Использование LDO регулятора в качестве супервизора питания

ON Semiconductor NCP500

William Lepkowski

EDN

У многих LDO регуляторов имеется вывод разрешения, который также может служить недорогой альтернативой микросхеме супервизора питания. Хотя обычно разрешающий вывод служит средством отключения выхода регулятора для экономии энергии, несколько дискретных компонентов могут обеспечить включение и выключение выхода при заданных входных напряжениях. Таким образом схему можно использовать как супервизор питания или как линейный регулятор напряжения с управляемыми характеристиками.

При прямом соединении вывода разрешения LDO регулятора с нестабилизированным входным напряжением выходное напряжение на интервалах включения и выключения отслеживает входное напряжение.
Рисунок 1. При прямом соединении вывода разрешения LDO регулятора
с нестабилизированным входным напряжением выходное
напряжение на интервалах включения и выключения отслеживает
входное напряжение.

Типичная внутренняя схема включения/выключения LDO регулятора содержит компаратор, который определяет, находится ли значение напряжения на выводе разрешения (ENABLE) выше уровня внутреннего опорного напряжения VREF, или же оно ниже его. Превратить LDO регулятор в супервизор питания можно путем прямого подключения вывода разрешения к нерегулируемому входному напряжению, однако напряжения включения и выключения такой схемы будут равны опорному напряжению регулятора, которое обычно ниже минимального рабочего напряжения, требуемого большинству микросхем, питающихся от выходного напряжения регулятора.

В качестве альтернативы прямому соединению вывода разрешения регулятора с его входом для задержки времени включения регулятора в этой «традиционной» модификации используются резистор и конденсатор. Диод устраняет задержку выключения питания.
Рисунок 2. В качестве альтернативы прямому соединению вывода разрешения
регулятора с его входом для задержки времени включения регулятора
в этой «традиционной» модификации используются резистор и
конденсатор. Диод устраняет задержку выключения питания.

Кроме того, прямое подключение вывода разрешения к нерегулируемому входному напряжению не обеспечивает задержку включения, чтобы гарантировать, что входное напряжение достигло значения, превышающего падение напряжения на LDO регуляторе. Напрямую подключенная схема также имеет неудовлетворительные характеристики включения и выключения (Рисунок 1). Можно отчасти улучшить характеристики схемы, добавив элементы R1, CIN, и D1, чтобы обеспечить задержку запуска на входе разрешения регулятора напряжения (Рисунок 2). К сожалению, внешняя цепь задержки улучшает только характеристику переднего фронта выходного напряжения, но на спаде выход продолжает отслеживать входное напряжение (Рисунок 3).

Дополнительные элементы схемы на Рисунке 2 решают проблему отслеживания входа нарастающим фронтом выходного напряжения. Однако задний фронт по-прежнему отслеживает входное напряжение.
Рисунок 3. Дополнительные элементы схемы на Рисунке 2 решают проблему
отслеживания входа нарастающим фронтом выходного напряжения.
Однако задний фронт по-прежнему отслеживает входное напряжение.

Решить проблему выключения схемы можно, заменив одиночный резистор цепью делителя напряжения (Рисунок 4). Резистор R2 поднимает порог переключения вывода разрешения регулятора и «обманывает» компаратор, заставляя его включаться при более высоком напряжении. В результате выход регулятора запускается с соответствующей задержкой, а временная диаграмма включения и выключения выглядит безупречной (Рисунок 5).

Резистор R2 увеличивает пороговое напряжение переключения вывода разрешения.
Рисунок 4. Резистор R2 увеличивает пороговое напряжение переключения
вывода разрешения.

Пороговое напряжение входа разрешения в схеме на Рисунке 4 можно изменить, используя формулу (1) для расчета сопротивлений резисторов R1 и R2.

  (1)

где

VIN_ON – заданное пользователем напряжение включения,
VEN_R – пороговый уровень вывода разрешения для фронта нарастания входного напряжения,
VEN_F – пороговый уровень вывода разрешения для спадающего фронта входного напряжения.

Например, пусть

VIN_ON = 4 В,
VEN_R = 0.89 В,
VEN_F = 0.85 В.

Чтобы стабилизированное выходное напряжение не отслеживало входное напряжение, установите минимальное значение VIN_ON равным VOUT + VDRP, где VDRP – падение напряжения на LDO.

  (2)

Если сопротивление резистора R2 выбрать равным 8 кОм, то R1 = 3.3 × R2 составит примерно 27 кОм.

Добавление резистора R2 в схеме на Рисунке 3 решает проблему спада напряжения, и выключение происходит немедленно после того, как входное напряжение становится слишком низким. Выход регулятора включается только после того, как напряжение на его входе достигнет достаточного уровня.
Рисунок 5. Добавление резистора R2 в схеме на Рисунке 3 решает проблему
спада напряжения, и выключение происходит немедленно после того,
как входное напряжение становится слишком низким. Выход регулятора
включается только после того, как напряжение на его входе достигнет
достаточного уровня.

Выражение (1) позволяет рассчитать только приблизительные значения сопротивлений резисторов делителя напряжения, которые могут незначительно отличаться в зависимости от характеристик конкретной микросхемы регулятора. Если сопротивления резисторов слишком малы, стабилизированное выходное напряжение будет отслеживать напряжение на входе. Эта проблема легко решается увеличением сопротивления R1. При этом надо учитывать, что R1 вместе с CD также определяет время задержки включения регулятора, а емкость конденсатора CD в идеале должна составлять от 0.01 до 0.47 мкФ. Слишком большая емкость увеличивает время разряда и ухудшает эффективность работы схемы в качестве супервизора напряжения.

Материалы по теме

  1. Datasheet ON Semiconductor NCP500

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Low-dropout linear regulators double as voltage-supervisor circuits

JLCPCP: 2USD 2Layer 5PCBs, 5USD 4Layer 5PCBs

NCP500 Купить ЦенаКупить NCP500 на РадиоЛоцман.Цены — от 35,61 до 405
9 предложений от 9 поставщиков
Исполнение: TSOP-5. Линейный стабилизатор: LDO, U вх = 2.07…6, Выход: 1.8В @ 0.15А Корпус : TSOP-5 Тип стабилизатора : LDO Тип...
Десси
Россия
Линейный регулятор NCP500SN18T1G
ON Semiconductor
36 ₽
AliExpress
Весь мир
Бесплатная доставка AD8614ARTZ LP2980IM5X-ADJ AD8531ARTZ AD8531ARTZ-REEL7 XC6209B332MR LP5907MFX-3.3 NCP500SN33T1G XC6204B282MR SOT23-5
405 ₽
LifeElectronics
Россия
NCP500D
по запросу
Океан Электроники
Россия
NCP-500
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя