линейный регулятор напряжения что это такое
Линейный регулятор напряжения
Для подключения модулей к платформе нужно стабильное напряжение 5 или 3,3 вольта, но в большинстве случаев напряжение оказывается выше. Для того, чтобы всё работало правильно, напряжение нужно понизить и стабилизировать.
Линейный регулятор напряжения поможет получить нужные 3,3 В для питания управляющих платформ и модулей, а лишнюю мощность рассеять в виде тепла. 
Видеообзор
Общие сведения
В современной электротехнике успешно уживаются два принципа преобразования напряжения для электрических потребителей:
Они имеют принципиальные отличия в своей конструкции и работают по разным технологиям.
Линейные регуляторы напряжения
Линейный регулятор применяется, когда нужно преобразовать небольшие мощности или минимизировать помехи. Например, запитать одноплатный компьютер или 3,3-вольтовые датчики. Преимущество линейного регулятора в простоте, отсутствии помех и минимальной обвязке. Но на больших мощностях его КПД падает.
Рассмотрим принцип работы линейного преобразователя — подключим к нему микросхему LM7805.
Линейный стабилизатор работает как умный делитель напряжения. На вход делителя подаётся входное напряжение, а выходное снимается с одного из плеч делителя.
Одно из плеч постоянно корректирует сопротивление и тем самым гасит лишнее напряжение.
Импульсный DC-DC преобразователь
У импульсного стабилизатора выше КПД, поскольку регулирующий элемент работает в ключевом режиме. Но из-за чувствительного перепада тока и напряжения такие преобразователи дают импульсные помехи в выходном напряжении.
Чтобы лучше понять принцип работы импульсного преобразователя, сравним его с водопроводным краном. У преобразователя так же, как и у крана, есть три вывода. По одному вода поступает в кран, по другому — вытекает. Третий вывод — это вентиль, который управляет потоком воды. Когда вентиль открыт, вода протекает через кран, когда закрыт — вода не течёт. По такому же принципу работает преобразователь: ток течёт, когда транзистор открыт, и не течёт, когда транзистор закрыт. Такой режим работы называют ключевым.
В состав импульсного регулятора напряжения входят пять основных элементов:
В зависимости от величины выходного напряжения по отношению ко входному различают три типа преобразователей: понижающий, повышающий и понижающе-повышающий. Самые распространённые первые два, рассмотрим их подробнее.
Понижающий преобразователя уменьшает входное напряжение.
Повышающий преобразователя увеличивает входное напряжение.
Примеры работы
Линейный регулятор преобразует входное повышенное напряжение в диапазоне от 4,3 до 20 вольт в стабильные 3,3 вольта.
Подключение миникомпьютеров
Линейный регулятор поможет запитать одноплатник внешним источником напряжения. В качестве примера подключим Onion Omega2 от импульсного источника с выходным напряжением 12 вольт. 
Подключение модулей
Стабилизатор также возьмёт на свои плечи питание для 3,3 вольтовых модулей, например Wi-Fi ESP8266 или модуль беспроводной связи nRF24L01+.
В качестве примера подключим Wi-Fi модуль ESP8266 через линейный регулятор напряжения к Arduino Uno. 
На схеме к ESP8266 подключены только линии питания и земли. Пример подключения питания и логических уровней читайте в технической документации на модуль.
Подключение к WiFi Slot
Линейный регулятор благодаря форм-фактору Troyka-модулей как родной встанет на платформу WiFi Slot и расширит диапазон питания платформы до 20 вольт.
Элементы платы
Линейный регулятор напряжения
Сердце модуля линейный стабилизатор MC33269. Регулятор принимает на входное напряжение и преобразует его значение в 3,3 вольта. Остальная мощность рассеивается в виде тепла. В качестве охлаждения — выступает плата модуля.
Входное и выходное напряжение
На модуле выведен двойной клеммник для подключения входного питания и нагрузки:
Джамперы выбора питания
Модуль с регулятором питания позволяет дублировать входное и выходное напряжение на Troyka-контактах путём установкой джаммеров:
Установка джампера будет полезна при подключении модуля через макетную плату или Troyka Slot Shield.
