ตัวควบคุม LDO คืออะไร?

LDO เป็นตัวควบคุมเชิงเส้น

คำอธิบายวิธีการทำงานของตัวควบคุมเชิงเส้น:

ใช้ทรานซิสเตอร์หรือ FET ทำงานในพื้นที่เชิงเส้น

ลบแรงดันไฟฟ้าส่วนเกินออกจากอินพุตเพื่อสร้างเอาต์พุตที่มีการควบคุม

คำจำกัดความของแรงดันไฟฟ้าตก:

ความแตกต่างขั้นต่ำระหว่างแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออกเพื่อให้เอาต์พุตอยู่ภายใน 100mV ของค่าพิกัด

distribution transformer

แรงดันเอาต์พุตสัญญาณรบกวนต่ำ-คงที่
ข้อดีหลักประการหนึ่งของตัวควบคุมเชิงเส้นคือความสามารถในการจ่าย-แรงดันเอาต์พุตสัญญาณรบกวนต่ำ-ที่เสถียรและสม่ำเสมอ แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุตจะผันผวน (ตราบใดที่การเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นยังอยู่ภายในช่วงการทำงานของอุปกรณ์) ทำให้ LDO เหมาะสำหรับการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อน เช่น โมดูลเซ็นเซอร์หรือวงจรแอนะล็อกที่ได้รับผลกระทบจากสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าได้ง่าย

ความเรียบง่ายในการออกแบบวงจร
ตัวควบคุมเชิงเส้นยังมีชื่อเสียงในเรื่องที่ต้องการส่วนประกอบภายนอกน้อยมาก-โดยทั่วไปแล้วเป็นเพียงตัวเก็บประจุอินพุตและตัวเก็บประจุเอาต์พุต ความเรียบง่ายนี้ช่วยปรับปรุงการออกแบบวงจรจ่ายไฟ และช่วยรักษาจำนวนส่วนประกอบโดยรวมและอสังหาริมทรัพย์ PCB ให้เหลือน้อยที่สุด

ข้อควรพิจารณาในการสร้างความร้อน-เพิ่มขึ้น
สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าหากมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออก พลังงานส่วนเกินจะกระจายไปเป็นความร้อน ยิ่งความแตกต่างนี้มากเท่าไร ตัวควบคุมก็ยิ่งต้องระบายความร้อนมากขึ้นเท่านั้น นั่นคือสาเหตุที่ตัวควบคุมเชิงเส้น รวมถึง LDO มักจะเหมาะที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันที่ใช้พลังงานต่ำ-หรือสถานการณ์ที่แรงดันไฟฟ้าอินพุตและเอาต์พุตค่อนข้างใกล้เคียงกัน

ตอนนี้คุณอาจสงสัยว่า: เมื่อใดที่ตัวควบคุมเชิงเส้นจะเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับวงจรของคุณ? มีสถานการณ์ทั่วไปบางประการที่ LDO โดดเด่น:

การจ่ายแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่ต่ำกว่า:หากระบบของคุณต้องการแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรซึ่งต่ำกว่าแหล่งจ่ายไฟที่มีอยู่ ตัวควบคุมเชิงเส้นจะเชื่อมช่องว่างนั้นให้เรียบร้อย ตัวอย่างเช่น หากไมโครคอนโทรลเลอร์หรือเซ็นเซอร์อะนาล็อกที่มีความละเอียดอ่อนทำงานที่ 3.3V แต่คุณจ่ายไฟที่ 5V LDO ก็สามารถลดขั้นตอนลงได้อย่างราบรื่น

