруги буде використовувати менше деталей, і тому часто кращий вибір.

НАПРУГА ДРОПУТУ - ЛІНІЙНИЙ РЕГУЛЯТОР АБО (U) LDO
Багато інженерів вважають, що це те саме. Вони не є. Лінійний регулятор зазвичай вимагає мінімум 3 вольт різниці між вхідною та вихідною напругами. Регулятори з низьким рівнем відсіву, як правило, вимагають диференціала менше 1 В, а ULDO - набагато менше, а деякі - до 35 мВ.

МАКСИМАЛЬНИЙ ВИХІДНИЙ ТОК
Потужність вихідного струму регулятора повинна бути обрана досить близько до максимально необхідного струму в ланцюзі. Легко завантажені регулятори часто мають проблеми зі стабільністю http://powerelectronics.com/power-management/no-load-specification-impacts-power-supply-performance. Також для того, щоб схема обмеження струму в регуляторі була корисною, ми не хочемо вибирати занадто високий рейтинг пристрою, оскільки струм короткого замикання також буде занадто високим для захисту ланцюга.

ТОЧНІСТЬ НАПРУГИ
Звичайно, причина регулятора напруги полягає в тому, щоб зробити напругу більш точною, але наскільки точною є досить точна. Це залежить від схеми. Якщо ви, наприклад, використовуєте регулятор для живлення цифрових ІС або омпамперів, вимога регулювання часто не викликає великих проблем, і 5% цілком допустимо. Якщо регулятор напруги також використовується як еталонна напруга, то точність буде важливішою. Зауважте, що регулятори та посилання ДУЖЕ РІЗНІ і насправді не взаємозамінні, але багато недорогих цифрових перетворювачів використовують VDD також як контрольно-вимірювальні роботи.

PSRR
У минулому показники PSRR регуляторів LDO та ULDO були низькими порівняно з лінійними регуляторами. У цьому відношенні технологія швидко вдосконалюється, оскільки багато LDO та ULDO забезпечують відмінні показники PSRR. Звичайно, показники PSRR слід вимірювати з частотою, що цікавить. Для більшості пристроїв встановлено частоту 120 Гц, і це тому, що раніше ми використовували трансформаторні випрямлячі для створення вхідної напруги на лінійних регуляторах, а трансформаторні випрямлячі пульсували з подвоєною частотою мережі змінного струму. Сьогодні більшість лінійних регуляторів підключені до імпульсних джерел живлення, тому проблема стосується гармонік частоти комутації та будь-яких інших джерел шуму на вході регулятора. Кращий показник заслуг - це, мабуть, продукт PSRR та частоти, подібний до посилення пропускної здатності в операційному підсилювачі. PSS може різко відрізнятися між регуляторами напруги, як показано на малюнку 1.

Рисунок 1. PSRR LM317 та спеціальний лінійний регулятор. У цьому випадку різниця майже на 40 дБ при типових частотах комутації.

ВИХІДНИЙ ШУМ

На відміну від опор напруги, лінійні регулятори та LDO часто мають помилкові відгуки, які заважають чутливим ланцюгам, таким як A/D та LNA. Це одна з найважливіших вимог і, як правило, недостатньо чітко визначена, тому плануйте вимірювання декількох приладів, як тільки ви трохи звужите вибір. На малюнку 2 показано дрожання годинника АЦП із шумовими шпорами. Ці шпори обумовлені шумом регулятора, а також пульсацією імпульсного джерела живлення, що подається на годинник.

Рисунок 2. Вимірювання джиттера АЦП, що показує “шпори” через шум регулятора напруги.

Рисунок 3. Синій слід - це фальшивий вихід регулятора напруги LM317 приблизно на 1 кГц та всіх його гармонік. Зелений слід - це спеціальний високопродуктивний лінійний регулятор напруги (НЕ LDO), а жовтий - еталон для порівняння напруги.

СТАБІЛЬНІСТЬ

Типові таблиці даних не говорять багато про стабільність контуру управління, але стабільність контролює роботу замкнутого контуру регулятора, і тому погана стабільність означає погану роботу. Багато регуляторів надають діаграму, яка показує діапазон ESR для різних конденсаторів, але, як правило, не існує кількісної оцінки стабільності, а також, як і в плані вихідного шуму для вимірювання декількох пристроїв, коли ви трохи звузили вибір. На рисунку 4 показано вихідний опір двох регуляторів напруги. LM317 має погану стабільність, що визначається різким піком у формі сигналу, тоді як спеціальний регулятор дуже стабільний, не маючи різкого піку. Погана стабільність також погіршує PSRR, як видно на малюнку 5. Типові застосування, які я бачу в промисловості, знаходяться в діапазоні від 15 до 25 градусів, що наближається до найгіршої кривої на цьому малюнку.

Рисунок 4. Вихідний опір двох регуляторів, що використовуються для живлення годинника АЦП.

Рисунок 5. PSRR проти границі фази. Погана стабільність суттєво погіршує PSRR, тому плануйте виміряти її.

ВИХІДНИЙ ІМПАНС

На рисунку 6 показано вимірювання тремтіння годинника АЦП, що живиться від кожного з регуляторів, показано на малюнку 4. Зверніть увагу, що пік імпедансу з рисунка 4 можна побачити в тремтінні годинника на малюнку 6. Мета - плоский імпеданс і мінімально можливі конденсатори. Це з міркувань фізичного простору, а також з міркувань вартості, тому пристрій з меншим вихідним імпедансом є кращим вибором, але тоді вам також потрібно бути обережним щодо ESR, щоб підтримувати його стабільним. Оскільки цього зазвичай немає в таблиці даних, вам потрібно планувати вимірювання декількох пристроїв, як тільки ви трохи звужите вибір. Як і у випадку з PSRR, коефіцієнт повного опору, швидше за все, є більш корисним, як Ом/частота, яку ви можете визнати рівноцінною індуктивністю.

Рисунок 6. Джиттер годинника з кожним з двох регуляторів, показаних на малюнку 4.

Є декілька незалежних рішень, показаних на малюнку 7. Оскільки більша частина даних не надається виробником, як правило, найкраще звузити вибір за допомогою дерева рішень, а потім протестувати кілька пристроїв або зробити їх перевіреними для вас. Ці вимірювання слід проводити або в ланцюзі, або з вихідними конденсаторами, які ви збираєтесь використовувати, і при очікуваному струмі навантаження регулятора напруги.
Щоб отримати примітки щодо застосування будь-якого з цих вимірювань, відвідайте веб-сайт www.picotest.com.

Рисунок 7. Дерево рішень, що відображає незалежні рішення .

У вас є запитання щодо цієї статті? Якщо так, напишіть їх у розділі коментарів нижче, і я відповім якомога швидше.