Troyka-контакты
На модуле выведено две пары Troyka-контактов.
Линейные регуляторы напряжения для высокоэффективных приложений
Основы функционирования линейного регулятора
Схема линейного регулятора состоит из четырех функциональных блоков: это источник опорного напряжения, последовательный регулирующий элемент, измерительный резистор и усилитель сигнала рассогласования, как показано на рис. 1.
Усилитель сигнала рассогласования интегральной схемы управляет последовательным регулирующим элементом и постоянно отслеживает сигнал обратной связи, сравнивая его с фиксированным внутренним опорным напряжением. Чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение при изменениях входного напряжения, а также необходимый для нагрузки выходной ток, открывается или дросселируется регулирующий элемент. Большинство линейных регуляторов, помимо этого, включают в себя схему защиты от перегрузки по току и от перегрева регулятора
Рис.1. Основные элементы линейного регулятора
Определения основных терминов: падение напряжения и ток в рабочей точке
Падение напряжения
Падение напряжения определяется как минимальная разность между входным напряжением Vin и выходным напряжением Vout, она необходима для функционирования регулятора в пределах спецификации. Графики на рис. 2 поясняют это.
Рис.2. Падение напряжения
Обычно линейные регуляторы с падением напряжения 1 В относятся к стандартным линейным регуляторам. Регуляторы LDO необходимы в том случае, когда допускается приближение входного напряжения к выходному напряжению, а рассеяние мощности должно быть сведено к минимуму.
Ток в рабочей точке
Ток в рабочей точке, или ток заземления, представляет собой разность входного и выходного токов. Для достижения максимального коэффициента полезного действия в рабочей точке необходимо иметь небольшой ток.
Ток в рабочей точке состоит из тока смещения (например, ток опорного сигнала через запрещенную зону, ток через измерительный резистор, а также ток усилителя сигнала рассогласования) и тока управления затвором/базой последовательного проходного элемента, не входящих в выходную мощность. Величина тока в рабочей точке, в основном, определяется последовательным регулирующим элементом и топологией регулятора.
Классификация линейных регуляторов напряжения
Классификация линейных регуляторов напряжения основана на технологии изготовления последовательного регулирующего элемента: npn-регуляторы на паре Дарлингтона, npn-, pnp-, PMOS- и NMOS-регуляторы. В таблице приведены различные типы регуляторов с характеристиками по падению напряжения и току в рабочей точке.
Таблица. Описание типов регуляторов с характеристиками по падению напряжения и току в рабочей точке
Биполярные транзисторы pnp обеспечивают малое падение напряжения, поэтому традиционно применялись в приложениях с малым падением напряжения. Однако им присущи большой ток в рабочей точке и низкий коэффициент полезного действия, что не подходит для приложений, где увеличение КПД имеет первостепенное значение. Устройства PMOS достигли высокого уровня развития и в настоящее время имеют эксплуатационные характеристики, превышающие показатели большинства биполярных продуктов. Наибольшими преимуществами обладают элементы питания NMOS благодаря их низкому сопротивлению. К сожалению, трудности управления затвором не позволяют им стать идеальным выбором. Регуляторы LDO с топологией NMOS, такие как TPS74901, имеют падение напряжения всего 120 мВ при выходном токе 3 A.
В отличие от устройств с топологией PMOS, выходной конденсатор оказывает незначительное влияние на устойчивость контура. Большинство регуляторов LDO NMOS производства компании Texas Instruments работают устойчиво как при наличии выходного конденсатора, так и при его отсутствии. Переходная характеристика этих устройств лучше, чем у топологий PMOS, особенно в приложениях с низким входным напряжением Vin.
Специальные функции линейных регуляторов напряжения с высокими рабочими показателями
Простейшие линейные регуляторы напряжения имели лишь 3 вывода для напряжений Vin, Vout и заземления (GND). Следующим шагом в эволюции линейных регуляторов было добавление вывода сигнала разрешения (ENABLE), чтобы включать и выключать регулятор.