ต้องการพลังที่สะอาดและเงียบสงบ:อุปกรณ์จำนวนมาก-คิดว่าไมโครคอนโทรลเลอร์, ออป-แอมป์ และเซ็นเซอร์แอนะล็อก-พิถีพิถันในเรื่องสัญญาณรบกวน แม้ว่าตัวควบคุมสวิตช์จะมีประสิทธิภาพ แต่ก็สามารถทำให้เกิดคลื่นและการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้ ในทางกลับกัน ตัวควบคุมเชิงเส้นให้เอาต์พุตที่เงียบกว่ามากโดยมีการกระเพื่อมน้อยที่สุด ทำให้เหมาะสำหรับวงจรที่ไวต่อสัญญาณรบกวน-

แรงดันไฟฟ้าที่เสถียรสำหรับส่วนประกอบที่สำคัญ:บางครั้ง ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าจากแหล่งต้นทางหรือจากส่วนประกอบวงจรอื่นๆ อาจคืบคลานเข้ามา ซึ่งคุกคามการทำงานที่เหมาะสมของส่วนประกอบของคุณ ด้วยการวาง LDO ไว้ที่อินพุตของชิ้นส่วนเหล่านี้ คุณสามารถช่วยป้องกันชิ้นส่วนจากการจุ่มหรือไฟกระชาก ทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่มั่นคงและเชื่อถือได้

กล่าวโดยสรุป เมื่อการออกแบบของคุณเรียกร้องให้มีเสียงรบกวนต่ำ แรงดันไฟฟ้าที่แม่นยำ และวิธีแก้ปัญหาง่ายๆ-โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ระดับกระแสไฟต่ำถึงปานกลาง- การเข้าถึงตัวควบคุมเชิงเส้นก็สมเหตุสมผล

ตัวควบคุม LDO (การตกคร่อมต่ำ) ที่มีแรงดันเอาต์พุตเป็นบวกมักจะใช้ทรานซิสเตอร์กำลัง (หรือที่เรียกว่าอุปกรณ์ถ่ายโอน) เป็น PNP ทรานซิสเตอร์ประเภทนี้ยอมให้มีความอิ่มตัว ดังนั้นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าจึงสามารถมีแรงดันตกคร่อมต่ำมาก โดยปกติจะอยู่ที่ประมาณ 200mV ในทางตรงกันข้าม แรงดันไฟฟ้าตกของตัวควบคุมเชิงเส้นแบบดั้งเดิมที่ใช้ทรานซิสเตอร์กำลังคอมโพสิต NPN อยู่ที่ประมาณ 2V LDO เอาต์พุตเชิงลบใช้ NPN เป็นอุปกรณ์ถ่ายโอน และโหมดการทำงานจะคล้ายกับอุปกรณ์ PNP ของ LDO เอาต์พุตเชิงบวก

การพัฒนาที่ใหม่กว่าใช้ทรานซิสเตอร์กำลังแบบ CMOS ซึ่งสามารถให้แรงดันไฟฟ้าตกต่ำที่สุดได้ ด้วย CMOS แรงดันไฟฟ้าที่ตกผ่านตัวควบคุมเพียงอย่างเดียวนั้นเกิดจากความต้านทาน ON ของกระแสโหลดของอุปกรณ์จ่ายไฟ หากโหลดมีน้อย แรงดันไฟตกคร่อมที่เกิดจากวิธีนี้จะมีค่าเพียงสิบมิลลิโวลต์เท่านั้น

ตัวควบคุม LDO มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อแรงดันไฟฟ้าในการทำงานของระบบต่อมาต่ำ หากแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟสูงกว่าที่วงจรดาวน์สตรีมของคุณต้องการ LDO จะให้วิธีที่มีประสิทธิภาพในการลดแรงดันไฟฟ้าโดยมีการสูญเสียน้อยที่สุด ทำให้เหมาะสำหรับวงจรแอนะล็อกที่มีความละเอียดอ่อนหรือไอซีดิจิทัลที่มีแกนแรงดันไฟฟ้าต่ำ

