eng
Выпуск #7/2013
Д.Колесников, А.Однолько, Е.Сухотерин, К.Фролов
Стабилизаторы со сверхнизким падением напряжения. Микросхемы ЗАО "ПКК Миландр" 1309ЕР1T и 1309ЕНХХ
Стабилизаторы со сверхнизким падением напряжения. Микросхемы ЗАО "ПКК Миландр" 1309ЕР1T и 1309ЕНХХ
Просмотры: 4663
Как альтернативу стабилизаторам зарубежного производства, ЗАО "ПКК Миландр" предлагает микросхемы 1309ЕР1Т и 1309ЕНХ.ХT со сверхнизким падением напряжения на регулирующем элементе. Приводятся их характеристики, принципы работы и основные области применения.
Теги: circuit engineering hardware components secondary power sources источники вторичного питания схемотехника элементная база
Микросхема 1309ЕР1Т (рис.1а) – это регулятор напряжения для устройств с низким напряжением питания, требующих малого падения напряжения на регулирующем элементе. Максимальный выходной ток микросхемы – 2 А, минимальное входное напряжение – 2 В. Величина выходного напряжения задается программно, начиная с 1 В.
Микросхемы 1309ЕН1.2Т, 1309ЕН1.8Т, 1309ЕН2.5Т, 1309ЕН3.3Т (рис.1б) – стабилизаторы напряжения положительной полярности с фиксированным выходным напряжением 1,2, 1,8, 2,5 и 3,3 В соответственно цифрам в маркировке. Нижняя граница выходного напряжения зависит от входного, верхняя – 5,5 В.
Особенность этих микросхем – ультранизкое (800 мВ при токе 2 А) падение напряжения (Dropout Voltage) на регулируемом элементе. Это позволяет применять их в устройствах, где требуется напряжение питания, очень близкое к входному.
С помощью специального входа разрешения можно отключать преобразователь, уменьшая тем самым потребление тока до 50 мкА. Микросхемы устойчивы к изменениям входного напряжения, выходного тока и температуры в рабочем диапазоне –60…85°С. Наличие цепей защиты от короткого замыкания и перегрева позволяет отнести семейство интегральных стабилизаторов к современным интеллектуальным микросхемам, исполненным по КМОП-технологии с проектными нормами 0,6 мкм.
Сравнивая описываемые стабилизаторы с аналогичной продукцией зарубежных производителей (см. таблицу), можно сделать вывод, что применение этих микросхем вполне может снизить зависимость отечественных производителей от поставок из других стран. Отечественных же разработок подобного типа крайне мало. Наиболее близкие аналоги – К1156ЕР2П,K1156ЕН5ВП/ДП/ДУ – исполнены по 2-мкм биполярной технологии. Реализация микросхем 1309ЕР1Т, 1309ЕНХ.ХТ в субмикронном КМОП-базисе обеспечила вы-
игрыш по ряду параметров – потреблению, минимальному падению напряжения на выходном элементе, площади кристалла и т.д.
Шумы и устойчивость
Степень подавления шумовой составляющей входного напряжения стабилизатора характеризует коэффициент подавления пульсаций питающего напряжения (PSRR, рис.2). Для современных интегральных стабилизаторов типично значение PSSR –20 дБ в килогерцовом диапазоне.
Крайне важно обеспечить устойчивость работы стабилизаторов. В качестве критерия устойчивости обычно принимают запас по фазе Δϕ, характеризующий отклонение ФЧХ от углового баланса фаз на частоте единичного усиления ДУ. В интегральном стабилизаторе запас по фазе непосредственно зависит от емкости нагрузки. При емкости нагрузки 10–50 мкФ стабилизатор напряжения имеет достаточный запас по фазе и, следовательно, устойчив при работе (рис.3).
Для того чтобы нагрузка стабилизатора могла изменяться в широких пределах, в выходном каскаде стабилизатора предусмотрена схема защиты, ограничивающая отдаваемый в нагрузку ток. При этом максимальный ток (ток короткого замыкания) не зависит от величины рабочего напряжения, хотя его зависимость от сопротивления нагрузки изменяется для различных рабочих напряжений (рис.4).
Источник опорного напряжения
Выходное напряжение стабилизатора определяется по формуле:
где UREF – опорное напряжение; R1 и R2 – сопротивления резисторов делителя в структурной схеме (см. рис.1). В зависимости от типа стабилизатора может применяться как внутренний делитель напряжения, так и внешний.