Требования к надежности цифровых приложений привели к необходимости интегрировать функции супервизора напряжения питания (SVS). Эти функции обеспечивают подачу выходных сигналов «Сброс» (RESET) или «Питание» в пределах нормы (POWER GOOD) на процессор. Внутренний компаратор постоянно отслеживает выходное напряжение и инициирует сброс в цифровых системах в случае пониженного напряжения. Когда на выходе достигается уровень регулирования, сигнал «Сброс» выключается через определенное время задержки (обычно 20-200 мс). Сигнал «Сброс» подается снова, когда выходное напряжение падает ниже петли гистерезиса требуемого выходного напряжения.
Рис. 3. Отслеживание напряжения с помощью устройства TPS74301
Сигнал питания в пределах нормы показывает состояние выходного напряжения Vout и часто используется с целью включения других источников питания в заданной последовательности. Если Vout превосходит порог выключения сигнала питания в пределах нормы (обычно 97% от заданного показателя напряжения), то вывод этого сигнала переходит в состояние с высоким импедансом. В противном случае поддерживается состояние питания в пределах нормы с низким импедансом.
Для обеспечения максимальных рабочих характеристик схемы ФАПЧ (фазовой автоподстройки частоты) и РЧ (радиочастотные) нуждаются в малошумящих источниках питания. Фильтрация опорного напряжения регулятора LDO — очень эффективный способ получения малошумящего источника питания. Регуляторы LDO с поддержкой этой функции имеют шунтирующий вывод для подключения конденсатора фильтра между выходом опорного напряжения и входом усилителя сигнала рассогласования. Примером регулятора LDO является устройство TPS79101, генерирующее шум со среднеквадратичной величиной всего лишь 15 мкВ в диапазоне частот от 100 Гц до 100 кГц.
У таких сложных цифровых устройств, как перепрограммируемые логические схемы и процессоры, при включении иногда наблюдается большой пусковой ток. Однако он уменьшается, если питающее напряжение постепенно возрастает при включении. Для выполнения этой задачи такие регуляторы LDO, как TPS74401, имеют встроенную функцию плавного запуска, позволяющую пользователю программировать наклон графика линейного изменения напряжения во время включения.
Другая функция, необходимая в сложных цифровых системах, — это отслеживание напряжения. Она полезна для минимизации нагрузки на схемы защиты от электростатического разряда, присутствующие между выводами питания «ядро» (CORE) и «ввод/вывод» (I/O) многих процессоров. Отслеживание напряжения позволяет выходному напряжению регулятора LDO следовать за внешним источником. Дополнительные детали приводятся на рис. 3.
Выбор линейного регулятора
Выбор линейных регуляторов начинается с определения необходимого интервала входного напряжения, выходного напряжения и тока. Если допускается приближение входного напряжения к выходному напряжению, следует убедиться в том, что минимальное падение напряжения не ограничивает требуемого интервала входного напряжения. Также важно обеспечить, чтобы точность выходного напряжения соответствовала точности, необходимой для приложения. Следующий после этого шаг состоит в проверке таких специфических характеристик, как низкий уровень шума, и исследовании, нужны ли специальные выходные конденсаторы (если они применимы). В заключение рассматриваются такие дополнительные функции, как сигнал разрешения, сигнал нормального состояния питания или последовательность включения. Учет упомянутых факторов сужает диапазон линейных регуляторов для заданного набора требований.
Другое, в высшей степени важное, но часто упускаемое из виду соображение при выборе линейного регулятора — это применение специфических тепловых параметров. Для большинства регуляторов LDO определена максимальная температура р-п-пере-хода, при которой гарантируется их функционирование. Это условие ограничивает рассеяние мощности, которое способен поддерживать регулятор в данном приложении. Во-первых, нужно рассчитать фактическое рассеяние мощности PD. Его величина определяется следующим образом (если пренебречь током в рабочей точке):
Во-вторых, следует вычислить наибольшее допустимое рассеяние мощности — PDmax, Вт. Оно определяется с помощью следующего уравнения:
где Tjmax — максимальная допустимая температура р-п-перехода, °C; TA — температура окружающей среды, °C;RθJA, — тепловое сопротивление границы «р-n-переход — окружающая среда» для корпуса, °С/Вт. Для того чтобы температура р-п-перехода гарантированно находилась в допустимых пределах, значение PD должно быть меньше или равно PDmax.