ตัวอย่างเช่น ในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น การจ่ายไฟให้กับไมโครคอนโทรลเลอร์, FPGA หรือเซ็นเซอร์แอนะล็อกที่มีความแม่นยำสูง-- ซึ่งแรงดันไฟฟ้าหรือสัญญาณรบกวนที่มากเกินไปอาจขัดขวางประสิทธิภาพ-การดำเนินการหยุดกลางคันที่สะอาดและต่ำ-ของ LDO นั้นได้เปรียบ ความสามารถในการรักษากฎระเบียบโดยมีความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างแรงดันไฟฟ้าอินพุตและเอาต์พุตหมายถึงพลังงานที่สิ้นเปลืองน้อยลงและลดการสร้างความร้อนเมื่อเทียบกับการออกแบบเชิงเส้นแบบเก่า

ซึ่งทำให้ LDO เป็นวัตถุดิบหลักในอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่- อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา และระบบใดๆ ที่ให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพและแรงดันไฟฟ้าที่เสถียร

MEV series fuse

คุณลักษณะที่โดดเด่นอย่างหนึ่งของตัวควบคุมเชิงเส้น โดยเฉพาะ LDO คือความสามารถในการส่งออก-แรงดันไฟฟ้าเสียงรบกวนต่ำ-ที่เสถียร แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะผันผวนภายในช่วงการทำงานก็ตาม สาเหตุหลักมาจากวิธีที่ตัวควบคุมเชิงเส้นปรับทรานซิสเตอร์ผ่านภายในอย่างต่อเนื่อง โดย "ขจัด" แรงดันไฟฟ้าส่วนเกิน ด้วยเหตุนี้ แรงดันไฟฟ้าที่คุณได้รับจากเอาต์พุตจึงคงที่และคงที่ โดยไม่มีการเพิ่มระดับการสลับอย่างฉับพลันซึ่งคุณจะเห็นได้จากตัวควบคุมประเภทอื่นๆ เช่น แหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์-

เอาต์พุตที่สะอาดปราศจากเสียงรบกวน-นี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อน เช่น โมดูลเซ็นเซอร์ วงจร RF และอุปกรณ์เสียง-ในสถานที่ที่สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าสามารถแปลเป็นปัญหา-ในโลกจริงได้อย่างง่ายดาย เช่น การอ่านค่าที่ไม่ถูกต้องหรือเสียงฮัมที่ได้ยิน เหมือนกับการนำระบบตัดเสียงรบกวนส่วนตัว-มาใช้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อนที่สุดของคุณ เพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันไฟเอาท์พุตจะเงียบและสม่ำเสมอ แม้ว่าอินพุตจะใช้เวลารถไฟเหาะเล็กน้อยก็ตาม

เมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตสูงกว่าแรงดันเอาต์พุตอย่างมาก ตัวควบคุมเชิงเส้นจะต้องกระจายพลังงานส่วนเกินเป็นความร้อน เนื่องจากตัวควบคุมจะ "เผาผลาญ" แรงดันไฟฟ้าส่วนเกินได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อรักษาเอาต์พุตให้คงที่ ส่งผลให้อุปกรณ์อุ่นเครื่อง ยิ่งแรงดันไฟฟ้าต่างกันมากเท่าใด พลังงานจะต้องถูกแปลงเป็นความร้อนมากขึ้นเท่านั้น

ผลที่ได้คือ ตัวควบคุมเชิงเส้นอาจค่อนข้างอุ่นได้ในสถานการณ์ที่-ช่องว่างแรงดันไฟฟ้าอินพุต{0}}เอาท์พุตมีขนาดใหญ่- โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าวงจรจ่ายกระแสโหลดสูงด้วย ด้วยเหตุผลเหล่านี้ โดยทั่วไปตัวควบคุมเชิงเส้นจึงมีประสิทธิภาพและใช้งานได้จริงมากที่สุดในแอปพลิเคชันที่ใช้พลังงานต่ำ-ซึ่งมีความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าน้อย ซึ่งช่วยรักษาความเย็นและจัดการได้

energy_storage