Напряжение UREF создается источником опорного напряжения, основная роль которого – обеспечить независимость UREF от колебаний напряжения питания и температуры. Для выполнения этого условия источник опорного напряжения был построен по схеме с токовым режимом (рис.5).
Это означает, что именно ток, протекающий через резистор R0, независим от температуры и напряжения питания. Малая зависимость этого тока от температуры обеспечивается равенством напряжений на входах операционного усилителя и определенным соотношением R1, R2 и R3. Соотношение количества диодов 22:2 выбрано для снижения влияния статистического разброса размеров элементов при их изготовлении. Это соотношение также влияет на характер зависимости выходного тока от температуры, но в меньшей степени, нежели соотношение номиналов резисторов. В итоге описанная схема позволяет получить температурную зависимость опорного напряжения, показанную на рис.6. Вычисленный по графику температурный разброс опорного напряжения составляет:
.
Схема источника с двумя боковыми резисторами (рис.7) характеризуется большей стабильностью опорного напряжения не только по температуре, но и по разбросу технологических параметров и т.д. Однако эта схема более подвержена сбою запуска при включении питания, поэтому в описываемых стабилизаторах применена схема источника опорного напряжения, о которой было рассказано выше.
Выбор внешних конденсаторов
Для устойчивой работы стабилизатора необходимо правильно выбрать входной и выходной конденсаторы.
Для предотвращения падения входного напряжения ниже 2 В конденсатор на входе микросхемы должен иметь емкость порядка 100 мкФ. Как можно ближе ко входу VIN рекомендуется поместить дополнительный керамический конденсатор емкостью не менее 4,7 мкФ, это позволит установить микросхему на некотором расстоянии от сглаживающего конденсатора большой емкости. При этом также уменьшаются флуктуации входного напряжения при изменении выходного напряжения. При необходимости может быть добавлен еще один дополнительный конденсатор.
На выходе стабилизатора кроме развязывающего керамического конденсатора емкостью 0,1 мкФ рекомендуется установить сглаживающий конденсатор емкостью не менее 10 мкФ. Увеличение суммарной емкости в целом улучшает переходный процесс. Использование нескольких соединенных параллельно керамических конденсаторов с меньшей емкостью не уменьшает стабильность. Несмотря на то что микросхема 1309ЕР1Т предусматривает использование керамических выходных конденсаторов, запас устойчивости устройства к увеличению эффективного последовательного сопротивления выходного конденсатора позволяет применять также и танталовые конденсаторы.
В условиях сильных электрических помех, между выводами VIN и GND, а также V0 и GND следует подключить керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ. Конденсаторы должны располагаться как можно ближе к выводам микросхемы. ●
Микросхемы 1309ЕН1.2Т, 1309ЕН1.8Т, 1309ЕН2.5Т, 1309ЕН3.3Т (рис.1б) – стабилизаторы напряжения положительной полярности с фиксированным выходным напряжением 1,2, 1,8, 2,5 и 3,3 В соответственно цифрам в маркировке. Нижняя граница выходного напряжения зависит от входного, верхняя – 5,5 В.
Особенность этих микросхем – ультранизкое (800 мВ при токе 2 А) падение напряжения (Dropout Voltage) на регулируемом элементе. Это позволяет применять их в устройствах, где требуется напряжение питания, очень близкое к входному.
С помощью специального входа разрешения можно отключать преобразователь, уменьшая тем самым потребление тока до 50 мкА. Микросхемы устойчивы к изменениям входного напряжения, выходного тока и температуры в рабочем диапазоне –60…85°С. Наличие цепей защиты от короткого замыкания и перегрева позволяет отнести семейство интегральных стабилизаторов к современным интеллектуальным микросхемам, исполненным по КМОП-технологии с проектными нормами 0,6 мкм.
Сравнивая описываемые стабилизаторы с аналогичной продукцией зарубежных производителей (см. таблицу), можно сделать вывод, что применение этих микросхем вполне может снизить зависимость отечественных производителей от поставок из других стран. Отечественных же разработок подобного типа крайне мало. Наиболее близкие аналоги – К1156ЕР2П,K1156ЕН5ВП/ДП/ДУ – исполнены по 2-мкм биполярной технологии. Реализация микросхем 1309ЕР1Т, 1309ЕНХ.ХТ в субмикронном КМОП-базисе обеспечила вы-
игрыш по ряду параметров – потреблению, минимальному падению напряжения на выходном элементе, площади кристалла и т.д.
