Sirkuit LDO:Dasar, Prinsip Kerja, dan Aplikasi

Apakah Anda merancang strategi pengaturan daya untuk PCB Anda? Atau Anda sedang membuat catu daya khusus untuk papan Anda? Jika ya, penting untuk merenungkan cara terbaik untuk mengontrol daya yang Anda kirim ke komponen Anda. Dan ini berlaku—terutama jika Anda berurusan dengan sistem digital berkecepatan tinggi. Jadi, apakah sumber listrik itu penting? Baik Anda mengambil daya dari tegangan saluran atau baterai—sangat penting untuk mengontrol daya input ke tingkat terbaik untuk sistem Anda. Misalnya, jika Anda menggunakan daya dari baterai, rangkaian LDO akan ideal. Dan itu karena regulator linier memberikan tegangan yang memadai. Selain itu, ia menawarkan tegangan stabil yang lebih rendah dari tegangan input.

Karena itu, kita akan berbicara lebih banyak tentang LDO dengan menyoroti elemen, prinsip kerja, aplikasi, dan lainnya.

Mari kita mulai!

Apa itu LDO?

LDO adalah akronim yang berarti Low Dropout. Anda juga dapat menyebutnya sebagai regulator linier saturasi atau kerugian rendah. Dan berfungsi pada PD (perbedaan potensial) rendah antara suplai tegangan input dan output.

Regulator LDO hanya dapat mengambil tegangan input yang sedikit lebih besar dari tegangan output yang diinginkan. Dan itu karena perangkat ini adalah konverter DC-DC step-down dengan tegangan input variabel. Jadi, tegangan putus mengacu pada varian terkecil yang menghubungkan input dan tegangan output yang diinginkan atau input catu daya.

Selanjutnya, terlepas dari efisiensi daya perangkat yang rendah, perangkat dapat beroperasi secara stabil dengan tegangan putus rendah ~1V. Regulator tegangan linier juga dapat menawarkan tingkat tegangan yang berbeda dengan output yang stabil dan konstan.

Plus, tegangan output LDO tidak tergantung pada pelepasan baterai, suhu, kehilangan daya, dan impedansi beban. Misalnya, baterai Li-ion Anda memiliki rentang catu daya masuk dari 2,7V hingga 4,2V. 2.7V menandakan baterai yang terisi penuh, sedangkan 4.7V adalah baterai yang terisi penuh. Jadi, jika voltase baterai Anda berkurang di bawah 3V, LDO dapat mempertahankan output Anda di 2.5V.

Apa Elemen dari Regulator LDO?

Elemen atau komponen kunci dari LDO meliputi:

Penguat Kesalahan

Penguat Kesalahan dalam Diagram Sirkuit

Sumber:Wikimedia Commons

Jika Anda berencana untuk merancang penguat kesalahan LDO, sangat penting untuk menarik arus serendah mungkin. Mengapa? Karena kapasitansi gerbang transistor pass besar. Oleh karena itu, resistansi keluaran amplifier harus sangat rendah.

Juga, penguat kesalahan memiliki dua input. Yang pertama adalah ketika pembagi tegangan menskalakan tegangan keluaran lebih rendah. Kemudian, tegangan referensi berikutnya. Jadi, ketika selesai membandingkan kedua input, penguat kesalahan akan mengubah resistansi elemen pass.

Elemen Lulus

Lewati Elemen dalam Diagram Sirkuit

Sumber:Wikimedia Commons

Penguat kesalahan menggerakkan elemen pass di dalam loop umpan balik. Dan elemen pass membantu memindahkan tegangan ke beban dari input. Plus, Anda dapat menggunakan NMOS dan PMOS sebagai elemen pass.

Saat Anda melihat lebih dekat pada sirkuit, Anda akan melihat bahwa V_o(s) sambungkan ke V₁ . Selanjutnya, transistor PMOS membutuhkan tegangan minimum untuk mengatur dengan benar dan tetap basah.

Dan tegangan sumber pembuangan terendah V₂ bertanggung jawab untuk memberikan tegangan paling rendah. Namun, penting untuk diperhatikan bahwa elemen pass PMOS tidak ideal untuk perangkat bertegangan sangat rendah.

