Introducción
Cada circuito electrónico está diseñado para operar fuera de algunos tensión de alimentación, que es se asume que son constantes. Un regulador de voltaje proporciona esta constante DC tensión de salida y contiene circuitos que continuamente mantiene la tensión de salida en el diseño de valor, independientemente de los cambios en los actuales o la entrada de tensión de carga (esto supone que la corriente de carga y entrada de tensión se encuentran dentro del rango de operación especificado para la parte).
Un regulador lineal funciona mediante una fuente de corriente controlada por tensión para forzar una de tensión fija, que debe aparecer en la terminal de salida del regulador (ver Figura)
Los circuitos de control deben vigilar (el sentido,) la tensión de salida, y ajustar la corriente de la fuente (como se requiere para la carga) para mantener la tensión de salida en el valor deseado. El límite de diseño de la fuente actual define la carga máxima de corriente del regulador fuente, y puede todavía mantener la regulación.
La tensión de salida se controla mediante un circuito de retroalimentación, que requiere algún tipo de compensación para asegurar la estabilidad del lazo. La mayoría de los reguladores lineales se han incorporado en compensación, y están completamente estables sin componentes externos. Algunos reguladores (como-Salida tipos bajos), se requiere cierta capacidad externa conectada desde el cable de salida a tierra, para asegurar la estabilidad del regulador.
Otra de las características de cualquier regulador lineal, es que requiere una cantidad finita de tiempo para "corregir" la tensión de salida, después de un cambio en la demanda de corriente de carga. Este "tiempo de retraso" define las características de respuesta transitoria de la llamada, que es una medida de la velocidad los rendimientos del regulador a las condiciones de estado estable después de un cambio de carga.
La operación del lazo de control de un regulador lineal típico, se detallará mediante el esquema simplificado en la figura siguiente (la función del lazo de control es similares en todos los tipos de regulador lineal)
El dispositivo de paso (Q1) de este regulador se compone de un Darlington NPN conducid0 por un transistor PNP (esta topología es un regulador estándar, como se detalla en el siguiente sección). La corriente que fluye hacia fuera el emisor del transistor de paso (que es también el corriente de carga I L ) Es controlado por Q2 y el amplificador de error de tensión. La corriente a través de la, R1 R2 divisor resistivo se supone que es insignificante en comparación con el
corriente de carga.
El circuito de retroalimentación que controla la tensión de salida se obtiene mediante el uso de R1 y R2 de "sentir" la tensión de salida, y la aplicación de este voltaje detectado a la entrada inversora del amplificador de error de tensión. El-que invierte la entrada no está vinculado a una tensión de referencia,
lo significa que el amplificador de error, constantemente modifica su tensión de salida (y el corriente a través de Q1) para obligar a las tensiones en sus entradas a ser iguales.
La acción de bucle de retroalimentación continua, tiene la salida del regulador a un valor fijo que es un múltiplo de la tensión de referencia (según lo establecido por R1 y R2), independientemente de cambios en la corriente de carga.
Es importante tener en cuenta que un repentino aumento o disminución de la demanda de corriente de carga (un "Paso" cambio en la resistencia de carga), hará que la tensión de salida a cambios hasta en el bucle se pueden corregir y estabilizar al nuevo nivel (esto se denomina respuesta transitoria).
La salida de cambio de voltaje se detecta a través de R1 y R2, y aparece como un error " señal "en la entrada del amplificador de error, haciendo que se corrija la corriente a través de Q1
Hay tres tipos básicos de diseños regulador lineal que se tratarán:
- Norma (Darlington NPN) Regulador
- Bajo de la salida o regulador LDO
- Cuasi regulador LDO
La más importante diferencia única entre estos tres tipos es la deserción escolar
tensión, que se define como la caída de tensión mínima requerida a través de la regulador para mantener la regulación de voltaje de salida. Un punto crítico a considerar es que el regulador lineal que opera con la menor tensión a través de ella disipa la energía al interior, y tiene la más alta eficiencia.
El LDO, requiere menos voltaje a través de él, mientras que el regulador Norma exige más.
La segunda diferencia importante entre los tipos de regulador es el conector a tierra de corriente requerida, por el regulador al conducir corriente de carga nominal. La Norma regulador tiene la conexión a tierra más actual, mientras que el LDO general tiene la más alta (diferencias entre los tipos se detalla en las siguientes secciones).
El aumento de conexión a tierra actual no es deseable, ya que es "desperdiciado" actual, en que deberán ser proporcionados por la fuente, pero no se enciende la carga.
El primero de los reguladores de voltaje IC hecho, utilizado la configuración Darlington NPN, para el paso del dispositivo, y se designan como el regulador estándar (ver Figura siguiente)
Una consideración importante del regulador estándar es que para mantener la producción Reglamento, el transistor de paso requiere un voltaje mínimo a través de ella dada por:
V D (MIN) = 2 V SER + V CE (Regulador de las Américas)
Teniendo en cuenta los ° C a ° C, rango de temperatura, este voltaje mínimo requisito se suele fijar en alrededor de 2,5 V a 3V por el fabricante para garantizar especifica los límites de rendimiento.