Шумы и устойчивость
Степень подавления шумовой составляющей входного напряжения стабилизатора характеризует коэффициент подавления пульсаций питающего напряжения (PSRR, рис.2). Для современных интегральных стабилизаторов типично значение PSSR –20 дБ в килогерцовом диапазоне.
Крайне важно обеспечить устойчивость работы стабилизаторов. В качестве критерия устойчивости обычно принимают запас по фазе Δϕ, характеризующий отклонение ФЧХ от углового баланса фаз на частоте единичного усиления ДУ. В интегральном стабилизаторе запас по фазе непосредственно зависит от емкости нагрузки. При емкости нагрузки 10–50 мкФ стабилизатор напряжения имеет достаточный запас по фазе и, следовательно, устойчив при работе (рис.3).
Для того чтобы нагрузка стабилизатора могла изменяться в широких пределах, в выходном каскаде стабилизатора предусмотрена схема защиты, ограничивающая отдаваемый в нагрузку ток. При этом максимальный ток (ток короткого замыкания) не зависит от величины рабочего напряжения, хотя его зависимость от сопротивления нагрузки изменяется для различных рабочих напряжений (рис.4).
Источник опорного напряжения
Выходное напряжение стабилизатора определяется по формуле:
где UREF – опорное напряжение; R1 и R2 – сопротивления резисторов делителя в структурной схеме (см. рис.1). В зависимости от типа стабилизатора может применяться как внутренний делитель напряжения, так и внешний.
Напряжение UREF создается источником опорного напряжения, основная роль которого – обеспечить независимость UREF от колебаний напряжения питания и температуры. Для выполнения этого условия источник опорного напряжения был построен по схеме с токовым режимом (рис.5).
Это означает, что именно ток, протекающий через резистор R0, независим от температуры и напряжения питания. Малая зависимость этого тока от температуры обеспечивается равенством напряжений на входах операционного усилителя и определенным соотношением R1, R2 и R3. Соотношение количества диодов 22:2 выбрано для снижения влияния статистического разброса размеров элементов при их изготовлении. Это соотношение также влияет на характер зависимости выходного тока от температуры, но в меньшей степени, нежели соотношение номиналов резисторов. В итоге описанная схема позволяет получить температурную зависимость опорного напряжения, показанную на рис.6. Вычисленный по графику температурный разброс опорного напряжения составляет:
.
Схема источника с двумя боковыми резисторами (рис.7) характеризуется большей стабильностью опорного напряжения не только по температуре, но и по разбросу технологических параметров и т.д. Однако эта схема более подвержена сбою запуска при включении питания, поэтому в описываемых стабилизаторах применена схема источника опорного напряжения, о которой было рассказано выше.
Выбор внешних конденсаторов
Для устойчивой работы стабилизатора необходимо правильно выбрать входной и выходной конденсаторы.
Для предотвращения падения входного напряжения ниже 2 В конденсатор на входе микросхемы должен иметь емкость порядка 100 мкФ. Как можно ближе ко входу VIN рекомендуется поместить дополнительный керамический конденсатор емкостью не менее 4,7 мкФ, это позволит установить микросхему на некотором расстоянии от сглаживающего конденсатора большой емкости. При этом также уменьшаются флуктуации входного напряжения при изменении выходного напряжения. При необходимости может быть добавлен еще один дополнительный конденсатор.
На выходе стабилизатора кроме развязывающего керамического конденсатора емкостью 0,1 мкФ рекомендуется установить сглаживающий конденсатор емкостью не менее 10 мкФ. Увеличение суммарной емкости в целом улучшает переходный процесс. Использование нескольких соединенных параллельно керамических конденсаторов с меньшей емкостью не уменьшает стабильность. Несмотря на то что микросхема 1309ЕР1Т предусматривает использование керамических выходных конденсаторов, запас устойчивости устройства к увеличению эффективного последовательного сопротивления выходного конденсатора позволяет применять также и танталовые конденсаторы.
В условиях сильных электрических помех, между выводами VIN и GND, а также V0 и GND следует подключить керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ. Конденсаторы должны располагаться как можно ближе к выводам микросхемы. ●
Отзывы читателей