Мощность рассеивается корпусом линейного регулятора и внешними радиаторами. К факторам, влияющим на тепловые характеристики, относятся топология печатной платы, расположение компонентов, взаимодействие с другими компонентами на плате, обтекание потоком воздуха и высота компонента. За дополнительными сведениями по учету тепловых параметров в конструкциях линейных регуляторов обратитесь к выпущенному компанией TI руководству по применению SLVA118 [3].
Что такое линейный стабилизатор напряжения?
Рассмотрим основы линейных стабилизаторов напряжения в этом кратком учебном обзоре.
Электронные системы обычно получают напряжение питания, превышающее напряжение, которое требуется для схемы системы. Например, батарея 9 В может использоваться для питания усилителя, которому требуется напряжение в диапазоне от 0 до 5 В, или две последовательно соединенные батареи по 1,5 В могут обеспечивать питание для цепи, которая включает в себя цифровую логику с уровнями 1,8 В. В таких случаях нам необходимо отрегулировать подаваемое питания, используя компонент, который принимает более высокое напряжение и выдает более низкое напряжение.
Одним из наиболее распространенных способов достижения такого типа регулирования является использование линейного стабилизатора напряжения.
Рисунок 1 – Схема линейного стабилизатора с фиксированным выходным напряжением
Как работает линейный стабилизатор напряжения?
Линейные стабилизаторы напряжения, также называемые LDO (low-dropout linear regulator) или линейными стабилизаторами с малым падением напряжения, используют транзистор, управляемый цепью отрицательной обратной связи, для создания заданного выходного напряжения, которое остается стабильным, несмотря на изменения тока нагрузки и входного напряжения.
Базовый линейный стабилизатор с фиксированным выходным напряжением представляет собой трехвыводное устройство, как показано на схеме выше. Некоторые линейные стабилизаторы позволяют регулировать выходное напряжение с помощью внешнего резистора.
Недостатки линейных регуляторов напряжения
Серьезным недостатком линейных стабилизаторов является их низкая эффективность во многих применениях. Транзистор внутри стабилизатора, который подключен между входном и выходным выводами, работает как переменное последовательное сопротивление; таким образом, высокая разность входного и выходного напряжений в сочетании с высоким током нагрузки приводят к значительному рассеиванию мощности. Ток, необходимый для работы внутренней схемы регулятора, обозначенный на схеме IGND, также способствует увеличению итогового рассеивания мощности.
Возможно, наиболее вероятный режим отказа в схемы линейного стабилизатора обусловлен еще и тепловыми, а не только электрическими факторами. Мощность, рассеиваемая микросхемой стабилизатора, приведет к повышению температуры компонентов, и без соответствующих путей, позволяющих отводить тепло от стабилизатора, температура в конечном итоге может стать достаточно высокой, чтобы серьезно ухудшить его рабочие характеристики или вызвать отключение при перегреве. Эта важная тема освещена в статье о тепловом проектировании для линейных стабилизаторов.
Применение линейных стабилизаторов напряжения
Хотя линейные стабилизаторы обычно уступают по эффективности импульсным стабилизаторам, они всё ещё широко используются по нескольким причинам. Основными преимуществами являются простота использования, низкий уровень шума на выходе и низкая стоимость. Единственными внешними компонентами, которые требуются большинству линейных стабилизаторов, являются входной и выходной конденсаторы, а требования к их емкости достаточно гибкие, чтобы сделать задачу проектирования очень простой.
Заключение
Данная статья предназначена для быстрого получения информации. Что нужно знать о линейных стабилизаторах напряжения? Дайте нам знать в комментариях ниже.
