Типы стабилизаторов

Рисунок 1 – Классификация стабилизаторов напряжения, выпускаемых компанией Rohm.

1. Линейные стабилизаторы напряжения (ЛСН).

Принцип действия большинства линейных стабилизаторов Rohm иллюстрирует рисунок 2. ЛСН являются стабилизаторами последовательного типа. Это означает, что РЭ включается последовательно между источником нестабилизированного напряжения Vcc и нагрузкой. Задачей стабилизатора является варьировать так проходное сопротивление РЭ, чтобы на нагрузке поддерживалось напряжение на необходимом уровне. Для этого организована обратная связь по напряжению (на рис.2 делитель напряжения на R1 и R2). Напряжение с выхода данного делителя сравнивается с пороговым уровнем, задаваемым источником опорного напряжения (ИОН). По результату сравнения драйвер корректирует управляющий сигнал для РЭ. РЭ представляет собой проходной транзистор, в качестве которого может использоваться pnp-транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером (для ЛСН отрицательного напряжения npn - транзистор) или МОП-транзистор (p-канальный для стабилизации положительного напряжения или n-канальный для стабилизации отрицательного напряжения). В стабилизаторах с повышенной нагрузочной способностью pnp-транзистор может быть дополнен эмиттерным повторителем на npn-транзисторе. Узлы 1, 2 и 3 типичны для большинства ЛСН Rohm. Некоторые стабилизаторы с повышенной нагрузочной способностью (свыше 1А) содержат схему плавного запуска, что важно для предотвращения ударных токов при питании большой емкостной нагрузки. Некоторые стабилизаторы, ориентированные на питание микроконтроллеров, содержат схему сброса микроконтроллера. Делитель напряжения является внешним, если стабилизатор регулируемый. Также частично или полностью может быть вынесен РЭ в мощных стабилизаторах (в этом случае речь идет о контроллере ЛСН). Ряд стабилизаторов имеют вход отключения (на рис. 2 CTL) для перевода в экономичный режим с очень низким энергопотреблением, что важно для систем с батарейным питанием для продления ресурса батареи питания.

Рисунок 2 – Функциональная схема ЛСН.

1.2 Стабилизаторы с отрицательным выходным напряжением

Источник отрицательного напряжения необходим как правило для двуполярного питания аналоговой схемы, в схемах с цифровыми сигнальными процессорами, а также для смещения ЖКИ. Отличительной чертой стабилизаторов отрицательного напряжения Rohm являются построение их на основе инвертора полярности по схеме с переключающимся конденсатором (зарядовый насос). Использование инвертора полярности позволяет получить отрицательное напряжение при питании одним источником положительного напряжения. Для получения стабилизированного напряжения последовательно с инвертором включается ЛСН.

Рисунок 3 – Функциональная схема стабилизатора отрицательного напряжения со встроенным инвертором полярности

На рисунке 3 представлена функциональная схема стабилизатора отрицательного напряжения компании Rohm. Входное положительное напряжение поступает на вход инвертора. Изменение полярности происходит за счет подключения конденсатора С1 к источнику напряжения Vbat одними полюсами, а к нагрузке другими. Полученное отрицательное напряжение (NEGOUT) является нестабилизированным. Для стабилизации интегрирован ЛСН с МОП-транзистором в качестве регулировочного. Вход VIN позволяет программировать величину выходного напряжения, а вход STBY по аналогии с CTL (см. рисунок 2) управляет экономичным режимом.

1.3 Терминационные ЛСН

Речь идет о разновидности ЛСН, напряжение на выходе которого изменяется в соответствии с изменяющимся уровнем напряжения некоторого входного сигнала. Поэтому такие ЛСН могут именоваться и следящими. Слово «терминационный» означает, что выходное напряжение должно быть пропорционально связано с уровнем другого источника питания и сформировано непосредственно у нагрузки, где отслеживаемое напряжение претерпевает изменение из-за потерь в проводниках. На практике такая схема организации питания требуется при использовании модулей памяти на основе синхронных динамических ОЗУ с удвоенным быстродействием (DDR SDRAM).

Рисунок 4 – Функциональная схема терминационного ЛСН

На рисунке 4 представлена функциональная схема терминационного ЛСН BD3531/BD3532. Отслеживаемое напряжение поступает на вход VDDQ, после чего делится на два резистивным делителем и буферизуется. Полученное таким образом напряжение является опорным (VREF) для линейного стабилизатора. Таким образом, выходное напряжение VTT отслеживает изменение VDDQ и всегда равно его половине. Если необходимо другое соотношение VTT и VDDQ, то последовательно с VDDQ необходимо установить резистор, увеличивающий сопротивление верхнего плеча делителя напряжения.

