Zaloguj się
Wszystkie
7 stycznia 2026
38
Otaczający nas świat jest niezmiennie analogowy, przynajmniej jeśli spojrzeć nań w skali makroskopowej. Zanim jakikolwiek sygnał wejściowy trafi do przetwornika ADC, musi zostać najpierw odpowiednio uformowany: wzmocniony, przefiltrowany, czasem przełączony z kilku dostępnych źródeł. Każdy z tych etapów zużywa energię, czy to dynamicznie (w czasie przełączania), czy też statycznie. Dobra wiadomość jest taka, że współczesny rynek oferuje bardzo szeroką gamę ultraniskomocowych stabilizatorów LDO, wyjątkowo energooszczędnych, a zarazem zaskakująco wydajnych przetwornic DC/DC, a także wzmacniaczy operacyjnych, źródeł napięcia odniesienia czy przełączników analogowych, które pozwalają zbudować naprawdę „kulturalny” (z energetycznego punktu widzenia) tor sygnałowy – i to bez rezygnacji z przyzwoitych parametrów metrologicznych.
W artykule zebraliśmy przegląd wybranych kategorii takich układów. Omawiamy przykładowe komponenty od czołowych producentów oraz typowe zastosowania – od zasilania toru analogowego z baterii guzikowej aż po energooszczędne kondycjonowanie sygnału z termopary czy mostka tensometrycznego. Na końcu znalazło się też miejsce na praktyczne wskazówki projektowe, które pomogą zainteresowanym Czytelnikom uniknąć klasycznych pułapek czyhających na nas, konstruktorów, w systemach ultra-low-power.
Stabilizatory LDO o niskim prądzie spoczynkowym
Klasyczne stabilizatory o niskim spadku napięcia (LDO – Low Drop-Out) cenimy przede wszystkim za możliwość pracy przy niewielkiej różnicy pomiędzy napięciami wejściowym a wyjściowym, a także (przynajmniej w większości konstrukcji) za relatywnie niski poziom szumu i prostotę aplikacji wynikającą z niewielkiej liczby obligatoryjnych elementów zewnętrznych. W urządzeniach bateryjnych kluczowy parametr to jednak prąd spoczynkowy, oznaczany zwykle literami IQ – czyli prąd pobierany przez sam stabilizator przy małym obciążeniu lub wręcz w warunkach jego braku. To właśnie ten parametr w dużej mierze decyduje o tym, jak bardzo nasz zasilacz „podjada” energię z baterii lub akumulatora, gdy... reszta systemu smacznie śpi.
Jeszcze niedawno mikromocowe LDO pobierały „dla siebie” kilkadziesiąt mikroamperów. Dzisiaj dostępne są fantastyczne konstrukcje liniowych regulatorów napięcia o IQ liczonym w dziesiątkach nanoamperów. Przykład? Stabilizator TPS7A02 marki Texas Instruments ma ów parametr na poziomie (typowo) około 25 nA, a zarazem jest w stanie dostarczyć nawet do 200 mA prądu wyjściowego – i to bez dramatycznego pogorszenia pozostałych właściwości. Nieco słabiej, choć wciąż całkiem nieźle radzi sobie w tej kwestii układ STLQ020 produkcji ST Microelectronics – łączy on bowiem zalety dość niskiego IQ (rzędu 300 nA) z dopuszczalnym prądem wyjściowym dochodzącym do 200 mA.
Bardzo ciekawą, choć dość unikalną grupę układów stanowią stabilizatory LDO z dwoma trybami pracy. Przykładowo NCP171 marki onsemi może pracować w trybie super-oszczędnym (IQ dochodzący typowo do 50 nA przy napięciu wejściowym nieprzekraczającym 5 V) albo w trybie „wydajnościowym”, w którym rośnie wprawdzie pobór prądu zasilania samego stabilizatora, ale wydatnie poprawiają się parametry dynamiczne, rośnie też wydajność prądowa (80 mA w trybie Active Mode vs. 5 mA w trybie Low-Power Mode). Warto uważnie prześledzić notę katalogową stabilizatorów z serii NCP171 – jak na dłoni widać tu bowiem szereg ograniczeń, z jakimi muszą mierzyć się projektanci układów scalonych balansujący pomiędzy energooszczędnością, a wydajnością tworzonych rozwiązań. Już na pierwszy rzut oka widać wyższość trybu aktywnego pod względem zarówno „kultury” pracy dynamicznej, jak i parametrów częstotliwościowych. Tym bardziej więc trzeba doceniać te układy, które oferują relatywnie niski pobór prądu i dobre parametry użytkowe – uzyskanie stabilizatora szybko reagującego na zmiany obciążenia i/lub zasilania, dobrze tłumiącego wysokoczęstotliwościowe składowe tętnień, a zarazem racjonalnie gospodarującego energią z zasilacza nie jest wbrew pozorom zadaniem łatwym.
Stabilizatory z dwoma trybami pracy stanowią wygodne rozwiązanie do układów, w których przez zdecydowaną większość czasu system śpi, ale co jakiś czas potrzebne jest obsłużenie skokowego wzrostu prądu (zwykle spowodowanego np. transmisją radiową czy też po prostu wybudzeniem mikrokontrolera i dokonywaniem obliczeń, zapisem danych do pamięci, etc.). Przeważnie pogorszone parametry w zakresie PSRR czy odpowiedzi impulsowej/skokowej, w trybie najoszczędniejszym z oszczędnych, nie będą szczególnie dotkliwe dla działania urządzenia – skoro procesor i inne układy i tak „śpią”, to raczej nic ciekawego nie powinno też dziać się na liniach zasilania. Gwoli ścisłości trzeba jednak dodać, że o wspomnianych ograniczeniach warto pamiętać – chociażby dlatego, że dokładność stabilizacji napięcia może być wyraźnie gorsza w trybie oszczędnym, co może teoretycznie mieć znaczenie np. w wyniku zbliżenia się napięcia wyjściowego do progu zadziałania układu BOR mikrokontrolera. Oczywiście z problemem tego rodzaju zetkniemy się tylko, jeżeli napięcie spadnie zbyt mocno w czasie wybudzania urządzenia, a my nie założymy odpowiedniego marginesu bezpieczeństwa.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
