Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Rzadko zadawane pytania: jak uzyskać bardzo niskie napięcie ze stabilizatora

ghost666 11 Lis 2020 11:01 1527 5
  • Rzadko zadawane pytania: jak uzyskać bardzo niskie napięcie ze stabilizatora
    Pytanie: Jakie jest dobre rozwiązanie do stabilizowania niewielkiego napięcia stałego - o wartości kilkuset miliwoltów?

    Odpowiedź: Wszystko, czego potrzeba, to czyste źródła napięcia dodatniego, aby móc podłączyć je do rezystora sprzężenia zwrotnego przetwornicy impulsowej.

    W ciągu ostatnich lat napięcia zasilania elementów elektronicznych systematycznie spadają. Powodem tego jest malejący rozmiar struktur geometrycznych w układach cyfrowych, takich jak mikrokontrolery, procesory, procesory DSP i inne. Istnieją również zastosowania w systemach pomiarowych, które wymagają stabilizacji bardzo niskiego napięcia zasilania.

    Przez wiele lat zarówno stabilizatory liniowe, jak i impulsowe używały napięcia sprzężenia zwrotnego równego około 1,2 V. Napięcie to było generowane przez układ wykorzystujący napięcie odniesienia generowane na przerwie energetycznej półprzewodnika wewnątrz układu scalonego stabilizatora czy przetwornicy DC/DC. Służyło ono do określania napięcia wyjściowego i w związku z tym definiowało najniższe napięcie, jakie można było skonfigurować na danym układzie z pomocą zewnętrznego dzielnika napięcia.

    Obecnie większość nowoczesnych układów scalonych stabilizatorów napięcia może generować napięcie wyjściowe równe 0,8 V, 0,6 V lub nawet 0,5 V. Wewnętrzne napięcie odniesienia tych elementów jest zaprojektowane w taki sposób, aby możliwe było uzyskanie niższych napięć. Rysunek 1 przedstawia taki scalony stabilizator impulsowy - LTC3822 - który generuje napięcie odniesienia dla pętli sprzężenia zwrotnego równe 0,6 V. Przy takim napięciu odniesienia może on stabilizować napięcie do 0,6 V na wyjściu.

    Rzadko zadawane pytania: jak uzyskać bardzo niskie napięcie ze stabilizatora
    Rys. 1. Przetwornica DC/DC LTC3822 do stabilizowania niskich napięć wyjściowych 0,6 V lub wyższych.


    Jeśli jednak wymagane jest napięcie zasilania mniejsze niż 0,6 V, obwód przedstawiony na rysunku 1 nie może być używany bez pewnych przeróbek.

    Dzięki przedstawionej poniżej sztuczce można sprawić, że stabilizator - impulsowy bądź liniowy - będzie również stabilizował niższe napięcia niż napięcie sprzężenia zwrotnego. Można to osiągnąć wykorzystując obwody takie jak ten pokazany na rysunku 2. Wymaga to dodatkowego dodatniego napięcia zasilania, do którego podłączony jest dzielnik rezystancyjny w celu regulacji napięcia wyjściowego. To napięcie może pochodzić z stabilizatora liniowego o niskim spadku napięcia (LDO) lub stabilizatora napięcia odniesienia. Dzielnik rezystancyjny tworzy w ten sposób dzielnik napięcia, w którym przepływ prądu IFB płynie w kierunku przeciwnym do normalnego przypadku na rysunku 1. Na rysunku 2 prąd płynie od zewnętrznego napięcia odniesienia przez dzielnik rezystancyjny do napięcia wyjściowego.

    Równanie 1 pokazuje zależność między napięciem sprzężenia zwrotnego układu scalonego (VFB), pożądanym napięciem wyjściowym (VOUT), dodatkowym dodatnim napięciem polaryzacji prądu stałego (VOFFSET) a rezystorami dzielnika rezystancyjnego R1 i R2.

    [tex]\frac {V_{FB} - V_{OUT}} {V_{OFFSET} - V_{OUT}} = \frag {R_1} {R_1 + R_2} \qquad (1)]/tex]

    Wartości oporników R1 oraz R2 powinny, sumarycznie, wynosić pomiędzy 100 kΩ a 500 kΩ. Pozwala to utrzymać prąd polaryzacji pętli sprzężenia zwrotnego na niskim poziomie, co ma pozytywny wpływ na sprawność systemu, a jednocześnie wartości te zapobiegną sprzęganiu się szumu z czułym wejściem sprzężenia zwrotnego.

    Rzadko zadawane pytania: jak uzyskać bardzo niskie napięcie ze stabilizatora
    Rys 2. Obwód z rysunku 1 zmodyfikowany w celu stabilizowania napięcia wyjściowego poniżej 0,6 V.


    Koncepcja ta ogólnie sprawdza się w przypadku generowania napięć poniżej określonego minimalnego napięcia stabilizatora impulsowego lub liniowego. Należy jednak wziąć pod uwagę kilka efektów. Dodatkowe napięcie odniesienia powinno być włączone i ustabilizowane przed włączeniem się przetwornicy DC-DC. Jeśli to napięcie offsetu ma wartość 0 V lub wejście to ma wysoką impedancję, przetwornica DC-DC może generować zbyt wysokie napięcie na swoim wyjściu i w konsekwencji uszkodzić obwód po stronie obciążenia.

