Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Stosowanie scalonych stabilizatorów napięcia zasilania (LDO, spadek napięcia)

W związku z tendencją do obniżania napięć zasilających obecnie najczęściej wykorzystywane jest napięcie 3,3V, przynajmniej w układach budowanych przez hobbystów. Nadal bardzo popularne są też układy zasilane napięciem 5V.
Article Image
(...) mam problem z przetwornikiem ADC (...) 7805 zastąpiłem AMS1117 (...) Czy Redakcja może przybliżyć temat stosowania najpopularniejszych [scalonych] stabilizatorów napięcia zasilania (...) rozszerzyć temat LDO (...) i spadku napięcia stabilizatora 5V przy zasilaniu 5V (...)

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.

Rys.A Jakie będą napięcia na pokazanym schemacie?

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.

Rys.B Spadki napięcia - LM317

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.

Rys.C LM117, LM317 vs LM1117 - klasyczny układ Darlingtona zastąpiono układem Sziklaiego

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!

Rys.D LM1117 - spadki napięcia na stabilizatorze
Rys.E Charakterystyki NCP1117

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.

Do pobrania
Download icon Stosowanie scalonych stabilizatorów napięcia zasilania (LDO, spadek napięcia)
Tematyka materiału: stabilizatory, RDO
AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich luty 2020
Udostępnij
Czytelnia kategorie
AI-Sztuczna Inteligencja
Aparatura
Arduino
Artykuły
Audio
Automatyka
Ciekawostki
CNC
DIY
Druk 3d
Elektromechanika Fotowoltaika
FPGA-CPLD-SPLD
GPS
IC-układy scalone
Interfejsy
IoT
Konkursy
Książki
Lasery
LED/LCD/OLED
Mechatronika
Mikrokontrolery (MCV,μC)
Moc Moduły
Narzędzia
Optoelektronika
PCB/Montaż Podstawy elektroniki
Podzespoły bierne
Półprzewodniki Pomiary i testy
Porady
Projektowanie
Raspberry Pi
Retro
RF
Robotyka
SBC-SIP-SoC-CoM
Sensory Silniki i serwo
Software
Sterowanie
Transformatory
Tranzystory
Wyświetlacze
Wywiady
Wzmacniacze Zasilanie
W tym numerze znajdziesz źródłową wersję artykułu publikowanego obok
Elektronika dla Wszystkich
luty 2020
Elektronika dla Wszystkich
Przejrzyj i kup
UK Logo