- Apakah Pengatur dalam elektronik?
- Perbezaan antara Pengatur LDO dan Linear
- Mengendalikan LDO
- Parameter yang perlu dipertimbangkan semasa memilih LDO anda
- Batasan LDO
- Sekiranya saya menggunakan LDO untuk reka bentuk seterusnya?
- LDO yang popular di pasaran
- LDO - Reka Bentuk Contoh
- Garis panduan reka bentuk LDO - PCB
Hari ini, peranti elektronik telah mengecil dari sebelumnya. Ini membolehkan kita mengemas banyak ciri dalam peranti mudah alih padat seperti jam tangan pintar, alat pelacak kecergasan, dan peranti lain yang boleh dipakai, ia juga membantu kita menggunakan peranti IoT jarak jauh untuk pemantauan lembu, penjejakan aset dan lain-lain. Satu perkara biasa di antara semua peranti mudah alih ini adalah bahawa mereka dikendalikan dengan bateri. Dan apabila peranti dikendalikan dengan bateri, penting bagi jurutera reka bentuk untuk memilih komponen yang menjimatkan setiap milli-volt dalam reka bentuknya untuk menjalankan peranti untuk masa yang lebih lama dengan jus bateri yang ada. Sekali komponen tersebut adalah Regulator Tegangan Rendah (LDO). Dalam artikel ini kita akan mengetahui lebih lanjut mengenai LDO dan bagaimana memilih yang tepat untuk reka bentuk litar anda.
Apakah Pengatur dalam elektronik?
Pengatur adalah alat atau mekanisme yang dirancang dengan baik yang mengatur sesuatu, di sini sesuatu biasanya merujuk kepada voltan arus. Terdapat dua jenis pengatur yang digunakan terutamanya dalam elektronik, yang pertama adalah pengatur beralih dan yang kedua adalah pengatur linier. Mereka berdua mempunyai seni bina dan subsistem kerja yang berbeza, tetapi kita tidak akan membincangkannya dalam artikel ini. Tetapi secara sederhana, jika pengatur mengawal arus keluaran maka itu disebut pengatur arus. Dengan aspek yang sama, pengatur voltan digunakan untuk mengawal voltan.
Perbezaan antara Pengatur LDO dan Linear
Pengatur linier adalah peranti yang paling biasa digunakan untuk peraturan bekalan kuasa dan kebanyakan kita akan lebih biasa dengan peranti seperti 7805, LM317. Tetapi, kelemahan penggunaan Linear Regulator dalam aplikasi yang dikendalikan oleh bateri adalah di sini voltan input pengatur linier selalu diperlukan lebih tinggi daripada voltan keluaran yang diatur. Maknanya, perbezaan antara voltan input dan voltan keluaran tinggi. Oleh itu, pengatur linier standard mempunyai beberapa batasan apabila voltan keluaran yang diatur diperlukan untuk menjadi nilai dekat voltan masukan.
Mengendalikan LDO
LDO adalah bahagian dari dinasti pengatur linear. Tetapi, tidak seperti pengatur Linear biasa, dalam LDO perbezaan antara voltan input dan voltan keluaran kurang. Perbezaan ini disebut sebagai voltan putus. Oleh kerana LDO mempunyai voltan putus sekolah yang sangat rendah ia dipanggil sebagai pengatur voltan putus sekolah rendah. Anda boleh memikirkan LDO sebagai perintang linear yang bersilang dengan beban untuk mengurangkan voltan ke tahap yang diperlukan. Kelebihan memiliki LDO adalah bahawa penurunan voltan di atasnya akan jauh lebih sedikit daripada perintang.
Oleh kerana LDO menawarkan voltan putus rendah antara input dan output, ia dapat berfungsi walaupun voltan input relatif dekat dengan voltan output. Penurunan voltan di LDO adalah antara 300mV hingga 1.5V maksimum. Di beberapa LDO, perbezaan voltan bahkan kurang daripada 300mV.
Gambar di atas menunjukkan pembinaan LDO sederhana di mana sistem gelung tertutup dirancang. Voltan rujukan dibuat dari voltan masukan dan dimasukkan ke penguat pembezaan. Voltan keluaran dirasakan oleh pembahagi voltan dan sekali lagi dimasukkan ke pin input penguat pembezaan. Bergantung pada dua nilai ini, output dari voltan rujukan dan output dari pembahagi voltan, penguat menghasilkan output. Output ini mengawal perintang berubah-ubah. Oleh itu, nilai kedua-dua orang ini dapat mengubah output penguat. Di sini rujukan voltan diperlukan agar stabil untuk merasakan yang lain dengan tepat. Apabila voltan rujukan stabil, variasi kecil voltan keluaran mencerminkan input penguat pembezaan melalui pembahagi perintang.Penguat kemudian mengawal perintang berubah untuk memberikan output yang stabil. Sebaliknya, rujukan voltan tidak bergantung pada voltan input dan memberikan rujukan stabil di penguat pembezaan menjadikannya kebal terhadap perubahan sementara dan juga membuatvoltan output tidak bergantung kepada voltan input. Perintang pemboleh ubah yang ditunjukkan di sini biasanya akan digantikan oleh MOSFET atau JFET yang cekap dalam pembinaan sebenarnya. Transistor bipolar tidak digunakan dalam LDO kerana keperluan tambahan semasa dan haba yang menyebabkan kecekapan yang buruk.