ДОМОСТРОЙСантехника и строительство
Для подключения модулей к платформе нужно стабильное напряжение 5 или 3,3 вольта, но в большинстве случаев напряжение оказывается выше. Для того, чтобы всё работало правильно, напряжение нужно понизить и стабилизировать.
Линейный регулятор напряжения поможет получить нужные 3,3 В для питания управляющих платформ и модулей, а лишнюю мощность рассеять в виде тепла.
Видеообзор
Общие сведения
В современной электротехнике успешно уживаются два принципа преобразования напряжения для электрических потребителей:
Они имеют принципиальные отличия в своей конструкции и работают по разным технологиям.
Линейные регуляторы напряжения
Линейный регулятор применяется, когда нужно преобразовать небольшие мощности или минимизировать помехи. Например, запитать одноплатный компьютер или 3,3-вольтовые датчики. Преимущество линейного регулятора в простоте, отсутствии помех и минимальной обвязке. Но на больших мощностях его КПД падает.
Рассмотрим принцип работы линейного преобразователя — подключим к нему микросхему LM7805.
Линейный стабилизатор работает как умный делитель напряжения. На вход делителя подаётся входное напряжение, а выходное снимается с одного из плеч делителя.
Одно из плеч постоянно корректирует сопротивление и тем самым гасит лишнее напряжение.
Импульсный DC-DC преобразователь
У импульсного стабилизатора выше КПД, поскольку регулирующий элемент работает в ключевом режиме. Но из-за чувствительного перепада тока и напряжения такие преобразователи дают импульсные помехи в выходном напряжении.
Чтобы лучше понять принцип работы импульсного преобразователя, сравним его с водопроводным краном. У преобразователя так же, как и у крана, есть три вывода. По одному вода поступает в кран, по другому — вытекает. Третий вывод — это вентиль, который управляет потоком воды. Когда вентиль открыт, вода протекает через кран, когда закрыт — вода не течёт. По такому же принципу работает преобразователь: ток течёт, когда транзистор открыт, и не течёт, когда транзистор закрыт. Такой режим работы называют ключевым.
В состав импульсного регулятора напряжения входят пять основных элементов:
В зависимости от величины выходного напряжения по отношению ко входному различают три типа преобразователей: понижающий, повышающий и понижающе-повышающий. Самые распространённые первые два, рассмотрим их подробнее.
Понижающий преобразователя уменьшает входное напряжение.
Повышающий преобразователя увеличивает входное напряжение.
Примеры работы
Линейный регулятор преобразует входное повышенное напряжение в диапазоне от 4,3 до 20 вольт в стабильные 3,3 вольта.
Подключение миникомпьютеров
Линейный регулятор поможет запитать одноплатник внешним источником напряжения. В качестве примера подключим Onion Omega2 от импульсного источника с выходным напряжением 12 вольт.
Подключение модулей
Стабилизатор также возьмёт на свои плечи питание для 3,3 вольтовых модулей, например Wi-Fi ESP8266 или модуль беспроводной связи nRF24L01+.
В качестве примера подключим Wi-Fi модуль ESP8266 через линейный регулятор напряжения к Arduino Uno.
На схеме к ESP8266 подключены только линии питания и земли. Пример подключения питания и логических уровней читайте в технической документации на модуль.
Подключение к WiFi Slot
Линейный регулятор благодаря форм-фактору Troyka-модулей как родной встанет на платформу WiFi Slot и расширит диапазон питания платформы до 20 вольт.
Элементы платы
Линейный регулятор напряжения
Сердце модуля линейный стабилизатор MC33269. Регулятор принимает на входное напряжение и преобразует его значение в 3,3 вольта. Остальная мощность рассеивается в виде тепла. В качестве охлаждения — выступает плата модуля.
Входное и выходное напряжение
На модуле выведен двойной клеммник для подключения входного питания и нагрузки:
Джамперы выбора питания
Модуль с регулятором питания позволяет дублировать входное и выходное напряжение на Troyka-контактах путём установкой джаммеров:
Установка джампера будет полезна при подключении модуля через макетную плату или Troyka Slot Shield.