    W najgorszym przypadku, w którym regulator przełączający nie jest jeszcze włączony, ale napięcie pomocnicze zostało już przyłożone, prąd IFB przepływający przez dzielnik rezystancyjny będzie ładował kondensator wyjściowy do napięć powyżej zadanego napięcia. Może się to zdarzyć, gdy obciążenie ma bardzo wysoką impedancję. Aby tego uniknąć, może być konieczne zainstalowanie minimalnego obciążenia w postaci np. dodatkowego opornika na wyjściu.

    Dokładność napięcia pomocniczego na dzielniku rezystancyjnym (1 V na rysunku 2) ma bezpośredni wpływ na dokładność stabilizowania napięcia zasilania na wyjściu układu. Dlatego należy stosować wyjątkowo czyste źródło napięcia z niskim poziomem tętnień czy szumu.

    Dodatkowo nie każda przetwornica napięcia nadaje się do tego typu operacji. Na przykład zakres pomiarowy wzmacniacza do pomiaru prądu w przetwornicy DC-DC może zapewnić tylko poprawną pracę przy wyższych napięciach. Należy również zauważyć, że stabilizacja bardzo niskich napięć przy dość wysokich napięciach wejściowych wymaga krótkiego cyklu pracy. W tym przypadku pomocne może być wybranie układu scalonego stabilizatora impulsowego z krótkim minimalnym czasem włączenia i wykorzystywanie go przy relatywnie niskiej częstotliwości przełączania.

    Rzadko zadawane pytania: jak uzyskać bardzo niskie napięcie ze stabilizatora
    Rys. 3. Narzędzie symulacyjne, takie jak LTspice® firmy Analog Devices, może być użyte do wstępnego testowania obwodu.


    W przypadku wykorzystywania stabilizatora liniowego lub impulsowego do pracy z niższymi napięciami wyjściowymi niż zamierzone przez producenta układu scalonego, przydatne jest wstępne sprawdzenie za pomocą narzędzia symulacyjnego, takiego jak LTspice, działania systemu. Rysunek 3 przedstawia obwód z LTC3822 z dodatkowym źródłem napięcia jako polaryzacją dla pętli sprzężenia zwrotnego. W tym obwodzie generowane jest napięcie wyjściowe równe 200 mV. Zgodnie z kartą katalogową, LTC3822 jest odpowiedni do stabilizowania minimalnego napięcia wyjściowego równego 0,6 V. W obwodzie napięcie pomocnicze, źródło napięcia V2 na rysunku 3, może być realizowane za pomocą regulatora LDO lub napięcia odniesienia. Dzięki opisanej tu sztuczce i dokładnemu przetestowaniu obwodu można wygenerować jeszcze niższe napięcia wyjściowe, niż umożliwia to sam układ.

    Źródło: https://www.analog.com/en/analog-dialogue/raqs/raq-issue-181.html

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 10081 postów o ocenie 8343, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2
    atek000
    Poziom 17  
    Czy na rysunkach 1 i 2 przypadkiem nie ma błędów?
    Mogę się mylić, jak tak to mnie poprawcie, ale wydaje mi się, że brak połączenia pomiędzy SW-cewka i dren-żródło. mosfet-ów.
  • #3
    Janusz_kk
    Poziom 29  
    Masz rację, ale to takie rysunki 'poglądowe' aby pokazać ideę. więc trzeba je traktować z pewnym dystansem.
  • #4
    acctr
    Poziom 17  
    Problem znany od dawna przy próbach wykonania zasilacza na 723 z regulacją napięcia od zera. W niektórych układach stosowano ujemne napięcie i offset w postaci diody Zenera co całkowicie niwelowało dobre parametry źr. nap. odniesienia w tym układzie. Tutaj jest podobnie - stabilność napięcia na wyjściu będzie zależała od parametrów tego offsetu.

    Co do wzrostu napięcia na wyjściu - można wyjście obciążyć źródłem prądowym, które będzie "zjadało" prąd płynący z offsetu przez dzielnik do kondensatora.
  • #5
    Janusz_kk
    Poziom 29  
    Mam lepszą koncepcję, nie zepsuje jakości stabilizacji ani napięcia odniesienia z przetwornicy i nie potrzebuje dodatkowego źródła napięcia

    Rzadko zadawane pytania: jak uzyskać bardzo niskie napięcie ze stabilizatora

    Dodajemy wzmacniacz operacyjny o wzmocnieniu takim aby uzyskać odpowiednie napięcie FB, dla przykładu z artykułu 0,2V na 0,6V wystarczy wzmocnienie 3, a że wzmacniacz pracuje w układzie nieodwracającym to są to opory R i 2*R. Wzmacniacze muszą pracować od '0' ale to nie jest problem np: LMV321, max zasilanie 6V dlatego na rysunku jest zener i opornik, inny wzmacniacz to np TLV271, ten ma max 16V nap zasilania.


    Przetwornica jest przypadkowa i tylko jako zobrazowanie służy podobnie jak podłączenia z tranzystorami.