Parameter yang perlu dipertimbangkan semasa memilih LDO anda
Ciri-ciri Asas
Oleh kerana ia adalah alat penting untuk memastikan penyampaian daya yang betul ke beban, ciri utama pertama adalah peraturan beban dan output yang stabil. Peraturan beban yang betul sangat mustahak semasa perubahan arus beban. Apabila beban meningkat atau menurun penggunaan semasa voltan keluaran dari pengatur tidak boleh berubah-ubah. Turun naik voltan keluaran diukur dalam julat mV per ampere arus dan disebut sebagai ketepatan. The ketepatan voltan output daripada LDO yang antara 5mV kepada pelbagai 50mV, yang peratusan beberapa voltan keluaran.
Ciri Keselamatan dan Perlindungan
LDO menawarkan ciri keselamatan asas dengan memastikan penghantaran kuasa yang betul ke seluruh output. Ciri keselamatan ditampung menggunakan litar perlindungan di seluruh input dan output. Litar perlindungan adalah Perlindungan Tegangan Bawah (UVLO), Perlindungan Voltan Lebih (OVLO), Perlindungan lonjakan, perlindungan litar pintas keluaran dan perlindungan terma.
Dalam beberapa keadaan, voltan masukan yang diberikan kepada pengatur mungkin turun rendah atau meningkat menjadi nilai tinggi. Ini menghasilkan output voltan dan arus yang tidak betul dari LDO yang akan merosakkan beban kita. Sekiranya voltan input melintasi LDO melebihi had, perlindungan UVLO dan OVLO dipicu untuk melindungi LDO dan beban. Had bawah untuk UVLO dan had voltan input maksimum dapat ditetapkan dengan menggunakan pembahagi voltan sederhana.
Litar perlindungan lonjakan memberikan kekebalan kepada LDO dari arus dan lonjakan voltan tinggi atau lonjakan. Ia juga merupakan ciri tambahan yang ditawarkan oleh LDO yang berbeza. Perlindungan litar pintas output adalah bentuk perlindungan arus lebih. Sekiranya beban dipendekkan, ciri perlindungan litar pintas LDO memutuskan beban dari bekalan kuasa input. Perlindungan haba berfungsi apabila LDO menjadi panas. Semasa operasi pemanasan, litar perlindungan terma menghentikan LDO daripada berfungsi untuk mengelakkan kerosakan selanjutnya.
Ciri-ciri tambahan
LDO boleh mempunyai dua pin kawalan tahap logik tambahan untuk berkomunikasi dengan input mikrokontroler. Aktifkan pin yang sering disebut sebagai EN dan ini adalah pin input LDO. Mikrokontroler sederhana dapat mengubah keadaan pin EN LDO untuk mengaktifkan atau mematikan output kuasa. Ini adalah ciri yang berguna apabila beban perlu dihidupkan atau dimatikan untuk tujuan aplikasi.
Power Good pin adalah pin output dari LDO. Pin ini juga dapat dihubungkan dengan unit mikrokontroler untuk memberikan logik rendah atau tinggi bergantung pada keadaan daya. Berdasarkan keadaan pin power yang baik, unit mikrokontroler dapat memperoleh maklumat mengenai status kuasa di LDO.
Batasan LDO
Walaupun LDO menawarkan output yang betul pada voltan putus rendah, namun ia mempunyai beberapa batasan. Batasan utama LDO adalah kecekapan. Memang benar bahawa LDO lebih baik daripada pengatur linier standard dari segi pelesapan kuasa dan kecekapan tetapi masih merupakan pilihan yang tidak baik untuk operasi berkaitan bateri mudah alih di mana kecekapan menjadi perhatian utama. Kecekapan bertambah buruk sekiranya voltan input jauh lebih tinggi daripada voltan keluaran. Pelesapan haba meningkat apabila penurunan voltan lebih tinggi. Lebihan tenaga buangan yang diubah sebagai haba dan memerlukan heatsink, mengakibatkan peningkatan luas PCB serta menanggung kos komponen. Untuk kecekapan yang lebih baik, pengatur pengalihan masih merupakan pilihan terbaik berbanding pengatur linier terutamanya LDO.
Sekiranya saya menggunakan LDO untuk reka bentuk seterusnya?
