Что такое микросхема линейного регулятора?

Что такое ИС линейного регулятора?

Рисунок 1. Типы линейных регуляторов

ИС линейного регулятора — это электронный компонент, который выдает стабильное напряжение.

Постоянное напряжение выводится с выходного терминала с использованием падения напряжения резистора или полупроводникового прибора относительно входного напряжения. Поскольку малое выходное напряжение относительно входного напряжения приводит к большой потере разности напряжений, линейные регуляторы ИС используются в качестве источников питания для схем и датчиков, работающих с низким энергопотреблением.

Среди линейных регуляторов ИС последовательный регулятор представляет собой активный переменный резистор ИС, использующий полупроводниковые элементы, соединенные последовательно, а шунтирующий регулятор представляет собой активный переменный резистор ИС, соединенный параллельно.

Применение линейных регуляторов ИС

ИС линейных регуляторов используются в качестве части источника питания электронного оборудования и точных приборов, работающих на малой мощности. Благодаря простоте своих схем многие продукты доступны в низких ценовых диапазонах, и они характеризуются превосходной стабильностью напряжения источника питания, который они обеспечивают, и низким уровнем шума.

Среди линейных регуляторов микросхемы последовательных регуляторов не должны превышать абсолютную максимальную рабочую температуру микросхемы из-за тепла, выделяемого при падении напряжения с активными переменными резисторными элементами. Если регулятор микросхемы выделяет много тепла, при необходимости следует принять такие меры, как присоединение внешнего радиатора.

Принцип работы линейных регуляторов микросхем

Линейные регуляторы микросхемы являются одними из наиболее распространенных 3-контактных регуляторов. 3-контактные регуляторы имеют три клеммы: вход, выход и заземление. 3-контактные регуляторы имеют ту же базовую структуру.

Источник питания подключен к входной клемме, входной конденсатор подключен между входной клеммой и землей, а выходной конденсатор подключен между выходной клеммой и грантом, так что с выходной клеммы выводится постоянное напряжение.

Рисунок 2. Принцип работы трехконтактного регулятора

Внутри линейного регулятора IC находится схема управления, состоящая из активного переменного резисторного элемента, использующего транзисторы или полевые транзисторы, и источника опорного напряжения. Схема управления измеряет напряжение, проходящее через активный переменный резисторный элемент, выполняет управление обратной связью и управляет значением сопротивления активного переменного резисторного элемента, тем самым управляя величиной выходного напряжения с выходного терминала до определенного уровня.

Поскольку активные переменные резисторные элементы генерируют падение напряжения выше определенного напряжения, для стабильного питания требуется входное напряжение, превышающее минимальную разницу между входным и выходным напряжением, называемое падением напряжения. Обычно это около 1,5 В. Однако ИС следует выбирать с учетом минимального входного напряжения.

Другая информация о ИС линейных регуляторов

1. Меры предосторожности при использовании 3-контактных регуляторов

Рассеивание тепла 3-контактными регуляторами
Произведение разницы напряжений между входными и выходными клеммами и тока, протекающего с выходной клеммы (выходной ток), генерирует тепло внутри регулятора и потребляет мощность. Следовательно, чем больше разница между входным напряжением и выходным напряжением, и чем больше выходной ток, тем больше тепла генерируется.

Поэтому конструкция рассеивания тепла является важным фактором при использовании 3-контактных регуляторов. Для эффективного рассеивания тепла следует спроектировать и прикрепить к 3-контактному регулятору соответствующий радиатор.

Конструкция платы 3-контактных регуляторов
3-контактный регулятор работает для постоянного вывода стабильного напряжения путем обратной связи выходного напряжения. Поэтому конденсаторы, подключенные между входным контактом и GND и между выходным контактом и GND, очень важны. В частности, если конденсатор на выходном контакте не подходит, выходное напряжение может передаваться.

В общем случае следует выбирать конденсатор, рекомендуемый производителем 3-контактного регулятора, но даже в этом случае конденсатор следует размещать как можно ближе к 3-контактному регулятору, а рисунок платы между 3-контактным регулятором и конденсатором следует укоротить в конструкции платы.

Защита 3-контактного регулятора
Если ожидается, что на вход или выход будет подано какое-то аномальное напряжение, требуется схема защиты 3-контактного регулятора. Если есть вероятность, что на входную сторону может быть подано мгновенное высокое напряжение, добавьте к входу демпфирующий резистор или стабилитрон, чтобы зафиксировать это высокое напряжение.

Контрмеры также требуются, когда входное напряжение может упасть ниже выходного напряжения. Если по какой-то причине входное напряжение значительно падает, к выходным клеммам необходимо подключить конденсатор с большой емкостью, чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение. Как следствие, выходное напряжение может временно превышать входное напряжение, например, когда источник питания выключен.

Кроме того, в схеме, объединяющей несколько источников питания, существует вероятность того, что выходное напряжение может быть выше входного из-за источника питания, циркулирующего от других источников питания. В качестве контрмеры можно добавить защитный диод (входная сторона подключена к катоду, а выходная сторона подключена к аноду), чтобы ток мог течь от выходной клеммы к входной клемме.

2. Характеристики регулятора типа LDO

Рисунок 3. Характеристики регуляторов типа LDO

Трехконтактные регуляторы классифицируются на «стандартный тип» или «тип LDO» в зависимости от величины падения напряжения (величины, на которую выходное напряжение падает относительно входного напряжения).

Напряжение падения стандартного типа составляет около 3,0 В, в то время как тип LDO характеризуется напряжением падения менее 1,0 В, что меньше, чем у стандартного типа. LDO» — это аббревиатура от «Low Drop Out». Когда комбинация входного напряжения 12 В и выходного напряжения 5 В была распространена, 3-контактные стабилизаторы широко использовались для преобразования 12 В в 5 В. В этом случае стандартные стабилизаторы с напряжением падения около 3 В можно было использовать без проблем.

Однако, когда цифровые ИС 3,3 В стали массовыми, а входное напряжение составляло 5 В, а выходное — 3,3 В, стабилизаторы типа LDO стали незаменимы для преобразования 5 В в 3,3 В на плате. Выходная схема стандартного типа с использованием биполярных транзисторов состоит из двух NPN-транзисторов с соединениями Дарлингтона, но выходная схема типа LDO использует один PNP-транзистор. Это позволяет работать с малым падением напряжения.

Однако характеристики отрицательной обратной связи также изменились, и тип LDO имеет более узкий стабильный рабочий диапазон и более склонен к колебаниям, чем стандартный тип. Поэтому характеристики емкости и ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) конденсатора, подключенного к выходному выводу, являются чрезвычайно важными факторами для типа LDO.