Zaloguj się
Wszystkie
30 kwietnia 2020
3432
Jednak coraz rzadziej zachodzi potrzeba redukcji dużych napięć rzędu kilkunastu i więcej woltów do poziomu 3,3V czy 5V. Dziś najczęściej stabilizatory liniowe obniżają napięcie z 5V na 3,3V albo stabilizują napięcie 3,3V pochodzące z pojedynczego akumulatora litowego (Li-Ion, Li-Poly) o napięciu nominalnym 3,7V. Wtedy o sprawności energetycznej stabilizatora (i o wielkości strat) decyduje głównie różnica napięć między wejściem a wyjściem, nazywana Drop Out (DO).
Do redukcji napięcia z 5V na 3,3V od biedy, tylko przy niedużych prądach, można wykorzystać stabilizatory 78xx i LM317, ale ogólnie biorąc, należy je uznać za przestarzałe i zastosować znacznie nowocześniejsze i lepsze stabilizatory LDO. Dla przypomnienia: skrót LDO (Low Drop Out) wskazuje, że stabilizator może poprawnie pracować przy małej różnicy napięć między jego wejściem a wyjściem. Jednak pytanie Czytelnika dotyczy specyficznej sytuacji.
Otóż dziś w układach mikroprocesorowych dość często zdarza się, że na wejście stabilizatora podajemy napięcie praktycznie równe jego napięciu nominalnemu. Wiedząc, że powszechnie stosowane są stabilizatory LDO, jesteśmy przekonani, że na wyjściu stabilizatora LDO napięcie jest praktycznie równe napięciu wejściowemu. Autor pytania natknął się na problemy w takiej właśnie sytuacji. Dlatego trzeba odpowiedzieć na pytanie: jakie będą napięcia zasilające w przypadku z rysunku A?
Otóż jeżeli dla napięcia wejściowego 5V byłby to stabilizator 7805 albo LM315 ustawiony na 5V, to napięcie zostanie pomniejszone o ponad 1 wolt, zależnie od poboru prądu i temperatury stabilizatora. Pochodzący z katalogu rysunek B pokazuje, że LM317 wymaga między wejściem a wyjściem spadku napięcia znacznie ponad 1V. Czerwone linie pokazują, że zaraz po włączeniu, gdy struktura stabilizatora ma temperaturę otoczenia (+25°C), przy prądzie obciążenia 200mA spadek napięcia wyniesie ponad 1,6V. Właśnie o tyle pomniejszone byłoby napięcie wyjściowe w układzie z rysunku A.
Skutecznym rozwiązaniem problemu wydaje się zastosowanie stabilizatora LDO. Dziś najpopularniejsze są stabilizatory LDO o oznaczeniu cyfrowym 1117, a wśród nich LM1117. Tu przypomnijmy, że LM317 to tańsza wersja LM117. Oznaczenie LM1117 sugeruje, że jest to ulepszona (LDO) wersja LM117 i LM317.
I w zasadzie tak jest, tylko na ile jest ulepszona? Kostki ’1117 są dziś bardzo popularne i występują w ofertach wielu producentów z różnymi oznaczeniami literowanymi na początku. Dostępne są w wersji ADJ, gdzie dokładnie tak jak w LM317 napięcie wyjściowe ustalane jest przez dwa zewnętrzne rezystory. Ale częściej stosowane są liczne wersje o ustalonym napięciu (w tym 5V i 3,3V), gdzie te rezystory są wbudowane wewnątrz scalonej struktury.
Wśród nich występuje także wykorzystany przez Czytelnika AMS1117 – 5V. Wszystkie mają podobną budowę i zbliżone parametry. Są to układy bipolarne, zawierające zwyczajne tranzystory NPN i PNP. Ulepszenie względem LM117/LM317 i pokrewnych polega na tym, że w stopniu mocy klasyczny układ Darlingtona zastąpiono układem Sziklaiego, co ilustruje rysunek C, pokazujący schemat blokowe.
Zmniejszyło to minimalne napięcie DO mniej więcej o połowę. Autor pytania napotkał trudności, wykorzystując stabilizator LDO AMS1117- 5V. Niestety, w oryginalnej, aktualnej karcie kostki AMS1117 na stronie producenta (www.advanced-monolithic.com/pdf/ds1117.pdf) nie znajdziemy potrzebnych szczegółów.
Jak jednak pokazuje rysunek D, pochodzący z karty LM1117 renomowanego producenta (Texas Instruments), w temperaturze pokojowej nawet przy małych prądach spadek napięcia na stabilizatorze jest większy niż 1V! Należy sądzić, że rysunek ten pokazuje wartości typowe, a wartości skrajne mogą być nieco inne. Nie ma żadnego problemu, jeżeli kostka z rodziny ’1117 ma zmniejszyć napięcie z 5V do 3,3V – do tego celu nadaje się bardzo dobrze. Natomiast w układzie z rysunku A z kostką AMS1117 5V napięcie wyjściowe najprawdopodobniej będzie niższe niż 4V!
Rysunek E pokazuje analogiczne, niewiele lepsze, charakterystyki z karty katalogowej OnSemi NCP1117. Inaczej jest w stabilizatorach z tranzystorami regulacyjnymi MOSFET, ale tu mamy tranzystory bipolarne i nawet przy małych prądach minimalny spadek napięcia to prawie 1V!
Taką właśnie sytuację często mamy w płytkach Arduino z tego rodzaju stabilizatorami przy zasilaniu ich napięciem 5V. W Arduino Uno według założeń ma być stosowany NCP1117ST50T3G, jednak przy zasilaniu z łącza USB nie jest on wykorzystywany, bo napięcie na procesor podawane jest wprost przez dodatkowy tranzystor MOSFET.
Jednak w innych płytkach, w tym Arduino Nano, ProMini i innych, w obwodzie zasilania pracuje podobny stabilizator i często napięcie zasilania podawane jest właśnie na jego wejście według rysunku A. Tymczasem mogłoby być podawane na jego wyjście, bowiem stabilizatory takie mogą pracować w takich nietypowych warunkach, bez zasilania wejścia, i nie pobierają wtedy znaczącego prądu.
Stosowanie scalonych stabilizatorów napięcia zasilania (LDO, spadek napięcia)
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