1.4 Системные стабилизаторы

В некоторых специфических приложениях требуются несколько ЛСН для питания различных узлов электронной аппаратуры. В целях уменьшения габаритов источника питания для таких приложений Rohm предлагает системные стабилизаторы для специфических сфер применения.

Рисунок 5 – Пример системного стабилизатора BA3933 для аудио-техники.

2 Импульсные стабилизаторы

Рассмотренные выше линейные стабилизаторы напряжения обладают одним общим свойством: их выходное напряжение всегда ниже входного, а на регулировочном элементе выделяется средняя мощность (Uвх-Uвых)*Iнагр. Существует ряд приложений, где построение источника питания на основе ЛСН затруднительно, а иногда и не возможно. Ниже приведены наиболее типичные ситуации, когда не достаточно возможностей ЛСН.

Уровень входного напряжения питания существенно выше выходного. В таком случае применение ЛСН может быть связано с существенным перегревом (например, Uвх=35В, Uвых=5В, Iнагр=1А, тогда Ррас.лсн = 30Вт. В таком случае потребуется радиатор для охлаждения регулировочного транзистора ЛСН).

Существует несколько иных принципов преобразования постоянного напряжения, отличающиеся тем, что регулировочный элемент работает в ключевом режиме (т.е. либо полностью насыщен, либо находится в отсечке) и для преобразования напряжения используется реактивный элемент: конденсатор или индуктивность. Стабилизаторы напряжения, выполненые на основе таких преобразователей, именуются импульсными стабилизаторами напряжения.

Принцип действия и возможности емкостных и индуктивных импульсных стабилизаторов илюстрирует рис. 6. Емкостные стабилизаторы (зарядовые насосы) используют принцип перекачки заряда конденсатора с входа на выход с помощью особой коммутационной схемы. С помощью такого преобразователя выполняется либо инверсия входного положительного напряжения (рис. 7а) или удвоение (рис.7б). Поэтому, для получения стабилизатора напряжения они должны быть дополнены линейным стабилизатором. Коммутация схемы выполняется на фиксированной частоте. Чем выше частота переключения, тем меньших габаритов требуется конденсатор, но и увеличивается собственное потребление. И наоборот, при снижении частоты коммутации необходимо увеличивать номинал емкости конденсатора, но собственное потребление снижается. На основе индуктивного преобразователя возможно получение любого характера преобразования: инвертирование (рис 7в), повышение (рис. 7г) и понижение (рис. 7д). Первые два типа преобразования используют свойства генерации напряжения после размыкания заряженной индуктивности. Использование различных схем однополупериодного выпрямления позволяет получить различные типы преобразования (сравните рис. 7в и 7г). Понижающие индуктивные преобразователи используют принцип сглаживания ШИМ-сигнала выходной LC-цепью (или иначе, заряда выходной емкости через индктивность до необходимого уровня). Для добавления функции стабилизации все индуктивные преобразователи содержат цепь обратной связи по напряжению, связанной с компаратором, который управляет работой генератора прямоугольных импульсов, воздействующего на ключ К.

Отличительные особенности емкостных преобразователей:

• Функция стабилизации возможна только совместно с ЛСН.
• Невысокая нагрузочная способность (до 50 мА).
• Возможность реализации как повышающего, так и инвертирующего преобразователя на одной ИС
• Высокий к.п.д. преобразования (до 95%).

Отличительные особенности индуктивных преобразователей:

• Возможность автономной реализации функции стабилизации напряжения.
• Возможность получения мощных источников питания (до 3А) при относительно небольших габаритах и существенно меньшим по сравнению с ЛСН тепловыделением.
• Высокий к.п.д. преобразования (до 95%).
• Самый высокий среди всех стабилизаторов уровень выходных шумов (или наоборот достижение равного с ЛСН уровня выходного шума требует усложнения схемы).
• Отличие входного и выходного токов, что делает близкими импульсные преобразователи к свойствам трансформаторов и отличает от ЛСН, у которых протекающий ток на входе и выходе одинаков.

Емкостные (зарядовые насосы)	Индуктивные	Характер преобразования
		Инвертирование
		Повышение
		Понижение

Рисунок 6 - Принцип действия импульсных преобразователей постоянного напряжения

Найти поставщиков вы можете перейдя по ссылке Каталог фирм микроэлектроники

---

---

Главная - Микросхемы - DOC - ЖКИ - Источники питания - Электромеханика - Интерфейсы - Программы - Применения - Статьи