Juga, Anda bisa mendapatkan tegangan putus, output, dan input yang rendah dengan transistor NMOS. Manfaat LDO berbasis elemen lulus (NMOS) adalah bahwa output regulator berada di sumber transistor. Selain itu, NMOS memasuki konfigurasi pengikut sumber.

Referensi Tegangan

Elemen ini mengacu pada titik awal regulator karena menetapkan titik operasi penguat kesalahan. Selain itu, Anda dapat menggunakan referensi tegangan jenis celah pita—karena memungkinkan bekerja pada tegangan suplai rendah.

Kapasitor Keluaran

Kapasitor Output Kuat

Sumber:Wikimedia Commons

Jika terjadi transien beban, kapasitor keluaran memungkinkan LDO untuk memindahkan arus di dalam beban—dan penguat kesalahan menjadi disetel.

Juga, ESR kapasitor memainkan peran besar karena membatasi aliran tegangan yang bergerak ke beban dari kapasitor. Jadi, jika Anda bekerja dengan kapasitor 1µF yang memiliki rentang ESR (10 hingga 300m Ohm), Anda dapat menggunakan jenis kapasitor berikut:

• Kapasitor Tantalum ESR Rendah
• Kapasitor Keramik
• Kapasitor Elektrolit Polimer

Masukan

Elemen ini membantu Anda untuk menurunkan tegangan output. Plus, ini memungkinkan perbandingan antara referensi dan tegangan output menggunakan penguat kesalahan.

Fitur LDO

1. Regulator dengan kebisingan rendah dapat menghasilkan tegangan yang stabil. Dan ia melakukan ini tanpa terpengaruh oleh perubahan tegangan input. Jadi, LDO sangat cocok untuk memasok tegangan ke perangkat yang rentan terhadap kebisingan.
2. Perangkat memerlukan beberapa komponen eksternal (resistor atau kapasitor).
3. LDO memiliki fungsi batas arus yang melindungi sistem dari panas berlebih.
4. LDO memiliki sirkuit pelepasan keluaran yang membantu pengosongan dengan cepat dan menjatuhkan tegangan terminal keluaran dekat dengan IC GND.
5. Perangkat ini memiliki fungsi penonaktifan termal, dan membantu menghindari kerusakan dan kerusakan.

Bagaimana Cara Kerja LDO?

Diagram Sirkuit Pengatur Tegangan LDO

Komponen utama LDO adalah sumber tegangan referensi, elemen pass dan penguat kesalahan. Dan elemen pass adalah FET saluran-P atau saluran-N. Jadi, itu dimulai dengan menerapkan tegangan input ke elemen pass (transistor N-channel).

Kemudian transistor bekerja pada daerah linier untuk menurunkan tegangan masukan. Proses ini berlanjut hingga tegangan input mencapai tegangan output yang diinginkan. Pada titik ini, penguat kesalahan mengenali tegangan keluaran yang dihasilkan. Setelah itu, penguat kesalahan akan membandingkan dua parameter (tegangan keluaran dan referensi).

Juga, penguat kesalahan akan mengubah gerbang FET ke titik operasi yang benar. Akibatnya, ini membantu untuk memastikan bahwa output memiliki tegangan yang akurat. Oleh karena itu, penguat kesalahan akan menyesuaikan FET agar memiliki tegangan keluaran yang konstan ketika tegangan masukan berubah.

Apa yang terjadi ketika kondisi operasi berada dalam kondisi mapan? Nah, LDO akan bertindak sebagai resistor sederhana. Plus, Anda dapat menghidupkan atau mematikan regulator dengan pin Enable-nya. Fungsi ini membantu pengguna menghindari penggunaan baterai—saat LDO tidak digunakan.

Kapan Anda Menggunakan LDO?