Oleh kerana LDO menawarkan voltan putus yang sangat rendah, ada baiknya memilih LDO hanya apabila voltan keluaran yang diinginkan sangat dekat dengan voltan input yang tersedia. Soalan di bawah dapat membantu anda menentukan sama ada reka bentuk litar anda sebenarnya memerlukan LDO
- Adakah voltan keluaran yang diinginkan hampir dengan voltan input yang ada? Sekiranya ya, berapa? Adalah baik untuk menggunakan LDO jika perbezaan antara voltan Input dan voltan keluaran kurang dari 300mV
- Adakah 50-60% kecekapan diterima untuk aplikasi yang diinginkan?
- Bekalan kuasa bunyi rendah adalah keperluan?
- Sekiranya kosnya adalah masalah dan sederhana, jumlah bahagian yang lebih rendah, penyelesaian penjimatan ruang diperlukan.
- Adakah terlalu mahal dan besar untuk menambahkan litar pensuisan?
Sekiranya anda telah menjawab "YA" untuk semua soalan di atas, maka LDO mungkin merupakan pilihan yang baik. Tetapi, apakah spesifikasi LDO? Baiklah, bergantung pada parameter di bawah.
- Voltan Keluaran.
- Voltan Input Minimum dan Maksimum.
- Output semasa.
- Pakej LDO.
- Kos dan ketersediaan.
- Pilihan Enable and Disable diperlukan atau tidak
- Pilihan perlindungan tambahan yang diperlukan untuk aplikasi. Seperti perlindungan semasa, UVLO, dan OVLO, dll.
LDO yang popular di pasaran
Setiap pengeluar IC kuasa tunggal seperti Texas Instruments, Linear Technology dll juga mempunyai beberapa penyelesaian untuk LDO. Texas Instruments mempunyai pelbagai LDO bergantung pada pelbagai keperluan reka bentuk, carta di bawah menunjukkan koleksi LDOnya yang besar dengan pelbagai arus keluaran dan voltan masukan.
Begitu juga, teknologi Linear, dari peranti Analog juga mempunyai beberapa Pengatur Penurunan Rendah berprestasi tinggi.
LDO - Reka Bentuk Contoh
Mari kita fikirkan kes praktikal di mana LDO adalah wajib. Andaikan penyelesaian penjimatan ruang yang rendah dan sederhana diperlukan untuk menukar output bateri litium 3.7V kepada sumber 3.3V 500mA yang stabil dengan had arus pendek dan perlindungan terma. Penyelesaian kuasa perlu dihubungkan dengan mikrokontroler untuk mengaktifkan atau mematikan beban dan kecekapannya dapat 50-60%. Oleh kerana kita memerlukan penyelesaian yang mudah dan murah, kita dapat mengesampingkan reka bentuk pengatur beralih.
Bateri litium dapat menyediakan 4.2V semasa keadaan pengisian penuh dan 3.2V pada keadaan kosong sepenuhnya. Oleh itu, LDO dapat dikawal untuk memutuskan beban pada keadaan voltan rendah dengan merasakan voltan input LDO oleh unit mikrokontroler.
Untuk menghitung jumlah yang kita perlukan, voltan keluaran 3.3V, arus 500mA, Aktifkan pilihan pin, kiraan bahagian rendah, keperluan putus sekitar 300-400 mV, perlindungan litar pintas output bersama dengan ciri penutupan haba, untuk aplikasi ini pilihan peribadi saya LDO adalah MCP1825 - Pengatur voltan tetap 3.3V oleh microchip.
Senarai ciri lengkap dapat dilihat pada gambar di bawah, diambil dari lembar data -
Berikut adalah rajah litar MCP1825 bersama pin-out. Skema ini juga disediakan dalam lembar data, dengan hanya menghubungkan beberapa komponen luaran seperti perintang dan kapasitor, kita dapat dengan mudah menggunakan LDO kita untuk mengatur voltan yang diperlukan dengan voltan minimum.
Garis panduan reka bentuk LDO - PCB
Setelah anda menentukan LDO dan mengujinya agar sesuai dengan reka bentuk anda, anda boleh meneruskan merancang PCB untuk litar anda. Berikut adalah beberapa petua yang harus anda ingat semasa merancang PCB untuk komponen LDO.
- Sekiranya pakej SMD digunakan, adalah penting untuk menyediakan kawasan tembaga yang betul dalam PCB kerana LDO menghilangkan panas.
- Ketebalan tembaga adalah penyumbang utama operasi tanpa masalah. Ketebalan tembaga 2 Oz (70um) akan menjadi pilihan yang baik.
- C1 dan C2 perlu sedekat mungkin dengan MCP1825.
- Pesawat tanah tebal diperlukan untuk masalah yang berkaitan dengan kebisingan.
- Gunakan Vias untuk pelesapan haba yang betul dalam PCB dua sisi.