Troyka-контакты
На модуле выведено две пары Troyka-контактов.
Существует два основных типа регуляторов напряжения: линейные и импульсные. Классический линейный регулятор — это устройство, стабилизирующее напряжение на нагрузке и не позволяющее добиться выходного напряжения, превышающего входное. Его классическая схема рассмотрена в теме 10.6 (рис. 89). Для большинства интегральных линейных регуляторов типовое внутреннее падение напряжения составляет порядка 2 В. Это означает, что для получения на выходе такого регулятора напряжения 5 В на его входе должно быть не менее 7 В. Следствием достаточно большого падения напряжения па элементах линейного регулятора является их низкий КПД. Ещё одной серьёзной проблемой линейных регуляторов является высокая вероятность выхода из строя проходного транзистора.
Современные импульсные регуляторы практически избавлены от перечисленных недостатков и поэтому получили широкое распространение. В отличие от линейных регуляторов, чьи силовые элементы постоянно находятся в открытом состоянии, в импульсных силовой элемент работает в дискретном (ключевом) режиме.
На рисунке 92 изображен линейный регулятор для плавной регулировки сетевого напряжения. С помощью таких устройств можно управлять яркостью свечения ламп, температурой электронагревательных приборов, частотой вращения электродвигателей.
Устройство имеет следующие параметры: диапазон регулировки напряжения от 0 до 218 В, максимальная мощность нагрузки при использовании в регулирующей цепи одного транзистора — не более 100 Вт.
Регулирующий элемент прибора — транзистор VT1. Диодный блок VD1-VD4 в зависимости от фазы сетевого тока направляет его на коллектор или эмиттер VT1. Трансформатор Т1 понижает напряжение 220 В до 5-8 В, которое выпрямляется диодным блоком VD6 — VD9 и сглаживается конденсатором С1. Переменный резистор R1 служит для регулировки величины управляющего напряжения, а резистор R2 ограничивает ток базы транзистора. Диод VD5 защищает VT1 от попадания на его базу напряжения отрицательной полярности. Устройство подсоединяется к сети вилкой ХР1. Розетка XS1 служит для подключения нагрузки.
Регулятор действует следующим образом. После включения питания тумблером Q1 сетевое напряжение поступает одновременно на диоды VD1, VD2 и первичную обмотку трансформатора Т1. При этом выпрямитель, состоящий из диодного блока VD6-VD9, конденсатора С1 и переменного резистора R1, формирует управляющее напряжение, которое поступает на базу транзистора и открывает его. Если в момент включения регулятора в сети оказалось напряжение отрицательной полярности, ток нагрузки протекает по цепи VD2 — эмиттер-коллектор VT1-VD3. Если полярность сетевого напряжения положительная, ток протекает по цепи VD1 — коллектор-эмиттер VT1-VD4. Значение тока нагрузки зависит от величины управляющего напряжения на базе VT1. Вращая движок R1, и изменяя значение управляющего напряжения, управляют величиной тока коллектора VT1. Этот ток, а следовательно, и ток, протекающий в нагрузке, будет тем больше, чем выше уровень управляющего напряжения, и наоборот. При крайнем правом по схеме положении движка переменного резистора транзистор окажется полностью открыт и «доза» электроэнергии, потребляемая нагрузкой, будет соответствовать номинальной величине. Если движок R1 переместить в крайнее левое положение, VT1 окажется запертым и ток через нагрузку не потечет.
Рисунок 92 – Схема регулятора сетевого напряжения
Структурная схема импульсного преобразователя приведена па рисунке 93. Наиболее часто применяемый принцип работы — широтно-импульсная модуляция (Pulse Width Modulation, PWM). В импульсных регуляторах, построенных по данному принципу, выходное напряжение пропорционально скважности импульсов, задаваемой блоком PWM.
