Mikrokontrolery - Jak zacząć?

... czyli zbiór praktycznej wiedzy dot. mikrokontrolerów.

czwartek, 14 kwietnia 2011

LDO - Regulatory napięcia "z bonusem"


Autor: Dondu

Regulatory napięcia - Spis treści


Bardzo często stosując regulatory napięcia początkujący zderzają się z problemem parametru Dropout Voltage, o którego istnieniu nie mają pojęcia. Niestety brak tej wiedzy często uniemożliwia poprawne działanie użytego regulatora napięcia.

Dropout Voltage to najprościej definiując wartość napięcia, o które musi być większe napięcie wejściowe regulatora, od napięcia wyjściowego, by regulator poprawnie pracował.

Przedstawmy tę zależność wzorem:

Vi ≧ Vo + Vd

gdzie:
Vi - napięcie wejściowe regulatora (to którym zasilasz regulator)
Vo - napięcie wyjściowe regulatora (to które chcesz otrzymać)
Vd - Dropout Voltage (parametr, który znajdziesz w datasheet każdego regulatora)

Popatrzmy do datasheet popularnego "zwykłego" regulatora napięcia  L7805 Datasheet (PDF) :


Regulator napięcia L7805 (stabilizator) - Dropout Voltage - to bardzo istotny parametr.


W tabelce podane jest, że parametr Vd może być typowo na poziomie 2V, ale może się zdarzyć, że może osiągać nawet 2,5V.

Co to oznacza dla Ciebie?
Że powinieneś bezpiecznie przyjąć, że do powyższego wzoru jako Vd podstawisz 2,5V.

Czyli jeżeli chcesz zastosować regulator L7805 w celu otrzymania stabilnego napięcia wyjściowego (Vo)  o wartości 5V musisz zasilić regulator napięciem:

Vi 5V + 2,5V

stąd:

Vi ≧ 7,5V

Reasumując, aby regulator L7805 działał prawidłowo dając 5V na wyjściu, powinieneś zasilić go ze źródła napięcia o wartości co najmniej 7,5V.


Vd  2,5V to strasznie dużo!!!

To prawda, 2,5V to często nieakceptowalna różnica pomiędzy napięciem wejściowym i wyjściowym.

Przykład:

grzechotek
Mam baterię z telefonu na 3,6V i trzeba mi stabilizator na 3,3V, tylko że te które znalazłem to minimalne napięcie wejściowe wynosi 4,5V.


Inny przykład:
Masz źródło zasilania 5,5V, a potrzebujesz zasilać mikrokontroler napięciem 5V. Co zrobić?


LDO - przybywa z odsieczą!

Należy zastosować specjalnie opracowane regulatory o niskiej wartości parametru Dropout Voltage tzw.  Low Dropout Regulator (LDO).

Rzućmy okiem na przykładowy regulator MCP1727 firmy Microchip.


MCP1727 - Regulator LDO - Wykres Dropout Voltage względem napięcia i prądu wyjściowego.

Co wynika z wykresu?
Wynika, że ten regulator LDO ma baaardzo niski Dropout Voltage. Na przykład gdy na wyjściu regulatora korzystamy z prądu 1500mA (1,5A) i napięcia 5V, to Dropout Voltage wynosi zaledwie 0,35V.

Wracamy do naszego wzoru i podstawiamy:


V 5V + 0,35V

czyli na wejściu wystarczy nam źródło o napięciu:

Vi ≧ 5,35V


i regulator MCP1727 będzie działał prawidłowo.

A teraz załóżmy, że zasilane przez regulator MCP1727 urządzenie będzie pobierało nie 1,5A, a zaledwie 250mA przy 5V na wyjściu. Patrzymy na wykres odczytujemy Dropout Voltage, który w tym przypadku wyniesie zaledwie: 0,05V, czyli 50mV (sic!). Resztę policz już sam :-)


A można spotkać jeszcze mniejszy Dropout Voltage!

Na rynku można znaleźć regulatory LDO, które mają parametr Dropout Voltage na poziomie znacznie niższym. Na przykład MIC5209 ma 10mV, a są także podobne innych producentów. Układ ten wprawdzie nie daje napięcia 5V, ale pokazałem go po to, by Ci uświadomić, że czasami warto poszukać inny regulator niż stosować znacznie większe źródło zasilania.

Olpad
Stabilizator wymieniony na LDO już trzyma dobrze ... wszystko działa poprawnie :-)



Warto tutaj jeszcze wspomnieć o jednym aspekcie mikrokontrolerów.


AVRowiec
W swoim układzie musze zastosować stabilizator 5V (7805 na przykład). Problem w tym że cały obwód może być (choć nie zawsze będzie) zasilany z 5V (np z USB).

Co w takiej sytuacji zrobić?

Większość mikrokontrolerów nie wymaga zasilania dokładnie 5V. Zaglądnij do datasheet mikrokontrolera, by sprawdzić jakie napięcia zasilania są wymagane możliwości. Bynajmniej nie chodzi mi tutaj o wybór np. 3,3V, ale zamiast napięcia 5V zasilać np. ATmega8 napięciem minimalnie niższym:


ATmega8 - Napięcia zasilania.


Innymi słowy mając źródło zasilania 5V i regulator LDO o napięciu Dropout Voltage mniejszym od 0,5V jesteś w stanie poprawnie zasilić mikrokontroler ATmega8.

