Jak można rozszerzyć zakres wejściowy regulatora LDO?

1_got_1

Ze względu na ograniczenia procesu technologicznego zastosowanego produkcji wszystkie układy scalone mają ograniczenia napięcia wejściowego.
To ograniczenie może być uciążliwe, gdy próbuje się obniżyć wysokie napięcie zasilania do niższego, stabilizowanego napięcia za pomocą konwertera DC/DC, takiego jak regulator liniowy.
Dodanie FET do wejścia liniowego regulatora pozwala stworzyć przetwornik DC/DC z szerszym zakresem napięć wejściowych niż zakres samego regulatora.
1_got_2
Nadmierne napięcie, a zatem i moc wydzielane są na tranzystorze FET.
Na rysunku 1 pokazano tranzystor MOSFET z kanałem N – IRF7601 na wejściu regulatora LDO TPS79228, niskoszumowego stabilizatora, o napięciu wyjściowym 2.8V i prądzie 100mA, charakteryzujący się wysokim współczynnikiem tłumienia tętnienia zasilania.
Rezystory R1 i R2 dostarczają napięcie polaryzacji do bramki tranzystora MOSFET, a prąd obciążenia określa napięcie na źródle MOSFET.

(Innymi słowy, rezystancja otwartego tranzystora FET dostosowuje się do prądu obciążenia.) W tym przykładzie maksymalne napięcie zasilania wynosi 15V, ale regulator TPS79228 ma maksymalne zalecane napięcie wejściowe na poziomie 5.5V, dlatego w obwodzie wykorzystywany jest tranzystor o napięciu przebicia 20V.
Aby określić minimalne napięcie polaryzacji dla bramki MOSFET, potrzebny jest prąd drenu tranzystora, ID, w funkcji napięcia źródło-bramka, VGS (GS – gain-source), charakterystyki z noty aplikacyjnej.
W przypadku IRF7601 charakterystyki wskazują, że tranzystor potrzebuje napięcie VGS nieco poniżej 1.5V dla prądu wyjściowego 100mA.
Ponieważ maksymalne napięcie spadku regulatora wynosi 100mV przy prądzie 100mA, napięcie wejściowe regulatora musi wynosić powyżej 2.9V.
Dlatego należy przesunąć polaryzację bramki MOSFET, do co najmniej 1.5V + 2.9V = 4.4V.
Tak więc, gdy tranzystor MOSFET zapewnia 100mA, jego napięcie źródła nie może spaść poniżej 2,9V.
Maksymalne napięcie polaryzacji bramki jest po prostu maksymalnym zalecanym napięciem roboczym dla regulatora czyli 5.5V.
Napięcie to jest więcej niż wystarczające dla skutecznego sterowania bramką, aby zapewnić prąd spoczynkowy regulatora podczas trybu wyłączenia rzędu 1μA.
Chociaż można polaryzować bramkę napięciem między 4.4 i 5.5V, projekt ten wykorzystuje napięcie polaryzacji 5V, aby uwzględnić zmiany napięcia progowego. Maksymalne rozpraszanie mocy dla tranzystora FET wynosi 100mA × (15V – 2.9V) 1.21W.

Tranzystor IRF7601, w obudowie Micro 8, może rozproszyć tę moc w temperaturze otoczenia do 55°C.
Obwód pokazany na rysunku 2 jest nieco bardziej skomplikowany, ale może być przydatny w przypadkach, w których napięcie wejściowe znacznie się zmienia.
Dioda Zenera zastępuje rezystor R2 występujący na rysunku 1 i zapewnia stałe sterowanie bramki tranzystora MOSFET.

Napięcie wyjściowe diody Zenera jest wybierane w taki sam sposób jak wyjaśniono powyżej. Obie metody umożliwiają stworzenie konwertera DC/DC o szerszym zakresie napięcia wejściowego niż pozwala na to układ scalony konwertera.
Rozwiązanie z jednym tranzystorem MOSFET jest najprostsze i najtańsze.
W przypadku, gdy obwód zasilany jest z niestabilizowanego źródła, lepiej jest wybrać wariant z diodą Zenera w obwodzie bramki.
Autor: Jeff Falin, Texas Instruments

Komentarze z Facebooka

Komentarze obecnie - OFF.