Одно из основных следствий работы в ключевом режиме — малое выделение энергии в виде тепла и, следовательно, потенциально высокий КПД подобных устройств. Габариты конструкции напрямую зависят от рабочей частоты инвертора. Чем она выше, тем меньшей индуктивности требуется дроссель и меньшей ёмкости — выходной конденсатор, а значит, эти наиболее громоздкие элементы будут компактнее.
Рисунок 93 – Структура импульсного преобразователя
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Texas Instruments TPS54061 LM317
Rich Nowakowski, Robert Taylor, Texas Instruments
Analog Applications Journal
Линейные регуляторы окружали нас на протяжении многих лет. Некоторые разработчики до сих пор используют в новых проектах линейные стабилизаторы напряжения, разработанные более двух десятилетий назад. А кто-то создал собственные схемы на дискретных компонентах. По простоте и дешевизне линейные регуляторы не имеют себе равных в сфере преобразователей напряжения. Однако в слаботочных приложениях с питанием от шины 24 В, используемой, например, в средствах промышленной автоматизации или в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, при слишком большом падении напряжения могут возникнуть проблемы, связанные с выделением тепла. К счастью, разработчикам теперь доступны разнообразные компактные, высокоэффективные импульсные регуляторы с широким диапазоном входных напряжений.
В предлагаемой статье сравниваются три различных подхода к созданию стабилизатора напряжения с выходным напряжением 5 В и максимальным током нагрузки 100 мА, получающего питание от шины 24 В. Синхронный понижающий преобразователь сравнивается с интегральным линейным регулятором и с линейным регулятором на дискретных элементах. Сравнение размеров, КПД, тепловых характеристик, переходных характеристик, шумов, сложности схемы и ее стоимости поможет конструкторам сделать выбор варианта, наилучшим образом отвечающего требованием конкретного приложения.
Условия сравнения
 | |
| Рисунок 1. | Импульсный понижающий регулятор с интегрированными MOSFET. |
Напряжение 5 В требуется в большинстве промышленных приложений, использующих шину 24 В, для питания, например, логических схем и низковольтных микропроцессоров. Ток 100 мА был выбран как достаточный для большинства подобных нагрузок. Однако на принятие решения о выборе импульсного или линейного регулятора может повлиять уровень рассеиваемой мощности. Изображенные на Рисунках 1, 2 и 3 схемы собраны на общей печатной плате с использованием абсолютно одинаковых конденсаторов емкостью 1 мкФ на входе и 4.7 мкФ на выходе.
 | |
| Рисунок 2. | Интегральный линейный регулятор с широким диапазоном входных напряжений. |
В схеме на Рисунке 1 используется выпускаемый Texas Instruments синхронный понижающий преобразователь TPS54061 с интегрированными силовыми MOSFET. Заметим, что этой схеме не требуется фиксирующий диод, но нужны индуктивность, пять конденсаторов и четыре резистора, часть из которых устанавливается в цепь частотной компенсации петли ОС. Схема настроена таким образом, чтобы в ней можно было использовать такие же входные и выходные конденсаторы, как и в линейных схемах, изображенных на Рисунках 2 и 3.
 | |
| Рисунок 3. | Дискретный линейный регулятор. |
Конструкция, изображенная на Рисунке 2, основана на популярном, давно ставшим стандартом отрасли линейном стабилизаторе LM317 с широким диапазоном входных напряжений и выходным током до 1.5 А. В схеме использованы два внешних резистора и два конденсатора. Существенное различие между входным и выходным напряжениями и, соответственно, большая рассеваемая мощность, требуют использования микросхемы в корпусе с низким тепловым сопротивлением (DDPak).
Для реализации схемы на дискретных приборах, показанной на Рисунке 3, требуются транзистор, стабилитрон, два внешних конденсатора и четыре резистора. Стабилитрон с напряжением пробоя 5.6 В подключен к базе NPN транзистора. Падение на переходе база-эмиттер уменьшает выходное стабилизированное напряжение примерно до 5 В. Внешние резисторы принимают на себя рассеяние части избыточной мощности, облегчая тепловой режим транзистора.
Таблица 1 позволяет сравнить три конструкции по количеству используемых компонентов и необходимой площади печатной платы.