La tensión en la salida en realidad se cae de la regulación (llamada la deserción escolar tensión) será probablemente en alguna parte entre 1,5 V y 2,2 V para un estándar regulador (que depende tanto de la corriente de carga y temperatura). La deserción escolar tensión del regulador estándar es el más alto (el peor) de los tres tipos.
La conexión a tierra de corriente del regulador estándar es muy bajo (un LM309 puede suministrar 1A de la corriente de carga con menos de 10 mA de corriente de conexión a tierra). La razón de esto es que la unidad de la corriente de base al transistor de paso (que sale del suelo pines) es igual a la corriente de carga dividida por la ganancia del dispositivo de paso. En el regulador estándar, el dispositivo pasa es una red compuesta por un PNP y dos transistores NPN, lo que significa que la ganancia total actual es extremadamente alta (> 300).
El resultado de utilizar un dispositivo de pasar con tan alto aumento actual, es que muy poca corriente se necesita para conducir la base del transistor de paso, que se traduce en menos conector de tierra actual. La conexión a tierra de corriente del regulador estándar es el más bajo (mejor) de los tres tipos de regulador
La baja de deserción escolar (LDO) regulador difiere de la norma reguladora en que el pase dispositivo de la LDO se compone de un solo transistor PNP (ver Figura siguiente)
La caída de tensión mínima requerida por el regulador LDO para mantener la regulación es la tensión en el transistor PNP:
V D (MIN) = V CE (Regulador LDO)
La tensión se especifica la deserción máxima de un regulador LDO, suele ser de unos 0.7V a 0.8V a plena actual, con valores típicos alrededor de 0.6V. El voltaje de la deserción escolar es directamente relacionados con la corriente de carga, lo que significa que los valores muy bajos en la corriente de carga, el voltaje de la deserción escolar puede ser de tan sólo 50 mV. El regulador LDO tiene el más bajo (Mejor) las especificaciones de voltaje de deserción de los tres tipos de regulador.
La tensión de deserción más baja ,es la razón reguladores LDO dominan pilas
aplicaciones, ya que maximizar la utilización de la tensión de entrada disponibles y puede operar con mayor eficiencia. El crecimiento explosivo de las pilas
productos de consumo en los últimos años ha impulsado el desarrollo en el regulador LDO línea de productos.
La conexión a tierra de corriente en un regulador LDO es aproximadamente igual a la carga actual dividida por la ganancia del transistor PNP solo. En consecuencia, la conexión a tierra de corriente de un LDO es la más alta de los tres tipos.
Por ejemplo, un LP2953 regulador LDO la entrega de todo su corriente de 250 mA, especificado para tener una conexión a tierra de corriente de 28 mA (o menos), que se traduce en un PNP ganancia de 9 o superior. El LM2940 (que es un regulador LDO 1A) tiene un conector de tierra especificación actual de 45 mA (máximo) en plena corriente. Esto requiere un incremento actual de no menos de 22 para el transistor PNP pasar a la corriente nominal.
LA SALIDA DEL REGULADOR DE BAJA CASI Una variante del regulador estándar es la cuasi-LDO, que utiliza un NPN y PNP transistor como dispositivo de paso (ver Figura 5)
La caída de tensión mínima requerida por el regulador LDO cuasi-para mantener
Regulación está dada por:
V D (MIN) = V SER + V CE (CUASI-Regulador LDO)
La tensión de deserción escolar de un cuasi-LDO, entrega de corriente nominal se especifica normalmente en alrededor de 1,5 V (máximo). La tensión de abandono real de la temperatura, y la corriente de carga dependiente, pero nunca se puede esperar que vaya más bajos que cerca de 0.9V ° C) hasta el más ligero de carga. El voltaje de deserción escolar de las cuasi-LDO, es superior a la LDO, pero menor que el regulador estándar.
La conexión a tierra actual de la cuasi-LDO, es bastante baja (por lo general menos de 10 mA, para la plena corriente nominal), que es tan bueno como el regulador estándar.
Resumen.
El regulador estándar, es generalmente el mejor para aplicaciones de potencia-CA, donde el bajo costo y la carga de gran intensidad, lo hacen la opción ideal. En marcha aplicaciones de CA, la tensión en el regulador, es generalmente por lo menos 3 V o más, así que el voltaje de deserción escolar no es crítica.
Curiosamente, en este tipo de aplicación (donde la caída de tensión en el regulador es> 3V), los reguladores estándar son en realidad más eficientes que otros tipos de LDO (porque el Norma tiene mucho menos disipación de la energía interna debido a la conexión a tierra de corriente).
El regulador LDO, es el más adecuado para aplicaciones de potencia de batería, ya que la baja tensión se traduce directamente en la deserción ahorro de costos al reducir el número de celdas de la batería, necesaria para proporcionar un voltaje de salida regulado. Si la entrada-salida diferencial de voltaje es bajo, (como 1V 2V a) el LDO es más eficiente que una norma regulador, debido a la disipación de potencia reducida como resultado de la corriente de carga multiplicado por el voltaje de salida diferencial de entrada.
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