Использование LDO регулятора в качестве супервизора питания

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.

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 V_REF, 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.

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, C_IN, 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).

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).

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

V_{IN_ON} – заданное пользователем напряжение включения,
V_{EN_R} – пороговый уровень вывода разрешения для фронта нарастания входного напряжения,
V_{EN_F} – пороговый уровень вывода разрешения для спадающего фронта входного напряжения.

Например, пусть

V_{IN_ON} = 4 В,
V_{EN_R} = 0.89 В,
V_{EN_F} = 0.85 В.

Чтобы стабилизированное выходное напряжение не отслеживало входное напряжение, установите минимальное значение V_{IN_ON} равным V_OUT + V_DRP, где V_DRP – падение напряжения на LDO.

(2)

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

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 C_D также определяет время задержки включения регулятора, а емкость конденсатора C_D 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