Po prostu kombinuj i szukaj odpowiedniego regulatora :-)

Przeczytaj także:

Regulatory napięcia - Spis treści

Oceń artykuł.
Wasze opinie są dla nas ważne, gdyż pozwalają dopracować poszczególne artykuły.
Pozdrawiamy, Autorzy
Ten artykuł oceniam na:

15 komentarzy:

  1. A jest jakiś regulator LDO który działa z 12V->5V ?

    OdpowiedzUsuń
  2. Oczywiście są - na przykład układy serii 1117 (AP1117-5.0).
    Ale należy pamiętać o tym, że istotą stosowania regulatorów LDO są przypadki, gdy różnica pomiędzy napięciem wejściowym i wyjściowym jest mała. W Twoim przypadku jest duża: 12V-5V=7V - czyli nie trzeba stosować regulatora LDO, chociaż oczywiście można :-)

    OdpowiedzUsuń
  3. Coś za coś, LDO chyba najlepiej stosować tam gdzie to jest rzeczywiście potrzebne ponieważ podobno lubią się wzbudzać.

    OdpowiedzUsuń
  4. Dobrze, że o tym wspomniałeś.
    Uzupełnię artykuł o ten wątek.

    OdpowiedzUsuń
  5. A jak z poborem prądu względem wejście/wyjście? Tzn. jeśli mam stabilizator 5V i układ nim zasilany bierze 30mA, to jaki prąd popłynie na wejściu stabilizatora, przy 12V? Czy prąd będzie też wynosił 30mA (+straty na stabilizatorze), czy ze względu na wyższe napięcie na wejściu prąd będzie niższy? Czy jakoś się to odczytuje z datasheeta?

    OdpowiedzUsuń
  6. Dla stabilizatorów szeregowych prąd na wejściu jest zawsze taki sam jak prąd na wyjściu (pomijając niewielkie straty na samym stabilizatorze). Stabilizator szeregowy to nic innego jak regulowany rezystor. Co innego w przypadku stabilizatorów impulsowych, ale to inna bajka.

    OdpowiedzUsuń
  7. Jestem w trakcie pisania artykułu na ten temat. Dzisiaj się ukaże - śledź info na Facebook'u.

    OdpowiedzUsuń
  8. Ten TLV70028DDCT ma spadek 175 mV przy 200mA - nie uV (milli nie mikro).

    OdpowiedzUsuń
  9. Ślepota mnie ogarnęła :-)

    OdpowiedzUsuń
  10. Mam napięcie 9V z akumulatora podłączone na wejście do stabilizatora 5V LDO, które to napiecie wykorzystuje do zaprogramowania uC np.atmegi.
    Chce te same napięcie wyjściowe z LDO 5V przepuścić przez kolejne LDO tylko tym razem 3.3V i chce je wykorzystać np. do zasilania wyświetlacza. Teraz mam takie pytanie:
    1. czy nie wystąpią jakieś zakłócenia na linii przesył/odbiór danych (na poziomach logicznych)

    OdpowiedzUsuń
  11. Taki sposób podłączenia regulatora LDO 3,3V jest oczywiście prawidłowy. Co do poziomów logicznych pomiędzy wyświetlaczem (3,3V), a mikrokontrolerem (5V), to słusznie się spodziewasz problemów i należy to odpowiednio rozwiązać.

    Sposobów jest wiele, - najprostszym - obniżyć napięcie mikrokontrolera do 3,3V jeżeli jest to możliwe.

    Jeżeli nie, to należy wykonać jeden z wielu konwerterów np. na tranzystorach MOSFET. Możesz także próbować inaczej, bazując na przykładzie z kartą SD: Podłączenie karty pamięci SD

    OdpowiedzUsuń
  12. Jeśli potrzebujesz logikę 5V --> 3.3V możesz skorzystać ze zwykłego bufora CD4050BE zasilonego 3.3V. Na wejście masz logikę 5V na wyjściu 3.3V. Do wyświetlacza takie rozwiązanie wystarczy.

    OdpowiedzUsuń
  13. Ja pamiętam jak chciałem zbudować własny zasilacz laboratoryjny z regulowanym ograniczeniem prądowym. Widziałem wiele schematów i próbowałem ich, ale zawsze był ten problem z wysokim LDO, nawet cały popularny LM317poległ. A jak widziałem gdzieś w sklepach takie scalaki z niskim LDO to jak pamiętam drogie były

    OdpowiedzUsuń
  14. Trafiłem tutaj z google, ale stronę już dodałem do zakładek :) dzięki!

    OdpowiedzUsuń

Działy
Działy dodatkowe
Inne
O blogu




Dzisiaj
--> za darmo!!! <--
1. USBasp
2. microBOARD M8


Napisz artykuł
--> i wygraj nagrodę. <--


Co nowego na blogu?
Śledź naszego Facebook-a



Co nowego na blogu?
Śledź nas na Google+

/* 20140911 Wyłączona prawa kolumna */
  • 00

    dni

  • 00

    godzin

  • :
  • 00

    minut

  • :
  • 00

    sekund

Nie czekaj do ostatniego dnia!
Jakość opisu projektu także jest istotna (pkt 9.2 regulaminu).

Sponsorzy:

Zapamiętaj ten artykuł w moim prywatnym spisie treści.