1. Jika Anda memiliki rentang tegangan input yang lebar, LDO sangat ideal. Namun, penting untuk mempertimbangkan untuk mendapatkan output tegangan yang stabil dari catu daya. Selain itu, Anda tidak perlu menyesuaikan sinyal PWM di loop umpan balik. Dan itu karena komponen tidak memerlukan umpan balik ke elemen switching.
2. Anda dapat menggunakan LDO saat Anda membutuhkan sistem untuk memiliki daya output yang konstan—terlepas dari penurunan tegangan input.
3. LDO juga berguna untuk mengurangi output agar sesuai dengan tegangan output yang diinginkan.

Sirkuit LDO Lanjutan Lainnya

LDO tingkat lanjut bertujuan untuk memberikan tegangan referensi yang dapat dipilih pengguna. Fungsi ini membuat perangkat dapat diprogram.

Biasanya, LDO dapat mem-bypass frekuensi tinggi ke ground. Dan itu semua berkat kapasitor shunt diagonal ke output. Tetapi perancang sirkuit lebih memperhatikan penyaringan output dari regulator multi-tahap. Sayangnya, mereka tidak fokus pada pemfilteran input.

Karenanya, Anda dapat meningkatkan LDO Anda dengan filter EMI. Dengan begitu, perangkat Anda akan sesuai dengan EMC/CISPR. Menariknya, fitur ini sangat penting untuk menghasilkan harmonik tingkat tinggi dengan regulator switching.

Selanjutnya, Anda juga dapat menambahkan aspek lain yang diperlukan untuk meningkatkan distribusi daya untuk sistem Anda (analog dan digital).

Parameter Penting untuk Memilih LDO

Berikut adalah parameter penting untuk dipertimbangkan sebelum memilih LDO:

Peraturan Muat

Parameter ini mengacu pada kemampuan sirkuit untuk mempertahankan tegangan keluaran tertentu di bawah kondisi beban yang berbeda.

Peraturan Muat =Vout/ Iout

Arus Diam

Diam adalah keadaan dormansi. Oleh karena itu, arus diam adalah ketika sistem menarik arus dalam mode siaga. Juga, ini hanya terjadi ketika baterai terhubung ke perangkat Anda.

Respons Sementara

Respons sementara menggambarkan perbedaan tegangan keluaran tertinggi yang diizinkan untuk perubahan langkah arus beban. Anda juga dapat menghubungi respons langkah baris. Dan parameter ini adalah fungsi dari berikut ini:

Arus beban maksimum (I_{keluar maks} )

ESR dari kapasitor keluaran

Nilai kapasitor keluaran (C_keluar )

Bypass Capacitor (C_b )

Persamaan respon transien adalah:

Vtr, maks =(Iout, max / Cout + Cb) t1 + VESR

Peraturan Garis

Regulasi saluran adalah kemampuan rangkaian untuk mempertahankan tegangan keluaran tertentu dengan tegangan masukan yang berbeda. Dan Anda dapat mengungkapkannya sebagai:

Peraturan Garis =Vout / Vin

PSRR (Rasio Penolakan Catu Daya)

PSSR dari LDO adalah ketika perangkat dapat membuang elemen AC. Contoh elemen AC yang baik adalah tegangan riak. Jadi, Anda dapat mengungkapkannya dengan persamaan di bawah ini:

PSRR (dB) =20 log (Vripple (masuk)/ Vripple (keluar))

Aplikasi Rangkaian LDO

Anda dapat menggunakan sirkuit LDO dalam aplikasi berikut:

• Suplai daya linier berefisiensi tinggi
• Komputer
• Pasca-regulator SMPS dan modul DC/DC
• Komunikasi nirkabel dan kabel
• Aplikasi mobil
• Perangkat bertenaga baterai
• Regulasi VPP/ PCMCIA VCC
• Aplikasi industri
• Pasokan inti digital

Kata Akhir

Sirkuit LDO memainkan peran penting dalam industri elektronik. Lagi pula, sebagian besar catu daya memerlukan regulator linier untuk mendapatkan tegangan yang diinginkan. Jadi, perangkat ini ideal untuk proyek yang membutuhkan daya keluaran konstan terlepas dari penurunan tegangan masukan.

Juga, Anda dapat merujuk diagram sirkuit untuk memahami komponen utama. Apa pendapat Anda tentang regulator LDO? Silakan hubungi kami untuk informasi lebih lanjut.